JPS6047481B2 - 内燃機関の排ガス熱回収方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の排ガスからの熱回収方法および装
置に関するものである。

従来、船舶等におけるディーゼル機関の排ガス熱回収を
行なう装置として、第１図に示すような排ガスエコノマ
イザによつて蒸気を発生させるものが知られている。

第１図における装置系統は、予熱部１１、蒸気部１２お
よび過熱部１３の各配管系を内蔵する排ガスエコノマイ
ザ１と、該排ガスエコノマイザの予熱部１１および蒸気
部１２へ供給される水を加熱するための給水加熱器４と
、蒸気部１２を出た無水混合流体から水蒸気を分離する
ための主蒸気分離ドラム２と、過熱部１３からの過熱蒸
気が供給されるタービン２１（これは発電機２２に連結
されている）とから主に構成されている。上記構成にお
いて、ディーゼル機関から発生する排ガスは、矢印Ｑｇ
で示すようにエコノマイザ１内に導入され、蒸気を発生
させてその熱量が回ノ収される。

排ガスエコノマイザ１への給水は、主給水ポンプ７によ
り行なわれ、表面式給水加熱器４で加熱された後、補助
ボイラの蒸気ドラムと兼用されている主蒸気分離ドラム
２に吐出され、排ガスエコノマイザの蒸発部１２から導
かれた集水；混合流体と混合され、ボイラ循環水として
給水循環ポンプ３により表面式給水加熱器４に戻され、
さらに配管４Ａにより排ガスエコノマイザの予熱部１１
に導入される。さらに排ガスエコノマイザの蒸気部１２
にて蒸気を発生させた後、集水混合流体として主蒸気分
離ドラム２へ吐出される。主蒸気分離ドラム２で分離さ
れた飽和蒸気は、一部燃料油加熱などのため雑用蒸気と
して使用され、そのドレンはドレンタンク２６に導かれ
るが、その他の主蒸気は排ガスエコノマイザの過熱部１
３に導かれ、過熱蒸気としてターボ発電機用蒸気タービ
ン２１を駆動し、排気を復水器２３にて復水後、復水ポ
ンプ２４にてドレンタンク２６に吐出され、さらに主給
水ポンプ７により吸引され、給水加熱器４に戻される。
上記従来装置の排ガスエコノマイザ１における排ガス側
と循環給水側の温度変化を第２図の実線に示す。

図において、Ｔ，は、排ガスエコノマイザの排ガス入口
温度、ＴＯは、その排ガス出口温度、Ｔ１は、排ガスエ
コノマイザの予熱部１１と蒸発部１２の間の排ガス温度
、Ｔ２は、同じく蒸発部１２と過熱部１３の間の排ガス
温度、Ｔ，は、予熱部１１の循環給水入口温度、Ｔｓは
、蒸気部１２の循環給水の飽和温度、ＴＯは、過熱部１
３の過熱蒸気出口温度、ΔＴＯは、予熱部１１の循環給
水入口温度Ｔｉと排ガス出口温度Ｔ。のターミナル温度
差、Δｔ１は、蒸気部１２の循環給水出口温度Ｔｓと排
ガス入口温度Ｌのターミナル温度差である。ところでデ
ィーゼル機関の排ガス熱回収率を上，げるためには、排
ガスエコノマイザの排ガス出口温度Ｔ。

をできるだけ下げることが好ましい。さらに排ガスエコ
ノマイザの予熱部入口の循環給水温度Ｔ，および排ガス
出口温度Ｔ。をある一定温度以上に保持して排ガスエコ
ノマイザチユーブの表町面温度を上げ、排ガスに含まれ
る硫酸分による硫酸腐食を防止すること、および排ガス
エコノマイザの蒸気部１２における気水混合蒸気の飽和
温度Ｔｓと排ガス温度Ｔ１のターミナル温度差Δｔ１を
排ガスエコノマイザの寸法を適度なものとするた３め、
通常１５〜２０℃に抑えることが重要である。しかし、
上述の従来装置においては、排ガスエコノマイザの予熱
部入口の循環給水温度Ｔ，を一定温度（通常１３０℃〜
１４０℃）とした場合、排ガスエコノマイザの蒸気部１
２におけるターミナル温４度差Δちを一定値（１５〜２
０℃）に設定すれば、排ガスエコノマイザ出口の排ガス
出口温度Ｔ。を充分下げることができなくなり、従つて
排ガスの熱回収率を高くすることができず、また排ガス
出口温度Ｔ。を許容値まで下げて排ガス熱回収率を高め
た場合には、排ガスエコノマイザの予熱部入口の給水温
度Ｔ，が硫酸腐食の可能性がある範囲まで低下せざるを
得ないという欠点があつた。本発明の目的は、上記従来
技術の欠点を除き、排ガスエコノマイザの伝熱管の硫酸
腐食を防止しつつ、熱回収率をできるだけ高めることが
できる内燃機関の排ガス熱回収方法および装置を提供す
ることにある。ノ 上記目的を達成するため、本発明方
法は、給水加熱器で加熱された水を、排ガスエコノマイ
ザの予熱部、蒸気部および過熱部の各配管系に順次、給
水して過熱部から過熱蒸気を回収する内燃機関の排ガス
熱回収方法において、蒸気部入口の排ガスと給水の温度
差と、予熱部入口の排ガスと給水の温度差がほぼ同一に
なるように、給水加熱器への循環水の流量および温度を
調節することを特徴とする。

また、本発明方法を実施する装置は、予熱部、蒸気部お
よび過熱部の各配管系を有する排ガスエコノマイザと、
排ガスエコノマイザの前記配管系へ供給する水の加熱器
と、排ガスエコノマイザを出た気水混合流体から蒸気を
分離する主蒸気分離ドラムと、該主蒸気分離ドラムで分
離された蒸気の少なくとも一部を排ガスエコノマイザの
過熱部に供給し、さらにこれを蒸気タービンに送る配管
系と、該蒸気タービンからの蒸気を復水器で凝縮させた
後、これを前記給水加熱器へ循環させる配管系と、主蒸
気分離ドラムで分離された凝縮水を給水加熱器へ供給す
る配管系とを備えた内燃機関の排ガス熱回収装置におい
て、主蒸気分離ドラムで分離された凝縮水を給水加熱器
へ戻す配管系に、該凝縮水の流量調節手段および熱交換
手段を設けたことを特徴とする。

以下、本発明を図面によりさらに詳細に説明する。

第３図は、本発明の一実施例を示す装置系統図である。

第１図の従来装置と異なる点は、表面式給水加熱器４の
代りに混合式給水加熱器６を用い、主蒸気分離ドラム２
への給水配管を除き、また主蒸気分離ドラム２から給水
加熱器６への循環水の配管系に低圧蒸気発生器５を設け
、この蒸気発生器５およびポンプ３によつて排ガスエコ
ノマイザ１の予熱部へ供給される給水の流量または温度
を変え、該給水の温度を所定の値（例えば１３０〜１４
０℃）に調整可能にしたことである。すなわち、排ガス
エコノマイザｌ予熱部１１の排ガス入口側と給水出口側
とのターミナル温度差（Ｔ１−Ｔｓ＝Δｔ１）は排ガス
エコノマイザ１の面積を定める大きな要素となり、ピン
チポイントにおけるターミナル温度差を小さくとれば、
回収熱量は増加するが、伝熱面積は指数関数的に増大す
るので、通常、ターミナル温度差は１５℃程度が下限と
されている。そこで本発明においては、この温度差を保
持したままて回収熱量を増加させるために、第２図にお
いて、排ガスエコノマイザ１における排ガス側の温度勾
配（Ｔｉ→ＴＯ）と給水側の濃度勾配（Ｔｉ−Ｔｓ）が
可及的に等しくなるように、具体的には第２図の点線に
示す如く、排ガスエコノマイザの予熱部出入口における
排ガスと循環給水のターミナル温度差Δｔ１、ΔＴＯが
ほぼ等しくなるように、排ガスエコノマイザの予熱部に
おける給水循環量を設定可能にしたことである。第３図
において、主給水ポンプ７によつて送水される給水Ｑ，
と、給水循環ポンプ３によつて主蒸気分離ドラム（また
はボイラの蒸気ドラム）２から吸引された循環水Ｑ，は
低圧蒸気発生器５に送られ、ここで低圧蒸気ｑ１を発生
した後、混合式給水加熱器６によつて混合熱交換され、
排ガスエコノマイザの予熱部１１と蒸発部１２を通り、
内燃機関の排ガスＱｇと熱交換を行ない、蒸気を発生さ
せた後、気水混合流体として主蒸気分離ドラム２へ導入
される。

主蒸気分離ドラム２によつて分離された飽和蒸気の一部
は比較的圧力の高い蒸気を必要とする雑用蒸気Ｑ．とし
て機関用燃料油加熱器等の雑用機器２５へ導かれ、その
ドレンはドレンタンク２６へ返送されるが、他の飽和蒸
気は排ガスエコノマイザの過熱部１３で過熱され、発電
機用蒸気タービン２１を駆動したあと、復水器２３で復
水後、復水ポンプ２４によつてドレンタンク２６へ導入
される。低圧蒸気発生器５で発生した低圧蒸気ｑ１は燃
料タンクの加熱その他雑用機器５２へ供給され、その復
水は低圧給水ポンプ５１によつて、低圧蒸気発生器５へ
送水される。

なお、低圧蒸気発生器５を設けずに、第４図に示すよう
に給水循環ポンプ３から循環水を直接雑用機器５２Ａへ
導き、温水加熱として使用後、混合式給水加熱器６へ返
送するシテムも可能である。上記実施例によれば、排ガ
スエコノマイザの予熱部１１における循環給水側の温度
勾配（Ｔ，一Ｔｓ）が排ガス側の温度勾配（Ｔ１→ＴＯ
）とほぼ等しくなるように給水循環ポンプによる流量ｑ
、を決めることにより、排ガスエコノマイザの予熱部出
入口における排ガスと循環給水の各ターミナル温度差を
ほＳ゛同じにすることができ、また低圧蒸気発生器５ま
たは温水加熱器５２Ａにより排ガスエコノマイザへの循
環給水の入口温度Ｔ，を排ガスエコノマイザチユーブの
硫酸腐食を防止し得る許容最低温度（約１３０〜１４０
℃）となるように設定することがてきる。

従つて硫酸腐食防止を考慮した上で、排ガスの熱回収率
を向上させることができる。すなわち、第５図に示され
るように、排ガスエコノマイザ１の予熱部１１における
排ガスの出口温度Ｔ。又はＴ。″は、予熱部１１におけ
る吸熱量により決めるが、従来のものは給水加熱量Ｈ，
のみに依存していたため、熱回収率を十分に高めること
ができなかつた。これに対して本実施例のものは、給水
加熱量Ｈｆに加えて低圧蒸気発生（又は温水加熱）必要
熱量Ｈ１が吸熱量となるので、循環給水入口温度Ｔ，を
同一のままで、排ガス出口温度をＴ。からＴ。″へと下
げることができ、熱回収率を向上させることができる。
一例として、常用出力１８６００ＰＳの２サイクルディ
ーゼル機関に本発明のシステムを採用した場合、第１図
に示す従来のシステムと比較して回収ｊ熱量で約１２％
、ターボ発電機の出力で１００〜１００ＫＷの増加が期
待される。

以上、本発明によれば、排ガスエコノマイザの循環給水
入口温度を一定値以上に保持して排カスエコノマイザの
硫酸腐食を防止することができ、・かつ排ガス出口温度
を給水入口温度とのターミナル温度差の許容最小値まで
下げることができるので、従来の排ガス熱回収システム
よりも熱回収率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の排ガス熱回収の装置系統を示す図、第
２図は、排ガスエコノマイザの各部の温度変化を示す図
、第３図は、本発明の排ガス熱回収の装置系統を示す図
、第４図は、第３図における熱交換手段の変形例を示す
図、第５図は従来の排ガスエコノマイザ各部の温度変化
と本発明に係る排ガスエコノマイザ各部の温度変化を示
す図である。 １・・・・・・排ガスエコノマイザ、２・・・・・・主
蒸気分離ドラム、３・・・・・・給水循環ポンプ、４・
・・・・・表面式給水加熱器、５・・・・・・低圧蒸気
発生器、６・・・・・・混合式給水加熱器、７・・・・
・・主給水ポンプ、１１・・・・・・排ガスエコノマイ
ザの予熱部、１３・・・・・・排ガスエコノマイザの過
熱部、２１・・・・・・蒸気タービン、２３・・・・・
復水器、２４・・・・・・復水ポンプ、２５・・・・・
主蒸気を使用する雑用機種類。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 給水加熱器で加熱された水を、排ガスエコノマイザ
   の予熱部、蒸気部および過熱部の各配管系に順次、給水
   して過熱部から過熱蒸気を回収する内燃機関の排ガス熱
   回収方法において、蒸気部入口の排ガスと給水の温度差
   と、予熱部入口の排ガスと給水の温度差がほぼ同一にな
   るように、給水加熱器への循環水の流量および温度を調
   節することを特徴とする内燃機関の排ガス熱回収方法。 ２ 予熱部、蒸気部および過熱部の各配管系を有する排
   ガスエコノマイザと、排ガスエコノマイザの前記配管系
   へ供給する水の加熱器と、排ガスエコノマイザを出た気
   水混合流体から蒸気を分離する主蒸気分離ドラムと、該
   主蒸気分離ドラムで分離された蒸気の少なくとも一部を
   排ガスエコノマイザの過熱部に供給し、さらにこれを蒸
   気タービンに送る配管系と、該蒸気タービンからの蒸気
   を復水器で凝縮させた後、これを前記給水加熱器へ循環
   させる配管系と、主蒸気分離ドラムで分離された凝縮水
   を給水加熱器へ供給する配管系とを備えた内燃機関の排
   ガス熱回収装置において、主蒸気分離ドラムで分離され
   た凝縮水を給水加熱器へ戻す配管系に、該凝縮水の流量
   調節手段および熱交換手段を設けたことを特徴とする内
   燃機関の排ガス熱回収装置。３ 前記給水加熱器が混合
   式給水加熱器であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項の内燃機関の排ガス熱回収装置。