JP2014009878A

JP2014009878A - 排ガス浄化処理装置とその運転方法

Info

Publication number: JP2014009878A
Application number: JP2012146374A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ii; 伸也飯井; Hiroshi Ishizaka; 浩石坂; Takayuki Saito; 隆行斎藤; Koji Muramoto; 考司村本; Takuo Ueda; 拓郎上田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】火力発電所等から排出される排ガスの廃熱の有効利用として、より効果的な熱回収を図ると共に間接式熱交換器のメンテナンスが容易な排ガス浄化処理装置とその運転方法を提供すること。
【解決手段】ボイラ１を含む燃焼装置から排出される排ガス流路に配置される排ガスの廃熱回収をする伝熱管１４を有するガス冷却器４と該ガス冷却器４の後流側に集塵装置５を備え、伝熱管１４で回収した熱を、熱媒体循環ライン１５を介してバイナリー発電設備１７で利用する。
このとき伝熱管１４は、排ガス流路の上流側のガス高温部にはフィンチューブ部１４ａを用い、下流側の低温部には裸管部１４ｂを用いることで、煤塵などが付着し難い裸管部１４ｂの入口での熱媒体循環ライン１５中の熱媒体温度の下限を５５℃とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼設備から排出される排ガスから熱を回収し、排ガスを浄化するための排ガス浄化処理装置とその運転方法に関し、特に排ガス浄化処置装置の熱回収設備の腐食防止と排ガスの廃熱の有効利用に関するものである。

ボイラ等から排出される排ガスの廃熱回収設備として、ボイラからの排ガス系統にガス冷却器を設け、かつ、バイナリー発電設備を有する系統を図５に示す。また前記系統で使用される間接式熱交換器の構成を図４に示す。なお、以下に開示する各図において同一機器には同一番号を付すこととする。

図５において、火力発電所や工場等に設置されるボイラ１等から排出される排ガスは、脱硝装置２、ボイラ空気予熱器３、廃熱回収用ガス冷却器４を経て集塵装置５に流入する。集塵装置５に流入した排ガスからダストを除去した後、排ガスは排ガスファン６により昇圧され、吸収塔７に導入される。吸収塔７内で排ガス中の硫黄酸化物は吸収除去され、最終的に煙突９より大気中に排出される。

図４において、ガス冷却器４の内部の伝熱管１４には、熱交換器をコンパクトとするためフィンチューブ部１４が用いられている（例えば特開２００４−３３３０３３号公報の図１などに開示されたＧＧＨ熱回収器）。また、排ガス中に含まれるＳＯ_３等の酸性ガスの凝縮を防止するために、ガス冷却器４入口の熱媒体温度の下限を６５℃〜７０℃としている。

また、ガス冷却器４に供給される媒体温度が低くなった場合には、フィンチューブ部１４への灰の付着が生じるため、ガス冷却器４に供給する媒体温度を所定値以上に維持する目的で、媒体循環系統には熱媒体ヒータ１２（図５）を設置している。

ところで、ボイラ設備等から排出される排ガス中の廃熱の有効利用として、バイナリー発電設備なるものが公知となっており、上記、電気式集塵装置前流に設置したガス冷却器で回収した熱をこのバイナリー発電設備の熱源として有効利用することが期待できる。

また、過熱蒸気の潜熱で間接加熱される低品位炭乾燥装置から発生する発生蒸気で間接加熱される熱媒体を発電システムから排出する排ガスを用いて熱媒体を予熱して、予熱された熱媒体をバイナリーサイクルの発電に有効利用し、発電効率を従来以上に向上させる技術が特開２０１１−２１４５５９号公報に記載されている。

特開２００４−３３３０３３号公報特開２００６−３０８２６９号公報特開平６−２６３１０号公報特開２０１１−２１４５５９号公報

上述の図４と図５に示す従来技術において、廃熱回収用ガス冷却器４の入口熱媒体温度は、ボイラ１等から排出される排ガス中に含まれるＳＯ_３等の酸性ガスの凝縮による、灰の付着、詰まり及び伝熱管１４の腐食防止のため、廃熱回収用ガス冷却器４は６５℃以上で運転する必要があった。この運転温度の制限のため、特にボイラ等の低負荷時にガス冷却器４の入口排ガス温度が低くなった場合には、熱回収量が低下する問題がある。

また、ボイラ１などの低負荷時等には、間接式熱交換器（図４，図５のガス冷却器４）を循環する媒体温度が低くなり、伝熱管１４への灰の付着防止として、外部熱源(蒸気等)により媒体を昇温させる必要がある。

本発明の課題は、火力発電所等から排出される排ガスの廃熱の有効利用として、より効果的な熱回収を図ると共に間接式熱交換器のメンテナンスが容易な排ガス浄化処理装置とその運転方法を提供することにある。

本発明の上記課題は、次の解決手段により解決される。
本発明となる、間接式熱交換器（ガス冷却器）を電気集塵装置の上流側に設置し、回収した熱をバイナリー発電設備の熱源として使用する設備構成において、ガス冷却器４内の伝熱管１４を、排ガス系統上流部をフィンチューブ部１４ａ、排ガス系統下流部を裸管とすることにより達成される。

請求項１記載の発明は、ボイラ（１）を含む燃焼装置から排出される排ガス流路に配置される排ガスの廃熱回収をするガス冷却器（４）と該ガス冷却器（４）の後流側の排ガス流路に配置される集塵装置（５）を備えた排ガス浄化処理装置において、ガス冷却器（４）には燃焼装置から排出される排ガスの熱を回収する伝熱管（１４）を用い、該伝熱管（１４）には熱媒体循環ライン（１５）を接続し、該ガス冷却器（４）の伝熱管（１４）で回収した排ガスの熱を利用するバイナリー発電設備（１７）を熱媒体循環ライン（１５）に接続し、前記ガス冷却器（４）の伝熱管（１４）として、排ガス流路の上流側のガス高温部にはフィンチューブ部（１４ａ）を用い、排ガス流路の下流側のガス低温部には裸管部（１４ｂ）を用いたことを特徴とする排ガス浄化処理装置である。

請求項２記載の発明は、前記伝熱管（１４）の裸管部（１４ｂ）をガス流れ方向に千鳥配列としたことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化処理装置である。

請求項３記載の発明は、前記伝熱管（１４）のフィンチューブ部（１４ａ）を迂回して熱媒体循環ライン（１５）で回収した排ガスの熱をバイナリー発電設備（１７）に供給する熱媒体バイパスライン（２０）を熱媒体循環ライン（１５）に接続したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化処理装置である。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の排ガス浄化処理装置のガス冷却器（４）のガス低温部に設けられる裸管部（１４ｂ）の入口での熱媒体循環ライン（１５）中の熱媒体温度の下限を５５℃とすることを特徴とする排ガス浄化処理装置の運転方法である。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の排ガス浄化処理装置のガス冷却器（４）のガス高温部に設けられるフィンチューブ部（１４ａ）の出口での熱媒体温度の下限を６５℃とすることを特徴とする排ガス浄化処理装置の運転方法である。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の排ガス浄化処理装置のガス冷却器（４）の入口排ガス温度が低い場合に、熱媒体がフィンチューブ部（１４ａ）をバイパスするように流すことを特徴とする排ガス浄化処理装置の運転方法である。

（作用）
図１に、本発明のガス冷却器４の概略図を示す。一般的な熱交換器では伝熱管１４はフィンチューブ部１４ａのみ、または裸管部１４ｂのみを用いているが、本発明では排ガス流路の上流側のガス冷却器４の伝熱管１４をフィンチューブ部１４ａとし、排ガス系統下流側の伝熱管１４を裸管部１４ｂとしたことを特徴としている。

ボイラ１などの燃焼装置からの排ガス中に含まれるＳＯ_３等の酸性ガスがガス冷却器４の伝熱管１４の表面に凝縮すると、灰の付着、詰まり及び腐食の原因となる。伝熱管１４表面への灰の付着、詰まり及び伝熱管１４の腐食を防止するため、排ガス流路の上流側のガス冷却器伝熱管１４のフィンチューブ部１４ａは熱媒体温度下限を６５℃までとするが、排ガス流路の下流側ガス冷却器伝熱管１４を裸管部１４ｂとすることで、伝熱管１４の表面への灰の付着、詰まりのリスクが低くなるため、熱媒体循環ライン１５中の熱媒体温度の下限を５５℃まで下げることが可能となる。こうしてガス冷却器４による排ガスからの回収熱量が増え、廃熱の有効利用が可能となる。

また伝熱管１４の表面への灰の詰まり防止のため、フィンチューブ部１４ａをガス流れ方向に正方配列とするが、灰が詰まるリスクの低い裸管部１４ｂは千鳥配列とすることで、熱回収効率が従来技術より向上する。

この他、ガス冷却器４内の熱媒体ライン１５の入口側(排ガス系統下流側)を裸管部１４ｂとすることにより、伝熱管１４への灰の付着は低減し、伝熱効率を高めることができ、不要な蒸気供給が低減される。

また、フィンチューブ部１４ａでは裸管部１４ｂに比べて、フィンがあるために、伝熱管１４の表面積が増加して伝熱効率を高めることができるが、同時に表面積が増加することで灰が付着するリスクも高くなり、またフィンがあることで付着した灰の除去が困難となる。

そのため、一般的には伝熱管１４の管表面温度を６５℃以上にし、灰の付着を防ぐ必要がある。管表面温度を６５℃以上にする理由は、６５℃以上ではＳＯ_３を吸着した灰は乾燥しており、伝熱管１４のフィンに付着した灰はスートブローでの除去が容易であるが、６５℃以下の場合では灰が湿った状態となり、フィンチューブ部１４ａ上に付着した場合、スートブローでの除去が困難となるためである。

一方、伝熱管１４が裸管部１４ｂで構成されていると、フィンが無いため、灰が付着するリスクが低下し、また灰が付着しても除去が容易となる。その結果、多少灰が湿った状態でもスートブローで除去できるため、管表面温度が水露点＋５℃以上であれば安定的な運転が可能となる。

請求項１，４記載の発明によれば、排ガスの廃熱回収をするガス冷却器４における伝熱管１４を排ガス流路の上流側はフィンチューブ部１４ａとし、排ガス流路の下流側は裸管部１４ｂとすることにより、排ガスからの回収熱量が増加し、廃熱の有効利用が可能となる。また、排ガス流路の下流側の伝熱管１４を裸管部１４ｂにすることで、伝熱管１４表面への灰の付着、詰まりのリスクが低くなるため、熱媒体温度の下限を５５℃まで下げることが可能となる。こうしてガス冷却器４による排ガスからの回収熱量が増え、廃熱の有効利用が可能となる。

請求項２記載の発明によれば、伝熱管１４の裸管部１４ｂをガス流れ方向に千鳥配列としたことにより、排ガスが乱流となりやすく、優れた伝熱管１４の熱交換効率が得られる。

請求項３，６記載の発明によれば、排ガス浄化処理装置のガス冷却器４の入口排ガス温度が低い場合に、熱媒体がフィンチューブ部１４ａをバイパスするように流すことができ、ガス冷却器の入口排ガス温度が低い場合でもバイナリー発電設備の能力が低下しない。

請求項５記載の発明によれば、伝熱管１４のフィンチューブ部１４ａの出口での熱媒体温度の下限を６５℃とすることで、裸管部１４ｂでの排ガス温度を低くし過ぎないようにすることで裸管部１４ｂの表面への灰の付着、詰まり及び裸管部１４ｂの腐食を防止できる。

本発明の一実施例の排ガス上流側をフィンチューブ部、排ガス下流側を裸管部としたガス冷却器の構成を示す図である。本発明の一実施例のガス冷却器とバイナリー発電設備を有する排煙処理システム構成の系統を示す図である。本発明の一実施例であるボイラからの排ガス浄化装置にガス冷却器を設け、かつ、熱媒体がフィンチューブ部をバイパスできる排煙処理装置の系統を示す図である。従来の排ガス浄化装置のガス冷却器の伝熱管構成を示す図である従来の排ガス浄化装置の系統を示す図である。

本発明の実施例を図面と共に説明する。

図２は、ボイラ１等から排出される排ガスの廃熱回収を行う手段として、ボイラ１から排出する排ガス流路にガス冷却器４を配置し、ガス冷却器４とバイナリー発電設備１７を接続する熱媒体循環ライン１５を設けた構成である。

火力発電所や工場等に設置されるボイラ１等の燃焼装置から排出される排ガスは、脱硝装置２、ボイラ空気予熱器３を経て、ガス冷却器４に導入される。ガス冷却器４においてガス温度が低下した排ガスは電気集塵装置５に導入され、排ガス中のダストが除去される。その後、排ガスファン６により昇圧され、脱硫吸収塔７で脱硫処理された後、最終的に煙突９より排出される。

また、ガス冷却器４とバイナリー発電設備１７は熱媒体循環ライン１５により閉ループが形成されており、熱媒体循環ライン１５には媒体循環ポンプ１６を設けている。ガス冷却器４は、例えば、多管式のガス冷却器４で構成されており、管外面を排ガスが、管内面を熱媒体（内部熱媒体）が流れる構造としている。

また、熱媒体循環ライン１５には熱媒体が循環使用されるので、工業用水等の熱媒体の連続的な使用は不要であり、かつ、熱媒体(ガス冷却媒体)として工業用水を使用することで、ガス冷却器４及び熱媒体循環ライン１５を構成する配管は安価な炭素鋼材料を使うことができる。

ガス冷却器４でボイラ１等の廃熱との間接接触により昇温された熱媒体は、バイナリー発電設備１７へ供給され、バイナリー発電設備１７の熱源として利用され、その後、温度が低下した熱媒体は循環ポンプ１６によってガス冷却器４へ供給される。
なお、バイナリー発電設備１７ではバイナリー発電用タービン１１を作動させ発電機１９で発電が行われる。

従来技術においては、廃熱回収用のガス冷却器４の入口熱媒体温度は酸性ガスの凝縮による灰の付着、詰まり防止のため、６５℃以上とする必要があり、バイナリー発電設備１７の出口(ガス冷却器入口)の熱媒体温度には制約があった。また、バイナリー発電設備１７においては、バイナリー発電設備１７内を循環する熱媒体の入口と出口の温度差が大きいほど、発電効率は高くなる。

そこで、バイナリー発電設備１７の出口(ガス冷却器入口)の熱媒体温度を従来より低くしても運転できるよう、熱媒体温度が６５℃以下となる伝熱管１４の部分を裸管とすることで、灰の付着・詰まりや伝熱管１４の腐食を抑制し、ガス流れ方向に千鳥配列とすることで熱交換効率を高めている。また、熱媒体温度が６５℃以上となる伝熱管１４部分はフィンチューブ部１４ａとし、熱交換器をコンパクトにしている。その結果、バイナリー発電設備１７の発電効率を高めることが可能となる。

また、ガス冷却器４のガス低温部に裸管部１４ｂを設けるので、裸管部１４ｂの入口での熱媒体循環ライン１５中の熱媒体温度の下限を５５℃とすることができ、伝熱管１４表面への灰の付着、詰まりのリスクが低くなるため、ガス冷却器４による排ガスからの回収熱量が増え、廃熱の有効利用が可能となる。なお、熱媒体循環ライン１５中の熱媒体温度の下限を５５℃とする温度調整はバイナリー発電設備１７での熱回収量の調整により行う。

１ボイラ２脱硝装置
３ボイラ空気予熱器４ガス冷却器
５集塵装置６排ガスファン
７吸収塔９煙突
１１バイナリー発電用タービン１２熱媒体ヒータ
１４伝熱管１４ａフィンチューブ部
１４ｂ裸管部１５熱媒体循環ライン
１６循環ポンプ１７バイナリー発電設備
１９発電機２０熱媒体バイパスライン

Claims

ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス流路に配置される排ガスの廃熱回収をするガス冷却器と該ガス冷却器の後流側の排ガス流路に配置される集塵装置を備えた排ガス浄化処理装置において、
ガス冷却器には燃焼装置から排出される排ガスの熱を回収する伝熱管を用い、該伝熱管には熱媒体循環ラインを接続し、該ガス冷却器の伝熱管で回収した排ガスの熱を利用するバイナリー発電設備を熱媒体循環ラインに接続し、
前記ガス冷却器の伝熱管として、排ガス流路の上流側のガス高温部にはフィンチューブ部を用い、排ガス流路の下流側のガス低温部には裸管部を用いたことを特徴とする排ガス浄化処理装置。
前記伝熱管の裸管部をガス流れ方向に千鳥配列としたことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化処理装置。
前記伝熱管のフィンチューブ部を迂回して熱媒体循環ラインで回収した排ガスの熱をバイナリー発電設備に供給する熱媒体バイパスラインを熱媒体循環ラインに接続したことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化処理装置。
請求項１記載の排ガス浄化処理装置のガス冷却器のガス低温部に設けられる裸管部の入口での熱媒体循環ライン中の熱媒体温度の下限を５５℃とすることを特徴とする排ガス浄化処理装置の運転方法。
請求項１記載の排ガス浄化処理装置のガス冷却器のガス高温部に設けられるフィンチューブ部の出口での熱媒体温度の下限を６５℃とすることを特徴とする排ガス浄化処理装置の運転方法。
請求項１記載の排ガス浄化処理装置のガス冷却器の入口排ガス温度が低い場合に、熱媒体がフィンチューブ部をバイパスするように流すことを特徴とする排ガス浄化処理装置の運転方法。