JPS5928838B2 - 硫黄酸化物による腐蝕を防止する廃熱回収方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボイラーなどの廃熱回収方法より詳しくは、
熱交換器の伝熱面等が燃焼排ガス中の硫黄酸化物ＳＯｘ
によって腐蝕されるのを防止するようにした廃熱回収方
法に関する。

硫黄を含んだＣ重油等を燃料とするボイラ、工業炉ある
いは硫黄酸化物ＳＯｘを排出する怖れのある焼却炉等に
おいては、給水熱交換器等が燃焼排ガス中の硫黄酸化物
ＳＯｘによって腐蝕される問題が従前より指摘されてい
る。

すなわち、一般的な給水熱交換器の伝熱コイル表面温度
は、通常給水温度を若干１廻る程度であるため、煙道内
を流れる燃焼排ガスの温度が例え硫黄酸化物ＳＯｘの露
点温度（燃料中の硫黄含有量によっても相違するが、一
般に１４０℃前後）以上あったとしても、この燃焼排ガ
スが伝熱コイル表面に接触した際に温度低下をきたして
含有する硫黄酸化物ＳＯｘをこの面に凝縮させ、この結
果硫酸に変化した硫黄酸化物ＳＯｘが伝熱コイル表面を
腐蝕させるものと考えられている。

このような腐蝕問題を解決するために、受熱側の温度に
近い温度を維持するヒートパイプの恒温特性を利用した
排熱回収装置が、例えば実公昭５５−１８６４１号公報
等で提案されてきているが、負荷変動を伴うようなボイ
ラー等に上記した装置を施した場合には、燃焼排ガス温
度Ｔｇに比例してヒートパイプの吸熱側伝熱コイル表面
温度Ｔｍも変化するため、燃焼排ガス温度Ｔｇ如何によ
っては、第１図に見られるように、その表面温度Ｔｍが
硫黄酸化物ＳＯＸの露点（ｎｅｗ ｐａｉｎｔ）温度以
下になって、前述したと同様の伝熱コイル表面の腐蝕が
発生し、コイルの目詰り等を生じてヒートパイプの耐用
性を損うといった問題は解消されない（なお図中符号Ｔ
ｇｉ はガス入側温度、Ｔｇｏはガス出側温度、Ｔｗｏ
は給水出側温度、Ｔｗｉ は給水入側温度をそれぞれ示
している）。

また、この排熱回収装置を通過する際の吸熱作用によっ
て、燃焼排ガス温度Ｔｇが低下しすぎ、このため後方の
煙道あるいは煙突内部を硫黄酸化物ＳＯｘによって腐蝕
させるといった問題も依然として存在する。

本発明は、かかる問題点に鑑み、ボイラーなどの負荷変
動の如何にかかわらず、ヒートパイプの吸熱側表面温度
を常に硫黄酸化物ＳＯｘの露点温度以上に保ち、もって
、その腐蝕を未然に阻止するとともに、燃焼排ガス温度
に応じた吸熱作用を行わせて煙道などを硫黄酸化物ＳＯ
ｘによる腐蝕から保護し得る新たな廃熱回収方法を提案
することを目的とするものである。

すなわち、本発明の特徴とするところは、ヒートパイプ
群を介して燃焼排ガスの熱を加熱すべき液体に伝達する
廃熱回収装置において、上記燃焼排ガス中の硫黄酸化物
の露点温度を基準として設定された少なくとも一つの設
定温度において出力する燃焼排ガス温度検出手段と、該
検出手段の出力により作動し、液体流路内におけるヒー
トパイプ群の総有効伝熱面積を燃焼排ガス温度に応じて
変動させる手段とにより、ガス側ヒートパイプ表面温度
及び上記廃熱回収装置出口における燃焼排ガス温度を硫
黄酸化物の露点温度以上に維持するようにした廃熱回収
方法にあり、以下にこの方法が適用された幾つかの装置
をもとにして本発明の詳細な説明してゆくことにする。

本発明の第１の実施例は、ヒートパイプ群が位置する液
体流路内の液体を燃焼排ガス温度に応じてオーバフロー
させることにより、その液位を上下させてヒートパイプ
群の総有効伝熱面積を調節する方法であり、第２図には
この方法が適用された装置の一例が示されており、１は
ボイラー４２から煙突４３に到る燃焼排ガスダクト４１
の経路内に設けた廃熱回収装置で、燃焼排ガスの熱エネ
ルギを受は取る受熱部１１と、ボイラー４２への供給水
を加熱するための給水加熱部１２とによって構成され、
これら両者を区画しているステンレス鋼等の耐蝕性に富
んだ金属からなる隔壁１３には、受熱部１１と給水加熱
部１２にそれぞれ吸熱部と放熱部をのぞませた多数のヒ
ートパイプ１４が強固に固定されている。

５は給水ポンプＰ２を介してボイラー４２へ水を供給す
るバランスタンクで、このタンク５と上記給水加熱部１
２との間には、循環ポンプＰ１を介してタンク５内の水
を給水加熱部１２へ給送する送水管６と、給水加熱部１
２内の水を上下２段に切換える２つのオーバーフロー管
７Ｕ、７Ｉ、を介してバランスタンク５内へ戻す環流管
７が配設されている。

Ｖｌは上記送水管６に設けた流量調整弁で、受熱部１１
の排出口付近に配設された燃焼排ガス温度検出用センサ
ーＳの出力信号によってその作動が制御され、燃焼排ガ
ス温度が予め設定された温度、例えば１８０℃以下にな
ると給水加熱部１１への給水量を絞るよう作動する。

ｖ２は下側のオーバーフロー管７Ｌを常時は閉止させて
いる開閉弁で、上記流量調整弁Ｖ１と同様に燃焼排ガス
温度検出器Ｓの出力信号によって作動が制御され、燃焼
排ガス温度が予め設定された温度以下になると、このオ
ーバーフロー管７Ｌの流路を開放するよう作動する。

なお、図中符号８は、バランスタンク５内へ水を補給す
るための給水タンク、Ｐ３はバランスタンク５内の水位
に応じて作動する補給水ポンプを示しており、また、図
示は省略しであるが、給水加熱部１２の下方には、負荷
側回路を経て凝縮したボイラー２の蒸気を導入するドレ
ン導入口を設け、給水加熱部１２内の水を高温ドレンに
よって予熱する構造が必要に応じて採られる。

次に、本発明の方法を上述した装置の作動によって説明
する。

ボイラー４２をその定格出力に近い状態で作動させる通
常の使用状態においては、燃焼排ガス温度Ｔｇは十分に
高く、開閉弁ｖ２の閉止によって給水加熱部１２内の水
位は上方のオーバーフロー管７Ｕの位置Ｌ１ まで上昇
している。

したがって、ヒートパイプ１４の水とＱ熱交換面積は増
大し、給水加熱部１２内の水は最大限に加熱される。

この状態においては、上記の熱交換作用によってヒート
パイプ１４の吸熱側伝熱コイル表面温度Ｔｍが低下して
も、燃焼排ガス温度Ｔｇが十分に高いため、コイル表面
に硫黄酸化物ＳＯｘが凝縮するようなことはない。

夜間等においてボイラー４２の負荷を例えば閏％以下に
低下させると、燃焼排ガス温度Ｔｇもこれとともに低下
し、受熱部１１の排気側においてはガス温度Ｔｇｏが、
例えば１８０°Ｃに設定された設定温度以下に降下する
。

この状態は直ちに燃焼排ガス温度検出用センサーＳによ
って検出され、この検出出力によって送水管６の流量調
整弁■１を絞ると同時に、下方のオーバーフロー管７Ｌ
の開閉弁Ｖ２を開く。

この操作により、給水加熱部１２内の水位は下方のオー
バーフロー管７Ｌの位置し２まで降下する。

この結果、ピートノ９プ１４の水との熱交換面積は減少
し、吸熱側の伝熱コイル表面温度Ｔｍは、第１図に破線
で示したように、硫黄酸化物ＳＯｘの露点温度以上に維
持される。

また、ヒートパイプ１４の受熱量の低下により、燃焼排
ガスも設定温度以上を保つことになり（第１図Ｔｇｏの
破線参照）、このガスがダクト４１及び煙突４３を通過
する間に冷えても、硫黄酸化物ＳＯｘの露点温度以下に
まで下がることはない。

なお、以上はボイラーの廃熱回収装置についての例であ
るが、本発明はこれ以外に燃焼ガス中に硫黄酸化物ＳＯ
ｘを含むような焼却炉の廃熱回収装置にも適用し得るこ
とは云うまでもなく、この場合にはバランスタンク５を
温水製造装置に置き換えればよい。

第３図は、燃焼排ガス温度に応じてヒートパイプの幾つ
かを水と非接触状態にすることにより、ヒートパイプ群
の総有効伝熱面積を調節するようにした本発明の第２の
実施例に適用される装置であり、符号２で示した給水加
熱部は、その内部のヒートパイプ１４を３つのブロック
に分割して収容する３個の独立した小室２１，２２，２
３を有し、これら各小室２１，２２，２３には循環ポン
プＰ１と流量調整弁Ｖ１を介してバランスタンクから延
びてきた３本の送水管６１，６２．６３と、３本のオー
バーフロー管７Ｌ７２，７３０それぞれが接続している
。

Ｖａ−１ｔＶａ−２はガス出側寄りの第１、第２の送水
管６１，６２に設けられた給水自動弁で、受熱部１１の
排水口付近に配設された燃焼排ガス温度検出用センサー
Ｓ（第２図）の出力信号によって作動が制御され、燃焼
排ガス温度Ｔｇが予め設定された温度以下になるとまず
第１の給水自動弁ｖａ−□が作動して第１の小室２１へ
の給水を止め、この操作によってもなお燃焼排ガス温度
Ｔｇが設定温度以下になるような場合には、第２の給水
自動弁ｖａ−２が第２の小室２２への給水を停止するよ
う作動する。

９１゜９２は小室２１．２２内の水を排出するための排
水管で、これら６管９１，９２には、上記第１、第２の
給水自動弁ｖａ−□、ｖａ−２の動作と連動して開弁す
る排水自動弁Ｖｂ−１，′ｖｂ−２が設けられている。

この装置では、受熱部１１排出側における燃焼排ガス温
度Ｔｇｏ の低下度合いに応じて給水加熱部２の第１、
第２小室・２１．２２に配設された各ヒートパイプ１４
群を段階的に不作動状態とし、これによって、第１図に
破線で示したように、燃焼排ガスの温度低下を極力押え
、ガス中の硫黄酸化物ＳＯｘがヒートパイプ１４等の表
面に結露しないようにしたものである。

第４図に示した装置は、本発明の上記した第２の実施例
が適用されるさらに別の例であり、給水加熱部３内の小
室３１，３２，３３を横に区画することによって、燃焼
排ガス温度Ｔｇｏ に応じて第１の小室３１あるいは第
１、第２の小室３１゜３２内への通水を停止させた場合
においても、ヒートパイプ１４の空ダキが生じないよう
工夫したものである。

以上述べたように本発明によれば、受熱部出口における
燃焼排ガス温度に応じてヒートパイプ群の液体流路内に
おける総有効伝達面積を制御し、ヒートパイプと加熱す
べき液体との熱交換率を増減し得るようにしたので、燃
焼排ガス温度の如何にかかわらずヒートパイプの吸熱側
伝熱コイル表面を常に硫黄酸化物ＳＯｘの露点温度以上
に維持することが可能となり、コイル表面の腐蝕を阻止
してヒートパイプの耐用性を向上させることができる。

しかも、上述した制御により受熱量を燃焼排ガス温度に
対応して増減し得るから、受熱部出口の燃焼排ガス温度
を硫黄酸化物ＳＯｘの露点温度以上に維持することがで
き、ダクトあるいは煙突内の腐蝕をも防止できると同時
に、ボイラーに使用した場合においては、その負荷に応
じた給水加熱が行えるという付加的効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ボイラー負荷と燃焼排ガス温度、ヒートパイ
プの吸熱側表面温度、給水加熱温度との関係を示す図、
第２図乃至第４図はいずれも本発明の廃熱回収方法に使
用される装置の一例を示す構成図である。 １・・・・・・廃熱回収装置、１１・・・・・・受熱部
、１２゜２．３・・・・・・給水加熱部、１４・・・・
・叱−トパイプ、４２・・・・・・ボイラー、５・・・
・・・バランスタン久６，６１゜６２．６３・・・・・
・送水管、Ｌ７Ｕｔ７Ｌ 、７１ ｔ７２ 、７３・・
・・・・オーバーフロー管、８・・・・・・給水タンク
、Ｐ・・・・・・ポンプ、■１・・・・・・流量調整弁
、ｖ２・・・・・・開閉弁、Ｓ・・・・・・燃焼排ガス
温度検出用センサー〇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ヒートパイプをもって燃焼排ガスの熱を加熱すべき
   液体に伝達する廃熱回収方法において、ヒートパイプの
   放熱部が位置する液体流路に連通した給排水手段を、燃
   焼排ガス中の硫黄酸化物の露点温度を基準として少なく
   ともそれ以上の設定温度において出力する出力信号によ
   り制御し、上記流体流路内におけるヒートパイプ群の総
   有効伝熱面積を燃焼排ガス温度に応じて変化させること
   を特徴とする硫黄酸化物による腐蝕を防止する廃熱回収
   方法。