JP7101180B2 - ボイラの空気予熱装置及びボイラの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラの空気予熱装置及びボイラの運転方法に関する。

ボイラには、燃焼炉に供給される燃焼用空気を予熱するガス式の空気予熱器（ＧＡＨ：Gas Air Heater）を備えるものがある。ガス式の空気予熱器は、燃焼炉から排出される排ガスの熱を用いて燃焼用空気を予熱する。

従来、空気予熱器に関する技術として、特許文献１には、複数系統の空気予熱器を備え、系統毎に空気予熱器に流れる排ガス量を制御可能にした構成が開示されている。また、特許文献２には、負荷応答特性を高めるために、燃焼用空気の一部を、空気予熱器を通さずに燃焼炉まで迂回させるバイパス機構を備えた構成が示されている。

実開平１－９４７４８号公報 特開昭６０－１６２１１０号公報

近年、ボイラの燃料として高水分又は高硫黄分の低品質の燃料を使用することが要求されることがある。低品質の燃料を用いた場合、排ガス中の水分が多くなり、それに起因して排ガスの酸露点（例えば硫酸露点又は塩酸露点）が高くなる。酸露点が高くなると、空気予熱器の低温部に酸が凝結しやすい状況が生じ、酸が凝結した場合に、空気予熱器の低温部に酸による腐食（以下、「酸露点腐食」と呼ぶ）が発生する。一般に、硫酸露点よりも塩酸露点の方が低く、硫酸及び塩酸ともに金属を腐食させる。

酸露点腐食を回避するには、例えば空気予熱器に送る排ガスを高い温度に設定するか、或いは、空気予熱器の低温部を酸に強い特殊金属で構成することを検討できる。しかし、空気予熱器に送る排ガスを高温にすると、排ガスの顕熱損失が増加し、ボイラ効率を低下させるため好ましくない。また、空気予熱器に特殊金属を用いると、部品コストが大幅に高騰するという課題が生じる。

一方、特許文献１と特許文献２とには、空気予熱器の低温部に生じる酸露点腐食を低減するという技術思想の開示はない。

本発明は、ボイラ効率の大きな低下、又は、部品コストの大幅な高騰を招くことなく、空気予熱器の酸露点腐食を低減できるボイラの空気予熱装置及びボイラの運転方法を提供することを目的とする。

本発明に係るボイラの空気予熱装置は、
排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
を備え、
前記複数段の空気予熱器のうち、他の空気予熱器を通過した燃焼用空気を含まない燃焼用空気が導入される第１の空気予熱器の体積が、他の空気予熱器の体積よりも小さく、前記第１の空気予熱器以外の他の空気予熱器の体積は互いに等しい。
本発明に係るもう一つの態様のボイラの空気予熱装置は、
排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
を備え、
前記複数段の空気予熱器のうち、排ガスの出口にある空気予熱器の体積は他の空気予熱器の体積よりも小さく、他の空気予熱器の体積は互いに等しい。

本発明に係るボイラの運転方法は、
燃料を燃焼させる燃焼炉と、
前記燃焼炉から排出される排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
前記バイパス通路の開度を変更可能な流量調整部と、
を備え、
前記複数段の空気予熱器のうち、他の空気予熱器を通過した燃焼用空気を含まない燃焼用空気が導入される第１の空気予熱器の体積が、他の空気予熱器の体積よりも小さく、前記第１の空気予熱器以外の他の空気予熱器の体積は互いに等しいボイラの運転方法であって、
前記ボイラの稼働率に応じて前記流量調整部の開度を変更するという運転方法である。
本発明に係るもう一つの態様のボイラの運転方法は、
前記燃焼炉から排出される排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
前記バイパス通路の開度を変更可能な流量調整部と、
を備え、
前記複数段の空気予熱器のうち、排ガスの出口にある空気予熱器の体積は他の空気予熱器の体積よりも小さく、他の空気予熱器の体積は互いに等しいボイラの運転方法であって、
前記ボイラの稼働率に応じて前記流量調整部の開度を変更するという運転方法である。

本発明によれば、ボイラ効率を大きく低下させたり、部品コストを大幅に高騰させたりすることなく、空気予熱器の酸露点腐食の低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る空気予熱装置を有するボイラの全体を示す構成図である。 実施形態の空気予熱装置を示す構成図である。 比較例１の空気予熱装置を示す構成図である。 比較例２の空気予熱装置を示す構成図である。 比較例３の空気予熱装置を示す構成図である。 実施形態の空気予熱装置の変形例１を示す構成図である。 実施形態の空気予熱装置の変形例２を示す構成図である。 実施形態の空気予熱装置の変形例３を示す構成図である。 実施形態の空気予熱装置の変形例４を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空気予熱装置を有するボイラの全体を示す構成図である。

本実施形態に係るボイラ１は、図１に示すように、燃焼炉１０、サイクロン等のセパレータ１１、煙道１２、過熱器１３、エコノマイザ１４、空気予熱装置１５、集塵機１６、ポンプ１７、煙突１８及び制御部２０を備える。燃焼炉１０は、炉外から燃料及び燃焼用空気が供給されて燃料を燃焼させる。セパレータ１１は、燃焼炉１０から排出された高温の排ガスから固体成分を分離させて排ガスを煙道１２に送る。過熱器１３は煙道１２に設けられ、高温の排ガスの熱を受けてボイラ１の蒸気を過熱する。エコノマイザ１４は煙道１２の過熱器１３より後段に設けられ排ガスの余熱を利用して温水を予熱する。集塵機１６は、バグフィルタ及び電気集塵機等であり、低温の排ガスからダストを捕集する。ポンプ１７及び煙突１８は排ガスを空中に排出させる。

＜空気予熱装置＞
図２は、実施形態の空気予熱装置を示す構成図である。

空気予熱装置１５は、燃焼炉１０へ供給される燃焼用空気を排ガスの余熱を用いて予熱する装置であり、複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３と、燃焼用空気を流す通路（１５８ａ～１５８ｄ）と、ダンパ１５９とを備える。空気予熱装置１５から燃焼炉１０へ供給される燃焼用空気は、一次エア、二次エア、又はこれらの両方であってもよい。上記のダンパ１５９は、本発明に係る流量調整部の一例に相当する。

空気予熱器１５１、１５２、１５３の各々は、燃焼用空気を内部に流し外側に排ガスが流れるよう間隔を開けて配列された複数の管体Ｔ２と、複数の管体Ｔ２の導入口が接続される上流側の母管Ｔ１と、複数の管体の導出口が接続される下流側の母管Ｔ３とを備える。そして、母管Ｔ１、Ｔ３を介して、複数の管体Ｔ２に燃焼用空気が流され、かつ、複数の管体Ｔ２の間に排ガスが流れることで、排ガスと燃焼用空気との間で熱が交換される。図２の空気予熱器１５１、１５２、１５３にのみ母管Ｔ１、Ｔ３を模式的に示したが、他の図の空気予熱器についても同様の構成を有する。

複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３は、煙道１２の後部、排ガスの流れる方向で過熱器１３及びエコノマイザ１４よりも後方に設けられる。複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３は、排ガスの流れる方向に並んで配置される。以下では、複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３を、排ガスが流れる方向に沿った順で１段目の空気予熱器１５１、２段目の空気予熱器１５２、最後段の空気予熱器１５３と呼ぶ。

複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３のうち、最後段の空気予熱器１５３は、他の空気予熱器１５１、１５２よりも管体Ｔ２の数が少なく、他の空気予熱器１５１、１５２と比較して体積が小さい。言い換えれば、最後段の空気予熱器１５３は、燃焼用空気を流す流路の総断面積が、他の空気予熱器１５１、１５２よりも小さい（例えば３０％～８０％等）。

燃焼用空気を流す通路は、空気予熱装置１５の外部から燃焼用空気が導入される空気通路１５８ａと、複数の空気予熱器１５１、１５２、１５３の間で燃焼用空気を送る中間の空気通路１５８ｂとを含む。また、空気通路は、空気予熱装置１５から燃焼炉１０へ燃焼用空気を導出する空気通路１５８ｃと、複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３のうち何れかの段を抜かして別の段まで燃焼用空気の一部を迂回させるバイパス通路１５８ｄとを含む。

より具体的には、燃焼用空気を導入する空気通路１５８ａは、最後段の空気予熱器１５３に接続される。また、中間の２つの空気通路１５８ｂは、最後段の空気予熱器１５３から２段目の空気予熱器１５２までと、２段目の空気予熱器１５２から１段目の空気予熱器１５１までとを結ぶ。燃焼用空気を導出する空気通路１５８ｃは、１段目の空気予熱器１５１に接続される。バイパス通路１５８ｄは、燃焼用空気の一部を、最後段の空気予熱器１５３の空気通路の上流から分岐させて、２段目の空気予熱器１５２の空気通路の上流まで迂回させる。言い換えれば、バイパス通路１５８ｄは、燃焼用空気が流れる順に見て、一番目の空気予熱器１５３の空気通路の上流から、二番目の空気予熱器１５２の空気通路の上流へ、燃焼用空気の一部を分岐させる。

ダンパ１５９は、バイパス通路１５８ｄに設けられ、流路の開度を変更してバイパス通路１５８ｄに流れる燃焼用空気の流量を調整可能である。

制御部２０は、コンピュータ又はシーケンサなどであり、ダンパ１５９を制御して、バイパス通路１５８ｄに流れる燃焼用空気の流量を変更できる。制御部２０は、燃焼炉１０の燃焼量、すなわちボイラ１の稼働率に応じてダンパ１５９の開度を制御する。また、燃焼量により空気予熱装置１５に導入される排ガスの温度が変化するので、制御部２０は、排ガスの温度に基づいてダンパ１５９の開度を制御してもよい。制御部２０は、ボイラ１の稼働率情報、又は排ガス温度情報等に基づいて、上記の制御を行う。ボイラ１の稼働率情報は、例えば燃焼炉１０に投入される燃料量のデータ等から取得できる。また、排ガス温度情報は煙道１２に設けられた温度センサの出力から取得することができる。また、ボイラの稼働中にボイラの稼働率が一定である場合には、ボイラの稼働前にダンパ１５９の開度が制御されてもよい。

＜空気予熱装置の作用＞
空気予熱装置１５において、余熱を持った排ガスは、１段目の空気予熱器１５１、２段目の空気予熱器１５２、及び最後段の空気予熱器１５３の順に流れ、その間に、低温の燃焼用空気と熱交換することで、順次、温度が低下する。

一方、燃焼用空気は、先ず、一部が最後段の空気予熱器１５３に流れて加熱される一方、一部がバイパス通路１５８ｄに流れて、これらが最後段の空気予熱器１５３の空気通路の下流で混合される。その後、混合された空気が、２段目の空気予熱器１５２と１段目の空気予熱器１５１とに流れて、さらに温度が上昇し、燃焼炉１０に送られる。

燃焼用空気が流れる複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３の順番は、排ガスが流れる順番と逆である。すなわち、バイパス通路１５８ｄを通らない燃焼用空気は、最後段の空気予熱器１５３、２段目の空気予熱器１５２、１段目の空気予熱器１５１の順に流れる。また、バイパス通路１５８ｄを通る燃焼用空気は、２段目の空気予熱器１５２、１段目の空気予熱器１５１の順に流れる。このような順序構成により、各段の空気予熱器１５１、１５２、１５３において、排ガスと燃焼用空気との温度差を適正な範囲に収めることができる。例えば、排ガスの温度は、１段目から３段目のうち、１段目の空気予熱器１５１に流れるときが最も高く、２段目の空気予熱器１５２に流れるときが２番目に高く、３段目の空気予熱器１５３に流れるときが最も低くなる。一方、燃焼用空気の温度は、１段目から３段目のうち、３段目の空気予熱器１５１で最も低く、２段目の空気予熱器１５２で次に低く、１段目の空気予熱器１５１で最も高くなる。つまり、全ての段の空気予熱器１５１～１５３において排ガスと燃焼用空気との温度差を大きくとることができる。したがって、空気予熱器１５１～１５３の全て管体Ｔ２の表面で大きな熱交換が行われるため、高い伝熱効率で燃焼用空気を予熱できる。

一方、温度の低い排ガスと温度の低い燃焼用空気とが流れる最後段の空気予熱器１５３では、バイパス通路１５８ｄを介して燃焼用空気の一部が迂回する分、少ない流量で燃焼用空気が流れる。一般に、空気予熱器の各部の表面温度は、そこに流れる排ガスの温度とその内部に流れる燃焼用空気の温度との中間の温度になる。また、排ガスの温度及び流量を一定として、燃焼用空気の流量を少なくすれば、燃焼用空気の流量が多いときと比べて、燃焼用空気の温度が上昇しやく、空気予熱器の表面温度が高くなる。このような作用により、バイパス通路１５８ｄに燃焼用空気の一部が迂回することで、迂回させない場合と比較して、最後段の空気予熱器１５３に流れる燃焼用空気の流量が減って、空気予熱器１５３の表面温度を高く維持できる。つまり、最後段の空気予熱器１５３を通過する排ガスの温度を、酸露点腐食を回避する目的で余分に高く設定しなくても、空気予熱器１５３の表面温度を高く維持できる。これにより、最後段の空気予熱器１５３の表面に酸が凝結し難くなり、酸露点腐食を低減することができる。

また、本実施形態では、最後段の空気予熱器１５３の管体Ｔ２の数と体積が、別の段の空気予熱器１５１、１５２に比べて削減されている。このような構成は、バイパス通路１５８ｄを介した燃焼用空気の迂回により、最後段の空気予熱器１５３に流れる燃焼用空気が少なくなるために実現できる。最後段の空気予熱器１５３では、酸露点腐食の低減が図られているものの、酸露点腐食を完全に避けることは難しく、酸露点腐食が進んだ場合には補修又は交換することが望ましい。このような場合、補修又は交換する部位が大きいと、メンテナンスコスト又は交換部品コストが高騰するが、最後段の空気予熱器１５３の管体Ｔ２の数と体積が削減されていることで、このようなコストの高騰を回避することができる。

＜ダンパの作用＞
本実施形態のボイラ１の運転方法では、制御部２０が、燃焼炉１０における燃料の燃焼量、すなわちボイラの稼働率に応じてダンパ１５９の開度を制御する。例えば、燃焼量が多いとき、空気予熱装置１５に導入される排ガスの温度が高くなるため、制御部２０は、ダンパ１５９の開度を小さくして、迂回させる燃焼用空気の割合を小さくする。一方、燃焼量が少ないとき、空気予熱装置１５に導入される排ガスの温度が低くなるため、制御部２０は、ダンパ１５９の開度を大きくして、迂回させる燃焼用空気の割合を大きくする。このような制御により、酸露点腐食の低減を図りつつ、空気予熱装置１５の通過後の排ガスの温度を、適正な範囲に収まるように調整することができる。

なお、ダンパ１５９の制御は、制御部２０が自動的に行うようにしてもよいし、手動等により制御部２０を介さずに行ってもよい。

＜比較例１との対比＞
続いて、上記実施形態の空気予熱装置１５と比較例の空気予熱装置との対比について詳述する。図３は、比較例１の空気予熱装置を示す構成図である。

図３の比較例１の構成は、本実施形態の構成からバイパス通路１５８ｄを省き、最後段の空気予熱器１５３Ｒの管体の数及び体積を１段目及び２段目の空気予熱器１５１、１５２と同等としたものである。このような構成では、温度の低い排ガスが流れる最後段の空気予熱器１５３Ｒにおいて、図２の本実施形態と比べて多くの燃焼用空気が流れる。このため、図２の本実施形態に比べて、空気予熱器１５３Ｒの燃焼用空気の温度が上昇しにくく、空気予熱器１５３Ｒの表面温度が低くなる。したがって、空気予熱器１５３Ｒの表面に酸が凝結し易くなり、酸露点腐食が生じ安い。

また、図３の比較例１の構成では、酸露点腐食により最後段の空気予熱器１５３Ｒを補修又は交換する場合に、図２の本実施形態と比べて、その体積が大きく管体も多いため、メンテナンスコスト及び交換部品コストが高騰する。

図２の本実施形態の構成では、このような課題を削減できる。

＜比較例２との対比＞
図４は、比較例２の空気予熱装置を示す構成図である。図４の比較例２の構成は、燃焼用空気が流れる順を、２段目の空気予熱器１５２、１段目の空気予熱器１５１、最後段の空気予熱器１５３Ｒの順に変更したものである。その他は、図３の比較例１の構成と同様である。このような構成によれば、温度の低い排ガスが流れる最後段の空気予熱器１５３Ｒには、温度が上昇した燃焼用空気が流れる。このため、最後段の空気予熱器１５３Ｒの表面温度の低下及び酸露点腐食の発生を防止できる。しかし、この構成では、１段目と２段目の空気予熱器１５１、１５２において排ガスと燃焼用空気との温度差か非常に大きくなる一方、最後段の空気予熱器１５３Ｒにおいて排ガスと燃焼用空気との温度差が小さくなる。このため、温度差が小さい段では熱交換量が小さくなるため、有効な熱交換が行われる管体の総表面積が小さくなる。また、温度差が非常に大きい段では、その分、熱交換量は増大するが、有効な熱交換が行われる管体の総表面積の縮小に比べると、総合的な熱交換量を上昇させる効果は小さい。このため、排ガスから燃焼用空気への総合的な伝熱効率が比較的に大きく低下する。したがって、必要な熱の交換量を確保するためには、複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３Ｒの管数を増大するなど、排ガスと燃焼用空気が熱交換する伝熱面積を増大させる必要があり、部品コストと設置スペースが増大するという課題が生じる。図２の本実施形態の構成では、このような課題を抑制できる。

＜比較例３との対比＞
図５は、比較例３の空気予熱装置を示す構成図である。図５の比較例３の構成は、比較例１の構成に、全ての空気予熱器１５１、１５２、１５３Ｒを迂回させて燃焼用空気の一部を流すバイパス通路１５８ｒを追加したものである。バイパス通路１５８ｒには、燃焼用空気の流量を変更できるダンパ１５９Ｒが設けられている。このような構成によれば、ダンパ１５９Ｒを制御して、バイパス通路１５８ｒに流れる燃焼用空気の割合を増加することで、空気予熱器１５１、１５２、１５３Ｒの燃焼用空気の流量を減らすことができる。これにより、熱の交換量が減って、空気予熱器１５１、１５２、１５３Ｒに流れる排ガスの温度低下が減少する。このように排ガスの温度を高くすることで、最後段の空気予熱器１５３Ｒでも酸露点腐食を回避できる。

しかし、この場合、高い温度の排ガスが、空気予熱器１５３Ｒより後段へ流れてしまい、空気予熱器１５３Ｒより後段の構成、例えば集塵機などについて、高い温度の排ガスに対応可能な温度設計が必要となり、コスト高騰を招く。図２の本実施形態の構成では、このような課題を発生させずに、最後段の空気予熱器１５３の酸露点腐食を低減できる。

他方、図５の比較例３では、バイパス通路１５８ｒを通過後の排ガスの温度が高くならないように、ダンパ１５９Ｒを制御して、バイパス通路１５８ｒに流れる燃焼用空気の割合を小さくすることができる。これにより、空気予熱器１５１、１５２、１５３Ｒの通過後の排ガスの温度を低くできる。或いは、導入する排ガスを低い温度に設定することで、空気予熱器１５１、１５２、１５３Ｒの通過後の排ガスの温度を低くできる。しかし、これらの場合には、比較例１と同様の状況が生じて、最後段の空気予熱器１５３Ｒに酸露点腐食が生じ安くなる。また、燃焼用空気の加熱量も少なくなる。

さらに、図５の比較例３の構成では、バイパス通路１５８ｒの終端で、加熱されて高温になった燃焼用空気と、極端に温度の低い燃焼用空気とが混合されて燃焼炉１０に供給される。したがって、バイパス通路１５８ｒの流量に応じて燃焼炉１０に供給される燃焼用空気の温度が大きく変化し、さらに、高温の燃焼用空気と低温の燃焼用空気との十分な混合過程が得られないため、燃焼炉１０に供給される燃焼用空気が不安定となる。このため、燃焼炉１０の燃焼温度に影響が波及し、安定した燃焼を阻害する場合があるという課題が生じる。

一方、本実施形態の空気予熱装置１５では、バイパス通路１５８ｄの終端が、２段目の空気予熱器１５２の空気通路の上流に接続されている。このため、バイパス通路１５８ｄを通る燃焼用空気は、１段目、２段目の空気予熱器１５１、１５２を通る際に、元の燃焼用空気と混合されかつ加熱される。したがって、燃焼炉１０に供給される燃焼用空気の温度及び温度分布が安定し、燃焼炉１０における安定的な燃焼に寄与できる。

＜実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態のボイラ１の空気予熱装置１５によれば、複数段の空気予熱器１５１、１５２、１５３と、バイパス通路１５８ｄとを備える。そして、バイパス通路１５８ｄにより、燃焼用空気の一部を迂回させることで、最後段の空気予熱器１５３に流れる燃焼用空気の流量を、他の段の空気予熱器１５１、１５２を流れる燃焼用空気の流量よりも減らすことができる。これにより、排ガスを高い温度に設定したり、燃焼用空気の加熱量を大幅に低減したりしなくても、最後段の空気予熱器１５３の表面温度を高く維持することができる。このため、最後段の空気予熱器１５３に酸に強い特殊な材料を用いなくても、空気予熱器１５３に生じる酸露点腐食を低減できる。さらに、空気予熱器１５３の管体の数及び体積が削減されているので、最後段の空気予熱器１５３に酸露点腐食が生じて補修又は交換する場合でも、コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態のボイラ１の空気予熱装置１５によれば、バイパス通路１５８ｄにより燃焼用空気の一部が迂回される空気予熱器１５３は、排ガスの流れ方向の順で最後段に配置されている。また、バイパス通路１５８ｄは、燃焼用空気の一部を、燃焼用空気が流れる順で一番目の空気予熱器１５３を除いて流れるように迂回させる。このような構成により、伝熱効率が高くなる空気予熱器１５１、１５２、１５３の配置を実現しつつ、温度の低い排ガスと温度の低い燃焼用空気が流れる空気予熱器１５３について酸露点腐食を低減することが可能となる。酸露点には、硫酸露点とそれよりも低い塩酸露点とが含まれるが、本実施形態のボイラ１の空気予熱装置１５によれば、特に塩酸露点腐食を十分に回避することができる。

（変形例１）
図６は、実施形態の空気予熱装置の変形例１を示す構成図である。変形例１の空気予熱装置１５Ａでは、バイパス通路１５８ｆが、最後段の空気予熱器１５３の空気通路の上流部から、１段目の空気予熱器１５１の空気通路の上流部にかけて設けられている。空気予熱装置１５Ａのその他の構成は、図２の空気予熱装置１５と同様である。

このような構成では、図２の空気予熱装置１５と比較して、迂回された燃焼用空気の一部が、２段目の空気予熱器１５２も迂回して、１段目の空気予熱器１５１から流れる。その分、空気予熱装置１５Ａの途中において排ガスと燃焼用空気との熱交換量に違いが生じるが、それ以外は、図２の空気予熱装置１５とほぼ同様の作用効果が得られる。

なお、変形例１においては、２段目の空気予熱器１５２の燃焼用空気の流量が減るため、２段目の空気予熱器１５２の管数の数及び体積を、最後段の空気予熱器１５３Ｒと同様に削減してもよい。しかし、熱交換量を大きくするために、２段目の空気予熱器１５２の管体の数及び体積は、１段目の空気予熱器１５１と同様にしてもよい。また、バイパス通路１５８ｆには、図２の実施形態と同様に、ダンパを設け、バイパス通路１５８ｆを通過する燃焼用空気の流量を制御してもよい。

（変形例２）
図７は、実施形態の空気予熱装置の変形例２を示す構成図である。変形例２の空気予熱装置１５Ｂでは、空気予熱装置１５Ｂの外部から燃焼用空気が導入される空気通路１５８ａが、２段目の空気予熱器１５２Ｂに接続されている。中間の空気通路１５８ｂは、２段目から１段目、１段目から最終段へと燃焼用空気を流すように接続され、燃焼炉１０へ燃焼用空気を導出する空気通路１５８ｃは最後段の空気予熱器１５３Ｂに接続されている。また、バイパス通路１５８ｇは、２段目の空気予熱器１５２の空気通路の上流から１段目の空気予熱器１５１の空気通路の上流にかけて設けられている。つまり、バイパス通路１５８ｇにより燃焼用空気の流量が減らされる空気予熱器１５２Ｂは、排ガスの流れに沿った順で、最後段でなく二段目の空気予熱器１５２Ｂであり、燃焼用空気が流れる順番においては１番目の空気予熱器１５２Ｂである。空気予熱器１５２Ｂは、他の段の空気予熱器１５１、１５３Ｂと比較して、管体の数及び体積が削減されていてもよい。

このような構成によれば、例えば外部から供給される燃焼用空気が非常に低温であり、２段目の空気予熱器１５２から導入しても、空気予熱器１５２の表面温度が酸露点以下に低下する恐れがあるような場合に、バイパス通路１５８ｇの有用な作用が得られる。すなわち、このような場合でも、空気予熱器１５２の燃焼用空気の流量を減らすことで、空気予熱器１５２の表面温度を高く維持できる。よって、空気予熱器１５２の酸露点腐食の低減を図れる。

バイパス通路１５８ｇには、図２の実施形態と同様に、ダンパを設け、バイパス通路１５８ｇを通過する燃焼用空気の流量を制御してもよい。

（変形例３）
図８は、実施形態の空気予熱装置の変形例３を示す構成図である。変形例３の空気予熱装置１５Ｃでは、燃焼用空気が導入される空気通路１５８ａが、２段目の空気予熱器１５２に接続されている。中間の空気通路１５８ｂは、２段目から最後段、最後段から１段目へと燃焼用空気を流すように接続され、燃焼用空気を導出する空気通路１５８ｃは１段目の空気予熱器１５１に接続されている。また、バイパス通路１５８ｈは、最後段の空気予熱器１５３の空気通路の上流から１段目の空気予熱器１５１の空気通路の上流にかけて設けられている。つまり、バイパス通路１５８ｈにより燃焼用空気の流量が減らされる空気予熱器１５３は、燃焼用空気が流れる順番で、２番目の空気予熱器１５３である。

このような構成によれば、例えば燃焼用空気の流量が多くて、２段目の空気予熱器１５２で加熱された後も燃焼用空気の温度が低いような場合に有用となる。この場合、未だ温度の低い燃焼用空気が最後段の空気予熱器１５３を通過する際に、排ガスの温度が低下していることと相まって、空気予熱器１５３の表面温度が酸露点以下に低下する恐れが生じる。しかし、このような場合でも、バイパス通路１５８ｈによって、最後段の空気予熱器１５３の燃焼用空気の流量が減少することで、空気予熱器１５３の表面温度を高く維持できる。よって、空気予熱器１５３の酸露点腐食の低減を図れる。

バイパス通路１５８ｈには、図２の実施形態と同様に、ダンパを設け、バイパス通路１５８ｈを通過する燃焼用空気の流量を制御してもよい。

（変形例４）
図９は、実施形態の空気予熱装置の変形例４を示す構成図である。変形例４の空気予熱装置１５Ｄは、複数の空気予熱器１５１～１５６が、排ガスが流れる方向に複数段、排ガスの流れと交差する方向に２系統設けられた構成を有する。第１系統の複数の空気予熱器１５１～１５３は、排ガスの流れに沿った順に、１段目の空気予熱器１５１と２段目の空気予熱器１５２と最後段の空気予熱器１５３とを含む。第２系統の複数の空気予熱器１５４～１５６は、排ガスの流れに沿った順に、１段目の空気予熱器１５４と２段目の空気予熱器１５５と最後段の空気予熱器１５６とを含む。

また、変形例４の空気予熱装置１５Ｄは、第１系統の複数段の空気予熱器１５１～１５３に順に燃焼用空気を流す空気通路１５８ａ～１５８ｃと、第２系統の複数段の空気予熱器１５４～１５６に順に燃焼用空気を流す空気通路１５８ａ～１５８ｃとを備える。さらに、変形例４の空気予熱装置１５Ｄは、第１系統の最後段の空気予熱器１５３の空気通路の上流から第２系統の２段目の空気予熱器１５５の空気通路の上流へ燃焼用空気の一部を迂回する第１バイパス通路１５８ｉを備えている。加えて、空気予熱装置１５Ｄは、第２系統の最後段の空気予熱器１５６の空気通路の上流から第１系統の２段目の空気予熱器１５２の空気通路の上流へ燃焼用空気の一部を迂回する第２バイパス通路１５８ｊを備えている。

このように、第１バイパス通路１５８ｉ及び第２バイパス通路１５８ｊは、別系統の空気予熱器の間で燃焼用空気を迂回させる構成としても良い。このような構成でも、各系統の複数段の空気予熱器１５１～１５３、１５４～１５６において、図２の実施形態と同様の作用効果が得られる。

第１バイパス通路１５８ｉ及び第２バイパス通路１５８ｊの各々には、図２の実施形態と同様に、ダンパを設け、そこを通過する燃焼用空気の流量を制御してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、空気予熱器の段数は二段又は四段以上としてもよいし、バイパス通路によって燃焼用空気の流量が減少される空気予熱器の段の位置は、図２、図６～図９の例に制限されない。さらに、バイパス通路によって燃焼用空気の流量が減少される空気予熱器が、燃焼用空気が流れる順に見て何番目であるかは、図２、図６～図９の例に制限されない。また、図２の実施形態では、バイパス通路によって燃焼用空気の一部が迂回される空気予熱器について、燃焼用空気の流路の総断面積を小さく構成したが、他の段の空気予熱器と比べて同等の大きさの構成としてもよい。また、図１には、ボイラの全体構成の一例を示したが、本発明に係る空気予熱装置は、図１のボイラに限られず、様々な型式のボイラに適用されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明は、ボイラの空気予熱装置及びボイラの運転方法に利用できる。

１ ボイラ
１０ 燃焼炉
１２ 煙道
１５ 空気予熱装置
２０ 制御部
１５１～１５６、１５２Ｂ、１５３Ｂ 空気予熱器
１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ 空気通路
１５８ｄ、１５８ｅ、１５８ｆ、１５８ｇ、１５８ｈ バイパス通路
１５８ｉ 第１バイパス通路
１５８ｊ 第２バイパス通路
１５９ ダンパ（流量調整部）
Ｔ２ 管体

Claims (8)

1. 排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
   前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
   を備え、
   前記複数段の空気予熱器のうち、他の空気予熱器を通過した燃焼用空気を含まない燃焼用空気が導入される第１の空気予熱器の体積が、他の空気予熱器の体積よりも小さく、前記第１の空気予熱器以外の他の空気予熱器の体積は互いに等しいことを特徴とするボイラの空気予熱装置。
2. 排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
   前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
   を備え、
   前記複数段の空気予熱器のうち、排ガスの出口にある空気予熱器の体積は他の空気予熱器の体積よりも小さく、他の空気予熱器の体積は互いに等しいことを特徴とするボイラの空気予熱装置。
3. 前記バイパス通路は、前記複数段の空気予熱器のうち燃焼用空気が流れる順で一番目の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させる、
   請求項１又は請求項２に記載のボイラの空気予熱装置。
4. 前記バイパス通路は、前記複数段の空気予熱器のうち排ガスが流れる順で最も後段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のボイラの空気予熱装置。
5. 前記複数段の空気予熱器のうち前記バイパス通路により燃焼用空気の一部が迂回される
   空気予熱器は、前記複数段の空気予熱器のうち前記バイパス通路により燃焼用空気の一部が迂回されない空気予熱器と比較して、燃焼用空気を流す通路の総断面積が小さい、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラの空気予熱装置。
6. 前記バイパス通路の開度を調整可能な流量調整部と、
   前記流量調整部を制御する制御部と、
   を更に備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のボイラの空気予熱装置。
7. 燃料を燃焼させる燃焼炉と、
   前記燃焼炉から排出される排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
   前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
   前記バイパス通路の開度を変更可能な流量調整部と、
   を備え、
   前記複数段の空気予熱器のうち、他の空気予熱器を通過した燃焼用空気を含まない燃焼用空気が導入される第１の空気予熱器の体積が、他の空気予熱器の体積よりも小さく、前記第１の空気予熱器以外の他の空気予熱器の体積は互いに等しいボイラの運転方法であって、
   前記ボイラの稼働率に応じて前記流量調整部の開度を変更するボイラの運転方法。
8. 燃料を燃焼させる燃焼炉と、
   前記燃焼炉から排出される排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数段の空気予熱器と、
   前記複数段の空気予熱器のうち、何れかの段の空気予熱器の空気通路の上流で燃焼用空気の一部を分岐させ、別の段の空気予熱器の空気通路の上流へ迂回させるバイパス通路と、
   前記バイパス通路の開度を変更可能な流量調整部と、
   を備え、
   前記複数段の空気予熱器のうち、排ガスの出口にある空気予熱器の体積は他の空気予熱器の体積よりも小さく、他の空気予熱器の体積は互いに等しいボイラの運転方法であって、
   前記ボイラの稼働率に応じて前記流量調整部の開度を変更するボイラの運転方法。

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