JP2006052920A

JP2006052920A - 燃焼排ガスの冷却装置

Info

Publication number: JP2006052920A
Application number: JP2004236708A
Authority: JP
Inventors: Mizuo Muramatsu; 瑞夫村松; Yoshiki Muramatsu; 良樹村松; Noriyuki Abe; 範之阿部
Original assignee: MURAMATSU FUUSOU SETSUBI KOGYO; MURAMATSU FUUSOU SETSUBI KOGYO KK
Current assignee: MURAMATSU FUUSOU SETSUBI KOGYO; MURAMATSU FUUSOU SETSUBI KOGYO KK
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】空冷式熱交換器の冷却管の結露を防止ないし低減することにより、この結露による冷却管の腐食を防止ないし低減する。
【解決手段】燃焼排ガスを通す冷却管１３ｈ，１３ｈ…、この冷却管を冷却することにより燃焼排ガスを間接的に冷却する冷却用空気を通す冷却用空気流路、この冷却用空気流路に冷却用空気を導入する冷却用空気入口１３ｋおよびこの冷却管を冷却した後の冷却用空気を排気する冷却用空気出口を備えた空冷式熱交換器１３と、外気を吸い込み、これを冷却用空気として冷却用空気入口に送風する送風機１５を備えた送風配管１６と、冷却用空気出口から排気される冷却用空気の少なくとも一部を送風配管の途中に戻して冷却用空気と混合させる循環配管１４と、この空気循環配管に介装されて冷却用空気の戻し流量を制御する開度制御可能のダンパ１９と、冷却用空気入口に導入される冷却用空気の入口温度を検出し、その検出温度が所定値で一定するようにダンパの開度を制御する冷却風温度制御器２１と、を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼却炉等の燃焼装置から排出される高温高圧の燃焼排煙（排ガス）を冷却、除塵し、ダイオキシン類を低減させる等の排煙処理を行ってから大気に放出する燃焼排煙処理プラント等に好適な燃焼排ガスの冷却装置に関する。

一般に、焼却炉から排出される高温の排ガス（排煙）が塩素ガスを含んでいる場合、排ガス温度が数秒に亘って３００〜５００℃に保持されると、ダイオキシンを発生する可能性があると言われている。そこで排煙（排ガス）中のダイオキシンを減じる手段として講じられているのは、排ガスを８００℃以上の高温域から２００℃以下の低温域まで一気に冷却することであり、具体的には水冷式や空冷式の熱交換器が使用されている。

しかし、水冷式熱交換器は、冷却媒体として水を使用するので、熱吸収能力が大きく、装置を小型化したり排ガスを急冷するのには適しているが、熱の吸収量を迅速に制御することは難しく、排ガスの温度に大きな変動を与える。

他方、冷媒として空気を用いた乾式（空冷式）の熱交換器は冷却風の風量を制御することにより、排ガスの出口温度を迅速に調整できる一方、熱の吸収量が少なく、装置が大型化する不具合があった。

そこで、近年では、排ガスを、これら水冷式熱交換器と空冷式熱交換器とにより、この順で順次冷却する燃焼排ガスの冷却装置が提案されている（特許文献１参照）。

この燃焼排ガスの冷却装置は本願出願人により出願されたものであるが、排ガスを、まず水冷式熱交換器により高効率で急冷し、その後、空冷式熱交換器により冷却するので、排ガスの出口温度を所定値に高精度勝つ高効率で制御することができる。
特開平１１−１８８２１９号公報

しかしながら、このような従来の燃焼排ガスの冷却装置では、外気をそのまま冷却用空気として空冷式熱交換器内に取り込み、冷却管を冷却するので、外気が冷却管に直接接触する部分で過冷却が発生する。これら過冷却は、特に外気温が大きく低下する冬期等で多く見られる。

このために、この冷却管の過冷却部内面に結露が発生する上に、その結露中には、硫酸ガス等の腐食性ガス成分が含まれているので、この結露により冷却管に硫化や酸化等の腐食が発生し、冷却管の寿命を短くするという課題がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、空冷式熱交換器の冷却管の結露を防止ないし低減することにより、この結露による冷却管の腐食を防止ないし低減することにある。

請求項１記載の発明は、燃焼排ガスを通す冷却管、この冷却管を冷却することにより上記燃焼排ガスを間接的に冷却する冷却用空気を通す冷却用空気流路、この冷却用空気流路に冷却用空気を導入する冷却用空気入口およびこの冷却管を冷却した後の冷却用空気を排気する冷却用空気出口を備えた空冷式熱交換器と、外気を吸い込み、これを冷却用空気として上記冷却用空気入口に送風する送風機を備えた送風路と、上記冷却用空気出口から排気される冷却用空気の少なくとも一部を上記送風路の途中に戻して冷却用空気と混合させる冷却用空気循環路と、この冷却用空気循環路に介装されて上記冷却用空気の戻し流量を制御する開度制御可能の流量制御手段と、上記冷却用空気入口に導入される冷却用空気の入口温度を検出し、その検出温度が所定値で一定するように上記流量制御手段の開度を制御する制御器と、を具備していることを特徴とする燃焼排ガスの冷却装置である。

請求項２記載の発明は、上記制御器は、上記所定値として３０℃〜１００℃のいずれかの温度に設定していることを特徴とする請求項１記載の燃焼排ガスの冷却装置である。

請求項３記載の発明は、上記空冷式熱交換器の排気出口における燃焼排ガスの出口温度が所定値で一定するように上記送風機の回転速度を制御する排ガス温度制御器、を具備していることを特徴する請求項１または２記載の燃焼排ガスの冷却装置である。

本発明によれば、空冷式熱交換器内の冷却管を冷却する一方で加熱された高温の冷却用空気の所要量は冷却用空気循環路により送風路の途中に戻され、ここで外気等の冷却用空気と合流混合されて昇温されてから、空冷式熱交換器内に送風導入される。

すなわち、排ガスの冷却により吸熱した後の高温の冷却用空気の排気により、外気を暖気してから冷却用空気として空冷式熱交換器内に導入するので、空冷式熱交換器の冷却管の局所的な過冷却部と、この過冷却部内面に結露が発生するのを防止ないし低減することができる。

このために、結露による冷却管の硫化や酸化等の腐食を防止ないし低減して冷却管の寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、これら添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る燃焼排ガスの冷却装置の要部拡大構成図、図２は燃焼排ガス冷却装置を具備した燃焼排ガス処理プラント１の全体構成を示す系統図である。

燃焼排ガス処理プラント１は、例えば産業廃棄物等の被燃焼物を焼却する燃焼装置である焼却炉２、水冷式排煙冷却機である温水冷却塔３、空冷式排ガス冷却装置の一例である空冷塔４、除塵装置５、吸引（誘引）ファン６および排気煙突である煙突７を、第１，第２，第３，第４，第５排ガスダクト８，９，１０，１１，１２により、順次直列に接続している。

上記焼却炉２は、図示しないウォータジャケットを有し、その排ガス出口側を第１排ガスダクト８を介して温水冷却塔３の排ガス入口に接続しており、焼却炉２からの高温高圧の燃焼排煙（排ガス）をまず温水冷却塔３により冷却するものである。

温水冷却塔３は例えば温水ないし水を冷却媒体とする煙管ボイラ形であり、本体ケーシング内に充填した水中の煙管（冷却管）に排ガスを通して冷却するものである。すなわち、温水冷却塔３は、その本体ケーシング内に、焼却炉２からの排ガスが流入する図示しない上部室と、冷却された排ガスが流入する下部室とをそれぞれ配設し、これら上部室と下部室とを複数の冷却管により連通し、これら冷却管の外周面を冷却用温水により冷却することにより、これら冷却管内を流れる排ガスを間接的に冷却する水冷式熱交換器に構成されている。

この水冷式熱交換器は冷媒が水ないし温水であるので、熱吸収能力が大きく、装置の小型や排ガスの急冷に適している。また、温水冷却塔３は、その下部室の排ガス出口側を第２排煙ダクト９を介して空冷塔４の排ガス入口側に接続している。

図１に示すように空冷塔４は空冷式熱交換器１３、循環経路を形成する循環配管１４、送風機１５を備えた送風路を形成した冷却用空気送風管１６を具備している。

空冷式熱交換器１３は、その本体ケーシング１３ａ内上部に、その軸直角方向（図１では水平方向）に配設された上隔壁１３ｂにより上部室１３ｃを気密に形成する一方、本体ケーシング１３ａ内下部に、その軸直角方向に配設された下隔壁１３ｄにより下部室１３ｅを気密に形成している。

本体ケーシング１３ａは、その上部に、上部室１３ｃに連通する排ガス入口１３ｆを開口させる一方、その下部に、下部室１３ｅに連通する排ガス出口１３ｇを開口させている。

排ガス入口１３ｆには上記第２排ガスダクト９を接続し、排ガス出口１３ｇには上記第３排ガスダクト１０を接続している。

上記上，下部両隔壁１３ｂ，１３ｄには、複数本の冷却管１３ｈ，１３ｈ…をそれぞれ上下方向に挿通させて固定するための挿通孔をそれぞれ穿設している。これにより、上部室１３ｃと下部室１３ｅは複数の冷却管１３ｈ，１３ｈ…を介して相互に連通する。

本体ケーシング１３ａは、その内部に、その軸直角方向に配設された複数の案内板１３ｉ，１３ｉを本体ケーシング１３ａの軸方向に所要の間隔を置いて配設することにより、外気等の冷却用空気を蛇行させて通風させる冷却用空気流路１３ｊを形成している。

本体ケーシング１３ａは、図１中その下部側面に、上記冷却用空気流路１３ｊの下部に連通する冷却用空気入口１３ｋを開口させる一方、本体ケーシング１３ａの図１中上部に、冷却用空気流路１３ｊの上部に連通する冷却用空気出口１３ｌを開口させている。

この冷却用空気出口１３ｌには、冷却用空気を外気に排気する外部排気管１７を接続する一方、冷却用空気入口１３ｋには冷却用空気送風管１６を接続している。

そして、外部排気管１７の途中には、循環配管１４の一端を接続し、この循環配管１４の他端を送風機１５よりも上流側の冷却用空気送風管１６の途中に接続している。冷却用空気送風管１６は、循環配管１４との接続部よりも上流側にて図示しない流路抵抗板を設けている。この流路抵抗板は循環配管１４との接続部よりも上流側の冷却用送風管１６の流路抵抗を調節することにより、この循環配管１４から冷却用空気送風管１６へ流入する戻り排気を流入し易くさせるものである。

循環配管１４の途中には、ステップモータ等よりなるダンパモータ１８により開度が駆動制御されるダンパ１９を介装する一方、冷却用空気送風管１６の送風機１５よりも下流側において、空冷式熱交換器１３の冷却用空気入口１３ｋに導入される冷却用空気の入口温度を検出する冷却用空気温度センサ２０を配設しており、この冷却用空気温度センサ２０の検出信号出力側には冷却風温度制御器２１の検出信号入力側を信号線を介して接続している。

冷却風温度制御器２１は、例えば周知のマイクロプロセッサやシステムＬＳＩ（大規模集積回路）等からなり、冷却用空気の入口温度制御機能を有する。この入口温度制御機能は冷却用空気温度センサ２０により検出された冷却用空気の入口温度を読み込み、これを予め設定された所定値である設定温度との偏差を算出し、その偏差を解消し得るダンパ１９の開度値を、その開度値と偏差値とのデータテーブルからルックアップして抽出し、これをダンパモータ１８に与えて駆動し、その開度にダンパ１９を制御することにより、冷却用空気の入口温度を設定値一定にフィードバック制御するものである。なお、上記設定温度は３０℃〜１００℃の範囲内のいずれかの温度であればよく、３０℃以下であると、冷却管１３ｈ…に過冷却が発生する。

そして、空冷式熱交換器１３の排ガス出口１３ｆには、第３排ガスダクト１０を介して除塵装置５に接続しており、この第３排ガスダクト１０の途中に、中和剤供給管２２を介して中和剤供給機である消石灰投入機２３を接続している。

消石灰投入機２３は、排ガス中のダイオキシン類の原料となる塩素ガスを中和するための中和剤の一例である消石灰を、第３排ガスダクト１０と中和剤供給管２２との結合部２４にて排ガス中に投入するものである。

除塵装置５は、その本体ケーシング内に図示しない複数の布製等のバグフィルタを配設し、除塵処理前の排ガスが流入する図示しないダストルームと、バグフィルタによる除塵処理後の排ガスが流入するクリーンルームと、除塵処理後の煤塵等（ダスト）を貯蔵する図示しないダスト貯蔵槽と、を備え、このクリーンルームの排ガス出口側を第４排ガスダクト１１を介して吸引（誘引）ファン６の吸気口端部に接続し、煙突７から排ガスを大気へ排気するようになっている。

次に、この燃焼排ガス処理プラント１の作用を説明する。

焼却炉２で産業廃棄物等の被焼却物が焼却されると、この焼却炉２からの高温高圧の排ガスが第１排ガスダクト８を介して例えば煙管ボイラ形の温水冷却塔３内へ排出される。

温水冷却塔３では、排ガスが多数の煙管（冷却管）内を通って周囲の水ないし温水によって急速に冷却される。また、排ガスの熱を吸収して加熱された水は水蒸気となって図示しない蒸気煙突から外気中へ放出される。温水冷却塔３で急冷された排ガスは第２排ガスダクト９を介して空冷塔４へ排気される。

図１に示すように空冷塔４は、第２排ガスダクト９からの斜線矢印で示す排ガスを、まず空冷式熱交換器１３の排ガス入口１３ｆから上部室１３ｃ内へ導入する。このとき、空冷式熱交換器１３の冷却用空気入口１３ｋには、図１中白矢印で示すように送風機１５により冷却用空気送風管１６内に吸い込まれた外気が、冷却用空気として導入されている。この冷却用空気（外気）の導入量は、冷却用空気送風管１６に設けた上記抵抗板（図示省略）の流路抵抗に応じて制御される。

このために、上部室１３ｃ内へ導入された排ガスは、複数の冷却管（煙管）１３ｈ，１３ｈ…内を通って下部室１３ｅへ向けて降流する。一方、冷却用空気１３ｋ内に導入された冷却用空気は冷却用空気流路１３を通って図１中上方の冷却用空気出口１３ｌに向けて昇流し、その際に、複数の冷却管１３ｈ，１３ｈ…の外面に接触して冷却し、これら冷却管１３，１３ｈ…内を降流する高温の排ガスを間接的にさらに冷却する。

このように、降流する高温の排ガスを、昇流する低温の冷却用空気により冷却するので、向流効果により排ガスの冷却効率を向上させることができる。

こうして排ガスを冷却する一方で吸熱して昇温した高温の冷却用空気の一部は、外部排気管１７を介して再び外気に排気される。一方、他の高温冷却用空気は、循環配管１４を通って冷却用空気送風管１６の途中に戻され、ここで、低温の外気と合流混合して昇温し、再び空冷式熱交換器１３の冷却用空気入口１３ｆへ冷却用空気として導入される。この冷却用空気の温度は冷却用空気入口１３ｋ近傍にて冷却用空気温度センサ２０により検出される。

この温度センサ２０により検出された冷却用空気温度検出値は冷却風温度制御器２１により読み込まれ、ここで、予め設定されている上記結露の発生を防止ないし低減し得る所定温度の設定値と比較され、その偏差が求められる。

冷却風温度制御器２１は、この偏差をゼロにするために必要なダンパ１９の開度に制御するために必要な駆動信号を、その温度偏差と、この温度偏差を解消するために必要なダンパモータ１８の駆動角とを対応させたデータテーブルのルックアップにより求め、この駆動信号をステップモータ等のダンパモータ１８に与える。

このために、ダンパモータ１８によりダンパ１９の開度が所要開度に制御される。これにより、空冷式熱交換器１３の冷却用空気入口１３ｆには、冷却風温度制御器２１により予め設定された所定温度の冷却用空気が導入される。

このために、例えば冬期等外気温度が低い場合には、排気用冷却用空気により所定温度に加温した冷却用空気が空冷式熱交換器１３に導入され、低温の外気がそのまま空冷式熱交換器１３に導入されるのを防止することができる。

したがって、低温外気が空冷式熱交換器１３内に直接導入されたときに、冷却管１３ｈ，１３ｈ…に過冷却部を発生させ、この過冷却部内面に結露を発生させて硫化や酸化等により腐食させるのを防止ないし低減することができる。

こうして空冷塔４により冷却された排ガスは、第３排ガスダクト１０へ排出される。そして、排ガスは第３排ガスダクト１０の中和剤供給管２２との結合部２４に流入したときに、消石灰投入機２３により排ガス中に消石灰が投入される。これにより、排ガス中のダイオキシン類の原料となる塩素ガスが中和される。

この後、排ガスは、除塵装置５内のダストルームに流入し、さらに、バグフィルタにより排ガス中の塵埃が除塵されて浄化されてからクリーンガスとしてクリーンルームに排出され、吸引（誘引）ファン６により煙突７へ吸引され、煙突７からクリーンガスとして外気に排気される。

（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る空冷塔４Ａの要部構成図である。この空冷塔４Ａは図１で示す空冷塔４の排ガス出口１３ｇの近傍、例えば第３排ガスダクト１０の排ガス出口１３ｇの近傍に、排ガス出口温度センサ２５を設ける一方、この排ガス出口温度センサ２５により検出した検出温度が、予め設定した所定の設定温度で一定になるように送風機１５の単位時間当りの回転数、すなわち回転速度をインバータ２６を介して制御する出口温度制御器２７を設けた点に特徴がある。これ以外の構成は図１で示す実施形態と同様である。

出口温度制御器２７は、周知のマイクロプロセッサやシステムＬＳＩ（大規模集積回路）等よりなり、空冷式熱交換器１３の排ガス出口１３ｇにおける排ガスの出口温度を、排ガス出口温度センサ２５を介して検出し、この検出温度を設定温度と比較し、偏差を求める。

また、出口温度制御器２７は、この偏差をゼロに解消させるために必要な送風機１５の回転速度をデータテーブルから求め、インバータ２６を介してこの送風機１５の回転速度を制御する。

これにより、空冷式熱交換器１３の排ガスの出口温度を常に所定の設定値に制御することができる。

したがって、この空冷塔４Ａによれば、空冷式熱交換器１３の冷却用空気の入口温度と、排ガス出口温度とを、各々の設定値一定にそれぞれ制御することができる。

これにより、空冷式熱交換器１３の冷却管１３ｈ，１３ｈ…の過冷却、結露、ひいては結露に起因する冷却管１３ｈ，１３ｈ…の腐蝕の防止ないし低減と、排ガス出口温度制御精度の向上と、を共に図ることができる。

図２で示す燃焼排ガス処理プラントに組み込まれる本発明の実施形態１に係る空冷塔の要部拡大構成図。図１で示す空冷塔を具備した燃焼排ガス処理プラントの系統構成図。本発明の実施形態２に係る空冷塔の要部拡大構成図。

符号の説明

１燃焼排ガス処理プラント
２焼却炉
３温水塔
４，４Ａ空冷塔
５除塵装置
８第１排ガスダクト
９第２排ガスダクト
１０第３排ガスダクト
１１第４排ガスダクト
１２第５排ガスダクト
１３空冷式熱交換器
１３ａ本体ケーシング
１３ｈ冷却管（煙管）
１３ｋ冷却空気用入口
１３ｌ冷却空気用出口
１４循環配管
１５送風機
１６冷却空気用送風管
１８ダンパモータ
１９ダンパ
２０冷却用空気温度センサ
２１冷却風温度制御器
２５排ガス出口温度センサ
２６インバータ
２７出口温度制御器

Claims

燃焼排ガスを通す冷却管、この冷却管を冷却することにより上記燃焼排ガスを間接的に冷却する冷却用空気を通す冷却用空気流路、この冷却用空気流路に冷却用空気を導入する冷却用空気入口およびこの冷却管を冷却した後の冷却用空気を排気する冷却用空気出口を備えた空冷式熱交換器と、
外気を吸い込み、これを冷却用空気として上記冷却用空気入口に送風する送風機を備えた送風路と、
上記冷却用空気出口から排気される冷却用空気の少なくとも一部を上記送風路の途中に戻して冷却用空気と混合させる冷却用空気循環路と、
この冷却用空気循環路に介装されて上記冷却用空気の戻し流量を制御する開度制御可能の流量制御手段と、
上記冷却用空気入口に導入される冷却用空気の入口温度を検出し、その検出温度が所定値で一定するように上記流量制御手段の開度を制御する制御器と、
を具備していることを特徴とする燃焼排ガスの冷却装置。
上記制御器は、上記所定値として３０℃〜１００℃のいずれかの温度に設定していることを特徴とする請求項１記載の燃焼排ガスの冷却装置。
上記空冷式熱交換器の排気出口における燃焼排ガスの出口温度が所定値で一定するように上記送風機の回転速度を制御する排ガス温度制御器、を具備していることを特徴する請求項１または２記載の燃焼排ガスの冷却装置。