JP2003065691A - 再生式空気予熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温メタル温度に起因する閉塞あるいは腐食
の問題を回避することができる再生式空気予熱器を提供
すること。 【解決手段】 再生式空気予熱器１は大きく２つのセク
ション９、１０に分けられ、１つのセクション９及び１
０は各々一対のガスセクタ６及び空気セクタ７から構成
される。各々のセクション９及び１０のガスセクタ６及
び空気セクタ７は再生式空気予熱器１のエレメント回転
軸１ａを中心とし点対称となるように配置される。一つ
のセクション９、１０内では各々のセクタがガス流れ、
空気流れ共に反対方向の流れとなるように配置される一
方で、隣り合うセクション同士では並行流となるように
配置されている。各セクタ６、７にガス及び空気の流れ
を各々対向するように逆方向から流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラの付属設備
に係わり、特に低温端の温度低下に起因する腐食あるい
は閉塞の問題を効率よく回避するのに好適な再生式空気
予熱器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２には再生式空気予熱器１が配置され
るボイラシステムを示す。ボイラ１１からの燃焼排ガス
は脱硝装置１２で脱硝され、再生式空気予熱器１で燃焼
用空気を予熱した後、集塵器１３、誘引通風機１４及び
脱硫装置１５を経由して浄化され、煙突１６から大気中
に排出される。燃焼用空気は押込通風機２により再生式
空気予熱器１を経由して空気入口ダクト５からボイラ１
１中へ導入される。

【０００３】従来の再生式空気予熱器を図３、図４に示
す（図４は一次空気・二次空気を分離するトライセクタ
方式を示す）。空気予熱器１にはボイラからの排ガス
と、排ガス流に対向するように蒸気式空気予熱器１７を
経由して、ファン２からの燃焼用空気がそれぞれ導入さ
れる。再生式空気予熱器１の軸１ａを中心に回転するエ
レメント３は排ガス流中にあるときに蓄熱し、空気流中
にある時には蓄熱分を空気へ伝達することにより、効率
良く排ガスと空気の熱交換が達成できる仕組みとなって
いる。

【０００４】図８に従来システムにおける排ガス温度、
空気温度、及びエレメント３の低温端温度の特性を示
す。図８に示すように、従来のシステムでは空気予熱器
１のエレメント３が低温の空気流中と高温のガス流中を
移動することにより、エレメント３の低温端メタル温度
は高低温の変動を周期的に繰り返し、平均としてのメタ
ル温度はおおよそ当該ガス温度と空気温度の平均値とな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、熱交換器では
低温部のメタル温度を上昇させるために加熱（高温）流
体側の出口部に被加熱（低温）流体側の出口を配置す
る、いわゆる並行流の方式を採用する。しかしながら、
空気温度を所定の温度まで上昇させると共に、最終段の
熱回収装置として特定の低温化されたガス温度まで燃焼
排ガスから熱回収をする必要がある空気予熱器１におい
ては、理論的な温度バランス上、単に並行流方式を採用
しただけでは目標の熱回収率を達成できない。

【０００６】図６（ａ）に、入口ガス温度３７０℃を出
口ガス温度１３５℃まで熱回収する傍らで、入口空気温
度２５℃を出口空気温度３００℃まで加熱する対向流方
式の再生式空気予熱器１の温度バランス線図を示す。こ
れを図６（ｂ）に示すように、並行流方式の再生式空気
予熱器１に変更した場合の上記温度バランスは１００％
温度差の無くなる理論バランスとしてもガス温度、空気
温度それぞれ２１１℃相当までしか熱回収あるいは加熱
ができないことになる。

【０００７】ボイラ１１から排出する燃焼排ガス（以
下、単にガスということがある）中に高い割合で硫黄酸
化物を含む場合、あるいは灰分を含む場合などは、再生
式空気予熱器１のエレメント３の結露或いは結露により
エレメント３が閉塞あるいは腐食するおそれがある。こ
のような問題を回避するために、耐食性低合金鋼からな
るエレメント３の平均メタル温度を所定の温度まで上げ
る必要がある。

【０００８】図５に一例として公知となっているユング
ストローム形の低温腐食防止に対する低温端平均温度の
推奨値を示す（出典：火力原子力発電必携）。例えば、
使用燃料中の硫黄分が１％である重油を利用する場合で
は、再生式空気予熱器１においては、平均メタル温度を
約９６℃以上に維持する必要があることが分かる。

【０００９】しかしながら、平均としての再生式空気予
熱器１のメタル温度を上昇させるためには、再生式空気
予熱器１の出口ガス温度、あるいは入口空気温度を上昇
させるしか対策がない。前者の場合では、再生式空気予
熱器１の出口ガス温度を高くすることにより、ボイラプ
ラントとしてのエネルギー効率を犠牲にしなければなら
ず、また後者の場合であれば、再生式空気予熱器１の入
口空気温度を上げるための特別なシステムないしは装置
を追加しなければならないという問題があった。

【００１０】本発明の課題は、低温メタル温度に起因す
る閉塞あるいは腐食の問題を回避することができる再生
式空気予熱器を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、熱
ガス用ダクトからの熱ガス導入部と予熱用空気ダクトか
らの空気導入部を切り替えることにより、熱ガスの熱で
空気を予熱する蓄熱体エレメントを備えた再生式空気予
熱器において、熱ガス用ダクト及び予熱用空気ダクトか
ら導入される熱ガス及び空気が流れる流路をそれぞれ二
分割したガスセクタと空気セクタを設け、一つのガスセ
クタと一つの空気セクタから成るセクションを二組設
け、各セクション内のガスセクタと空気セクタは互いに
対向流を形成し、一方のセクションのガスセクタと他方
のセクションの空気セクタとは互いに並行流を形成する
再生式空気予熱器により解決される。

【００１２】図１の例で説明すると本発明の再生式空気
予熱器１は大きく２つのセクション９、１０に分けら
れ、１つのセクション９及び１０は各々一対のガスセク
タ６及び空気セクタ７から構成される。各々のセクショ
ン９及び１０のガスセクタ６及び空気セクタ７は再生式
空気予熱器１のエレメント回転軸１ａを中心とし点対称
となるように配置される。

【００１３】すなわち、一つのセクション９、１０内で
は各々のセクタ６、７がガス流れ、空気流れ共に反対方
向の流れとなるように配置される一方で、隣り合うセク
ション９、１０同士では並行流となるように配置されて
いる。各セクタ６、７にガス及び空気の流れを各々対向
するように逆方向から流すことにより、所定の温度バラ
ンスを確保でき、また隣り合うセクション同士ではガス
流と空気流は並行流となることからエレメント３全体の
メタル温度を高温とすることができ、再生式空気予熱器
１単体にて低温メタル温度に起因する腐食あるいは閉塞
の問題を回避することが可能となる。

【００１４】

【作用】再生式空気予熱器の二つのセクションにおいて
は、それぞれのセクション内の各セクタにはガス流れと
空気流れが共に反対方向の流れとなるように配置され
る。各々のセクタ内ではガス及び空気の流れを各々対向
するように流す一方で、二つのセクションを見ると一方
のセクションのガスセクタのガス流れと他方のセクショ
ンの空気セクタの空気流れは並行流となるので、ガス流
れの低温部となっていたエレメントが回転して次のセク
ションに移ると高温部になり、また空気流れで低温部と
なっていたエレメントが回転して次のセクションに移る
と高温部になる。こうして、エレメント全体のメタル温
度を平均として高温とすることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面と共に
説明する。図１に示す実施の形態の再生式空気予熱器１
が、図３に示す従来の再生式空気予熱器１と異なる点
は、ガス、空気共にエレメント中の流れが対向となる二
つのセクションから成るところにある。

【００１６】図１（ａ）には再生式空気予熱器１に導入
・排出される燃焼排ガスと予熱用空気の経路を示し、図
１（ｂ）には再生式空気予熱器１のガス・空気の流路の
横断面図を示す。再生式空気予熱器１はそれぞれ排ガス
と空気が対向流となるガスセクタ６と空気セクタ７の組
み合わせから成る低温セクション９と高温セクション１
０とから成る流路を備えている。

【００１７】図１（ａ）の向かって左側半分の蓄熱体エ
レメント３の低温端３ａ側に予熱前の空気が導入される
ことから、これを低温セクション９と呼び、図１（ａ）
の向かって右側半分のエレメント３の低温端３ａ側から
は予熱後の空気が排出されることから高温セクション１
０と呼ぶことにする。

【００１８】図２に示すボイラ１１からの燃焼排ガスの
流れは、まずガスダクト４にて二つに分割され、各々反
対方向からエレメント３のガスセクタ６、６に導入され
る。一方、押込通風機２からのボイラ燃焼用空気の流れ
は、排ガス流れと同じく空気ダクト５にて分割され、各
々反対方向からエレメント３の空気セクタ７、７に導入
される。エレメント３の回転（あるいはダクトの方が回
転する場合もある）によりエレメント３はガスセクタ
６、６を通過するときに加熱され、エレメント３が空気
セクタ７、７を通過するときにエレメント３内に蓄熱さ
れた熱を空気へ伝熱する。

【００１９】図７に本システムにおけるエレメント３の
温度履歴を示す。図１に示すエレメント３の端部３ａが
低温セクション９を通過する場合、当該エレメント端部
３ａは空気セクタ７を通過する際に冷却され、ガスセク
タ６を通過する際に加熱される。引き続き高温セクショ
ン１０を通過する場合、ガスダクト４と空気ダクト５を
空気予熱器１に対向に導入することにより、当該エレメ
ント端部３ａは高温ガス、空気にさらされることにな
り、高温空気、ガス温度に相当するエレメント温度まで
順次加熱される。

【００２０】図８は従来システムにおけるエレメント３
の温度履歴を示すが、当該エレメント端部３ａは常に低
温部を回転移動するため、当該エレメント端部３ａの温
度履歴は出口ガス温度、入口空気温度の低い温度域にて
変動することになる。

【００２１】図８と比較して図７においては、当該エレ
メント端部３ａがガス入口並びに空気出口からなる高温
セクション１０を通過する際にエレメント温度を高温と
することが可能となり、その結果、エレメント３の平均
温度はメタル温度制限値よりはるか高いレベルに維持さ
れる。

【００２２】空気予熱器入口ガス温度＝３７０℃、出口
ガス温度＝１３５℃、空気予熱器入口空気温度＝２５
℃、出口空気温度＝３００℃ の条件で比較した場合、従来システムにおける予想平均
メタル温度＝８０℃に対し、本発明による予想平均メタ
ル温度は２００℃程度となり、１００℃以上メタル温度
を改善する効果が期待できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、空気予熱
器出口温度を非効率に高温化することなく、空気予熱器
単体にてエレメント温度を制限値以上に確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（ａ）は本発明の実施の形態の再生式空
気予熱器に導入・排出される燃焼排ガスと予熱用空気の
経路を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の再生式空気予熱
器のガス・空気の流路の横断面を示す図である。

【図２】 ボイラ設備の系統図である。

【図３】 図３（ａ）は従来の再生式空気予熱器に導入
・排出される燃焼排ガスと予熱用空気の経路を示し、図
３（ｂ）は図３（ａ）の再生式空気予熱器のガス・空気
の流路の横断面を示す図である。

【図４】 図４（ａ）は従来の再生式空気予熱器に導入
・排出される燃焼排ガスと予熱用空気の経路（トライセ
クタ）を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）の再生式空気予
熱器のガス・空気の流路の横断面を示す図である。

【図５】 低温端平均メタル温度の制限値（ユングスト
ロームによる推奨値）を説明する図である。

【図６】 流れ様式におけるガス・空気温度バランスを
説明する図である。

【図７】 本発明になるエレメントの温度履歴を説明す
る図である。

【図８】 従来の空気予熱器におけるエレメントの温度
履歴を説明する図である。

【符号の説明】

１ 再生式空気予熱器 １ａ 回転軸 ２ 押込通風機 ３ エレメン
ト ３ａ エレメント端部（低温端） ４ ガスダク
ト ５ 空気ダクト ６ ガスセク
タ ７ 空気セクタ ９ 低温セク
ション １０ 高温セクション １１ ボイラ １２ 脱硝装置 １３ 集塵器 １４ 誘引通風機 １５ 脱硝装
置 １６ 煙突 １７ 蒸気式
空気予熱器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱ガス用ダクトからの熱ガス導入部と予
   熱用空気ダクトからの空気導入部を切り替えることによ
   り、熱ガスの熱で空気を予熱する蓄熱体エレメントを備
   えた再生式空気予熱器において、 熱ガス用ダクト及び予熱用空気ダクトから導入される熱
   ガス及び空気が流れる流路をそれぞれ二分割したガスセ
   クタと空気セクタを設け、一つのガスセクタと一つの空
   気セクタから成るセクションを二組設け、各セクション
   内のガスセクタと空気セクタは互いに対向流を形成し、
   一方のセクションのガスセクタと他方のセクションの空
   気セクタとは互いに並行流を形成することを特徴とする
   再生式空気予熱器。
2. 【請求項２】 各セクションの熱ガス導入部はエレメン
   ト高温部側とエレメント低温部側にそれぞれ設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の再生式空気予熱器。
3. 【請求項３】 一方のセクションのガスセクタ及び空気
   セクタは、それぞれ他方のセクションのガスセクタ及び
   空気セクタと、それぞれ再生式空気予熱器のエレメント
   回転軸を中心として点対称となるように配置されること
   を特徴とする請求項１記載の再生式空気予熱器。