JPH08503060A - 燃焼設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 煙ガス流（２０，３６）内に配置される熱交換器（２３）と、煙ガス流（２０，３６）内に配置される熱交換器（２３）から熱を吸収するための熱担持体循環系（２４ないし２８）と、熱担持体から熱を吸収するために熱担持体循環系（２４ないし２８）内に配置される少なくとも１つの熱交換器（１６，１８）とを備えた燃焼設備。熱交換器は、例えば触媒による窒素酸化物低減部（２１）に接続するように且つ煙ガス除塵機（３７）の前に位置するように煙ガス流（２０，３６）内に配置され、ボイラー水及び（または）凝縮物を予熱するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼設備 本発明は、煙ガスの廃熱を回収するための熱交換器を備えた燃焼設備に関する ものである。この種の熱交換器を用いて煙ガスから熱を回収するのは、燃焼設備 に必要な燃焼空気を予熱するため、及び（または）燃焼設備によって加熱される 蒸気発生部のボイラー水を予熱するためである。 この種の燃焼設備には、触媒を用いた窒素酸化物低減部または触媒を用いない 窒素酸化物低減部と煙ガス脱硫装置とが追加的に、または新設の際に設けられる 。経済的な理由から、即ち効率ロスが少なく、また設備コストが著しく低いこと の理由で、触媒を用いた窒素酸化物低減部または触媒を用いない窒素酸化物低減 部は熱回収部の上流側に配置するのが好ましい。この窒素酸化物低減部は、石炭 で加熱される燃焼設備には常に必要な除塵機の上流側にも位置している。 しかし、このように構成すると、窒素酸化物低減部の後に配置されるボイラー 水予熱部または凝縮物予熱部の管壁の温度が低くなるという難点がある。これは 、窒素酸化物低減部の後、または蒸気発生部の端部に生じるア ンモニア損失分と酸化硫黄のために、硫酸水素アンモニウムと塵から成る堆積物 が加熱面上に堆積するからである。この堆積物は腐食作用があり、熱の伝導を低 下させ、詰まりの原因にもなる。従って堆積物を適当な方法で除去しなければな らない。堆積物を洗い流すことも可能であるが、これに対応して熱交換器の加熱 面を構成しなければならない。しかも、堆積物を洗い落とすためにボイラーを停 止させる必要があるが、その時間は予測不可能である。 熱交換器の加熱面から堆積物を除去する他の方法として、熱交換器がボイラー 水予熱部である場合にはこれを空にして、熱い煙ガスまたは蒸気を作用させるこ とができる。この場合煙ガスの温度または蒸気の温度はアンモニウム塩の昇華温 度以上でなければならない。この場合もボイラーを停止させる必要があるが、そ の頻度及び時間については経験的に知られていない。 最後に、通常はボイラーを停止させる必要があるほど堆積物があるにもかかわ らず熱伝導が十分行われるように熱交換器の加熱面を大きく選定することも可能 である。この場合には大きな後続接続加熱面が必要であるが、このような構成は 非経済的である。 本発明の課題は、煙ガス流内に熱交換器を配置した燃焼設備を次のように構成 すること、即ち熱交換器の加熱 面の温度が堆積物を堆積させるほどの温度ではなく、或いは堆積物を容易に除去 できるような温度であり、煙ガスの廃熱を燃焼設備の蒸気発生部の一部分へ回収 させるために熱交換器を非常に低い温度で作動させることができ、しかも堆積物 の堆積や腐食の危険を伴わずに作動させることができるように構成することであ る。 この課題を前提として、冒頭で述べた種類の燃焼設備において、本発明によれ ば、窒素酸化物低減部（例えば触媒による窒素酸化物低減部）に接続するように 且つ煙ガス除塵機の前に位置するように煙ガス流内に熱交換器を配置し、この熱 交換器を、煙ガス流内に配置される該熱交換器から熱を吸収するために循環系内 で案内されている熱担持体で付勢させ、熱担持体から熱を吸収するために熱担持 体循環系内に配置される少なくとも１つの熱交換器を設けらることが提案される 。 煙ガス中に含まれている塵、硫酸アンモニウム、酸化硫黄等の成分から熱担持 体を自由にさせることができるので、第２の熱交換器を非常に低い管壁温度で作 動させることができ、しかも露点を下回る危険も硫酸水素アンモニウムが形成さ れる危険もない。煙ガス流内に配置される第１の熱交換器は、堆積物が侵入して もこれを除去できるように簡単に構成することができ、堆積物を除去する場合に は前述した方法、即ち水、熱い煙ガス、また は蒸気を用いることができる。 熱担持体として空気を熱担持体循環系内で使用するのが好ましい。なぜなら、 この場合熱担持体循環系の密封性に関し特別な処置を講じる必要がないからであ る。しかし他の流体、好ましくは、３００℃以上の高温でも低い蒸気圧を発生さ せるような流体を使用してもよい。 ボイラー水を予熱するため、熱担持体循環系内に配置されるボイラー水予熱部 を用いることができる。これは、煙ガス流内に配置される熱交換器が、これに特 に適した温度範囲にあるからである。ボイラー水予熱部の下流側には、熱担持体 循環系内に凝縮物予熱部も配置することができる。この凝縮物予熱部は、管壁の 温度が非常に低くても作動する。これにより、低い侵入温度を持った凝縮物を予 め加熱させることができ、よって圧力を案内する接触加熱面が小さくなるので、 設備コストの点で有利である。 特に好ましいのは、本発明による燃焼設備の熱担持体循環系を、ガスタービン と蒸気タービンの組合せプロセス部の煙ガス流内に配置することである。蒸気タ ービンのプロセスに必要な蒸気発生部は炭塵で再加熱することができ、この場合 の燃焼に必要な酸素は、過剰空気で作動せしめられるガスタービンの排ガス中に 含まれている。従って、蒸気発生部を加熱するために付加的な燃焼空気 を必要とせず、或いは必要としてもごくわずかである。このため、通常の組合せ 型発電所においては、ボイラー端部の後続接続加熱面は接触加熱面として、例え ば部分流ボイラー水予熱部として実施されている。触媒を用いた窒素酸化物低減 、または触媒を用いない煙ガス中の窒素酸化物低減を適用する場合、管壁温度が 低いと、触媒機の後、または蒸気発生部の端部にあるアンモニア損失分と酸化硫 黄のために、主に硫酸水素アンモニウムから成る堆積物が加熱面上に堆積する危 険がある。従来の加熱面は水で洗浄できなかった。これにたいして、煙ガス中に 配置される熱交換器と、熱交換器から熱を吸収するための熱担持体循環系と、熱 担持体から熱を吸収して、燃焼設備の少なくとも一つの部分領域（例えばボイラ ー水予熱部及び／または凝縮物予熱部）に放出するための少なくとも一つの熱交 換器とを備えた本発明による燃焼設備では、堆積物が堆積する恐れはかなり少な い。煙ガス中に配置される熱交換器は、従来のものに比べ構造的により適してお り、煙ガス中に直接配置されるボイラー水予熱部または凝縮物予熱部の熱交換器 面ほどには低い温度に達しないからである。さらに、熱交換器面は従来のものに 比べ容易にクリーニングすることができる。 熱担持体循環系内の熱担持体として空気を使用すると、加熱された空気の一部 を炭塵粉砕機に供給ずることがで き、及び（または）付加的な燃焼空気として蒸気発生部の一つまたは複数個のバ ーナーに供給することができるので、特に有利である。 特に好ましいのは、煙ガス中に配置される熱交換器として、公知の蓄熱式熱交 換器、例えば回転式ユングストロームタービンを使用することである。というの も、熱交換器面は耐えず回転し、ボイラーを停止させずに、蓄熱式熱交換器の煙 ガス側に配置される粉塵ファンを用いて連続的にクリーニングできるからである 。 このような粉塵ファンを構成する上で特に効果的なのは、煙ガス側の空気室を ラジアルパッキンの前に配置し熱担持体循環系からの空気によって付勢すること である。この場合空気室は、蓄熱式熱交換器の熱い側または冷えた側に配置され ていることができる。空気室を連続的に付勢することにより、加熱面の間にある 煙ガスを完全に排出させることができ、よって煙ガスが熱担持体側（例えば空気 側）へ侵入しても熱担持体循環系の中に達してそこで汚れまたは堆積物になるこ とがない。 有害物質で汚染された煙ガスが熱担持体循環系の中に侵入することを十分阻止 するため、熱担持体循環系の中には、蓄熱式熱交換器の上流側に循環ファンを配 置してもよい。この循環ファンにより、蓄熱式熱交換器の空気側の圧力は煙ガス 側の圧力よりも大きな圧力に保持され る。回転する熱交換器の煙ガス側と空気側の間のラジアルパッキンの密封性が少 しでも悪いと、空気は熱担持体循環系から煙ガス流内に達する。さらに、熱担持 体循環系内の過圧により、分岐管を介して熱担持体循環系内の空気で空気室を簡 単に付勢させることができる。 次に、本発明を、添付の図面に図示した実施例に関し詳細に説明する。 図１は 本発明による熱交換器循環系を備えた組合せ型発電所の構成図、 図２は 本発明による熱交換器循環系の拡大図、 図３は 本発明による熱交換器の平面図、 である。 組合せ型発電所には、ガスタービン１が設けられている。ガスタービン１は、 圧縮機２と発電機３を駆動させる。圧縮機２から来る空気は、管６を介して燃焼 室４に供給される。燃焼室４内には、燃料供給部５を介して燃焼ガスまたは液状 の燃料が供給される。ガスタービン１の入口温度を許容温度以上に上昇させない ためには、燃焼室４内での燃焼がかなりの空気過剰状態で経過しなければならな いので、排ガス管７内のタービン排ガスはまだかなりの量の残留酸素を含んでい る。従って、熱いタービン排ガスを直接蒸気発生部８の燃焼装置に供給すること ができ、蒸気発生部８のバーナーに供給される燃料 のための酸素担持体としてタービン排ガスを利用することができる。 蒸気発生部８内に発生する蒸気は、オーバーヒーター９を介して高圧蒸気ター ビン１０内へ達し、そこから中間オーバーヒーター１１を介して両向き流れ型低 圧蒸気タービン１２に送られる。タービン１０，１２は別の発電機１３を駆動さ せる。低圧タービン１２の廃蒸気は凝縮機１４に送られ、そこで凝縮され、凝縮 物ポンプ１５を介して凝縮物予熱部１６と、凝縮物タンク１７とに送られる。そ こから凝縮物はボイラー水としてボイラー水ポンプ１９及びボイラー水予熱部１ ８を介して再び蒸気発生部８内へ達する。 蒸気発生部８から出る煙ガスは、煙ガス感２０を介して、窒素酸化物を触媒を 用いて、または触媒を用いないで低減させるための低減部２１を通過せしめられ る。煙ガスには、煙ガス管２０内でアンモニアタンク２２からアンモニアが供給 される。その後煙ガスは蓄熱式熱交換器２３内へ達し、そこから煙ガス管３６と 、除塵機３７と、煙ガス脱硫装置３８とを介して煙突３９内へ達して、そこから 大気中へ放出される。 蓄熱式熱交換器２３の空気側は、循環ファン２４と空気管２５，２６，２７， ２８から成る熱担持体循環系のなかにある。空気管２６と２７の間にはボイラー 水予熱 部１８が配置されており、空気管２７と２８の間には凝縮物予熱部１６が配置さ れている。空気は分岐管２９を介して炭塵粉砕機３０内へ達し、そこから炭塵空 気混合物は管３１を介して蒸気発生部８へ達する。炭塵粉砕機３０は、炭供給部 ３２に連通している。 蓄熱式熱交換器２３の前で分岐している取り出し管３３を介して、空気管２９ に、少しだけ加熱した空気を混合することができ、その結果、炭塵粉砕機３０に 供給される空気の温度を調整することができる。タービン排ガス部を介して管７ により蒸気発生部８の燃焼装置に供給される酸素の量が、供給された燃料を完全 燃焼させるために十分でない場合には、蒸気発生部８の燃焼装置に管３４を介し て付加的な燃焼空気を供給することができる。炭塵粉砕機３０と蒸気発生部８に 供給された空気は、新気供給管３５を介して循環ファン２４の上流側で補償され る。 図３からわかるように、蓄熱式熱交換器２３はラジアルパッキン４０を有して いる。ラジアルパッキン４０は、煙ガス側３２を蓄熱式熱交換器２３の空気側３ ４から遮断させている。これらのラジアルパッキン４０は完全に密封状態である 必要はなく、よって構造が簡潔になる。これは、熱担持体循環系２４，２５，２ ６，２７，２８内は煙ガス側４２にたいして過圧状態にあり、よってラ ジアルパッキン４０を通って空気側４４から煙ガス側４２へわずかに空気流動が 生じるからである。 蓄熱式熱交換器２３の熱交換面は、空気室として構成された粉塵ファンにより 、常時堆積を阻止されている。この空気室は、蓄熱式熱交換器２３の熱交換面の 回転方向においてラジアルパッキン４０の１つの直前に、しかも煙ガス側４２に 配置されており、洗浄空気管４５を介して熱担持体循環系２４ないし２８からの 空気で付勢される。この洗浄空気により堆積物が熱交換面からふき飛ばされる。 洗浄空気管４５は蓄熱式熱交換器２３の熱い側に開口しているが、空気室を蓄熱 式熱交換器２３の冷えた側にも配置して、破線で示した洗浄空気管４１により付 勢することができる。洗浄空気は、空気管２５から蓄熱式熱交換器２３の上流側 から取り出すこともできれば、蓄熱式熱交換器２３の下流側がらも取り出すこと ができる。 本発明は、蒸気発生部を接続した触媒式浄化部または非触媒式浄化部を備えた 石炭型発電所にも適用することができ、或いは一般的に、堆積及び腐食の危険が ある場合には常に有利に適用することができる。また、空気とは異なる流体を熱 循環系内で循環させることができ、特に３００℃程度までの高温度でも蒸気圧が 低いような流体を使用してもよい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１月２６日 【補正内容】 １．窒素酸化物低減部（２１）に接続するように煙ガス流（２０，３６）内に配 置される熱交換器（２３）を備えた燃焼設備において、 前記熱交換器が、煙ガス除塵部（３７）の前に接続され、且つ煙ガス流（２０ ，３６）内の熱交換器（２３）から熱を吸収するための熱担持体循環系（２４な いし２８）に接続されており、且つ熱交換体循環系内で案内される熱担持体で付 勢され、熱担持体循環系（２４ないし２８）が、熱担持体から熱を吸収するため の少なくとも一つの他の熱交換器（１６，１８）を有していることを特徴とする 燃焼設備。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｆ２３Ｌ 15/02 6908−3Ｋ (72)発明者 リュッカート ホルスト ドイツ連邦共和国 デー・44225 ドルト ムント シュトックーマー シュトラーセ 278ツェー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．窒素酸化物低減部（２１）に接続するように且つ煙ガス除塵機（３７）の前 に位置するように煙ガス流（２０，３６）内に配置される熱交換器（２３）と、 煙ガス流（２０，３６）内に配置される熱交換器（２３）から熱を吸収するため の熱担持体循環系（２４ないし２８）と、 熱担持体から熱を吸収するために熱担持体循環系（２４ないし２８）内に配置 される少なくとも１つの熱交換器（１６，１８）と、 が設けられていることを特徴とする燃焼設備。 ２．熱担持体としての空気を含有する熱担持体循環系（２４ないし２８）が設け られていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼設備。 ３．熱担持体循環系（２４ないし２８）内にボイラー水予熱部（１８）が配置さ れていることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃焼設備。 ４．熱担持体循環系（２４ないし２８）内に凝縮物予熱部（１６）が配置されて いることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１つに記載の燃焼設備。 ５．ガスタービン・蒸気タービン組合せプロセス部（１，２，４；８ないし１３ ）の煙ガス流（２０，３６） 内に熱担持体循環系（２４ないし２８）が配置されていることを特徴とする、請 求項１から４までのいずれか１つに記載の燃焼設備。 ６．炭塵で再燃焼せしめられる蒸気発生部（８）の煙ガス流（２０，３６）内に 熱担持体循環系（２４ないし２８）が配置されていることを特徴とする、請求項 ５に記載の燃焼設備。 ７．加熱された空気の部分流（２９）を分岐させて炭塵粉砕機に供給するように したことを特徴とする、請求項２または６に記載の燃焼設備。 ８．加熱された空気の部分流（３４）を分岐させて、付加的な燃焼空気として蒸 気発生部（８）の一つまたは複数個のバーナーに供給するようにしたことを特徴 とする、請求項２または６または７に記載の燃焼設備。 ９．蓄熱式熱交換器（２３）が煙ガス流（２０，３６）内に設けられていること を特徴とする、請求項１から８までのいずれか１つに記載の燃焼設備。 １０．回転する加熱面または回転する煙ガスフードを備えた蓄熱式熱交換器（２ ３）が設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の燃焼設備。 １１．蓄熱式熱交換器（２３）の煙ガス側（４２）に粉塵ファン（４３）が配置 されていることを特徴とす る、請求項１０に記載の燃焼設備。 １２．煙ガス側（４２）においてラジアルパッキン（４０）の前に配置され、熱 担持体循環系（２４ないし２８）からの空気によって付勢される空気室（４３） が粉塵ファンとして設けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の燃焼 設備。 １３．空気室（４３）が、蓄熱式熱交換器（２３）の熱い側に配置されているこ とを特徴とする、請求項１２に記載の燃焼設備。 １４．空気室（４３）が、蓄熱式熱交換器（２３）の冷えた側に配置されている ことを特徴とする、請求項１２に記載の燃焼設備。 １５．熱担持体循環系（２４ないし２８）内の、蓄熱式熱交換器（２３）の上流 側に、循環ファン（２４）が配置され、空気側（４４）の圧力が、蓄熱式熱交換 器（２３）の煙ガス側（４２）の圧力以上の圧力に保持されることを特徴とする 、請求項１０から１４までのいずれか１つに記載の燃焼設備。