JP2010216749A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】そのために、本発明の熱交換器は、ダクト拡張部と伝熱管バンドル収納ダクトと伝熱管バンドル収納ダクト内に排ガスに流れ方向に間隔を明けて複数段設けられた伝熱管バンドルとを有する熱交換器において、各伝熱管バンドルのベアチューブ部の上流側及び後流側に各々設けられたベアチューブ部上流側整流板及びベアチューブ部後流側整流板と、ダクト拡張部内及び又は伝熱管バンドルより上流側の伝熱管バンドル収納ダクト内に設けられた複数段の導入部整流板と、を備えたことを特徴とする。これにより、各伝熱管バンドルのベアチューブ部における偏流を大幅に軽減することができる。
【選択図】図2
Description
しかしながら、特許文献1〜5に記載のものは、いずれも熱交換器の近傍にしか整流板が設けられておらず、十分な整流(偏流の軽減)効果が得られないという問題がある。
ダクト拡張部と伝熱管バンドル収納ダクトと前記伝熱管バンドル収納ダクト内に排ガスに流れ方向に間隔を明けて複数段設けられた伝熱管バンドルとを有する熱交換器において、
前記各伝熱管バンドルのベアチューブ部の上流側及び後流側に各々設けられたベアチューブ部上流側整流板及びベアチューブ部後流側整流板と、
前記ダクト拡張部内及び又は前記伝熱管バンドルより上流側の前記伝熱管バンドル収納ダクト内に設けられた複数段の導入部整流板と、
を備えたことを特徴とする。
前記各ベアチューブ部上流側整流板又は前記各ベアチューブ部後流側整流板は、平板であることを特徴とする。
前記各ベアチューブ部上流側整流板は、多数の孔を有するものであることを特徴とする。
前記各ベアチューブ部上流側整流板の多数の孔の開口率は、20〜50%であることを特徴とする。
前記各ベアチューブ部上流側整流板と前記各伝熱管バンドルの最も上流側の熱媒体チューブとの間の距離は、前記孔の直径Dの10倍以上であることを特徴とする。
前記各導入部整流板には、圧損係数が1〜3の範囲内となるように複数の開口が形成されていることを特徴とする。
前記複数段の導入部整流板は、帯状の平板を井桁状に組み合わせたものであることを特徴とする。
後流側の前記各導入部整流板に形成された複数の開口は、その総面積が上流側の前記導入部整流板に形成された複数の開口の総面積と同等もしくはより大きくなるように形成されていることを特徴とする。
先ず、図1に基づき、本発明の実施の形態に係る熱交換器を採用した火力プラントの全体の構成につき説明する。
なお、ボイラ1の燃料としては石炭、石油等が使用されており、ボイラ1からの排ガス中には、窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、ダスト等の大気汚染物質が含まれている。
脱硝装置2において、還元剤として注入されるアンモニア(NH3)により、排ガス中のNOXが水と窒素とに還元され無害化される。
脱硝装置2から排出された高温の排ガスの温度は、エアヒータ(A/H)を経由し、一般的に120〜150℃となっている。
熱回収装置3から排出された排ガス温度は、80〜110℃となる。
なお、熱回収装置3において加熱された熱媒体は、熱媒体循環配管8を介して、後述する再加熱装置6に送付される。
この熱回収装置3の側部には、スーツブロア装置9が設けられている。
ダストが除去された排ガスは、電動機により駆動される送風機(IDファン)10により加圧される。
なお、送風機10は設けられないこともある。
脱硫装置5において、石灰石により、排ガス中のSOXが吸収除去され、副生物として石膏が生成される。
このとき、脱硫装置5から排出される排ガスは、一般的に45〜55℃に低下している。
この排ガスをこのまま大気に放出すると、低温のため拡散しにくく、白煙になるなどの問題が生じる。
そこで、この排ガスを、再加熱装置6に導入し、熱回収装置3から熱媒体循環配管8を介して送られてきた熱媒体により所定温度以上に加熱して、煙突7から排出している。
また、火力プラントとしては、火力発電プラント、ゴミ等焼却プラントが採用可能である。
次に、図2に基づき、熱交換器としての熱回収装置3の詳細につき説明する。
なお、熱交換器としては、図2に図示の熱回収装置3以外に、伝熱管、再熱器、過熱器、熱交換チューブ、伝熱管チューブ等がある。
図2に図示のように、脱硝装置2の後流側の排ガスダクト20には、断面が四角のダクト状の熱回収装置3が接続されている、
図1に図示の脱硝装置2から排出された排ガスは、熱回収装置3に導入されるようになっている。
図2に図示のように、ダクト拡張部21内には、3枚の導入部整流板(多孔板)23、24、25が取り付けられている。
なお、3枚の導入部整流板(多孔板)23、24、25の内の一枚或いは全部を、伝熱管バンドル収納ダクト22内(フィンチューブ部15より上流側)に取り付けても良い。
各導入部整流板23、24、25は、図3(a)の側面図、図3(b)の正面図に図示のように、複数本の帯状の横平板Pxと複数本の帯状の縦平板Pyとを縦横に井桁状に組み合わせて構成されている。
この場合、各導入部整流板23、24、25の開口は、3枚の合計圧損係数(導入部整流板23・・・が2枚しかない場合は2枚の合計圧損係数)が1〜3の範囲内、好ましくは2となるようにする。
S1<S2<S3<Sd、
となるように、各導入部整流板23、24、25に、多数(複数)の開口が形成されている。
このように、各導入部整流板23、24、25を、多数(複数)の開口の総断面積が後流に行くに従って次第に大きくなるように構成することにより、熱回収装置3a、3bの入口付近のアッシュエロージョンを防止することができる。
或いは、総断面積S1<断面積So<総断面積S2<総断面積S3<断面積Sd、
又は、総断面積S1<総断面積S2<断面積So<総断面積S3<断面積Sd、
となるようにする。
或いは、多数(複数)の開口の大きさは同じにして、横平板Px及び縦平板Pyの本数を後流側の導入部整流板23、24、25に行くに従って増加さるように構成しても良い。
また、各導入部整流板23、24、25の形状としては、図3に図示のものに限定されるものではなく、平板に多数の円状の孔を開けた形状のものでも良い。
また、最も後流側の導入部整流板25は、伝熱管バンドル収納ダクト22内に取り付けても良い。
例えば、図3に図示の構造のものでは、後流側の横平板Pxと縦平板Pyとが交差する箇所の上下左右方向の位置が、その上流側の開口Siの上下左右方向の位置に位置するようにする。
図2に図示のように、熱回収装置3の伝熱管バンドル収納ダクト22内には、排ガスの流れ方向に高温伝熱管バンドル11、中温伝熱管バンドル12、及び低温伝熱管バンドル13からなる3段(複数段)の伝熱管バンドルが、間隔を明けて取り付けられている。
伝熱管バンドル11〜13は、各々、複数列、多数段のフィンチューブ部(伝熱部)15と、隣接するフィンチューブ部(伝熱部)15の端部を接続するベアチューブ部(U字管部)18とにより構成されている。
各伝熱管バンドル11〜13の上流端及び後流端は、熱回収装置3の壁面に取り付けられたヘッダ14に接続されている。
そして、各フィンチューブ部15の両端のベアチューブ部18の上流側及び後流側には、ベアチューブ部18を覆うように、ベアチューブ部上流側整流板26及びベアチューブ部後流側整流板27が取り付けられている。
フィンチューブ部15は、複数条の直管の熱媒体チューブ16と、各熱媒体チューブ16の外周面に取り付けられた螺旋状の伝熱フィン17と、隣接する熱媒体チューブ16の端部同士を接続するベアチューブ部18とから構成されている。
そこで、ガスショートパスを防止すべく、ベアチューブ部18の上流側及び後流側の伝熱管バンドル収納ダクト22内の側壁に、ベアチューブ部上流側整流板26及びベアチューブ部後流側整流板27が取り付けられている。
この多数の孔による開口率は、20〜50%とする。
また、熱媒体チューブ16(ベアチューブ部18の上流端)とベアチューブ部上流側整流板26との距離Lが、孔の直径Dの10倍以上となる位置に、熱媒体チューブ16を配置する。
なお、距離L/孔の直径Dの比の上限は、隣接するフィンチューブ部15、15間の距離、伝熱管バンドル収納ダクト22の大きさ等により必然的に決定される。
一方、ベアチューブ部後流側整流板27は、ソリッドのものを配置する。
また、ベアチューブ部上流側整流板26及びベアチューブ部後流側整流板27は、メインテナンスを考慮して、着脱可能なものとする。
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は上記の各実施の形態に限定されず、本発明の範囲内で種々の変更を加えてよいことは言うまでもない。
2 脱硝装置
3 熱回収装置(熱交換器)
4 電気集塵装置
5 脱硫装置
6 再加熱装置
7 煙突
8 熱媒体循環配管
9 スーツブロア装置
10 送風機
11 高温伝熱管バンドル
12 中温伝熱管バンドル
13 低温伝熱管バンドル
14 ヘッダ
15 フィンチューブ部(伝熱部)
16 熱媒体チューブ
17 伝熱フィン
18 ベアチューブ部(U字管部)
20 排ガスダクト
21 ダクト拡張部
22 伝熱管バンドル収納ダクト
23 1段目の導入部整流板
24 2段目の導入部整流板
25 3段目の導入部整流板
26 ベアチューブ部上流側整流板
27 ベアチューブ部後流側整流板
So 排ガスダクト断面積
S1 1段目の導入部整流板の開口の総断面積
S2 2段目の導入部整流板の開口の総断面積
S3 3段目の導入部整流板の開口の総断面積
Sd 伝熱管バンドル収納ダクト断面積
Si 導入部整流板の各開口
D 孔の直径
L 距離
Px 横平板
Py 縦平板
Claims (8)
- ダクト拡張部と伝熱管バンドル収納ダクトと前記伝熱管バンドル収納ダクト内に排ガスに流れ方向に間隔を明けて複数段設けられた伝熱管バンドルとを有する熱交換器において、
前記各伝熱管バンドルのベアチューブ部の上流側及び後流側に各々設けられたベアチューブ部上流側整流板及びベアチューブ部後流側整流板と、
前記ダクト拡張部内及び又は前記伝熱管バンドルより上流側の前記伝熱管バンドル収納ダクト内に設けられた複数段の導入部整流板と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。 - 前記各ベアチューブ部上流側整流板又は前記各ベアチューブ部後流側整流板は、平板であることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記各ベアチューブ部上流側整流板は、多数の孔を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記各ベアチューブ部上流側整流板の多数の孔の開口率は、20〜50%であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。
- 前記各ベアチューブ部上流側整流板と前記各伝熱管バンドルの最も上流側の熱媒体チューブとの間の距離は、前記孔の直径Dの10倍以上であることを特徴とする請求項3又は4に記載の熱交換器。
- 前記各導入部整流板には、圧損係数が1〜3の範囲内となるように複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記複数段の導入部整流板は、帯状の平板を井桁状に組み合わせたものであることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 後流側の前記各導入部整流板に形成された複数の開口は、その総面積が上流側の前記導入部整流板に明けられた複数の開口の総面積と同等もしくはより大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の熱交換器。
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