JP2659720B2 - 排ガス熱交換装置 - Google Patents

排ガス熱交換装置

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガス
タービン等の原動機で発生する排ガスの熱回収とともに
NOx（窒素酸化物）を低減する排ガス熱交換装置に関す
るものである。
（従来の技術） 発電用原動機におけるコジェネレーション脱硝系統に
ついて従来例を説明すると、第４図，第５図および第６
図に示すコジェネレーションシステムに大別でき、第４
図に示すコジェネレーションシステムは、原動機（ａ）
（ディーゼルエンジンの場合）の排ガス温度が約450℃
以下の場合に適用され、発電機を駆動する原動機（ａ）
の排気管路（l1）に脱硝装置（ｂ）を連設し、該脱硝装
置（ｂ）は、アンモニア（NH3）が注入され触媒を用い
て排ガスのNOx（窒素酸化物）を還元して低減する構造
になっており、脱硝装置（ｂ）により処理された高温の
排ガスが、排気管路（l2）を経て排ガス熱交換器（ｃ）
で熱回収されたのち出口配管（l3）、煙突（ｄ）を経て
大気へ放出される。
第５図に示すコジェネレーションシステムは、原動機
（ａ）の排ガス温度が小型適速ディーゼルエンジンのよ
うに500℃程度の場合に適用され、第４図に示す前記シ
ステムに比べると原動機（ａ）の排気管路（l1）に排ガ
ス熱交換器（ｃ）を連設し、該排ガス熱交換器（ｃ）の
排気管路（l2）に脱硝装置（ｂ）を連設して、原動機
（ａ）で発生する排ガスの温度を排ガス熱交換器（ｃ）
で熱交換して冷却したのち、低温の排ガスを脱硝装置
（ｂ）に供給して脱硝装置（ｂ）の触媒に適用可能な排
ガス温度以下に保持する構造になっている。
第６図に示すコジェネレーションシステムは、第５図
に示す前記システムに比べると脱硝装置（ｂ）の排気管
路（l3）にさらに第２の排ガス熱交換器（ｃ）を連設し
て、脱硝装置（ｂ）上流側の排ガス熱交換器（ｃ）によ
る熱回収後の排ガス温度の低下不足を後流側の排ガス熱
交換器（ｃ）の熱回収によって補う構造になっている。
前記各脱硝装置（ｂ）は、アンモニアを注入し触媒を
用いて排ガス中のNOxを還元する構造になっており、該
触媒の動作温度は、触媒性能劣化防止の面からSO3濃度
の関数として与えられ、上、下限耐熱温度を有し、 4NO＋4NH3＋O2→4N＋6H2O 2NO2＋8NH3＋4O2→5N2＋12H2O の還元反応となりNOx（窒素酸化物）が低減される。ま
た、前記各排ガス熱交換装置（ｃ）は、給水（冷媒）と
排ガスの熱交換により同排ガスが冷却され、同給水が温
水または蒸気となって種々の用途に適用される熱回収機
構になっている。図中（a1）は空気供給管、（a2）は燃
料供給管、（C1）は給水（冷媒）の入口管、（C2）は給
水（冷媒）の出口管である。
（発明が解決しようとする問題点） 従来の前記コジェネレーション脱硝系統において、第
４図のコジェネレーションシステムでは、原動機の排ガ
ス温度が約450℃を越えて、脱硝装置における触媒の上
限耐熱温度を越えると適用できないなどの問題点があ
り、第５図のコジェネレーションシステムでは、脱硝装
置における触媒の下限耐熱温度によって排ガス熱交換器
における排ガスの温度低下が制約され、排ガス熱交換器
により排ガスを十分に低下できず排ガスのバイパスが必
要になって熱回収効率が悪いなどの問題点がある。第６
図に示すコジェネレーションシステムは、本発明と同様
な熱回収パターンになっているが、脱硝装置の上流側と
下流側に排ガス熱交換器を連設した構造になっているた
め、大幅な機構複雑化、装置大型化とともにコスト高に
なっており設置スペースの確保が困難になっているなど
の問題点がある。
（問題点の解決手段） 本発明は、前記のような問題点に対処するために開発
された排ガス熱交換装置であって、原動機の排ガスを冷
媒により熱交換する排ガス熱交換器本体の２つに仕切ら
れた熱交換部と接続する側部ケース内に中間ベンド部を
設け、該中間ベンド部内に脱硝装置のNOx低減用触媒を
配設して、排ガス熱交換器内に前記脱硝装置を組込んだ
構成により、排ガス熱交換器のケース内に設けた中間ベ
ンド部に脱硝装置のNOx低減用触媒を配設して、大幅に
機構を簡素化、装置を小型化、コンパクト化してコスト
を節減するとともに設置スペースを小さくして据付配置
の自由性を有し、脱硝装置の触媒によるNOx低減効率、
作動信頼性とともに排ガスの熱回収効率を向上させてい
る。
（作用） 原動機の排ガスは、排ガス熱交換器の熱交換部で熱交
換されて冷却され整流されて中間ガスベンド部に設けた
脱硝装置のNOx低減用触媒で還元されNOxが低減されたの
ち、排ガス熱交換器の２次側熱交換部（あるいは低温給
水ガス加熱器）で再度冷却されて、前記触媒に供給され
る排ガス温度が前記触媒の上、下限耐熱温度内に維持さ
れ、同触媒により排ガスのNOx低減が効率よく行われる
とともに、該排ガス熱交換器により排ガスの熱吸収、即
ち熱回収が効率よく遂行される。また、中間ガスベンド
部内にNOx低減用触媒を配設したことにより、大幅に機
構が簡素化、小型化、コンパクト化されている。
（実施例） 第１図および第２図に本発明の一実施例を示し、図中
（１）は排ガス熱交換器、（20）は脱硝装置、（30）は
低温給水加熱器であって、該排ガス熱交換器（１）は、
上部鏡板（1b）と下部鏡板（1c）を有する筒状本体部
（1a）および筒状本体（1a）側部のベンドケース部（1
d）等からなるケース（1a,−−ｄ）を有し、原動機（図
示省略）の排ガスを冷媒（水）で熱交換する排ガス熱交
換器（１）のケース（1a,−−−ｄ）内に中間ベンド部
（10）を設け、中間ベンド部（10）内に脱硝装置（20）
のNOx低減用触媒（20a）を配設して、排ガス熱交換器
（１）内に脱硝装置（20）を組込んだ排ガス熱交換装置
になっている。
前記排ガス熱交換器（１）についてさらに詳述する
と、ケース（1a,−−−ｄ）における筒状本体（1a）の
一側に接続フランジ（2a）付き開口と接続フランジ（2
b）付き開口を設け、接続フランジ（2a）付き開口に
は、原動機（ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガス
タービン等−−−第４図のａ）で発生する排ガス（ｇ）
を導入するアンモニア注入ノズル（12）内蔵の入口ガス
ダクト（11）が連結され、接続フランジ（2b）付き開口
には、低温給水ガス加熱器（30）を介して出口ガスダク
ト（13）が連結されるとともに、上、下部鏡板（1b）
（1c）を有する筒状本体（1a）内には、上管板（3a）と
下部管板（3b）および仕切板（４）が配設され、上、下
管板（3a）（3b）間にフィン付き管（５）群が設けられ
て、上部鏡板（1b）内に蒸気室（6a）、下部鏡板（1c）
内に水室（6b）、上、下管板（3a）（3b）間に仕切板
（４）で仕切られた熱交換部（7a）（7b）を形成すると
ともに、２つに仕切られた熱交換部（7a）（7b）を接続
する側部ケース内に中間ベンド部（10）を設け、該中間
ベンド部（10）は、仕切板（４）により倒Ｕ字形状に形
成され熱交換部（7a）と（7b）に連結された構成になっ
ており、上部鏡板（1b）には給水管（８）と出口蒸気管
（９ル）が設けられ、上、下部鏡板（1b）（1c）には蓋
付きマンホール（1e）が設けられている。
前記脱硝装置（20）について詳述すると、ケース（1
a,−−ｄ）のベンドケース部（1d）に設けた中間ガスベ
ンド部（10）内の直線部分にNOx低減用触媒（20a）を配
設して構成され、該NOx低減用触媒（20a）は、カセット
式にしてベンドケース部（1d）に設けた開閉蓋付き開口
部（図示省略）から出し入れ可能になっている。図示例
では中間ガスベンド部（10）内の上側水平部に配設され
ているが、下側水平部あるいは上、下側水平部に配設す
ることも可能である。
前記低温給水ガス加熱器（30）について詳述すると、
低温給水の入口管（30a）と出口管（30b）を有し、該低
温給水ガス加熱器（30）によって得られた高温水が、出
口管（30b）から給水管（８）を経て蒸気室（6a）内の
高温水内に給水され、また出口ガスダクト（13）内に、
入口管（30a）と出口管（30b）間に連結されたＵ字状管
またはＷ字状管を配設した構成にすることもできる。
図示実施例は、筒状本体部（1a）を基台（50）上に立
設した堅型になっているが横型の配置にすることも可能
であり、前記接続フランジ（2a）付き開口、接続フラン
ジ（2b）付き開口を筒状本体部に周方向間隔をおき複数
設けることもでき、従ってまた、それに対応してアンモ
ニア注入ノズル（12）、入口ガスダクト（11）、低温給
水ガス加熱器（30）および出口ガスダクト（13）も増設
される。
本発明の実施例は、前記のような構成になっており作
用について詳述すると、原動機（ディーゼルエンジン、
ガスエンジン、ガスタービン等）で発生した高温の排ガ
ス（ｇ）は、入口ダクト（11）の先端部でアンモニア注
水用ノズル（12）により注入されたアンモニア（ｍ）と
ともに排ガス熱交換器（１）の熱交換部（7a）に導入さ
れ、該熱交換部（7a）でフィン付き管（５）群の周囲を
通過し各管（５）中の冷媒（水）と熱交換して冷却され
かつ各管（５）で程よく整流される。熱交換部（7a）で
冷却された排ガスは、脱硝装置（20）のNOx低減用触媒
（20a）の上限耐熱温度以下に冷却されかつ整流されて
中間ガスベンド部（10）内の前記触媒（20a）中を通過
し、同排ガス中のNOxが効率よく還元されて低減される
（NOx還元反応は前記参照）。
脱硝装置（20）によってNOxが低減された排ガスは、
中間ガスベンド部（10）を経て熱交換部（7b）へ導入さ
れフィン付き管（５）群の周囲を通過してさらに熱交換
し冷却されたのち低温給水ガス加熱器（30）内へ導入さ
れる。該低温給水ガス加熱器は、低温給水（ｗ）と排ガ
スの熱交換により排ガス中の余熱を吸収し低温給水が昇
温され、高温水となり給水入口（８）を経て蒸気室（6
a）内の高温水（w1、−冷媒）内へ供給される。低温給
水ガス加熱器（30）で熱交換により熱吸収されて充分に
低温となった排ガス（ｇ′）は出口ガスダクト（13）を
通り煙突（第４図のｄ）から大気へ放出される。
排ガス熱交換器（１）内の高温水（w1、−冷媒）は、
低温給水ガス加熱器（30）による給水により所望量が確
保され、蒸気室（6a）から各管（５）内を下降し上、下
側の熱交換部（7a）（7b）で排ガス（ｇ）と熱交換し熱
吸収して高温水となり上昇し、蒸気のみが上部の蒸気出
口管（９）より取出され種々の用途に使用される。
前記排ガス（ｇ）は、排ガス熱交換器（１）へ導入さ
れる際にアンモニア（ｍ）が注入され熱交換部（7a）で
熱吸収して程よく低温となりかつ管群で整流されてNOx
低減用触媒（20a）へ導入されるため、同触媒（20a）中
へ導入される排ガス（ｇ）の温度が同触媒（20a）の
上、下限耐熱温度内に維持されるとともに、同排ガスの
前記整流によりNOx還元反応の効率、作動信頼性が著し
く向上されている。また、該排ガス熱交換器（１）は、
熱交換部（7a）で熱交換したのち熱交換部（7b）で再度
熱交換し、熱交換部（7a）における排ガス（ｇ）の温度
低下は、前記触媒（20a）に対応させて設定できるとと
もに、熱交換部（7b）における排ガス（ｇ）の温度低下
は、前記触媒（20a）に関係なく自由に設定可能であっ
て排ガス中の熱回収効率が大幅に高められ、熱交換部
（7a）と（7b）の断面積変更の調整等によって可能であ
り、第３図に示すような特性が得られる。
さらに、低温給水ガス加熱器（30）によって排ガス中
の余熱が吸収され該余熱は蒸気発生用に供され熱回収効
率がさらに高められている。前記熱交換部（7b）の代り
に低温給水ガス加熱器（30）を設けた構成にしても本発
明の目的が達成され、排ガス熱交換器（１）のケース内
に脱硝装置（20）を組込んでいるため、図示のように機
構が大幅に簡素化され、装置が小型化、コンパクト化さ
れている。
（発明の効果） 本発明は、前述のような構成になっており、排ガス熱
交換器のケース内に形成した中間ベンド部内に脱硝装置
のNOx低減用触媒を配設して、排ガス熱交換器内に脱硝
装置を組込んでいるため、脱硝装置付きの該排ガス熱交
換装置は大幅に機構が簡素化され、装置が小型化、コン
パクト化されコストが節減されているとともに配置スペ
ースが少なくなっており、前記触媒による排ガスのNOx
還元、低減が効率よく行われ作動信頼性が高められ、さ
らに排ガスの熱回収効率が著しく向上されている。
以上本発明を実施例について説明したが、勿論本発明
はこのような実施例にだけ局限されるものではなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内で種々の設計の改変を施
しうるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の機構を示す斜視図、第２図
は第１図の従断面図、第３図は本発明の各部ガス温度の
負荷特性とNOx低減用触媒の上、下限耐熱温度特性の比
較図、第４図は従来例のコジェネレーションシステム
図、第５図は他の従来例のコジェネレーションシステム
図、第６図はさらに他の従来例のコジェネレーションシ
ステム図である。 g:排ガス、1:排ガス熱交換器 1a,−−−d:ケース、10:中間ベンド部 20a:NOx低減用触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼田 二郎 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 市成 譲二 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 山村 三左夫 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 永山 脩也 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原動機の排ガスを冷媒により熱交換する排
    ガス熱交換器本体の、２つに仕切られた熱交換部と接続
    する側部ケース内に、中間ベンド部を設け、該中間ベン
    ド部内に脱硝装置のNOx低減用触媒を配設して、排ガス
    熱交換器内に、前記脱硝装置を組込んだことを特徴とす
    る排ガス熱交換装置。
JP62226605A 1987-09-11 1987-09-11 排ガス熱交換装置 Expired - Fee Related JP2659720B2 (ja)

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