(57)【要約】【課題】流体の温度を高めることなく塵埃の付着を抑制することができる熱交換器、排熱回収集塵システム、及び石炭焚きボイラシステムの提供。【解決手段】排ガスが流通する流路３０と、流路３０に設けられ、排ガスと熱交換する熱交換部４０と、熱交換部４０よりも上流側に設けられ、排ガスに含まれる塵埃１００を、一方の極性に帯電させる帯電部５０と、熱交換部４０を塵埃１００と同極性にすることで斥力を発生させる斥力発生部６０と、を有する、という構成を採用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路と、
前記流路に設けられ、前記流体と熱交換する熱交換部と、
前記熱交換部よりも上流側に設けられ、前記流体に含まれる塵埃を、一方の極性に帯電させる帯電部と、
前記熱交換部を前記塵埃と同極性にすることで斥力を発生させる斥力発生部と、を有する、ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記斥力発生部は、前記熱交換部と前記流路との接続部を電気的に絶縁させる絶縁部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換部は、前記流路の内部を通過するように配設された伝熱管と、前記流路の外部において前記伝熱管と接続された接続配管と、を有し、
前記斥力発生部は、前記伝熱管と前記接続配管との接続部を電気的に絶縁させる絶縁部を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記斥力発生部は、前記熱交換部を電位的に前記塵埃と同極性にする直流電源を有し、
前記直流電源は、前記熱交換部の上流側に接続されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
排ガスの排熱を回収する排熱回収器と、
前記排熱回収器の下流側で、前記排ガスに含まれる塵埃を除去する集塵器と、を有する排熱回収集塵システムであって、
前記排熱回収器として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器を有する、ことを特徴とする排熱回収集塵システム。
【請求項６】
排ガスの排熱を回収する排熱回収器と、
前記排熱回収器の下流側で、前記排ガスに含まれる塵埃を除去する電気集塵器と、を有する排熱回収集塵システムであって、
前記排熱回収器として、請求項４に記載の熱交換器を有し、
前記電気集塵器は、前記直流電源に接続されて前記塵埃と逆極性になることで引力を発生させる、ことを特徴とする排熱回収集塵システム。
【請求項７】
石炭を燃焼させるボイラと、
前記ボイラの下流側に設けられた請求項１〜６のいずれか一項に記載の排熱回収集塵システムと、を有する、ことを特徴とする石炭焚きボイラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、排熱回収集塵システム、及び石炭焚きボイラシステム
に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、石炭焚きボイラシステムが開示されている。この石炭焚きボイラシステムは、微粉炭焚きボイラで微粉炭を燃焼させ、燃焼した後の排ガスに含まれる窒素酸化物を脱硝装置で除去し、エアーヒータで燃焼用空気を排ガスで加熱し、熱回収ガスヒータで排ガスを冷却し、乾式電気集塵器で排ガス中の煤塵を除去し、脱硫装置で硫黄酸化物を除去し、白煙防止のため再加熱ガスヒータで排ガスを加熱して煙突から排気する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６７９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、排ガスに含まれる塵埃を電気集塵器により集塵し、電気集塵器よりも下流側のシステムに塵埃が排出されないようにしている。しかしながら、電気集塵器よりも上流側で、排ガスの温度が低下した場合、水やタールの凝縮に伴い塵埃も凝縮し、電気集塵器の上流側に配置された熱交換器に付着が発生することがある。熱交換器に塵埃が付着すると、熱交換効率の低下につながり、また、メンテナンスに手間がかかるという問題がある。
一方、排ガスの温度が低下しないよう、排ガスの温度を高温に保つことも考えられるが、電気集塵器を含む機器・配管の設計温度が高くなり、材料コストが高くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、流体の温度を高めることなく塵埃の付着を抑制することができる熱交換器、排熱回収集塵システム、及び石炭焚きボイラシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、流体が流通する流路と、前記流路に設けられ、前記流体と熱交換する熱交換部と、前記熱交換部よりも上流側に設けられ、前記流体に含まれる塵埃を、一方の極性に帯電させる帯電部と、前記熱交換部を前記塵埃と同極性にすることで斥力を発生させる斥力発生部と、を有する、熱交換器を採用する。
【０００７】
また、本発明においては、前記斥力発生部は、前記熱交換部と前記流路との接続部を電気的に絶縁させる絶縁部を有する、という構成を採用する。
【０００８】
また、本発明においては、前記熱交換部は、前記流路の内部を通過するように配設された伝熱管と、前記流路の外部において前記伝熱管と接続された接続配管と、を有し、前記斥力発生部は、前記伝熱管と前記接続配管との接続部を電気的に絶縁させる絶縁部を有する、という構成を採用する。
【０００９】
また、本発明においては、前記斥力発生部は、前記熱交換部を電位的に前記塵埃と同極性にする直流電源を有し、前記直流電源は、前記熱交換部の上流側に接続されている、という構成を採用する。
【００１０】
また、本発明においては、排ガスの排熱を回収する排熱回収器と、前記排熱回収器の下流側で、前記排ガスに含まれる塵埃を除去する集塵器と、を有する排熱回収集塵システムであって、前記排熱回収器として、先に記載の熱交換器を有する、という構成を採用する。
【００１１】
また、本発明においては、排ガスの排熱を回収する排熱回収器と、前記排熱回収器の下流側で、前記排ガスに含まれる塵埃を除去する電気集塵器と、を有する排熱回収集塵システムであって、前記排熱回収器として、先に記載の熱交換器を有し、前記電気集塵器は、前記直流電源に接続されて前記塵埃と逆極性になることで引力を発生させる、という構成を採用する。
【００１２】
また、本発明においては、石炭を燃焼させるボイラと、前記ボイラの下流側に設けられた先に記載の排熱回収集塵システムと、を有する、石炭焚きボイラシステムを採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、流体と熱交換する熱交換部よりも上流側に帯電部を配置し、流体に含まれる塵埃を一方の極性に帯電させる。そして、熱交換部を帯電した塵埃と同極性にすることで斥力を発生させ、熱交換部に塵埃に付着することを抑制する。
このように、本発明では、流体の温度を高めることなく塵埃の付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態における石炭焚きボイラシステムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態における排熱回収器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における石炭焚きボイラシステム１の構成図である。
石炭炊きボイラシステム１は、石炭を燃焼させるボイラ１０と、ボイラ１０の下流側に設けられた排熱回収集塵システム２０と、を有する。
【００１６】
ボイラ１０には、給炭機１１が接続されている。給炭機１１は、ボイラ１０に設けられた不図示の微粉炭バーナに、石炭（微粉炭）を供給する。微粉炭バーナは、微粉炭を燃焼用空気と共にボイラ１０の火炉に噴射し、微粉炭を燃焼させる。また、ボイラ１０には、微粉炭の燃焼熱で蒸気を生成し駆動するタービン１２が接続されている。タービン１２は、例えば、蒸気タービン発電機であり、微粉炭の燃焼による熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
【００１７】
微粉炭の燃焼により発生した排ガス（流体）は、排熱回収集塵システム２０に供給される。排熱回収集塵システム２０は、排ガスの排熱を回収する排熱回収器２１（熱交換器）と、排熱回収器２１の下流側で、排ガスに含まれる塵埃１００を除去する電気集塵器２２（集塵器）と、を有する。
排熱回収器２１には、接続配管４２を介して熱交換媒体が供給される。熱交換媒体としては、石炭焚きボイラシステム１が発電プラントを構成する場合には空気が供給され、石炭焚きボイラシステム１が水素プラントを構成する場合には水が供給される。
【００１８】
排熱回収器２１で加熱された熱交換媒体は、接続配管４３を介してボイラ１０に供給される。空気は、例えば、予熱された燃焼用空気として微粉炭バーナ等に供給される。水は、水蒸気となってボイラ１０の火炉に噴射される。
電気集塵器２２は、排熱回収器２１の下流側において排ガスに含まれる塵埃（主にフライアッシュ）を除去するものである。電気集塵器２２において塵埃が除去された排ガスは、発電プラントの場合は煙突を介して大気開放され、水素プラントの場合はシフト反応器等に供給される。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態における排熱回収器２１の構成図である。
排熱回収器２１は、流路３０と、熱交換部４０と、帯電部５０と、斥力発生部６０と、を有する。
流路３０には、塵埃１００が含まれた排ガスが流通している。流路３０は、排ガスを所定方向に流通させるダクトである。この流路３０（ダクト）は、電気的に接地されている。
【００２０】
熱交換部４０は、流路３０に設けられている。熱交換部４０は、流路３０の内部において複数のサポート部材３２（接続部）に支持（接続）されている。熱交換部４０は、排ガスと熱交換する熱交換媒体を流通させる伝熱管４１を有する。伝熱管４１は、熱伝導率が高い金属製の配管（導体）から形成されている。なお、図２においては、単一の伝熱管４１が図示されているが、伝熱管４１は実際には複数設けられている。各伝熱管４１は、図示しない連結部材で物理的且つ電気的に互いに接続されている。なお、熱交換部４０は、受熱面積を大きくするフィン等を備えてもよい。
【００２１】
伝熱管４１は、流路３０の内部を通過するように配設されている。伝熱管４１は、下流端４１ｂから熱交換媒体が供給され、上流端４１ａから熱交換媒体を排出する。下流端４１ｂは、排ガスの流れ方向の下流側において流路３０の外部に導出され、流路３０との隙間を閉塞するシール部材３１（接続部）を介して流路３０に支持（接続）されている。この下流端４１ｂは、流路３０の外部において配管接続部４４（接続部）を介して接続配管４２と接続されている。
【００２２】
上流端４１ａは、排ガスの流れ方向の上流側において流路３０の外部に導出され、流路３０との隙間を閉塞するシール部材３１（接続部）を介して流路３０に支持（接続）されている。この上流端４１ａは、流路３０の外部において配管接続部４４（接続部）を介して接続配管４３と接続されている。
上記構成の伝熱管４１は、排ガスの流れ方向の下流側の下流端４１ｂから上流側の上流端４１ａに向かって熱交換媒体を蛇行させながら流通させ、熱交換媒体を排ガスと熱交換させる。
【００２３】
帯電部５０は、熱交換部４０よりも上流側に設けられ、排ガスに含まれる塵埃１００を、一方の極性に帯電させる。帯電部５０は、針極５１と、補助電極５２と、高圧電源５３と、を有する。針極５１は、パイプ状の補助電極５２一つに対し複数設けられている。針極５１は、その先端からコロナ放電し、コロナシャワー１０１を通過した塵埃１００を負極（一方の極性）に帯電させる。
【００２４】
補助電極５２は、針極５１からのコロナ放電によって逆帯電してしまった塵埃１００を吸着する。高圧電源５３は、高圧の直流を通じて針極５１からコロナ放電を起こさせる。コロナ放電は、負極を針極５１とし、正極を流路３０として、針極５１と流路３０の間に発生させてもよい。また、流路３０の壁面に不図示の正極を配置して、当該正極と針極５１との間で、コロナ放電を発生させてもよい。この帯電部５０には、電気集塵器２２における帯電原理を応用することができる。
【００２５】
斥力発生部６０は、熱交換部４０を塵埃１００と同極性（負極）にすることで斥力を発生させるものである。斥力発生部６０は、熱交換部４０と流路３０との接続部（シール部材３１、サポート部材３２）を電気的に絶縁させる絶縁部６１と、伝熱管４１と接続配管４２，４３との接続部（配管接続部４４）を電気的に絶縁させる絶縁部６２と、熱交換部４０を電位的に塵埃１００と同極性（負極）にする直流電源６３と、を有する。
【００２６】
シール部材３１及びサポート部材３２は、絶縁部６１から形成されている。なお、シール部材３１及びサポート部材３２の全てを絶縁部６１から形成する必要はなく、熱交換部４０（伝熱管４１）と流路３０との電気的導通を絶縁できれば、その一部が絶縁部６１から形成されていてもよい。また、配管接続部４４も同様に、その全部もしくは一部が絶縁部６２から形成されていてもよい。絶縁部６１，６２は、例えば、セラミックス材や樹脂材等から形成することができる。絶縁部６１，６２は、流路３０や接続配管４２，４３から熱交換部４０を電気的に浮かせる。
【００２７】
直流電源６３は、熱交換部４０の上流側に接続されている。詳しくは、直流電源６３の負極側が、流路３０から導出された伝熱管４１の上流端４１ａに接続されている。伝熱管４１は、導体であるため、上流端４１ａから下流端４１ｂに至るまで全体を電位的に負極にすることができる。この直流電源６３は、電気集塵器２２と接続されている。電気集塵器２２は、図１に示すように、直流電源６３の正極側に接続されて塵埃１００と逆極性（正極）になることで引力を発生させるようになっている。すなわち、電気集塵器２２は、排熱回収器２１（熱交換部４０）と一つの回路を形成している。
【００２８】
上記構成の排熱回収器２１によれば、図２に示すように、排ガスと熱交換する熱交換部４０よりも上流側に配置した帯電部５０によって、排ガスに含まれる塵埃１００を負極に帯電させることができる。斥力発生部６０は、熱交換部４０を帯電した塵埃１００と同極性（負極）にすることで、熱交換部４０に斥力を発生させ、熱交換部４０に塵埃１００が付着することを抑制する。これにより、排ガスの温度が低下した場合であっても、塵埃１００と熱交換部４０との間に電気的な斥力が作用するため、熱交換部４０に塵埃１００が付着し難くなる。したがって、塵埃１００の付着による熱交換部４０の熱交換効率の低下を抑制でき、また、熱交換部４０のメンテナンスに手間がかからずその作業の効率化を図ることができる。
【００２９】
また、本実施形態においては、斥力発生部６０は、熱交換部４０と流路３０との接続部（シール部材３１、サポート部材３２）を電気的に絶縁させる絶縁部６１と、伝熱管４１と接続配管４２，４３との接続部（配管接続部４４）を電気的に絶縁させる絶縁部６２と、を有する。この構成によれば、流路３０や接続配管４２，４３から、熱交換部４０を電気的に浮かせることができ、熱交換部４０を直流電源６３の負極側と接続することにより、熱交換部４０を電位的に負極にし、塵埃１００に対する斥力を発生させることができる。
【００３０】
直流電源６３は、図２に示すように、熱交換部４０の上流側（伝熱管４１の上流端４１ａ）に接続されている。熱交換部４０は、上述のように複数の伝熱管４１を有し、それらは不図示の連結部材を介して物理的及び電気的に接続されている。このため、熱交換部４０の一部に、直流電源６３を接続すれば、熱交換部４０の全部を電位的に負極にすることができるが、連結部材には電気的な抵抗があるため、連結部材を通過する度に電位が上がってしまう。このため、本実施形態では、熱交換部４０の上流側に直流電源６３を接続し、塵埃１００が最も付着し易い熱交換部４０の上流側の電位を高めている。これにより、熱交換部４０の上流側において大きな斥力を作用させ、塵埃１００の付着を効果的に抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、図１に示すように、電気集塵器２２は、直流電源６３に接続されて塵埃１００と逆極性（正極）になることで引力を発生させるようになっている。この構成によれば、一つの直流電源６３で、熱交換部４０に斥力を発生させ、電気集塵器２２に引力を発生させることができる。また、本実施形態においては、図２に示すように、熱交換部４０の上流側に帯電部５０を配置しているため、電気集塵器２２における帯電部を不要若しくは簡素化することができる。これにより、部品点数の削減、コストの低減を図ることができる。
【００３２】
このように、上述の本実施形態によれば、排ガスが流通する流路３０と、流路３０に設けられ、排ガスと熱交換する熱交換部４０と、熱交換部４０よりも上流側に設けられ、排ガスに含まれる塵埃１００を、一方の極性に帯電させる帯電部５０と、熱交換部４０を塵埃１００と同極性にすることで斥力を発生させる斥力発生部６０と、を有する、という構成を採用することによって、排ガスの温度を高めることなく塵埃１００の付着を抑制することができる排熱回収器２１、排熱回収集塵システム２０、及び石炭焚きボイラシステム１が得られる。
【００３３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、塵埃１００及び熱交換部４０を負極にして斥力を発生させる形態について説明したが、例えば、塵埃１００及び熱交換部４０を正極にして斥力を発生させてもよい。
【００３５】
また、例えば、上記実施形態では、熱交換部４０に直流電源６３を接続して電位的に負極にする形態について説明したが、例えば、熱交換部４０を帯電により負極にしてもよい。
【００３６】
また、例えば、上記実施形態では、直流電源６３の負極側に熱交換部４０を接続し、直流電源６３の正極側に電気集塵器２２を接続する形態について説明したが、例えば、熱交換部４０と電気集塵器２２とをそれぞれ別の直流電源に接続してもよい。
【００３７】
また、例えば、上記実施形態では、排熱回収器２１の下流側に電気集塵器２２を配置した形態について説明したが、例えば、電気集塵器２２の代わりに降水による除塵システムであるスクラバシステム（集塵器）を配置してもよい。
【００３８】
また、例えば、上記実施形態では、本発明を石炭焚きボイラシステム１に適用したが、本発明は、石炭原料のプラントに限らず、広く塵埃の付着を抑制したい機器への転用が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  石炭焚きボイラシステム
１０  ボイラ
２０  排熱回収集塵システム
２１  排熱回収器（熱交換器）
２２  電気集塵器（集塵器）
３０  流路
３１  シール部材（接続部）
３２  サポート部材（接続部）
４０  熱交換部
４１  伝熱管
４１ａ  上流端
４１ｂ  下流端
４２  接続配管
４３  接続配管
４４  配管接続部（接続部）
５０  帯電部
６０  斥力発生部
６１  絶縁部
６２  絶縁部
６３  直流電源
１００  塵埃
【図１】
2018031540.tif 000003
【図２】
2018031540.tif 000004