熱回収蒸気発生器

排熱回収ボイラ（HRSG ）は、燃焼タービンからの排ガスなどの高温ガス流から熱を回収する熱交換器です。HRSGで生成される蒸気は、プロセス（コージェネレーション）で使用したり、蒸気タービン（コンバインドサイクル）の駆動に使用したりできます。

HRSG

HRSGは、エコノマイザ、蒸発器、過熱器、水予熱器の4つの主要コンポーネントで構成されています。これらのコンポーネントは、ユニットの運転要件を満たすように組み合わされています。添付のモジュラーHRSGの全体配置図をご覧ください。

モジュラー HRSG は、排ガスの流れの方向や圧力レベルの数など、さまざまな方法で分類できます。排ガスの流れに基づいて、HRSG は垂直タイプと水平タイプに分類されます。水平タイプ HRSG では、排ガスは垂直チューブ上を水平に流れますが、垂直タイプ HRSG では、排ガスは水平チューブ上を垂直に流れます。圧力レベルに基づいて、HRSG は単圧と多圧に分類できます。単圧 HRSG には蒸気ドラムが1 つしかなく、蒸気は単一の圧力レベルで生成されますが、多圧 HRSG は 2 つ (二重圧力) または 3 つ (三重圧力) の蒸気ドラムを使用します。そのため、三重圧力 HRSG は、LP (低圧) セクション、再熱 / IP (中圧) セクション、HP (高圧) セクションの 3 つのセクションで構成されています。各セクションには、蒸気ドラムと、水が蒸気に変換される蒸発器セクションがあります。

HRSGの蒸気および水圧部品は、クリープ、熱疲労、クリープ疲労、機械的疲労、流れ加速腐食（FAC）、腐食、腐食疲労など、さまざまな劣化メカニズムの影響を受けます。 ^{[ 1 ]}

さらに、HRSGには、排気ガス中の水分を凝縮して排出量を削減し、効率を高めるように設計された冷水熱交換器が含まれる場合があります。^{[ 2 ]}

パッケージ型HRSG

パッケージ型HRSGは、工場から完全組み立て済みのユニットとして出荷されるように設計されています。廃熱またはタービン（通常20MW未満）用途に使用できます。パッケージ型HRSGには水冷炉を装備することができ、これにより補助燃焼を高め、全体的な効率を向上させることができます。^{[ 2 ]}

バリエーション

一部のHRSGには、補助燃焼、すなわちダクト燃焼が組み込まれています。これらの追加バーナーはHRSGに追加のエネルギーを供給し、より多くの蒸気を発生させることで蒸気タービンの出力を高めます。一般的に、ダクト燃焼はより低い資本コストで電力出力を実現します。そのため、ピーク時の運転によく利用されます。

HRSGには、HRSGへの入口流量を調節する切換弁を備えることもできます。これにより、蒸気需要がない場合やHRSGを停止する必要がある場合でも、ガスタービンは運転を継続できます。

排出ガス制御装置もHRSG内に設置される場合がある。中には、窒素酸化物（スモッグや酸性雨の形成に大きく寄与する）を低減する選択触媒還元（SCR）システムや、一酸化炭素を除去する触媒を組み込んだものもある。SCRの搭載はHRSGのレイアウトに劇的な影響を与える。NOx触媒は650～750°F（343～399°C）の温度で最もよく機能する。これは通常、HRSGの蒸発器セクションを分割し、SCRを2つのセクションの間に配置する必要があることを意味する。最近では、SCRを蒸発器セクションとエコノマイザセクション（350～500°F [177～260°C]）の間に配置できる低温NOx触媒が市場に登場している。^[²^]

貫流蒸気発生器（OTSG）

ボイラードラムを持たない特殊なHRSGとして、貫流型蒸気発生器（OTSG）があります。この設計では、入口給水は、エコノマイザ、蒸発器、過熱器などのセグメント化されたセクションのない連続した経路をたどります。これにより、ガスタービンから受ける熱負荷に基づいてセクションを拡大または縮小できるため、高い柔軟性が得られます。ドラムがないため、蒸気生産量を迅速に変更でき、制御変数が少なくなり、サイクリングおよびベースロード運転に最適です。適切な材料を選択すれば、OTSGはドライ運転が可能で、高温の排気ガスがチューブ内を水が流れることなくチューブ上を通過できます。これにより、ドラム型HRSGが停止している状態で燃焼タービンを運転するために必要なバイパススタックと排気ガスダイバータシステムが不要になります。^{[ 3 ]}

アプリケーション

熱回収はエネルギープロジェクトで幅広く活用できます。
エネルギー資源が豊富なペルシャ湾地域では、HRSGからの蒸気が淡水化プラントで使用されています。^{[ 2 ]}
大学はHRSGの理想的な適用対象です。大学では、ガスタービンを用いてキャンパスで使用する信頼性の高い電力を生産できます。HRSGはガスタービンからの熱を回収し、地域暖房や冷房用の蒸気/温水を生成することができます。^{[ 2 ]}
大型海洋船舶（例：エマ・マースク）では、航行中に石油ボイラーを停止できるように熱回収を利用している。^{[ 2 ]}

ブロック図

参照

参考文献

^ 「HRSGチューブの故障統計 | Tetra Engineering」tetra-eng.com . 2025年10月6日閲覧。
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f AITESA. 熱回収蒸気発生器および廃熱回収ボイラー
^革新的な蒸気技術

外部リンク

HRSGユーザーは2021年2月26日に Wayback Machineにアーカイブされています

[1] 「HRSGチューブの故障統計 | Tetra Engineering」tetra-eng.com . 2025年10月6日閲覧。

[AITESA-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f AITESA. 熱回収蒸気発生器および廃熱回収ボイラー

[3] 革新的な蒸気技術

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