JPH112403A

JPH112403A - ボイラ装置

Info

Publication number: JPH112403A
Application number: JP9153838A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Sakai; 和人酒井; Shunichi Tsumura; 俊一津村; Yuji Fukuda; 祐治福田; Hideaki Iwamoto; 英明岩元
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ボイラの排ガスの酸露点温度を確実に評価
し、排ガス温度を最適に制御してボイラ効率を高く維持
すること。【解決手段】硫黄分を含む燃料を使用するボイラ１の
排ガスからの熱回収を行なう再生式空気予熱器２と、再
生式空気予熱器出口の排ガスの温度を制御する制御手段
と、を備えたボイラ装置において、再生式空気予熱器２
からの排ガス中のＳＯ3の濃度を計測１２すると共に、
再生式空気予熱器からの排ガス中の水分を計測１５し、
前記ＳＯ3濃度計測値１２と前記水分計測値１５とから
排ガスの酸露点温度を算出１３し、排ガス温度が酸露点
温度を上廻るように排ガス温度を制御するボイラ装置。
また、前記ＳＯ3濃度計測値１２に基づいて排ガスの集
塵器１６入口でのアンモニア注入量を制御１８するこ
と。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラの制御方法に
係わり、特に排ガス温度を最適化してボイラの高効率化
を維持するのに好適なボイラ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のボイラ装置は図６に示すように、
ボイラ１の排ガスからの熱回収を行なうために設置され
た再生式空気予熱器２の入口の空気ダクト１１における
空気温度を空気温度計５で計測し、ガスダクト１０の出
口ガス温度をガス温度計４で計測して、それらの平均値
として求められる再生式空気予熱器２の低温端メタル温
度を平均温度演算器６にて算出し、あらかじめ決められ
た設定値と比較演算器７にて比較の上、制御信号発信器
８で蒸気式空気予熱器３への蒸気流量を制御する蒸気流
量調整弁９を動作させて空気ダクト１１内の空気温度を
変えることにより運用されていた。

【０００３】しかし、前記比較演算器７の設定値は再生
式空気予熱器２のエレメントの腐食及び閉塞防止の観点
から決定されるが、排ガス温度については、燃料中の硫
黄分量変動、並びにボイラ及びその出口に煙道脱硝が設
置されている場合はその触媒のＳＯ2酸化率の経時変
化、等を考慮して排ガス中のＳＯ3濃度の予想最大値に
基づいて決定されるため、結果的には排ガス温度が必要
以上に高くなり、ボイラ効率については十分な配慮が成
されていなかった。

【０００４】また、排ガス中のＳＯｘ濃度を計測してあ
らかじめ設定したＳＯ2酸化率よりＳＯ3濃度を算出し、
設定値を決定する方法があるが、ＳＯ2酸化率が経時的
に変化した場合に対応できない問題があった。

【０００５】さらに、ガスダクト１０に酸露点計を設置
して直接露点を計測して設定値を決める従来手法があ
る。これはガス中に電解質を塗ったセンサと電極を置
き、電気導電率を利用して露点を計測するものだが、次
のような問題点があった。

【０００６】（１）センサと電極をガス中に置くため、
排ガス中に灰が含まれている場合にはセンサおよび電極
が灰に覆われ計測不可能となる。

【０００７】（２）排ガス中の灰に未燃炭素が存在する
と、導電率が変化し正確な計測ができない。

【０００８】（３）灰中に塩化物（ＣaＣＬ2，ＭgＣＬ2
など）や硫化物（ＭgＳＯ4など）が存在する場合も正確
な計測ができない。

【０００９】（４）排ガス中に酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ
4）が存在すると、ガス温度約２３０℃以下でセンサ上
に凝縮するため正確な計測ができない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はボイラ
の高効率化の点について配慮がされておらず、排ガス温
度が必要以上に高くなりボイラ効率が低くなるという問
題があった。また、ＳＯｘ温度や露点計では正確な計測
・評価が困難であるという問題も存在する。

【００１１】本発明の目的は酸露点温度を確実に評価
し、排ガス温度を最適化してボイラ効率を高く維持する
ことにある。さらにアンモニア注入量を必要最低限とし
て運転経緯の節減を図ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１３】硫黄分を含む燃料を使用するボイラの排ガ
スからの熱回収を行なう再生式空気予熱器と、前記再生
式空気予熱器出口の排ガスの温度を制御する制御手段
と、を備えたボイラ装置において、前記再生式空気予熱
器からの排ガス中のＳＯ3の濃度を計測し、前記計測値
に基づいて酸露点温度を算出し、前記排ガス温度が前記
酸露点温度を上廻るように排ガス温度を制御するボイラ
装置。

【００１４】更に、前記再生式空気予熱器からの排ガス
中の水分を計測し、前記水分計測値と前記ＳＯ3濃度計
測値とから前記酸露点温度を算出すること。

【００１５】更に、前記ＳＯ3濃度計測値に基づいて前
記排ガスの集塵器入口でのアンモニア注入量を制御する
こと。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る全体構成
を、図１を用いて以下に説明する。

【００１７】図１において、１はボイラ、２は再生式空
気予熱器、３は蒸気式空気予熱器、４はガス温度計、５
は空気温度計、６は平均温度演算器、７は比較演算器、
８は制御信号発信器、９は蒸気流量調整弁、１０はガス
ダクト、１１は空気ダクト、１２はＳＯ3計、１３は露
点温度演算器、１４は比較演算器、１５は水分計、１６
は集塵機、１７はアンモニア流量調整弁、１８はアンモ
ニア注入ノズル、１９は制御信号発信器、２０はフィル
タ、をそれぞれ表す。

【００１８】ボイラ１を出たガスダクト１０の排ガス
は、再生式空気予熱器２にて空気ダクト１１の空気と熱
交換を行なった後、ガスダクト１０にて図示していない
煙突へ送られて排出される。ボイラ１へ供給される空気
ダクト１１の燃焼用空気は、再生式空気予熱器２にてガ
スダクト１０の排ガスから熱回収を行なった上で送られ
る。

【００１９】再生式空気予熱器２の空気ダクト１１に
は、再生式空気予熱器２のエレメント低温端メタル温度
及び排ガス温度の制御を目的として、蒸気式空気予熱器
３が設置されており、加熱蒸気流量を蒸気流量調整弁９
にて変化させて再生式空気予熱器２の入口空気温度を制
御するシステムとなっている。

【００２０】再生式空気予熱器２の入口空気ダクト１
１、出口ガスダクト１０にはそれぞれ温度計５，４が設
置され、それらの計測値により平均温度演算器６にて平
均値＝低温端メタル温度を算出し、比較演算器７におい
てその制御設定値と比較して蒸気式空気予熱器３の蒸気
流量調整弁９を動作させる。

【００２１】再生式空気予熱器２のガス後流に設置され
る集塵器１６の入口には、アンモニア注入ノズル１８が
あり、アンモニア流量調整弁１７の開度を調整してその
流量を制御する。

【００２２】次に、本発明の実施形態の全体構成におけ
る各構成要素間の相互関係並びにその作用を以下説明す
る。

【００２３】再生式空気予熱器２の出口ガスダクト１０
の近傍にＳＯ3計１２を設置し排ガス中のＳＯ3濃度を測
定する。ＳＯ3の計測は、ガスダクト１０から吸引した
排ガスをＳＯ3計１２に入れて試薬のカラムを通過させ
て発色させ、比色分析することにより行なう。試薬とし
て用いるクロラニル酸バリウムは非常に溶解度の低い物
質であるが、硫酸イオンが来るとクロラニル酸イオンと
置換して硫酸バリウム（ＢaＳＯ4）が形成され、クロラ
ニル酸イオンが遊離するので、その色によりＳＯ3濃度
を判定するものである。

【００２４】ＳＯ3計１２はダクトの外に設置されるの
で灰付着の問題はなく、吸引ガスに混入した微量の灰、
硫化物、塩化物等は吸引管中にフィルター２０を設置し
て除去し、計測精度の向上を図る。露点温度演算器１３
にて酸露点温度を算出して、ガス温度計４の実測値と比
較演算器１４にて比較する。酸露点は公知の次式にて評
価できる。

【００２５】Ｔ＝２０ｌｏｇ₁₀Ｖ＋ａここで、ＶはＳＯ3％、ａはガス中の水分により決まる
定数である。従って水分計１５により排ガス中の水分を
計測すれば、一層精度良く酸露点を評価することができ
る。

【００２６】ガス温度計４からのガス温度実測値よりも
露点温度演算器１３からの酸露点温度が高い場合には、
ガスダクト１０以降の後流機器の腐食防止のため、蒸気
流量調整弁９の開度を増して（調整弁９を開いて）蒸気
式空気予熱器３への蒸気流量を増加させて、蒸気式空気
予熱器３の出口空気温度を上昇させて、排ガス温度が酸
露点温度を上回るように制御する（調整弁９を開く）。

【００２７】逆に露点温度演算器１３からの酸露点温度
の方が低い場合には再生式空気予熱器２の低温端メタル
温度設定値を満足するように蒸気流量調整弁９を閉まる
ように制御する。排ガス中のＳＯ3量が多いボイラで
は、集塵器１６の入口に設けたアンモニア注入ノズル１
８よりアンモニアを注入し、ＳＯ3と反応させて硫安と
して集塵器１６にて除去する。そこでＳＯ3計１２で測
定した濃度の変化に従ってアンモニア流量調整弁１７を
動作させて制御する。

【００２８】以上説明したように、本発明は、排ガス中
のＳＯ3を計測してその濃度に従って排ガス温度や集塵
器入口アンモニア注入量を最適化制御するものである。
そして、硫黄分を含む燃料を使用するボイラの空気予熱
器出口排ガス温度は、硫酸の露点温度以下となると硫酸
が析出してガスダクト１１等の後流設備の腐食を引き起
こすため、露点温度を下回らないように制御する。

【００２９】酸の露点温度は排ガス中のＳＯ3温度と水
分量により決まるので、ＳＯ3濃度または水分量も併せ
て計測して排ガス温度が露点温度を下回らないようにガ
ス温度制御を行なえば、排ガス温度が必要以上に高くな
ることはないので、ボイラの効率を悪化させることがな
い。

【００３０】さらにＳＯ3濃度の増減に合わせて集塵器
入口アンモニア注入量を制御すれば、無駄なアンモニア
消費量を抑制できるので運転経費を増加させることがな
い。

【００３１】本発明の他の実施形態を図２，図３に示
す。図２の実施形態は再生式空気予熱器２の入口から出
口にバイパス空気ダクト２１及びバイパス空気流量調整
ダンパ２２を設け、バイパス空気流量調整ダンパ２２に
よりバイパス空気量ダクト２１のバイパス空気量を増加
させて再生式空気予熱器２を通過する空気量を少なくし
て、再生式空気予熱器２での熱交換量を少なくし、ガス
ダクト１０の排ガス温度を高くした。

【００３２】図３の場合には再生式空気予熱器２のガス
側にバイパスガスダクト３１及びバイパスガス流量調整
ダンパ３２を設置して、バイパスガスダクト３１のバイ
パスガス量を増加させてガスダクト１０の排ガス温度を
高くしたものである。

【００３３】図２，図３のいずれの実施形態でも、図１
の実施形態に示す蒸気式空気予熱器３が無く、システム
を簡素化できる効果がある。

【００３４】図４はＳＯ3計１２を再生式空気予熱器２
のガス上流側に設置した場合の実施形態を示す。この場
合はボイラ１、及びボイラ１と再生式空気予熱器２の間
に脱硝装置４１が設置されている時はその触媒でのＳＯ
2酸化率の経時変化を正確に監視できるという効果があ
る。

【００３５】排ガス中のＳＯ3濃度と酸露点温度は図５
に示す関係にある。ガス中ＳＯｘ濃度は燃料中のＳ分量
に大きく左右される。ボイラ伝熱面や脱硝触媒に付着し
たバナジウム等の触媒作用でＳＯ2酸化率が変化し、初
期には１〜３％程度だったものが、経時変化後は１０％
程度まで酸化率が増加することがあるため、ＳＯ3濃度
は燃料仕様や運転時間により０〜２００ｐｐｍとなる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＳＯ3濃度が低く露点温度がガス温度より低い場合に
は、空気予熱器の腐食・閉塞防止のため必要な低温端メ
タル温度設定値を満足する最低ガス温度にて運転し、逆
に、ＳＯ3濃度が高く露点温度が上昇した場合にのみ、
排ガス温度が露点温度を上回るように上昇させて運転す
れば、排ガス温度を必要最低限にできるので、ボイラ効
率の低下も必要最低限にでき、高効率運転を達成でき
る。

【００３７】また精度良く露点温度が評価できるので、
ＳＯ3濃度の経時変化の監視が容易となる外、排ガス温
度を正確に露点温度以上とでき、再生式空気予熱器１２
の低温側エレメントの材質をエナメルコーティング材か
ら耐食鋼に変更し、設備費の低減が可能となる。

【００３８】またエレメント上へのＳＯ3凝縮がなくな
るのでエレメントへの灰付着量が減り、スートブロワの
運転頻度・蒸気消費量が低減する。

【００３９】さらに集塵器１６入口でのアンモニア注入
量を節約し、運転経緯を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の全体構成を示す系統図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す系統図であっ
て、空気予熱器にバイパスダクトを設けた構成図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施形態を示す系統図であっ
て、空気予熱器にバイパスダクトを設けた構成図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施形態を示す系統図である。

【図５】排ガス中のＳＯ3濃度と酸露点温度の関係を示
す図である。

【図６】従来技術における空気予熱器廻りの系統図であ
る。

【符号の説明】

１ボイラ２再生式空気予熱器３蒸気式空気予熱器４ガス温度計５空気温度計６平均温度演算器７，１４比較演算器８，１９制御信号発信器９蒸気流量調整弁１０ガスダクト１１空気ダクト１２ＳＯ3計１３露点温度演算器１５水分計１６集塵機１７アンモニア流量調整弁１８アンモニア注入ノズル２０フィルタ２１バイパス空気ダクト２２バイパス空気流量調整ダンパ３１バイパスガスダクト３２バイパスガス流量調整ダンパ４１脱硝装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩元英明広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硫黄分を含む燃料を使用するボイラの排
ガスからの熱回収を行なう再生式空気予熱器と、前記再
生式空気予熱器出口の排ガスの温度を制御する制御手段
と、を備えたボイラ装置において、前記再生式空気予熱器からの排ガス中のＳＯ3の濃度を
計測し、前記計測値に基づいて排ガスの酸露点温度を算出し、前記排ガス温度が前記酸露点温度を上廻るように排ガス
温度を制御することを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】硫黄分を含む燃料を使用するボイラの排
ガスからの熱回収を行なう再生式空気予熱器と、前記再
生式空気予熱器出口の排ガスの温度を制御する制御手段
と、を備えたボイラ装置において、前記再生式空気予熱器からの排ガス中のＳＯ3の濃度を
計測すると共に、前記再生式空気予熱器からの排ガス中の水分を計測し、前記ＳＯ3濃度計測値と前記水分計測値とから排ガスの
酸露点温度を算出することを特徴とするボイラ装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のボイラ装置に
おいて、前記ＳＯ3濃度計測値に基づいて前記排ガスの集塵器入
口でのアンモニア注入量を制御することを特徴とするボ
イラ装置。