(57)【要約】【課題】伝熱管表面に付着する酸性硫安の付着量を少なくする。【解決手段】脱硝触媒の熱処理工程から排出されるＳＯｘとアンモニアを含む高温の排ガスを冷却する熱交換器１２と、該熱交換器１２により冷却された排ガスにアンモニア３４と空気３５を注入して前記ＳＯｘと反応させ、該反応により生成された硫安を捕集するバグフィルタ３６とを備え、前記熱交換器１２は、冷却流体９が通流される流路にほぼ鉛直に配設された伝熱管を有し、該伝熱管の上方から下方に向けて前記排ガスが通流されてなることを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯｘとアンモニアを含む高温の排ガスを冷却する熱交換器において、冷却流体が通流される流路に伝熱管をほぼ鉛直に配設し、該伝熱管の上方から下方に向けて前記排ガスを通流させることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱管は、複数の伝熱管を有して構成され、各伝熱管の上端と下端は、それぞれ上部排ガスダクトと下部排ガスダクトとに連結され、前記上部排ガスダクトと前記下部排ガスダクトには、長手方向に間隔をおいて、かつ前記上部排ガスダクトと前記下部排ガスダクトとの間で互いに位置をずらして仕切り板が設けられ、前記上部排ガスダクトの一端に前記排ガスの入口が設けられてな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】
前記排ガスは、該排ガスの酸露点近傍の温度に冷却され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】
脱硝触媒の熱処理工程から排出されるＳＯｘとアンモニアを含む高温の排ガスを冷却する熱交換器と、該熱交換器により冷却された排ガスにアンモニアと空気を注入して前記ＳＯｘと反応させ、該反応により生成された硫安を捕集するバグフィルタとを備えてなる排ガス処理装置において、
前記熱交換器は、冷却流体が通流される流路にほぼ鉛直に配設された伝熱管を有し、該伝熱管の上方から下方に向けて前記排ガスが通流されてなることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項５】
前記伝熱管は、複数の伝熱管を有して構成され、各伝熱管の上端と下端は、それぞれ上部排ガスダクトと下部排ガスダクトとに連結され、前記上部排ガスダクトと前記下部排ガスダクトには、長手方向に間隔をおいて、かつ前記上部排ガスダクトと前記下部排ガスダクトとの間で互いに位置をずらして仕切り板が設けられ、前記上部排ガスダクトの一端に前記排ガスの入口が設けられてなることを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱硝触媒の熱処理工程から排出されるＳＯｘとアンモニアを含む高温の排ガスを冷却する熱交換器及びそれを用いた排ガスの処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脱硝触媒の熱処理工程からＳＯｘを含む高温（例えば、約３００〜４００℃）の高温の排ガスが排出される。この排ガスを処理する方法として、例えば、熱処理炉等から排出される排ガスを熱交換器に通して酸露点近傍（例えば、約１８０℃）に冷却した後、アンモニアを注入してＳＯｘと反応させ、生成された硫安をバグフィルタなどで除去して清浄化することが広く知られている。
【０００３】
この排ガスの冷却に用いられる熱交換器は、例えば、複数の伝熱管に冷却エアを流し、各伝熱管の周囲に高温の排ガスを通流させるようにしている。ところが、この発生する排ガスにはＳＯｘの他にアンモニアが含まれていることから、この排ガスを熱交換器で冷却すると、伝熱管の表面に酸性硫安が生成される場合がある。
【０００４】
この酸性硫安は、熱交換器の内部温度が高いために液状のまま重力で伝熱管の外周面にそって流れ落ち、例えば熱交換器の下部に溜まる。この溜まった酸性硫安は、装置の停止等により、熱交換器の内部が低温になると固化される。したがって、熱交換器の運転・停止が繰り返されると、熱交換器の下部に酸性硫安の固化層が形成され、伝熱管の隙間が閉塞される。
【０００５】
このような問題を解決するために、従来、熱交換器の下部壁面を傾斜させ、流れ落ちた酸性硫安を傾斜面にそって流し、伝熱管内部に溜まらないようにする方法が提案されている（特許文献１）
【特許文献１】
特開平１０−６１９３６号公報（第１図）
【発明を解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法においても、熱処理時に発生するダストを核として液状の酸性硫安がこれに結合されると、流れ性が悪くなり、伝熱管の外周面や下部冷却ダクト上に付着して固形化するのを回避できない。そこで、必要に応じてこれらの固形物（堆積ダスト）を除去する清掃作業が行われている。
【０００６】
ところが、この清掃作業において、排ガスの入口側と出口側に面した付近の伝熱管表面に生成される固形物の除去は可能であるが、入口側と出口側のいずれからも離れた奥の伝熱管表面に生成される固形物は、伝熱管の隙間が狭いこと等により、十分な除去ができない。
【０００７】
本発明は、伝熱管表面に付着する酸性硫安の付着量を少なくすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の熱交換器は、冷却流体が通流される流路に伝熱管をほぼ鉛直に配設し、この伝熱管の上方から下方に向けてＳＯｘとアンモニアを含む高温の排ガスを通流させることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、排ガスを伝熱管の内側を通すように熱交換器を形成すること、及び生成される酸性硫安が重力で流れ落ちる方向と排ガスの通流方向を一致させたことを特徴とする。これによれば、伝熱管表面（内面）に生成される酸性硫安を、排ガスの風圧によって効果的に伝熱管内の下方に流下させ、伝熱管表面に付着して溜まるのを抑制することができる。この場合、伝熱管の下端に、流下した酸性硫安を溜める空間を設けることが望ましい。
【００１０】
上記において、伝熱管を複数とし、各伝熱管の上端と下端を、それぞれ上部排ガスダクトと下部排ガスダクトとに連結し、上部排ガスダクトと下部排ガスダクトには、長手方向に間隔をおいて、かつ上部排ガスダクトと下部排ガスダクトとの間で互いに位置をずらして仕切り板を設け、上部排ガスダクトの一端に排ガスの入口を設けて構成するのが望ましい。これによれば、伝熱管の上方から下方に流れる排ガスは、下部排ガスダクト内の仕切り板で反転し、下流側の伝熱管を上昇する。つまり、排ガスは、上下排ガスダクト内の仕切り板で反転しながら、伝熱管内を上昇、下降を交互に繰返して順次流れる。このとき、排ガスが下方に流れる伝熱管においては、伝熱管の下端に流下した酸性硫安が排ガスから離れて下部排ガスダクト内に落下してダクト内に溜まる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る排ガス処理装置の一実施形態の全体構成図を示す。
【００１２】
図に示すように、脱硝触媒製造装置から排出されるＳＯｘとアンモニアを含む高温（例えば、約３００〜４００℃）の排ガス１４は、配管４０を介して熱交換器１２に導入される。熱交換器１２には、冷却エア９が通流しており、導入される排ガスが所定温度（例えば、１８０℃）に冷却されるようになっている。冷却された排ガスには、配管４２を通流する過程で、アンモニア３４と空気３５が注入されて冷却され（例えば、約１５０℃）、排ガス中のＳＯｘとアンモニア３４が反応して硫安が生成される。この硫安は、排ガスに同伴されてバグフィルタ３６に導入されて捕集される。硫安が除去された排ガスは、配管４４を介して誘引送風機３８に吸引され、配管４６を通じて大気に排出される。
【００１３】
ここで、本発明の特徴である熱交換器１２の一実施形態を図２及び図３を用いて説明する。図２は熱交換器の平面図を一部を破断して示し、図３は図２の縦断面図を一部を破断して示す。図に示すように、本実施形態の熱交換器１２は、冷却エア９が通流される断面が矩形のケーシング２３内に複数の伝熱管５が鉛直方向に延在されて配置されている。このケーシング２３の両端の一方に入口エアーダクト１８が接続され、他方に出口エアーダクト１９が接続されている。入口エアーダクト１８の端部にエアー入口１が形成され、出口エアーダクト１９の端部にエアー出口２が形成されている。ケーシング２３の上面と下面は、それぞれ上部管板８、下部管板６とされ、各管板に形成された貫通穴に伝熱管５の下端と上端がそれぞれ接続されている。上部管板８を覆うように上部排ガスダクト２０、下部管板６を覆うように下部排ガスダクト２１がそれぞれ設けられている。上部排ガスダクト２０の一方には入口側排ガスダクト３、下部排ガスダクト２１の反対側には出口側排ガスダクト１７がそれぞれ設けられている。上部排ガスダクト２０及び下部排ガスダクト２１には、長手方向に間隔をおいてそれぞれ仕切り板１３ａ、１３ｂが配置され、かつ、仕切り板１３ａ、１３ｂは互いに長手方向に位置をずらして配置されている。上部排ガスダクト２０には、各空間にアクセスができる複数のメンテナンスホール２２が設けられ、同様に、下部排ガスダクト２１にはメンテナンスホール１１が設けられている。また、下部排ガスダクト２１はダストスペース７とされている。なお、伝熱管５から落下される酸性硫安を溜める受け皿等を設けることが好ましい。
【００１４】
次に、このように構成される熱交換器の動作を説明する。ＳＯｘとアンモニアを含む高温（例えば、約３００〜４００℃）の排ガス１４は、誘引送風機３８の吸引力により、排ガス入口３から熱交換器１２に供給される。排ガス入口３から入口側排ガスダクト１６に流入した排ガス１４は、上流側の伝熱管群５−１から順次、下流側の伝熱管群５−２，・・・を通流して冷却される。
【００１５】
ここで、例えば、上流側の伝熱管群５−１等の表面温度が酸露点以下となり、排ガス中のＳＯｘ濃度が高く（例えば、２００〜３００ｐｐｍ）、かつ排ガス１４中にアンモニアが含まれていると、ＳＯｘとアンモニアが反応し、液状の酸性硫安１５が生成される。この酸性硫安１５は、伝熱管５−１の内面に付着する。熱交換器の運転中は、伝熱管５−１に高温の排ガス１４が供給されており、特に伝熱管の内部温度は高くなっているから、伝熱管５−１の内面に付着する酸性硫安１５は、液状のまま伝熱管５−１の内面にそって流れ落ちる。特に、伝熱管５−１内を通流する排ガス１４の方向が酸性硫安１５が流れ落ちる方向と一致しているため、酸性硫安１５が排ガスの風圧を受けて、伝熱管５−１内を流下し易い。すなわち、酸性硫安１５が自重で自然に流れ落ちる場合に較べて、重力と排ガス１４による風圧との相乗効果により、酸性硫安１５は、より効率的に伝熱管５−１を流れ落ちる。したがって、熱処理時に発生する排ガス１４中のダストが核となって流れにくくなった酸性硫安（堆積ダスト）も、排ガスの風圧を受けて伝熱管５−１内を下方に流れ落ちるようになる。なお、伝熱管５−１内を流れ落ちて下端に達した酸性硫安１５や堆積ダストは、自重で下方に落下し、ダストスペース内（例えば、受け皿）に溜まる。
【００１６】
伝熱管群５−１を下降して下部排ガスダクト２１のダストスペース７内に達した排ガス１４は、矢印１４に示すように仕切り板１３で通流方向を反転し、伝熱管群５−２に導入されて上昇する。伝熱管群５−２を上昇して上部排ガスダクト２０に達した排ガス１４は、同様に仕切り板１３で通流方向を反転し、図示しない伝熱管群５−３を下降する。このように、排ガス１４は、各伝熱管群を上昇、下降を繰り返して順次通流した後、出口側排ガスダクト１７を介して排ガス出口４から排出される。
【００１７】
なお、酸性硫安１５は、伝熱管群５−１において生成され、伝熱管群５−２以降の伝熱管内では、酸性硫安がほとんど生成されないことが確認されている。したがって、酸性硫安が伝熱管５−２以降に流れないようにするには、下部排ガスダクト２１内の高さを十分に確保するか、又は伝熱管群５−２以降の伝熱管の本数を増加させて排ガスの通流速度を遅くする。これにより、伝熱管群５−１から落下した酸性硫安が、排ガスに巻き上げられて伝熱管群５−２以降の伝熱管内に付着することを抑制できる。
【００１８】
また、伝熱管５内にわずかに付着する酸性硫安等は、メンテナンスホール１１、２２を介して、例えばドリルやホルソー等で簡易的に清掃することができる。
【００１９】
以上、本実施形態によれば、伝熱管の内部に生成される酸性硫安を、排ガスの風圧により効率的に流下させることができる。この結果、酸性硫安が伝熱管内に溜まって堆積したり、伝熱管５内が閉塞されるのを抑制できる。また、伝熱管内から排出された酸性硫安は、下部のダクト内に溜まるので清掃が容易になる。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、伝熱管表面に付着する酸性硫安の付着量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る排ガス処理装置の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る熱交換器の平面図である。
【図３】図２の縦断面図である。
【符号の説明】
３　排ガス入口
５　伝熱管
９　冷却エアー
１２　熱交換器
１３　仕切り板
１４　排ガス
１５　酸性硫安
２０　上部排ガスダクト
２１　下部排ガスダクト
３４　アンモニア
３５　空気
３６　バグフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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