JP2008275290A - 排熱回収装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排熱回収装置の装置本体1内には、分散板2の下方から、SOXを含む排気ガスが導入されるようになっている。その分散板2上には、固体粒子3が配置されている。固体粒子3には、SOXを吸収する粒子が含まれている。装置本体1内に排気ガスを導入すると、固体粒子3が流動して流動層を形成する。その流動層内に、排気ガスの熱を回収する内部熱交換器4が設けられている。装置本体1の上端には、脱硫及び熱回収されて外部に排出されるガスから更に熱を回収する外部熱交換器6が設けられている。
【選択図】図2
Description
ところで、従来の熱交換器のほとんどでは、腐食による機器損傷がもたらされることまでは想定されていなかった。しかしながら、例えば船舶用ディーゼルエンジンのように排気ガス中にSOX分が含まれる場合、低温まで排熱回収を行うと、そのSOX分が硫酸として結露し、従来の設計に基づく機器の場合は損傷を招くことになる。そのような場合を想定した機器として、「排ガスエコノマイザ」と呼ばれる熱交換器があるが、その熱交換器では、硫酸腐食を予防するために、硫酸が結露する温度より高い温度までの排熱回収しか行わないようになっている。そのために、排熱回収の効率が悪いという問題がある。また、その熱交換器においては、損傷防止の観点から伝熱面積密度を大きく取ることができず、大形化が避けられないという問題もある。
コンパクトな熱交換システムとしては、熱伝達率の向上が可能な固気混相流を用いた流動層を利用するものが実用化されている。例えば特許文献1に記載されているものは、塵埃を含む燃焼炉の排気ガスから流動層により熱エネルギを回収する熱交換器である。しかしながら、そのように流動層を利用するもので、排気ガスの浄化を同時に行う従来例は、燃焼器以外には見当たらない。
燃焼器で脱硫及び熱交換を流動層により行う装置としては、特許文献2に記載されているものがあるが、それは流動層燃焼器(あるいはボイラ)において、すなわち高温環境下において脱硫及び熱交換を行う装置であり、排気ガス条件のような低温下で脱硫及び熱回収を同時に行っている事例は見当たらない。
すなわち、請求項1に係る本発明の排熱回収装置は、高温の排気ガスが導入される装置本体と、その装置本体内に配置され、導入された排気ガスによって流動して流動層を形成する固体粒子と、前記流動層内に設けられ、排気ガスの熱を回収する内部熱交換器と、からなり、前記流動層を形成する固体粒子に、SOXを吸収する粒子が含まれていることを特徴としている。
図中、図1は本発明による排熱回収装置の第1実施例を示す概略構成図である。
図1から明らかなように、この排熱回収装置の装置本体1には、各種熱機関あるいは焼却炉等から排出される高温の排気ガスが、下方から導入され、上方の煙突(図示せず)へ排出されるようになっている。装置本体1の底部には、ガスの流入は許すが固体粒子の落下流出は阻止する分散板2が設けられており、その分散板2上に固体粒子3が配置されている。装置本体1の下方から排気ガスを導入すると、そのガスにより固体粒子3が流動して流動層を形成する。装置本体1内には、その流動層によって囲まれる位置に内部熱交換器4が設けられている。その内部熱交換器4には、熱媒体が入口4aから導入されるようになっている。その熱媒体は、出口4bから出て、蒸気タービン等の外部機器との間で循環するようにされている。
その場合、固体粒子3に、温度条件に応じて脱硫性能が異なる複数種類の粒子が混合されていると、排熱回収による排気ガス温度の低下にかかわらず、広い温度範囲での脱硫が可能となる。
また、固体粒子3が、伝熱促進に主として寄与する粒子と脱硫に主として寄与する粒子との混合物であると、それぞれの粒子の選択肢が広がり、効率のよいものを選ぶのが容易となる。
この熱媒体は、内部熱交換器4を循環する熱媒体と同じものとして、1系統の排熱回収系ですべての排熱回収を行うようにすることができる。また、異なる熱媒体を使用して、排熱の活用分野を多様化することも可能である(例えば熱源のためには温水を、動力回収のためには蒸気を利用するなど)。
図2から明らかなように、この第2実施例は、第1実施例の排熱回収装置の上端に外部熱交換器6を取り付けたものである。この外部熱交換器6には、上端の入口6aから熱媒体が導入される。そして、その熱媒体は、下端の出口6bから外部に導き出される。
図3から明らかなように、この排熱回収装置の装置本体11には、第1実施例と同様に、各種熱機関あるいは焼却炉等から排出された高温の排気ガスが、分散板12の下方から導入されるようになっている。その分散板12は、ガスの流入は許すが固体粒子の落下流出は阻止するもので、装置本体11の底部に設けられている。その分散板12上には固体粒子13が配置されていて、装置本体11の下方から排気ガスを導入すると、そのガスにより固体粒子13が流動して流動層を形成し、排気ガスの流れとともに流れ広がるようになっている。
排気ガスとともに外部に排出される固体粒子13を補うために、ダウンカマー部16の下流側には粒子供給装置18が接続されている。また、ダウンカマー部16の下流側には、SOXを吸収した固体粒子13を回収する粒子回収装置19も接続されている。
なお、この内部熱交換器20は、ダウンカマー部16のほか、固気分離部15やバルブ17部分に配置することもできる。
ライザー部14のほか、固気分離部15あるいはダウンカマー部16の外壁も、伝熱面として利用することができる。
また、これらの粒子に、伝熱促進に主として寄与する粒子、例えば金属粒子が混合されていてもよい。
そして、高温となった固体粒子13が流動層の内部のダウンカマー部16に設けられている内部熱交換器20と接触することにより、排気ガスの熱が熱交換器20の内部を循環する熱媒体に高い熱伝達率で伝えられる。その熱媒体は装置本体11の外部に導かれ、蒸気タービン等の外部機器においてその熱エネルギが利用される。このように、流動層を利用することにより、排気ガス中の熱は効率よく回収される。
図4から明らかなように、この第4実施例は、第3実施例の排熱回収装置における固気分離部15の上端に外部熱交換器22を取り付けたものである。この外部熱交換器22には、上端の入口22aから熱媒体が導入される。そして、その熱媒体は、下端の出口22bから外部に導き出される。
図5において、図4の第4実施例と対応する部分には同じ符号が付されている。
図5から明らかなように、船舶用ディーゼルエンジン30から排出される排気ガスは、その船舶に搭載されている排熱回収装置の装置本体11に、分散板12の下方から導入されるようになっている。その排熱回収装置は循環式流動層を利用するもので、装置本体11の下方から排気ガスを導入すると、そのガスにより分散板12上の固体粒子13が流動して流動層を形成し、排気ガスの流れとともに流れ広がって循環するようになっている。
固気分離されたガスは、固気分離部15の上方から煙突へ排出される。
そして、これらの間を熱媒体である水が循環するようにされている。
すなわち、給水ポンプ31により供給される水は、内部熱交換器20内に下端の入口20aから入り、加熱されて蒸気となって上端の出口20bから出る。その蒸気は、ライザー部14の外壁14a外面に配置されている伝熱管21を上端入口21aから下端出口21bまで通る間に更に加熱され、タービン発電機32の蒸気タービン32aに導かれる。タービン発電機32を駆動して温度が低下した蒸気は、タービン発電機32から出た後、復水器33において水に戻される。その水は、復水ポンプ34により外部熱交換器22の上端入口22aから外部熱交換器22内に送られ、外部熱交換器22を通る間に加熱されて温水となる。そして、その温水が外部熱交換器22の下端出口22bから給水ポンプ31に送られ、再び内部熱交換器20に供給される。
その場合、流動層内の熱伝達率が、単なる気相の熱伝達率より大きいことから、機器のコンパクト化がもたらされ、限られた船内スペースの有効活用に寄与することができる。また、脱硫が行われることにより、低温までの熱回収が可能となる。
このようにして、コンパクトであるにもかかわらず熱回収量の大きい排熱回収システムとすることができる。そして、回収した熱によりタービン発電機32を駆動して動力生成を行うので、省エネルギに寄与することができる。
図6から明らかなように、400℃以下の低温において酸化鉄系の脱硫剤が高い性能を示している。一方、炭化水素系燃料を燃やした場合に発生する水蒸気を模擬排気ガスに添加した実験では、生石灰の性能が上昇している。
この試験結果から、排気ガスの性状や温度条件に応じて適切な粒子の選択を行うことにより、満足できる脱硫が行われることが分かる。
1a 外壁
2 分散板
3 固体粒子
4 内部熱交換器
4a 入口
4b 出口
5 伝熱管
5a 入口
5b 出口
6 外部熱交換器
6a 入口
6b 出口
11 装置本体
12 分散板
13 固体粒子
14 ライザー部
14a 外壁
15 固気分離部
16 ダウンカマー部
17 バルブ
18 粒子供給装置
19 粒子回収装置
20 内部熱交換器
20a 入口
20b 出口
21 伝熱管
21a 入口
21b 出口
22 外部熱交換器
22a 入口
22b 出口
30 船舶用ディーゼルエンジン
31 給水ポンプ
32 タービン発電機
32a 蒸気タービン
33 復水器
34 復水ポンプ
Claims (5)
- 高温の排気ガスが導入される装置本体と、
その装置本体内に配置され、導入された排気ガスによって流動して流動層を形成する固体粒子と、
前記流動層内に設けられ、排気ガスの熱を回収する内部熱交換器と、からなり、
前記流動層を形成する固体粒子に、SOXを吸収する粒子が含まれていることを特徴とする、排熱回収装置。 - 脱硫・熱回収されて装置本体外へ排出されるガスから更に熱を回収する外部熱交換器が設けられていることを特徴とする、請求項1記載の排熱回収装置。
- 前記流動層を形成する固体粒子に、伝熱促進に主として寄与する粒子と脱硫に主として寄与する粒子とが含まれていることを特徴とする、請求項1又は2記載の排熱回収装置。
- 前記流動層を形成する固体粒子に、温度条件に応じて脱硫性能が異なる複数種類の粒子が含まれていることを特徴とする、請求項1又は2記載の排熱回収装置。
- 装置本体の外壁が伝熱面として利用されるように構成されていることを特徴とする、請求項1又は2記載の排熱回収装置。
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