JP3548833B2

JP3548833B2 - 排ガス処理システム及びその運転方法

Info

Publication number: JP3548833B2
Application number: JP28367695A
Authority: JP
Inventors: 浩通島津; 利夫勝部; 隆行斎藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JPH09122438A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス処理システムに係り、特にボイラ等の排ガスを脱硫処理する湿式脱硫装置を備え、その湿式脱硫装置の上流側の排ガスの熱を回収し、その回収熱により湿式脱硫装置から排出される排ガスを再加熱してスタック等から排出する排ガス処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排ガス処理システムの全体系統図を図４に示し、湿式脱硫装置の排ガスを再加熱する排ガス再加熱システムを図５に示す。それらの図において、同一の機器には同一番号を付している。図４において、ボイラ１から排出される排ガス２は脱硝装置３に導入されて窒素酸化物が除去された後、空気予熱器４においてボイラ１の燃焼用空気５を熱交換によって加熱する。次に、排ガス２は排ガス再加熱システムを構成する排ガス熱回収器６に導入されて熱回収された後、電気集塵器７で排ガス中のばいじんの大半が除去され、誘引ファン８により昇圧されて湿式脱硫装置９に導入される。湿式脱硫装置９に導入された排ガス２は、気液接触により排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が除去される。湿式脱硫装置９において飽和ガス温度にまで冷却された排ガス２は、必要によって蒸気式のガス加熱器（図示しない）により加熱された後、排ガスの再加熱システムを構成する排ガス再加熱器１０により加熱昇温され、脱硫ファン１１により昇圧され、煙突１２から大気中に排出される。
【０００３】
上述した排ガス再加熱システムは、図５に示すように構成されている。すなわち、排ガス熱回収器６と排ガス再加熱器１０にはそれぞれ熱媒が通流される熱回収伝熱管２１と再加熱伝熱管２２が排ガス２の流れに接して配設されている。これらの伝熱管は、通常、熱交換の効率を向上させるためにフィンチューブ等が用いられる。熱回収伝熱管２１の熱媒出口２３は熱媒管路２４を介して再加熱伝熱管の熱媒入口２５に連通され、その再加熱伝熱管２２の熱媒出口２６は熱媒循環ポンプ２７を備えた熱媒管路２８を介して熱回収伝熱管２１の熱媒入口２８に連通され、これらにより熱媒循環管路が形成されている。そして、この熱媒循環管路には、排ガス熱回収器６の伝熱管をバイパスして一部の熱媒を排ガス再加熱器１０の伝熱管に循環可能にするため、熱回収器伝熱管２１の熱媒入口２９と熱媒出口２３の管路を直接連通させる熱回収器バイパス管路３０が設けられている。また、排ガス再加熱器１０に流入する熱媒を蒸気により加熱する熱媒加熱器３１が熱媒管路２４に設けられている。なお、図５において、符号３３、３６、４３は流量制御弁、符号３２、３４、３５、５６、６０〜６４は各部の流体温度を測定する温度計、符号６５、６６は逆止弁である。
【０００４】
このように構成される従来の排ガス再加熱システムにおいては、まず、排ガス熱回収器６の排ガス出口温度が設定温度以上になるように、排ガス温度計３２の検出温度に応じて熱回収器バイパス管路３０の流量調整弁３３を調整して、排ガス熱回収器６における熱回収量を制御している。また、排ガス再加熱器１０の出口排ガス温度を設定値以上にするため、及び排ガス再加熱器１０の出口熱媒温度を設定値以上にするため、出口排ガス温度計３４と、熱回収伝熱管２１の入口熱媒温度計３５の検出温度に応じて、熱媒加熱器３１に通流する蒸気の流量を流量調整弁３６により調整している。なお、排ガス再加熱システムに関連する従来技術としては、特開昭６３−２１７１０３号公報に記載されたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、図４においてボイラ１を起動する時、ボイラ１を含めた排ガス処理システムのウォーミングアップ等のための空気運転を行なった後、ボイラ１を点火し、その後通常運転に移るようにしている。
【０００６】
しかし、上記の従来技術において、ボイラ１の起動時の空気運転時や、ボイラ１の点火直後において排ガス熱回収器６の入口排ガス温度が低い場合、熱交換により排ガス再加熱器１０の出口熱媒温度が低下する。そのような温度が低い熱媒を排ガス熱回収器６に供給すると、排ガス熱回収器６の出口排ガス温度が低下しすぎるため、排ガス２が排ガス熱回収器６の内部で露点に達し、熱回収伝熱管２１へダストが付着したり、例えば電気集塵器７や誘引ファン８等の排ガス下流側の機器を腐食させるという問題点がある。
【０００７】
このような問題を解決するため、例えば、熱媒加熱器３１により熱媒を加熱して、これにより排ガス熱回収器６の出口排ガス温度の低下を抑えることが考えられる。しかし、この場合においても、排ガス再加熱器１０における熱交換のために、熱媒循環ポンプ２７の出口熱媒温度が低下するから、これを抑えようとすると熱媒加熱器３１に多量の蒸気を供給する必要があり、ユーティリティエネルギの消費量が増大するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、ボイラ等の起動時等の排ガス温度か低い場合においても、ユーティリティエネルギの消費量の増加を抑制して、排ガス熱回収器の出口排ガス温度を排ガスの露点温度以上に保持することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、次の手段により解決できる。
排ガス再加熱器の伝熱管をバイパスして排ガス熱回収器に熱媒を循環するバイパス管路を熱媒循環管路に設けるとともに、排ガス熱回収器の伝熱管に流入する熱媒を加熱する熱媒加熱器を設ける。
【００１０】
これにより、排ガス処理システムの起動時等に、排ガス再加熱器に流入する熱媒の一部又は全部をバイパス管路を介してバイパスすることができ、排ガス再加熱器における熱交換量を減らして、排ガス熱回収器に流入する熱媒の温度低下を抑制できる。さらに、その熱媒を熱媒加熱器により加熱することにより、排ガス熱回収器における熱交換量を減らして、その出口における排ガス温度の低下を抑制できる。その結果、ボイラ等の起動時においても、排ガス熱回収器の出口排ガス温度を排ガスの露点温度以上に保持でき、例えば電気集塵器や誘引ファン等の排ガス熱回収器の下流側機器の腐食環境の悪化を防止できる。しかも、排ガス再加熱器における熱交換量が減った分だけ、熱媒加熱器によるユーティリティエネルギの消費量を低減できる。
【００１１】
また、上記において、バイパス管路と排ガス再加熱器の伝熱管の流入側管路の少なくとも一方に、熱媒の流量を調整する流量調整弁を設けることは、排ガス熱回収器の出口排ガス温度の制御を容易に行える点で好ましい。
【００１２】
また、排ガス再加熱器の伝熱管を排ガスの上流側から下流側に沿って複数の伝熱管群に分割して配置し、この伝熱管群の下流側伝熱管群から上流側伝熱管群に向かって順次熱媒を通流する流入管路系と、上流側伝熱管群にのみ熱媒通流する流入管路系とを設け、これらの流入管路系を切り替え可能にすることが好ましい。これにより、排ガス再加熱器の上流側伝熱群にのみ熱媒を通流させるとともに、その通流熱媒の流量とその熱媒の加熱量を調整することができ、湿式脱硫装置から流入する排ガス中のミスト（液状の噴霧粒子）を蒸発させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
（発明の実施の形態１）
図１に本発明の排ガス処理システムに係る排ガス再加熱システムの実施の形態の一例の系統構成図を示す。本例は、図４に示したボイラ排ガス処理システムに適用したものである。
【００１５】
図１において、図４又は図５と同一の機能構成を有する機器等には同一の符号を付して説明を省略する。図１において、図５の従来例と異なる点は、排ガス再加熱器１０の再加熱伝熱管２２をバイパスして、排ガス熱回収器６に熱媒を循環する再加熱器バイパス管路４１を設けたこと、排ガス熱回収器６の熱回収伝熱管２１に流入する熱媒を加熱する熱媒加熱器４２を排ガス熱回収器６の熱媒入口部に設けたこと、及び再加熱器バイパス管路４１と熱媒加熱器３１との間の熱媒管路２４に流量調整弁４３を設け、再加熱器バイパス管路４１に開閉弁４４を設けたことにある。また、熱媒加熱器４２には加熱媒体である蒸気の流量を調整する流量調整弁４５が設けられている。
【００１６】
このように構成される排ガス再加熱システムの動作を次に説明する。まず、ボイラ１から排出される排ガス２は、熱回収器入口ダクト３７から排ガス熱回収器６に導入され、熱回収伝熱管２１内を流れる熱媒を加熱した後、熱回収器出口ダクト３８から排出される。これにより、排ガス２の熱の一部が熱媒に回収される。また、湿式脱硫装置９から排出される排ガス２は再加熱器入口ダクト３９より排ガス再加熱器１０に導入され、再加熱伝熱管２２内を流れる熱媒により再加熱された後、再加熱器出口ダクト４０から排出される。
【００１７】
一方、熱媒循環管路内の熱媒は、熱媒循環ポンプ２７により昇圧され、排ガス熱回収器６の熱回収伝熱管２１に通流される。これにより熱媒は排ガス２により加熱される。この加熱された熱媒は熱媒管路２４を介して熱媒加熱器３１に導かれ、ここにおいて必要に応じて更に加熱された後、排ガス再加熱器１０の再加熱伝熱管２２に通流される。これにより、熱媒は排ガスを加熱することにより冷却され、冷却された熱媒は熱媒管路２８の熱媒循環ポンプ２７によって昇圧され、上記の動作が繰り返される。
【００１８】
ここで、ボイラ１の起動時における空気運転時や、ボイラ１の点火直後における排ガス２の温度が低い場合の動作について説明する。このような場合、排ガス２を加熱しなければならない場合もあるが、排ガス熱回収器６における熱回収量を制限することにより、排ガス熱回収器６の出口排ガス温度の低下を抑制することができる。つまり、開閉弁４４を開き、流量調整弁４３を調整することにより、排ガス再加熱器１０に通流させる熱媒の全量又は一部を再加熱器バイパス管路４１を通過するように切り替える。更に、排ガス熱回収器６を通過する排ガスの温度が露点温度以上になり、かつ熱回収伝熱管２１の入口・出口の熱媒温度が設定値以上になるように、必要に応じて熱媒加熱器４２の蒸気量を流量調整弁４５により調整する。特に、排ガス熱回収器６の出口排ガス温度が露点温度以上で、かつ熱回収伝熱管２１の入口・出口の熱媒温度が設定値以上で、かつ熱媒加熱器４２の蒸気量が最小となるように、排ガス温度計６０により検出される排ガス熱回収器６の入口排ガス温度と、排ガス温度計３２により検出される排ガス熱回収器６の出口排ガス温度に対応させて、熱回収伝熱管２１の熱媒バイパス量、すなわち熱回収器バイパス管路３０の熱媒流量と、熱媒加熱器４２の蒸気供給量を制御する。
【００１９】
このように運転することにより、ボイラ１の起動時における空気運転時や、ボイラ１の点火直後における場合のように、排ガス熱回収器６の入口排ガス温度が低い場合には、排ガス再加熱器１０における熱交換量が減少するので、熱媒循環ポンプ２７から排出される熱媒温度の低下が少なくなり、熱媒温度を設定値以上に保つために熱媒加熱器４２に供給する必要な蒸気量も少なくて済む。これにより、ユーティリティエネルギを過剰に消費することがなくなると共に、排ガス熱回収器６の出口排ガス温度が排ガスの露点温度以下に低下するのを防止することが可能となる。その結果、排ガス熱回収器６から湿式脱硫装置９の入口までの間で、排ガスが露点に達することがなくなり、例えば電気集塵器７や誘引ファン８等の排ガス熱回収器６の下流側の機器に対する腐食環境が緩和される。
【００２０】
そして、上記のような運転を行った後、排ガス熱回収器６に流入される排ガスの温度が、排ガス熱回収器６で熱回収を行っても、その出口排ガス温度が設定値以上になる温度に達した段階で、再加熱器バイパス管路４１の開閉弁４４を閉じ、て通常の運転状態に移行する。
【００２１】
（本発明の実施の形態２）
図２に、本発明に係る排ガス再加熱システムの他の構成例を示す。本例が、図１と異なる点は、排ガス再加熱器１０の再加熱伝熱管２２の構成にある。つまり、図示のように、再加熱伝熱管２２を排ガスの上流側から下流側に向かって２つの再加熱伝熱管群２２−１，２２−２に分割して配置し、排ガス下流側の再加熱伝熱管群２２−２に熱媒を供給した後、上流側の再加熱伝熱管群２２−１に導入する系統と、再加熱伝熱管２２−２をバイパスさせて、再加熱伝熱管群２２−１にのみ導入するように切り替える流路切替バルブ５３，５４及び逆止弁５５を含む系統を設けたことにある。すなわち、熱媒管路２４を流路切り替えバルブ５３を介して再加熱伝熱管群２２−２の熱媒入口２５に、流路切り替えバルブ５４を介して再加熱伝熱管群２２−１の熱媒入口５２に接続し、更に再加熱伝熱管群２２−２の熱媒出口５１を再加熱伝熱管群２２−１の熱媒入口５２に逆止弁５５を介して接続して構成する。これにより、排ガス再加熱器１０の腐食環境の緩和を考慮したものである。
【００２２】
つまり、ボイラ１の起動時における空気運転時や、ボイラ１の点火直後の排ガス温度が低い場合に、湿式脱硫装置９の出口排ガス中のミストを排ガス再加熱器１０の入口側の再加熱伝熱管群２２−１の表面で蒸発させ、それより後段の再加熱伝熱管群２２−２、及び、例えば脱硫ファン１１等の機器の腐食環境を緩和する。そのためには、排ガス再加熱器１０に導入する熱媒を上流側の再加熱伝熱管群２２−１にのみに供給する。そして、排ガス再加熱器１０の入口排ガス温度計５６と、実際に熱媒を通流している再加熱伝熱管群２２−１の下流側の排ガス再加熱器１０内の排ガス温度計５７との温度差が、湿式脱硫装置９の出口排ガス中のミストを排ガス再加熱器１０の排ガス入口側で蒸発させるのに必要な温度差になるように、排ガス再加熱器１０に流入する熱媒量と、熱媒加熱器３１の加熱量を制御する。これにより、熱媒加熱器３１への最小限の蒸気供給量で、排ガス再加熱器１０を含め、例えば脱硫ファン１１等の腐食環境の緩和を達成することが可能となる。
【００２３】
（本発明の実施の形態例３）
図１，２の例においては、熱媒加熱器３１，４２の熱媒体として蒸気を用いるものを示したが、本発明はこれに限らず、電気ヒータを用いた熱媒加熱器５８，５９を適用しても、図１，２の場合と同一の効果を得ることができる。また、熱媒加熱器５８，５９のいずれか一方を蒸気式のものとしてもよい。
【００２４】
また、図４に示した排ガス処理システム系統図のように、排ガス熱回収器６を電気集塵器７の前段に設置する排ガス処理システムだけでなく、排ガス熱回収器６を電気集塵器７の後流側に設置するシステムにも適用でき、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
更に、図２において、再加熱伝熱管２２を２つの群に分割する例を示したが、これに限らず、複数の群に分割することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボイラ等の排ガスの熱の一部を回収する伝熱管を備えた熱回収器と、この熱回収器から排出される排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、この湿式脱硫装置から排出される排ガスを加熱する伝熱管を備えた再加熱器と、熱回収器の伝熱管と再加熱器の伝熱管との間に熱媒を循環する熱媒循環ポンプを備えた熱媒循環管路とを含んでなる排ガス処理システムにおいて、ボイラ等の起動時においても、排ガス熱回収器の出口排ガス温度を排ガスの露点温度以上に保持し、かつユーティリティエネルギの消費量の増加を抑制することができる。その結果、排ガス熱回収器の下流側に配置される機器の腐食環境を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス再加熱システムの実施の形態の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る排ガス再加熱システムの実施の形態の他の一例を示す構成図であり、再加熱伝熱管への熱媒供給位置を変更可能にしたものである。
【図３】本発明に係る排ガス再加熱システムの実施の形態の更に他の一例を示す構成図である。
【図４】本発明に係る排ガス処理システムの系統を示す図である。
【図５】従来の排ガス再加熱システムの系統を示す図である。
【符号の説明】
１ボイラ
２排ガス
３脱硝装置
４空気予熱器
６排ガス熱回収器
７電気集塵器
８誘引ファン
９湿式脱硝装置
１０排ガス再加熱器
２１熱回収伝熱管
２２再加熱伝熱管
２２−１，２再加熱伝熱管群
２４，２８熱媒管路
２７熱媒循環ポンプ
３０熱回収器バイパス管路
３１熱媒加熱器
３３，３６，４３，４５流量調整弁
４１再加熱器バイパス管路
４２熱媒加熱器
４４，５３，５４開閉弁

Claims

ボイラ等の排ガスの熱の一部を回収する伝熱管を備えた排ガス熱回収器と、この排ガス熱回収器から排出される排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、この湿式脱硫装置から排出される排ガスを加熱する伝熱管を備えた排ガス再加熱器と、前記排ガス熱回収器の伝熱管と前記排ガス再加熱器の伝熱管との間に熱媒を循環する熱媒循環ポンプを備えた熱媒循環管路とを含んでなる排ガス処理システムにおいて、前記排ガス再加熱器の伝熱管をバイパスして前記排ガス熱回収器に熱媒を循環するバイパス管路を前記熱媒循環管路に設けるとともに、前記排ガス熱回収器の伝熱管に流入する熱媒を加熱する熱媒加熱器を設けたことを特徴とする排ガス処理システム。
請求項１に記載の排ガス処理システムにおいて、前記バイパス管路と前記排ガス再加熱器の伝熱管の流入側管路の少なくとも一方に、熱媒の流量を調整する流量調整弁を設けたことを特徴とする排ガス処理システム。
請求項１又は２に記載の排ガス処理システムにおいて、前記排ガス再加熱器の伝熱管を前記排ガスの上流側から下流側に沿って複数の伝熱管群に分割して配置し、この伝熱管群の下流側伝熱管群から上流側伝熱管群に向かって順次熱媒を通流する流入管路系と、上流側伝熱管群にのみ熱媒通流する流入管路系とを設け、これらの流入管路系を切り替え可能にしたことを特徴とする排ガス処理システム。
請求項１に記載の排ガス処理システムの起動時に、前記排ガス再加熱器に流入する熱媒の一部又は全部を前記バイパス管路を介してバイパスするとともに、前記熱媒加熱器により前記熱媒を加熱することを特徴とする排ガス処理システムの運転方法。
請求項４に記載の排ガス処理システムの運転方法において、前記排ガス再加熱器の上流側伝熱群にのみ熱媒を通流させるとともに、前記排ガス再加熱器に通流する熱媒の流量とその熱媒の加熱量を調整することを特徴とする排ガス処理システムの運転方法。