(57)【要約】【課題】伝熱管の燃焼ガス導入部を冷却するために缶水を循環させるポンプをなくす。【解決手段】廃熱回収ボイラ装置１０は、ボイラ１１の下部がガスチャンバ１２となっていて、燃焼ガス３３が供給される。ボイラ１１は、冷却室１４の内部に伝熱管２０が引き回してある。伝熱管２０の下部は、遮断壁１６を貫通してガスチャンバ１２内に露出した燃焼ガス導入部３２となっている。燃焼ガス導入部３２には、冷却水流路を有する冷却構造が設けてある。冷却水流路には、冷却水として脱気給水が供給される。脱気給水は、燃焼ガス導入部３２を冷却した後、缶水１５として冷却室１４に供給される。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスが供給されるガスチャンバと、前記燃焼ガスを冷却する缶水を貯留した冷却室と、この冷却室に配設され、前記ガスチャンバ内の前記燃焼ガスを導入して前記缶水と熱交換させる伝熱管と、この伝熱管の燃焼ガス導入部に設けられ前記冷却室に連通された冷却水流路と、この冷却水流路を介して前記冷却室に脱気給水を供給する給水手段とを有することを特徴とする廃熱回収ボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学プラント、発電設備やゴミ処理場などにおいて発生する燃焼ガスを冷却する廃熱回収ボイラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学プラント、発電設備やゴミ処理場などにおいて発生した燃焼ガスは、７００〜１３５０℃の高温状態にあり、後段に配置された排ガス処理設備などによる処理温度に適した温度まで冷却する必要がある。燃焼ガスの冷却には、燃焼ガスの有する熱エネルギーを有効利用するために廃熱回収ボイラ装置などが使用され、高温の燃焼ガスを冷却水によって冷却し、その熱交換により温水・蒸気などを生成して熱回収を行う。
【０００３】
廃熱回収ボイラ装置は、缶水を満たした冷却室内部に伝熱管を引き回し、この伝熱管内に燃焼ガスを流通させて缶水と熱交換させて冷却するものがある。図２は、このような従来の廃熱回収ボイラ装置を模式的に示したものである。この廃熱回収ボイラ装置１は、燃焼ガスが供給されるガスチャンバ２と、燃焼ガスの冷却を行う冷却室３とに隔てられている。冷却室３に導入される缶水は、ボイラ装置１の外部に設置された給水手段８によって１０５℃程度の脱気給水が供給され、常時一定量が冷却室内を満たしている。冷却室３の内部には、伝熱管５が引き回してあって、内部を通流する燃焼ガスが外部の缶水と熱交換を行って燃焼ガスを冷却する。冷却室３内部の缶水の温度は、熱交換によって２５０℃程度まで上昇する。また缶水が蒸気となると、蒸気取出し口６から取り出され、各種の熱源として利用される。
【０００４】
また伝熱管５は、ガスチャンバ２内の燃焼ガスを導入する入口部９の外周に冷却水流路が設けられる。この冷却水流路は、最も温度の高いガスチャンバ付近の伝熱管を、外周部に缶水を流すことにより冷却を促進させるものである。このとき冷却水流路には、冷却室３に導入されている缶水がポンプ４によって強制的に供給される。ポンプ４は、故障やメンテナンスにより休止する場合を考慮して、本機４Ａと予備機４Ｂとの２台が具備されており、常にどちらか一方が可動するように、自動運転機構７が設けられ、２台の循環ポンプの運転切替を自動で行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の廃熱回収ボイラ装置１は、入口部９を冷却するために、缶水を冷却水流路に循環させる２台のポンプ４Ａ、４Ｂを設置する必要があり、これらのポンプ４を制御する自動運転機構７などの付帯設備を必要とし、設置費用が増大する。また、入口部９の冷却は、安全性を考慮して、できるだけ多くの水を流すようにしており、缶水として冷却室３に供給する脱気給水の２倍以上の缶水を循環させており、ポンプを可動させるための電力消費も大きく、自動運転機構７の制御にも電力やメンテナンスなどの多大なコストがかかる。
本発明は上記問題点に着目し、伝熱管の燃焼ガス導入部を冷却するための缶水循環用ポンプをなくすことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、伝熱管の燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入部における熱伝導の状態、熱移動量、冷却水の流れの状態などを鋭意研究し、解析した結果、冷却室に缶水として供給する脱気給水によって、燃焼ガス導入部を充分に冷却できることが判明した。すなわち、本願発明者らの研究によると、伝熱管の燃焼ガス導入部における熱移動量は、従来考えられていた熱移動量より３倍から１０倍程度大きいことが判明した。
【０００７】
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、本発明に係る廃熱回収ボイラ装置は、燃焼ガスが供給されるガスチャンバと、前記燃焼ガスを冷却する缶水を貯留した冷却室と、この冷却室に配設され、前記ガスチャンバ内の前記燃焼ガスを導入して前記缶水と熱交換させる伝熱管と、この伝熱管の燃焼ガス導入部に設けられ前記冷却室に連通された冷却水流路と、この冷却水流路を介して前記冷却室に脱気給水を供給する給水手段とを有することを特徴としている。
【０００８】
【作用】
上記構成により、伝熱管の外周部に形成された冷却水流路に缶水となる脱気給水を供給することにより、伝熱管の燃焼ガス導入部を冷却する。このため、従来のように燃焼ガス導入部を冷却するための缶水を循環させるポンプが不要となり、設置スペースを削減でき、設置費用の低減、ボイラ回りの配管の簡素化、ランニングコストの低減を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る廃熱回収ボイラ装置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に記載するものは本発明の一態様に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る廃熱回収ボイラ装置の概略を示す模式図である。図１において、廃熱回収ボイラ装置１０は、ボイラ１１が縦型の略円筒状に形成され、内部が上下に分割されている。ボイラ１１の下部は、ゴミなどを焼却した際に発生する燃焼ガス３３が供給されるガスチャンバ１２となっている。また、ボイラ１１の上部は、缶水１５を貯留した冷却室１４となっている。ガスチャンバ１２と冷却室１４とは、ガスチャンバ１２面に耐火断熱材で被覆された２０ｃｍ以上の肉厚を有する耐熱性の合金部材を用いた遮断壁１６により遮断される。一方、ガスチャンバ１２の外壁は、内部を耐火断熱材で被覆した鋼板製シェルで形成し、１３００℃を越す高温ガスを導入した場合にも酸化摩耗しにくい構造とする。そして、ガスチャンバ１２は、供給口１８が設けてあって、図示しない燃焼炉からの燃焼ガス３３が供給される。
【００１０】
冷却室１４には、伝熱管２０が配設してある。伝熱管２０は、一端が燃焼ガス導入部３２となっていて、遮断壁１６を貫通してガスチャンバ１２内に開口したガス導入口３５を有する（図３参照）。そして、燃焼ガス導入部３２には、詳細を後述する冷却水流路を有する冷却構造が設けてある。また、伝熱管２０は、冷却室１４の内部を引き回してある。従って、燃焼ガス３３は、供給口１８よりガスチャンバ１２内に供給された後、伝熱管２０に流入することにより冷却室１４の内部を流れ、缶水１５と熱交換する。なお、図１において伝熱管２０は１本のみの配置となっているが、実際には複数の伝熱管２０が配設してある。
【００１１】
各伝熱管２０は、冷却室１４の内部において、下部の燃焼ガス導入部３２から螺旋を描きながら上方に延在させてある。また、各伝熱管２０は、冷却室１４の上部において合流させられた後、折り返して直線状に下降するように配置される。そして、伝熱管２０の他端部は、冷却室１４の壁面に設けられたガス排出口２２に連結され、燃焼ガス３３をボイラ１１の外に排出する構成としてある。従って、燃焼ガス３３は、矢印に示すような経路でボイラ１１を通って冷却される。
【００１２】
また冷却室１４の頂部には、内部で発生した蒸気を取り出す蒸気取出し口２４が設けてある。冷却室１４の内部に貯留される缶水１５は、後述する供給パイプ２６により供給され、この供給パイプ２６は冷却室１４の下方に設けられ、先端が燃焼ガス導入部３２に設けた冷却水流路に接続してある。冷却室１４内の缶水１５は、水面が少なくとも冷却室１４の内部に引き回した伝熱管２０の上部折り返し部分より上にくるように維持される。また、缶水１５は、水面が常時一定となるように給水される。そのため、缶水１５の水面位置を監視する水位センサ２７を伝熱管２０の折り返し部より上方に設け、この水位センサ２７の検出した水位が設定値を超えた場合に、弁制御部２８によって缶水ブロー配管３０のバルブ２９を開放し、超過した缶水１５を排出する。
【００１３】
伝熱管２０の燃焼ガス導入部３２には、図３に示した冷却構造３７が設けてある。伝熱管２０は、熱伝導率の大きな低合金材料、たとえばモリブデンが含有された炭素鋼を用いて円筒形状に形成される。そして、冷却構造３７は、伝熱管２０の外周に形成した冷却水流路３４によって構成してある。伝熱管２０は、図３に示すように、ガス導入口３５となっている下端部外周が袋状のポケット部３６となっている。ポケット部３６は、伝熱管２０の外径より大きな径の外管３９を溶接などで接合して形成してある。また、伝熱管２０の周囲には、仕切りパイプ３８が配設してある。仕切りパイプ３８は、下端が外管３９の内部に挿入してあって、伝熱管２０の外面と外管３９の内面との間の空間を内側冷却水流路３４Ａと外側冷却水流路３４Ｂとに仕切り、伝熱管２０の周囲に２重の円筒形通路を形成する。そして、内側冷却水流路３４Ａと外側冷却水流路３４Ｂとは、ポケット部３６によって連通している。
【００１４】
外管３９は、上端が仕切りパイプ３８の外周面に接合してあって、閉止されている。そして、外管３９は、上部の外周面に給水パイプ２６が接続してあって、給水パイプ２６を介して脱気給水５０が供給される。脱気給水５０は、外側冷却水流路３４Ｂを流下し、矢印４０のようにポケット部３６において反転して内側冷却水流路３４Ａに流入する。伝熱管２０と仕切りパイプ３８とによって形成された内側冷却水流路３４Ａは、上端が冷却室１４内に開口していて、脱気給水５０が矢印５２のように缶水１５として冷却室１４に供給される。
【００１５】
給水パイプ２６は、図１に示したように、基端側がボイラ給水管４６に接続してある。このボイラ給水管４６は、図示しない給水ポンプが吐出した脱気された復水を脱気給水５０として給水パイプ２６に供給する。また、ボイラ給水管４６には、流量制御弁４８と流量計４７とが設けてある。流量制御弁４８は、流量計４７の検出信号が入力する弁制御器４４により開度が制御される。そして、ボイラ給水管４６、流量制御弁４８は、図示しない給水ポンプとともに給水手段を構成している。
【００１６】
このようになっている廃熱回収ボイラ装置１０は、１３００℃程度の高温の燃焼ガス３３が供給口１８を介してガスチャンバ１２に供給される。その後、燃焼ガス３３は、ガス導入口３５から伝熱管２０内に導入され、冷却室１４において缶水１５と熱交換し、３００℃程度に冷却されてガス排出口２２を介して図示しない排ガス処理設備に送られる。
【００１７】
高温の燃焼ガス３３に晒される伝熱管２０の燃焼ガス導入部３２は、冷却構造３７に供給される脱気給水５０によって冷却される。すなわち、冷却構造３７を構成している外側冷却水流路３４Ｂには、給水パイプ２６を介してボイラ給水管４６から、温度が１０５℃程度の脱気給水５０が供給される。この脱気給水５０は、外側冷却水流路３４Ｂを流下しつつ外管３９を冷却する。そして、脱気給水５０は、ポケット部３６において内側冷却水流路３４Ａに流入して伝熱管２０の下端部を冷却して２００℃程度に加熱され、缶水１５としてボイラ１１の冷却室１４に供給される。
【００１８】
このように、温度が１０５℃程度の脱気給水５０によって燃焼ガス導入部３２を冷却することにより、燃焼ガス導入部３２を低合金材料によって形成することができる。また、実施の形態においては、缶水１５となる脱気給水５０によって伝熱管２０の燃焼ガス導入部３２を冷却しているため、従来、燃焼ガス導入部を冷却するために必要としていた缶水１５を循環させるポンプが不要となり、設備費や運転コストを低減することができる。しかも、１０５℃程度と温度の低い脱気給水５０を冷却水としているため、燃焼ガス導入部３２における熱歪を小さくすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、伝熱管の燃焼ガス導入部を缶水となる脱気給水によって冷却するため、缶水を循環させるポンプが不要となり、設置スペースを削減でき、設置費用の低減、ボイラ回りの配管の簡素化、ランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る廃熱回収ボイラ装置の概略を示す模式図である。
【図２】従来の廃熱回収ボイラ装置の概略を示す模式図である。
【図３】図１におけるＡ部の要部説明図である。
【符号の説明】
１０………廃熱回収ボイラ装置、１１………ボイラ、１２………ガスチャンバ、１４………冷却室、１５………缶水、１６………遮断壁、１８………供給口、２０………伝熱管、２６………供給パイプ、３２………燃焼ガス導入部、３３………燃焼ガス、３４Ａ………内側冷却水流路、３４Ｂ………外側冷却水流路、３７………冷却構造、４６、４８………給水手段（ボイラ給水管、流量制御弁）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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