(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃ガス排出管の上流から下流に向かって順番に配置された第１熱交換器、改質器および改質フィード予熱器を含み、前記廃ガス排出管の前記上流の廃ガス温度が、前記下流の廃ガス温度よりも高く、
前記改質フィード予熱器の一端が、改質フィード用の供給装置に接続され、前記改質フィード予熱器の他端が、前記改質器に接続され、
前記改質器が、温度調節器に取り付けられ、前記改質器の内側の温度を制御し、
前記改質器が、触媒床と、熱平衡管とを含み、前記改質器の前記触媒床と比較して、前記改質器の前記熱平衡管は、前記廃ガス排出管の上流の近くに配置される、廃熱回収装置。
【請求項２】
前記廃ガス排出管の前記上流の前記廃ガス温度が、２００℃〜４００℃であり、前記廃ガス排出管の前記下流の前記廃ガス温度が、１００℃〜２００℃未満である請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項３】
前記改質器の内側の前記温度が、２００℃〜３５０℃に制御される請求項１〜２のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項４】
前記改質フィード予熱器が、前記改質器内に一体化される請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項５】
前記改質器が、水素生成用の化石燃料改質器である請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項６】
前記水素生成用の化石燃料改質器によって使用される改質フィードが、炭素数１〜５の炭化水素を含む請求項５に記載の廃熱回収装置。
【請求項７】
前記第１熱交換器の冷却流体が、水、空気、燃料供給またはその組み合わせを含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項８】
前記改質フィード予熱器の下流に配置された第２熱交換器をさらに含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項９】
前記第２熱交換器の冷却流体が、水、空気、燃料供給またはその組み合わせを含む請求項８に記載の廃熱回収装置。
【請求項１０】
前記廃ガス排出管に接続された燃焼設備と、
順番に第１パイプ、前記第２熱交換器および第２パイプを介して前記燃焼設備に接続されるとともに、順番に前記第１パイプ、第３パイプ、前記第１熱交換器、第４パイプおよび前記第２パイプを介して前記燃焼設備に接続された水ポンプと、
順番に第５パイプ、前記第２熱交換器、送風機および第６パイプを介して前記燃焼設備に接続された空気供給器と、
順番に第７パイプ、前記第２熱交換器および第８パイプを介して前記燃焼設備に接続された燃料供給装置と、
前記温度調節器からの信号を受信し、それによって電源をオンまたはオフにして、前記第３パイプを介して水流量を制御するよう構成された電磁バルブと、
前記改質器によって生成された水素を前記第８パイプに転送する第９パイプと
をさらに含む請求項８〜９のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項１１】
燃焼設備によって生成された燃焼廃ガスを提供することと、
前記燃焼廃ガスを第１熱交換器、改質器および改質フィード予熱器に順番に通過させることと
を含み、前記第１熱交換器の抽熱温度が、前記改質器の抽熱温度よりも高く、前記改質器の前記抽熱温度が、前記改質フィード予熱器の抽熱温度よりも高く、
前記改質フィード予熱器の一端が、改質フィード用の供給装置に接続され、前記改質フィード予熱器の他端が、前記改質器に接続され、
前記改質器が、温度調節器に取り付けられ、前記改質器の内側の温度を制御し、
前記改質器が、触媒床と、熱平衡管とを含み、前記改質器の前記触媒床と比較して、前記改質器の前記熱平衡管は、前記廃ガス排出管の上流の近くに配置される、廃熱回収方法。
【請求項１２】
前記改質フィード予熱器によって改質フィードが加熱された後、前記改質フィードが、前記改質器の触媒床に入る前に、前記改質器の熱平衡管に入る請求項１１に記載の廃熱回収方法。
【請求項１３】
前記改質器が、水素生成用の化石燃料改質器である請求項１１〜１２のいずれか１項に記載の廃熱回収方法。
【請求項１４】
前記水素生成用の化石燃料改質器によって生成された水素含有ガスが、前記燃焼設備に導入される請求項１３に記載の廃熱回収方法。
【請求項１５】
前記燃焼廃ガスを前記改質フィード予熱器に通過させる前記ステップの後に、前記燃焼廃ガスを第２熱交換器に通過させることをさらに含み、前記改質フィード予熱器の前記抽熱温度が、前記第２熱交換器の抽熱温度よりも高い請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の廃熱回収方法。
【請求項１６】
前記第２熱交換器の冷却流体が、水、空気、燃料供給またはその組み合わせを含む請求項１５に記載の廃熱回収方法。
【請求項１７】
前記第１熱交換器の冷却流体が、水、空気、燃料供給またはその組み合わせを含む請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の廃熱回収方法。
【請求項１８】
前記改質器によって使用される改質フィードが、炭素数１〜５の炭化水素を含む請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の廃熱回収方法。
【請求項１９】
前記燃焼設備が、ボイラを含む請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の廃熱回収方法。
【請求項２０】
順番に配置された第１熱交換器、改質器および改質フィード予熱器を含み、廃ガス排出管が、燃焼設備に接続され、前記第１熱交換器および前記改質器が、前記燃焼設備内に配置され、前記改質フィード予熱器が、前記廃ガス排出管内に配置され、
前記改質フィード予熱器の一端が、改質フィード用の供給装置に接続され、前記改質フィード予熱器の他端が、前記改質器に接続され、
前記改質器が、温度調節器に取り付けられ、前記改質器の内側の温度を制御し、
前記改質器が、触媒床と、熱平衡管とを含み、前記改質器の前記触媒床と比較して、前記改質器の前記熱平衡管は、前記廃ガス排出管の上流の近くに配置される、廃熱回収装置。
【請求項２１】
前記改質器の内側の前記温度が、４００℃〜８００℃に制御される請求項２０に記載の廃熱回収装置。
【請求項２２】
前記改質器が、触媒床と、熱平衡管とを含む請求項２０〜２１のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項２３】
前記改質器が、水素生成用の化石燃料改質器である請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項２４】
前記水素生成用の化石燃料改質器によって使用される改質フィードが、炭素数１〜５の炭化水素を含む請求項２３に記載の廃熱回収装置。
【請求項２５】
前記第１熱交換器の冷却流体が、水、空気、燃料供給またはその組み合わせを含む請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項２６】
前記改質フィード予熱器の下流に配置された第２熱交換器をさらに含む請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項２７】
前記第２熱交換器の冷却流体が、水、空気、燃料供給またはその組み合わせを含む請求項２６に記載の廃熱回収装置。
【請求項２８】
前記廃ガス排出管に接続された燃焼設備と、
順番に第１パイプ、前記第２熱交換器および第２パイプを介して前記燃焼設備に接続されるとともに、順番に前記第１パイプおよび第３パイプを介して前記燃焼設備の内側にある前記第１熱交換器に接続された水ポンプと、
順番に第４パイプ、前記第２熱交換器、送風機および第５パイプを介して前記燃焼設備に接続された空気供給器と、
順番に第６パイプ、前記第２熱交換器および第７パイプを介して前記燃焼設備に接続された燃料供給装置と、
前記温度調節器からの信号を受信し、それによって電源をオンまたはオフにして、前記第３パイプを介して水流量を制御するよう構成された電磁バルブと、
前記改質器によって生成された水素を前記第７パイプに転送する第９パイプと
をさらに含む請求項２６〜２７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱回収装置および廃熱回収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種蒸気ボイラやバーナー等の燃焼設備は、通常、大量の廃熱を排出するが、燃料の１００％を使い切ることはできないため、排出された大気中に可燃成分が提供される。不完全燃焼だけでなく、炭素鎖の長い燃料（例えば、重油、ディーゼル油等）によって、深刻な炭素堆積や悪臭廃棄物の排出等の問題が生じる。これらの問題は、操作寿命や機器の性能を低減するだけでなく、環境汚染ももたらす。
【０００３】
機器が定期的にメンテナンスされていても、性能の劣化によってエネルギー消費の増加が生じる。国内のボイラ業者の情報によると、ボイラのライフサイクルの間に消費されるエネルギー費用は、総投資費用（機器購入、エネルギー、メンテナンス等を含む）の９９％以上を占めるため、機器の調達費よりもはるかに高い。これは、エネルギーの使用を減らすことがボイラ関連技術において最も重要な費用管理項目であることを示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため、ボイラ業界は、いかにしてエネルギー効率を上げつつコストを下げるか、特に、いかにしてボイラの廃熱を効率よく利用しつつ炭素堆積や外皮形成を減らすかという課題について、関心が高い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、廃熱を効率よく利用し、同時に、老化、炭素堆積、外皮形成によりボイラ効率が低下する問題を解決することのできる廃熱回収装置および廃熱回収方法を提供する。
【０００６】
本発明の１つの実施形態において、廃ガス排出管の上流から下流に向かって順番に配置された第１熱交換器、改質器（reformer）および改質フィード予熱器（reformer feed pre-heater）を含む廃熱回収装置を提供する。廃ガス排出管の上流の廃ガス温度は、下流の廃ガス温度よりも高い。改質フィード予熱器の一端は、改質フィード用の供給装置に接続され、改質フィード予熱器の他端は、改質器に接続される。また、改質器は、温度調節器に取り付けられ、改質器の内側の温度を制御する。
【０００７】
本発明の別の実施形態において、燃焼設備によって生成された燃焼廃ガスを提供することと、燃焼廃ガスを第１熱交換器、改質器および改質フィード予熱器に順番に通過させることとを含む廃熱回収方法を提供する。第１熱交換器の抽熱温度は、改質器の抽熱温度よりも高く、改質器の抽熱温度は、改質フィード予熱器の抽熱温度よりも高い。改質フィード予熱器の一端は、改質フィード用の供給装置に接続され、改質フィード予熱器の他端は、改質器に接続される。また、改質器は、温度調節器に取り付けられ、改質器の内側の温度を制御する。
【０００８】
本発明の別の実施形態において、順番に配置された第１熱交換器、改質器および改質フィード予熱器を含む廃熱回収装置を提供する。廃ガス排出管は、燃焼設備に接続され、第１熱交換器および前記改質器は、前記燃焼設備内に配置され、改質フィード予熱器は、廃ガス排出管内に配置される。改質フィード予熱器の一端は、改質フィード用の供給装置に接続され、改質フィード予熱器の他端は、改質器に接続される。また、改質器は、温度調節器に取り付けられ、改質器の内側の温度を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の廃熱回収装置および方法は、作動流体（水、空気、燃料供給またはその組み合わせ）を改質器の温度制御手段として利用し、抽熱の順序を順番に第１熱交換器、改質器、改質フィード予熱器および第２熱交換器に設定する。１つの実施形態において、廃熱の温度勾配が減少するにつれて、熱を抽出することができる。
【００１０】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の１つの実施形態に係る廃熱回収装置を示すブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態に係る廃熱回収装置を示すブロック図である。
【図１Ｃ】本発明のさらに別の実施形態に係る廃熱回収装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係る廃熱回収方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明において、説明の目的で、開示される実施形態が十分に理解されるよう多数の具体的詳細を示す。しかしながら、これら具体的詳細がなくとも、１つまたはそれ以上の実施形態が実施され得ることは明らかである。別の場合では、図面を簡潔にするため、周知の構造および装置は概略的に示される。
【００１３】
図１Ａは、本発明の１つの実施形態に係る廃熱回収装置を示すブロック図である。図１Ａを参照すると、本発明の廃熱回収装置１００は、廃ガス排出管１１２の上流１１２ａから下流１１２ｂに向かって順番に配置された第１熱交換器１０２、改質器１０４、改質フィード予熱器１０６および第２熱交換器１０８を含む廃熱回収装置１００を提供する。廃ガス排出管１１２の上流１１２ａは、高温廃ガス（または煙道ガスとして知られる）を受け取るための入口とみなすことができ、下流１１２ｂは、排出管の末端にある出口としてみなすことができる。また、廃ガス排出管１１２の内側の第１熱交換器１０２、改質器１０４、改質フィード予熱器１０６および第２熱交換器１０８の配置は、高温廃ガスの流れに影響を与えない。上流１１２ａの廃ガス温度は、下流１１２ｂの廃ガス温度よりも高い。１つの実施形態において、上流１１２ａの廃ガス温度は、約２００℃〜４００℃であり、下流１１２ｂの廃ガス温度は、約１００℃〜２００℃未満である。
【００１４】
廃ガス排出管１１２は、燃焼設備１１０に接続される。燃焼設備１１０は、立てボイラや横ボイラ等のボイラを含む。煙道ガス流れ方向１１４は、燃焼設備１１０の燃焼廃ガスの流れ方向を示す。詳しく説明すると、燃焼廃ガスは、廃ガス排出管１１２内を上流１１２ａから下流１１２ｂに向かって流れ、第１熱交換器１０２、改質器１０４、改質フィード予熱器１０６および第２熱交換器１０８を順番に通過する。
【００１５】
本発明の改質器１０４は、水素生成改質器であってもよい。改質器１０４は、廃熱を熱源として利用して化石燃料を変換し、水素含有ガスを生成する。生成された水素含有ガスは、燃焼装置１１０に送り込まれ、ここで使用した燃料供給と混合し、燃焼することによって、燃焼効率を上げ、使用される燃料の量、炭素堆積および悪臭廃棄物の排出を減らすことができる。１つの実施形態において、改質器１０４は、流体用の入口と出口を有し（図示せず）、改質フィードと水の混合物を水素に変換することのできる金属または非金属触媒で充填された触媒床１０４ａを含む。生成された水素は、パイプ１２８および１３２ｂを介して、燃焼設備１１０に接続される。つまり、パイプ１２８は、改質器１０４によって生成された水素を輸送し、パイプ１３２ｂは、第２熱交換器１０８によって熱交換された燃料供給を輸送する。水素および燃料供給は、混合されてから、燃焼設備１１０に送り込まれる。
【００１６】
１つの実施形態において、改質器１０４は、さらに、熱平衡管１０４ｂを含んでもよい。改質フィードは、触媒床１０４ａに入って反応する前に、まず、改質器１０４の熱平衡管１０４ｂに入って、改質器との熱平衡を行う。言及すべきこととして、改質器１０４の触媒床１０４ａと比較して、改質器１０４の熱平衡管１０４ｂは、廃ガス排出管１１２の上流１１２ａの近くに配置されるため、より多くの熱エネルギーが抽出され、改質フィードを完全に予熱することができる。
【００１７】
言及すべきこととして、本発明の改質器１０４は、水素生成用の温度調節可能装置であり、改質器１０４に接続された様々な燃焼設備１１０により生成された燃焼廃ガスは、水素を生成するための熱源として利用される。さらに、改質器１０４は、温度調節器１０５に取り付けられ、改質器１０４の内側の温度を監視し、電磁バルブ１１７に信号を出力する。温度調節器１０５は、改質器１０４の内側または外側に取り付けることができる。
【００１８】
第１熱交換器１０２は、燃焼廃ガスの温度を改質器１０４の動作温度範囲内に下げるよう構成される。第１熱交換器１０２は、流体を利用して燃焼廃ガスを冷却する装置である。この冷却流体は、燃焼設備１１０によって使用された水、空気、燃料供給またはその組み合わせ等の作動流体を含むことができる。１つの実施形態において、第１熱交換器１０２の冷却流体は、例えば、水である。第１熱交換器１０２は、パイプ１１８ａを介して水ポンプ１１６に接続され、パイプ１１８ｂおよび１２０ｂを介して燃焼設備１１０に接続される。水は、第１熱交換器１０２によって交換された熱により一定の温度まで加熱され、加熱された水は、燃焼設備１１０に導かれる。燃焼設備１１０が温水または蒸気ボイラである場合、フィード水は予熱されているため、燃焼設備１１０が水の加熱に使うエネルギー量を減らすことができ、燃焼設備１１０のエネルギー効率を上げることができる。
【００１９】
詳しく説明すると、第１熱交換器１０２は、改質器１０４の温度調節器１０５からの信号に基づいて、第１熱交換器１０２と流体源（例えば、水ポンプ１１６）の間に接続された電磁バルブ１１７のスイッチを制御する。例えば、改質器１０４の動作温度範囲は、約２００℃〜３５０℃である。改質器１０４の温度が操作上限（例えば、３５０℃）に達した時、温度調節器１０５は、信号を水ポンプ１１６のバイパスにある電磁バルブ１１７に転送するため、水の一部を廃ガス排出管１１２の上流にある第１熱交換器１０２に提供して燃焼廃ガスを冷却することにより、改質器１０４の温度上昇率を減速させることができる。改質器１０４の温度が設定温度下限（例えば、２００℃）まで下がる前に、水ポンプ１１６のバイパスにある電磁バルブ１１７の電源をオフにするか、あるいは、電磁バルブ１１７のスイッチを介してバイパス内側の水流量を調節することができるため、燃焼廃ガスの温度を上げる、あるいは、改質器１０４を動作温度範囲内に維持するよう制御することができる。
【００２０】
改質フィード予熱器１０６は、燃焼設備１１０によって生成された燃焼廃ガスで、改質器１０４の改質フィードを加熱する熱交換装置である。改質フィード予熱器１０６は、パイプ１２６ａを介して改質フィード用の供給装置１２４に接続され、パイプ１２６ｂを介して改質器１０４に接続される。つまり、改質フィード予熱器１０６の一端は、改質フィード用の供給装置１２４に接続され、改質フィード予熱器１０６の他端は、改質器１０４に接続される。改質フィードは、炭素数１〜５の炭化水素等の炭素鎖の短い炭化水素化合物を含む。１つの実施形態において、改質フィードは、天然ガス、ＬＰガス（liquefied petroleum gas, LPG）、メタノール、エタノールまたはジメチルエーテル等のガス状または液状の化石燃料を含む。改質フィード予熱器１０６によって予熱された改質フィードは、改質器１０４に導入され、改質反応を行う。１つの実施形態において、改質フィードは、改質フィード予熱器１０６によって加熱された後、まず、改質器１０４の内側にある熱平衡管１０４ｂに入って改質器１０４と熱平衡を行い、改質フィードと改質器の間の温度差を減らしてから、改質器１０４内の触媒床１０４ａに入って改質反応を行う。
【００２１】
燃焼設備１１０を起動し、一定時間の間廃ガスを排出して、改質器１０４が動作温度に達した後、上述した水素生成装置への供給を開始することができる。改質フィードがメタノール水溶液である場合、改質器１０４が約１８０℃〜２００℃の範囲に達した時に供給が開始される。
【００２２】
さらに詳しく説明すると、メタノールの改質反応の動作温度は、約２５０℃〜３５０℃であるが、改質器１０４への供給は、約１８０℃〜２００℃で開始される。以下、メタノールを例に挙げて、その理由について説明する。水素生成改質器は、動作温度が通常約２５０度以上の時に、８０％またはそれ以上の変換率を達成することができる。しかしながら、支燃性の水素による燃焼は、低変換率（または低水素濃度）であっても可能である。水素濃度が低くても燃焼できるため、全体の燃焼効率は、水素を用いない本来の燃焼よりも良好である。水素分圧が増加すると、燃焼効率が上がる。そのため、バーナーが支燃性の水素を受け取るのが早ければ早いほど、原燃料を燃やすのに必要な時間が短くなる。また、改質器の温度上昇は、チャンバ全体と触媒床の両方の温度上昇が同時に必要となるため、フィードを再加熱するための温度上昇率は、改質器の温度上昇率よりも相対して速くなる。そのため、改質器１０４が１８０℃〜２００℃に達した時、３００℃に予熱されたフィードを加えることによって、反応条件は、触媒床が２５０℃の時の条件と等しくなる。したがって、改質器への供給を２５０℃ではなく１８０℃〜２００℃で開始して、支燃性の水素をできるだけ早く得ることができる。
【００２３】
第２熱交換器１０８は、改質フィード予熱器１０６の下流に配置される。第２熱交換器１０８は、実際の要求により省略してもよい。第２熱交換器１０８は、水、空気、燃料供給またはその組み合わせである。詳しく説明すると、第２熱交換器１０８は、パイプ１２０ａを介して水ポンプ１１６に接続され、パイプ１２０ｂを介して燃焼設備１１０に接続される。第２熱交換器１０８は、パイプ１３２ａを介して燃料供給装置１３０に接続され、パイプ１３２ｂを介して燃焼設備１１０に接続される。また、第２熱交換器１０８は、パイプ１３６ａを介して空気供給器１３４に接続され、パイプ１３６ｂを介して燃焼設備１１０に接続される。送風機１３８は、パイプ１３６ｂに取り付けられる。
【００２４】
本発明の廃熱回収装置１００は、燃焼廃ガスが貫流する改質器１０４の下流に改質フィード予熱器１０６と第２熱交換器１０８を有するため、改質器１０４を貫流した煙道ガスの廃熱を完全に回収し、それにより、全体のエネルギー効率を上げることができる。詳しく説明すると、改質フィード予熱器１０６において、燃焼廃ガスと改質フィードの間で熱交換を行って改質フィードを加熱した後、第２熱交換器１０８において、燃焼廃ガスと燃焼設備１１０によって使用された空気、燃料供給および水の間でもう一度熱交換を行って、空気、燃料供給および水を加熱する。したがって、煙道ガスの廃熱を完全に回収することができ、省エネの目標を達成することができる。
【００２５】
１つの実施形態において、廃熱回収装置１００の改質フィード予熱器１０６および改質器１０４は、図１Ａに示すように、２つの独立した構成要素である。別の実施形態において、廃熱回収装置２００の改質フィード予熱器２０６は、図１Ｂに示すように、改質器２０４内に一体形成されてもよい。この場合、改質フィード予熱器２０６によって予熱された改質フィードは、パイプ１２６ｂを介して改質器２０４の触媒床２０５の中に導入され、改質反応を行う。
【００２６】
また、燃焼設備１１０が高温煙道ガスを排出する立てボイラである時、廃熱回収装置１００および２００は、それぞれ、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、燃焼設備１１０から分離した装置であってもよい。別の実施形態において、燃焼設備１１０が低温煙道ガスを排出する横ボイラである時、廃熱回収装置３００を燃焼設備１１０内に部分的に一体形成してもよい。詳しく説明すると、廃ガス排出管１１２内の煙道ガスの温度が十分に高くない時、図１Ｃに示すように、第１熱交換器３０２および改質器３０４を燃焼設備１１０内に配置して十分な熱エネルギーを抽出し、改質フィード予熱器１０６および第２熱交換器１０８を廃ガス排出管１１２に順番に配置することができる。
【００２７】
さらに詳しく説明すると、図１Ｃに示すように、廃熱回収装置３００は、順番に配置された第１熱交換器３０２、改質器３０４および改質フィード予熱器１０６を含む。廃ガス排出管１１２は、燃焼設備１１０に接続され、第１熱交換器３０２および改質器３０４は、燃焼設備１１０内に配置され、改質フィード予熱器１０６は、廃ガス排出管１１２内に配置される。
【００２８】
改質器３０４は、温度調節器１０５に取り付けられ、改質器３０４内部の温度を約４００℃〜８００℃に制御する。また、改質器３０４は、触媒床と、熱平衡管（図示せず）とを含んでもよい。改質器３０４は、水素生成用の化石燃料改質器であり、使用される改質フィードは、炭素数１〜５の炭化水素を含む。言及すべきこととして、改質器３０４は、燃焼設備１１０（例えば、横ボイラ）内に配置されるため、より多くの熱エネルギーを抽出することができる。この温度設定は、比較的高い反応温度を必要とする天然ガスまたはＬＰガスの改質反応を行うのに適している。
【００２９】
また、図１Ｃの廃熱回収装置３００は、さらに、改質フィード予熱器１０６の下流に配置された第２熱交換器１０８を含む。第１熱交換器３０２および第２熱交換器１０８のそれぞれの冷却流体は、水、空気、燃料供給およびその組み合わせを含む。
【００３０】
上述した実施形態において、説明の目的として、図１Ａおよび図１Ｂの廃熱回収装置を立てボイラに適用し、図１Ｃの廃熱回収装置を横ボイラに適用したが、本発明はこれらに限定されない。つまり、実際の要求に応じて、図１Ａおよび図１Ｂの廃熱回収装置を横ボイラに適用し、図１Ｃの廃熱回収装置を立てボイラに適用してもよい。
【００３１】
図２は、本発明の１つの実施形態に係る廃熱回収方法を示すブロック図である。図１Ａおよび図２を参照すると、ステップＳ１００において、燃焼設備１１０によって生成された燃焼廃ガスを提供する。次に、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６を順番に行って、燃焼廃ガスを第１熱交換器１０２、改質器１０４および改質フィード予熱器１０６に順番に通過させる。第１熱交換器１０２および第２熱交換器１０８のそれぞれの冷却流体は、水、空気、燃料供給およびその組み合わせを含む。第１熱交換器１０２の抽熱温度は、改質器１０４の抽熱温度よりも高く、改質器１０４の抽熱温度は、改質フィード予熱器１０６の抽熱温度よりも高い。ここで、抽熱温度は、燃焼廃ガスが指定された構成要素に入った時の入口温度として定義される。詳しく説明すると、第１熱交換器１０２の抽熱温度は、燃焼廃ガスが第１熱交換器１０２に入った時の入口温度であり、改質器１０４の抽熱温度は、燃焼廃ガスが改質器１０４に入った時の入口温度であり、改質フィード予熱器１０６の抽熱温度は、燃焼廃ガスが改質フィード予熱器１０６に入った時の入口温度である。改質器１０４の改質フィードは、炭素数１〜５の炭化水素を含む。１つの実施形態において、改質器１０４の改質フィードがメタノール水溶液である場合、第１熱交換器１０２の抽熱温度は、約３００℃〜４００℃であり、改質器１０４の抽熱温度は、約２５０℃〜３５０℃であり、改質フィード予熱器１０６の抽熱温度は、約２００℃〜３００℃である。
【００３２】
１つの実施形態において、改質フィードは、改質フィード予熱器１０６によって加熱された後、まず、改質器１０４の内側にある熱平衡管１０４ｂに入って改質器１０４との熱平衡を行い、改質フィードと改質器１０４の間の温度差を減らしてから、改質器１０４内の触媒床１０４ａに入って改質反応を行う。また、改質器１０４によって生成された水素含有ガスを燃焼設備１１０に導入してもよい。
【００３３】
その後、ステップＳ１０８において、燃焼廃ガスが第２熱交換器１０８を通過することにより、作動流体によって残りの熱エネルギーを回収することができる。改質フィード予熱器１０６の抽熱温度は、第２熱交換器１０８の抽熱温度よりも高い。例えば、第２熱交換器１０８の抽熱温度は、約１５０℃〜２５０℃である。
【００３４】
その後、ステップＳ１１０において、燃焼廃ガスを排出する。本発明の方法は、全ての作動流体を冷却流体として使用することができ、水素生成改質器を配置することによって、廃熱を回収し、水素生成用の炭化水素の改質に必要なエネルギーとして使用することができ、生成された水素を原燃料と混合して燃焼させることができる。そのため、燃焼効率を上げ、使用される燃料、炭素堆積および悪臭廃棄物の排出を減らすことができる。
【００３５】
以上をまとめると、本発明は、以下の態様を提供する。
【００３６】
（１）１つの実施形態において、ボイラや燃焼設備からの煙道ガスの廃熱を回収することができるため、廃熱を化石燃料改質器の熱源として使用し、水素を生成することができる。つまり、廃熱を完全に回収および再利用することができ、追加の熱源を改質器に使用する必要はない。さらに、原燃料により生成された水素を混合して燃焼することにより、燃焼効果をさらに上げることができるため、本発明の廃熱回収装置を使用しない従来の方法と比べて、全体のエネルギー利用効率を上げることができる。
【００３７】
（２）別の実施形態において、煙道ガスの高温により改質器の温度が操作上限まで上昇した時、改質器の温度監視によりボイラや燃焼設備に用いるフィード（例えば、水）の流れ方向をフィードバック制御することができる。まず、廃ガス排出管の上流にある熱交換器にフィードを入れて、煙道ガスとの熱交換を行って煙道ガスの温度を下げることにより、煙道ガスの温度を改質器の適切な範囲内に制御して、改質触媒の動作寿命を確保することができる。また、フィード（例えば、水）のフィードバック制御の他に、フィードバック信号も化石燃料の供給量を増やし、煙道ガスの廃熱をさらに吸収することができる。改質フィードを増やしてより多くの水素を生成しても、ボイラやバーナーの燃焼に影響を与えないため、ボイラやバーナーを正常操作することができ、燃焼効率を上げることもできる。
【００３８】
（３）さらに別の実施形態において、操作システムがシャットダウンしない限り、動作温度または蒸気圧が達成された時にボイラへの原燃料の供給が停止されでも、本発明の水素生成装置は、バーナーの燃焼に用いる水素を常に生成し、提供することができる。そのため、点火状態を常に維持することができる。しかしながら、水素の燃焼による熱は、ボイラやバーナーに必要な総熱量を提供するには十分ではないため、装置の温度が徐々に下がり、装置の温度が設定下限温度に到達した時に、燃料の供給が再度行われる。したがって、このシステムは、点火状態を常に維持することができるため、システム内の動作温度の変動を減らし、出力安定性を向上させることができる。
【００３９】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００４０】
１００、２００、３００    廃熱回収装置
１０２、３０２    第１熱交換器
１０４、２０４、３０４    改質器
１０４ａ、２０５    触媒床
１０４ｂ    熱平衡管
１０５    温度調節器
１０６、２０６    改質フィード予熱器
１０８    第２熱交換器
１１０    燃焼設備
１１２    廃ガス排出管
１１２ａ    上流
１１２ｂ    下流
１１４    煙道ガス流れ方向
１１６    水ポンプ
１１８ａ、１１８ｂ、１２０ａ、１２０ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２８、１３２ａ、１３２ｂ、１３６ａ、１３６ｂ    パイプ
１１７    電磁バルブ
１２４    改質フィード用の供給装置
１３０    燃料供給装置
１３４    空気供給器
１３８    送風機
Ｓ１００〜Ｓ１１０    ステップ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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