JPS61128021A - 燃焼排ガスの排熱回収をする燃焼設備 - Google Patents

燃焼排ガスの排熱回収をする燃焼設備

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JPS61128021A
JPS61128021A JP59248547A JP24854784A JPS61128021A JP S61128021 A JPS61128021 A JP S61128021A JP 59248547 A JP59248547 A JP 59248547A JP 24854784 A JP24854784 A JP 24854784A JP S61128021 A JPS61128021 A JP S61128021A
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JP
Japan
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heat
combustion
exhaust gas
pipe
water
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JP59248547A
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English (en)
Inventor
Kenichi Nakagawa
健一 中川
Nobuo Ishimoto
石本 暢男
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02Arrangements of regenerators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chimneys And Flues (AREA)

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】 4@例の利用分野: 本発明は、水蒸気含有量の多い状態で燃焼を行い、燃焼
排ガス中の水蒸気を排熱と共に燃焼用空気に回収する燃
焼装置く関するものである。燃焼装置の例としては、ボ
イラーその他の加熱装置が挙げられる。また排熱とは排
ガスの持つ熱エネルギー(仙eromlenergy 
、 heatではない。)t−意味するものとする。
従来技術: 例えば、ボイラーを例にとると、周知のとおり、燃料の
燃焼室で、燃料と空気とが燃焼反応を起こして高温とな
り、放射伝熱・対流伝熱などくより、ボイラー水を加熱
した後、燃焼室を出て、排ガスとなり、通常この排ガス
の排熱により、エコ/マイチー(おいて給水を加熱し、
および/−!たけ、エアプレヒーターで燃焼用空気を加
熱して、媚笑から放出される。
従来燃焼炉において、排ガス中に必然的に約0.2%の
いおう酸化物(約97%がSO2、残り3%が503 
)、窒素酸化物(NO/ (NO+ N02) = 0
.90〜0.99、燃mw起因する燃料NOx (fu
el NOx )と、高温において窒素と酸素との反応
でおこる高熱NOx (thermal NOx )と
がある。)が存在する。廃ガスを空気中に放出する場合
に、SOX、 NOxのいず −れをも含まないことが
望ましいので、使用燃料の種類に応じ、排ガスの脱硫脱
硝が必要である。排ガスの脱硫法については、例えば水
酸化ナトリクム水溶液で排ガスt−洗浄する湿式法、水
酸化カルシクム粉体を排ガス中に流動させる乾式法があ
り、脱硝法についても、アルカリまたは酸の水溶液に吸
収させる品弐決、触媒有在下でアンモニアを用いて還元
する還元法などがあるが、それぞれに特に1アルカリ性
の水浴液により両者を除去す為場合、NOxの反応速度
はSOxのそれに比べて非常に遅<、NOxが充分吸収
゛されるまで反応させることは経済的でない。
本発明により解決される問題点: 上記のとおり、アルカリ性水浴液を用いる場合、SOx
は速く除去されるが、NOxの実質的な除去I/i困難
である。
したがって、排ガス中に存在するNOxの少なくとも1
部を減少させることが可能で、しかも、これにより、そ
の他の面で、例えば、熱回収効率を下げるなどの不利益
を招かない技術の存在が待望される訳である。
本発明はこのことをη能にする。
また、本発明は上記した問題点に加えて、いわゆる調湿
という単位操作を介在させた熱回収システムにおいて、
さらにエネルギー効率を向上させる手段が含まれている
。これについては、発明の作用の項で述べる。
問題を解決するための手段: 本発明においては、燃焼室を離れた状態での排ガス(未
処理排ガスという。)中のNOx t−減少させるため
に、燃料の燃焼の際に水蒸気を存在させて、高熱NOx
を減少させる。
この水蒸気は放出直前の排ガス(処理済排ガスという。
)から固体吸着剤を用いて回収する。それゆえ、水蒸気
は、処理済排ガスから燃焼用空気に移幼し、燃焼室内に
入り、燃焼温度を下げ、処理済排ガスに至る循環を行う
と考えることもできる。
未処理排ガスは水またはアルカリ性水浴液と直接接触さ
せて脱硫脱硝処理を行うが、この処理は、通常、排ガス
の冷却処理であり、これにより温度上昇する水またはア
ルカリ性水溶液を冷却するため、別源の液体例えば耐水
を用いるが、清水側から瀘えば加熱されることになり、
排熱により別源の水を加熱することが重要目的となる。
使用する液体(ill水)の温度は一般的にさって高い
方が好ましいことは言うまでもないが、特に本発明の場
合、原料清水の温度が高いと、前記偉環水蒸気の量が殖
えるので、40℃以上の清水譬を用いることが望ましい
。この程度の水温は、工業的には、熱交換器の冷却用な
どの場合舐めて普通で、熱関係設備の熱力学的解析の基
準温度(環境温度)として相応しい温度で、つまりは最
も利2用価値のない温度条件である。
発明の作用: 第3図に、横軸に温度、竪軸に乾燥空気1にqあたりの
エンタルピ(以下単にエンタルピーという。)をとり麺
湿度図表を示す。図中右上りの線は@混線である。いわ
ゆる断熱冷却線は水平線で示される。
例えば250℃の排ガスは、湿度0.006.0.01
2.0.017の場合のエンタルピーはそれぞれ65(
km(/ # dryair 、以下同じ)、7へ75
である。
これらの排ガスの断熱飽和温度は、竪軸がこれらの@を
とる横軸値であることは言うまでもない。また、排ガス
(直接接触する溶液が、断熱飽和温度以上の場合、飽和
状態での温度がさらに上昇する(逆の場合下降する)。
なお、別源の液体(清水)の初温度が断熱飽和温度より
高いときに、この液体(清水)の温度は降下し、逆の場
合にのみ加熱される。次に、線Bけある含水率の固体吸
着剤の吸着平衡線を示した線で、周知のとおり、吸着熱
は常に正であるからこの平衡線は常に若干右下りの線で
、図示しないが含水率に:jf5じて多数を線を画くこ
とができる。
さて、処理済排ガスの状態が、図中で点aで示されると
して、これと多量の固体1及着剤とが接触すると、処理
済排ガスの状態は平衡線上の点bKなり、点a、bの竪
軸の差だけエンタルピーを失う。
この固体吸着剤を、例えば回転式熱交換器(Junks
tan 1M熱交換器など)の蓄熱体に固着させて、処
理済排ガスと、燃焼空気との間で熱および物質(水蒸気
)移動させると、仮に域、燃焼用空気の初期状!ljA
をCとすると、排ガス側はbの状態に、また、空気側は
b′の状態になり、aとbとの竪座標直の差、またu、
bとCとの竪座標aαの差(この両差くは空気と排ガス
との物質収支関係に基づく圓係がある。)K相当する熱
回収が行われる。もし、同体吸着剤を使用しなければ、
排ガスは温度降下して飽和状WA(点a′)に達し、露
が生成するが、生成した露は処理済排ガス側に留まる。
次に、発明により解決される問題点としてエネルギー回
収効率が向上することはすでに述べたが、その作用を述
べる。
問題を筒単にするため燃焼装置から出る未処理排ガスの
温度を一定とする。温度が同じ排ガスのエンタルピー(
化ガス基準)は明らかに温度が高い方が大であるから、
七の断熱飽和温度は湿度が高い方が高い(第3図)。し
たがって、未処理排ガスにより循環水を加熱し、この循
環水で、別源の水を間接加熱するシステムにおいては、
一般的に、未処理排ガスの湿度が高い方が、別源の水の
鐘度を高くすることができ、熱回収効率が増す。
この効果のみを利用したい場合は、循環液はアルカリ性
物質を含まない清水の方が望ましい。また、SOx、 
NOxの含有量が少ない場合、強いてア −ルカリ性循
環液を用いる必要はない。
実施例: 第1図において、燃焼装置!1)で、油管路12)から
進入する油(一般には燃料)と空気管路(3)から送入
される空気とにより燃焼奮起こし、水管(la) (一
般には被加熱体)を加熱する。未処理排ガスは管1%(
4)を通って、接触塔(6)の下部入口(5a)から塔
内に入る。塔内にバッキングを充填した充填層(5b)
がダけてあり、また塔内を矢印方向に循環する水酸化ナ
トリクム水浴液により、SOxおよびNOxの1部か除
去処理される。熱的には、循環液は排ガスにより加熱さ
れ、加熱された循環液は管路(6)から進入し、管路(
7)から送り出される1#水により間接熱交換!/#f
81内で冷却される。(5c)は濯液装置舎示す。接触
塔Is)を出た処理済排ガスは、穎潜熱交輯体(9)(
熱移動と同時に水分の移動を起こさせる斐換器)により
、その顕潜熱を燃焼用空気に与える(熱移動の1部は水
蒸気の移動により起こる。)。かくして熱と水蒸気を与
えられた燃焼用空気社空気管路(3)か燃焼装置+ll
に送入され燃焼に寄与し、以下111述の工程を繰り返
す。このようにして炉内に1燃焼用空気により持込まれ
た水蒸気が存在し、七のため燃焼到達温度が下がり、必
然的に高熱NOxが減る◇ 水熱交換体(9)は、例えば、アルミニクム金属にシリ
カゲルまft:、r/iアルミナゲルを接着した回転体
を隣接した、燃焼用空気管路と処理後排ガス管路の両者
に跨がり回転させる構造を持つ。
第2図において、断面半円形の排ガス管(10a)、#
i焼用空気管(10b)  とが隔fi(10c)Ic
!り隔てられた構造の音頭の中心線を含む軸(10d)
  VC@着した固形吸着剤(シリカゲル、アルミナグ
ルなど)と蓄熱剤(アルミニタム、銅その他熱伝導率、
比重、比熱の積の大きい固体)の混合物を内蔵する複数
個の扇状室に分割された回転水熱交換体(91が回転す
る。水熱交換体(91の軸方向端面は多孔板構造になり
、排ガスは通過可能であるが、吸着剤蓄熱剤は脱出でき
ないようになっている。回転する水熱交換体は、排ガス
管(10a)  側で、水蒸気′t−吸着し、また、温
度上昇により蓄熱し、燃焼用空気管(10b)  側で
水蒸気を脱着放出しまた放熱する。
この種本熱交換器として、「全熱交換器」なる商品名で
市販されているアルミニタムにシリカゲルを接着した製
品があるが、本実施例のものと相似効果を示す。
接触塔(5)は、第1図に示したように、充填塔の構造
を持つものが比較的安価で、例えば藤田・東畑著化学工
学■264頁〜299頁(東京化学同人社、1965 
 年発行)に記載の方法により設計できる。しかしなが
ら充填塔のかわりに段塔(泡鐘塔、Pf4m塔、クーボ
ブリット塔等)′に用いても、効果はあまり変らない。
また、本実施例において、接触塔の循環液として用いた
水酸化ナトリクム水溶液に変えて他のアルカリ性溶液、
アルカリ性分散液(水酸化力ルシクム懸濁液)1&:用
いても、同様の結果が得られ、SOx 1NOxの含有
MICより、または、排熱回収のみを目的とする場合、
水の方が好ましいこともあるO さらに、水熱交換体(9)に、カスケード向流形式を如
味して水熱回収効率を向上させるため、複歌基を管烙方
回に直列に配役する方法もめる。
発明の効果: 上記説明から明らかなように1本発明では、燃焼装置内
で;水蒸気を含んだ燃焼用空気により燃料を燃焼させて
、いわゆる高h NOxの生成を防ぎ、排ガス中のSO
x%NOxを循環液で洗浄除去処理し、処理後排ガスの
熱と水蒸気を水熱交換体で、燃焼用空気に回収すること
;前記循環液により、11!を水を加熱して温水として
熱回収を図っており(清水温度が高いほど、循環液の温
度が上柱し、接触塔の増湿効果を増すので望ましい。)
、基い熱回収率効率が得られ、しかも高熱NOxを下げ
得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の工程図である。第2図は本
発明に用いられる水熱交換体の1例の断11ili因で
ある。 第3図はエンクルビーを竪軸、温度を横礪にと、りfc
温湿度図表上、排ガスと燃焼用空気の水蒸気および熱回
収を示した説明図である。 11)・・・燃焼装置、(5)・・・接Mq!r、 +
81・・・間接熱交換器、(9)・・・顕潜熱交換体。 第1図 11i12図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 燃焼装置の排ガスの排熱を回収する燃焼設備におい
    て: (イ)燃焼装置内で、水蒸気を含む燃焼用空気により燃
    料を燃焼し、 (ロ)排ガスは、接触装置内を上昇し、該装置内を落下
    するように循環する液体との向流接触処理を受け、 (ハ)該循環液体は接触装置の下部から上部に上昇する
    際、別源の清水と間接熱交換し、 (ニ)工程(ロ)の処理を終った処理後排ガスから前記
    燃焼用空気へ水蒸気と熱とを移動させる顕潜熱回収体を
    備えた、 ことを特徴とする燃焼排ガスの排熱回収をする燃焼設備
    。 2 循環する液体がSOxおよびNOx除去用液体であ
    る特許請求の範囲第1項記載の燃焼排ガスの排熱回収を
    する燃焼設備。
JP59248547A 1984-11-24 1984-11-24 燃焼排ガスの排熱回収をする燃焼設備 Pending JPS61128021A (ja)

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