JPS58502015A - 改良された熱発生装置 - 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】 発明の名称 改良された熱発生装置 本発明は、化石燃料、廃棄物またはその他の可燃性燃料を燃焼させる熱発生装置 に係るものである。更に詳細にいえば、本発明はそのような熱発生装置の効率を 向上、また特に、可燃性燃料を使用する大規模な発電所用の熱部に生じる熱を一 層効率良（利用する方法と装置とに係るものである。

石油、石炭、ガスまたは廃棄物の如き燃料を使用する熱発生装置は、汚染ガスお よび粒子の形態の廃棄物を可成りの量化じる。米国および州の環境条件は、これ ら廃棄物に対する最大の放出量規準を定めた。これら放出量規準に従うには、汚 染制御設備に可成りな投資な行う必要がある。

たとえば、乾燥煙道ガス処理法（ｄｒｙ　ｆｌｕｅ　ｇα９ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 　）を使用して粒子を取除くための大型装置がある。この目的に使用する典型的 な装置は、静電沈殿器、・　バッグ・・ウス（ｂａｇ　ｈ、ｏｗｓｅ　）等を含 むことがある。これら装置は粒子を取除くには適しているが、気体状汚染物は取 除かず、また理解できるように、これら装置を追加すると熱発生装置のコストを 引上げ、その効率を下げる。

世界中で燃料の燃焼により生じる気体状汚染物の量ははく犬である。その結果、 熱発生装置から放出された煙述されている。大規模な発電所から放出された煙道 ガスから汚染物を取除く種々の湿式洗浄（ｓｃｒｕｂｂＬｎｇ　）方法の一般的 な１つの論文が、ディ・エム・コンサイディン（Ｄ、　Ｍ、　Ｃａｎ５乙ｄｉｎ ｅ　）が編集し、マツフグロー・ヒル・ブック・カンパニイが出版した「エネル ギー技術便覧」の第９−６１２頁に、アール・シイ・ネヴイル（Ｒ，Ｇ、ｐＪｅ ｖ乙１１）が発表したＵ湿式洗浄方法−３Ｏ，ｚおよびＮＯｘ除去化学」と題す る章に見られる。

煙道ガス洗浄技術もまた複雑な装置に関連して可成りの投資を必要とする。たと えば、米国特許第６，６２０．９０６号および第３，７ろろ、７７７号には、煙 道ガスをフィルタベッドに通過させて洗浄液と緊密に接触させる湿式洗浄が記載 されている。洗浄液は、米国特許第４，０４９，３９９号に記載された湿式洗浄 装置に有用とされている米国特許第６，７ろろ、７７７号に記載された如き重硫 酸塩水溶液の如きアルカリ性洗浄水溶液で良い。

洗浄された煙道ガスには腐蝕性液滴が恐らく含まれるので、煙道ガスを大気に放 出する煙突に位置決めされた誘導通風ファンの如き後段の機具の腐蝕を防止する ため、米国特許第３，８４４，７４０号に記載した如き特殊な技術を使用できる 。汚染物を取除く別の技術では、煙道ガスをＳＯ２およびＳＯ３の如き気体汚染 物が凝縮する程度の低い温度に冷却する。そのような方式の１つが米国特許第ろ 、８３９．９４８号に記載され、この特許では煙道ガスを約１ＤＣに冷却して、 イオウを含む汚染物を凝縮した後、３ 煙道ガスを再び加熱してから大気に放出する。

煙道ガスから廃棄物を取除く前記した技術とその他の技術とは、大部分が回収さ れずに失われる可成りの量のエネルギーを必要とする。その結果、総合的効率、 すなわち、発電所が販売に供するエネルギーが相当減少する。

燃焼効率を良くするため、ボイラーに関連して空気を予熱する技術が多年にわた り知られ使用されている。そのような予熱技術の１つでは、ルジュングストロー ム（Ｌ）ＬＬｎ、１ｓｔｒｏｍ）空気予熱器を使用する。この予熱器はロータを 使用し、このロータの片側を煙道ガスが通り、反対側を流入する燃焼空気が煙道 ガスとは反対方向に流れる。しかしながら、空気予熱器は煙道ガス中に存在する ＳＯ３の如き汚染物を熱交換器内で凝縮するのを避けるに十分な高温度で作動せ しめられる。

内部で可燃性燃料を燃焼させる熱発生装置を操作する本発明の１つの技術におし ・では、熱発生装置用の空気の予熱と煙道ガスからの汚染物の除去とを組合わせ て行うことにより熱効率を向上する。

たとえば、本発明の１つの実施例について後述するように、可燃性燃料を使用し て熱発生装置を操作するＫｔ４゜流入空気と燃焼により生じた煙道ガスとを共に 熱交換器を通過させ、熱交換器には同時に煙道ガスに含まれた粒状および気体状 汚染物を取除くため洗浄液を注ぐ。煙道ガスからの熱を熱交換器を通して、流入 する空気に伝熱して空気を予熱すると共に、洗浄液が熱交換器を通過した後この 液を回収して煙道ガス中の汚染物を取除く。

煙道ガスは汚染物が凝縮する温度にまて冷却する。たとえば、煙道ガスはＳ０３ 　を避、するがしかもＳＯ３の大部分を取除く温度にまて熱交換器内で冷却でき る。

熱発生装置を操作する本発明の１つの技術ては、熱交換器の熱効率を℃・ちじる しく向上する。この技術は発電所、製鋼炉、硫酸製造工場等に使用される如き既 存の熱発生装置の操作効率を向上するだめに応用できる。

従って、本発明の１つの目的は、燃料を使用する熱発生装置の熱効率を向上する と共に熱発生装置から生じる煙道ガスから汚染物を取除くことである。

本発明のこれらおよびその他の利点と目的とは添付図面を参照して以下に本発明 の１つの例示的具体例を説明することにより理解でさよう。

第１図は発電所用の従来技術の熱部の略図、第２図は本発明に係る改良された熱 部の略図である。

第１図を参照すると、従来技術の発電所の熱部１０がボイラー１２を設けて示し てあり、このボイラーでは石炭、石油またはガスもしくは廃棄物の如き他の形態 の適当な燃料を燃焼させる。矢印１６て示した如く、燃焼空気が適当なダクト１ ４を通りボイラー１２に流入する。

ボイラー１２は適当な熱交換要素（図示せず）を含み、この要素では作用流坏（ 水または蒸気）を循環させてポ゛イラー１２内に生した熱により流坏を加熱する 。矢印１８て示した如く煙道ガスが吐出し口２０を通り、典型的には約ろ４ろＣ の範囲である高温でボイラー１２がら出て、熱交換器２２を通り流入空気１６を 予熱する。熱交換器２２を通過した後、煙道ガス１８は煙突２４を通り大気に放 出する。強制通風ファン２６と誘導通風ファン２８とにより空気を熱部１０を通 り流れさせる。

煙道ガス１Ｂは飛散灰の如き粒子と、Ｓ０２．Ｓ０３およびその他のガスの形態 の汚染物を含むことがある。汚染物を取除く手段は一般に熱部１０の一部分であ るか、第１図を簡略にするため、これら汚染物除去手段は第１図には省略しであ る。煙道ガスから粒子と気体状汚染物とを回収する技術と装置とは、当業界で広 く知られている。

大規模な発電所では特に、７疑れしたＳ０３　が誘導通風ファン２８の如き機器 に接触することにより機器に腐蝕作用を及ぼすことを避けるため、煙道ガスの放 出温度をＳ０３　の露点温度より高く保持することが好ましく・ことが一般に認 識されている。従って、煙道ガスから回収する熱量は、一般に煙道ガスの温度を ＳＯ３の露点、すなわち、約１４９Ｃ以上に保持する程度に制限する。その結果 、ボイラー１２に流入する空気１６の温度は一般に約２３２Ｃで、また熱部１０ の熱効率は理論値程に高くない。

本発明の熱発生装置を操作する１つの技術ては、熱効率を高くすると同時に汚染 物を抽出するため煙道ガスから可成り多量の熱を回収する。このことは、第２図 に示した如く発電所用として説明する熱部２０により達成できる。

第２図において、煙道ガス１８は予熱器２２を通過した後、熱交換器ろ２を通過 し、この熱交換器において煙道ガス１８内の熱の大部分を抽出してこの熱な流入 する空気１６に伝達する。

熱交換器ろ２ては、作用液か供給源（Ｉ２１示せず）から入口ろ４を経てスフル −ヤろ６に送られて、このスプレーヤにより煙道ノノズ１８が流れる熱交換部ろ ８に噴射される。スプレーヤろ６は］質射した作用液を熱交換部ろ８内に光漏し て、煙道ガスと作用液とを緊密に直接々触させる。作用液は煙道ガス内の粒子を 回収すると共に、熱交換器が煙道ガス内の腐蝕性成分により損傷されな（・よう 熱交換用の保護シースとして作用するようにした量を供給される。

作用液は、煙道ガスに含まれた種々の汚染物を吸収し中和するに適した成分て作 ることか好ましい。これら汚染物は、ＳＯ２，Ｓ○、およびぞの他であることか あり、これら汚染物に対する吸収および中和技術は良く知られ、たとえば、前記 した従来技術の文献と特許とを参照されたい。たとえは、凝縮したＳ０３とＳ０ ２　とを中和するにはアルカリ性洗浄液を使用できる。

熱交換器３２には作用液をスプレィすると同時（Ｃ粉末をスプレィてきる。この 粉末は腐蝕性成分を中和する種類のものて良い。熱交換器を腐蝕作用から保護す るために、そのような粉末を使用することは業界で知ら才１てい７ る。

熱交換器３２としては、レキ□ユにレート、蓄熱器およびヒートホンプを使用で きるが、熱交換器６２は回転式蓄熱器が好ましい。そのような熱交換器の大きい 表面積は、煙道ガスの汚染物と吸収性のアルカリ洗浄液との混合および接触を良 好にする。その場合に、煙道ガス１８は熱交換器６２に使用した回転式蓄熱器の 熱い帯域部分を通り、スプレィされた洗浄液は、この熱い帯域部分に粒子が集積 したり、また凝縮し吸収された汚染物の腐蝕作用を防止するような流量で供給さ れる。使用ずみの液体はピレン４０に集められて適当な従来技術の洗浄サイクル で処理される。

流入する空気′１６の温度をいちじるしく上昇させると共に、煙道ガス１８が熱 交換器３２の出口４２から出る時可成り冷却されるようにするに十分な熱を、回 転熱交換器６２より、煙道ガスから流入する空気１６に伝達する。

煙道ガスの温度は実際には、このガスが大気に放出されると煙道ガス内の水蒸気 が可視の水煙柱を形成する程度に低いことがある。このことは好ましくないので 、熱交換器６２からの煙道ガス１８を煙突内を上昇するのを促進する作用も行う 熱交換器４４で再加熱する。適当な水蒸気分離器４６．４８が熱交換器３２の出 口４２．４２’に設けてあり、熱交換器ろ２を通るガス流が連行する水蒸気を回 収して取除く。

８　特水、昭５８−５（１２ｔＪ１５（４）煙道ガス１８の熱の大部分を回収す ると共に汚染物を取除く熱交換器ろ２を使用することにより、熱部ろ０の全体的 熱効率をいちじるしく向上し、また、該熱交換器３２は取除かれた汚染物の腐蝕 作用から保護される。熱発生装置の熱効率を約３５％だけ増大できる。正味の熱 効率、すなわち、本発明の改善を実現するために必要とされる追加のエネルギー を見込んだ後の熱効率は２６係である。更にまだ、熱部ろ０の運転費をいちじる しく減少できるよう、安価で硫黄含有量の多し・化石燃料を使用できる。

熱効率の向上の結果として、ボイラ−１２０入口５０における流入空気１６の温 度は上昇する。空気流の温度はボイラーの出口５２における計算で（・ま、煙道 ガス１Ｂの温度から２７Ｃ（５０’Ｆ）以内がそれ以下の程度引上げることがで きる。

本発明の効率上の利点は、第１図の従来技術の熱部における通常の温度を、第２ 図の熱部に生じるものを計算される温度と比較した以下の表で表わすことができ る。

温　度 場　所　第１図　第２図 空気の入口５４　７０″Ｆ（２ＩＣ）　７０″ｌｉ’（２ＩＣ）出口４２　無　 Ｌ　２６０’Ｆ（１２７ｔｌ’）ボイラーの入口５０　４５０’Ｆ（２３２ｔｌ ？）　６３０’Ｆ（３３２ｃ）ボイラーノ出口５２　６５０”Ｆ（３４３Ｃ）　 ６５０”Ｆ（６４３ｃ）再熱器の入口５６　無　し　３２０”Ｆ（１６０ｃ）再 熱器の出口５８　〃　ろ００”Ｆ（１４９１ｒ）出口４２　〃　１２０”Ｆ（４ ９ｔＴ）煙突２４　ろ００’Ｆ（１４９Ｃ）　１４０’Ｆ（６０ｃ）発電所の熱 部の効率を向上する本発明の例示的具体例を説明したので本発明の利点は理解で きょう。本発明は高炉、重賞ごみ焼却場、化学処理工場等で使用される如き種々 の熱発生装置に有利に利用できる。本発明の原理を逸脱することな（洗浄液およ び熱交換器の選択における如く以上説明した具体例を種々変更できる。

第１図 （化１１状１吟） 第２図 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　汚染物を含む燃料を、流入する空気を混合して燃焼し、粒子と気体状汚染物 とを含む熱い燃焼ガスを生じ、該ガスからの熱伝達をした後に、高温の煙道ガス として排出する熱発生装置を操作する方法において、煙道ガスから空気に熱を伝 達する熱交換器に、煙道ガスと流入する空気とを通して空気を予熱することと、 汚染物除去液により煙道ガスから汚染物と粒子とを取除ける個所で、熱交換器に 当該汚染物除去液をかげると共に、熱交換器を取除（・た腐蝕性汚染物と粒子と から保護して熱発生装置の熱効率を向上させることとから成ることを特徴とする 熱発生装置を操作する方法。 ２、流入する空気との熱交換関係が、熱交換器内の煙道ガスの温度を汚染物の少 くとも一つが煙道ガスから凝結するレベルにまで引下げるに十分であり、凝結し た汚染物を前記液により取除く請求の範囲第１項の熱発生装置を操作する方法。 ３、汚染物除去液をかけるのに、熱交換器内で汚染物を煙道ガスを中和し吸収す る液をかけるようにした請求の範囲第２項の熱発生装置を操作する方法。 ４、更にまた、汚染物と粒子とを取除かれた煙道ガスを、汚染物取除き以前の煙 道ガスと熱交換して、該汚染物と粒子とを取除いた煙道ガスを大気に放出する際 に水煙柱が形成されるのを抑制するのに十分高い温度に再加熱することを含む請 求の範囲第３項の熱発生装置を操作する方法。 ５、煙道ガスと、流入する空気とを回転式蓄熱々交換器内に通して熱交換を行う ようにした請求の範囲第１項の熱発生装置を操作する方法。 ６　汚染物を除去するのに、熱交換器内に上記液が流れる状態にするため、膣液 を熱交換器にスプレィすることから成る請求の範囲第１項の熱発生装置を操作す る方法。 ７　熱交換器から出る流入空気に含まれた湿気を分離することと、 熱交換器から出る煙道ガスに含まれた湿気を分離することとを含む請求の範囲第 ６項の熱発生装置を操作する方法。 ８　汚染物除去液がアルカリ性中和Ｇｏ、から成る請求の範囲第３項の熱発生装 置を操作する方法。 ９　汚染物を含む燃料を、流入する空気を混合して燃焼し、気体状汚染物とを含 む熱（・燃焼ガスを発生し、高温の煙道ガスとして放出する熱発生装置にぢいて 、煙道ガスから流入する空気（Ｃ熱を伝達する熱交換手段と、 汚染物除去液に煙道ガスを直接々触させることのできるよう選択した個所で熱交 換手段に汚染物除去液をかげて煙道ガスから汚染物と粒子とを取除くと共（Ｃ１ 熱交侯器を取除かれた汚染物の腐蝕作用から保護する手段と、 １２ を備えて成ることを特徴とする熱発生装置。 １０　熱交換手段が煙道ガスが通る熱い帯域を有する回転式熱交換器であり、汚 染物除去液を該熱い帯域にかける請求の範囲第９項の熱発生装置。 珪流入空気と煙道ガスとが回転式熱交換器から出るそれぞれの通路に位置決めさ れた湿気分離器を含んで（・る請求の範囲第１０項の熱発生装置。 １２　汚染物を含む燃料を流入空気を混合してボイラー内で燃焼させ、所要流体 と熱交換する熱い燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスを粒子と気体状汚染物とを含む 高温度の煙道ガスとして放出する発電所における熱発生装置を操作する方法にお いて、 煙道ガスと流入する空気とを熱交換器を通過させて煙道ガスから、流入する空気 に熱を伝達して空気を熱発生装置の熱効率を向上するよう選択された温度にまで 予熱することと、 同時に汚染物除去液が煙道ガスから汚染物と粒子とを除去する個所で、汚染物除 去液を熱交換器にかげると共に、熱交換器を取除かれた汚染物と粒子とから保護 して発電所における熱発生装置の熱効率を向上することと、から成ることを特徴 とする発電所における熱発生装置を操作する方法。 １３　流入する空気に熱を伝達する段階で、空気の温度を煙道ガスがボイラーか ら排出する際の該ガスの温度の約２７６．ｒ″Ｃ（５０’Ｆ　）内の温度にまで 上昇させるようにした請求の範囲第１２項の発電所用の熱発生装置を運転する方 法。 １４　煙道ガスを熱交換器に通す段階で、煙道ガスの温度を、汚染物が煙道ガス から凝縮して出て汚染物除去液により熱交換器から流し出されるレベルＫまで引 下げるように、煙道ガスから、流入する空気に十分な熱を伝達するようにした請 求の範囲第１２項の発電所用の熱発生装置を運転する方法。