(57)【要約】【課題】伝熱管の伝熱面積を必要最小限にすることができるガスガス熱交換器の熱媒体循環装置と熱媒体循環方法及び排ガス処理装置を提供すること。【解決手段】通常運転時のＧＧＨ熱媒体の流れを熱媒体循環ポンプ２４→ＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管２１→熱媒体ヒータ２５→切替バルブ２７→ＧＧＨ再加熱器１３の裸管２２→切替バルブ９→ＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３→切替バルブ３１→熱媒体循環ポンプ２４とし、一方、空気予熱器３の出口側の排ガス温度が１６０℃以上のような異常時には、ＧＧＨ熱媒体の流れを熱媒体循環ポンプ２４→ＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管２１→熱媒体ヒータ２５→切替バルブ２８→ＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３→切替バルブ１０→ＧＧＨ再加熱器１３の裸管２２→切替バルブ２６→熱媒体循環ポンプ２４とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置から排出する排ガスにより燃焼装置の燃焼用空気を予熱する空気予熱器と、該空気予熱器出口の排ガスの熱を熱媒体に回収する伝熱管群からなる熱回収器と、該熱回収器出口の排ガス中のばい塵を回収する集塵器と、該集塵器出口の排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、該湿式脱硫装置出口の排ガスを前記熱回収器から供給される熱媒体で加熱する裸管部とフィン付管部とからなる伝熱管群からなる再加熱器と、を燃焼装置の排ガスダクトの上流側から下流側に順次配置し、熱回収器と再加熱器の伝熱管を熱媒体循環ラインで連絡したガスガス熱交換器の熱媒体循環装置において、
熱媒体循環ラインは、熱回収器出口の高温媒体を再加熱器の裸管部又はフィン付管部のどちらか一方に先に流し、他方に後から流すことができるような流路切替え可能な配管とバルブを設置したことを特徴とするガスガス熱交換器の熱媒体循環装置。
【請求項２】
請求項１記載のガスガス熱交換器の熱媒体循環装置を用いて、通常時は再加熱器の伝熱管の裸管に、まず、より高温の熱媒体をガス流れと並流方向に流し、その後フィン付管にガス流れと向流方向に流し、空気予熱器の出口側のガス温度が第１の所定温度（１６０℃）以上に上昇した場合には熱回収器の出口側のガス温度を第２の所定温度（９５℃）以下に維持するために、再加熱器の伝熱管の裸管に、まず、より高温の熱媒体をガス流れと向流方向に流し、その後フィン付管にもガス流れと向流方向に流すことを特徴とするガスガス熱交換器の熱媒体循環方法。
【請求項３】
燃焼装置から排出する排ガスにより燃焼装置の燃焼用空気を予熱する空気予熱器と、該空気予熱器出口の排ガスの熱を熱媒体に回収する伝熱管群からなる熱回収器と、該熱回収器出口の排ガス中のばい塵を回収する集塵器と、該集塵器出口の排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、該湿式脱硫装置出口の排ガスを前記熱回収器から供給される熱媒体で加熱する裸管部とフィン付管部とからなる伝熱管群からなる再加熱器と、を燃焼装置の排ガスダクトの上流側から下流側に順次配置し、熱回収器と再加熱器にそれぞれ設けられた伝熱管を連絡し、その内部に熱媒体を循環させる熱媒体循環ラインを設けた排ガス処理装置において、
熱媒体循環ラインは、熱回収器出口の高温媒体を再加熱器の裸管部又はフィン付管部のどちらか一方に先に流し、他方に後から流すことができるような流路切替え可能な配管とバルブを設置したことを特徴とする排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス処理装置に係り、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再加熱器を有するガスガス熱交換器（以下ＧＧＨと記すことがある）熱媒体循環装置と熱媒体循環方法及び排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な排ガス処理装置の系統を図３と図４に示す。図３に示す排ガス処理システムではボイラ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（Ａ／Ｈ）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（ＥＰ）４で排ガス中のばい塵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。
【０００３】
図４に示す排ガス処理システムではボイラ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に導入されて熱回収された後、電気集塵器４で排ガス中のばい塵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。
【０００４】
図４に示す排ガス処理システムはＧＧＨ熱回収器１１の後流側に電気集塵器４が置かれており、該電気集塵器４での処理ガス温度が低くなるため、ばい塵の電気抵抗が下がり、ばい塵除去効率が高く、図３に示す排ガス処理システムに比べてばい塵除去性能が高い。近年では、ばい塵排出規制がより厳しくなってきているため、石炭焚ボイラにおいては図４に示す排ガス処理システムの方が主流となりつつある。
【０００５】
図４で示す従来のＧＧＨの系統を図５に示す。このＧＧＨの系統は、ＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管（フィン付管）２１とＧＧＨ再加熱器１３の裸の伝熱管（裸管）２２とフィン付伝熱管（フィン付管）２３を連絡配管１２で連絡し、熱媒体循環ポンプ２４により熱媒体を循環させ、熱媒体の顕熱により空気予熱器３の出口ガスを冷却（熱回収）し、湿式脱硫装置６の出口ガスを昇温（再加熱）する熱交換器である。
【０００６】
上記ＧＧＨの系統には、低負荷時等に媒体温度が低くなり過ぎないようにするため、又は起動時又は停缶（ボイラ運転停止）時の暖気目的で蒸気を加熱源とする熱媒体ヒータ２５が再加熱器１３の裸管２２の前流側の熱媒体連絡配管１２内に設置され、また該連絡配管１２の内部には熱媒体として水を満水状態で充填しており、運転中は熱媒体温度の上昇により熱媒体（水）が膨張するため、それを吸収する目的の熱媒体タンク１３が付属機器として設置されるのが一般的である。
【０００７】
また、熱回収器１１の出口排ガス温度を制御するために、該熱回収器１１をバイパスして再加熱器１３の熱媒体出口から入口に戻る熱媒体バイパスライン１７が設けられ、電気集塵器４の出口排ガス温度を計測する温度計１８の信号により、電気集塵器４の出口排ガス温度が設定範囲となるように、熱媒体バイパスライン１７に設けられた流量調整弁１９の開度を調整して熱媒体による熱回収器１１での熱回収量を制御している。
【０００８】
ここでＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管２１とＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３には通常熱交換効率を向上させるために、フィンチューブが用いられている。また、ＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３の前流側の排ガス流路には前流機器の湿式脱硫装置６からの飛散ミストを効率よく除去するため、熱回収器１１及び熱媒体ヒータ２５を通った高温（通常１００℃以上）の熱媒体が流れる裸管２２が設置されている。
【０００９】
図６には上記ＧＧＨ系統でのガス温度と熱媒体温度のバランスの一例を示す。図６（ａ）は熱回収器１１でのガス温度と熱媒体温度のバランスを示している。熱回収器１１ではガスの出口側（低温側）から低温媒体を入れ、ガスの入口側（高温側）に流しており、ガスと熱媒体とは向流接触となる熱交換器である。
【００１０】
一方、図６（ｂ）は再加熱器１３側のガス温度と熱媒体温度の関係を示したものであり、ガスの入口側（低温側）の裸管２２に高温媒体を、まず導入し、裸管２２を通過した熱媒体はガス出口側（高温側）に導入され、フィン付管２３内を流れ、冷却される。
【００１１】
従って、ＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３は熱回収器１１の場合と同様にガスと熱媒体は向流接触する熱交換器であるが、裸管２２ではガスと熱媒体は並流接触する（この方式を高温裸管群付ＧＧＨと称す。）。
【００１２】
ＧＧＨ再加熱器１３において、熱媒体がガスと接触する伝熱管を裸管２２とする技術は、特開平１１−２３０５３７号公報、特開２００２−１７７７３２号公報、及び特開２０００−１６１６４７号公報等に記載されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−２３０５３７号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開２００２−１７７７３２号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開２０００−１６１６４７号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、石炭焚き火力発電システムにおいては、図４に示す排ガス流路の電気集塵器４の前流側にＧＧＨ熱回収器１１を設置する排ガス処理システムが主流となっているが、このシステムを採用する場合、熱回収器１１の出口の温度が電気集塵器（ＥＰ）４の除塵性能に大きく影響するため、どのようなボイラ運転条件においても熱回収器１１の出口ガス温度が一定温度以下になることが要求される場合がある。
【００１７】
例えば、空気予熱器３の異常時においてガス温度が１６０℃程度と高くなるような場合においても熱回収器１１の出口ガス温度が一定温度（例えば９５℃）以下になることが要求される場合がある。これは、熱回収器１１の出口ガス温度（＝ＥＰ４の入口ガス温度）が高いと電気集塵器４の除塵性能が悪くなり、煙突８の入口での煤塵濃度規制値を守れなくなるためである。
【００１８】
図５に示す再加熱器１３の伝熱管では前述のように裸管２２は並流、フィン付管２３は向流の熱交換器となるため、図７の系統図及び図８のガス温度−熱媒体温度バランスを示す図に示すように、裸管２２とフィン付管２３の全ての伝熱管部分で熱媒体をガスＧと向流方向に流す再加熱器１３と同じ伝熱性能にするためには、伝熱面積を多く必要とする。ガス条件（ガス量、ガス温度）にもよるが、熱回収器１１と再加熱器１３の伝熱管のトータル伝熱面積ベースでは高温裸管群無し（高温熱媒体側に裸管２２を配置しない場合）のＧＧＨに比べ、約３０％程度大きくなる。
【００１９】
なお、図８（ａ）は熱回収器１１でのガス温度と熱媒体温度のバランスを示している。熱回収器１１ではガスの出口側（低温側）から低温媒体を入れ、ガスの入口側（高温側）に流しており、ガスと熱媒体とは向流接触となる熱交換器である。
【００２０】
また、図８（ｂ）は再加熱器１３側のガス温度と熱媒体温度の関係を示したものであり、ガス出口側（高温側）のフィン付管２３に高温媒体を入れ、フィン付管２３を通過した熱媒体はガスの入口側（低温側）に導入され、裸管２２内を流れ、冷却され、ここでもガスと熱媒体とは向流接触となる熱交換器である。
【００２１】
例えば、１，０００ＭＷ発電所用のボイラの排ガス処理に利用するＧＧＨの一例を示すと、空気予熱器３の異常時（例えば空気予熱器３の出口ガス温度が１６０℃で熱回収器１１の出口ガス温度が９５℃）を考慮すると、高温裸管群付ＧＧＨの伝熱管の伝熱面積は約１６０，０００ｍ２となり、同様の設計条件で高温裸管群無しのＧＧＨの伝熱管の伝熱面積は約１２５，０００ｍ２となる。
【００２２】
本発明の課題は、伝熱管の伝熱面積を必要最小限にすることができるガスガス熱交換器の熱媒体循環装置と熱媒体循環方法及び排ガス処理装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の課題は次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出する排ガスにより燃焼装置の燃焼用空気を予熱する空気予熱器と、該空気予熱器出口の排ガスの熱を熱媒体に回収する伝熱管群からなる熱回収器と、該熱回収器出口の排ガス中のばい塵を回収する集塵器と、該集塵器出口の排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、該湿式脱硫装置出口の排ガスを前記熱回収器から供給される熱媒体で加熱する裸管部とフィン付管部とからなる伝熱管群からなる再加熱器と、を燃焼装置の排ガスダクトの上流側から下流側に順次配置し、熱回収器と再加熱器の伝熱管を熱媒体循環ラインで連絡したガスガス熱交換器の熱媒体循環装置において、熱媒体循環ラインは、熱回収器出口の高温媒体を再加熱器の裸管部又はフィン付管部のどちらか一方に先に流し、他方に後から流すことができるような流路切替え可能な配管とバルブを設置したガスガス熱交換器の熱媒体循環装置である。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のガスガス熱交換器の熱媒体循環装置を用いて、通常時は再加熱器の伝熱管の裸管に、まず、より高温の熱媒体をガス流れと並流方向に流し、その後フィン付管にガス流れと向流方向に流し、空気予熱器の出口側のガス温度が第１の所定温度（１６０℃）以上に上昇した場合には熱回収器の出口側のガス温度を第２の所定温度（９５℃）以下に維持するために、再加熱器の伝熱管の裸管に、まず、より高温の熱媒体をガス流れと向流方向に流し、その後フィン付管にもガス流れと向流方向に流すガスガス熱交換器の熱媒体循環方法である。
【００２５】
請求項３記載の発明は、燃焼装置から排出する排ガスにより燃焼装置の燃焼用空気を予熱する空気予熱器と、該空気予熱器出口の排ガスの熱を熱媒体に回収する伝熱管群からなる熱回収器と、該熱回収器出口の排ガス中のばい塵を回収する集塵器と、該集塵器出口の排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式脱硫装置と、該湿式脱硫装置出口の排ガスを前記熱回収器から供給される熱媒体で加熱する裸管部とフィン付管部とからなる伝熱管群からなる再加熱器とを燃焼装置の排ガスダクトの上流側から下流側に順次配置し、熱回収器と再加熱器にそれぞれ設けられた伝熱管を連絡し、その内部に熱媒体を循環させる熱媒体循環ラインを設けた排ガス処理装置において、熱媒体循環ラインは、熱回収器出口の高温媒体を再加熱器の裸管部又はフィン付管部のどちらか一方に先に流し、他方に後から流すことができるような流路切替え可能な配管とバルブを設置した排ガス処理装置である。
【００２６】
【作用】
近年の排ガス処置システムでは、前述のように電気集塵器の除塵性能維持のために空気予熱器の出口ガス温度が異常に上昇した場合でも、ＧＧＨ熱回収器出口ガス温度を一定温度（例えば９５℃）以下に維持する必要がある。
【００２７】
本発明によるガスガス熱交換器の熱媒体循環装置と熱媒体循環方法及び排ガス処理装置を採用した場合、通常運転時には高温裸管群を機能させた（裸管群に高温媒体を入れて、裸管部を並流熱交換器とする）ＧＧＨとし、空気予熱器の出口ガス温度が異常（例えば１６０℃以上）に上昇した場合は高温裸管群無し（全て向流熱交換器とする）ＧＧＨに切替えるため、熱回収器出口ガス温度も維持でき、伝熱面積を約３０％小さくすることが可能となる。
【００２８】
なお、このように高温裸管群無しに切替えた場合、裸管部には低温媒体が流れてミストの捕集（蒸発）機能が低下し、後流側のフィン付管群の腐食等が懸念されるが、このような運転は稀なケース（異常時）であり、年間の運転時間の中で見てもわずかであるため、（悪）影響度合いは少ないと考えられる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
本実施例のＧＧＨ系統を図１と、図２に示す。
図１と図２に示すＧＧＨの系統は、図４に示す排ガス処理システムに適用されるガスガス熱交換器の熱媒体循環装置であり、ＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管２１とＧＧＨ再加熱器１３の裸の伝熱管（裸管）２２とフィン付伝熱管（フィン付管）２３を連絡配管１２で連絡し、熱媒体循環ポンプ２４により熱媒体（水が通常使用される）を循環させ、熱媒体の顕熱により空気予熱器３の出口ガスＧを冷却（熱回収）し、湿式脱硫装置６の出口ガスＧを昇温（再加熱）する熱交換器である。
【００３０】
上記ＧＧＨの系統には、図５で説明した系統と同じく、蒸気を加熱源とする熱媒体ヒータ２５が再加熱器１３の裸管２２の前流側の連絡配管１２内に設置され、また該連絡配管１２の内部には熱媒体として水を満水状態で充填しており、運転中は熱媒体温度の上昇により熱媒体（水）が膨張するため、それを吸収する目的の熱媒体タンク１３が設置されている。また、熱回収器１１の出口排ガス温度を制御するために、熱回収器１１をバイパスして再加熱器１３の熱媒体出口から入口に戻る熱媒体バイパスライン１７が設けられ、電気集塵器４の出口排ガス温度を計測する温度計１８の信号により、電気集塵器４の出口排ガス温度が設定範囲となるように、熱媒体バイパスライン１７に設けられた流量調整弁１９の開度を調整して熱媒体による熱回収器１１での熱回収量を制御している。
【００３１】
図３に、本実施例の特徴部に係る熱回収器１１と再加熱器１３の熱媒体循環系統の詳細図を示す。熱回収器１１と再加熱器１３のそれぞれの伝熱管２１と伝熱管２３は、熱媒体連絡管路１２により環状に連結され、その管路１２の途中に設けられた循環ポンプ２４（図１）により、それらの伝熱管２１、２３内に熱媒体が循環されるようになっている。伝熱管２１、２３は、熱交換の効率を向上させるために、フィンチューブ等が用いられる。熱媒体循環管路１２には、管路の熱媒体の膨張を吸収するために熱媒体タンク１６（図１）が設置されている。
【００３２】
電気集塵器４出口の排ガス温度を制御する具体的な方法は下記のものが挙げられる。
熱回収器１１の出口排ガス温度を制御するために、熱回収器１１をバイパスして再加熱器１３の熱媒体出口から入口に戻る熱媒体バイパスライン１７が設けられ、電気集塵器４の出口排ガス温度を計測する温度計１８の信号により、電気集塵器４の出口排ガス温度が設定範囲となるように、熱媒体バイパスライン１７に設けられた流量調整弁１９の開度を調整して熱媒体による熱回収器１１での熱回収量を制御している。
【００３３】
ＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管２１とＧＧＨ再加熱器１３のフィン付伝熱管２３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が用いられ、また、ＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３の前流側の排ガス流路には前流機器の湿式脱硫装置６からの飛散ミストを効率よく除去するため熱回収器１１及び熱媒体ヒータ２５を通った高温（通常１００℃以上）の熱媒体が流れる裸管２２が設置されている。
【００３４】
通常運転時のＧＧＨ熱媒体の流れを図１の太線で示すように、熱媒体循環ポンプ２４→ＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管２１→熱媒体ヒータ２５→切替バルブ２７→ＧＧＨ再加熱器１３の裸管２２→切替バルブ９→ＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３→切替バルブ３１→熱媒体循環ポンプ２４とし、上記切替バルブ９、２７、３１は全て開とし、その他の切替バルブ１０、２６、２８は閉とする。
【００３５】
一方、空気予熱器３の出口側の排ガス温度が所定温度（例えば１６０℃）より高くなるような異常時には、図２の太線で示すように、ＧＧＨ熱媒体の流れを熱媒体循環ポンプ２４→ＧＧＨ熱回収器１１の伝熱管２１→熱媒体ヒータ２５→切替バルブ２８→ＧＧＨ再加熱器１３のフィン付管２３→切替バルブ１０→ＧＧＨ再加熱器１３の裸管２２→切替バルブ２６→熱媒体循環ポンプ２４として、上記切替バルブ１０、２６、２８は全て開とし、その他の切替バルブ９、切替バルブ２７、切替バルブ３１は閉とする。
【００３６】
なお、前記切替バルブは手動、自動の限定はしない。また、運転員によるマニュアル運転又は空気予熱器（Ａ／Ｈ）３の出口ガス温度を検出して自動的にバルブ切替する自動化運転等の運転方法についても限定はしないものとする。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、空気予熱器の異常時等において、空気予熱器出口ガス温度が高い場合にのみＧＧＨの熱交換器の熱媒体の流れ方向を全てガス流れと向流方向になるように熱交換器内の熱媒体の流れ方向を切替ることによって、伝熱面積を約３０％削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に一実施例のＧＧＨ系統の通常時の構成図である。
【図２】図１のＧＧＨ系統の異常時の構成図である。
【図３】一般的な排ガス処理系統の構成図である。
【図４】一般的な排ガス処理系統の構成図である。
【図５】再加熱器に高温裸管群を設けたＧＧＨ系統の構成図である。
【図６】図５の高温裸管群付ＧＧＨ系統のガス温度−熱媒体温度バランスのを説明する図である。
【図７】再加熱器に高温裸管群無しのＧＧＨ系統の構成図である。
【図８】図７の高温裸管群無しＧＧＨ系統のガス温度−熱媒体温度バランスを説明する図である。
【符号の説明】
１  ボイラ                    ２  脱硝装置
３  空気予熱器（Ａ／Ｈ）      ４  電気集塵器（ＥＰ）
５  誘引ファン                ６  湿式脱硫装置
７  脱硫ファン                ８  煙突
９、１０、２６、２７、２８、３１  切替バルブ
１１  ＧＧＨ熱回収器          １２  連絡配管
１３  ＧＧＨ再加熱器          １６  熱媒体タンク
１７  熱媒体バイパスライン    １８  温度計
１９  流量調整弁              ２１  伝熱管（フィン付管）
２２  伝熱管（裸管）          ２３  フィン付伝熱管（フィン付管）
２４  熱媒体循環ポンプ        ２５  熱媒体ヒータ
Ｇ  ガス
【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】
2004333033.tif 000009
【図８】
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