JP2000102713A

JP2000102713A - 高温ガスの除塵装置

Info

Publication number: JP2000102713A
Application number: JP10273983A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Azuma; 勝美東; Noriyuki Oda; 紀之織田; Shinichi Watanabe; 信一渡辺
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】通気容量(通気抵抗)および熱交換容量、伝熱
面積が大きくなり、同時に、熱的、機械的衝撃にも強
く、各性能のバランスが取れたコンパクトな優れた逆洗
ガス用の熱交換器を有する実用性の高い高温ガスの除塵
装置を提供する。【解決手段】通気性蓄熱体からなる逆洗ガス加熱用の
熱交換器40の蓄熱体が、逆洗ガスの入口側の金網蓄熱体
42と出口側のハニカム蓄熱体43とからなる高温ガスの除
塵装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温ガス用の除塵
装置に係り、より詳しくは、缶体内に支持した耐熱性の
多孔性セラミックの濾筒からなる高温ガスのフィルタ
と、該フィルタを逆洗するための逆洗ガス送給手段と逆
洗ガスを加熱する熱交換器とを有するフィルタの再生手
段と、を備えた高温ガスの除塵装置の改良、特に、その
熱交換器の改良に係る。

【０００２】

【従来の技術】近時、石炭火力発電に使用される新しい
技術として加圧流動床燃焼ボイラが精力的に開発されて
いる。この技術は、「日経メカニカル」誌1997年4月28
日、第505号、第57〜60頁に記載されるように、石炭と
石灰石のスラリをボイラ内で加圧燃焼して蒸気を発生
し、発電用蒸気タービンを駆動するとともに、ボイラの
高温の燃焼排ガスにより発電用ガスタービンを駆動して
発電効率の向上を図るものである。ここに、大きな課題
となっているのが、ガスタービンの駆動源となるボイラ
の燃焼排ガスからの各種ダスト（石炭の灰、石灰石、未
燃焼の微粉炭あるいは燃焼の結果発生する石膏など）の
除去すなわち高温ガスのフィルタリング、除塵技術であ
る。

【０００３】この除塵技術に関しては、前記「日経メカ
ニカル」誌、第60頁第4図に記載され、また、特開昭50-8
6762号公報、特開昭59-225721号公報(特公昭63-40567
号)、特開昭60-118212号公報（特公平3-24251号）、特
開昭61-268330号公報(特公平2-22689号)あるいは特開昭
62-56792号公報(特公平7-18666号)等にも記載されてい
るように、缶体内に多孔性セラミック等からなる耐熱性
の濾筒からなるフィルタを管板で支持し、該フィルタを
通過せしめた高温ガス中のダストを除去する除塵装置が
提案されており、ほぼ実用の域に達している。

【０００４】一方、このような高温ガスの除塵装置にお
いては、実用上、フィルタである濾筒の目詰まりが問題
であり、有効な濾筒の逆洗すなわち再生技術が求められ
る。これに対しては、濾筒を通過し、ダストを除去され
た清浄ガスの出側にエジェクタ室を設け、外部からの高
圧ガスをごく短時間噴射し、エジェクタ効果で回りの清
浄ガスを巻き込み逆洗用のガスとなし、ディフューザで
その動圧を静圧に変えて濾筒に衝撃的に作用させ、濾筒
内面に付着したダストを払い落とすフィルタの再生技術
が提案されている（前記特開昭61-268330号公報(特公平
2-22689号)、特開平1-281120号公報（特公平6-57286
号）あるいは特開平1-303397号公報（特公平7-101075
号）参照）。

【０００５】ここにおいて、逆洗ガスを発生する高圧ガ
スは予熱されたとしても、エジェクタで巻き込まれた周
囲の清浄ガスと混じった逆洗ガスとして濾筒に作用させ
る際、ディフューザで膨張するため、処理される800℃
にも達する高温のガスに比べてかなり低く、比較的に低
温のガス(“比較低温ガス”と称す)となる。この比較低
温ガスの逆洗ガスを、そのまま濾筒に作用させると、特
にセラミックから作られる濾筒にあっては、ヒートショ
ックで濾筒が損壊するという熱歪み問題が生ずる。これ
に対しては、逆洗ガスのディフューザの出口に通気性蓄
熱体からなる熱交換器を配し、逆洗ガスを加熱した上で
作用させるフィルタの再生装置を設けた除塵装置が提案
されている（前記特開昭61-268330号公報(特公平2-2268
9号)）。

【０００６】しかしながら、従来の除塵装置にあって
は、通気容量(通気抵抗)、熱交換容量すなわち伝熱面
積、また、熱的、機械的の強度などのバランスが取れ、
かつコンパクトな実用性の高い熱交換器を有するものは
なく、有効なフィルタの逆洗すなわち再生を行える高温
ガスの除塵装置が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題に
鑑みなされたもので、通気容量(通気抵抗)、熱交換容
量、伝熱面積、また、熱的、機械的の強度などのバラン
スが取れ、かつコンパクトな実用性の高い逆洗ガス用の
熱交換器を備えた、実用性、信頼性の高い高温ガスの除
塵装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、缶体と、該缶
体内に設けたセラミック濾筒からなるフィルタと、該フ
ィルタに逆洗ガスを作用させる逆洗ガス送給手段と該逆
洗ガスを加熱する通気性蓄熱体からなる熱交換器を有す
るフィルタの再生手段と、を備えた高温ガスの除塵装置
において、前記熱交換器の通気性蓄熱体が、逆洗ガスの
入口側の金網蓄熱体と出口側のハニカム蓄熱体とからな
ることを特徴とする。これにより、逆洗操作を安定して
実施することができ、実用性、信頼性の高い高温ガスの
除塵装置を提供する。

【０００９】また、前記金網蓄熱体が、逆洗ガスの透過
方向に積層した複数の単位金網体からなり、前記ハニカ
ム蓄熱体が、逆洗ガスの透過方向に並置した複数の単位
ハニカム蓄熱体からなることを特徴とするものにあって
は、熱交換器の製作、組立てを容易にし、除塵装置の製
作コストを低減すると言った効果を奏することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、その好ましい実
施形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明に係る高温ガスの除塵装置
の一実施形態の簡略化した模式断面図である。

【００１２】図１において、10は、鋼板構造を耐火煉瓦
等で耐熱ライニングした、耐熱、耐圧の圧力容器である
缶体であり、缶体10の上部に除塵すべき高温ガスの供給
部10a、下部に除去されたダストを集積するダストホッ
パ10bが形成されている。11は、缶体10内に、上下にほ
ぼ等間隔に取付けられ、断熱された４つの管板である。
12は、各管板11に取付けた支持部材（図示せず）により
熱膨張可能に各管板に保持された２つのフィルタであ
り、図示していないが、上下３段に分割された、多孔性
のセラミックからなる耐熱性の濾筒である。13は、各管
板11により区画される上、中および下段の濾過室であ
る。

【００１３】20は、除塵された清浄ガスの取出部でもあ
るエジェクタ室で、それぞれ上、中および下段の濾過室
13に開口して、缶体10の側面に取付けられ、集合管30に
連結される。上、中、下段のエジェクタ室20は同一の構
造を持っている。集合管30からの清浄ガスは、たとえ
ば、ガスタービン（図示せず）に送給される。

【００１４】21は、各エジェクタ室20のスロート部20a
に開口する高圧ガスの噴射ノズル、22は高圧ガスの供給
源であるガスボンベ、23は高圧ガスの供給を制御する電
磁弁である。これら、スロート部20ａおよびディフュー
ザ部20bを含むエジェクタ室20、噴射ノズル21、ガスボ
ンベ22が、本発明でいう逆洗ガスの送給手段を構成す
る。なお、高圧ガスは、ガスボンベ22に代えて圧縮機に
より作られた高圧ガスを配管で導くこともできる。40
は、各エジェクタ室20のディフューザ20bの出口部に取
付けられた通気性蓄熱体からなる熱交換器である。この
熱交換器40の詳細は後述する。前記逆洗ガスの送給手段
と熱交換器40とがフィルタの逆洗手段すなわち本発明で
いうフィルタの再生手段を構成する。50は、各熱交換器
40と一体的に構成された気流の衝撃防止体で、例えば、
ディフューザ20bに向かって尖った先端を有する円錐体
状のものである。

【００１５】熱交換器40は、図２にその簡略化した側断
面図を示すように、円筒形のケーシング41の中に、エジ
ェクタ室20のスロート20a側、すなわち逆洗ガスの入口
側に、金網42aを積層した積層金網体からなる金網蓄熱
体42とその後流の、単位ハニカム蓄熱体43ａが２段に並
置されたハニカム蓄熱体43からなる。なお、本実施形態
では衝撃防止体50が、ケーシング41に取付けたアーム44
で支持され、熱交換器40と衝撃防止体50を一体的に取扱
うことができる。

【００１６】金網蓄熱体42に使用される金網42aの形状
を図３(a)に示す。使用される鋼線42ｂの直径は１〜３m
mが好ましく、伝熱特性(熱交換特性)上は線径の細いほ
うが単位容積あたりの伝熱面積を大きく取れるが、機械
強度上は線径の大きいほうが好ましい。これらのバラン
スを考えると前記の範囲のものとなる。また、金網メッ
シュの横ピッチＰ₁、縦ピッチＰ₂は、鋼線42aの直径Ｄ
の1.5〜4倍程度が望ましい(図示したものにあっては、
Ｐ₁、Ｐ₂は同一としている)。使用鋼線の材質として
は、オーステナイト系のステンレス、望ましくは高ニッ
ケル耐熱合金などを使用する。

【００１７】ハニカム蓄熱体43に使用するハニカムの構
造を図３(b)に示す。ハニカムは、波状にした金属の薄
板43ｂをロール状に巻き取り隣接する薄板43ｂをロー付
けなどで接着し構成するいわゆるコルゲート形のハニカ
ムである。金属の薄板43ｂの厚みは薄いほど単位容積あ
たりの伝熱面積が大きく熱交換容量が大きくなるが、強
度との兼ね合いで、厚みは５０〜２００μm程度が好ま
しい。材質について言えば、熱膨張の小さいものがハニ
カム構造の熱損傷を防止する上から好ましく、本構造の
熱交換器にあっては、前面に金網蓄熱体を配し、熱衝撃
を大きく緩和できるので、高温強度はあまり必要でな
く、耐熱、耐酸化性に主眼を置き、熱膨張がオーステナ
イト系のステンレスに比して小さいフェライト系ステン
レスを使用できる。

【００１８】次に本実施形態の除塵装置の作用について
述べる。

【００１９】ボイラの燃焼排ガスなどのダストを含んだ
高温ガスは缶体10の供給部10aに導入され、各フィルタ1
2でダストを除去された高温の清浄ガスは、上、中およ
び下段の濾過室13から各エジェクタ室20を経て集合管30
に至り、たとえば、ガスタービンの駆動源として送給さ
れる。一方、フィルタ12で捕捉されたダストはフィルタ
12内を下方に落下しダストホッパ1bに集積され、適宜系
外に取出され、処理される。

【００２０】フィルタ12の逆洗すなわち再生に際して
は、電磁弁23を開いて、ガスボンベ22からの高圧ガスを
エジェクタ室20のスロート部20ａに吹き込む。ここで、
逆洗用の高圧ガスの圧力を処理ガスの圧力の約２倍以上
とすることで、高圧ガスは噴射ノズル21を噴出する際に
超音速となるので、スロート部20ａでは、エジェクタ効
果により、周りの濾過された850℃にも達する高温の清
浄ガスが効果的に巻き込まれる。この高圧ガス(逆洗用
のガス源)は、噴射ノズル21を噴出する際に断熱膨張し
て温度が下がるため高温の清浄ガスと混合されても処理
ガスよりは低い温度のガスとなってディフーザ20ｂに至
る。この逆洗ガスは、ディフューザ部20ｂでさらに速度
を落とし昇圧されるが、膨張のため温度が低下し200〜3
00℃程度の比較低温ガスとなり、通気性蓄熱体からなる
熱交換器40に流入する。そして、この熱交換器40で十分
昇温されてのち、濾過室13に至り、フィルタ12の濾過外
面に作用し、濾過内面に付着したダストを払い落とし、
下方のダストホッパ10ｂに落下集積させて、フィルタ12
の逆洗、再生を完了する。

【００２１】なお、この逆洗作業は、各濾過室で同時に
行うこともできるが、各濾過室13毎にタイミングをずら
して実行することもできる。この場合、一の濾過室が再
生作業にあるときでも、他の濾過室では濾過が進行して
おり、除塵工程に支障をきたすことはない。なお、衝撃
防止体50は、逆洗作業時、逆洗ガスが衝撃的にフィルタ
12に作用することを防止するものであり、熱交換器40自
体もこの衝撃防止の機能を有する。

【００２２】ここにおいて、本発明の除塵装置の熱交換
器は、上述のとおり逆洗用の比較低温ガスを加熱する通
気性蓄熱体からなる熱交換器が、逆洗ガスである比較低
温ガスの入口側の金網蓄熱体と出口側のハニカム蓄熱体
とからなっているので以下の如き作用効果を有する。す
なわち、かなりの圧力と衝撃を有する比較低温の逆洗ガ
スは、初めに熱、機械強度に優れる金網蓄熱体に入り、
その衝撃性を緩和し、ある程度昇温した後、熱、機械特
性にやや難があるものの、通気性、伝熱面積的に優れた
ハニカム蓄熱体に至るので、全体として、通気容量(通
気抵抗)および熱交換容量、伝熱面積が大きくなり、ま
た同時に、熱的、機械的衝撃にも強く、各性能のバラン
スが取れ、かつ、コンパクトな優れた実用性の高い蓄熱
式の高温ガス用の熱交換器となっているので、フィルタ
の再生能力に優れた実用性、信頼性の高い高温ガスの除
塵装置となり、安定した除塵処理を実施できるものであ
る。

【００２３】以下に、本発明の除塵装置に用いられる熱
交換器の各通気性蓄熱体の具体的構造について述べる。

【００２４】図4は、本発明に係る除塵装置の熱交換器
に用いる通気性蓄熱体を示す図であり、図４(ａ)は、金
網蓄熱体の簡略化した側断面図であり、図４(ｂ)は、単
位ハニカム蓄熱体の正面図、図4(ｃ)は、図４(ｂ)のA-A
断面図である。

【００２５】図４(ａ)において、金網蓄熱体100は、筒
状のケーシング101内に、円板状に切断された金網100ａ
を積層した積層金網体を、適宜の手段でケーシング101
に着脱自在に取付けられる2つの固定用のフランジ101a
の間に挟持するごとく保持したものである。固定用のフ
ランジ101aは、熱膨張を考えてケーシング101の内径よ
り小さい径の積層金網体の外周とケーシング101の内周
との隙間からガスがバイパスして流れるのを防止する機
能も有する。

【００２６】図４(ｂ)および図4(ｃ)において、200は、
全体として円筒形をなすコルゲート型ハニカム蓄熱体
で、円筒形に分割された各ハニカムセグメント200ａか
らなる。各セグメント200ａは、ハニカム蓄熱体の外周
を規定する筒状のケーシング201と、同心状の２つの円
筒フレーム202ａと202ｂとで画定される円筒形のハニカ
ムセグメント保持部に嵌挿され、前述のとおり全体とし
て円筒状のハニカム蓄熱体を構成する。ハニカム蓄熱体
が大型である場合、あるいは高温の場合、温度分布が生
じて熱膨張の差が生じ、ハニカムが損壊することがある
が、このように、ハニカム蓄熱体を、分割された各セグ
メントで構成することにより各セグメントの熱膨張が比
較的小さくなり損壊も少なく、また損壊した場合は、損
壊したセグメントのみを交換するだけでよく、蓄熱体全
体を交換する必要がなくなるのでメンテナンス費用が少
なくて済む利点がある。しかし、ハニカム蓄熱体は、比
較的低温の場合、あるいは小型の場合など、場合によっ
ては、必ずしも上記のように分割する必要はなく、一体
の円筒状蓄熱体となすこともできる。また、逆にハニカ
ム蓄熱体が大型の場合など、場合によっては、ハニカム
セグメントとして円筒状のハニカムセグメントをさらに
扇形に分割したものを用いてもよい。

【００２７】先に説明した、図２の熱交換器は、共通の
ケーシング41に、上述の金網蓄熱体100およびハニカム
蓄熱体200を２つ嵌挿したものであるが、この場合、金
網蓄熱体およびハニカム蓄熱体の外径を画定するケーシ
ングを省略し、直接熱交換器のケーシング41に各蓄熱体
を嵌挿することもできる。

【００２８】また、金網蓄熱体は図4(ａ)のごとく、フ
ランジ付きのケーシングとして、熱交換器の共通ケーシ
ング41に着脱自在に取付けるようにすれば、金網蓄熱体
を取り外すだけで内側のハニカム蓄熱体の点検が可能と
なる。

【００２９】なお、金網積層体は、高温のガスの影響で
変形する場合もあるので、図５(a)、(b)に示す例のよう
に２つの放射状のフレーム102で挟持するごとくケーシ
ング101に保持することもできる。なお、図５(a)は金網
蓄熱体の簡略化した側断面図、図５(b)は、図５(a)の正
面図であり、図４(a)に示したものと同一の機能のもの
は同じ符号で表示した。さらに、金網蓄熱体の変形が大
きい場合は、図５(c)に示す他の例のごとく、放射状の
フレーム102ａを、ボルト103およびナット104で締結す
ることもできる。

【００３０】金網蓄熱体とハニカム蓄熱体の取合いにつ
いて言えば、通気性(通気抵抗)および熱交換容量すなわ
ち伝熱面積の観点から言えば極力金網蓄熱体の厚みを小
さくし、ハニカム蓄熱体を厚くするほうが望ましく、金
網蓄熱体は、後のハネカム蓄熱体が熱衝撃で損傷を受け
ない程度に比較低温ガスを昇温し、かつガス衝撃に耐え
るだけの厚みが必要となる。例えば、850℃、10気圧の
高温ガスの除塵処理においては、金網蓄熱体とハニカム
蓄熱体の伝熱面積比が1:3〜1:15、特には1:７〜1:10で
あるのが好ましい。金網蓄熱体とハニカム蓄熱体の重量
比で言えば、3:1〜3:5、特には、9:7〜9:10であるのが
好ましい。これにより、コンパクトで性能のバランスの
取れた熱交換器となり、安定した逆洗を実施できる除塵
装置を提供できる。

【００３１】以上の実施形態の説明にあっては、逆洗ガ
スの送給手段として、高圧ガスの噴射ノズルをエジェク
タ室に開口させ、高圧ガスにより周りの清浄ガスを巻き
込み、これ逆洗ガスとしてフィルタに作用させるものを
示したが、逆洗ガスの送給手段はこれに限らず、濾過さ
れた清浄ガスをディフーザに還流させるなど、他の任意
の手段を用いることができる。

【００３２】さらに、フィルタ構造として、管板に支持
されるセラミック濾筒によるものを示したが、本発明の
除塵装置はこれに限らず他の形式のフィルタ構造を採用
することもでき、比較低温の逆洗ガスをフィルタに作用
させて、フィルタの再生、逆洗を行うすべての高温ガス
の除塵装置を包含する。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、通気容量(通気抵抗)お
よび熱交換容量、伝熱面積が大きく、同時に、熱的、機
械的衝撃にも強く、各性能のバランスが取れ、かつ、コ
ンパクトな優れた実用性の高い熱交換器により、逆洗ガ
スが安定して加熱され、効果的、安定的にフィルタが逆
洗、再生されるので、実用性、信頼性の向上した高温ガ
スの除塵装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る除塵装置の一実施形態の簡略化し
た模式断面図である。

【図２】本発明に係る熱交換器の一実施形態の簡略化し
た模式断面図である。

【図３】(a)図は、金網蓄熱体に用いる金網の形状を示
す部分平面図である。(b)図は、ハニカム蓄熱体に用い
るハニカムの部分斜視図である。

【図４】(a)図は、本発明に係る熱交換器に用いる金網
蓄熱体の一例の簡略化した側断面図であり、(b)図は、
ハネカム蓄熱体の簡略化した正面図、(c)図は、その側
断面図である。

【図５】(a)図は、本発明に係る熱交換器に用いる金網
蓄熱体の他の例の簡略化した側断面図、(b)図は、(a)図
のものの部分正面図、(c)図は、金網蓄熱体の他の例の
簡略化した側断面図である。

【符号の説明】

10 缶体 11 管板 12 フィルタ(濾筒) 13 濾過室 20 エジェクタ室 21 噴射ノズル 20b ディフューザ 22 高圧ガスボンベ 40 熱交換器 42、100 金網蓄熱体 43、200 ハニカム蓄熱体 50 衝撃防止体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D019 AA01 BA05 BC12 CA03 4D058 JA02 JB06 JB41 MA15 MA41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】缶体と、該缶体内に設けたセラミック濾筒
からなるフィルタと、該フィルタに逆洗ガスを作用させ
る逆洗ガス送給手段と該逆洗ガスを加熱する通気性蓄熱
体からなる熱交換器とを有するフィルタの再生手段と、
を備えた高温ガスの除塵装置において、前記通気性蓄熱
体が、逆洗ガスの入口側の金網蓄熱体と出口側のハニカ
ム蓄熱体とからなることを特徴とする高温ガスの除塵装
置。
【請求項２】前記金網蓄熱体と前記ハニカム蓄熱体の伝
熱面積比が1:3〜1:15である請求項1に記載の高温ガスの
除塵装置。
【請求項３】前記金網蓄熱体が、逆洗ガスの透過方向に
積層した積層金網体からなる請求項１または2に記載の
高温ガスの除塵装置。
【請求項４】前記ハニカム蓄熱体が、逆洗ガスの透過方
向に並置した複数の単位ハニカム蓄熱体からなる請求項
1、２または３に記載の高温ガスの除塵装置。
【請求項５】前記ハニカム蓄熱体のハニカムが、筒状の
ケーシングに嵌挿、保持されるコルゲート型ハニカムで
ある請求項1、２、3、または４に記載の高温ガスの除塵
装置。
【請求項６】前記筒状のコルゲート型ハニカムがフェラ
イト系ステンレス薄板からなり、その厚みが５０〜２０
０μｍである請求項５に記載の高温ガスの除塵装置。
【請求項７】前記金網蓄熱体の金網体を構成する鋼線が
高ニッケル耐熱合金からなり、その線径が１〜３ｍｍで
あり、網ピッチが該線径の1.5〜4倍である請求項1、
２、３、4、５、または６に記載の高温ガスの除塵装
置。