JPH08105620A - 煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換器 - Google Patents

煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換器

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JPH08105620A
JPH08105620A JP7189721A JP18972195A JPH08105620A JP H08105620 A JPH08105620 A JP H08105620A JP 7189721 A JP7189721 A JP 7189721A JP 18972195 A JP18972195 A JP 18972195A JP H08105620 A JPH08105620 A JP H08105620A
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heat exchange
heat
heat exchanger
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Dennis W Johnson
デニス・ダブリュー・ジョンソン
Karl H Schulze
カール・エイチ・シュルツェ
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Babcock and Wilcox Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直方向に関係を有し、下降方向に於てのみ
煙道ガスを流通させてなる別々の２つのステージを使用
する煙道ガス処理のためのシステム及び方法を提供する
こと。 【構成】 煙道ガス５２が、第１の熱交換器５６内で顕
熱の大半が除去された後、移行セクション６０を通り下
方の第２の熱交換器６２に入り潜熱が除去される。第１
及び第２の各熱交換器内では凝縮によって液滴が形成さ
れこれらの液滴が重力及び煙道ガス５２の流れの下方へ
の移動により下方に落下する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に煙道ガスからの汚
染物質の除去に関し、詳しくは、フライアッシュの如き
粒状物、硫黄酸化物及び或はその他の、発電プラント、
廃棄物−エネルギープラントその他工業プロセスに於け
る廃棄物の燃焼や、石炭その他化石燃料の燃焼中に形成
される煙道ガスに含まれる汚染物質を除去しつつ、煙道
ガス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換器の使用を
通して煙道ガスから有効熱を回収するための新規且つ有
益な方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】発電分野に於て、米国の連邦及び国の排出
要件に合わせるための、高温の燃焼排気ガスからの熱の
回収と、粒状物、硫黄酸化物及び或は汚染物質除去との
一体化に関わる幾つかの装置及び方法が既知である。こ
れまで使用されて来ている１つの装置は、図１に示すよ
うな凝縮型熱交換器である。この凝縮型熱交換器は単一
ユニット１０内で煙道ガスから顕熱及び潜熱の両方を回
収するものであり、煙道ガス１１は熱交換器１２を貫い
て降下し、一方、水１４は熱交換器１２の蛇行管に沿っ
て上昇する。管表面での煙道ガスの温度が露点以下にな
ると熱交換器１２の内部で凝縮が生じる。凝縮物は熱交
換器１２の管列全体から熱交換器底部へと絶え間なく雨
滴の如く落下し、凝縮物ドレン１６から排出される。煙
道ガスは粒状物が管に衝突し且つ凝縮が生じる際に熱交
換器１２の内部で浄化され得る。熱交換器の管や熱交換
器シェルの内側表面は耐腐蝕性材料で作製され或はテフ
ロン（登録商標名）で覆い、煙道ガス温度が酸の露点以
下に下なった場合でも腐蝕しないようにしている。熱交
換器の管の相互連結部は管シートの外側に設けられるの
で腐蝕性の煙道ガス１１の流れに露呈されることはな
い。この領域では、図２に概略例示するような一体式の
煙道ガス処理用の凝縮型熱交換器２０（以後、単にＩＦ
ＧＴ２０とも称する）も使用される。このＩＦＧＴ２０
は煙道ガス２２の流れからの汚染物質除去を助長する設
計形状のものであり、やはり耐腐蝕性材料から作製され
或は全ての内側表面をテフロン（登録商標名）で覆って
いる。ＩＦＧＴ２０には４つの主要なセクション、即
ち、第１の熱交換ステージ或は第１の熱交換器２４、中
間の移行領域２６、第２の熱交換ステージ或は第２の熱
交換器２８、ミスト除去器３０が含まれる。図２に示す
一体式の煙道ガス処理のための設計形状と、図１に示す
従来からの凝縮型熱交換器の設計形状との主な相違点は
以下の通りである。 １．一体式の煙道ガス処理のための設計形状では第１及
び第２の熱交換器２４、２８を使用するのに対し、従来
設計の凝縮型熱交換器では単一の熱交換器１２が使用さ
れる（図１） ２．一体式の煙道ガス処理のための設計形状では２つの
熱交換器２４、２８の中間に移行領域２６を位置付け、
この移行領域２６を使用して煙道ガス２２を第２の熱交
換器２８に配向する。またこの移行領域２６が収集タン
クとして作用するので、第１及び第２の熱交換器２４、
２８間での煙道ガス２２の処理が可能である。 ３．一体式の煙道ガス処理のための設計形状での第２の
熱交換器２８では煙道ガスは上昇では無くむしろ下降す
る。 ４．第２の熱交換器２８の煙道ガスの出口２９には、全
体を参照番号４０で示すアルカリ試薬噴霧システムを設
けて、このアルカリ試薬噴霧システムは試薬源と、試薬
４２と再循環された凝縮液とを汲み上げるための、また
使用済みの試薬を噴霧器４６及び４８に送るためのポン
プ４４とを設けている。 ５．ミスト除去器３０を使用することにより、凝縮及び
煙道ガスからの噴霧により形成された水を分離してい
る。ＩＦＧＴ２０の第１の熱交換器２４で煙道ガス２２
から顕熱の大部分が除去される。移行領域２６には水或
はアルカリ噴霧システム４８を設けることが可能であ
る。ＩＦＧＴ２０では、第２の熱交換器２８に入る以前
に煙道ガス２２を水分飽和状態とすることで煙道ガス２
２からの硫黄性の汚染物質除去をも助成している。移行
領域２６は耐腐蝕性のガラス繊維強化プラスチックその
他の耐腐蝕性材料から作製され或はライニングされる。
従って、第２の熱交換器２８は凝縮モードで作動して煙
道ガス２２から汚染物質と共に潜熱を除去する。また、
この第２の熱交換器２８の頂部にはアルカリ溶液或はス
ラリーのための噴霧デバイス４６が設けられる。第２の
熱交換器２８では煙道ガス２２は上昇し、一方、煙道ガ
ス２２内の液滴は落下する。ガス／液滴のこの向流での
流れがスクラビング効果を提供し、これが粒状物や汚染
物質の捕獲を増長する。凝縮されたガス、粒状物、反応
に使用したアルカリ溶液が移行領域２６の底部に収集さ
れる。ＩＦＧＴ２０の煙道ガス出口２９にはミスト除去
器３０を設け、水分のキャリーオーバーの発生チャンス
を減少させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】垂直方向に於て関係を
有し、下降方向に於てのみ煙道ガスを流通させてなる別
々の２つのステージを使用する煙道ガス処理のためのシ
ステム及び方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、煙道ガ
ス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換器が提供され
る。この煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交
換器は上端に入口を、下端には出口を有している。煙道
ガスは入口からハウジングに入り、ハウジングを貫いて
下方に移動した後、ハウジングの下端から出口を通して
排出される。ハウジングは入口の下側にアッパーステー
ジを有する。このアッパーステージは、煙道ガスがハウ
ジングを通して下方に流通する際に煙道ガスから熱を奪
い、煙道ガスを冷却する凝縮型の第１の熱交換器を含
む。この第１の熱交換器の直下には凝縮型の第２の熱交
換器が位置付けられる。第２の熱交換器は、ハウジング
の出口に向かう煙道ガスがこの第２の熱交換器を下方に
貫くに際して煙道ガスから熱を更に奪い、煙道ガスを一
層冷却する。ハウジング下端の、この第２の熱交換器の
下側に位置付けた収集タンクが、凝縮液、液体、粒状
物、反応生成物を収集する。ハウジングの下端の、収集
タンクの下側には煙道ガスを出口から出る前に脱ミスト
処理するためのミスト除去器が位置付けられる。試薬噴
霧システムが第２の熱交換器に位置付けられ、煙道ガス
をアルカリ試薬の溶液或はスラリーと共に噴霧し、煙道
ガスからＳＯ2 のような汚染物質を除去する。噴霧洗浄
システムがハウジングの上端に位置付けられ、洗浄液を
ハウジングに噴霧し、第１及び第２の各熱交換器を洗浄
する。
【０００５】
【実施例】本発明は、図３に示すような、並流でのガス
／液滴流れを使用する煙道ガス降流処理式の２ステージ
の凝縮型熱交換器システム及び方法に関する。本発明
は、熱回収及び汚染物質除去のための性能を、図２に示
す一体式の煙道ガス凝縮型熱交換器（以下、単にＩＦＧ
Ｔとも称する）と比較して改善することを目的としたも
のである。本発明の好ましい具体例は、図３に最も良く
例示され全体的に参照番号５０で示されるような２ステ
ージ式のデバイスであって、凝縮型の第１及び第２の２
つの熱交換器５６、６２を垂直方向に直列させた状態で
取り付けている。煙道ガス５２はデバイス５０の頂部か
ら入口５１を通して入り込み、出口６８を通しデバイス
の底部から排出される。移行セクション６０がこれら２
つの熱交換器５６、６２を分離し、移行セクション５４
が入口５１と第１の熱交換器５６とを連通する。第１の
熱交換器５６を構造体５８を使用して支持し、第２の熱
交換器６２は構造体６４を使用して支持する。
【０００６】煙道ガス５２は、第１の熱交換器５６内で
顕熱の大半が除去された後、移行セクション６０を通過
して下方の第２の熱交換器６２に入り、この第２の熱交
換器６２で潜熱が除去される。第１及び第２の各熱交換
器内では凝縮によって液滴が形成されるが、これらの液
滴は重力及び煙道ガス５２の流れの下方への移動による
影響で下方に落下する。第２の熱交換器６２を第１の熱
交換器５６よりも小型化することにより、冷却ガスのた
めの管の周囲での速度を最適速度に維持することが出来
る。
【０００７】第２の熱交換器６２の底部付近には収集タ
ンク６６を設け、水滴、凝縮したガス、粒状物、反応生
成物やアルカリ試薬等を収集する。追加的な収集装置を
収集タンク６６の領域に設け、煙道ガス５２の流れから
の粒状物や汚染物質の除去を助成させても良い。第２の
熱交換器６２の頂部にアルカリ試薬噴霧システム７２を
随意的に設けることで、煙道ガス５２からの硫黄酸化物
その他の汚染物質の除去が増長される。煙道ガス５２は
第２の熱交換器６２を出、図示しないが出口６８の領域
に位置付けたミスト除去器を通過する。ミスト除去器に
収集された液体は再循環手段或はチャンネリング手段を
介し収集タンク６６に戻される。
【０００８】前記デバイス、即ち煙道ガス降流処理式の
２ステージの凝縮型熱交換器システム５０は、その頂部
位置に噴霧洗浄システム７０をも含む。第１及び第２の
各熱交換器５６、６２の熱交換管を定期的に洗浄するこ
とが、これら熱交換器の詰まりの防止と、一貫した熱的
性能とを提供する。
【０００９】本発明の煙道ガス降流処理式の２ステージ
の凝縮型熱交換器システム５０と図２に示す従来のＩＦ
ＧＴ２０との主な相違点は以下の如くである。 １．本発明の煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型
熱交換器システムでは煙道ガスは下方に流動するのに対
し、ＩＦＧＴ２０の第２の熱交換器２８内では煙道ガス
は上昇する。 ２．ＩＦＧＴ２０での第２の熱交換器２８内に収集され
る粒状物及び液滴の流れ方向は煙道ガスの流れ方向とは
反対であるのに対し、本発明では、熱交換器内での流れ
は煙道ガス、液滴、粒状物の流れ方向と常に同じ、即ち
下降である。 ３．ＩＦＧＴ２０の第２の熱交換器２８内での粒状物及
び液滴は、移行領域２６に達する以前に煙道ガス２２の
抵抗力に打勝つべく十分な大きさを持たなくてはならな
いが、これが本発明では必要条件とならない。
【００１０】４．ＩＦＧＴ２０では移行領域２６は収集
タンクとして作用する。この移行領域２６は第１及び第
２の各熱交換器２４、２８の間で熱交換器の最も冷却さ
れた領域の上流側に位置付けられる。第２の熱交換器２
８内での煙道ガスの流れ方向はこの中間硫黄領域２６か
ら遠ざかる方向のものである。本発明の煙道ガス降流処
理式の２ステージの凝縮型熱交換器システム５０では、
収集タンク６６は第２の熱交換器６２の最も冷却された
領域よりも下流側に位置付けられ、しかも煙道ガスは収
集タンク６６に向って流れる。
【００１１】本発明の煙道ガス降流処理式の２ステージ
の凝縮型熱交換器システム５０は、従来のＩＦＧＴ２０
に対し以下に比較して挙げるように性能的に改善されて
いる。本発明のシステムは従来のＩＦＧＴの設計形状よ
りも底面積が小さいので、必要な設置面積はずっと小さ
い。本発明の煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型
熱交換器システムでのガス側での圧力降下は従来のＩＦ
ＧＴの設計のものよりも小さい。これは、全ての流れが
下向きであることによるものである。第２の熱交換器６
０内での下方流れ（並流の液滴／ガス流れ）での圧力降
下は、従来のＩＦＧＴの設計でのガスの上昇流れと液滴
／粒状物の下降流れとの向流での液滴／ガス流れ状況に
於て遭遇する圧力降下よりも小さい。圧力降下が小さい
と改装用途に於てのもっと小型の押し込みファン或は吸
出しファンを使用可能となることから、作業中の渦流損
を小さくすることが可能となる。
【００１２】本発明は従来のＩＦＧＴ設計のものと比較
して熱回収性が優れている。本発明の凝縮型の第１及び
第２の熱交換器５６及び６２を使用しての試験では、煙
道ガス流れを下降させる設計形状が最大の熱回収性能を
提供することが実証された。本発明に於ける回収熱は全
て、煙道ガスの流れを下降させる条件の下に回収される
が、従来のＩＦＧＴ設計では熱は煙道ガス流れを第２の
熱交換器２８内を上昇させる条件の下で回収される。
【００１３】本発明は粒状物、特に極めて小さい粒状物
に対する除去性能に於ても改善を提供する。従来のＩＦ
ＧＴ設計での第２の熱交換器２８では煙道ガス２２は上
昇し、粒状物を収集タンク２６から遠ざける方向に搬送
する。この従来設計では、極めて小さい粒状物は煙道ガ
ス流れの抵抗に打勝つに十分な大きさ（例えば水凝縮を
通しての）のものとならない限り除去されず、第２の熱
交換器２８を通して落下し、収集タンク２６に戻ってし
まうが、本発明では煙道ガス５２は粒状物を常に収集タ
ンク６４に向けて降下させるのである。
【００１４】本発明は凝縮性のガスの除去性能を改善す
る。重金属やセラミック複合物と言った凝縮性ガスは、
熱交換器内の冷却部分で極めて小さい液滴を形成する。
設計上、従来のＩＦＧＴ２０で第２の熱交換器２８の最
も冷却された部分は収集タンク２６の下流側に位置付け
られる。先に説明したと同じ理由から、従来のＩＦＧＴ
２０で形成された凝集性ガスの液滴の多くは煙道ガス２
２の流れと共に搬出され、ミスト除去器３０に於てのみ
収集される。しかしながら本発明では、煙道ガス５２は
下方に流動し、これらの液滴を常に収集タンク６４に向
けて配向するので、ミスト除去器６６では収集タンク６
４で除去されなかった液滴のみが捕捉される。
【００１５】本発明に於ては単一の水噴霧システム７０
によって、第１及び第２の各熱交換器５６、６２の全体
が洗浄される。これは、洗浄水が２つの熱交換器を通し
て流れることによるものである。従来のＩＦＧＴ２０の
設計形状では本発明と同じ結果を得るためには２つの別
個の噴霧洗浄システムを使用する必要があった。
【００１６】大抵のミストが収集タンク６４で除去され
ることから、本発明ではミスト除去器６６の負担が軽
い。本発明の煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型
熱交換器システム５０内では、小さいミスト液滴が更に
大きな液滴になる機会は大きく、また、これらの液滴に
は煙道ガス５２による運動量も収集タンク６４の方向に
於て付与される。従来のＩＦＧＴ２０の設計形状では第
２の熱交換器２８を出るミストは大半がミスト除去器３
０に到達してしまうので、ミスト収集時の液滴を、煙道
ガス２２の流れから除去され収集タンク２６に排出され
るよう十分大きくする必要がある。
【００１７】図示しないが、本発明にはこれまで説明し
なかったその他の特徴が含まれ得る。本発明は、第２の
熱交換器の下流側に第３の熱交換器を追加することによ
り、凝縮する有機物、重金属その他の凝集性の空気汚染
物質の煙道ガスからの除去性能を改善することも可能で
ある。この第３の熱交換器は本発明のシステムのその他
の部分とは別個に作動するものであって、これを熱回収
のために使用することは出来ない。第３の熱交換器は閉
サイクルでの冷媒ループを有する。この閉サイクルでの
冷媒ループは除湿器と類似するもので、煙道ガス温度を
更に低下させることにより凝集性の汚染物質を除去する
ためのものである。
【００１８】本発明を、説明の如き２ステージでは無く
むしろ多段ステージの特製システムとすることも出来
る。各ステージは重要な粒状汚染物質の除去を最適化す
る設計とされ且つ次ステージのために煙道ガスを前処理
する設計とされる。追加的な移行領域を第２の熱交換器
の出口とミスト除去器との間に設け、液滴と粒状物とを
合体させ及び或はこれら液滴及び粒状物に運動量を付与
し、煙道ガスの、ミスト除去器に入る前の分離性を増大
させることも可能である。
【００１９】本発明を、煙道ガスを、この煙道ガスが湿
式スクラバーに入る以前に前処理するために使用出来
る。この使用上の利益には、入口煙道ガスの温度が低下
し、これがＳＯ2 除去のために湿式スクラバーを一段と
効率的に作動させることが出来るようになること；煙道
ガス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換器システム
を使用して煙道ガスを過冷却して粒状物、ＨＦ、ＨＣＬ
及び凝集性の空気汚染物質の除去性能を最大化する一
方、湿式スクラバーを使用してＳＯ2 を除去することが
出来ること；煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型
熱交換器システムが所望されざる物質、例えば塩化物イ
オン及び不活性粒状物を煙道ガスの前処理中に除去した
場合の追加の洗浄処理を要することなく、灰石ベースの
湿式スクラバーが高品質の石膏を創出すること；煙道ガ
ス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換器システムが
煙道ガスの前処理中にＨＦ、ＳＯ3 、ＮＯ2 、ＨＣＬを
除去した場合、ナトリウム再生プロセスでの試薬損質量
が小さくなることが含まれる。この用途は、プロセスか
らの不活性物質除去のためのパージの必要性を小さくす
る或は無くすものでもある。以上本発明を具体例を参照
して説明したが、本発明の内で多くの変更を成し得るこ
とを理解されたい。
【００２０】
【発明の効果】垂直方向に関係を有し、下降方向に於て
のみ煙道ガスを流通させてなる別々の２つのステージを
使用する煙道ガス処理のためのシステム及び方法が提供
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知の凝縮型熱交換器の概念図である。
【図２】一体式の煙道ガス処理システムの概略図であ
る。
【図３】本発明に従う煙道ガス降流処理式の２ステージ
の凝縮型熱交換器の概略図である。
【符号の説明】
５０ 煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換
器 ５１ 入口 ５２ 煙道ガス ５４、６０ 移行セクション ５６ 第１の熱交換器 ６６ 収集タンク ６２ 第２の熱交換器 ６８ 出口 ６６ 収集タンク ７２ アルカリ試薬噴霧システム ７０ 噴霧洗浄システム

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 煙道ガス処理のためのシステムであっ
    て、 上端に入口を具備し、下端に出口を具備してなるハウジ
    ングにして、煙道ガスが前記入口から流入し、ハウジン
    グを貫いて下方に移動し、出口を通して出るようになっ
    ているハウジングと、 ハウジング内の上端付近の、煙道ガス冷却用の第１の熱
    交換手段と、 ハウジング内の前記第１の熱交換手段の下方の、煙道ガ
    スを更に冷却するための第２の熱交換手段と、 ハウジング内の下端位置の、前記第２の熱交換手段の下
    方の、液体及び粒状物収集のための収集手段とを包含し
    てなる煙道ガス処理のためのシステム。
  2. 【請求項２】 煙道ガスからの汚染物質を浄化するため
    の試薬噴霧手段を含んでなる請求項１の煙道ガス処理の
    ためのシステム。
  3. 【請求項３】 第１の熱交換手段及び第２の熱交換手段
    を洗浄するための洗浄手段を含んでなる請求項１の煙道
    ガス処理のためのシステム。
  4. 【請求項４】 煙道ガスからミストを除去するためのミ
    スト除去手段を含んでなる請求項１の煙道ガス処理のた
    めのシステム。
  5. 【請求項５】 ミスト除去手段が出口付近に位置付けら
    れてなる請求項４の煙道ガス処理のためのシステム。
  6. 【請求項６】 ミスト除去手段から液体を再循環させる
    ための再循環手段を含んでなる請求項４の煙道ガス処理
    のためのシステム。
  7. 【請求項７】 第１の熱交換手段が第２の熱交換手段よ
    りも大型である請求項１の煙道ガス処理のためのシステ
    ム。
  8. 【請求項８】 第１の熱交換手段と第２の熱交換手段と
    の間に移行セクションを含んでなる請求項１の煙道ガス
    処理のためのシステム。
  9. 【請求項９】 煙道ガスを処理するための方法であっ
    て、 ２ステージ式のハウジング内を通過させること、 煙道ガスを第１ステージの第１の熱交換手段を通してチ
    ャンネリングし、煙道ガスを冷却すること、 ハウジング内の、第１の熱交換手段の下方の第２ステー
    ジの第２の熱交換手段を通して煙道ガスをチャンネリン
    グし、煙道ガスを更に冷却すること、 ハウジング内の第２ステージの第２の熱交換手段の下側
    で液体及び粒状物を収集すること、 ハウジングの第２ステージの第２の熱交換手段の下方の
    下端位置から煙道ガスを排出することを含んでなる煙道
    ガスを処理するための方法。
  10. 【請求項１０】 煙道ガスからミストを除去することを
    含んでなる請求項９の煙道ガスを処理するための方法。
  11. 【請求項１１】 第１の熱交換手段及び第２の熱交換手
    段を洗浄することを含んでなる請求項９の煙道ガスを処
    理するための方法。
  12. 【請求項１２】 試薬を使用して煙道ガスを浄化するこ
    とを含んでなる請求項９の煙道ガスを処理するための方
    法。
JP7189721A 1994-07-05 1995-07-04 煙道ガス降流処理式の２ステージの凝縮型熱交換器 Pending JPH08105620A (ja)

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