| 【発明の名称】 |
ＨＲＨＥ（Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）システム |
| 【発明者】 |
【氏名】笹尾 俊文
【氏名】稲毛 真一
【氏名】小林 成嘉
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| 【要約】 |
【課題】ＧＴガスと高温ガスの混合を促進させ、混合ガスの温度分布を均一化させることにより、脱硝装置入口におけるガス温度を前記温度範囲に収めることを容易に可能とするＨＲＨＥを提供する。
【解決手段】高温ガス噴出装置５と脱硝装置４の間に渦発生装置６を設けて、主流方向に渦１５を形成し、この渦１５により、流れにおける乱れが増大し、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合が促進される。この混合の促進により、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガス１３の温度分布が均一化される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】ガスタービンからＨＲＨＥに流入するガス（以降、ＧＴガスと記す）に前記ＧＴガスを昇温せしめるための高温ガスを噴出させる装置を有するＨＲＨＥ(Heat Recovery Heat Exchanger)システムにおいて、ＧＴガスと高温ガスの混合を促進させるために、前記ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの主流方向に渦を発生させる渦発生装置を１つ以上前記ＨＲＨＥ内に設けたことを特徴とするＨＲＨＥ。
【請求項２】請求項１のＨＲＨＥにおいて、前記ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物を１つ以上前記ＨＲＨＥ内に設けたことを特徴とするＨＲＨＥ。
【請求項３】請求項１及び請求項２のＨＲＨＥにおいて、前記ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物は、前記ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの主流方向に対して仰角を持ち、該構造物を翼形をしたことを特徴とするＨＲＨＥ。
【請求項４】請求項１及び請求項２のＨＲＨＥにおいて、前記ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物を複数有し、該複数の構造物の下流に発生する複数の渦を合体させる構造を特徴とするＨＲＨＥ。
【請求項５】請求項１及び請求項２のＨＲＨＥにおいて、前記ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物を有し、該構造物より発生する渦周りの流速を増大させる手段を持つ構造を特徴としたＨＲＨＥ。
【請求項６】請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，請求項５のＨＲＨＥを備えているＰＦＢＣ（Pressurized Fluidized Bed Combustion）発電システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＰＦＢＣ用ＨＲＨＥに係わり、特にＨＲＨＥでのＧＴガスと高温ガス発生装置から噴出される高温ガスの混合に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンに備えられている脱硝装置では、流入するガス温度が、低温の場合には、脱硝装置内の触媒において有害物質である硝酸アンモニウムが生成される。また、耐熱温度の問題であまり高温とすることはできない。このため、脱硝装置においては、流入するガス温度をある温度範囲に保つ必要がある。プラント起動時においては、ガスタービンからＨＲＨＥに流入するＧＴガス温度が低いため、このＧＴガスに高温ガスを混合し、昇温することにより脱硝入口におけるガス温度を前記温度範囲内とする。
【０００３】図１に従来一般に採用されているＨＲＨＥの構造概略図を示す。このＨＲＨＥでま、ガスタービンから吐出されるＧＴガス１１に対して、高温ガス噴出装置５より高温ガス１２を垂直に噴出して、ＧＴガスと高温ガスの拡散のみにより混合している。この場合、高温ガスの運動量が大きく、高温ガスはＧＴガスを貫通し、ＨＲＨＥ壁面１ａ側に寄ってしまう。このため、従来のＨＲＨＥの脱硝装置２入口における温度分布は、図２に示すように、ＨＲＨＥ壁面１ａ側の温度が高く、ＨＲＨＥ壁面１ｂ側の温度が低くなる大きな温度分布を持つため、脱硝装置の性能上必要な温度範囲に保つことが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術のＨＲＨＥ構造では、ＧＴガスと高温ガスとを均一に混合することが難しく、脱硝装置入口におけるガス温度を前記温度範囲に収めることは困難であった。
【０００５】本発明の目的は、ＧＴガスと高温ガスの混合を促進させ、混合ガスの温度分布を均一化させることにより、脱硝装置入口におけるガス温度を前記温度範囲に収めることを容易に可能とするＨＲＨＥを提供することにある。また、この混合に際して、圧力損失の増大を極力小さく抑さえる必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＧＴガスと高温ガスの混合を促進させるために、ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの主流方向に渦を発生させる渦発生装置を前記ＨＲＨＥ内の高温ガス噴出装置と脱硝装置の間に設ける。この渦発生装置により、流路を流れるガスに渦を形成し、ＧＴガスと高温ガスの混合ガス内の乱れを増大させ、ＧＴガスと高温ガスの混合作用を促進させ、温度分布の均一化を図る。
【０００７】即ち、プラント起動時においては、ＧＴガスの温度が低いため、このＧＴガスに高温ガスを噴出して混合せしめて、脱硝装置入口におけるガス温度を前記の所定温度範囲内に収める必要がある。本発明の渦を発生させる渦発生装置によれば、流路を流れるガスに形成される渦により、乱れが増大し、この強い乱れにより混合作用が促進されるため、ＧＴガスと高温ガスは混合が促進され、ＧＴガスと高温ガスとの混合ガスにおいて、均一な温度分布が得られる。このため、脱硝装置入口におけるガス温度は、脱硝装置の性能上必要な温度範囲に収めることが容易に可能となる。また、ＨＲＨＥ内面に主流方向に対して適切な仰角を持つ３個の三角錐形状をしたデルタ翼を設置する。各デルタ翼により形成されるランチェスター渦の循環（中心軸周りに渦として流れる流量）をΓａ，Γｂ，Γｃとし、各ランチェスター渦の中心間距離をＲａｂ，Ｒｂｃ，Ｒｃａ（Ｒｉｊは渦ｉと渦ｊの中心間距離）としたとき、以下の式（１)，(２）を満足するように各デルタ翼の配置及び仰角を設定する。この設定により、３個の渦を合体させて１つの強いランチェスター渦を形成せしめることができるため、強い混合作用を引き起こし、ＧＴガスと高温ガスの混合を促進するので、温度を均一化できる。
【０００８】
【数１】
Γａ・Γｂ＋Γｂ・Γｃ＋Γｃ・Γａ＝０ …（数１）
【０００９】
【数２】
Γａ・Γｂ・Ｒａｂ＋Γｂ・Γｃ・Ｒｂｃ＋Γｃ・Γａ・Ｒｃａ＝０ …（数２）
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）図３に本発明のＨＲＨＥ第１実施例の概略構造を示す。プラント起動時において、ＨＲＨＥ入口２より流入したＧＴガス１１は、脱硝装置４を通り、ＨＲＨＥ出口３より排気ガス１４として排出される。このＧＴガス１１のガス温度を上昇させるため、高温ガス噴出装置５より高温ガス１２を噴出する。ＧＴガス１１と高温ガス１２は混合しながらＨＲＨＥ出口３へと流れる。高温ガス噴出装置５と脱硝装置４の間に渦発生装置６を設けて、主流方向に渦１５を形成せしめる。この渦１５により、流れにおける乱れが増大し、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合が促進される。この混合の促進により、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガス１３の温度分布が均一化される。このことにより、図４に示すように、本発明によるＨＲＨＥにおいては、従来ＨＲＨＥの構造に較べ、温度勾配が小さくなり、脱硝装置の性能上必要な温度範囲に収めることが容易に可能となる。
【００１１】（実施例２）図５に第２実施例の概略構造を示す。本構造は、前記渦発生装置６を高温ガス噴出装置５と脱硝装置４の間に、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガス１３の主流方向に複数段設置し、かつ格段を千鳥に配列したものである。この配列により、渦による乱流状態が強くなるため、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合が、さらに促進され、温度の均一化が図られる。
【００１２】（実施例３）図６に第３実施例の概略構造を示す。図７は、翼形状構造物部分の詳細、図８は、図７の翼形状構造物のＡ方向矢視図である。翼形状構造物７は、高温ガス噴出装置５と脱硝装置４の間にＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガス１３の主流方向１３ａに対して適切な仰角αを持って備えられている。ここで、図８に示すように、翼形状構造物７は三角錐形状をしており、７ａ，７ｂ，７ｃを３頂点とする三角形の面（頂点７ａと辺７ｂ−７ｃ）（頂点７ｂと７ｃを両端とする辺）の中心とを結ぶ線（図８の破線））が、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガス１３の主流方向１３ａに対して仰角αとなるようにＨＲＨＥ内面に固定されている。
【００１３】ＨＲＨＥでは、ガスタービンから吐出したＧＴガス１１と高温ガス噴出装置５から噴出される高温ガス１２が、拡散により混合しながらＨＲＨＥ１内を流れる。このＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガスが、翼形状構造物７を通過する際、翼形状構造物７後方にランチェスター渦と呼ばれる主流方向１３ａに対して回転中心軸を持つ渦（縦渦）が形成される。このランチェスター渦１６は、ＧＴガス１１と高温ガス１２を巻き込んで、混合しながらＨＲＨＥ下流へと進行する。ランチェスター渦１６は下流側へと進行するに従い、渦回転直径が増大し、角運動量も増加するので、強い混合作用を引き起こし、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合を促進するので、温度を均一化できる。また、この実施例では、圧力損失の増大を抑さえることができる。
【００１４】（実施例４）図９に第４実施例の概略構造の翼形状構造物設置個所の詳細図を示す。本実施例は、第３実施例の主流方向１３ａに対して適切な仰角αを持つ翼形状構造物７をＨＲＨＥ１内面に複数個有している。本実施例においても、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガス１３が翼形状構造物７を通過する際、翼形状構造物７後方にランチェスター渦１６が形成される。複数個の翼形状構造物７より形成されるランチェスター渦１６は、互いに干渉し、渦形状を崩壊させるため、強い乱流状態を形成する。この強い乱流状態により、強い混合作用を引き起こし、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合を促進するので、温度を均一化できる。また、この実施例では、圧力損失の増大を抑さえることができる。
【００１５】（実施例５）図１０に第５実施例の概略構造の翼形状構造物設置個所の詳細図を示す。本実施例は、ＨＲＨＥ内面に３個の三角錐形状をしたデルタ翼８ａ，８ｂ，８ｃ（構造は、図８と同じ）を各デルタ翼８ａ，８ｂ，８ｃの高さをそれぞれＬ１／３，Ｌ２／３，Ｌ２／３となるようにし、各デルタ翼の頂点８ａ−１，８ｂ−１，８ｃ−１が正三角形３１の頂点となるように配置する。前記配置において、デルタ翼８ａ，８ｃにより形成されるランチェスター渦１６ａ，１６ｃの循環（中心軸周りに渦として流れる流量）をΓとし、デルタ翼８ｂにより形成されるランチェスター渦１６ｂの循環をΓ／２（負号は渦回転方向が逆であることを示す）となるように各デルタ翼の仰角を設定する。
【００１６】この設定により、各デルタ翼８ａ，８ｂ，８ｃにより形成されるランチェスター渦１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、前述の式（１)，(２）を満足するため、３個のランチェスター渦１６ａ，１６ｂ，１６ｃを合体させて１つの強いランチェスター渦１６ｄを形成せしめることができる。本実施例では、このランチェスター渦１６ｄの作用により、ＧＴガス１１と高温ガス１２の混合ガス１３の混合をさらに促進できるので、温度をより均一化できる。また、この実施例では、圧力損失の増大を抑さえることができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の渦発生装置を備えたＨＲＨＥにより、ＧＴガスと高温ガスの混合を促進させることが可能となり、ＧＴガスと高温ガスの混合ガスの温度分布が均一化される。このため、脱硝装置入口における混合ガス温度の温度勾配を小さくできる。このことにより、脱硝装置入口における混合ガス温度を脱硝装置の性能上必要な温度範囲に容易に保つことが可能なＨＲＨＥを提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月２３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１４０３５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１６５６０２ |
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