特開 2023-158019 伝熱管および熱交換器並びに排煙処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023158019

(43)【公開日】2023-10-26

(54)【発明の名称】伝熱管および熱交換器並びに排煙処理装置

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/32 20060101AFI20231019BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20231019BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20231019BHJP

【ＦＩ】

F28F1/32 A

F23J15/00 Z ZAB

F28F1/32 F

F28F1/32 G

F28F21/08 F

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023137353

(22)【出願日】2023-08-25

(62)【分割の表示】P 2022182672の分割

【原出願日】2022-11-15

(31)【優先権主張番号】P 2022006615

(32)【優先日】2022-01-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】315016723

【氏名又は名称】三菱重工パワー環境ソリューション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 伸太郎

(72)【発明者】

【氏名】柳瀬 研治

(72)【発明者】

【氏名】田中 崇雄

(72)【発明者】

【氏名】仮屋 英治

(72)【発明者】

【氏名】徳重 信

(72)【発明者】

【氏名】中西 環奈

(72)【発明者】

【氏名】先崎 文也

(72)【発明者】

【氏名】平山 涼介

(72)【発明者】

【氏名】荒若 宏人

(57)【要約】

【課題】伝熱管および熱交換器並びに排煙処理装置において、性能の低下を抑制しながら耐久性の向上を図る。
【解決手段】円筒形状をなす素管と、素管の外周部に固定されるフィンと、を備え、素管は、二相ステンレス鋼により形成される。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒形状をなす素管と、
前記素管の外周部に固定されるフィンと、
を備え、
前記素管は、二相ステンレス鋼により形成される、
伝熱管。

【請求項2】

前記素管は、前記二相ステンレス鋼における汎用二相鋼より形成される、
請求項１に記載の伝熱管。

【請求項3】

前記素管は、前記二相ステンレス鋼であるＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌにより形成される、
請求項１または請求項２に記載の伝熱管。

【請求項4】

前記フィンは、前記二相ステンレス鋼より熱伝導率の高い材料により形成される、
請求項１に記載の伝熱管。

【請求項5】

前記フィンは、フェライト系ステンレス鋼により形成される、
請求項４に記載の伝熱管。

【請求項6】

前記フィンは、前記フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌにより形成される、
請求項５に記載の伝熱管。

【請求項7】

排ガス通路に排ガスの流れ方向に沿って配置される第１伝熱管を有する第１熱交換部と、
前記第１熱交換部より前記排ガスの流れ方向の上流側の前記排ガス通路に前記排ガスの流れ方向に沿って配置される第２伝熱管を有する第２熱交換部と、
前記第２熱交換部より前記排ガスの流れ方向の上流側の前記排ガス通路に前記排ガスの流れ方向に沿って配置される第３伝熱管を有する第３熱交換部と、
熱媒体を前記第１熱交換部、前記第２熱交換部、前記第３熱交換部の順に流す熱媒体供給ラインと、
を備え、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管と前記第３伝熱管の少なくとも一部に請求項１に記載の伝熱管が使用される、
熱交換器。

【請求項8】

前記第３熱交換部における前記排ガスの流れ方向の上流側に配置される前記第３伝熱管に前記伝熱管が使用される、
請求項７に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記第１熱交換部と前記第２熱交換部と前記第３熱交換部における壁部に隣接して配置される前記第１伝熱管と前記第２伝熱管と前記第３伝熱管に前記伝熱管が使用される、
請求項７または請求項８に記載の熱交換器。

【請求項10】

排ガスの熱の一部を回収する熱回収装置と、
熱回収後の前記排ガスに含まれるばいじんを除去する集塵装置と、
集塵後の前記排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、
脱硫後の前記排ガスを再加熱する請求項７に記載の熱交換器が適用される再加熱器と、
を備える排煙処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、伝熱管、伝熱管が適用される熱交換器、熱交換器を備える排煙処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

火力発電設備などに設けられる排煙処理装置は、熱回収装置と、電気集塵装置と、脱硫装置と、再加熱装置などから構成される。排煙処理装置にて、ボイラから排出される排ガスは、電気集塵装置により含有するばいじんが除去され、脱硫装置により含有する亜硫酸ガスが除去される。このとき、熱回収装置は、排ガスから熱を回収する。再加熱装置は、熱回収装置が回収した熱により脱硫後の排ガスを再加熱し、白煙の排出を抑制する。

【0003】

再加熱装置は、排ガス通路に配置される複数の伝熱管を有する。再加熱装置は、複数の伝熱管内に高温の熱媒体を流動させ、熱媒体と排ガス通路を流れる排ガスとの間で熱交換することで、排ガスを加熱して昇温する。再加熱装置は、例えば、完全向流方式として、排ガス通路を流れる排ガスの流れ方向に対向するように、伝熱管内に熱媒体を流動させる。すなわち、排ガス通路を流れる排ガスの流れ方向と、伝熱管内を流れる熱媒体の流れ方向とを逆方向にすることで、効率良く熱交換を行う。

【0004】

ところが、再加熱装置に流入する排ガスは、腐食性不純物含有ミストが含まれる。そのため、再加熱装置の入口側に配置される伝熱管は、腐食性不純物含有ミストの付着と蒸発の事象が繰り返し生じている。すると、伝熱管に対して、腐食性不純物の濃縮と乾湿が繰り返し行われることで、早期腐食してしまうおそれがある。このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された伝熱管は、ＳＵＳ３１６Ｌなどのオーステナイト系ステンレス鋼管にＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス鋼フィンを巻きつけたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－０４６７５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の伝熱管は、素管にオーステナイト系ステンレス鋼を使用している。オーステナイト系ステンレス鋼は、耐腐食性や耐腐食割れ性が十分ではなく、素管から水や蒸気などの熱媒体が漏れる可能性がある。そのため、伝熱管の定期的な交換が必要になり、伝熱管の交換頻度が増すことでコスト増を招いてしまう。一方で、再加熱装置を完全向流方式から、高温予熱方式に変更することが考えられるが、性能が低下してしまうという課題がある。

【0007】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、性能の低下を抑制しながら耐久性の向上を図る伝熱管および熱交換器並びに排煙処理装置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】

【0008】

上記の目的を達成するための本開示の伝熱管は、円筒形状をなす素管と、前記素管の外周部に固定されるフィンと、を備え、前記素管は、二相ステンレス鋼により形成される。

【0009】

また、本開示の熱交換器は、排ガス通路に排ガスの流れ方向に沿って配置される第１伝熱管を有する第１熱交換部と、前記第１熱交換部より前記排ガスの流れ方向の上流側の前記排ガス通路に前記排ガスの流れ方向に沿って配置される第２伝熱管を有する第２熱交換部と、前記第２熱交換部より前記排ガスの流れ方向の上流側の前記排ガス通路に前記排ガスの流れ方向に沿って配置される第３伝熱管を有する第３熱交換部と、熱媒体を前記第１熱交換部、前記第２熱交換部、前記第３熱交換部の順に流す熱媒体供給ラインと、を備え、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管と前記第３伝熱管の少なくとも一部に前記伝熱管が使用される。

【0010】

また、本開示の排煙処理装置は、排ガスの熱の一部を回収する熱回収装置と、熱回収後の前記排ガスに含まれるばいじんを除去する集塵装置と、集塵後の前記排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、脱硫後の前記排ガスを再加熱する前記熱交換器が適用される再加熱器と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示の伝熱管および熱交換器並びに排煙処理装置によれば、性能の低下を抑制しながら、耐久性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態の排煙処理装置を表す概略構成図である。

【図2】図２は、本実施形態の熱交換器としての再加熱装置を表す概略構成図である。

【図3】図３は、再加熱装置を表す概略平面図である。

【図4】図４は、再加熱装置を表す概略正面図である。

【図5】図５は、低温加熱部を表す概略平面図である。

【図6】図６は、低温加熱部を表す概略側面図である。

【図7】図７は、本実施形態の伝熱管を表す概略図である。

【図8】図８は、素管の伝熱性能を説明するための概略図である。

【図9】図９は、各材料に対する熱伝導率と耐腐食性と耐ＳＣＣ性の概略を表す評価表である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0014】

［排煙処理装置］
図１は、本実施形態の排煙処理装置を表す概略構成図である。

【0015】

本実施形態において、図１に示すように、排煙処理装置１００は、各種の発電プラントや工場などにて、ボイラ１１１から排出される排ガス（排煙）Ｇが煙突１１２から放出される過程で、排ガスＧに含まれるばいじんや硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するものである。

【0016】

排煙処理装置１００は、熱回収装置１０１と、電気集塵装置１０２と、送風装置（誘引通風機）１０３と、脱硫装置１０４と、再加熱装置１０５と、送風装置（脱硫通風機）１０６とを備える。送風装置１０３，１０６が駆動することで、ボイラ１１１から排出される排ガスＧは、熱回収装置１０１、電気集塵装置１０２、脱硫装置１０４、再加熱装置１０５を通って煙突１１２に送られる。なお、熱回収装置１０１の上流側に脱硝装置を設けてもよい。

【0017】

ボイラ１１１は、２つの排ガス通路１２１ａ，１２１ｂが設けられる。排ガス通路１２１ａは、熱回収装置１０１ａと電気集塵装置１０２ａと送風装置１０３ａが設けられ、排ガス通路１２１ｂは、熱回収装置１０１ｂと電気集塵装置１０２ｂと送風装置１０３ｂが設けられる。２つの排ガス通路１２１ａ，１２１ｂは、下流側が排ガス通路１２１ｃに合流する。排ガス通路１２１ｃは、脱硫装置１０４と再加熱装置１０５が設けられる。排ガス通路１２１ｃは、下流側が２つの排ガス通路１２１ｄ，１２１ｅに分岐する。排ガス通路１２１ｄは、送風装置１０６ａが設けられ、排ガス通路１２１ｅは、送風装置１０６ｂが設けられる。２つの排ガス通路１２１ｄ，１２１ｅは、下流側が排ガス通路１２１ｆに合流する。排ガス通路１２１ｆは、煙突１１２に連結される。また、排ガス通路１２１ｃにおける脱硫装置１０４の上流側と排ガス通路１２１ｆとを連結する排ガス通路１２１ｇが設けられる。排ガス通路１２１ｇは、開閉弁１２２が設けられる。

【0018】

熱回収装置１０１（１０１ａ，１０１ｂ）は、ボイラ１１１から排出された排ガスＧ（約１４０℃）と熱媒体（水など）との間で熱交換することで、排ガスＧから熱を回収する。熱回収装置１０１で熱回収された排ガスＧ（約９０℃）は、電気集塵装置１０２（１０２ａ，１０２ｂ）に導入される。電気集塵装置１０２は、排ガスＧからばいじんを除去する。

【0019】

電気集塵装置１０２でばいじんが除去された排ガスＧは、脱硫装置１０４に導入される。脱硫装置１０４は、石灰石（ＣａＣＯ_３）により、排ガスＧ中の硫黄酸化物を吸収除去し、副生成物として石膏（ＣａＳＯ_４．２Ｈ_２Ｏ）を生成する。脱硫装置１０４は、ミストエリミネータ１２３を有する。ミストエリミネータ１２３は、脱硫後の排ガスＧからミストを除去する。

【0020】

脱硫装置１０４により脱硫処理された排ガスＧ（約５０℃）は、ガスガスヒータの再加熱装置１０５に導入される。再加熱装置１０５は、熱回収装置１０１との間で熱媒体を循環する過程で、熱回収装置１０１により回収された熱により排ガスＧを再加熱する。熱回収装置１０１と再加熱装置１０５とは、第１熱媒体循環ラインＬ１１および第２熱媒体循環ラインＬ１２により連結される。第１熱媒体循環ラインＬ１１は、循環ポンプ１３１が設けられる。循環ポンプ１３１を駆動することで、再加熱装置１０５の熱媒体を第１熱媒体循環ラインＬ１１により熱回収装置１０１に戻す。第２熱媒体循環ラインＬ１２は、ヒータ１３２が設けられる。循環ポンプ１３１により熱回収装置１０１の熱媒体を第２熱媒体循環ラインＬ１２により再加熱装置１０５に供給する。この過程で、必要に応じてヒータ１３２を作動することで、熱媒体を加熱する。

【0021】

排ガスＧは、脱硫装置１０４で脱硫処理されることで温度が低下し、低温のままでは拡散しにくく白煙になるおそれがある。再加熱装置１０５は、拡散および白煙低減を目的として排ガスＧを再加熱することで昇温（約９０℃）させ、煙突１１２から大気に放出する。

【0022】

［再加熱装置の構成］
図２は、本実施形態の熱交換器としての再加熱装置を表す概略構成図である。本実施形態では、本発明の熱交換器を、上述した排煙処理装置１００における再加熱装置１０５に適用して説明する。

【0023】

図２に示すように、再加熱装置１０５は、完全向流方式の熱交換器であるが、高温予熱向流方式や他の方式の熱交換器であってもよい。

【0024】

再加熱装置１０５は、高温加熱部１１と、中温加熱部１２と、低温加熱部１３とを備える。高温加熱部１１と中温加熱部１２と低温加熱部１３は、排ガス通路１２１ｃに配置される。

【0025】

高温加熱部１１は、複数の第１伝熱管２１を有する。第１伝熱管２１は、排ガス通路１２１ｃに排ガスＧの流れ方向に沿って配置される。第１伝熱管２１は、排ガスＧの流れ方向の下流側に位置する端部２１ａが第１ヘッダ２２に連結され、排ガスＧの流れ方向の上流側に位置する端部２１ｂが第２ヘッダ２３に連結される。

【0026】

中温加熱部１２は、高温加熱部１１より排ガスＧの流れ方向の上流側に配置される。中温加熱部１２は、複数の第２伝熱管３１を有する。第２伝熱管３１は、排ガス通路１２１ｃに排ガスＧの流れ方向に沿って配置される。第２伝熱管３１は、排ガスＧの流れ方向の下流側に位置する端部３１ａが第１ヘッダ３２に連結され、排ガスＧの流れ方向の上流側に位置する端部３１ｂが第２ヘッダ３３に連結される。

【0027】

低温加熱部１３は、中温加熱部１２より排ガスＧの流れ方向の上流側に配置される。低温加熱部１３は、複数の第３伝熱管４１を有する。第３伝熱管４１は、排ガス通路１２１ｃに排ガスＧの流れ方向に沿って配置される。第３伝熱管４１は、排ガスＧの流れ方向の下流側に位置する端部４１ａが第１ヘッダ４２に連結され、排ガスＧの流れ方向の上流側に位置する端部４１ｂが第２ヘッダ４３に連結される。

【0028】

第２熱媒体循環ラインＬ１２は、上流側の端部が熱回収装置１０１に接続され、下流側の端部が高温加熱部１１の第１ヘッダ２２に接続される。第１熱媒体循環ラインＬ１１は、下流側の端部が熱回収装置１０１に接続され、上流側の端部が低温加熱部１３の第２ヘッダ４３に接続される。高温加熱部１１の第２ヘッダ２３と中温加熱部１２の第１ヘッダ３２は、第１接続ラインＬ２１よりに接続される。中温加熱部１２の第２ヘッダ３３と低温加熱部１３の第１ヘッダ４２は、第２接続ラインＬ２２よりに接続される。

【0029】

また、第１熱媒体循環ラインＬ１１は、循環ポンプ１３１とドレンタンク１３３が設けられ、第２熱媒体循環ラインＬ１２は、ヒータ１３２が設けられる。そして、蒸気供給源（図示略）からヒータ１３２、ドレンタンク１３３に対して蒸気ラインＬ１３が設けられ、ドレンタンク１３３に蒸気ドレンラインＬ１４が設けられる。そして、蒸気ラインＬ１３は、開閉弁１３４が設けられる。

【0030】

そのため、熱回収された高温の熱媒体は、第２熱媒体循環ラインＬ１２から高温加熱部１１の第１伝熱管２１における排ガスＧの流れ方向における下流側の端部２１ａに供給される。第１伝熱管２１の熱媒体は、排ガスＧの流れ方向における上流側の端部２１ｂから第１接続ラインＬ２１により中温加熱部１２の第２伝熱管３１における排ガスＧの流れ方向における下流側の端部３１ａに供給される。第２伝熱管３１の熱媒体は、排ガスＧの流れ方向における上流側の端部３１ｂから第２接続ラインＬ２２により低温加熱部１３の第３伝熱管４１における排ガスＧの流れ方向における下流側の端部４１ａに供給される。第３伝熱管４１の熱媒体は、排ガスＧの流れ方向における上流側の端部４１ｂから第１熱媒体循環ラインＬ１１に排出される。

【0031】

図３は、再加熱装置を表す概略平面図、図４は、再加熱装置を表す概略正面図である。

【0032】

再加熱装置１０５は、第１バンドル５１と、第２バンドル５２と、第３バンドル５３を備える。第１バンドル５１は、高温加熱部１１により構成され、第２バンドル５２は、中温加熱部１２により構成され、第３バンドル５３は、低温加熱部１３により構成される。第１バンドル５１は、第１ハウジング５４の内部に複数の第１伝熱管２１が配置され、第２バンドル５２は、第２ハウジング５５の内部に複数の第２伝熱管３１が配置され、第３バンドル５３は、第３ハウジング５６の内部に複数の第３伝熱管４１が配置される。

【0033】

高温加熱部１１にて、第１ヘッダ２２は、第１バンドル５１の第１ハウジング５４における排ガスＧの流れ方向の下流側に固定され、第２ヘッダ２３は、第１バンドル５１の第１ハウジング５４における排ガスＧの流れ方向の上流側に固定される。中温加熱部１２にて、第１ヘッダ３２は、第２バンドル５２の第２ハウジング５５における排ガスＧの流れ方向の下流側に固定され、第２ヘッダ３３は、第２バンドル５２の第２ハウジング５５における排ガスＧの流れ方向の上流側に固定される。低温加熱部１３にて、第１ヘッダ４２は、第３バンドル５３の第３ハウジング５６における排ガスＧの流れ方向の下流側に固定され、第２ヘッダ４３は、第３バンドル５３の第３ハウジング５６における排ガスＧの流れ方向の上流側に固定される。

【0034】

第１ヘッダ２２は、内部に連通するフランジ接手２４が取付けられ、第２ヘッダ２３は、内部に連通するフランジ接手２５が取付けられる。複数の第１伝熱管２１は、Ｕ字形状をなす複数の連結管２６により直列に連結され、排ガスＧの流れ方向に沿う面方向に配置される。直列に連結された複数の第１伝熱管２１は、排ガスＧの流れ方向に直交する方向に所定間隔を空けて複数配置されることで、第１伝熱管群が構成される。複数の第１伝熱管２１は、端部２１ａが第１ヘッダ２２に連結され、端部２１ｂが第２ヘッダ２３に連結される。

【0035】

第１ヘッダ３２は、内部に連通するフランジ接手３４が取付けられ、第２ヘッダ３３は、内部に連通するフランジ接手３５が取付けられる。複数の第２伝熱管３１は、Ｕ字形状をなす複数の連結管３６により直列に連結され、排ガスＧの流れ方向に沿う面方向に配置される。直列に連結された複数の第２伝熱管３１は、排ガスＧの流れ方向に直交する方向に所定間隔を空けて複数配置されることで、第２伝熱管群が構成される。複数の第２伝熱管３１は、端部３１ａが第１ヘッダ３２に連結され、端部３１ｂが第２ヘッダ３３に連結される。

【0036】

第１ヘッダ４２は、内部に連通するフランジ接手４４が取付けられ、第２ヘッダ４３は、内部に連通するフランジ接手４５が取付けられる。複数の第３伝熱管４１は、Ｕ字形状をなす複数の連結管４６により直列に連結され、排ガスＧの流れ方向に沿う面方向に配置される。直列に連結された複数の第３伝熱管４１は、排ガスＧの流れ方向に直交する方向に所定間隔を空けて複数配置されることで、第３伝熱管群が構成される。複数の第３伝熱管４１は、端部４１ａが第１ヘッダ４２に連結され、端部４１ｂが第２ヘッダ４３に連結される。

【0037】

第２熱媒体循環ラインＬ１２を構成する配管の端部は、フランジ接手２４を介して第１ヘッダ２２に連結される。第１接続ラインＬ２１を構成する配管の一端部は、フランジ接手２５を介して第２ヘッダ２３に連結され、第１接続ラインＬ２１を構成する配管の他端部は、フランジ接手３４を介して第１ヘッダ３２に連結される。第２接続ラインＬ２２を構成する配管の一端部は、フランジ接手３５を介して第２ヘッダ３３に連結され、第２接続ラインＬ２２を構成する配管の他端部は、フランジ接手４４を介して第１ヘッダ４２に連結される。第１熱媒体循環ラインＬ１１を構成する配管の端部は、フランジ接手４５を介して第２ヘッダ４３に連結される。

【0038】

［再加熱装置の作動］
図１および図２に示すように、熱回収装置１０１（１０１ａ，１０１ｂ）は、排ガスＧと熱媒体との間で熱交換することで、排ガスＧから熱を回収する。熱が回収された排ガスＧは、電気集塵装置１０２および脱硫装置１０４を通って再加熱装置１０５に流れる。一方、熱を回収した熱媒体は、第２熱媒体循環ラインＬ１２により再加熱装置１０５に送られる。

【0039】

熱媒体は、第２熱媒体循環ラインＬ１２から高温加熱部１１の複数の第１伝熱管２１の端部２１ａに供給される。高温加熱部１１は、熱媒体が端部２１ａから端部２１ｂに流れるとき、排ガス通路１２１ｃを流れる排ガスＧとの間で熱交換することで、排ガスＧを加熱する。高温加熱部１１で熱交換した熱媒体は、第１伝熱管２１から第１接続ラインＬ２１を通って中温加熱部１２の複数の第２伝熱管３１の端部３１ａに供給される。中温加熱部１２は、熱媒体が端部３１ａから端部３１ｂに流れるとき、排ガス通路１２１ｃを流れる排ガスＧとの間で熱交換することで、排ガスＧを加熱する。

【0040】

中温加熱部１２で熱交換した熱媒体は、第２伝熱管３１から第２接続ラインＬ２２を通って低温加熱部１３の複数の第３伝熱管４１の端部４１ａに供給される。低温加熱部１３は、熱媒体が端部４１ａから端部４１ｂに流れるとき、排ガス通路１２１ｃを流れる排ガスＧとの間で熱交換することで、排ガスＧを加熱する。その後、低温加熱部１３で熱交換した熱媒体は、第３伝熱管４１から第１熱媒体循環ラインＬ１１に排出され、第１熱媒体循環ラインＬ１１により熱回収装置１０１に送られる。

【0041】

［低温加熱部の構成］
図５は、低温加熱部を表す概略平面図、図６は、低温加熱部を表す概略側面図である。

【0042】

図５および図６に示すように、低温加熱部１３は、第３バンドル５３により構成される。第３バンドル５３は、第３ハウジング５６の内部に複数の第３伝熱管４１が配置される。第１ヘッダ４２は、第３ハウジング５６の一端部に固定され、第２ヘッダ４３は、第３ハウジング５６の他端部に固定される。複数の第３伝熱管４１は、排ガスＧの流れ方向に沿って配置されたものが複数の連結管４６により直列に連結され、直列に連結された複数の第３伝熱管４１は、排ガスＧの流れ方向に直交する方向に所定間隔を空けて複数配置される。

【0043】

第３ハウジング５６は、内部に複数（図５および図６では、１つだけ記載）の支持板６１が配置される。複数の支持板６１は、第３伝熱管４１の長手方向に所定間隔を空けて配置され、周囲が第３ハウジング５６に固定される。支持板６１は、複数の支持孔６２が形成される。複数の支持孔６２は、支持板６１に等間隔を空けて配置され、例えば、格子状または千鳥格子状に形成される。複数の第３伝熱管４１は、複数の支持孔６２に挿通されて支持される。

【0044】

また、第３ハウジング５６は、内部に共鳴防止板６３が配置される。共鳴防止板６３は、複数の第３伝熱管４１の間に位置し、周囲が第３ハウジング５６に固定される。共鳴防止板６３は、複数の第３伝熱管４１が配置された第３ハウジング５６の内部を２つの空間部に区画する。なお、共鳴防止板６３を複数配置し、第３ハウジング５６の内部を複数の空間部に区画してもよい。そのため、共鳴防止板６３により、複数の第３伝熱管４１が振動することで発生する音の共鳴が抑制される。

【0045】

さらに、第３ハウジング５６は、周囲に複数の支持脚６４が設けられる。複数の支持脚６４は、上部が第３ハウジング５６の外面に固定され、下端部が所定の床面に設置される。支持脚６４は、筒形状に形成される。支持脚６４は、Ｃ字断面形状であるが、円筒形状、楕円筒形状、多角筒形状などであってもよい。

【0046】

なお、ここでは、低温加熱部１３の構成について説明したが、高温加熱部１１および中温加熱部１２も同様の構成となっている。

【0047】

［伝熱管の構成］
図７は、本実施形態の伝熱管を表す概略図である。以下で説明する伝熱管は、第１伝熱管２１、第２伝熱管３１、第３伝熱管４１に適用される。

【0048】

図７に示すように、伝熱管７０は、素管７１と、フィン７２とを有する。素管７１は、円筒形状をなす配管である。素管７１は、外周面にフィン７２が固定される。フィン７２は、らせん形状をなすように素管７１の外周面に固定される。そのため、伝熱管７０は、フィンチューブとして構成される。伝熱管７０としてのフィンチューブは、素管７１における直線部だけにフィン７２が固定される。例えば、第３伝熱管４１は、端部４１ａ，４１ｂや連結管４６（いずれも図５参照）にフィン７２が設けられていない。

【0049】

伝熱管７０にて、素管７１は、二相ステンレス鋼により形成される。素管７１は、二相ステンレス鋼における汎用二相鋼より形成されることが好ましい。二相ステンレス鋼は、リーン二相鋼と、汎用二相鋼と、スーパー二相鋼などに分類される。リーン二相鋼は、２２％Ｃｒ－ＬｏｗＮｉ－Ｎ系であり、ＰＲＥＮ（孔食指数）が３０以下である。すなわち、リーン二相鋼は、Ｎｉ含有量が低く、Ｍｏをほとんど含まないステンレスである。リーン二相鋼としては、例えば、ＳＵＳ８２１Ｌ１、ＳＵＳ３２３Ｌなどがある。汎用二相鋼は、２２％Ｃｒ－５％Ｎｉ－３％Ｍｏ－Ｎ系であり、ＰＲＥＮ（孔食指数）が約３５である。すなわち、汎用二相鋼は、耐海水腐食性に優れる。汎用二相鋼としては、例えば、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌなどがある。スーパー二相鋼は、２５％Ｃｒ－７％Ｎｉ－４％Ｍｏ－Ｎ系であり、ＰＲＥＮ（孔食指数）が４０以上である。スーパー二相鋼は、耐食性に優れる。スーパー二相鋼としては、例えば、ＳＵＳ３２７Ｌ１などがある。

【0050】

伝熱管７０の素管７１は、前述したように、二相ステンレス鋼における汎用二相鋼より形成されることが好ましいが、特に、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌにより形成されることが最適である。

【0051】

一方、伝熱管７０にて、フィン７２は、二相ステンレス鋼より熱伝導率の高い材料により形成される。具体的に、フィン７２は、フェライト系ステンレス鋼により形成される。この場合、フィン７２は、フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌにより形成されることが好ましい。

【0052】

なお、伝熱管７０のフィン７２は、フェライト系ステンレス鋼に限定されるものではない。フィン７２は、オーステナイト系ステンレス鋼により形成してもよく、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌにより形成してもよい。

【0053】

近年、排煙処理装置１００（図１参照）では、処理する排ガス量が増加すると共に、排ガス温度が上昇している。しかし、排ガスは、脱硫装置１０４の下流では、腐食性不純物含有ミストが含まれることから、再加熱装置１０５で使用される伝熱管の早期腐食が課題となる。そして、再加熱装置１０５は、性能の向上および耐久性の向上が求められる。従来、伝熱管は、素管およびフィンにオーステナイト系ステンレス鋼を使用していた。ところが、オーステナイト系ステンレス鋼は、耐ＳＣＣ（ＳＣＣ：Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）性が低い。そのため、伝熱管の素管にオーステナイト系ステンレス鋼を使用すると、腐食環境下で素管に引張応力が作用したとき、素管に応力腐食割れが発生して熱媒体が漏洩してしまうという課題がある。

【0054】

再加熱装置１０５の性能を優先した場合、伝熱管７０の素管７１やフィン７２に熱伝導率の良い材料を適用することが考えられる。熱伝導率は、炭素鋼が最も高く、フェライト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼の順に低くなる。一方、耐腐食性は、二相ステンレス鋼が最も高く、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼の順に低くなる。また、耐ＳＣＣ性は、フェライト系ステンレス鋼や炭素鋼が高く、二相ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼の順に低くなる。

【0055】

図８は、素管の伝熱性能を説明するための概略図である。

【0056】

ところで、図８に示すように、素管７１は、内部に熱媒体Ｗが流れ、外部に排ガスＧが流れる。そして、素管７１は、内部を流れる熱媒体Ｗの熱が外部を流れる排ガスＧに伝達することで、熱媒体Ｗにより排ガスＧが加熱される。このとき、素管７１は、外周面に所定厚さの境膜７１ａが形成されると共に、内周面に所定厚さの境膜７１ｂが形成される。一般的にガス側の境膜７１ｂの熱抵抗の方が大きいので、ガス側の温度勾配を小さくなる。そして、素管７１は、境膜７１ａ，７１ｂが抵抗となり、この境膜７１ａ，７１ｂの影響を受け、材料の種類が変わっても、伝熱性能がほとんど変わらない。例えば、素管７１が炭素鋼であるとき、排ガスＧの温度Ｔが外周面の境膜７１ａに作用すると、熱が素管７１を伝達するときに温度が低下し、境膜７１ｂを介して熱媒体Ｗに温度Ｔ２が作用する。一方、素管７１がステンレス鋼であるとき、排ガスＧの温度Ｔが外周面の境膜７１ａに作用すると、熱が素管７１を伝達するときに温度が低下し、境膜７１ｂを介して熱媒体Ｗに温度Ｔ３が作用する。このとき、温度Ｔ２と温度Ｔ３は、ほとんど変わらない。

【0057】

このように素管７１は、材料が変わっても、伝熱性能がほとんど変わらないことから、耐久性能（耐腐食性）の高い材料として、二相ステンレス鋼を採用する。一方、フィン７２は、境膜がガス流れの乱れにより形成しにくく（薄く）、材料の種類が変わると、伝熱性能が大きく変動する。また、フィン７２は、表面積が素管７１の表面積より数倍大きい。そのため、フィン７２は、耐久性よりも伝熱性能を考慮し、ステンレス鋼で耐食性が劣るものの、熱伝導率の高い材料として、フェライト系ステンレス鋼（または、オーステナイト系ステンレス鋼）を採用する。ここで、素管７１は、腐食割れが発生すると、熱媒体が漏れることから、耐腐食性の高い二相ステンレス鋼を採用し、フィン７２は、腐食割れが発生しても、熱媒体が漏れないことから、伝熱性能が高いフェライト系ステンレス鋼（または、オーステナイト系ステンレス鋼）を採用する。そのため、伝熱管７０は、耐久性と伝熱性の相互バランスが良いフィンチューブとなる。

【0058】

図９は、各材料に対する熱伝導率と耐腐食性と耐ＳＣＣ性の概略を表す評価表である。

【0059】

図９に示す評価表は、二相ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼とを熱伝導率と耐腐食性と耐ＳＣＣ性に対して評価したものであり、評価値を１～１０としており、評価値１０が最も優れたものである。ここで、熱伝導率は、フェライト系ステンレス鋼の評価値を１０とし、耐腐食性は、二相ステンレス鋼の評価値を１０とし、耐ＳＣＣ性は、フェライト系ステンレス鋼の評価値を１０として判定している。

【0060】

図９に示すように、素管７１の材料として採用する二相ステンレス鋼は、熱伝導率の評価値７、耐腐食性の評価値１０、耐ＳＣＣ性の評価値８である。また、フィン７２の材料として採用するフェライト系ステンレス鋼は、熱伝導率の評価値１０、耐腐食性の評価値６、耐ＳＣＣ性の評価値１０である。すなわち、素管７１は、材料の種類によって伝熱性能がほとんど変わらないことから、耐腐食性の高い材料である二相ステンレス鋼を採用することが好ましい。フィン７２は、材料の種類によって伝熱性能が大きく変動し、熱媒体の漏れがないことから、熱伝導率の高い材料であるフェライト系ステンレス鋼を採用することが好ましい。

【0061】

本実施形態では、円筒形状をなす素管の外周部にフィンが固定される伝熱管の製造方法は、素管７１を二相ステンレス鋼により形成し、フィン７２を二相ステンレス鋼より熱伝導率の高い材料であるフェライト系ステンレス鋼により形成する。

【0062】

［伝熱管の配置位置］
図３に示すように、再加熱装置１０５は、高温加熱部１１と、中温加熱部１２と、低温加熱部１３とから構成され、高温加熱部１１に第１伝熱管２１が収容され、中温加熱部１２に第２伝熱管３１が収容され、低温加熱部１３に第３伝熱管４１が収容される。二相ステンレス鋼からなる素管７１と、フェライト系ステンレス鋼（または、オーステナイト系ステンレス鋼）からなるフィン７２とを有する伝熱管７０は、第１伝熱管２１と第２伝熱管３１と第３伝熱管４１の少なくとも一部に使用される。

【0063】

図５および図６に示すように、低温加熱部１３は、第３バンドル５３により構成され、第３バンドル５３は、第３ハウジング５６の内部に複数の第３伝熱管４１が配置されて構成される。そして、第３ハウジング５６は、内部に複数の第３伝熱管４１の間に位置するように共鳴防止板６３が配置される。そのため、排ガスは、第３ハウジング５６や共鳴防止板６３などの壁部の近傍が流れやすく、壁部に隣接配置された第３伝熱管４１の早期腐食が懸念される。そこで、少なくとも第３ハウジング５６や共鳴防止板６３などの壁部に隣接する第３伝熱管４１に、二相ステンレス鋼からなる素管７１と、フェライト系ステンレス鋼（または、オーステナイト系ステンレス鋼）からなるフィン７２とを有する伝熱管７０を使用する。

【0064】

そして、第３ハウジング５６や共鳴防止板６３などの壁部に隣接配置されていない第３伝熱管４１は、二相ステンレス鋼からなる素管７１が採用されていない従来のオーステナイト系ステンレス鋼や炭素鋼などからなる伝熱管を使用する。なお、高温加熱部１１と中温加熱部１２も同様である。

【0065】

また、再加熱装置１０５の低温加熱部１３は、脱硫装置１０４で処理されて腐食性不純物含有ミストが飽和状態にある排ガスＧが導入される。そのため、低温加熱部１３は、排ガスＧの流れ方向の上流側に配置された第３伝熱管４１の早期腐食が懸念される。そこで、低温加熱部１３の排ガスＧの流れ方向の上流側、つまり、入口側に配置された数本の第３伝熱管４１は、二相ステンレス鋼からなる素管７１と、フェライト系ステンレス鋼（または、オーステナイト系ステンレス鋼）からなるフィン７２とを有する伝熱管７０を使用する。

【0066】

そして、低温加熱部１３の排ガスＧの流れ方向の下流側、つまり、出口側に配置された数本の第３伝熱管４１は、二相ステンレス鋼からなる素管７１が採用されていない従来のオーステナイト系ステンレス鋼や炭素鋼などからなる伝熱管を使用する。

【0067】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る伝熱管は、円筒形状をなす素管７１と、素管７１の外周部に固定されるフィン７２とを備え、素管７１は、二相ステンレス鋼により形成される。

【0068】

第１の態様に係る伝熱管によれば、素管７１を二相ステンレス鋼により形成することから、性能の低下を抑制しながら、耐久性を向上することができる。

【0069】

第２の態様に係る伝熱管は、素管７１が二相ステンレス鋼における汎用二相鋼より形成される。これにより、より適切な材料により素管７１を製作することができる。

【0070】

第３の態様に係る伝熱管は、素管７１が二相ステンレス鋼であるＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌにより形成される。これにより、最適な材料により素管７１を製作することができる。

【0071】

第４の態様に係る伝熱管は、フィン７２が二相ステンレス鋼より熱伝導率の高い材料により形成される。これにより、より適切な材料によりフィン７２を製作することができる。

【0072】

第５の態様に係る伝熱管は、フィン７２がフェライト系ステンレス鋼により形成される。これにより、最適な材料によりフィン７２を製作することができる。

【0073】

第６の態様に係る伝熱管は、フィン７２がフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌにより形成される。これにより、より適切な素材によりフィン７２を製作することができる。そして、透磁率の影響から、オーステナイト系ステンレス鋼よりも製作における消費電力を半分近く低減することができる。

【0074】

第７の態様に係る熱交換器は、排ガス通路１２１ｃに排ガスＧの流れ方向に沿って配置される第１伝熱管２１を有する高温加熱部１１と、高温加熱部１１より排ガスＧの流れ方向の上流側の排ガス通路１２１ｃに排ガスＧの流れ方向に沿って配置される第２伝熱管３１を有する中温加熱部１２と、中温加熱部１２より排ガスＧの流れ方向の上流側の排ガス通路１２１ｃに排ガスＧの流れ方向に沿って配置される第３伝熱管４１を有する低温加熱部１３と、熱媒体を高温加熱部１１、中温加熱部１２、低温加熱部１３の順に流す熱媒体循環ラインＬ１１，Ｌ１２および接続ラインＬ２１，Ｌ２２（熱媒体供給ライン）と備え、第１伝熱管２１と第２伝熱管３１と第３伝熱管４１の少なくとも一部に伝熱管７０を使用する。これにより、排ガスによる早期腐食が懸念される位置に伝熱管７０を配置することで、伝熱管７０の寿命を延長することで、交換時期を先延ばしすることができる。

【0075】

第８の態様に係る熱交換器は、低温加熱部１３における排ガスＧの流れ方向の上流側に配置される第３伝熱管４１に伝熱管７０を使用する。これにより、排ガスによる早期腐食が懸念される上流側の第３伝熱管４１に伝熱管７０を適用することで、伝熱管７０の寿命を延長することで、交換時期を先延ばしすることができる。

【0076】

第９の態様に係る熱交換器は、高温加熱部１１と中温加熱部１２と低温加熱部１３における壁部に隣接して配置される第１伝熱管２１と第２伝熱管３１と第３伝熱管４１に伝熱管７０を使用する。これにより、排ガスによる早期腐食が懸念される壁部に隣接した第１伝熱管２１と第２伝熱管３１と第３伝熱管４１に伝熱管７０を適用することで、伝熱管７０の寿命を延長することで、交換時期を先延ばしすることができる。

【0077】

第１０の態様に係る排煙処理装置は、排ガスＧの熱の一部を回収する熱回収装置１０１と、熱回収後の排ガスＧに含まれるばいじんを除去する電気集塵装置１０２と、集塵後の排ガスＧに含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置１０４と、脱硫後の排ガスＧを再加熱する再加熱装置１０５とを備える。これにより、伝熱管７０の交換時期を先延ばしすることで、再加熱装置１０５の寿命を延長することができる。

【0078】

なお、上述した実施形態にて、再加熱装置１０５は、高温加熱部１１と中温加熱部１２と低温加熱部１３を備える。この場合、第１伝熱管２１、第２伝熱管３１、第３伝熱管４１の長さや本数は、使用形態に応じて適宜設定すればよいものである。また、再加熱装置１０５を、高温加熱部１１と低温加熱部１３とから構成してもよい。

【0079】

また、上述した実施形態にて、再加熱装置１０５が第１バンドル５１と第２バンドル５２第３バンドル５３を備え、高温加熱部１１により第１バンドル５１を構成し、中温加熱部１２により第２バンドル５２を構成し、低温加熱部１３により第３バンドル５３を構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、中温加熱部１２と低温加熱部１３を共用のバンドルにより構成してもよい。

【0080】

また、上述した実施形態では、本発明の熱交換器を排煙処理装置１００の再加熱装置１０５に適用して説明したが、別の熱交換器に適用してもよい。

【符号の説明】

【0081】

１１ 高温加熱部（第１熱交換部）
１２ 中温加熱部（第２熱交換部）
１３ 低温加熱部（第３熱交換部）
２１ 第１伝熱管
２１ａ，２１ｂ 端部
２２ 第１ヘッダ
２３ 第２ヘッダ
２４，２５ フランジ接手
２６ 連結管
３１ 第２伝熱管
３１ａ，３１ｂ 端部
３２ 第１ヘッダ
３３ 第２ヘッダ
３４，３５ フランジ接手
３６ 連結管
４１ 第３伝熱管
４１ａ，４１ｂ 端部
４２ 第１ヘッダ
４３ 第２ヘッダ
４４，４５ フランジ接手
４６ 連結管
５１ 第１バンドル
５２ 第２バンドル
５３ 第３バンドル
５４ 第１ハウジング
５５ 第２ハウジング
５６ 第３ハウジング
６１ 支持板
６２ 支持孔
６３ 共鳴防止板
６４ 支持脚
７１ 素管
７２ フィン
１００ 排煙処理装置
１０１，１０１ａ，１０１ｂ 熱回収装置
１０２，１０２ａ，１０２ｂ 電気集塵装置
１０３，１０３ａ，１０３ｂ 送風装置
１０４ 脱硫装置
１０５ 再加熱装置
１０６，１０６ａ，１０６ｂ 送風装置
１１１ ボイラ
１１２ 煙突
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆ，１２１ｇ 排ガス通路
１２２ 開閉弁
１２３ ミストエリミネータ
１３１ 循環ポンプ
１３２ ヒータ
１３３ ドレンタンク
１３４ 開閉弁
Ｌ１１ 第１熱媒体循環ライン
Ｌ１２ 第２熱媒体循環ライン
Ｌ１３ 蒸気ライン
Ｌ１４ 蒸気ドレンライン
Ｌ２１ 第１接続ライン
Ｌ２２ 第２接続ライン
Ｇ 排ガス
Ｗ 熱媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】