(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成でガスガスヒータ（ＧＧＨ）系統の媒体（水）循環系内に空気が存在しない状態にすることである。【解決手段】縦置き型のＧＧＨ出入口熱媒配管１３の立ち上がり配管の曲がり部に空気溜め部１９と溜まった空気を抜くバルブ２０を設けることによって、立ち上がり配管を上昇する熱媒中に同伴する気泡は曲がり部を通過する際に慣性力が作用し、媒体中の気泡が曲がり部上部に設けた空気溜め部１９に滞留し易くなり、随時空気抜き用のバルブ２０から容易に系外に排出可能となる。このため、ＧＧＨ系統の運転初期に媒体中に多少空気が存在しても、その空気は循環運転中に空気溜め部１９に溜まり、バルブ２０開閉によって溜まった空気を系外に排出できるので水張り時の真空引き作業を省略でき、真空ポンプも不要となる。また、初期水張り時の水質も考慮する必要が無い。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの高温側のガス流路に熱回収器を配置し、低温側のガス流路に再加熱器を配置し、前記熱回収器と再加熱器の伝熱管を連絡配管で連絡し、その連絡配管内の媒体を循環させることにより高温側の排ガスと低温側の排ガスとの熱交換を行うガスガス熱交換器において、
前記熱媒循環用連絡配管の中にある立ち上がり配管の曲がり部に空気溜め部と該空気溜め部の空気抜き用のバルブを設けたことを特徴とするガスガス熱交換器。
【請求項２】
空気溜め部は熱媒循環用連絡配管へ導入する熱媒体の出入口部の近傍に設けたことを特徴とする請求項１記載のガスガス熱交換器。
【請求項３】
空気溜め部に温度測定手段を設け、該温度測定手段の計測値に基づいて空気抜き用のバルブの開閉制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のガスガス熱交換器。
【請求項４】
熱回収器と再加熱器の伝熱管の連絡配管に熱媒を貯める熱媒貯留タンクを付設し、該熱媒貯留タンクを空気溜め部と兼用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガスガス熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排煙処理システムに係り、特に湿式脱硫装置出口のボイラ等の排ガスを再加熱するのに好適なガスガス熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な排煙処理システムの系統を図５と図６に示す。図５に示す排煙処理システム（Ａ）ではボイラ１から排出される排ガスは脱硝装置２に導入され、排ガス中の窒素酸化物が除去された後、空気予熱器３においてボイラ１へ供給される燃焼用空気と熱交換される。排ガスは電気集塵器４で排ガス中のばいじんの大半が除去された後、誘引ファン５により昇圧される。その後、ＧＧＨ熱回収器１１に導入され、熱回収された後、湿式脱硫装置６に導入され、気液接触により排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が除去される。湿式脱硫装置６において飽和ガス温度にまで冷却された排ガスは、脱硫ファン７により昇圧され、ＧＧＨ再加熱器１３により昇温されて、煙突８より排出される。なお、ＧＧＨ熱回収器１１とＧＧＨ再加熱器１３を連絡配管１５−１、１５−２で連絡している。
【０００３】
図６に示す排煙処理システム（Ｂ）ではボイラ１から排出される排ガスは脱硝装置２に導入され、排ガス中の窒素酸化物が除去された後、空気予熱器３においてボイラ１へ供給される燃焼用空気と熱交換される。その後、ＧＧＨ熱回収器１１に導入され、熱回収された後、電気集塵器４で排ガス中のばいじんの大半が除去される。排ガスは誘引ファン５により昇圧されて、湿式脱硫装置６に導入され、気液接触により排ガス中のＳＯｘが除去される。湿式脱硫装置６において飽和ガス温度にまで冷却された排ガスは、ＧＧＨ再加熱器１３により昇温され、脱硫ファン７により昇圧されて、煙突８より排出される。なお、ＧＧＨ熱回収器１１とＧＧＨ再加熱器１３を連絡配管１５−１、１５−２で連絡している。
【０００４】
図６に示す排煙処理システム（Ｂ）はＧＧＨ熱回収器１１の後流側に電気集塵器４が置かれており、電気集塵器４での処理ガス温度が低くなるため、ばいじんの電気抵抗が下がり、ばいじん除去効率が高く、図５に示す排煙処理システム（Ａ）に比べ、ばいじん除去性能が高い。近年ではばいじん排出規制がより厳しくなってきているため図６に示す排煙処理システム（Ｂ）の方が図５に示す排煙処理システム（Ａ）に比べ主流となりつつある。
【０００５】
前述した従来のＧＧＨ（ガスガスヒータ）の系統を図７（ａ）に示す。ＧＧＨの系統は、ＧＧＨ熱回収器１１内のＧＧＨ熱回収器伝熱管１０とＧＧＨ再加熱器１３内のＧＧＨ再加熱器伝熱管９を連絡配管６−１（熱媒循環ポンプ２５〜熱回収器１１間の配管）、連絡配管６−２（熱回収器１１〜熱媒循環ヒータ２６〜再加熱器１３間の配管）、連絡配管６−３（再加熱器１３〜熱媒循環ポンプ２５間の配管）で連絡し、熱媒循環ポンプ２５により熱媒を循環させる系統となっている。
【０００６】
ここでＧＧＨ熱回収器伝熱管１０とＧＧＨ再加熱器伝熱管９には通常熱交換効率を向上させるために、フィンチューブ等が用いられている。また、ＧＧＨ熱回収器１１の出口排ガス温度を制御するために、ＧＧＨ熱回収器熱媒バイパスライン１２が連絡配管６−１と連絡配管６−２の間に設けられ、ＧＧＨ熱回収器出口排ガス温度計２４の信号により、ＧＧＨ熱回収器１１の出口排ガス温度が設定値以上となるように、熱媒循環流量調整弁１４と熱媒バイパス量調整弁１５の開度が調整され、熱交換量が制御されている。また、様々な運転に対応させるため、熱媒循環ラインには熱媒の膨張を吸収する目的で熱媒タンク１６が設置される。
【０００７】
一方、ＧＧＨ再加熱器１３の出口排ガス温度を設定値以上にするため及び熱媒最低温度を設定値以上にするために、熱媒ヒータ２６がＧＧＨ熱回収器伝熱管１０の出口連絡管６−２に設置されており、熱媒ヒータ２６には運転状況に応じて熱媒温度加熱用の蒸気が供給される。該熱媒温度加熱用の蒸気は熱媒ヒータ２６に付設されるＧＧＨ熱媒ヒータ蒸気供給量調整弁１７の開度を調整し行われる。熱媒ヒータ２６に供給された蒸気は熱媒と熱交換し、蒸気潜熱が回収されて飽和ドレンとなり、プラントで再利用するため回収先に返送されるか、または系外にブローされる。
【０００８】
また、このＧＧＨ系統は、媒体（水）循環系内に水を満水状態にし、閉サイクルで循環運転されるため、初期に媒体（純水）を充填すればそれ以降は水を抜かない限り運転に支障となることは無いが、初期の水充填時に系内に空気が溜まっていた場合は図７（ｂ）に示すように経時的に再加熱器１３の縦置きＵ字型伝熱管９の上部に空気がたまり、伝熱管９の伝熱性能を阻害する要因となる。そのため水循環系内に水を充填する前に系内の空気を完全に抜く必要があり、真空ポンプ２２が設置されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すＧＧＨ系統において再加熱器１３は縦置きのＵ字型伝熱管９を用いるので、前述のようにＵ字状ベンド部の上部に空気が溜まると、伝熱管９内の圧損が増加し、媒体の流れが阻害され、結果的に再熱器１３の伝熱性能の低下となるため、初期に純水を張った状態では系内の空気は完全に無い状態にしなくてはならない。但し、１０００ＭＷ級のボイラプラントではＧＧＨの伝熱管バンドル、配管を含めた全内容積は３００ｍ３〜４００ｍ３程度あり、配管にもポケット部があるため、完全に空気が存在しない状態にするには系内全てを真空にした後に水張りをする必要がある。但し、この作業には非常に時間がかり（１０００ＭＷ級で２〜３週間）、高性能の真空ポンプも必要であった。
【００１０】
また、初期に系内を真空にしていても水張り時の水中に溶存酸素等のガスがあると経時的に系内の最高レベル部に空気が徐々に溜まり、結果的に伝熱性能を阻害するようになるため、媒体の水質にも考慮して脱酸処理などを行う必要があった。
【００１１】
上記課題を解決する手段としてＧＧＨシステムの媒体循環系内の最高部および系内の各部に空気抜き弁を設置していたが、前記系内を循環する媒体中に含まれる空気は熱媒循環ポンプ２５を通過する際に微細気泡に分解されるため、微細気泡となった空気は媒体と同伴して流れ、系統内の最高部および系統内の各部に空気抜き弁を設置するだけでは空気を除去することは困難であった。
【００１２】
そこで本発明の課題は、比較的簡単な構成でガスガスヒータシステムの媒体（水）循環系内に空気が存在しない状態にすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の課題は、次の構成により解決される。
請求項１記載の発明は、排ガスの高温側のガス流路に熱回収器を配置し、低温側のガス流路に再加熱器を配置し、前記熱回収器と再加熱器の伝熱管を連絡配管で連絡し、その連絡配管内の媒体を循環させることにより高温側の排ガスと低温側の排ガスとの熱交換を行うガスガス熱交換器において、前記熱媒循環用連絡配管の中にある立ち上がり配管の曲がり部に空気溜め部と該空気溜め部の空気抜き用のバルブを設けたガスガス熱交換器である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、空気溜め部は熱媒循環用連絡配管へ導入する熱媒体の出入口部の近傍に設けたことを特徴とする請求項１記載のガスガス熱交換器である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、空気溜め部に温度測定手段を設け、該温度測定手段の計測値に基づいて空気抜き用のバルブの開閉制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のガスガス熱交換器である。
【００１６】
請求項４記載の発明は、熱回収器と再加熱器の伝熱管の連絡配管に熱媒を貯める熱媒貯留タンクを付設し、該熱媒貯留タンクを空気溜め部と兼用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガスガス熱交換器である。
【００１７】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、縦置き型のＧＧＨ出入口熱媒配管の立ち上がり配管の曲がり部に空気溜めと溜まった空気を抜くバルブを設けることによって、例えば立ち上がり配管を上昇する熱媒中に同伴する気泡は曲がり部を通過する際に慣性力が作用し、媒体中の気泡が曲がり部上部に設けた空気溜めに滞留し易くなり、該空気溜め部に空気抜き用のバルブを設置することにより容易に系外に空気を排出可能となる。このため、初期状態で媒体中に多少空気が存在しても、その空気は循環運転中に空気溜め部に溜まり、またバルブ開閉によって溜まった空気を系外に排出できるので水張り時の真空引き作業を省略でき、真空ポンプも不要となる。また、初期水張り時の水質も考慮する必要が無くなる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、適切な量の熱媒加熱用の蒸気を熱媒ヒータへの蒸気出入口に設けられたＧＧＨ熱媒ヒータ蒸気供給量調整弁を経由して連絡配管内に供給することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の作用に加えて、空気溜め部内に空気が溜まると空気溜め部に設けた温度測定手段の測定値が低下していくので、該温度測定手段の計測値が所定値になると空気抜き用のバルブを開いて、空気溜め部内に溜まった空気を抜くことができる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、熱回収器と再加熱器の伝熱管の連絡配管に設けた熱媒を貯める熱媒貯留タンクを空気溜め部として用いることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の本発明によれば、縦置き型ＧＧＨ（例えば再加熱器１３）出入口熱媒配管の立ち上がり配管の曲がり部に空気溜め部と該空気溜め部に溜まった空気を抜くバルブを設けることによって、初期状態で媒体中に多少空気が存在しても循環運転中にこの空気溜め部に空気が溜まり、バルブ開閉によって空気溜め部に溜まった空気を系外に排出できるので水充填時の真空引き作業を省略できる。
【００２２】
こうしてＧＧＨ系統の試運転期間を短縮する効果があり、高性能な真空ポンプも不要になるため設備費低減も図ることができる。また、水張り時の水質（溶存酸素）にも考慮する必要が無くなる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、適切な量の熱媒加熱用の蒸気を既存の設備を用いて容易にＧＧＨ熱媒循環系に添加することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、温度測定手段の計測値に基づき自動的に空気抜き用のバルブを開いて、空気溜め部内に溜まった空気を抜くことができ、空気抜きのための管理が容易になる。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいづれかに記載の発明の効果に加えて、該熱媒タンクを空気溜め部と兼用することで設備費が低く抑えられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態になるＧＧＨ系統を図１と図２に示す。図１は全体のＧＧＨ系統図を示し、図２にはその要部斜視図を示す。
【００２７】
図１に示すＧＧＨ系統は図７に示すＧＧＨ系統と同じく、ＧＧＨ熱回収器１１内のＧＧＨ熱回収器伝熱管１０とＧＧＨ再加熱器１３内のＧＧＨ再加熱器伝熱管９を連絡配管６−１（熱媒循環ポンプ２５〜熱回収器１１間の配管）、連絡配管６−２（熱回収器１１〜熱媒循環ヒータ２６〜再加熱器１３間の配管）、連絡配管６−３（再加熱器１３〜熱媒循環ポンプ２５間の配管）で連絡し、熱媒循環ポンプ２５により熱媒を循環させる系統から構成されている。
【００２８】
このＧＧＨ系統の通常運転時には、ＧＧＨ熱回収器１１とＧＧＨ再加熱器１３内にそれぞれ設けられたＧＧＨ熱回収器伝熱管１０とＧＧＨ再加熱器伝熱管９を連絡配管６−１、６−２、６−３を介して熱媒循環ポンプ２５によって媒体が循環し、熱回収器１１側で熱を回収し、再加熱器１３側でその熱を放出している。
【００２９】
ここでＧＧＨ熱回収器伝熱管１０とＧＧＨ再加熱器伝熱管９には通常熱交換効率を向上させるために、フィンチューブ等が用いられている。また、ＧＧＨ熱回収器１１の出口排ガス温度を制御するために、ＧＧＨ熱回収器熱媒バイパスライン１２がＧＧＨ熱回収器１１を迂回して連絡配管６−１と連絡配管６−２の間に設けられ、ＧＧＨ熱回収器出口排ガス温度計２４の信号により、ＧＧＨ熱回収器１１の出口排ガス温度が設定値以上となるように、熱媒循環流量調整弁１４と熱媒バイパス量調整弁１５の開度が調整され、熱交換量が制御されている。また、熱媒循環ライン（図１に示す例では連絡配管６−３）には媒体の熱膨張を吸収する目的で熱媒タンク１６が設置される。
【００３０】
一方、ＧＧＨ再加熱器１３の出口排ガス温度を設定値以上にするため、及び熱媒最低温度を設定値以上にするために、熱媒ヒータ２６がＧＧＨ熱回収器伝熱管１０の出口連絡管６−２に設置されており、熱媒ヒータ２６には、ＧＧＨ熱回収器入口媒体温度計１８の信号に応じて熱媒加熱用の蒸気が供給される。前記蒸気の供給量は熱媒ヒータ２６への蒸気出入口に設けられたＧＧＨ熱媒ヒータ蒸気供給量調整弁１７の開度調整で行われる。熱媒ヒータ２６に供給された蒸気は熱媒と熱交換し、蒸気潜熱が回収されて飽和ドレンとなり、ユニット側に回収されたりブローされたりする。
【００３１】
本実施の形態の特徴は、縦置き型ＧＧＨ（例えば再加熱器１３）出入口熱媒配管の立ち上がり配管の曲がり部に空気溜め部１９と溜まった空気を抜くバルブ２０を設置することである。この空気溜め部１９とバルブ２０により、ＧＧＨ系内を循環している空気は自然にこの空気溜め部１９に溜まり、空気抜きバルブ２０を開くことによって系外に抜出すことができる。
【００３２】
本発明の他の実施の形態を図３のＧＧＨ系統図に示す。図３に示すＧＧＨ系統で、図１に示したものと同じ機能を奏するものは同一符号を比してその説明は省略する。
【００３３】
図３に示すＧＧＨ系統では、空気溜め部１９に溜まった空気を自動的に抜き出すシステムを示す。空気溜め部１９内の温度は、通常状態（空気が溜まっていない状態）であれば温度は媒体温度と同じ（約１００℃）であるが、空気が溜まった場合は、温度が大気温度近くまで徐々に下がる。従って温度スイッチ２７によって温度低下を検出し、制御装置２３により空気溜め部１９に設けたオンオフ弁２１を開することによって、自動的に空気溜め部１９内の空気を抜くことができる。
【００３４】
本発明の他の実施の形態を図４のＧＧＨ系統図に示す。図４に示すＧＧＨ系統で、図１に示したものと同じ機能を奏するものは同一符号を比してその説明は省略する。
【００３５】
通常熱媒タンク１６は図１に示すＧＧＨ系統にもあるようにタンク設計条件を緩和するために、最も媒体温度の低い領域に接続されているが、図４に示す実施の形態では熱媒タンク１６を図１の空気溜め部１９と兼用している。そのため設備費用が比較的低く抑えられる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、縦置き型ＧＧＨ（例えば再加熱器１３）出入口熱媒配管の立ち上がり配管の曲がり部に空気溜めと溜まった空気を抜くバルブを設けることによって、初期状態で媒体中に多少空気が存在しても循環運転中にこのタンクに溜まり、バルブ開閉によって溜まった空気を系外に排出できるので水充填時の真空引き作業を省略できる。
【００３７】
こうしてＧＧＨ系統の試運転期間を短縮する効果があり、高性能な真空ポンプも不要になるため設備費低減も図ることができる。また、水張り時の水質（溶存酸素）にも考慮する必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＧＧＨ系統の構成図である。
【図２】図１の構成の空気溜め部とバルブ付近の要部斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態のＧＧＨ系統の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態のＧＧＨ系統の構成図である。
【図５】排煙処理システムの構成図である。
【図６】排煙処理システムの構成図である。
【図７】従来技術のＧＧＨ系統の構成図（図７（ａ））と再熱器伝熱管Ｕベンド部の側面図（図７（ｂ））である。
【符号の説明】
１　ボイラ　　　　　　　　　　　　２　脱硝装置
３　空気予熱器　　　　　　　　　　４　電気集塵器
５　誘引ファン　　　　　　　　　　６　湿式脱硫装置
６−１、６−２、６−３　連絡配管
７　脱硫ファン　　　　　　　　　　８　煙突
９　ＧＧＨ再加熱器伝熱管　　　　　１０　ＧＧＨ熱回収器伝熱管
１１　ＧＧＨ熱回収器　　　　　　　１２　バイパスライン
１３　ＧＧＨ再加熱器　　　　　　　１４　熱媒循環流量調整弁
１５　熱媒バイパス量調整弁　　　　１５−１、１５−２　連絡配管
１６　熱媒タンク　　　　　　　　　１７　熱媒ヒータ蒸気供給量調整弁
１８　温度計　　　　　　　　　　　１９　空気溜め部
２０　空気抜きバルブ　　　　　　　２１　オンオフ弁
２２　真空ポンプ　　　　　　　　　２３　制御装置
２４　ガス温度計　　　　　　　　　２５　熱媒循環ポンプ
２６　熱媒循環ヒータ　　　　　　　２７　温度スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年7月10日(2002.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】削除
【補正の内容】