JP2010281525A

JP2010281525A - 排ガス熱回収システム

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Publication number: JP2010281525A
Application number: JP2009135966A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kataoka; 晴彦片岡; Takeshi Yoshida; 武史吉田; Masao Ishida; 政生石田; Yasuhiko Nishiyama; 安彦西山; Eiji Kariya; 英治仮屋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】熱回収器を通過する熱媒体の循環に必要な圧力を低減させると共に、熱回収器に熱媒体を常時供給することを可能とする排ガス熱回収システムを提供することを目的とする。
【解決手段】熱媒体が循環する熱媒体循環路を備える排ガス熱回収システムであって、排ガス流路に設けられた伝熱管から成り、排ガスの熱を前記熱媒体に回収する熱回収器と、大気開放型の熱媒体用タンクと、前記熱媒体を循環させる循環手段と、前記熱媒体からボイラ給水に熱を回収する間接熱交換器とを前記熱媒体循環路に備える、排ガス熱回収システムを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス熱回収システムに関する。

近年、燃料の燃焼における熱エネルギー利用を高効率化させるため、例えば、火力発電により生じた燃焼排ガスの熱エネルギーを回収し、再利用することが重要となっている。このような再利用のためには、熱交換器が用いられている。

熱交換器は、温度の異なる２つの流体間で熱を移動させる装置であり、燃焼排ガスの熱利用効率を高めるために用いられる。熱交換器は、排ガスから熱を回収するために、排ガスと伝熱管内を流れる流体との間で熱交換を行う。

一方、燃焼排ガスには、硫黄酸化物等の腐食性ガスが含まれているため、熱交換器で排ガス温度を酸露点以下まで低下させると硫酸腐食環境になる。従って、熱交換器の伝熱管などに腐食防止策を施す必要があった。

ここで、特許文献１には、脱硫前の排ガスを冷却するために、フッ素樹脂チューブ等の耐熱・耐酸性合成樹脂チューブを用いた熱回収器を用いる排煙処理装置が記載されている。

特許第３７９２２９０号公報

しかし、特許文献１に記載の熱回収器が耐熱・耐酸性の合成樹脂チューブを適用できたのは、熱媒体を循環させるための必要圧力が小さいためであった。同文献の熱回収器は、熱媒体が熱回収器と再加熱器を循環するガス・ガスヒータであり、熱媒体を循環させるための必要圧力が、熱回収器、再加熱器、それぞれの機器圧損と機器間の配管圧損だけあればよく、運転圧力が小さかった。しかし、ボイラ給水の加熱用に用いられる排ガス熱回収器では、ボイラ給水が熱媒体であるため、熱媒体の循環に必要な圧力が高かった。また、従来のボイラ給水の加熱用の排ガス熱回収器では、ボイラ設備付属のボイラ給水ポンプにより給水されていたことも、給水圧力が高い原因であった。例えば、最高運転圧力は２．０ＭＰａＧ程度であった。このため、伝熱管を耐圧性が高い材質とする必要があり、耐圧性の小さい合成樹脂チューブを適用できなかった。

ここで、耐圧性の小さいフッ素樹脂チューブ等の合成樹脂チューブの耐圧力を向上させるため、チューブの厚さを厚くすると、伝熱性が著しく損なわれ、熱回収効率が低下するという問題があった。また、フッ素樹脂チューブの肉厚を大きくすると、チューブ外径が大きくなるので密にチューブを配置できなくなり、熱回収器のサイズを大きくしなければならないという問題もあった。従って、フッ素樹脂チューブを伝熱管として用いるためには、熱回収器への給水圧力を低減させる必要があった。

一方、排ガス熱回収器の伝熱管としては、金属管にフッ素樹脂ライニングを施したフッ素樹脂ライニングチューブも使用されていた。しかし、従来のボイラ給水の加熱に用いられる熱回収器には、ボイラ設備付属のボイラ給水ポンプによって給水が行われていたため、ボイラ設備付属のボイラ給水ポンプを運転停止させると、排ガス流入中や排ガス流入停止直後のガス側温度が高い状態で、熱回収器への給水が停止する場合があった。かかる場合、フッ素樹脂ライニングが損傷する問題があった。このことを図６及び図７について説明する。

図６に示されるように、水蒸気はフッ素樹脂を透過するため、排ガス中の水分４４（蒸気）はフッ素樹脂ライニング４１を透過する。フッ素樹脂ライニングチューブ内を流通する給水４３は４０〜８０℃程度の低温であるため、フッ素樹脂ライニング４１を透過した水分４４は、金属管４２の表面で凝縮する。その後、従来の熱回収器では、ボイラ設備付属のボイラ給水ポンプの運転を停止すると、図７に示されるように熱回収器への給水が行われなくなっていた。よって、熱回収器への排ガス流入がまだ停止していない間や流入が停止した直後は、フッ素樹脂ライニングチューブの周囲の排ガス熱により、金属管４２が１００℃以上に加熱される。このため、図７Ｃに示されるように、金属管４２の表面に存在する凝縮水４５が、体積膨張を起こしてフッ素樹脂ライニング４１を膨張させる。さらに水分の膨張が進行すると、圧力増大に耐えられずにフッ素樹脂ライニング４１が破損してしまうおそれがあった。従って、金属管４２が１００℃以上に加熱されるのを阻止するため、熱回収器への常時給水を可能とする必要があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱回収器を通過する熱媒体の循環に必要な圧力を低減させると共に、熱回収器に熱媒体を常時供給することを可能とする排ガス熱回収システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、一側面によれば、熱媒体が循環する熱媒体循環路を備える排ガス熱回収システムであって、排ガス流路に設けられた伝熱管から成り、排ガスの熱を前記熱媒体に回収する熱回収器と、大気開放型の熱媒体用タンクと、前記熱媒体を循環させる循環手段と、前記熱媒体からボイラ給水に熱を回収する間接熱交換器とを前記熱媒体循環路に備える。前記伝熱管は、フッ素樹脂肉薄チューブ又はフッ素樹脂ライニングが施された金属管であることが好適である。

本発明に係る排ガス熱回収システムは、その一形態において、湿式脱硫塔内であって、洗浄液注入部の下方、かつ循環アルカリ吸収液注入部の上方において、前記排ガス流路に前記伝熱管が配設される。ここで、洗浄液注入部の下方とは、洗浄液注入部に対して湿式脱硫塔の底部側の領域のことである。循環アルカリ吸収液注入部の上方とは、循環アルカリ吸収液注入部に対して湿式脱硫塔の塔頂側の領域のことである。

本発明に係る排ガス熱回収システムは、別の形態において、貯留部を備える塔状構造物内であって、洗浄液注入部の下方の前記排ガス流路に前記伝熱管が配設され、前記貯留部に備わる熱交換器によって加温された洗浄液の注入を前記伝熱管が受ける。ここで、洗浄液注入部の下方とは、洗浄液注入部に対して塔状構造物の底部側の領域のことである。

本発明によれば、熱回収器を通過する熱媒体の循環圧力を低減させると共に、熱回収器に熱媒体を常時供給することを可能とする排ガス熱回収システムを提供することができる。

本発明に係る排ガス熱回収システムの一実施形態を説明する概念図である。本発明に係る排ガス熱回収システムの他の実施形態を説明する概念図である。本発明に係る排ガス熱回収システムの他の実施形態を説明する概念図である。ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）の高温での機械的性質を示す表である。ＳＯ_３ガスの濃度と露点との関係を示すグラフである。従来の熱回収器運転中のフッ素樹脂ライニングチューブの断面を説明する図である。従来の熱回収器に排ガスが流入している間又は排ガスの流入停止直後に、フッ素樹脂ライニングチューブへの給水を停止した場合のフッ素樹脂ライニングチューブの断面を説明する図である。

以下に、本発明に係る排ガス熱回収システムについて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１に、本発明に係る排ガス熱回収システムについて、その一実地形態を示す。図１に示す排ガス熱回収システムは、主たる構成要素として、熱回収器１、熱媒体用タンク２、循環手段３、間接熱交換器４、及び熱媒体循環路６を備えている。熱回収器１、熱媒体用タンク２、循環手段３、及び間接熱交換器４は、熱媒体循環路６に配設されている。

熱回収器１は、排ガス１０１から熱媒体１０２に熱回収する装置である。熱回収器１は、熱媒体循環路６上に設けられている。熱回収器１は、複数の伝熱管を備えており、伝熱管内部には熱媒体１０２が流通している。伝熱管は、排ガス流路５内に、排ガス流路５を流れる排ガス１０１と接触するように配置されている。熱媒体循環路６から熱回収器１に流入した熱媒体１０２は、複数の伝熱管に分かれて流通し、その後１つの管に集められて熱媒体循環路６に流出する。排ガス１０１の熱は、伝熱管の壁面を介してこの伝熱管内を流通する熱媒体１０２に取り込まれ回収される。熱回収器１の入口における熱媒体１０２の温度は好ましくは４０〜８０℃であり、出口における熱媒体１０２の温度は好ましくは９０〜９８℃である。伝熱管内の熱媒体１０２の圧力は、熱回収器１０１の最高ガス側温度２５０℃を考慮し、０．７ＭＰａＧ未満が好ましい。

熱回収器１に備わる伝熱管は、耐熱性、耐腐食性の材料で構成されることが好ましい。より好ましくは、伝熱管は、フッ素樹脂肉薄チューブ又はフッ素樹脂ライニングが施された金属管である。フッ素樹脂としては、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰが挙げられる。これらのフッ素樹脂の最高連続使用温度はＰＴＦＥ、ＰＦＥがおよそ２６０℃、ＦＥＰがおよそ２００℃であり、熱伝導率は約０．２５Ｗ／ｍＫである。フッ素樹脂肉薄チューブは、フッ素樹脂単一のチューブである。フッ素樹脂薄肉チューブの肉厚は、１．０〜２．０ｍｍとすることが好ましい。より好ましくは、フッ素樹脂肉薄チューブの肉厚は１．０ｍｍである。

図４に示すように、フッ素樹脂の引張強さ（降伏点）は、温度依存的に減少する。チューブの耐圧力は、この引張強さ（降伏点）に比例するため、チューブの耐圧力も温度依存的に低下する。フッ素樹脂肉薄チューブの肉厚は、１３０〜２５０℃という高温条件下でも熱媒体１０２の圧力に耐えるような肉厚を有することが好ましい。例えば、約２５０℃の温度では、内径Φ８ｍｍ、肉厚１ｍｍのフッ素樹脂肉薄チューブに適用可能な熱媒体１０２の最大圧力は、０．７ＭＰａＧ未満であり、内径Φ８ｍｍ、肉厚３ｍｍのフッ素樹脂肉薄チューブに適用可能な熱媒体１０２の最大圧力は２．０ＭＰａＧ程度である。本実施形態において、伝熱管内を流れる熱媒体１０２の圧力は最大０．５ＭＰａＧ程度であるため、フッ素樹脂肉薄チューブは１．０ｍｍ程度まで薄くすることができる。フッ素樹脂肉薄チューブのの外径は１０〜１４ｍｍ、内径は８〜１０ｍｍであることが好適である。

一方、フッ素樹脂の熱伝導率は、炭素鋼などと比較して低いため、フッ素樹脂チューブの肉厚を大きくすると総括伝熱係数が低下し、伝熱面積を大きくする必要が生じる。例えば、総括伝熱係数５０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）の肉厚１ｍｍの炭素鋼からなる伝熱管を、肉厚３ｍｍのフッ素樹脂チューブに変更すると、総括伝熱係数が約３５％低下するため、同程度の伝熱量を確保するためには伝熱面積を約１．５倍にする必要がある。また、フッ素樹脂チューブの肉厚を大きくすると、チューブ外径が大きくなるので密にチューブを配置できなくなり、熱回収器１のサイズを大きくしなければならなくなる。従って、フッ素樹脂肉薄チューブの厚さは１．０ｍｍ程度とすることが好ましい。

伝熱管としてフッ素樹脂ライニングを施した金属管を用いる場合、フッ素樹脂ライニングの膜厚は、０．４〜１．０ｍｍとすることにより、伝熱性能の低下を小さくしている。そして、金属管を腐食性ガスから保護することができる。フッ素樹脂ライニングされる金属管としては、ＳＴＢ３４０、ＳＵＳ３１６Ｌなどを用いることができる。

排ガス流路５は、排ガス発生源から排出される排ガス１０１が流通する流路であり、図示されない排ガス発生源と接続される。排ガス発生源との間に脱硝装置、集塵機等の他の装置を介していてもよい。

排ガス流路５を流れる排ガス１０１は、ボイラ等の排ガス発生源から排出されるＳＯ_３等の腐食性ガスを含む燃焼排ガスである。排ガス１０１の温度は、熱回収器１の前流側の排ガス流路５において、１３０〜２５０℃であり、流速は８〜１５ｍ／ｓである。

熱媒体循環路６は、熱媒体１０２が内部を流通循環する管路である。熱媒体１０２としては、水を用いること好適である。

熱媒体用タンク２は、大気開放型のタンクであり、熱媒体循環路６を循環する熱媒体１０２の圧力を大気圧と同レベルに維持する。熱媒体用タンク２は、熱回収器１の後流側であって、循環手段３の前流側に配置される。熱媒体用タンク２は、熱媒体１０２の入口と出口とを有する。この入口と出口はそれぞれ熱媒体循環路６に接続される。熱媒体用タンク２は、熱媒体循環路６から流入する熱媒体１０２を貯留し、熱媒体循環路６に再流入させる。熱媒体用タンク２が設けられていることにより、熱媒体１０２の最大温度を大気圧における飽和温度以下、すなわち約１００℃以下に厳守することができる。

循環手段３は、熱媒体１０２を熱媒体循環路６に循環させるための手段である。循環手段３は、熱媒体用タンク２の後流側であって、間接熱交換器４の前流側に配置されており、熱媒体用タンク２及び間接熱交換器４と熱媒体循環路６を介して接続されている。循環手段３としては、例えば液送ポンプを用いることができる。ボイラ設備付属のボイラ給水ポンプではなく、排ガス熱回収システム専用の循環手段３が設けられていることにより、ボイラ設備付属のボイラ給水ポンプが停止していても、熱媒体１０２を常時循環させることができる。循環手段３の入口での熱媒体１０２の圧力は、０．０１〜０．０５ＭＰａＧであり、出口での圧力は、０．１〜０．７ＭＰａＧ程度である。

間接熱交換器４は、熱媒体１０２からボイラ給水１０３に熱を回収する装置である。間接熱交換器４は、熱媒体循環路６上に、循環手段３の後流側であって、熱回収器１の前流側に配置されている。また、間接熱交換器４は、ボイラ給水１０３が流通する給水路７に配置されており、ボイラ給水１０３の入口と出口とを有する。間接熱交換器４では、熱媒体１０２からボイラ給水１０３に熱を回収することにより、間接的に排ガス１０１の熱をボイラ給水１０３に回収する。間接熱交換器４としては、プレート式、シェル＆チューブ式、シェル＆プレート式等の水−水型の熱交換器を用いることができる。間接熱交換器６を設けることにより、熱媒体循環路６を流通する熱媒体１０２から、給水路７を流通するボイラ給水１０３に熱を移動させることができる。

次に、本実施形態に係る排ガス熱回収システムの作用を説明する。本実施形態に係る排ガス熱回収システム１００では、熱媒体循環路６を循環流通する熱媒体１０２は、熱回収器１に流入すると、複数の伝熱管に分岐して通過しながら排ガス１０１の熱により昇温される。熱媒体１０２は、複数の伝熱管から合流し、熱媒体循環路６に流出する。熱回収器１の入口における熱媒体１０２の温度は、好ましくは４０〜８０℃程度であり、熱回収器１の出口における熱媒体１０２の温度は好ましくは９０℃〜９８℃である。一方、排ガス流路５を流通する排ガス１０１は、熱回収器１の伝熱管と接触して冷却される。排ガス温度は、熱回収器１の前流側では好ましくは１３０〜２５０℃であり、熱回収器１の後流側では好ましくは８０〜１２０℃である。

熱回収器１から流出した熱媒体１０２は、熱媒体循環路６を経て、大気開放型の熱媒体用タンク２に流入する。次いで、熱媒体１０２は熱媒体用タンク２から熱媒体循環路６に流出し、循環手段３に流入する。その後、循環手段３から熱媒体循環路６に流出し、間接熱交換器４に流入する。間接熱交換器４では、熱媒体１０２からボイラ給水１０３へ熱が回収され、熱媒体１０２は冷却される。冷却された熱媒体１０２は、間接熱交換器４から熱媒体循環路６に流出し、再び熱回収器１に流入し昇温される。このサイクルを繰り返すことにより、排ガス１０１の熱がボイラ給水１０３に回収され、有効利用される。

本実施形態に係る排ガス熱回収システムによれば、大気開放型の熱媒体用タンク２を備えることにより、熱媒体１０２の最大温度を大気圧における飽和温度以下、すなわち約１００℃以下に厳守できる。さらに、熱媒体１０２の圧力が大気圧と同レベルに維持されるため、熱回収器１の入口圧力として機器圧力損失分の最低限の圧力があれば運転可能となる。よって、熱回収器１の強度設計圧力を大幅に低減することができ、耐圧性の小さい材質から成るチューブ、例えば厚さが１ｍｍ程度のフッ素樹脂薄肉チューブを伝熱管として適用することができる。従って、伝熱性能を損なうことなくＳＯ_３ガスを含む燃焼排ガスによる伝熱管の腐食を防止することができ、熱回収システムに長期の信頼性を付与することができる。

また、本実施形態に係る排ガス熱回収システムでは、熱媒体循環路６と給水路７とが分離されており、熱媒体循環路６は専用の循環手段３を有している。このため、ボイラ等の他設備の運転を停止しても、排ガス１０１の流入中や、排ガス１０１の流入停止直後のガス側温度が高い状態で、熱回収器１への熱媒体１０２の供給を停止せずに常時行うことができる。よって、排ガス熱により伝熱管が約１００℃以上に加熱されるのを防止することができる。従って、伝熱管としてフッ素樹脂ライニングを施工した金属管を用いた場合でも、熱回収器１の運転中に伝熱管表面に生じた凝縮水が、加熱されて蒸発するのを阻止できるため、フッ素樹脂ライニングの損傷を防止することができる。

図２に、本発明に係る排ガス熱回収システムの第二の実施形態を示す。本実施形態の排ガス熱回収システムは、主たる構成要素として、熱回収器１、熱媒体用タンク２、循環手段３、間接熱交換器４、及び熱媒体循環路６を備えている。本実施形態の排ガス熱回収システムは、湿式脱硫塔１０内の排ガス流路５に熱回収器１の伝熱管が配設されることを特徴とする。同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。

湿式脱硫塔１０は、排ガス１０１からＳＯ_２ガスを吸収除去するための装置である。湿式脱硫塔１０は、その塔上部に排ガス１０１の導入口を、塔下部に排ガス１０１の排出口を有しており、その内部に排ガスが流通する排ガス流路５を有している。湿式脱硫塔１０は、図示されない排ガス発生源と煙道などにより接続されている。湿式脱硫塔１０と排ガス発生源との間には、脱硝装置などの他の設備が設けられていてもよい。

湿式脱硫塔１０には、伝熱管洗浄装置１１、充填材１２、アルカリ吸収液導入装置１３、貯留部１４、酸化ブロワ１５、アルカリ吸収液循環装置１７、及び空気供給装置１８が設けられている。また、湿式脱硫塔１０の内部の排ガス流路５には、洗浄液注入部１１１の下方、かつ循環アルカリ吸収液注入部１７２の上方に、熱回収器１の伝熱管が配設されている。伝熱管は、その少なくとも表面がフッ素樹脂により構成されている。伝熱管は、好ましくはフッ素樹脂肉薄チューブ又はフッ素樹脂ライニングが施された金属管である。

伝熱管洗浄装置１１は、洗浄液１０４を注入し、伝熱管表面を洗浄する装置である。伝熱管洗浄装置１１は、洗浄液タンク（図示を省略）と洗浄液注入部１１１とを備えている。洗浄液タンクと洗浄液注入部１１１とは、管路により連結される。洗浄液注入部１１１は、湿式脱硫塔１０内であって、伝熱管の上方に配置されている。洗浄液注入部１１１は、耐硫酸腐食仕様のフルコーンノズル等一般的な液体用ノズルを複数備えている。洗浄液としては、通常の水またはアルカリ性水溶液が好適である。アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウムの水溶液が挙げられる。アルカリ性水溶液のｐＨ及び濃度は適宜調整される。伝熱管洗浄装置１１は、洗浄液注入部１１１から洗浄液を伝熱管に注入することにより伝熱管表面に付着するダストを除去する。また、伝熱管洗浄装置１１は、湿式脱硫塔１０の内壁面にも洗浄液を注入する。洗浄液が内壁面を伝って下方に流れ落ちることにより、内壁面を洗浄する。よって、伝熱管洗浄装置１１は、伝熱管より後流側の湿式脱硫塔１０の内壁面に、ダスト及びスケーリングが固着堆積するのを防止することができる。洗浄液の注入は、排ガス１０１中のダスト量により決定するが、一日当たり２〜３回、間欠的に行われることが好ましい。また、伝熱管及び塔内壁面を洗浄後の洗浄排液は、貯留部１４に流下し、脱硫部の補給水として利用される。

充填材１２は、脱硫塔内であって、循環アルカリ吸収液注入部１７２の下方、かつアルカリ吸収液導入部１３１の上方に配設される。充填材１２としては、グリッド、ハイレックスなどを用いることができる。充填材１２を設けることにより、排ガスと循環アルカリ吸収液との接触面積を増大させて脱硫性能を向上させる効果がある。

アルカリ吸収液導入装置１３は、アルカリ吸収液１０５を湿式脱硫塔１０内に導入するための装置である。アルカリ吸収液導入装置１３は、アルカリ吸収液タンク（図示を省略）と、管路により連結されるアルカリ吸収液導入部１３１とを備えている。アルカリ吸収液導入部１３１は、湿式脱硫塔１０内であって、充填材１２の下方に設けられている。アルカリ吸収液１０５としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウムの水溶液が挙げられるがこれらに限定されない。アルカリ吸収液導入部１３１から湿式脱硫塔１０内に導入されたアルカリ吸収液１０５は、脱硫塔１０下部の貯留部１４に流下し、滞留する。

貯留部１４は、伝熱管洗浄後の洗浄排液、及びアルカリ吸収液導入装置１３により導入されたアルカリ吸収液１０５を貯留する装置であり、湿式脱硫塔１０の塔底に設けられている。貯留部１４に滞留する洗浄排液及びアルカリ吸収液は、後述するアルカリ吸収液循環装置１７により循環アルカリ吸収液として循環される。これらの滞留水は、滞留水中のＳＳ濃度維持のために一定流量が排水１０６として排出される。

アルカリ吸収液循環装置１７は、貯留部１４に滞留するアルカリ吸収液及び洗浄排液を循環させ、湿式脱硫塔１０内に注入して排ガス１０１と混合させるための装置である。アルカリ吸収液循環装置１７は、アルカリ吸収液循環ポンプ１７１と、循環アルカリ吸収液注入部１７２とを備えている。アルカリ吸収液循環ポンプ１７１と循環アルカリ吸収液注入部１７２とは管路により連結される。循環アルカリ吸収液注入部１７２は、貯留部１４にアルカリ吸収液循環ポンプ１７１を介して管路により接続される。アルカリ吸収液循環装置１７によれば、排ガス１０１にアルカリ吸収液を混合することができ、排ガス１０１中のＳＯ_２ガスをアルカリ吸収液中に吸収することができる。また、熱回収器１によって冷却された排ガス１０１の温度を排ガス中水分の飽和温度６０℃程度まで低下させることができる。

空気供給装置１８は、貯留部１４に空気を供給し、ＳＯ_２とアルカリ吸収液の反応生成物を酸化するための装置である。酸化ブロワ１５は、空気供給装置１８に空気を送り込むための装置である。空気供給装置１８は、貯留部１４に配設されており、酸化ブロワ１５と管路により連結される。

本実施形態に係る排ガス熱回収システムによれば、脱硫部の前流側に熱回収器の伝熱管が配設されることにより、排ガスの濃度分布が均一化し、脱硫部での反応が効率的に行われるという効果を有する。また、脱硫部の前流側に熱回収器が配設され、排ガスが冷却されることにより、排ガスの体積が減少するため、脱硫部での処理ガス量を減少させることができる。さらに、熱回収器が、湿式脱硫塔と一体に設けられていることにより、脱硫機能のコンパクト化と省スペース化を図ることができる。

また、従来の排ガス処理装置では、熱回収器が脱硫装置の前段側に設けられており、熱回収器から脱硫装置までの煙道を高級な耐硫酸腐食仕様としなければならなかった。熱回収器によって、排ガスの温度が酸露点温度（図５に示す）以下まで低下すると、ＳＯ_３ガスがＳＯ_３ミスト化し、硫酸腐食環境となるためである。しかし、本実施形態によれば、熱回収器が湿式脱硫塔内に設けられているため、熱回収器出口ではアルカリ吸収液が循環噴霧され、且つ、ガス中水分の飽和温度約６０℃まで排ガスは冷却されることから、その必要がない。そして、湿式脱硫塔の後流側の煙道は、安価な耐流酸腐食仕様とすることができる。同様に、従来は脱硫装置を備えていないボイラ設備に、酸露点温度以下まで熱回収する熱回収器を設置するためには硫酸腐食対策に多額のコストが必要であったが、本実施形態によれば酸露点以下まで熱回収可能な排ガス熱回収システムを安価に提供することができる。

図３に、本発明に係る排ガス熱回収システムの第三の実施形態を示す。本実施形態の排ガス熱回収システムは、主たる構成要素として、熱回収器１、熱媒体用タンク２、循環手段３、間接熱交換器４、及び熱媒体循環路６を備えている。図３において、熱媒体用タンク２、循環手段３、間接熱交換器４、及び熱媒体循環路６は省略されている。本実施形態の排ガス熱回収システムは、熱回収器１の伝熱管が、塔状構造物２０内の排ガス流路５に設けられていることを特徴としている。同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。

塔状構造物２０は、処理対象の排ガス１０１を流下させるために用いられるものである。塔状構造物２０は、塔上部に排ガス１０１の入口を備え、下部に排ガス出口を備えている。塔内部には排ガス流路５を備えている。塔状構造物２０の入口は、図示されない排ガス発生源と煙道などを介して接続されている。塔状構造物２０と排ガス発生源との間には、脱硝装置などの他の設備が設けられていてもよい。

塔状構造物２０には、伝熱管洗浄装置２１、循環噴霧装置２２、熱交換器２３、及び貯留部２４が設けられている。また、塔状構造物２０の内部の排ガス流路５には、洗浄液注入部２１１の下方に、熱回収器１の伝熱管が配設されている。伝熱管は、その少なくとも表面がフッ素樹脂により構成されている。伝熱管は、好ましくはフッ素樹脂肉薄チューブ又はフッ素樹脂ライニングが施された金属管である。塔状構造物２０は、第二実施形態で説明した湿式脱硫塔１０のように、アルカリ吸収液導入装置１３、充填材１２、及びアルカリ吸収液循環装置１７等の脱硫手段をさらに備えていてもよい。

伝熱管洗浄装置２１は、伝熱管表面を洗浄する装置である。伝熱管洗浄装置２１は、洗浄液供給路２３３と管路を介して連結される洗浄液注入部２１１を備えている。洗浄液注入部２１１は、塔状構造物２０内であって、伝熱管の上方に配置されている。伝熱管洗浄装置２１は、洗浄液給水路２３３を流れる洗浄液を塔状構造物２０内部に導き、洗浄液注入部２１１から洗浄液を伝熱管に注入することにより伝熱管表面に付着するダストを除去する。注入される洗浄液の温度は、好ましくは５０〜６０℃である。洗浄液注入部２１１は、耐硫酸腐食仕様のフルコーンノズル等一般的な液体用ノズルを複数備えている。洗浄液としては、通常の水またはアルカリ性水溶液が好適である。アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウムの水溶液が挙げられる。アルカリ性水溶液のｐＨ及び濃度は適宜調整される。洗浄液注入部２１１と洗浄液供給路２３３とを連結する管路には、タイマー２５を備えるバルブ２６が設けられている。タイマー２５により、熱回収器１の洗浄パターンと同じになるようにバルブの開閉時間を設定することができる。

貯留部２４は、伝熱管洗浄後の洗浄排液を滞留させるための装置であり、塔状構造物２０の塔底に設けられている。洗浄排液は、塔内を流下する過程で排ガス１０１の熱により昇温される。従って、貯留部２４に滞留する洗浄排液の温度は、５０〜６０℃である。

熱交換器２３は、貯留部２４内の洗浄排液から熱を回収し、洗浄液１０７を加温するための装置である。熱交換器２３は、伝熱面が洗浄排液に浸漬するように、貯留部２４内に配設されている。熱交換器２３には、洗浄液１０７の入口と出口が設けられており、この入口と出口には洗浄液供給路２３３が接続されている。熱交換器２３は、貯留部２４内の洗浄排液と洗浄液供給路２３３を流れる洗浄液１０７との間で熱交換することにより、洗浄液１０７を２０〜３０℃から５０〜６０℃の温度まで加温することができる。よって、熱交換器２３によれば、加温された洗浄液１０７を伝熱管洗浄装置２１に供給することができる。熱交換器２３としては、一般的な液―液型の熱交換器を用いることができる。

循環噴霧装置２２は、貯留部２４に滞留する洗浄排液を循環液として循環させ、再び排ガス１０１中に噴霧する装置である。循環噴霧装置２２は、循環ポンプ２２１と循環噴霧部２２２とを備えている。循環ポンプ２２１と循環噴霧部２２２とは管路を介して接続されている。循環噴霧部２２２には、耐硫酸腐食仕様のフルコーンノズル等の一般的な液体用ノズルが複数設けられている。循環噴霧装置２２によれば、循環液を循環噴霧部２２２から排ガス１０１中に噴霧できることにより、熱回収器１により熱回収された排ガス１０１から循環液へさらに熱を回収することができる。排ガス１０１は、循環液の噴霧により５５〜６５℃の温度まで冷却される。同時に、循環液は、排ガス１０１中を流下しながら５５〜６５℃の温度まで排ガス熱により加温される。

次に第三実施形態の排ガス熱回収システムと、これに併設される塔状構造物２０の作用を説明する。入口から流入した排ガス１０１は、塔状構造物２０の内部を下降する。入口における排ガス１０１の温度は、１３０〜２００℃である。排ガス１０１は、熱回収器１の伝熱管と接触し、１００℃程度まで冷却される。次いで、循環噴霧部２２２から排ガス１０１中に循環液が噴霧され、さらに５５〜６５℃の温度まで冷却される。冷却された排ガス１０１は、出口より排出される。

一方、洗浄液は、洗浄液注入部２１１から注入され、伝熱管表面を洗浄する。伝熱管洗浄後の、洗浄排液は塔内を流下し、貯留部２４に至る。洗浄排液は、その過程で排ガス１０１の熱によって５０〜６０℃まで加温される。洗浄液供給路２２３を流通する洗浄液１０７は、この洗浄排液の熱を熱交換器２３により取り込んで５０〜６０℃まで温められる。加温された洗浄液１０７は、伝熱管洗浄装置２１により、伝熱管表面に注入され、伝熱管表面のダストを洗浄する。

本実施形態によれば、伝熱管洗浄液は、５０〜６０℃の温度に加温されている。このため、表面温度が７０〜９０℃である伝熱管に洗浄液を噴霧しても、ヒートショックが起こるのを低減することができる。従来行われていたように、常温の洗浄液を伝熱管に対し間欠的に噴霧した場合は、ヒートショックが繰返し応力となって、フッ素樹脂肉薄チューブやフッ素樹脂ライニング等の寿命を縮める。しかし、本実施形態によれば、伝熱管のヒートショックを低減することができるため、フッ素樹脂肉薄チューブやフッ素樹脂ライニングの延命化を図ることができる。

また、伝熱管洗浄液を温水とすることにより、伝熱管の上流側で排ガスが洗浄液により冷却されることを防止することができ、排ガス熱回収器１の熱回収量低下を低減することができるという効果も奏する。また、伝熱管の洗浄は間欠的に行われるのみであるため、伝熱管の洗浄時以外は、熱交換器２３により加温された洗浄液を他の設備で利用することができ、洗浄液及び循環液が回収した排ガス熱を有効に利用できるという効果も有する。

本発明によれば、熱回収器を通過する熱媒体の循環に必要な圧力を低減させると共に、熱回収器に熱媒体を常時供給することを可能とする排ガス熱回収システムを提供することができる。

１熱回収器
２熱媒体用タンク
３循環手段
４間接熱交換器
５排ガス流路
６熱媒体循環路
７給水路
１０湿式脱硫塔
１１伝熱管洗浄装置
１２充填材
１３アルカリ吸収液導入装置
１４貯留部
１５酸化ブロワ
１７アルカリ吸収液循環装置
１８空気供給装置
２０塔状構造物
２１伝熱管洗浄装置
２２循環噴霧装置
２３熱交換器
２４貯留部
２５タイマー
２６バルブ
４１フッ素樹脂ライニング
４２金属管
４３給水
４４水分
４５凝縮水
１００熱回収システム
１０１排ガス
１０２熱媒体
１０３ボイラ給水
１０４洗浄液
１０５アルカリ吸収液
１０６排水
１０７洗浄液
１１１洗浄液注入部
１３１アルカリ吸収液導入部
１７１アルカリ吸収液循環ポンプ
１７２循環アルカリ吸収液注入部
２１１洗浄液注入部
２２１循環ポンプ
２２２循環噴霧部
２３３洗浄液供給路

Claims

熱媒体が循環する熱媒体循環路を備える排ガス熱回収システムであって、
排ガス流路に設けられた伝熱管から成り、排ガスの熱を前記熱媒体に回収する熱回収器と、大気開放型の熱媒体用タンクと、前記熱媒体を循環させる循環手段と、前記熱媒体からボイラ給水に熱を回収する間接熱交換器とを前記熱媒体循環路に備える、排ガス熱回収システム。
前記伝熱管が、フッ素樹脂チューブ又はフッ素樹脂ライニングが施された金属管である、請求項１に記載の排ガス熱回収システム。
湿式脱硫塔内であって、洗浄液注入部の下方、かつ循環アルカリ吸収液注入部の上方において、前記排ガス流路に前記伝熱管が配設される、請求項１又は２に記載の排ガス熱回収システム。
貯留部を備える塔状構造物内であって、洗浄液注入部の下方の前記排ガス流路に前記伝熱管が配設され、前記貯留部に備わる熱交換器によって加温された洗浄液の注入を前記伝熱管が受ける、請求項１又は２に記載の排ガス熱回収システム。