JP2011007474A - 散水式潜熱回収熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】高温の排ガスを高温用の熱交換器を使わずにチタン製潜熱回収熱交換器の耐熱性の限界内まで低下させるとともに、高温排ガスの顕熱も有効に利用する。
【解決手段】潜熱回収熱交換器の入り口側または出口側で高温排ガスに散水することにより、散水した水は排ガスの熱により加熱されて水蒸気となり、ガス温度が低下すると共に、散水から發生した水蒸気も潜熱回収装置の特長を活かして排ガスの元々の水蒸気と共に凝縮させ、その増量された凝縮潜熱も高温水として例えばボイラ給水に活用する。
【選択図】図１

Description

本発明はボイラ、加熱炉等化石燃料を燃焼する装置の省エネルギーのために煙道の燃焼排ガスの顕熱を散水により直接熱交換して冷却し、発生した水蒸気及び排ガスの潜熱の回収を行う熱交換器に関する。

現状のボイラ等燃焼排ガスは煙突から百数１０℃で大気へ放出されているが、この中には水蒸気の保有する凝縮潜熱が含まれたまま放出されているが、この潜熱回収はガス焚きまた石油焚きの燃焼装置の最後の残された省エネルギー対策と考えられている。

これを実現するための手段として熱交換器を用いて冷水にて排ガスをその露点温度以下に冷却して、排ガスの持つ潜熱も熱水として回収する熱交換器が考案されている。（非特許文献１参照）
排ガスの露点温度以下に冷却すると酸性の凝縮液が発生して熱交換器に腐食が生ずるため、熱交換器材料にチタンが使用されている。（非特許文献２参照）

また、排気ガスに散水する方式は排ガス脱硫装置などにも利用されているが、脱硫装置から出た後の排ガスを再加熱して放出するなどの手段がとられており、冷却効果を目的とした技術ではない。
財団法人省エネルギーセンター；平成１２年第１１回省エネ大賞２１世紀型省エネルギ−機器・システム表彰受賞機器等概要、７頁 小澤隆治；"事業用ガス焚きボイラ等の潜熱回収を可能としたチタン製ユニット式熱交換器"チタン，ｖｏｌ．５４，Ｎｏ．２，１６頁（２００６）

この潜熱回収熱交換器は排ガスの潜熱回収を目的としているために熱交換器を構成する材料は耐食性を考慮してチタンを使用しており、耐熱温度は４００℃程度が限度と考えられから、排ガスの入口温度が比較的低温度に限定されている。

然るに実際の使用環境はもっと高温の排ガスを処理したい要求が少なくない。しかも従来、排ガスの高温の顕熱部分は高温用の熱交換器を用いて熱回収し、低温になった排ガスから潜熱部分を更に熱回収するのであるが、高温側の熱交換器を使わずに排ガスの温度をこのチタン製潜熱回収熱交換器の耐熱性の限界内まで低下させようとするとともに、高温排ガスの顕熱も有効に利用する。

ボイラ等の燃焼装置の煙突に排出させる高温の排ガスの顕熱及び排ガスに含まれる水蒸気の潜熱を熱交換器管を介して水に吸収させ、生成した熱水を活用するための潜熱回収熱交換器において、煙道に設けた潜熱回収熱交換器の排ガス入口側に冷却用の散水装置を設けて、排ガスに散水する。

散水と排ガスが直接接触により熱交換し、高温排ガスを４００℃以下に冷却するとともに発生した水蒸気を排ガスと共に潜熱回収熱交換器を通過させて排ガス中の水蒸気潜熱と共に新たに発生した水蒸気の潜熱も回収する。

散水は排ガス出口側から行っても良い。

本発明においては、高温側の熱交換器無しに潜熱回収熱交換器の入り口側で高温排ガスに散水することにより、散水した水が排ガスの熱により加熱されて水蒸気となり、ガス温度が低下する。このため熱交換器は高温から保護される共に、散水から發生した水蒸気も潜熱回収装置の特長を活かして排ガスの元々の水蒸気と共に凝縮させ、その増量された凝縮潜熱も高温水として例えばボイラ給水に活用することが出来る。

こうすることによって潜熱回収熱交換器を高温の排ガスに対しても使用可能となり、用途を拡大することが出来ると共に、潜熱回収熱交換器の露点温度以下の領域に酸性凝縮液が生成しても散水により希釈されるので、腐食性の強い排気ガスに対しても使用可能範囲が広がる。

本発明の実施形態を図１〜図２に基づいて説明する。

本発明の散水式潜熱回収熱交換器は、図１に示されるように、図２の熱交換ユニット２を複数積重して一体化し、ケーシング１１の両端をもって排ガスの入口６及び出口７とした潜熱回収熱交換器１の上部の排ガスの入り側に、高温の排ガスを冷却する散水装置３を設けている。

熱交換ユニット２は図２に示されるように、チタン製コルゲート管を平板に渦巻き状に巻いた渦巻きコイル１０をもって水の流路を形成し、これを円筒状のケーシング１１の中に収め、コイルの両管端をケーシング壁を貫いてケーシング外に出し、給水入口４及び出口５としたものである。

この潜熱回収熱交換器にボイラ等燃焼装置の煙突に排出させる高温の排ガスを流し、高温排ガスが４００℃以下に冷却されるように散水すると、散水と排ガスが直接接触により熱交換した結果、水は蒸発して水蒸気となるが、発生した水蒸気を排ガスと共に潜熱回収熱交換器を通過させて排ガス中の水蒸気潜熱と共に新たに発生した水蒸気の潜熱も回収する。

排ガス出側が熱交換器の上部にある場合、散水は上部の排ガス出口側から行っても、ガス入り口側まで散水の冷却効果が届くような散水条件で運転する。

散水装置を設置した実施例を図２に示す。この熱交換器上部の入り側から温度８００℃、流量３０００Ｎｍ^３／時間の排ガスを流し、この排ガス流に対して２０リットル／時間の散水を行ったところ、排ガス入り口温度を４００℃以下に低下させると共に、潜熱回収により約１万キロカロリー弱の熱量増加が得られた。

本件発明の散水装置を備えた潜熱回収熱交換器の概略図 潜熱回収熱交換器の構成要素である熱交換ユニット

１潜熱回収熱交換器
２熱交換ユニット
３散水装置
４給水入口
５給水出口
６排ガス入口
７排ガス出口
８ドレンバルブ
９架台
１０コルゲート管渦巻きコイル
１１ケーシング
１２固定枠

Claims (1)

1. チタン製コルゲート管を平板に渦巻き状に巻いたコイルをもって水の流路を形成し、これを円筒状のケーシングの中に収め、コイルの両管端をケーシング壁を貫いてケーシング外に出し、給水入口及び出口とするものを単位の熱交換ユニットとし、これを複数積重して一体化し、ケーシングの両端をもって排ガスの入口及び出口とした熱交換器を用いて排ガスの入り側またまたは出側に高温の排ガスを冷却する散水装置を設けた潜熱回収熱交換器

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