JP2019066079A - Exhaust heat recovery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排熱回収装置に関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus.
近年の環境保全に対する関心の高まりに伴い、例えば、船舶の主機として用いられる2サイクル低速ディーゼル機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(以下、「NOx」という。)を削減する必要性が生じている。NOx削減を図るためには、ディーゼル機関の排気ガスを脱硝触媒に通す方法が一般的に知られている(例えば、特許文献1参照)。ここで、脱硝触媒としては、アンモニアを還元剤として窒素を還元する選択的還元法(SCR法)に基づく触媒が一般的に用いられている。
また、舶用の小容量プラント等における蒸気発生装置として、オイルバーナによる燃焼ガスと主機から排出された排ガスとを煙管を通過させて蒸気を生成するコンポジットボイラが知られている(例えば、特許文献2参照)。
With the growing interest in environmental protection in recent years, for example, it is necessary to reduce nitrogen oxides (hereinafter referred to as "NOx") contained in the exhaust gas emitted from a two-stroke low-speed diesel engine used as a main vessel of a ship. Is occurring. In order to reduce NOx, a method of passing exhaust gas of a diesel engine through a NOx removal catalyst is generally known (see, for example, Patent Document 1). Here, as the NOx removal catalyst, a catalyst based on a selective reduction method (SCR method) in which nitrogen is reduced using ammonia as a reducing agent is generally used.
In addition, as a steam generating device in a small-capacity plant or the like for ships, there is known a composite boiler which generates a steam by passing a flue gas through combustion gas from an oil burner and an exhaust gas discharged from a main machine (for example, Patent Document 2) reference).
舶用のコンポジットボイラあるいはオイルバーナを備えないエコノマイザにおいては、主機から排出される排ガスに含まれる硫酸ミストが煙管に付着し、これがバインダーとなって煤塵が煙管に付着する可能性がある。煤塵が多量に付着して堆積すると、熱交換性能の低下や煙管の腐食や閉塞などの不具合が発生する可能性がある。
特に、主機から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を除去するためにアンモニアを用いる脱硝装置を用いる場合、排ガス中の硫黄酸化物とアンモニアが反応して酸性硫安(硫酸水素アンモニウム:(NH4)HSO4)が発生する。この酸性硫安により煙管への煤塵の堆積が更に促進されると、前述した不具合が特に顕著となる。
In an economizer not equipped with a marine composite boiler or oil burner, there is a possibility that sulfuric acid mist contained in the exhaust gas discharged from the main unit adheres to the smoke pipe, which becomes a binder and dust adheres to the smoke pipe. When a large amount of dust adheres and deposits, problems such as a decrease in heat exchange performance and corrosion or blockage of a smoke pipe may occur.
In particular, when using a NOx removal system using ammonia to remove nitrogen oxides contained in the exhaust gas discharged from the main unit, the sulfur oxides in the exhaust gas and ammonia react with each other to form acidic ammonium sulfate (ammonium hydrogen sulfate: (NH 4 ) HSO 4 ) occurs. When the deposition of soot and dust on the smoke pipe is further promoted by the acid ammonium sulfate, the above-mentioned problems become particularly remarkable.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することが可能な排熱回収装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to suppress the deviation of the concentration of binders and dust adhesion inhibitors flowing into a plurality of exhaust gas smoke pipes, and adhere the dust to the respective exhaust gas smoke pipes and An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery apparatus capable of appropriately preventing deposition.
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の一態様にかかる排熱回収装置は、水が供給される水室を備える容器と、前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、該排ガス導入管に設けられ、前記排ガス導入管に前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、前記噴霧部は、円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、前記ノズル部は、前記先端側開口部が扁平形状であるとともに前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、該先端側開口部の長手方向を水平方向と一致させるとともに前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った前記排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜させて配置される。
The present invention adopts the following means in order to solve the above-mentioned problems.
An exhaust heat recovery apparatus according to an aspect of the present invention includes a container including a water chamber to which water is supplied, a plurality of exhaust gas smoke pipes disposed along the vertical direction in the water chamber and in which exhaust gas flows, and An exhaust gas introduction pipe for guiding the exhaust gas along the vertical direction to an inflow port provided below, and an adhesion preventing agent provided on the exhaust gas introduction pipe for preventing adhesion of dust to the exhaust gas smoke pipe on the exhaust gas introduction pipe The container includes an exhaust gas inlet chamber for guiding the exhaust gas flowing from the exhaust gas introduction pipe to the lower ends of the plurality of exhaust gas smoke pipes, and the spray part is formed in a cylindrical shape Together with a circular tube portion into which a mixture of the anti-adhesion agent and a fluid for spraying the anti-adhesive agent is introduced, and the mixing from the proximal end opening portion connected to the circular pipe portion to the distal end side opening portion Guide the air through the tip opening A nozzle portion for spraying the air-fuel mixture into the exhaust gas introduction pipe; and the nozzle portion has a flat shape at the distal end side opening and is elongated from the proximal end side opening toward the distal end side opening The width of the direction is gradually expanded and the height in the lateral direction is gradually reduced, and the longitudinal direction of the tip side opening is made to coincide with the horizontal direction, and the spray direction of the mixture to the exhaust gas introduction pipe It is disposed to be inclined at a predetermined angle with respect to the flow direction of the exhaust gas along the vertical direction.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置によれば、排ガス導入管から容器の流入口へ導かれた排ガスは、排ガス流入室から複数の排ガス煙管の下端に導かれ、排ガス煙管を流通する際に水室に供給される水を加熱して蒸気を生成する。排ガス導入管には、付着防止剤を噴霧する噴霧部が設けられている。噴霧部が有するノズル部は、先端側開口部が扁平形状であるとともに基端側開口部から先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状となっており、長手方向を水平方向と一致させて配置される。ノズル部が排ガスの流通を妨げるように配置されるため、ノズル部に衝突した排ガスが乱流を形成し、乱流によって付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌が促進される。また、排ガス導入管への混合気の噴霧方向が排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜しているため、付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌が促進される。
このように、本発明の一態様にかかる排熱回収装置によれば、付着防止剤と排ガスとが、良好に混合および攪拌した状態で排ガス流入室から複数の排ガス煙管へ導かれるため、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。
According to the exhaust heat recovery apparatus of one aspect of the present invention, the exhaust gas led from the exhaust gas introduction pipe to the inlet of the container is led from the exhaust gas inflow chamber to the lower ends of the plurality of exhaust gas smoke pipes and flows through the exhaust gas smoke pipe The water supplied to the water chamber is heated to generate steam. The exhaust gas introduction pipe is provided with a spray unit for spraying an antiadhesive agent. The nozzle portion of the spray unit has a flat distal end side opening and the width in the longitudinal direction gradually increases from the proximal end opening toward the distal end side opening and the height in the lateral direction gradually decreases It has a shape and is disposed with its longitudinal direction aligned with the horizontal direction. Since the nozzle portion is disposed to prevent the flow of the exhaust gas, the exhaust gas that collides with the nozzle portion forms a turbulent flow, and the turbulent flow promotes mixing and stirring of the antiadhesive agent and the exhaust gas. Further, since the spray direction of the mixture to the exhaust gas introduction pipe is inclined at a predetermined angle with respect to the flow direction of the exhaust gas, mixing and stirring of the antiadhesive agent and the exhaust gas are promoted.
As described above, according to the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the adhesion preventing agent and the exhaust gas are guided from the exhaust gas inflow chamber to the plurality of exhaust gas smoke pipes in a state of being well mixed and stirred. It is possible to suppress the deviation of the concentration of the binder and the dust adhesion inhibitor flowing into the exhaust gas smoke pipe, and appropriately prevent the adhesion and accumulation of the dust on each exhaust gas smoke pipe.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記所定角度は、0度より大きくかつ135度以下の角度に設定されていてもよい。
混合気の噴霧方向の排ガスの流通方向に対する傾斜角度を0度より大きくかつ135度以下の角度に設定することで、付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌を適切に促進することができる。
In the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the predetermined angle may be set to an angle that is greater than 0 degrees and not more than 135 degrees.
The mixing and stirring of the antiadhesion agent and the exhaust gas can be appropriately promoted by setting the inclination angle with respect to the flow direction of the exhaust gas in the spray direction of the mixture to an angle larger than 0 degree and 135 degrees or less.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記ノズル部は、前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が一定の変化率で漸次拡大する形状であり、該形状の中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定されていてもよい。
ノズル部を中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定された形状とすることにより、排ガスの流通を妨げて乱流を発生させ、乱流によって付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌を適切に促進することができる。
In the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the nozzle portion has a shape in which the width in the longitudinal direction is gradually expanded at a constant change rate from the proximal end opening toward the distal end opening. The central angle of the shape may be set to an angle of 30 degrees or more and 120 degrees or less.
By making the nozzle part in a shape set to a central angle of not less than 30 degrees and not more than 120 degrees, the circulation of the exhaust gas is impeded to generate turbulent flow, and mixing and stirring of the antiadhesive agent and the exhaust gas by turbulent flow Can be properly promoted.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置は、水が供給される水室を備える容器と、前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、該排ガス導入管に設けられ、前記排ガスに前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、前記噴霧部は、円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、前記ノズル部は、前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向から所定角度傾斜させて配置される。 An exhaust heat recovery apparatus according to an aspect of the present invention includes a container including a water chamber to which water is supplied, a plurality of exhaust gas smoke pipes disposed along the vertical direction in the water chamber and in which exhaust gas flows, and An exhaust gas introduction pipe for guiding the exhaust gas along the vertical direction to an inflow port provided below, and an anti-adhesion agent provided on the exhaust gas introduction pipe, for preventing the adhesion of soot and dust to the exhaust gas smoke pipe A spray unit, the container having an exhaust gas inflow chamber for guiding the exhaust gas flowing from the exhaust gas introduction pipe to lower ends of the plurality of exhaust gas smoke pipes, the spray section being formed in a cylindrical shape A circular tube into which a mixture of an antiadhesive agent and a fluid for spraying the antiadhesive agent is introduced, and the mixture to the distal side opening from the proximal end opening connected to the cylindrical portion Guiding the exhaust gas from the distal end opening It has a nozzle unit for spraying the mixture into inlet tube, wherein the nozzle unit is arranged to spray direction of the air-fuel mixture into the exhaust gas inlet pipe from the vertical direction by a predetermined angle inclined.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置によれば、排ガス導入管への混合気の噴霧方向が排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜しているため、付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。そのため、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。 According to the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, since the spray direction of the mixture to the exhaust gas introduction pipe is inclined at a predetermined angle with respect to the flow direction of the exhaust gas, stirring of the antiadhesive agent and the exhaust gas and Diffusion is promoted. Therefore, it is possible to suppress the deviation of the concentration of the binder and the dust adhesion prevention agent flowing into the plurality of exhaust gas smoke pipes, and appropriately prevent the adhesion and the accumulation of the dust to the respective exhaust gas smoke pipes.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記排ガス導入管は、該排ガス導入管の中心軸が前記容器の中心軸からずらされた状態で配置されており、前記複数の排ガス煙管は、前記排ガス導入管の上方領域を除く他の領域に配置されており、前記先端側開口部は、前記容器の中心軸に対して前記排ガス導入管の中心軸よりも離間した位置に配置されてもよい。
ノズル部の先端側開口部が、容器の中心軸に対して排ガス導入管の中心軸よりも離間した位置に配置されため、排ガス導入管から排ガス流入室へ導入される付着防止剤は、排ガス導入管の上方領域であって排ガス煙管が配置される領域から十分に離間した領域に流入する。また、付着防止剤は、排ガス流入室へ流入してから排ガス煙管の下端へ導かれるまでに十分な距離を流通するため、流通する際に更に排ガスとの攪拌および拡散が促進される。
In the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the exhaust gas introduction pipe is disposed with the central axis of the exhaust gas introduction pipe offset from the central axis of the container, and the plurality of exhaust gas smoke pipes are It is arrange | positioned in the other area | region except the upper area | region of the said waste gas introduction pipe | tube, The said front end side opening part is arrange | positioned rather than the central axis of the said waste gas introduction pipe with respect to the central axis of the said container. Good.
Since the tip end side opening of the nozzle portion is disposed at a position spaced apart from the central axis of the exhaust gas introduction pipe with respect to the central axis of the container, the adhesion preventing agent introduced from the exhaust gas introduction pipe into the exhaust gas inflow chamber It flows into the upper region of the tube, which is sufficiently spaced from the region in which the flue gas tube is arranged. Further, since the anti-adhesion agent circulates a sufficient distance after flowing into the exhaust gas inflow chamber and before being led to the lower end of the exhaust gas smoke pipe, stirring and diffusion with the exhaust gas are further promoted when circulating.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記ノズル部は、前記先端側開口部が扁平形状であるとともに前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、該先端側開口部の長手方向を水平方向と一致させて配置されていてもよい。
扁平形状の先端開口部を備えるノズル部が排ガスの流通を妨げるように配置されるため、ノズル部に衝突した排ガスが乱流を形成し、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。
In the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the nozzle portion has a flat shape at the distal end side and a longitudinal width gradually from the proximal end toward the distal side opening. The shape may be enlarged so that the height in the lateral direction gradually decreases, and the longitudinal direction of the distal end side opening may be arranged to coincide with the horizontal direction.
Since the nozzle portion having the flat-shaped tip opening portion is disposed to prevent the flow of the exhaust gas, the exhaust gas that collides with the nozzle portion forms a turbulent flow, and the turbulent flow causes stirring and diffusion of the antiadhesive agent and the exhaust gas. Promoted.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記ノズル部は、前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が一定の変化率で漸次拡大する形状であり、該形状の中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定されていてもよい。
ノズル部を中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定された形状とすることにより、排ガスの流通を妨げて乱流を発生させ、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散を適切に促進することができる。
In the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the nozzle portion has a shape in which the width in the longitudinal direction is gradually expanded at a constant change rate from the proximal end opening toward the distal end opening. The central angle of the shape may be set to an angle of 30 degrees or more and 120 degrees or less.
By setting the nozzle portion to a shape set to have a central angle of 30 degrees or more and 120 degrees or less, the flow of exhaust gas is impeded to generate turbulent flow, and agitation and diffusion of the antiadhesive agent and the exhaust gas by turbulent flow Can be properly promoted.
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記排ガスは、硫黄酸化物とアンモニアを含み、前記煤塵は、前記硫黄酸化物と前記アンモニアとの反応により生成された硫酸水素アンモニウムを含むものであってよい。
酸性硫安により煙管への煤塵の堆積が更に促進される環境において、複数の排ガス煙管に流入する付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。
In the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the exhaust gas includes sulfur oxide and ammonia, and the soot and dust includes ammonium hydrogen sulfate generated by the reaction of the sulfur oxide and the ammonia. May be there.
In an environment where deposition of soot and dust on the smoke pipe is further promoted by acid ammonium sulfate, the concentration of the anti-adhesion agent flowing into the plurality of flue gas smoke pipes is suppressed, and adhesion and deposition of soot and dust on each flue gas smoke pipe is appropriately prevented. can do.
本発明によれば、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することが可能な排熱回収装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the bias of the concentration of the binder and the dust adhesion inhibitor flowing into the plurality of exhaust gas smoke pipes, and to appropriately prevent the adhesion and deposition of the dust onto the respective exhaust gas smoke pipes. A collection device can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る船舶について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る船舶1の概略構成を示す図である。図2は、本実施形態に係る船舶1が備える排熱回収システム30の概略構成を示す図である。図1および図2に示すように、本実施形態に係る船舶1は、舶用内燃機関10と、脱硝装置20と、排熱回収システム30と、開閉弁40,50,60と、を備える。
Hereinafter, a ship according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a
舶用内燃機関10は、例えば、シリンダ部(図示略)と、排気レシーバー(排気マニホールド)11と、過給機12とを備え、船舶1の主機として用いられる2サイクル低速ディーゼル機関である。各シリンダ部内には、クランク軸(図示略)と連結されたピストン(図示略)が配置されている。また、各シリンダ部の排気ポート(図示せず)は、排気管(図示略)を介して排気レシーバー11と接続されており、各排気管におけるシリンダに対する開口部には、開口部を開閉する排気弁13が配置されている。
The marine
脱硝装置20は、還元剤貯蔵タンク21と、還元剤供給装置22と、還元剤噴射ノズル23と、脱硝反応器24と、バーナー部25と、制御装置26と、を備える。
還元剤貯蔵タンク21には、還元剤(本実施形態ではアンモニア水または尿素水)が貯蔵されている。また、還元剤貯蔵タンク21と還元剤供給装置22とは、還元剤供給管L1を介して接続されており、必要に応じて還元剤貯蔵タンク21から還元剤供給装置22に還元剤が供給される。
The
The reducing
還元剤噴射ノズル23は、過給機12と脱硝反応器24とを接続する煙道L2内に設けられている。また、還元剤噴射ノズル23と還元剤供給装置22とは、還元剤供給管L3を介して接続されており、必要に応じて還元剤供給装置22から還元剤が供給される。そして、還元剤噴射ノズル23から煙道L2内に向かって、霧状の還元剤が噴霧される。
The reducing
バーナー部25が設けられている位置よりも上流側の煙道L2には、過給機12を通過した排ガスを排熱回収システム30へバイパスさせる枝管L4が接続されている。そのため、脱硝反応器24に不調が生じた場合や窒素酸化物の排出規制が緩和される海域においては、脱硝反応器24を用いずに船舶1を運航することが可能である。
A branch pipe L4 for bypassing the exhaust gas having passed through the
さらに、煙道L2と枝管L4との分岐部よりも下流側かつバーナー部25よりも上流側に位置する煙道L2内には、制御装置26により開閉状態が切り替えられる開閉弁40が設けられている。また、煙道L2と枝管L4との分岐部よりも下流側に位置する枝管L4内には、制御装置26により開閉状態が切り替えられる開閉弁50が設けられている。
Further, in the flue L2 located downstream of the branch portion between the flue L2 and the branch pipe L4 and upstream of the
脱硝反応器24の内部には、例えば、外観が直方体形状を呈するとともに、ハニカム構造を有する触媒24aが複数個設けられている。触媒24aの中を排ガスが通過する際に、排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)が窒素と水に分解され、排ガス中のNOxが除去される。そして、NOxが除去された排ガスは、脱硝反応器24と排熱回収システム30とを接続する煙道L5を介して排熱回収システム30に導かれる。なお、煙道L5内には、制御装置26により開閉状態が切り替えられる開閉弁60が設けられている。
Inside the
次に、本実施形態の船舶1が備える排熱回収システム30について説明する。
図2に示すように、排熱回収システム30は、舶用内燃機関10から排出された排ガスの排熱を回収する装置である。排熱回収システム30は、コンポジットボイラ(排熱回収装置)100と、排ガス流路31と、給水流路32と、ヒータ33と、大気圧ドレンタンク34と、給水ポンプ35と、を備えている。
Next, the exhaust
As shown in FIG. 2, the exhaust
コンポジットボイラ100は、高温の排ガスと水とを熱交換させて蒸気を生成する装置である。コンポジットボイラ100には、煙道L5から排ガス流路31を介して高温の排ガスが導かれる。また、コンポジットボイラ100には、給水ポンプ35によって大気圧ドレンタンク34から水が給水流路32を介して導かれる。コンポジットボイラ100に送り込まれた水は、排ガスとの熱交換によって蒸発し、発生した蒸気がヒータ33に送出される。ヒータ33は、船舶1内の各種の機器(油加熱器、タンク加熱器等)の熱源として用いられる。ヒータ33で熱源として用いられた蒸気は、大気圧ドレンタンク34に回収される。
The
次に、本実施形態の排熱回収システム30が備えるコンポジットボイラ100について説明する。
本実施形態のコンポジットボイラ100は、主機の排ガスのみを利用するエコノマイザに加え、バーナーで燃料油を焚いて雑用飽和蒸気をつくる補助ボイラとしての機能も持つ。コンポジットボイラ100は、停泊中は燃料油を焚いて蒸気をつくる補助ボイラとして、航海中は主機の排ガスを利用する排ガスエコノマイザとして別々に使用できる。また、主機の減速などにより排ガスの熱による蒸気だけで船内必要蒸気量を賄えない場合は、燃料油の追い焚きを行う事で不足する蒸気を補う。 図3に示すように、コンポジットボイラ100は、容器110と、複数の排ガス煙管120と、複数の燃焼ガス煙管130と、火炉140と、排ガス導入管150と、噴霧部160と、排ガス排出管170と、燃焼ガス排出管180とを備える。
Next, the
The
容器110は、水Wtが供給される水室111と、排ガス導入管150から排ガスが導入される流入口112と、流入口112から導入された排ガスが供給される排ガス流入室113と、排ガス煙管120の上端と連通する排ガス流出室114と、燃焼ガス煙管130の上端と連通する燃焼ガス流出室115とを備える。
The
排ガス煙管120は、水室111に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガス流入室113に連通した下端から流入する排ガスが流れる管体である。排ガス煙管120の下端から流入した排ガスは、上端から排ガス流出室114へ排出される。排ガス流出室114へ導かれた排ガスは、排ガス排出管170から船舶1の外部へ放出される。
The exhaust
燃焼ガス煙管130は、水室111に鉛直方向に沿って配置されるとともに燃焼室142に連通した下端から流入する燃焼ガスが流れる管体である。燃焼ガス煙管130の下端から流入した燃焼ガスは、上端から燃焼ガス流出室115へ排出される。燃焼ガス流出室115へ導かれた燃焼ガスは、燃焼ガス排出管180から船舶1の外部へ放出される。
The combustion
火炉140は、燃焼バーナー141と、燃焼バーナー141により燃料が燃焼される燃焼室142とを備える。燃焼室142で生成された燃料ガスは、燃焼ガス煙管130の下端へ導かれる。
The
排ガス導入管150は、容器110の下方に設けられた流入口112へ鉛直方向に沿って排ガスを導く管体である。流入口112から排ガスが流入する排ガス流入室113は、排ガス導入管150から流入する排ガスを複数の排ガス煙管120の下端へ導く空間である。
The exhaust
なお、排ガス導入管150を流通する排ガスには、脱硝装置20で還元剤として用いられたアンモニア水または尿素水から生成されたアンモニアが含まれている。また、排ガスには、二酸化硫黄と三酸化硫黄を含む硫黄酸化物が含まれている。また、排ガスに含まれる煤塵には、三酸化硫黄とアンモニアが反応して生成された酸性硫安(硫酸水素アンモニウム:(NH4)HSO4)が含まれている。
The exhaust gas flowing through the exhaust
噴霧部160は、排ガス導入管150に設けられ、排ガス導入管150に排ガス煙管120への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧するものである。図4および図5に示すように、噴霧部160は、円管部161と、ノズル部162とを備える。
付着防止剤としては、例えば、水酸化マグネシウムを主成分とした微小粒径(例えば、0.1μm以上かつ10μm以下)の粉粒体を用いることができる。
The
As the anti-adhesion agent, for example, powder particles having a minute particle diameter (for example, 0.1 μm or more and 10 μm or less) containing magnesium hydroxide as a main component can be used.
円管部161は、軸線X3に沿って延びる円筒状に形成される管体である。円管部161には、付着防止剤と付着防止剤を噴霧するための圧縮空気との混合気が供給源(図示略)から導入される。圧縮空気の圧力は、排ガス導入管150を流通する排ガスよりも十分に高い圧力(例えば、1bar以上かつ9bar以下)であるものとする。図4および図5に示すように、円管部161は排ガス導入管150を貫通した状態で配置される。
The
ノズル部162は、円管部161に連結される基端側開口部162aから先端側開口部162bへ混合気を導いて先端側開口部162bから排ガス導入管150へ混合気を噴霧する。図6に示すように、先端側開口部162bは扁平形状となっており、長手方向の幅Wが短手方向の高さに対して長くなっている。図4および図5に示すように、ノズル部162は、基端側開口部162aから先端側開口部162bへ向けて長手方向の幅Wが漸次拡大して短手方向の高さHが漸次縮小する形状となっている。
ノズル部162の軸線X3に直交する平面における断面積は、基端側開口部162aから先端側開口部162bに至るまでのいずれの位置においても、同じ断面積とするのが望ましい。このようにすることで、混合気がノズル部162を通過する際の圧力損失を低減することができる。
The
The cross-sectional area of the
より具体的には、ノズル部162は、基端側開口部162aから先端側開口部162bへ向けて長手方向の幅Wが一定の変化率で漸次拡大する三角形状となっている。三角形状の中心角αは、30度以上かつ120度以下の角度に設定するものとする。また、三角形状の中心角αは、45度以上かつ90度以下の角度に設定するのが望ましい。
More specifically, the
また、ノズル部162は、先端側開口部162bの長手方向を水平方向と一致させるとともに排ガス導入管150への混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った排ガスの流通方向に対して所定角度βだけ傾斜させて配置される。なお、排ガスの流通方向は、排ガス導入管150の中心軸である軸線X1に沿った下方から上方へ向けた方向となっている。
Further, the
ここで、所定角度βは、0度より大きくかつ135度以下の角度に設定するものとする。また、所定角度βは、15度以上かつ90度以下の角度に設定するのが望ましい。所定角度βを90度以下としているのは、所定角度を90度よりも大きくするとノズル部162から噴霧される付着防止剤を含む混合気が排ガスの流通方向と逆方向の速度成分を有するものとなり、排ガスの流れによって混合気の噴霧が妨げられる可能性があるからである。
Here, the predetermined angle β is set to an angle larger than 0 degree and equal to or less than 135 degrees. Further, it is desirable to set the predetermined angle β to an angle of 15 degrees or more and 90 degrees or less. The reason why the predetermined angle β is 90 degrees or less is that if the predetermined angle is larger than 90 degrees, the mixture containing the anti-adhesion agent sprayed from the
次に、図7を参照して、水室111に配置される複数の排ガス煙管120が配置される領域と排ガス導入管150が配置される領域との関係について説明する。図7は、図3に示すコンポジットボイラのIII-III矢視断面図である。図7において、破線で示す領域は、下方に排ガス導入管150が配置される領域を示している。また、図7において、軸線X1は円筒状に形成される排ガス導入管150の中心軸を示し、軸線X2は円筒状に形成される容器110の中心軸を示す。
Next, with reference to FIG. 7, the relationship between the area where the plurality of exhaust
図7に示すように、排ガス導入管150の中心軸である軸線X1は、容器110の中心軸である軸線X2からずらされた状態で配置されている。そして、複数の排ガス煙管120は、排ガス導入管150の上方領域(図7に破線で示す円に囲まれた領域)を除く他の領域に配置されている。また、図4および図5に示すように、ノズル部162の先端側開口部162bは、容器110の中心軸である軸線X2に対して排ガス導入管150の中心軸である軸線X1よりも離間した位置に配置されている。なお、先端側開口部162bが配置される位置は、軸線X2に対して軸線X1よりも離間した位置であればいずれの位置であってもよい。また、ノズル部162の先端側開口部162bが配置される位置は、軸線X1と一致していなければ、他の任意の位置であってもよい。
As shown in FIG. 7, the axis X1 which is the central axis of the exhaust
図5においては、噴霧部160の円管部161を、軸線X2に対して軸線X1よりも離間した位置において、排ガス導入管150の内壁を貫通させている。この場合、排ガス導入管150の内径をDとした場合、噴霧部160が貫通する位置における排ガス導入管150の内壁からノズル部162の先端側開口部162bまでの距離をD/2より小さくする。D/2より小さくしているのは、先端側開口部162bが配置される位置を、軸線X2に対して軸線X1よりも離間した位置とするためである。
In FIG. 5, the inner wall of the exhaust
なお、図5に替えて、図8に示す変形例としてもよい。図8に示す変形例は、噴霧部160Aの円管部161を、軸線X2に対して軸線X1よりも近接した位置において、排ガス導入管150の内壁を貫通させている。この場合、排ガス導入管150の内径をDとした場合、噴霧部160が貫通する位置における排ガス導入管150の内壁からノズル部162の先端側開口部162bまでの距離をD/2より大きくする。D/2より大きくしているのは、先端側開口部162bが配置される位置を、軸線X2に対して軸線X1よりも離間した位置とするためである。
Note that, instead of FIG. 5, a modification shown in FIG. 8 may be used. In the modification shown in FIG. 8, the inner wall of the exhaust
以上説明した本実施形態のコンポジットボイラ100が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のコンポジットボイラ100によれば、排ガス導入管150から容器110の流入口112へ導かれた排ガスは、排ガス流入室113から複数の排ガス煙管120の下端に導かれ、排ガス煙管120を流通する際に水室111に供給される水を加熱して蒸気を生成する。排ガス導入管150には、付着防止剤を噴霧する噴霧部160が設けられている。噴霧部160が有するノズル部162は、先端側開口部162bが扁平形状であるとともに基端側開口部162aから先端側開口部162bへ向けて長手方向の幅Wが漸次拡大して短手方向の高さHが漸次縮小する形状となっており、長手方向を水平方向と一致させて配置される。ノズル部162が排ガスの流通を妨げるように配置されるため、ノズル部162に衝突した排ガスが乱流を形成し、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。また、排ガス導入管150への混合気の噴霧方向が排ガスの流通方向に対して所定角度β傾斜しているため、付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。
The operation and effect of the
According to the
このように、本実施形態のコンポジットボイラ100によれば、付着防止剤と排ガスとが、良好に攪拌および拡散した状態で排ガス流入室113から複数の排ガス煙管120へ導かれるため、複数の排ガス煙管120に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管120への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。
Thus, according to the
なお、三角形状の中心角αを90度とし、排ガスの流通方向に対する混合気の噴霧方向の傾斜角度(所定角度β)を90度とした場合、一例として、排ガス流入室113における付着防止剤の濃度分布の標準偏差が10%向上し、排ガス流入室113内での付着防止材の濃度の偏りが少なくなった。
When the triangular central angle α is 90 degrees and the inclination angle (predetermined angle β) of the spray direction of the mixture with respect to the flow direction of exhaust gas is 90 degrees, the adhesion preventing agent in the exhaust
本実施形態のコンポジットボイラ100において、所定角度βは、0度より大きくかつ135度以下の角度に設定されている。より好ましくは、15度以上かつ90度以下である。
混合気の噴霧方向の排ガスの流通方向に対する傾斜角度を0度より大きくかつ135度以下の角度に設定することで、付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散を適切に促進することができる。
In the
Stirring and diffusion of the anti-adhesion agent and the exhaust gas can be appropriately promoted by setting the inclination angle with respect to the flow direction of the exhaust gas in the spray direction of the mixture to an angle larger than 0 degree and 135 degrees or less.
本実施形態のコンポジットボイラ100において、ノズル部162は、基端側開口部162aから先端側開口部162bへ向けて長手方向の幅Wが一定の変化率で漸次拡大する三角形状であり、三角形状の中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定されている。
ノズル部162を中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定された三角形状とすることにより、排ガスの流通を妨げて乱流を発生させ、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散を適切に促進することができる。
In the
By forming the
本実施形態のコンポジットボイラ100によれば、ノズル部162の先端側開口部162bが、容器110の軸線X2に対して排ガス導入管150の軸線X1よりも離間した位置に配置される。そのため、排ガス導入管150から排ガス流入室113へ導入される付着防止剤は、排ガス導入管150の上方領域であって排ガス煙管120が配置される領域から十分に離間した領域に流入し、火炉140の下側の壁面に衝突する。壁面に衝突した付着防止剤を含む混合気は、図7に矢印で示すように容器110の内周面に沿って排ガス煙管120が配置される領域に回り込むように流れる。その結果、付着防止剤は、排ガス流入室へ流入してから排ガス煙管120の下端へ導かれるまでに十分な距離を流通し、排ガスとの攪拌および拡散が促進される。そして、複数の排ガス煙管120に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りが防止される。
According to the
以上の説明においては、高温の排ガスと水とを熱交換させて蒸気を生成する排熱回収装置として、排ガス煙管120と燃焼ガス煙管130の双方を備えるコンポジットボイラ100を適用する例を説明したが、他の排熱回収装置であってもよい。例えば、燃焼ガス煙管を備えず、高温の排ガスのみを熱源として蒸気を生成する排ガスエコノマイザを適用してもよい。
In the above description, an example of applying the
1 船舶
10 舶用内燃機関
20 脱硝装置
30 排熱回収システム
100 コンポジットボイラ(排熱回収装置)
110 容器
111 水室
112 流入口
113 排ガス流入室
114 排ガス流出室
115 燃焼ガス流出室
120 排ガス煙管
130 燃焼ガス煙管
140 火炉
141 燃焼バーナー
142 燃焼室
150 排ガス導入管
160 噴霧部
161 円管部
162 ノズル部
162a 基端側開口部
162b 先端側開口部
170 排ガス排出管
180 燃焼ガス排出管
1
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、
前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、
該排ガス導入管に設けられ、前記排ガス導入管に前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、
前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、
前記噴霧部は、
円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、
前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、
前記ノズル部は、
前記先端側開口部が扁平形状であるとともに前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、
該先端側開口部の長手方向を水平方向と一致させるとともに前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った前記排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜させて配置される排熱回収装置。 A container comprising a water chamber to which water is supplied;
A plurality of exhaust gas smoke pipes which are disposed along the vertical direction in the water chamber and through which the exhaust gas flows;
An exhaust gas introduction pipe for guiding the exhaust gas along a vertical direction to an inlet provided below the container;
A spray unit provided on the exhaust gas introduction pipe and spraying an anti-adhesion agent on the exhaust gas introduction pipe for preventing adhesion of dust to the exhaust gas smoke pipe;
The container has an exhaust gas inflow chamber for guiding the exhaust gas flowing from the exhaust gas introduction pipe to lower ends of the plurality of exhaust gas smoke pipes,
The spray unit is
A circular tube portion formed in a cylindrical shape and into which a mixture of the anti-adhesion agent and a fluid for spraying the anti-adhesion agent is introduced;
A nozzle unit for guiding the mixed gas from the proximal end opening connected to the circular pipe portion to the distal end opening and spraying the mixed gas from the distal end opening to the exhaust gas introduction pipe;
The nozzle unit is
The distal end side opening has a flat shape, and the width in the longitudinal direction gradually increases from the proximal end side opening toward the distal end side opening, and the height in the lateral direction gradually decreases.
Exhaust which is disposed so that the longitudinal direction of the tip end opening coincides with the horizontal direction, and the spray direction of the mixture to the exhaust gas introduction pipe is inclined at a predetermined angle with respect to the flow direction of the exhaust gas along the vertical direction. Heat recovery equipment.
該形状の中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定されている請求項1に記載の排熱回収装置。 The nozzle portion has a shape in which the width in the longitudinal direction gradually expands from the proximal end opening toward the distal end opening at a constant change rate,
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein a central angle of the shape is set to an angle of 30 degrees or more and 120 degrees or less.
前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、
前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、
該排ガス導入管に設けられ、前記排ガスに前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、
前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、
前記噴霧部は、
円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、
前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、
前記ノズル部は、前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った前記排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜させて配置される排熱回収装置。 A container comprising a water chamber to which water is supplied;
A plurality of exhaust gas smoke pipes which are disposed along the vertical direction in the water chamber and through which the exhaust gas flows;
An exhaust gas introduction pipe for guiding the exhaust gas along a vertical direction to an inlet provided below the container;
A spray unit provided on the exhaust gas introduction pipe and spraying an anti-adhesion agent to the exhaust gas to prevent adhesion of dust to the exhaust gas smoke pipe;
The container has an exhaust gas inflow chamber for guiding the exhaust gas flowing from the exhaust gas introduction pipe to lower ends of the plurality of exhaust gas smoke pipes,
The spray unit is
A circular tube portion formed in a cylindrical shape and into which a mixture of the anti-adhesion agent and a fluid for spraying the anti-adhesion agent is introduced;
A nozzle unit for guiding the mixed gas from the proximal end opening connected to the circular pipe portion to the distal end opening and spraying the mixed gas from the distal end opening to the exhaust gas introduction pipe;
The said nozzle part is a waste heat recovery apparatus arrange | positioned by making predetermined angle inclination with respect to the distribution direction of the said waste gas along the perpendicular direction for the spraying direction of the said air-fuel | gaseous mixture to the said waste gas introduction pipe.
前記複数の排ガス煙管は、前記排ガス導入管の上方領域を除く他の領域に配置されており、
前記先端側開口部は、前記容器の中心軸に対して前記排ガス導入管の中心軸よりも離間した位置に配置される請求項4に記載の排熱回収装置。 The exhaust gas introduction pipe is disposed with the central axis of the exhaust gas introduction pipe offset from the central axis of the container,
The plurality of exhaust gas smoke pipes are disposed in the other area except the upper area of the exhaust gas introduction pipe,
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 4, wherein the tip end side opening portion is disposed at a position spaced apart from a central axis of the container with respect to a central axis of the exhaust gas introduction pipe.
該形状の中心角が30度以上かつ120度以下の角度に設定されている請求項4に記載の排熱回収装置。 The nozzle portion has a shape in which the width in the longitudinal direction gradually expands from the proximal end opening toward the distal end opening at a constant change rate,
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 4, wherein a central angle of the shape is set to an angle of 30 degrees or more and 120 degrees or less.
前記煤塵は、前記硫黄酸化物と前記アンモニアとの反応により生成された硫酸水素アンモニウムを含む請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の排熱回収装置。 The exhaust gas contains sulfur oxide and ammonia,
The exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the soot and dust includes ammonium hydrogen sulfate generated by the reaction of the sulfur oxide and the ammonia.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017190363A JP2019066079A (en) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | Exhaust heat recovery system |
Applications Claiming Priority (1)
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