JP2018105553A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、コストを増加させることなく、竹をそのまま燃料として用いることができると共に、熱交換用配管の腐食を防止した熱交換器を提供するものである。【解決手段】本発明は、燃焼炉１０内に媒体液を循環させる鋼材からなる熱交換用配管３が設けられ、燃焼炉１０で竹チップ２を燃焼させた燃焼排ガスを熱交換用配管３に接触させて媒体液を加熱する熱交換器１であって、熱交換器１から流出する側の媒体液温度を検出する流出側温度検出装置３１と、熱交換器１へ流入する側に設けられ、流出側温度検出装置３１の検出出力に応じて熱交換用配管３の媒体液の温度を調整する温度調節装置３２とを備え、温度調節装置３２により、熱交換器１内の媒体液の温度を塩酸露点以上４００℃以下に制御する。【選択図】図１
Description
本発明は、燃焼炉内に媒体液を循環させる鋼材からなる熱交換用配管が設けられ、前記燃焼炉で塩素を含むバイオマス燃料を燃焼させた燃焼排ガスを前記熱交換用配管に接触させて前記媒体液を加熱する熱交換器に関するものである。
竹は大量に生育し成長が早く、放置された竹林では、竹が周囲に拡がり、隣接する杉、檜などの森林が浸食されて、その生態系が破壊される等の問題が発生している。
このため、近年では、放置された竹林に対して、自治体等が伐採の対応を行う例が増えているが、伐採された竹は産業廃棄物となるため、処分にもコストがかかり、費用面で大きな負担になっている。
そこで、伐採された竹をバイオマス燃料として利用する試みがなされている。特許文献１には、竹チップを火力発電機用のボイラーに発電用燃料として供給することで、竹資源を活用することが提案されている。この特許文献１には、ボイラーの詳細については記載されていないが、火力発電用のボイラーは、伝熱部が熱交換用配管になっており、熱交換用配管を燃焼させた排気熱により加熱して熱交換用配管内の媒体を加熱する。
ところで、竹には、塩素成分が多く含まれており、竹を燃焼させると塩素ガスが発生する。ボイラーの発電燃料として、竹を用いると、発生した塩素ガスに熱交換用配管が長期間晒されることになる。
熱交換用配管は、鋼材が用いられており、塩素ガスに長期間晒されることにより、配管が腐食するという問題がある。
そこで、特許文献２には、竹を改質して、竹から塩素とカリウムを除去したものを燃料として用いることが提案されている。この特許文献２には、竹を粒径６ｍｍ以下まで微粒化し、微粒化した竹を常圧の水に浸して、塩素やカリウムを溶出させて、竹から塩素やカリウムを除去する。そして、常圧の水に浸した竹を脱水し、脱水された竹を燃料として用いるものである。
上記した特許文献２に記載のものにおいては、竹の改質により、竹から塩素を除去することで、燃料として用いた場合に塩素ガスの発生を防止することができる。しかしながら、竹の改質のために、水に浸す工程、竹を脱水する工程を必要とし、燃料とするまでの作業工程が増加し、コストが増加する等の問題が生じる。
本発明は、コストを増加させることなく、竹をそのまま燃料として用いることができると共に、熱交換用配管の腐食を防止した熱交換器を提供することを課題とするものである。
本発明に係る熱交換器においては、前記のような課題を解決するため、燃焼炉内に媒体液を循環させる鋼材からなる熱交換用配管が設けられ、前記燃焼炉で塩素を含むバイオマス燃料を燃焼させた燃焼排ガスを前記熱交換用配管に接触させて前記媒体液を加熱する熱交換器であって、前記熱交換器から流出する側の媒体液温度を検出する流出側温度検出手段と、前記熱交換器へ流入する側に設けられ、前記流出側温度検出手段の検出出力に応じて前記熱交換用配管の媒体液の温度を調整する温度調節手段とを備え、前記温度調節手段により、前記熱交換器内の媒体液の温度を塩酸露点以上４００℃以下に制御するものである。
また、上記の熱交換器において、前記温度調節手段は、前記熱交換器へ流入する側の媒体液温度を検出する流入側温度検出手段と、前記熱交換器へ流入される媒体液の流量を制御する流量制御手段とを備え、前記流出側温度検出手段と流入側温度検出手段との出力に応じて、前記流量制御手段は、熱交換器へ流入される媒体液の流量を制御すればよい。
また、上記の熱交換器において、前記熱交換器から流出される媒体液の温度を２５０℃以上３１０℃以下に制御することが好ましい。
また、前記バイオマス燃料として竹材料を用いればよい。
本発明は、熱交換器内の媒体液の温度を塩酸露点以上４００℃以下に制御することで、塩素を含むバイオマス燃料を用いて塩素ガスが発生した場合においても鋼材からなる熱交換用配管の腐食を防ぐことができる。バイオマス燃料として竹材料を用いても改質処理を行なわずに燃料として用いることができ、コストの安い燃料とすることができる。
以下、本発明の実施形態に係る燃焼装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る燃焼装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
本発明の実施形態の熱交換器１は、図１に示すように、燃焼炉１０内に設けられた鋼材からなる熱交換用配管３を有する。この熱交換用配管３は、圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）で構成されている。
燃焼炉１０の底部に、通気させつつ、塩素を含むバイオマス燃料である竹チップ２を保持するとともに、焼却灰を落下させる火格子１１が設けられている。図示しない送風機などより送られた空気が吸気口１４から火格子１１の複数の孔１１ａを介して燃焼炉１０内に供給される。
燃焼炉１０には、竹チップ２を供給するための投入口１２ａが設けられ、この投入口１２ａは竹チップ２を供給する以外は蓋１２により閉塞される。
火格子１１上に保持された竹チップ２を図示しない着火装置を用いて着火し、竹チップ２を燃焼させる。燃焼により生じた焼却灰は、孔１１ａより落下される。
燃焼炉１０の上部には、熱交換用配管３が設けられ、竹チップ２を燃焼させた燃焼排ガスが熱交換用配管３に接触する。この熱交換用配管３には媒体液として媒体油が封入されている。この媒体油が熱交換用配管３を介して燃焼排ガスにより加熱される。燃焼炉１０の外部に延びる熱交換用配管３に加熱された熱媒油が流出され、燃焼炉１０内には、外部の熱交換用配管３を介して温度が低下した媒体油が流入される。このように、熱交換用配管３内で媒体油が循環され熱搬送される。
熱交換用配管３の上部には排気管１３が設けられ、この排気管１３から燃焼排ガスが排気される。
燃焼炉１０の外部に延びる熱交換用配管３には流出側温度検出装置３１が設けられ、流出される媒体油の温度を検出する。燃焼炉１０内に媒体油を流入させる熱交換用配管３には、熱交換器１内の熱交換用配管３内の媒体油の温度を調節する温度調節装置３２が設けられている。
この実施形態においては、温度調節装置３２は、流入される媒体油の温度を検出する流入側温度検出装置３２ａと燃焼炉１０内の熱交換用配管３へ流入される媒体油の流量を調整する流量調整装置３２ｂとを備える。流量調整装置３２ｂは、バルブで構成され、バルブの開度を調整することで、流入される媒体油の量を調整する。
温度調節装置３２は、流出側温度検出装置３１の出力に応じて媒体油の流量を調整するものであり、この実施形態では、流出側温度検出装置３１の出力と流入側温度検出装置３２ａの出力により、流出される媒体油の温度と流入される媒体油の温度の差に応じて、流量調整装置３２ｂを制御して流入される媒体油の流量を調整し、流出される媒体油の温度を所定の温度になるように制御する。
流出側温度検出装置３１の出力が所定温度よりも低く、流出側温度検出装置３１の出力と流入側温度検出装置３２ａの出力の差が大きい場合には、流入される媒体油が少なくなるように、流量調整装置３２ｂが媒体油の流量を調整する。また、流出側温度検出装置３１の出力が所定温度よりも高い又は所定温度に近い場合で、流出側温度検出装置３１の出力と流入側温度検出装置３２ａの出力の差が小さい場合には、流入される媒体油を多くなるように、流量調整装置３２ｂが媒体油の流量を調整する。このようにして温度調節装置３２は、熱交換器１の熱交換用配管３内の媒体油の温度を所定の温度に調整する。
バイオマス燃料には、竹等のように塩素成分を含むものや、動物由来の材料では硫黄成分を含むものがある。塩素成分、硫黄成分を含む燃料をボイラーで燃焼させた時の熱交換用配管の腐食温度と管壁温度との関係を図２に示す。ここで、熱交換用配管は、圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）である。
図２に示すように、塩酸露点、硫酸露点までの低温では、燃焼により発生した塩素ガスや二硫化硫黄ガスにより生じた塩酸、硫酸による腐食により、管壁温度の上昇に伴い腐食速度が増加する。露点温度を超えると、腐食は、塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸塩の形成による腐食となり、管壁温度が３２０℃までは腐食は殆ど進まない。そして、管壁温度が３２０℃を超えると腐食速度が増加し、管壁温度が５００℃を超えると塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸塩の分解による腐食となり、腐食温度が急激に増加する。
図２から管壁温度が４００℃以下であれば、管壁の腐食はあまり進まないことが分かる。そこで、この発明においては、熱交換用配管３の管壁の温度が塩酸露点以上４００℃以下になるように、温度調節装置３２を制御して、燃焼炉１０へ流入される媒体油の流量を制御し、熱交換器１の熱交換用配管３内の媒体油の温度を塩酸露点以上４００℃以下に制御する。
そして、腐食から考えると露点温度を超えると腐食は進まないことが分かるが、あまりにも低温であると熱交換器１としての効率が悪いので、熱交換用配管３内の媒体油の温度を２５０℃以上４００℃以下、より好ましくは、熱交換用配管３内の媒体油の温度を２５０℃以上３１０℃以下に制御するとよい。このように、熱交換器１の熱交換用配管３内の媒体油の温度を制御することで、熱交換用配管３の腐食を抑制することができ、熱交換用配管３の寿命を延ばすことができるとともに、熱交換器１の効率も良好となる。
尚、図１に示した燃焼装置は、燃焼炉１０の底面に空気の供給を行う火格子１１を設け、底部から燃焼空気を供給しているが、燃焼炉１０の形態はこれに限らず、種々の燃焼炉１０に本発明は適用できる。
また、上記した実施形態においては、塩素を含むバイオマス原料として竹を用いた場合につき説明したが、他の塩素を含むバイオマス原料も本発明は適用できる。
１ ：熱交換器
２ ：竹チップ（塩素を含むバイオマス燃料）
３ ：熱交換用配管
１０ ：燃焼炉
１１ ：火格子
１１ａ ：孔
１２ ：蓋
１２ａ ：投入口
１３ ：排気管
１４ ：吸気口
３１ ：温度検出装置
３２ ：温度調節装置
３２ａ ：温度検出装置
３２ｂ ：流量調整装置
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Claims (4)
- 燃焼炉内に媒体液を循環させる鋼材からなる熱交換用配管が設けられ、前記燃焼炉で塩素を含むバイオマス燃料を燃焼させた燃焼排ガスを前記熱交換用配管に接触させて前記媒体液を加熱する熱交換器であって、
前記熱交換器から流出する側の媒体液温度を検出する流出側温度検出手段と、前記熱交換器へ流入する側に設けられ、前記流出側温度検出手段の検出出力に応じて前記熱交換用配管の媒体液の温度を調整する温度調節手段とを備え、前記温度調節手段により、前記熱交換器内の媒体液の温度を塩酸露点以上４００℃以下に制御することを特徴とする熱交換器。 - 請求項1に記載の熱交換器において、
前記温度調節手段は、前記熱交換器へ流入する側の媒体液温度を検出する流入側温度検出手段と、前記熱交換器へ流入される媒体液の流量を制御する流量制御手段とを備え、前記流出側温度検出手段と流入側温度検出手段との出力に応じて、前記流量制御手段は、熱交換器へ流入される媒体液の流量を制御することを特徴とする熱交換器。 - 請求項１又は２に記載の熱交換器において、前記熱交換器から流出される媒体液の温度を２５０℃以上３１０℃以下に制御することを特徴とする熱交換器。
- 請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記バイオマス燃料は竹材料であることを特徴とする熱交換器。
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