JPH09280540A - 熱交換器及びこれを備えた排煙処理装置 - Google Patents
熱交換器及びこれを備えた排煙処理装置Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱回収部を必要最低限の小型のものに保持し
つつ、同熱回収部のフィンへのダスト固着を抑制し、こ
れによる通気圧損の上昇を抑制し得る排煙処理装置及び
同処理装置用熱交換器を提供する。 【解決手段】 フィン付き管を備えた熱交換器の熱回収
部が、上記ＳＯ3 によるダストの付着量の多い特定領域
に位置する上記フィン付き管のフィンピッチを他の領域
にそれよりも大きく設定されており、ダストの局部的付
着による通気圧損の増大が防止される。
つつ、同熱回収部のフィンへのダスト固着を抑制し、こ
れによる通気圧損の上昇を抑制し得る排煙処理装置及び
同処理装置用熱交換器を提供する。 【解決手段】 フィン付き管を備えた熱交換器の熱回収
部が、上記ＳＯ3 によるダストの付着量の多い特定領域
に位置する上記フィン付き管のフィンピッチを他の領域
にそれよりも大きく設定されており、ダストの局部的付
着による通気圧損の増大が防止される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィン付き管を有
する熱交換器、並びにこの種熱交換器を備えてＳＯ3 を
含む排ガスから熱を回収する排煙処理装置に関する。
する熱交換器、並びにこの種熱交換器を備えてＳＯ3 を
含む排ガスから熱を回収する排煙処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３には、石炭燃焼ボイラからの排ガス
のようなダスト、窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物
（ＳＯX ）のような大気汚染物質を含む燃焼排ガスの処
理システムのブロック図が示されている。
のようなダスト、窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物
（ＳＯX ）のような大気汚染物質を含む燃焼排ガスの処
理システムのブロック図が示されている。
【０００３】図３において、ボイラ１より排出された燃
焼排ガスは、触媒が充填された脱硝装置２に導入され、
還元剤として注入されるアンモニア（ＮＨ3 ）１０によ
り、排ガス中のＮＯX が水と窒素とに還元され無害化さ
れる。次いで、この燃焼排ガスは空気予熱器３に導入さ
れ、一般的に１２０〜１５０℃まで空気を加熱すること
により熱回収される。熱回収された排ガスは、電気集塵
器４に導入され、ダストが除去された後、さらに熱回収
のため熱交換器１１の熱回収部５に導入され、一般的に
１２０〜１５０℃から８０〜１００℃まで熱回収され
る。上記熱交換器１１の熱回収部５は、フィン付き管群
で構成されており、フィン付き管群の外側を排ガスが流
れ、また管内を温水、油、スチームなどの熱媒が流れる
ようになっており、排ガスと熱媒とが直接的に熱交換さ
れることによって、排ガスの熱が回収される。
焼排ガスは、触媒が充填された脱硝装置２に導入され、
還元剤として注入されるアンモニア（ＮＨ3 ）１０によ
り、排ガス中のＮＯX が水と窒素とに還元され無害化さ
れる。次いで、この燃焼排ガスは空気予熱器３に導入さ
れ、一般的に１２０〜１５０℃まで空気を加熱すること
により熱回収される。熱回収された排ガスは、電気集塵
器４に導入され、ダストが除去された後、さらに熱回収
のため熱交換器１１の熱回収部５に導入され、一般的に
１２０〜１５０℃から８０〜１００℃まで熱回収され
る。上記熱交換器１１の熱回収部５は、フィン付き管群
で構成されており、フィン付き管群の外側を排ガスが流
れ、また管内を温水、油、スチームなどの熱媒が流れる
ようになっており、排ガスと熱媒とが直接的に熱交換さ
れることによって、排ガスの熱が回収される。
【０００４】上記熱交換器１１の熱回収部５で熱が回収
された排ガスは、湿式脱硫装置６に導入され、ここで冷
却されると共に石灰石を吸収剤として湿式処理される。
これにより、排ガス中のＳＯX が吸収除去され、副生物
として石膏が生成される。この湿式脱硫装置６の出口の
排ガスは一般的に４５〜５５℃に低下している。従っ
て、この排ガスをこのまま大気に放出すると、低温のた
め拡散しにくく、白煙になるなどの問題が生じるため、
この排ガスを熱交換器１１の再加熱部７に導入して加熱
し、熱回収部５でその熱を回収し、温度が上昇した熱媒
９を循環せしめることにより、排ガスを再加熱し、煙突
８から排出される排ガス温度を所定温度以上に上げる。
された排ガスは、湿式脱硫装置６に導入され、ここで冷
却されると共に石灰石を吸収剤として湿式処理される。
これにより、排ガス中のＳＯX が吸収除去され、副生物
として石膏が生成される。この湿式脱硫装置６の出口の
排ガスは一般的に４５〜５５℃に低下している。従っ
て、この排ガスをこのまま大気に放出すると、低温のた
め拡散しにくく、白煙になるなどの問題が生じるため、
この排ガスを熱交換器１１の再加熱部７に導入して加熱
し、熱回収部５でその熱を回収し、温度が上昇した熱媒
９を循環せしめることにより、排ガスを再加熱し、煙突
８から排出される排ガス温度を所定温度以上に上げる。
【０００５】上記熱交換器１１としては、ユングストロ
ーム型の熱交換器の如く、蓄熱体が回転することによ
り、熱回収して温度が上昇したエレメントと湿式脱硫装
置６からの排ガスとを接触させて熱交換する、いわゆる
蓄熱体方式の熱交換器が提供されている。しかしながら
この蓄熱体方式では、熱回収部５でエレメントに付着し
たダストが、再加熱時に再飛散し、これによって、煙突
でのダスト濃度が上昇する。また、かかる方式では、Ｓ
ＯX が再加熱部にリークするなどの問題点があることか
ら最近ではフィン付き管を備えた熱交換器が実用化され
ている。
ーム型の熱交換器の如く、蓄熱体が回転することによ
り、熱回収して温度が上昇したエレメントと湿式脱硫装
置６からの排ガスとを接触させて熱交換する、いわゆる
蓄熱体方式の熱交換器が提供されている。しかしながら
この蓄熱体方式では、熱回収部５でエレメントに付着し
たダストが、再加熱時に再飛散し、これによって、煙突
でのダスト濃度が上昇する。また、かかる方式では、Ｓ
ＯX が再加熱部にリークするなどの問題点があることか
ら最近ではフィン付き管を備えた熱交換器が実用化され
ている。
【０００６】上記のようなフィン付き管を備えた熱交換
器の熱回収部５の詳細が図１及び図２に示されている。
図１〜図２において、５１はハウジング、１０１は内部
を熱媒が通流するフィン付き管であり、同管１０１の外
周には伝熱面積を増加させるためのフィン１０２が固着
されている。１０３は排ガス入口、１０４は排ガス出
口、１０５は熱媒入口、１０６は熱媒出口であり、排ガ
スはフィン１０２の間を流れてフィン付き管１０１内を
流れる熱媒と熱交換しこれを加熱する。
器の熱回収部５の詳細が図１及び図２に示されている。
図１〜図２において、５１はハウジング、１０１は内部
を熱媒が通流するフィン付き管であり、同管１０１の外
周には伝熱面積を増加させるためのフィン１０２が固着
されている。１０３は排ガス入口、１０４は排ガス出
口、１０５は熱媒入口、１０６は熱媒出口であり、排ガ
スはフィン１０２の間を流れてフィン付き管１０１内を
流れる熱媒と熱交換しこれを加熱する。
【０００７】即ち、図１〜図２において、上記熱回収部
５においては、内部を熱媒が通流するフィン付管１０１
のフィン間通路１０７を排ガスが通過することにより熱
交換される。このフィン１０２のピッチｅは、初期の通
気圧損や熱効率等を考慮して８〜１０mm程度、またフィ
ン付き管１０１が配設された熱回収部５の有効高さは、
３〜５ｍでありこの範囲においてはフィン付き管１０１
を２０〜５０段程度配置している。
５においては、内部を熱媒が通流するフィン付管１０１
のフィン間通路１０７を排ガスが通過することにより熱
交換される。このフィン１０２のピッチｅは、初期の通
気圧損や熱効率等を考慮して８〜１０mm程度、またフィ
ン付き管１０１が配設された熱回収部５の有効高さは、
３〜５ｍでありこの範囲においてはフィン付き管１０１
を２０〜５０段程度配置している。
【０００８】図１〜図３において、高温の排ガスは熱交
換器１１の熱回収部５に導入され、フィン１０２付きの
管１０１内を流れる熱媒と熱交換され、温度の低い排ガ
スとなって排ガス出口１０４から排出され、後流の湿式
脱硫装置６に導入される。また、上記熱媒は熱媒入口１
０５より導入され、排ガスと熱交換し、熱媒出口１０６
から流出し、再加熱部７に循環され排ガスの昇温に利用
される。
換器１１の熱回収部５に導入され、フィン１０２付きの
管１０１内を流れる熱媒と熱交換され、温度の低い排ガ
スとなって排ガス出口１０４から排出され、後流の湿式
脱硫装置６に導入される。また、上記熱媒は熱媒入口１
０５より導入され、排ガスと熱交換し、熱媒出口１０６
から流出し、再加熱部７に循環され排ガスの昇温に利用
される。
【０００９】このフィン付き管１０１のフィンピッチｅ
を狭くし、フィン１０２の数を増すほど、排ガスとの接
触面積が増加し装置全体をコンパクトにできるが、一
方、上記フィンピッチｅを狭くしすぎると、通気圧損が
増大し、動力費がかさむ、またダストが詰まりやすくな
り経済的でない。従って通常は上記フィンピッチｅを８
〜１０mm程度としている。
を狭くし、フィン１０２の数を増すほど、排ガスとの接
触面積が増加し装置全体をコンパクトにできるが、一
方、上記フィンピッチｅを狭くしすぎると、通気圧損が
増大し、動力費がかさむ、またダストが詰まりやすくな
り経済的でない。従って通常は上記フィンピッチｅを８
〜１０mm程度としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の熱交換器１
１の熱回収部５は、フィン１０２のピッチｅを、熱回収
部５内の全域に渡って一定値（１０mm程度）に設定して
いるが、排ガス中のＳＯ 3 が熱回収部５のフィン１０２
に凝縮付着して固着ダストを生成し、通気圧損が短期間
で上昇する現象が起こり易かったため、例えば頻繁に上
記回収部５を水洗し、固く付着したダストを除去すると
いう不経済で面倒な作業が必要になることがあった。
１の熱回収部５は、フィン１０２のピッチｅを、熱回収
部５内の全域に渡って一定値（１０mm程度）に設定して
いるが、排ガス中のＳＯ 3 が熱回収部５のフィン１０２
に凝縮付着して固着ダストを生成し、通気圧損が短期間
で上昇する現象が起こり易かったため、例えば頻繁に上
記回収部５を水洗し、固く付着したダストを除去すると
いう不経済で面倒な作業が必要になることがあった。
【００１１】上記ＳＯ3 ガスは、石炭焚きボイラ１から
の排ガス中にダストと共に含有されている。このＳＯ3
ガスは、燃料中に含まれる硫黄の一部が燃焼の際酸化さ
れて生成され、さらに最近のように脱硝装置が設置され
るものにあっては、脱硝反応に付随して二酸化硫黄（Ｓ
Ｏ2 ）ガスの０．５〜２％が酸化されてＳＯ3 を生成
し、燃焼の際発生した上記ＳＯ3 ガスに上乗せされて排
ガス中に含有される。従って上記空気予熱器３の入口に
到達するＳＯ3 濃度は、燃料中の硫黄分によって変動す
るが、概ね５〜５０ppm 程度となる。
の排ガス中にダストと共に含有されている。このＳＯ3
ガスは、燃料中に含まれる硫黄の一部が燃焼の際酸化さ
れて生成され、さらに最近のように脱硝装置が設置され
るものにあっては、脱硝反応に付随して二酸化硫黄（Ｓ
Ｏ2 ）ガスの０．５〜２％が酸化されてＳＯ3 を生成
し、燃焼の際発生した上記ＳＯ3 ガスに上乗せされて排
ガス中に含有される。従って上記空気予熱器３の入口に
到達するＳＯ3 濃度は、燃料中の硫黄分によって変動す
るが、概ね５〜５０ppm 程度となる。
【００１２】そして、上記ＳＯ3 は、空気予熱器３を通
過するとき、排ガス温度が下がり酸露点以下となるた
め、その一部は下記（１）式に示す凝縮反応により硫黄
ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）に転化し、同伴されるダストに付
着して後流の電気集塵器４でダストと共に捕集される。
過するとき、排ガス温度が下がり酸露点以下となるた
め、その一部は下記（１）式に示す凝縮反応により硫黄
ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）に転化し、同伴されるダストに付
着して後流の電気集塵器４でダストと共に捕集される。
【００１３】 ＳＯ3 ＋Ｈ2 Ｏ←／→Ｈ2 ＳＯ4 ……………………………………（１） 一般に空気予熱器３の温度が１２０〜１４０℃である
と、ＳＯ3 ガスは１０〜２０％空気予熱器３を通過する
と言われており、空気予熱器３出口のＳＯ3 ガス濃度は
１〜１０ppm の範囲にある。また、上記ダスト濃度は燃
料中の灰分によっても異なるが、通常石炭焚きボイラの
排ガスの場合には、ボイラ出口で数ｇ／m3Ｎ〜数１０ｇ
／m3Ｎであり、電気集塵器４でダストが捕集され３００
mg／m3Ｎ以下となるのが一般的である。
と、ＳＯ3 ガスは１０〜２０％空気予熱器３を通過する
と言われており、空気予熱器３出口のＳＯ3 ガス濃度は
１〜１０ppm の範囲にある。また、上記ダスト濃度は燃
料中の灰分によっても異なるが、通常石炭焚きボイラの
排ガスの場合には、ボイラ出口で数ｇ／m3Ｎ〜数１０ｇ
／m3Ｎであり、電気集塵器４でダストが捕集され３００
mg／m3Ｎ以下となるのが一般的である。
【００１４】従って、上記熱交換器１１の熱回収部５入
口での排ガス中には通常ＳＯ3 ガスが１〜１０ppm 、ダ
ストが概ね３００mg／m3Ｎ含有されている。このＳＯ3
が熱交換器１１の熱回収部５で排ガスの温度が下がって
（１）式に示す凝縮反応がなされると、これにより硫酸
ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）に転化し、同伴されるダストと共
に熱回収部５のフィン１０２に付着する。凝縮した硫酸
ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）は熱交換器１１構成材料中の鉄分
や、ダスト中の鉄分と反応し硫酸鉄の結晶が生成され
る。これがバインダとなって固着ダストとなり、フィン
１０２に固着堆積する。
口での排ガス中には通常ＳＯ3 ガスが１〜１０ppm 、ダ
ストが概ね３００mg／m3Ｎ含有されている。このＳＯ3
が熱交換器１１の熱回収部５で排ガスの温度が下がって
（１）式に示す凝縮反応がなされると、これにより硫酸
ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）に転化し、同伴されるダストと共
に熱回収部５のフィン１０２に付着する。凝縮した硫酸
ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）は熱交換器１１構成材料中の鉄分
や、ダスト中の鉄分と反応し硫酸鉄の結晶が生成され
る。これがバインダとなって固着ダストとなり、フィン
１０２に固着堆積する。
【００１５】通常のダスト（軟着ダスト）は、熱交換器
１１の熱回収部５の上部から鋼球（通常４〜５mmφ）を
散布し、その衝撃により付着ダストを除去するいわゆる
鋼球散布によるダスト除去装置を付設することにより容
易に除去可能であるが、硫酸鉄が生成され、これがバイ
ンダとなって固着したダストは除去が極めて困難であ
る。このため、かかる固着ダストが経時的にフィン１０
２の表面に厚く付着し、これによって通気圧損が上昇す
る。さらに、上記鋼球が詰まり落下不能となる現象も併
発され、その際には通気圧損が急上昇し、遂には熱交換
器１１の水洗を要することとなる。また、スーツブロワ
除去装置においても、上記ダストの付着により通気圧損
が増大するため、水洗が必要となる。
１１の熱回収部５の上部から鋼球（通常４〜５mmφ）を
散布し、その衝撃により付着ダストを除去するいわゆる
鋼球散布によるダスト除去装置を付設することにより容
易に除去可能であるが、硫酸鉄が生成され、これがバイ
ンダとなって固着したダストは除去が極めて困難であ
る。このため、かかる固着ダストが経時的にフィン１０
２の表面に厚く付着し、これによって通気圧損が上昇す
る。さらに、上記鋼球が詰まり落下不能となる現象も併
発され、その際には通気圧損が急上昇し、遂には熱交換
器１１の水洗を要することとなる。また、スーツブロワ
除去装置においても、上記ダストの付着により通気圧損
が増大するため、水洗が必要となる。
【００１６】一方、上記熱回収部５のフィン１０２のピ
ッチｅを大きくすれば、上記のようなダストの固着が発
生しても急激な通気圧損の増大は回避されるが、上記フ
ィンピッチｅを大きくすれば、所要の熱交換性能を得る
ためには熱回収部５の大型化は避けられず、装置の設置
スペースの増大が高コスト化を招く。
ッチｅを大きくすれば、上記のようなダストの固着が発
生しても急激な通気圧損の増大は回避されるが、上記フ
ィンピッチｅを大きくすれば、所要の熱交換性能を得る
ためには熱回収部５の大型化は避けられず、装置の設置
スペースの増大が高コスト化を招く。
【００１７】本発明の目的は、熱交換器の熱回収部を必
要最低限の小型のものに保持しつつ、同熱回収部のフィ
ンへのダスト固着を抑制し、これによる通気圧損の上昇
を抑制し得る排煙処理装置及び同処理装置用熱交換器を
提供することにある。
要最低限の小型のものに保持しつつ、同熱回収部のフィ
ンへのダスト固着を抑制し、これによる通気圧損の上昇
を抑制し得る排煙処理装置及び同処理装置用熱交換器を
提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする手段は、ＳＯ3 を含む排
ガスを、熱媒体が通流するフィン付き管が多段に配設さ
れた熱交換器の熱回収部に導き、上記熱媒体と熱交換す
ることにより排ガス熱を回収するものにおいて、上記熱
回収部が、上記ＳＯ3 の凝縮付着量の多い特定領域に位
置する上記フィン付き管のフィンピッチを他の領域のそ
れよりも大きく設定されてなることを特徴とする熱交換
器、並びにこの熱交換器及び空気予熱器を備えた排煙処
理装置にある。
決するもので、その要旨とする手段は、ＳＯ3 を含む排
ガスを、熱媒体が通流するフィン付き管が多段に配設さ
れた熱交換器の熱回収部に導き、上記熱媒体と熱交換す
ることにより排ガス熱を回収するものにおいて、上記熱
回収部が、上記ＳＯ3 の凝縮付着量の多い特定領域に位
置する上記フィン付き管のフィンピッチを他の領域のそ
れよりも大きく設定されてなることを特徴とする熱交換
器、並びにこの熱交換器及び空気予熱器を備えた排煙処
理装置にある。
【００１９】上記手段によれば、上記熱回収部において
は、排ガスの通流方向において、他の領域よりもＳＯ3
に起因する固着ダストの多い特定領域が存在するので、
この特定領域のフィンピッチを他の領域よりも大きく構
成することにより、同領域におけるＳＯ3 凝縮ダストの
固着が他の領域よりも低く抑制される。これによって上
記特定領域における通気圧損の上昇が抑制され、他の熱
回収部の他の領域のフィンピッチを狭めることも可能と
なり、熱回収部の小型化が実現できる。
は、排ガスの通流方向において、他の領域よりもＳＯ3
に起因する固着ダストの多い特定領域が存在するので、
この特定領域のフィンピッチを他の領域よりも大きく構
成することにより、同領域におけるＳＯ3 凝縮ダストの
固着が他の領域よりも低く抑制される。これによって上
記特定領域における通気圧損の上昇が抑制され、他の熱
回収部の他の領域のフィンピッチを狭めることも可能と
なり、熱回収部の小型化が実現できる。
【００２０】従って、通気圧損が長期にわたって低減さ
れ、かつ小形化された熱交換器及びこれを使用した排煙
処理装置が得られる。
れ、かつ小形化された熱交換器及びこれを使用した排煙
処理装置が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下図１〜図９を参照して本発明
の実施形態を詳細に説明する。図１には本発明が通用さ
れる熱交換器の熱回収部の構成図が、図２には同熱回収
部のフィン付き管の要部拡大断面図が、図３には上記熱
回収部を有する熱交換器が装備される排煙処理装置のブ
ロック図が夫々示されている。
の実施形態を詳細に説明する。図１には本発明が通用さ
れる熱交換器の熱回収部の構成図が、図２には同熱回収
部のフィン付き管の要部拡大断面図が、図３には上記熱
回収部を有する熱交換器が装備される排煙処理装置のブ
ロック図が夫々示されている。
【００２２】図３に示される排煙処理装置は前述の従来
のものと同一構成であり、１はボイラ、２は脱硝装置、
３は空気予熱器、４は電気集塵器、６は湿式脱硫装置、
８は煙突である。１１は熱交換器であり、本発明が適用
される熱回収部５及び再加熱部７から構成される。上記
排煙処理装置の動作については、前記従来のものと同様
であるので、ここでは説明を省略する。
のものと同一構成であり、１はボイラ、２は脱硝装置、
３は空気予熱器、４は電気集塵器、６は湿式脱硫装置、
８は煙突である。１１は熱交換器であり、本発明が適用
される熱回収部５及び再加熱部７から構成される。上記
排煙処理装置の動作については、前記従来のものと同様
であるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】図１〜図２に示される熱回収部５におい
て、５１はハウジングであり、一端側に上記電気集塵器
４を経た排ガスが導入される排ガス入口１０３、他端側
に排ガス出口１０４が設けられる。１０１は上記ハウジ
ング５１内に蛇行状に設けられたフィン付き管であり、
外周に所定のピッチｅにて多数のフィン１０２が固着さ
れ、内部を水等の熱媒が通流するようになっている。１
０５は上記熱媒の入口、１０６は熱媒の出口である。
て、５１はハウジングであり、一端側に上記電気集塵器
４を経た排ガスが導入される排ガス入口１０３、他端側
に排ガス出口１０４が設けられる。１０１は上記ハウジ
ング５１内に蛇行状に設けられたフィン付き管であり、
外周に所定のピッチｅにて多数のフィン１０２が固着さ
れ、内部を水等の熱媒が通流するようになっている。１
０５は上記熱媒の入口、１０６は熱媒の出口である。
【００２４】本発明の実施形態に係る熱回収部５におい
ては、上記フィン付き管１０１用のフィン１０２のピッ
チｅを、ＳＯ3 凝縮ダストが付着し易い凝縮付着の特定
領域Ｍ（長さＺ）のピッチｅが他の領域（長さＺ1 及び
Ｚ2 ）よりも大きくなるように構成している。
ては、上記フィン付き管１０１用のフィン１０２のピッ
チｅを、ＳＯ3 凝縮ダストが付着し易い凝縮付着の特定
領域Ｍ（長さＺ）のピッチｅが他の領域（長さＺ1 及び
Ｚ2 ）よりも大きくなるように構成している。
【００２５】以下、その詳細及び設定根拠について説明
する。上記熱回収部５において、ＳＯ3 の凝縮付着領域
は、実験によって求めることもできるが、この実施形態
においては、通常運転の条件下で、ＳＯ3 ガスの凝縮速
度から熱回収部５のガス流通方向におけるＳＯ3 付着量
分布を推算し、この推算結果においてＳＯ3 凝縮付着量
の多い範囲を上記凝縮付着領域即ち指定領域Ｍに設定す
る。具体的にはＳＯ3凝縮付着量分布の推算結果からガ
ス通流方向におけるＳＯ3 凝縮付着量の平均値を求め、
例えばこの平均値よりもＳＯ3 凝縮付着量が多い範囲を
上記特定領域Ｍとして、この領域Ｍ内におけるフィン１
０２のピッチｅを他の領域よりも大きく設定する。
する。上記熱回収部５において、ＳＯ3 の凝縮付着領域
は、実験によって求めることもできるが、この実施形態
においては、通常運転の条件下で、ＳＯ3 ガスの凝縮速
度から熱回収部５のガス流通方向におけるＳＯ3 付着量
分布を推算し、この推算結果においてＳＯ3 凝縮付着量
の多い範囲を上記凝縮付着領域即ち指定領域Ｍに設定す
る。具体的にはＳＯ3凝縮付着量分布の推算結果からガ
ス通流方向におけるＳＯ3 凝縮付着量の平均値を求め、
例えばこの平均値よりもＳＯ3 凝縮付着量が多い範囲を
上記特定領域Ｍとして、この領域Ｍ内におけるフィン１
０２のピッチｅを他の領域よりも大きく設定する。
【００２６】然るに、上記ＳＯ3 ガスの凝縮速度は次の
（２）式により求められる。
（２）式により求められる。
【００２７】 −ＧM ・ｄｙ／ｄＺ＝kg・ａ・ｐ・（ｙ−ｙ1 ）…………………（２） ここで ＧM ：ガスモル流量〔kgmol ／ｈ〕 ｙ ：ガス中ＳＯ3 分率〔−〕 ｙ1 ：ＳＯ3 平衡分率〔−〕 Ｚ ：熱回収部の有効長さ〔ｍ〕 ｋｇ：気相の物質移動係数〔kgmol ／m2・ｈ・atm 〕 ａ ：単位高さ当りの伝熱面積〔m2／ｍ〕 ｐ ：全圧〔atm 〕 また上記、ｙ1 （ＳＯ3 平衡分率）は、通常熱交換器で
計算される周知の方法にて各部のチューブ表面温度を求
め、それを露点として図８に示されるＳＯ3 濃度と露点
との関係より求めればよい。また、上記kg（気相の物質
移動係数）は、５kgmol ／m2・ｈ・atm の値を採る。
計算される周知の方法にて各部のチューブ表面温度を求
め、それを露点として図８に示されるＳＯ3 濃度と露点
との関係より求めればよい。また、上記kg（気相の物質
移動係数）は、５kgmol ／m2・ｈ・atm の値を採る。
【００２８】上記のようにして、特定領域Ｍのフィンピ
ッチｅを他の領域よりも大きなピッチに設定することに
より、上記ダスト固着が効率良く抑制され、熱回収部５
の小型コンパクトさを保持しつつ、通気圧損を長期間低
く維持できる。すなわち、前述したように、発明者らの
研究によれば、図４の断面図に示されるとおり、フィン
付き管１０１への固着ダストの付着域は、同フィン付き
管１０１の全般に均一に付着しているのではなく、ある
特定領域Ｍのフィン付き管１０１に固着ダストの付着が
多く、他の領域は固着ダストの付着が少ない。つまり、
通気圧損が急速に上昇する原因は、ある領域のフィン付
き管１０１部に極部的に固着ダストが付着するためであ
る。
ッチｅを他の領域よりも大きなピッチに設定することに
より、上記ダスト固着が効率良く抑制され、熱回収部５
の小型コンパクトさを保持しつつ、通気圧損を長期間低
く維持できる。すなわち、前述したように、発明者らの
研究によれば、図４の断面図に示されるとおり、フィン
付き管１０１への固着ダストの付着域は、同フィン付き
管１０１の全般に均一に付着しているのではなく、ある
特定領域Ｍのフィン付き管１０１に固着ダストの付着が
多く、他の領域は固着ダストの付着が少ない。つまり、
通気圧損が急速に上昇する原因は、ある領域のフィン付
き管１０１部に極部的に固着ダストが付着するためであ
る。
【００２９】従って、上記固着ダストが付着する特定領
域Ｍのフィンピッチｅを拡げることにより、急激な通気
圧損の上昇を回避でき、しかも熱回収部５の全域にわた
って一様にフィンピッチｅを拡大する場合に較べて、熱
回収部５の大きさを格段に小さく構成できる。また逆に
いえば、上記特定領域Ｍ以外の部位のフィンピッチｅ
は、従来のものよりも狭くしても、急激な通気圧損の上
昇は起こり難く、この点で熱回収部５の小型化が図れ
る。そして、上記固着ダストの生成が抑制されれば、ボ
イラ１の定期検査時に合わせて、水洗等のダスト除去操
作を実施すればよく、排煙処理システム全体の長期安定
運転が、容易なメンテナンス作業で以って可能となる。
域Ｍのフィンピッチｅを拡げることにより、急激な通気
圧損の上昇を回避でき、しかも熱回収部５の全域にわた
って一様にフィンピッチｅを拡大する場合に較べて、熱
回収部５の大きさを格段に小さく構成できる。また逆に
いえば、上記特定領域Ｍ以外の部位のフィンピッチｅ
は、従来のものよりも狭くしても、急激な通気圧損の上
昇は起こり難く、この点で熱回収部５の小型化が図れ
る。そして、上記固着ダストの生成が抑制されれば、ボ
イラ１の定期検査時に合わせて、水洗等のダスト除去操
作を実施すればよく、排煙処理システム全体の長期安定
運転が、容易なメンテナンス作業で以って可能となる。
【００３０】また、既存の熱交換器１１の仕様に対し
て、上記特定領域Ｍのフィンピッチｅを単に拡げる設計
変更や改造をしようとすると、一定の伝熱面積を確保す
るため、熱回収部５の寸法が若干増えることになる。し
かしながら、この場合には、固着ダストの生成が少ない
領域（上記特定領域Ｍ以外の範囲）のフィンピッチｅを
も仕様変更することにより、熱回収部５の寸法増加を回
避しつつ、しかも全体として急激な通気圧損の増加を招
く固着ダストの生成を防止できる。すなわち、固着ダス
トの生成が少ない領域のフィンピッチｅを現行の仕様よ
りも若干小さくすればよい。このように上記特定領域Ｍ
とそれ以外の領域とで相対的にフィン１０２のピッチｅ
を異ならしめることにより、システムの長期安定運転と
小型化という、従来は同時に達成できなかった課題が解
決される。
て、上記特定領域Ｍのフィンピッチｅを単に拡げる設計
変更や改造をしようとすると、一定の伝熱面積を確保す
るため、熱回収部５の寸法が若干増えることになる。し
かしながら、この場合には、固着ダストの生成が少ない
領域（上記特定領域Ｍ以外の範囲）のフィンピッチｅを
も仕様変更することにより、熱回収部５の寸法増加を回
避しつつ、しかも全体として急激な通気圧損の増加を招
く固着ダストの生成を防止できる。すなわち、固着ダス
トの生成が少ない領域のフィンピッチｅを現行の仕様よ
りも若干小さくすればよい。このように上記特定領域Ｍ
とそれ以外の領域とで相対的にフィン１０２のピッチｅ
を異ならしめることにより、システムの長期安定運転と
小型化という、従来は同時に達成できなかった課題が解
決される。
【００３１】なお、以上説明した思想、すなわち実験ま
たは凝縮からの推算により、固着ダスト生成が極端に多
い領域Ｍを特定し、この特定領域Ｍのフィンピッチｅを
相対的に大きくするという上記技術思想は、ＳＯ3 と同
様に凝縮して固着ダストまたは固着スケールなどを生成
するＳＯ3 以外の成分を含む他の高温流体から熱回収す
る場合にも、同様に適用して効果がある。 〔実施例〕以下、本発明の上記実施形態における実施例
を図５〜図７に基づいて説明する。
たは凝縮からの推算により、固着ダスト生成が極端に多
い領域Ｍを特定し、この特定領域Ｍのフィンピッチｅを
相対的に大きくするという上記技術思想は、ＳＯ3 と同
様に凝縮して固着ダストまたは固着スケールなどを生成
するＳＯ3 以外の成分を含む他の高温流体から熱回収す
る場合にも、同様に適用して効果がある。 〔実施例〕以下、本発明の上記実施形態における実施例
を図５〜図７に基づいて説明する。
【００３２】先ず、図３に示されるブロック図で構成さ
れる排煙処理装置と同一構成の試験装置に石炭焚きボイ
ラ排ガス２００m3Ｎ／ｈを供給し、熱交換器１１の熱回
収部５（全長５ｍ）への固着ダストの付着試験を図７に
示される条件で実施した。試験後、熱交換器１１の熱回
収部５を開放点検し、各フィン部１０２に付着した固着
ダストをサンプリングし、そのダスト中の可溶性ＳＯ4
をイオンクロマト方法で分析し、各部のＳＯ3 付着量を
求めた。図５は、その分析結果をもとに、ＳＯ 3 付着量
の平均値を１としてＳＯ3 付着量分布を表したものであ
る。図５より明らかなように、ＳＯ3 の付着は、伝熱面
全体に均一に付着しているのではなく、ある範囲にＳＯ
3 の付着が多く、ＳＯ3 付着に分布が見られる。
れる排煙処理装置と同一構成の試験装置に石炭焚きボイ
ラ排ガス２００m3Ｎ／ｈを供給し、熱交換器１１の熱回
収部５（全長５ｍ）への固着ダストの付着試験を図７に
示される条件で実施した。試験後、熱交換器１１の熱回
収部５を開放点検し、各フィン部１０２に付着した固着
ダストをサンプリングし、そのダスト中の可溶性ＳＯ4
をイオンクロマト方法で分析し、各部のＳＯ3 付着量を
求めた。図５は、その分析結果をもとに、ＳＯ 3 付着量
の平均値を１としてＳＯ3 付着量分布を表したものであ
る。図５より明らかなように、ＳＯ3 の付着は、伝熱面
全体に均一に付着しているのではなく、ある範囲にＳＯ
3 の付着が多く、ＳＯ3 付着に分布が見られる。
【００３３】例えばＲｕｎ No.３のＳＯ3 濃度１０．３
ppm においては、熱交換器１１の熱回収部５のガス入口
側から１〜２．５ｍの範囲にＳＯ3 付着量が多い。従っ
てこの部位のフィンピッチｅを拡げることにより、通気
圧損の上昇を低く抑えることができ、排煙処理装置の全
体システムの長期安定運転につながる。また、図中の実
線は本発明の発明者らが前述の方法でＳＯ3 付着量分布
を推算した結果であるが、ＳＯ3 付着量分布の実測値と
推算値とがよく一致している。従って、前述の推算のみ
によっても、フィンピッチｅを相対的に大きくすべき特
定領域Ｍが設定できることとなる。
ppm においては、熱交換器１１の熱回収部５のガス入口
側から１〜２．５ｍの範囲にＳＯ3 付着量が多い。従っ
てこの部位のフィンピッチｅを拡げることにより、通気
圧損の上昇を低く抑えることができ、排煙処理装置の全
体システムの長期安定運転につながる。また、図中の実
線は本発明の発明者らが前述の方法でＳＯ3 付着量分布
を推算した結果であるが、ＳＯ3 付着量分布の実測値と
推算値とがよく一致している。従って、前述の推算のみ
によっても、フィンピッチｅを相対的に大きくすべき特
定領域Ｍが設定できることとなる。
【００３４】次に、図７におけるＲｕｎ No.２の条件で
全段のフィンピッチｅ＝１０．１６mmにした熱回収部５
（Ａ）と熱回収部５入口側から１．２５〜２．４５ｍの
範囲にあるフィン１０２のみをフィンピッチｅ＝１２．
７０mmにした熱回収部（Ｂ）を使用して通気圧損の経時
変化を調査した。その結果を図６に示す。図に示すよう
に固着ダストが付着しやすい領域のフィンピッチｅを１
２．７０mmにした熱回収部（Ｂ）の通気圧損の上昇は極
めて少なくなり、長期安定運転を行うことができた。な
お、熱回収部（Ｂ）は熱回収部（Ａ）に較べて若干熱交
換率が低下するが、問題になるほどではなく、実機にお
いては若干装置寸法を大きくするか、または固着ダスト
の付着が少ない領域のフィンピッチｅを若干狭くするこ
とで解決できる値であった。
全段のフィンピッチｅ＝１０．１６mmにした熱回収部５
（Ａ）と熱回収部５入口側から１．２５〜２．４５ｍの
範囲にあるフィン１０２のみをフィンピッチｅ＝１２．
７０mmにした熱回収部（Ｂ）を使用して通気圧損の経時
変化を調査した。その結果を図６に示す。図に示すよう
に固着ダストが付着しやすい領域のフィンピッチｅを１
２．７０mmにした熱回収部（Ｂ）の通気圧損の上昇は極
めて少なくなり、長期安定運転を行うことができた。な
お、熱回収部（Ｂ）は熱回収部（Ａ）に較べて若干熱交
換率が低下するが、問題になるほどではなく、実機にお
いては若干装置寸法を大きくするか、または固着ダスト
の付着が少ない領域のフィンピッチｅを若干狭くするこ
とで解決できる値であった。
【００３５】なお、本発明は、図３に示されるシステム
のみに適用が限定されるものではなく、図９に示される
システムにも適用可能である。すなわち、図９は空気予
熱器３の後流側に熱交換器１１の熱回収部５が配置さ
れ、次いで電気集塵器４が配置されたシステムを示す。
このシステムにおいては、熱交換器１１の熱回収部５で
排ガスが冷却されて降温し、電気集塵器４に流入する温
度が８０〜１００℃と低いため、集塵効率が向上する。
上記電気集塵器４での温度低下は少ないため、熱回収部
５の温度は殆ど変わらない。
のみに適用が限定されるものではなく、図９に示される
システムにも適用可能である。すなわち、図９は空気予
熱器３の後流側に熱交換器１１の熱回収部５が配置さ
れ、次いで電気集塵器４が配置されたシステムを示す。
このシステムにおいては、熱交換器１１の熱回収部５で
排ガスが冷却されて降温し、電気集塵器４に流入する温
度が８０〜１００℃と低いため、集塵効率が向上する。
上記電気集塵器４での温度低下は少ないため、熱回収部
５の温度は殆ど変わらない。
【００３６】ただし、この場合はダスト濃度が若干多く
なるが、熱回収部５への固着ダストの付着については、
これが低減される方向にある。すなわち排ガス中のＳＯ
3 が凝縮して硫酸ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）となっても、ダ
スト濃度が高いと、多量のダストに硫酸ミストが付着す
るために粘着性があまり強くならず、同ダストが後流側
へと飛散していく割合が多くなり、フィン１０２表面へ
の固着ダストの付着はむしろ少なくなる。そしてこの場
合も、熱回収部５においてＳＯ3 の凝縮速度に分布があ
ることは明らかであり、本発明の適用は有効である。ま
た前述のように、本発明は、ＳＯ3 以外の固着成分を含
む他の高温流体から熱回収する熱交換器１１に適用する
こともできる。
なるが、熱回収部５への固着ダストの付着については、
これが低減される方向にある。すなわち排ガス中のＳＯ
3 が凝縮して硫酸ミスト（Ｈ2 ＳＯ4 ）となっても、ダ
スト濃度が高いと、多量のダストに硫酸ミストが付着す
るために粘着性があまり強くならず、同ダストが後流側
へと飛散していく割合が多くなり、フィン１０２表面へ
の固着ダストの付着はむしろ少なくなる。そしてこの場
合も、熱回収部５においてＳＯ3 の凝縮速度に分布があ
ることは明らかであり、本発明の適用は有効である。ま
た前述のように、本発明は、ＳＯ3 以外の固着成分を含
む他の高温流体から熱回収する熱交換器１１に適用する
こともできる。
【００３７】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、熱回収部におけるＳＯ3 凝縮ダストの
固着が多い特定領域のみについてフィンピッチを大きく
構成するという簡単な手段で以って熱回収部全体の通気
圧損を低減することができ、通気圧損が抑制された熱交
換器及びこれを使用した排煙処理装置を得ることができ
る。
本発明によれば、熱回収部におけるＳＯ3 凝縮ダストの
固着が多い特定領域のみについてフィンピッチを大きく
構成するという簡単な手段で以って熱回収部全体の通気
圧損を低減することができ、通気圧損が抑制された熱交
換器及びこれを使用した排煙処理装置を得ることができ
る。
【００３８】また、上記通気圧損を通常レベルに抑えれ
ば他の部位におけるフィンピッチの縮小が可能となり、
熱回収部の小型化がなされた熱交換器が得られる。
ば他の部位におけるフィンピッチの縮小が可能となり、
熱回収部の小型化がなされた熱交換器が得られる。
【図１】本発明の実施形態に係る排煙処理システム用熱
交換器の熱回収部の構成図。
交換器の熱回収部の構成図。
【図２】上記熱回収部のフィン付き管の部分断面図。
【図３】上記実施形態における排煙処理装置のブロック
図。
図。
【図４】上記排煙処理システムにおける熱回収部の固着
ダストの分布を示す説明図。
ダストの分布を示す説明図。
【図５】本発明の実施例におけるＳＯ3 付着量分布を示
す線図。
す線図。
【図６】上記実施例における通気圧損の経時変化を示す
線図。
線図。
【図７】上記実施例における試験条件を示す図。
【図８】硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）の露点を示す線図。
【図９】本発明の他の実施形態に係る排煙処理装置のブ
ロック図。
ロック図。
１ ボイラ ５ 熱回収部 ６ 湿式脱硫装置 ７ 再加熱部 １１ 熱交換器 １０１ フィン付き管 １０２ フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 節美 広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱 重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 片岡 晴彦 広島県三原市糸崎町5007番地 三菱重工業 株式会社三原製作所内 (72)発明者 酒井 烈 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 岩下 浩一郎 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 ＳＯ3 を含む排ガスを、熱媒体が通流す
るフィン付き管が多段に配設された熱交換器の熱回収部
に導き、上記熱媒体と熱交換することにより排ガス熱を
回収するものにおいて、上記熱回収部が、上記ＳＯ3 の
凝縮付着量の多い特定領域に位置する上記フィン付き管
のフィンピッチを他の領域のそれよりも大きく設定され
てなることを特徴とする熱交換器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の熱交換器と、同熱交換
器の上流に排ガスにより空気を加熱する空気予熱器とを
備えた排煙処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08652596A JP3572139B2 (ja) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | 熱交換器及びこれを備えた排煙処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08652596A JP3572139B2 (ja) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | 熱交換器及びこれを備えた排煙処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09280540A true JPH09280540A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3572139B2 JP3572139B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=13889415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08652596A Expired - Lifetime JP3572139B2 (ja) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | 熱交換器及びこれを備えた排煙処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3572139B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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