JPH0520641B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流動層熱交換器を用いた廃熱回収シ
ステムに関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種廃熱回収システムにあつては、排
ガス発生源から導かれた排ガスの排出経路に次の
ような構成の流動層熱交換器を介設してある。

すなわち、この流動層熱交換器は、排ガスによ
つて流動せしめられて流動層を形成する廃熱回収
媒体層を内装すると共に該層内に廃熱回収管を導
いてなる。そして、前記廃熱回収媒体として平均
粒径0.2〜3.0mm程度のアルミナ砂又は珪砂を使用
している。また、廃熱回収管は暖房、給湯等の熱
負荷部に接続されていて、適宜の熱媒体が流動層
と熱負荷部との間を循環せしめられるようしてあ
る。

したがつて、かかる廃熱回収システムによれ
ば、排ガスが流動層熱交換器を通過する間におい
て、排ガスと廃熱回収管内の熱媒体とが流動する
廃熱回収媒体を介して効果的に熱交換されて、排
ガスからの熱回収が良好に行われ、この回収熱を
暖房等の熱源として利用することができる。

ところで、前記アルミナ砂等の廃熱回収媒体に
は排ガス浄化作用がなく、流動層熱交換器は単に
廃熱回収機能を有するものにすぎないことから、
排ガスの排出経路に流動層熱交換器を介設するの
みでは、排ガス中の有害物質例えば窒素酸化物、
ハイドロカーボン、一酸化炭素等は除去されずに
そのまま大気中に放出されることになり、公害問
題を引き起すことになる。

そこで、従来システムでは、排ガスの排出経路
に、流動層熱交換器に加えて、脱硝装置、脱硫装
置等の排ガス浄化装置を介設しているのが普通で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このような排ガス浄化装置を設けた
場合には、排ガス中の煤塵や水分の付着による排
ガス浄化装置の性能劣化を防止すべく、更に蒸気
や高圧空気等を用いた煤吹装置等のクリーニング
装置を必要とすることとも相俟つて、システム全
体の構造が徒に複雑化、大型化するといつた問題
がある。しかも、メンテナンスも容易ではなく、
脱硝装置の交換等、保守・点検に要するシステム
停止時間が長くなり、運転効率が頗る悪いといつ
た問題がある。

本発明は、かかる問題を生ずることなく、排ガ
スの熱回収と浄化とを効率良く行いうる廃熱回収
システムを提供することを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明の廃熱回収システムは、上記の目的を達
成すべく、特に、流動層熱交換器を熱回収機能の
みならず排ガス浄化機能をも備えた構成としたも
のである。

すなわち、第１発明の廃熱回収システムにあつ
ては、排ガスの排出経路に、排ガスによつて流動
せしめられて流動層を形成する廃熱回収媒体層を
内装すると共に該層内に廃熱回収管を導いてな
る、流動層熱交換器を介設し、前記廃熱回収媒体
として排ガス中の各種有害物質を浄化除去しうる
複数種の粒状セラミツク触媒を使用している。

また、第２発明の廃熱回収システムにあつて
は、排ガス排出経路の一部を両端で合流する主経
路部分とバイパス経路部分とに分岐構成し、排ガ
ス排出経路に、主経路部分を通過する排ガスによ
つて流動せしめられて流動層を形成する廃熱回収
媒体層を内装すると共に該層内に廃熱回収管を導
いてなる熱交換部と、バイパス経路部分を通過す
る排ガスによつて流動せしめられて流動層を形成
する排ガス浄化媒体層を内装してなる排ガス浄化
部と、からなる流動層熱交換器を介設すると共
に、主経路部分から熱交換部への排ガス導入量及
びバイパス経路部分から排ガス浄化部への排ガス
導入量を制御する排ガス導入量制御機構を配設
し、前記廃熱回収媒体及び排ガス浄化媒体として
排ガス中の各種有害物質を浄化除去しうる複数種
の粒状セラミツク触媒を使用している。

前記廃熱回収媒体及び排ガス浄化媒体たるセラ
ミツク触媒としては、公知のものを使用でき、熱
回収しようとする排ガスに含まれる各種有害物質
の性状に応じて最適のものを適宜選択する。例え
ば、燃焼触媒としてはセラミツクに白金を担持さ
せたもの、窒素酸化物、ハイドロカーボン、一酸
化炭素を浄化するセラミツク触媒としてはセラミ
ツクに白金及びロジウムを担持させたもの又はセ
ラミツクにバナジウムを担持させたもの等が好適
である。

また、前記各流動層は、複数種のセラミツク触
媒が混在する単一層としても良いし、或は各々が
異種のセラミツク触媒からなる複数の単一種セラ
ミツク触媒層を排ガスの通過方向に沿つて直列配
しても良い。例えば、第１層を煤塵、ハイドロカ
ーボン、一酸化炭素等を低温で燃焼浄化させるセ
ラミツク触媒で構成し、第２層を窒素酸化物を還
元浄化させるセラミツク触媒で構成しておく如く
である。この場合、廃熱回収管は、各層を順次通
過するように配置しておく。

（作用） 第１発明の廃熱回収システムにあつては、排ガ
スが流動層熱交換器にもたらされると、排ガスの
運動エネルギにより、粒状セラミツク触媒が流動
されて、流動層が形成される。この流動層によつ
て排ガスからの熱回収が効果的に行われる。一
方、排ガス中の有害物質は、排ガスがセラミツク
触媒層を通過する間において、セラミツク触媒の
作用により浄化除去される。したがつて、流動層
熱交換器を経過した排ガスには有害物質が含まれ
ておらず、煙突等からそのまま放出しても大気汚
染等の公害問題を引き起すことがない。しかも、
セラミツク触媒は常に流動せしめられていること
から、自浄作用があり、その結果、煤等の付着を
確実に防止し得る。

なお、セラミツク触媒は一定温度以上の高温条
件下では触媒作用を喪失する虞れがあるが、上記
流動層熱交換器においては廃熱回収によつて200
℃〜500℃程度に維持され、触媒作用が効果的に
行われることになる。

ところで、排ガスによつて流動層が良好に形
成・維持されるには、その構成材たる粒状セラミ
ツク触媒の大きさ、重量にもよるが、流動層を通
過する排ガス量ないし排ガス速度を、それがある
程度（流動化開始点）以下となると流動層構成材
が流動しなくなり、逆にある程度（終末速度）を
超えると流動層構成材が飛散して良好な流動層を
形成できなくなるため、流動化開始点を超え且つ
終末速度以下の範囲に維持しておくことが必要で
ある。したがつて、排ガス発生源たるボイラ等が
負荷に応じて比例制御されるものである場合に
は、流動層熱交換器に導入される排ガス量ないし
排ガス速度が変動し、第１発明のシステムでは流
動層を良好に形成・維持し得なくなる虞れがあ
る。

第２発明の廃熱回収システムにあつては、この
ような不都合を解消することができるのであり、
排ガス導入量制御機構により主経路部分から熱交
換部への排ガス導入量及びバイパス経路部分から
排ガス浄化部への排ガス導入量を制御することに
よつて、排ガス発生源から排出される排ガス量又
は回収熱量に対する熱負荷の変動に良好に対処し
得るのである。

すなわち、通常は、排ガスを熱回収部に導入さ
せておき、排ガスが流動化開始点以下となると、
排ガスを排ガス浄化部に導入させる。この排ガス
浄化部において、排ガスが終末速度を超えるよう
になると、再び排ガスを熱回収部に導入させる。
さらに、この熱回収部においても、排ガスが終末
速度を超えるようになると、排ガスの一部を排ガ
ス浄化部にも導入させる。

このように排ガスの熱回収部及び排ガス浄化部
への導入量を制御することによつて、排ガス発生
源から排出される排ガス量の変動に拘らず、流動
層を良好に形成・維持できるのである。また、同
様にして、廃熱回収量を調整し得て、熱負荷部で
の負荷変動に対処することができる。例えば、熱
負荷が減少した場合には、排ガスの全部又は一部
を排ガス浄化部に導入させるのである。

なお、排ガスが廃熱回収部を通過する間に熱回
収作用及び排ガス浄化作用が、また排ガス浄化部
を通過することによつて排ガス浄化作用が行われ
ることは、第１発明のシステムにおけると同様で
ある。

（実施例） 以下、本発明の構成を第１図〜第４図に示す各
実施例に基づいて具体的に説明する。

第１図に示す第１実施例のシステムにおいて、
１は例えばON、OFF制御されるボイラ、エンジ
ン、ガスタービン等の排ガス発生源、２は煙突、
３は排ガス発生源１から煙突２に至る排ガス排出
経路、４は排ガス排出経路３に介設された流動層
熱交換器、５は暖房設備、給湯設備等の熱負荷部
である。

流動層熱交換器４は、本体容器６の上下部に設
けた排ガス出入口６ａ，６ｂを排ガス排出経路３
に接続し、本体容器６に廃熱回収媒体層７を内装
すると共に、該層７内に廃熱回収管８を導いてな
る。

廃熱回収媒体層７は、排ガス１０に含まれる窒
素酸化物等の各種有害物質を浄化しうる複数種の
粒状セラミツク触媒を多孔板１１上に積層載置し
て構成されており、排ガス入口６ｂから排ガス出
口６ａへと本体容器６内を通過する排ガス１０に
よつて流動層を形成する。セラミツク触媒は公知
であり、種々のものがあるが、前記廃熱回収媒体
層７の構成材としては、前述したように、排ガス
１０に含まれる各種有害物質の性状に応じてこれ
らを浄化するに最適のものを使用する。また、セ
ラミツク触媒の平均粒径は、従来の流動層熱交換
器において使用されている廃熱回収媒体と同様に
0.2〜3.0mm程度としておくことが望ましい。

前記廃熱回収媒体層７は、第２図に示す如く、
上記複数種のセラミツク触媒が混在する単一層と
しても良いし、かかる混在層を熱回収量に応じて
適当数段配置するようにしても良い。或は、各々
が異種のセラミツク触媒からなる複数の単一種セ
ラミツク触媒層を上下複数段に直列配置しても良
い。例えば、第３図に示す如く、廃熱回収媒体層
７を上下３段に分離構成して、第１層７ａを煤塵
を燃焼除去する燃焼触媒で、第２層７ｂをハイド
ロカーボン、一酸化炭素等を燃焼除去する燃焼触
媒で、更に第３層７ｃを窒素酸化物を還元除去す
るセラミツク触媒で夫々構成する。この場合、排
ガス１０が各層７ａ，７ｂ，７ｃを通過すること
によつて、これに含まれている各種有害物質が順
次除去されることになり、特に第１層７ａはフイ
ルタとしての機能をも果たすことになる。勿論、
単一セラミツク触媒層の段数は、排ガスに含まれ
る有害物質の種類、必要とする触媒の種類、触媒
の活性温度範囲等に応じて適宜設定しておくもの
である。

なお、前記廃熱回収管８は、熱負荷部５との間
で適宜の熱媒体を循環させる循環閉回路９の一部
を構成する伝熱管である。また、前記多孔板１１
はセラミツク触媒層７を保持するためのものであ
ると共に、排ガス１０による流動層形成を良好に
行わしめるべく、流動層７に流入する排ガス１０
を均一に分散させるためのものでもある。

また、第４図に示す第２実施例のシステムにあ
つては、排ガス排出経路３の一部を両端で合流す
る主経路部分３ａとバイパス経路部分３ｂとに分
岐構成すると共に、流動層熱交換器４を熱交換部
４ａと排ガス浄化部４ｂとに分割構成して、各部
４ａ，４ｂを各経路部分３ａ，３ｂに介装してあ
る。すなわち、本体容器６を隔壁１２で熱交換部
４ａと排ガス浄化部４ｂとに区画し、各部４ａ，
４ｂに夫々廃熱回収媒体層１３ａ及び排ガス浄化
媒体層１３ｂを内装し、廃熱媒体層１３ａ内に廃
熱回収管８を導いてある。各層１３ａ，１３ｂの
構成は第１実施例における廃熱回収媒体層７と同
一である。廃熱回収媒体層１３ａは、主経路部分
３ａを通過する排ガス１０によつて流動せしめら
れて流動層を形成し、熱回収作用及び排ガス浄化
作用を行うものであり、また排ガス浄化媒体層１
３ｂは、バイパス経路部分３ｂを通過する排ガス
１０によつて流動層せしめられて流動層を形成
し、排ガス浄化作用を行うものである。なお、排
ガス浄化媒体層１３ｂは、それを良好に流動させ
るに必要な排ガス量が廃熱回収媒体層１３ａにお
いて必要とされる排ガス量よりも少なくて済むよ
うに構成されている。具体的には、排ガス浄化媒
体層１３ｂを廃熱回収媒体層１３ａよりも小容量
のものとしている。各層１３ａ，１３ｂは、前記
廃熱回収媒体層７と同様に、第２図又は第３図に
例示する如き構成としておくことができること勿
論である。また、排ガス発生源１は、比例制御さ
れるボイラ等である。

さらに、主経路部分３ａから熱交換部４ａへの
排ガス導入量及びバイパス経路部分３ｂから排ガ
ス浄化部４ｂへの排ガス導入量を制御する排ガス
導入量制御機構１４を配設してある。この排ガス
導入量制御機構１４は、主経路部分３ａに介設し
た第１ダンパ１５ａと、バイパス経路部分３ｂに
介設した第２ダンパ１５ｂと、廃熱回収媒体層１
３ａの上下部における圧力差を検出する第１差圧
検出器１６ａと、排ガス浄化媒体層１３ｂの上下
部における圧力差を検出する第２差圧検出器１６
ｂと、各検出器１６ａ，１６ｂによる検出値に基
づいて各ダンパ１５ａ，１５ｂの開度を制御する
制御装置１７とからなる。すなわち、排ガス量の
変化を圧力損失の変化として検出し（例えば、排
ガス量が減少すると、層１３ａ，１３ｂの上下部
における圧力差つまり圧力損失が小さくなる）、
これに基づいて、前述した如く熱回収部４ａ又は
排ガス浄化部４ｂへの排ガス導入量を制御するの
である。かかる制御は、熱負荷部５での熱負荷変
動に基づいても行うことができること勿論であ
る。

なお、第２実施例のシステムにおいて、排ガス
浄化媒体層１３ｂ内に低熱負荷用の廃熱回収管
（図示せず）を導いて、排ガス１０が該層１３ｂ
を通過するときにも小容量の熱交換を行いうるよ
うに構成しておいても良い。

（発明の効果） 本発明の廃熱回収システムにあつては、流動層
熱交換器を、流動層構成材として排ガス浄化作用
のあるセラミツク触媒を使用することによつて、
廃熱回収機能及び排ガス浄化機能をも備えたもの
に構成したから、従来システムにおける如く流動
層熱交換器以外に排ガス浄化用の装置を別途設け
ておく必要がなく、したがつてシステム全体の構
造を極めて簡略化、小形化することができ、メン
テナンスも容易となる。しかも、セラミツク触媒
は常に流動していて自浄作用があるため、クリー
ニング装置を設けておかずとも、煤等の付着によ
る性能劣化を招く虞れがない。また、除去しよう
とする有害物質の種類、性状に応じてセラミツク
触媒を適当に選択しておくことによつて、システ
ム構造、配置を変えることなく、如何なる種類の
排ガスをも浄化することができ、汎用性に富む。

さらに、第２発明の廃熱回収システムにあつて
は、上記効果に加えて、排ガスの発生量若しくは
熱負荷の変動に拘らず、常に良好な流動層を維持
して廃熱回収及び排ガス浄化をより効率良く行わ
しめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る廃熱回収システムの第１
実施例を示す概略縦断側面図、第２図は同要部の
拡大図、第３図は同要部の変形例を示す第２図同
様の拡大図、第４図は第２実施例を示す廃熱回収
システムの概略縦断側面図である。 １……排ガス発生源、３……排ガス排出経路、
３ａ……主経路部分、３ｂ……バイパス経路部
分、４……流動層熱交換器、４ａ……廃熱回収
部、４ｂ……排ガス浄化部、５……熱負荷部、
７，１３ａ……廃熱回収媒体層、８……廃熱回収
管、１０……排ガス、１３ｂ……排ガス浄化媒体
層、１４……排ガス導入量制御機構、１５ａ，１
５ｂ……ダンパ、１６ａ，１６ｂ……差圧検出
器、１７……制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排ガス発生源から導かれた排ガスの排出経路
   に、排ガスによつて流動せしめられて流動層を形
   成する廃熱回収媒体層を内装すると共に該層内に
   廃熱回収管を導いてなる、流動層熱交換器を介設
   し、前記廃熱回収媒体層を、排ガス中の窒素酸化
   物、ハイドロカーボン、一酸化炭素等の各種有害
   物質を浄化除去しうる、セラミツクに白金、ロジ
   ウム又はバナジウムを担持させたもの等の複数種
   の粒状セラミツク触媒でもつて構成して、排ガス
   をこれが廃熱回収媒体層を通過する間に浄化せし
   めるようにしたことを特徴とする廃熱回収システ
   ム。 ２ 前記廃熱回収媒体層が、複数種のセラミツク
   触媒が混在する単一層であることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項に記載する廃熱回収システ
   ム。 ３ 前記廃熱回収媒体層が、各々が異種のセラミ
   ツク触媒からなる複数の単一種セラミツク触媒層
   を排ガスの通過方向に沿つて直列配置してなるも
   のであることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載する廃熱回収システム。 ４ 排ガス発生源から導かれた排ガス排出経路の
   一部を両端で合流する主経路部分とバイパス経路
   部分とに分岐構成し、排ガス排出経路に、主経路
   部分を通過する排ガスによつて流動せしめられて
   流動層を形成する廃熱回収媒体層を内装すると共
   に該層内に廃熱回収管を導いてなる熱交換部と、
   バイパス経路部分を通過する排ガスによつて流動
   せしめられて流動層を形成する排ガス浄化媒体層
   を内装してなる排ガス浄化部と、からなる流動層
   熱交換器を介設すると共に、主経路部分から熱交
   換部への排ガス導入量及びバイパス経路部分から
   排ガス浄化部への排ガス導入量を制御する排ガス
   導入量制御機構を配設し、前記廃熱回収媒体層及
   び排ガス浄化媒体層を、排ガス中の窒素酸化物、
   ハイドロカーボン、一酸化炭素等の各種有害物質
   を浄化除去しうる、セラミツクに白金、ロジウム
   又はバナジウムを担持させたもの等の複数種の粒
   状セラミツク触媒でもつて構成して、排ガスをこ
   れが廃熱回収媒体層又は排ガス浄化媒体層を通過
   する間に浄化せしめるようにしたことを特徴とす
   る廃熱回収システム。 ５ 前記廃熱回収媒体層が、複数種のセラミツク
   触媒が混在する単一層であることを特徴とする、
   特許請求の範囲第４項に記載する廃熱回収システ
   ム。 ６ 前記排ガス浄化媒体層が、複数種のセラミツ
   ク触媒が混在する単一層であることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第４項又は第５項記に記載す
   る廃熱回収システム。 ７ 前記廃熱回収媒体層が、各々が異種のセラミ
   ツク触媒からなる複数の単一種セラミツク触媒層
   を排ガスの通過方向に沿つて直列配置したもので
   あることを特徴とする、特許請求の範囲第４項又
   は第６項に記載する廃熱回収システム。 ８ 前記排ガス浄化媒体層が、各々が異種のセラ
   ミツク触媒からなる複数の単一種セラミツク触媒
   層を排ガスの通過方向に沿つて直列配置したもの
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第４項
   又は第５項に記載する廃熱回収システム。