JPS61254225A - 排ガス中の化学物質回収装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は排ガス中の化学物質回収装置に関し、特に電
気集じん機やフィルター等による回収効率を高めるため
、回収の予備段階としての排ガス温度降温部を備えた化
学物質回収装置に関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

排ガスに酸化はう素等の化学物質が含まれている場合、
排ガスの温度をその化学物質が結晶化する温度以下に降
温したうえで回収除去することが効果的である。しかる
に、排ガスは通常２００〜３５０℃程度の温度で排出さ
れるため、これを十分に結晶化させる温度（酸化はう素
の場合効率的に結晶沈下するのは４０〜５０℃）まで降
温するために種々の熱交換器を必要とする。

ところが、回収除去すべき化学物質には、種々結晶Ｂ様
の相違するものが混在しているため、析出温度が一律で
はなく、例えば前掲の酸化はう素の場合は１００数度℃
から結晶を開始するものが含くまれる。

一方、熱交換器は通常金属壁を通して冷熱を排ガスに与
えて熱交換するものが最も一般的であるから、排ガス中
に水分があるとその水分量に応じて金属壁表面に化学物
質の結晶を含んだ結露水が生じる。

そのため、熱交換器の金属表面温度が露点近傍で排ガス
の温度そのものが露点より十分高いと金属表面の結露水
により析出した化学物質が溶解し、または水と化合して
別の化学物質となる。その際、周囲の排ガス温度が十分
高いと結露水は十分でないから、たちまち蒸発し、その
結果析出した化学物質が金属表面に固着し、それを核に
して更に析出した化学物質が上へ上へと増殖してゆくこ
とになる。この現象は熱交換器の金属表面温度が露点近
傍で排ガス温度がそれよりやや高い場合によく起ること
である。この現象は、熱交換効率を著しく低下せしめ、
排ガスを口標温度まで降温することができなくなる原因
となり、この問題を解決することが最大の課題となる。

また上記の現象は熱交換器金属の腐食原因ともなる。

そこで、この発明は上記の問題を解決し、排ガス中に含
まれた化学物質を効果的に回収除去することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するための手段として、この発明は
回収装置の前段に熱交換器により構成された降温装置を
設け、上記降温装置の前段を熱交換器表面および排ガス
の温度が露点以上となる非結露領域とするとともに、後
段を少なくとも熱交換器の表面の温度が露点以下となる
結露領域となし、上記非結露領域をフィン付きパイプを
用いた熱交換器により構成するとともに各熱交換器に析
出物質のエアパージ装置を設け、上記結露領域を裸水冷
管を用いた熱交換器により構成し、その熱交換器に結露
水の集水装置を付設した構成とじたものである。

〔作用〕

回収除去すべき化学物質を含んだ高温排ガスは、非結露
領域を通過する間に結露することなく降温され、その間
にフィン付きパイプ上に一部析出する化学物質はエアパ
ージにより除去される。

また、結露領域においては、裸水冷管の外表面温度が排
ガスの露点以下になるよう冷却され、その結果裸水冷管
のまわりに化学物質を含んだ結露水を生じる。その結露
水は集水装置に集められ、適宜処分される。

結露領域を通過して結晶化温度に冷却された排ガスは、
電気集じん機等の回収部を通過せしめられ、化学物質が
回収除去される。

〔実施例〕 図面に示す実施例の装置は、排ガスから酸化はう素を回
収除去するものであり、回収装置１は電気集じん機また
はフィルターを用いる。回収装置１の前段には熱交換器
からなる降温部が設けられ、降温部の前段は非結露領域
２、後段は結ｎ領域３となっている。

非結露領域２は、第１段から第４段の熱交換器４．５．
６．７からなる。これらの各熱交換器は、ヒートパイプ
８を用いたものであり、単管ヒートパイプの集合したも
の、あるいは好ましくは第２図に示すように下段を高温
部９とし、上段を低温部１０とした分離型のものである
。この分離型熱交換器は各部９．１０に多数配列したヒ
ートパイプ８の上端相互を作動液蒸発管１１により接続
するとともに、下端相互を作動液戻り管１２により接続
している。これらの熱交換器４〜７における高温部９に
は排ガス通路１３が接続される。また第１段から第３段
の熱交換器４〜６において、低温部１０の冷却手段は空
冷であり、第４熱交換器７の低温部１０側の冷却手段は
水冷である。

なお、１４は水冷のためのクーリングタワーを示してい
る。また、図示を省略しているが、ターラを併用し、ま
たは単独に使用することもある。

上記の各熱交換器４〜７のヒートパイプ８は、第４段熱
交換器７の低温部１０のものを除き、フィン付きである
。第４段熱交換器７の低温部１０のヒートパイプ８は、
水冷によるため熱交換効率が高いので、フィン無しであ
るが、もちろんフィンをつけて長さを短縮する等のコン
パクト化を図ったものであってもよい。

上記のような分離型ヒートパイプ熱交換器の場合は、多
数のヒートパイプが壁面を貫通せず、したがって仕切り
が容易であり、また高温部Ｓと低温部１０は、位置の高
低差さえあれば完全に分離していても、またどのような
方向を向いていても差支えない等の利点がある。なお、
作動液は移送熱量、温度範囲、安全性、経済性等から考
えて水が好ましい。

また、上記の各熱交換器４〜７には、第３図に示すよう
に、ヒートパイプ８の列間にエアパージ装置１５を設け
、これをヒートパイプ８の長さ方向、すなわち上下方向
に、一定の周期をもって移動させ、ヒートパイプ８のコ
ンテナ１６およびフィン１７に付着した析出物をエアパ
ージにより除去する。

なお、第４図に示すように、エアパージ装Ｗ１５に孔あ
きリング１８を設け、各と一ドパイブ８のまわりに嵌め
、上下動させるようにしてもよい。

以上の非結露領域２においては、結露を生じさせないた
めに、最も低温になる第４段熱交換器７の出口において
も、ヒートパイプ８の外表面の温度が排ガスの露点以下
にならないように冷却される。そのため第４段熱交換器
７として水冷管を用いることは避けなければならない。

なぜなら、熱交換器７の低温側冷媒としては、熱容量の
大きい冷却水をクーリングタワー１４によって循環使用
するが、この冷却水の水温は真冬で５℃程度、真夏で３
２℃程度であり、排ガスの露点（排ガス中の水分が８％
の場合約３８℃、５％の場合約３５℃）より低くなり、
結露してしまうからである。

ところが、ヒートパイプを使用すると、その表面温度が
低温側ヒートパイプの表面付近の温度、すなわち水温と
、高温側ヒートパイプの表面付近の温度、すなわち排ガ
スの温度の平均的な温度になしうるので、例えば水温３
２℃、排ガス温度１００℃でも排ガス高温側熱交換器表
面温度を平均６６℃程度で、露点以上に保ちながら冷却
することが可能である。

第４段熱交換器７において結露を生じさせないためには
、排ガス温度、風量、露点条件等のバラツキを考慮して
、ヒートパイプ８の表面温度は露点より２０℃程度高く
なるように、前記冷却水量を調節して水温を設定するこ
とが望ましい。

以上の非結露領域２の各段の熱交換器４〜７として、上
述のごときヒートパイプ８のほかに、高温水（例えば、
６０〜８０℃程度）を冷媒とし、クーリングタワーを介
して循環させるフィン付きパイプを用いた熱交換器を使
用することもできる。

次に、結露領域３に属する第５段熱交換器１９は、裸水
冷管２０によって冷却するようにしたものであり、クー
リングタワー２１を備えている。

裸水冷管２０の外表面温度は、フィン付きパイプと異な
り、はぼ冷却水の水温に等しい温度まで冷却されるので
、クーリングタワーによる冷却水でも排ガスの露点以下
となり結露を生じさせることが可能である。

上記の結露水中には酸化はう素が溶解するが、排ガス温
度は前段において十分に降温されているので、常に大量
の結露水が生じ、しかも裸水冷管２０はフィンが無いた
め、結露水とともにそれに含まれた酸化はう素（はう酸
）が洗い落とされる。

そのため裸水冷管２０の外表面は常にクリーンな状態に
保たれる。

第５段熱交換器１９において、フィン付きパイプではな
くて裸水冷管２０を用いるのは、上述のように結露水と
ともにほう酸を洗い落す目的のほか、次に述べるように
結露を効果的に行わせるためである。すなわち、裸水冷
管２０の外表面に効果的に結露させるためには、管内水
温と管外表面との温度差ができるだけ小さいことが必要
である。

特に水温が上昇する夏季においてもターラをできるだけ
使用しないで結露させるために、上記の温度差を小さく
する必要がある。この観点からみると、上記の温度差は
裸水冷管の方がフィン付き水冷管より小さいことが一般
にしられているから、この発明においては裸水冷管を用
いることにした。

こうすると、やむをえずターラを使用する場合でも最小
能力のターラで結露領域に到達させることができる。

第５図は、第４段および第５段熱交換器７．１９の排ガ
ス温度ＴＩ、Ｔ、と、これらの冷却管の外表面温度ｔＩ
＋ｔ２を示すものである。１．は真夏の場合１＝・は真
冬の場合を示す、第５段熱交換器１９における排ガス温
度Ｔ２の最低温度は理想的にコントロールすれば図示の
ように露点以下になることがなく、そのま＼回収装置Ｉ
へ送り込むことができる。しかし、実際上理想的な温度
コントロールを行なうことが困難であることが多く、露
点以下に下がる場合がある。この場合は後段の回収装置
１内で結露することがあって好ましくない。

従って、この場合は第１図に示すように、第５段熱交換
器１９の出側と回収装置１の入側間に加熱装置２２が設
けられ、ここにおいて排ガス温度を数度上昇させたうえ
で回収装置１へ送り込む。この場合、加熱源として排ガ
スからの回収熱を利用すると経済的である。そのために
は、加熱装置２２を取外して、第１図の一点鎖線で示す
ように、排ガスを第１段熱交換器４の低温部１０に熱回
収バイブ２３によって導き、この熱交換器４で排ガスの
熱を回収使用するようにする。

第５図において重要なことは、第４段熱交換器７では排
ガスの温度、湿度のバラツキを含めても決して熱交換器
の金属表面温度を露点以下とせず、むしろ２０〜３０℃
以上高くすることにある。こうすることによって、熱交
換器の金属表面であるフィン等には化学物質の自然析出
骨の軟らか、い付着のみにすることができるから、これ
は前述のエアパージで十分除去することが可能である。

一方、第５段熱交換器１９においては、熱交換器の金属
表面は、常に露点以下となし、常に結露水を生せしめる
ようにし、この結露水で金属表面を洗浄させるようにす
る。

このように、露点近傍の結露の少ない部分あるいは結露
と乾燥を繰返えす部分を避け、析出化学物質が金属表面
に強固に固着しないようにすることが本発明の基本的な
考えの一つである。

また、第５段熱交換器１９には、結露水の集水気化装置
２４が付設される。この集水気化袋Ｗ１は、結露水を集
めるとともに、これを加熱して水分のみを気化せしめて
大気に放出することにより、これに含まれた酸化はう素
を析出し回収除去する。

この場合の加熱源は別に設けた加熱器でもよいが、より
経済的には、やはり排ガスの回収熱を一部分でも利用す
ることが好ましい。この場合は、第１図に示すとおり第
２段熱交換器５の低温部１０との間に熱回収パイプ２５
を接続する。なお、集水した結露水を気化することなく
、そのま一部分してもよい。

回収装置１は電気集じん機またはフィルターにより構成
され、上記の加熱装置２２または熱交換器４から排出さ
れた排ガス中の酸化はう素を回収除去する。この場合、
前段の各熱交換器４〜７を経て排ガスは結晶化温度（４
０〜５０℃）に冷却されているので、効率的に析出する
。

上記の回収装置１から出た排ガスは、加熱しなければ煙
道２６に達するまでの間に徐々に冷却され、露点以下に
下がり結露水を生じるので、その結果排ガス中にわずか
に含まれた酸化はう素が煙道２６の内壁に析出して煙道
２６を腐食する等の原因となる。そのため、回収装置１
から煙道２６に至る途中で排ガス通路２７を第３段熱交
換器６の低温部１０側を通過せしめ、露点以上に昇温さ
せて煙道２６に送出する。

次に上述の装置の変形例として次のものがある。

すなわち、最も条件の厳しい夏季において、クーラを使
用することなく効果的に結露させる手段として、第５段
熱交換機７の入口に蒸気吹込み管２８を接続し、所要量
の水蒸気または水滴を吹込むことにより排ガスの露点を
上昇させる方法がある。

この方法によると、真夏においても裸水冷管２０だけで
十分結露させることができる。水蒸気の吹込みにより、
集水気化装置２４における気化のために必要な熱量が増
加するので、吹込み水蒸気または水滴の量は必要最小限
にすべきであるが、そもそも、このような手段を講じる
のは夏季だけであるので、クーラの放置およびその運転
費を考慮した場合と比較しても経済的である。

また、第１段から第４段熱交換器４〜７のメンテナンス
を容易にするため、これらに水蒸気または水滴吹込みパ
イプ２９をそれぞれ設け、各ヒートパイプ８のフィン１
７をこれによって一定期間ごとに洗浄するようにしても
よい。

〔効果〕

この発明は以上のようなものであるから、次に列挙する
効果がある。

ｆｌ）降温装置を非結露領域と結露領域に分け、非結露
領域において結露を避けなから降温せしめているので、
この部分で結露することが防止される。

（２）上記部分にエアパージ装置を設けているので、熱
交換器のフィン等に析出した化学物質はこれによって除
去される。

（３）結露領域の熱交換器として裸水冷管を使用し、か
つ結露水の集水装置を設けているので、この部分におけ
る析出物質を結露水によって洗い落す効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のブローク図、第２図は熱交換器の断面
図、第３図は図上の一部拡大断面図、第４図はエアパー
ジ装置の一部拡大断面図、第５図は第４段、第５段熱交
換器の温度変化を示すグラフである。 １・・・・・・回収装置、２・・・・・・非結露領域、
３・・・・・・結露領域、４・・・・・・第１段熱交換
器、５・・・・・・第２段熱交換器、６・・・・・・第
３段熱交換器、７・・・・・・第４段熱交換器、８・・
・・・・ヒートパイプ、９・・・・・・高温部、１０・
・・・・・低温部、１１・・・・・・作動液蒸発管、１
２・・・・・・作動液戻り管、１３・・・・・・排ガス
通路、１４・・・・・・クーリングタワー、１５・・・
・・・エアパージ装置、１６・・・・・・コンテナ、１
７・・・・・・フィン、１８・・・・・・孔あきリング
、１９・・・・・・第５熱交換器、２０・・・・・・裸
水冷管、２１・・・・・・クーリングタワー、２２・・
・・・・加熱装置、２３・・・・・・熱回収パイプ、２
４・・・・・・集水気化装置、２５・・・・・・熱回収
パイプ、２６・・・・・・煙道。 第５図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）回収装置の前段に熱交換器により構成された降温
   装置を設け、上記降温装置の前段を熱交換器表面および
   排ガスの温度が露点以上となる非結露領域とするととも
   に、後段を少なくとも熱交換器表面の温度が露点以下と
   なる結露領域となし、上記非結露領域をフィン付きパイ
   プを用いた熱交換器により構成するとともに各熱交換器
   に析出物質のエアパージ装置を設け、上記結露領域を裸
   水冷管を用いた熱交換器により構成し、結露領域の熱交
   換器に結露水の集水装置を付設してなる排ガス中の化学
   物質回収装置。
2. （２）非結露領域の熱交換器としてフィン付きヒートパ
   イプを使用し、かつそのヒートパイプが高温部と低温部
   に分離された形式のものである特許請求の範囲第１項に
   記載の排ガス中の化学物質回収装置。
3. （３）非結露領域最終段の熱交換器低温部に水冷手段を
   設けてなる特許請求の範囲第１項に記載の排ガス中の化
   学物質回収装置。
4. （４）結露領域熱交換器と回収装置との間に排ガス温度
   を数度上昇させる加熱装置を設けてなる特許請求の範囲
   第１項に記載の排ガス中の化学物質回収装置。
5. （５）上記加熱装置の熱源として非結露領域の熱交換器
   の回収熱を用いる特許請求の範囲第４項に記載の排ガス
   中の化学物質回収装置。
6. （６）回収装置から煙道に至る途中の排ガスを結露せし
   めないように非結露領域の熱交換器の回収熱により昇温
   させる特許請求の範囲第１項に記載の排ガス中の化学物
   質回収装置。
7. （７）結露領域の熱交換器から排出された結露水を気化
   させるのに非結露領域の熱交換器の回収熱を利用する特
   許請求の範囲第１項に記載の排ガス中の化学物質回収装
   置。
8. （８）結露領域の熱交換器に露点上昇のための蒸気また
   は水滴吹込みパイプを設けた特許請求の範囲第１項に記
   載の排ガス中の化学物質回収装置。
9. （９）非結露領域の各熱交換器にメンテナンス用の蒸気
   または水滴吹込みパイプを設けた特許請求の範囲第１項
   に記載の排ガス中の化学物質回収装置。