JP2012247167A

JP2012247167A - 排ガス熱回収装置

Info

Publication number: JP2012247167A
Application number: JP2011121447A
Authority: JP
Inventors: Hideo Furukawa; 英夫古川
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】エコノマイザを大型化することなく、高効率で排ガスから熱回収すること。
【解決手段】ボイラ４の排ガスから吸熱する蒸発器１４および蒸発器１４での吸熱をボイラ４への給水に放熱する凝縮器１２を有するヒートポンプ２と、蒸発器１４よりも排ガス流の上流側に設けられ、ボイラ４の給水を加熱するエコノマイザ３とを備え、蒸発器１４およびエコノマイザ３により排ガスから熱回収する排ガス熱回収装置であって、ボイラ４への給水は、凝縮器１２と前記エコノマイザ３とに分流して供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラの排ガスを用いてボイラへの給水を予熱する排ガス熱回収装置に関するものである。

この種の排ガス熱回収装置において、ボイラの排ガスから吸熱する蒸発器および蒸発器での吸熱をボイラへの給水に放熱する凝縮器を有するヒートポンプと、蒸発器よりも排ガス流の上流側に設けられ、ボイラの給水を加熱するエコノマイザとを備え、蒸発器およびエコノマイザにより排ガスから熱回収する装置は、特許文献１にて知られている。

特開２０１０−２４３０１２号公報

特許文献１の排ガス熱回収装置では、ヒートポンプで熱回収し、温度上昇した給水をエコノマイザへ供給するように構成しているので、エコノマイザでの熱回収量が減少してしまう。エコノマイザでの熱回収量を増大させようとすると、エコノマイザを大型化する必要があり、コスト高となる。また、特許文献１とは逆に、先にエコノマイザに給水を供給すると、ヒートポンプのＣＯＰが下がってしまう。

この発明が解決しようとする課題は、エコノマイザを大型化することなく、高効率で排ガスから熱回収することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、請求項１に記載の発明は、ボイラの排ガスから吸熱する蒸発器および前記蒸発器での吸熱を前記ボイラへの給水に放熱する凝縮器を有するヒートポンプと、前記蒸発器よりも排ガス流の上流側に設けられ、前記ボイラの給水を加熱するエコノマイザとを備え、前記蒸発器および前記エコノマイザにより排ガスから熱回収する排ガス熱回収装置であって、前記ボイラへの給水は、前記凝縮器と前記エコノマイザとに分流して供給されることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、前記ボイラの給水が前記凝縮器と前記エコノマイザとに分流して供給されるので、コノマイザを大型化することなく熱回収量できるとともに、前記ヒートポンプのＣＯＰを低下させることなく熱回収でき、排ガスから高効率で熱回収を行うことができる。

この発明よれば、エコノマイザを大型化することなく、高効率で排ガスから熱回収することができる。

この発明の実施例１の概略構成を説明する説明図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明の排ガス
熱回収装置は、下記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。

図１は、本発明の排ガス熱回収装置の実施例１の使用状態を示す概略構成図である。図1に示す実線矢示は、加熱前の給水の流れを、破線矢示は、加熱後の給水の流れを、一点鎖線矢示は、蒸気の流れを、二点鎖線矢示は、冷媒の流れをそれぞれ示す。

（実施例１の構成）
本実施例１の排ガス熱回収装置１は、ヒートポンプ２とエコノマイザ３を用いてボイラ４の排ガスから熱をくみ上げて、ボイラ４への給水の加熱を図る装置である。なお、ボイラ４は、温水ボイラや熱媒ボイラとすることができる。

ボイラ４には、給水タンク５からの水が、給水路６を介して供給される。給水路６は、配管６１，６２、６３，６４、６５，６６などで構成されている。給水路６には、給水ポンプ７が設けられており、この給水ポンプ７の作動の有無により、ボイラ４への給水の有無が切り替えられる。

給水タンク５は、補給水路８から適宜水が供給されて、所望水位に維持される。給水タンク５への補給水路８には純水装置または軟水装置（図示省略）が備えらており、純水または軟水が給水タンク５に供給される。

ボイラ４に供給された水は、ボイラ４で蒸気化される。ボイラ４からの蒸気は、所望により蒸気ヘッダ（図示省略）などを介して、一または複数の各種の蒸気利用機器９へ送られる。

ボイラ４では、給水を加熱して蒸気化するために燃料の燃焼がなされ、その排ガスは煙道１０を介して外部へ排出される。この煙道１０を通過する排ガスの熱を用いて、煙道１０に設けたヒートポンプ２の後記蒸発器１４と、同じく煙道１０に設けたエコノマイザ３によりボイラ４への給水の予熱を図ろうとするのが、排ガス熱回収装置１である。

ヒートポンプ２は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が順次環状に接続されて構成される。圧縮機１１は、冷媒を圧縮して高温高圧の気体にする。凝縮器１２は、圧縮機１１からの気化冷媒を凝縮液化する。凝縮器１２からの液化冷媒は、膨張弁１３へ送られる。膨張弁１３は、凝縮器１２からの液化冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器１４は、膨張弁１３からの冷媒を蒸発させる。

圧縮機１１は、電動機により駆動されてもよいが、蒸気エンジンにより駆動されてもよい。蒸気エンジンは、蒸気を用いて動力を起こす装置であり、たとえばスクリュ式蒸気エンジンとされる。蒸気エンジンは、蒸気利用機器９の一つとして、ボイラ４からの蒸気により駆動される。

凝縮器１２についてさらに詳細に説明すると、本実施例１の凝縮器１２は、冷媒流路１５と水流路１６とを有する熱交換器であり、冷媒と水とを混ぜることなく間接熱交換する。この凝縮器１２の水流路１６がエコノマイザ（給水予熱器）として機能するので、エコノマイザ３を第一給水予熱器とすると、凝縮器１２を第二給水予熱器と称することができる。

蒸発器１４についてさらに詳細に説明すると、本実施例１の蒸発器１４は、煙道１０内に設けられ、冷媒と排ガスとを混ぜることなく間接熱交換する。エコノマイザ３は、煙道
１０において蒸発器１４よりも排ガス流の上流側に設けている。

給水タンク５から凝縮器１２の水流路１６への給水の供給は、配管６１，分流器１７，配管６２を通して行われ。また、給水タンク５からエコノマイザ３への給水の供給は、配管６１，分流器１７，配管６５を通して行われるように構成されている。すなわち、給水タンク５からの給水は、特許文献１のようにエコノマイザ３と水流路１６とを直列に流れるのではなく、分流器１７にて分流されて、エコノマイザ３と水流路１６とを並列に流れるように構成されている。

分流器１７は、エコノマイザ３と水流路１６とに供給される給水の割合を設定するためのもので、好ましくは、三方弁などの弁を用いて前記割合を調節可能なものとする。しかしながら、配管とオリフィスとの組合せで固定的に前記割合を設定するものであっても良い。

本実施例１では、エコノマイザ３での排ガスからの回収熱量Ｑ１のボイラ４に供給された総熱量Ｑ０に対する比率を１０％とし、蒸発器１４での排ガスからの回収熱量Ｑ２のボイラ４に供給された総熱量Ｑ０に対する比率を１〜２％としている。これは、出願人が販売しているボイラが、エコノマイザ３で１０％の熱回収を行うことで、ボイラ効率（前記総熱量Ｑ０に対する水および蒸気に吸収された熱量の比率）９７％を達成していることから、蒸発器１４でさらに１〜２％回収しようとするものである。

エコノマイザ３での熱回収量Ｑ１と蒸発器１４での熱回収量Ｑ２とは、エコノマイザ３のコストと、ヒートポンプ１のコストとの兼ね合いで決める。エコノマイザ３は、熱交換器を大きくすることで熱回収量を増大できるが、大きくしてもそれに比例して熱回収量が増大しない。また、ヒートポンプ１は、容量を大きくすることで、回収熱量を増大できるが、容量を大きくするとイニシャルコストが高くなる。そこで、ヒートポンプ１のコストとエコノマイザ３のコストに対する熱回収量比率が最大となるように、エコノマイザ３での熱回収量Ｑ１と蒸発器１４での熱回収量Ｑ２とを設定することが望ましい。

（実施例１の動作）
ここで、実施例１の動作を説明する。以下の説明における温度などの数値は、あくまで一例であり、この発明は、この一例に限定されるものではない。ボイラ４からの排ガス（例えば、約３２０℃）は、煙道１０のエコノマイザ３を通過する温度低下（約１１０℃）し、ついで蒸発器１４を通過するとさらに温度低下（約７０℃）した後、外部へ排出される。

分流器１７では、配管６１を流れる給水のエコノマイザ３に対する供給量と、水流路１６に対する給水量との比率が、例えば５対１となるように、分流割合が設定されている。エコノマイザ３では、約１５〜２０℃の給水が排ガスにより加熱されて、約８０℃の給水となって、配管６６、６４を通してボイラ４へ供給される。エコノマイザ３では、約１０％の熱回収（顕熱回収）が行われる。

一方、蒸発器１４にて排ガスから吸熱し、その吸熱を凝縮器１２でボイラ４への給水に放熱する。そして、凝縮器１２では、約１５〜２０℃の給水が冷媒の熱で加熱されて、約８０℃の給水となって、配管６３、６４を通してボイラ４へ供給される。蒸発器１４では、約１〜２％の熱回収（潜熱回収）が行われる。

このように、本実施例１の排ガス熱回収装置１によれば、給水タンク５からボイラ４の給水が凝縮器１２とエコノマイザ３とに分流して供給されるので、コノマイザ３を大型化することなくエコノマイザ３で熱回収できるとともに、ヒートポンプ２では、ＣＯＰを低
下させることなく蒸発器１４において熱回収を行うことができる。その結果、排ガスから高効率で熱回収を行うことができる排ガス熱回収装置１を提供することができる。

本実施例１の蒸発器１４において、好ましくは、ヒートポンプ２の冷媒は、ボイラ４からの排ガス流の下流側から上流側へ流され、凝縮器１２において、ヒートポンプ２の冷媒は、ボイラ４への給水の下流側から上流側へ流されるよう構成する。つまり、ヒートポンプ２の蒸発器１４では冷媒と排ガスとを対向流とし、ヒートポンプ２の凝縮器１２では冷媒と給水とを対向流とするのがよい。さらに、エコノマイザ３において、好ましくは、ボイラ４への給水は、ボイラ４からの排ガス流の下流側から上流側へ流されるように構成する。つまり、エコノマイザ３では給水と排ガスとを対向流とするのがよい。このように構成すれば、熱交換が効率よくなされ、熱回収効率を向上することができる。

１排ガス熱回収装置
２ヒートポンプ
３エコノマイザ
４ボイラ
１２凝縮器
１４蒸発器

Claims

ボイラの排ガスから吸熱する蒸発器および前記蒸発器での吸熱を前記ボイラへの給水に放熱する凝縮器を有するヒートポンプと、前記蒸発器よりも排ガス流の上流側に設けられ、前記ボイラの給水を加熱するエコノマイザとを備え、前記蒸発器および前記エコノマイザにより排ガスから熱回収する排ガス熱回収装置であって、
前記ボイラへの給水は、前記凝縮器と前記エコノマイザとに分流して供給される
ことを特徴とする排ガス熱回収装置。