特許 6952108 空気予熱器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6952108

(24)【登録日】2021年9月29日

(45)【発行日】2021年10月20日

(54)【発明の名称】空気予熱器

(51)【国際特許分類】

   F23L 15/00 20060101AFI20211011BHJP

【ＦＩ】

   F23L15/00 B

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-509892(P2019-509892)

(86)(22)【出願日】2018年3月27日

(86)【国際出願番号】JP2018012452

(87)【国際公開番号】WO2018181325

(87)【国際公開日】20181004

【審査請求日】2020年9月16日

(31)【優先権主張番号】特願2017-62888(P2017-62888)

(32)【優先日】2017年3月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 建聖

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００１−５２０３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１１１０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２６４６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２５９３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０８１８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９７９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８０８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１６３０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０３／０７３０３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１８２２５５（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 登録実用新案第３０１６１３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−８１８７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｌ １５／００

Ｆ２８Ｄ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラの排ガスの熱を回収して、空気を予熱する空気予熱器であって、
前記排ガスを通過させる排ガス流路内に設けられる第１のチューブを備える熱交換ユニットを複数備え、
前記第１のチューブには空気が流れ、
複数の前記熱交換ユニットは、前記排ガスの流れに対して上流側から下流側へ向かって順に配置され、
下流側の前記熱交換ユニットの前記第１のチューブを流れた空気は、上流側の前記熱交換ユニットの前記第１のチューブへ流れ、
最も下流側に配置される前記熱交換ユニットにおける複数の前記第１のチューブのうち、少なくとも最も下流側に配置される前記第１のチューブに対して腐食抑制構造が設けられ、
前記腐食抑制構造は、
前記第１のチューブと、
前記第１のチューブを外周側から取り囲むと共に前記第１のチューブに沿って延びる第２のチューブと、を備え、
前記第２のチューブには、前記第１のチューブを流れる空気より温度が高い空気が流れる、空気予熱器。

【請求項2】

前記第２のチューブには、少なくとも一度、前記第１のチューブを通過した後の空気が流れる、請求項１に記載の空気予熱器。

【請求項3】

前記第２のチューブを流れる空気の温度を検出する空気温度検出部と、
前記排ガス流路のうち前記第１のチューブが設けられる領域よりも下流側における前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出部と、
前記空気温度検出部及び前記排ガス温度検出部の検出結果に基づいて前記第２のチューブへ流す空気の流量を制御する制御部と、を備える、請求項１又は２に記載の空気予熱器。

【請求項4】

前記腐食抑制構造の前記第１のチューブを流れる空気の温度は９０℃以下であり、前記第２のチューブに流れる空気の温度は２００℃以上である、請求項１〜３の何れか一項に記載の空気予熱器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気予熱器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のボイラシステムとして、燃料を燃焼させることによって伝熱媒体を加熱するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。加熱された伝熱媒体は、システム内の循環系を循環している。また、燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスは、熱交換等の処理がなされた後、排ガスとして外部へ排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−４１４１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、高水分、高硫黄分の燃料がボイラの燃料として用いられる傾向にある。このような燃料を燃焼することで発生する排ガスには水分が多く含まれる。排ガス中の水分が増加すると、酸露点（硫酸露点）が上昇する。ここで、上述のようなボイラシステムには、排ガスの熱を回収して空気を予熱する空気予熱器が設けられる場合がある。排ガスの酸露点が高い場合、排ガスの温度が低くなる下流側の端部に配置されるチューブが腐食される低温端腐食（酸露点腐食）が発生する場合がある。

【0005】

このような低温端腐食の発生を抑制するための方法として、排ガスの温度を高く維持する方法が挙げられる。しかしながら、排ガスの温度を高くするということは排ガスの顕熱損失が増加するということであるため、結果的にボイラのボイラ効率が低下することになる。

【0006】

以上より、ボイラ効率の低下を抑制しつつ、チューブの腐食を抑制できる空気予熱器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一形態に係る空気予熱器は、ボイラの排ガスの熱を回収して、空気を予熱する空気予熱器であって、排ガスを通過させる排ガス流路内に設けられる第１のチューブと、第１のチューブを外周側から取り囲むと共に第１のチューブに沿って延びる第２のチューブと、を備え、第１のチューブには空気が流れ、第２のチューブには、第１のチューブを流れる空気より温度が高い空気が流れる。

【0008】

本発明の一形態に係る空気予熱器は、排ガス流路内に設けられる第１のチューブを備える。第１のチューブは、当該第１のチューブを流れる空気により、排ガス流路を流れる排ガスの熱を回収できる。ここで、空気予熱器は、第１のチューブを外周側から取り囲むと共に第１のチューブに沿って延びる第２のチューブを備えている。このように、第１のチューブと第２のチューブとによって二重管が構成される。また、二重管の外側のチューブである第２のチューブには、第１のチューブを流れる空気より温度が高い空気が流れる。これにより、熱を除去されることで排ガスが低温になっても、第１のチューブは温度の高い空気が流れる第２のチューブに取り囲まれているため、当該第１のチューブが低温の排ガスにより腐食されることを抑制できる。以上より、ボイラ効率の低下を抑制しつつ、チューブの腐食を抑制できる。

【0009】

一形態に係る空気予熱器において、第２のチューブには、少なくとも一度第１のチューブを通過した後の空気が流れてよい。少なくとも一度第１のチューブを通過した空気は、排ガスの熱を回収しているため、最下流側の第１のチューブを通過している最中の空気よりも温度が高い。従って、当該空気を第２のチューブに流すことで、空気予熱器以外の場所から第２のチューブに流すための高温の空気を確保する構造が不要となる。

【0010】

一形態に係る空気予熱器において、第１のチューブは排ガス流路内に複数設けられ、第２のチューブは、複数の第１のチューブの一部に対して設けられてよい。複数の第１のチューブのうち、通過する排ガス温度が低く、低温端腐食の可能性が高いものに対してのみ第２のチューブを設け、通過する排ガス温度が高く、低温端腐食の可能性が低いものに対しては第２のチューブを設けない。これによって、空気予熱器の製造コストを抑制することができる。

【0011】

一形態に係る空気予熱器は、第２のチューブを流れる空気の温度を検出する空気温度検出部と、排ガス流路のうち第１のチューブが設けられる領域よりも下流側における排ガスの温度を検出する排ガス温度検出部と、空気温度検出部及び排ガス温度検出部の検出結果に基づいて第２のチューブへ流す空気の流量を制御する制御部と、を備えてよい。このような制御を行うことにより、第２のチューブに対して適切な流量の空気を流すことができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ボイラ効率の低下を抑制しつつ、チューブの腐食を抑制できる空気予熱器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る空気予熱器を備えるボイラシステムの概略構成図である。

【図2】図１に示す空気予熱器の概略構成を示す図である。

【図3】図１に示す空気予熱器の腐食抑制構造の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0015】

図１を参照して、本実施形態に係る空気予熱器５０を備えたボイラシステム１００の構成について説明する。ボイラシステム１００は、外部循環型（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ型）の循環流動層ボイラである。このボイラシステム１００は、縦長の筒形状をなす流動層型の火炉３を備えている。火炉３の中間部には、燃料を供給する燃料供給口３ａと、上部には燃焼ガスを排出するガス出口３ｂと、が設けられている。燃料供給装置５からこの火炉３に供給される燃料は、燃料供給口３ａを介して火炉３の内部に供給される。

【0016】

火炉３のガス出口３ｂには固気分離装置として機能するサイクロン７が接続されている。サイクロン７の排出口７ａはガスラインを介して後段のガス処理系に接続されている。また、サイクロン７の底部出口からはダウンカマーと称されるリターンライン９が下方に延びており、リターンライン９の下端は火炉３の中間部側面に接続されている。

【0017】

火炉３内では、下部の給気ライン３ｃから導入される燃焼・流動用の空気により、燃料供給口３ａから供給された燃料を含む固形物が流動し、燃料は流動しながら例えば約８００〜９００℃で燃焼する。サイクロン７には、火炉３で発生した燃焼ガスが固体粒子を同伴しながら導入される。サイクロン７は、遠心分離作用により固体粒子と気体とを分離し、リターンライン９を介して分離された固体粒子を火炉３に戻すと共に、固体粒子が除かれた燃焼ガスを排出口７ａからガスラインを通じて後段のガス処理系に送出する。

【0018】

この火炉３では「炉内ベット材」と呼ばれる固形物が発生し底部に溜まるが、この炉内ベット材で不純物（低融点物質等）が濃縮されて起こるベット材の焼結及び溶融固化、或いは不燃夾雑物による動作不良を抑制することが必要である。このため、火炉３では、底部の排出口３ｄから炉内ベット材が定期的または連続的に外部に排出されている。排出されたベット材は、循環ライン（図示せず）上で金属や粗大粒径などの不適物を取り除いた後、再び火炉３に供給される。

【0019】

上記のガス処理系は、サイクロン７の排出口７ａにガスラインを介して接続されたガス熱交換装置１３と、このガス熱交換装置１３の排出口１３ａにガスラインを介して接続された集塵機１５とを備えている。ガス熱交換装置１３には、排ガスの流路を横切るように蒸気を過熱するボイラチューブ１３ｂが設けられている。サイクロン７から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブ１３ｂに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の蒸気に回収され、発生した高温の蒸気がボイラチューブ１３ｂを通じて発電用のタービンに送られる。ガス熱交換装置１３内における排出口１３ａには、排ガスの熱を回収して空気を予熱する空気予熱器５０が設けられている。空気予熱器５０の構成については後述する。集塵機１５は、この可燃性ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去する。集塵機１５として、例えばバグフィルタや電気集塵機などが採用される。集塵機１５の排出口１５ａから排出された清浄なガスはガスライン及びポンプ１７を経由して煙突１９から外部に排出される。

【0020】

火炉３で発生した固体粒子は、火炉３、サイクロン７、及びリターンライン９で構成される循環系２１内を循環する。なお、以降の説明においては、固体粒子の流動物を伝熱媒体と称する。循環系２１のうち、リターンライン９と火炉３の底部との間には熱交換チャンバ２０が形成される。熱交換チャンバ２０内には伝熱媒体が貯められる。また、熱交換チャンバ２０内には、熱交換器２２が設けられている。

【0021】

次に、図２を参照して、空気予熱器５０の概略構成について説明する。図２に示すように、ガス熱交換装置１３は排ガスＥＧを通過させる排ガス流路１０１を備えている。排ガス流路１０１は、互いに対向する側壁部１０１ａ，１０１ｂと、紙面前後方向において互いに対向する側壁部（不図示）と、を備えている。なお、以降の説明においては、排ガス流路１０１内を排ガスＥＧが流れる方向をＺ軸方向とする。排ガスＥＧの流れに対する上流側をＺ軸方向の負側とし、下流側をＺ軸方向の正側とする。側壁部１０１ａ，１０１ｂが対向する方向（図においては紙面左右方向）をＸ軸方向とする。側壁部１０１ａが配置される方向（紙面左側）をＸ軸方向の負側とし、側壁部１０１ｂが配置される側（紙面右側）をＸ軸方向の正側とする。紙面前後方向をＹ軸方向とする。紙面裏側をＹ軸方向の負側とし、紙面前側をＹ軸方向の正側とする。

【0022】

空気予熱器５０は、排ガス流路１０１の排ガスＥＧから熱を回収し、空気を予熱する。空気予熱器５０は、排ガス流路１０１内に設けられる複数（ここでは３つ）の熱交換ユニット５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃを備えている。なお、排ガスＥＧの流れに対して上流側から下流側へ向かって、すなわちＺ軸方向における負側から正側へ向かって、熱交換ユニット５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの順番で設けられる。

【0023】

熱交換ユニット５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、排ガス流路１０１内に設けられる複数の第１のチューブ５２と、複数の第１のチューブ５２の各流入口と連通する入口部５３と、複数の第１のチューブ５２の各流出口と連通する出口部５４と、を備えている。第１のチューブ５２は、側壁部１０１ａと側壁部１０１ｂとの間でＸ軸方向に延びる。第１のチューブ５２には、排ガス流路１０１を流れる排ガスＥＧとの間で熱交換を行う空気が流れる。第１のチューブ５２は、少なくとも側壁部１０１ａと側壁部１０１ｂとの間の全長にわたって延びている。第１のチューブ５２は、側壁部１０１ａを貫通して排ガス流路１０１の外部で開口し、側壁部１０１ｂを貫通して排ガス流路１０１の外部で開口している（例えば図３参照）。複数の第１のチューブ５２は、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に配列するように、互いに平行をなすように並べられている。互いに隣り合う第１のチューブ５２同士の間には、排ガスＥＧが通過できる程度の隙間が設けられている。

【0024】

入口部５３は、内部空間を有する箱状の部材であり、排ガス流路１０１の外側に設けられ、複数の第１のチューブ５２の各流入口と内部空間が連通するように設けられる。入口部５３は、供給された空気を複数の第１のチューブ５２のそれぞれへ分配するように、内部空間で空気の流れを拡張する。出口部５４は、内部空間を有する箱状の部材であり、排ガス流路１０１の外側に設けられ、複数の第１のチューブ５２の各流出口と内部空間が連通するように設けられる。出口部５４は、複数の第１のチューブ５２からそれぞれ流出した空気を集約する。

【0025】

本実施形態では、熱交換ユニット５１Ａの入口部５３はＸ軸方向の正側の側壁部１０１ｂに設けられ、出口部５４はＸ軸方向の負側の側壁部１０１ａに設けられる。熱交換ユニット５１Ｂの入口部５３はＸ軸方向の負側の側壁部１０１ａに設けられ、出口部５４はＸ軸方向の正側の側壁部１０１ｂに設けられる。熱交換ユニット５１Ｃの入口部５３はＸ軸方向の正側の側壁部１０１ｂに設けられ、出口部５４はＸ軸方向の負側の側壁部１０１ａに設けられる。

【0026】

本実施形態では、熱交換用の空気は、熱交換ユニット５１Ｃ，５１Ｂ，５１Ａの順で供給される。具体的には、熱交換ユニット５１Ｃの入口部５３には、空気予熱器５０の外部からの空気を供給するためのラインＬ１が接続されている。熱交換ユニット５１Ｃの出口部５４と熱交換ユニット５１Ｂの入口部５３とは、ラインＬ２を介して接続されている。熱交換ユニット５１Ｂの出口部５４と熱交換ユニット５１Ａの入口部５３とは、ラインＬ３を介して接続されている。熱交換ユニット５１Ａの出口部５４には、予熱した空気を空気予熱器５０での外部へ流出させるためのラインＬ４が接続されている。空気予熱器５０で予熱された空気は、ボイラ内で空気が用いられる各所へ供給される。例えば、空気予熱器５０で予熱された空気は、火炉３の二次燃焼用の空気として用いられてもよく、火炉３の底部で流動化用空気や燃焼空気として用いられてもよい。

【0027】

上述のように構成された空気予熱器５０は、排ガスＥＧの流れにおける下流の端部側の位置に、第１のチューブ５２の低温端腐食（酸露点腐食）を抑制するための腐食抑制構造７０を備える。なお、このような低温での腐食は、排ガスに含まれる水分が多い場合、または硫黄分が多い場合、あるいは水分及び硫黄分が多い場合に生じやすい。このような排ガスが生じ易い燃料としては、高硫黄含有率を有する石炭、石油コークス、高水分含有率を有する石炭、林地残材などの木質燃料等が挙げられる。本実施形態では、排ガスＥＧの流れに対して最も下流側に配置される熱交換ユニット５１Ｃに腐食抑制構造７０が設けられる。また、熱交換ユニット５１Ｃの中でも、排ガスＥＧの流れに対して最も下流側に配置される複数本の第１のチューブ５２に対して腐食抑制構造７０が設けられる。すなわち、腐食抑制構造７０は、流れる排ガスＥＧの温度が高いことにより、低温端腐食を起こす可能性が低い箇所には設けられない。ここでは、腐食抑制構造７０は、熱交換ユニット５１Ａ，５１Ｂの第１のチューブ５２、及び熱交換ユニット５１Ｃのうち、上流側の一部の第１のチューブ５２に対しては設けられない。

【0028】

図３を参照して、腐食抑制構造７０の詳細な構成について説明する。腐食抑制構造７０は、第１のチューブ５２と、第２のチューブ７１と、第２のチューブ７１に対する入口部７２と、第２のチューブ７１に対する出口部７３と、を備えている。腐食抑制構造７０における第１のチューブ５２の流出側の端部５２ａは、入口部７２を設けるために、側壁部１０１ａよりもＸ軸方向における負側へ突出するように延びている。腐食抑制構造７０における第１のチューブ５２の流入側の端部５２ｂは、出口部７３を設けるために、側壁部１０１ｂよりもＸ軸方向における正側へ突出するように延びている。

【0029】

第２のチューブ７１は、第１のチューブ５２を外周側から取り囲むと共に第１のチューブ５２に沿って延びる。第２のチューブ７１の中心軸線、第１のチューブ５２の中心軸線と一致するように延びていてよいが、空気の流れに影響がない範囲で、第１のチューブ５２の中心軸線とずれていてもよい。第２のチューブ７１の流入側の端部７１ａは、側壁部１０１ａよりもＸ軸方向における負側へ突出するように延びている。ただし、当該端部７１ａは、第１のチューブ５２の端部５２ａよりも突出量が少なく、端部５２ａよりもＸ軸方向における正側に配置されている。第２のチューブ７１の流出側の端部７１ｂは、側壁部１０１ｂよりもＸ軸方向における正側へ突出するように延びている。ただし、当該端部７１ｂは、第１のチューブ５２の端部５２ｂよりも突出量が少なく、端部５２ｂよりもＸ軸方向における負側に配置されている。なお、第２のチューブ７１の端部７１ａ，７１ｂは側壁部１０１ａ，１０１ｂから突出していなくともよく、少なくとも側壁部１０１ａと側壁部１０１ｂとの間の全長にわたって延びていればよい。なお、図３に示されている第１のチューブ５２の全てに対して第２のチューブ７１が設けられているが、第２のチューブ７１は、複数の第１のチューブ５２の一部に対して設けられている。すなわち、排ガスＥＧの流れに対する上流側の第１のチューブ５２には第２のチューブ７１は設けられておらず、排ガスＥＧに対して露出している。

【0030】

第１のチューブ５２と第２のチューブ７１の材料は、特に限定されないが、材料コストを抑制するために、炭素鋼などの一般的な材料を適用してよい。すなわち、腐食抑制構造７０を採用することで、チューブの材料自体を腐食に強い高価な材料を採用しなくともよい。ただし、本発明は、第１のチューブ５２と第２のチューブ７１の材料として、それらの高価な材料を用いることを排除するものではない。

【0031】

入口部７２は、内部空間を有する箱状の部材であり、排ガス流路１０１の外側に設けられ、複数の第２のチューブ７１の各流入口と内部空間が連通するように設けられる。入口部７２は、供給された空気を複数の第２のチューブ７１のそれぞれへ分配するように、内部空間で空気の流れを拡張する。第２のチューブ７１に対する入口部７２は、熱交換ユニット５１Ｃの出口部５４の内部に設けられており、当該出口部５４の内部空間と連通しないように気密性が確保されている。なお、第１のチューブ５２の端部５２ａは、入口部７２を貫通するように延びており、出口部５４の内部空間で開口するように配置されている。

【0032】

出口部７３は、内部空間を有する箱状の部材であり、排ガス流路１０１の外側に設けられ、複数の第２のチューブ７１の各流出口と内部空間が連通するように設けられる。出口部７３は、複数の第２のチューブ７１からそれぞれ流出した空気を集約する。第２のチューブ７１に対する出口部７３は、熱交換ユニット５１Ｃの入口部５３の内部に設けられており、当該入口部５３の内部空間と連通しないように気密性が確保されている。なお、第１のチューブ５２の端部５２ｂは、出口部７３を貫通するように延びており、入口部５３の内部空間で開口するように配置されている。

【0033】

第２のチューブ７１には、第１のチューブ５２を流れる空気Ａ１より温度が高い空気Ａ２が流れる。第２のチューブ７１に流れる空気Ａ２は、空気Ａ１より温度が高ければ、どこから供給される空気を採用してもよい。なお、空気Ａ１の温度は、特に限定されないが、３０〜９０℃程度であってよい。ただし、本実施形態では、第２のチューブ７１には、少なくとも一度、第１のチューブ５２を通過した後の空気が流れる。本実施形態においては、空気Ａ２として、熱交換ユニット５１Ａから排出された空気が採用される。このような空気Ａ２の温度は、概ね２００℃以上であってよい。従って、入口部７２は、熱交換ユニット５１Ａの出口部５４から延びるラインＬ４から分岐したラインＬ６と接続される（図２も参照）。これにより、ラインＬ６から供給された空気は、入口部７２を介して第２のチューブ７１へ流れる。また、出口部７３にはラインＬ７が接続されている。ラインＬ７の接続先は特に限定されないが、ラインＬ４と同様、ボイラ内において空気が用いられる各所に接続されてもよい。ただし、空気Ａ２は、二重管の外側の第２のチューブ７１を通過するため、空気圧力が低下する。従って、ラインＬ７は、高い圧力を必要としない位置（例えば、火炉上部やシール空気等）に空気を供給することで、回収熱を再利用できる。

【0034】

第２のチューブ７１に対する空気Ａ２の流量は、状況に合わせて制御されてもよい。具体的には、腐食抑制構造７０は、空気温度検出部８１と、排ガス温度検出部８２と、流量調整部８３と、制御部８４と、を備えてよい。空気温度検出部８１は、第２のチューブ７１を流れる空気Ａ２の温度を検出する。なお、空気温度検出部８１は、第２のチューブ７１内の空気Ａ２を直接測定してもよいが、第２のチューブ７１に流入する直前位置（例えばラインＬ６及び入口部７２）か、流出直後の位置（例えばラインＬ７及び出口部７３）を測定してもよい。排ガス温度検出部８２は、排ガス流路１０１のうち第１のチューブ５２が設けられる領域よりも下流側における排ガスＥＧの温度を検出する。すなわち、排ガス温度検出部８２は、排ガス流路１０１のうち、空気予熱器５０の熱交換ユニット５１Ｃよりも下流側の領域における排ガスＥＧの温度を検出する。流量調整部８３は、第２のチューブ７１に対する空気Ａ２の流量を調整する。流量調整部８３は、例えばラインＬ６に設けられた弁によって構成されてよい。制御部８４は、空気温度検出部８１及び排ガス温度検出部８２の検出結果に基づいて第２のチューブ７１へ流す空気の流量を制御する。制御部８４は、流量調整部８３に流量に応じた制御信号を送付することで、空気Ａ２の流量を調整する。

【0035】

次に、本実施形態に係る空気予熱器５０の作用・効果について説明する。

【0036】

まず、比較例に係る空気予熱器について説明する。比較例に係る空気予熱器は、本実施形態のような腐食抑制構造７０が設けられておらず、最下流側の第１のチューブ５２に第２のチューブ７１が設けられることなく、排ガスＥＧに対して露出している。ここで、ボイラの燃料として高水分、高硫黄分の燃料を用いた場合、当該燃料を燃焼することで発生する排ガスＥＧには水分が多く含まれる。排ガス中の水分が増加すると、酸露点（硫酸露点）が上昇する（使用燃料毎に異なるが概ね１１０〜１３０℃）。排ガスＥＧの酸露点が高い場合、比較例に係る空気予熱器では、排ガスＥＧの温度が低くなる下流側の端部に配置される第１のチューブ５２が腐食される低温端腐食（酸露点腐食）が発生する場合がある。

【0037】

このような低温端腐食の発生を抑制するための方法として、排ガスＥＧの温度を高く維持する方法が挙げられる。しかしながら、排ガスＥＧの温度を高くするということは排ガスＥＧの顕熱損失が増加するということであるため、結果的にボイラのボイラ効率が低下することになる。また、第１のチューブ５２を腐食に強い材料で構成する場合、材料として高級なものを採用しなくてはならず、製造コストが増加するという問題がある。

【0038】

これに対し、本実施形態に係る空気予熱器５０は、排ガス流路１０１内に設けられる第１のチューブ５２を備える。第１のチューブ５２は、当該第１のチューブ５２を流れる空気により、排ガス流路１０１を流れる排ガスＥＧの熱を回収できる。ここで、空気予熱器５０は、第１のチューブ５２を外周側から取り囲むと共に第１のチューブ５２に沿って延びる第２のチューブ７１を備えている。このように、第１のチューブ５２と第２のチューブ７１とによって二重管が構成される。また、二重管の外側のチューブである第２のチューブ７１には、第１のチューブ５２を流れる空気より温度が高い空気が流れる。これにより、熱を除去されることで排ガスＥＧが低温になっても、第１のチューブ５２は温度の高い空気が流れる第２のチューブ７１に取り囲まれているため、当該第１のチューブ５２が低温の排ガスＥＧにより腐食されることを抑制できる。以上より、ボイラ効率の低下を抑制しつつ、チューブの腐食を抑制できる。

【0039】

また、空気予熱器５０では、排ガスＥＧに晒される第２のチューブ７１には高い温度の空気が流れるため、第２のチューブ７１の管壁の温度も低温端腐食が起きない程度の温度に維持できる。従って、第１のチューブ５２及び第２のチューブ７１の材料として、腐食に強い高級な材料を用いずともよいため、製造コストを抑制することができる。

【0040】

空気予熱器５０において、第２のチューブ７１には、少なくとも一度第１のチューブ５２を通過した後の空気が流れる。少なくとも一度第１のチューブ５２を通過した空気は、排ガスＥＧの熱を回収しているため、最下流側の腐食抑制構造７０の第１のチューブ５２を通過している最中の空気Ａ１よりも温度が高い。従って、当該空気を第２のチューブ７１に流すことで、空気予熱器５０以外の場所から第２のチューブ７１に流すための高温の空気を確保する構造が不要となる。

【0041】

空気予熱器５０において、第１のチューブ５２は排ガス流路１０１内に複数設けられ、第２のチューブ７１は、複数の第１のチューブ５２の一部に対して設けられている。複数の第１のチューブ５２のうち、通過する排ガス温度が低く、低温端腐食の可能性が高いものに対してのみ第２のチューブ７１を設け、通過する排ガス温度が高く、低温端腐食の可能性が低いものに対しては第２のチューブ７１を設けない。これによって、空気予熱器５０の製造コストを抑制することができる。

【0042】

空気予熱器５０は、第２のチューブ７１を流れる空気の温度を検出する空気温度検出部８１と、排ガス流路１０１のうち第１のチューブ５２が設けられる領域よりも下流側における排ガスＥＧの温度を検出する排ガス温度検出部８２と、空気温度検出部８１及び排ガス温度検出部８２の検出結果に基づいて第２のチューブ７１へ流す空気の流量を制御する制御部８４と、を備える。このような制御を行うことにより、第２のチューブ７１に対して適切な流量の空気を流すことができる。

【0043】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0044】

例えば、上述の実施形態では、各熱交換ユニットに対して、下流側の熱交換ユニット５１Ｃから熱交換ユニット５１Ｂ、熱交換ユニット５１Ａの順に空気が流れていた。これに代えて、例えば、熱交換ユニットに対する空気の導入順序を変更してもよく、各熱交換ユニット５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに対して、並列に同時に空気を供給してよい。

【0045】

また、上述の実施形態では、空気Ａ２はラインＬ４から引き出されていたが、空気Ａ２の引き出し箇所は特に限定されない。例えば、ラインＬ２，Ｌ３等から空気Ａ２を引き出してもよい。なお、ラインＬ２，Ｌ３から引き出す空気の温度が十分出ない場合は、補助的な加熱を行ってよい。

【0046】

また、上述の実施形態では、空気Ａ２と空気Ａ１は互いに対向するように流れていたが、同方向に流れてもよい。

【符号の説明】

【0047】

５０…空気予熱器、５２…第１のチューブ、７１…第２のチューブ、８１…空気温度検出部、８２…排ガス温度検出部、８４…制御部、１０１…排ガス流路。

【図1】

【図2】

【図3】