JP2008275290A - Exhaust heat recovery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種熱機関あるいは焼却炉等から排出される排気ガス中の熱を回収する排熱回収装置に関するもので、特に、船舶用ディーゼルエンジンの排気ガスのように、SOX分が含まれている排気ガスから熱を回収するのに適した排熱回収装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust heat recovery device that recovers heat in exhaust gas exhausted from various heat engines, incinerators, and the like, and particularly includes SO X components such as exhaust gas of marine diesel engines. The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus suitable for recovering heat from exhaust gas.
温室効果ガスであるCO2の削減が強く求められるとともに、原油を始めとする化石燃料の価格上昇が予見される現在、排熱利用による省エネルギは極めて重要な課題となっている。排熱利用には排熱の回収が不可欠である。従来、排熱の回収には熱交換器が用いられてきた。
ところで、従来の熱交換器のほとんどでは、腐食による機器損傷がもたらされることまでは想定されていなかった。しかしながら、例えば船舶用ディーゼルエンジンのように排気ガス中にSOX分が含まれる場合、低温まで排熱回収を行うと、そのSOX分が硫酸として結露し、従来の設計に基づく機器の場合は損傷を招くことになる。そのような場合を想定した機器として、「排ガスエコノマイザ」と呼ばれる熱交換器があるが、その熱交換器では、硫酸腐食を予防するために、硫酸が結露する温度より高い温度までの排熱回収しか行わないようになっている。そのために、排熱回収の効率が悪いという問題がある。また、その熱交換器においては、損傷防止の観点から伝熱面積密度を大きく取ることができず、大形化が避けられないという問題もある。
At the present time, reduction of CO 2 , which is a greenhouse gas, is strongly demanded, and the price of fossil fuels such as crude oil is expected to rise. Recovery of waste heat is indispensable for using waste heat. Conventionally, heat exchangers have been used to recover waste heat.
By the way, in most of the conventional heat exchangers, it has not been assumed that equipment damage is caused by corrosion. However, when the exhaust gas contains SO x , such as a marine diesel engine, when exhaust heat is recovered to a low temperature, the SO x component is condensed as sulfuric acid. This will cause damage. As a device that assumes such a case, there is a heat exchanger called "exhaust gas economizer", but in that heat exchanger, in order to prevent sulfuric acid corrosion, exhaust heat recovery to a temperature higher than the temperature at which sulfuric acid is condensed It is only done. Therefore, there is a problem that the efficiency of exhaust heat recovery is poor. In addition, in the heat exchanger, there is a problem that the heat transfer area density cannot be increased from the viewpoint of preventing damage, and an increase in size cannot be avoided.
排気ガス性状が望ましくないエンジンから排熱回収を行い、一層の省エネルギを推進するためには、排気ガスの浄化を行うものであり、かつ、設置等の自由度が高く適用範囲の広い、コンパクトな熱交換システムが必要である。
コンパクトな熱交換システムとしては、熱伝達率の向上が可能な固気混相流を用いた流動層を利用するものが実用化されている。例えば特許文献1に記載されているものは、塵埃を含む燃焼炉の排気ガスから流動層により熱エネルギを回収する熱交換器である。しかしながら、そのように流動層を利用するもので、排気ガスの浄化を同時に行う従来例は、燃焼器以外には見当たらない。
燃焼器で脱硫及び熱交換を流動層により行う装置としては、特許文献2に記載されているものがあるが、それは流動層燃焼器(あるいはボイラ)において、すなわち高温環境下において脱硫及び熱交換を行う装置であり、排気ガス条件のような低温下で脱硫及び熱回収を同時に行っている事例は見当たらない。
In order to recover exhaust heat from engines with undesirable exhaust gas properties and to promote further energy savings, exhaust gas purification is performed, and the degree of freedom of installation, etc. is high and the application range is wide and compact. Heat exchange system is necessary.
As a compact heat exchange system, a system using a fluidized bed using a solid-gas mixed phase flow capable of improving the heat transfer coefficient has been put into practical use. For example, what is described in
As an apparatus for performing desulfurization and heat exchange in a combustor using a fluidized bed, there is an apparatus described in
硫黄分を多く含む低質燃料の燃焼排気ガスから排熱を回収しようとする場合、硫酸結露温度以下までの熱回収を行うには、脱硫処理が不可欠である。一方、脱硫と熱交換とを個別に行うことは、コストや機器の大きさ、重量等の増大を招き、システムとして望ましくない。排気ガスからの脱硫と排熱回収とを同時に行う装置を実現することができれば、コンパクトであるにもかかわらず熱回収量の大きなシステムを構築することができ、省エネルギの実現に貢献することができる。 When exhaust heat is to be recovered from combustion exhaust gas of low-quality fuel that contains a large amount of sulfur, desulfurization is indispensable in order to recover heat up to the sulfuric acid condensation temperature or lower. On the other hand, separately performing desulfurization and heat exchange causes an increase in cost, equipment size, weight, and the like, which is not desirable as a system. If a device that simultaneously performs desulfurization from exhaust gas and exhaust heat recovery can be realized, a system with a large heat recovery amount can be constructed despite its compactness, which contributes to energy saving. it can.
本発明は、このような諸事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気ガスからの脱硫と排熱回収とを同時に行うことのできるコンパクトな排熱回収装置が得られるようにすることである。 The present invention has been made in view of such various circumstances, and an object thereof is to obtain a compact exhaust heat recovery apparatus capable of simultaneously performing desulfurization from exhaust gas and exhaust heat recovery. It is to be.
この目的を達成するために、本発明では、流動層を利用して排熱回収を行い、その流動層を形成する固体粒子によってSOXを吸収するようにしている。
すなわち、請求項1に係る本発明の排熱回収装置は、高温の排気ガスが導入される装置本体と、その装置本体内に配置され、導入された排気ガスによって流動して流動層を形成する固体粒子と、前記流動層内に設けられ、排気ガスの熱を回収する内部熱交換器と、からなり、前記流動層を形成する固体粒子に、SOXを吸収する粒子が含まれていることを特徴としている。
In order to achieve this object, in the present invention, exhaust heat recovery is performed using a fluidized bed, and SO x is absorbed by solid particles forming the fluidized bed.
That is, the exhaust heat recovery apparatus according to the first aspect of the present invention includes an apparatus main body into which high-temperature exhaust gas is introduced, and the apparatus main body is disposed in the apparatus main body and flows by the introduced exhaust gas to form a fluidized bed. and solid particles, provided in the fluidized bed, and an internal heat exchanger for recovering heat of exhaust gas, consists, in the solid particles forming the fluidized bed, it contains the particles to absorb SO X It is characterized by.
また、請求項2に係る本発明の排熱回収装置は、上記請求項1の発明において、脱硫・熱回収されて装置本体外へ排出されるガスから更に熱を回収する外部熱交換器が設けられていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust heat recovery apparatus according to the first aspect of the present invention. It is characterized by being.
請求項3に係る本発明の排熱回収装置は、上記請求項1あるいは2の発明において、前記流動層を形成する固体粒子に、伝熱促進に主として寄与する粒子と脱硫に主として寄与する粒子とが含まれていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust heat recovery apparatus according to the first or second aspect, wherein the solid particles forming the fluidized bed include particles mainly contributing to heat transfer promotion and particles mainly contributing to desulfurization. Is included.
更に、請求項4に係る本発明の排熱回収装置は、上記請求項1あるいは2の発明において、前記流動層を形成する固体粒子に、温度条件に応じて脱硫性能が異なる複数種類の粒子が含まれていることを特徴としている。
Furthermore, the exhaust heat recovery apparatus of the present invention according to
そして、請求項5に係る本発明の排熱回収装置は、上記請求項1あるいは2の発明において、装置本体の外壁が伝熱面として利用されるようになっていることを特徴としている。
The exhaust heat recovery apparatus of the present invention according to
上述のように構成された請求項1に係る本発明によれば、排気ガスによって流動して流動層を形成する固体粒子にSOXを吸収する粒子が含まれているので、排気ガス中のSOXはその粒子に吸収される。したがって、排気ガスの脱硫が行われる。そして、排気ガス中の熱は、流動する固体粒子に伝達され、その粒子を介して、また、直接的に、内部熱交換器内を流れる熱媒体に伝えられる。こうして、排気ガスからの脱硫と排熱回収とが同時に行われるようになり、コンパクトな排熱回収装置を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention configured as described above, the solid particles that flow by the exhaust gas and form the fluidized bed include the SO x absorbing particles, so the SO in the exhaust gas is contained. X is absorbed by the particles. Therefore, exhaust gas desulfurization is performed. The heat in the exhaust gas is transferred to the flowing solid particles, and is transferred to the heat medium flowing in the internal heat exchanger through the particles. Thus, desulfurization from exhaust gas and exhaust heat recovery are performed simultaneously, and a compact exhaust heat recovery device can be obtained.
また、上記請求項2に係る本発明によれば、内部熱交換器のほかに外部熱交換器が設けられるので、その外部熱交換器によっても熱が回収される。その場合、外部に排出される排気ガスは脱硫されているので、その排気ガスから熱を回収する外部熱交換器には、硫酸が結露することがない。したがって、硫酸結露温度以下まで熱回収をすることが可能となり、排熱の回収量を増大させることができる。 Further, according to the second aspect of the present invention, since the external heat exchanger is provided in addition to the internal heat exchanger, heat is also recovered by the external heat exchanger. In this case, since the exhaust gas discharged to the outside is desulfurized, sulfuric acid does not condense on the external heat exchanger that recovers heat from the exhaust gas. Therefore, it is possible to recover heat up to the sulfuric acid dew condensation temperature or less, and the amount of exhaust heat recovered can be increased.
そして、上記請求項3に係る本発明によれば、流動層が、伝熱促進に主として寄与する粒子と脱硫に主として寄与する粒子とによって形成されるので、排熱回収及び脱硫のそれぞれの効率を高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the fluidized bed is formed by particles mainly contributing to heat transfer promotion and particles mainly contributing to desulfurization, the efficiency of exhaust heat recovery and desulfurization is improved. Can be increased.
更に、上記請求項4に係る本発明によれば、流動層を形成する固体粒子に、温度条件に応じて脱硫性能の異なる複数種類の粒子が含まれているので、排熱回収による排気ガス温度の低下にかかわらず、広い温度範囲で脱硫を行うことができる。 Furthermore, according to the fourth aspect of the present invention, since the solid particles forming the fluidized bed include a plurality of types of particles having different desulfurization performances depending on the temperature conditions, the exhaust gas temperature due to exhaust heat recovery. Regardless of the decrease in desulfurization, desulfurization can be performed over a wide temperature range.
また、上記請求項5に係る本発明によれば、装置本体の外壁が伝熱面として利用されるので、その外壁に伝熱管などを設置することにより、排熱回収をより効果的に行うことができる。
Further, according to the present invention according to
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図中、図1は本発明による排熱回収装置の第1実施例を示す概略構成図である。
図1から明らかなように、この排熱回収装置の装置本体1には、各種熱機関あるいは焼却炉等から排出される高温の排気ガスが、下方から導入され、上方の煙突(図示せず)へ排出されるようになっている。装置本体1の底部には、ガスの流入は許すが固体粒子の落下流出は阻止する分散板2が設けられており、その分散板2上に固体粒子3が配置されている。装置本体1の下方から排気ガスを導入すると、そのガスにより固体粒子3が流動して流動層を形成する。装置本体1内には、その流動層によって囲まれる位置に内部熱交換器4が設けられている。その内部熱交換器4には、熱媒体が入口4aから導入されるようになっている。その熱媒体は、出口4bから出て、蒸気タービン等の外部機器との間で循環するようにされている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an exhaust heat recovery apparatus according to the present invention.
As is apparent from FIG. 1, high-temperature exhaust gas discharged from various heat engines or incinerators is introduced into the apparatus
装置本体1の外壁1aは伝熱面として利用されるようになっており、その外壁1aの外面には伝熱管5が配置されている。その伝熱管5は、上端が熱媒体入口5aとされ、下端が熱媒体出口5bとされている。
The
固体粒子3は、脱硫に主として寄与する粒子、すなわちSOXを吸収する粒子、例えば活性炭、酸化鉄、生石灰等の粒子、あるいはこれらの混合物から構成されている。これらの粒子は伝熱促進にも寄与する。また、これらの粒子に、伝熱促進に主として寄与する粒子、例えば金属粒子が混合されていてもよい。
The
このように構成された排熱回収装置において、SOX分を含む高温の排気ガスを装置本体1に下方から導入すると、その排気ガスは、分散板2を通してその上方に配置されている固体粒子3に接触する。それにより、固体粒子3は流動して流動層を形成するとともに、排気ガスの熱を吸収して高温となる。そして、その固体粒子3が流動層の内部に設けられている内部熱交換器4と接触することにより、排気ガスの熱が熱交換器4の内部を循環する熱媒体に高い熱伝達率で伝えられる。また、排気ガスの熱は、固体粒子3を介さずに直接的にも熱媒体に伝えられる。こうして、熱媒体は高温となる。その熱媒体は装置本体1の外部に導かれ、蒸気タービン等の外部機器においてその熱エネルギが利用される。このように、流動層を利用することにより、排気ガス中の熱は効率よく回収される。
In the exhaust heat recovery apparatus configured as described above, when high-temperature exhaust gas containing SO x is introduced into the apparatus
この間において、排気ガス中のSOX分は、流動する固体粒子3に吸収される。すなわち、排気ガスの脱硫が行われる。したがって、内部熱交換器4に硫酸が結露するおそれがなくなる。その結果、排気ガスの温度を硫酸結露温度以下にまで下げることが可能となり、大量の熱回収が可能となる。
その場合、固体粒子3に、温度条件に応じて脱硫性能が異なる複数種類の粒子が混合されていると、排熱回収による排気ガス温度の低下にかかわらず、広い温度範囲での脱硫が可能となる。
また、固体粒子3が、伝熱促進に主として寄与する粒子と脱硫に主として寄与する粒子との混合物であると、それぞれの粒子の選択肢が広がり、効率のよいものを選ぶのが容易となる。
During this time, the SO X component in the exhaust gas is absorbed by the flowing
In that case, when a plurality of types of particles having different desulfurization performances are mixed with the
Moreover, when the
一方、排気ガスの熱によって装置本体1の外壁1aも高温となる。そして、その熱が伝熱管5内を流れる熱媒体に伝えられる。こうして、伝熱管5内を流れる熱媒体によっても熱が回収される。したがって、排気ガスの熱が効果的に回収される。
この熱媒体は、内部熱交換器4を循環する熱媒体と同じものとして、1系統の排熱回収系ですべての排熱回収を行うようにすることができる。また、異なる熱媒体を使用して、排熱の活用分野を多様化することも可能である(例えば熱源のためには温水を、動力回収のためには蒸気を利用するなど)。
On the other hand, the
This heat medium can be the same as the heat medium circulating in the
図2は、本発明による排熱回収装置の第2実施例を示す概略構成図である。この第2実施例は、図1に示されている第1実施例を部分的に改良したものである。そこで、図2において、図1と対応する部分には同じ符号を付すことにより、重複する説明は省略する。
図2から明らかなように、この第2実施例は、第1実施例の排熱回収装置の上端に外部熱交換器6を取り付けたものである。この外部熱交換器6には、上端の入口6aから熱媒体が導入される。そして、その熱媒体は、下端の出口6bから外部に導き出される。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention. This second embodiment is a partial improvement of the first embodiment shown in FIG. Therefore, in FIG. 2, parts corresponding to those in FIG.
As is apparent from FIG. 2, in the second embodiment, an
このように構成された第2実施例の排熱回収装置によれば、流動層によって熱回収されて外部に排出される排気ガスから更に熱が回収されるので、その熱回収がより効率よく行われる。しかも、その排気ガスは脱硫されているので、その温度が硫酸結露温度以下に下がっても、外部熱交換器6に硫酸が結露することがない。したがって、従来仕様の熱交換器を用いても、熱回収量を増大させることができる。
According to the exhaust heat recovery apparatus of the second embodiment configured as described above, heat is further recovered from the exhaust gas recovered by the fluidized bed and discharged to the outside, so that the heat recovery can be performed more efficiently. Is called. Moreover, since the exhaust gas is desulfurized, sulfuric acid does not condense on the
この実施例において、内部熱交換器4を循環する熱媒体と外部熱交換器6を循環する熱媒体とは同じものとして、全体を1系統の排熱回収系とすることができる。また、内部熱交換器4と外部熱交換器6とは別系統として、例えば内部熱交換器4からは蒸気が得られ、外部熱交換器6からは温水が得られるようにすることもできる。
In this embodiment, the heat medium that circulates through the
図3は、本発明による排熱回収装置の第3実施例を示す概略構成図である。この第3実施例は、流動層として粒子が循環する形式のもの(循環式流動層)を用いた実施例である。
図3から明らかなように、この排熱回収装置の装置本体11には、第1実施例と同様に、各種熱機関あるいは焼却炉等から排出された高温の排気ガスが、分散板12の下方から導入されるようになっている。その分散板12は、ガスの流入は許すが固体粒子の落下流出は阻止するもので、装置本体11の底部に設けられている。その分散板12上には固体粒子13が配置されていて、装置本体11の下方から排気ガスを導入すると、そのガスにより固体粒子13が流動して流動層を形成し、排気ガスの流れとともに流れ広がるようになっている。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention. In the third embodiment, the fluidized bed is a type in which particles are circulated (circulating fluidized bed).
As is apparent from FIG. 3, in the exhaust heat recovery apparatus
装置本体11は、循環式流動層の粒子13が上昇するライザー部14と、粒子13とガスとを分離するための固気分離部15と、固気分離された粒子13をライザー部14に導くためのダウンカマー部16と、ライザー部14へ戻る粒子13の量を調整するためのバルブ17とを備えている。固体粒子13は流動層となってこれらの間を循環する。固気分離されたガスは、固気分離部15の上方から煙突へ排出されるようになっている。
排気ガスとともに外部に排出される固体粒子13を補うために、ダウンカマー部16の下流側には粒子供給装置18が接続されている。また、ダウンカマー部16の下流側には、SOXを吸収した固体粒子13を回収する粒子回収装置19も接続されている。
The apparatus
In order to supplement the
ダウンカマー部16には、流動層によって囲まれる位置に内部熱交換器20が設けられている。その内部熱交換器20には、熱媒体が入口20aから導入されるようになっている。そして、その熱媒体は、内部熱交換器20の出口20bから出て、蒸気タービン等の外部機器との間で循環するようにされている。
なお、この内部熱交換器20は、ダウンカマー部16のほか、固気分離部15やバルブ17部分に配置することもできる。
The
The
装置本体11の外壁、例えばライザー部14の外壁14aは伝熱面として利用されるようになっており、その外壁14aの外面には伝熱管21が配置されている。その伝熱管21は、上端が熱媒体入口21aとされ、下端が熱媒体出口21bとされている。
ライザー部14のほか、固気分離部15あるいはダウンカマー部16の外壁も、伝熱面として利用することができる。
An outer wall of the apparatus
In addition to the
固体粒子13は、脱硫を行う(すなわちSOXを吸収する)とともに伝熱促進に寄与するものであり、活性炭、酸化鉄、生石灰等の粒子、あるいはこれらの混合物からなっている。
また、これらの粒子に、伝熱促進に主として寄与する粒子、例えば金属粒子が混合されていてもよい。
The
Further, these particles may be mixed with particles mainly contributing to heat transfer promotion, for example, metal particles.
このように構成された排熱回収装置において、SOX分を含む高温の排気ガスを装置本体11に分散板12の下方から導入すると、その排気ガスは、分散板12を通してその上方に配置されている固体粒子13に接触する。それにより、固体粒子13は流動して流動層を形成し、排気ガスの流れとともにライザー部14を上昇する。次いで、固体粒子13は、固気分離部15を経てダウンカマー部16を下降する。そして、バルブ17により流量を制御されながら再びライザー部14に導入される。こうして固体粒子13は循環する。
In the exhaust heat recovery apparatus configured as described above, when high-temperature exhaust gas containing SO x is introduced into the
この循環中、ライザー部14から固気分離部15に至る間に、すなわち排気ガスと固体粒子13とが接触している間に、固体粒子13は、排気ガスの熱を吸収して高温となるとともに、排気ガス中のSOXを吸収する。すなわち熱伝達と脱硫とが行われる。
そして、高温となった固体粒子13が流動層の内部のダウンカマー部16に設けられている内部熱交換器20と接触することにより、排気ガスの熱が熱交換器20の内部を循環する熱媒体に高い熱伝達率で伝えられる。その熱媒体は装置本体11の外部に導かれ、蒸気タービン等の外部機器においてその熱エネルギが利用される。このように、流動層を利用することにより、排気ガス中の熱は効率よく回収される。
During this circulation, during the period from the
Then, the
このようにして脱硫及び熱回収された排気ガスは、固気分離部15の上方から煙突に排出される。したがって、ダウンカマー部16に設けられている内部熱交換器20には、SOXを含む排気ガスはほとんど接触しない。その結果、内部熱交換器20に硫酸が結露するおそれがなくなるので、硫酸結露温度以下まで排熱回収を行うことが可能となる。
The exhaust gas thus desulfurized and heat-recovered is discharged from above the solid-
固体粒子13の種類による作用効果、及び伝熱管21を設けたことによる作用効果は、実施例1と同様である。
The operation effect by the kind of
図4は、本発明による排熱回収装置の第4実施例を示す概略構成図である。この第4実施例は、第3実施例を改良したものである。したがって、第4実施例を示す図4において、図3の第3実施例と対応する部分には同じ符号が付されている。
図4から明らかなように、この第4実施例は、第3実施例の排熱回収装置における固気分離部15の上端に外部熱交換器22を取り付けたものである。この外部熱交換器22には、上端の入口22aから熱媒体が導入される。そして、その熱媒体は、下端の出口22bから外部に導き出される。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention. The fourth embodiment is an improvement of the third embodiment. Therefore, in FIG. 4 showing the fourth embodiment, parts corresponding to those of the third embodiment of FIG.
As is apparent from FIG. 4, the fourth embodiment is obtained by attaching an
このように構成された第4実施例の排熱回収装置によれば、流動層によって熱回収されて外部に排出される排気ガスから更に熱が回収されるので、その熱回収がより効率よく行われる。しかも、その排気ガスは脱硫されているので、その温度が硫酸結露温度以下に下がっても、外部熱交換器22に硫酸が結露することがない。したがって、従来仕様の熱交換器を用いても、熱回収量を増大させることができる。
According to the exhaust heat recovery apparatus of the fourth embodiment configured as described above, heat is further recovered from the exhaust gas recovered by the fluidized bed and discharged to the outside, so that the heat recovery is performed more efficiently. Is called. Moreover, since the exhaust gas is desulfurized, sulfuric acid does not condense on the
この実施例においても、内部熱交換器20を循環する熱媒体と外部熱交換器22を循環する熱媒体とは同じものとして、全体を1系統の排熱回収系とすることができる。また、内部熱交換器20と外部熱交換器22とは別系統として、例えば内部熱交換器20からは蒸気が発生し、外部熱交換器22からは温水が得られるようにすることもできる。
Also in this embodiment, the heat medium that circulates through the
図5は、本発明による排熱回収装置の第5実施例を示す概略構成図である。この第5実施例は、船舶用ディーゼルエンジンの排気ガスからの排熱回収のために本発明を適用した実施例である。本発明を船舶に適用する場合には、船体動揺の影響を受けにくいものを選ぶ必要がある。そこで、循環式流動層を利用する上述の第4実施例を採用した。
図5において、図4の第4実施例と対応する部分には同じ符号が付されている。
図5から明らかなように、船舶用ディーゼルエンジン30から排出される排気ガスは、その船舶に搭載されている排熱回収装置の装置本体11に、分散板12の下方から導入されるようになっている。その排熱回収装置は循環式流動層を利用するもので、装置本体11の下方から排気ガスを導入すると、そのガスにより分散板12上の固体粒子13が流動して流動層を形成し、排気ガスの流れとともに流れ広がって循環するようになっている。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention. The fifth embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to recover exhaust heat from the exhaust gas of a marine diesel engine. When the present invention is applied to a ship, it is necessary to select one that is not easily affected by hull shaking. Therefore, the above-described fourth embodiment using a circulating fluidized bed was adopted.
In FIG. 5, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the fourth embodiment of FIG. 4.
As is clear from FIG. 5, the exhaust gas discharged from the
すなわち、分散板12の下方から排気ガスを導入すると、その排気ガスは、分散板12を通してその上方に配置されている固体粒子13に接触する。それにより、固体粒子13は流動して流動層を形成し、排気ガスの流れとともにライザー部14を上昇する。次いで、固体粒子13は、サイクロンからなる固気分離部15に至り、その固気分離部15においてガスと分離され、ダウンカマー部16を下降する。そして、バルブ17により流量を制御されながら再びライザー部14に導入される。こうして固体粒子13は装置本体11内を循環する。
固気分離されたガスは、固気分離部15の上方から煙突へ排出される。
That is, when exhaust gas is introduced from below the
The solid-gas separated gas is discharged from above the solid-
ダウンカマー部16には、ガスとともに外部に排出される固体粒子13を補うための粒子供給装置18が接続されている。また、ダウンカマー部16の下流側には、SOXを吸着した固体粒子13を回収する粒子回収装置19が接続されている。
The
更に、ダウンカマー部16には、流動層によって囲まれる位置に、内部熱交換器20が設けられている。一方、ライザー部14の外壁14aは伝熱面として利用されるようになっており、その外壁14aの外面に伝熱管21が配置されている。また、固気分離部15の上端には外部熱交換器22が取り付けられ、外部に排出されるガスから熱が回収されるようになっている。
そして、これらの間を熱媒体である水が循環するようにされている。
すなわち、給水ポンプ31により供給される水は、内部熱交換器20内に下端の入口20aから入り、加熱されて蒸気となって上端の出口20bから出る。その蒸気は、ライザー部14の外壁14a外面に配置されている伝熱管21を上端入口21aから下端出口21bまで通る間に更に加熱され、タービン発電機32の蒸気タービン32aに導かれる。タービン発電機32を駆動して温度が低下した蒸気は、タービン発電機32から出た後、復水器33において水に戻される。その水は、復水ポンプ34により外部熱交換器22の上端入口22aから外部熱交換器22内に送られ、外部熱交換器22を通る間に加熱されて温水となる。そして、その温水が外部熱交換器22の下端出口22bから給水ポンプ31に送られ、再び内部熱交換器20に供給される。
Further, the
And the water which is a heat medium circulates among these.
That is, the water supplied by the
一方、装置本体11を循環する固体粒子13は、排気ガスと接触している間に、すなわちライザー部14から固気分離部15に至る間に、排気ガス中のSOXを吸収して脱硫するとともに、排気ガスの熱を吸収して高温となる。そして、高温となった固体粒子13が流動層の内部のダウンカマー部16に設けられている内部熱交換器20と接触することにより、排気ガスの熱が熱交換器20の内部を循環する熱媒体に高い熱伝達率で伝えられる。このようにして、排気ガスの脱硫と熱伝達とが同時に行われる。
その場合、流動層内の熱伝達率が、単なる気相の熱伝達率より大きいことから、機器のコンパクト化がもたらされ、限られた船内スペースの有効活用に寄与することができる。また、脱硫が行われることにより、低温までの熱回収が可能となる。
On the other hand, the
In that case, since the heat transfer coefficient in the fluidized bed is larger than the simple heat transfer coefficient in the gas phase, the equipment can be made compact, and it can contribute to the effective utilization of the limited ship space. Moreover, by performing desulfurization, heat recovery to a low temperature is possible.
そして、流動層によって熱回収されて外部に排出される排気ガスから、外部熱交換器22により更に熱が回収されるので、全体の熱回収効率が極めて高くなる。しかも、その排気ガスは脱硫されているので、その温度が硫酸結露温度以下に下がっても、外部熱交換器22に硫酸が結露することがない。したがって、熱回収量を増大させることができる。
このようにして、コンパクトであるにもかかわらず熱回収量の大きい排熱回収システムとすることができる。そして、回収した熱によりタービン発電機32を駆動して動力生成を行うので、省エネルギに寄与することができる。
Further, since the heat is further recovered by the
In this way, an exhaust heat recovery system having a large heat recovery amount despite being compact can be obtained. And since the
このような排熱回収装置に使用される脱硫剤について、性能試験を行った。図6は、その試験結果を示すものである。脱硫対象のガスとしては、成分調整された模擬排気ガスを用いた。図6において、横軸が模擬排気ガスの温度、縦軸が脱硫性能である。
図6から明らかなように、400℃以下の低温において酸化鉄系の脱硫剤が高い性能を示している。一方、炭化水素系燃料を燃やした場合に発生する水蒸気を模擬排気ガスに添加した実験では、生石灰の性能が上昇している。
この試験結果から、排気ガスの性状や温度条件に応じて適切な粒子の選択を行うことにより、満足できる脱硫が行われることが分かる。
A performance test was performed on the desulfurization agent used in such an exhaust heat recovery apparatus. FIG. 6 shows the test results. As the gas to be desulfurized, a component-controlled simulated exhaust gas was used. In FIG. 6, the horizontal axis represents the temperature of the simulated exhaust gas, and the vertical axis represents the desulfurization performance.
As is apparent from FIG. 6, the iron oxide-based desulfurization agent exhibits high performance at a low temperature of 400 ° C. or lower. On the other hand, in an experiment in which water vapor generated when a hydrocarbon fuel is burned is added to the simulated exhaust gas, the performance of quicklime has increased.
From this test result, it can be seen that satisfactory desulfurization is performed by selecting appropriate particles according to the properties of exhaust gas and temperature conditions.
以上、本発明の好適実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の設計変更が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the embodiment, and various design changes can be made within the scope of the present invention.
1 装置本体
1a 外壁
2 分散板
3 固体粒子
4 内部熱交換器
4a 入口
4b 出口
5 伝熱管
5a 入口
5b 出口
6 外部熱交換器
6a 入口
6b 出口
11 装置本体
12 分散板
13 固体粒子
14 ライザー部
14a 外壁
15 固気分離部
16 ダウンカマー部
17 バルブ
18 粒子供給装置
19 粒子回収装置
20 内部熱交換器
20a 入口
20b 出口
21 伝熱管
21a 入口
21b 出口
22 外部熱交換器
22a 入口
22b 出口
30 船舶用ディーゼルエンジン
31 給水ポンプ
32 タービン発電機
32a 蒸気タービン
33 復水器
34 復水ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
その装置本体内に配置され、導入された排気ガスによって流動して流動層を形成する固体粒子と、
前記流動層内に設けられ、排気ガスの熱を回収する内部熱交換器と、からなり、
前記流動層を形成する固体粒子に、SOXを吸収する粒子が含まれていることを特徴とする、排熱回収装置。 A device body into which high-temperature exhaust gas is introduced;
Solid particles arranged in the apparatus body and flowing by the introduced exhaust gas to form a fluidized bed,
An internal heat exchanger provided in the fluidized bed and recovering the heat of the exhaust gas,
An exhaust heat recovery apparatus, wherein solid particles that form the fluidized bed contain particles that absorb SO x .
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