(57)【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と共に、上記伝熱エレメントの水洗や定期検査等の運転停止を行う回転再生式熱交換装置において、上記ロータの高温部および／または中温部の伝熱エレメントが低Ｃ-５％Ｃｒ鋼から成ることを特徴とする回転再生式熱交換装置。
【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装置に関する。
【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装置は、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装置において、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、特に低温部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腐食を受ける。一方、硫黄分を含まないＬＮＧ燃料系のボイラでは、燃焼ガス中の水分の凝縮により、伝熱エレメントがいわゆる水腐食を受ける。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】
上記低温部の伝熱エレメントの腐食に対しては、低合金耐食鋼（ＣＲＬＳ：Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｌｏｗ  ａｌｌｏｙ  Ｓｔｅｅｌ）やエナメル被覆鋼が適用されて、ほぼ問題は解決されている。一方、高温部や中温部の伝熱エレメントには軟鋼（ＳＰＣＣ）が使用されている。これは、高温部や中温部は温度が高く、露点凝縮による腐食は発生しないからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、運転中には腐食が発生しない上記高温部や中温部でも、停止中に実施する水洗やその乾燥中に、或いは保管中の外気の進入による結露等に起因して腐食が発生し、さらに、腐食に伴う生成物である浮錆へと発展する。
【０００６】
この浮錆は、伝熱エレメントの内部に発生し、停止中に進行するために、その発見は難しく、停止後の立ち上げ時に圧力損失が異常に大きくなってから初めて発見される。浮錆が発生すると、回転再生式熱交換装置の圧力損失は１.５倍程度になり、全負荷に対処できない場合もある。また、そのまま運用すると、圧力損失の増大による押込通風ファンの動力費の負担が相当大きくなる等の問題点がある。なお、本熱交換装置の停止中に発生する高温部や中温部の浮錆による圧力損失の増大の対象は、ボイラーの燃料系を問わない。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、水に関連する湿食に強く、また、固着錆から浮錆への進行が非常に少なく、更に、価格がステンレス鋼よりも十分に安価であり、しかも、適度な強度を有し、加工性は軟鋼と変わらない材質を備えた伝熱エレメントを有する回転再生式熱交換装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転再生式熱交換装置は、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と共に、上記伝熱エレメントの水洗や定期検査等の運転停止を行う回転再生式熱交換装置において、上記ロータの高温部および／または中温部の伝熱エレメントが低Ｃ-５％Ｃｒ鋼から成ることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。図１において、１はボイラであって、その排ガスは必要に応じて脱硝装置２により脱硝処理され、高温側気体として回転再生式熱交換装置３に送られる。
【００１０】
上記回転再生式熱交換装置３において、高温側気体である上記排ガスは、ロータ３ａ内に装填されている伝熱エレメントを加熱する。伝熱エレメントを加熱した排ガスは電気集塵機４に送られ、該排ガス中のダスト等が除去されて、煙突５から大気中に放出される。
【００１１】
一方、６は押込送風機であって、低温側気体としての外気すなわち燃焼用空気を蒸気式空気予熱装置７に送る。該蒸気式空気予熱装置７において、上記燃焼用空気は６０〜９０℃に予熱された上で上記回転再生式熱交換装置３に送られる。
【００１２】
該回転再生式熱交換装置３において、低温側気体である燃焼用空気は、上記排ガスにより加熱されて高温となった上記伝熱エレメントから熱を受けて温度が上昇し、上記ボイラ１に供給される。
【００１３】
上記回転再生式熱交換装置３は、図２に模式的に示すように、回転軸３ａを中心に所定速度で回転するロータ３ｂと、該ロータ３ｂ中に装填された伝熱エレメントＥ等により構成されている。なお、ロータ３ｂの左方部分が高温部伝熱エレメントＥ１、中間部分が中温部伝熱エレメントＥ２、そして右方部分が低温部伝熱エレメントＥ３である。
【００１４】
上記構成の回転再生式熱交換装置３は、ロータ３ｂに装填した伝熱エレメントＥを蓄熱体として、高温のボイラ排ガス８と低温のボイラ燃焼用空気９を交互に接触させることにより、ボイラ排ガス８の熱をボイラ燃焼用空気９に伝達させて、予熱空気として上記ボイラ１に供給する。
【００１５】
上記伝熱エレメントＥの特に高温部伝熱エレメントＥ１および中温部伝熱エレメントＥ２は、低Ｃ‐５％Ｃｒ鋼から成り、その型式は、ＮＦ（ノッチド・フラット）、ＣＵ（コルゲート・アンジュレーテッド）、ＤＵ（ダブルアンジュレーテッド）およびＦＮＣ（フラット・ノッチド・クロスド）等、従来公知のエレメント型式のいずれでもよい。
【００１６】
【実施例】
ＬＮＧ燃料系ボイラ用回転再生式空気予熱装置の中温部伝熱エレメントへの適用試験
波型のエレメントクリッピング加工を施したテスト用伝熱エレメントを、実機大型の再生式空気予熱装置の中温部に、ＣＲＳＬ（低合金耐食鋼）、低Ｃ‐５％Ｃｒ鋼、および比較ベース材として、ＳＰＣＣ（軟鋼）の現用材の３鋼種を装着して、１年３ヶ月（１定期検査期間）の運用後の停止直後と停止１ヶ月保管後の２回調査した。なお、伝熱エレメントの型式はＤＵ（ダブルアンジュレーテッド）、寸法は２００Ｗ×１１５０Ｈ×１ｔ、各ｎ＝６である。ここで、５％Ｃｒ鋼のＤＵ型式へのフリンピングには全く問題はなかった。試験結果を表１、表２および表３に示す。
【００１７】
【表１】
0003897132.tif 000002
【００１８】
【表２】
0003897132.tif 000003
【００１９】
【表３】
0003897132.tif 000004
【００２０】
当該缶および多くの脱硝装置付きＬＮＧ燃料系ボイラ用回転再生式熱交換装置では、従来より中温部の伝熱エレメントに圧力損失増大の要因となる浮錆が、特に停止中に発生する事象が確認されており、当該試験結果でもＳＰＣＣとＣＲＬＳに再現された。すなわち、テスト伝熱エレメントの表裏で３０ｇ以上の浮錆＋固着錆は、伝熱エレメント内流路を狭少させ、圧力損失を５０％以上増加させる。
【００２１】
本発明の回転再生式熱交換装置に備えられた伝熱エレメントは、結果からも明らかなように、発錆量は、現用材のＳＰＣＣおよびＣＲＬＳの１／１０程度で、浮錆が少ないことからも、停止中の固着錆から浮錆への転化が少なく（腐食が少ない）、圧力損失増大の事象に対して非常に有効であることが解った。なお、錆のＸ線回折分析結果では、水酸化鉄とアンモニオジャロサイトが同定された。アンモニオジャロサイトは脱硝装置よりの残留アンモニアと燃焼ガス中の硫黄分と水分による酸性硫安化合物が伝熱エレメント上に析出して腐食させたものである。水酸化鉄は高温酸化ではできない化合物で、明らかに停止中に結露またはアンモニオジャロサイトが吸湿して湿食による腐食生成物と考察できる。これら腐食生成物は３鋼種で同じであった。
【００２２】
重油燃料系ボイラ用回転再生式空気予熱装置の高温部伝熱エレメントへの適用試験
上記試験と同様に、波型のクリンピング加工を施したテスト伝熱エレメントを、実機大型の再生式空気予熱装置の高温部に、ＣＲＬＳ、低Ｃ‐５％Ｃｒ鋼およびＳＰＣＣ（軟鋼現用材）からなる伝熱エレメントを装着し、１年６ヶ月（１定期検査期間）運用後の停止直後と停止１ヶ月保管後の２回調査した。伝熱エレメントの型式はＦＮＣ（フラット・ノッチド・クロスド）、寸法は６５０Ｗ×１０５０Ｈ×０.６ｔ、各ｎ＝１０。クリンピングに問題なし。なお、運用期間中に１回と、停止直後に１回の水洗を実施した。試験結果は、表４、表５および表６に示す。
【００２３】
【表４】
0003897132.tif 000005
【００２４】
【表５】
0003897132.tif 000006
【００２５】
【表６】
0003897132.tif 000007
【００２６】
高温部の伝熱エレメントの腐食は、基本的にはなく、微弱な高温酸化のみである。これは、当該部における腐食要因物質の析出（凝縮）やダスト付着が無いからである。従って、停止直後の若干の発錆は運用期間中に実施した水洗によるものと推察される。ところが、同じ水洗１回でも、停止期間（定期検査）中に実施して、その後１ヶ月保管しておくと、更に発錆が進行して、層状の浮錆に変化することがＳＰＣＣおよびＣＲＬＳで認められた。
【００２７】
一方、低Ｃ‐５％Ｃｒ鋼には、層状の浮錆はほとんどなく、固着錆が主体で、発錆量も他鋼の１／１０以下と非常に少ない。中温部の場合と同様に、この浮錆は再生式空気予熱装置の圧力損失の増加は数％程度と推定される。
【００２８】
錆のＸ線回折分析結果では、α−Ｆｅ2Ｏ3とＦｅ3Ｏ4が同定され、これらは高温酸化でも生成される酸化鉄であるが、α−ＦｅＯ（ＯＨ）は明らかに水錆（湿食）であるので、浮錆の発生はこの水錆、すなわち停止中の水洗及び乾燥と保管中の結露による腐食の進行によるものと考えられる。
【００２９】
【発明の効果】
回転再生式空気予熱装置の特に高温部および／または中温部の伝熱エレメント鋼材を低Ｃ‐５％Ｃｒ鋼とすることで、従来材のＳＰＣＣ製伝熱エレメントに比較して、発錆量は１／１０以下となり、また、剥離性浮錆も非常に少ないので、圧力損失増大のリスクを低減できる効果が顕著に認められた。価格面でも、ステンレス鋼より十分に安価であり、対価効果の面でもメリットがある。さらに、機材強度面でも、伝熱エレメントとしてＳＰＣＣやＣＲＬＳと遜色なく、エレメント形状へのクリンピングにも全く問題なく、従って、生産設備への負担増もない等の利点がある。
【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】回転再生式熱交換装置の模式図である。
【符号の説明】
１  ボイラ
２  脱硝装置
３  回転再生式熱交換装置
３ａ  回転軸
３ｂ  ロータ
４  電気集塵機
５  煙突
６  押込送風機
７  蒸気式空気予熱装置
８  ボイラ排ガス
９  ボイラ燃焼用空気
Ｅ  伝熱エレメント
Ｅ１  高温部伝熱エレメント
Ｅ２  中温部伝熱エレメント
Ｅ３  低温部伝熱エレメント
【図１】
0003897132.tif 000008
【図２】
0003897132.tif 000009