JPH08502345A - 電気的なエネルギを生ぜしめるための蒸気動力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気的なエネルギを生ぜしめるための蒸気動力装置であって、化石燃料で焚かれるボイラ、蒸気タービンのための過熱された高圧の水蒸気を形成するための水・蒸気・循環路、煙道ガス熱を供給水に伝達するためのエコノマイザー、煙道ガス熱を新鮮空気に伝達するための空気予熱器、並びに煙道ガスの除塵、脱硫及び場合によっては窒素除去のための装置を備えている形式のものにおいて、運転中の空気予熱器内の熱交換を最適にするため、並びに蒸気動力装置の始動中の熱損失を減少させるために、再循環空気によって貫流される横断面及び熱媒体によって貫流される横断面を備えた第１の熱交換系が設けられており、この場合、空気を案内する横断面が入口側で空気予熱器の新鮮空気出口に接続され、かつ出口側で空気予熱器の新鮮空気入口に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 電気的なエネルギを生ぜしめるための蒸気動力装置 本発明は、電気的なエネルギを生ぜしめるための蒸気動力装置であって、化石 燃料で焚かれるボイラ、蒸気タービンのための過熱された高圧の水蒸気を形成す るための水・蒸気・循環路、煙道ガス熱を供給水に伝達するためのエコノマイザ ー、煙道ガス熱を新鮮空気に伝達するための空気予熱器、並びに煙道ガスの除塵 、脱硫及び場合によっては窒素除去のための装置を備えている形式のものに関す る。 化石、即ちガス状、液状、若しくは固形の燃料で運転される前記形式の蒸気動 力装置においては、冷却しようとする煙道ガスと加熱しようとする新鮮空気（燃 焼空気）との熱流容量（質量流×比熱容量）が異なっており、従って煙道ガスと 新鮮空気との間の通常のほぼ３０Ｋの温度差で空気予熱器の高温の端部、この熱 交換器の低温の端部に９０Ｋまでの温度差が生じる。 このような高い温度差は相応にエネルギ損失を生ぜしめ、蒸気動力装置の全効率 に不都合に作用する。 さらに別の欠点として、空気予熱器を通過する煙道ガス内のまだ比較的高い温 度レベルにある残留熱を、きれいにされた煙道ガスの暖房炉内に流入する前での 再加熱によって、若しくは別の目的のための投入によ って別の利用のための可能性のない発電所においては、熱が煙道ガス脱硫装置内 で無効になり、このことは発電所の全効率をさらに減少させることになる。 さらに冒頭に述べた形式の公知の蒸気動力装置は始動方法が最適でない。例え ば石炭で運転される動力装置においては石炭燃焼運転開始の前にオイル若しくは ガスの高価な著しく多量の補助燃料がボイラ内で焚かれ、煙道ガスを用いて加熱 しようとする装置部分、例えば石炭の粉砕乾燥のための粉砕機、触媒反応式の窒 素除去反応器及び蓄熱容量の大きな空気予熱器が必要な最小温度に達せられねば ならず、さらに始動段階並びに運転終了段階で生じる蒸気が通常は熱利用なしに 蒸気動力装置の凝縮器内で凝縮される。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の装置において、エネルギ損失を減少させ 、煙道ガスの熱利用を改善し、始動過程をわずかなオイル若しくはガスの使用及 び始動段階で生じる蒸気の効果的な利用によって全体的に経済的に行うようにす ることである。 前記課題を解決するために本発明の構成では、再循環空気によって貫流される 横断面及び熱媒体によって貫流される横断面を備えた第１の熱交換系が設けられ ており、この場合、空気を案内する横断面が入口側で空気予熱器の新鮮空気出口 に接続され、かつ出口側で空気予熱器の新鮮空気入口に接続されている。 本発明に基づき提案された処置は公知技術に比べて 、空気予熱器内でのエネルギ損失を著しく減少させ、煙道ガス内に含まれる熱の 利用を著しく改善し、前記形式の蒸気動力装置の全効率を著しく増大させる。第 １の熱交換系の、空気予熱器の範囲で新鮮空気に重畳される再循環空気流によっ て、空気予熱器の両方の熱交換横断面内での熱流容量が著しくバランスされ、そ の結果、高温の端部並びに低温の端部における温度差が小さくなり、相応にエネ ルギ損失が減少される。空気予熱器内で放出される煙道ガス熱の、従来の回路で は比較的低い新鮮空気に伝達される部分が、今や再循環空気流及び第１の熱交換 系を介して高い温度レベルで直接に発電所の水・蒸気・循環路内に導入される。 本発明に基づき、新鮮空気も空気予熱器に供給されて予熱され、即ち脱硫前の 煙道ガス内にまだ含まれる残留熱も第２の熱交換系内で新鮮空気に伝達すること によって利用され、効率がさらに改善される。 本発明は、脱硫された低温の煙道ガスが直接に冷却塔内に導入され、冷却空気 と一緒に大気に放出され、かつ煙道ガス残留熱が遠隔暖房目的若しくはその他の 目的に利用されていなかった発電所において特に有利であることがわかった。こ の場合には本発明に基づく回路によって、煙道ガス内にまだ含まれる残留熱が完 全に熱力学的に有利な条件で発電所循環路プロセスに再び供給できる。 煙道ガス残留熱が遠隔暖房目的のためにも、暖房炉 を介して大気に導出される脱硫された煙道ガスの加熱のためにもにも必要とされ ない発電所にとっては、効率を改善するために本発明の別の構成により、新鮮空 気が空気予熱器内に流入する前に蒸気・空気・予熱器内で水・蒸気・循環路から の低い熱の伝達によって予熱される。 基本的に本発明による構成に基づき、発電所で生じる低い熱を新鮮空気への伝 達及び空気予熱器内への導入によって高い温度レベルに高め、かつ水・蒸気・循 環路に再び供給することも可能である。 蒸気動力装置の始動に関連した著しい利点が、本発明に基づき始動熱交換器と しての第１の熱交換系を投入した場合に得られる。これによって、すでに蒸気動 力装置の始動過程の開始前に、即ちすでにボイラ内のバーナーの点火の前に、空 気予熱器の蓄熱質量が予熱される。 このために、始動熱交換器内で任意の熱媒体の熱が、循環路内をまだ低温の空 気予熱器と始動熱交換器との間で案内される再循環空気に伝達されて、空気予熱 器の蓄熱質量が加熱される。 空気予熱器の予熱に基づき、蒸気動力装置の続く始動に際して、空気予熱器を 介してボイラに流入する新鮮な燃焼空気が相応に加熱されて、すでに冷却された ボイラ加熱面での低温始動に際しても、まだ熱いボイラ加熱面での高温始動に際 しても有利な作用が得られ る。低温始動において蒸気動力装置が急速に加熱され、即ちボイラにおけるオイ ル若しくはガスが節減されるのに対して、高温始動においては流入する低温の燃 焼空気によるわずかな過冷却が行われる。 石炭で焚かれる蒸気動力装置と関連した利点として、空気予熱器の予熱により 空気予熱器の後方の、石炭燃焼／粉砕乾燥に必要な最小温度が急速に達成され、 その結果、始動中の一般的なオイル若しくはガス燃焼から通常の石炭燃焼に迅速 に切り換えられる。さらに利点として、窒素除去反応に必要な運転温度が窒素除 去の効率、ひいては環境にとって相応の効果を伴って急速に達成される。 空気予熱器の予熱に基づく別の利点が、まだ脱硫されていない煙道ガスでの空 気予熱器の最初の負荷に際して露点の下回られるような過度に強い冷却を避け、 その結果空気予熱器内、並びに後続の装置部分、例えば静電フィルタ内での腐食 を相応に減少させることによって得られる。 始動熱交換器を介して空気予熱器内に導かれる始動熱は既に述べたように任意 の源から発していてよい。例えば、始動熱は別の蒸気動力装置の同じ場所で得ら れる熱、若しくはその他の工業設備の廃熱であってよい。 しかしながら有利には熱媒体として水・蒸気・循環路の供給水タンクからの供 給水を用い、この供給水が 自己発生による、隣接の装置からの、若しくは別個のボイラーからの始動蒸気を 用いてすでに所定温度にもたらされている。 必要な場合には、取り出された供給水の温度が始動熱交換器内での冷却の前に 別の熱交換器内で、凝縮する始動蒸気に基づく熱交換によってさらに高められる 。 次に図面を用いて本発明の実施例を説明する。 図１は、蒸気動力装置の運転の際の熱損失を減少させるための回路装置を示し ており、図２は、蒸気動力装置の始動の際の熱損失を減少させるための回路装置 を示している。 図１に示すように、高温の煙道ガスは石炭火力発電所の蒸気発生器から導管１ を介してまず窒素除去装置（Entstickungsanlage）２に、次いでほぼ３８０°Ｃ の温度下で空気予熱器３に供給される。空気予熱器３内では煙道ガスが空気との 熱交換によってほぼ１３０゜Ｃに冷却される。静電フィルタ（Elektrofilter） 及び吸引送風機５を通過した後に、ほぼ１３０゜からほぼ８０°Ｃ〜９０°Ｃへ のさらなる冷却が、熱交換器６，１１及び水循環系１２から成る第２の熱交換系 の熱交換器６によって行われる。続いて、冷却された煙道ガスは管路７を介して 煙道ガス脱硫装置（Rauchgas-entschwefelungsanlage）８内に供給され、次いで 発電所の冷却塔を介して冷却空気と一緒に大気へ導出され る。 蒸気発生器内で必要な燃焼空気は管路９及び送風機１０を介して発電所に供給 され、次いでまず熱交換器１１内でほぼ７０°Ｃ〜８０°Ｃの温度に予熱される 。この予熱のために必要な熱量は閉じた水循環系１２を用いて熱交換器６から熱 交換器１１に伝達される。 熱交換器１１内で予熱された新鮮空気は混合箇所１３で再循環空気に混入され 、再循環空気の温度及び質量流は空気予熱器３内に熱流バランスを生ぜしめ、即 ち空気予熱器の低温側の端部でも高温側の端部でも煙道ガスと新鮮空気との間に 所望のわずかな温度差しか生ぜしめないように規定されている。 空気予熱器の通過の後に再循環空気流は分岐箇所１４で再び新鮮空気流から分 離される。新鮮空気が３５０°Ｃの温度で管路１５を介して蒸気発生器の燃焼装 置に供給されるのに対して、再循環空気は第１の熱交換系においてまず１つの熱 交換器１６内で高圧給水に基づく熱交換によって、かつ必要な場合には別の熱交 換器１７内で低圧給水に基づく熱交換によって冷却され、次いで調整可能な送風 機１８を介して再び混合箇所１３に送られる。 図２は、石炭で焚かれる蒸気動力装置（Dampfkraft-anlage）の回路を概略的 に示している。詳細には、高温の煙道ガスは蒸気発生装置のエコノマイザー２１ から管路２２を介して窒素除去反応器（Entstickungs- reaktor）２３、次いで空気予熱器２４に供給される。エコノマイザー２２内で 煙道ガスが供給水に基づく熱交換によって窒素除去反応器２３のほぼ３５０°Ｃ 〜３８０°Ｃの最適な運転温度に冷却される。ほぼ１３０°Ｃへのさらなる冷却 が、後続の空気予熱器２４内で新鮮な燃焼空気に基づく熱交換によって行われる 。冷却の後に、煙道ガスはここには図示してない装置内で除塵若しくは脱硫され 、次いで同じく図示してない冷却塔を介して冷却空気と一緒に大気に導出される 。 ボイラのために必要な燃焼空気は管路２５を介して装置に供給され、空気予熱 器２４内でほぼ３５０°Ｃに加熱され、次いで管路２６を介して燃焼のため、若 しくは破砕乾燥（Mahltrocknung）のために導かれる。 蒸気動力装置の水・蒸気・循環回路の図示の部分は供給水タンク２７を有して おり、この供給水タンク内では管路２８を介して流入する凝縮液が加熱される。 加熱された凝縮液（供給水）は供給水タンク２７から管路３０を介して導出され て、高圧ポンプ３１を介してほぼ２５０バール〜３００バールで吐出され、次い で通常の高圧予熱区域３２でほぼ２５０°Ｃ〜３００゜Ｃに予熱される。予熱さ れた供給水は管路３３を介してエコノマイザー２１内に流入して、該エコノマイ ザー内で高温の煙道ガスに基づく熱交換によってさらに加熱される。次いで供給 水は管路３４を介してボイラの別の熱交換系内へ導かれ、そこで蒸発され、若し くは蒸気タービンのほぼ５３０°Ｃ〜５８０°Ｃの入口温度に加熱される。 タービン内での放圧の後に、水蒸気は凝縮され、かつ管路２８を介して再び供 給水タンク２７に供給される。 蒸気動力装置の前述の記載はほぼ全負荷若しくは部分負荷時の標準運転に関す るものである。 本発明は前記形式の蒸気動力装置の始動過程を経済的に構成しようとするもの である。このために、再循環空気によって貫流される横断面を備えた始動熱交換 器３５を設けてあり、この横断面は入口側で管路３６を介して空気予熱器２４の 新鮮空気出口に接続されており、かつ出口側で管路３７及び送風機３８を介して 空気予熱器の新鮮空気入口に接続されている。 蒸気動力装置の始動の前に若しくは始動中に、空気予熱器２４と始動熱交換器 ３５との間で循環回路内を導かれる再循環空気が始動熱交換器３５内で加熱され 、かつ空気予熱器２４内で再び冷却され、この場合空気予熱器の再生可能な熱貯 蔵質量が加熱される。このような予熱によって、始動過程の開始に際して生じる 煙道ガスが空気予熱器内でわずかにしか冷却されず、その結果空気予熱器及び後 続の装置部分内で露点を下回ること、ひいては腐食損傷が避けられる。さらに始 動過程中に再循環空気によって付加熱が燃焼空気に伝達され、これによって破砕 乾燥機、ひいてはボイラの 石炭バーナーを接続するために必要な温度が急速に達成され、その結果、高価な オイル若しくはガスで運転される補助バーナーが早期に遮断でき、並びに煙道ガ ス側で急速に運転温度が達成される（腐食）。 図に示す実施例においては、熱交換器３５の再循環空気の加熱が高温の供給水 に基づく熱交換によって行われ、供給水は供給水タンク２７内で管路２９を介し て供給された始動蒸気の吹き込みによって、管路３９，４０，４１及びそれぞれ 開かれた弁４２，４３を介して導出され、熱交換器３５内で冷却され、次いで管 路４４、４５並びに開かれた弁４６を介して再び供給水タンク２７に戻される。 必要な場合には、熱交換器３５内へ流入する供給水のさらなる加熱が行われて よく、このために管路３９内を流れる加熱された供給水の少なくとも部分流が、 今や開かれた弁４７及び管路４８を介して別の熱交換器４９に導入される。熱交 換器４９の加熱は源５０からの凝縮する始動蒸気によって行われ、始動蒸気は次 いで管路５１を介して供給水タンク２７内に導入される。 熱交換器４９内でさらに加熱された供給水流は管路５２及び開かれた弁５３を 介してまず管路４１内に、次いで熱交換器３５内に導入される。 本発明の別の構成により、蒸気動力装置の始動に際して空気予熱器２４にだけ ではなく、エコノマイザー ３１にも付加熱が供給される。このために、図に示す実施例では熱交換器４９内 で加熱された供給水の少なくとも部分流が、開かれた弁５４及び管路４４，５５ を介して管路３３内に供給され、そこで高圧予熱区域３２からの供給水と混合さ れる。これによって始動熱が利用できる。供給水の温度上昇に基づき始動過程中 に煙道ガスがエコノマイザー内でわずかにしか冷却されず、その結果、後続の窒 素除去反応器２３の運転開始のための最小温度が急速に達成される。空気予熱器 ２４の貯蔵質量への熱伝達、若しくは燃焼空気或いは供給水への付加熱伝達が、 始動段階に生じる蒸気の熱の利用をも可能にし；空気予熱伝熱面（Luftvor-waer meheizflaeche）４内での貯蔵が、始動段階中に生じる蒸気の利用をも可能にす る。 エコノマイザー内への付加熱の提案の導入は蒸気動力装置の始動過程中にのみ 有効であるのではなく、例えば発電所の低負荷運転中に煙道ガス温度の支持ため 、ひいては窒素除去反応器２３の最適な運転温度の維持のために役立てられる。 さらに送風機３８を介した再循環空気量並びに熱交換器３５内での伝達される 熱量の変化によって空気予熱器２４の後方の煙道ガス温度がすべての負荷範囲で コンスタントに維持でき；従って全負荷においても低い最適な煙道ガス温度が、 例えば部分負荷において不当に低い温度、ひいては腐食を甘受する必要なしに可 能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＲＵ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電気的なエネルギを生ぜしめるための蒸気動力装置であって、化石燃料で 焚かれるボイラ、蒸気タービンのための過熱された高圧の水蒸気を形成するため の水・蒸気・循環路、煙道ガス熱を供給水に伝達するためのエコノマイザー、煙 道ガス熱を新鮮空気に伝達するための空気予熱器、並びに煙道ガスの除塵、脱硫 及び場合によっては窒素除去のための装置を備えている形式のものにおいて、再 循環空気によって貫流される横断面及び熱媒体によって貫流される横断面を備え た第１の熱交換系（１６，１７）が設けられており、この場合、空気を案内する 横断面が入口側（１４）で空気予熱器（４）の新鮮空気出口に接続され、かつ出 口側（１３）で空気予熱器（４）の新鮮空気入口に接続されていることを特徴と する、電気的なエネルギを生ぜしめるための蒸気動力装置。 ２． 脱硫の前に煙道ガス内にまだ含まれる残留熱の少なくとも一部分を新鮮空 気に伝達するための第２の熱交換系（６，１１，１２）が設けられている請求項 １記載の蒸気動力装置。 ３． 第１の熱交換系（１６，１７）の再循環空気流が調整可能（１８）である 請求項１又は２記載の蒸気動力装置。 ４． 第１の熱交換系（１６，１７）内の熱媒体が水・蒸気・循環路の供給水で ある請求項１から３までのいずれか１項記載の蒸気動力装置。 ５． 第１の熱交換系（１６，１７）内で連行しようとする熱がほぼ熱・蒸気・ 循環路の高圧供給水（１６）に、残りを低圧供給水（１７）に伝達可能である請 求項４記載の蒸気動力装置。 ６． 第２の熱交換系（６，１１，１２）が熱媒体としての水を備えた閉じた系 として構成されている請求項２記載の蒸気動力装置。 ７． 新鮮空気が空気予熱器内への流入の前に動力装置の水・蒸気・循環路から の流出蒸気に基づく熱交換によって加熱可能である請求項１記載の蒸気動力装置 。 ８． 第１の熱交換系が始動熱交換器（３５）として構成されており、この場合 に始動熱交換器（３５）の空気案内する横断面が入口側（３６）で空気予熱器（ ２４）の新鮮空気出口に接続され、かつ出口側（３７）で空気予熱器（２４）の 新鮮空気入口に接続されている請求項１記載の蒸気動力装置。 ９． 始動熱交換器（３５）内の熱媒体が蒸気動力装置の水・蒸気・循環路の供 給水タンク（２７）からの高温の水である請求項８記載の蒸気動力装置。 10． 供給水が始動熱交換器（３５）内での冷却の前に、蒸気加熱された凝縮す る熱交換器（４９）内でさ らに加熱可能である請求項９記載の蒸気動力装置。 11． 冷却された供給水及び凝縮された蒸気が供給水タンク（２７）内に導入可 能である（２５，５１）請求項１０記載の蒸気動力装置。 12． 始動熱交換器（３５）のための熱媒体の少なくとも一部分がエコノマイザ ー（２１）の前の供給水温度の上昇のために利用可能である請求項８から１１ま でのいずれか１項記載の蒸気動力装置。 13． 熱媒体が高温の供給水であり、この供給水が凝縮する蒸気に基づく熱交換 によるさらなる加熱（４９）の後に、エコノマイザー（２１）に流入する供給水 に混入可能である請求項１２記載の蒸気動力装置。