气气热交换器的制作方法

1.本发明涉及进行热介质与废气之间的热交换的气气热交换器。


背景技术：

2.公知一种废气处理系统，其为了对来自火力发电站等中使用的锅炉的废气(排烟)进行处理，在废气流通路径中设置有空气预热器、ggh热回收器、集尘装置、湿式排烟脱硫装置、以及ggh再加热器。在ggh热回收器中，进行来自废气的热回收，在湿式排烟脱硫装置中，通过气液接触而除去废气中的硫氧化物及煤尘的一部分。在湿式排烟脱硫装置中被冷却到饱和气体温度的废气在ggh再加热器中利用由ggh热回收器回收的热量而升温之后，从烟囱排出。
3.在专利文献1中，记载了如下结构：在上述废气处理系统中，将ggh再加热器的气体流通路分为上游侧的上游区域、下游侧的下游区域、以及上游区域与下游区域之间的中游区域，在上游区域、中游区域及下游区域分别配置热交换组件(上游组件、中游组件及下游组件)。热交换组件(bundle)是作为供热介质流动的导热管的构成单位而将导热管组合来区块化(单元化)的导热管组的构造体。在专利文献1中，公开了上游组件、中游组件及下游组件分别由上下重叠的三层的热交换组件(上层组件、中层组件及下层组件)构成的例子。
4.另外，在专利文献1中，记载了使ggh再加热器的上游组件的导热管排列图案为交错排列，使中游组件及下游组件的导热管排列图案为正方排列，构成为以使热介质从上游组件经由下游组件向中游组件流动的方式将各组件间连接的例子。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：国际公开第2018/139669号


技术实现要素：

8.发明要解决的课题
9.在专利文献1的ggh再加热器中，上游组件、中游组件及下游组件分别作为高温预热部、低温部及高温部而发挥功能，导入的废气依次在交错排列的高温预热部、正方排列的低温部及高温部流通而升温，因此能够提高在ggh再加热器进行的热交换的效率。另外，能够提高从湿式排烟脱硫装置飞散的雾与上游组件的导热管碰撞的效率(高温预热部处的雾蒸发效率)，能够抑制雾向低温部及高温部的导热管附着而抑制使用时长增加所引起的压损的上升。
10.然而，在专利文献1的ggh再加热器(气气热交换器)中，沿着废气的流通方向设置三列导热管组件(上游组件、中游组件及下游组件)，将各列导热管组件的导热管排列图案设定为相同的排列图案(在上游组件中为交错排列、在中游组件及下游组件中为正方排列)，因此例如为了对沿着废气的流通方向设置有两列导热管组件的现有的气气热交换器应用专利文献1的结构，除了现有的两列热交换组件以外，还需要新设置一列热交换组件，
需要大规模的修改。
11.于是，本发明的目的在于，提供能够在抑制沿着废气的流通方向的热交换组件的列数的增加的同时，将期望的导热管排列图案构建在气体流通路中的气气热交换器。
12.用于解决课题的方案
13.为了达到上述目的，本发明的第一方案涉及一种气气热交换器，其将热交换组件从废气的上游侧向下游侧呈串联状配置有多列，该热交换组件由导热管的多个直线状管部彼此分离开而呈区块状排列的导热管组构成，并且在多列热交换组件各自中将多个直线状管部配置为与废气的流通方向交叉。多个热交换组件包括第一排列管组和第二排列管组设置于同一组件内而形成导热管组的配管图案混合组件，在所述第一排列管组中，与直线状管部大致正交的管正交截面中的多个直线状管部的配管图案为第一排列，所述第二排列管组设置于第一排列管组的下游侧，且在所述第二排列管组中，与直线状管部大致正交的管正交截面中的多个直线状管部的配管图案为与第一排列不同的第二排列。
14.在上述结构中，在1个热交换组件内设置有配管图案互不相同的第一排列管组和第二排列管组，因此能够在抑制沿着废气的流通方向的热交换组件的列数的增加的同时，将期望的导热管排列图案构建在气体流通路中。
15.本发明的第二方案以第一方案的气气热交换器为基础，所述气气热交换器作为再加热器而配置于从废气进行热回收的热回收器的下游侧、且通过气液接触来除去废气中的硫氧化物的脱硫装置的下游侧，多个热交换组件包括配管图案混合组件、以及配置于配管图案混合组件的下游侧的下游侧热交换组件。第一排列管组是将多个直线状管部呈交错状排列的交错排列管组。第二排列管组是将多个直线状管部呈正方格子状排列的正方排列管组。热介质从热回收器流入交错排列管组。交错排列管组与下游侧热交换组件的导热管组由第一连接管连接为，使在交错排列管组中流通后的热介质在下游侧热交换组件的导热管组中流通。下游侧热交换组件的导热管组与正方排列管组由第二连接管连接为，使在下游侧热交换组件的导热管组中流通后的热介质在正方排列管组中流通。
16.在上述结构中，交错排列管组、正方排列管组及下游侧热交换组件(构成下游侧热交换组件的导热管组)分别作为高温预热部、低温部及高温部而发挥功能，导入的废气依次在交错排列的高温预热部、正方排列的低温部及高温部中流通而升温，因此能够提高在再加热器(气气热交换器)进行热交换的热交换的效率。另外，能够提高从脱硫装置飞散的雾与交错排列管组的直线状管部碰撞的效率(在高温预热部发生的雾蒸发效率)，能够抑制雾向低温部及高温部的导热管附着而抑制随使用时长增加所引起的压损的上升。
17.本发明的第三方案以第二方案的气气热交换器为基础，交错排列管组的直线状管部由裸管规格的裸管部构成，正方排列管组的直线状管部和下游侧热交换组件的直线状管部由带翅片的管规格的带翅片的管部构成。
18.在上述结构中，由于交错排列管组的直线状管部由裸管规格的裸管部构成，因此能够抑制雾向高温预热部的导热管的附着而抑制随使用时长增加所引起的压损的上升。另外，由于由带翅片的管规格的带翅片的管部构成正方排列管组的直线状管部和下游侧热交换组件的直线状管部，因此能够提高在低温部及高温部进行热交换的热交换的效率。
19.本发明的第四方案以第三方案的气气热交换器为基础，正方排列管组的直线状管部的带翅片的管部的翅片间距为5.0mm以上且10.0mm以下。另外，本发明的第五方案以第三
或第四方案的气气热交换器为基础，下游侧热交换组件的直线状管部的带翅片的管部的翅片间距为5.0mm以上且10.0mm以下。
20.在上述结构中，相邻的带翅片的管部之间随时间的推移而堵塞有灰尘等的问题被消除，因此能够实现气气热交换器的稳定的运用。
21.本发明的第六方案以第二～第五中任一方案的气气热交换器为基础，交错排列管组配置为使在交错排列管组的直线状管部之间流动的废气的流速成为8m/s以上且16m/s以下。
22.在上述结构中，在再加热器内的上游侧即第一排列管组(交错排列管组)中，能够提高雾除去率(从脱硫装置飞散的雾的除去率)，雾除去性能提高。因此，能够减少下游侧的第二排列管组、下游侧热交换组件的直线状管部(在由带翅片的管部构成直线状管部的情况下是带翅片的管部)的腐蚀(雾所引起的腐蚀)，能够实现气气热交换器的稳定的运用。
23.发明效果
24.根据本发明的气气热交换器，能够在抑制沿着废气的流通方向的热交换组件的列数的增加的同时将期望的导热管排列图案构建在气体流通路中。
附图说明
25.图1是示意性示出具备本发明的一实施方式的气气热交换器的废气处理系统的结构例的图。
26.图2是示意性示出图1的废气处理系统中的热介质的流动的图。
27.图3是示意性示出图1的ggh再加热器的简要结构的立体图。
28.图4是表示图3的配管图案混合组件中的直线状管部的配管图案的剖视图。
29.图5是示意性示出ggh热回收器和ggh再加热器被分割为双系统的排烟处理系统的结构例的图。
具体实施方式
30.参照附图来说明本发明的一实施方式。需要说明的是，在以后的说明中，在图中，将箭头x、-x、y、-y、z、-z所示的方向(侧)分别设为前方(前侧)、后方(后侧)、右方(右侧)、左方(左侧)、上方(上侧)、下方(下侧)。
31.如图1所示，在本实施方式的排烟处理系统(设备)s的废气流通路径中，呈串联状设置有空气预热器(a/h)3、作为气气热交换器(ggh：gas gas heater)的一例的ggh热回收器4、集尘装置(ep：electrostaticprecipitator：静电沉降器)5、风扇6、湿式排烟脱硫装置(fgd：flue gas desulfurization：烟气脱硫)7、作为气气热交换器的一例的ggh再加热器8、以及烟囱9，来自锅炉1的废气依次在空气预热器3、ggh热回收器4、集尘装置5、风扇6、湿式排烟脱硫装置7、以及ggh再加热器8流通并从烟囱9排出。在本实施方式中，对ggh再加热器8应用本发明，但也可以对ggh热回收器4应用本发明。另外，也可以对其他系统的ggh应用本发明。另外，也可以在锅炉1与空气预热器3之间设置除去废气中的氮氧化物的脱氮装置。
32.在空气预热器3中，废气与供向锅炉1的燃烧用空气进行热交换。在ggh热回收器4中，进行来自废气的热回收，在集尘装置5中，除去废气中的煤尘的大半。风扇6对废气进行升压，在湿式排烟脱硫装置7中，通过气液接触而除去废气中的硫氧化物及煤尘的一部分。
在湿式排烟脱硫装置7中冷却到饱和气体温度的废气在ggh再加热器8中利用由ggh热回收器4回收的热量而升温(热交换、再加热)之后，从烟囱9排出。
33.如图2所示，在本实施方式的排烟处理系统s中，ggh热回收器4的导热管11与ggh再加热器8的导热管12通过连通配管13而连通。连通配管13具有：连通配管13a，其是从ggh热回收器4流向ggh再加热器8的热介质的流路；以及连通配管13b，其是从ggh再加热器8流向ggh热回收器4的热介质的流路。在连通配管13设置有热介质循环泵14，成为利用热介质循环泵14使热介质循环的系统(热介质循环系统)。在热介质循环系统中设置有用于吸收体系内的热介质的膨胀的热介质罐15。在从ggh热回收器4流向ggh再加热器8的热介质的流路即连通配管13a中，为了能够在各种各样的条件下进行稳定的运用，设置有控制热介质温度(控制为规定温度以上)的热介质加热器16。
34.如图3所示，ggh热回收器4及ggh再加热器8具有作为机壳的外壳31。外壳31具有底板(下罩)32、背面板(背面罩)33、以及顶板(上罩)34。在外壳31的前部支承有沿着上下方向延伸的组件间罩35。组件间罩35沿着上下方向(竖直方向)延伸，且在左右方向(废气流通方向)上隔开预先设定的间隔而配置有多个。由组件间罩35覆盖的区域成为在检修时、部件更换时等作业者能够进入的空间。
35.在外壳31的内部收容有多个热交换组件41。热交换组件41是指，作为供热介质流动的导热管11、12的构成单位将导热管11、12组合而区块化(单元化)的导热管组的构造体。各热交换组件41由导热管11、12的多个直线状管部45彼此分离开而呈区块状排列的导热管组所构成。外壳31内的热交换组件41从废气的上游侧向下游侧呈串联状配置多列，并且在多列热交换组件41各自中，多个直线状管部45配置为与废气的流通方向交叉。在本实施方式中，废气流通方向设定为大致水平方向(图中的右方向)，直线状管部45以与废气流通方向大致正交的方式在大致水平方向(图中的前后方向)上呈直线状延伸。
36.各热交换组件41具有第一联管箱42和第二联管箱43。第一及第二联管箱42、43形成为在上下方向上延伸的柱状。各联管箱42、43形成为内部中空且上端及下端封闭的形状，内部形成有能够流动的空间。另外，在各联管箱42、43支承有向左右方向伸出的安装板44。
37.在各联管箱42、43的后表面上，支承向后方延伸的导热管11、12的直线状管部45。导热管11、12构成为在外壳31的内部在直线状管部45的后端或前端弯曲且在前后方向上往复多次。需要说明的是，在各联管箱42、43以上下方向隔开间隔的方式支承有多个导热管11、12。各导热管11、12的两端支承于联管箱42、43，构成为热介质能够从联管箱42、43出入各导热管11、12。
38.各导热管11、12的直线状管部45在前后方向的中央部由支承构件47支承。支承构件47形成为在板上形成有多个供导热管11、12通过的孔的形状。因此，导热管11、12不是仅由联管箱42、43以悬臂状态支承，而是由联管箱42、43和支承构件47保持。需要说明的是，图示出在前后方向及左右方向上设置有1个支承构件47的状态，但可以根据导热管11、12的长度而在前后方向上设置多个支承构件47，也可以在左右方向上设置多个支承构件47。
39.在各联管箱42、43上，在与导热管11、12对应的位置形成有插销孔48。插销孔48是沿着前后方向贯通的孔，后端与导热管11、12的入口或出口连接。另外，插销孔48的前端在通常的使用时用栓(省略图示)封堵着。在导热管11、12中的任意导热管发生故障而热介质漏出的情况下，卸下插销孔48的栓，经由插销孔48而将导热管11、12的入口或出口用闭止栓
(省略图示)封堵，由此能够阻止热介质的漏出。
40.在各联管箱42、43之间，以能够装卸的方式支承有壳体板49。壳体板49具有与联管箱42、43的上下方向的高度对应的高度。壳体板49通过螺栓(省略图示)而以能够装卸的方式支承于安装板44。需要说明的是，将壳体板49相对于安装板44以能够装卸的方式固定的方法不限定于螺栓。通过装配壳体板49而连接联管箱42、43，联管箱42、43及导热管11、12以具有高的刚性的状态一体化，并且抑制废气从联管箱42、43之间漏出。
41.热交换组件41作为1个单元而构成为能够收纳于外壳31。在热交换组件41收纳于外壳31的状态下，在由底板32、背面板33、顶板34、组件间罩35、联管箱42、43、壳体板49包围的内部，构成供废气流通的气体流通路。并且，构成为在气体流通路内配置有导热管11、12，并能够与气体流通路中流动的废气之间进行热交换。
42.在本实施方式的ggh热回收器4及ggh再加热器8各自中，沿着废气的流通方向排列有两列热交换组件41，并且在各列中热交换组件41在上下方向重叠为两层，以这种方式设置有4个热交换组件41。上游侧的两层热交换组件41分别构成上游侧组件(上游侧热交换组件)41a，下游侧的两层热交换组件41分别构成下游侧组件(下游侧热交换组件)41b。在本实施方式中，在各列中，上层的热交换组件41的联管箱42、43的下端直接叠放于下层的热交换组件41的上端，由螺栓(省略图示)固定。需要说明的是，在以下的说明中，存在将上游侧的两层热交换组件41统称作上游侧组件41a、将下游侧的两层的热交换组件41统称作下游侧组件41b的情况。另外，热交换组件41的列数也可以是三列以上，各列的热交换组件41的层数也可以是一层(由单一的热交换组件41构成一列)或三层以上。
43.如图2所示，ggh热回收器4的上游侧组件41a与下游侧组件41b通过连接配管61而在各部分处连接，构成为热介质能够在上游侧组件41a与下游侧组件41b之间移动。另外，在本实施方式的ggh热回收器4中，构成为热介质从下游侧组件41b向上游侧组件41a流动。在热介质从上游侧组件41a向下游侧组件41b流动的情况下，在上游侧组件41a中，热介质与废气的温度差最大，在下游侧组件41b中，由上游侧组件41a加热了的热介质与在上游侧组件41a处进行热交换而冷却了的废气之间的温度差变小，热交换的效率降低，因此在本实施方式中，构成为热介质从下游侧组件41b向上游侧组件41a流动。
44.在本实施方式中，将ggh再加热器8的上游侧组件41a构成为配管图案混合组件。配管图案混合组件是与直线状管部45大致正交的管正交截面中的多个直线状管部45的配管图案构成为在上游侧与下游侧不同的热交换组件41。在图4所示的上游侧组件41a的例子中，使沿着气体流通方向排列的10列直线状管部45中的上游侧的两列为呈交错状排列的交错排列管组(第一排列管组)51，使下游侧的8列为呈正方格子状排列的正方排列管组(与第一排列管组不同的配管图案的第二排列管组)52。在本实施方式中，交错排列管组51中相邻的两列直线状管部45的列间距离l1、将交错排列管组51与正方排列管组52的分界夹着而相邻的两列直线状管部45的列间距离l2、正方排列管组52中相邻的两列直线状管部45的列间距离l3被设定为大致相同距离(l1＝l2＝l3)。
45.本实施方式的ggh再加热器8的下游侧组件41b构成为配管图案非混合组件(配管图案单一组件)。配管图案非混合组件是从上游侧到下游侧的整个区域(全部列)中设定为相同的配管图案(本实施方式中为正方排列)的导热管组件41。本实施方式的ggh热回收器4的上游侧组件41a及下游侧组件41b均与ggh再加热器8的下游侧组件41b同样地，是从上游
侧到下游侧的整个区域(全部列)中由相同的配管图案(在本实施方式中为正方排列)构成的配管图案非混合组件。
46.在正方排列中，多列中的最上游列的直线状配管45接触废气，但在其下游侧，第二列以后的直线状配管45在废气的流动方向上隐藏于最上游列的直线状配管45的背后，因此与废气的接触减少，并且与接触的减少相应地，废气容易流动。另一方面，在交错排列中，第二列以后(在本实施方式中是第二列)的直线状配管45不容易处于前列(在本实施方式中为第一列)的直线状配管45的背后，与废气的接触增加，但与之相应地对于废气而言成为阻力。另外，由于对于废气而言成为阻力，因此废气被整流。
47.在本实施方式的ggh再加热器8中，从ggh热回收器4流出的热介质在连通配管13a中流通而向交错排列管组51的热介质入口流入。交错排列管组51的热介质出口与下游侧组件41b的导热管组的热介质入口由第一连接管62连接，以使在交错排列管组51中流通后的热介质在下游侧组件41b的导热管组中流通。下游侧组件41b的导热管组的热介质出口与正方排列管组52的热介质入口由第二连接管63连接，以使在下游侧组件41b的导热管组中流通后的热介质在正方排列管组52中流通。来自下游侧组件41b的热介质流入正方排列管组52的热介质入口。在正方排列管组52中流通并从正方排列管组52的热介质出口流出后的热介质在连通配管13b中流通而向ggh热回收器4返回。
48.这样，交错排列管组51、正方排列管组52及下游侧组件41b(构成下游侧组件41b的导热管组)分别作为高温预热部、低温部及高温部发挥功能，导入了的废气依次在交错排列的高温预热部、正方排列的低温部及高温部中流通而升温。通过向上游的交错排列管组51最先导入热介质，从而热介质以最热的状态流入交错排列管组51，来自湿式排烟脱硫装置7的雾容易迅速蒸发。另外，通过热介质从下游的下游侧组件41b向中游的正方排列管组52流动，从而下游的热介质的温度比中游的热介质的温度高。在下游的热介质的温度比中游的热介质的温度低的情况下，在高温的中游加热废气之后，通过低温的下游，废气在下游难以变暖，热交换的效率低。与此相对，如本实施方式这样，下游的热介质的温度比中游的热介质的温度高的情况下，废气按从低温的中游到高温的下游的顺序被加热，因此热交换的效率提高。
49.在本实施方式的ggh热回收器4中，在上游侧组件41a和下游侧组件41b这双方中，由设置有多个褶皱状的翅片的带翅片的管规格的带翅片的管部来构成导热管11的直线状管部45。通过由带翅片的管部来构成导热管11的直线状管部45，从而与由未设置翅片的裸管规格的裸管部构成的情况相比，与废气之间的接触面积变大，热交换的效率提高。
50.在本实施方式的ggh再加热器8中，由裸管部构成交错排列管组51的直线状管部45，由带翅片的管部构成正方排列管组52的直线状管部45和下游组件41b的直线状管部45。若由带翅片的管部构成交错排列管组51的直线状管部45，则来自湿式排烟脱硫装置7的雾容易附着而发生腐蚀，但在本实施方式中，由裸管部构成交错排列管组51的直线状管部45，因此与由带翅片的管部构成的情况相比不易腐蚀。
51.在ggh热回收器4中，通过采用正方排列，从而减少灰烬腐蚀(asherosion，由于废气中的煤灰而导热管表面变粗糙、被削掉的现象)。需要说明的是，在ggh热回收器4中，采用带翅片的管部的结构，从而确保了与废气接触的接触。另外，在ggh再加热器8的交错排列管组51中，来自湿式排烟脱硫装置7的雾容易流入，通过采用交错排列来提高与雾接触的接触
概率而容易除去雾。
52.而且，为了缓和ggh再加热器8的带翅片的管部中的腐蚀环境、进行稳定的运用，期望的是作为带翅片的管部的上游侧的交错排列管组51处的雾除去效率为60％以上，为此，优选将交错排列管组51的直线状管部(裸管部)45配置为，使得在交错排列管组51的直线状管部(在本实施方式中为裸管部)45之间流动的气体流速处于8m/s～16m/s的范围。
53.另外，通过使ggh再加热器8的带翅片的管部(正方排列管组52及下游组件41b中的至少一方的带翅片的管部)的翅片间距为5.0mm～10.0mm，从而消除带翅片的管部上随时间的推移而堵塞有灰尘的问题，能够进行更稳定的运用。
54.如以上所说明那样，根据本实施方式，在ggh再加热器8中，在1个热交换组件41(上游侧组件41a)内，设置有配管图案互不相同的第一排列管组(交错排列管组)51和第二排列管组(正方排列管组)52，因此能够在抑制沿着废气的流通方向的热交换组件41的列数的增加的同时，将期望的导热管排列图案构建在气体流通路中。
55.另外，交错排列管组51、正方排列管组52及下游侧组件41b(构成下游侧组件41b的导热管组)分别作为高温预热部、低温部及高温部发挥功能，导入的废气依次在交错排列的高温预热部、正方排列的低温部及高温部中流通而升温，因此能够提高在ggh再加热器8进行热交换的热交换的效率。另外，能够提高从湿式排烟脱硫装置7飞散的雾与交错排列管组51的直线状管部45碰撞的效率(在高温预热部发生的雾蒸发效率)，能够抑制雾向低温部及高温部的导热管12附着而抑制使用时长增加所引起的压损的上升。
56.另外，由于由裸管部构成交错排列管组51的直线状管部45，因此能够抑制雾向高温预热部的导热管12附着而抑制使用时长增加所引起的压损的上升。而且，由于由带翅片的管部构成正方排列管组52的直线状管部45和下游侧组件41b的直线状管部45，因此能够提高在低温部及高温部进行热交换的热交换的效率。
57.另外，通过在交错排列管组51的直线状管部(在本实施方式中为裸管部)45流动的气体流速的最佳化、带翅片的管部的翅片间距的最佳化，能够防止带翅片的管部的腐蚀、防止由灰尘等引起的堵塞，能够进行稳定的运用。
58.需要说明的是，本发明不限定于作为一例而说明的上述的实施方式及变形例，即便是上述的实施方式等以外的技术内容，只要是处于不脱离本发明的技术思想的范围内即可，能够根据设计等而进行各种变更。
59.也可以例如图5所示那样，将本发明应用于将ggh热回收器4和ggh再加热器8分割成了多系统(在图5的例子中为双系统)的排烟处理系统s，如上述实施方式那样构成多个ggh热回收器4中的至少一个、多个ggh再加热器8中的至少一个。
60.另外，上述实施方式中，将废气流通方向设定为大致水平方向，将直线状管部45延伸的方向(延伸设置方向)设定为与废气流通方向大致正交的大致水平方向，但废气流通方向及直线状管部45的延伸设置方向不限定于上述设定方向，也可以设定为其他方向(将废气流通方向设定为大致水平方向，将直线状管部45的延伸设置方向没定为上下方向(大致竖直方向))。
61.附图标记说明：
62.1：锅炉
63.3：空气预热器(a/h)
64.4：ggh热回收器(气气热交换器)
65.5：集尘装置(ep)
66.6：风扇
67.7：湿式排烟脱硫装置
68.8：ggh再加热器(气气热交换器)
69.9：烟囱
70.11、12：导热管
71.13、13a、13b：连通配管
72.31：外壳
73.41：热交换组件
74.41a：上游侧组件(上游侧热交换组件、配管图案混合组件)
75.41b：下游侧组件(下游侧热交换组件)
76.42：第一联管箱
77.43：第二联管箱
78.45：直线状管部
79.49：壳体板
80.51：交错排列管组(第一排列管组)
81.52：正方排列管组(第二排列管组)
82.61：连接配管
83.s：排烟处理系统。