JP4677930B2

JP4677930B2 - ガス化装置における熱交換器内伝熱管の洗浄装置

Info

Publication number: JP4677930B2
Application number: JP2006055779A
Authority: JP
Inventors: 淳一石橋; 秀昭堀内; 幸信大塚
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: JP2007232294A

Description

この発明は、発電および液体燃料化システムや廃棄物処理装置等へ適用可能な熱分解ガス化装置において、生成ガスを冷却するための熱交換器の伝熱管内面に付着した有害物を洗浄する洗浄装置に関する。

従来、図４に示すように、熱交換器およびこれに備えられた洗浄装置は、知られている。熱交換器は、互いに平行に配置されている一対のヘッダ管61、62と、両ヘッダ管61、62の長さ方向に間隔をおいて並べられかつ上端を両ヘッダ管61、62にそれぞれ連通させている複数のＵ字状伝熱管63とを備えている。両ヘッダ管61には冷媒が対向流となるように流され、各伝熱管62には一方のヘッダ管61から他方のヘッダ管62に向かって冷媒が流されるようになっている。冷却するためガスは、各伝熱管63内の冷媒の流れと交差する流れとなるように各伝熱管63の外側を流される。

洗浄装置は、スートブローと称されるものであって、各伝熱管63の下方を両ヘッダ管61、62の長さ方向にのびた蒸気管64を備えている。蒸気管64にはこれの長さ方向に間隔をおいて複数の吹出口65が上向きにあけられている。

熱分解ガス化装置では空気比が１．０未満での燃焼であるため、生成されたガスは、すす（未燃炭素）やタール分を多く含んでいる。このガスが熱交換器に導入されると、すすやタール分が伝熱管63の外面に付着する。そこで、蒸気管64の吹出口65から蒸気を吹きだして、吹きだした蒸気によって伝熱管63の外面に付着したすすやタール分を洗浄するようにしている。

この従来の洗浄装置による洗浄は、比較的容易に行える。その反面、ガスは伝熱管63の外側を通過させられるため、このようなガスを伝熱管63内部を通過させられる冷媒によって行うガスの冷却は、極めて効率が悪い。

この発明の目的は、熱交換効率の良い熱交換器の使用を前提として、そのような熱交換器の伝熱管を自動的かつ容易に洗浄することのできる洗浄装置を提供することにある。

この発明による熱交換器内伝熱管の洗浄装置は、原料を部分燃焼および／または熱分解してガスを生成するガス化炉と、ガス化炉で生成したガスが伝熱管内を通過させられるガス冷却用熱交換器とを備えているガス化装置において、伝熱管内のガスを燃焼させかつ伝熱管内面に付着した有害物を吹き飛ばすためのガス流れ方向空気流を伝熱管内に発生させる空気手段を備えているものである。

この発明による熱交換器内伝熱管の洗浄装置では、熱交換器内に空気が流入させられると、流入した空気とガスが燃焼反応を起こし、伝熱管内面に付着した有害物が除去される。また、流入した空気の流れの持つエネルギーによって付着物が吹き飛ばされる。したがって、伝熱管内に空気流を発生させるだけで、伝熱管内面に付着した有害物が除去される。また、ガスは伝熱管の内部を通過させられるため、熱交換器の熱効率は高い。したがって、熱交換効率の高い熱交換器の伝熱管を容易に洗浄することができる。

さらに、空気手段が、熱交換器内を通過させられるガスの圧力損失を検出する圧力計と、圧力計の検出値が設定値を超えたときに、空気流が所定時間だけ発生させられるように空気手段を制御する制御手段とを備えていると、洗浄動作を自動的に行うことができる。また、圧力計が、熱交換器入口側の圧力を測定する入口圧力計と、熱交換器出口側の圧力を測定する出口圧力計とよりなり、空気手段が、熱交換器入口側から伝熱管内へ圧力空気を吹入れる吹入手段と、熱交換器出口側から伝熱管内のガスおよび／または空気を吸出す吸出手段とよりなり、制御手段が、入口圧力計および出口圧力計の少なくともいずれか一方が正圧を検出したときに、吹入手段を作動させ、入口圧力計および出口圧力計の少なくともいずれか一方が負圧を検出したときに、吸出手段を作動させるようになされていると、伝熱管内が正圧または負圧のいずれの場合にも対応することができる。

また、吹入手段が、コンプレッサと、コンプレッサから熱交換器入口側までのびた空気管と、空気管に備えられかつ制御手段によってＯＮ・ＯＦＦ制御される電磁弁とを備えており、吸出手段が、熱交換器出口側に備えられかつ制御手段によってＯＮ・ＯＦＦ制御される誘因送風機を備えていることが好ましい。

この発明によれば、熱交換効率の高い熱交換器の伝熱管を自動的かつ容易に洗浄することができる。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

図１は、ガス化装置の全体構成を示すものである。ガスの流れ方向（図１の左から右）に、原料ホッパ11、固定床式ガス化炉12、サイクロン13、空気予熱機14および熱交換器15が順次配置されている。原料ホッパ11には原料切出装置16が備えられている。ガス化炉12には熱分解炉17およびチャー排出装置18が備えられている。熱分解炉17には原料供給装置19が備えられている。サイクロン13には集塵物貯槽21が備えられている。空気予熱機14には押込送風機22が備えられている。

原料ホッパ11ーに蓄えられた原料（バイオマスや廃棄物等）は、原料切出装置16で破砕され、続いて原料供給装置19から熱分解炉17に供給される。

熱分解炉17では、押込送風機22から空気予熱機14を介して導入される高温空気により原料が部分燃焼され、その結果、熱分解反応によって、揮発成分や水分を主成分とする熱分解ガスと、チャーなどの固形分に分離される。

チャーは、ガス化炉12の下部に蓄えられ、チャーベッドと言われる800〜900℃の充填層を形成し、熱分解炉17と充填層の間にあって、ガス化炉12の上部に空間が生じる。この空間に押込送風機22から高温空気を導入し、空間を通過する熱分解ガスまたは固形分の中にあるタールを熱分解させ、チャーとする。

熱分解ガスが充填層の間隙を通過することにより、熱分解ガス含まれるタールが低減し、さらにチャーおよび熱分解ガスの反応により、可燃性ガスが生成される。

生成された可燃性ガスはサイクロン13に送られ、そこでダスト（チャー等）が分離される。充填層の底部にあるチャーは、チャー排出装置18によって、系外へ排出される。サイクロン13で分離されたダストは集塵物貯槽21に送られる。ダストを分離した可燃性ガスは空気予熱機14へ送られる。空気予熱機14では、可燃性ガスの熱エネルギーを利用して、押込送風機22からの空気を、熱分解炉17およびガス化炉12へ供給するために高温に予熱する。空気予熱機14を通過した予熱ガスは、熱交換器15へ送られ、そこで、冷却媒体によって冷却され、その後、内燃機関23へ供給される。

図２は、熱交換器15およびこれに備えられた熱交換器内伝熱管の洗浄装置を示すものである。

熱交換器15は、上部ヘッダ31および下部ヘッダ32と、これらのヘッダ31、32間に介在させられている複数の並列状伝熱管33とよりなる。

上部ヘッダ31には、空気予熱機14からの入口側ガス管34が接続されている。下部ヘッダ32には、内燃機関23への出口側ガス管35が接続されている。熱交換器15ケーシング上部には冷媒出口36が、その下部には冷媒入口37がそれぞれ設けられている。

入口側ガス管34内には入口圧力計41が配置されている。出口側ガス管35内には出口圧力計42が配置されている。

入口側ガス管34には空気管43が備えられている。空気管43の一端はコンプレッサ44に接続され、その他端は入口圧力計41より上流で入口側ガス管34に接続されている。空気管43には電磁弁45が備えられている。出口側ガス管35には誘引送風機46が、出口圧力計42の下流で、出口側ガス管35内のガスを吸引し、その下流に向かって排出するように備えられている。入口圧力計41および出口圧力計42の検出値は、制御装置47に入力される。

図３は、制御装置47の構成を示すものである。制御装置47は、入口圧力計41の検出圧力P1および出口圧力計42の検出圧力P2の圧力差ΔPを検出する検出手段51と、検出手段51によって検出された圧力差ΔPおよび既定圧力（閾値）ΔPｄを比較する比較手段52と、比較手段52で得られた結果に基づいて、コンプレッサ44、電磁弁45および送風機46を制御する制御手段53とを備えている。

入口側ガス管34によって送られてきたガスは、熱交換器15を通過し、出口側ガス管35を通じて送風機46へ送られる。この間に、ガスに含まれたすすやタールは、伝熱管33の内面に付着させられる。そうすると、入口・出口間の圧力差、すなわち圧力損失が増大する。

比較手段52によって圧力差ΔP＝P1−P2が既定圧力ΔPｄを超えたと判定された場合、制御手段53によって、以下の２つの動作のいずれかが自動的に行われる。

ガス化装置の運転状態によって、熱交換器15内の圧力は、正圧および負圧のいずかを示す。この判定は、入口圧力計41の測定した圧力P1が正圧または負圧のいずれかを示すことによる。

熱交換器15内が正圧の場合、コンプレッサ44を作動させて、電磁弁45をＯＮとする。そうすると、コンプレッサ44から送り込まれた空気によって伝熱管33内にはガス流れ方向の空気流が発生させられる。

熱交換器15内が負圧の場合、電磁弁45をＯＮとしておいて、送風機46をＯＮとする。そうすると、熱交換器15内は出口から吸引されることによって、入口から空気が熱交換器15内に流入し、この流入した空気によって伝熱管33内にはガス流れ方向の空気流が発生させられる。

熱交換器15内のガスは高温であり、そこに新鮮な空気が流入すると、流入空気によって燃焼反応が行なわれる。これにより、伝熱管33の内面に付着したすすやタール分は除去される。さらに、流入した空気は流れのエネルギーをもっているため、そのエネルギーによって付着物は物理的に吹き飛ばされる。以上の手順により、伝熱管33の内面にすすやタール分付着して、熱交換器15に圧力損失が生じたとしても、付着物を自動的に、かつ簡単に伝熱管33内の洗浄が行われる。

この発明による熱交換器内伝熱管の洗浄装置を備えたガス化装置の構成図である。同熱交換器内伝熱管の洗浄装置をガス化装置の熱交換器とともに示す構成図である。熱交換器内伝熱管の洗浄装置の制御装置のブロック図である。従来例による洗浄装置を熱交換器ととも示す斜視図である。

符号の説明

12 ガス化炉
15 熱交換器
33 伝熱管
41 入口圧力計
42 出口圧力計
44 コンプレッサ
45 電磁弁
46 送風機

Claims

原料を部分燃焼および／または熱分解してガスを生成するガス化炉と、ガス化炉で生成したガスが伝熱管内を通過させられるガス冷却用熱交換器とを備えているガス化装置において、
伝熱管内のガスを燃焼させかつ伝熱管内面に付着した有害物を吹き飛ばすためのガス流れ方向空気流を伝熱管内に発生させる空気手段を備えており、
空気手段が、熱交換器内を通過させられるガスの圧力損失を検出する圧力計と、圧力計の検出値が設定値を超えたときに、空気流が所定時間だけ発生させられるように空気手段を制御する制御手段とを備えており、
圧力計が、熱交換器入口側の圧力を測定する入口圧力計と、熱交換器出口側の圧力を測定する出口圧力計とよりなり、
空気手段が、熱交換器入口側から熱交換器内へ圧力空気を吹入れる吹入手段と、熱交換器出口側から熱交換器内のガスおよび／または空気を吸出す吸出手段とよりなり、
制御手段が、入口圧力計および出口圧力計の測定した圧力差が既定圧力を超えかつ入口圧力計の測定した圧力が正圧のときに、吹入手段を作動させ、入口圧力計および出口圧力計の測定した圧力差が既定圧力を超えかつ入口圧力計の測定した圧力が負圧のときに、吸出手段を作動させるようになされている、
熱交換器内伝熱管の洗浄装置。
吹入手段が、コンプレッサと、コンプレッサから熱交換器入口側までのびた空気管と、空気管に備えられかつ制御手段によってＯＮ・ＯＦＦ制御される電磁弁とを備えており、吸出手段が、熱交換器出口側に備えられかつ制御手段によってＯＮ・ＯＦＦ制御される誘因送風機を備えている請求項１に記載の熱交換器内伝熱管の洗浄装置。