(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-10
(45)【発行日】2023-01-18
(54)【発明の名称】ボイラの効率を向上させるための方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
F23L 15/00 20060101AFI20230111BHJP
F23J 15/00 20060101ALI20230111BHJP
【ＦＩ】
F23L15/00 A
F23J15/00 A
F23J15/00 B
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021185614
(22)【出願日】2021-11-15
(62)【分割の表示】P 2019500294の分割
【原出願日】2017-01-13
(65)【公開番号】P2022024062
(43)【公開日】2022-02-08
【審査請求日】2021-12-13
(31)【優先権主張番号】15/205,243
(32)【優先日】2016-07-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】PCT/US2016/055958
(32)【優先日】2016-10-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518055143
【氏名又は名称】アルヴォス ユングストローム エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(72)【発明者】
【氏名】オーボイル、 ケビン
(72)【発明者】
【氏名】マティソン、 グレン ディー．
【審査官】河野 俊二
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６０－０８４１３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／０７８７２２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１９４３０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－００４５２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】英国特許出願公開第０２１３８５５５（ＧＢ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１３８８０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５９－０８１９４３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０１－２２３３２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２０４９６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－００２４０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２３Ｌ １５／００
Ｆ２３Ｊ １５／００
Ｆ２３Ｂ ８０／０２
Ｆ２３Ｃ ９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
向上した効率のために、蒸気発生器容器（１１）と空気供給システム（１３Ｄ）と空気予熱器（１３）と微粒子除去システム（１４）と煙道ガス脱硫システム（１７）と煙道ガスの排出煙突（１９）とを含む蒸気発生器システム（１０）をレトロフィットするための方法であって、前記方法は、前記空気予熱器（１３）と前記微粒子除去システム（１４）との間、前記微粒子除去システム（１４）と前記煙道ガス脱硫システム（１７）との間、及び前記煙道ガス脱硫システム（１７）と前記排出煙突（１９）との間に位置付けられている熱交換器及びファンを全て除去することと、
前記空気予熱器（１３）を出る煙道ガス混合物の温度が前記空気予熱器（１３）内における水露点温度以上硫酸露点温度未満である１０５℃（２２０°Ｆ）～１２５℃（２５７°Ｆ）の第１の温度（Ｔ１）となるように、前記蒸気発生器容器（１１）内での燃料の燃焼のために必要な量を超える大きさの第１の量（Ａ１）の空気を供給するように前記空気予熱器（１３）への空気供給源（１３Ｄ）を再構成することと、
蒸気発生器容器（１１）と連通しているＳＯ３軽減手段を備え、前記ＳＯ３軽減手段は、前記蒸気発生器容器内（１１）で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減するように構成されており、ＳＯ３の軽減は前記煙道ガス混合物が前記空気予熱器（１３）に入る前に行われる、ことと、
ボイラの効率を維持又は向上するために、前記第１の量（Ａ１）の空気を、従来のシステムの燃焼空気の温度以上であり且つ２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）である第２の温度（Ｔ２）まで加熱するように前記空気予熱器（１３）を構成することと、
前記第１の量（Ａ１）の空気の第１の部分（Ｐ１）を燃料の燃焼のために前記蒸気発生器容器（１１）に供給することと、
前記蒸気発生器容器（１１）を出た前記煙道ガス混合物の全て又は一部を前記第１の温度において前記空気予熱器（１３）から微粒子除去システム（１４）まで直接排出し、それにより前記煙道ガス混合物から微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物（ＦＧ１）を生成することと、
前記第１の処理された煙道ガス混合物（ＦＧ１）を、微粒子除去システム（１４）から煙道ガス脱硫システム（１７）内に直接排出し、それにより５２℃～６０℃の範囲である第３の温度（Ｔ３）における第２の処理された煙道ガス混合物（ＦＧ２）を、前記煙道ガス脱硫システム（１７）内で生成し、前記煙道ガス脱硫システム（１７）から排出することと、
煙道ガス再加熱空気としての、前記第１の量（Ａ１）の空気の第２の部分（Ｐ２）を、前記煙道ガス脱硫システム（１７）から排出された、前記第３の温度（Ｔ３）における第２の煙道処理された煙道ガス混合物（ＦＧ２）に対して注入し、少なくとも６８℃の第４の温度（Ｔ４）における第３の処理された煙道ガス混合物（ＦＧ３）を生成し、前記第４の温度（Ｔ４）において前記排出煙突（１９）に入れることと、
を含み、
前記第３の温度（Ｔ３）は、前記排出煙突（１９）を出る可視プルームを軽減し且つ前記排出煙突（１９）内での腐食を軽減する大きさまで、前記煙道ガス再加熱空気が前記第４の温度（Ｔ４）を上昇させることを可能にする大きさのものであるとともに、
前記第１の量の空気の第３の部分が、ボイラの始動中に前記微粒子除去システム（１４）、前記煙道ガス脱硫システム（１７）、及び中間ダクティングの少なくとも１つを選択的に予熱するために使用され、又はボイラの動作中に石炭乾燥設備のために使用され、続いて大気に放出される予熱空気として提供される、
レトロフィット方法。
【請求項2】
前記煙道ガス脱硫システム（１７）と前記排出煙突（１９）とを接続している出口ダクトの少なくとも一部を、前記煙道ガス脱硫システム（１７）と過剰空気ダクトと前記排出煙突（１９）とを接続するマニホルドに置き変える、請求項１に記載のレトロフィット方法。
【請求項3】
前記蒸気発生器システム（１０）は煙道ガス再加熱空気微粒子除去システムをさらに含み、前記空気予熱器（１３）は前記煙道ガス再加熱空気微粒子除去システムを介して前記排出煙突（１９）と連通しており、
前記第２の部分（Ｐ２）の空気から微粒子汚染物質を除去し、前記微粒子汚染物質は前記空気予熱器（１３）内で漏洩した前記煙道ガス混合物から前記第２の部分（Ｐ２）の空気に導入されたものである、
請求項１又は２に記載のレトロフィット方法。
【請求項4】
前記蒸気発生器システム（１０）は、前記蒸気発生器容器（１１）と前記空気予熱器（１３）との間の連通箇所において配置された湿度センサをさらに含み、前記湿度センサを用いて前記煙道ガス混合物の湿度を測定して、第１の温度の大きさを決定し、且つ／又は
前記蒸気発生器システム（１０）は赤外線センサをさらに含み、
前記赤外線センサを用いて前記空気予熱器（１３）内の低温端メタル温度を判定し、前記低温端メタル温度を前記水露点温度と比較し、前記低温端メタル温度を前記水露点温度以上であるように制御する、
請求項１～３の何れか１項に記載のレトロフィット方法。
【請求項5】
前記レトロフィット方法を実施した後の前記蒸気発生器システム（１０）の第２の熱効率は、前記レトロフィット方法を実施する前の前記蒸気発生器システム（１０）の第１の熱効率と少なくとも同程度に大きい、請求項１～４の何れか１項に記載のレトロフィット方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般に、化石燃料燃焼蒸気発生器の効率及び微粒子除去の効率を向上させるための方法及びシステムに関し、特に、汚れを低減することによって空気予熱器の効率を向上させ、且つ空気予熱器の上流でのＳＯ３軽減と、煙道ガス再加熱とを使用することによって前記化石燃料燃焼蒸気発生器の熱効率及び静電集塵器の効率を向上させ、それにより前記空気予熱器の下流の１又は複数の熱交換器の除去と１又は複数のファンの除去とを容易にするための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
発電及び化学処理プラントにおいて使用するための蒸気の発生のために採用される多くのタイプの蒸気発生器システムが存在する。蒸気発生システムのうちのいくつかは、石炭、天然ガス、及びオイルなどの化石燃料を蒸気発生器容器内で燃焼させる。燃料の燃焼のための酸素を提供するために、蒸気発生器容器への空気供給が必要とされる。燃料の燃焼は、蒸気発生器容器から排出される煙道ガスストリーム内の高温燃焼副産物をもたらす。蒸気発生器システムの熱効率を向上するために、蒸気発生器容器への前記空気供給は、空気予熱器（ＡＰＨ）、例えば回転式ＡＰＨなどにおいて、煙道ガスストリームから熱を回収することによって加熱される。
【0003】
ＡＰＨの効率は、より高い効率の熱伝達エレメント、及びより大きな熱伝達面積を有する熱伝達エレメントを使用することによって増加される。しかし当業者は、本明細書中で説明する汚染物質の制御に関する動作制限のため、より高い効率の熱伝達エレメント、及び熱伝達エレメントのより大きな熱伝達面積の使用によって得られる増加したＡＰＨ効率の最大限の可能性を実現できていない。
【0004】
煙道ガスストリーム内の副産物は、微粒子物質及び汚染物質を含む場合がある。例えば、石炭の燃焼は、フライアッシュの形態の微粒子物質、並びに窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化硫黄ＳＯ２及び三酸化硫黄ＳＯ３（集合的にしばしばＳＯｘと呼ばれる）などの汚染物質などの、燃焼副産物をもたらす。ＳＯ２は、高硫黄石炭などの硫黄含有燃料の燃焼の結果として形成される。ＳＯ３は、例えば煙道ガス内の酸素含有率が非常に高い場合、又は煙道ガス温度が非常に高い（例えば８００℃を超える）場合に、ＳＯ２の酸化によって形成される。ＳＯ３は、除去するのが非常に困難な、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）ミストとして知られる液体エアロゾルを形成する場合がある。
【0005】
環境法及び環境規制は、環境中への微粒子物質及び汚染物質の排出の量を制限する。したがって、様々な処理システムが、微粒子物質及び汚染物質の排出を制御するために採用されている。例えば、選択的触媒還元（ＳＣＲ）は、ＮＯｘとも呼ばれる窒素酸化物を、触媒を用いて２原子窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に変換するための処理手段である。バッグハウス、湿式静電集塵器（ＥＳＰ）、及び乾式ＥＳＰなどの微粒子制御システムが、煙道ガスストリームから微粒子物質を除去するために採用される場合がある。乾式ＥＳＰは湿式ＥＳＰより効率的であり且つ保守がより容易であるが、乾式ＥＳＰは湿式ＥＳＰよりも乾燥した煙道ガスストリームを必要とする。乾燥した煙道ガスストリームを生成することは困難な可能性があり、その理由は、煙道ガス温度がＡＰＨの低温端においてＳＯ３の露点未満に低下した場合、凝縮が発生する場合があり、それによりＳＯ３がＨ２ＳＯ４を形成し、比較的湿った煙道ガスがもたらされるからである。その上、煙道ガスがＨ２ＳＯ４ミストを含む場合、より効率の低い湿式ＥＳＰが、Ｈ２ＳＯ４を除去するために一般に採用される。加えて、煙道ガスの温度が高い場合（例えば１３０℃以上）、ＥＳＰは塵汚れ（例えば、ＥＳＰコレクタプレート及び除去トラフ上のフライアッシュの望ましくない蓄積）に遭遇する傾向がある。
【0006】
微粒子物質及び汚染物質の制御のために採用される別のシステムは、煙道ガス脱硫（ＦＧＤ）システムである。ＦＧＤシステムは主として、例えばＳＯ２吸収器の使用によって、いかなるＳＯ２も除去することに関する。湿式ＳＯ２吸収器は一般に、煙道ガスからＳＯ２を吸収するために、ＳＯ２吸収器を通して流れている煙道ガスのストリーム上に、吸収剤と混合された水を噴霧する。ＳＯ２吸収器を出る煙道ガスは、いくらかのＳＯ２を含む水で飽和している。ＦＧＤシステムの１つの動作制限は、ＳＯ２吸収器を出る煙道ガスが、ファン、ダクト、及び煙突などの任意の下流機器に対して腐食性が強い可能性があるということである。ＦＧＤシステムのもう１つの動作制限は、ＳＯ２吸収器が、かなりの給水と吸収剤再生機器とを必要とするということである。
【0007】
ＡＰＨに関する１つの動作制限は、増加した熱伝達効率及び熱伝達面積を有する熱伝達エレメントを採用することにより、煙道ガス温度がＳＯ３の露点未満に低下することが引き起こされる可能性があり、その温度ではＡＰＨの低温端において凝縮が発生する可能性があるということである。ＳＯ３は水と反応して硫酸Ｈ２ＳＯ４を形成し、これはＡＰＨ熱伝達エレメント上で凝縮する。微粒子物質は、凝縮したＨ２ＳＯ４に付着してＡＰＨの汚れをもたらす可能性がある。この動作制限に基づいて、当業者は、部品温度及び／又はＡＰＨを出る煙道ガスの温度をＳＯ３の露点未満に低下させることを、並びに増加した効率の熱伝達エレメント及び増加した熱伝達面積をさらに採用することを妨げられてきた。したがってこの、ＡＰＨの効率を増加する最大限の可能性を完全には実現できないということは、蒸気発生器システムの熱効率をその最大限の可能性まで増加されるように増加する能力を制限する。
【0008】
図１に示すように、従来技術の蒸気発生器システムが全体として数字１００によって示されている。蒸気発生器システム１００は、ＳＣＲ入口１０２Ａを介して選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム１０２と連通している煙道ガス出口１０１Ｂを含む蒸気発生器容器１０１を含む。ＳＣＲシステム１０２は、第１のＡＰＨ入口１０３Ａを介して空気予熱器（ＡＰＨ）１０３と連通しているＳＣＲ出口１０２Ｂを含む。空気供給ライン１０３Ｄが第２のＡＰＨ入口１０３Ｃと連通している。ＡＰＨ１０３は、蒸気発生器容器１０１への入口１０１Ａと連通している第１のＡＰＨ出口１０３Ｅを含む。ＡＰＨ１０３は、静電集塵器（ＥＳＰ）１０４の入口１０４Ａと連通している第２のＡＰＨ出口１０３Ｂを含む。ＥＳＰ１０４は、ファン１０５（例えば、誘引通風ファン）の入口１０５Ａと連通している出口１０４Ｂを含む。ファン１０５は、ガス－ガス熱交換器（ＧＧＨ）の熱回収セクション１０６Ｘの高温側入口１０６ＸＡと連通している出口１０５Ｂを含む。熱回収セクション１０６Ｘは、煙道ガス脱硫（ＦＧＤ）システム１０７の入口１０７Ａと連通している第１の出口１０６ＸＢを有する。ＦＧＤシステム１０７は、ＧＧＨの再加熱セクション１０６Ｙの低温側入口１０６ＹＡと連通している出口１０７Ｂを含む。再加熱セクション１０６Ｙは、ファン１０８のファン入口１０８Ａと連通している第２の出口１０６ＹＢを含む。熱回収セクション１０６Ｘは、シールされた導管１０６Ｑであってその中で熱伝達媒体を運ぶためのシールされた導管１０６Ｑを介して再加熱セクション１０６Ｙの出口１０６ＹＤと連通している入口１０６ＸＣを含む。熱回収セクション１０６Ｘは、シールされた導管１０６Ｒであってその中で熱伝達媒体を運ぶためのシールされた導管１０６Ｒを介して再加熱セクション１０６Ｙの入口１０６ＹＣと連通している出口１０６ＸＤを含む。ファン１０８は、排気煙突１０９の入口１０９Ａと連通している出口１０８Ｂを含む。排気煙突１０９は煙突出口１０９Ｂを含む。
【0009】
蒸気発生器システム１００の動作は、粉砕された石炭などの燃料を蒸気発生器容器１０１に供給することを含む。蒸気発生器容器１０１から排出された高温煙道ガスのストリームであってＳＣＲ１０２内でＮＯｘ低減のために処理された後の高温煙道ガスのストリームによってＡＰＨ１０３内で加熱された空気供給１０３Ｄを介して、石炭の燃焼のための空気が提供される。ＡＰＨ出口１０３Ｂから排出されＥＰＳ１０４に供給される煙道ガスは一般に、約１３０℃の温度を有する。１３０℃におけるＥＳＰ１０４の動作は、本明細書中で説明したように、ＥＳＰ１０４内での塵汚れをもたらす傾向がある。ＦＧＤシステム１０７内でのＳＯ２除去の効率を増加するために、煙道ガスの温度はＧＧＨ１０６内で約９０℃まで低下される。しかし、ＧＧＨ１０６を通した圧力損失のため、煙道ガスの圧力を増加してＧＧＨ１０６及びＦＧＤシステム１０７を通した十分な速度における連続した流れを確実にするために、ファン１０５が必要とされる。ＦＧＤシステム１０７内での脱硫処理は、ＦＧＤシステム１０７内での水との接触の結果として、煙道ガスの温度を約５０℃まで低下させる。そのような低温での煙突１０９内への煙道ガスの排出は、腐食の問題と、煙突１０９の排出１０９Ｂにおける可視プルームとをもたらす傾向がある。加えて、煙道ガスはいくらかの残留アッシュを含む場合があり、前記残留アッシュは、例えば煙道ガスがあまりにも低い温度で煙突１０９を出た場合、大気中に不適切に分散される可能性がある。これらの問題を軽減するために、煙道ガスはＧＧＨ１０６内に再循環して戻されて、約９０℃まで前記煙道ガスは再加熱される。インドでは、汚染監視団体が約８０℃～１００℃までの再加熱を推奨している。煙道ガスを再循環して戻してＧＧＨ１０６を通すことにより、さらなる圧力損失がもたらされ、ファン１０８は煙道ガスの圧力及び速度を許容できる大きさまで増加させる必要がある。
【0010】
蒸気発生器システム１００の欠点としては以下が含まれる。１）ファン１０５及び１０８によって消費される電力による総合熱効率の低下、２）高温の煙道ガスによるＥＳＰ１０４内の塵汚れの問題、３）より大きな効率及び面積を有する加熱エレメントを採用することができない最適とは言えないＡＰＨ１０３、４）煙道ガス内の硫酸Ｈ２ＳＯ４の存在により乾式ＥＳＰを採用できないこと、５）煙道ガス内の５ｐｐｍを超える高いＳＯ３濃度によるＦＧＤ１０７の非効率。
【0011】
図２に示すように、別の従来技術の蒸気発生器システム１００’は、図１の従来技術の蒸気発生器システム１００にいくつかの点で類似している。したがって、同様の構成要素は同様の参照文字とそれに続くダッシュ記号とを用いて示されている。
【0012】
図２に示すように、従来技術の蒸気発生器システム１００’は、ＳＣＲ入口１０２Ａ’を介して選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム１０２’と連通している煙道ガス出口１０１Ｂ’を含む蒸気発生器容器１０１’を含む。ＳＣＲシステム１０２’は、第１のＡＰＨ入口１０３Ａ’を介して空気予熱器（ＡＰＨ）１０３’と連通しているＳＣＲ出口１０２Ｂ’を含む。空気供給ライン１０３Ｄ’が第２のＡＰＨ入口１０３Ｃ’と連通している。ＡＰＨ１０３’は、蒸気発生器容器１０１’への入口１０１Ａ’と連通している第１のＡＰＨ出口１０３Ｅ’を含む。前記ＡＰＨは、ガス－ガス熱交換器ＧＧＨの熱回収セクション１０６Ｘ’の高温側入口１０６ＸＡ’と連通している第２のＡＰＨ出口１０３Ｂ’を含む。熱回収セクション１０６Ｘ’は、静電集塵器（ＥＳＰ）１０４’の入口１０４Ａ’と連通している第１の出口１０６ＸＢ’を有する。ＥＳＰ１０４’は、ファン１０５’（例えば、誘引通風ファン）の入口１０５Ａ’と連通している出口１０４Ｂ’を含む。ファン１０５’は、煙道ガス脱硫（ＦＧＤ）システム１０７’の入口１０７Ａ’と連通している出口１０５Ｂ’を含む。ＦＧＤシステム１０７’は、ＧＧＨの再加熱セクション１０６Ｙ’の低温側入口１０６ＹＡ’と連通している出口１０７Ｂ’を含む。再加熱セクション１０６Ｙ’は、ファン１０８’のファン入口１０８Ａ’と連通している出口１０６ＹＢ’を含む。熱回収セクション１０６Ｘ’は、シールされた導管１０６Ｑ’であってその中で熱伝達媒体を運ぶためのシールされた導管１０６Ｑ’を介して再加熱セクション１０６Ｙ’の出口１０６ＹＤ’と連通している入口１０６ＸＣ’を含む。熱回収セクション１０６Ｘ’は、シールされた導管１０６Ｒ’であってその中で熱伝達媒体を運ぶためのシールされた導管１０６Ｒ’を介して再加熱セクション１０６Ｙ’の入口１０６ＹＣ’と連通している出口１０６ＸＤ’を含む。ファン１０８’は、排気煙突１０９’の入口１０９Ａ’と連通している出口１０８Ｂ’を含む。排気煙突１０９’は煙突出口１０９Ｂ’を含む。
【0013】
蒸気発生器システム１００’は、煙道ガスの温度をＥＳＰ１０４’に入る前に９０℃に上昇させるためにＧＧＨ１０６がＡＰＨ１０３’とＥＳＰ１０４’との間に位置付けられているという点で、蒸気発生器システム１００と異なっている。蒸気発生器システム１００’はＥＳＰ１０４’の動作を向上させることを試みるが、蒸気発生器システム１００のその他の欠点は存続する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
上記に基づいて、向上した熱効率と、微粒子物質及び汚染の処理システムとを有する蒸気発生器システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0015】
蒸気発生器システムの効率を向上させるための方法が本明細書中で開示される。前記方法は、蒸気発生器容器と空気供給システムと改良された空気予熱器（例えば、ＡｄｖＸ（商標）空気予熱器、以前は開発名ＡＸＲＭ（商標）が与えられていた）と微粒子除去システム（例えば、乾式静電集塵器及び／又は布フィルタ）と煙道ガス脱硫システムと煙道ガス排出煙突とを有する蒸気発生器システムを備えることを含む。前記空気供給システムは前記空気予熱器を介して前記蒸気発生器容器と連通している。前記蒸気発生器容器は前記空気予熱器と前記微粒子除去システムと前記煙道ガス脱硫システムとを介して前記排出煙突と連通している。前記微粒子除去システムは前記空気予熱器の下流に位置している。前記煙道ガス脱硫システムは前記微粒子除去システムの下流に位置しており、前記排出煙突は前記煙道ガス脱硫システムの下流に位置している。前記方法は、前記空気予熱器を出る煙道ガス混合物の第１の温度を確立するのに十分な質量流量において、前記空気供給システムが第１の量の空気を前記空気予熱器に提供するようにさせることを含む。前記第１の温度は、次の式に従って計算される少なくとも１％の増加した熱回収（ＨＲ）を有して動作する前記改良された空気予熱器によって規定される低温端出口温度を前記空気予熱器が有するような大きさのものである。
ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）、ここで、
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度。
ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）、ここで、
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度。
【0016】
前記方法は、前記蒸気発生器容器内で生成された前記煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減することを含む。ＳＯ３の軽減は、前記煙道ガス混合物が前記空気予熱器に入る前に行われる。前記方法は、前記第１の量の空気を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度まで加熱するように前記空気予熱器を構成することを含む。前記方法はまた、前記第１の量の空気の第１の部分又は全てを燃焼空気として、燃料の燃焼のために前記蒸気発生器容器に供給することを含む。前記煙道ガス混合物は、前記第１の温度において前記空気予熱器から前記微粒子除去システムまで直接排出され、それにより前記煙道ガス混合物から微粒子が除去され、第１の処理された煙道ガス混合物が生成される。前記方法は、前記蒸気発生器容器を出た前記第１の処理された煙道ガス混合物の全て又は一部を前記微粒子除去システムから前記煙道ガス脱硫システム内に直接排出し、それにより第３の温度、例えば限定されないが５２℃～約６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）における第２の処理された煙道ガス混合物を、前記煙道ガス脱硫システム内で生成し、前記煙道ガス脱硫システムから排出することをさらに含む。前記第３の温度は、前記第３の温度における前記第２の処理された煙道ガス混合物を（例えば混合を介して）直接的に又は（例えば熱交換器を介して）間接的に加熱する煙道ガス再加熱空気としての、第２の部分の空気の注入を促進し、それにより第４の温度（例えば最低でも約６８℃（１５５°Ｆ））における第３の処理された煙道ガス混合物を、前記排出煙突に入る前に生成するのに十分な大きさのものである。前記第３の温度は、前記排出煙突を出る可視プルームを軽減し且つ前記排出煙突内での腐食を軽減するのに十分な大きさまで、前記煙道ガス再加熱空気が前記第４の温度を上昇させることを可能にするのに十分な大きさのものである。最後に前記方法は、前記第３の処理された煙道ガス混合物を前記第４の温度において前記排出煙突に入れることを含む。
【0017】
一実施形態では、前記第１の量の空気は、前記蒸気発生器容器内での燃料の燃焼のために必要な量を超える大きさのものであり、前記第２の部分の空気は、前記第２の温度で前記空気予熱器から供給される前記第１の量の空気の第２の部分である。他方、別の実施形態では、前記煙道ガス混合物は、前記空気予熱器の上流で２つのストリームに分割され、第１のストリームは前記空気予熱器に供給されて次に前記空気予熱器から排出される前記煙道ガス混合物の前記部分であり、第２のストリームは前記空気予熱器の上流でダクティングを介してブリードされる。前記別の実施形態では、前記第２のストリームは続いて熱交換器を通して送られ、前記空気予熱器の下流で前記第１のストリームと再結合するように注入される。一般に、前記第２のストリームは続いて熱交換器を通して送られ、前記第２の部分の空気は、煙道ガス再加熱空気としての注入に先立って前記熱交換器内で煙道ガスの前記第２のストリームによって加熱される。
【0018】
一実施形態では、前記空気予熱器は、前記空気予熱器内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有し、前記第１の温度は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。
【0019】
一実施形態では、前記第１の量の空気の第３の部分が、ボイラの始動中に前記微粒子除去システム、前記煙道ガス脱硫システム、及び／若しくは中間ダクティングのうちの１若しくは複数を選択的に予熱するために使用される、又はボイラの動作中に石炭乾燥設備のために使用され、続いて大気に放出される、予熱空気として提供される。別の実施形態では、煙道ガス混合物の前記第２のストリームは続いて、熱交換器を通して送られて、煙道ガス再加熱空気としての注入のための前記第２の部分の空気を提供する空気ストリームを加熱する。加えて、前記別の実施形態では、前記空気ストリームは第３の部分の空気を、ボイラの始動中に前記微粒子除去システム、前記煙道ガス脱硫システム、中間ダクティングのうちの少なくとも１つを選択的に予熱するために使用される、又はボイラの動作中に石炭乾燥設備のために使用され、続いて大気に放出される、予熱空気として提供する。
【0020】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは選択的触媒還元システムをさらに含み、前記蒸気発生器容器は前記選択的触媒還元システムを介して前記空気予熱器と連通している。
【0021】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは、煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム及び／又は予熱空気微粒子除去システムのうちの１又は複数をさらに含み、前記空気予熱器は前記煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム及び／又は予熱空気微粒子除去システムを介して前記排出煙突と連通している。前記煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム及び／又は前記予熱空気微粒子除去システムは、前記空気予熱器内での前記煙道ガス混合物からの漏洩から前記第２の部分の空気に導入された微粒子汚染物質を、前記第２の部分の空気から除去する。
【0022】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは、前記蒸気発生器容器と前記空気予熱器との間に配置された湿度センサをさらに含み、前記方法は、前記湿度センサを用いて前記煙道ガス混合物の湿度を測定して、第１の温度の大きさを決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ）ことを含む。
【0023】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは赤外線センサをさらに含み、前記方法は、前記赤外線センサを用いて前記空気予熱器内の前記低温端メタル温度を判定すること（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）、前記低温端メタル温度を前記水露点温度と比較すること、及び前記低温端メタル温度を前記水露点温度以上であるように制御すること、を含む。
【0024】
一実施形態では、前記煙道ガス混合物内のＳＯ３の前記軽減は、低硫黄燃料を前記蒸気発生器容器に供給することを含み、前記低硫黄燃料は５パーツパーミリオン未満のＳＯ３を生成する。
【0025】
一実施形態では、前記煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減することは、前記煙道ガス混合物を前記空気予熱器に入れるのに先立って前記煙道ガス混合物内のＳＯ３を除去することを含む。
【0026】
一実施形態では、前記煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減することは、前記煙道ガス混合物を前記空気予熱器に入れるのに先立って、前記煙道ガス混合物内の前記ＳＯ３を化学的に不活性塩にさせることを含む。例えば、化学的に不活性塩にさせることは、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、アンモニウム、及び／又はチオ硫酸カルシウムを含み、且つチオ硫酸塩及び塩化物種のうちの１若しくは複数などの可溶性塩化合物を含むか又は炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸カリウムのうちの少なくとも１つを含む、試薬の水性懸濁液を噴霧して、煙道ガス内の前記ＳＯ３と反応することが可能な少なくとも１つの可溶性塩化合物の乾燥微粒子を含む微粒子ミストを生成することを含んでもよい。
【0027】
一実施形態では、前記方法は、前記煙道ガス脱硫システムと前記排出煙突との間に注入装置（例えば、ダクトマニホルド）をさらに備えることを含み、前記第２の温度における前記第２の部分の空気を、前記第３の温度における第２の煙道処理された煙道ガス混合物に対して注入することは、前記注入装置内で行われる。
【0028】
一実施形態では、前記注入装置は、前記煙道ガス脱硫システムと前記排出煙突との間に位置付けられた前記ダクトマニホルドを含む。前記ダクトマニホルドは、前記第２の処理された煙道ガス混合物を受け入れるための入口と、前記第２の部分の空気を受け入れるための分岐接続部と、前記排出煙突と連通している出口とを有する。一実施形態では、前記注入装置は、ミキサー、旋回ベーン、及び／又はタビュレータ装置を含む。
【0029】
一実施形態では、前記第１の温度における前記煙道ガス混合物を前記空気予熱器から前記微粒子除去システムまで直接排出することは、前記空気予熱器と前記微粒子除去システムとの間に熱交換器が配置されていない状態で達成される。
【0030】
一実施形態では、前記第１の処理された煙道ガス混合物を前記微粒子除去システムから前記煙道ガス脱硫システム内に直接排出することは、前記微粒子除去システムと前記煙道ガス脱硫システムとの間に熱交換器が配置されていない状態で達成される。
【0031】
一実施形態では、前記空気予熱器と前記煙道ガス脱硫システムとの間に配置される熱交換器は存在しない。
【0032】
一実施形態では、前記煙道ガス脱硫システムと前記排出煙突との間に配置されるファンは存在しない。
【0033】
一実施形態では、前記第１の量の空気の前記第２の部分の注入は、前記第２の処理された煙道ガス混合物に対する前記第２の部分の、１パーセント～１６パーセントの質量比において行われる。一実施形態では、前記第１の量の空気の前記第２の部分の注入は、前記第２の処理された煙道ガス混合物に対する前記第２の部分の、９パーセント～１６パーセントの質量比において行われる。
【0034】
蒸気発生器システムの効率を向上させるための方法が本明細書中で開示される。前記方法は、蒸気発生器容器と空気供給システムと改良された空気予熱器と微粒子除去システムと煙道ガス排出煙突とを含む、蒸気発生器システムを備えることを含む。前記空気供給システムは前記空気予熱器を介して前記蒸気発生器容器と連通しており、前記蒸気発生器容器は、前記空気予熱器と前記微粒子除去システムとを介して前記排出煙突と連通している。前記微粒子除去システムは前記空気予熱器の下流に位置しており、前記排出煙突は前記微粒子除去システムの下流に位置している。前記空気供給システムは、前記空気予熱器を出る煙道ガス混合物の第１の温度を確立するのに十分な質量流量において、第１の量の空気を前記空気予熱器に提供する。前記第１の温度は、次の式に従って計算される少なくとも１％の増加した熱回収（ＨＲ）を有して動作する前記改良された空気予熱器によって規定される低温端出口温度を前記空気予熱器が有するようなものである。
ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）、ここで、
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度。
ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）、ここで、
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度。
【0035】
前記方法は、前記蒸気発生器容器内で生成された前記煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減することを含み、ＳＯ３の軽減は、前記煙道ガス混合物が前記空気予熱器に入る前に行われる。前記空気予熱器は、前記第１の量の空気を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度Ｔ２まで加熱するように構成される。前記第１の量の空気の第１の部分又は全てが燃焼空気として、燃料の燃焼のために前記蒸気発生器容器に供給される。前記煙道ガス混合物又は少なくともその一部は、前記第１の温度において前記空気予熱器から前記微粒子除去システムまで直接排出され、それにより前記煙道ガス混合物から微粒子が除去され、第１の処理された煙道ガス混合物が生成される。前記第１の処理された煙道ガス混合物は、前記微粒子除去システムから煙道ガス脱硫システム内に直接排出され、それにより、第３の温度における第２の処理された煙道ガス混合物が、前記煙道ガス脱硫システム内で生成され、前記煙道ガス脱硫システムから排出される。前記第３の温度は、石炭乾燥設備に熱を提供している予熱空気、及び／又は前記蒸気発生器容器を予熱するための予熱空気としての第２の部分の空気の、注入を促進するのに十分な大きさのものである。
【0036】
一実施形態では、前記空気予熱器は、前記空気予熱器内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有し、前記第１の温度は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。
【0037】
蒸気発生器システムの効率を向上させるためのシステムが本明細書中で開示される。前記システムは、蒸気発生器容器と、前記蒸気発生器容器と連通している空気予熱器と、前記空気予熱器を介して前記蒸気発生器容器に空気を提供するように構成された空気供給システムと、微粒子除去システム（例えば、乾式静電集塵器及び／又は布フィルタ）と、煙道ガス脱硫システムと、排出煙突とを含む。前記蒸気発生器容器は、前記空気予熱器と前記微粒子除去システムと前記煙道ガス脱硫システムとを介して前記排出煙突と連通している。前記微粒子除去システムは前記空気予熱器のすぐ下流に位置している。前記煙道ガス脱硫システムは前記微粒子除去システムのすぐ下流に位置している。前記排出煙突は前記煙道ガス脱硫システムのすぐ下流に位置している。前記空気供給システムは、前記空気予熱器を出る煙道ガス混合物の第１の温度を確立するのに十分な質量流量において、第１の量の空気を前記空気予熱器に提供するように構成されている。前記第１の温度は、前記空気予熱器が、前記空気予熱器内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有するような大きさのものである。前記第１の温度は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。前記システムは、ＳＯ３軽減を前記空気予熱器の上流に含み、前記ＳＯ３軽減は、前記蒸気発生器容器内で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減するように構成されている。前記空気予熱器は、前記第１の量の空気を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度まで加熱するように構成されている。前記微粒子除去システムは、前記煙道ガス混合物を第３の温度、例えば限定されないが５２℃～約６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）において前記煙道ガス脱硫システムに直接運ぶように構成されている。過剰空気ダクトが前記空気予熱器と連通している。第２のダクトが前記煙道ガス脱硫システムと前記排出煙突との間に位置付けられている。前記過剰空気ダクトは、前記第１の量の空気の第２の部分を、前記空気予熱器から供給された煙道ガス再加熱空気として、前記第２の温度において前記空気予熱器から前記第２のダクトまで運ぶように構成されている。前記システムは、前記煙道ガス脱硫システムと前記排出煙突との間に位置する注入装置（例えば、ダクトマニホルド）を含む。前記注入装置は、煙道ガスを前記排出煙突内に、第４の温度（例えば最低でも約６８℃（１５５°Ｆ））において排出するように構成されている。前記第３の温度は、前記排出煙突を出る可視プルームを軽減し且つ前記排出煙突内での腐食を軽減するのに十分な大きさまで、前記煙道ガス再加熱空気が前記第４の温度を上昇させることを可能にするのに十分な大きさのものである。
【0038】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは選択的触媒還元システムをさらに含み、前記蒸気発生器容器は前記選択的触媒還元システムを介して前記空気予熱器と連通している。
【0039】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは煙道ガス再加熱空気微粒子除去システムをさらに含み、前記空気予熱器は、前記空気予熱器内での前記煙道ガス混合物からの漏洩から導入された微粒子汚染物質を前記第２の部分の空気から有効に（ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ）除去するための前記煙道ガス再加熱空気微粒子除去システムを介して、前記排出煙突と連通している。
【0040】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは、前記煙道ガス混合物の湿度を測定するために前記蒸気発生器容器と前記空気予熱器との間の連通において配置された湿度センサをさらに含み、前記湿度センサは第１の温度の大きさを決定するために使用される。
【0041】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは、前記空気予熱器の温度を判定するための赤外線センサと、前記低温端メタル温度を前記空気予熱器内の前記水露点より上に制御するように構成された制御ユニットとをさらに含む。
【0042】
一実施形態では、前記ＳＯ３軽減は、低硫黄燃料を前記蒸気発生器容器に供給することを含む。前記低硫黄燃料は５パーツパーミリオン未満のＳＯ３を生成する。
【0043】
一実施形態では、前記ＳＯ３軽減は、前記煙道ガス混合物を前記空気予熱器に入れるのに先立って前記煙道ガス混合物内のＳＯ３を除去することを含む。
【0044】
一実施形態では、前記ＳＯ３軽減は、前記煙道ガス混合物を前記空気予熱器に入れるのに先立って、前記煙道ガス混合物内の前記ＳＯ３を化学的に不活性塩にさせることを含む。例えば、化学的に不活性塩にさせることは、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、アンモニウム、及び／又はチオ硫酸カルシウムを含み、且つチオ硫酸塩及び塩化物種などの１若しくは複数の可溶性塩化合物を含むか又は炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸カリウムのうちの少なくとも１つを含む、試薬の水性懸濁液を噴霧して、前記煙道ガス内の前記ＳＯ３と反応することが可能な少なくとも１つの可溶性塩化合物の乾燥微粒子を含む微粒子ミストを生成することを含んでもよい。
【0045】
一実施形態では、前記システムは、前記煙道ガス脱硫システムと前記排出煙突との間にファンが配置されることなしに構成される。
【0046】
一実施形態では、前記システムは、前記空気予熱器と前記煙道ガス脱硫システムとの間に熱交換器が配置されることなしに構成される。
【0047】
一実施形態では、前記システムは、前記煙道ガス再加熱空気微粒子除去システムと前記排出煙突との間にファンが配置されることなしに構成される。
【0048】
向上した効率のために蒸気発生器システムをレトロフィットするための方法が本明細書中でさらに開示される。前記方法は、空気予熱器の下流に位置付けられている１又は複数の熱交換器を除去すること、及び前記空気予熱器を出る煙道ガス混合物の第１の温度を確立するのに十分な質量流量において第１の量の空気を供給するように前記空気予熱器への空気供給源を再構成することを含む。前記第１の温度は、前記空気予熱器が、前記空気予熱器内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有するような大きさのものである。前記第１の温度は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。前記方法は、蒸気発生器容器と連通しているＳＯ３軽減を備えることを含む。前記ＳＯ３軽減は、前記蒸気発生器容器内で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減するように構成されている。ＳＯ３の軽減は前記煙道ガス混合物が前記空気予熱器に入る前に行われる。前記方法は、ボイラの効率を維持又は向上するために、前記第１の量の空気を、実質的に従来のシステムの燃焼空気の温度以上であり且つ約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）である第２の温度まで加熱するように前記空気予熱器を構成することを含む。前記方法は、前記第１の量の空気の第１の部分又は全てを燃料の燃焼のために前記蒸気発生器容器に供給することを含む。前記方法は、前記蒸気発生器容器を出た前記煙道ガス混合物の全て又は一部を前記第１の温度において前記空気予熱器から微粒子収集システムまで直接排出し、それにより前記煙道ガス混合物から微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物を生成することをさらに含む。前記方法はまた、前記第１の処理された煙道ガス混合物を微粒子除去システムから煙道ガス脱硫システム内に直接排出し、それにより第３の温度、例えば限定されないが５２℃～約６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）における第２の処理された煙道ガス混合物を、前記煙道ガス脱硫システム内で生成し、前記煙道ガス脱硫システムから排出することを含む。前記方法は、煙道ガス再加熱空気としての第２の部分の空気を、前記第３の温度における第２の煙道処理された煙道ガス混合物に対して注入し、それにより第４の温度（例えば最低でも約６８℃（１５５°Ｆ））における第３の処理された煙道ガス混合物を、前記排出煙突に入る前に生成することを含む。前記方法はまた、前記第３の処理された煙道ガス混合物を、前記第４の温度において前記排出煙突に入れることを含む。前記第３の温度は、前記排出煙突を出る可視プルームを軽減し且つ前記排出煙突内での腐食を軽減するのに十分な大きさまで、前記煙道ガス再加熱空気が前記第４の温度を上昇させることを可能にするのに十分な大きさのものである。
【0049】
一実施形態では、レトロフィット方法は、前記煙道ガス脱硫システムと前記排出煙突とを接続している出口ダクトの少なくとも一部を、前記煙道ガス脱硫システムと過剰空気ダクトと前記排出煙突とを接続するマニホルドに置き変えることを含む。
【0050】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは煙道ガス再加熱空気微粒子除去システムをさらに含み、前記空気予熱器は前記煙道ガス再加熱空気微粒子除去システムを介して前記排出煙突と連通している。前記レトロフィット方法は、前記第２の部分の空気から微粒子汚染物質を除去することを含み、前記微粒子汚染物質は、前記空気予熱器内での前記煙道ガス混合物からの漏洩から前記第２の部分の空気に導入されたものである。
【0051】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは、前記蒸気発生器容器と前記空気予熱器との間の連通において配置された湿度センサをさらに含み、前記レトロフィット方法は、前記湿度センサを用いて前記煙道ガス混合物の湿度を測定して、第１の温度の大きさを決定することを含む。
【0052】
一実施形態では、前記蒸気発生器システムは赤外線センサをさらに含み、前記レトロフィット方法は、前記赤外線センサを用いて前記空気予熱器内の前記低温端メタル温度を判定すること、前記低温端メタル温度を前記水露点温度と比較すること、及び前記低温端メタル温度を前記水露点温度以上であるように制御すること、を含む。
【0053】
一実施形態では、前記レトロフィット方法において、前記レトロフィット方法を実施した後の前記蒸気発生器システムの第２の熱効率は、前記レトロフィット方法を実施する前の前記蒸気発生器システムの第１の熱効率と少なくとも同程度に大きい。
【0054】
５５フィート／秒（約１６．８ｍ／秒）～６０フィート／秒（約１８．３ｍ／秒）程度の煙道ガス出口速度が可能な湿式煙突蒸気発生器システムを、向上した効率のためにレトロフィットするための方法が本明細書中でさらに開示される。前記方法は、空気予熱器を出る煙道ガス混合物の第１の温度を確立するのに十分な質量流量において第１の量の空気を供給するように前記空気予熱器への空気供給源を再構成することによって、前記湿式煙突をなくし、それにより、増加した煙道ガス出口速度を可能にすることを含み、前記第１の温度は、次の式に従って計算される少なくとも１％の増加した熱回収ＨＲを有して動作する改良された空気予熱器によって規定される低温端出口温度を前記空気予熱器が有するようなものである。
ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）、ここで、
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度。
ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）、ここで、
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度。
【0055】
前記方法は、蒸気発生器容器と連通しているＳＯ３軽減を備えることを含む。前記ＳＯ３軽減は、前記蒸気発生器容器内で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減するように構成されている。ＳＯ３の軽減は前記煙道ガス混合物が前記空気予熱器に入る前に行われる。前記方法は、従来のシステムと比較してボイラの効率を維持又は向上するために、前記第１の量の空気を、実質的に前記従来のシステムの燃焼空気の温度以上であり且つ約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）である第２の温度まで加熱するように前記空気予熱器を構成することを含む。前記方法は、前記第１の量の空気の第１の部分又は全てを燃料の燃焼のために前記蒸気発生器容器に供給することを含む。前記方法は、前記蒸気発生器容器を出た前記煙道ガス混合物の全て又は一部を前記第１の温度において前記空気予熱器から微粒子収集システムまで直接排出し、それにより前記煙道ガス混合物から微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物を生成することをさらに含む。前記第１の処理された煙道ガス混合物は、微粒子除去システムから煙道ガス脱硫システム内に直接排出され、それにより第３の温度における第２の処理された煙道ガス混合物が、前記煙道ガス脱硫システム内で生成され、前記煙道ガス脱硫システムから排出される。前記方法は、煙道ガス再加熱空気としての、前記第１の量の空気の第２の部分を、前記第３の温度における第２の煙道処理された煙道ガス混合物に対して注入し、それにより第４の温度における第３の処理された煙道ガス混合物を、前記排出煙突に入る前に生成することを含む。前記方法は、前記第３の処理された煙道ガス混合物を、前記第４の温度において前記排出煙突に入れることを含む。前記第３の温度は、乾式煙突が前記排出煙突を出る可視プルームを軽減し且つ前記排出煙突内での腐食を軽減するのを促進するのに十分な大きさまで、前記煙道ガス再加熱空気が前記第４の温度を上昇させることを可能にするのに十分な大きさのものである。レトロフィットされた蒸気発生器システムは、従来の蒸気発生器システム（すなわち、レトロフィットを実施する前）に比較して増加した負荷において動作可能であり、前記増加した負荷において前記煙道ガス出口速度は、湿式煙突を用いて以前に許可されていた速度を超過する。
【0056】
一実施形態では、前記空気予熱器は、前記空気予熱器内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有し、前記第１の温度は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。
【0057】
蒸気発生器システムの効率を向上させるための方法が本明細書中でさらに開示される。前記方法は、蒸気発生器容器と空気供給システムと空気予熱器と第１の微粒子除去システムと第２の微粒子除去システムと煙道ガス脱硫システムと煙道ガス排出煙突とを含む、蒸気発生器システムを備えることを含む。前記空気供給システムは前記空気予熱器を介して前記蒸気発生器容器と連通しており、前記蒸気発生器容器は、前記空気予熱器と前記第１の微粒子除去システムと前記煙道ガス脱硫システムとを介して前記排出煙突と連通している。前記第１の微粒子除去システムは前記空気予熱器の下流に位置しており、前記煙道ガス脱硫システムは前記第１の微粒子除去システムの下流に位置している。前記排出煙突は前記煙道ガス脱硫システムの下流に位置しており、前記空気予熱器は前記第２の微粒子除去システムを介して前記排出煙突と連通している。前記方法はまた、前記蒸気発生器容器と前記空気予熱器との間に配置された湿度センサを備えることと、前記空気予熱器内に赤外線センサを備えることとを含む。前記方法は、前記湿度センサを用いて煙道ガス混合物の湿度を測定して、第１の温度の大きさを決定することを含む。前記空気供給システムは第１の量の空気を前記空気予熱器に提供する。前記第１の量の空気は、前記空気予熱器を出る煙道ガス混合物の第１の温度を確立するのに十分な質量流量におけるものである。前記第１の温度は、前記空気予熱器が、前記空気予熱器内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有するような大きさのものである。前記第１の温度は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。前記方法は、前記赤外線センサを用いて前記空気予熱器内の前記低温端メタル温度を判定すること、前記低温端メタル温度を前記水露点温度と比較すること、及び前記低温端メタル温度を前記水露点温度以上であるように制御すること、を含む。前記方法は、前記蒸気発生器容器内で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減することを含む。ＳＯ３の軽減は、前記煙道ガス混合物が前記空気予熱器に入る前に行われる。前記方法は、前記第１の量の空気を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度まで加熱するように前記空気予熱器を構成すること、及び前記第１の量の空気の第１の部分又は全てを燃焼空気として、燃料の燃焼のために前記蒸気発生器容器に供給することを含む。前記方法は、前記蒸気発生器容器を出た前記煙道ガス混合物の全て又は一部を前記第１の温度において前記空気予熱器から前記微粒子除去システムまで直接排出し、それにより前記煙道ガス混合物から微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物を生成することを含む。前記方法は、前記第１の処理された煙道ガス混合物を、前記微粒子除去システムから前記煙道ガス脱硫システム内に直接排出し、それにより５２℃～６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）の第３の温度における第２の処理された煙道ガス混合物を、前記煙道ガス脱硫システム内で生成し、前記煙道ガス脱硫システムから排出することを含む。前記方法は、第２の部分の空気から微粒子汚染物質を除去することを含む。前記微粒子汚染物質は、前記空気予熱器内での前記煙道ガス混合物からの漏洩から前記第２の部分の空気に導入されたものである。前記方法は、前記空気予熱器から前記第２の温度において供給される煙道ガス再加熱空気としての、前記第１の量の空気の第２の部分を、前記第３の温度における第２の煙道処理された煙道ガス混合物に対して注入し、それにより最低でも約６８℃（１５５°Ｆ）の第４の温度における第３の処理された煙道ガス混合物を、前記排出煙突に入る前に生成することをさらに含む。前記方法はまた、前記第３の処理された煙道ガス混合物を、前記第４の温度において前記排出煙突に入れることを含む。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】従来技術による従来技術の蒸気発生器システムの概略フロー図である。
【図2】従来技術による別の従来技術の蒸気発生器システムの概略フロー図である。
【図3】本発明の蒸気発生器システムの概略フロー図である。
【図4】本発明の蒸気発生器システムの別の実施形態の概略フロー図である。
【図5】様々な煙道ガス温度増加についての、スクラブされたガスに対する再加熱空気比のグラフである。
【図6】空気予熱器効率向上のグラフである。
【図7】本発明の蒸気発生器システムのさらなる実施形態の概略フロー図である。
【図8】本発明の蒸気発生器のなおさらなる実施形態の概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0059】
図３に示すように、蒸気発生器システムの効率を向上させるためのシステムが全体として数字１０によって示されている。蒸気発生器システム１０は、蒸気発生器容器１１と空気予熱器１３（例えば、本願発明者のＡｄｖＸ（商標）設計の回転再生式熱交換器、ＡｄｖＸ（商標）はアルヴォスインク（Ａｒｖｏｓ Ｉｎｃ．）の商標）とを含む。ＡｄｖＸ（商標）空気予熱器１３は、ダクト６３を介して蒸気発生器容器１１と連通している。蒸気発生器システム１０は、空気予熱器１３を介して蒸気発生器１１に空気を提供するように構成された空気供給システム１３Ｄを含む。蒸気発生器システム１０はまた、図３に示す構成では、微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７と排出煙突１９とを含む。本明細書中で使用される場合、用語「蒸気発生器システムの効率を向上させること」は、１）空気予熱器１３と排出煙突１９との間の熱交換器を排除しながらも蒸気発生器システム１０の総合熱効率を維持すること、２）空気予熱器１３内の汚れを低減すること、３）微粒子除去システム１４の効率を向上させること、４）空気予熱器１３の効率を向上させること、及び／又は５）蒸気発生器システム１０の総合熱効率を従来技術の蒸気発生器システム（例えば、図１及び図２の蒸気発生器システム１００及び１００’）と比較して向上させること、を含む。多大な解析及び試験と長年の失敗に終わった試みとを通して、本願発明者らは、図１及び図２に示すＧＧＨ１０６Ｘ、１０６Ｘ’、１０６Ｙ、及び１０６Ｙ’の効率向上の利益なしで従来技術の蒸気発生器システム１００、１００’と少なくとも同程度に熱効率良く動作可能な、蒸気発生器システム１０、１０’を意外にも発見した。
【0060】
図３に示すように、蒸気発生器容器１１は、空気予熱器１３と微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７とを介して排出煙突１９と連通している。ダクト６０を介して互いに流体連通している空気予熱器１３と微粒子除去システム１４との間に位置するファン又は熱交換器などの他の実質的な構成要素が存在しないように、微粒子除去システム１４は空気予熱器１３のすぐ下流に位置している。特に、空気予熱器１３と微粒子除去システム１４との間に位置する、図２に示すものに類似したＧＧＨ１０６Ｘ’は存在しない。ダクト６１を介して互いに流体連通している微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７との間に位置する熱交換器などの他の実質的な構成要素が存在しないように、煙道ガス脱硫システム１７は微粒子除去システム１４のすぐ下流に位置している。特に、微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７との間に位置する、図１に示すものに類似したＧＧＨ１０６Ｘは存在しない。ダクト６２を介して互いに流体連通している煙道ガス脱硫システム１７と排出煙突１９との間に位置するファン又は熱交換器などの他の実質的な構成要素が存在しないように、排出煙突１９は煙道ガス脱硫システム１７のすぐ下流に位置している。特に、煙道ガス脱硫システム１７と排出煙突１９との間に位置する、図１及び図２に示すものに類似したＧＧＨ１０６Ｙ又は１０６Ｙ’は存在しない。空気予熱器１３と排出煙突１９との間に位置する熱交換器は存在しない。一実施形態では、ダクト６２は、本明細書中に記載するように、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２を、第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２と混合するためにその中に配置された、ミキサー、１若しくは複数の旋回ベーン、接合部、及び／又はタビュレータ装置などの、再加熱空気注入装置２１を含む。
【0061】
図３に示すように、空気供給システム１３Ｄは、第１の量Ａ１の空気を空気予熱器１３に提供するように構成されている。第１の量Ａ１の空気は、蒸気発生器容器１１内での燃料の燃焼のために必要な量を超える大きさのものである。空気予熱器１３は、空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの第１の温度Ｔ１を確立するのに十分な質量流量において第１の量Ａ１の空気を提供するように構成されている。空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの第１の温度Ｔ１は、空気予熱器１３の低温端において発生する空気－ガス漏洩（ａｉｒ－ｔｏ－ｇａｓ ｌｅａｋａｇｅ）により、蒸気発生器容器１１を出る煙道ガスより低温である。蒸気発生器容器１１を出る煙道ガスの温度はしばしば、「補正されていない（ｕｎｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）」ガス出口温度と呼ばれ、冷気漏洩と混合された後で空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの第１の温度Ｔ１はしばしば、「補正された（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）」ガス温度と呼ばれる。第１の温度Ｔ１は、空気予熱器１３が、空気予熱器１３内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有するようなものである。用語「低温端メタル」は本明細書中で使用される場合、空気予熱器１３内で最低の温度における空気予熱器１３内の部分である。第１の温度Ｔ１は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。
【0062】
別の実施形態では、第１の温度Ｔ１は、少なくとも１％（１パーセント）の、標準的な空気予熱器と比較して増加した熱回収ＨＲを有して動作する、改良された空気予熱器（例えば、ＡｄｖＸ（商標）空気予熱器、アルヴォスインク（ＡＲＶＯＳ Ｉｎｃ．）の商標）によって規定される。この増加した熱回収ＨＲは、式ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）に従って計算されたパーセンテージ数を表す。負数は減少した熱回収を表すことが理解されるであろう。ここで、標準的な空気予熱器（ＳＴＤ）は、第１の量の空気が、燃焼のために必要な量に等しい大きさのものである空気予熱器、すなわち第１の量の空気が燃焼空気である空気予熱器であって、過剰空気を予熱しない空気予熱器として、且つ前記改良された空気予熱器のものと等しい直径及び深さのロータを有する空気予熱器として定義される。
【0063】
式ＨＲ＝１００％×（（Ｔｇｉ－ＴｇｏＡｄｖＸ）／（Ｔｇｉ－ＴｇｏＳＴＤ）－１）において、
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、である。
例えば、Ｔｇｉ＝華氏７００度（約摂氏３７１度）、ＴｇｏＳＴＤ＝華氏３００度（約摂氏１４８度）、及びＴｇｏＡｄｖＸ＝華氏２９５度（約摂氏１４６度）である場合、ＨＲ＝１００％×（（７００－２９５）／（７００－３００）－１）＝１．２５％である。
Ｔｇｉ＝煙道ガス入口温度、すなわち、前記空気予熱器に入る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＡｄｖＸ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記改良された空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、
ＴｇｏＳＴＤ＝煙道ガス出口温度、すなわち、前記標準的な空気予熱器を出る煙道ガス混合物の温度、である。
例えば、Ｔｇｉ＝華氏７００度（約摂氏３７１度）、ＴｇｏＳＴＤ＝華氏３００度（約摂氏１４８度）、及びＴｇｏＡｄｖＸ＝華氏２９５度（約摂氏１４６度）である場合、ＨＲ＝１００％×（（７００－２９５）／（７００－３００）－１）＝１．２５％である。
【0064】
空気予熱器１３はまた、燃料の燃焼において使用するために、及び本明細書中で説明する再加熱空気のために、第１の量の空気Ａ１を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度Ｔ２まで加熱するように構成されている。
【0065】
蒸気発生器システム１０は、蒸気発生器容器１１内で生成された煙道ガス混合物ＦＧ内のＳＯ３を軽減するように構成された、空気予熱器１３の上流でのＳＯ３軽減のための１又は複数のシステム又は装置を含む。一実施形態では、空気予熱器１３の上流でのＳＯ３軽減のための１又は複数のシステム又は装置は、低硫黄燃料を蒸気発生器容器１１に供給することを含む。前記低硫黄燃料は、５パーツパーミリオン未満のＳＯ３を生成するのに好適な組成を有する。一実施形態では、空気予熱器１３の上流でのＳＯ３軽減のための前記１又は複数のシステム又は装置は、煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３に入れるのに先立って、例えばダクト６３内で、煙道ガス混合物ＦＧ内のＳＯ３を除去することを含む。一実施形態では、空気予熱器１３の上流でのＳＯ３軽減のための前記１又は複数のシステム又は装置は、煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３に入れるのに先立って、前記煙道ガス混合物内の前記ＳＯ３を化学的に不活性塩にさせることを含む。一実施形態では、化学的に不活性塩にさせることは、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、アンモニウム、及び／又はチオ硫酸カルシウムを含み、且つチオ硫酸塩及び塩化物種などの１若しくは複数の可溶性塩化合物を含むか又は炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸カリウムのうちの少なくとも１つを含む、試薬の水性懸濁液を噴霧して、煙道ガス内の前記ＳＯ３と反応することが可能な少なくとも１つの可溶性塩化合物の乾燥微粒子を含む微粒子ミストを生成することを含む。
【0066】
図３に示すように、微粒子除去システム１４は、煙道ガス混合物ＦＧ１を第１の温度Ｔ１において、ダクト６１を介して煙道ガス脱硫システム１７に直接運ぶように構成されている。一実施形態では、微粒子除去システム１４は乾式静電集塵器（ＥＳＰ）である。そのような乾式ＥＳＰは、細い垂直ワイヤの列（図示せず）と、それに続く、垂直に向けられた大きくて平坦な金属プレートのスタック（図示せず）とを含む。煙道ガスＦＧは前記ワイヤの間の空間を通って水平に流れ、次にプレートの前記スタックを通過する。数千ボルトの負電圧がワイヤ及びプレートの間に印加される。印加された電圧が十分に高い場合、コロナ放電によって電極の周りの煙道ガスがイオン化され、次に煙道ガスストリーム内の微粒子がイオン化される。イオン化された微粒子は、静電力によって、接地されたプレートの方に逸らされる。微粒子は収集プレート上に蓄積し、そこから除去される。本明細書中で開示される煙道ガス組成を用いてより低い温度でＥＳＰを動作させることにより、効率上の大きな利益が提供され、それにより、様々な蒸気発生器システム内で使用するために必要なＥＳＰのサイズの削減が可能になり得る。
【0067】
図４に示すように、一実施形態では、蒸気発生器システム１０’は、ダクト６４とダクト６５との中に及びそれらの間に位置付けられた煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３をさらに含む。空気予熱器１３は、空気予熱器１３内での煙道ガス混合物ＦＧからの漏洩から導入された微粒子汚染物質を第２の部分Ｐ２の空気から有効に（ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ）除去するための煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３を介して、排出煙突１９と連通している。一実施形態では、煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３は、本明細書中に記載する微粒子除去システム１４と同様に構成されている。図４に示すように、煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３と排出煙突１９との間に配置されるファンは存在しない。
【0068】
図３に示すように、過剰空気ダクト６５が空気予熱器１３と連通しており、且つ煙道ガス脱硫システム１７と排出煙突１９との間に位置付けられたダクト６２と連通している。過剰空気ダクト６５は、空気予熱器１３から第２の温度Ｔ２において供給される煙道ガス再加熱空気Ｐ２としての、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２を、空気予熱器１３から第２のダクト６２まで運ぶように構成されている。例えば、過剰空気ダクト６５からの熱損失を最小にするために、過剰空気ダクト６５は断熱材（図示せず）を用いて覆われている。加えて、過剰空気ダクト６５を通した圧力損失を最小にするために、過剰空気ダクト６５は、好適な流れ断面積、滑らかな内部表面、及び最小数の曲がりを有して構成されている。
【0069】
図３に示すように、再加熱空気注入装置２１が煙道ガス脱硫システム１７と排出煙突１９との間に位置している。再加熱空気注入装置２１は、典型的には煙道ガス温度を少なくとも約５°Ｆ（約２．８℃）上昇させて、最低でも６８℃（１５５°Ｆ）の第４の温度Ｔ４において煙道ガスを排出煙突１９内に排出するように構成されている。一実施形態では、再加熱空気注入装置２１は、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２（すなわち煙道ガス再加熱空気Ｐ２）を第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２と混合するためにその中に配置された、ミキサー、１若しくは複数の旋回ベーン、接合部、及び／又はタビュレータ装置を含む。別の実施形態では、再加熱空気注入装置２１は、煙突１９への煙道ガス入口における、始動中の腐食を阻止するように又はさもなければ動作流体の動的安定性を維持するように構成されている。一実施形態では、前記再加熱空気注入装置は、煙道ガス脱硫システム１７と過剰空気ダクト６５と排出煙突１９とを接続するマニホルド３９の一部である。前記マニホルドは、分岐接続部であってそれに対して過剰空気ダクト６５が接続される分岐接続部を含む。別の実施形態では、再加熱空気は、熱交換チュービング又はダクティングであってそれを横切って煙道ガスが排出煙突１９に隣接して流される熱交換チュービング又はダクティングを好適に用いて、混合物ＦＧ２を間接的に再加熱する。
【0070】
図４に示すように、一実施形態では、蒸気発生器システム１０’は、ＮＯｘとも呼ばれる窒素酸化物を、触媒を用いて２原子窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に変換するための選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）３１を含む。蒸気発生器容器１１はＳＣＲ３１を介して空気予熱器１３と連通している。
【0071】
図４に示すように、一実施形態では、蒸気発生器システム１０’は、煙道ガス混合物ＦＧの湿度を測定するために蒸気発生器容器１１の出口において且つ空気予熱器１３の上流に配置された湿度センサ３４を含む。前記湿度センサは、第１の温度Ｔ１の大きさを決定するように構成されている。
【0072】
図４に示すように、一実施形態では、蒸気発生器システム１０’は、空気予熱器温度を判定するための赤外線センサ３２を含む。赤外線センサ３２は、前記空気予熱器温度、例えば低温端メタル温度を、低温端と熱連通しているか又は前記低温端に近接している空気予熱器１３の部分の温度を測定することによって判定するように構成されている。蒸気発生器システム１０’は、空気予熱器１３内の水露点より上に前記低温端メタル温度を制御するように構成された、コンピュータプロセッサ、メモリ、及び信号処理電子装置などの、制御ユニット７１を含む。
【0073】
図７に示すように、別の実施形態では、蒸気発生器システム１０”において過剰空気ダクト６５は、第１の量Ａ１の空気の第３の部分Ｐ３を、例えば始動中に空気予熱器１３の下流の機器及びダクティングを予熱するために使用可能な予熱空気Ｐ３として運ぶための、過剰空気ブリード６６を備えている。予熱空気Ｐ３を煙道ガス混合物ＦＧ及びＦＧ１内に導入するために、ＥＳＰ１４及びＦＧＤ１７の上流の予熱注入サイト６７、６８にそれぞれ供給するためのダンパ（図示せず）が選択的に備えられる。加えて、予熱空気Ｐ３は、例えば褐炭などの湿った石炭を利用する場合に特に有用なリモート石炭乾燥器６９（ＣＤ）に供給されてもよい。石炭乾燥のために必要な予熱は一般に石炭燃焼のために必要とされ、例えばオイル又は天然ガスを用いた始動燃焼中は必ずしも必要とされない。石炭を乾燥させる場合、目的は湿気を除去することであり、石炭の温度を過度に上昇させることではないため（そのような上昇は例えばグラインディングミル内での早期着火の可能性を高める場合があるため）、空気予熱器１３によって提供される、より低い出口温度は有利である。空気ブリード６６は、動作中に機器／ダクティングの予熱、及び／又は石炭乾燥のために選択的に使用されてもよく、始動中に機器及びダクティング内での凝縮を阻止するために特に有用である、ということが理解されるであろう。他の実施形態では、前記予熱空気は、ＥＳＰ１４又はＦＧＤ１７のみの上流に必要とされ、図７に示すように両方の上流に必要とされるのではない、ということが理解されるであろう。
【0074】
本発明は、蒸気発生器システム１０の効率を向上させるための方法を含む。前記方法は、本明細書中で詳細に説明する蒸気発生器システム１０であって蒸気発生器容器１１と空気供給システム１３Ｄと空気予熱器１３と微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７と煙道ガス排出煙突１９とを含む、蒸気発生器システム１０を備えることを含む。空気供給システム１３Ｄは空気予熱器１３を介して蒸気発生器容器１１と連通しており、蒸気発生器容器１１は、空気予熱器１３と微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７とを介して排出煙突１９と連通している。微粒子除去システム１４は空気予熱器１３の下流に位置している。煙道ガス脱硫システム１７は微粒子除去システム１４の下流に位置している。排出煙突１９は煙道ガス脱硫システム１７の下流に位置している。
【0075】
前記方法は、空気供給システム１３Ｄが第１の量Ａ１の空気を空気予熱器１３に提供するようにさせることを含む。第１の量Ａ１の空気は、蒸気発生器容器１１内での燃料の燃焼のために必要な量を超える大きさのものである。空気予熱器１３は、空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの第１の温度Ｔ１を確立するのに十分な質量流量において第１の量Ａ１の空気を提供する。第１の温度Ｔ１は、前記空気予熱器が、空気予熱器１３内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有するようなものである。第１の温度Ｔ１は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。
【0076】
前記方法は、蒸気発生器容器１１内で生成された煙道ガス混合物ＦＧ内のＳＯ３を、煙道ガス混合物ＦＧが空気予熱器１３に入る前に軽減することを含む。前記方法は、第１の量の空気Ａ１を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度Ｔ２まで加熱するように空気予熱器１３を構成すること、及び第１の量Ａ１の空気の第１の部分Ｐ１を燃焼空気として、燃料の燃焼のために蒸気発生器容器１１に供給することを含む。前記方法は、第１の温度Ｔ１における煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３から微粒子除去システム１４まで直接排出し、それにより煙道ガス混合物ＦＧから微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１を生成することを含む。前記方法は、第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１を微粒子除去システム１４から煙道ガス脱硫システム１７内に直接排出し、それにより５２℃～６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）の第３の温度Ｔ３における第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２を、煙道ガス脱硫システム１７内で生成し、煙道ガス脱硫システム１７から排出することをさらに含む。前記方法はまた、第２の温度Ｔ２における、空気予熱器１３から供給された煙道ガス再加熱空気としての、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２を、第３の温度Ｔ３における第２の煙道処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対して注入し、それにより最低でも６８℃（１５５°Ｆ）の第４の温度Ｔ４における第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３を、排出煙突１９に入る前に生成することを含む。第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３は、第４の温度Ｔ４において排出煙突１９に入れられる。
【0077】
一実施形態では、蒸気発生器システム１０は、ＮＯｘとも呼ばれる窒素酸化物を、触媒を用いて２原子窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に変換するための、図４に示すＳＣＲ３１をさらに含む。蒸気発生器容器１１はＳＣＲ３１を介して空気予熱器１３と連通している。
【0078】
図４に示すように、一実施形態では、蒸気発生器システム１０’は、煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３を含む。空気予熱器１３は煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３を介して排出煙突１９と連通している。一実施形態では、前記方法は、第２の部分Ｐ２の空気から微粒子汚染物質を除去することを含む。前記微粒子汚染物質は、空気予熱器１３内での煙道ガス混合物ＦＧ１からの漏洩から第２の部分Ｐ２の空気に導入されたものである。
【0079】
図４に示すように、一実施形態では、蒸気発生器システム１０’は、蒸気発生器容器１１と空気予熱器１３との間に配置された湿度センサ３４を含む。一実施形態では、前記方法は、湿度センサ３４を用いて煙道ガス混合物ＦＧの湿度を測定して、第１の温度Ｔ１の大きさを決定することを含む。
【0080】
図４に示すように、一実施形態では、蒸気発生器システム１０’は赤外線センサ３２を含む。一実施形態では、前記方法は、前記赤外線センサを用いて、空気予熱器１３内の低温端メタル温度を判定することを含む。赤外線センサ３２は、空気予熱器温度、例えば前記低温端メタル温度を、低温端と熱連通しているか又は前記低温端に近接している空気予熱器１３の部分の温度を測定することによって判定する。蒸気発生器システム１０’は、コンピュータプロセッサ、メモリ、及び信号処理電子装置などの、制御ユニット７１を含み、前記方法は、前記低温端メタル温度を水露点温度と比較すること、及び前記制御ユニットを用いて前記低温端メタル温度を空気予熱器１３内の水露点より上に制御することを含む。
【0081】
一実施形態では、前記方法は、低硫黄燃料を蒸気発生器容器１１に供給することによって、煙道ガス混合物ＦＧ内のＳＯ３を軽減することを含む。前記低硫黄燃料は、５パーツパーミリオン未満のＳＯ３を生成するような組成のものである。
【0082】
一実施形態では、前記方法は、煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３に入れるのに先立って煙道ガス混合物ＦＧ内のＳＯ３を除去することによって、煙道ガス混合物ＦＧ内のＳＯ３を軽減することを含む。
【0083】
一実施形態では、前記方法は、煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３に入れるのに先立って、前記煙道ガス混合物内のＳＯ３を化学的に不活性塩にさせることによって、煙道ガス混合物ＦＧ内のＳＯ３を軽減することを含む。一実施形態では、化学的に不活性塩にさせる工程は、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、アンモニウム、及びチオ硫酸カルシウムのうちの少なくとも１つを含み、且つチオ硫酸塩及び塩化物種からなる群から選択された少なくとも１つの可溶性塩化合物を含むか又は炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸カリウムのうちの少なくとも１つを含む、試薬の水性懸濁液を噴霧して、煙道ガス内の前記ＳＯ３と反応することが可能な少なくとも１つの可溶性塩化合物の乾燥微粒子を含む微粒子ミストを生成することを含む。
【0084】
一実施形態では、前記方法は、煙道ガス脱硫システム１７と排出煙突１９との間に注入装置２１を備えることを含み、第２の温度Ｔ２における、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２を、第３の温度Ｔ３における第２の煙道処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対して注入することは、注入装置２１内で行われる。
【0085】
一実施形態では、前記方法は、第１の温度Ｔ１における煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３から微粒子除去システム１４まで、空気予熱器１３と微粒子除去システム１４との間に熱交換器が配置されていない状態で、直接排出することを含む。
【0086】
一実施形態では、前記方法は、第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１を微粒子除去システム１４から煙道ガス脱硫システム１７内に、微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７との間に熱交換器が配置されていない状態で、直接排出することを含む。
【0087】
一実施形態では、前記方法は、第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対する第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２の、１パーセント～１６パーセントの質量比における、第２の部分Ｐ２の注入を含む。一実施形態では、前記方法は、第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対する第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２の、９パーセント～１６パーセントの質量比における、第２の部分Ｐ２の注入を含む。
【0088】
本発明は、向上した効率のために蒸気発生器システム１００、１００’をレトロフィットするための方法を含む。レトロフィットするための前記方法は、空気予熱器１３の下流に位置付けられている１又は複数の熱交換器を除去することを含む。レトロフィットするための前記方法は、蒸気発生器容器１１内での燃料の燃焼のために必要な量を超える第１の量Ａ１の空気を供給するように、空気予熱器１３への空気供給源１３Ｄを再構成することと、空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの第１の温度Ｔ１を確立するのに十分な質量流量において第１の量Ａ１の空気が提供されるように、空気供給源１３Ｄ及び空気予熱器１３のうちの少なくとも一つを再構成することとを含み、第１の温度Ｔ１は、前記空気予熱器が、空気予熱器１３内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有するようなものであり、第１の温度Ｔ１は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。
【0089】
別の実施形態では、第１の温度Ｔ１は、本明細書中で定義された少なくとも１％（１パーセント）の、標準的な空気予熱器と比較して増加した効率を有して動作する、改良された空気予熱器（例えば、ＡｄｖＸ（商標）空気予熱器）によって規定される。空気供給１３Ｄを再構成することは、図１及び図２にそれぞれ示す従来技術の空気供給１０３Ｄ、１０３Ｄ’において採用されているものに比較して、より高い流れ能力及び／若しくは圧力能力のファン若しくはブロワを採用すること、及び／又は、空気供給システム内での圧力降下を減少させることを含むが、これらに限定されない。
【0090】
レトロフィットするための前記方法は、蒸気発生器容器１１と連通している１又は複数のＳＯ３軽減システムを備えることを含む。前記ＳＯ３軽減システムは、蒸気発生器容器１１内で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減するように構成されている。一実施形態では、ＳＯ３の軽減は煙道ガス混合物ＦＧが空気予熱器１３に入る前に行われる。レトロフィットするための前記方法は、第１の量の空気Ａ１を第２の温度Ｔ２まで加熱するように空気予熱器１３を構成することを含む。第２の温度は、実質的に、従来のシステム（例えば、図１及び図２のそれぞれ従来技術の蒸気発生器システム１００、１００’）の燃焼空気の温度以上である。一実施形態では、ボイラの熱効率を維持又は向上するために、第２の温度は約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）である。レトロフィットするための前記方法は、第１の量Ａ１の空気の第１の部分Ｐ１を燃料の燃焼のために蒸気発生器容器１１に供給することを含む。レトロフィットするための前記方法は、第１の温度Ｔ１における煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３から微粒子収集システム１４まで直接排出し、それにより煙道ガス混合物ＦＧから微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１を生成することを含む。第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１は、微粒子除去システム１４から煙道ガス脱硫システム１７内に直接（すなわち、図１及び図２のそれぞれ従来技術の熱交換器システムのＧＧＨ１０６Ｙ、１０６Ｙ’などの熱交換器を通して流れることなしに）排出される。レトロフィットするための前記方法は、５２℃～６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）の第３の温度Ｔ３における第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２を、煙道ガス脱硫システム１７内で生成し、煙道ガス脱硫システム１７から排出することを含む。
【0091】
レトロフィットするための前記方法は、第２の温度Ｔ２における、空気予熱器１３から供給された煙道ガス再加熱空気としての、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２を、第３の温度Ｔ３における第２の煙道処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対して注入し、それにより６８℃（１５５°Ｆ）の第４の温度Ｔ４における第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３を、排出煙突１９に入る前に生成すること、及び第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３を、第４の温度Ｔ４において排出煙突１９に入れることを含む。
【0092】
一実施形態では、レトロフィットするための前記方法は、煙道ガス脱硫システム１７と排出煙突１９とを接続している出口ダクトの少なくとも一部を、煙道ガス脱硫システム１７と過剰空気ダクト６５と排出煙突１９とを接続するマニホルド３９に置き変えることを含む。
【0093】
一実施形態では、レトロフィットするための前記方法は、空気予熱器１３が煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３を経由して排出煙突１９と連通するように、煙道ガス再加熱空気微粒子除去システム３３を備えることを含む。微粒子汚染物質が第２の部分Ｐ２の空気から除去され、前記微粒子汚染物質は、空気予熱器１３内での煙道ガス混合物ＦＧからの漏洩から第２の部分Ｐ２の空気に導入されたものである。
【0094】
一実施形態では、レトロフィットするための前記方法は、蒸気発生器容器１１と空気予熱器１３との間の連通において配置された湿度センサ３４を含む。湿度センサ３４は、煙道ガス混合物ＦＧの湿度を測定して、第１の温度Ｔ１の大きさを決定する。
【0095】
一実施形態では、レトロフィットするための前記方法は、赤外線センサ３２を備えること、並びに、前記赤外線センサを用いて空気予熱器１３内の低温端メタル温度を判定すること、前記低温端メタル温度を水露点温度と比較すること、及び本明細書中に記載する制御ユニット７１を用いて前記低温端メタル温度を前記水露点温度以上であるように制御することを含む。
【0096】
レトロフィット方法を実施した後、蒸気発生器システム１０、１０’、１０”は、前記レトロフィット方法を実施する前の従来技術の蒸気発生器システム（例えば、図１及び図２のそれぞれ蒸気発生器システム１００、１００’）の第１の熱効率と少なくとも同程度に大きい第２の熱効率を有する。１つのそのような実施形態において、従来の蒸気発生器システムは、５５フィート／秒（約１６．８ｍ／秒）～６０フィート／秒（約１８．３ｍ／秒）程度の煙道ガス出口速度に制限される湿式煙突を用いて動作し、それにより汚染物質ミストが排出煙突１９を出ることを防止する。そのような湿式煙突は、水処理設備内に排水する凝縮水収集手段を装備しており、前記水処理設備は、前記設備からの排水に先立って汚染物質を除去する。本発明を利用することにより、レトロフィットされた設備は、一般に最大おおよそ１００フィート／秒（約３０．５ｍ／秒）の煙道ガス出口速度を有して動作可能な、乾式煙突を用いて動作する。煙道ガス速度は負荷の関数であり、すなわち低負荷条件において前記煙道ガス速度は低く、最大動作負荷は、最大の持続可能な煙道ガス速度によって制限される場合がある。したがって、一旦レトロフィットされたら、蒸気発生器システム１０、１０’、１０”は、以前に可能であったよりも高い負荷において動作可能になり、蒸気発生器容器１１からの増加した蒸気発生及びパワー出力がもたらされる、ということが理解されるであろう。以前より大きな負荷において動作されない場合でも、湿式煙突がないことにより、従来は排出煙突１９から収集されていた凝縮水の水処理をもはや一切動作させる必要がないことに関連して、水使用の減少がコスト削減と共にもたらされる。本発明は、蒸気発生器システム１０の効率を向上させるための別の方法も含む。前記方法は、本蒸気発生器容器１１と空気供給システム１３Ｄと空気予熱器１３と第１の微粒子除去システム１４と第２の微粒子除去システム３３と煙道ガス脱硫システム１７と煙道ガス排出煙突１９とを含む、蒸気発生器システム１０を備えることを含む。蒸気発生器システム１０は、空気予熱器１３を介して蒸気発生器容器１１と連通している空気供給システム１３Ｄを有する。蒸気発生器容器１１は、空気予熱器１３と第１の微粒子除去システム１４と煙道ガス脱硫システム１７とを介して排出煙突１９と連通しており、第１の微粒子除去システム１４は空気予熱器１３の下流に位置しており、煙道ガス脱硫システム１７は第１の微粒子除去システム１４の下流に位置しており、排出煙突１９は煙道ガス脱硫システム１７の下流に位置しており、空気予熱器１３は第２の微粒子除去システム３３を介して排出煙突１９と連通している。前記方法は、蒸気発生器容器１１と空気予熱器１３との間に配置された湿度センサ３４を備えること、及び空気予熱器１３に近接した又は空気予熱器１３内の赤外線センサ３２を備えることを含む。前記方法は、前記湿度センサを用いて煙道ガス混合物ＦＧの湿度を測定して、第１の温度Ｔ１の大きさを決定することを含む。
【0097】
前記方法は、空気供給システム１３Ｄを介して第１の量Ａ１の空気を空気予熱器１３に提供することを含み、第１の量Ａ１の空気は、蒸気発生器容器１１内での燃料の燃焼のために必要な量を超える大きさのものであり、空気予熱器１３は、空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの第１の温度Ｔ１を確立するのに十分な質量流量において第１の量Ａ１の空気を提供し、第１の温度Ｔ１は、前記空気予熱器が、空気予熱器１３内の水露点温度以上の低温端メタル温度であって、前記低温端メタル温度が硫酸露点温度未満であるような、低温端メタル温度を有するようなものであり、第１の温度Ｔ１は約１０５℃（２２０°Ｆ）～約１２５℃（２５７°Ｆ）である。
【0098】
前記方法は、赤外線センサ３２を用いて、空気予熱器１３内の低温端メタル温度を判定すること、前記低温端メタル温度を水露点温度と比較すること、及び本明細書中に記載する制御ユニット７１を使用して、前記低温端メタル温度を前記水露点温度以上であるように制御することを含む。
【0099】
前記方法は、蒸気発生器容器１１内で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減することを含む。ＳＯ３の軽減は煙道ガス混合物ＦＧが空気予熱器１３に入る前に行われる。空気予熱器１３は、第１の量の空気Ａ１を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度Ｔ２まで加熱するように構成される。第１の量Ａ１の空気の第１の部分Ｐ１は燃焼空気として、燃料の燃焼のために蒸気発生器容器１１に供給される。
【0100】
前記方法は、第１の温度Ｔ１における煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３から微粒子除去システム１４まで直接排出し、それにより煙道ガス混合物ＦＧから微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１を生成することを含む。第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１は微粒子除去システム１４から煙道ガス脱硫システム１７内に直接排出され、それにより５２℃～６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）の第３の温度Ｔ３における第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２が、煙道ガス脱硫システム１７内で生成され、煙道ガス脱硫システム１７から排出される。
【0101】
前記方法は、第２の部分Ｐ２の空気から微粒子汚染物質を除去することを含む。前記微粒子汚染物質は、空気予熱器１３内での煙道ガス混合物ＦＧからの漏洩から第２の部分Ｐ２の空気に導入されたものである。第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２は、第２の温度Ｔ２における、空気予熱器１３から供給された煙道ガス再加熱空気として、第３の温度Ｔ３における第２の煙道処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対して注入され、それにより最低でも６８℃（１５５°Ｆ）の第４の温度Ｔ４における第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３が、排出煙突１９に入る前に生成される。第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３は、第４の温度Ｔ４において排出煙突１９に入れられる。
【0102】
図５に示すように、全体として数字７０によって示されているグラフは、Ｘ軸７２上に示された華氏単位での煙道ガス再加熱空気Ｐ２温度と、Ｙ軸７１上の、パーセンテージでの再加熱空気比ＲＲとを有し、再加熱空気比ＲＲは、煙道ガス再加熱空気Ｐ２（すなわち、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２）の質量流量ＷＲを、１２５°Ｆ（約５２℃）においてＦＧＤシステム１７（図３及び図４）を離れるスクラブされたガスＦＧ２の質量流量ＷＧの１００倍で割った値に等しい。グラフ７０は、ＦＧＤ１７（図３及び図４）を出た煙道ガスＦＧの、６つの異なる温度増加ＤＴｒについてのプロットを含む。具体的には、前記グラフは、再加熱空気Ｐ２の温度の関数として再加熱空気比ＲＲを示す、５°Ｆ（約２．８℃）のＤＴｒについてのプロット８０、１０°Ｆ（約５．６℃）のＤＴｒについてのプロット８１、２０°Ｆ（約１１℃）のＤＴｒについてのプロット８２、３０°Ｆ（約１７℃）のＤＴｒについてのプロット８３、４０°Ｆ（約２２℃）のＤＴｒについてのプロット８４、及び５０°Ｆ（約２８℃）のＤＴｒについてのプロット８５を含む。例えば、再加熱比ＲＲは、点８６における約１パーセント（すなわち、プロット８０の５°Ｆ（約２．８℃）のＤＴｒについての８００°Ｆ（約４２７℃）、０．９％）～点８７における約１６パーセント（すなわち、プロット８５の５０°Ｆ（約２８℃）のＤＴｒについての５００°Ｆ（約２６０℃）における５００°Ｆ（約２６０℃）、１５．９％）の範囲である。５０°Ｆ（約２８℃）のＤＴｒについてのプロット８５について、ＲＲは、点８８における約９％（すなわち、プロット８５の５０°Ｆ（約２８℃）のＤＴｒについての８００°Ｆ（約４２７℃）、９．１％）～点８７における約１６パーセント（すなわち、プロット８５の５０°Ｆ（約２８℃）のＤＴｒについての５００°Ｆ（約２６０℃）における５００°Ｆ（約２６０℃）、１５．９％）の範囲である。１パーセント～１６パーセント、及び９パーセント～１６パーセントの再加熱比ＲＲの範囲について示し説明したが、ＤＴｒ及び再加熱空気Ｐ２の温度に応じて、再加熱比ＲＲのその他の範囲が採用されてもよい。本願発明者らは、多大な解析及び試験の結果として図５のデータ点及びプロット８０～８５に到達し、それにより図５のグラフ７０において図示した驚くべき結果を発見した。
【0103】
図６に示すように、グラフ９０は、ＦＧＤ１７と排出煙突１９との間のダクト６２内への煙道ガス再加熱空気Ｐ２の注入の結果としてのＦＧＤ１７を出る煙道ガスＦＧ２の２８℃（５０°Ｆ）の温度上昇を有する、１０００ＭＷの蒸気発生器システム１０、１０’についての、Ｘ軸９２上に示されたパーセンテージでの空気予熱器１３効率と、Ｙ軸９１上に示された摂氏単位での温度とを有する。グラフ９０は、２次空気Ｐ１、Ｐ２温度Ｔ２（図３及び図４）に関する、空気予熱器１３効率のプロット９３を含む。グラフ９０は、煙道ガスＦＧ出口温度Ｔ１（図３及び図４）に関する、空気予熱器１３効率のプロット９４を含む。本願発明者らは、蒸気発生器システム１０、１０’の熱効率を維持するためには、従来技術の蒸気発生器システム１００、１００’の１５０℃煙道ガスＦＧ出口温度（グラフ９０において点線９８”によって示されている）と、約１０５Ｃの煙道ガスＦＧ出口温度Ｔ１（図３及び図４）（グラフ９０において点線９８’によって示されている）との間の、３５℃の差分温度ＤＴが必要であるということを発見した。煙道ガス出口温度の差分温度ＤＴが増加するにつれて、蒸気発生器システム１０、１０’の熱効率の向上が実現される。例えば、グラフ９０に示すように、線９４の点９４Ａにおいて熱効率の増加が実現され、この点において煙道ガス出口温度Ｔ１は９０℃であり、空気予熱器効率は９７パーセントである。増加した熱効率及び空気予熱器効率は、第１の量の空気Ａ１が従来技術の空気予熱器によって供給されるものより大きいことの結果であり、且つ／又は、従来技術の空気予熱器において採用される熱伝達エレメントに比較した、空気予熱器１３における熱伝達エレメントの増加した効率又は増加した面積の結果である。グラフ９０に示すように、従来技術の蒸気発生器システム１００、１００’に比較した、空気予熱器１３の効率、及び蒸気発生器システム１０、１０’の増加した熱効率は、燃料の燃焼のために蒸気発生器容器１１に供給される第１の量Ａ１の空気の第１の部分Ｐ１の温度における増加によっても実現される。グラフ９０は、第１の量Ａ１の第１の部分Ｐ１の温度の関数としての、空気予熱器１３の効率の増加を示すプロット９３を含む。例えば、点９３Ａにおいて、第１の量Ａ１の第１の部分Ｐ１の温度は３６８℃であり、空気予熱器１３効率は９７パーセントであり、従来技術の蒸気発生器システム１００、１００’に比較して、蒸気発生器システム１０、１０’の熱効率の増加が実現されている。
【0104】
図８に示す実施形態では、空気予熱器１３の低温動作を達成するために、先の実施形態におけるように過剰空気を使用するのではなく、空気予熱器１３に供給される煙道ガスの量が減少されている。これは、蒸気発生器容器１１を出た煙道ガスＦＧが２つのストリームＦＧ４及びＦＧ５に分割されるように、空気予熱器１３の上流にブリードダクト２００を備えることによって促進される。第１のストリームＦＧ４は空気予熱器１３に供給されて空気予熱器１３から排出され、第２のストリームＦＧ５はダクト２００内にブリードされる。第２のストリームＦＧ５の容積は、空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧ４の所望の第１の温度Ｔ１を達成するために、バルブ手段（図示せず）によって制御されてもよい。この第２のストリームＦＧ５は熱交換器ＨＸ内で温度Ｔ５まで好適に冷却され、次にダクティング２０１を介してマニホルド２０２内に供給され、第１のストリームＦＧ４と再結合して煙道ガスストリームＦＧを再生成し、これは次に温度Ｔ１’においてＥＳＰ１４に入る。一実施形態では、図３、図４、及び図７の実施形態において言及された温度Ｔ１と図８の実施形態において言及された温度Ｔ１’とは同一であるか又はほぼ同一である。図８に示す実施形態では、空気予熱器１３を通過する空気の量Ａ２は、燃焼のために必要な容積Ｐ１であり、すなわち図３、図４、及び図７において示された実施形態に必要な第１の量Ａ１とは異なり、過剰空気部分Ｐ２は生成されない。
【0105】
煙道ガス再加熱のために図３に示す実施形態において過剰空気Ｐ２を使用する代わりに、空気ストリームＡ３が熱交換器ＨＸに入りその中で第２の煙道ガスストリームＦＧ５によって加熱される。空気ストリームＡ３は熱交換器ＨＸを出て、温度Ｔ６においてダクティング２０３を介してマニホルド２０４に供給され、これを通して煙道ガス再加熱空気として注入されて、図３、図４、及び図７に示す実施形態において説明したように煙突再加熱（ｓｔａｃｋ ｒｅｈｅａｔ）をもたらす。一実施形態では、図８に示す温度Ｔ６と図３、図４、及び図７の実施形態において言及された温度Ｔ２とは同一であるか又はほぼ同一である。一実施形態では、熱交換器ＨＸは、チュービングであってそれを通して空気ストリームＡ３が流れるチュービング上を、第２の煙道ガスストリームＦＧ５が直接通るようにさせるよう構成される（例えば、直接熱交換器）。一実施形態では、熱交換器Ｈｘは、チュービングであってそれを通して煙道ガスストリームＦＧ５が流れるチュービング上を、空気ストリームＡ３が直接通るようにさせるよう構成される（例えば、直接熱交換器）。一実施形態では、熱交換器ＨＸは、煙道ガスストリームＦＧ５から空気ストリームＡ２まで熱を伝導する流体熱交換媒体を用いて既知の方法で構成される（すなわち、間接熱交換器）。
【0106】
図８に示すように、空気ストリームＡ３のうちのいくらか又は全てが、例えば図３、図４、及び図７に示す実施形態を参照して説明した過剰予熱空気の第３の部分Ｐ３と同様に使用され得るように、所望により設けてもよい空気ブリード２０５が採用されてもよい。空気ブリード２０５により、空気ストリームＡ３を煙突再加熱のために使用することを回避し、代わりに、本明細書中で説明したように、石炭乾燥及び／又は始動予熱の用途のために選択的に空気ブリード２０５を使用することが可能になる。
【0107】
本願出願人は、従来の空気予熱器配置を使用することに比較した、図８に示す構成の予期しない特徴は、例えば煙突再加熱、予熱、及び／又は石炭乾燥の目的に使用するための煙道ガスＦＧからの熱の抽出と組み合わせた、空気予熱器の空気出口温度の減少であることを発見した。図８の実施形態では、これは、空気予熱器１３の上流で第２の煙道ガスストリームＦＧ５を分流させ、所望により選択的に煙突再加熱、予熱、及び／又は石炭乾燥の目的に使用するためにそれから熱を抽出することによって、より少ない煙道ガス熱を空気予熱器１３内に入れることにより達成される。対照的に、図３、図４、及び図７に示す実施形態では、これは、第１の量Ａ１が燃焼のための空気と、所望による選択的な煙突再加熱、予熱、及び／又は石炭乾燥の目的のための空気Ｐ２との両方を生成するように、過剰空気を空気予熱器１３内に入れることにより達成される。図９に示すハイブリッド実施形態では、両方のアプローチの組み合わせが使用されており、すなわち、空気予熱器１３からの煙道ガスの分流（すなわちＦＧ５）と、空気予熱器１３内への過剰空気（すなわちＡ１）との両方が使用されている。
【0108】
従来技術では、空気予熱器によって煙道ガスから抽出された熱は、蒸気発生器容器内に、それを通して流れる燃焼空気によって再導入される。熱伝導損失を除いて、空気予熱器によって煙道ガスから抽出された全ての熱は、燃焼空気を介して蒸気発生器容器内に再導入される。本発明の好ましい実施形態の１つの特徴は、空気予熱器によって又は空気予熱器の上流で抽出／分流される煙道ガスに関連付けられた熱交換器によって「生成される」過剰空気内の、煙道ガスストリームＦＧから抽出されたいかなる熱も、通常の動作中に浪費されないということである。燃焼空気を予熱するために使用されないとしても、全てのそのような抽出された熱は、例えば煙突再加熱として及び／又は石炭乾燥のために、全体的蒸気水サイクル（ｗｈｏｌｅ ｓｔｅａｍ ｗａｔｅｒ ｃｙｃｌｅ）と呼ばれてもよいものの中に再導入される。
【0109】
図示されたハイブリッド実施形態では、第２の過剰空気部分Ｐ２と、分流された煙道ガスＦＧ５で加熱された空気ストリームＡ３との両方が、全面的に又は部分的に、煙突再加熱としての再注入のために使用されるが、空気予熱器１３に必要な下流出口温度を促進するのは、第２の煙道ガスストリームＦＧ５と予熱器空気の第１の量Ａ１の容積との調節の組み合わせであるということが理解されるであろう。この調節は、始動中に、又は様々な動作負荷において所望の結果を適宜達成するために、すなわち蒸気発生器容器１１の煙道ガスＦＧの出口温度に関連して、好適に選択的であってもよい。
【0110】
図８及び図９の実施形態の代替において、過剰空気部分Ｐ２のうちのいくらか若しくは全て、及び／又は加熱された空気ストリームＡ３のうちのいくらか若しくは全てが、煙突再加熱のために使用される代わりに、予熱、始動予熱、及び／又は石炭乾燥の用途のために使用されてもよい。例えば、加熱された空気ストリームＡ３を石炭乾燥の用途のために使用することは特に有利であり得る。同様に、始動又は低負荷条件の間、煙道ガスストリームＦＧ５内への流れを回避するか又は最小にすることは有利であり得る。同様に、始動又は低負荷条件の間、過剰空気部分Ｐ２を最小にすることは有利であり得る。
【0111】
図８及び図９に示す実施形態では、第２の煙道ガスストリームＦＧ５は、空気予熱器１３のすぐ下流で第１の煙道ガスストリームＦＧ４と再結合されるが、他の実施形態では、そのような再結合はさらに下流でもたらされてもよいということが理解されるであろう。あるいは、この第２の煙道ガスストリームＦＧ５は、大気に放出されてもよく、且つ／又は第１の煙道ガスストリームＦＧ４とは別個に処理されてもよい。
【0112】
必要な場合、微粒子除去及び／又はその他の汚染制御機器が、第２の煙道ガスストリームＦＧ５を適切に調整するために、空気予熱器１３を通過する煙道ガスＦＧの部分を調整するために使用されるものとは独立して使用されてもよい。有利には、熱交換器ＨＸは煙道ガスストリームＦＧ５から空気ストリームＡ３へのガス漏洩を許可しない。したがって、空気ストリームＡ３の、煙突再加熱、機器予熱、及び／又は石炭乾燥のための使用に先立つ同様の調整は必要とされない。
【0113】
前述のように、本発明は、向上した効率のために蒸気発生器システム１００、１００’をレトロフィットするための方法を含む。レトロフィットするための前記方法は、蒸気発生器容器１１内での燃料の燃焼のために必要な量を超える第１の量Ａ１の空気を供給するように、空気予熱器１３への空気供給源１３Ｄを再構成することと、本発明で要求される必須の特性を有する空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの、第１の温度Ｔ１を確立するのに十分な質量流量において第１の量Ａ１の空気が提供されるように、空気供給源１３Ｄ及び空気予熱器１３のうちの少なくとも一つを再構成することとを含む。本発明はまた、図８及び図９に示す実施形態の第２の煙道ガスストリームＦＧ５に関連した機器を用いて、１００、１００’などの蒸気発生器システムをレトロフィットするための方法を含むということが理解されるであろう。
【0114】
本願発明者らは、長年の実験、解析、及び試験を通して、蒸気発生器システムの熱効率を１００及び１００’などの従来技術の蒸気発生器システムに比較して向上させ、同時に汚れ及び可視煙突プルームの可能性を減少させる、本発明の蒸気発生器システム１０の動作のための最適な温度範囲とシステム構成との組み合わせを意外にも発見した。
【0115】
例えば、当業者は、予熱器１３を通した空気流れを、蒸気発生器容器１１内での燃料の燃焼のために必要な大きさを超える大きさを達成するように、及び同時に空気予熱器１３を出る煙道ガス混合物ＦＧの１０５℃（２２０°Ｆ）以下の温度を有する第１の温度Ｔ１を確立するのに十分な大きさを達成するように増加させ、同時に、同じシステムにおいて以下の特定の設計特徴の全てを採用する、ということが可能であることを試みて成功してこなかった。１）蒸気発生器容器１１内で生成された煙道ガス混合物内のＳＯ３を軽減することであって、ＳＯ３の軽減は煙道ガス混合物ＦＧが空気予熱器１３に入る前に行われる、こと、２）第１の量の空気Ａ１を約２８８℃～３９９℃（５５０°Ｆ～７５０°Ｆ）の第２の温度Ｔ２まで加熱するように空気予熱器１３を構成すること、３）第１の量Ａ１の空気の第１の部分Ｐ１を、燃料の燃焼のために蒸気発生器容器１１に供給すること、４）第１の温度Ｔ１における煙道ガス混合物ＦＧを空気予熱器１３から微粒子収集システム１４まで直接排出し、それにより煙道ガス混合物ＦＧから微粒子を除去し、第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１を生成すること、５）第１の処理された煙道ガス混合物ＦＧ１を微粒子除去システム１４から煙道ガス脱硫システム１７内に直接排出し、それにより５２℃～６０℃（１２５°Ｆ～１４０°Ｆ）の第３の温度Ｔ３における第２の処理された煙道ガス混合物ＦＧ２を、煙道ガス脱硫システム１７内で生成し、煙道ガス脱硫システム１７から排出すること、６）第２の温度Ｔ２における第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２を、第３の温度Ｔ３における第２の煙道処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対して注入し、それにより７９℃～８８℃（１７５°Ｆ～１９０°Ｆ）の第４の温度Ｔ４における第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３を、排出煙突１９に入る前に生成すること、及び７）第３の処理された煙道ガス混合物ＦＧ３を、第４の温度Ｔ４において排出煙突１９に入れること。当業者は、空気予熱器１３を出る煙道ガスの温度を変化させることによって、上記で詳述した他の７つの設計特徴と共に試みられ得る、ほとんど無限の数のシステム構成が存在することを理解するであろう。本願発明者らが競合する設計特徴に関する問題を克服し、本明細書中で開示され特許請求の範囲に記載された最適な組み合わせを発見したのは、解析、実験、及び試験の結果にほかならない。
【0116】
一般に、前記試験、実験、及び解析は以下の考慮を含んでいた。１）第２の煙道処理された煙道ガス混合物ＦＧ２に対する、第２の温度Ｔ２における第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２の注入の混合効率、２）第２の部分Ｐ２の空気上の量を含む、蒸気発生器システム内の様々な位置におけるフライアッシュ濃度、３）ＧＧＨ熱交換器の除去を正当化する十分な熱を提供する、第２の部分Ｐ２の空気の量の決定、４）蒸気発生器システム１０を通した圧力降下、５）過剰空気ダクト６５内の熱損失、６）蒸気発生器容器内での燃料燃焼への影響、７）蒸気発生器システムの熱効率への影響、及び８）ＦＧＤ１７についての効率及び給水要件。
【0117】
当業者は、空気予熱器を出る煙道ガスの温度を１０５℃（２２０°Ｆ）以下に低下させることを、遭遇するいくつかの問題のため妨げられてきた。第１の問題は、このレベルの煙道ガス温度低下（すなわち、空気予熱器を出る煙道ガスの温度を１０５℃（２２０°Ｆ）以下に低下させること）は通常、インクリメンタルな空気流れ（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ａｉｒ ｆｌｏｗ）なしで経済的に達成することはできないということである。通常の空気予熱器を通過する煙道ガスから回収可能な熱の量には実際的な制限が存在する。この制限は最大可能熱伝達ｑｍａｘ＝（ｍ＊ｃ）ｍｉｎ＊（Ｔｇｉ－Ｔａｉ）に基づいて規定され、ここで、Ｔｇｉは空気予熱器に入る煙道ガスの温度であり、Ｔａｉは空気予熱器に入る空気の温度である。量（ｍ＊ｃ）ｍｉｎは、最小流体（ｍｉｎｉｍｕｍ ｆｌｕｉｄ）の質量流量と比熱との積であり、通常の空気予熱器については、最小流体は燃焼空気である。前記空気の質量流量が増加するにつれて、最大可能熱伝達は直接的に増加する。本発明では、煙道ガス温度をインクリメンタルに低下させるための手段の一部として、インクリメンタルな空気流れを利用する。しかし蒸気発生器効率を維持及び向上するために、蒸気発生器に戻される熱の量を維持又は向上することも必要である。これは空気予熱器の効率を維持又は向上することによって達成され、効率＝実際の熱伝達／最大可能熱伝達、である。維持又は向上されなければならないのは燃焼空気への実際の熱伝達であり、これはａ）冷気ストリーム空気予熱（ｃｏｌｄ ａｉｒ ｓｔｒｅａｍ ａｉｒ ｐｒｅｈｅａｔ）の使用をなくすこと、又はｂ）より効率の高い熱伝導表面の使用、によって達成される。
【0118】
第２の問題は、プラントにおいて、インクリメンタルな予熱された空気流れに対する大きな需要は存在していなかったということである。本発明では、煙突ガス再加熱のために使用可能な予熱された空気の源を提供する。
【0119】
第３の問題は、多くの燃料について、煙道ガス温度の低下は空気予熱器の著しい汚れ及び／又は腐食をもたらすということである。煙道ガスのＳＯ３含有率に基づいた必要に応じて、本発明ではＳＯ３軽減を利用して、空気予熱器に入るＳＯ３含有率を約５ｐｐｍｖ以下に低減させる。これは、従来の煙道ガスの露点を大きく下回る低下された煙道ガス温度において汚れ及び腐食を防止することが実証されている。
【0120】
第４の問題は、最小低温端エレメント温度の適切な制御のための手段を有さないプラントは、水露点付近の温度におけるハロゲン酸の凝縮による激しい腐食に遭遇してきたということである。一実施形態では、本発明は、水露点を計算するために使用され得る煙道ガスの水含有率を明らかにするための、煙道ガス湿度センサを採用する。クリティカルなハロゲン酸（ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ）の露点が次に、文献で入手可能な露点相関（ｄｅｗ ｐｏｉｎｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ）を使用して推定されてもよい。赤外線センサ又はその他のセンサの使用が、最小低温端エレメント温度を判定するために使用されてもよく、これはクリティカル露点と比較されてもよい。露点凝縮の回避は、ａ）低温の入来空気を予熱するための蒸気コイルの使用、又は２）煙突ガス再加熱のために使用される予熱された空気の量の低減、によって達成される。
【0121】
本発明の別の実施形態（図示せず）では、第１の量Ａ１の空気の第２の部分Ｐ２は、煙道ガス再加熱空気としては使用されないか又は部分的にのみ使用され、代わりに、排他的に又は大部分が、動作中に石炭乾燥器に供給される予熱空気として、並びに始動中に、関連する蒸気発生器容器１１に及び／又は微粒子除去システム１４の上流に選択的に供給される予熱空気として使用される。石炭乾燥のために過剰空気を使用することにより、蒸気発生器容器１３に供給される石炭内の湿気が効果的に減少され、それにより、煙道ガスとなるものの中の過剰蒸気の結果として予期され得る熱損失が減少する。この湿気の減少により、始動時の下流機器内での凝縮の発生率も減少し得ることが理解されるであろう。最近の石炭燃焼ボイラでは、石炭バーナから供給される粉砕石炭を燃焼させることによって形成される渦流火炎を維持するのに十分なだけ蒸気発生器容器１１が加熱されるまで、燃焼ランスを介して供給される始動燃料としてのオイル又は天然ガスを用いて始動中に蒸気発生器容器１１を燃焼させることが必要である。急激すぎる始動は、例えば、パイプ溶接部に対する不必要な熱衝撃と、結果として生じる蒸気発生器容器内の損傷とをもたらす場合があると考えられている。緩慢すぎる始動は、オイル及びガスの不必要な使用と、蒸気発生器システムを全動作負荷までに至らせることにおける望ましくない遅延とをもたらす。熱衝撃を増加させることなしに始動時間が減少され得るいかなる方法も、プラント事業者にとって有益な運用上の及びコストの利点をもたらす。この実施形態の予熱空気を、通常の予熱された燃焼空気に加えて利用することにより、始動中に、オイル又はガスの炎による温度に比較して適度に低い温度で、より多くの予熱が蒸気発生器容器１１内に効果的に戻される。これにより、同等の追加の予熱を供給するためにより多量に始動燃料を燃やすことによる追加の熱衝撃なしに、より迅速な始動が可能になる。この別の実施形態では、蒸気発生器システムの動作は、他の説明した実施形態において様々に必要とされる、ＦＧＤの存在、又は煙道ガス温度の上昇、及び／又は乾式煙突の動作に依存しないということが理解されるであろう。
【0122】
本発明について、その特定の実施形態を参照して開示し説明したが、他の変形及び修正が行われてもよいということ、及び特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内にある前記変形及び修正を包含することが意図されるということに留意されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
