JP3774288B2 - 給気流予熱装置及び給気流予熱方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給気流予熱装置及び給気流予熱方法に関するものであり、より詳細には、比較的低温の燃焼用空気を高温に加熱し、石炭燃焼装置に対して高温の予熱給気流を供給する給気流予熱装置及び給気流予熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電ボイラー、微粉炭ボイラー又は石炭ガス化装置等の各種石炭燃焼装置、或いは、ＡＦＢＣ形式、ＰＦＢＣ形式又は加圧ＣＰＣ形式等の各種石炭複合発電システムの研究・開発又は実用化研究が、エネルギー政策又は社会的要求に基づき、近年において広く実施されている。一般に、この種の石炭燃焼システム又は石炭燃焼設備は、燃焼用空気を石炭燃焼炉に供給する給気装置又は給気設備を有し、給気装置又は給気設備は、例えば、燃焼排ガスの廃熱等を利用した熱交換装置等の給気予熱装置を備える。給気予熱装置は、燃焼炉の燃焼効率を改善すべく、外気又は外界雰囲気の燃焼用空気を適当な温度に加熱又は予熱し、所望の温度に昇温した高温気流又は燃焼用予熱空気を微粉炭バーナ等の燃焼装置又は火炎帯形成装置に給送する。
石炭燃焼設備の燃焼形式として、例えば、ストーカ燃焼形式、微粉炭燃焼形式及び流動層燃焼形式などの各種形式が知られている。一般には、負荷変動に対して比較的良好な応答性又は追従性を有し且つ高燃焼効率を発揮し得る微粉炭燃焼法を適用した微粉炭燃焼ボイラーが、石炭火力発電ボイラー等の大容量ボイラー又は大型石炭焚ボイラーとして採用されている。
【０００３】
この種の微粉炭ボイラーにおいては、石炭粒子は、一次空気によって燃焼炉に搬送され、微粉炭燃焼装置又は微粉炭バーナにより急速に加熱される。微粉炭ボイラーの燃焼排ガスは、比較的多量のフューエル（FUEL）ＮＯｘ、サーマル（THERMAL)ＮＯｘおよび硫黄分を含むばかりでなく、多量の煤塵（ダスト、フライアッシュ）を含有する。従って、石炭火力発電所等における燃焼排ガスの排気系は、一般に、排煙脱硫装置、排煙脱硝装置および電気集塵機（ＥＳＰ）等を含む一連の排煙処理システムを所要構成要素として備える。
【０００４】
図１０は、このような石炭燃焼設備の全体構成を例示する概略フロー図である。
石炭燃焼設備を構成する石炭火力発電ボイラーは、微粉炭バーナ４及び微粉炭ボイラー本体５を備える。微粉炭バーナ４は、微粉炭を給送する微粉炭給送路ＣＦに接続される。微粉炭給送路ＣＦは、微粉炭加圧給送方式の微粉炭供給機（図示せず）を備えた微粉炭供給系に連結され、所定微粉度の微粉炭を一次空気流により微粉炭バーナ４に搬送する。二次空気流を給送する給気給送路ＣＡが、微粉炭バーナに接続される。給気給送路ＣＡは、二次空気流を３００℃程度に予熱する回転式空気予熱器ＡＰＨの加熱部又は放熱部８１を介して強制給気ファン２に連結される。強制給気ファン２は、外気吸入口２９及び外気導入路ＯＡを介して吸入した外気を空気予熱器ＡＰＨに圧送し、空気予熱器ＡＰＨにて予熱された二次空気流は、給気給送路ＣＡを介して微粉炭バーナ４に給送される。
微粉炭バーナ４において混合した微粉炭、一次空気流及び二次空気流は、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成し、炉内燃焼領域５０に配置された過熱器５1 、再熱器５2 及び節炭器５３を加熱した後、燃焼排ガス流路Ｅ１を介して炉外に排気される。燃焼排ガス流路Ｅ１を含む排気系に配設された排煙処理システムは、電気集塵機（ＥＳＰ）７１、アンモニア供給源（図示せず) に接続されたアンモニア注入装置７２、選択接触型触媒ユニットを内蔵した選択接触還元装置７３、廃熱回収機能を有する回転式空気予熱器ＡＰＨの蓄熱部又は冷却部７４、排気誘引ファン７５、回転再生式のユングストローム型ガス・ガスヒータＧＧＨの蓄熱部７６、ブースターファン７７、排煙脱硫装置７８、ガス・ガスヒータＧＧＨの放熱部７９およびスタック８０等の一連の排ガス処理装置を燃焼排ガス流路Ｅ１乃至Ｅ１０に直列に配設した構成を有する。
なお、図１０には、高温下に脱塵処理可能な高温ＥＳＰ（電気集塵機）を排気系上流部分に配置してなる低ダスト方式の排煙処理システムが例示されているが、脱硝触媒の有効温度範囲を重視し、脱硝装置を排気系上流部分に配置した構成を有する高ダスト方式の排煙処理システムにおいても又、実質的に同様な排煙処理機能が達成される。
【０００５】
また、燃焼装置に対する給気流を高温に予熱し得る高速切換式又は高周期切換式の蓄熱型熱交換システムが、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に開示されている。本願出願人の開発に係る切換式蓄熱型熱交換システムは、多数の狭小流路を備えたハニカム構造の蓄熱体を有し、該蓄熱体は、極めて高い温度効率及び容積効率を発揮する。高温の燃焼排ガス及び低温の燃焼用給気流は、ハニカム型蓄熱体を短時間に交互に流通し、給気流は、ハニカム型蓄熱体を介してなされる燃焼排ガスとの直接的な熱交換により、８００℃を超える極めて高温に予熱される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、石炭燃焼設備における大幅な燃焼効率の改善を企図して、石炭燃焼設備の給気装置に対する上記形式の蓄熱型熱交換システムの適用可能性又は適応可能性について検討を重ねた。しかしながら、上記形式の切換式蓄熱型熱交換システムによれば、ハニカム型蓄熱体に熱伝導／熱伝達可能な顕熱を十分に保有する燃焼排ガス、即ち、燃焼炉を流出した直後の高温燃焼排ガスをハニカム型蓄熱体に導入せざるを得ない。他方、石炭燃焼設備の高温燃焼排ガスは、上記の如く多量の煤塵等を含有しており、上記ハニカム型蓄熱体の狭小流路を煤塵により比較的早期に閉塞してしまう結果、ハニカム流路の早期目詰り現象を生じさせる。このため、上記構成のハニカム型蓄熱体を石炭燃焼設備に所望の如く配設し得ず、従って、上記形式の熱交換システムを石炭燃焼炉の燃焼排ガス排気系に容易に適用し難い事情がある。かくして、石炭燃焼設備に実質的ないし実用的に適応し得る新規構成及び新規構造の熱交換システムの早期開発が、強く要望された。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高速切換式蓄熱体を介してなされる石炭燃焼排ガス流と低温燃焼用空気流との実質的に直接的な熱交換により、石炭燃焼設備に供給すべき給気流を連続的に高温に予熱し得る給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することにある。
本発明は又、石炭燃焼設備に供給すべき燃焼用空気の給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に連続的に予熱又は加熱することができる給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するために、本発明は、石炭燃焼装置に供給すべき比較的低温の燃焼用空気の給気流を加熱し、石炭燃焼装置に対して高温の予熱給気流を供給する給気流予熱装置において、
前記低温給気流を流通可能な流路を有し、前記石炭燃焼装置の燃焼手段に給送すべき前記給気流を８００℃以上の温度に加熱する熱交換装置と、前記石炭燃焼装置の可燃性燃焼排ガスの導入により、該可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する燃焼域とを有し、前記熱交換装置及び燃焼域は、前記燃焼域の燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスを前記熱交換装置を介して排気するように相互連通し、
前記熱交換装置は、前記燃焼域の二次燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、前記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備え、
前記蓄熱体によって８００℃以上の温度に加熱した前記予熱空気流を前記石炭燃焼装置に供給することを特徴とする給気流予熱装置を提供する。
【０００９】
本発明の上記構成によれば、給気流予熱装置は、石炭燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する燃焼域を有し、該燃焼域にて生成した二次燃焼排ガスは、上記熱交換装置を構成する蓄熱体の流路を通過し、該蓄熱体を加熱する。低温の燃焼用空気および二次燃焼排ガスを上記熱交換装置に交互に供給することにより、燃焼域の二次燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体に熱伝導／熱伝達し且つ蓄熱体にて蓄熱する蓄熱作用と、蓄熱体に蓄熱した顕熱を低温給気流に対して放熱し且つ該低温給気流を加熱する放熱作用とが、比較的短時間に交互に反覆し、この結果、低温給気流と二次燃焼排ガスとの実質的に直接的な熱交換作用が、蓄熱体を介して継続的になされ、低温給気流は、蓄熱体を介してなされる直接的加熱作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱ないし予熱される。
ここに、燃焼排ガス系の排煙処理工程により温度降下した石炭燃焼排ガスは、燃焼域における二次燃焼反応により高温の二次燃焼排ガスとして蓄熱体に供給されるので、二次燃焼排ガスは、低温給気流を予熱又は加熱し得る所望の顕熱を保有し、蓄熱体を高温に加熱する。所要の熱量を蓄熱した蓄熱体は、引き続く低温燃焼用空気流との熱交換作用により放熱し、給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に連続的に予熱ないし加熱することができる。
【００１０】
本発明は又、比較的低温の給気流を加熱してなる高温の予熱給気流を石炭燃焼装置に供給する給気流予熱方法において、
高温の第１熱交換装置と低温給気流との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、該第２予熱給気流を前記石炭燃焼装置に供給するとともに、前記第１予熱給気流を第２燃焼域に導入する第１予熱工程と、
高温の第２熱交換装置と低温給気流との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、該第２予熱給気流を前記石炭燃焼装置に供給するとともに、前記第１予熱給気流を第１燃焼域に導入する第２予熱工程とを有し、
前記第１予熱工程において、可燃成分を含む前記石炭燃焼装置の燃焼排ガスを前記第２燃焼域に導入し、該燃焼排ガスを前記第１予熱給気流と混合し、該第２燃焼域にて燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起し、第２燃焼域の燃焼により生成した二次燃焼排ガスを第２熱交換装置を介して排気し、二次燃焼排ガスと第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱し、
前記第２予熱工程において、可燃成分を含む前記石炭燃焼装置の燃焼排ガスを前記第１燃焼域に導入し、該燃焼排ガスを前記第１予熱給気流と混合し、該第１燃焼域にて燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起し、第１燃焼域の燃焼により生成した二次燃焼排ガスを第１熱交換装置を介して排気し、二次燃焼排ガスと第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱し、
前記第１予熱工程及び第２予熱工程を所定の時間間隔にて交互に実行し、前記低温給気流を継続的に高温加熱し、８００℃以上の温度に加熱した前記予熱空気流を前記石炭燃焼装置に供給することを特徴とする給気流予熱方法を提供する。
【００１１】
上記構成によれば、第１予熱工程及び第２予熱工程を交互に実行することにより、第１又は第２燃焼域の二次燃焼排ガスと、低温の給気流との熱交換作用が連続的に継続し、高温の第２予熱給気流は、燃焼用空気として連続的に石炭燃焼装置に供給される。
他の観点より、本発明は、上記構成の給気流予熱装置を備えた微粉炭ボイラーを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態において、給気流予熱装置は、上記熱交換装置を備えた第１加熱装置及び第２加熱装置を備え、該第１及び第２加熱装置は、第１給排流路及び第２給排流路を介して流路切換装置に連結される。流路切換装置は、前記低温給気流を給気する給気流導入路に連結されるとともに、前記二次燃焼排ガスを排気する燃焼排ガス導出路に連結される。給気流予熱装置は、上記第１加熱装置及び第２加熱装置により加熱された比較的高温の予熱給気流を石炭燃焼装置に対して供給する予熱給気流給送路と、第１及び第２加熱装置を相互連通させる分流連通部と、第１及び第２加熱装置と予熱給気流給送路との間に介装された分流制御装置とを備える。第１加熱装置は、上記第１給排流路に連結された第１熱交換装置と、第１熱交換装置に対して直列に配置された第１燃焼域とを有し、第１給排流路、第１熱交換装置及び第１燃焼域は、給気流を分流制御装置に導出するとともに、第１燃焼域にて生成した二次燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路に送出するように相互連通し、第２加熱装置は、第２給排流路に連結された第２熱交換装置と、第２熱交換装置に対して直列に配置された第２燃焼域とを備え、第２給排流路、第２熱交換装置及び第２燃焼域は、給気流を分流制御装置に導出するとともに、第２燃焼域にて生成した二次燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路に送出するように相互連通する。上記分流連通部は、前記第１及び第２燃焼域を相互連通させる流体連通路を備え、第１及び第２燃焼域は夫々、燃焼装置の可燃性燃焼排ガスを該燃焼域に導入可能な排ガス導入装置を備える。給気流予熱装置は更に、上記流路切換装置、分流制御装置及び排ガス導入装置を同期切換制御する制御手段を有し、第１加熱装置及び第２加熱装置は、該制御手段の制御下に、第１熱交換装置又は第２熱交換装置により加熱された高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、第１予熱給気流を流体連通路に送出するとともに、第２予熱給気流を予熱給気流給送路に送出する。
【００１３】
本発明の更に好適な実施形態において、上記流路切換装置は、上記給気流導入路を上記第１給排流路に連結し且つ上記燃焼排ガス導出路を上記第２給排流路に連結する第１位置と、上記給気流導入路を上記第２給排流路に連結し且つ上記燃焼排ガス導出路を上記第１給排流路に連結する第２位置とを有し、所定の時間間隔にて第１位置又は第２位置のいずれか一方に選択的に切換制御され、上記流路切換装置の第２位置にて上記第１燃焼域に生成した二次燃焼排ガスは、上記第１熱交換装置の蓄熱体を通過して上記第１給排流路に送出され、上記流路切換装置の第１位置にて上記第２燃焼域に生成した二次燃焼排ガスは、上記第２熱交換装置の蓄熱体を通過して上記第２給排流路に送出される。好適には、上記流路切換装置は、所定の時間間隔にて上記第１位置又は第２位置に交互に切換制御され、該時間間隔は、６０秒以下、更に好ましくは、３０秒以下の所定時間に設定され、上記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体は、該時間間隔に相応して蓄熱又は放熱を反覆し、上記低温給気流を加熱し且つ上記二次燃焼排ガスを冷却する。
好ましくは、上記第１加熱装置及び第２加熱装置は、分流連通部を介して並列に配置され、上記流体連通路は、第１及び第２燃焼域に開口するとともに、流体連通路を局所的に縮径する流路縮小手段を備え、該流路縮小手段は、予熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能する。
【００１４】
本発明の或る好適な実施形態において、上記排ガス導入装置は、燃焼装置の可燃性燃焼排ガスを上記第１及び第２燃焼域に導入する第１及び第２排気導入路と、上記第１及び第２排気導入路を開閉制御する開閉制御装置とを備える。
本発明の好適な実施形態において、上記蓄熱体は、上記低温給気流と上記二次燃焼排ガスとが交互に通過する多数の流路を備えたハニカム型蓄熱体からなる。更に好ましくは、上記石炭燃焼装置は、微粉炭ボイラーよりなり、上記燃焼排ガスは、未燃燃料成分、水素及び炭素を含む微粉炭ボイラーの可燃性燃焼排ガスからなる。上記予熱給気流は、上記燃焼排ガスの可燃成分の自己着火温度よりも高温に加熱され、上記燃焼排ガスは、上記第１及び第２燃焼域に交互に供給され、該燃焼域において第１予熱給気流と混合し、二次燃焼反応する。好適には、微粉炭ボイラー本体の燃焼排ガスを除塵し且つ脱硫する脱塵装置及び排煙脱硫装置、更に好適には、燃焼排ガスの脱硝作用を有する排煙脱硝装置を備えた排煙処理システムが、微粉炭ボイラー本体の燃焼排ガス排気部と上記第１及び第２燃焼域の排ガス導入装置との間に介装される。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によれば、上記低温給気流は、外界雰囲気の空気であり、上記予熱給気流は、上記熱交換装置により、少なくとも８００℃、好ましくは１０００℃以上の高温に加熱された燃焼用予熱空気流として、微粉炭ボイラー等の石炭燃焼設備の燃焼手段に給送される。
本発明の更に好適な実施形態において、上記蓄熱体を構成するハニカム型蓄熱体は、好ましくは、セラミック製ハニカムからなる。好ましくは、ハニカム型蓄熱体は、各流路を構成する正方形断面又は三角形断面等の所定断面形状のセル孔を備えた格子状のハニカム構造に成形され、セル孔を画成するセル壁の壁厚及び各セル壁間のピッチは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の温度効率を確保し得る壁厚及びピッチに設定される。更に好適には、セル壁の壁厚は、１．６mm以下の所定厚に設定され、セル壁ピッチは、５．０mm以下の所定値に設定される。
【００１６】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例に係る給気流予熱装置及び給気流予熱方法について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る給気流予熱装置を備えた石炭火力発電ボイラーの装置系全体構成を示す概略フロー図である。
石炭火力発電ボイラーは、微粉炭バーナ４及び微粉炭ボイラー本体５を備え、微粉炭バーナ４は、微粉炭を給送する微粉炭給送路ＣＦに接続される。微粉炭給送路ＣＦは、微粉炭加圧給送方式の微粉炭供給機（図示せず）を備えた微粉炭供給系に連結される。微粉炭供給機は、所定の微粉度、例えば、５０乃至１００μｍ以下の微粉度の微粉炭を供給し、微粉炭は、一次空気供給手段（図示せず）により供給される一次空気流により微粉炭給送路ＣＦ内の流路を搬送され、微粉炭バーナ４に供給される。一次空気の流量は、所望の全燃焼空気流の所定流量割合の流量に設定される。
予熱空気給送路ＨＡが、微粉炭バーナ４に接続され、予熱空気給送路ＨＡは、８００℃乃至１０００℃以上の所定温度に加熱された高温予熱空気流を微粉炭バーナ４に供給する。微粉炭、一次空気流及び高温予熱空気流は、微粉炭バーナ４において混合し、パイロットバーナ等の点火手段（図示せず）により微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
過熱器（スーパーヒータ）５１、再熱器（リヒータ）５２および節炭器（エコノマイザ）５３が、炉内燃焼領域５０の所定位置に配置される。節炭器５３は、給水供給路Ｓ１に連結され、過熱器５１は、過熱蒸気導出路Ｓ２に連結される。給水供給路Ｓ１により節炭器５３に供給された給水は、節炭器５３、再熱器５２及び過熱器５１の管路に通水される。給水は、節炭器５３、再熱器５２及び過熱器５１において炉内燃焼領域５０の高温加熱雰囲気下に進行する輻射及び対流伝熱作用により加熱され、過熱蒸気として過熱蒸気導出路Ｓ２より炉外に導出され、発電設備を構成する蒸気タービン等（図示せず）に供給される。
【００１７】
炉内燃焼領域５０の燃焼排ガスを排気する燃焼排ガス流路Ｅ１が、節炭器５３の下方域において微粉炭ボイラー本体５に連結される。燃焼排ガス流路Ｅ１の後流端又は下流端は、脱塵装置６１の排ガス流入口に連結され、脱塵装置６１の排ガス流出口は、燃焼排ガス流路Ｅ２を介して、熱媒体流体を循環可能なガス・ガスヒータＧＧＨの熱回収部６２に連結される。熱回収部６２は更に、ブースターファン６３を備えた燃焼排ガス流路Ｅ３：Ｅ４を介して、排煙脱硫装置６４の排ガス流入口に連結される。排煙脱硫装置６４の排ガス流出口は、燃焼排ガス流路Ｅ５介してガス・ガスヒータＧＧＨの放熱部６５に接続され、放熱部６５は、燃焼排ガス流路Ｅ６を介して、燃焼排ガス分配装置４０に接続される。
本例において、脱塵装置６１は、複数の円筒形セラミックフィルタを内蔵した高温セラミックフィルタ形式の集塵機からなる。脱塵装置６１は、セラミックファイバー系の断熱材を内壁面に内貼りしてなる圧力容器構造のハウジングと、該ハウジング内に画成された脱塵室とを備える。脱塵室は、上下方向に複数室に区画され、βコージライト等の素材を内径１５０ｍｍ程度の多孔質円筒体に成形してなる複数の円筒形セラミックフィルタが各区画室内に配置される。各セラミックフィルタの中空部に流入した燃焼排ガスは、セラミックフィルタの円筒状壁体を径方向外方に通過し、濾過され、排ガス流路Ｅ２に流出する。セラミックフィルタの円筒壁内面に付着又は堆積した塵埃又はダストは、自然落下し、或いは、所定時間間隔にて実行されるエジェクタパルス逆洗方式の逆洗装置の作動により、セラミックフィルタ内壁面から除去される。
【００１８】
また、排煙脱硫装置６４は、主に燃焼排ガスのＨ2SをSelexol 溶液（ポリエチレングリコールジメチルエーテル）又は熱炭酸カリ水溶液により除去するSelexol Process （セレクソル・プロセス）又はBenfield Process（ベンフィールド・プロセス) の方式に設計され、主に燃焼排ガス中のＨ2Sを除去する。
更に、上記ガス・ガスヒータＧＧＨは、熱媒体流体の循環回路に接続された熱回収部６２及び放熱部６５を備える。熱回収部６２において燃焼排ガス流路Ｅ２の排ガス顕熱により昇温又は蒸発した熱媒体流体は、放熱部６５に循環し、放熱部６５において燃焼排ガス流路Ｅ５の燃焼排ガスと熱交換し、この結果、熱媒体流体は冷却又は凝縮され、他方、燃焼排ガス流路Ｅ５の燃焼排ガスは加熱され、昇温する。
【００１９】
燃焼排ガス分配装置４０は、一対の開閉制御弁４１、４２を備え、燃焼排ガス流路Ｅ７：Ｅ８を介して、給気流予熱装置１の切換式蓄熱型熱交換システム１０に連結される。熱交換システム１０は、開閉制御弁４１、４２を介装した燃焼排ガス流路Ｅ７：Ｅ８と、燃焼排ガス流路Ｅ７：Ｅ８に連結された一対の燃焼域１３、１４を備えるとともに、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通する分流連通路１５を備える。第１及び第２燃焼域１３、１４は、３方弁形式の流路制御装置３０を介して、予熱空気給送路ＨＡに連結されるとともに、燃焼用空気の給気流を高温に加熱又は予熱する高速切換式の第１及び第２蓄熱型熱交換装置１１、１２と連通する。
【００２０】
第１及び第２熱交換装置１１、１２は、第１給排路Ｌ１及び第２給排路Ｌ２を介して、４方弁形式の流路切換装置２０と連通し、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡ及び排気導出路ＥＡを介して給気押込み形式の強制給気ファン２および排気誘引形式の強制排気ファン３に連結される。強制給気ファン２の吸引口は、外気導入路ＯＡに連結され、外気導入路ＯＡを介して外気吸入口２９と連通し、強制排気ファン３の吐出口は、排気送出路ＥＧを介して、集合煙突等のスタック８０の排気導入口と連通する。
強制給気ファン２は、外気吸入口２９及び外気導入路ＯＡを介して常温外気を吸引し、給気給送路ＣＡを介して常温外気（燃焼用空気）を第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２に圧送する。他方、強制排気ファン３は、第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２を通過した第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスを誘引し、二次燃焼排ガスを排気送出路ＥＧ及びスタック８０により大気放出又は大気解放する。
【００２１】
図２及び図３は、図１に示す石炭火力発電ボイラーに配設された給気流予熱装置１の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図２及び図３の各図において、（Ａ）図は、給気流予熱装置１を構成する流路切換装置２０の第１位置における第１予熱工程を示し、（Ｂ）図は、流路切換装置２０の第２位置における第２予熱工程を示す。
図２に示す如く、給気流予熱装置１は、流路切換装置２０を介して給気給送路ＣＡ又は排気導出路ＥＡに選択的に連通可能な第１給排路Ｌ１及び第２給排路Ｌ２を備えるとともに、給気給送路ＣＡを介して導入した燃焼用空気を所定温度に予熱する第１熱交換装置１１及び第２熱交換装置１２と、第１又は第２熱交換装置１１、１２にて予熱された予熱空気流を分流可能な分流連通路１５と、分流連通路１５を通過した所定流量の第１予熱空気流Ｈ１の存在下に微粉炭ボイラー本体６の燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する第１燃焼域１３及び第２燃焼域１４とを備える。
【００２２】
図３に示す如く、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡに連通する給気流入ポート２１と、排気導出路ＥＡに連通する排気流出ポート２２とを備えるとともに、第１給排路Ｌ１に連通する第１給排ポート２３と、第２給排路Ｌ２に連通する第２給排ポート２４とを備える。第１給排ポート２３は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の基端部に連結され、第２給排ポート２４は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の基端部に連結される。
流路切換装置２０は、第１位置及び第２位置に選択的に切換制御可能な高速切換式又は高周期切換式構造を備えた４方弁からなり、中心回転軸２５に固定された板状の弁体２６を備える。回転軸２５は、４方弁駆動装置（図示せず）の作動により回転駆動され、第１位置（図２Ａ：図３Ａ）又は第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）に選択的に切換制御される。
４方弁駆動装置は、所定時間毎に中心回転軸２５を回転させ、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡを第１給排路Ｌ１と連通させ且つ第２給排路Ｌ２を排気導出路ＥＡと連通させる第１位置と（図２Ａ：図３Ａ）、給気給送路ＣＡを第２給排路Ｌ２と連通させ且つ第１給排路Ｌ１を排気導出路ＥＡと連通させる第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）とに交互に切換えられる。
第１及び第２燃焼域１３、１４は、第１及び第２排ガス流路Ｅ７、Ｅ８を介して微粉炭ボイラー本体６の燃焼排ガスを導入可能な第１及び第２排ガス流入口４３、４４を備え、排ガス流入口４３、４４は、第１及び第２燃焼域１３、１４の側壁部分を貫通する。炉内燃焼領域５０の燃焼排ガスは、上記集塵装置６１、ガス・ガスヒータＧＧＨ及び排煙脱硫装置６４（図１）を通過し、降温した後、第１及び第２排ガス流入口４３、４４を介して、第１及び第２燃焼域１３、１４に導入される。
【００２３】
熱交換システム１０は、熱交換システム全体の作動モードを制御し且つ各システム構成要素の切換時期を調時する電子式制御装置１９（図２）を備える。制御装置１９は、流路切換装置２０及び分流制御装置３０の切替時期及び切替位置を制御するとともに、第１及び第２開閉制御弁４１、４２の開閉時期及び開閉作動を制御する。制御装置１９は、電気信号線を介して流路切換装置２０の４方弁駆動装置、分流制御装置３０の駆動部および第１：第２開閉制御弁４１、４２の駆動部に接続され、各駆動装置又は駆動部の作動を制御する。
第１及び第２開閉制御弁４１、４２は、制御装置１９の制御下に流路切換装置２０と同時に開閉制御され、第１開閉制御弁４１の開放時期は、流路切換装置２０の第２位置切換時期と一致し、第２開閉制御弁４２の開放時期は、流路切換装置２０の第１位置切換時期と一致する。
【００２４】
流路切換装置２０と連動する分流制御装置３０は、第１及び第２燃燃焼１３、１４と微粉炭バーナ４との間に介装される。分流制御装置３０は、制御装置１９の制御下に流路切換装置２０と正確に同期切換作動し、予熱空気給送路ＨＡと第１又は第２中間流路Ｌ３、Ｌ４とを交互に相互連通させる。分流制御装置３０は、流路切換装置２０の第１位置（図２Ａ：図３Ａ）において、第１中間流路Ｌ３を介して第１燃焼域１３と予熱空気給送路ＨＡとを連通させる第１位置に保持され、第１燃焼域１３の第２予熱給気流Ｈ２を微粉炭バーナ４に供給し、他方、流路切換装置２０の第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）において、第２中間流路Ｌ４を介して第２燃焼域１４と予熱空気給送路ＨＡとを連通させる第２位置に保持され、第２燃焼域１４の第２予熱給気流Ｈ２を微粉炭バーナ４に供給する。
【００２５】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０の第１位置（第１予熱工程）において、第１給排路Ｌ１に給送された外気又は燃焼用空気は、第１熱交換装置１１に供給され、第１熱交換装置１１において予熱され、第１燃焼域１３に流入する。第１燃焼域１３に流入した予熱空気流Ｈは、第１燃焼域１３において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。第１予熱空気流Ｈ１は、分流連通路１５を通過し、所定温度に昇温した高温空気流として第２燃焼域１４に給送され、他方、第１燃焼域１３にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して微粉炭バーナ４に給送され、燃料供給系ＣＦ（図１）により供給される微粉炭及び一次空気と混合し、点火手段（図示せず）の着火作用により、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
第２燃焼域１４に給送された第１予熱空気流Ｈ１は、第２排ガス流入口４４を介して第２燃焼域１４に吐出した微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガスと混合し、燃焼排ガスの未燃燃料成分、炉内燃焼領域５０の石炭ガス化作用により生成した水素（Ｈ2 ）、炭素ないし一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）の二次燃焼により第２燃焼域１４に火炎帯を形成し、高温の二次燃焼排ガスを生成する。第２燃焼域１４の二次燃焼排ガスは、第２熱交換装置１２の先端部に流入し、第２熱交換装置１２を流通し、第２熱交換装置１２を所定温度に加熱した後、第２熱交換装置１２の基端部、第２給排路Ｌ２、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及びスタック８０（図１）により大気に放出される。
【００２６】
図２（Ｂ）に示す如く、流路切換装置２０の第２位置（第２予熱工程）において、第２給排路Ｌ２に給送された外気又は燃焼用空気は、第２熱交換装置１２に供給され、第２熱交換装置１２において予熱され、所定温度に昇温した予熱空気流Ｈとして第２燃焼域１４に給送される。予熱空気流Ｈは、第２燃焼域１４において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。第１予熱空気流Ｈ１は、分流連通路１５を通過し、所定温度に昇温した高温空気流として第１燃焼域１３に給送され、他方、第２燃焼域１４にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して微粉炭バーナ４に給送され、上記の如く、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
第１燃焼域１３に給送された第１予熱空気流Ｈ１は、第１排ガス流入口４３を介して第１燃焼域１３に吐出した微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガスと混合し、燃焼排ガスの未燃燃料成分、炉内燃焼領域５０の石炭ガス化作用により生成した水素（Ｈ2 ）、炭素・一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）の二次燃焼により第１燃焼域１３に火炎帯を形成し、高温の二次燃焼排ガスを生成する。第１燃焼域１３の二次燃焼排ガスは、第１熱交換装置１１の先端部に流入し、第１熱交換装置１１を流通し、第１熱交換装置１１を所定温度に加熱した後、第１熱交換装置１１の基端部、第１給排路Ｌ１、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及びスタック８０（図１）により大気に放出される。
流路切換装置２０は、第２燃焼域１４が燃焼作動する間、第１給排路Ｌ１と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第２給排路Ｌ２と排気導出路ＥＡとを連通させる第１位置に弁体２６を保持し（図２Ａ：図３Ａ）、他方、第１燃焼域１３が燃焼作動する間、第２給排路Ｌ２と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第１給排路Ｌ１と排気導出路ＥＡとを連通させる第２位置に弁体２６を保持する（図２Ｂ：図３Ｂ）。
【００２７】
図３に示す如く、給気流予熱装置１を構成する熱交換システム１０は、第１熱交換装置１１を収容し且つ第１燃焼域１３及び第１中間流路Ｌ３を直列に画成する第１予熱ユニット１０Ａと、第２熱交換装置１２を収容し且つ第２燃焼域１４及び第２中間流路Ｌ４を直列に画成する第２予熱ユニット１０Ｂと、第１予熱ユニット１０Ａ及び第２予熱ユニット１０Ｂを相互連結する連通部１０Ｃとを備える。左右の第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂは、実質的に同一の機能及び構造を有し、連通部１０Ｃの軸芯部を貫通する分流連通路１５は、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通する。第１予熱ユニット１０Ａ、第２予熱ユニット１０Ｂ及び連通部１０Ｃは、給気流予熱装置１の中心軸線に対して対称に配置され、耐熱性キャスタブル・ライニング材料、耐熱レンガ、耐火・断熱レンガ又は耐熱性セラミックス材料等の各種耐火・耐熱性材料により一体的に形成される。
第１及び第２排ガス流入口４３、４４は、第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂの側壁に配置され、分流連通路１５の第１予熱給気流に対向する火炎帯を第１又は第２燃焼域１３、１４に形成する。なお、第１及び第２排ガス流入口４３、４４には、パイロットバーナ及び点火用トランスなどの付帯設備が一般に設けられるが、これらの付帯設備については、図を簡略化するために図示を省略してある。
【００２８】
連通部１０Ｃは、給気流予熱装置１の中心軸線に対して左右対称の構造に形成されるとともに、該中心軸線上において分流連通路１５の流路内方に突出する縮径部１６を備える。縮径部１６は、分流連通路１５の流路中央部分に局所的な縮小流路を形成するオリフィス又は流路抵抗として機能する。第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂの燃焼域１３、１４には、強制給気ファン２及び強制排気ファン３の吐出圧力及び吸引圧力が作用する。第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂ内の流体圧力および予熱給気流Ｈ１：Ｈ２の流体圧力の圧力バランスは、縮径部１６により形成されたオリフィスの流路抵抗および比較的小径の第１及び第２中間流路Ｌ３、Ｌ４の流路開口面積により調整ないし制御され、従って、第１又は第２燃焼域１３、１４に流入した予熱空気流Ｈは、実質的に縮径部１６の流体圧規制作用により、所望の流量割合の第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流する。
【００２９】
燃焼用空気及び燃焼排ガスが流通する第１及び第２熱交換装置１１、１２は、多数のセル孔を備えたハニカム構造のセラミック製蓄熱体からなり、セル孔は、燃焼用空気及び燃焼排ガスが通過可能な複数の流路を構成する。かかる蓄熱体として、例えば、アンモニア選択接触還元法等においてハニカム型触媒の担体として一般に使用され且つ多数の狭小流路（セル孔）を備えるセラミック製ハニカム構造体を好適に使用し得る。
図４は、第１及び第２熱交換装置２０を構成する蓄熱体の斜視図（図４Ａ）及び部分拡大斜視図（図４Ｂ）であり、図５は、蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である
第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体は、図４に示す如く、第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂ内に組み込み可能な幅員Ｗ、全長Ｌ及び全高Ｈの各寸法を備えるとともに、複数の正方形断面のセル孔（流路）１７を備えた格子状のハニカム構造に成形される。各流路１７を形成するセル壁１８の壁厚ｂ及び各セル壁１８のピッチ（壁体間隔）Ｐは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の範囲内の熱交換装置１１、１２の温度効率を確保し得る所望の壁厚ｂ及びピッチＰに設定される。
【００３０】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０が第１位置に位置するとき、給気給送路ＣＡから導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気（温度Tco)として第１熱交換装置１１から第１燃焼域１３内に流入し、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、分流連通路１５を介して、第１予熱空気流Ｈ１として第２燃焼域１４に供給され、第２排ガス流入口４４に供給される燃焼排ガスにより燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として微粉炭バーナ４に供給され、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０にて燃焼反応する。
第２燃焼域１４の燃焼反応により生成した高温の二次燃焼排ガス（温度Thi)は、第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第２熱交換装置１２を加熱する。第２熱交換装置１２との熱交換により降温した二次燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第２給排路Ｌ２及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
【００３１】
流路切換装置２０を第１位置から第２位置に切換えたとき（図２Ｂ）、第２給排路Ｌ２から導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気（温度Tco)として第２熱交換装置１２から第２燃焼域１４内に流入し、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、分流連通路１５を介して、第１予熱空気流Ｈ１として第１燃焼域１３に供給され、第１排ガス流入口４３に供給される燃焼排ガスにより燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として微粉炭バーナ４に供給され、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０にて燃焼反応する。
第１燃焼域１３の燃焼反応により生成した高温の二次燃焼排ガス（温度Thi)は、第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第１熱交換装置１１を加熱する。第１熱交換装置１１との熱交換により降温した二次燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第１給排路Ｌ１及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
【００３２】
上記蓄熱体の容積効率 (Ｑ／Ｖ) 及び温度効率（ηt ）は、下式(1)(2)により定義し得る。
Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1)
ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2)
また、上記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式により求められる。
ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg
ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm
なお、上記各式における符号は、以下の通り定義される。
Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体の入口温度 ℃
ε : 蓄熱体の空隙率
Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係数 Kcal/m2h℃
τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定圧比熱 Kcal/m3N℃
Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の比熱 Kcal/m3 ℃
Gm : 蓄熱体の正味体積 m3
また、第１及び第２蓄熱体１１、１２は、容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値を指示する空隙率（ε）を有するとともに、温度効率（ηt ）が０．７乃至１．０の範囲の所定の設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）を有し、上記ハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂは、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）に相当する値に決定される。なお、上記正味体積(Gm)、伝熱面積（Ａ）及び流量（Gg) は、熱交換器（蓄熱体）全体の正味体積、伝熱面積及び全流量である。なお、上記蓄熱体の具体的な構造詳細については、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に詳細に開示されているので、更なる詳細な説明は、該特許出願を引用することにより省略する。
【００３３】
図５は、上記第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
蓄熱体を構成するハニカム構造は、流体通路を分割して蜂の巣状に配列した構造のものを広く包含しており、ハニカム構造の流路断面性状は、図４に示す方形断面形状に限定されるものではなく、種々の形式ないし形態の流路断面に設計し得る。多様のハニカム構造の各種流路形態が図５に例示されており、流路断面の形状は、三角形、円形、正方形、長方形、六角形等の他、円管、板体などを組合せたものなどを含む。なお、図５には、これら種々の形態のハニカム構造におけるハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂが示されている。このようなハニカム形態の適当な設定に伴い、上記空隙率ε及びＡ／Gm等の算定式は、その都度、適当に設定変更し得る。
【００３４】
図６は、分流制御装置３０の全体構造を示す縦断面図（図６Ａ）及び平面図（図６Ｂ：図６Ｃ）である。
分流制御装置３０は、全体的に円筒形に形成された中空ハウジング３１と、ハウジング３１内に回転可能に配置された円筒形の弁体３２とを備える。ハウジング３１は、第１中間流路Ｌ３の下流端部分を形成する第１流入ポート３３、第２中間流路Ｌ４の下流端部分を形成する第２流入ポート３４および予熱空気給送路ＨＡの上流端部分を形成する流出ポート３５を備える。ハウジング３１及び弁体３２は、分流制御装置３０の中心軸線を中心に同心状に配置され、第１、第２流入ポート３３、３４及び流出ポート３５は、周方向に９０度の角度間隔を隔ててハウジング３１から外方に突出する。
弁体３２は、周壁３６及び端壁３７、３８により画成された中空部３５を備える。周壁３６は、所定の角度範囲に亘って周壁３６に形成された開口部３７を有し、開口部３７は、予熱空気給送路ＨＡ及び第１中間流路Ｌ３を相互連通可能に連結する第１位置（図６Ｂ）と、予熱空気給送路ＨＡ及び第２中間流路Ｌ４を相互連通可能に連結する第２位置（図６Ｃ）とに選択的に切換えられる。
周壁３６の外周面は、ハウジング３１の内周面３９と摺接し、弁体３２は、ハウジング３１の中心軸線を中心に回転変位可能にハウジング３１内に保持される。ハウジング３１の上端面又は下端面から突出する弁体３２の下端部又は上端部は、弁体３２を正逆双方向に回転駆動する駆動装置（図示せず）に係合し、駆動装置は、制御装置１９（図２）の同期切換制御下に弁体３２を回転ないし揺動させる。弁体３２の回転時期は、流路切換装置２０の切換時期と一致し、弁体３２は、流路切換装置２０の第１位置において、予熱空気給送路ＨＡ及び第１中間流路Ｌ３を相互連通させ且つ第２中間流路Ｌ４の下流端を閉塞する第１位置（図６Ｂ）に保持され、流路切換装置２０の第２位置において、予熱空気給送路ＨＡ及び第２中間流路Ｌ４を相互連通させ且つ第１中間流路Ｌ３の下流端を閉塞する第２位置（図６Ｃ）に保持される。
なお、高温の第２予熱空気流Ｈ２に接触する分流制御装置３０のハウジング３１及び弁体３２は夫々、コージライト、ムライト又はアルミナ等のセラミックス一体成形品からなり、所要の気密性及び耐熱性を備える。
【００３５】
図７は、石炭火力発電ボイラーの予熱空気供給系に適用される給気流高温予熱システムを示す概略フロー図である。予熱空気供給系は、複数の切換式蓄熱型熱交換システム１０を並列に配置してなる給気流高温予熱システム１により構成される。
予熱空気給送路ＨＡ、給気給送路ＣＡ及び排気導出路ＥＡは、各々の給気流予熱装置１に対応する分岐流路を有し、各分岐流路は、各熱交換システム１０の流路切換装置２０及び分流制御装置３０に連結される。このように、複数の熱交換システム１０を並列に配置してなる予熱空気供給系においては、好ましくは、各熱交換システム１０における第１／第２予熱工程の切換時期は夫々、相互に所定時間ずつオフセットされ、各熱交換システム１０の作動モード又は作動形態は、同時又は同時期に一斉に切替えられることなく、互いに所定の時間差を隔てて第１又は第２位置に切換えられる。従って、予熱空気給送路ＨＡに導出される予熱空気流Ｈの圧力変動は、複数の熱交換システム１０の作動モード切換時期の相違又は時間差により均一化ないし平均化されるので、石炭火力発電ボイラーに対する所定の給気圧力は、安定的且つ定常的に維持される。
【００３６】
次に、上記構成を備えた給気流予熱装置１の作動について説明する。
微粉炭ボイラー本体５の燃焼作動により生成し且つ多量の煤塵（ダスト、フライアッシュ）を含有する温度４００℃程度の燃焼排ガスは、脱塵装置６１により脱塵され、熱回収部６２においてガス・ガスヒータＧＧＨの熱媒体流体と熱交換し、冷却した後、ブースターファン６３により昇圧され、排煙脱硫装置６４に供給される。排煙脱硫装置６４において主にＨ2Sを除去された燃焼排ガスは、ガス・ガスヒータＧＧＨの放熱部６５にて温度３００℃程度に再熱され、しかる後、燃焼排ガス分配装置４０を介して給気流予熱装置１に供給される。
微粉炭ボイラー本体５の作動に連動して、強制給気ファン２及び強制排気ファン３が作動されるとともに、給気流予熱装置１の流路切換装置２０および分流制御装置３０が、所定時間間隔の同期切換制御下に作動される。好適には、６０秒以下に設定された所定の時間間隔にて、流路切換装置２０及び分流制御装置３０を第１位置及び第２位置に交互に切換え、比較的低温（外気温相当温度）の燃焼用空気を第１及び第２熱交換装置１１、１２に交互に給送するとともに、流路切換装置２０の切換作動と同期制御下に燃焼排ガス分配装置４０の第１及び第２開閉制御弁４１、４２を交互に開閉作動し、微粉炭ボイラー本体６の燃焼排ガスを第１又は第２排ガス流入口４３、４４に交互に供給し、第１又は第２燃焼域１３、１４に交互に火炎帯を形成する。第２排ガス流入口４４は、流路切換装置２０の第１位置において燃焼排ガスを第２燃焼域１４に供給し、第１排ガス流入口４３は、流路切換装置２０の第２位置において燃焼排ガスを第１燃焼域１３に供給する。
【００３７】
第１又は第２熱交換装置１１、１２に供給された温度２０℃程度の燃焼用空気は、蓄熱体のセル壁表面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により所定温度に加熱される。第１又は第２熱交換装置１１、１２との熱交換により、好適には８００℃以上の温度、更に好適には１０００℃以上の温度に加熱された高温の予熱空気流Ｈは、燃焼域１３、１４において第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流し、第１予熱空気流Ｈ１は、分流連通路１５を介して第１又は第２燃焼域１３、１４に給送され、微粉炭ボイラー本体６の可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する。燃焼域１３、１４にて生成した１２００℃乃至１６００℃程度の高温の二次燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２を通過する。二次燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面と伝熱接触し、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面温度及びセル壁蓄熱温度を上昇させた後、温度２００℃程度に降温した排気ガスとして、第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２に流出する。第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２の排気ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３に誘引され、排気送出路ＥＧ及びスタック８０により大気に放出される。
【００３８】
給気流予熱装置１における上記予熱工程において、流路切換装置２０、分流制御装置３０及び燃焼排ガス分配装置４０に対する所定時間間隔の同期切換制御により、第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスの顕熱は第１及び第２熱交換装置１１、１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達され且つ熱交換装置１１、１２に蓄熱され、熱交換装置１１、１２に蓄熱された顕熱は、引き続く流路切換装置２０、分流制御装置３０及び燃焼排ガス分配装置４０の切換作動の後に熱交換装置１１、１２に流入する低温の燃焼用空気に対して放熱され、燃焼用空気を昇温させる。かかる蓄熱作用及び放熱作用が、短時間に交互に反覆する結果、微粉炭バーナ４に供給すべき燃焼用空気と、燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスとの熱交換現象が円滑に進行し、第１及び第２熱交換装置１１、１２を通過する第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２は、８００℃乃至１０００℃以上の温度に継続的ないし定常的に予熱される。
第１及び第２燃焼域１３、１４において分流した第２予熱空気流Ｈ２は、高温の燃焼用空気として微粉炭バーナ４に供給され、微粉炭供給系ＣＦにより供給される微粉炭及び一次空気と混合し、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
【００３９】
図８は、上記給気流予熱装置１の第１及び第２燃焼域１３、１４及び微粉炭バーナ４における燃焼用空気の可燃範囲を示す線図である。
給気流予熱装置１により８００℃以上に加熱された高温予熱空気による火炎の超高温予熱空気燃焼モードは、４００℃以下の予熱空気による通常火炎の燃焼モード、或いは、４００乃至８００℃の温度範囲に加熱された予熱空気による遷移火炎の燃焼モードと比較し、極めて広範囲の空気比の燃焼用空気又は混合気により安定燃焼する。かかる超高温予熱空気燃焼の高度の燃焼安定性は、空気予熱温度の高温化により反応速度が増大し、燃焼特性が全く変化したことによるものと考えられる。殊に、燃焼用空気又は燃焼用混合気を燃料の自己着火温度よりも高い温度に加熱したとき、着火過程において外部着火を要しない燃焼反応を実現することが可能となる。しかも、２００乃至４００℃程度の温度に加熱されるにすぎない従来の予熱空気にあっては、燃焼用空気（予熱空気）の供給速度ないし流速を火炎吹きとび限界以上に高速化することは理論的にも実務的にも不可能であるのに対し、このような超高温予熱空気燃焼によれば、失火現象を回避しつつ、燃焼用空気のバーナ通過流速、燃焼手段通過流速又は火炎帯通過流速を可成り高速化し、燃焼用空気を高速流として燃焼域１３、１４及び炉内燃焼領域５０に供給し得る。
【００４０】
上記構成の給気流予熱装置１によれば、比較的低温の外気又は燃焼用空気と、第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスとの熱交換作用が第１及び第２熱交換装置１１、１２にて生起し、第１及び第２排ガス流入口４３、４４より燃焼域１３、１４に流入する微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガス中の未燃燃料成分、水素（Ｈ2 ）、炭素・一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）は、第１及び第２熱交換装置１３、１４において炭化水素系可燃成分の自己着火温度よりも高温に予熱された高速の第１予熱空気流Ｈ１と混合し、安定的に低騒音・拡散燃焼する。かかる第１予熱空気流Ｈ１の存在下に進行する超高温空気燃焼により形成される火炎においては、火炎容積の増大化現象および火炎輝度の低下現象が観られる一方、局部熱発生現象は抑制又は軽減され、従って、燃焼域１３、１４の温度場は均一化する。
【００４１】
図９は、上記給気流予熱装置１を備えた石炭火力発電ボイラーにおける熱エネルギーバランス（全熱バランス）を示す概略ブロックフロー図である。図９において、石炭火力発電ボイラーの各構成要素の熱出力及び熱入力を示す矢印に記載された数値は、各構成要素より熱出力され又は各構成要素に熱入力される全熱エネルギーのエンタルピー割合を例示するものである。
微粉炭ボイラー本体６に対する微粉炭供給系ＣＦの熱入力をエンタルピー割合＝１００として指示したとき、エンタルピー割合＝７８の全熱エネルギーが蒸気エネルギーとして微粉炭ボイラー本体６から蒸気タービン等の蒸気消費系（図示せず）に熱出力される。残余のエンタルピー割合＝５２の全熱エネルギーが、微粉炭ボイラー本体６の排煙処理システムを介して給気流予熱装置１に熱入力されるとともに、燃焼用空気（外気）が保有するエンタルピー割合＝１の全熱エネルギーが、給気流予熱装置１に入力される。給気流予熱装置１は、エンタルピー割合＝３０の全熱エネルギーを上記第２予熱空気流Ｈ２により微粉炭ボイラー本体６に還流させるとともに、エンタルピー割合＝２３の全熱エネルギーを二次燃焼排ガス流の排気により系外に放出する。
また、図９に示す使用形態において、予熱空気給送路ＨＡ及び微粉炭供給系ＣＦにより微粉炭ボイラー本体６に供給される全空気量は、理論空気量よりも可成り少量に制限され、炉内燃焼領域５０の燃焼に関与する燃焼用空気の空気比は、所定値以下の低空気比に限定される。例えば、微粉炭バーナ４に供給される所定量の微粉炭の完全燃焼に要する所要の理論空気量に対して、実際の空気比（λ）は、空気比λ＝０．７程度に制限される。
【００４２】
以上説明した如く、給気流予熱装置１は、低温給気流を流通可能な流路１７を有し、石炭燃焼装置を構成する微粉炭ボイラー本体５に給送すべき給気流を加熱する第１及び第２熱交換装置１１、１２と、微粉炭ボイラー本体５の可燃性燃焼排ガスを導入し、可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する第１及び第２燃焼域１３、１４とを有し、熱交換装置１１、１２及び燃焼域１３、１４は、燃焼域１３、１４の二次燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスを熱交換装置１１、１２を介して排気するように相互連通する。熱交換装置１１、１２は、燃焼域１３、１４の二次燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備える。
【００４３】
第１及び第２加熱装置１０Ａ：１０Ｂは、第１給排流路Ｌ１及び第２給排流路Ｌ２を介して流路切換装置２０に連結され、流路切換装置２０は、低温給気流を給気する給気流導入路ＣＡに連結されるとともに、二次燃焼排ガスを排気する燃焼排ガス導出路ＥＡに連結される。第１加熱装置１０Ａは、第１給排流路Ｌ１に連結された第１熱交換装置１１と、第１熱交換装置１１に対して直列に配置された第１燃焼域１３とを有し、第２加熱装置１０Ｂは、第２給排流路Ｌ２に連結された第２熱交換装置１２と、第２熱交換装置１２に対して直列に配置された第２燃焼域１４とを備える。分流連通部１０Ｃは、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通させる流体連通路１５を備え、第１及び第２燃焼域１３、１４は夫々、微粉炭ボイラー本体５の可燃性燃焼排ガスを燃焼域１３、１４に導入可能な排ガス導入装置４０−４４を備える。給気流予熱装置１は更に、流路切換装置２０、分流制御装置３０及び排ガス導入装置４０−４４を同期切換制御する制御手段１９を有し、第１及び第２加熱装置１０Ａ：１０Ｂは、制御手段１９の制御下に、第１又は熱交換装置１１、１２により加熱された高温の予熱給気流Ｈを第１予熱給気流Ｈ１及び第２予熱給気流Ｈ２に分流し、第１予熱給気流Ｈ１を第１又は第２燃焼域１３、１４に送出するとともに、第２予熱給気流Ｈ２を予熱給気流給送路ＨＡに送出する。
【００４４】
給気流予熱装置１は、高温の第１熱交換装置１１を介して低温給気流を導入し、第１予熱給気流Ｈ１を第２燃焼域１４に導入する第１予熱工程と、高温の第２熱交換装置１２を介して低温給気流を導入し、第１予熱給気流Ｈ１を第１燃焼域１３に導入する第２予熱工程とを交互に実行する。可燃成分を含む石炭燃焼装置５の燃焼排ガスは、第１予熱工程において、第２燃焼域１４に導入され、該燃焼排ガスは、高温の第１予熱給気流Ｈ１と混合し、第２燃焼域１４にて二次燃焼反応する。第２燃焼域１４に生成した二次燃焼排ガスは、二次燃焼排ガスと第２熱交換装置１２との伝熱接触により、二次燃焼排ガスの顕熱は、第２熱交換装置１２の蓄熱体に蓄熱される。第２予熱工程において、可燃成分を含む石炭燃焼装置５の燃焼排ガスは、第１燃焼域１３に導入され、燃焼排ガスは、第１予熱給気流Ｈ１と混合し、第１燃焼域１３にて二次燃焼反応し、第１燃焼域１３に生成した二次燃焼排ガスは、第１熱交換装置１１を介して排気され、第１熱交換装置１１は、二次燃焼排ガスとの伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を蓄熱する。
【００４５】
かかる構成の給気流加熱装置又は給気流加熱方法によれば、石炭燃焼装置の燃焼手段を構成する微粉炭バーナ４に供給される高温の第２予熱給気流Ｈ２により、微粉炭バーナ４の微粉炭は、超高温雰囲気下に燃焼反応する。かかる超高温燃焼においては、微粉炭供給量に相応する所要の理論空気量に対して、空気比を低減し、燃焼用空気の供給量を大幅に低減することができる。しかも、炉内燃焼領域５０における超高温予熱空気燃焼により、炉内温度分布は均一化又は平坦化し、微粉炭ボイラーの燃焼効率は大幅に改善される。かかる空気比の低減および燃焼効率の改善により、微粉炭ボイラー本体５を通過する空気流量又はガス流量を低減ないし半減し、微粉炭ボイラー本体５のボイラー容量及び燃焼室容積等を大幅に小型化又はコンパクト化することが可能となる。
【００４６】
また、上記実施例によれば、石炭火力発電ボイラーの排煙処理工程により温度降下した石炭燃焼排ガスは、燃焼域１３、１４における二次燃焼反応により昇温し、高温の二次燃焼排ガスとして蓄熱体１１、１２に供給される。二次燃焼排ガスは、低温給気流を高温に予熱又は加熱し得る所要の顕熱を保有し、従って、微粉炭バーナ４に供給すべき第２予熱給気流Ｈ２は、蓄熱体１１、１２を介してなされる石炭燃焼排ガス流と低温燃焼用空気流との直接的熱交換作用により、８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に高効率且つ連続的に予熱ないし加熱される。
【００４７】
更に、微粉炭バーナ４の燃焼用空気の空気比低減により、微粉炭ボイラー本体５は、未燃燃料成分、水素（Ｈ2 ）、炭素・一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）を比較的多量に含む可燃性の石炭燃焼排ガスを生成する。しかも、このように制限された酸素量の燃焼雰囲気において進行する炉内燃焼領域５０の超高温燃焼反応により、燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生ないし生成は、抑制され、排気処理系における排煙脱硝装置の省略、或いは、排煙脱硝装置の大幅な小型化を達成することができる。また、燃焼用空気の空気比低減に伴って、微粉炭ボイラー本体５を通過する流体流量又はガス流量が減少するとともに、微粉炭ボイラーの燃焼排ガス流量は、低減する。従って、排気処理系を構成する脱塵装置６１及び排煙脱硫装置６４等の容量、容積及び負荷を低減することが可能となる。
また、第１又は第２燃焼域１３、１４に供給された微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガスは、高温の第１予熱空気流Ｈ１と混合し、可燃性燃焼排ガスの二次燃焼を誘発又は助勢し、第１又は第２燃焼域１３、１４に超高温雰囲気の火炎帯を形成する。石炭燃焼排ガスに含有される未燃成分は、第１及び第２燃焼域１３、１４における超高温雰囲気の燃焼反応により、完全燃焼するとともに、燃焼排ガス中の窒素酸化物は、比較的低い残存酸素濃度の雰囲気下に進行する第１及び第２燃焼域１３、１４の高温燃焼反応により脱硝作用を受け、排煙脱硝される。
【００４８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
例えば、上記第１実施例においては、流路を切換えるための流路切換手段として、４方弁形式の流路切換装置を使用しているが、所謂ケース切換型高速切換システム（ＣＥＭ）などの他の形式の流路切換手段の構造を採用しても良い。更に、気密性及び／又は耐圧性を有する複数の遮断弁、開閉制御弁又は開閉弁組立体等により上記流路切換装置を構成し、各開閉制御弁の同期開閉制御により、低温給気流及び二次燃焼排ガスの給排制御を適当に実行しても良い。例えば、気密性及び耐圧性を備えた４体の開閉制御弁を組合せてなる開閉弁装置により、上記実施例における４方弁と同一機能又は作用を発揮し且つ流体制御態様の自由度を向上させた構成の流路切換手段を給気流加熱装置を提供することができる。
また、上記実施例の微粉炭ボイラーの排煙処理システムに対して、所望により、或いは、排気規制の適用に相応して、排煙脱硝設備又は排煙脱硝装置を装置系の適所に適宜配設しても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明の上記構成によれば、高速切換式蓄熱体を介してなされる石炭燃焼排ガス流と低温燃焼用空気流との実質的に直接的な熱交換により、石炭燃焼設備に供給すべき給気流を連続的に高温に予熱し得る給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することが可能となる。
更に、本発明の上記構成によれば、石炭燃焼設備に供給すべき燃焼用空気の給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に連続的に予熱又は加熱することができる給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る給気流予熱装置を備えた石炭火力発電ボイラーの装置系全体構成を示す概略フロー図である。
【図２】図１に示す石炭火力発電ボイラーに配設された給気流予熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図２（Ａ）は、給気流予熱装置を構成する流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図２（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図３】図１に示す石炭火力発電ボイラーに配設された給気流予熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図３（Ａ）は、給気流予熱装置を構成する流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図３（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図４】第１及び第２熱交換装置を構成する蓄熱体の斜視図（図４（Ａ））及び部分拡大斜視図（図４（Ｂ））である。
【図５】蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
【図６】分流制御装置の全体構造を示す縦断面図（図６Ａ）及び平面図（図６Ｂ：図６Ｃ）である。
【図７】石炭火力発電ボイラーの予熱空気供給系に適用される給気流高温予熱システムを示す概略フロー図である。
【図８】給気流予熱装置の第１及び第２燃焼域及び微粉炭バーナにおける燃焼用空気の可燃範囲を示す線図である。
【図９】給気流予熱装置を備えた石炭火力発電ボイラーにおける熱エネルギーバランス（全熱バランス）を示す概略ブロックフロー図である。
【図１０】従来構成の石炭火力発電ボイラーの装置系全体構成を示す概略フロー図である。
【符号の説明】
１ 給気流予熱装置
２ 強制給気ファン
３ 強制排気ファン
４ 微粉炭バーナ
５ 微粉炭ボイラー本体
１０ 切換式蓄熱型熱交換システム
１０Ａ 第１予熱ユニット
１０Ｂ 第２予熱ユニット
１０Ｃ 連通部
１１ 第１熱交換装置（蓄熱体）
１２ 第２熱交換装置（蓄熱体）
１３ 第１燃焼域
１４ 第２燃焼域
１５ 分流連通路
１６ 縮径部
１７ 流路
１８ セル壁
１９ 制御装置
２０ 流路切換装置
３０ 分流制御装置
４０ 燃焼排ガス分配装置
５０ 炉内燃焼領域
ＨＡ 予熱空気給送路
ＯＡ 外気導入路
ＣＡ 給気給送路
ＥＡ 排気導出路
ＥＧ 排気送出路
Ｌ１ 第１給排路
Ｌ２ 第２給排路
Ｌ３ 第１中間流路
Ｌ４ 第２中間流路
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８ 燃焼排ガス流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、給気流予熱装置及び給気流予熱方法に関するものであり、より詳細には、比較的低温の燃焼用空気を高温に加熱し、石炭燃焼装置に対して高温の予熱給気流を供給する給気流予熱装置及び給気流予熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電ボイラー、微粉炭ボイラー又は石炭ガス化装置等の各種石炭燃焼装置、或いは、ＡＦＢＣ形式、ＰＦＢＣ形式又は加圧ＣＰＣ形式等の各種石炭複合発電システムの研究・開発又は実用化研究が、エネルギー政策又は社会的要求に基づき、近年において広く実施されている。一般に、この種の石炭燃焼システム又は石炭燃焼設備は、燃焼用空気を石炭燃焼炉に供給する給気装置又は給気設備を有し、給気装置又は給気設備は、例えば、燃焼排ガスの廃熱等を利用した熱交換装置等の給気予熱装置を備える。給気予熱装置は、燃焼炉の燃焼効率を改善すべく、外気又は外界雰囲気の燃焼用空気を適当な温度に加熱又は予熱し、所望の温度に昇温した高温気流又は燃焼用予熱空気を微粉炭バーナ等の燃焼装置又は火炎帯形成装置に給送する。
石炭燃焼設備の燃焼形式として、例えば、ストーカ燃焼形式、微粉炭燃焼形式及び流動層燃焼形式などの各種形式が知られている。一般には、負荷変動に対して比較的良好な応答性又は追従性を有し且つ高燃焼効率を発揮し得る微粉炭燃焼法を適用した微粉炭燃焼ボイラーが、石炭火力発電ボイラー等の大容量ボイラー又は大型石炭焚ボイラーとして採用されている。
【０００３】
この種の微粉炭ボイラーにおいては、石炭粒子は、一次空気によって燃焼炉に搬送され、微粉炭燃焼装置又は微粉炭バーナにより急速に加熱される。微粉炭ボイラーの燃焼排ガスは、比較的多量のフューエル（FUEL）ＮＯｘ、サーマル（THERMAL)ＮＯｘおよび硫黄分を含むばかりでなく、多量の煤塵（ダスト、フライアッシュ）を含有する。従って、石炭火力発電所等における燃焼排ガスの排気系は、一般に、排煙脱硫装置、排煙脱硝装置および電気集塵機（ＥＳＰ）等を含む一連の排煙処理システムを所要構成要素として備える。
【０００４】
図１０は、このような石炭燃焼設備の全体構成を例示する概略フロー図である。
石炭燃焼設備を構成する石炭火力発電ボイラーは、微粉炭バーナ４及び微粉炭ボイラー本体５を備える。微粉炭バーナ４は、微粉炭を給送する微粉炭給送路ＣＦに接続される。微粉炭給送路ＣＦは、微粉炭加圧給送方式の微粉炭供給機（図示せず）を備えた微粉炭供給系に連結され、所定微粉度の微粉炭を一次空気流により微粉炭バーナ４に搬送する。二次空気流を給送する給気給送路ＣＡが、微粉炭バーナに接続される。給気給送路ＣＡは、二次空気流を３００℃程度に予熱する回転式空気予熱器ＡＰＨの加熱部又は放熱部８１を介して強制給気ファン２に連結される。強制給気ファン２は、外気吸入口２９及び外気導入路ＯＡを介して吸入した外気を空気予熱器ＡＰＨに圧送し、空気予熱器ＡＰＨにて予熱された二次空気流は、給気給送路ＣＡを介して微粉炭バーナ４に給送される。
微粉炭バーナ４において混合した微粉炭、一次空気流及び二次空気流は、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成し、炉内燃焼領域５０に配置された過熱器５1 、再熱器５2 及び節炭器５３を加熱した後、燃焼排ガス流路Ｅ１を介して炉外に排気される。燃焼排ガス流路Ｅ１を含む排気系に配設された排煙処理システムは、電気集塵機（ＥＳＰ）７１、アンモニア供給源（図示せず) に接続されたアンモニア注入装置７２、選択接触型触媒ユニットを内蔵した選択接触還元装置７３、廃熱回収機能を有する回転式空気予熱器ＡＰＨの蓄熱部又は冷却部７４、排気誘引ファン７５、回転再生式のユングストローム型ガス・ガスヒータＧＧＨの蓄熱部７６、ブースターファン７７、排煙脱硫装置７８、ガス・ガスヒータＧＧＨの放熱部７９およびスタック８０等の一連の排ガス処理装置を燃焼排ガス流路Ｅ１乃至Ｅ１０に直列に配設した構成を有する。
なお、図１０には、高温下に脱塵処理可能な高温ＥＳＰ（電気集塵機）を排気系上流部分に配置してなる低ダスト方式の排煙処理システムが例示されているが、脱硝触媒の有効温度範囲を重視し、脱硝装置を排気系上流部分に配置した構成を有する高ダスト方式の排煙処理システムにおいても又、実質的に同様な排煙処理機能が達成される。
【０００５】
また、燃焼装置に対する給気流を高温に予熱し得る高速切換式又は高周期切換式の蓄熱型熱交換システムが、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に開示されている。本願出願人の開発に係る切換式蓄熱型熱交換システムは、多数の狭小流路を備えたハニカム構造の蓄熱体を有し、該蓄熱体は、極めて高い温度効率及び容積効率を発揮する。高温の燃焼排ガス及び低温の燃焼用給気流は、ハニカム型蓄熱体を短時間に交互に流通し、給気流は、ハニカム型蓄熱体を介してなされる燃焼排ガスとの直接的な熱交換により、８００℃を超える極めて高温に予熱される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、石炭燃焼設備における大幅な燃焼効率の改善を企図して、石炭燃焼設備の給気装置に対する上記形式の蓄熱型熱交換システムの適用可能性又は適応可能性について検討を重ねた。しかしながら、上記形式の切換式蓄熱型熱交換システムによれば、ハニカム型蓄熱体に熱伝導／熱伝達可能な顕熱を十分に保有する燃焼排ガス、即ち、燃焼炉を流出した直後の高温燃焼排ガスをハニカム型蓄熱体に導入せざるを得ない。他方、石炭燃焼設備の高温燃焼排ガスは、上記の如く多量の煤塵等を含有しており、上記ハニカム型蓄熱体の狭小流路を煤塵により比較的早期に閉塞してしまう結果、ハニカム流路の早期目詰り現象を生じさせる。このため、上記構成のハニカム型蓄熱体を石炭燃焼設備に所望の如く配設し得ず、従って、上記形式の熱交換システムを石炭燃焼炉の燃焼排ガス排気系に容易に適用し難い事情がある。かくして、石炭燃焼設備に実質的ないし実用的に適応し得る新規構成及び新規構造の熱交換システムの早期開発が、強く要望された。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高速切換式蓄熱体を介してなされる石炭燃焼排ガス流と低温燃焼用空気流との実質的に直接的な熱交換により、石炭燃焼設備に供給すべき給気流を連続的に高温に予熱し得る給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することにある。
本発明は又、石炭燃焼設備に供給すべき燃焼用空気の給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に連続的に予熱又は加熱することができる給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するために、本発明は、石炭燃焼装置に供給すべき比較的低温の燃焼用空気の給気流を加熱し、石炭燃焼装置に対して高温の予熱給気流を供給する給気流予熱装置において、
前記低温給気流を流通可能な流路を有し、前記石炭燃焼装置の燃焼手段に給送すべき前記給気流を８００℃以上の温度に加熱する熱交換装置と、前記石炭燃焼装置の可燃性燃焼排ガスの導入により、該可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する燃焼域とを有し、前記熱交換装置及び燃焼域は、前記燃焼域の燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスを前記熱交換装置を介して排気するように相互連通し、
前記熱交換装置は、前記燃焼域の二次燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、前記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備え、
前記蓄熱体によって８００℃以上の温度に加熱した前記予熱空気流を前記石炭燃焼装置に供給することを特徴とする給気流予熱装置を提供する。
【０００９】
本発明の上記構成によれば、給気流予熱装置は、石炭燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する燃焼域を有し、該燃焼域にて生成した二次燃焼排ガスは、上記熱交換装置を構成する蓄熱体の流路を通過し、該蓄熱体を加熱する。低温の燃焼用空気および二次燃焼排ガスを上記熱交換装置に交互に供給することにより、燃焼域の二次燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体に熱伝導／熱伝達し且つ蓄熱体にて蓄熱する蓄熱作用と、蓄熱体に蓄熱した顕熱を低温給気流に対して放熱し且つ該低温給気流を加熱する放熱作用とが、比較的短時間に交互に反覆し、この結果、低温給気流と二次燃焼排ガスとの実質的に直接的な熱交換作用が、蓄熱体を介して継続的になされ、低温給気流は、蓄熱体を介してなされる直接的加熱作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱ないし予熱される。
ここに、燃焼排ガス系の排煙処理工程により温度降下した石炭燃焼排ガスは、燃焼域における二次燃焼反応により高温の二次燃焼排ガスとして蓄熱体に供給されるので、二次燃焼排ガスは、低温給気流を予熱又は加熱し得る所望の顕熱を保有し、蓄熱体を高温に加熱する。所要の熱量を蓄熱した蓄熱体は、引き続く低温燃焼用空気流との熱交換作用により放熱し、給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に連続的に予熱ないし加熱することができる。
【００１０】
本発明は又、比較的低温の給気流を加熱してなる高温の予熱給気流を石炭燃焼装置に供給する給気流予熱方法において、
高温の第１熱交換装置と低温給気流との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、該第２予熱給気流を前記石炭燃焼装置に供給するとともに、前記第１予熱給気流を第２燃焼域に導入する第１予熱工程と、
高温の第２熱交換装置と低温給気流との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、該第２予熱給気流を前記石炭燃焼装置に供給するとともに、前記第１予熱給気流を第１燃焼域に導入する第２予熱工程とを有し、
前記第１予熱工程において、可燃成分を含む前記石炭燃焼装置の燃焼排ガスを前記第２燃焼域に導入し、該燃焼排ガスを前記第１予熱給気流と混合し、該第２燃焼域にて燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起し、第２燃焼域の燃焼により生成した二次燃焼排ガスを第２熱交換装置を介して排気し、二次燃焼排ガスと第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱し、
前記第２予熱工程において、可燃成分を含む前記石炭燃焼装置の燃焼排ガスを前記第１燃焼域に導入し、該燃焼排ガスを前記第１予熱給気流と混合し、該第１燃焼域にて燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起し、第１燃焼域の燃焼により生成した二次燃焼排ガスを第１熱交換装置を介して排気し、二次燃焼排ガスと第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱し、
前記第１予熱工程及び第２予熱工程を所定の時間間隔にて交互に実行し、前記低温給気流を継続的に高温加熱し、８００℃以上の温度に加熱した前記予熱空気流を前記石炭燃焼装置に供給することを特徴とする給気流予熱方法を提供する。
【００１１】
上記構成によれば、第１予熱工程及び第２予熱工程を交互に実行することにより、第１又は第２燃焼域の二次燃焼排ガスと、低温の給気流との熱交換作用が連続的に継続し、高温の第２予熱給気流は、燃焼用空気として連続的に石炭燃焼装置に供給される。
他の観点より、本発明は、上記構成の給気流予熱装置を備えた微粉炭ボイラーを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態において、給気流予熱装置は、上記熱交換装置を備えた第１加熱装置及び第２加熱装置を備え、該第１及び第２加熱装置は、第１給排流路及び第２給排流路を介して流路切換装置に連結される。流路切換装置は、前記低温給気流を給気する給気流導入路に連結されるとともに、前記二次燃焼排ガスを排気する燃焼排ガス導出路に連結される。給気流予熱装置は、上記第１加熱装置及び第２加熱装置により加熱された比較的高温の予熱給気流を石炭燃焼装置に対して供給する予熱給気流給送路と、第１及び第２加熱装置を相互連通させる分流連通部と、第１及び第２加熱装置と予熱給気流給送路との間に介装された分流制御装置とを備える。第１加熱装置は、上記第１給排流路に連結された第１熱交換装置と、第１熱交換装置に対して直列に配置された第１燃焼域とを有し、第１給排流路、第１熱交換装置及び第１燃焼域は、給気流を分流制御装置に導出するとともに、第１燃焼域にて生成した二次燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路に送出するように相互連通し、第２加熱装置は、第２給排流路に連結された第２熱交換装置と、第２熱交換装置に対して直列に配置された第２燃焼域とを備え、第２給排流路、第２熱交換装置及び第２燃焼域は、給気流を分流制御装置に導出するとともに、第２燃焼域にて生成した二次燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路に送出するように相互連通する。上記分流連通部は、前記第１及び第２燃焼域を相互連通させる流体連通路を備え、第１及び第２燃焼域は夫々、燃焼装置の可燃性燃焼排ガスを該燃焼域に導入可能な排ガス導入装置を備える。給気流予熱装置は更に、上記流路切換装置、分流制御装置及び排ガス導入装置を同期切換制御する制御手段を有し、第１加熱装置及び第２加熱装置は、該制御手段の制御下に、第１熱交換装置又は第２熱交換装置により加熱された高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、第１予熱給気流を流体連通路に送出するとともに、第２予熱給気流を予熱給気流給送路に送出する。
【００１３】
本発明の更に好適な実施形態において、上記流路切換装置は、上記給気流導入路を上記第１給排流路に連結し且つ上記燃焼排ガス導出路を上記第２給排流路に連結する第１位置と、上記給気流導入路を上記第２給排流路に連結し且つ上記燃焼排ガス導出路を上記第１給排流路に連結する第２位置とを有し、所定の時間間隔にて第１位置又は第２位置のいずれか一方に選択的に切換制御され、上記流路切換装置の第２位置にて上記第１燃焼域に生成した二次燃焼排ガスは、上記第１熱交換装置の蓄熱体を通過して上記第１給排流路に送出され、上記流路切換装置の第１位置にて上記第２燃焼域に生成した二次燃焼排ガスは、上記第２熱交換装置の蓄熱体を通過して上記第２給排流路に送出される。好適には、上記流路切換装置は、所定の時間間隔にて上記第１位置又は第２位置に交互に切換制御され、該時間間隔は、６０秒以下、更に好ましくは、３０秒以下の所定時間に設定され、上記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体は、該時間間隔に相応して蓄熱又は放熱を反覆し、上記低温給気流を加熱し且つ上記二次燃焼排ガスを冷却する。
好ましくは、上記第１加熱装置及び第２加熱装置は、分流連通部を介して並列に配置され、上記流体連通路は、第１及び第２燃焼域に開口するとともに、流体連通路を局所的に縮径する流路縮小手段を備え、該流路縮小手段は、予熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能する。
【００１４】
本発明の或る好適な実施形態において、上記排ガス導入装置は、燃焼装置の可燃性燃焼排ガスを上記第１及び第２燃焼域に導入する第１及び第２排気導入路と、上記第１及び第２排気導入路を開閉制御する開閉制御装置とを備える。
本発明の好適な実施形態において、上記蓄熱体は、上記低温給気流と上記二次燃焼排ガスとが交互に通過する多数の流路を備えたハニカム型蓄熱体からなる。更に好ましくは、上記石炭燃焼装置は、微粉炭ボイラーよりなり、上記燃焼排ガスは、未燃燃料成分、水素及び炭素を含む微粉炭ボイラーの可燃性燃焼排ガスからなる。上記予熱給気流は、上記燃焼排ガスの可燃成分の自己着火温度よりも高温に加熱され、上記燃焼排ガスは、上記第１及び第２燃焼域に交互に供給され、該燃焼域において第１予熱給気流と混合し、二次燃焼反応する。好適には、微粉炭ボイラー本体の燃焼排ガスを除塵し且つ脱硫する脱塵装置及び排煙脱硫装置、更に好適には、燃焼排ガスの脱硝作用を有する排煙脱硝装置を備えた排煙処理システムが、微粉炭ボイラー本体の燃焼排ガス排気部と上記第１及び第２燃焼域の排ガス導入装置との間に介装される。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によれば、上記低温給気流は、外界雰囲気の空気であり、上記予熱給気流は、上記熱交換装置により、少なくとも８００℃、好ましくは１０００℃以上の高温に加熱された燃焼用予熱空気流として、微粉炭ボイラー等の石炭燃焼設備の燃焼手段に給送される。
本発明の更に好適な実施形態において、上記蓄熱体を構成するハニカム型蓄熱体は、好ましくは、セラミック製ハニカムからなる。好ましくは、ハニカム型蓄熱体は、各流路を構成する正方形断面又は三角形断面等の所定断面形状のセル孔を備えた格子状のハニカム構造に成形され、セル孔を画成するセル壁の壁厚及び各セル壁間のピッチは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の温度効率を確保し得る壁厚及びピッチに設定される。更に好適には、セル壁の壁厚は、１．６mm以下の所定厚に設定され、セル壁ピッチは、５．０mm以下の所定値に設定される。
【００１６】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例に係る給気流予熱装置及び給気流予熱方法について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る給気流予熱装置を備えた石炭火力発電ボイラーの装置系全体構成を示す概略フロー図である。
石炭火力発電ボイラーは、微粉炭バーナ４及び微粉炭ボイラー本体５を備え、微粉炭バーナ４は、微粉炭を給送する微粉炭給送路ＣＦに接続される。微粉炭給送路ＣＦは、微粉炭加圧給送方式の微粉炭供給機（図示せず）を備えた微粉炭供給系に連結される。微粉炭供給機は、所定の微粉度、例えば、５０乃至１００μｍ以下の微粉度の微粉炭を供給し、微粉炭は、一次空気供給手段（図示せず）により供給される一次空気流により微粉炭給送路ＣＦ内の流路を搬送され、微粉炭バーナ４に供給される。一次空気の流量は、所望の全燃焼空気流の所定流量割合の流量に設定される。
予熱空気給送路ＨＡが、微粉炭バーナ４に接続され、予熱空気給送路ＨＡは、８００℃乃至１０００℃以上の所定温度に加熱された高温予熱空気流を微粉炭バーナ４に供給する。微粉炭、一次空気流及び高温予熱空気流は、微粉炭バーナ４において混合し、パイロットバーナ等の点火手段（図示せず）により微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
過熱器（スーパーヒータ）５１、再熱器（リヒータ）５２および節炭器（エコノマイザ）５３が、炉内燃焼領域５０の所定位置に配置される。節炭器５３は、給水供給路Ｓ１に連結され、過熱器５１は、過熱蒸気導出路Ｓ２に連結される。給水供給路Ｓ１により節炭器５３に供給された給水は、節炭器５３、再熱器５２及び過熱器５１の管路に通水される。給水は、節炭器５３、再熱器５２及び過熱器５１において炉内燃焼領域５０の高温加熱雰囲気下に進行する輻射及び対流伝熱作用により加熱され、過熱蒸気として過熱蒸気導出路Ｓ２より炉外に導出され、発電設備を構成する蒸気タービン等（図示せず）に供給される。
【００１７】
炉内燃焼領域５０の燃焼排ガスを排気する燃焼排ガス流路Ｅ１が、節炭器５３の下方域において微粉炭ボイラー本体５に連結される。燃焼排ガス流路Ｅ１の後流端又は下流端は、脱塵装置６１の排ガス流入口に連結され、脱塵装置６１の排ガス流出口は、燃焼排ガス流路Ｅ２を介して、熱媒体流体を循環可能なガス・ガスヒータＧＧＨの熱回収部６２に連結される。熱回収部６２は更に、ブースターファン６３を備えた燃焼排ガス流路Ｅ３：Ｅ４を介して、排煙脱硫装置６４の排ガス流入口に連結される。排煙脱硫装置６４の排ガス流出口は、燃焼排ガス流路Ｅ５介してガス・ガスヒータＧＧＨの放熱部６５に接続され、放熱部６５は、燃焼排ガス流路Ｅ６を介して、燃焼排ガス分配装置４０に接続される。
本例において、脱塵装置６１は、複数の円筒形セラミックフィルタを内蔵した高温セラミックフィルタ形式の集塵機からなる。脱塵装置６１は、セラミックファイバー系の断熱材を内壁面に内貼りしてなる圧力容器構造のハウジングと、該ハウジング内に画成された脱塵室とを備える。脱塵室は、上下方向に複数室に区画され、βコージライト等の素材を内径１５０ｍｍ程度の多孔質円筒体に成形してなる複数の円筒形セラミックフィルタが各区画室内に配置される。各セラミックフィルタの中空部に流入した燃焼排ガスは、セラミックフィルタの円筒状壁体を径方向外方に通過し、濾過され、排ガス流路Ｅ２に流出する。セラミックフィルタの円筒壁内面に付着又は堆積した塵埃又はダストは、自然落下し、或いは、所定時間間隔にて実行されるエジェクタパルス逆洗方式の逆洗装置の作動により、セラミックフィルタ内壁面から除去される。
【００１８】
また、排煙脱硫装置６４は、主に燃焼排ガスのＨ2SをSelexol 溶液（ポリエチレングリコールジメチルエーテル）又は熱炭酸カリ水溶液により除去するSelexol Process （セレクソル・プロセス）又はBenfield Process（ベンフィールド・プロセス) の方式に設計され、主に燃焼排ガス中のＨ2Sを除去する。
更に、上記ガス・ガスヒータＧＧＨは、熱媒体流体の循環回路に接続された熱回収部６２及び放熱部６５を備える。熱回収部６２において燃焼排ガス流路Ｅ２の排ガス顕熱により昇温又は蒸発した熱媒体流体は、放熱部６５に循環し、放熱部６５において燃焼排ガス流路Ｅ５の燃焼排ガスと熱交換し、この結果、熱媒体流体は冷却又は凝縮され、他方、燃焼排ガス流路Ｅ５の燃焼排ガスは加熱され、昇温する。
【００１９】
燃焼排ガス分配装置４０は、一対の開閉制御弁４１、４２を備え、燃焼排ガス流路Ｅ７：Ｅ８を介して、給気流予熱装置１の切換式蓄熱型熱交換システム１０に連結される。熱交換システム１０は、開閉制御弁４１、４２を介装した燃焼排ガス流路Ｅ７：Ｅ８と、燃焼排ガス流路Ｅ７：Ｅ８に連結された一対の燃焼域１３、１４を備えるとともに、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通する分流連通路１５を備える。第１及び第２燃焼域１３、１４は、３方弁形式の流路制御装置３０を介して、予熱空気給送路ＨＡに連結されるとともに、燃焼用空気の給気流を高温に加熱又は予熱する高速切換式の第１及び第２蓄熱型熱交換装置１１、１２と連通する。
【００２０】
第１及び第２熱交換装置１１、１２は、第１給排路Ｌ１及び第２給排路Ｌ２を介して、４方弁形式の流路切換装置２０と連通し、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡ及び排気導出路ＥＡを介して給気押込み形式の強制給気ファン２および排気誘引形式の強制排気ファン３に連結される。強制給気ファン２の吸引口は、外気導入路ＯＡに連結され、外気導入路ＯＡを介して外気吸入口２９と連通し、強制排気ファン３の吐出口は、排気送出路ＥＧを介して、集合煙突等のスタック８０の排気導入口と連通する。
強制給気ファン２は、外気吸入口２９及び外気導入路ＯＡを介して常温外気を吸引し、給気給送路ＣＡを介して常温外気（燃焼用空気）を第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２に圧送する。他方、強制排気ファン３は、第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２を通過した第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスを誘引し、二次燃焼排ガスを排気送出路ＥＧ及びスタック８０により大気放出又は大気解放する。
【００２１】
図２及び図３は、図１に示す石炭火力発電ボイラーに配設された給気流予熱装置１の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図２及び図３の各図において、（Ａ）図は、給気流予熱装置１を構成する流路切換装置２０の第１位置における第１予熱工程を示し、（Ｂ）図は、流路切換装置２０の第２位置における第２予熱工程を示す。
図２に示す如く、給気流予熱装置１は、流路切換装置２０を介して給気給送路ＣＡ又は排気導出路ＥＡに選択的に連通可能な第１給排路Ｌ１及び第２給排路Ｌ２を備えるとともに、給気給送路ＣＡを介して導入した燃焼用空気を所定温度に予熱する第１熱交換装置１１及び第２熱交換装置１２と、第１又は第２熱交換装置１１、１２にて予熱された予熱空気流を分流可能な分流連通路１５と、分流連通路１５を通過した所定流量の第１予熱空気流Ｈ１の存在下に微粉炭ボイラー本体６の燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する第１燃焼域１３及び第２燃焼域１４とを備える。
【００２２】
図３に示す如く、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡに連通する給気流入ポート２１と、排気導出路ＥＡに連通する排気流出ポート２２とを備えるとともに、第１給排路Ｌ１に連通する第１給排ポート２３と、第２給排路Ｌ２に連通する第２給排ポート２４とを備える。第１給排ポート２３は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の基端部に連結され、第２給排ポート２４は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の基端部に連結される。
流路切換装置２０は、第１位置及び第２位置に選択的に切換制御可能な高速切換式又は高周期切換式構造を備えた４方弁からなり、中心回転軸２５に固定された板状の弁体２６を備える。回転軸２５は、４方弁駆動装置（図示せず）の作動により回転駆動され、第１位置（図２Ａ：図３Ａ）又は第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）に選択的に切換制御される。
４方弁駆動装置は、所定時間毎に中心回転軸２５を回転させ、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡを第１給排路Ｌ１と連通させ且つ第２給排路Ｌ２を排気導出路ＥＡと連通させる第１位置と（図２Ａ：図３Ａ）、給気給送路ＣＡを第２給排路Ｌ２と連通させ且つ第１給排路Ｌ１を排気導出路ＥＡと連通させる第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）とに交互に切換えられる。
第１及び第２燃焼域１３、１４は、第１及び第２排ガス流路Ｅ７、Ｅ８を介して微粉炭ボイラー本体６の燃焼排ガスを導入可能な第１及び第２排ガス流入口４３、４４を備え、排ガス流入口４３、４４は、第１及び第２燃焼域１３、１４の側壁部分を貫通する。炉内燃焼領域５０の燃焼排ガスは、上記集塵装置６１、ガス・ガスヒータＧＧＨ及び排煙脱硫装置６４（図１）を通過し、降温した後、第１及び第２排ガス流入口４３、４４を介して、第１及び第２燃焼域１３、１４に導入される。
【００２３】
熱交換システム１０は、熱交換システム全体の作動モードを制御し且つ各システム構成要素の切換時期を調時する電子式制御装置１９（図２）を備える。制御装置１９は、流路切換装置２０及び分流制御装置３０の切替時期及び切替位置を制御するとともに、第１及び第２開閉制御弁４１、４２の開閉時期及び開閉作動を制御する。制御装置１９は、電気信号線を介して流路切換装置２０の４方弁駆動装置、分流制御装置３０の駆動部および第１：第２開閉制御弁４１、４２の駆動部に接続され、各駆動装置又は駆動部の作動を制御する。
第１及び第２開閉制御弁４１、４２は、制御装置１９の制御下に流路切換装置２０と同時に開閉制御され、第１開閉制御弁４１の開放時期は、流路切換装置２０の第２位置切換時期と一致し、第２開閉制御弁４２の開放時期は、流路切換装置２０の第１位置切換時期と一致する。
【００２４】
流路切換装置２０と連動する分流制御装置３０は、第１及び第２燃燃焼１３、１４と微粉炭バーナ４との間に介装される。分流制御装置３０は、制御装置１９の制御下に流路切換装置２０と正確に同期切換作動し、予熱空気給送路ＨＡと第１又は第２中間流路Ｌ３、Ｌ４とを交互に相互連通させる。分流制御装置３０は、流路切換装置２０の第１位置（図２Ａ：図３Ａ）において、第１中間流路Ｌ３を介して第１燃焼域１３と予熱空気給送路ＨＡとを連通させる第１位置に保持され、第１燃焼域１３の第２予熱給気流Ｈ２を微粉炭バーナ４に供給し、他方、流路切換装置２０の第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）において、第２中間流路Ｌ４を介して第２燃焼域１４と予熱空気給送路ＨＡとを連通させる第２位置に保持され、第２燃焼域１４の第２予熱給気流Ｈ２を微粉炭バーナ４に供給する。
【００２５】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０の第１位置（第１予熱工程）において、第１給排路Ｌ１に給送された外気又は燃焼用空気は、第１熱交換装置１１に供給され、第１熱交換装置１１において予熱され、第１燃焼域１３に流入する。第１燃焼域１３に流入した予熱空気流Ｈは、第１燃焼域１３において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。第１予熱空気流Ｈ１は、分流連通路１５を通過し、所定温度に昇温した高温空気流として第２燃焼域１４に給送され、他方、第１燃焼域１３にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して微粉炭バーナ４に給送され、燃料供給系ＣＦ（図１）により供給される微粉炭及び一次空気と混合し、点火手段（図示せず）の着火作用により、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
第２燃焼域１４に給送された第１予熱空気流Ｈ１は、第２排ガス流入口４４を介して第２燃焼域１４に吐出した微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガスと混合し、燃焼排ガスの未燃燃料成分、炉内燃焼領域５０の石炭ガス化作用により生成した水素（Ｈ2 ）、炭素ないし一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）の二次燃焼により第２燃焼域１４に火炎帯を形成し、高温の二次燃焼排ガスを生成する。第２燃焼域１４の二次燃焼排ガスは、第２熱交換装置１２の先端部に流入し、第２熱交換装置１２を流通し、第２熱交換装置１２を所定温度に加熱した後、第２熱交換装置１２の基端部、第２給排路Ｌ２、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及びスタック８０（図１）により大気に放出される。
【００２６】
図２（Ｂ）に示す如く、流路切換装置２０の第２位置（第２予熱工程）において、第２給排路Ｌ２に給送された外気又は燃焼用空気は、第２熱交換装置１２に供給され、第２熱交換装置１２において予熱され、所定温度に昇温した予熱空気流Ｈとして第２燃焼域１４に給送される。予熱空気流Ｈは、第２燃焼域１４において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。第１予熱空気流Ｈ１は、分流連通路１５を通過し、所定温度に昇温した高温空気流として第１燃焼域１３に給送され、他方、第２燃焼域１４にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して微粉炭バーナ４に給送され、上記の如く、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
第１燃焼域１３に給送された第１予熱空気流Ｈ１は、第１排ガス流入口４３を介して第１燃焼域１３に吐出した微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガスと混合し、燃焼排ガスの未燃燃料成分、炉内燃焼領域５０の石炭ガス化作用により生成した水素（Ｈ2 ）、炭素・一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）の二次燃焼により第１燃焼域１３に火炎帯を形成し、高温の二次燃焼排ガスを生成する。第１燃焼域１３の二次燃焼排ガスは、第１熱交換装置１１の先端部に流入し、第１熱交換装置１１を流通し、第１熱交換装置１１を所定温度に加熱した後、第１熱交換装置１１の基端部、第１給排路Ｌ１、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及びスタック８０（図１）により大気に放出される。
流路切換装置２０は、第２燃焼域１４が燃焼作動する間、第１給排路Ｌ１と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第２給排路Ｌ２と排気導出路ＥＡとを連通させる第１位置に弁体２６を保持し（図２Ａ：図３Ａ）、他方、第１燃焼域１３が燃焼作動する間、第２給排路Ｌ２と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第１給排路Ｌ１と排気導出路ＥＡとを連通させる第２位置に弁体２６を保持する（図２Ｂ：図３Ｂ）。
【００２７】
図３に示す如く、給気流予熱装置１を構成する熱交換システム１０は、第１熱交換装置１１を収容し且つ第１燃焼域１３及び第１中間流路Ｌ３を直列に画成する第１予熱ユニット１０Ａと、第２熱交換装置１２を収容し且つ第２燃焼域１４及び第２中間流路Ｌ４を直列に画成する第２予熱ユニット１０Ｂと、第１予熱ユニット１０Ａ及び第２予熱ユニット１０Ｂを相互連結する連通部１０Ｃとを備える。左右の第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂは、実質的に同一の機能及び構造を有し、連通部１０Ｃの軸芯部を貫通する分流連通路１５は、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通する。第１予熱ユニット１０Ａ、第２予熱ユニット１０Ｂ及び連通部１０Ｃは、給気流予熱装置１の中心軸線に対して対称に配置され、耐熱性キャスタブル・ライニング材料、耐熱レンガ、耐火・断熱レンガ又は耐熱性セラミックス材料等の各種耐火・耐熱性材料により一体的に形成される。
第１及び第２排ガス流入口４３、４４は、第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂの側壁に配置され、分流連通路１５の第１予熱給気流に対向する火炎帯を第１又は第２燃焼域１３、１４に形成する。なお、第１及び第２排ガス流入口４３、４４には、パイロットバーナ及び点火用トランスなどの付帯設備が一般に設けられるが、これらの付帯設備については、図を簡略化するために図示を省略してある。
【００２８】
連通部１０Ｃは、給気流予熱装置１の中心軸線に対して左右対称の構造に形成されるとともに、該中心軸線上において分流連通路１５の流路内方に突出する縮径部１６を備える。縮径部１６は、分流連通路１５の流路中央部分に局所的な縮小流路を形成するオリフィス又は流路抵抗として機能する。第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂの燃焼域１３、１４には、強制給気ファン２及び強制排気ファン３の吐出圧力及び吸引圧力が作用する。第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂ内の流体圧力および予熱給気流Ｈ１：Ｈ２の流体圧力の圧力バランスは、縮径部１６により形成されたオリフィスの流路抵抗および比較的小径の第１及び第２中間流路Ｌ３、Ｌ４の流路開口面積により調整ないし制御され、従って、第１又は第２燃焼域１３、１４に流入した予熱空気流Ｈは、実質的に縮径部１６の流体圧規制作用により、所望の流量割合の第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流する。
【００２９】
燃焼用空気及び燃焼排ガスが流通する第１及び第２熱交換装置１１、１２は、多数のセル孔を備えたハニカム構造のセラミック製蓄熱体からなり、セル孔は、燃焼用空気及び燃焼排ガスが通過可能な複数の流路を構成する。かかる蓄熱体として、例えば、アンモニア選択接触還元法等においてハニカム型触媒の担体として一般に使用され且つ多数の狭小流路（セル孔）を備えるセラミック製ハニカム構造体を好適に使用し得る。
図４は、第１及び第２熱交換装置２０を構成する蓄熱体の斜視図（図４Ａ）及び部分拡大斜視図（図４Ｂ）であり、図５は、蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である
第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体は、図４に示す如く、第１及び第２予熱ユニット１０Ａ、１０Ｂ内に組み込み可能な幅員Ｗ、全長Ｌ及び全高Ｈの各寸法を備えるとともに、複数の正方形断面のセル孔（流路）１７を備えた格子状のハニカム構造に成形される。各流路１７を形成するセル壁１８の壁厚ｂ及び各セル壁１８のピッチ（壁体間隔）Ｐは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の範囲内の熱交換装置１１、１２の温度効率を確保し得る所望の壁厚ｂ及びピッチＰに設定される。
【００３０】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０が第１位置に位置するとき、給気給送路ＣＡから導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気（温度Tco)として第１熱交換装置１１から第１燃焼域１３内に流入し、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、分流連通路１５を介して、第１予熱空気流Ｈ１として第２燃焼域１４に供給され、第２排ガス流入口４４に供給される燃焼排ガスにより燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として微粉炭バーナ４に供給され、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０にて燃焼反応する。
第２燃焼域１４の燃焼反応により生成した高温の二次燃焼排ガス（温度Thi)は、第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第２熱交換装置１２を加熱する。第２熱交換装置１２との熱交換により降温した二次燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第２給排路Ｌ２及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
【００３１】
流路切換装置２０を第１位置から第２位置に切換えたとき（図２Ｂ）、第２給排路Ｌ２から導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気（温度Tco)として第２熱交換装置１２から第２燃焼域１４内に流入し、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、分流連通路１５を介して、第１予熱空気流Ｈ１として第１燃焼域１３に供給され、第１排ガス流入口４３に供給される燃焼排ガスにより燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として微粉炭バーナ４に供給され、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０にて燃焼反応する。
第１燃焼域１３の燃焼反応により生成した高温の二次燃焼排ガス（温度Thi)は、第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第１熱交換装置１１を加熱する。第１熱交換装置１１との熱交換により降温した二次燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第１給排路Ｌ１及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
【００３２】
上記蓄熱体の容積効率 (Ｑ／Ｖ) 及び温度効率（ηt ）は、下式(1)(2)により定義し得る。
Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1)
ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2)
また、上記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式により求められる。
ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg
ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm
なお、上記各式における符号は、以下の通り定義される。
Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体の入口温度 ℃
ε : 蓄熱体の空隙率
Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係数 Kcal/m2h℃
τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定圧比熱 Kcal/m3N℃
Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の比熱 Kcal/m3 ℃
Gm : 蓄熱体の正味体積 m3
また、第１及び第２蓄熱体１１、１２は、容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値を指示する空隙率（ε）を有するとともに、温度効率（ηt ）が０．７乃至１．０の範囲の所定の設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）を有し、上記ハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂは、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）に相当する値に決定される。なお、上記正味体積(Gm)、伝熱面積（Ａ）及び流量（Gg) は、熱交換器（蓄熱体）全体の正味体積、伝熱面積及び全流量である。なお、上記蓄熱体の具体的な構造詳細については、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に詳細に開示されているので、更なる詳細な説明は、該特許出願を引用することにより省略する。
【００３３】
図５は、上記第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
蓄熱体を構成するハニカム構造は、流体通路を分割して蜂の巣状に配列した構造のものを広く包含しており、ハニカム構造の流路断面性状は、図４に示す方形断面形状に限定されるものではなく、種々の形式ないし形態の流路断面に設計し得る。多様のハニカム構造の各種流路形態が図５に例示されており、流路断面の形状は、三角形、円形、正方形、長方形、六角形等の他、円管、板体などを組合せたものなどを含む。なお、図５には、これら種々の形態のハニカム構造におけるハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂが示されている。このようなハニカム形態の適当な設定に伴い、上記空隙率ε及びＡ／Gm等の算定式は、その都度、適当に設定変更し得る。
【００３４】
図６は、分流制御装置３０の全体構造を示す縦断面図（図６Ａ）及び平面図（図６Ｂ：図６Ｃ）である。
分流制御装置３０は、全体的に円筒形に形成された中空ハウジング３１と、ハウジング３１内に回転可能に配置された円筒形の弁体３２とを備える。ハウジング３１は、第１中間流路Ｌ３の下流端部分を形成する第１流入ポート３３、第２中間流路Ｌ４の下流端部分を形成する第２流入ポート３４および予熱空気給送路ＨＡの上流端部分を形成する流出ポート３５を備える。ハウジング３１及び弁体３２は、分流制御装置３０の中心軸線を中心に同心状に配置され、第１、第２流入ポート３３、３４及び流出ポート３５は、周方向に９０度の角度間隔を隔ててハウジング３１から外方に突出する。
弁体３２は、周壁３６及び端壁３７、３８により画成された中空部３５を備える。周壁３６は、所定の角度範囲に亘って周壁３６に形成された開口部３７を有し、開口部３７は、予熱空気給送路ＨＡ及び第１中間流路Ｌ３を相互連通可能に連結する第１位置（図６Ｂ）と、予熱空気給送路ＨＡ及び第２中間流路Ｌ４を相互連通可能に連結する第２位置（図６Ｃ）とに選択的に切換えられる。
周壁３６の外周面は、ハウジング３１の内周面３９と摺接し、弁体３２は、ハウジング３１の中心軸線を中心に回転変位可能にハウジング３１内に保持される。ハウジング３１の上端面又は下端面から突出する弁体３２の下端部又は上端部は、弁体３２を正逆双方向に回転駆動する駆動装置（図示せず）に係合し、駆動装置は、制御装置１９（図２）の同期切換制御下に弁体３２を回転ないし揺動させる。弁体３２の回転時期は、流路切換装置２０の切換時期と一致し、弁体３２は、流路切換装置２０の第１位置において、予熱空気給送路ＨＡ及び第１中間流路Ｌ３を相互連通させ且つ第２中間流路Ｌ４の下流端を閉塞する第１位置（図６Ｂ）に保持され、流路切換装置２０の第２位置において、予熱空気給送路ＨＡ及び第２中間流路Ｌ４を相互連通させ且つ第１中間流路Ｌ３の下流端を閉塞する第２位置（図６Ｃ）に保持される。
なお、高温の第２予熱空気流Ｈ２に接触する分流制御装置３０のハウジング３１及び弁体３２は夫々、コージライト、ムライト又はアルミナ等のセラミックス一体成形品からなり、所要の気密性及び耐熱性を備える。
【００３５】
図７は、石炭火力発電ボイラーの予熱空気供給系に適用される給気流高温予熱システムを示す概略フロー図である。予熱空気供給系は、複数の切換式蓄熱型熱交換システム１０を並列に配置してなる給気流高温予熱システム１により構成される。
予熱空気給送路ＨＡ、給気給送路ＣＡ及び排気導出路ＥＡは、各々の給気流予熱装置１に対応する分岐流路を有し、各分岐流路は、各熱交換システム１０の流路切換装置２０及び分流制御装置３０に連結される。このように、複数の熱交換システム１０を並列に配置してなる予熱空気供給系においては、好ましくは、各熱交換システム１０における第１／第２予熱工程の切換時期は夫々、相互に所定時間ずつオフセットされ、各熱交換システム１０の作動モード又は作動形態は、同時又は同時期に一斉に切替えられることなく、互いに所定の時間差を隔てて第１又は第２位置に切換えられる。従って、予熱空気給送路ＨＡに導出される予熱空気流Ｈの圧力変動は、複数の熱交換システム１０の作動モード切換時期の相違又は時間差により均一化ないし平均化されるので、石炭火力発電ボイラーに対する所定の給気圧力は、安定的且つ定常的に維持される。
【００３６】
次に、上記構成を備えた給気流予熱装置１の作動について説明する。
微粉炭ボイラー本体５の燃焼作動により生成し且つ多量の煤塵（ダスト、フライアッシュ）を含有する温度４００℃程度の燃焼排ガスは、脱塵装置６１により脱塵され、熱回収部６２においてガス・ガスヒータＧＧＨの熱媒体流体と熱交換し、冷却した後、ブースターファン６３により昇圧され、排煙脱硫装置６４に供給される。排煙脱硫装置６４において主にＨ2Sを除去された燃焼排ガスは、ガス・ガスヒータＧＧＨの放熱部６５にて温度３００℃程度に再熱され、しかる後、燃焼排ガス分配装置４０を介して給気流予熱装置１に供給される。
微粉炭ボイラー本体５の作動に連動して、強制給気ファン２及び強制排気ファン３が作動されるとともに、給気流予熱装置１の流路切換装置２０および分流制御装置３０が、所定時間間隔の同期切換制御下に作動される。好適には、６０秒以下に設定された所定の時間間隔にて、流路切換装置２０及び分流制御装置３０を第１位置及び第２位置に交互に切換え、比較的低温（外気温相当温度）の燃焼用空気を第１及び第２熱交換装置１１、１２に交互に給送するとともに、流路切換装置２０の切換作動と同期制御下に燃焼排ガス分配装置４０の第１及び第２開閉制御弁４１、４２を交互に開閉作動し、微粉炭ボイラー本体６の燃焼排ガスを第１又は第２排ガス流入口４３、４４に交互に供給し、第１又は第２燃焼域１３、１４に交互に火炎帯を形成する。第２排ガス流入口４４は、流路切換装置２０の第１位置において燃焼排ガスを第２燃焼域１４に供給し、第１排ガス流入口４３は、流路切換装置２０の第２位置において燃焼排ガスを第１燃焼域１３に供給する。
【００３７】
第１又は第２熱交換装置１１、１２に供給された温度２０℃程度の燃焼用空気は、蓄熱体のセル壁表面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により所定温度に加熱される。第１又は第２熱交換装置１１、１２との熱交換により、好適には８００℃以上の温度、更に好適には１０００℃以上の温度に加熱された高温の予熱空気流Ｈは、燃焼域１３、１４において第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流し、第１予熱空気流Ｈ１は、分流連通路１５を介して第１又は第２燃焼域１３、１４に給送され、微粉炭ボイラー本体６の可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する。燃焼域１３、１４にて生成した１２００℃乃至１６００℃程度の高温の二次燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２を通過する。二次燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面と伝熱接触し、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面温度及びセル壁蓄熱温度を上昇させた後、温度２００℃程度に降温した排気ガスとして、第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２に流出する。第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２の排気ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３に誘引され、排気送出路ＥＧ及びスタック８０により大気に放出される。
【００３８】
給気流予熱装置１における上記予熱工程において、流路切換装置２０、分流制御装置３０及び燃焼排ガス分配装置４０に対する所定時間間隔の同期切換制御により、第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスの顕熱は第１及び第２熱交換装置１１、１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達され且つ熱交換装置１１、１２に蓄熱され、熱交換装置１１、１２に蓄熱された顕熱は、引き続く流路切換装置２０、分流制御装置３０及び燃焼排ガス分配装置４０の切換作動の後に熱交換装置１１、１２に流入する低温の燃焼用空気に対して放熱され、燃焼用空気を昇温させる。かかる蓄熱作用及び放熱作用が、短時間に交互に反覆する結果、微粉炭バーナ４に供給すべき燃焼用空気と、燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスとの熱交換現象が円滑に進行し、第１及び第２熱交換装置１１、１２を通過する第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２は、８００℃乃至１０００℃以上の温度に継続的ないし定常的に予熱される。
第１及び第２燃焼域１３、１４において分流した第２予熱空気流Ｈ２は、高温の燃焼用空気として微粉炭バーナ４に供給され、微粉炭供給系ＣＦにより供給される微粉炭及び一次空気と混合し、微粉炭ボイラー本体５の炉内燃焼領域５０に火炎帯を形成する。
【００３９】
図８は、上記給気流予熱装置１の第１及び第２燃焼域１３、１４及び微粉炭バーナ４における燃焼用空気の可燃範囲を示す線図である。
給気流予熱装置１により８００℃以上に加熱された高温予熱空気による火炎の超高温予熱空気燃焼モードは、４００℃以下の予熱空気による通常火炎の燃焼モード、或いは、４００乃至８００℃の温度範囲に加熱された予熱空気による遷移火炎の燃焼モードと比較し、極めて広範囲の空気比の燃焼用空気又は混合気により安定燃焼する。かかる超高温予熱空気燃焼の高度の燃焼安定性は、空気予熱温度の高温化により反応速度が増大し、燃焼特性が全く変化したことによるものと考えられる。殊に、燃焼用空気又は燃焼用混合気を燃料の自己着火温度よりも高い温度に加熱したとき、着火過程において外部着火を要しない燃焼反応を実現することが可能となる。しかも、２００乃至４００℃程度の温度に加熱されるにすぎない従来の予熱空気にあっては、燃焼用空気（予熱空気）の供給速度ないし流速を火炎吹きとび限界以上に高速化することは理論的にも実務的にも不可能であるのに対し、このような超高温予熱空気燃焼によれば、失火現象を回避しつつ、燃焼用空気のバーナ通過流速、燃焼手段通過流速又は火炎帯通過流速を可成り高速化し、燃焼用空気を高速流として燃焼域１３、１４及び炉内燃焼領域５０に供給し得る。
【００４０】
上記構成の給気流予熱装置１によれば、比較的低温の外気又は燃焼用空気と、第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼排ガスとの熱交換作用が第１及び第２熱交換装置１１、１２にて生起し、第１及び第２排ガス流入口４３、４４より燃焼域１３、１４に流入する微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガス中の未燃燃料成分、水素（Ｈ2 ）、炭素・一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）は、第１及び第２熱交換装置１３、１４において炭化水素系可燃成分の自己着火温度よりも高温に予熱された高速の第１予熱空気流Ｈ１と混合し、安定的に低騒音・拡散燃焼する。かかる第１予熱空気流Ｈ１の存在下に進行する超高温空気燃焼により形成される火炎においては、火炎容積の増大化現象および火炎輝度の低下現象が観られる一方、局部熱発生現象は抑制又は軽減され、従って、燃焼域１３、１４の温度場は均一化する。
【００４１】
図９は、上記給気流予熱装置１を備えた石炭火力発電ボイラーにおける熱エネルギーバランス（全熱バランス）を示す概略ブロックフロー図である。図９において、石炭火力発電ボイラーの各構成要素の熱出力及び熱入力を示す矢印に記載された数値は、各構成要素より熱出力され又は各構成要素に熱入力される全熱エネルギーのエンタルピー割合を例示するものである。
微粉炭ボイラー本体６に対する微粉炭供給系ＣＦの熱入力をエンタルピー割合＝１００として指示したとき、エンタルピー割合＝７８の全熱エネルギーが蒸気エネルギーとして微粉炭ボイラー本体６から蒸気タービン等の蒸気消費系（図示せず）に熱出力される。残余のエンタルピー割合＝５２の全熱エネルギーが、微粉炭ボイラー本体６の排煙処理システムを介して給気流予熱装置１に熱入力されるとともに、燃焼用空気（外気）が保有するエンタルピー割合＝１の全熱エネルギーが、給気流予熱装置１に入力される。給気流予熱装置１は、エンタルピー割合＝３０の全熱エネルギーを上記第２予熱空気流Ｈ２により微粉炭ボイラー本体６に還流させるとともに、エンタルピー割合＝２３の全熱エネルギーを二次燃焼排ガス流の排気により系外に放出する。
また、図９に示す使用形態において、予熱空気給送路ＨＡ及び微粉炭供給系ＣＦにより微粉炭ボイラー本体６に供給される全空気量は、理論空気量よりも可成り少量に制限され、炉内燃焼領域５０の燃焼に関与する燃焼用空気の空気比は、所定値以下の低空気比に限定される。例えば、微粉炭バーナ４に供給される所定量の微粉炭の完全燃焼に要する所要の理論空気量に対して、実際の空気比（λ）は、空気比λ＝０．７程度に制限される。
【００４２】
以上説明した如く、給気流予熱装置１は、低温給気流を流通可能な流路１７を有し、石炭燃焼装置を構成する微粉炭ボイラー本体５に給送すべき給気流を加熱する第１及び第２熱交換装置１１、１２と、微粉炭ボイラー本体５の可燃性燃焼排ガスを導入し、可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する第１及び第２燃焼域１３、１４とを有し、熱交換装置１１、１２及び燃焼域１３、１４は、燃焼域１３、１４の二次燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスを熱交換装置１１、１２を介して排気するように相互連通する。熱交換装置１１、１２は、燃焼域１３、１４の二次燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備える。
【００４３】
第１及び第２加熱装置１０Ａ：１０Ｂは、第１給排流路Ｌ１及び第２給排流路Ｌ２を介して流路切換装置２０に連結され、流路切換装置２０は、低温給気流を給気する給気流導入路ＣＡに連結されるとともに、二次燃焼排ガスを排気する燃焼排ガス導出路ＥＡに連結される。第１加熱装置１０Ａは、第１給排流路Ｌ１に連結された第１熱交換装置１１と、第１熱交換装置１１に対して直列に配置された第１燃焼域１３とを有し、第２加熱装置１０Ｂは、第２給排流路Ｌ２に連結された第２熱交換装置１２と、第２熱交換装置１２に対して直列に配置された第２燃焼域１４とを備える。分流連通部１０Ｃは、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通させる流体連通路１５を備え、第１及び第２燃焼域１３、１４は夫々、微粉炭ボイラー本体５の可燃性燃焼排ガスを燃焼域１３、１４に導入可能な排ガス導入装置４０−４４を備える。給気流予熱装置１は更に、流路切換装置２０、分流制御装置３０及び排ガス導入装置４０−４４を同期切換制御する制御手段１９を有し、第１及び第２加熱装置１０Ａ：１０Ｂは、制御手段１９の制御下に、第１又は熱交換装置１１、１２により加熱された高温の予熱給気流Ｈを第１予熱給気流Ｈ１及び第２予熱給気流Ｈ２に分流し、第１予熱給気流Ｈ１を第１又は第２燃焼域１３、１４に送出するとともに、第２予熱給気流Ｈ２を予熱給気流給送路ＨＡに送出する。
【００４４】
給気流予熱装置１は、高温の第１熱交換装置１１を介して低温給気流を導入し、第１予熱給気流Ｈ１を第２燃焼域１４に導入する第１予熱工程と、高温の第２熱交換装置１２を介して低温給気流を導入し、第１予熱給気流Ｈ１を第１燃焼域１３に導入する第２予熱工程とを交互に実行する。可燃成分を含む石炭燃焼装置５の燃焼排ガスは、第１予熱工程において、第２燃焼域１４に導入され、該燃焼排ガスは、高温の第１予熱給気流Ｈ１と混合し、第２燃焼域１４にて二次燃焼反応する。第２燃焼域１４に生成した二次燃焼排ガスは、二次燃焼排ガスと第２熱交換装置１２との伝熱接触により、二次燃焼排ガスの顕熱は、第２熱交換装置１２の蓄熱体に蓄熱される。第２予熱工程において、可燃成分を含む石炭燃焼装置５の燃焼排ガスは、第１燃焼域１３に導入され、燃焼排ガスは、第１予熱給気流Ｈ１と混合し、第１燃焼域１３にて二次燃焼反応し、第１燃焼域１３に生成した二次燃焼排ガスは、第１熱交換装置１１を介して排気され、第１熱交換装置１１は、二次燃焼排ガスとの伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を蓄熱する。
【００４５】
かかる構成の給気流加熱装置又は給気流加熱方法によれば、石炭燃焼装置の燃焼手段を構成する微粉炭バーナ４に供給される高温の第２予熱給気流Ｈ２により、微粉炭バーナ４の微粉炭は、超高温雰囲気下に燃焼反応する。かかる超高温燃焼においては、微粉炭供給量に相応する所要の理論空気量に対して、空気比を低減し、燃焼用空気の供給量を大幅に低減することができる。しかも、炉内燃焼領域５０における超高温予熱空気燃焼により、炉内温度分布は均一化又は平坦化し、微粉炭ボイラーの燃焼効率は大幅に改善される。かかる空気比の低減および燃焼効率の改善により、微粉炭ボイラー本体５を通過する空気流量又はガス流量を低減ないし半減し、微粉炭ボイラー本体５のボイラー容量及び燃焼室容積等を大幅に小型化又はコンパクト化することが可能となる。
【００４６】
また、上記実施例によれば、石炭火力発電ボイラーの排煙処理工程により温度降下した石炭燃焼排ガスは、燃焼域１３、１４における二次燃焼反応により昇温し、高温の二次燃焼排ガスとして蓄熱体１１、１２に供給される。二次燃焼排ガスは、低温給気流を高温に予熱又は加熱し得る所要の顕熱を保有し、従って、微粉炭バーナ４に供給すべき第２予熱給気流Ｈ２は、蓄熱体１１、１２を介してなされる石炭燃焼排ガス流と低温燃焼用空気流との直接的熱交換作用により、８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に高効率且つ連続的に予熱ないし加熱される。
【００４７】
更に、微粉炭バーナ４の燃焼用空気の空気比低減により、微粉炭ボイラー本体５は、未燃燃料成分、水素（Ｈ2 ）、炭素・一酸化炭素（Ｃ：ＣＯ) および炭化水素（Ｃn Ｈm ）を比較的多量に含む可燃性の石炭燃焼排ガスを生成する。しかも、このように制限された酸素量の燃焼雰囲気において進行する炉内燃焼領域５０の超高温燃焼反応により、燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生ないし生成は、抑制され、排気処理系における排煙脱硝装置の省略、或いは、排煙脱硝装置の大幅な小型化を達成することができる。また、燃焼用空気の空気比低減に伴って、微粉炭ボイラー本体５を通過する流体流量又はガス流量が減少するとともに、微粉炭ボイラーの燃焼排ガス流量は、低減する。従って、排気処理系を構成する脱塵装置６１及び排煙脱硫装置６４等の容量、容積及び負荷を低減することが可能となる。
また、第１又は第２燃焼域１３、１４に供給された微粉炭ボイラー本体５の燃焼排ガスは、高温の第１予熱空気流Ｈ１と混合し、可燃性燃焼排ガスの二次燃焼を誘発又は助勢し、第１又は第２燃焼域１３、１４に超高温雰囲気の火炎帯を形成する。石炭燃焼排ガスに含有される未燃成分は、第１及び第２燃焼域１３、１４における超高温雰囲気の燃焼反応により、完全燃焼するとともに、燃焼排ガス中の窒素酸化物は、比較的低い残存酸素濃度の雰囲気下に進行する第１及び第２燃焼域１３、１４の高温燃焼反応により脱硝作用を受け、排煙脱硝される。
【００４８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
例えば、上記第１実施例においては、流路を切換えるための流路切換手段として、４方弁形式の流路切換装置を使用しているが、所謂ケース切換型高速切換システム（ＣＥＭ）などの他の形式の流路切換手段の構造を採用しても良い。更に、気密性及び／又は耐圧性を有する複数の遮断弁、開閉制御弁又は開閉弁組立体等により上記流路切換装置を構成し、各開閉制御弁の同期開閉制御により、低温給気流及び二次燃焼排ガスの給排制御を適当に実行しても良い。例えば、気密性及び耐圧性を備えた４体の開閉制御弁を組合せてなる開閉弁装置により、上記実施例における４方弁と同一機能又は作用を発揮し且つ流体制御態様の自由度を向上させた構成の流路切換手段を給気流加熱装置を提供することができる。
また、上記実施例の微粉炭ボイラーの排煙処理システムに対して、所望により、或いは、排気規制の適用に相応して、排煙脱硝設備又は排煙脱硝装置を装置系の適所に適宜配設しても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明の上記構成によれば、高速切換式蓄熱体を介してなされる石炭燃焼排ガス流と低温燃焼用空気流との実質的に直接的な熱交換により、石炭燃焼設備に供給すべき給気流を連続的に高温に予熱し得る給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することが可能となる。
更に、本発明の上記構成によれば、石炭燃焼設備に供給すべき燃焼用空気の給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温に連続的に予熱又は加熱することができる給気流予熱装置及び給気流予熱方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る給気流予熱装置を備えた石炭火力発電ボイラーの装置系全体構成を示す概略フロー図である。
【図２】図１に示す石炭火力発電ボイラーに配設された給気流予熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図２（Ａ）は、給気流予熱装置を構成する流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図２（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図３】図１に示す石炭火力発電ボイラーに配設された給気流予熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図３（Ａ）は、給気流予熱装置を構成する流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図３（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図４】第１及び第２熱交換装置を構成する蓄熱体の斜視図（図４（Ａ））及び部分拡大斜視図（図４（Ｂ））である。
【図５】蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
【図６】分流制御装置の全体構造を示す縦断面図（図６Ａ）及び平面図（図６Ｂ：図６Ｃ）である。
【図７】石炭火力発電ボイラーの予熱空気供給系に適用される給気流高温予熱システムを示す概略フロー図である。
【図８】給気流予熱装置の第１及び第２燃焼域及び微粉炭バーナにおける燃焼用空気の可燃範囲を示す線図である。
【図９】給気流予熱装置を備えた石炭火力発電ボイラーにおける熱エネルギーバランス（全熱バランス）を示す概略ブロックフロー図である。
【図１０】従来構成の石炭火力発電ボイラーの装置系全体構成を示す概略フロー図である。
【符号の説明】
１ 給気流予熱装置
２ 強制給気ファン
３ 強制排気ファン
４ 微粉炭バーナ
５ 微粉炭ボイラー本体
１０ 切換式蓄熱型熱交換システム
１０Ａ 第１予熱ユニット
１０Ｂ 第２予熱ユニット
１０Ｃ 連通部
１１ 第１熱交換装置（蓄熱体）
１２ 第２熱交換装置（蓄熱体）
１３ 第１燃焼域
１４ 第２燃焼域
１５ 分流連通路
１６ 縮径部
１７ 流路
１８ セル壁
１９ 制御装置
２０ 流路切換装置
３０ 分流制御装置
４０ 燃焼排ガス分配装置
５０ 炉内燃焼領域
ＨＡ 予熱空気給送路
ＯＡ 外気導入路
ＣＡ 給気給送路
ＥＡ 排気導出路
ＥＧ 排気送出路
Ｌ１ 第１給排路
Ｌ２ 第２給排路
Ｌ３ 第１中間流路
Ｌ４ 第２中間流路
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８ 燃焼排ガス流路
Claims (14)
- 石炭燃焼装置に供給すべき比較的低温の燃焼用空気の給気流を加熱し、石炭燃焼装置に対して高温の予熱給気流を供給する給気流予熱装置において、
前記低温給気流を流通可能な流路を有し、前記石炭燃焼装置の燃焼手段に給送すべき前記給気流を８００℃以上の温度に加熱する熱交換装置と、前記石炭燃焼装置の可燃性燃焼排ガスの導入により、該可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起する燃焼域とを有し、前記熱交換装置及び燃焼域は、前記燃焼域の燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスを前記熱交換装置を介して排気するように相互連通し、
前記熱交換装置は、前記燃焼域の二次燃焼反応により生成した二次燃焼排ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、前記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備え、
前記蓄熱体によって８００℃以上の温度に加熱した前記予熱空気流を前記石炭燃焼装置に供給することを特徴とする給気流予熱装置。 - 前記熱交換装置を備えた第１加熱装置及び第２加熱装置を備え、該第１及び第２加熱装置は、第１給排流路及び第２給排流路を介して流路切換装置に連結され、該流路切換装置は、前記低温給気流を給気する給気流導入路に連結されるとともに、前記二次燃焼排ガスを排気する燃焼排ガス導出路に連結され、
前記第１加熱装置及び第２加熱装置により加熱された比較的高温の予熱給気流を前記石炭燃焼装置に対して供給する予熱給気流給送路と、前記第１及び第２加熱装置を相互連通させる分流連通部と、第１及び第２加熱装置と前記予熱給気流給送路との間に介装された分流制御装置とを有し、
前記第１加熱装置は、前記第１給排流路に連結された第１熱交換装置と、該第１熱交換装置に対して直列に配置された第１燃焼域とを有し、前記第１給排流路、第１熱交換装置及び第１燃焼域は、前記給気流を前記分流制御装置に導出するとともに、前記第１燃焼域にて生成した前記二次燃焼排ガスを前記燃焼排ガス導出路に送出するように相互連通し、
前記第２加熱装置は、前記第２給排流路に連結された第２熱交換装置と、該第２熱交換装置に対して直列に配置された第２燃焼域とを備え、前記第２給排流路、第２熱交換装置及び第２燃焼域は、前記給気流を前記分流制御装置に導出するとともに、前記第２燃焼域にて生成した前記二次燃焼排ガスを前記燃焼排ガス導出路に送出するように相互連通し、
前記分流連通部は、前記第１及び第２燃焼域を相互連通させる流体連通路を備え、
前記第１及び第２燃焼域は夫々、前記石炭燃焼装置の可燃性燃焼排ガスを該燃焼域に導入可能な排ガス導入装置を備え、
前記流路切換装置、前記分流制御装置及び前記排ガス導入装置を同期切換制御する制御手段を更に有し、第１加熱装置及び第２加熱装置は、該制御手段の制御下に、前記第１熱交換装置又は第２熱交換装置により加熱された高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、該第１予熱給気流を前記流体連通路に送出するとともに、前記第２予熱給気流を前記予熱給気流給送路に送出することを特徴とする請求項１に記載の給気流予熱装置。 - 前記流路切換装置は、前記給気流導入路を前記第１給排流路に連結し且つ前記燃焼排ガス導出路を前記第２給排流路に連結する第１位置と、前記給気流導入路を前記第２給排流路に連結し且つ前記燃焼排ガス導出路を前記第１給排流路に連結する第２位置とを有し、所定の時間間隔にて第１位置又は第２位置のいずれか一方に選択的に切換制御され、
前記流路切換装置の第２位置にて前記第１燃焼域に生成した二次燃焼排ガスは、前記第１熱交換装置の蓄熱体を通過して前記第１給排流路に送出され、前記流路切換装置の第１位置にて前記第２燃焼域に生成した二次燃焼排ガスは、前記第２熱交換装置の蓄熱体を通過して前記第２給排流路に送出されることを特徴とする請求項２に記載の給気流予熱装置。 - 前記排ガス導入装置は、前記石炭燃焼装置の可燃性燃焼排ガスを前記第１及び第２燃焼域に導入する第１及び第２排気導入路と、前記第１及び第２排気導入路を開閉制御する開閉制御装置とを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の給気流予熱装置。
- 前記流路切換装置は、前記時間間隔にて前記第１位置又は第２位置に交互に切換制御され、該時間間隔は、６０秒以下の所定時間に設定されることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の給気流予熱装置。
- 前記蓄熱体は、前記低温給気流と前記燃焼排ガスとが交互に通過する多数の流路を備えたハニカム型蓄熱体からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の給気流予熱装置。
- 前記第１加熱装置及び第２加熱装置は、前記分流連通部を介して並列に配置され、前記流体連通路は、前記燃焼域に開口するとともに、流体連通路を局所的に縮径する流路縮小手段を備え、該流路縮小手段は、前記予熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の給気流予熱装置。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の給気流予熱装置を備えたことを特徴とする微粉炭ボイラー。
- 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の給気流予熱装置を備えた微粉炭ボイラーであって、
排煙処理システムが、微粉炭ボイラー本体の燃焼排ガス排気部と前記排ガス導入装置との間に介装され、該排煙処理システムは、前記微粉炭ボイラー本体の燃焼排ガスを除塵し且つ脱硫する脱塵装置及び排煙脱硫装置を備えることを特徴とする微粉炭ボイラー。 - 比較的低温の給気流を加熱してなる高温の予熱給気流を石炭燃焼装置に供給する給気流予熱方法において、
高温の第１熱交換装置と低温給気流との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、該第２予熱給気流を前記石炭燃焼装置に供給するとともに、前記第１予熱給気流を第２燃焼域に導入する第１予熱工程と、
高温の第２熱交換装置と低温給気流との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、高温の予熱給気流を第１予熱給気流及び第２予熱給気流に分流し、該第２予熱給気流を前記石炭燃焼装置に供給するとともに、前記第１予熱給気流を第１燃焼域に導入する第２予熱工程とを有し、
前記第１予熱工程において、可燃成分を含む前記石炭燃焼装置の燃焼排ガスを前記第２燃焼域に導入し、該燃焼排ガスを前記第１予熱給気流と混合し、該第２燃焼域にて燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起し、第２燃焼域の燃焼により生成した二次燃焼排ガスを第２熱交換装置を介して排気し、二次燃焼排ガスと第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱し、
前記第２予熱工程において、可燃成分を含む前記石炭燃焼装置の燃焼排ガスを前記第１燃焼域に導入し、該燃焼排ガスを前記第１予熱給気流と混合し、該第１燃焼域にて燃焼排ガスの二次燃焼反応を生起し、第１燃焼域の燃焼により生成した二次燃焼排ガスを第１熱交換装置を介して排気し、二次燃焼排ガスと第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換により、二次燃焼排ガスの顕熱を第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱し、
前記第１予熱工程及び第２予熱工程を所定の時間間隔にて交互に実行し、前記低温給気流を継続的に高温加熱し、８００℃以上の温度に加熱した前記予熱空気流を前記石炭燃焼装置に供給することを特徴とする給気流予熱方法。 - 前記時間間隔は、６０秒以下の所定時間に設定され、前記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体は、該時間間隔に相応して蓄熱及び放熱を反覆し、前記低温給気流を加熱し且つ前記二次燃焼排ガスを冷却することを特徴とする請求項１０に記載の給気流予熱方法。
- 前記石炭燃焼装置は、微粉炭ボイラーよりなり、前記燃焼排ガスは、未燃燃料成分、水素及び炭素を含む微粉炭ボイラーの可燃性燃焼排ガスからなり、
前記予熱給気流は、前記燃焼排ガスの可燃成分の自己着火温度よりも高温に加熱され、
前記燃焼排ガスは、前記第１及び第２燃焼域に交互に供給され、該燃焼域において第１予熱給気流と混合し、二次燃焼反応することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の給気流予熱方法。 - 前記低温給気流は、外界雰囲気の空気であり、前記予熱給気流は、前記熱交換装置により８００℃以上の高温に加熱された燃焼用予熱空気流として、前記石炭燃焼装置の燃焼手段に給送されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の給気流予熱方法。
- 除塵処理及び排煙脱硫処理を受けた前記石炭燃焼装置の燃焼排ガスが、前記第１及び第２燃焼域に導入されることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の給気流予熱方法。
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