JPS63502924A - 煙道ガスの熱回収および清浄方法と装置 - 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】 煙道ガスの熱回収および清浄方法と装置本発明は熱交換器を流れる煙道ガスから 熱を回収し、含有物質を分離する方法と装置に関する。

油およびその他の化石燃料の燃焼中に、酸化炭素類、硫黄酸化物、窒素酸化物、 水蒸気および煤の微粒子を含む煙道ガスが生ずる。その他のガス状化学物質が他 の種類の燃料からの煙道ガス中に存在することもあシ得る。これらの煙道ガスは 、通常、煙突を経て空気中に放出される。燃料の燃焼によって生ずる煙道ガスは 大気汚染と湖および河川の酸性度の増加の原因となる。

大気汚染を減少させる活動、例えば燃料中の硫黄含有量を減少させるとか、ある いは煙道ガスを清浄にする活動が行なわれている。燃料中に含まれる硫黄の大部 分は燃焼中に酸化されてＳＯ□となシ、１部は更に酸化されてＳＯ２になる。煙 道ガスを冷却すれば、Ｓ０３は水蒸気と反応して硫酸を作る。Ｓ０２は、特に硫 酸が存在する場合、いくぶん凝縮した水分岐溶解され亜硫酸を生ずる。煙道ガス の冷却は熱交換器および煙突の腐食をもたらし、それによって燃料の燃焼による 熱をすべて回収する可能性を減少させる。更に凝縮した酸は煙道ガス中に存在す る油と煤の微粒子の塊シを作る原因となる。

熱交換器内で煙道ガスを冷却し、それによって硫酸が凝縮され、煙道ガスから分 離される方法が公知である。煙道ガスを冷却すれば熱は回収され、ボイラへの燃 料の量を減少させることができる。

公知の装置（第１図参照）によれば、燃焼室からの煙道ガスは耐食性の材質でで きている長いまっすぐな管ｌＯを備えている直立した熱交換器を含む煙道ガス冷 却器へ導入される。煙道ガスは１部は煤が管の内壁に付着しないように、および １部は高い熱の移動が得られるように高速（５７ｒＬ／　ｓｅｃ超）で管の中を 流れる。

管と管の間では液体、例えば水が、管ｉｏの中の煙道ガスによって加熱される。

しかしながら、公知の装置は重大な欠点を有する。

装置の設計および高速のガスのため、硫黄の分離程度が低い。燃料中の硫黄分の わずかｉｏ−ｇｏ％が煙道ガスから取シ除かれるに過ぎない。

本発明の目的は、特に煙道ガス中の硫黄分を減少させて、煙道ガスよシエネルギ ーを回収し、煙道ガスの清浄効果を改善し、かつ、耐食性合成樹脂材の熱交換器 を作ることにある。この目的は、本発明の説明および附属の請求の範囲によって 明らかなように、解決されてきている。

本発明によれば、内部に熱交換要素が挿入されたケーシングと煙道ガスから熱を 吸収するために用いられる媒体とよシなる熱交換器を通して流れる煙道ガスから 熱を回収し、含有物質を分離する方法が提供されておシ、 煙道ガスから熱を吸収すべき媒体は熱交換要素を通して導かれ、キせ壬硫酸の露 点よシ低い温度を有することと、 煙道ガスが熱交換要素の縦軸に対して本質的に直消に渡れるように熱交換要素が 熱交換器のケーシング内に置かれ、かつ、煙道ガス用ケーシング連結部が作られ ていることと、 熱交換要素を横切る煙道ガスの速度が３　ｒｒＬ／　ｓｅｃを超えないことと、 煙道ガス内の水蒸気および３酸化硫黄が、煙道ガスが冷却される場合に硫酸を作 シ、この硫酸が熱交換要素の外壁に凝縮されることと、 煙道ガス内の煤が熱交換要素上に捕集され、この煤が２酸化硫黄のようなガス状 物質を吸着および／また層の２酸化硫黄を吸着および／または溶解する能力が減 少した場合に熱交換要素から取シ除かれることを特徴としている。

本発明によれば、また、 第１の流入および流出媒体のための連結部を装備し、流入および流出各モジュー ルと側部、底部および頂部各モジュールを含むケーシングと、 ケーシング内の第２の媒体のための合成樹脂管の形状を有し、基管がらせん状で 、それぞれ流入および流出する媒体のための手段に接続するようにされた２個の 端部を有する熱交換要素とを有し１ らせん状の合成樹脂管および第１の媒体のための連結部が、仁の媒体がらせん状 管の縦軸に対して本質的に直角に流れるように配列されておシ、らせん状の合成 樹脂管が、２本の隣接するらせん状管の中心間距離が２本のらせん状管それぞれ の外接円の半径の和よシ小さいように、相互関係位置に配置されておシ、 ２本の隣接するらせん状管が、ｌ端が２本の隣接する管の共有する空間に挿入さ れている他のらせん状管によシ、相互関係位置を固定されておシ、各側部モジュ ールが、金属板と第１の媒体に接触している合成樹脂層によっておおわれた絶縁 材よ）なることを特徴とする請求の範囲第１項の方法を使用するのに適した、煙 道ガスから熱を回収し、物質を分離するための熱交換器が提供されている。

熱交換器の上述した設計によシ、煙道ガスの熱の移動と清浄化がよシ効果的にな シ、構造は簡単でかつ安価なものとなろう。

本発明の一例によれば、この熱交換装置は合成樹脂管が横方向および縦方向にケ ーシング内の空間を満たすように、熱交換器のケーシング内に互に前後して列を 作って並べられた合成樹脂管を含む。この配列によってケーシング内の空間は非 常に効率的に利用され、したがって多（の合成樹脂管の入る余地ができる。この 事からして、熱の移動がよシ一層改善される。

本発明の他の例によれば、各列の合成樹脂管は交互に左巻きおよび右巻きとされ ている。仁の事よシ、左巻きおよび右巻きの合成樹脂管に生ずる２つの異なる捩 シ癖が互に反対に作用して均衡をとることができるので、それによって、冷温お よび高温の両方の状態においても合成樹脂管の表面の熱せられた幾何学的な形を 保つことができる。

本発明のさらに他の例によれば、モジュールの金属板は本質的にはモジュールと 同じ寸法であシ、板の片面の周囲に泊って枠を有し、他方の面は合成樹脂層によ って気密に、かつ液体を通さないように密閉された絶縁材を有している。そのこ とは、絶縁材が合成樹脂管を、合成樹脂材の融点以上の高温度の金属壁との接触 から防ぐことを意味する。それによって、ケーシングは合成樹脂管を傷めない。

最後の実施態様のさらに他の例によれば、モジュールはそれぞれのモジュールの 枠を通るボルトによって結合され、合成樹脂材のガスケットによってモジュール 間が密封される。この事よシ、ケーシングの組立は安価で、熱交換要素は容易に 交換できる。

次に、本発明を附属図面を参照して、更に詳細に説明する。

第１図は煙道ガスの冷却および清浄化に用いられる公知の熱交換器を示す。

第２図は煙道ガス通路内の熱交換器および熱交換器清浄装置を含む、本発明によ る煙道ガス清浄装置の概略図を示す。

第３図は第２図による装置に用いられるらせん状管の形状を有する熱交換要素を 含む熱交換器の概略断面図を示す。

第４図は第３図°めＩＶ−ＩＶ線に沿う熱交換器の水平断面図を示す。

第５図は本発明によるモジュールを示す。

第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線に沿うモジュールの断面図を示す。

第７図は熱交換器の１列に並べられた管装置の好ましい実施態様を示す。

第８図は第７図の■−■線に沿う水平断面図を示す。

第１図に示す装置は仁の説明の導入部に記述したので、更に説明する必要はない 。

第２図は熱交換器および煙道ガスから硫黄を非常によく分離することができる熱 交換器清浄装置を含むガス清浄装置を概略的に示す。更にこの熱交換器は、煙道 ガスからの熱回収についても非常に効果的である。

この装置は、図示されていない燃焼室からの煙道ガスの入口および出口を備える ケーシング２０を含む。

ケーシング内には、煙道ガスから熱を吸収して冷却する媒体が導入されるらせん 状管の形の多数の熱交換要素がある。

管はケーシング内に、煙道ガスが各らせん状管の縦軸に対して本質的に直角の方 向に流れ、煙道ガスの熱が硫酸の凝縮温度よシ低い温度の管内の媒体に移動する ように設けられる。

基管の材質は硫酸に侵されない合成樹脂が好ましい。

合成樹脂材は管の製作費が安く、らせん状に曲げ易い。

本発明のもう１つの重要な特徴は熱交換器内の煙道ガスの速度が最高３ｍ／ｓｅ ｃと低いことにある。管の配置と管の材質との組合せによって意図した効果、す なわち、煙道ガスから硫黄を高い割合（約５０％）で分離することができる。そ の理由は次の通シである。

上述したように、油および化石燃料からの煙道ガスは煤の微粒子および他の化学 物質に混じって２酸化硫黄および僅かのパーセントの３酸化硫黄よシなる硫黄酸 化物を含む。熱交換器内の煙道ガスを冷却する場合、水蒸気および３酸化硫黄か ら生成される硫酸は冷たい管壁に凝縮し、管壁は硫酸でぬれる。凝縮した酸のた め、油と煤の微粒子の凝集物が生じ、熱交換器を通して流れる煙道ガスの清浄化 効果をもたらす。煙道ガスの速度が遅いので、多量の煤が管壁に固着する。湿っ た煤はＳ０２のようなガス状の化学物質を溶解および／または吸着することがで きる。この効果によって、煙道からの化学物質Ｓよび微粒子→の放出は減少し、 したがって大気汚染を減らす。

煙道ガス内のガス状化学物質の減少は、１部はＳ０２が、特に硫酸が存在する場 合、凝縮した水滴に溶解することと、１部は煤がガスから化学物質を吸着する場 合の活性炭と同様な効果のある炭素材であることによって説明される。しかしな がら、吸着作用はｔ　ｔ　ｏ　”ｃ以上の場合と同様に、ある時間後に減少する 。吸着効果を回復するために、管に付着した煤の層を取シ除けば、新しい煤の層 が上述したように再び徐々に生成される。煤の層を取シ除くことは、熱の移動に 反対の効果を及ぼす堆積物を減少させることにもなる。

煤を取シ除くことは水で洗い流すことによって可能である。このようにして、管 路２５から来る水は熱交換器用管２３の上のノズル２６を経て撒水される。硫酸 および２酸化硫黄を伴った煤は熱交換器の下の収集タンク２７へ取シ除かれる。

水洗後、熱交換器は再び使用できる。

第３図は第２図による装置の煙道ガス冷却器として使われる好ましい熱交換器の 断面図を示す。熱交換器は、すべてらせん形の１列に並べられた多数の、この場 合１０本の合成樹脂管３０を含む。おのおのの管からは２個の管端末部３１．３ ２が延びていて、その内の第１の管端末部３１は管に媒体を供給する分配手段３ ３に接続され、第２の管端末部３２は集合手段３４に接続されておシ、媒体が管 ３０を通って流れた後、更に移動のためにそこに送られる。管端末部３１．：（ ２は熱交換器のケーシング２０の頂部モジュールの板３６に開けられた六３５を 通る。このようにして、合成樹脂管は熱交換器の腐食性の環境の外側にある分配 および集合手段３３．３４に接続される。この頂部板３６温度に耐える性質を有 する。頂部板に適する材料は合成樹脂材である。

合成樹脂管３０および頂部板３６０穴３５との間の許容誤差は小さいものとされ 、したがって管はある程度の力で頂部板に押し込まれなければならないであろう 。頂部板は熱交換器内の温度および圧力に影響されるある厚さを有する。合成樹 脂管の内圧は内部の流れの温度と共に合成樹脂管の外径を大きくすることになシ 、したがって管および板の間の十分な密封が得られる。

頂部板３６は熱交換器のケーシングの境界をきめる壁の１つを形成する。第３図 は更に３つの境界壁、すなわち２つの側壁３７．３８および排出口４０を含む底 部板３９が示されている。これらの２つの側壁３７゜３８の他に、熱交換器には 側壁３７．３８に対して直角に位置する入口モジュール４１および出口モジュー ル４２（第４図参照）がある。２つのモジュール４１゜４２には、熱交換にあず かる媒体の１つ（この場合煙道ガス）を、それぞれ供給し取シ出すための連結部 ２１．２２がある。この媒体は第４図において矢印４３によって示される。合成 樹脂管および合成樹脂管を通る媒体のための連結部は、媒体がらせん状の合成樹 脂管に対して本質的に直角に流れるように配置されている。

第４図に示すように、熱交換器は、合成樹脂管がケーシングの中の空間を縦横の 両方向に満たすように、熱交換器のケーシング２ｏの中で互に前後に列を作って 並ぶ多数の合成樹脂管３ｏを含む。

なおその上に、らせん状の合成樹脂管は、２本の隣接するらせん状管の中心間距 離が２本の管の外接円の半径の和よりも小さくなるように配置されて、熱交換器 のケーシングの本来の幅に亘シ、一つの列を形成するよう、互に近（並べられて いる。このようにして、らせん形に曲げられたらせん状合成樹脂管は互に寄り掛 かっている。なおその上に、各列毎に、またはおのおのの列について一つ置きに 、合成樹脂管が左巻きまたは右巻きであることが好ましい。それによって合成樹 脂管に生ずる異なった捩れ癖が互に反対に作用することができる。右巻きの合成 樹脂管の捩れ癖が１つの型であり、それに対して左巻きの合成樹脂管の捩れ癖が 反対の型であることに注意するべきである。この事よシ、これらの捩れ癖が互に 均衡する。

上述したように、ケーシングは２つの側壁３７．３８と、入口モジュール４１お よび出口モジュール４２と、底部モジュール３９および上部モジュール３６を含 む。

各側壁は第５図および第６図に示す種類の１個または数個のモジュールで組み立 てられる。

各モジュールは、鋼製でモジュールと本質的に同じ寸法で作られる金属板ＳＯを 含む。板５００片側は板の周囲に広がシ、そして板の外縁にあてがわれているフ レーム５１を備えている。板５０の他の側は、侵食性の環境に耐える材質で作ら れ、更に例えばポリ４弗化エチレンで作られた合成樹脂層５３で覆われている絶 縁材５２を備えている。絶縁材５２は合成樹脂管が暖かい金属板によシ損傷をう けないように、合成樹脂えばフレーム５１に固定されることによシ、適当に位置 を保っている。板５０はフレーム５１が熱交換器の外側にあるように、意図的に 貼夛付けられる。したがって一方、合成樹脂層のある絶縁材は腐食性の環境であ る熱交換器の内部に向けである。層５３は絶縁材５２および鋼板５０が腐食しな いように保護するよう意図されている。フレーム５１には穴５４が、数個のモジ ュールを互に結合する場合、あるいはモジュールを底部板または頂部板に結合す る場合、ボルトを通すため等しい距離をおいて開けられる。この後者の目的のた めに、頂部板および底部板はまたそれぞれ板の周囲に延びるフレーム５５および ５６を備えている（第３図参照）。

２個のモジュールの間および１個のモジュールト頂部板／底部板との間の密封は 、それぞれの要素の枠の間にあてがわれるガスケットによることが好ましい。

枠を備えたモジュールおよび頂部板／底部板による組み合わせて利点はそれらの 要素の組立て、分解または再組立てが容易なことにある。

第７図および第８図は熱交換器内に１列に並ぶ異なる管の位置に関する本発明に よる好ましい実施態様を示す。

これらの図は、隣接するらせん状管７１．７２が互に組み合っているので管の中 心７８．７７間の距離がＦｉｇ、３ Ｆｉｇ、４ 国際調査報告 −Ｎ＾−ｈａｗｂ＝−ｂｍ　ｓ−ＰＣＴ／ＳＥ８７１００１４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内部に熱交換要素が挿入されたケーシングを含み、煙道ガスから熱を吸収す るため媒体が供給される熱交換装置を通して流れる煙道ガスから熱を回収し、含 有物質を分離する方法において、 煙道ガスから熱を吸収する媒体は熱交換要素を通して導かれ、硫酸の露点より低 い温度を有することと、 煙道ガスが熱交換要素の縦軸に対して本質的に直角に流れるように、熱交換要素 が熱交換器のケーシング内に置かれ、かつ煙道ガスがケーシングに入る連結部が 作られていることと、 熱交換要素を横切る煙道ガスの速度が３ｍ／ｓｅｃを超えないことと、 煙道ガス内の水蒸気および３酸化硫黄が、煙道ガスが冷却される場合に硫酸を作 り、この硫酸が熱交換要素の外壁に凝縮されることと、 煙道ガス内の煤が熱交換要素上に捕集され、この煤が２酸化硫黄のようなガス状 物質を吸着および／または溶解し得ることと、 熱交換要素上の煤の微粒子、硫酸および吸着または溶解された２酸化硫黄が、煤 の層の２酸化硫黄を吸着および／または溶解する能力が減少した場合に、熱交換 器からの水のフラツシングによつて取り除かれることを特徴とする煙道ガスの熱 回収および清浄方法。 ２．請求の範囲第１項に記載の方法の使用に適し、煙道ガスからの熱回収および 含有物の分離のための熱交換装置において、 第１の流入および流出媒体（４３）のための連結部（２１，２２）を装備し、流 入および流出各モジュールと側部、底部および頂部各モジュールを含むケーシン グ（２０）と、 ケーシング内の第２の媒体のための合成樹脂管（３０）の形状を有し、各管がら せん状で、それぞれ流入および流出する媒体のための手段（３３，３４）に接続 するようにされた２個の端部（３１，３２）を有する熱交換要素とを有し、 らせん状の合成樹脂管（３０）および第１の媒体のための連結部（２１，２２） が、この媒体が管（３０）の縦軸に対して本質的に直角に流れるように配列され ており、 らせん状の合成樹脂管が、２本の隣接する管の中心間距離が２本の管の外接円の 半径の和より小さいように、相互関係位置に配置されており、２本の隣接するら せん状管が、１端（７３ｕ）が２本の隣接する管（７１，７２）の共有する空間 （８１）に挿入されている他のらせん状管（７３）により、相互関係位置を固定 されており、 各合成樹脂管（３０）の両端部（３１，３２）が、板の穴（３５）を経てケーシ ング（２０）の底部モジュール（３９）および／または頂部モジュール（３６） の板を通り、それそれの対応する穴（３５）に気密にあてがわれており、 各側部モジュールが、金属板（５０）と第１の媒体（４３）に接触している合成 樹脂層（５３）によつておおわれた絶縁材（５２）よりなることを特徴とする熱 交換装置。 ３．合成樹脂管（３０）が、クーシング（２０）内の空間を縦および横の両方向 に満すように、ケーシング内に前後に列を作つて並んでいる請求の範囲第２項に 記載の熱交換装置。 ４．１列の合成樹脂管（３０）が、交互に左巻きおよび右巻きとされている請求 の範囲第３項に記載の熱交換装置。 ５．モジュールの金属板（５０）が本質的にモジュールと同じ寸法てあり、板の 片面の周囲に沿つて枠（５１）を有し、他方の面は合成樹脂層（５３）によつて 気密に、かつ液体を通さないように密閉された絶縁材（５２）を有する請求の範 囲第２項ないし第４項のいづれか１項に記載の熱交換装置。 ６．モジュールはそれぞれのモジュールの枠（５１）を通るボルトによつて結合 され、ガスケットによつてモジュールが密封されている請求の範囲第５項に記載 の熱交換装置。 ７．絶縁材（５２）がフォームガラスよりなる請求の範囲第５項または第６項に 記載の熱交換装置。 ８．頂部板（３６）および層（５３）がポリ４弗化エチレンで作られている請求 の範囲第５項ないし第７項のいづれか１項に記載の熱交換装置。