KR20220061236A

KR20220061236A - 가스 가스 열교환기

Info

Publication number: KR20220061236A
Application number: KR1020227012589A
Authority: KR
Inventors: 세이지 가가와; 료타 오치아이; 다카유키 사이토; 히로시 이시자카; 이치로우 오오모리
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-05-12
Also published as: WO2021085513A1; CN114599928A; TW202124898A; JP2021071263A; TWI757942B; JP7334105B2

Abstract

전열관(12)의 복수의 직선형 관부(45)가 서로 이격되어 블록 형상으로 나열되는 전열관군에 의해 구성된 열교환 번들(41)을, 배기 가스의 상류측으로부터 하류측으로 직렬 형상으로 복수 열 배치하는 동시에, 복수 열의 열교환 번들(41) 각각에서, 복수의 직선형 관부(45)를 배기 가스 유통 방향과 교차하도록 배치한다. 복수의 열교환 번들(41)은, 직선형 관부(45)와 대략 직교하는 관 직교 단면에 있어서의 복수의 직선형 관부(45)의 배관 패턴이 제 1 배열인 제 1 배열 관군(51)과, 제 1 배열 관군(51)의 하류측에 마련되며 복수의 직선형 관부(45)의 배관 패턴이 제 1 배열과는 상이한 제 2 배열인 제 2 배열 관군(52)이 동일 번들 내에 마련되어 전열관군을 형성하는 배관 패턴 혼성 번들(41A)을 포함한다.

Description

가스 가스 열교환기

본 발명은 열매체와 배기 가스의 열교환을 실행하는 가스 가스 열교환기에 관한 것이다.

화력 발전소 등에서 사용되는 보일러로부터의 배기 가스(배연)를 처리하기 위해, 배기 가스 유통 경로에 공기 예열기, GGH 열회수기, 집진 장치, 습식 배연 탈황 장치, 및 GGH 재가열기를 마련한 배기 가스 처리 시스템이 공지되어 있다. GGH 열회수기에서는, 배기 가스로부터의 열회수가 행해지고, 습식 배연 탈황 장치에서는, 기액 접촉에 의해 배기 가스 중의 유황 산화물 및 매진(煤塵)의 일부가 제거된다. 습식 배연 탈황 장치에서 포화 가스 온도까지 냉각된 배기 가스는, GGH 재가열기에서, GGH 열회수기에서 회수된 열을 이용하여 승온된 후, 굴뚝으로부터 배출된다.

특허문헌 1에는, 상기 배기 가스 처리 시스템에서, GGH 재가열기의 가스 유통로를, 상류측의 상류 영역과, 하류측의 하류 영역과, 상류 영역과 하류 영역 사이의 중류 영역으로 나누고, 상류 영역, 중류 영역 및 하류 영역에 각각 열교환 번들(상류 번들, 중류 번들 및 하류 번들)을 배치하는 구성이 기재되어 있다. 열교환 번들이란, 열매체가 흐르는 전열관의 구성 단위로서, 전열관을 조합하여 블록화(유닛화)한 전열관군의 구조체이다. 특허문헌 1에는, 상류 번들, 중류 번들 및 하류 번들 각각을 상하로 겹치는 3단의 열교환 번들(상단 번들, 중단 번들 및 하단 번들)에 의해 구성하는 예가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 1에는, GGH 재가열기의 상류 번들의 전열관 배열 패턴을 엇갈림 배열로 하고, 중류 번들 및 하류 번들의 전열관 배열 패턴을 정방 배열로 하고, 열매체가 상류 번들로부터 하류 번들을 경유하여 중류 번들로 흐르도록 각 번들 사이를 연결하도록 구성하는 예가 기재되어 있다.

국제 공개 제 2018/139669 호

특허문헌 1의 GGH 재가열기에서는, 상류 번들, 중류 번들 및 하류 번들이 고온 예열부, 저온부 및 고온부로서 각각 기능하고, 도입된 배기 가스가 엇갈림 배열의 고온 예열부, 정방 배열의 저온부 및 고온부의 순서로 유통하여 승온하므로, GGH 재가열기에서의 열교환의 효율을 높일 수 있다. 또한, 습식 배연 탈황 장치로부터 비산하는 미스트가 상류 번들의 전열관과 충돌하는 효율(고온 예열부에서의 미스트 증발 효율)을 높일 수 있어서, 저온부 및 고온부의 전열관에의 미스트의 부착을 억제하여, 경년 사용에 따른 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다.

그러나, 특허문헌 1의 GGH 재가열기(가스 가스 열교환기)에서는, 배기 가스의 유통 방향을 따라 3열의 전열관 번들(상류 번들, 중류 번들 및 하류 번들)을 마련하고, 각 열의 전열관 번들의 전열관 배열 패턴을 동일한 배열 패턴(상류 번들에서는 엇갈림 배열, 중류 번들 및 하류 번들에서는 정방 배열)로 설정하고 있으므로, 예컨대 배기 가스의 유통 방향을 따라 2열의 전열관 번들이 마련된 기존의 가스 가스 열교환기에 대해 특허문헌 1의 구성을 적용하기 위해서는, 기존의 2열의 열교환 번들에 더하여, 새롭게 1열의 열교환 번들을 마련할 필요가 있어서, 대규모의 개수가 필요하다.

따라서, 본 발명은 배기 가스의 유통 방향을 따른 열교환 번들의 열수(列數)의 증가를 억제하면서, 소망의 전열관 배열 패턴을 가스 유통로에 구성할 수 있는 가스 가스 열교환기의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 태양은, 전열관의 복수의 직선형 관부가 서로 이격되어 블록 형상으로 나열되는 전열관군에 의해 구성된 열교환 번들을, 배기 가스의 상류측으로부터 하류측으로 직렬 형상으로 복수 열 배치하는 동시에, 복수 열의 열교환 번들 각각에서, 복수의 직선형 관부를 배기 가스의 유통 방향과 교차하도록 배치한 가스 가스 열교환기이다. 복수의 열교환 번들은, 직선형 관부와 대략 직교하는 관 직교 단면에 있어서의 복수의 직선형 관부의 배관 패턴이 제 1 배열인 제 1 배열 관군과, 제 1 배열 관군의 하류측에 마련되며 복수의 직선형 관부의 배관 패턴이 제 1 배열과는 상이한 제 2 배열인 제 2 배열 관군이 동일 번들 내에 마련되어 전열관군을 형성하는 배관 패턴 혼성 번들을 포함한다.

상기 구성에서는, 하나의 열교환 번들 내에 배관 패턴이 서로 다른 제 1 배열 관군과 제 2 배열 관군을 마련하고 있으므로, 배기 가스의 유통 방향을 따른 열교환 번들의 열수의 증가를 억제하면서, 소망의 전열관 배열 패턴을 가스 유통로에 구성할 수 있다.

본 발명의 제 2 태양은, 배기 가스로부터 열회수하는 열회수기의 하류측이며 또한 배기 가스 중의 유황 산화물을 기액 접촉에 의해 제거하는 탈황 장치의 하류측에, 재가열기로서 배치되는 제 1 태양의 가스 가스 열교환기로서, 복수의 열교환 번들은 배관 패턴 혼성 번들과, 배관 패턴 혼성 번들의 하류측에 배치되는 하류측 열교환 번들을 포함한다. 제 1 배열 관군은 복수의 직선형 관부를 엇갈림 형상으로 배열한 엇갈림 배열 관군이다. 제 2 배열 관군은 복수의 직선형 관부를 정방 격자 형상으로 배열한 정방 배열 관군이다. 엇갈림 배열 관군에는 열회수기로부터 열매체가 유입된다. 엇갈림 배열 관군과 하류측 열교환 번들의 전열관군은, 엇갈림 배열 관군을 유통한 열매체가 하류측 열교환 번들의 전열관군을 유통하도록 제 1 접속관에 의해 접속된다. 하류측 열교환 번들의 전열관군과 정방 배열 관군은, 하류측 열교환 번들의 전열관군을 유통한 열매체가 정방 배열 관군을 유통하도록 제 2 접속관에 의해 접속된다.

상기 구성에서는, 엇갈림 배열 관군, 정방 배열 관군 및 하류측 열교환 번들(하류측 열교환 번들을 구성하는 전열관군)이 고온 예열부, 저온부 및 고온부로서 각각 기능하여, 도입된 배기 가스는 엇갈림 배열의 고온 예열부, 정방 배열의 저온부 및 고온부를 순차적으로 유통하여 승온하므로, 재가열기(가스 가스 열교환기)에서의 열교환의 효율을 높일 수 있다. 또한, 탈황 장치로부터 비산하는 미스트가 엇갈림 배열 관군의 직선형 관부와 충돌하는 효율(고온 예열부에서의 미스트 증발 효율)을 높일 수 있어서, 저온부 및 고온부의 전열관에의 미스트의 부착을 억제하여, 경년 사용에 따른 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다.

본 발명의 제 3 태양은, 제 2 태양의 가스 가스 열교환기로서, 엇갈림 배열 관군의 직선형 관부는 나관(裸管) 사양의 나관부로 구성되고, 정방 배열 관군의 직선형 관부와 하류측 열교환 번들의 직선형 관부는 핀 부착 관 사양의 핀 부착 관부로 구성되어 있다.

상기 구성에서는, 엇갈림 배열 관군의 직선형 관부를 나관 사양의 나관부로 구성했기 때문에, 고온 예열부의 전열관에의 미스트의 부착을 억제하여, 경년 사용에 따른 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 정방 배열 관군의 직선형 관부와 하류측 열교환 번들의 직선형 관부를 핀 부착 관 사양의 핀 부착 관부로 구성했기 때문에, 저온부 및 고온부에서의 열교환의 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제 4 태양은, 제 3 태양의 가스 가스 열교환기로서, 정방 배열 관군의 직선형 관부의 핀 부착 관부의 핀 피치를 5.0㎜ 이상 10.0㎜ 이하로 하고 있다. 또한, 본 발명의 제 5 태양은, 제 3 또는 제 4 태양의 가스 가스 열교환기로서, 하류측 열교환 번들의 직선형 관부의 핀 부착 관부의 핀 피치를 5.0㎜ 이상 10.0mm 이하로 하고 있다.

상기 구성에서는, 인접한 핀 부착 관부 사이에 먼지 등이 경시적으로 막히는 문제가 해소되므로, 가스 가스 열교환기의 안정된 운용이 가능해진다.

본 발명의 제 6 태양은, 제 2 태양 내지 제 5 태양 중 어느 한 태양의 가스 가스 열교환기로서, 엇갈림 배열 관군의 직선형 관부 사이를 흐르는 배기 가스의 유속이 8m/s 이상 16m/s 이하가 되도록 엇갈림 배열 관군을 배치하고 있다.

상기 구성에서는, 재가열기 내의 상류측인 제 1 배열 관군(엇갈림 배열 관군)에서, 미스트 제거율(탈황 장치로부터 비산하는 미스트의 제거율)을 높일 수 있어서, 미스트 제거 성능이 향상된다. 이 때문에, 하류측의 제 2 배열 관군이나 하류측 열교환 번들의 직선형 관부(직선형 관부를 핀 부착 관부로 구성한 경우에는 핀 부착 관부)의 부식(미스트에 의한 부식)을 줄일 수 있어서, 가스 가스 열교환기의 안정된 운용이 가능해진다.

본 발명의 가스 가스 열교환기에 의하면, 배기 가스의 유통 방향을 따른 열교환 번들의 열수의 증가를 억제하면서, 소망의 전열관 배열 패턴을 가스 유통로에 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 가스 가스 열교환기를 구비한 배기 가스 처리 시스템의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 배기 가스 처리 시스템에 있어서의 열매체의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 GGH 재가열기의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 배관 패턴 혼성 번들에 있어서서의 직선형 관부의 배관 패턴을 나타내는 단면도이다.
도 5는 GGH 열회수기와 GGH 재가열기가 2계통으로 분할된 배연 처리 시스템의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 도면 중에서 화살표 X, -X, Y, -Y, Z, -Z로 나타내는 방향(측)을 각각 전방(전측), 후방(후측), 우방(우측), 좌방(좌측), 상방(상측), 하방(하측)으로 한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 배연 처리 시스템(플랜트)(S)의 배기 가스 유통 경로에는, 공기 예열기(A/H)(3), 가스 가스 열교환기(GGH: Gas Gas Heater)의 일 예로서의 GGH 열회수기(4), 집진 장치(EP: Electrostatic Precipitator)(5), 팬(6), 습식 배연 탈황 장치(FGD: Flue Gas Desulfurization)(7), 가스 가스 열교환기의 일 예로서의 GGH 재가열기(8), 및 굴뚝(9)이 직렬 형상으로 마련되고, 보일러(1)로부터의 배기 가스는 공기 예열기(3), GGH 열회수기(4), 집진 장치(5), 팬(6), 습식 배연 탈황 장치(7), 및 GGH 재가열기(8)를 순차적으로 유통하여 굴뚝(9)으로부터 배출된다. 본 실시형태에서는, GGH 재가열기(8)에 본 발명을 적용하고 있지만, GGH 열회수기(4)에 본 발명을 적용해도 좋다. 또한, 다른 시스템의 GGH에 본 발명을 적용해도 좋다. 또한, 보일러(1)와 공기 예열기(3) 사이에 배기 가스 중의 질소 산화물을 제거하는 탈질 장치를 설치해도 좋다.

공기 예열기(3)에서는, 배기 가스가 보일러(1)로의 연소용 공기와 열교환된다. GGH 열회수기(4)에서는, 배기 가스로부터의 열회수가 행해지고, 집진 장치(5)에서는, 배기 가스 중의 매진의 대부분이 제거된다. 팬(6)은 배기 가스를 승압하고, 습식 배연 탈황 장치(7)에서는, 기액 접촉에 의해 배기 가스 중의 유황 산화물 및 매진의 일부가 제거된다. 습식 배연 탈황 장치(7)에서 포화 가스 온도까지 냉각된 배기 가스는, GGH 재가열기(8)에서, GGH 열회수기(4)에서 회수된 열을 이용하여 승온(열교환, 재가열)된 후, 굴뚝(9)으로부터 배출된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 배연 처리 시스템(S)에 있어서, GGH 열회수기(4)의 전열관(11)과 GGH 재가열기(8)의 전열관(12)은 연락 배관(13)에 의해 연락되어 있다. 연락 배관(13)은 GGH 열회수기(4)로부터 GGH 재가열기(8)로의 열매체의 유로인 연락 배관(13A)과, GGH 재가열기(8)로부터 GGH 열회수기(4)로의 열매체의 유로인 연락 배관(13B)을 갖는다. 연락 배관(13)에는 열매체 순환 펌프(14)가 마련되고, 열매체 순환 펌프(14)에 의해 열매체를 순환시키는 계통(열매체 순환 계통)으로 되어 있다. 열매체 순환 계통에는, 계 내의 열매체의 팽창을 흡수하기 위한 열매체 탱크(15)가 마련되어 있다. GGH 열회수기(4)로부터 GGH 재가열기(8)로의 열매체의 유로인 연락 배관(13A)에는, 다양한 조건 하에서 안정된 운용을 가능하게 하기 위해서 열매체 온도를 제어(소정 온도 이상으로 제어)하는 열매체 히터(16)가 마련되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, GGH 열회수기(4) 및 GGH 재가열기(8)는 케이스로서의 하우징(31)을 갖는다. 하우징(31)은 바닥판(하부 커버)(32)와, 배면판(배면 커버)(33)와, 천정판(상부 커버)(34)을 갖는다. 하우징(31)의 전방부에는, 상하 방향으로 연장되는 번들간 커버(35)가 지지되어 있다. 번들간 커버(35)는 상하 방향(연직 방향)으로 연장되어 있으며, 좌우 방향(배기 가스 유통 방향)으로 미리 설정된 간격을 두고 복수 배치되어 있다. 번들간 커버(35)에 의해 덮인 영역은 점검 시나 부품 교환 시 등에 작업자가 출입 가능한 공간이 된다.

하우징(31)의 내부에는 열교환 번들(41)이 복수 수용된다. 열교환 번들(41)이란, 열매체가 흐르는 전열관(11, 12)의 구성 단위로서, 전열관(11, 12)을 조합하여 블록화(유닛화)한 전열관군의 구조체이다. 각 열교환 번들(41)은, 전열관(11, 12)의 복수의 직선형 관부(45)가 서로 이격되어 블록 형상으로 나열되는 전열관군에 의해 구성된다. 하우징(31) 내의 열교환 번들(41)은 배기 가스의 상류측으로부터 하류측으로 직렬 형상으로 복수 열 배치되는 동시에, 복수 열의 열교환 번들(41) 각각에서, 복수의 직선형 관부(45)가 배기 가스의 유통 방향과 교차하도록 배치된다. 본 실시형태에서는, 배기 가스 유통 방향은 대략 수평 방향(도면 중의 우측 방향)으로 설정되고, 직선형 관부(45)는 배기 가스 유통 방향과 대략 직교하도록 대략 수평 방향(도면 중의 전후 방향)으로 직선 형상으로 연장된다.

각 열교환 번들(41)은 제 1 헤더(42) 및 제 2 헤더(43)를 갖는다. 제 1 및 제 2 헤더(42, 43)는 상하 방향으로 연장되는 기둥 형상으로 형성되어 있다. 각 헤더(42, 43)는 내부가 중공이며 또한 상단 및 하단이 폐색된 형상으로 형성되어 있고, 내부에 유동 가능한 공간이 형성되어 있다. 또한, 각 헤더(42, 43)에는 좌우 방향으로 내뻗은 장착 플레이트(44)가 지지되어 있다.

각 헤더(42, 43)의 후면에는, 후방으로 연장되는 전열관(11, 12)의 직선형 관부(45)가 지지되어 있다. 전열관(11, 12)은, 하우징(31)의 내부에서, 직선형 관부(45)의 후단 또는 전단에서 만곡하여 복수회 전후 방향으로 왕복하도록 구성되어 있다. 또한, 각 헤더(42, 43)에는 상하 방향으로 간격을 두고 복수의 전열관(11, 12)이 지지되어 있다. 각 전열관(11, 12)의 양단은 헤더(42, 43)에 지지되어 있으며, 헤더(42, 43)로부터 각 전열관(11, 12)에 열매체가 출입 가능하게 구성되어 있다.

각 전열관(11, 12)의 직선형 관부(45)는 전후 방향의 중앙부에서 서포트 부재(47)에 의해 지지되어 있다. 서포트 부재(47)는, 판에, 전열관(11, 12)이 통과하는 구멍이 복수 형성된 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 전열관(11, 12)은, 헤더(42, 43)만으로 외팔보 상태로 지지되어 있지 않고, 헤더(42, 43)와 서포트 부재(47)에 의해 보지되어 있다. 또한, 전후 방향 및 좌우 방향으로 1개의 서포트 부재(47)를 마련한 상태를 도시하고 있지만, 전열관(11, 12)의 길이에 따라, 전후 방향으로 복수의 서포트 부재(47)를 마련해도 좋고, 좌우 방향으로 복수의 서포트 부재(47)를 마련해도 좋다.

각 헤더(42, 43)에는 전열관(11, 12)에 대응하는 위치에 플러그 구멍(48)이 형성되어 있다. 플러그 구멍(48)은 전후 방향으로 관통하는 구멍이며, 후단은 전열관(11, 12)의 입구 또는 출구에 접속되어 있다. 또한, 플러그 구멍(48)의 전단은 통상의 사용 시에는 마개(도시 생략)로 막혀 있다. 전열관(11, 12) 중 어느 것이 고장 나서 열매체가 누출되는 경우에는, 플러그 구멍(48)의 마개를 벗기고, 플러그 구멍(48)을 통해서 전열관(11, 12)의 입구 또는 출구를 폐지 마개(도시 생략)로 막음으로써 열매체의 누출을 차단하는 것이 가능하다.

각 헤더(42, 43) 사이에는, 케이싱 판(49)이 착탈 가능하게 지지되어 있다. 케이싱 판(49)은 헤더(42, 43)의 상하 방향의 높이에 대응하는 높이를 갖는다. 케이싱 판(49)은 장착 플레이트(44)에 볼트(도시 생략)에 의해 착탈 가능하게 지지되어 있다. 또한, 케이싱 판(49)을 장착 플레이트(44)에 대해 착탈 가능하게 고정하는 방법은 볼트에 한정되지 않는다. 케이싱 판(49)을 장착함으로써 헤더(42, 43)가 접속되고, 헤더(42, 43) 및 전열관(11, 12)이 높은 강성을 갖는 상태로 일체화되는 동시에, 헤더(42, 43) 사이로부터의 배기 가스의 누출이 억제된다.

열교환 번들(41)은 하나의 유닛으로서 하우징(31)에 수납 가능하게 구성되어 있다. 열교환 번들(41)이 하우징(31)에 수납된 상태에서는, 바닥판(32), 배면판(33), 천정판(34), 번들간 커버(35), 헤더(42, 43), 케이싱 판(49)으로 둘러싸인 내부에, 배기 가스가 흐르는 가스 유통로가 구성된다. 그리고, 가스 유통로 내에 전열관(11, 12)이 배치되어 있어서, 가스 유통로를 흐르는 배기 가스와의 사이에서 열교환이 가능하게 구성되어 있다.

본 실시형태의 GGH 열회수기(4) 및 GGH 재가열기(8) 각각에는, 배기 가스의 유통 방향을 따라 열교환 번들(41)이 2열로 나열되는 동시에, 각 열에서 열교환 번들(41)이 상하 방향으로 2단으로 적층되도록, 4개의 열교환 번들(41)이 마련되어 있다. 상류측의 2단의 열교환 번들(41)은 각각 상류측 번들(상류측 열교환 번들)(41A)을 구성하고, 하류측의 2단의 열교환 번들(41)은 각각 하류측 번들(하류측 열교환 번들)(41B)을 구성한다. 본 실시형태에서는, 각 열에서, 상단의 열교환 번들(41)의 헤더(42, 43)의 하단부는 하단의 열교환 번들(41)의 상단부에 직접 쌓이고, 볼트(도시 생략)로 고정된다. 또한, 이하의 설명에서는, 상류측의 2단의 열교환 번들(41)을 합쳐서 상류측 번들(41A)이라고 칭하고, 하류측의 2단의 열교환 번들(41)을 합쳐서 하류측 번들(41B)이라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 열교환 번들(41)의 열수는 3열 이상이어도 좋고, 각 열의 열교환 번들(41)의 단수는 1단(단일의 열교환 번들(41)로 1열을 구성) 또는 3단 이상이어도 좋다.

도 2에 나타내는 바와 같이, GGH 열회수기(4)의 상류측 번들(41A)과 하류측 번들(41B)은 접속 배관(61)에 의해 각 부(部)에서 접속되어 있고, 상류측 번들(41A)과 하류측 번들(41B) 사이에서 열매체가 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 GGH 열회수기(4)에서는, 하류측 번들(41B)로부터 상류측 번들(41A)로 열매체가 흐르도록 구성되어 있다. 열매체가 상류측 번들(41A)로부터 하류측 번들(41B)로 흐르는 경우, 상류측 번들(41A)에서는, 열매체와 배기 가스의 온도차가 최대가 되고, 하류측 번들(41B)에서는, 상류측 번들(41A)에서 데워진 열매체와, 상류측 번들(41A)에서 열교환되어 냉각된 배기 가스와의 온도차가 작아져서, 열교환의 효율이 저하되기 때문에, 본 실시형태에서는, 하류측 번들(41B)로부터 상류측 번들(41A)로 열매체가 흐르도록 구성하고 있다.

본 실시형태에서는, GGH 재가열기(8)의 상류측 번들(41A)을 배관 패턴 혼성 번들로서 구성하고 있다. 배관 패턴 혼성 번들이란, 직선형 관부(45)와 대략 직교하는 관 직교 단면에 있어서의 복수의 직선형 관부(45)의 배관 패턴이 상류측과 하류측에서 상이하도록 구성한 열교환 번들(41)이다. 도 4에 나타내는 상류측 번들(41A)의 예에서는, 가스 유통 방향으로 나열되는 10열의 직선형 관부(45) 중, 상류측의 2열을 엇갈림 형상으로 배열한 엇갈림 배열 관군(제 1 배열 관군)(51)으로 하고, 하류측의 8열을 정방 격자 형상으로 배열한 정방 배열 관군(제 1 배열 관군과는 상이한 배관 패턴의 제 2 배열 관군)(52)으로 하고 있다. 본 실시형태에서는, 엇갈림 배열 관군(51)에 있어서 인접한 2열의 직선형 관부(45)의 열간 거리(L1)와, 엇갈림 배열 관군(51)과 정방 배열 관군(52)의 경계를 사이에 두고 인접한 2열의 직선형 관부(45)의 열간 거리(L2)와, 정방 배열 관군(52)에 있어서 인접한 2열의 직선형 관부(45)의 열간 거리(L3)는 대략 같은 거리(L1=L2=L3)로 설정되어 있다.

본 실시형태의 GGH 재가열기(8)의 하류측 번들(41B)은 배관 패턴 비혼성 번들(배관 패턴 단일 번들)로서 구성되어 있다. 배관 패턴 비혼성 번들이란, 상류측으로부터 하류측에 이르는 전역(모든 열)에서 동일한 배관 패턴(본 실시예에서는 정방 배열)으로 설정된 전열관 번들(41)이다. 본 실시형태의 GGH 열회수기(4)의 상류측 번들(41A) 및 하류측 번들(41B)은 모두 GGH 재가열기(8)의 하류측 번들(41B)과 마찬가지로, 상류측으로부터 하류측에 이르는 전역(모든 열)에서 동일한 배관 패턴(본 실시형태에서는 정방 배열)로 구성된 배관 패턴 비혼성 번들이다.

정방 배열에서는, 복수 열 중 최상류열의 직선형 배관(45)에 배기 가스가 접촉하지만, 그 하류측에서는, 2열째 이후의 직선형 배관(45)은 배기 가스의 흐름 방향에 대해 최상류열의 직선형 배관(45)에 가려지기 때문에, 배기 가스와의 접촉이 저감되는 동시에, 접촉이 저감되는 만큼, 배기 가스는 흐르기 쉽다. 한편, 엇갈림 배열에서는, 2열째 이후(본 실시형태에서는 2열째)의 직선형 배관(45)은, 앞 열(본 실시형태에서는 1열째)의 직선형 배관(45)에 가려지기 어려워서, 배기 가스와의 접촉은 증가하지만, 그만큼 배기 가스에 대해 저항이 된다. 또한, 배기 가스에 대해 저항이 되기 때문에 배기 가스가 정류된다.

본 실시형태의 GGH 재가열기(8)에서는, GGH 열회수기(4)로부터 유출된 열매체는 연락 배관(13A)을 유통하여 엇갈림 배열 관군(51)의 열매체 입구로 유입된다. 엇갈림 배열 관군(51)의 열매체 출구와 하류측 번들(41B)의 전열관군의 열매체 입구는, 엇갈림 배열 관군(51)을 유통한 열매체가 하류측 번들(41B)의 전열관군을 유통하도록, 제 1 접속관(62)에 의해 접속되어 있다. 하류측 번들(41B)의 전열관군의 열매체 출구와 정방 배열 관군(52)의 열매체 입구는, 하류측 번들(41B)의 전열관군을 유통한 열매체가 정방 배열 관군(52)을 유통하도록, 제 2 접속관(63)에 의해 접속되어 있다. 정방 배열 관군(52)의 열매체 입구에 하류측 번들(41B)로부터의 열매체가 유입된다. 정방 배열 관군(52)을 유통하고 정방 배열 관군(52)의 열매체 출구로부터 유출된 열매체는 연락 배관(13B)을 유통하여 GGH 열회수기(4)로 되돌아간다.

이와 같이, 엇갈림 배열 관군(51), 정방 배열 관군(52) 및 하류측 번들(41B)(하류측 번들(41B)을 구성하는 전열관군)이 고온 예열부, 저온부 및 고온부로서 각각 기능하여, 도입된 배기 가스는 엇갈림 배열의 고온 예열부, 정방 배열의 저온부 및 고온부를 순차적으로 유통하여 승온한다. 상류의 엇갈림 배열 관군(51)에 열매체가 최초로 도입됨으로써, 엇갈림 배열 관군(51)에는 열매체가 가장 뜨거운 상태로 흘러서, 습식 배연 탈황 장치(7)로부터의 미스트가 신속하게 증발하기 쉽다. 또한, 열매체가 하류의 하류측 번들(41B)로부터 중류의 정방 배열 관군(52)으로 흐름으로써, 열매체의 온도는 중류보다 하류 쪽이 높아진다. 열매체의 온도가 중류보다 하류 쪽이 낮은 경우, 고온의 중류에서 배기 가스가 데워진 후에, 저온의 하류를 통과하게 되어, 배기 가스가 하류에서 따뜻해지기 어려워서, 열교환의 효율이 낮다. 이에 대하여, 본 실시형태와 같이, 열매체의 온도가 중류보다 하류 쪽이 높은 경우, 배기 가스가 저온의 중류로부터 고온의 하류의 순서로 데워지므로, 열교환의 효율이 향상된다.

본 실시형태의 GGH 열회수기(4)에서는, 상류측 번들(41A)과 하류측 번들(41B)의 양쪽에 있어서, 전열관(11)의 직선형 관부(45)를, 주름 형상의 핀이 다수 마련된 핀 부착 관 사양의 핀 부착 관부로 구성하고 있다. 핀 부착 관부로 구성함으로써, 핀이 마련되지 않은 나관 사양의 나관부로 구성하는 경우에 비해, 배기 가스와의 접촉 면적이 커져서, 열교환의 효율이 향상된다.

본 실시형태의 GGH 재가열기(8)에서는, 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(45)를 나관부로 구성하고, 정방 배열 관군(52)의 직선형 관부(45)와 하류 번들(41B)의 직선형 관부(45)를 핀 부착 관부로 구성하고 있다. 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(45)를 핀 부착 관부로 구성하면, 습식 배연 탈황 장치(7)로부터의 미스트가 부착되어 부식되기 쉬워지지만, 본 실시형태에서는, 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(45)를 나관부로 구성하고 있으므로, 핀 부착 관부로 구성하는 경우에 비해 부식되기 어렵다.

GGH 열회수기(4)에서는, 정방 배열로 함으로써, 애쉬 이로젼(ash erosion)(배기 가스 중의 석탄재로 전열관 표면이 거칠어지거나 깎이는 현상)이 저감된다. 또한, GGH 열회수기(4)에서는, 핀 부착 관부로 구성함으로써, 배기 가스와의 접촉은 확보되어 있다. 또한, GGH 재가열기(8)의 엇갈림 배열 관군(51)에서는, 습식 배연 탈황 장치(7)로부터의 미스트가 유입되기 쉬워서, 엇갈림 배열로 함으로써 미스트와의 접촉 확률을 높여서 미스트를 제거하기 쉽게 되어 있다.

또한, GGH 재가열기(8)의 핀 부착 관부에 있어서의 부식 환경을 완화하고, 안정된 운용을 실행하기 위해서는, 핀 부착 관부의 상류측인 엇갈림 배열 관군(51)에서의 미스트 제거 효율이 60% 이상인 것이 바람직하고, 그러기 위해서는, 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(본 실시형태에서는 나관부)(45) 사이를 흐르는 가스 유속이 8m/s 내지 16m/s의 범위가 되도록 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(나관부)(45)를 배치하는 것이 바람직하다.

또한, GGH 재가열기(8)의 핀 부착 관부(정방 배열 관군(52) 및 하류 번들(41B) 중 적어도 일방의 핀 부착 관부)의 핀 피치를 5.0㎜ 내지 10.0㎜로 함으로써, 핀 부착 관부에 경시적으로 먼지가 가득 차는 문제가 해소되어, 보다 안정된 운용이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, GGH 재가열기(8)에 있어서, 하나의 열교환 번들(41)(상류측 번들(41A)) 내에, 배관 패턴이 서로 다른 제 1 배열 관군(엇갈림 배열 관군)(51)과 제 2 배열 관군(정방 배열 관군)(52)을 마련하고 있으므로, 배기 가스의 유통 방향을 따른 열교환 번들(41)의 열수의 증가를 억제하면서, 소망의 전열관 배열 패턴을 가스 유통로에 구성할 수 있다.

또한, 엇갈림 배열 관군(51), 정방 배열 관군(52) 및 하류측 번들(41B)(하류측 번들(41B)을 구성하는 전열관군)이 고온 예열부, 저온부 및 고온부로서 각각 기능하여, 도입된 배기 가스는 엇갈림 배열의 고온 예열부, 정방 배열의 저온부 및 고온부를 순차적으로 유통하여 승온하므로, GGH 재가열기(8)에서의 열교환의 효율을 높일 수 있다. 또한, 습식 배연 탈황 장치(7)로부터 비산하는 미스트가 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(45)와 충돌하는 효율(고온 예열부에서의 미스트 증발 효율)을 높일 수 있어서, 저온부 및 고온부의 전열관(12)에의 미스트의 부착을 억제하여, 경년 사용에 따른 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다.

또한, 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(45)를 나관부로 구성했기 때문에, 고온 예열부의 전열관(12)에의 미스트의 부착을 억제하여, 경년 사용에 따른 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 정방 배열 관군(52)의 직선형 관부(45)와 하류측 번들(41B)의 직선형 관부(45)를 핀 부착 관부로 구성했기 때문에, 저온부 및 고온부에서의 열교환의 효율을 높일 수 있다.

또한, 엇갈림 배열 관군(51)의 직선형 관부(본 실시형태에서는 나관부)(45)를 흐르는 가스 유속의 최적화나 핀 부착 관부의 핀 피치의 최적화에 의해, 핀 부착 관부의 부식을 방지하는 것이나, 먼지 등에 의한 막힘을 방지하는 것이 가능해져서, 안정된 운용이 가능해진다.

또한, 본 발명은, 일 예로서 설명한 상술한 실시형태 및 변형예에 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시형태 등 이외라도, 본 발명에 따른 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위이면, 설계 등에 따라 다양한 변경이 가능하다.

예컨대, 도 5에 나타내는 바와 같이, GGH 열회수기(4)와 GGH 재가열기(8)가 복수 계통(도 5의 예에서는 2계통)으로 분할된 배연 처리 시스템(S)에 본 발명을 적용하고, 복수의 GGH 열회수기(4) 중 적어도 하나 또는 복수의 GGH 재가열기(8) 중 적어도 하나를 상기 실시형태와 같이 구성해도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는, 배기 가스 유통 방향을 대략 수평 방향으로 설정하고, 직선형 관부(45)가 연장되는 방향(연설 방향)을 배기 가스 유통 방향과 대략 직교하는 대략 수평 방향으로 설정했지만, 배기 가스 유통 방향 및 직선형 관부(45)의 연설 방향은 상기에 한정되지 않고, 다른 방향으로 설정(배기 가스 유통 방향을 대략 수평 방향으로 설정하고, 직선형 관부(45)의 연설 방향을 상하 방향(대략 연직 방향))으로 설정)해도 좋다.

1: 보일러
3: 공기 예열기(A/H)
4: GGH 열회수기(가스 가스 열교환기)
5: 집진 장치(EP)
6: 팬
7: 습식 배연 탈황 장치
8: GGH 재가열기(가스 가스 열교환기)
9: 굴뚝
11, 12: 전열관
13, 13A, 13B: 연락 배관
31: 하우징
41: 열교환 번들
41A: 상류측 번들(상류측 열교환 번들, 배관 패턴 혼성 번들)
41B: 하류측 번들(하류측 열교환 번들)
42: 제 1 헤더
43: 제 2 헤더
45: 직선형 관부
49: 케이싱 판
51: 엇갈림 배열 관군(제 1 배열 관군)
52: 정방 배열 관군(제 2 배열 관군)
61: 접속 배관
S: 배연 처리 시스템

Claims

전열관의 복수의 직선형 관부가 서로 이격되어 블록 형상으로 나열되는 전열관군에 의해 구성된 열교환 번들을, 배기 가스의 상류측으로부터 하류측으로 직렬 형상으로 복수 열 배치하는 동시에, 상기 복수 열의 열교환 번들 각각에서, 상기 복수의 직선형 관부를 배기 가스의 유통 방향과 교차하도록 배치한 가스 가스 열교환기로서,
상기 복수의 열교환 번들은, 상기 직선형 관부와 대략 직교하는 관 직교 단면에 있어서의 상기 복수의 직선형 관부의 배관 패턴이 제 1 배열인 제 1 배열 관군과, 상기 제 1 배열 관군의 하류측에 마련되며 상기 복수의 직선형 관부의 배관 패턴이 상기 제 1 배열과는 상이한 제 2 배열인 제 2 배열 관군이 동일 번들 내에 마련되어 상기 전열관군을 형성하는 배관 패턴 혼성 번들을 포함하는 것을 특징으로 하는
가스 가스 열교환기.
배기 가스로부터 열회수하는 열회수기의 하류측이며 또한 배기 가스 중의 유황 산화물을 기액 접촉에 의해 제거하는 탈황 장치의 하류측에, 재가열기로서 배치되는 제 1 항에 기재된 가스 가스 열교환기로서,
상기 복수의 열교환 번들은 상기 배관 패턴 혼성 번들과, 상기 배관 패턴 혼성 번들의 하류측에 배치되는 하류측 열교환 번들을 포함하고,
상기 제 1 배열 관군은 상기 복수의 직선형 관부를 엇갈림 형상으로 배열한 엇갈림 배열 관군이고,
상기 제 2 배열 관군은 상기 복수의 직선형 관부를 정방 격자 형상으로 배열한 정방 배열 관군이고,
상기 엇갈림 배열 관군에는 상기 열회수기로부터 열매체가 유입되고,
상기 엇갈림 배열 관군과 상기 하류측 열교환 번들의 상기 전열관군은, 상기 엇갈림 배열 관군을 유통한 열매체가 상기 하류측 열교환 번들의 상기 전열관군을 유통하도록 제 1 접속관에 의해 접속되고,
상기 하류측 열교환 번들의 상기 전열관군과 상기 정방 배열 관군은, 상기 하류측 열교환 번들의 상기 전열관군을 유통한 열매체가 상기 정방 배열 관군을 유통하도록 제 2 접속관에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는
가스 가스 열교환기.
제 2 항에 있어서,
상기 엇갈림 배열 관군의 상기 직선형 관부는 나관 사양의 나관부로 구성되고,
상기 정방 배열 관군의 상기 직선형 관부와 상기 하류측 열교환 번들의 상기 직선형 관부는 핀 부착 관 사양의 핀 부착 관부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
가스 가스 열교환기.
제 3 항에 있어서,
상기 정방 배열 관군의 상기 직선형 관부의 상기 핀 부착 관부의 핀 피치를 5.0㎜ 내지 10.0㎜로 한 것을 특징으로 하는
가스 가스 열교환기.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하류측 열교환 번들의 상기 직선형 관부의 상기 핀 부착 관부의 핀 피치를 5.0㎜ 내지 10.0㎜로 한 것을 특징으로 하는
가스 가스 열교환기.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엇갈림 배열 관군의 상기 직선형 관부 사이를 흐르는 배기 가스의 유속이 8m/s 내지 16m/s가 되도록 상기 엇갈림 배열 관군을 배치한 것을 특징으로 하는
가스 가스 열교환기.