２塔式排熱回収システム
【課題】熱交換器及び冷却空気用送風機を設置することなしに、上記熱交換器から排出される流動空気の温度を制御可能とし、更に熱交換器の損傷を低減する２塔式排熱回収システムを提供する。
【解決手段】流動焼却炉等の熱源装置から排ガス等の高温ガスを導入して熱を回収する輻射式熱交換器と、該輻射式熱交換器から温度が低下した上記高温ガスを導入して熱を更に回収すると共に該高温ガスを外部に排出するシェルアンドチューブ式熱交換器から成り、該シェルアンドチューブ式熱交換器に予熱流体を導入して上記回収熱により温度を高めると共に、該高温となった予熱流体を上記輻射式熱交換器に導入して上記回収熱により更に高温にし、該高温となった予熱流体を上記熱源装置に送り込むように構成する。
【解決手段】流動焼却炉等の熱源装置から排ガス等の高温ガスを導入して熱を回収する輻射式熱交換器と、該輻射式熱交換器から温度が低下した上記高温ガスを導入して熱を更に回収すると共に該高温ガスを外部に排出するシェルアンドチューブ式熱交換器から成り、該シェルアンドチューブ式熱交換器に予熱流体を導入して上記回収熱により温度を高めると共に、該高温となった予熱流体を上記輻射式熱交換器に導入して上記回収熱により更に高温にし、該高温となった予熱流体を上記熱源装置に送り込むように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射式熱交換器とシェルアンドチューブ式熱交換器の組合せによる２塔式排熱回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シェルアンドチューブ式熱交換器は、一般的に多くのプロセスで使用されている。図５に下水汚泥の流動焼却設備の例を示す。下水汚泥の流動焼却設備には、通常、流動焼却炉１の排熱回収及び流動用空気の予熱を目的とした熱交換器３が設置される。また炉内の燃焼温度が異常に高くなる事を防ぐため、一度昇温した流動空気を冷却するための熱交換器４及び冷却空気用送風機Ｂ２が必要となる。この熱交換器４は、炉内の燃焼温度が正常である場合、流動空気の冷却が必要でないため、通常は冷却用の空気を通風せず、６５０℃〜７００℃流動空気のみが通過することとなる。したがって、熱交換器４に使用される金属材料は、高価な耐熱鋼を使用せざるを得ない。
一方、流動空気を予熱する熱交換器３は、８５０℃〜９００℃の排ガスを利用し、流動空気送風機Ｂ１から導入される流動空気を６５０℃〜７００℃に予熱する必要があるため、近年の排熱の高回収化、運転方法等により管板の熱疲労による割れ等が発生しやすく、流動焼却炉１の運転に支障を来たす場合もある。
【特許文献１】特許第３２９６２５８号特許公報
【特許文献２】特開平１０−３２５６８８公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記熱交換器４及び冷却空気用送風機Ｂ２を設置することなしに、上記熱交換器３から排出される流動空気Ｐ３の温度を制御可能とし、更に熱交換器３の損傷を低減する２塔式排熱回収システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の２塔式排熱回収システムは、流動焼却炉等の熱源装置から排ガス等の高温ガスを導入して熱を回収する輻射式熱交換器と、該輻射式熱交換器から温度が低下した上記高温ガスを導入して熱を更に回収すると共に該高温ガスを外部に排出するシェルアンドチューブ式熱交換器から成り、該シェルアンドチューブ式熱交換器に予熱流体を導入して上記回収熱により温度を高めると共に、該高温となった予熱流体を上記輻射式熱交換器に導入して上記回収熱により更に高温にし、該高温となった予熱流体を上記熱源装置に送り込むように構成したことを特徴とする。また、シェルアンドチューブ式熱交換器に導入する予熱流体を、上記高温ガスの上流側および下流側にそれぞれ分配するように構成したことを特徴とする。さらに、上記分配される予熱流体の流量を予熱流体流量調整弁によりコントロールすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の２塔式排熱回収システムを採用することにより、従来では予熱流体Ｐ３の温度を変化させるために設置されていた、予熱流体Ｐ３の温度冷却用熱交換器４と冷却空気用送風機Ｂ２の設置が不要となり、経済性が向上する。
また、シェルアンドチューブ式熱交換器３に導入される排ガスの温度を低下させる事が可能となり、排ガス導入部と予熱流体排出部に位置する管板の熱負荷を低減することができ、シェルアンドチューブ式熱交換器での予熱流体温度も低下できるので、従来のシェルアンドチューブ式熱交換器の熱疲労による管板割れを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を図示の実施例に基づき更に詳細に説明する。
図１において、１は流動焼却炉、２は輻射式熱交換器、3はシェルアンドチューブ式熱交換器である。
【０００７】
流動焼却炉１から排出される排ガスＦ１は、輻射式熱交換器２の上部から導入され予熱流体Ｐ２と熱交換した後、下部から排出される。続いて、上記輻射式熱交換器２から排出される排ガスは、シェルアンドチューブ式熱交換器３の下部に導入され、予熱流体Ｐ１と熱交換した後、温度が低下した排ガスＦ２として上部より排出される。
【０００８】
一方、予熱流体Ｐ１は、予熱流体送風機Ｂ１から送り出され、予熱流体流量調整弁Ｖ１およびＶ２により分配され、シェルアンドチューブ式熱交換器３の上下に設置された導入口に導入される。導入された予熱流体Ｐ１は、シェルアンドチューブ式熱交換器３で排ガスとの熱交換により、温度が上昇し予熱流体Ｐ２となって下部の排出口より排出される。昇温された予熱流体Ｐ２は、輻射型熱交換器２に設置された上部の導入口に送り込まれ、排ガスＦ１との熱交換により更に温度が上昇した後、予熱流体Ｐ３として輻射型熱交換器２の下部排出口より排出され、流動焼却炉１に送り込まれる。
【０００９】
上記熱交換プロセスにおいて、予熱流体Ｐ３の温度は、予熱流体調整弁Ｖ１およびＶ２による予熱流体Ｐ１の分配量を変化させる事によって可能となる。
すなわち、流体流量調整弁Ｖ１側の流量を増加させると共に、流体流量調整弁Ｖ２側の流量を減少させることにより、予熱流体Ｐ３の温度は高温とすることができ、これとは逆に流体流量調整弁Ｖ２側の流体流量を増加させることにより、予熱流体Ｐ３の温度を低下させることができる。
【００１０】
図２は、上記輻射式熱交換器２およびシェルアンドチューブ式熱交換器３の縦断面を示し、図３および４は、それぞれ輻射式熱交換器２およびシェルアンドチューブ式熱交換器３の横断面を示す。
本実施例において、排ガスＦ１は輻射型熱交換器２の排ガス導入口２３から熱交換器内に導入され、排ガスの持つガス輻射（ガス放射）熱により伝熱管５を加熱しながら降下し、排ガス排出室１１から排出される。
【００１１】
一方、予熱流体Ｐ２は、予熱流体導入口６より導入され、予熱流体導入側環状ヘッダー７に導かれ、図３に示されるように円周上に配置された伝熱管５の内部を降下しながら、加熱された伝熱管５の熱を吸収して所定の温度に昇温され、予熱流体排出側環状ヘッダー８を経て、予熱流体排出口９より予熱流体Ｐ３として排出される。
【００１２】
また、輻射式熱交換器２から排出された排ガスは、図２におけるシェルアンドチューブ式熱交換器３の排ガス導入室２０から導入され、図４に示されるように、外筒１９内に配置された伝熱管１２の中を上昇しながら熱交換した後、排ガス排出室２１を経由して、排出口２２から排ガスＦ２として排出される。
【００１３】
一方、予熱流体Ｐ１は、予熱流体流量調整弁Ｖ１、Ｖ２により分配され、予熱流体導入口１３および１６からそれぞれ導入される。予熱流体導入口１３から導入される予熱流体は、予熱流体導入側ヘッダー１４にて、最も熱交換率が高くなる方向より、多数本の伝熱管１２と直交するよう外筒１９内に導かれる。外筒１９内に導かれた予熱流体Ｐ１は、外筒１９内に多数設置されているバッフルプレート（邪魔板）１５により伝熱管１２に対し直交および並行の流れに整流されながら、伝熱管１２との間で熱交換される。熱交換により温度が上昇した予熱流体Ｐ１は、予熱流体排出ヘッダー１７に於いて予熱流体流量調整弁Ｖ２から分配される予熱流体Ｐ１と合流し、予熱流体排出口１８から予熱流体Ｐ２として排出される。
【００１４】
本実施例のシステムは、流動焼却炉１に送る予熱流体Ｐ３の温度幅により、必要温度に調節可能なように、輻射式熱交換器２およびシェルアンドチューブ式熱交換器３がそれぞれ設計される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のシステムを用いた、焼却炉と各熱交換器を併設させた概略正面図である。
【図２】図１の実施例の各熱交換器の縦断面図である。
【図３】図２の輻射式熱交換器のＡ−Ａの横断面である。
【図４】図２のシェルアンドチューブ式熱交換器のＢ−Ｂの横断面図である。
【図５】従来の焼却炉と熱交換器を併設させた概略正面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１ 流動焼却炉
２ 輻射型熱交換器
３ シェルアンドチューブ式熱交換器
４ 空気冷却用熱交換器
５ 伝熱管
６ 予熱流体導入口
７ 導入側環状ヘッダー
８ 予熱流体排出側環状ヘッダー
９ 予熱流体排出口
１０ 外筒
１１ 排ガス排出室
１２ 伝熱管
１３ 予熱流体導入口
１４ 予熱流体導入側ヘッダー
１５ バッフルプレート（邪魔板）
１６ 予熱流体導入口
１７ 予熱流体排出側ヘッダー
１８ 予熱流体排出口
１９ 外筒
２０ 排ガス導入室
２１ 排ガス排出室
２２ 排ガス排出口
２３ 排ガス導入口
Ｂ１ 流動空気送風機
Ｂ２ 冷却空気用送風機
Ｐ１ 予熱流体
Ｐ２ 予熱流体
Ｐ３ 予熱流体
Ｖ１ 予熱流体流量調整弁
Ｖ２ 予熱流体流量調整弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射式熱交換器とシェルアンドチューブ式熱交換器の組合せによる２塔式排熱回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シェルアンドチューブ式熱交換器は、一般的に多くのプロセスで使用されている。図５に下水汚泥の流動焼却設備の例を示す。下水汚泥の流動焼却設備には、通常、流動焼却炉１の排熱回収及び流動用空気の予熱を目的とした熱交換器３が設置される。また炉内の燃焼温度が異常に高くなる事を防ぐため、一度昇温した流動空気を冷却するための熱交換器４及び冷却空気用送風機Ｂ２が必要となる。この熱交換器４は、炉内の燃焼温度が正常である場合、流動空気の冷却が必要でないため、通常は冷却用の空気を通風せず、６５０℃〜７００℃流動空気のみが通過することとなる。したがって、熱交換器４に使用される金属材料は、高価な耐熱鋼を使用せざるを得ない。
一方、流動空気を予熱する熱交換器３は、８５０℃〜９００℃の排ガスを利用し、流動空気送風機Ｂ１から導入される流動空気を６５０℃〜７００℃に予熱する必要があるため、近年の排熱の高回収化、運転方法等により管板の熱疲労による割れ等が発生しやすく、流動焼却炉１の運転に支障を来たす場合もある。
【特許文献１】特許第３２９６２５８号特許公報
【特許文献２】特開平１０−３２５６８８公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記熱交換器４及び冷却空気用送風機Ｂ２を設置することなしに、上記熱交換器３から排出される流動空気Ｐ３の温度を制御可能とし、更に熱交換器３の損傷を低減する２塔式排熱回収システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の２塔式排熱回収システムは、流動焼却炉等の熱源装置から排ガス等の高温ガスを導入して熱を回収する輻射式熱交換器と、該輻射式熱交換器から温度が低下した上記高温ガスを導入して熱を更に回収すると共に該高温ガスを外部に排出するシェルアンドチューブ式熱交換器から成り、該シェルアンドチューブ式熱交換器に予熱流体を導入して上記回収熱により温度を高めると共に、該高温となった予熱流体を上記輻射式熱交換器に導入して上記回収熱により更に高温にし、該高温となった予熱流体を上記熱源装置に送り込むように構成したことを特徴とする。また、シェルアンドチューブ式熱交換器に導入する予熱流体を、上記高温ガスの上流側および下流側にそれぞれ分配するように構成したことを特徴とする。さらに、上記分配される予熱流体の流量を予熱流体流量調整弁によりコントロールすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の２塔式排熱回収システムを採用することにより、従来では予熱流体Ｐ３の温度を変化させるために設置されていた、予熱流体Ｐ３の温度冷却用熱交換器４と冷却空気用送風機Ｂ２の設置が不要となり、経済性が向上する。
また、シェルアンドチューブ式熱交換器３に導入される排ガスの温度を低下させる事が可能となり、排ガス導入部と予熱流体排出部に位置する管板の熱負荷を低減することができ、シェルアンドチューブ式熱交換器での予熱流体温度も低下できるので、従来のシェルアンドチューブ式熱交換器の熱疲労による管板割れを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を図示の実施例に基づき更に詳細に説明する。
図１において、１は流動焼却炉、２は輻射式熱交換器、3はシェルアンドチューブ式熱交換器である。
【０００７】
流動焼却炉１から排出される排ガスＦ１は、輻射式熱交換器２の上部から導入され予熱流体Ｐ２と熱交換した後、下部から排出される。続いて、上記輻射式熱交換器２から排出される排ガスは、シェルアンドチューブ式熱交換器３の下部に導入され、予熱流体Ｐ１と熱交換した後、温度が低下した排ガスＦ２として上部より排出される。
【０００８】
一方、予熱流体Ｐ１は、予熱流体送風機Ｂ１から送り出され、予熱流体流量調整弁Ｖ１およびＶ２により分配され、シェルアンドチューブ式熱交換器３の上下に設置された導入口に導入される。導入された予熱流体Ｐ１は、シェルアンドチューブ式熱交換器３で排ガスとの熱交換により、温度が上昇し予熱流体Ｐ２となって下部の排出口より排出される。昇温された予熱流体Ｐ２は、輻射型熱交換器２に設置された上部の導入口に送り込まれ、排ガスＦ１との熱交換により更に温度が上昇した後、予熱流体Ｐ３として輻射型熱交換器２の下部排出口より排出され、流動焼却炉１に送り込まれる。
【０００９】
上記熱交換プロセスにおいて、予熱流体Ｐ３の温度は、予熱流体調整弁Ｖ１およびＶ２による予熱流体Ｐ１の分配量を変化させる事によって可能となる。
すなわち、流体流量調整弁Ｖ１側の流量を増加させると共に、流体流量調整弁Ｖ２側の流量を減少させることにより、予熱流体Ｐ３の温度は高温とすることができ、これとは逆に流体流量調整弁Ｖ２側の流体流量を増加させることにより、予熱流体Ｐ３の温度を低下させることができる。
【００１０】
図２は、上記輻射式熱交換器２およびシェルアンドチューブ式熱交換器３の縦断面を示し、図３および４は、それぞれ輻射式熱交換器２およびシェルアンドチューブ式熱交換器３の横断面を示す。
本実施例において、排ガスＦ１は輻射型熱交換器２の排ガス導入口２３から熱交換器内に導入され、排ガスの持つガス輻射（ガス放射）熱により伝熱管５を加熱しながら降下し、排ガス排出室１１から排出される。
【００１１】
一方、予熱流体Ｐ２は、予熱流体導入口６より導入され、予熱流体導入側環状ヘッダー７に導かれ、図３に示されるように円周上に配置された伝熱管５の内部を降下しながら、加熱された伝熱管５の熱を吸収して所定の温度に昇温され、予熱流体排出側環状ヘッダー８を経て、予熱流体排出口９より予熱流体Ｐ３として排出される。
【００１２】
また、輻射式熱交換器２から排出された排ガスは、図２におけるシェルアンドチューブ式熱交換器３の排ガス導入室２０から導入され、図４に示されるように、外筒１９内に配置された伝熱管１２の中を上昇しながら熱交換した後、排ガス排出室２１を経由して、排出口２２から排ガスＦ２として排出される。
【００１３】
一方、予熱流体Ｐ１は、予熱流体流量調整弁Ｖ１、Ｖ２により分配され、予熱流体導入口１３および１６からそれぞれ導入される。予熱流体導入口１３から導入される予熱流体は、予熱流体導入側ヘッダー１４にて、最も熱交換率が高くなる方向より、多数本の伝熱管１２と直交するよう外筒１９内に導かれる。外筒１９内に導かれた予熱流体Ｐ１は、外筒１９内に多数設置されているバッフルプレート（邪魔板）１５により伝熱管１２に対し直交および並行の流れに整流されながら、伝熱管１２との間で熱交換される。熱交換により温度が上昇した予熱流体Ｐ１は、予熱流体排出ヘッダー１７に於いて予熱流体流量調整弁Ｖ２から分配される予熱流体Ｐ１と合流し、予熱流体排出口１８から予熱流体Ｐ２として排出される。
【００１４】
本実施例のシステムは、流動焼却炉１に送る予熱流体Ｐ３の温度幅により、必要温度に調節可能なように、輻射式熱交換器２およびシェルアンドチューブ式熱交換器３がそれぞれ設計される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のシステムを用いた、焼却炉と各熱交換器を併設させた概略正面図である。
【図２】図１の実施例の各熱交換器の縦断面図である。
【図３】図２の輻射式熱交換器のＡ−Ａの横断面である。
【図４】図２のシェルアンドチューブ式熱交換器のＢ−Ｂの横断面図である。
【図５】従来の焼却炉と熱交換器を併設させた概略正面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１ 流動焼却炉
２ 輻射型熱交換器
３ シェルアンドチューブ式熱交換器
４ 空気冷却用熱交換器
５ 伝熱管
６ 予熱流体導入口
７ 導入側環状ヘッダー
８ 予熱流体排出側環状ヘッダー
９ 予熱流体排出口
１０ 外筒
１１ 排ガス排出室
１２ 伝熱管
１３ 予熱流体導入口
１４ 予熱流体導入側ヘッダー
１５ バッフルプレート（邪魔板）
１６ 予熱流体導入口
１７ 予熱流体排出側ヘッダー
１８ 予熱流体排出口
１９ 外筒
２０ 排ガス導入室
２１ 排ガス排出室
２２ 排ガス排出口
２３ 排ガス導入口
Ｂ１ 流動空気送風機
Ｂ２ 冷却空気用送風機
Ｐ１ 予熱流体
Ｐ２ 予熱流体
Ｐ３ 予熱流体
Ｖ１ 予熱流体流量調整弁
Ｖ２ 予熱流体流量調整弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動焼却炉等の熱源装置から排ガス等の高温ガスを導入して熱を回収する輻射式熱交換器と、該輻射式熱交換器から温度が低下した上記高温ガスを導入して熱を更に回収すると共に該高温ガスを外部に排出するシェルアンドチューブ式熱交換器から成り、該シェルアンドチューブ式熱交換器に予熱流体を導入して上記回収熱により温度を高めると共に、該高温となった予熱流体を上記輻射式熱交換器に導入して上記回収熱により更に高温にし、該高温となった予熱流体を上記熱源装置に送り込むように構成したことを特徴とする２塔式排熱回収システム。
【請求項２】
シェルアンドチューブ式熱交換器に導入する予熱流体を、上記高温ガスの上流側および下流側にそれぞれ分配するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の２塔式排熱回収システム。
【請求項３】
上記分配される予熱流体の流量を予熱流体流量調整弁によりコントロールすることを特徴とする請求項２に記載の２塔式排熱回収システム。
【請求項１】
流動焼却炉等の熱源装置から排ガス等の高温ガスを導入して熱を回収する輻射式熱交換器と、該輻射式熱交換器から温度が低下した上記高温ガスを導入して熱を更に回収すると共に該高温ガスを外部に排出するシェルアンドチューブ式熱交換器から成り、該シェルアンドチューブ式熱交換器に予熱流体を導入して上記回収熱により温度を高めると共に、該高温となった予熱流体を上記輻射式熱交換器に導入して上記回収熱により更に高温にし、該高温となった予熱流体を上記熱源装置に送り込むように構成したことを特徴とする２塔式排熱回収システム。
【請求項２】
シェルアンドチューブ式熱交換器に導入する予熱流体を、上記高温ガスの上流側および下流側にそれぞれ分配するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の２塔式排熱回収システム。
【請求項３】
上記分配される予熱流体の流量を予熱流体流量調整弁によりコントロールすることを特徴とする請求項２に記載の２塔式排熱回収システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２２４１７３（Ｐ２００８−２２４１７３Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６６１４８（Ｐ２００７−６６１４８）
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（５０３４１６３５３）アルストム テクノロジー リミテッド (394)
【氏名又は名称原語表記】ＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ７， ＣＨ−５４０１ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（５０３４１６３５３）アルストム テクノロジー リミテッド (394)
【氏名又は名称原語表記】ＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ７， ＣＨ−５４０１ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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