JP4011546B2 - 排ガスから水を回収する装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、ガスタービン等の燃焼排ガスから水分を回収し、水資源の有効活用をはかるとともに、環境への水蒸気の放出量を低減させる排ガスから水を回収する装置に関する。
背景技術
水分を多く含んだ排ガスから水を回収する装置は、ガスタービン排ガスからの水回収を行うＨＡＴ（Ｈｕｍｉｄ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｉｎｅ）サイクルの分野で考えられており、例えば、特開昭５６−１２００６号公報や特開平１１−１１７７６４に記載されている。
水回収装置が金属で構成されている場合、回収された水の中には、燃焼器で生成した二酸化炭素が含まれるので、その本体、配管の通水部、ミスト除去装置、流量制御装置等の各機器が腐食を生じやすい。また、湿分を多く含んだ排ガスは、その露点以下に温度を下げると、水蒸気が凝縮して水を回収することができる。外部に取り出すことのできる有効エネルギー（エクセルギー）をできるだけ有効に回収するためには、回収水を混合して同一温度にすることなく、温度の高い回収水は温度の高いままで回収するのが望ましい。
しかしながら、従来の装置は、回収水の温度に対して十分な配慮がなされていなかった。また、供給した水分を理想的に凝縮させるためには、水回収装置内の流路面積を大きくして、排ガスの流速を低下させることが必要となるが、装置の寸法が大きくなることによる製造設備の大型化や、輸送上の問題から現地での組立作業量が大きくなるなどの問題があった。
本発明の目的は、排ガスから水分を回収する際に、噴霧された液滴が受け持つ個々の空間部の容積を小さくし、単位容積あたりの凝縮量を高い値に維持し、装置全体の小型化と低コスト化を図ることである。
発明の開示
本発明は．排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する水回収部とを備える水回収ユニットを、複数ユニット組み合わせて排ガスから水を回収する水回収装置を構成するのである。本発明のその他の特徴は以下の実施例の説明で明らかにされる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す説明図である。空気圧縮機２で圧縮された空気は空気吐出管２２を介して燃焼器４に送られる。燃焼器４では燃料管２０から供給される燃料は、蒸気供給管２５を経て供給される蒸気発生器５で発生した蒸気とともに燃焼し、高温の燃焼ガスとなって管２３を経由してガスタービン１に送られる。
ガスタービン１には、発電機３が接続されている。ガスタービン１の排ガスは、排ガス吐出管２４を経て蒸気発生器５で熱回収されたあと、排ガス吐出管２７、熱交換器６、排ガス吐出管２８を経由して点線で囲まれた本発明の水回収装置７に導かれる。水回収装置７は、ポリカーボネイトやエポキシ樹脂、ＦＲＰのような耐熱性のあるエンジニアリングプラスチックの非金属材料で構成され、後述するようにモジュール化された水回収ユニットの組合せによって多層多段とすることにより、耐腐食性を向上させることができる。
水蒸気を多く含んだ燃焼排ガスは、熱交換器６で冷却された後、水回収装置７へ流入し、そこで冷却水と直接接触して冷却されて湿り蒸気となり、一部は凝縮し回収される。残りの排ガスは、ミスト除去装置１１によってミストを除去し、排ガス吐出管２９を経て熱交換器６へ送られ、そこで加熱された後、排気管３０、煙突（図示しない）を経由して大気に放出される。熱交換器６によって排ガスを再加熱することにより、白煙の発生が防止される。
多層に構成されている横型の水回収装置７は、排ガス吐出管２８から供給されるガスの流れ方向に沿って配置されている複数の水回収ユニット７ａ１１、７ａ１２、７ａ１３、７ａ２１、７ａ２２、７ａ２３ａにより構成される。各水回収ユニット７ａ１１〜７ａ２３は、横方向に流れる排ガスへ冷却水を散布する冷却水散布部７ｆ１１、７ｆ１２、７ｆ１３、７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３と、散布水及び凝縮水を回収する水回収部７ｂ１１、７ｂ１２、７ｂ１３、７ｂ２１、７ｂ２２、７ｂ２３とを備え、その間を排ガスが流れる。
回収された水の少なくとも一部は、ガス流の上流側に位置する水回収ユニットの冷却水散布部の冷却水として用いられる。非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成された水回収装置７では、冷却水は冷却水管４１１、４１２，４１３、４２１，４２２，４２３を通り、冷却水散布部７ｆ１１、７ｆ１２、７ｆ１３、７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３から排ガス中に散布され、散布水と凝縮水はそれぞれ水回収部７ｂ１１、７ｂ１２、７ｂ１３、７ｂ２１、７ｂ２２、７ｂ２３によって回収される。
回収水の一部は回収水管４２，切替バルブ８０ａ、流量制御装置９，戻り水管４３を通り冷却水冷却器８で冷却された後、再び冷却水管４１１、４１２，４１３を通って復帰し、それぞれの冷却水散布部７ｆ１１〜７ｆ１３に冷却水として供給され、循環使用される。また、水回収部７１１ｂ〜７１３ｂで回収された回収水の一部は回収水管４２、送水ポンプ４１８、切替バルブ８０ｂ、冷却水管４２１，４２２，４２３を経由して上流側の冷却水散布部７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３に送られる。
冷却水管４２１、４２２，４２３を経由して冷却水散布部７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３に送られた散布水は、凝縮潜熱を多く吸収しているので、下流側の冷却水散布部７ｆ１１、７ｆ１２、７ｆ１３の散布水より温度が高くなっている。この高温の回収水は切替バルブ８０ｃによって低温の回収水と混合されることなく回収水管４４、水処理装置１０を経由して、空気圧縮機２から供給される圧縮空気と混合される。具体的には、回収水タンク１２、補給水供給管２６を経て蒸気発生器５に送られ補給水として利用され、空気圧縮機２の吐出空気に蒸気が混入される。なお、熱交換器６は水回収した後の排ガスを加熱するための一例であり、別に熱源が得られる場合はそれを利用しても良い。
次に噴霧された液滴の挙動について第２３図、第２４図に基づき説明する。液滴を空気中で自然落下させた場合の終端速度は液滴に働く重力と空気抵抗の釣り合いで決まり、第２３図に示すように、例えば直径が０．３ｍｍの液滴の終端速度は約２．５ｍ／ｓである。これは、吹き上げ流速が２．５ｍ／ｓより大きな空気の流れがある条件では直径が０．３ｍｍの液滴は落下できずに、気流に同伴されて飛散する可能性のあることを示している。
冷却水散布部のスプレイノズルから吐出される液滴は、ノズルの種類と吐出圧とに応じた液滴径及び初速度を有しており、ノズルの吐出圧（圧力差）が０．１〜０．３ＭＰａのとき、例えば、噴霧された液滴径は０．３ｍｍ、初速度１５〜２５ｍ／ｓとなる。高湿分空気が２ｍ／ｓの吹き上げ速度を有している場合に、ノズルから噴出された液滴がノズル下方のどの位置まで到達できるかを試算した。
その結果を示す第２３図から明らかなように０．２ｍｍ以下の液滴は終端速度が２ｍ／ｓより小さいので、第２４図のグラフに示した範囲の液滴は最終的に全て飛散する。液滴は、初速度を有しているので空気抵抗に抗して運動エネルギを使い尽くすまで下方に進むことができる。したがって、これらの微小液滴は、飛散を受ける前に捕獲するならば回収することができる。直径が０．３ｍｍの液滴に対しては１．０ｍの距離を採るならば、ノズルの吐出圧（圧力差）が０．１ＭＰａの場合に回収可能になる。
また、スプレイから噴出された高速の噴流は空気との剪断力により微細化されるので、スプレイされた液滴が形成されるのに十分な距離は約０．２ｍである。したがって、スプレイから約０．２ｍ〜１．０ｍの範囲に液滴回収部を設けることにより、より多くの液滴を回収することが期待できる。また、このように短い距離で良いことから比較的強度の小さいプラスチックのユニットによって構成できる。一方、水回収ユニット７ａの各一辺の寸法は、数十センチ間隔で冷却水散布部７ｆ１１〜７ｆ２３を設置することや、水回収ユニット７ａ単体の強度的な観点から、１〜５ｍが望ましい。すなわち、１ｍ以下であれば水回収率が低下するし、逆に５ｍを越えればプラスチックを使う場合には強度的に限界である。
第１図に示す構造の実施例によれば、散布水が排ガスに同伴される前に水回収部７ｂ１１〜７ｂ２３に達するので、排ガスと同時に排出される散布水が減少し、凝縮水と散布水による水回収量が増加する。全流路面積に比べ１層１段当たり尾の流路面積が小さくできるため、流れの整流作用が促進され、偏流領域が減少して熱交換領域をより均一化できる。
また、水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でシステム構することによって、水回収能力が増加して高効率の水回収ができるので小型化が可能となり、設置スペースが小さくなる他、耐腐食性が向上し、水回収ユニット７ａの量産化による製造コストの低減もできる。さらに、複数の水回収ユニットの組合せによって給排水に伴う配管をかなり省略化できる他、水回収ユニットはモジュール化されているため、その設置作業は大幅に簡略化できる。
第２図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが対向するよう下から上向きに流れる対向流方式の縦型の水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成したものである。冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。第１図と同じ符号は同じ機器を示しており、その動作は第１図での説明と同様である。
第３図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを備えた水回収ユニットを横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に多数配置された横型の水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でのシステム構成例の概念図であり、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。第１図と同じ符号は同じ機器を示しておりその働きは第１図での説明と同様である。
第４図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが対向するよう下から上向きに流れる対向流方式の縦型の水回収装置７を非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でのシステム構成例の概念図であり、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。各機器の動作は第１図での説明と同様である。
第５図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが並行するよう上から下向きに流れる並行流方式の縦型の水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成し、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。第１図と同じ符号は同じ機器を示しており、各機器の働きは第１図での説明と同様である。
第６図は、本発明の他の一実施例を示しておりその基本的構造は、第３図と同様であるが、水回収ユニット７ａの上面に冷却水散布通水孔１７（微小な穴）が多数開けている構造であり、ノズルのような冷却水散布ノズル１８を設置する必要のない実施例である。また、冷却水散布通水孔１７の上流側に網板７ｃを設けることにより、散布水流量や散布水噴霧状態を変えることができる。
第７図（ａ）ないし（ｃ）は、本発明の他の一実施例を示すもので、水回収ユニット７ａの側面が支柱７ｄにより構成されている。この構成は水回収ユニットの側壁に散布水が付着することによる熱交換の阻害要因を排除し、さらに、水回収装置７の側壁７ｂの内側に網板（パンチプレート）７ｃを設置することにより壁面近傍での熱交換を促進する。第７図（ａ）は、水回収ユニット７ａの前面あるいは後面から見た図、（ｂ）は、側面から見た図である。これらの水回収ユニット７ａを縦方向に３段、横方向に２段、長さ方向に２段組み合わせ１２ユニットで構成した水回収装置を（ｃ）に示す。排ガスは排ガス吐出管２８、２９を通して横型に配置された水回収装置を横方向に流通する。
第８図は、本発明の他の一実施例を示しており、その構造は、散布水に対して排ガスが対向するように下から上向きに流れる対向流方式である。縦型の水回収装置７は、非金属材料製の３つの水回収ユニット７ａ１，７ａ２、７ａ３を縦方向に組合せて多層多段に構成している。特に、排ガスの高温側では水回収部７ｂ３に設けた排ガス吐出管２８ａの開口部から吹出す排ガスの局所吹出し流速を４〜６ｍ／ｓとなるように開口面積を設定することにより、散布水と排ガスとの相対速度が部分的に速くなって熱交換を促進するとともに散布水の落込みを最小限にする。一方、排ガスの低温側では水回収部７ｂ１に設けた排ガス吐出管２８ｂの開口部から吹出す排ガスの局所吹出し流速を２〜３ｍ／ｓとすることにより、散布水が排ガスに同伴されにくくなって水回収装置外への排出を抑制できる。
第９図は、本発明の水回収ユニット７ａの具体的な一実施例を示しており、水回収ユニット７ａと一体となった散布水供給用の給水母管１４ａには、さらに給水支管１４ｂが付属している。この給水支管１４ｂにはノズルのような冷却水散布部を取付けでき、給水母管１４ａは給水側連通口１５と、水回収部は排水側連通口１６とそれぞれ繋がっている。このため水回収ユニット７ａを多層多段で構成しても、各水回収ユニット７ａがそれぞれの連通口１５，１６同士で接続されているので、給水および排水が水回収器の外側で容易に行える。なお、給水支管１４ｂに開けた微小な穴が散布水に適している場合には、ノズルのような冷却水散布部を取付ける必要は無い。
第１０図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが直交するように流れる縦型の水回収装置７を非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成し、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。各機器の働きは第１図での説明と同様である。
第１１図は、本発明の水回収ユニット７ａの具体的例を示しており、散布水供給用の給水母管１４ａと給水支管１４ｂが水回収ユニット７ａの上面内に組込まれた、もしくは、給水母管１４ａと給水支管１４ｂの役割をする形状が形成されている。各水回収ユニットを組合わせる際、給水母管１４ａは給水側連通口１５が凹凸形状の連通口接続部１５ａ，１５ｂにより、また、水回収部は排水側連通口１６が凹凸形状の連通口接続部１６ａ，１６ｂによりそれぞれ接続されている。
したがって、水回収ユニット７ａを多層多段で構成しても、各水回収ユニット７ａがそれぞれの連通口１５，１６同士で接続されているので、給水および排水が水回収器の外側で容易に行える。なお、給水支管１４ｂに開けた冷却水散布通水孔１７（微小な穴）が散布状態に適している場合には、冷却水散布ノズル１８を取付ける必要のない例、また、冷却水散布ノズル１８が水回収ユニットの上面内に一体成型された構造例、また、冷却水散布ノズル１８を交換可能なように、後付けできる構造例を示す。また、給水支管１４ｂは給水母管１４ａから離れるに従って下向きに勾配を設けることにより、給水支管１４ｂ内に空気がたまって散布水の分配を妨げないようにしている。
第１２図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、水回収ユニット７ａの組合せによってシステム構成された水回収器本体に冷却水冷却器８、流量制御装置９、水処理装置１０の各付属機器をコンポーネント化した完全一体化型水回収装置の実施例を示す。
第１３図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを備えた水回収ユニットを横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に多数配置された横型の水回収装置７を、非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でのシステム構成例の概念図である。この装置では、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲とし、高湿分空気の水回収器内流速が２〜３ｍ／ｓ程度の場合においては、水回収器上流側（排ガス高温側）の冷却水散布部から噴霧される液滴平均粒径が４００μｍ以下となるノズルとし、水回収器下流側（排ガス低温側）の冷却水散布部から噴霧される液滴平均粒径が４００〜１０００μｍ以下となるノズルとしている。これによって、散布水が排ガスに同伴されにくくなって水回収装置外への排出を抑制できることと、水回収器上流側（排ガス高温側）では液滴平均粒径が小さくできることによる熱交換の促進により温度レベルの高い回収水を得ることができる。
第１４図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布ノズル１８を含んだ冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを一体化した水回収ユニットを横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に配置したノズルカセットと、ノズルカセットを挿入する溝を約０．２ｍ間隔に設けた水回収ユニット７ａによる横型の水回収装置７を非金属材料によって構成した例の概念図である。ノズルカセットを任意の溝に挿入することにより冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を自由に変えられる。各機器の働きは第１図での説明と同様である。もちろん、水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段での構成も可能であり、また、ノズルカセットを挿入する溝の間隔は、水回収ユニット７ａを構成できる範囲内であれば０．２ｍ以下でも以上でも問題無い。
なお、給水支管１４ｂに開けた冷却水散布通水孔１７（微小な穴）が散布状態に適している場合には、冷却水散布ノズル１８を取付ける必要のない例、また、冷却水散布ノズル１８が水回収ユニットの上面内に一体成型された構造例、また、冷却水散布ノズル１８を交換可能なように、後付けできる構造例を示す。
第１５図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセット上面の水回収部７ｂに水仕切板１９を設けることにより、水回収器上流側の高温回収水と下流側の低温回収水が混合されないようそれぞれ分けて回収するようにした実施例である。
第１６図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１５図と同じであるが、ノズルカセット上面の水回収部７１ｂに水仕切板１９を設けている点が異なる。これにより、水回収器上流側の高温回収水と下流側の低温回収水が混合されないようそれぞれ分けて回収する。さらに、上段で回収された回収水が下の段に落下する際、流路内での流速の速い領域、例えば、粘性の影響により排ガスの流速が遅くなる流路壁面側よりも流路中央部側の領域に、集中して落下させることによって回収水自身にも熱交換させるようにしている。
第１７図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、冷却水散布ノズル１８の噴霧角を上流方向に向け、さらに、上流側の冷却水散布ノズル１８と下流側の冷却水散布ノズル１８を千鳥形に配置とすることにより、有効熱交換面積の減少を防ぐようにした実施例である。
第１８図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布ノズル１８を含んだ冷却水散布部７１ａと水回収部７１ｂとを各々独立させて第１４図と同じ働きを持たせた水回収ユニットの実施例である。
第１９図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセットの他の形状例を示した実施例である。
第２０図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、第１４図と同じであるが、冷却水散布ノズル１８を含んだ冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを一体化したノズルカセットの製作において、例１は給水母管１４ａ及び給水支管１４ｂをプラスチック等による非金属材料により一体成型されている。また、例２は給水母管１４ａ及び給水支管１４ｂ部に金属材料を用いて一体成型されたノズルカセット構成である。例３はノズルカセットを一体成型するのではなく、各々独立した冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを組合わせることによって他の例と同じ働きを持たせた実施例である。
第２１図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセットの一部を凸形状として、その部位に給水側連通口１５を設け、ノズルカセットを挿入する水回収ユニット７ａの溝部の一部を凹形状とすることにより、ノズルカセットを挿入した際凹凸部で位置決めでき、冷却水を給水側連通口１５と接続することにより、外部から供給した実施例である。
第２２図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセットの一部を凹形状として、その部位に給水側連通口凹部接続部１５ｂを設け、ノズルカセットを挿入する水回収ユニット７ａの溝部の内側を凸形状として、その部位に止水弁付き給水側連通口凸部接続部１５ａを設けている。これにより、ノズルカセットを挿入して凹凸部がワンタッチジョイント式で接続した際、各連通口が通水できると同時に位置決めでき、水回収ユニット７ａに設けられた給水側連通口１５に冷却水を接続することにより、各ノズルカセットはユニット内部より供給されるようにしている。
以上説明したように、ポリカーボネイトやエポキシ樹脂、ＦＲＰのような耐熱性のあるエンジニアリングプラスチックの非金属材料で水回収装置を構成し、モジュール化された水回収ユニットの組合せによって多層多段とすることにより、耐腐食性を向上させることができる。
さらに、排ガスから水分を回収する際に水回収装置を多層構造に区分することにより、噴霧された液滴が受け持つ個々の空間部の容積を小さくすることによって単位容積あたりの凝縮量を高い値に維持し、装置全体の小型化と低コスト化を図り、且つ燃焼排ガスの温度が低くなっている排ガス出口側の回収水の一部を、燃焼排ガスの温度の高い排ガス入口側の冷却水散布部に供給し、その領域で得られた回収水をさらに、燃焼排ガスの入口側に位置する冷却水散布部に供給することができる。
水回収器は、モジュール化された小型の水回収ユニットを多数組合わせることによって、ガスタービンの発電容量に合わせた大きさの水回収装置としたシステム構成ができ、また、水回収ユニットは小型設備で生産でき、輸送も容易であり、現地での組立作業量も低減できる。
次に本発明の実施の態様を列記する。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に多数配置された横型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を直列に多数配置され、散布水に対して排ガスが下から上向きに流れる対向流方式の縦型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を直列に多数配置され、散布水に対して排ガスが上から下向きに流れる並行流方式の縦型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、冷却水散布部と回収部との距離を０．２〜１ｍの範囲として、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を直列に多数配置され、散布水に対して排ガスが直交するように流れる立型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
本発明によれば、非金属材料による水回収ユニットによって耐腐食性が向上し、また、複数の水回収ユニットの組合せによって給排水に伴う配管を省略化できる。水回収ユニットはモジュール化されているためその設置作業は簡略化でき、水回収ユニットの量産化によって水回収ユニットの組合せを変えること及び熱交換距離を自由に変えられることによりガスタービンの発電容量に合わせたシステム構成が可能なことと製造コストも低減でき、排ガスと同時に排出される散布水が減少し、水回収能力が増加して高効率の水回収ができる。このため小型化が可能となり、設置スペースが小さくなる他、排ガスから温度レベルの異なる回収水を得ることができ、有効エネルギーを回収することができる。
産業上の利用可能性
以上述べたように、本発明の水回収装置はガスタービン等の燃焼排ガスから水分を回収し、水資源の有効活用をはかるとともに、環境への蒸気の放出量を低減させることに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例を示す概要図である。
第２図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第３図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第４図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第５図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第６図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第７図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第８図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第９図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１０図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第１１図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１２図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１３図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１４図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１５図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１６図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１７図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１８図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１９図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２０図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２１図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２２図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２３図は、液滴径と終端速度の関係を説明するグラフである。
第２４図は、液滴径と到達距離との関係を説明するグラフである。
本発明は、ガスタービン等の燃焼排ガスから水分を回収し、水資源の有効活用をはかるとともに、環境への水蒸気の放出量を低減させる排ガスから水を回収する装置に関する。
背景技術
水分を多く含んだ排ガスから水を回収する装置は、ガスタービン排ガスからの水回収を行うＨＡＴ（Ｈｕｍｉｄ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｉｎｅ）サイクルの分野で考えられており、例えば、特開昭５６−１２００６号公報や特開平１１−１１７７６４に記載されている。
水回収装置が金属で構成されている場合、回収された水の中には、燃焼器で生成した二酸化炭素が含まれるので、その本体、配管の通水部、ミスト除去装置、流量制御装置等の各機器が腐食を生じやすい。また、湿分を多く含んだ排ガスは、その露点以下に温度を下げると、水蒸気が凝縮して水を回収することができる。外部に取り出すことのできる有効エネルギー（エクセルギー）をできるだけ有効に回収するためには、回収水を混合して同一温度にすることなく、温度の高い回収水は温度の高いままで回収するのが望ましい。
しかしながら、従来の装置は、回収水の温度に対して十分な配慮がなされていなかった。また、供給した水分を理想的に凝縮させるためには、水回収装置内の流路面積を大きくして、排ガスの流速を低下させることが必要となるが、装置の寸法が大きくなることによる製造設備の大型化や、輸送上の問題から現地での組立作業量が大きくなるなどの問題があった。
本発明の目的は、排ガスから水分を回収する際に、噴霧された液滴が受け持つ個々の空間部の容積を小さくし、単位容積あたりの凝縮量を高い値に維持し、装置全体の小型化と低コスト化を図ることである。
発明の開示
本発明は．排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する水回収部とを備える水回収ユニットを、複数ユニット組み合わせて排ガスから水を回収する水回収装置を構成するのである。本発明のその他の特徴は以下の実施例の説明で明らかにされる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す説明図である。空気圧縮機２で圧縮された空気は空気吐出管２２を介して燃焼器４に送られる。燃焼器４では燃料管２０から供給される燃料は、蒸気供給管２５を経て供給される蒸気発生器５で発生した蒸気とともに燃焼し、高温の燃焼ガスとなって管２３を経由してガスタービン１に送られる。
ガスタービン１には、発電機３が接続されている。ガスタービン１の排ガスは、排ガス吐出管２４を経て蒸気発生器５で熱回収されたあと、排ガス吐出管２７、熱交換器６、排ガス吐出管２８を経由して点線で囲まれた本発明の水回収装置７に導かれる。水回収装置７は、ポリカーボネイトやエポキシ樹脂、ＦＲＰのような耐熱性のあるエンジニアリングプラスチックの非金属材料で構成され、後述するようにモジュール化された水回収ユニットの組合せによって多層多段とすることにより、耐腐食性を向上させることができる。
水蒸気を多く含んだ燃焼排ガスは、熱交換器６で冷却された後、水回収装置７へ流入し、そこで冷却水と直接接触して冷却されて湿り蒸気となり、一部は凝縮し回収される。残りの排ガスは、ミスト除去装置１１によってミストを除去し、排ガス吐出管２９を経て熱交換器６へ送られ、そこで加熱された後、排気管３０、煙突（図示しない）を経由して大気に放出される。熱交換器６によって排ガスを再加熱することにより、白煙の発生が防止される。
多層に構成されている横型の水回収装置７は、排ガス吐出管２８から供給されるガスの流れ方向に沿って配置されている複数の水回収ユニット７ａ１１、７ａ１２、７ａ１３、７ａ２１、７ａ２２、７ａ２３ａにより構成される。各水回収ユニット７ａ１１〜７ａ２３は、横方向に流れる排ガスへ冷却水を散布する冷却水散布部７ｆ１１、７ｆ１２、７ｆ１３、７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３と、散布水及び凝縮水を回収する水回収部７ｂ１１、７ｂ１２、７ｂ１３、７ｂ２１、７ｂ２２、７ｂ２３とを備え、その間を排ガスが流れる。
回収された水の少なくとも一部は、ガス流の上流側に位置する水回収ユニットの冷却水散布部の冷却水として用いられる。非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成された水回収装置７では、冷却水は冷却水管４１１、４１２，４１３、４２１，４２２，４２３を通り、冷却水散布部７ｆ１１、７ｆ１２、７ｆ１３、７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３から排ガス中に散布され、散布水と凝縮水はそれぞれ水回収部７ｂ１１、７ｂ１２、７ｂ１３、７ｂ２１、７ｂ２２、７ｂ２３によって回収される。
回収水の一部は回収水管４２，切替バルブ８０ａ、流量制御装置９，戻り水管４３を通り冷却水冷却器８で冷却された後、再び冷却水管４１１、４１２，４１３を通って復帰し、それぞれの冷却水散布部７ｆ１１〜７ｆ１３に冷却水として供給され、循環使用される。また、水回収部７１１ｂ〜７１３ｂで回収された回収水の一部は回収水管４２、送水ポンプ４１８、切替バルブ８０ｂ、冷却水管４２１，４２２，４２３を経由して上流側の冷却水散布部７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３に送られる。
冷却水管４２１、４２２，４２３を経由して冷却水散布部７ｆ２１、７ｆ２２、７ｆ２３に送られた散布水は、凝縮潜熱を多く吸収しているので、下流側の冷却水散布部７ｆ１１、７ｆ１２、７ｆ１３の散布水より温度が高くなっている。この高温の回収水は切替バルブ８０ｃによって低温の回収水と混合されることなく回収水管４４、水処理装置１０を経由して、空気圧縮機２から供給される圧縮空気と混合される。具体的には、回収水タンク１２、補給水供給管２６を経て蒸気発生器５に送られ補給水として利用され、空気圧縮機２の吐出空気に蒸気が混入される。なお、熱交換器６は水回収した後の排ガスを加熱するための一例であり、別に熱源が得られる場合はそれを利用しても良い。
次に噴霧された液滴の挙動について第２３図、第２４図に基づき説明する。液滴を空気中で自然落下させた場合の終端速度は液滴に働く重力と空気抵抗の釣り合いで決まり、第２３図に示すように、例えば直径が０．３ｍｍの液滴の終端速度は約２．５ｍ／ｓである。これは、吹き上げ流速が２．５ｍ／ｓより大きな空気の流れがある条件では直径が０．３ｍｍの液滴は落下できずに、気流に同伴されて飛散する可能性のあることを示している。
冷却水散布部のスプレイノズルから吐出される液滴は、ノズルの種類と吐出圧とに応じた液滴径及び初速度を有しており、ノズルの吐出圧（圧力差）が０．１〜０．３ＭＰａのとき、例えば、噴霧された液滴径は０．３ｍｍ、初速度１５〜２５ｍ／ｓとなる。高湿分空気が２ｍ／ｓの吹き上げ速度を有している場合に、ノズルから噴出された液滴がノズル下方のどの位置まで到達できるかを試算した。
その結果を示す第２３図から明らかなように０．２ｍｍ以下の液滴は終端速度が２ｍ／ｓより小さいので、第２４図のグラフに示した範囲の液滴は最終的に全て飛散する。液滴は、初速度を有しているので空気抵抗に抗して運動エネルギを使い尽くすまで下方に進むことができる。したがって、これらの微小液滴は、飛散を受ける前に捕獲するならば回収することができる。直径が０．３ｍｍの液滴に対しては１．０ｍの距離を採るならば、ノズルの吐出圧（圧力差）が０．１ＭＰａの場合に回収可能になる。
また、スプレイから噴出された高速の噴流は空気との剪断力により微細化されるので、スプレイされた液滴が形成されるのに十分な距離は約０．２ｍである。したがって、スプレイから約０．２ｍ〜１．０ｍの範囲に液滴回収部を設けることにより、より多くの液滴を回収することが期待できる。また、このように短い距離で良いことから比較的強度の小さいプラスチックのユニットによって構成できる。一方、水回収ユニット７ａの各一辺の寸法は、数十センチ間隔で冷却水散布部７ｆ１１〜７ｆ２３を設置することや、水回収ユニット７ａ単体の強度的な観点から、１〜５ｍが望ましい。すなわち、１ｍ以下であれば水回収率が低下するし、逆に５ｍを越えればプラスチックを使う場合には強度的に限界である。
第１図に示す構造の実施例によれば、散布水が排ガスに同伴される前に水回収部７ｂ１１〜７ｂ２３に達するので、排ガスと同時に排出される散布水が減少し、凝縮水と散布水による水回収量が増加する。全流路面積に比べ１層１段当たり尾の流路面積が小さくできるため、流れの整流作用が促進され、偏流領域が減少して熱交換領域をより均一化できる。
また、水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でシステム構することによって、水回収能力が増加して高効率の水回収ができるので小型化が可能となり、設置スペースが小さくなる他、耐腐食性が向上し、水回収ユニット７ａの量産化による製造コストの低減もできる。さらに、複数の水回収ユニットの組合せによって給排水に伴う配管をかなり省略化できる他、水回収ユニットはモジュール化されているため、その設置作業は大幅に簡略化できる。
第２図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが対向するよう下から上向きに流れる対向流方式の縦型の水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成したものである。冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。第１図と同じ符号は同じ機器を示しており、その動作は第１図での説明と同様である。
第３図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを備えた水回収ユニットを横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に多数配置された横型の水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でのシステム構成例の概念図であり、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。第１図と同じ符号は同じ機器を示しておりその働きは第１図での説明と同様である。
第４図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが対向するよう下から上向きに流れる対向流方式の縦型の水回収装置７を非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でのシステム構成例の概念図であり、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。各機器の動作は第１図での説明と同様である。
第５図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが並行するよう上から下向きに流れる並行流方式の縦型の水回収装置７を非金属材料による水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成し、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。第１図と同じ符号は同じ機器を示しており、各機器の働きは第１図での説明と同様である。
第６図は、本発明の他の一実施例を示しておりその基本的構造は、第３図と同様であるが、水回収ユニット７ａの上面に冷却水散布通水孔１７（微小な穴）が多数開けている構造であり、ノズルのような冷却水散布ノズル１８を設置する必要のない実施例である。また、冷却水散布通水孔１７の上流側に網板７ｃを設けることにより、散布水流量や散布水噴霧状態を変えることができる。
第７図（ａ）ないし（ｃ）は、本発明の他の一実施例を示すもので、水回収ユニット７ａの側面が支柱７ｄにより構成されている。この構成は水回収ユニットの側壁に散布水が付着することによる熱交換の阻害要因を排除し、さらに、水回収装置７の側壁７ｂの内側に網板（パンチプレート）７ｃを設置することにより壁面近傍での熱交換を促進する。第７図（ａ）は、水回収ユニット７ａの前面あるいは後面から見た図、（ｂ）は、側面から見た図である。これらの水回収ユニット７ａを縦方向に３段、横方向に２段、長さ方向に２段組み合わせ１２ユニットで構成した水回収装置を（ｃ）に示す。排ガスは排ガス吐出管２８、２９を通して横型に配置された水回収装置を横方向に流通する。
第８図は、本発明の他の一実施例を示しており、その構造は、散布水に対して排ガスが対向するように下から上向きに流れる対向流方式である。縦型の水回収装置７は、非金属材料製の３つの水回収ユニット７ａ１，７ａ２、７ａ３を縦方向に組合せて多層多段に構成している。特に、排ガスの高温側では水回収部７ｂ３に設けた排ガス吐出管２８ａの開口部から吹出す排ガスの局所吹出し流速を４〜６ｍ／ｓとなるように開口面積を設定することにより、散布水と排ガスとの相対速度が部分的に速くなって熱交換を促進するとともに散布水の落込みを最小限にする。一方、排ガスの低温側では水回収部７ｂ１に設けた排ガス吐出管２８ｂの開口部から吹出す排ガスの局所吹出し流速を２〜３ｍ／ｓとすることにより、散布水が排ガスに同伴されにくくなって水回収装置外への排出を抑制できる。
第９図は、本発明の水回収ユニット７ａの具体的な一実施例を示しており、水回収ユニット７ａと一体となった散布水供給用の給水母管１４ａには、さらに給水支管１４ｂが付属している。この給水支管１４ｂにはノズルのような冷却水散布部を取付けでき、給水母管１４ａは給水側連通口１５と、水回収部は排水側連通口１６とそれぞれ繋がっている。このため水回収ユニット７ａを多層多段で構成しても、各水回収ユニット７ａがそれぞれの連通口１５，１６同士で接続されているので、給水および排水が水回収器の外側で容易に行える。なお、給水支管１４ｂに開けた微小な穴が散布水に適している場合には、ノズルのような冷却水散布部を取付ける必要は無い。
第１０図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、散布水に対して排ガスが直交するように流れる縦型の水回収装置７を非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段で構成し、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲としている。各機器の働きは第１図での説明と同様である。
第１１図は、本発明の水回収ユニット７ａの具体的例を示しており、散布水供給用の給水母管１４ａと給水支管１４ｂが水回収ユニット７ａの上面内に組込まれた、もしくは、給水母管１４ａと給水支管１４ｂの役割をする形状が形成されている。各水回収ユニットを組合わせる際、給水母管１４ａは給水側連通口１５が凹凸形状の連通口接続部１５ａ，１５ｂにより、また、水回収部は排水側連通口１６が凹凸形状の連通口接続部１６ａ，１６ｂによりそれぞれ接続されている。
したがって、水回収ユニット７ａを多層多段で構成しても、各水回収ユニット７ａがそれぞれの連通口１５，１６同士で接続されているので、給水および排水が水回収器の外側で容易に行える。なお、給水支管１４ｂに開けた冷却水散布通水孔１７（微小な穴）が散布状態に適している場合には、冷却水散布ノズル１８を取付ける必要のない例、また、冷却水散布ノズル１８が水回収ユニットの上面内に一体成型された構造例、また、冷却水散布ノズル１８を交換可能なように、後付けできる構造例を示す。また、給水支管１４ｂは給水母管１４ａから離れるに従って下向きに勾配を設けることにより、給水支管１４ｂ内に空気がたまって散布水の分配を妨げないようにしている。
第１２図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、水回収ユニット７ａの組合せによってシステム構成された水回収器本体に冷却水冷却器８、流量制御装置９、水処理装置１０の各付属機器をコンポーネント化した完全一体化型水回収装置の実施例を示す。
第１３図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを備えた水回収ユニットを横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に多数配置された横型の水回収装置７を、非金属材料製の水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段でのシステム構成例の概念図である。この装置では、冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を約０．２〜１ｍの範囲とし、高湿分空気の水回収器内流速が２〜３ｍ／ｓ程度の場合においては、水回収器上流側（排ガス高温側）の冷却水散布部から噴霧される液滴平均粒径が４００μｍ以下となるノズルとし、水回収器下流側（排ガス低温側）の冷却水散布部から噴霧される液滴平均粒径が４００〜１０００μｍ以下となるノズルとしている。これによって、散布水が排ガスに同伴されにくくなって水回収装置外への排出を抑制できることと、水回収器上流側（排ガス高温側）では液滴平均粒径が小さくできることによる熱交換の促進により温度レベルの高い回収水を得ることができる。
第１４図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布ノズル１８を含んだ冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを一体化した水回収ユニットを横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に配置したノズルカセットと、ノズルカセットを挿入する溝を約０．２ｍ間隔に設けた水回収ユニット７ａによる横型の水回収装置７を非金属材料によって構成した例の概念図である。ノズルカセットを任意の溝に挿入することにより冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとの距離を自由に変えられる。各機器の働きは第１図での説明と同様である。もちろん、水回収ユニット７ａの組合せによって多層多段での構成も可能であり、また、ノズルカセットを挿入する溝の間隔は、水回収ユニット７ａを構成できる範囲内であれば０．２ｍ以下でも以上でも問題無い。
なお、給水支管１４ｂに開けた冷却水散布通水孔１７（微小な穴）が散布状態に適している場合には、冷却水散布ノズル１８を取付ける必要のない例、また、冷却水散布ノズル１８が水回収ユニットの上面内に一体成型された構造例、また、冷却水散布ノズル１８を交換可能なように、後付けできる構造例を示す。
第１５図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセット上面の水回収部７ｂに水仕切板１９を設けることにより、水回収器上流側の高温回収水と下流側の低温回収水が混合されないようそれぞれ分けて回収するようにした実施例である。
第１６図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１５図と同じであるが、ノズルカセット上面の水回収部７１ｂに水仕切板１９を設けている点が異なる。これにより、水回収器上流側の高温回収水と下流側の低温回収水が混合されないようそれぞれ分けて回収する。さらに、上段で回収された回収水が下の段に落下する際、流路内での流速の速い領域、例えば、粘性の影響により排ガスの流速が遅くなる流路壁面側よりも流路中央部側の領域に、集中して落下させることによって回収水自身にも熱交換させるようにしている。
第１７図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、冷却水散布ノズル１８の噴霧角を上流方向に向け、さらに、上流側の冷却水散布ノズル１８と下流側の冷却水散布ノズル１８を千鳥形に配置とすることにより、有効熱交換面積の減少を防ぐようにした実施例である。
第１８図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、冷却水散布ノズル１８を含んだ冷却水散布部７１ａと水回収部７１ｂとを各々独立させて第１４図と同じ働きを持たせた水回収ユニットの実施例である。
第１９図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセットの他の形状例を示した実施例である。
第２０図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、第１４図と同じであるが、冷却水散布ノズル１８を含んだ冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを一体化したノズルカセットの製作において、例１は給水母管１４ａ及び給水支管１４ｂをプラスチック等による非金属材料により一体成型されている。また、例２は給水母管１４ａ及び給水支管１４ｂ部に金属材料を用いて一体成型されたノズルカセット構成である。例３はノズルカセットを一体成型するのではなく、各々独立した冷却水散布部７ｆと水回収部７ｂとを組合わせることによって他の例と同じ働きを持たせた実施例である。
第２１図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセットの一部を凸形状として、その部位に給水側連通口１５を設け、ノズルカセットを挿入する水回収ユニット７ａの溝部の一部を凹形状とすることにより、ノズルカセットを挿入した際凹凸部で位置決めでき、冷却水を給水側連通口１５と接続することにより、外部から供給した実施例である。
第２２図は、本発明の他の一実施例を示しておりその構造は、ほぼ第１４図と同じであるが、ノズルカセットの一部を凹形状として、その部位に給水側連通口凹部接続部１５ｂを設け、ノズルカセットを挿入する水回収ユニット７ａの溝部の内側を凸形状として、その部位に止水弁付き給水側連通口凸部接続部１５ａを設けている。これにより、ノズルカセットを挿入して凹凸部がワンタッチジョイント式で接続した際、各連通口が通水できると同時に位置決めでき、水回収ユニット７ａに設けられた給水側連通口１５に冷却水を接続することにより、各ノズルカセットはユニット内部より供給されるようにしている。
以上説明したように、ポリカーボネイトやエポキシ樹脂、ＦＲＰのような耐熱性のあるエンジニアリングプラスチックの非金属材料で水回収装置を構成し、モジュール化された水回収ユニットの組合せによって多層多段とすることにより、耐腐食性を向上させることができる。
さらに、排ガスから水分を回収する際に水回収装置を多層構造に区分することにより、噴霧された液滴が受け持つ個々の空間部の容積を小さくすることによって単位容積あたりの凝縮量を高い値に維持し、装置全体の小型化と低コスト化を図り、且つ燃焼排ガスの温度が低くなっている排ガス出口側の回収水の一部を、燃焼排ガスの温度の高い排ガス入口側の冷却水散布部に供給し、その領域で得られた回収水をさらに、燃焼排ガスの入口側に位置する冷却水散布部に供給することができる。
水回収器は、モジュール化された小型の水回収ユニットを多数組合わせることによって、ガスタービンの発電容量に合わせた大きさの水回収装置としたシステム構成ができ、また、水回収ユニットは小型設備で生産でき、輸送も容易であり、現地での組立作業量も低減できる。
次に本発明の実施の態様を列記する。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を横向きに流れる排ガスの方向に沿って直列に多数配置された横型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を直列に多数配置され、散布水に対して排ガスが下から上向きに流れる対向流方式の縦型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を直列に多数配置され、散布水に対して排ガスが上から下向きに流れる並行流方式の縦型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、冷却水散布部と回収部との距離を０．２〜１ｍの範囲として、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する回収部とを有する排ガスの水回収装置であって、冷却水散布部と回収部とを備えた水回収手段を直列に多数配置され、散布水に対して排ガスが直交するように流れる立型の水回収装置を非金属材料による水回収ユニットの組合せによって多層多段でシステム構成し、第１の水回収手段で回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収手段の冷却水散布部から散布するよう構成されること。
本発明によれば、非金属材料による水回収ユニットによって耐腐食性が向上し、また、複数の水回収ユニットの組合せによって給排水に伴う配管を省略化できる。水回収ユニットはモジュール化されているためその設置作業は簡略化でき、水回収ユニットの量産化によって水回収ユニットの組合せを変えること及び熱交換距離を自由に変えられることによりガスタービンの発電容量に合わせたシステム構成が可能なことと製造コストも低減でき、排ガスと同時に排出される散布水が減少し、水回収能力が増加して高効率の水回収ができる。このため小型化が可能となり、設置スペースが小さくなる他、排ガスから温度レベルの異なる回収水を得ることができ、有効エネルギーを回収することができる。
産業上の利用可能性
以上述べたように、本発明の水回収装置はガスタービン等の燃焼排ガスから水分を回収し、水資源の有効活用をはかるとともに、環境への蒸気の放出量を低減させることに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例を示す概要図である。
第２図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第３図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第４図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第５図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第６図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第７図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第８図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第９図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１０図は、本発明の他の一実施例を示す概要図である。
第１１図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１２図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１３図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１４図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１５図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１６図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１７図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１８図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第１９図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２０図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２１図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２２図は、本発明の他の一実施具体例を示す概要図である。
第２３図は、液滴径と終端速度の関係を説明するグラフである。
第２４図は、液滴径と到達距離との関係を説明するグラフである。
Claims (13)
- 排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する水回収部とを備え、前記冷却水散布部と水回収部との間隔が約０．２〜１ｍである水回収ユニットを複数ユニット上下方向に接続配置したことを特徴とする排ガスから水を回収する水回収装置。
- 排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する水回収部とを備え、前記冷却水散布部と水回収部との間隔が約０．２〜１ｍである水回収ユニットを複数ユニット接続配置した水回収装置であって、排ガス流れの下流側に位置する水回収ユニットで回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収ユニットの冷却水散布部から散布することを特徴とする排ガスから水を回収する水回収装置。
- 排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する水回収部とを備え、前記冷却水散布部と水回収部との間隔が約０．２〜１ｍである水回収ユニットを複数ユニット排ガスの流れ方向及びそれと交叉する方向に接続配置して多段多層に構成した水回収装置であって、排ガス流れの下流側に位置する水回収ユニットで回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収ユニットの冷却水散布部から散布することを特徴とする排ガスから水を回収する水回収装置。
- 排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する水回収部とを備え、前記冷却水散布部と水回収部との上下方向の間隔が約０．２〜１ｍである水回収ユニットを複数ユニット下から上向きに流れる排ガス流れ方向に接続配置して多段多層に構成した水回収装置であって、排ガス流れの下流側に位置する水回収ユニットで回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収ユニットの冷却水散布部から散布することを特徴とする排ガスから水を回収する水回収装置。
- 排ガスに水滴を散布する冷却水散布部と、散布水および排ガス中の水分の凝縮水を回収する水回収部とを備え、前記冷却水散布部と水回収部との上下方向の間隔が約０．２〜１ｍである水回収ユニットを複数ユニット上から下向きに流れる排ガス流れ方向に接続配置して多段多層に構成した水回収装置であって、排ガス流れの下流側に位置する水回収ユニットで回収した回収水の少なくとも一部を排ガス流れの上流側に位置する他の水回収ユニットの冷却水散布部から散布することを特徴とする排ガスから水を回収する水回収装置。
- 請求項１ないし５において、前記水回収ユニットは非金属材料でできている排ガスから水を回収する水回収装置。
- 請求項１ないし５において、前記水回収ユニットはポリカーボネイトやエポキシ樹脂、ＦＲＰ料でできている排ガスから水を回収する水回収装置。
- 請求項１ないし５において、前記水回収部に排ガス供給孔を設け、そこからの排ガスの吹き出し速度を前記冷却水散布部からの散布水の終端速度より大きくされた排ガスから水を回収する水回収装置。
- 請求項１ないし５において、前記水回収ユニットの幅が約１〜５ｍである排ガスから水を回収する水回収装置。
- 内部に排ガス流路を有し、前記排ガス流路を流れる排ガス中の水分を回収する水回収ユニットと、前記水回収ユニットの排ガス流路面の任意の位置に挿入可能に形成され、排ガス流路を流れる排ガスに水を散布するノズルカセットとを備え、前記排ガス流路は、前記水回収ユニットに任意の数のノズルカセットを挿入することで前記排ガスを多層に構成することを特徴とする水回収装置。
- 内部に排ガス流路を有し、前記排ガス流路を流れる排ガス中の水分を回収する水回収ユニットと、前記水回収ユニットの任意の高さ位置に形成された溝に挿入可能なように形成され、排ガス流路を流れる排ガスに水を散布するノズルカセットとを備え、前記排ガス流路は、前記水回収ユニットの任意の高さに位置する溝に前記ノズルカセットを挿入して、前記ノズルカセットから散布された水と前記排ガスとの熱交換距離を調整可能に構成されていることを特徴とする水回収装置。
- 請求項１０、または１１において、前記カセットノズルは一方の面に排ガスに水を散布する水散布部が形成され、他方の面に前記排ガス中の水分の凝縮水、または前記水散布部から散布された散布水を回収する水回収部が形成されるとともに、前記水回収部に排ガス上流側で回収された回収水と下流側で回収された回収水とを区画する仕切り板を設けたことを特徴とする水回収装置。
- 請求項１０、または１１において、前記カセットノズルは、一方の面に排ガスに水を散布する水散布部が形成され、他方の面に前記排ガス中の水分の凝縮水、または前記水散布部から散布された散布水を回収する水回収部が形成されるとともに、前記一方の面と他方の面とを連通して形成され、前記水回収部で回収された回収水を、前記回収水の回収した層とは別の排ガス流路に供給する連通口を有することを特徴とする水回収装置。
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