JP2001137635A

JP2001137635A - 熱回収部併設集塵装置

Info

Publication number: JP2001137635A
Application number: JP32003599A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ito; 修伊藤; Tomohiko Miyamoto; 知彦宮本; Mamoru Mizumoto; 守水本; Katsuya Oki; 勝弥大木
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼排ガス中ダストの処理に際して、ダスト
処理と同時に燃焼排ガスからの熱を回収する。【解決手段】燃焼排ガス中のダストを集塵する充填層
式集塵装置１の充填物として熱媒体を封入した多数のカ
プセル２を使用すると共に、集塵装置に蓄熱槽３を併設
し、集塵装置と蓄熱槽の間にカプセル２を循環する。排
ガス中の熱は充填層式集塵装置１において、カプセル２
に封入した熱媒体の潜熱融解分の熱により回収される。
排ガスの有する熱を回収して内部の熱媒体が融解したカ
プセルはダストとともに充填層式集塵装置底部より水の
貯えられた蓄熱槽３内に排出され、熱は蓄熱槽に移され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼排ガス中ダス
トの集塵装置に関し、特に燃焼排ガスから高効率に熱を
回収する熱回収部を併設した集塵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭や廃棄物燃料をボイラ燃焼さ
せた際に発生した燃焼排ガスは、複数の熱交換器を経た
後にバグフィルターなどのフィルター集塵装置あるいは
電気集塵装置により除塵され、煙突から外気へ放出され
る。燃焼排ガスは、１００℃から１５０℃の低レベルの
熱を有するが、この熱は廃熱とされ、使用されていなか
った。

【０００３】従来の熱回収の方法として熱媒体の潜熱を
利用する方法があり、例えば特開平６−３４２８９号公
報には熱源側の熱回収器と熱利用側の蓄熱槽の間で熱媒
体を循環させながら熱回収するシステムが記載されてい
る。集塵装置としては、充填層内の充填物表面でダスト
を効率的に捕集する充填層式集塵装置があり、特開平５
−２３５１９号公報には集塵装置を連続的に稼動させる
ために充填物を回転させる軸を充填層に挿入するシステ
ムが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】１００℃から１５０℃
の温度は、熱源としては低レベルであるが、最近のヒー
トポンプ技術の進歩により熱回収できる可能性がでてき
た。特に、使用環境温度で相変化する熱媒体を循環させ
る潜熱利用方式は、高い密度の熱輸送と蓄熱を同時に達
成する熱回収システムであり、注目されている。また、
バグフィルターなどの濾過式集塵装置へ供給される排ガ
スはダストを含んでいるが、集塵と熱回収を同時に達成
できれば燃焼排ガス処理設備を簡略化できる可能性があ
る。

【０００５】本発明は、上記に鑑み、バグフィルターな
どの濾過式集塵装置で廃棄されていた熱を効率的に回収
し、かつ燃焼排ガスに含まれるダストの集塵も同時に行
うことのできる熱回収部併設集塵装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、燃焼排ガス
中のダストを集塵する充填層式集塵装置に蓄熱槽を併設
し、充填槽式集塵装置の充填物として熱交換の温度範囲
に融点を有する熱媒体、すなわち集塵装置内の雰囲気温
度と蓄熱層内の雰囲気温度との間に融点を有する熱媒体
を封入した多数のカプセルを使用すると共に、集塵装置
と蓄熱槽の間にカプセルを循環する。排ガス中の熱は充
填層式集塵装置において、カプセルに封入した熱媒体の
潜熱融解分の熱により回収される。排ガスの有する熱を
回収して内部の熱媒体が融解したカプセルは、ダストと
ともに充填層式集塵装置底部より水の貯えられた蓄熱槽
内に排出される。この蓄熱槽は、他の熱需要への供給源
としても同時に利用できる。熱媒体としては、熱交換に
おいて高温槽（集塵装置）で融解し、低温槽（蓄熱槽）
で固体化して潜熱を放出する熱交換の温度範囲に融点を
有する材料、例えば１００℃以下の低温に融点をもつよ
うな無機水和塩、特にＢａ（ＯＨ）・８Ｈ₂Ｏ等を用い
ることができる。

【０００７】すなわち、本発明による熱回収部併設集塵
装置は、熱交換の温度範囲に融点を有する熱媒体が封入
されたカプセルが充填され該カプセルに燃焼排ガス中ダ
ストを付着させることによって集塵する充填層式集塵装
置と、蓄熱槽と、カプセルを充填層式集塵装置と蓄熱槽
との間で循環移動させる手段とを含み、燃焼排ガス中の
ダストを集塵するとともに熱媒体の融解潜熱を利用して
燃焼排ガスの有する熱を前記蓄熱槽に移すことを特徴と
する。

【０００８】蓄熱槽には水を入れておき、充填層式集塵
装置にはカプセルを上部から供給し下部から排出するよ
うに構成することができる。また、カプセルを蓄熱槽か
ら充填層式集塵装置に移動する経路の途中に固液分離器
を備えるのが好ましい。

【０００９】本発明による流動層燃焼装置は、石灰石流
動媒体を流動化して石炭を流動層燃焼する流動層燃焼装
置において、前述の熱回収部併設集塵装置を備え、蓄熱
槽において蒸気タービン用の蒸気を加熱することを特徴
とする。

【００１０】本発明による流動層燃焼装置は、また、可
燃性廃棄物を流動層燃焼する流動層燃焼装置において、
前述の熱回収部併設集塵装置を備えることを特徴とす
る。可燃性廃棄物は、例えば紙、プラスチック、廃材、
ＲＤＦ（Refuse Derived Fuel：ごみに石灰石を混合し
て圧縮乾燥した高カロリ固形燃料）あるいはそれらの混
合物である。

【００１１】石炭や廃棄物燃料をボイラ燃焼させた際に
発生した燃焼排ガス中のダストは充填層式集塵装置によ
り捕集され、従来廃棄されていた排ガス中の熱は充填層
式集塵装置に充填されたカプセルに封入した熱媒体の融
解による潜熱により回収される。表面にダストが付着
し、排ガスの有する熱を回収したカプセルは、ダストと
ともに充填層式集塵装置の底部より水の貯えられた蓄熱
槽内に排出される。つまり、充填層式集塵装置からは、
捕集された排ガス中ダストとともに、従来廃棄されてい
た低レベルの熱がカプセルに封入された熱媒体の潜熱に
より回収されることになる。蓄熱槽内に排出されたカプ
セル中の熱媒体は滞留中に水中で凝固し、その際、潜熱
分の熱が放出される。これにより、燃焼排ガスの有する
熱を蓄熱槽内の水が回収することになる。この蓄熱槽
に、蒸気タービン用の蒸気を加熱する熱交換用の伝熱管
を備えれば、復水器より供給された水の加熱に供するこ
とが可能となる。そして、加熱された水は流動層ボイラ
の熱効率向上のために設置されているエコノマイザーへ
移送される。また、蓄熱槽は、他の熱需要への供給源と
しても同時に利用できる。

【００１２】ダストは蓄熱槽下部の排出口よりスラリー
状態で排出され、灰処理設備に搬送される。内部の熱媒
体が凝固したカプセルは、ポンプにより再び充填層式集
塵装置に送られる。この際に水も同伴して搬送される
が、途中に設置された固液分離器により水のみが蓄熱槽
へ戻され、カプセルは表面に水滴のついた状態で充填層
式集塵装置内へ再充填される。カプセルの表面についた
水滴は、ダスト捕集効率を向上させる効果を有する。充
填層式集塵装置からは、捕集された排ガス中ダストとと
もに、従来廃棄されていた低レベルの熱を、充填物カプ
セルに封入された熱媒体の潜熱を利用することで回収で
きることになる。これにより、熱回収と集塵装置を一体
化して、燃焼排ガスの有する熱を有効に活用し、同時に
ダスト除去を行うことで設備を簡略化できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による熱回収部併
設集塵装置の一例を示す概略図である。本図は、石炭焚
加圧流動層複合発電システムのガスタービンからの燃焼
排ガス処理設備の構成の一部を示したものである。充填
層式集塵装置１には充填物４として熱媒体を封入したカ
プセル２が充填されており、燃焼排ガス中ダストを集塵
する。充填層式集塵装置１から排出されるカプセル２
は、蓄熱槽３に貯えられる。

【００１４】石炭等をボイラ燃焼させた際に発生した燃
焼排ガスは充填層式集塵装置１に導入され、排ガス中の
ダストは充填層式集塵装置１内で充填物４（カプセル
２）に付着させることで捕集される。排ガス中の熱は、
カプセル２に封入した熱媒体の潜熱融解分の熱により回
収される。熱媒体としては、７８℃の融点をもつ無機水
和塩であるＢａ（ＯＨ）・８Ｈ₂Ｏを直径５ｍｍのカプ
セルに封入して用いた。カプセルの材質としては耐熱性
プラスチックもしくはステンレス鋼が適するが、ここで
は耐熱性プラスチックであるポリカーボネイトを用い
た。

【００１５】排ガスの有する熱を回収して内部の熱媒体
が融解したカプセル２はダストとともに、充填層式集塵
装置１の底部に設けられた排出口５から水の貯えられた
蓄熱槽３内に空気搬送によって所定量が排出される。こ
の排出量を制御することで蓄熱槽３内への熱の回収量を
制御する。蓄熱槽３には蒸気タービン６用の蒸気を加熱
する熱交換用の伝熱管７が備えられ、復水器８より供給
された水はここでまず８０℃まで加熱されエコノマイザ
ーへ移送される。蓄熱槽３内に滞留したカプセル２内の
熱媒体は、潜熱分の熱を放出すると凝固する。熱媒体が
凝固したカプセル２は蓄熱槽３からポンプ９により吸引
され、再び充填層式集塵装置１に送られる。この際に水
も同伴して搬送されるが、充填層式集塵装置１までの中
間に設置された固液分離器１０により水は蓄熱槽３へ戻
され、カプセル２は表面に水滴のついた状態で充填層式
集塵装置１内へ再充填される。ダストは蓄熱槽３下部の
排出口１１よりスラリー状態で排出され、灰処理設備に
搬送され処理される。

【００１６】図２は、本発明による熱回収部併設集塵装
置を組み込んだ石炭焚加圧流動層複合発電システムの構
成を示す概略図である。ガスタービンからの燃焼排ガス
処理設備には、充填層式集塵装置を用いている。加圧流
動層複合発電システムは、常圧の流動層燃焼発電システ
ムに比較して燃焼を加圧状態で行うため、燃焼排ガスで
ガスタービン１６を駆動できることから、蒸気タービン
６による発電と複合して高効率の発電を行うことができ
る。このシステムは、圧力容器１２内に設置した流動層
ボイラ１３と、ここで発生する蒸気１４で駆動する蒸気
タービン６と、ボイラ１３から発生した燃焼ガス１５を
クリーン化するサイクロン２１やセラミックフィルタ２
２からなる脱塵装置と、クリーン化した燃焼ガス２５で
駆動するガスタービン１６を主要機器として構成され
る。

【００１７】この加圧流動層複合発電システムの動作を
簡単に説明する。流動層ボイラ１３では、粉砕された石
炭と水を混合したものを燃料１７として圧力容器内に形
成された流動層１８の中に供給し、ガスタービン１６と
同時に駆動されるコンプレッサ１９から供給する高圧空
気を、空気を均等に供給するために設置してある分散板
３２の下部から送り込み、約８６０℃で流動層燃焼す
る。流動層の流動媒体２６（ベッド剤とも呼ばれる）に
は石灰石粒子が用いられ、燃焼時に発生するＳＯ ₂は、
層内でこの石灰石に吸収される。このため流動層燃焼装
置は、排煙脱硫装置が不要になるという特長がある。更
に燃焼温度が火炎燃焼に比較して低いことからＮＯ_xの
発生も抑制され、一般に、環境に調和した発電システム
である。

【００１８】流動層内で発生した熱は、層内に設置され
た伝熱管２０を加熱し、伝熱管２０に供給した水は、温
度約５６０℃、圧力約１６ＭＰａの蒸気１４として回収
され、蒸気タービン６を駆動する。一方、流動層ボイラ
１３を出た燃焼ガス１５は、サイクロン２１や高温フィ
ルタとして使用されるセラミックフィルタ２２からなる
脱塵装置で脱塵され、燃焼灰２８とクリーン化した燃焼
ガス２５に分離され、クリーン化した燃焼ガス２５はガ
スタービン１６を駆動し、脱硝装置２９、熱交換器３９
を通過した後、充填層式集塵装置１で脱塵され、大気へ
排出される。このガスタービン駆動の余剰動力は、発電
機２４を動かすだけでなく、流動層ボイラ１３で使用す
る高圧空気を作るためのコンプレッサ１９の駆動にも使
用される。

【００１９】流動層内で加圧燃焼後、ガスタービン４６
を駆動させた燃焼排ガスに含まれるダストは、充填層式
集塵装置１の充填物４に付着させることで捕集される。
そして、排ガス中の熱は、充填物４であるカプセル２に
封入した熱媒体の潜熱融解分の熱により回収される。熱
媒体としては、Ｂａ（ＯＨ）・８Ｈ₂Ｏを直径５ｍｍの
ポリカーボネイト製カプセル２に封入して用いた。排ガ
スの有する熱を回収して熱媒体が融解したカプセル２
は、ダストとともに充填層式集塵装置１の底部排出口５
より水の貯えられた蓄熱槽３内に空気搬送により所定量
が排出される。蓄熱槽３には、蒸気タービン用の蒸気を
加熱する熱交換用の伝熱管７が備えられ、復水器８から
供給された水はここでまず加熱されエコノマイザーへ移
送される。蓄熱槽３内に滞留したカプセル２は、内部の
熱媒体の潜熱分の熱を放出して凝固する。内部の熱媒体
が凝固したカプセル２は、ポンプ９により再び充填層式
集塵装置１に送られる。この際に水も同伴して搬送され
るが、充填層式集塵装置までの中間に設置された固液分
離器１０により水は蓄熱槽３へ戻され、カプセル２は表
面に水滴のついた状態で充填層式集塵装置１内へ再充填
される。ダストは蓄熱槽３下部の排出口１１よりスラリ
ー状態で排出され、灰処理設備に搬送される。

【００２０】石炭焚加圧流動層複合発電システムに本発
明による熱回収部と集塵装置とを一体化した熱回収部併
設集塵装置を組み込み、燃焼排ガスの有する熱の有効活
用とダスト除去とを同時に実施することで、熱回収部を
エコノマイザーへ送られる前の蒸気加熱初段部として使
用することができ、設備を簡略化できる。

【００２１】図３は、可燃性廃棄物を流動層燃焼する廃
棄物発電システムに本発明の熱回収部併設集塵装置を組
み込んだ構成を示す概略図である。流動層からの燃焼排
ガス処理設備には、充填層式集塵装置１を用いる。

【００２２】流動層燃焼炉３１は、底部に空気を均等に
供給するための分散板３２を備え、炉内部に粒子３３が
充填されている。破砕されたゴミあるいは固形化処理さ
れたＲＤＦ等の燃料３４は、流動層燃焼炉３１で９００
℃程度の温度で燃焼される。排ガス３５は廃熱回収ボイ
ラ３６を通過し、排煙脱硫３７、脱硝装置３８を通過し
た後、熱交換器３９を経て充填層式集塵装置１で脱塵さ
れる。廃熱回収ボイラ３６で発生する蒸気は、温度約４
００℃、圧力約１３ＭＰａの蒸気となり、蒸気タービン
６により発電機２４を駆動して発電する。

【００２３】流動層内でボイラ燃焼させた際に発生した
燃焼排ガス中ダストは、充填層式集塵装置１に充填した
カプセル２に付着させることで捕集される。排ガス中の
熱は、充填物４であるカプセル２に封入した熱媒体の潜
熱融解分の熱により回収される。熱媒体としては、Ｂａ
（ＯＨ）・８Ｈ₂Ｏを直径５ｍｍのポリカーボネイト製
カプセル２に封入して用いた。排ガスの有する熱を回収
して熱媒体が融解したカプセル２は、ダストとともに充
填層式集塵装置１の底部５より水の貯えられた蓄熱槽３
内に空気搬送により、所定量が排出される。蓄熱槽３に
は、廃熱回収ボイラ３６へ供給する循環蒸気を加熱する
熱交換用の伝熱管７が備えられ、復水器８より供給され
た水はここでまず約８０℃まで加熱され熱交換器３９へ
移る。蓄熱槽３内に滞留したカプセル２内の熱媒体は、
潜熱分の熱が回収されると凝固する。

【００２４】内部の熱媒体が凝固したカプセル２は、ポ
ンプ９により再び充填層式集塵装置１に送られる。この
際に水も同伴して搬送されるが、充填層式集塵装置１ま
での中間に設置された固液分離器１０により水は蓄熱槽
へ戻され、カプセル２は表面に水滴のついた状態で充填
層式集塵装置１内へ再充填される。カプセル２の表面に
付着した水滴は、充填層内を通過するダストを捕集する
際の捕集効率を向上させる効果を有する。ダストは蓄熱
槽３下部の排出口１１よりスラリー状態で排出され灰処
理設備に搬送される。本発明による熱回収部併設集塵装
置を用いることで、燃焼排ガスの有する熱の有効活用と
ダスト除去とを同時に実施することができ、設備を簡略
化できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によると、石炭や廃棄物燃料をボ
イラ燃焼させた際に発生する燃焼排ガス中ダストの処理
に際して、燃焼排ガスの有する熱の有効活用とダスト除
去とを同時に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱回収部併設集塵装置の一例を示
す概略図。

【図２】本発明による熱回収部併設集塵装置を備え付け
た石炭焚加圧流動層複合発電システムの構成例を示す概
略図。

【図３】本発明による熱回収部併設集塵装置を備え付け
た流動層ごみ発電システムの構成例を示す概略図。

【符号の説明】

１…充填層式集塵装置、２…カプセル、３…蓄熱槽、４
…充填物、５…底部排出口、６…蒸気タービン、７…伝
熱管、８…復水器、９…ポンプ、１０…固液分離器、１
１…蓄熱槽下部排出口、１２…圧力容器、１３…流動層
ボイラ、１４…蒸気、１５…燃焼ガス、１６…ガスター
ビン、１７…燃料、１８…流動層、１９…コンプレッ
サ、２０…火炉内伝熱管、２１…サイクロン、２２…セ
ラミックフィルタ、２３…スタック、２４…発電機、２
５…クリーン化した燃焼ガス、２６…流動媒体、２７…
排ガス、２８…燃焼灰、２９…脱硝装置、３０…脱塵装
置、３１…流動層燃焼炉、３２…分散板、３３…粒子、
３４…固形化燃料、３５…排ガス、３６…廃熱回収ボイ
ラ、３７…脱硫装置、３８…脱硝装置、３９…熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本知彦茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者水本守茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者大木勝弥広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内Ｆターム(参考） 4D058 JA52 JB03 JB14 JB34 JB41 MA12 MA47 RA14 RA19 SA20 UA25 UA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換の温度範囲に融点を有する熱媒体
が封入されたカプセルが充填され該カプセルに燃焼排ガ
ス中ダストを付着させることによって集塵する充填層式
集塵装置と、蓄熱槽と、前記カプセルを前記充填層式集
塵装置と前記蓄熱槽との間で循環移動させる手段とを含
み、燃焼排ガス中のダストを集塵するとともに前記熱媒
体の融解潜熱を利用して燃焼排ガスの有する熱を前記蓄
熱槽に移すことを特徴とする熱回収部併設集塵装置。
【請求項２】請求項１記載の熱回収部併設集塵装置に
おいて、前記蓄熱槽には水が入っており、前記充填層式
集塵装置には前記カプセルが上部から供給され下部から
排出されることを特徴とする熱回収部併設集塵装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の熱回収部併設集塵
装置において、前記カプセルを前記蓄熱槽から前記充填
層式集塵装置に移動する経路の途中に固液分離器を備え
ることを特徴とする熱回収部併設集塵装置。
【請求項４】石灰石流動媒体を流動化して石炭を流動
層燃焼する流動層燃焼装置において、請求項１，２又は
３記載の熱回収部併設集塵装置を備え、前記蓄熱槽にお
いて蒸気タービン用の蒸気を加熱することを特徴とする
流動層燃焼装置。
【請求項５】可燃性廃棄物を流動層燃焼する流動層燃
焼装置において、請求項１，２又は３記載の熱回収部併
設集塵装置を備えることを特徴とする流動層燃焼装置。