(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を被加熱流体が流通する胴と、胴内における被加熱流体の流れ方向の上流側端部に配置されかつ加熱流体が流通する第１の伝熱管と、胴内における被加熱流体の流れ方向の上流側端部を除いた部分に配置されかつ加熱流体が流通する第２の伝熱管とを備えており、第２の伝熱管内に送り込まれた水蒸気がこの伝熱管を通過する間に凝縮し、これにより得られた蒸気ドレン水が第１の伝熱管内を流れるようになされ、第２の伝熱管を流れる水蒸気が凝縮するさいの潜熱を利用して胴側の被加熱流体を加熱し、第１の伝熱管内を流れる蒸気ドレン水の顕熱を利用して胴側の被加熱流体を加熱するようになされている多管式熱交換器。
【請求項２】
胴の外部に、第１の伝熱管内を通過した蒸気ドレン水を溜める貯留タンクが設けられており、第１の伝熱管と貯留タンクとを接続する導管に、蒸気ドレン水の圧力を低下させる圧力低下手段が設けられている請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項３】
圧力低下手段がオリフィスである請求項２記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
第１の伝熱管内を流通する蒸気ドレン水の流量を制御する流量制御手段を備えている請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項５】
胴の外部に、第１の伝熱管内を流通した蒸気ドレン水を溜める貯留タンクが設けられており、第１の伝熱管と貯留タンクとを接続する導管に流量制御手段が設けられ、流量制御手段が、導管に設けられかつ蒸気ドレン水の圧力を低下させる圧力低下手段と、圧力低下手段よりも貯留タンク側において導管に設けられた流量制御弁と、圧力低下手段よりも伝熱管側における蒸気ドレン水の温度を測定し、この温度に基いて流量制御弁の開度を調節する制御器とよりなる請求項４記載の多管式熱交換器。
【請求項６】
圧力低下手段がオリフィスである請求項５記載の多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は多管式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ごみ焼却プラントや化学プラントにおけるＨＣｌ、ＳＯｘ等の腐食性有害ガスを含む排ガスの処理プロセスにおいては、０〜５０℃程度の排ガスを１８０℃程度まで加熱しなければならないことがある。
【０００３】
ごみ焼却プラントの排ガス処理プロセスにおいて排ガスを加熱するために、従来、図２に示す多管式熱交換器が用いられていた。図２において、従来の多管式熱交換器(20)は、排ガス入口(21a) および排ガス出口(21b) を有する胴(21)と、胴(21)を貫通するように配置された複数の伝熱管(22)とを備えている。全ての伝熱管(22)の一端は入口ヘッダ(23)に接続されるとともに、同他端が出口ヘッダ(24)に接続されており、入口ヘッダ(23)に送り込まれた水蒸気が伝熱管(22)内を流通する間に凝縮して蒸気ドレン水になり、このときの潜熱を利用して胴(21)側の排ガスが加熱されるようになされている。出口ヘッダ(24)は導管(25)を介してドレン水貯留タンク(26)に接続されている。導管(25)にはドレン水トラップ(27)が設けられている。ドレン水トラップ(27)は、ドレン水が設定レベル以上になったときに、自動的にドレン水をブローさせるものである。
【０００４】
従来の多管式熱交換器(20)を用いての０〜５０℃の排ガスをたとえば１８０℃に加熱する加熱処理は次のようにして行われる。排ガスは排ガス入口(21a) から胴(21)内に送り込まれる。一方、圧力１５ｋｇ／ｃｍ2 で温度２００℃の飽和水蒸気が入口ヘッダ(23)に送り込まれ、各伝熱管(22)内を出口ヘッダ(24)側に流れる。そして、各伝熱管(22)内を通過する間に水蒸気が凝縮し、その潜熱を利用して胴(21)側の排ガスが加熱され、加熱された排ガスは排ガス出口(21b) を通って胴(21)から送り出される。水蒸気が凝縮することにより得られた蒸気ドレン水は、貯留タンク(26)に送られて貯留される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多管式熱交換器(20)では、排ガスの加熱処理時において、水蒸気および排ガスの熱伝達率が３０４〜４０ｋｃａｌ／ｍ2 ・ｈ・℃と低いことに起因して、排ガス入口(21a) 側、すなわち低温側の伝熱管(22)の外表面の温度は、（０〜５０℃＋２００℃）／２＝１００〜１２５℃となる。この温度は塩酸露点や硫酸露点以下であるので、排ガス入口(21a) 側の伝熱管(22)が腐食環境下におかれることになり、伝熱管(22)に露点腐食が発生するおそれがある。
【０００６】
また、貯留タンク(26)に送られる蒸気ドレン水の圧力は１５ｋｇ／ｃｍ2 であるので、貯留タンク(26)として耐圧性を有する圧力容器を用いる必要があり、法規的規制もあって構造が複雑になるとともにコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、伝熱管に腐食が発生するのを防止しうる多管式熱交換器を提供することにある。
【０００８】
この発明の他の目的は、蒸気ドレン水の貯留タンクとして圧力容器を用いる必要のない多管式熱交換器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
この発明による多管式熱交換器は、内部を被加熱流体が流通する胴と、胴内における被加熱流体の流れ方向の上流側端部に配置されかつ加熱流体が流通する第１の伝熱管と、胴内における被加熱流体の流れ方向の上流側端部を除いた部分に配置されかつ加熱流体が流通する第２の伝熱管とを備えており、第２の伝熱管内に送り込まれた水蒸気がこの伝熱管を通過する間に凝縮し、これにより得られた蒸気ドレン水が第１の伝熱管内を流れるようになされ、第２の伝熱管を流れる水蒸気が凝縮するさいの潜熱を利用して胴側の被加熱流体を加熱し、第１の伝熱管内を流れる蒸気ドレン水の顕熱を利用して胴側の被加熱流体を加熱するようになされているものである。
【００１０】
この発明の多管式熱交換器を用いて、たとえばＨＣｌ、ＳＯｘ等の腐食性有害ガスを含む０〜５０℃の排ガスを１８０℃まで加熱する加熱処理を行う場合、排ガスが入口から胴内に送り込まれ、出口から送り出される。一方、たとえば圧力１５ｋｇ／ｃｍ2 で温度２００℃の飽和水蒸気が第２の伝熱管に送り込まれる。水蒸気は第２の伝熱管内を流れる間に凝縮し、水蒸気が凝縮するさいの潜熱を利用して胴側の排ガスが加熱される。水蒸気が凝縮することにより得られた蒸気ドレン水の温度は２００℃であり、その圧力は１５ｋｇ／ｃｍ2 であって、この蒸気ドレン水が第１の伝熱管内に送り込まれ、この伝熱管内を流れる間に蒸気ドレン水の顕熱を利用してス入口から胴内に送り込まれた排ガスが加熱される。蒸気ドレン水の熱伝達率は、５０００ｋｃａｌ／ｍ2 ・ｈ・℃と優れているので、第１の伝熱管の外表面の温度は蒸気ドレン水の温度とほぼ等しくなる。したがって、第１の伝熱管の外表面の温度は２００℃程度となり、塩酸露点や硫酸露点以下の温度になることが防止され、その結果第１の伝熱管が腐食環境下におかれることが防止されて第１の伝熱管の腐食が防止される。なお、第１の伝熱管内を流通する蒸気ドレン水の顕熱を利用して排ガスが加熱されるので、第２熱交換部の伝熱管を通過した蒸気ドレン水の温度は低下して１５０℃程度となり、その結果圧力も４ｋｇ／ｃｍ2 程度に低下する。
【００１１】
この発明の多管式熱交換器において、胴の外部に、第１の伝熱管内を通過した蒸気ドレン水を溜める貯留タンクが設けられており、第１の伝熱管と貯留タンクとを接続する導管に、蒸気ドレン水の圧力を低下させる圧力低下手段が設けられていることがある。
【００１２】
この場合、第１の伝熱管を通過しかつその顕熱により胴側の流体を加熱して温度および圧力が低下した蒸気ドレン水の圧力は、圧力低下手段によってさらに低下させられる。したがって、貯留タンクとしては圧力容器ではなく、大気開放型容器を用いることが可能になり、その構造が単純化されるとともにコストが安くなる。
【００１３】
上記圧力低下手段としては、たとえばオリフィスが用いられる。この場合、簡単な構成で蒸気ドレン水の圧力を低下させることができる。
【００１４】
この発明の多管式熱交換器において、第１の伝熱管内を流通する蒸気ドレン水の流量を制御する流量制御手段を備えていることがある。
【００１５】
この場合、流量制御手段により、第１の伝熱管から送り出される蒸気ドレン水の温度が、塩酸露点や硫酸露点よりも高くなるように、蒸気ドレン水の流量を制御することができ、これにより第１の伝熱管の外表面の温度が塩酸露点や、硫酸露点以下の温度になることを確実に防止し、ひいてはこれらの伝熱管が腐食環境下におかれることを確実に防止することができる。
【００１６】
上記流量制御手段を備えた多管式熱交換器において、胴の外部に、第１の伝熱管内を流通した蒸気ドレン水を溜める貯留タンクが設けられており、第１の伝熱管と貯留タンクとを接続する導管に流量制御手段が設けられ、流量制御手段が、導管に設けられかつ蒸気ドレン水の圧力を低下させる圧力低下手段と、圧力低下手段よりも貯留タンク側において導管に設けられた流量制御弁と、圧力低下手段よりも伝熱管側における蒸気ドレン水の温度を測定し、この温度に基いて流量制御弁の開度を調節する制御器とよりなることがある。この場合、流量制御弁よりも第１の伝熱管側に圧力低下手段が設けられているので、流量制御弁に流入する蒸気ドレン水の圧力を圧力低下手段によって低下させておけば、流量制御器による流量制御弁の開度の調節により流量の制御性が向上する。
【００１７】
上記圧力低下手段としては、たとえばオリフィスが用いられる。この場合、簡単な構成で蒸気ドレン水の圧力を低下させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１はこの発明による多管式熱交換器を示す。
【００２０】
図１において、多管式熱交換器(1) は、流体入口(2a)および流体出口(2b)を有しており、かつ内部を被加熱流体が流通する胴(2) と、流体入口(2a)側端部、すなわち被加熱流体の流れ方向上流側端部において胴(2) を貫通するように配置された第１の伝熱管(4) と、第１の伝熱管(4) よりも流体出口(2b)側、すなわち流体入口(2a)側端部を除いた部分において胴(2) を貫通するように配置された第２の伝熱管(5) とを有している。なお、図１は、両伝熱管(4)(5)の数を正確に示すものではなく、流体入口(2a)側端部に第１の伝熱管(4) が配置され、これより流体出口(2b)側に第１の伝熱管(4) よりは多くの第２の伝熱管(5) が配置されていることを模式的に示すものである。
【００２１】
両伝熱管(4)(5)の一端はそれぞれ入口ヘッダ(6)(7)に接続され、同他端はそれぞれ出口ヘッダ(8)(9)に接続されている。第１の伝熱管(4) の入口ヘッダ(6) と第２の伝熱管(5) の出口ヘッダ(9) とは導管(10)により接続されている。そして、第２の伝熱管(5) に入口ヘッダ(7) に水蒸気が送り込まれ、水蒸気が第２の伝熱管(5) を流れる間に凝縮してその潜熱により胴(2) 側の流体を加熱する。第２の伝熱管(5) を流れる間に凝縮した蒸気ドレン水は出口ヘッダ(9) から導管(10)を通って第１の伝熱管(4) の入口ヘッダ(6) に送り込まれ、蒸気ドレン水が第１の伝熱管(4) を流れる間にその顕熱により胴(2) 側の流体を加熱する。なお、導導管(10)にはドレン水トラップ(11)が設けられている。ドレン水トラップ(11)は、ドレン水が設定レベル以上になったときに、自動的にドレン水をブローさせるものである。
【００２２】
また、第１の伝熱管(4) の出口ヘッダ(8) は、導管(12)を介して大気開放型のドレン水貯留タンク(13)に接続されている。導管(12)には第１の伝熱管(4) 側からオリフィス(14)（圧力低下手段）および電磁弁 (15)（流量制御弁）が設けら れている。電磁弁(15)は、温度指示制御器(16)に接続されている。温度指示制御器(16)は、オリフィス(14)よりも第１の伝熱管(4) 側において導管(12)内を流れる蒸気ドレン水の温度を測定し、この温度が所定の温度となるように電磁弁(15)の開度を調節するものである。
【００２３】
上記構成の多管式熱交換器(1) を用いて、たとえばＨＣｌ、ＳＯｘ等の腐食性有害ガスを含む０〜５０℃の排ガスを１８０℃に加熱する加熱処理の方法は次の通りである。０〜５０℃の排ガスが流体入口(2a)から胴(2) 内に送り込まれ、流体出口(2b)から送り出される。一方、たとえば圧力１５ｋｇ／ｃｍ2 で温度２００℃の飽和水蒸気が第２の伝熱管(5) の入口ヘッダ(7) に送り込まれ、第２の伝熱管(5) 内を出口ヘッダ(9) 側に流れる。そして、水蒸気が第２の伝熱管(5) を流れる間に凝縮し、水蒸気が凝縮するさいの潜熱を利用して胴(2) 側の排ガスが加熱される。水蒸気が凝縮することにより得られた蒸気ドレン水の圧力は１５ｋｇ／ｃｍ2 、温度は２００℃であり、出口ヘッダ(9) から導管(10)を通って第１の伝熱管(4) の入口ヘッダ(6) に送り込まれ、第１の伝熱管(4) 内を出口ヘッダ(8) 側に流れる。そして、第１の伝熱管(4) を流れる間に蒸気ドレン水の顕熱を利用して胴(2) 側の排ガスが加熱される。
【００２４】
出口ヘッダ(8) に流入した蒸気ドレン水は、導管(12)を通ってドレン水貯留タンク(13)に流入する。第１の伝熱管(4) 内を流通する蒸気ドレン水の顕熱を利用して排ガスが加熱されるので、第１の伝熱管(4) を通過した蒸気ドレン水の温度は低下するが、導管(12)を通る蒸気ドレン水の温度が、たとえば１５０℃になるように、制御器(16)により電磁弁(15)の開度を調節すると、蒸気ドレン水の熱伝達率が５０００ｋｃａｌ／ｍ2 ・ｈ・℃と優れていることによって、第１の伝熱管(4) の外表面の温度は１５０℃以下にならない。したがって、第１の伝熱管(4) の外表面の温度が塩酸露点や硫酸露点以下の温度になることが防止され、その結果第１の伝熱管(4) が腐食環境下におかれることが防止されて第１の伝熱管(4) の腐食が防止される。
【００２５】
また、１５０℃の蒸気ドレン水の圧力は４ｋｇ／ｃｍ2 に低下しており、オリフィス(14)を通過するさいにさらに圧力が低下させられる。オリフィス(14)によって、たとえば４ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を０ｋｇ／ｃｍ2 まで低下させると、大気開放型である貯留タンク(13)に蒸気ドレン水が送り込まれても、何等支障はない。
【００２６】
上記実施形態においては、第１の伝熱管(4) と貯留タンク(13)とを接続する導管(12)に設けられた１つのオリフィス(14)が、貯留タンク(13)を大気開放型にするための圧力低下手段と、温度指示制御器(16)による電磁弁(15)の開度の調整のさいの流量の制御性を向上させるための圧力低下手段とを兼ねているが、これらの圧力低下手段は、別々に設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の多管式熱交換器を示す構成図である。
【図２】従来の多管式熱交換器を示す構成図である。
【符号の説明】
(1)：多管式熱交換器
(2)：胴
(4)：第１の伝熱管
(5)：第２の伝熱管
(12)：導管
(13)：貯留タンク
(14)：オリフィス（圧力低下手段）
(15)：電磁弁（流量制御弁）
(16)：温度指示制御器
【図１】
0003706962.tif 000002
【図２】
0003706962.tif 000003