JP5898382B2

JP5898382B2 - 自然循環間接式排煙再熱器

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Publication number: JP5898382B2
Application number: JP2015533411A
Authority: JP
Inventors: ▲銭▼学略
Original assignee: 上海伏波▲環▼保▲設備▼有限公司
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: JP2015535919A; DE112013004744B4; US9291348B2; US20150198330A1; KR20150052300A; DE112013004744T5; KR101668969B1; WO2014048089A1

Description

本発明は、湿式脱硫後浄化排煙再加熱分野に係り、特に一種の自然循環間接式排煙再熱器に係る。

ボイラーの排煙に二酸化硫黄が含まれるので、直接に排出されると、酸性雨が発生し、厳重な環境汚染に至る可能性がある。特に火力発電所における二酸化硫黄制御は特に広く国民の懸念を起こしているので、国内発電所は、今有効的な装置を採用して二酸化硫黄の制御を実施している。国内現時点では、最も多く応用されている脱硫方式が排煙湿式脱硫であり、特に石灰石(又は石灰)-石膏湿式脱硫である。石灰石(又は石灰)-石膏湿式脱硫は、石灰石(又は石灰)を吸収剤として排煙での二酸化硫黄を洗浄して亜硫酸カルシウムを生成してから、加入された空気と酸化反応を行い、最後に石膏を生成し、二酸化硫黄を除去し、排煙を浄化することである。全体的な反応プロセスは、全部脱硫吸収塔内で完成し、反応温度が一般に50℃位である。

石灰石(又は石灰)-石膏湿式脱硫システムに常時にガス-ガス熱交換器(GGHと略称される)が設置され、ガス-ガス熱交換器の具体的な役割は下記の通りである。一つ目は、脱硫タワーに入った排煙の熱量を吸収し、脱硫タワーに入った排煙温度を降下させ、脱硫タワー的運行状況を最適化すること。二つ目は、吸収した排煙の熱量を利用して脱硫吸収塔後の浄化排煙を加熱し、排煙温度(一般に 80℃以上と要求する)を向上し、軽減煙道及び煙突の低温湿っぽいガスの腐食を軽減し、これと同時に、煙突出口の排煙に十分な上昇高さを持たせることによって、周辺大気の環境品質を改善することである。

現在市場で応用されているGGH装置のフローは図1で示すように、脱硫タワー1に入る前の排煙ガスと脱硫タワー後の浄化排煙とが回転式熱交換器4を通じて直接的に熱交換を行い、吸熱した浄化排煙が煙突5に入り、高温煙道2と低温煙道3（浄化排煙煙道）が垂直・平行で配置されている。伝統的なGGH運行プロセスで、回転式熱交換器構造の局限性により、この密封性能が良くないので、運行プロセスで漏れが発生し、二酸化硫黄漏洩に至る可能性が高い為、脱硫効率が低減し、ひどいのになると排出基準に達さなくなる。回転式熱交換器構造について、図2を参照して下さい。もう一方、前記排煙に二酸化硫黄が含まれると、排煙温度がある温度を下回ると、二酸化硫黄が排煙ガスでの水蒸気と反応して硫酸を形成し、設備を腐食する。したがって、脱硫吸収塔上流側の冷却熱交換器であれ、下流側のヒーターであれ、皆酸露腐食の問題が存在する。それに、GGHを取り付けた後、GGH部品の腐食及び熱交換部品の詰まりにより湿式脱硫システムの可用性が削減し、GGHの保守費用が増えるので、一部分の湿式脱硫システムにGGHを取り付けないまま直接湿っぽい煙突で運行するが、この場合排煙下向き及び白煙の問題が発生する。

日本の低温電気除塵技術もある程度で脱硫後湿っぽい煙突の問題を解決し、このシステムが、「熱回収器+電気除塵器+再加熱器」という三つの部分から構成され、熱回収器(MGGH-H/E)が空気予熱器後と電気除塵器の入口端の間に配置され、再加熱器(MGGH-R/E)が湿式脱硫後と煙突との間の煙道に配置され、当該技術の作動原理としては熱媒体（一般に水媒体である）と排煙ガスが熱回収器と再加熱器を通じて熱交換を行うことによって、電気除塵器の運行温度を通常の状況の下での低温状態（130〜140℃）から低低温状態（90〜100℃）に降下させ、それに、脱硫後の排煙温度を通常の状況の下での50℃から90℃位に向上させることによって、排煙ガス余熱利用、エネルギー消耗低減、除塵・脱硫効率向上、脱硫用水節約と電気除塵下流設備腐食等の問題の緩和を達成することである。但し、当該技術の中で、熱媒体がシステムで運行する際に熱ポンプによる伝送が必要であり、大量なエネルギーを消費してシステム運行を補助する必要があるので、運行コストが大きく増えた。

特許文献１が一種の蒸発冷却排煙ガスヒーターを公開し、これも一種の代替する伝統的なGGH熱交換器であり、これが元の排煙熱交換器及び浄化排煙熱交換器をガス室で接続し、真空ポンプで熱交換器内部圧力をコントロールすることによって壁温を調節しているが、元の排煙熱交換管と浄化排煙熱交換管が直接的にガス室を通じて接続している為、媒体の循環を順調に実施できず、その上、真空ポンプを通じて壁温コントロールを行うので、実際実施プロセスで、圧力センサーの圧力測定が正しくないことにより制御システムが有効に作動できず、全体的なシステム運行が不安定になる可能性がある。

中国特許ZL200610169891.9

前記現有技術の欠点に鑑みて、本発明の目的は、一種の自然循環間接式排煙再熱器を提供することであり、これが酸露腐食を避け、脱硫効率に影響を与えない基礎の上で脱硫後の浄化排煙を加熱し、それに、動力設備を追加する必要がないので、現有技術で存在している前記問題を克服できる。

前記目的及びその他の関連目的を実現する為に、本発明は、一種の自然循環間接式排煙再熱器を提供し、これが、煙道内に置かれる吸熱部及び第一放熱部、煙道外に置かれて凝縮水を加熱する第二放熱部及び制御システムを含み、前記吸熱部が脱硫タワー前の高温煙道に置かれ、前記第一放熱部が脱硫タワー後の低温煙道に置かれ、前記第一放熱部と第二放熱部がそれぞれ循環パイプを通じて吸熱部に接続し、前記循環パイプに伝熱媒体が設置されている。前記第二放熱部に入る凝縮水パイプラインに流量調節バルブが設置され、前記第一放熱部及び吸熱部に皆温度センサーが設置され、前記流量調節バルブと温度センサーが皆制御システムに接続している。

好ましくは、前記伝熱媒体が脱酸素水である。

好ましくは、前記第二放熱部、第一放熱部及び吸熱部が垂直方向で相次いで上下に配置、設置される。

好ましくは、前記高温煙道と低温煙道が水平方向で平行に設置される。

好ましくは、前記吸熱部の壁面温度が酸露点温度以下 20℃以上である。

前述のように、本発明の自然循環間接式排煙再熱器は、下記の有益効果を有する。これは、回収脱硫前の排煙の熱量を使用して脱硫後の浄化排煙を間接的に加熱する。これは、従来の GGH で直接的に脱硫前の排煙と脱硫後浄化排煙との熱交換方式を通じて脱硫後浄化排煙を加熱することと異なり、元々の GGH システムでの腐食と漏れ等の問題を解決し、伝統的な GGH システムの不安定性を変えた。これと同時に、さらに排煙の余熱を深度に回収し、脱硫タワー入口の煙温度を降下させ、脱硫システムの省エネと節水効果を実現できる。これも日本の低温電気除塵技術と異なり、本間接式排煙再熱器で伝熱媒体が自然に循環し、動力設備を追加しなくても、高温排煙と低温排煙との間接的な熱交換を実現でき、それに制御システムが合理的且つ有効的である。本発明での制御システムは、温度センサーにより提供される信号と結びづいて第二放熱部に入る凝縮水流量をコントロールすることによって、吸熱部の壁温及び第一放熱部の出口浄化排煙温度をコントロールし、これで、壁温及び煙温度コントロールの目的を達成すると同時に、余分な熱量を有効に回収、利用する。

伝統的なGGHフロー見取り図を表す。回転式熱交換器の見取り図を表す。本発明の自然循環間接式排煙再熱器見取り図を表す。本発明の自然循環間接式排煙再熱器実施形態フローの見取り図を表す。

これから特定的な具体実施形態で本発明の実施方式を説明し、この技術を熟知する者は、本明細書で掲示された内容を通じて本発明のその他の利点及び効能を容易に了解できる。

図1〜図4を参照して下さい。了解すべきこととしては、本明細書の添付図で示すような構造、比例と大きさ等は皆明細書の掲示内容を説明することによって、この技術に慣れた者に了解と閲覧を供するものであるが、本発明の実施可能な限定条件を制限することではないので、技術上の実質的な意義を有さず、如何なる構造の修飾、比例関係の変更又は大きさの調整が、本発明による効能及び達成可能な目的に影響を与えない条件の下で、相変わらず本発明により掲示される技術内容の被覆範囲内に属することである。これと同時に、本明細書で引用された「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及び「一」等の用語も、叙述の明瞭さの為に限り、本発明の実施可能な範囲を限定しない。その相対関係の変更又は調整も、実質的な技術変更内容がない条件の下で、本発明の実施可能な範囲と見なすべきである。

図3及び図4で示すように、本発明は、一種の自然循環間接式排煙再熱器を提供し、これが、煙道内に置かれる吸熱部6及び第一放熱部7、煙道外に置かれて凝縮水を加熱する第二放熱部8及び制御システム12を含み、吸熱部6が脱硫タワー1前の高温煙道2に置かれ、第一放熱部7が脱硫タワー1後の低温煙道3に置かれ、第一放熱部7と第二放熱部8がそれぞれ循環パイプ9と10を通じて吸熱部6に接続し、循環パイプに伝熱媒体が設置されている。第二放熱部8に入る凝縮水パイプライン13に流量調節バルブ11が設置され、第一放熱部7及び吸熱部6に皆温度センサー14が設置され、流量調節バルブ11と温度センサー14が皆制御システム12に接続している。本発明は、脱硫前の排煙の余熱を利用して脱硫後の浄化排煙を間接的に加熱し、脱硫後煙の温度不足による排煙下向き及び白煙等の問題を防止し、これと同時に、脱硫タワー入口の煙温度を有効に降下させ、脱硫タワーの省エネと節水効果を実現する。これと同時に、本発明の吸熱部と放熱部が循環パイプを通じて直接的に接続し、循環パイプ内の伝熱媒体が自動に流動し、動力設備を追加する必要がない。それに、制御システムで第二放熱部の放熱量を調節することによって吸熱部の吸熱量を調節し、これで設備の酸露腐食防止を確保し、制御システムを応用することによって、吸入煙の温度を一層正確にコントロールし、これで、壁温及び煙温度コントロールの目的を達成すると同時に、余分な熱量を有効に回収・利用する。

前記凝縮水パイプラインがボイラー補給水システムでの凝縮水輸送パイプラインである可能性がある。したがって、前記制御システム12が第二放熱部8の放熱量を調節することによって壁温及び煙の温度コントロールの目的を達成し、第二放熱部 8 がコントロールプロセスで同時に一部分の熱量を吸収し、この部分の熱量で凝縮水を加熱し、ボイラー補給水の温度を向上することによって、熱量を有効に利用する。

伝熱媒体の循環パイプにおける自己循環を一層良く実現する為に、図4で示すように、前記脱硫タワー1前の高温煙道2及び脱硫タワー後の低温煙道3を水平方向で平行に設置することによって、前記第二放熱部8、第一放熱部7及び吸熱部6を垂直方向で相次いで上下に配置、設置することができ、この垂直方向の設置が伝熱媒体の死荷重下での循環実施を一層良く満足できる。好ましくは、前記伝熱媒体が脱酸素水である。

前記循環パイプ9と10が接続吸熱部6・第一放熱部7と第二放熱部8の上昇管・下降管から構成されている。

本発明は、伝統的なGGH技術と比べて、三つの技術的優位性がある。一つ目は、本発明が脱硫前排煙余熱を回収することによって間接的に脱硫後の浄化排煙を加熱することに着眼し、伝統的なGGH技術において発生した漏洩と腐食等の問題を避けることである。二つ目は、低温酸露腐食に対する更なる研究を通じて、本間接式排煙再熱器の壁面温度を排煙ガス酸露点温度より低い温度レベルに降下させても良いことである。さらに言えば、伝統的なGGH技術を採用すれば、脱硫タワーでの煙の温度を一般に酸露点温度以上に維持するが、本発明で提供された技術を使用し、後端間接式排煙再熱器の壁面温度を酸露点下20℃に厳格にコントロールし、即ち、通常の状況の下で言う「第一安全区」内にコントロールすると、少なくとも排煙の20℃の温度降下と対応する低温余熱が利用できるのを意味する。三つ目に、本発明は、間接式排煙ガス熱交換後、脱硫タワーに入る排煙温度がさらに降下するので、脱硫システムで省エネ・節水の効果を取得できる。

本発明の自然循環間接式排煙再熱器の作動原理は下記の通りである。

除塵器から排出された高い温度のある排煙が、高温煙道2を通じて間接式排煙再熱器の吸熱部6に入り、吸熱部6で一部分の熱量を釈放した後、脱硫タワー1に入り、脱硫タワー1内で反応を行った後、低温煙道3を通じて第一放熱部 7に入り、第一放熱部7を通じて加熱された後、煙突5に入り、この後、煙突5から排出される。

排煙が相次いで間接式排煙再熱器の吸熱部6及び第一放熱部7に導かれる時、間接式排煙再熱器の間接熱交換がGGHの回転式熱交換器の直接的な熱交換と比べて、間接式熱交換が無漏洩特性を有し、それに、本発明の間接式排煙再熱器の壁面温度を安定に保持でき、この上、壁面温度及び排煙温度に僅か小さい勾配の温度降下があり、間接式排煙再熱器の吸熱部壁面温度が酸露点温度下 20℃以上（第一安全区）である場合、排煙温度が間接式排煙再熱器吸熱部の壁温より僅か15℃位高く、これと同時に、脱硫後の浄化排煙気流が間接式排煙ガス熱交換器の放熱部を通す時、壁面温度も安定に保持できる。

排煙が吸熱部6を通る時に熱量を吸熱部での伝熱媒体に釈放し、伝熱媒体が一般に脱酸素水であり、伝熱媒体が熱量を吸収した後、密度差による圧力の下で循環パイプ9と10の上昇管を通じて第一放熱部7及び第二放熱部8に入り、第一放熱部7及び第二放熱部8で熱量を釈放した後、循環パイプ9と10の下降管を通じて吸熱部6に戻り、ここで一つの循環を完成し、全体的な循環プロセスで外部動力が要らず、伝熱媒体の循環が自然循環である。第一放熱部7の中で、脱硫タワーから出る浄化排煙が伝熱媒体により加熱されてから、煙突に入って順調に排出され、第一放熱部7及び吸熱部6に皆温度センサー14が設置され、温度センサーが信号を制御システム12に伝達し、温度が設定値を下回る場合、制御システム12が流量調節バルブ11の開口度をコントロールし、この開口度を減少し、これで第二放熱部8に入る凝縮水量を低減し、第一放熱部7及び吸熱部6の壁温度を上昇させ、制御システム11が壁面温度をずっと一つの合理的な値に保持し、それに、吸熱部の壁面温度を酸露点温度下20℃以上にすることによって、壁面に厳重な腐食現象が発生しないのを保証する。

本発明の自然循環間接式排煙再熱器を単独に使用してもよいし、又は並列に接続して使用しても良い。

以上述べたところを総合すれば、本発明の自然循環間接式排煙再熱器は、脱硫前の排煙の余熱を利用して脱硫後の浄化排煙を間接的に加熱し、脱硫後煙の温度不足による排煙下向き及び白煙等の問題を防止し、これと同時に、脱硫タワー入口の煙温度を有効に降下させ、脱硫タワーの省エネと節水効果を実現する。これと同時に、本発明の吸熱部と放熱部が循環パイプを通じて直接的に接続し、循環パイプ内の伝熱媒体が自動に流動し、動力設備を追加する必要がない。それに、制御システムで第二放熱部の放熱量を調節することによって吸熱部の吸熱量を調節し、これで設備の酸露腐食防止を確保し、制御システムを応用することによって、吸入煙の温度を一層正確にコントロールし、これで、壁温及び煙温度コントロールの目的を達成すると同時に、余分な熱量を有効に回収・利用する。したがって、本発明は、現有技術での様々な欠点を有効に克服し、高度な産業利用価値を有する。

前記実施形態は、例示として本発明的原理及びその効能を説明するものであり、本発明を制限するものではない。この技術を熟知する如何なる者も、本発明の趣旨及び範囲に背かないという前提の下で、前記実施形態に対して修飾又は変更を実施できる。したがって、所属技術分野で通常の知識を持つ如何なる者により、本発明で掲示された趣旨及び技術的思想から離れない前提の下で完成された一切の等価修飾又は変更は、相変わらず本発明の請求項に属すべきである。

1・・・脱硫タワー
2・・・高温煙道
3・・・低温煙道
4・・・回転式熱交換器
5・・・煙突
6・・・吸熱部
7・・・第一放熱部
8・・・第二放熱部
9、10・・・循環パイプ
11・・・流量調節バルブ
12・・・制御システム
13・・・凝縮水パイプライン
14・・・温度センサー

Claims

煙道内に置かれる吸熱部（6）及び第一放熱部（7）、煙道外に置かれて凝縮水を加熱する第二放熱部（8）及び制御システム（12）を含み、前記吸熱部（6）が脱硫タワー前の高温煙道（2）に置かれ、前記第一放熱部（7）が脱硫タワー後の低温煙道（3）に置かれ、前記第一放熱部（7）と第二放熱部（8）がそれぞれ循環パイプ（9と10）を通じて吸熱部（6）に接続し、前記循環パイプ（9と10）内に伝熱媒体が設置され、前記第二放熱部に入る凝縮水パイプライン（13）に流量調節バルブ（11）が設置され、前記第一放熱部（7）及び吸熱部（6）に皆温度センサー（14）が設置され、前記流量調節バルブ（11）と温度センサー（14）が皆制御システム（12）に接続していることを特徴とする一種の自然循環間接式排煙再熱器。
前記伝熱媒体が脱酸素水であることを特徴とする請求項 1 記載の自然循環間接式排煙再熱器。
前記第二放熱部（8）、第一放熱部（7）及び吸熱部（6）が垂直方向で相次いで上下に配置、設置されていることを特徴とする請求項1記載の自然循環間接式排煙再熱器。
前記高温煙道（2）と低温煙道（3）が水平方向で平行に設置されていることを特徴とする請求項1記載の自然循環間接式排煙再熱器。
前記吸熱部（6）の壁面温度が酸露点以下20℃以上であることを特徴とする請求項1記載の自然循環間接式排煙再熱器。