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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023149513
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】ボイラー設備の排熱再利用装置
(51)【国際特許分類】
F22B 1/18 20060101AFI20231005BHJP
F23M 5/08 20060101ALI20231005BHJP
F23J 15/00 20060101ALI20231005BHJP
F22B 3/02 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
F22B1/18 J
F23M5/08 A
F23J15/00 Z
F22B3/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022058123
(22)【出願日】2022-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】300041192
【氏名又は名称】ＵＢＥマシナリー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091306
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 友一
(74)【代理人】
【識別番号】100174609
【弁理士】
【氏名又は名称】関 博
(72)【発明者】
【氏名】多田 淳
(72)【発明者】
【氏名】馬原 和俊
【テーマコード（参考）】
3K070
【Ｆターム（参考）】
3K070DA07
3K070DA32
3K070DA77
(57)【要約】
【課題】熱風発生炉の水冷ジャケット構造を冷却する熱交換器を備えたボイラー設備の熱交換器から生じる排水を有効利用するボイラー設備の排熱再利用装置を提供する。
【解決手段】本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、壁面に水冷ジャケット構造１１４を設けた熱風発生炉１１０と、前記熱風発生炉１１０で発生した燃焼ガスと熱交換して一次蒸気を発生する廃熱ボイラー１２０と、熱交換後の排ガスを集塵する集塵機１４０と、前記水冷ジャケット構造１１４の冷却水と熱交換する熱交換器１３０を有するボイラー設備１００の前記熱交換器１３０の排水を用いて二次蒸気を発生させるヒートポンプ２０を備え、前記二次蒸気を前記集塵機１４０へ供給することを特徴としている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、壁面に水冷ジャケット構造１１４を設けた熱風発生炉１１０と、前記熱風発生炉１１０で発生した燃焼ガスと熱交換して一次蒸気を発生する廃熱ボイラー１２０と、熱交換後の排ガスを集塵する集塵機１４０と、前記水冷ジャケット構造１１４の冷却水と熱交換する熱交換器１３０を有するボイラー設備１００の前記熱交換器１３０の排水を用いて二次蒸気を発生させるヒートポンプ２０を備え、前記二次蒸気を前記集塵機１４０へ供給することを特徴としている。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
壁面に水冷ジャケット構造を設けた熱風発生炉と、前記熱風発生炉で発生した燃焼ガスと熱交換して一次蒸気を発生する廃熱ボイラーと、熱交換後の排ガスを集塵する集塵機と、前記水冷ジャケット構造の冷却水と熱交換する熱交換器を有するボイラー設備の前記熱交換器の排水を用いて二次蒸気を発生させるヒートポンプを備え、前記二次蒸気を前記集塵機へ供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
【請求項2】
請求項１に記載されたボイラー設備の排熱再利用装置であって、
前記二次蒸気を前記集塵機の煙突の外表面へ供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
前記二次蒸気を前記集塵機の煙突の外表面へ供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載されたボイラー設備の排熱再利用装置であって、
前記二次蒸気で前記熱交換器の地下水供給配管を温めることを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
前記二次蒸気で前記熱交換器の地下水供給配管を温めることを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
【請求項4】
請求項１ないし３のいずれか１に記載されたボイラー設備の排熱再利用装置であって、
前記二次蒸気を前記集塵機の排ガスダクトの加熱に利用することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
前記二次蒸気を前記集塵機の排ガスダクトの加熱に利用することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
【請求項5】
請求項１ないし４のいずれか１に記載されたボイラー設備の排熱再利用装置であって、
前記二次蒸気を二重管または保温チューブを巻き付けた配管で供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
前記二次蒸気を二重管または保温チューブを巻き付けた配管で供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱風発生炉の水冷ジャケット構造を冷却する熱交換器を備えたボイラー設備の排熱再利用装置に関する。
【背景技術】
【0002】
生ごみやプラスチックごみなどの廃棄物を固形燃料にしたＲＤＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｆｕｅｌ）、または紙や木、廃プラスチックから塩素分、発熱量が調整されたＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｐａｐｅｒ＆Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｕｅｌ）などの廃棄物固形燃料は、蒸気発電、蒸気ボイラーなどの燃料に利用されている（例えば、特許文献１に開示）。
【0003】
図２は従来の蒸気ボイラー設備の説明図である。図示のようにボイラー設備１００は熱風発生炉１１０（以下、燃焼炉ともいう）、廃熱ボイラー１２０、熱交換器１３０、集塵機１４０を備えている。昇温用バーナーで熱風発生炉１１０を加熱する。一次空気ファン１１２で熱風発生炉１１０の下方から炉内へ燃焼用空気を導入する。搬送コンベアで炉内へ固形燃料を供給して火格子（ストーカ）により固形燃料を攪拌及び搬送しながら燃焼すると燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは二次空気ファンで燃焼が促進されて炉内の上方出口に設置した廃熱ボイラー１２０へ送られる。燃焼ガスは廃熱ボイラー１２０内の水平方向に配置された煙道で給水と熱交換されて熱蒸気を発生させる。燃焼炉の壁面には水冷ジャケット構造１１４を形成してあり、所定温度に冷却する冷却水が流入している。水冷ジャケット構造１１４の冷却水は循環させており、熱交換器１３０で地下水と熱交換している。これにより炉本体が塩素の影響で低温腐食することを低減できる。また廃熱ボイラー１２０で熱回収された後の排ガスは集塵機１４０へ導入されて、ガス中のばいじんや反応生成物などをバグフィルタ１４２によって除去している。その後は誘引送風機で誘引されて煙突１４４から大気中に放出される。このとき一部は排ガスダクト１４６を経由して熱風発生炉１１０の一次空気ファン１１２へ送られて再利用されている。
【0004】
前述のように熱風発生炉１１０の水冷ジャケット構造１１４は冷却水を所定温度に保つために冷却水の循環配管に熱交換器１３０を設置している。この熱交換器１３０は外部の地下水を利用して冷却水と熱交換している。熱交換後の地下水は約５５℃前後まで加熱された後、そのまま廃棄していた。
一方で、廃熱ボイラー１２０で発生した蒸気は製造物の乾燥などに利用している他にも集塵機１４０の集塵機能維持のために使用されている。これは集塵機１４０の本体の外表面を所定温度に加熱することにより、排ガス中の二酸化硫黄、塩化水素で腐食することを防止するためである。
本来ならば廃熱ボイラー１２０で発生した蒸気は、生産性を高めるために製造物の乾燥などに全て利用すべきである。しかし、集塵機能を維持して大気中に有害物質が放出されることを防止するために蒸気の一部を別の目的で使用しなければならなかった。
一方で、廃熱ボイラー１２０で発生した蒸気は製造物の乾燥などに利用している他にも集塵機１４０の集塵機能維持のために使用されている。これは集塵機１４０の本体の外表面を所定温度に加熱することにより、排ガス中の二酸化硫黄、塩化水素で腐食することを防止するためである。
本来ならば廃熱ボイラー１２０で発生した蒸気は、生産性を高めるために製造物の乾燥などに全て利用すべきである。しかし、集塵機能を維持して大気中に有害物質が放出されることを防止するために蒸気の一部を別の目的で使用しなければならなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１５－２１８９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、熱風発生炉の水冷ジャケット構造を冷却する熱交換器を備えたボイラー設備の熱交換器から生じる排水を有効利用するボイラー設備の排熱再利用装置を提供することにある。また蒸気ボイラーで発生した蒸気を有効活用するボイラー設備の排熱再利用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、壁面に水冷ジャケット構造を設けた熱風発生炉と、前記熱風発生炉で発生した燃焼ガスと熱交換して一次蒸気を発生する廃熱ボイラーと、熱交換後の排ガスを集塵する集塵機と、前記水冷ジャケット構造の冷却水と熱交換する熱交換器を有するボイラー設備の前記熱交換器の排水を用いて二次蒸気を発生させるヒートポンプを備え、前記二次蒸気を前記集塵機へ供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置を提供することにある。
上記第１の手段によれば、熱交換器で発生した所定温度の熱水、すなわち排水から二次蒸気を発生させて集塵機の集塵機能の維持に再利用することができる。従って一次蒸気を本来の目的で有効利用して生産性を高めることができる。
上記第１の手段によれば、熱交換器で発生した所定温度の熱水、すなわち排水から二次蒸気を発生させて集塵機の集塵機能の維持に再利用することができる。従って一次蒸気を本来の目的で有効利用して生産性を高めることができる。
【0008】
本発明は、上記課題を解決するための第２の手段として、第１の手段において、前記二次蒸気を前記集塵機の煙突の外表面へ供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置を提供することにある。
上記第２の手段によれば、煙突内の腐食成分の結露を抑制できる。これにより煙突の腐食防止が実現できる。
上記第２の手段によれば、煙突内の腐食成分の結露を抑制できる。これにより煙突の腐食防止が実現できる。
【0009】
本発明は、上記課題を解決するための第３の手段として、第１又は第２の手段において、前記二次蒸気で前記熱交換器の地下水供給配管を温めることを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置を提供することにある。
上記第３の手段によれば、冬季において熱交換器に供給する地下水が凍結することを防止できる。これにより年間を通じて熱交換器へ地下水を安定供給できる。
上記第３の手段によれば、冬季において熱交換器に供給する地下水が凍結することを防止できる。これにより年間を通じて熱交換器へ地下水を安定供給できる。
【0010】
本発明は、上記課題を解決するための第４の手段として、第１ないし第３のいずれか１の手段において、前記二次蒸気を前記集塵機の排ガスダクトの加熱に利用することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置を提供することにある。
上記第４の手段によれば、煙突から熱風発生炉の一次空気ファンへ供給される際の温度低下を防止して、燃焼効率を高く保つことができる。また結露を抑制して腐食防止を実現できる。
上記第４の手段によれば、煙突から熱風発生炉の一次空気ファンへ供給される際の温度低下を防止して、燃焼効率を高く保つことができる。また結露を抑制して腐食防止を実現できる。
【0011】
本発明は、上記課題を解決するための第５の手段として、第１ないし第４のいずれか１の手段において、前記二次蒸気を二重管または保温チューブを巻き付けた配管で供給することを特徴とするボイラー設備の排熱再利用装置を提供することにある。
上記第５の手段によれば、二次蒸気の温度を高く保つことができる。
上記第５の手段によれば、二次蒸気の温度を高く保つことができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、熱交換器で発生した所定温度の熱水、すなわち排水から二次蒸気を発生させて集塵機の集塵機能の維持に再利用することができる。従って、一次蒸気を本来の目的で有効利用して生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明のボイラー設備の排熱再利用装置の実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【0015】
［ボイラー設備の排熱再利用装置１０］
図１は、本発明のボイラー設備の排熱再利用装置の構成概略図である。図示のように本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、壁面に水冷ジャケット構造１１４を設けた熱風発生炉１１０と、前記熱風発生炉１１０で発生した燃焼ガスと熱交換して一次蒸気を発生する廃熱ボイラー１２０と、熱交換後の排ガスを集塵する集塵機１４０と、前記水冷ジャケット構造１１４の冷却水と熱交換する熱交換器１３０を有するボイラー設備１００の前記熱交換器１３０の排水（熱水）を用いて二次蒸気を発生させるヒートポンプ２０を備え、前記蒸気を前記集塵機１４０へ供給している。
図１は、本発明のボイラー設備の排熱再利用装置の構成概略図である。図示のように本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、壁面に水冷ジャケット構造１１４を設けた熱風発生炉１１０と、前記熱風発生炉１１０で発生した燃焼ガスと熱交換して一次蒸気を発生する廃熱ボイラー１２０と、熱交換後の排ガスを集塵する集塵機１４０と、前記水冷ジャケット構造１１４の冷却水と熱交換する熱交換器１３０を有するボイラー設備１００の前記熱交換器１３０の排水（熱水）を用いて二次蒸気を発生させるヒートポンプ２０を備え、前記蒸気を前記集塵機１４０へ供給している。
【0016】
本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、熱風発生炉１１０、廃熱ボイラー１２０、熱交換器１３０、集塵機１４０を備えたボイラー設備１００に設ける装置である。
ヒートポンプ２０は、放熱側熱交換器２２，受熱側熱交換器２４と、絞り弁２６と、コンプレッサ（圧縮機）２８を備え、熱交換器１３０の排水を用いて二次蒸気を発生させている。ヒートポンプ２０の内部には、ヒートポンプ媒体が循環流通する配管Ｌ１が形成され、受熱側熱交換器２４の出口からコンプレッサ２８、放熱側熱交換器２２、絞り弁２６、受熱側熱交換器２４の入口の順に接続している。
ヒートポンプ２０は、放熱側熱交換器２２，受熱側熱交換器２４と、絞り弁２６と、コンプレッサ（圧縮機）２８を備え、熱交換器１３０の排水を用いて二次蒸気を発生させている。ヒートポンプ２０の内部には、ヒートポンプ媒体が循環流通する配管Ｌ１が形成され、受熱側熱交換器２４の出口からコンプレッサ２８、放熱側熱交換器２２、絞り弁２６、受熱側熱交換器２４の入口の順に接続している。
【0017】
本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、熱交換器１３０とヒートポンプ２０の間で熱交換した熱水を再利用する給水予熱部３０を備えている。給水予熱部３０は、地下水を二次蒸気にする前にあらかじめ予熱する熱交換器である。給水予熱部３０と熱交換器１３０とヒートポンプの受熱側熱交換器２４の間には、予熱媒体が循環流通する配管Ｌ２が形成され、給水予熱部３０の出口からポンプ３２、熱交換器１３０、ヒートポンプ２０の受熱側熱交換器２４、給水予熱部３０の入口の順に接続している。
熱交換器１３０は、水冷ジャケット用循環水が循環流通する配管Ｌ３が形成され、熱交換器１３０の出口から水冷ジャケット構造１１４、ポンプ１３２、熱交換器１３０の入口の順に接続している。
本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、地下水を熱交換して二次蒸気にする過程で、ヒートポンプ媒体、予熱媒体、水冷ジャケット循環水を循環流通する構成であり、排水が生じない。
熱交換器１３０は、水冷ジャケット用循環水が循環流通する配管Ｌ３が形成され、熱交換器１３０の出口から水冷ジャケット構造１１４、ポンプ１３２、熱交換器１３０の入口の順に接続している。
本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０は、地下水を熱交換して二次蒸気にする過程で、ヒートポンプ媒体、予熱媒体、水冷ジャケット循環水を循環流通する構成であり、排水が生じない。
【0018】
（作用）
上記構成による本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０の作用について、以下説明する。
ボイラー設備で一次蒸気を発生させる過程で水冷ジャケット構造１１４の水冷ジャケット循環水は加熱される（一例として８０℃～９０℃）。水冷ジャケット循環水は熱交換器１３０で予熱媒体と熱交換する。このとき予熱媒体は８０℃に加熱される。予熱媒体はヒートポンプ２０の受熱側熱交換器２４で熱交換される。熱交換で冷却した（例えば７０℃）予熱媒体は給水予熱部３０で地下水（例えば２０℃）と熱交換されてさらに冷却されて熱交換器１３０へ送られる。
予熱媒体と熱交換したヒートポンプ媒体はコンプレッサ２８で断熱圧縮されて発熱する。また給水予熱部３０で予熱された（例えば６５℃）地下水は、放熱側熱交換器２２で熱交換されて二次蒸気（例えば１２０℃）になり、ヒートポンプ媒体は放熱して高圧下で液化する。液化したヒートポンプ媒体は絞り弁２６を通過すると圧力が低下する。ヒートポンプ媒体は断熱膨張して受熱側熱交換器２４で予熱媒体から受熱し気化する。気化したヒートポンプ媒体はコンプレッサ２８で再び圧縮され、以降を繰り返す。
上記構成による本発明のボイラー設備の排熱再利用装置１０の作用について、以下説明する。
ボイラー設備で一次蒸気を発生させる過程で水冷ジャケット構造１１４の水冷ジャケット循環水は加熱される（一例として８０℃～９０℃）。水冷ジャケット循環水は熱交換器１３０で予熱媒体と熱交換する。このとき予熱媒体は８０℃に加熱される。予熱媒体はヒートポンプ２０の受熱側熱交換器２４で熱交換される。熱交換で冷却した（例えば７０℃）予熱媒体は給水予熱部３０で地下水（例えば２０℃）と熱交換されてさらに冷却されて熱交換器１３０へ送られる。
予熱媒体と熱交換したヒートポンプ媒体はコンプレッサ２８で断熱圧縮されて発熱する。また給水予熱部３０で予熱された（例えば６５℃）地下水は、放熱側熱交換器２２で熱交換されて二次蒸気（例えば１２０℃）になり、ヒートポンプ媒体は放熱して高圧下で液化する。液化したヒートポンプ媒体は絞り弁２６を通過すると圧力が低下する。ヒートポンプ媒体は断熱膨張して受熱側熱交換器２４で予熱媒体から受熱し気化する。気化したヒートポンプ媒体はコンプレッサ２８で再び圧縮され、以降を繰り返す。
【0019】
ヒートポンプ２０で発生した二次蒸気は集塵機１４０へ供給する。具体的には集塵機１４０の外表面に配置した配管に二次蒸気を供給してフィルタ全体を所定温度に加温する。これにより腐食成分の結露を抑制して腐食を防止できる。
また、二次蒸気は集塵機１４０の煙突１４４へ供給する。具体的には煙突１４４の外表面に配置した配管に二次蒸気を供給して煙突本体を所定温度に加温する。これにより煙突内での腐食成分の結露を抑制して腐食を防止できる。
また、二次蒸気は熱交換器１３０の地下水供給配管へ供給する。具体的には供給配管を覆うチューブなどに供給して配管全体を加温する。これにより冬季において、地下水供給配管が凍結することを防止でき、年間を通じて地下水の安定した供給を実現できる。
また、二次蒸気は集塵機１４０の煙突１４４へ供給する。具体的には煙突１４４の外表面に配置した配管に二次蒸気を供給して煙突本体を所定温度に加温する。これにより煙突内での腐食成分の結露を抑制して腐食を防止できる。
また、二次蒸気は熱交換器１３０の地下水供給配管へ供給する。具体的には供給配管を覆うチューブなどに供給して配管全体を加温する。これにより冬季において、地下水供給配管が凍結することを防止でき、年間を通じて地下水の安定した供給を実現できる。
【0020】
また、二次蒸気は集塵機１４０の排ガスダクト１４６へ供給する。具体的には排ガスダクトを覆うチューブなどで供給してダクト全体を加温する。これにより熱風発生炉１１０へ供給する際に温度低下を防止して燃焼効率を高く保つことができる。また結露を抑制して腐食を防止できる。
このような本発明により、熱交換器で発生した所定温度の熱水、すなわち排水から二次蒸気を発生させて集塵機の集塵機能の維持に再利用することができる。従って、一次蒸気を本来の目的で有効利用して生産性を高めることができる。
このような本発明により、熱交換器で発生した所定温度の熱水、すなわち排水から二次蒸気を発生させて集塵機の集塵機能の維持に再利用することができる。従って、一次蒸気を本来の目的で有効利用して生産性を高めることができる。
【0021】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
【符号の説明】
【0022】
１０ ボイラー設備の排熱再利用装置
２０ ヒートポンプ
２２ 放熱側熱交換器
２４ 受熱側熱交換器
２６ 絞り弁
２８ コンプレッサ
３０ 給水予熱部
３２ ポンプ
１００ ボイラー設備
１１０ 熱風発生炉
１１２ 一次空気ファン
１１４ 水冷ジャケット構造
１２０ 廃熱ボイラー
１３０ 熱交換器
１３２ ポンプ
１４０ 集塵機
１４２ バグフィルタ
１４４ 煙突
１４６ 排ガスダクト
２０ ヒートポンプ
２２ 放熱側熱交換器
２４ 受熱側熱交換器
２６ 絞り弁
２８ コンプレッサ
３０ 給水予熱部
３２ ポンプ
１００ ボイラー設備
１１０ 熱風発生炉
１１２ 一次空気ファン
１１４ 水冷ジャケット構造
１２０ 廃熱ボイラー
１３０ 熱交換器
１３２ ポンプ
１４０ 集塵機
１４２ バグフィルタ
１４４ 煙突
１４６ 排ガスダクト
【図1】
【図2】