JPH04165206A - 熱発生装置およびその操作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、化石燃料、廃棄物またはその他の可燃性燃料
を燃焼させる熱発生装置に係るものである。更に詳＠Ｊ
こ言えば、本発明はそのような熱発生装置の効率を向上
、また特に、可燃性燃料を使用する大規模な発電所用の
熱部に生じる熱を一層効率良く利用する方法と装置とに
係るものである。

石油、石炭、ガスまたは廃棄物のごとき燃料を使用する
熱発生装置は、汚染ガスおよび粒子の形態の廃棄物をか
なりの１生じる。米国および州の環境条件は、これら廃
棄物に対する最大の放出量基準を定めた。これら放出量
基準に従うには、汚染制御設備にかなりな投資を行う必
要がある。

たとえば、乾燥煙道ガス処理法（ｄｒｙ目ｕｅＨｓｓ　
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を使用して粒子を取り除くための
大型装置がある。この目的に使用する典型的な装置は、
静電沈澱器、バッグハウス（ｂＢ　ｈｏｉｓｔ）等を含
むことがある。これら装置は粒子を取り除くには適して
いるが、気体状汚染物は取り除かず、また理解できるよ
うに、これら装置を追加すると熱発生装置のコストを引
き上げ、その効率を下げる。

世界中で燃料の燃焼により生じる気体状汚染物のＩは莫
大である。その結果、熱発生装置から放出された煙道ガ
スからこれら汚染物を取り除くため、多くの技術が記述
されている。大規模な発電所から放出された煙道ガスか
ら汚染物を取り除く種々の湿式洗浄（５ｅｒｕｂｂｉＢ
）方法の一般的な１つの論文が、デイ・エム・コンサイ
デイン（Ｄ　、Ｍ　。

Ｃ（Ｈ５ｉｄｉｎｅ）が編集し、マツフグロー・ヒル・
ブック・カンバニイが出版した［エネルギー技術便覧」
の第９頁ないし第３１２頁に、アール・シイ・不ヴイル
（夏≧、Ｇ　、Ｎ　ｅｖｉｌｌ）が発表した「湿式洗浄
方法−８ＯツおよびＮＯ８除去化学ｊと題する章に見ら
れる。

煙道ガス洗浄技術もまた複雑な装置に関連してかなりの
投資を必要とする。例えば、米国特許第３．３２０．９
０６号および第３，７３３，７７７号には、煙道ガスを
フィルタベツドに通過させて洗浄液と緊密に接触させる
湿式洗浄が記載されている。洗浄液は、米国特許第４，
０４９，３９９号に記載された湿式洗浄装置に有用とさ
れている米国特許第３，７３３，７７７号に記載された
ごとき重硫酸塩水溶液のごときアルカリ性洗浄水溶液で
よい。洗浄された煙道ガスには腐食性液滴が恐らく含ま
れるので、煙道ガスを大気に放出する煙突に位置決めさ
れた誘導通風ファンのごとき後段の器具の腐食を防止す
るため、米国特許第３，８４４゜７４０号に記載したご
とき特殊な技術を使用できる。汚染物を取り除く別の技
術では、煙道ガスをＳ　Ｏ２およびＳＯ５のごとき気体
汚染物か凝縮する程度の低い温度に冷却する。そのよう
な方式の１つが米国特許第３，８３９，９４８号に記載
され、この特許では煙道ガスを約１０℃に冷却して、イ
オウを含む汚染物を凝縮した後、煙道ガスを再び加熱し
てから大気に放出する。

煙道ガスから廃棄物を取り除く前述した技術とその他の
技術とは、大部分が回収されずに失われるかなりの量の
エネルギーを必要とする。その結果、総合的効率、すな
わち、発電所が販売に供するエネルギーが相当減少する
。

燃焼効率を良くするため、ボイラーに関連して空気を予
熱する技術が多年にわたり知られ使用されている。その
ような予熱技術の１つでは、ルジュングストローム（Ｌ
　ｊｏＢｓｊｒｏｍ）空気予熱器を使用する。この予熱
器はロータを使用し、このロータの片側を煙道ガスが通
り、反対側を流入する燃焼空気が煙道ガスとは反対方向
に流れる。しかしながら、空気予熱器は煙道ガス中に存
在するＳＯ５のごとき汚染物を熱交換器内で凝縮するの
を避けるに十分な高温度で作動せしめられる。

内部で可燃性燃料を燃焼させる熱発生装置を操作する本
発明の１つの技術においては、熱発生装置用の空気の予
熱と煙道ガスからの汚染物の除去とを組み合わせて行う
ことにより熱効率を向上させる。

たとえば、本発明の１つの実施例について後述するよう
に、可燃性燃料を使用して熱発生装置を操作するには、
流入空気と燃焼により生じた煙道ガスとを共に熱交換器
を通過させ、熱交換器には同時に煙道ガスに含まれた粒
状および気体状汚染物を取り除くため洗浄液を注ぐ。煙
道ガスからの熱を熱交換器を通して、流入する空気に伝
熱して空気を予熱すると共に、洗浄液が熱交換器を通過
した後、この液を回収して煙道ガス中の汚染物を取り除
く。

煙道ガスが汚染物が凝縮する温度にまで冷却する。たと
えば、煙道ガスはＳＯ３を避けるがしかもＳ　Ｏｓの大
部分を取り除く温度にまで熱交換器内で冷却できる。

熱発生装置を操作する本発明の１つの技術では、熱交換
器の熱効率を著しく向上させる。この技術は発電所、製
鋼炉、硫酸製造工場等に使用されるごとき既存の熱発生
装置の操作効率を向上させるために応用できる。

したがって、本発明の１つの目的は、燃料を使用する熱
発生装置の熱効率を向上させると共に熱発生装置から生
じる煙道ガスから汚染物を取り除くことである。

本発明のこれらおよびその他の利点と目的とは、添付図
面を参照して以下に本発明の１つの例示的具体例を説明
することにより理解できよう。

第１図は発電所用の従来技術の発電所の熱部１０がボイ
ラー１２を設けて示してあり、このボイラーでは石炭、
石油またはガスもしくは廃棄物のごとき他の形態の適当
な燃料を燃焼させる。矢印１６で示したごとく、燃焼空
気が適当なダクト１４を通りボイラー１２に流入する。

ボイラー１２は適当な熱交換要素（図示せず）を含み、
この要素では作用流体（水または蒸気）を循環させてボ
イラー１２内に生じた熱により流体を加熱する。矢印１
８で示したごとく煙道ガスがと吐き出し口２０を通り、
典型的には約３４３℃の範囲である高温でボイラー１２
から出て、熱交換器２２を通り流入空気１６を予熱する
。熱交換器２２を通過した後、煙道ガス１８が煙突２４
を通り大気に放出される。強制通風ファン２６と誘導通
風ファン２８とにより空気を熱部１０と通り流れさせる
。

煙道ガス１８が飛散灰のごとき粒子と、ＳＯ７、Ｓ　Ｏ
ｓおよびその他のガスの形態の汚染物を含むことがある
。汚染物を取り除く手段は一般に熱部１０の一部分であ
るが、第１図を簡略にするため、これら汚染物除去手段
は第１図では省略しである。

煙道ガスから粒子と気体状汚染物とを回収する技術と装
置とは、当業界で広く知られている。

大規模な発電所では特に、凝結したＳＯ３が誘導通風フ
ァン２８のごとき機器に接触することにより機器に腐食
作用を及ぼすことを避けるため、煙道ガスの放出温度を
ＳＯｌの露点温度より高く保持することが好ましいこと
が一般に認識されている。したがって、煙道ガスから回
収する熱量は、一般に煙道ガスの温度をＳＯ８の露点、
すなわち、約１４９℃以上に保持する程度に制限する。

その結果、ボイラー１２に流入する空気１６の温度は一
般に約２３２℃で、また熱部ｌＯの熱効率は理論値程に
高くない。

本発明の熱発生装置を操作する１つの技術では、熱効率
を高くすると同時に汚染物を抽出するため煙道ガスから
かなり多量の熱を回収する。このことは、第２図に示し
たごとく発電所用として説明する熱部２０により達成で
きる。

第２図において、煙道ガス１８が予熱器２２を通過した
後、熱交換器３２を通過し、この熱交換器において煙道
ガス１８内の熱の大部分を抽出してこの熱を流入する空
気１６に伝達する。

熱交換器３２では、作用液が供給源（図示せず）から入
口３４を経てスプレーヤ３６に送られて、このスプレー
ヤにより煙道ガス１８が流れる熱交換器３８に噴射され
る。スプレーヤ３６は噴射した作用液を熱交換器３８内
に充満させて煙道ガスと作用液とを緊密に直接接触させ
る。作用液は煙道ガス内の粒子を回収すると共に、熱交
換器が煙道ガス内の腐食性成分により損傷されないよう
、熱交換用の保護シースとして作用するようにした量を
供給される。

作用液は、煙道ガスに含まれた種々の汚染物を吸収し中
和するに適した成分で作ることが好ましい。これら汚染
物は、ＳＯ８、Ｓ　Ｏｓおよびその他であることがあり
、これら汚染物に対する吸収および中和技術は良く知ら
れ、たとえば、前述した従来技術の文献と特許とを参照
されたい。たとえば、凝縮したＳ　ＯｓとＳＯ８とを中
和するにはアルカリ性洗浄液を使用できる。

熱交換器３２には作用液をスプレィすると同時に粉末を
スプレィできる。この粉末は腐食性成分を中和する種類
のもので良い。熱交換器を腐食作用から保護するために
、そのような粉末を使用することは業界で知られている
。

熱交換器３２としては、レキュペレート、帯熱器および
ヒートポンプを使用できるが、熱交換器３２は回転式帯
熱器が好ましい。そのような熱交換器の大きい表面積は
煙道ガスの汚染物と吸収性のアルカリ洗浄液との混合お
よび接触を良好にする。その場合に、煙道ガス１８は熱
交換器３２に使用した回転式帯熱器の熱い帯域部分を通
り、スプレィされた洗浄液は、この熱い帯域部分に粒子
が集積したり、また凝縮し吸収された汚染物の腐食作用
を防止するような流量で供給される。使用ずみの液体は
ドレン４０に集められて適当な従来技術の洗浄サイクル
で処理される。

流入する空気１６の温度を著しく上昇させると共に、煙
道ガス１８が熱交換ｖｆ３２の出口４２から出？）時、
かなり冷却さＪするように４−るに十分な熱を、回転熱
交換器３２より、煙道ガスから流入する空気１６に伝達
する。

煙道ガスの温度は実際には、このガスが大気に放出され
ると煙道ガス内の水蒸気が可視の水煙柱を形成する程度
に低いことがある。このことは好ま１２．＜ないので、
熱交換器３２からの煙道ガス１８を煙突内を上昇するの
を促進する作用も行う熱交換器４４で再加熱する。適当
な水蒸気分離器４６．４８が熱交換器３２の出τ−コ４
２．４２″設けてｋ）す、熱交換器３２を通るガス流が
連行する水蒸気を回収して取り除く。

煙道ガス１８の熱の大部分を回収するど共に汚染物を取
り除く熱交換器３２を使用することにより、熱部３０の
全体的熱効率を著し、く向上させ、また、該熱交換器３
２は取り除かれた汚染物の腐食作用から保護される。熱
発生装置の熱効率を約′）、５％だけ増大させることが
できる。正味の熱効率、すなｔ）も、本発明による改善
を実現するために必要とされる追加のエネルギーを見込
んだ後の熱効率は２．６％である。更にまた、熱部３０
の運転費を著１．＜減少できるよ）、安価で硫黄含有量
の多い化石燃料を使用できる。

熱効率の向上の結果として、ボイラー１２０入Ｄ５０に
おける流入空気１６の温度は一１昇する。

空気流の温度（よボイラーの出Ｌ’　５２　ｊこおけ乙
計算では、煙道ガス１８の温度から２７℃（５０６Ｆ）
以内かそれ以下の程度引きトげＺ）二とができる。

本発明の効率トの利点は、第１図の従来技術の熱部１：
″おける通常の温度を、第２図の熱部に生じるものを計
算される温度と比較Ｌ　／−以下の表で表わすことがで
きる。

温度 場　　所　　　　　　　　第　　１　　図　　　　　第
　　２　　図空気（ｒ）入０５４　　７６ａＦ　（Ｈ’
Ｃ）　　７０″Ｆ０１℃）出口４２　　　　　　　無し
　　　　　２６０’　Ｆ（１２７℃）ボイラーの入口Ｓ
ｏ　４５０’　Ｆ（２３２℃）６３０’　Ｆ（３３２℃
）ボイラーノ出口ｓ２６５Ｐ　Ｆ（３（３℃）６ＳＯ゜
Ｆ（３１３°Ｃ）再熱器の入口５６　　無１．．　　　
　　３２０’　Ｆ（１６０℃）再熱器の出口５８　　無
し　　　　　３００’　Ｆ（１４９℃）出口４２　　　
　　　　無し　　　　　１２０″’　Ｆ（４９℃）煙突
２１　　　　　　３０Ｇ’　Ｆ（目９℃）目０”　Ｆ（
６０℃）発電所の熱部の効率を向上させる本発明の例示
的具体例を説明したので、本発明の利点は理解できよう
。本発明は高炉、重言ごみ焼却場、化学処理工場等で使
用されるごとき種々の熱発生装置に有効に利用できる。

本発明の原理を逸脱することなく、洗薄液および熱交換
器の選択において以上に説明した具体例を種々に変更で
きる。

【図面の簡単な説明】 第１図は発電所用の従来技術の熱部の略図。 第２図は本発明に係る改良された熱部の略図。 （外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、汚染物を含む燃料を、流入する空気を混合して燃焼
   し、粒子と気体状汚染物とを含む熱い燃焼ガスを生じさ
   せ、該ガスからの熱伝達をした後に、高温の煙道ガスと
   して排出する熱発生装置を操作する方法において、 煙道ガスから空気に熱を伝達する熱交換器に、煙道ガス
   と流入する空気とを通して空気を予熱することと、 汚染物除去液により煙道ガスから汚染物と粒子とを取り
   除ける個所で、熱交換器に当該汚染物除去液をかけると
   共に、熱交換器を取り除いた腐食性汚染物と粒子とから
   保護して熱発生装置の熱効率を向上させること、とから
   成ることを特徴とする熱発生装置を操作する方法。 ２、流入する空気との熱交換関係が、熱交換器内の煙道
   ガスの温度を汚染物の少なくとも一つが煙道ガスから凝
   結するレベルにまで引き下げるに十分であり、凝結した
   汚染物を前記液により取り除く特許請求の範囲第１項の
   熱発生装置を操作する方法。 ３、汚染物除去液をかけるのに、熱交換器内で汚染物を
   煙道ガスを中和し吸収する液をかけるようにした特許請
   求の範囲第２項の熱発生装置を操作する方法。 ４、更にまた、汚染物と粒子とを取り除かれた煙道ガス
   を、汚染物取り除き以前の煙道ガスと熱交換して、該汚
   染物と粒子とを取り除いた煙道ガスを大気に放出する際
   に水煙柱が形成されるのを抑制するのに十分高い温度に
   再加熱することを含む特許請求の範囲第３項の熱発生装
   置を操作する方法。 ５、煙道ガスと、流入する空気とを、回転式畜熱熱交換
   器内に通して熱交換を行うようにした特許請求の範囲第
   １項の熱発生装置を操作する方法。 ６、汚染物を除去するのに、熱交換器内に上記液が流れ
   る状態にするため、該液を熱交換器にスプレイすること
   から成る特許請求の範囲第１項の熱発生装置を操作する
   方法。 ７、熱交換器から出る流入空気に含まれた湿気を分離す
   ることと、 熱交換器から出る煙道ガスに含まれた湿気を分離するこ
   ととを特徴とする特許請求の範囲第６項の熱発生装置を
   操作する方法。 ８、汚染物除去液がアルカリ性中和溶液から成る特許請
   求の範囲第３項の熱発生装置を操作する方法。 ９、汚染物を含む燃料を、流入する空気を混合して燃焼
   し、気体状汚染物とを含む熱い燃焼ガスを発生し、高温
   の煙道ガスとして放出する熱発生装置において、 煙道ガスから流入する空気に熱を伝達する熱交換手段と
   、 汚染物除去液に煙道ガスを直接接触させることのできる
   よう選択した個所で熱交換手段に汚染物除去液をかけて
   煙道ガスから汚染物と粒子とを取り除くと共に、熱交換
   器を取り除かれた汚染物の腐食作用から保護する手段と
   、 を備えて成ることを特徴とする熱発生装置。 １０、熱交換手段が煙道ガスが通る熱い帯域を有する回
   転式熱交換器であり、汚染物除去液を該熱い帯域にかけ
   る特許請求の範囲第９項の熱発生装置。 １１、流入空気と煙道ガスとが回転式熱交換器から出る
   それぞれの通路に位置決めされた湿気分離器を含んでい
   る特許請求の範囲第１０項の熱発生装置。 １２、汚染物を含む燃料を流入空気を混合してボイラー
   内で燃焼させ、所要流体と熱交換する熱い燃焼ガスを発
   生し、該燃焼ガスを粒子と気体状汚染物とを含む高温度
   の煙道ガスとして放出する発電所における熱発生装置を
   操作する方法において、煙道ガスと流入する空気とを熱
   交換器を通過させて煙道ガスから、流入する空気に熱を
   伝達して空気を熱発生装置の熱効率を向上するよう選択
   された温度にまで予熱することと、 同時に汚染物除去液が煙道ガスから汚染物と粒子とを除
   去する個所で、汚染物除去液を熱交換器にかけると共に
   、熱交換器を取り除かれた汚染物と粒子とから保護して
   発電所における熱発生装置の熱効率を向上することと、
   から成ることを特徴とする発電所における熱発生装置を
   操作する方法。 １３、流入する空気に熱を伝達する段階で、空気の温度
   を煙道ガスがボイラーから排出する際の該ガスの温度の
   約２７．５℃（５０゜Ｆ）内の温度にまで上昇させるよ
   うにした特許請求の範囲第１２項の発電所用の熱発生装
   置を操作する方法。 １４、煙道ガスを熱交換器に通す段階で、煙道ガスの温
   度を、汚染物が煙道ガスから凝縮して出て汚染物除去液
   により熱交換器から流し出されるレベルにまで引き下げ
   るように、煙道ガスから、流入する空気に十分な熱を伝
   達するようにした特許請求の範囲第１２項の発電所用の
   熱発生装置を操作する方法。