(57)【要約】【課題】燃焼排ガスから潜熱をより高効率に回収する。【解決手段】水蒸気を含有する燃焼排ガスと潜熱回収液とを直接に接触させることにより、処理後排ガスと処理後潜熱回収液とを生成する潜熱回収装置本体２と、その処理後潜熱回収液から熱を回収する排熱回収装置１とを備えている。このとき、その潜熱回収液は、吸湿性を有している。このような潜熱回収装置１は、燃焼排ガスと潜熱回収液とを直接に接触させることにより、その燃焼排ガスに含まれる水蒸気をその潜熱回収液に溶解させることができ、燃焼排ガスの水が凝縮する露点温度以上に加熱されることができる。このため、このような潜熱回収装置１は、その燃焼排ガスから凝縮潜熱をより高効率に回収することができる。【選択図】図１
2014126022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を含有する燃焼排ガスと潜熱回収液とを直接に接触させることにより、処理後排ガスと処理後潜熱回収液とを生成する潜熱回収装置本体と、
前記処理後潜熱回収液から熱を回収する排熱回収装置とを備え、
前記潜熱回収液は、吸湿性を有する潜熱回収装置。
【請求項２】
前記潜熱回収液は、希硫酸である
請求項１に記載される潜熱回収装置。
【請求項３】
前記処理後潜熱回収液から熱が回収されることにより生成される冷却後潜熱回収液に硫酸を添加することにより前記潜熱回収液を生成する潜熱回収液維持装置をさらに備える請求項２に記載される潜熱回収装置。
【請求項４】
前記処理後排ガスからミストを回収するミストセパレータをさらに備える請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載される潜熱回収装置。
【請求項５】
前記潜熱回収装置本体は、さらに、前記ミストを前記燃焼排ガスに直接に接触させる請求項４に記載される潜熱回収装置。
【請求項６】
前記排熱回収装置は、
前記処理後潜熱回収液を冷媒と熱交換することにより、前記冷媒が気化した蒸気を生成する熱交換器と、
前記蒸気を用いて回転動力を生成する蒸気タービンと、
前記回転動力を用いて発電する発電機と、
前記蒸気を冷却することにより前記冷媒を生成する復水器とを備える請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載される潜熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱回収装置に関し、水蒸気の潜熱を回収する潜熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼排ガスに含まれる水蒸気の潜熱を回収する潜熱回収装置が知られている。その潜熱回収装置は、水管を備え、その水管に被加熱水が流通しているときに、その水管をその燃焼排ガスに接触させることにより、その燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮させ、その凝縮熱を利用してその被加熱水を加熱する（特開２０１２−７８１８号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
その回収された潜熱は、一般的に、その被加熱水が高温であるほど、より高効率に利用されることができる。その燃焼排ガスに含まれる水蒸気は、その燃焼排ガスの露点より低い温度で凝縮される。このため、このような潜熱回収装置では、その被加熱水がその露点より高く加熱されないで、その燃焼排ガスの露点が低いときに、その燃焼排ガスの凝縮潜熱を回収する効率が低下する。
【０００５】
本発明の課題は、燃焼排ガスの凝縮潜熱をより高効率で回収する潜熱回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による潜熱回収装置は、水蒸気を含有する燃焼排ガスと潜熱回収液とを直接に接触させることにより、処理後排ガスと処理後潜熱回収液とを生成する潜熱回収装置本体と、その処理後潜熱回収液から熱を回収する排熱回収装置とを備えている。このとき、その潜熱回収液は、吸湿性を有している。
【０００７】
このような潜熱回収装置は、その潜熱回収液が吸湿性を有するために、燃焼排ガスと潜熱回収液とを直接に接触させることにより、その燃焼排ガスに含まれる水蒸気をその潜熱回収液に溶解させることができる。さらに、このような潜熱回収液は、沸点が燃焼排ガスに含有される水が凝縮する露点より高いときに、燃焼排ガスの水が凝縮する露点温度以上に加熱されることができる。このため、このような潜熱回収装置は、熱交換フィン等を介して潜熱回収液をその燃焼排ガスに間接的に熱接触させる他の潜熱回収装置に比較して、潜熱回収液をより高温に加熱することができ、その燃焼排ガスから凝縮潜熱をより高効率に回収することができる。
【０００８】
その潜熱回収液は、希硫酸であることが好ましい。希硫酸は、塩化カルシウム水溶液、リチウムブロマイド水溶液に例示される水溶液に比較して、より容易に取り扱うことができる。このため、このような潜熱回収装置は、それらの水溶液等が物質潜熱回収液に適用される他の潜熱回収装置に比較して、ランニングコストをより低減することができる。
【０００９】
本発明による潜熱回収装置は、その処理後潜熱回収液から熱が回収されることにより生成される冷却後潜熱回収液に硫酸を添加することによりその潜熱回収液を生成する潜熱回収液維持装置をさらに備えている。
【００１０】
処理後潜熱回収液は、燃焼排ガスと直接に接触することにより、燃焼排ガスに含有される水蒸気により希釈され、すなわち、処理後潜熱回収液の硫酸の濃度は、潜熱回収液の硫酸の濃度より小さい。このような潜熱回収装置は、その冷却後潜熱回収液を潜熱回収液に再利用することにより、ランニングコストを低減することができる。処理後潜熱回収液は、さらに、逆浸透膜を用いて脱水されることによりその潜熱回収液に再生されることもできる。このような潜熱回収装置は、さらに、その逆浸透膜を用いて潜熱回収液を再生する他の潜熱回収装置に比較して、その冷却後潜熱回収液から潜熱回収液をより容易に生成することができる。
【００１１】
本発明による潜熱回収装置は、その処理後排ガスからミストを回収するミストセパレータをさらに備えている。このような潜熱回収装置は、さらに、その処理後排ガスが環境に放出されるときに、その環境がそのミストにより汚染されることを防止することができる。
【００１２】
その潜熱回収装置本体は、さらに、そのミストをその燃焼排ガスに直接に接触させる。このような潜熱回収装置は、その燃焼排ガスに直接に接触させる潜熱回収液の量を増加させ、その燃焼排ガスの潜熱をより高効率に回収することができる。
【００１３】
その排熱回収装置は、その処理後潜熱回収液を冷媒と熱交換することにより、その冷媒が気化した蒸気を生成する熱交換器と、その蒸気を用いて回転動力を生成する蒸気タービンと、その回転動力を用いて発電する発電機と、その蒸気を冷却することによりその冷媒を生成する復水器とを備えている。
【００１４】
このような潜熱回収装置は、その燃焼排ガスから凝縮潜熱をより高効率に回収することができることにより、その燃焼排ガスの潜熱を用いてより高効率に発電することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による潜熱回収装置は、燃焼排ガスに含有される水が凝縮する露点より高い温度に潜熱回収液を加熱することができ、その燃焼排ガスから潜熱をより高効率に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による潜熱回収装置を示す概略構成図である。
【図２】排熱回収装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明による潜熱回収装置の実施の他の形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明による潜熱回収装置の実施の形態が記載される。その潜熱回収装置１は、図１に示されるように、潜熱回収装置本体２とポンプ３と排熱回収装置５と潜熱回収液維持装置６とミストセパレータ７とを備えている。潜熱回収装置本体２は、ボイラー、ガスタービン、エンジン、焼却炉に例示される燃焼装置から排気される燃焼排ガスが流れる流路８の途中に配置されている。潜熱回収装置本体２は、その燃焼排ガスと潜熱回収液維持装置６により生成される潜熱回収液とを直接に接触させることにより、処理後排ガスを生成し、処理後潜熱回収液を生成する。その潜熱回収液は、概ね８０ｍａｓｓ％硫酸から形成され、吸湿性を有し、その燃焼排ガスに含有される水が凝縮する露点より沸点が高い。
【００１８】
潜熱回収装置本体２は、充填塔１０と散水ノズル１１と排水容器１２とを備えている。充填塔１０は、鉛直方向に流体が流れる流路を形成し、その燃焼排ガスがその流路の鉛直上向きに流れるように、流路８の一部を形成している。充填塔１０は、さらに、その流路に複数の充填剤が充填されている。その複数の充填剤は、その潜熱回収液に耐性がある材料から形成され、たとえば、樹脂から形成されている。散水ノズル１１は、流路８の内部に配置され、充填塔１０の鉛直上側に配置されている。散水ノズル１１は、充填塔１０に充填されている複数の充填剤がその潜熱回収液により濡れるように、その潜熱回収液を充填塔１０に噴霧する。充填塔１０は、散水ノズル１１により噴霧される潜熱回収液がその燃焼排ガスと直接に気液接触させることにより、潜熱回収液を処理後潜熱回収液に変換する。排水容器１２は、充填塔１０の鉛直下側に配置されている。排水容器１２は、充填塔１０により生成される処理後潜熱回収液を貯留する。
【００１９】
ポンプ３は、排水容器１２に貯留された処理後潜熱回収液を排熱回収装置５に供給する。排熱回収装置５は、ポンプ３から供給された処理後潜熱回収液の熱を用いて、他の装置で利用されるエネルギーを生成する。このとき、排熱回収装置５は、その処理後潜熱回収液を冷却することにより、その処理後潜熱回収液を冷却後潜熱回収液に変換する。潜熱回収液維持装置６は、排熱回収装置５により生成された冷却後潜熱回収液に硫酸を添加することにより、その冷却後潜熱回収液を潜熱回収液に変換する。
【００２０】
ミストセパレータ７は、流路８の内部に配置され、潜熱回収装置本体２より下流側に配置されている。ミストセパレータ７は、潜熱回収装置本体２により生成された処理後排ガスからミストを回収することにより、その処理後排ガスを出口排ガスに変換する。ミストセパレータ７は、さらに、充填塔１０から排水される処理後潜熱回収液とともにそのミストが排水容器１２に貯留されるように、そのミストを排水容器１２に供給する。
【００２１】
図２は、排熱回収装置５を示している。排熱回収装置５は、熱交換器２１と蒸気タービン２２と発電機２３と復水器２４とポンプ２５とを備えている。熱交換器２１は、排熱回収装置５に供給される処理後潜熱回収液をポンプ２５から供給される冷媒と熱交換することにより、その処理後潜熱回収液を冷却し、ポンプ２５から供給される冷媒を加熱し、その冷媒が気化した蒸気を生成する。その冷媒としては、水が例示される。蒸気タービン２２は、熱交換器２１により生成された蒸気の運動エネルギーを用いて、回転動力を生成する。発電機２３は、蒸気タービン２２により生成された回転動力を用いて発電する。復水器２４は、蒸気タービン２２から排気された蒸気を冷却することにより、その蒸気が凝縮された冷媒を生成する。ポンプ２５は、復水器２４により生成された冷媒を熱交換器２１に供給する。
【００２２】
潜熱回収装置１は、まず、充填塔１０に充填されている複数の充填剤がその潜熱回収液により濡れるように、散水ノズル１１がその潜熱回収液を充填塔１０に噴霧する。その潜熱回収液は、そのボイラーから排気される燃焼排ガスが流路８を流れているときに、その燃焼排ガスとその複数の充填剤の表面で直接に気液接触する。その潜熱回収液は、その燃焼排ガスと直接に気液接触することにより、その燃焼排ガスに含有される水蒸気を溶解する。その潜熱回収液は、その燃焼排ガスに含有される水蒸気がその潜熱回収液に溶解することにより、硫酸の濃度が低下する。その潜熱回収液は、その燃焼排ガスと直接に気液接触することにより、さらに、その水蒸気が凝縮する凝縮熱により加熱される。このとき、その潜熱回収液は、その燃焼排ガスに含有される水が凝縮する露点よりその潜熱回収液の沸点が高いことにより、その燃焼排ガスに含まれる水蒸気が凝縮する露点より高い温度まで加熱される。その潜熱回収液は、その燃焼排ガスと直接に気液接触した後に、充填塔１０から落下して、排水容器１２に貯留される。
【００２３】
ポンプ３は、排水容器１２に貯留された潜熱回収液を排熱回収装置５に供給する。その潜熱回収液は、排熱回収装置５で冷却され、冷却後潜熱回収液に変換される。このため、その冷却後潜熱回収液は、その潜熱回収液より温度が低い。潜熱回収液維持装置６は、その冷却後潜熱回収液に硫酸を添加することにより、塩酸の濃度が所定の濃度範囲に含まれる潜熱回収液を生成する。潜熱回収液維持装置６により生成された潜熱回収液は、再度、散水ノズル１１により充填塔１０に噴霧される。
【００２４】
充填塔１０を流れる燃焼排ガスは、充填塔１０でその潜熱回収液に気液接触することにより、その燃焼排ガスに含有される水蒸気がその潜熱回収液に溶解され、処理後排ガスに変換される。このとき、その処理後排ガスは、その燃焼排ガスの水蒸気がその潜熱回収液に溶解されることにより、その処理後排ガスに含有される水蒸気が凝縮する露点が、その燃焼排ガスに含有される水蒸気が凝縮する露点より低い。その処理後排ガスは、さらに、充填塔１０でその潜熱回収液に気液接触することにより、冷却される。その処理後排ガスは、さらに、その潜熱回収液の飛沫を含有している。
【００２５】
その処理後排ガスは、ミストセパレータ７でミストが回収されることにより、出口排ガスに変換される。そのミストは、ミストセパレータ７により排水容器１２に供給され、充填塔１０から排水される処理後潜熱回収液とともに排水容器１２に貯留される。その出口排ガスは、ミストセパレータ７によりその潜熱回収液の飛沫が除去されることにより、その処理後排ガスに比較して、環境に及ぼす悪影響が低減されている。
【００２６】
このような動作によれば、その処理後潜熱回収液は、燃焼排ガスに含有される水が凝縮する露点よりその潜熱回収液の沸点が高いことにより、その燃焼排ガスがその潜熱回収液に直接に気液接触したときに、その燃焼排ガスに含まれる水蒸気が凝縮する露点より高い温度まで加熱される。熱は、一般的に、高温であるほど高効率に回収されることができる。このため、潜熱回収装置１は、その処理後潜熱回収液をその燃焼排ガスの露点より高い温度に加熱することができることにより、その燃焼排ガスに含有される水蒸気が凝縮する凝縮潜熱をより高効率に回収することができる。すなわち、このような潜熱回収装置は、熱交換フィン等を介して潜熱回収液をその燃焼排ガスに間接的に熱接触させる他の潜熱回収装置に比較して、その潜熱回収液をより高温に加熱することができ、その燃焼排ガスから凝縮潜熱をより高効率に回収することができる。
【００２７】
たとえば、その処理後潜熱回収液は、その潜熱回収液の温度が５０℃である場合で、その燃焼排ガスが１２０℃であり、その燃焼排ガスの露点が５０℃であるときに、１１０℃まで加熱されることができる。このとき、その潜熱回収液が潜熱回収装置本体２に供給される供給量は、その燃焼排ガスが排気される排気量が１０００ｔ／ｈであるときに、８７０ｔ／ｈとすることができ、排熱回収装置５は、６１ＭＷまで回収されることができる。
【００２８】
さらに、その出口排ガスは、８０℃までしか冷却されないで、露点が１℃になるまで除湿されることができる。環境の温度より露点が高い排ガスは、一般的に、環境に排気したときに、白煙が発生する。露点が高い排ガスは、環境に排気する直前に再加熱することにより、白煙の発生を防止することができる。このような出口排ガスは、露点が十分に低く、環境に排気したときに、白煙が発生しない。このため、潜熱回収装置１が適用された排ガス処理装置は、白煙を防止するために再加熱する必要がなく、その出口排ガスは、より容易に環境に排気することができる。
【００２９】
潜熱回収装置１は、その燃焼排ガスをその潜熱回収液に直接に気液接触させることにより、さらに、その燃焼排ガスから硫黄酸化物ＳＯｘを除去することができ、その燃焼排ガスから粉塵を除去することができる。このため、潜熱回収装置１が適用された排ガス処理装置は、その燃焼排ガスを脱硫する脱硫装置、または、その燃焼排ガスを除塵する集塵装置の能力を低減することができ、または、その脱硫装置または集塵装置を省略することができる。
【００３０】
潜熱回収装置１は、その処理後排ガスから潜熱回収液の飛沫をミストセパレータ７により回収することにより、その潜熱回収液により環境を汚染することを防止することができる。潜熱回収装置１は、さらに、ミストセパレータ７により回収されたミストをその処理後潜熱回収液に混合することにより、その潜熱回収液が減少する程度を低減することができ、ランニングコストを低減することができる。
【００３１】
なお、潜熱回収装置１は、潜熱回収装置本体２により生成される処理後排ガスが潜熱回収液の飛沫を含有する量が十分に小さいときに、ミストセパレータ７を省略することもできる。ミストセパレータ７が省略された潜熱回収装置も、既述の実施の形態における潜熱回収装置１と同様にして、その燃焼排ガスから凝縮潜熱をより高効率に回収することができる。
【００３２】
本発明による潜熱回収装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態におけるミストセパレータ７他のミストセパレータに置換されている。その潜熱回収装置３１は、図３に示されるように、既述の実施の形態における潜熱回収装置１と同様にして、潜熱回収装置本体２とポンプ３と排熱回収装置５と潜熱回収液維持装置６とを備えている。潜熱回収装置３１は、ミストセパレータ３２を備えている。
【００３３】
ミストセパレータ３２は、流路８の内部に配置され、充填塔１０の鉛直上側に配置されている。ミストセパレータ３２は、潜熱回収装置本体２により生成された処理後排ガスからミストを回収することにより、その処理後排ガスを出口排ガスに変換する。ミストセパレータ３２は、さらに、そのミストを落下させることにより、そのミストを充填塔１０に供給する。
【００３４】
このような潜熱回収装置３１は、既述の実施の形態における潜熱回収装置１と同様にして、その燃焼排ガスから凝縮潜熱をより高効率に回収することができる。潜熱回収装置３１は、さらに、ミストセパレータ３２により回収されたミストを充填塔１０に供給することにより、その燃焼排ガスに気液接触させる潜熱回収液の量を増加させることができ、その燃焼排ガスをより高効率にその潜熱回収液に気液接触させることができ、その燃焼排ガスから凝縮潜熱をより高効率に回収することができる。
【００３５】
なお、潜熱回収液維持装置６は、硫酸を添加しないで潜熱回収液に硫酸が含有する濃度を上昇させる他の潜熱回収液維持装置に置換されることができる。その潜熱回収液維持装置としては、逆浸透膜を利用して潜熱回収液を脱水することにより、その潜熱回収液の中の硫酸の濃度を上昇させる装置が例示される。このような逆浸透膜は、周知であり、たとえば、特表２００９−５２８９１８号公報に開示されている。このような潜熱回収液維持装置が適用された潜熱回収装置も、既述の実施の形態における潜熱回収装置１、３１と同様にして、その燃焼排ガスの露点より高温にその潜熱回収液を加熱することができ、その燃焼排ガスの潜熱より高効率に回収することができる。
【００３６】
なお、潜熱回収液維持装置６は、その潜熱回収液の中の硫酸の濃度が低下する速度が十分に小さいときに、省略することができる。潜熱回収液維持装置６が省略された潜熱回収装置は、その潜熱回収液の中の硫酸の濃度が十分に低下したときに、硫酸の濃度が低下した潜熱回収液が新規の潜熱回収液に置換されて、再度運転が再開される。このような潜熱回収装置は、既述の実施の形態における潜熱回収装置１、３１と同様にして、その燃焼排ガスの潜熱より高効率に回収することができる。
【００３７】
なお、潜熱回収液は、希硫酸と異なる他の潜熱回収液に置換されることができる。その潜熱回収液は、吸湿性がある液体であり、その燃焼排ガスに含有される水が凝縮する露点より沸点が高く、たとえば、塩化カルシウムＣａＣｌ２水溶液、リチウムブロマイドＬｉＢｒ水溶液が例示される。このような潜熱回収液が適用された潜熱回収装置は、既述の実施の形態における潜熱回収装置１、潜熱回収装置３１と同様にして、その燃焼排ガスの露点より高温にその潜熱回収液を加熱することができ、その燃焼排ガスの潜熱より高効率に回収することができる。希硫酸は、このような潜熱回収液に比較して、安価であり、より容易に取り扱うことができる。このため、潜熱回収装置１、３１は、このような潜熱回収液が適用された他の潜熱回収装置に比較して、ランニングコストをより低減することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  ：潜熱回収装置
２  ：潜熱回収装置本体
３  ：ポンプ
５  ：排熱回収装置
６  ：潜熱回収液維持装置
７  ：ミストセパレータ
８  ：流路
１０：充填塔
１１：散水ノズル
１２：排水容器
２１：熱交換器
２２：蒸気タービン
２３：発電機
２４：復水器
２５：ポンプ
３１：潜熱回収装置
３２：ミストセパレータ
【図１】
2014126022.tif 000003
【図２】
2014126022.tif 000004
【図３】
2014126022.tif 000005