(57)【要約】【課題】多量の硫酸凝縮による腐食に十分に耐えられ、しかも、安価で割れの心配がない新たな耐久性に優れた伝熱エレメントを備えた回転再生式熱交換器を提供する。【解決手段】ロータ２ｂに装填した伝熱エレメント２ｃを蓄熱体として、高温の燃焼ガスＧ１と低温の燃焼用空気Ａ１を交互に接触させることにより、燃焼ガスＧ１の熱を燃焼用空気Ａ１に伝達させて、燃焼用空気Ａ１を予熱する回転再生式熱交換器において、上記伝熱エレメント２ｃが、質量％で、Ｃ：０．１４％以下、Ｓｉ：０．７〜１．１％、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．８〜１．５％、Ｃｕ：０．２５〜０．５５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板で構成されることを特徴とする回転再生式熱交換器。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに装填した伝熱エレメントを蓄熱体として、高温の燃焼ガスと低温の燃焼用空気とを交互に接触させることにより、燃焼ガスの熱を燃焼用空気に伝達させて、該燃焼用空気を予熱する回転再生式熱交換器において、前記伝熱エレメントが、質量％で、
Ｃ　：０．１４％以下、
Ｓｉ：０．７〜１．１％、
Ｍｎ：０．１〜０．８％、
Ｐ　：０．０３％以下、
Ｓ　：０．０３％以下、
Ｃｒ：０．８〜１．５％、
Ｃｕ：０．２５〜０．５５％、
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板で構成されることを特徴とする回転再生式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータに装填した伝熱エレメントを蓄熱体として、高温の燃焼ガスと低温の燃焼用空気を交互に接触させることにより、燃焼ガスの熱を燃焼用空気に伝達させて、該燃焼用空気を予熱する回転再生式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、火力発電所において使用される回転再生式熱交換器は、石油系燃料、石炭系燃料あるいはＬＮＧ（液化天然ガス）燃料を用いるボイラに予熱した燃焼用空気を供給するために、該ボイラからの高温の燃焼ガスの熱を一旦伝熱エレメントに蓄熱し、ローターの回転に伴って燃焼用空気に伝達させることにより、該燃焼用空気を予熱する。
【０００３】
従来の回転再生式熱交換器において、硫黄分を含む石油あるいは石炭系燃料のボイラの場合には、特に低温側の伝熱エレメントに硫酸凝縮が生じて、該伝熱エレメントが硫酸露点腐食を受ける。腐食を受けた伝熱エレメントは、伝熱効率が低下するだけでなく、寿命が短くなる等の問題点を有する。
【０００４】
上記硫酸凝縮による腐食を受ける伝熱エレメントは、微量のＣｕやＣｒを添加した低合金耐食鋼（ＣＲＬＳ：Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ＬｏｗＡｌｌｏｙ　Ｓｔｅｅｌ）の鋼板を使用して製造することにより、普通鋼板製よりも長寿命のエレメントが得られることが、例えば、火力原子力発電，Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．８，　ｐ１１９，１９９１，に開示されている。
【０００５】
しかしながら、１質量％を超える硫黄分を含む燃料、例えばＣ重油焚きの設備では、高硫黄分ゆえに硫酸凝結量が多くなり、低合金耐食鋼製エレメントでも３〜４年毎の交換が必要であった。また、既存のエナメル被覆エレメントではエナメル層の割れの心配やコストが高いという問題がある。そのため、比較的高い硫黄分を含む燃料焚きで厳しい硫酸露点腐食が生じる回転再生式熱交換器において、安価で割れの心配がなく、耐久性に優れた伝熱エレメントの開発が切望されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回転再生式熱交換器の伝熱エレメントの腐食劣化に関わる上記問題を、鋼板の材質を改善することによって解決することを課題とするものであり、１質量％を超える硫黄分を含む高硫黄分燃料を焚くボイラーの回転再生式熱交換器で生じる、硫酸露点腐食に対して優れた耐食性を示す鋼製伝熱エレメントを備えた回転再生式熱交換器を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、高硫黄分の燃料を焚くボイラーの回転再生式空気予熱器を提供するものであって、ロータに装填した伝熱エレメントを蓄熱体として、高温の燃焼ガスと低温の燃焼用空気とを交互に接触させることにより、燃焼ガスの熱を燃焼用空気に伝達させて、該燃焼用空気を予熱する回転再生式熱交換器において、前記伝熱エレメントが、質量％で、Ｃ：０．１４％以下、Ｓｉ：０．７〜１．１％、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．８〜１．５％、Ｃｕ：０．２５〜０．５５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板で構成されることを特徴とする回転再生式熱交換器、である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、ここで図示する図面に限定されるものではない。
【０００９】
まず、回転再生式熱交換器の構造および伝熱エレメントについて説明する。図１には、一般的な火力発電所プラントのフロー図を示す。該図において、１は火力発電プラントのボイラであって、その燃焼ガスＧ１は回転再生式熱交換器２に送られ、温度が下げられる。低温となった燃焼ガスＧ２は、回転再生式熱交換器２から煙突３に送られ、大気中に放出される。一方、燃焼用空気Ａ１は前記回転再生式熱交換器２により予熱され、予熱空気Ａ２として上記ボイラ１に供給される。
【００１０】
回転再生式熱交換器２は、図２に模式的に示すように、回転軸２ａを中心に所定速度で回転するロータ２ｂと、該ロータ２ｂ中に装填された伝熱エレメント２ｃ等により構成されている。２ｄはロータハウジング、２ｅはセクタープレートである。なお、本実施例において、ロータ２ｂの下方部分が低温側であり、上方部分が高温側である。
【００１１】
前記構成の回転再生式熱交換器２は、ロータ２ｂに装填した伝熱エレメント２ｃを蓄熱体として、高温の燃焼ガスＧ１と低温の燃焼用空気Ａ１を交互に接触させることにより、燃焼ガスＧ１の熱を燃焼用空気Ａ１に伝達させて、予熱空気Ａ２として前記ボイラ１に供給する。
【００１２】
図３は前記伝熱エレメント２ｃの模式図であって、伝熱エレメント２ｃは平面部２ｃ’とダブルアンジュレート部２ｃ”から構成されている。該伝熱エレメント２ｃの形状は、これに限定するものではない。
【００１３】
本発明は、硫黄分を含む燃料を用いることにより、ボイラープラントの回転再生式熱交換器の伝熱エレメントで生じる硫酸露点腐食に対して、鋼製伝熱エレメントの化学成分を厳密に限定することで、優れた耐久性を得るものである。この目的のために発明者らは、鋼板中の不純物であるＰ、Ｓを各々、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下に限定し、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃｒを限られた範囲に限定すると、上記環境において優れた耐久性が得られることを見出した。また、本発明者らは、Ｃ重油焚きボイラーの回転再生式空気予熱器の低温層に、評価用に各種化学組成の鋼板を装着し、耐食性に及ぼす化学成分の影響を調査した。図４に、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｕ：０．２５〜０．５５質量％を含有する鋼板の耐食性に及ぼすＳｉとＣｒの影響を示す。この図４から分かるように、Ｓｉ：０．７〜１．１質量％、かつＣｒ：０．８〜１．５質量％に組成を限定すると、従来の低合金耐食鋼に比較して３倍の耐食性が得られることを見出した。
【００１４】
以下に、本発明にかかる伝熱エレメントを構成する鋼板の成分元素とその添加量について説明する。なお、鋼板の成分元素の添加量は何れも質量％である。
【００１５】
Ｃは、耐硫酸露点腐食性に影響しない元素であるが、強度を確保するためには０．００２％以上の添加が必要であるので、下限値を０．００２％とした。０．１４％を超えると、冷間加工性が損なわれるので、０．００２〜０．１４％に限定した．特に高性能の熱伝達効率を追求した伝熱エレメント用鋼板として加工性が求められる場合、０．００２〜０．００９％が好ましい。
【００１６】
Ｓｉは、高硫黄分の燃料を焚くボイラーの回転再生式熱交換器伝熱エレメントの耐食性を十分に確保するために、０．７％以上の添加が必須である。１．１％を超えて添加しても効果が飽和するので、その範囲を０．７〜１．１％に限定した。
【００１７】
Ｍｎは、伝熱エレメント板の耐食性に影響しない元素である。鋼の強度確保のため０．１％以上添加するが、０．８％を超えると冷間加工性を損なうので、０．１〜０．８％を限定範囲とした。
【００１８】
Ｐ、Ｓは不純物元素であり、それぞれ０．０３％を超えると耐食性が著しく低下するので少ないほど好ましく、０．０３％以下を限定範囲とした。Ｐ：０．０１５％以下、および／またはＳ：０．０１５％以下が耐食性向上の観点からより好ましい。
【００１９】
Ｃｕは、伝熱エレメントの耐食性を十分に確保するためには、０．２５％以上の添加が必要である。０．５５％を超えて添加しても、耐食性が飽和する一方，強度の過度の上昇および製造性、冷間加工性の低下を招くため、０．２５〜０．５５％を限定範囲とした。
【００２０】
Ｃｒは、伝熱エレメントの耐食性を十分に確保するためには，０．８％以上の添加が必須である。１．５％を超えて添加すると耐食性が低下するので、その範囲を０．８〜１．５％に限定した。
【００２１】
次に、本発明の伝熱エレメントの代表的な製造法を述べる。
【００２２】
高炉および転炉または電気炉にて溶鋼の化学成分を調整し、連続鋳造またはインゴット鋳造でスラブを得る、このスラブを直接または再加熱後、熱間圧延し、所定の巾および長さの熱間圧延鋼板を製造する。このようにして製造された熱間圧延鋼板を酸洗、冷間圧延後、連続炉または箱型炉で焼鈍し、所定の強度、伸び、板厚、巾の冷間圧延鋼板を得る。得られた冷間圧延鋼板を、裁断機で伝熱エレメントの巾のサイズに裁断後、伝熱エレメント専用の冷間圧延機（クリンピングマシン）で、所定の熱伝導率、流体抵抗、寸法の波型に加工後、所定の長さで裁断し、次いで、２種類以上の形状の伝熱エレメントを積層し、伝熱エレメントを製造する。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す組成で板厚１．２ｍｍの伝熱エレメント用素材を、アーク真空溶解、熱間圧延、および冷間圧延、酸洗、焼鈍により試作した。幅１００ｍｍ×高さ１００ｍｍ×厚さ１．２ｍｍの試験片を採取し、回転再生式熱交換器低温端部のラジアルシールに装着し、耐久性を調査した（回転再生式熱交換器低温端部でのクーポンテスト）。表１中のＡ１〜Ａ７は比較の伝熱エレメント用鋼板、Ｂ１〜Ｂ１２は本発明の伝熱エレメント用鋼板である。なお、試験は、Ｃ重油（硫黄分約３質量％）を燃料とする国内火力発電所ボイラの回転再生式空気予熱器で１年間実施し、試験前後の腐食減量から伝熱エレメント素材の耐食性を評価した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
比較例Ａ１は、伝熱エレメント素材用の耐食低合金鋼（ＣＲＬＳ）である。本発明例Ｂ１〜Ｂ１２は、比較例Ａ１に比較して腐食減量が１８〜３３％と小さく、優れた耐食性を有する伝熱エレメント用素材であることがわかる。
【００２６】
比較例Ａ２は、Ｐが本発明の範囲外（０．０５質量％）である。本発明例Ｂ１〜Ｂ１２は、比較例Ａ２に比較して腐食減量が１６〜３０％と小さい。
【００２７】
比較例Ａ３は、Ｓが本発明の範囲外（０．０５質量％）である。本発明例Ｂ１〜Ｂ１２は、比較例Ａ３に比較して腐食減量が２０〜３７％と小さい。
【００２８】
比較例Ａ４は、Ｓｉが本発明の下限未満（０．５質量％）である。本発明例Ｂ１〜Ｂ１２は、比較例Ａ４に比較して腐食減量が１４〜２５％と小さい。
【００２９】
比較例Ａ５は、Ｃｒが本発明の下限未満（０．６質量％）である。本発明例Ｂ１〜Ｂ１２は、比較例Ａ５に比較して腐食減量が１４〜２５％と小さい。
【００３０】
比較例Ａ６は、Ｃｒが本発明の上限を超えて（１．７質量％）いる。本発明例Ｂ１〜Ｂ１２、比較例Ａ６に比較して腐食減量が１８〜３４％と小さい。
【００３１】
比較例Ａ７は、Ｃｕが本発明の下限未満（０．２質量％）である。本発明例Ｂ１〜Ｂ１２は、比較例Ａ７に比較して腐食減量が１４〜２６％と小さい。
（実施例２）
比較例Ａ１、本発明例Ｂ１およびＢ７と同じ化学成分の鋼板を用いて、伝熱エレメント（幅２００ｍｍ×高さ３００ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ）を複数試作し、実施例１と同様に、回転再生式熱交換器低温層に装着し、１年間および２年間使用後に、それらの劣化度合いを腐食減量により評価した（回転再生式熱交換器低温層伝熱エレメントへの試適用による実機耐久性の調査）。
【００３２】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、比較例Ａ１、本発明例Ｂ１、本発明例Ｂ７のぞれぞれの伝熱エレメントの腐食減量の時間曲線を示す。本発明例Ｂ１（図５（ｂ））およびＢ７（図５（ｃ））と同じ化学成分の鋼板は、いずれも、比較例Ａ１（図５（ａ））よりも腐食速度が１／３倍以下の優れた耐食性を有することがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の回転再生式熱交換器は、燃料中高い硫黄分を含む燃料を使用するボイラー用途において、従来の耐食低合金鋼製伝熱エレメント用鋼板に比較して３倍以上耐食性に優れており、設備寿命の延長、維持管理費の低減、設備運用条件の弾力化、設備信頼性の向上といった工業上のメリットを享受できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】火力発電所プラントのフロー図である。
【図２】回転再生式熱交換器の模式図である。
【図３】伝熱エレメントの斜視図である。
【図４】実機における小型試験片の腐食減量を示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも実機における伝熱エレメントの腐食減量を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ボイラ
２…回転再生式熱交換器
２ａ…回転軸
２ｂ…ロータ
２ｃ…伝熱エレメント
２ｃ’…平面部
２ｃ”…ダブルアンジュレート部
２ｄ…ロータハウジング
２ｅ…セクタープレート
３…煙突
Ａ１…燃焼用空気
Ａ２…予熱空気
Ｇ１、Ｇ２…燃焼ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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