(57)【要約】【課題】  ボイラから排出された排ガスの熱回収を行う熱交換器を備えた排熱回収装置において、排ガスの熱回収効率を高効率に維持するとともに、酸性ガスを含む水分の結露に起因した腐食が熱交換器に発生した場合であっても、ボイラシステム全体を稼動停止させることなく熱交換器の交換が可能な排熱回収装置を提供する。【解決手段】  排熱回収装置３において第１熱交換器３５は、第１流出水流路管３４を介して流入した水と排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第１予熱水流路管３６を介してボイラ２の気水ドラム２４に第１予熱水を導出するとともに、排ガスを１次冷却する。第２熱交換器４１は、第２流出水流路管４０を介して流入した水と第１熱交換器３５によって１次冷却された排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第２予熱水流路管４２を介して水貯留槽３１に第２予熱水を導出するとともに、１次冷却後の排ガスを２次冷却する。【選択図】      図１
2017150694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの排ガス排出ダクトを流れる酸性ガスを含む排ガスの熱回収を行う排熱回収装置であって、
水を貯留する水貯留槽と、
該水貯留槽に貯留された水を該水貯留槽から流出させる第１流出部および第２流出部と、
第１流出水流路管および第１熱交換器を含む熱交換部であって、前記第１流出水流路管は、両端が開口し、一方開口端部が前記第１流出部に接続され、前記第１流出部によって前記水貯留槽から流出された水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れるように構成され、前記第１熱交換器は、前記排ガス排出ダクト内に配設され、前記第１流出水流路管の前記他方開口端部に接続されて、前記第１流出水流路管を流れた水が流入し、その流入した水と前記排ガス排出ダクトを流れる排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第１温度に予熱された第１予熱水を導出するように構成され、前記第１流出水流路管と前記第１熱交換器とで排ガスを１次冷却する熱交換部と、
両端が開口した第１予熱水流路管であって、一方開口端部が前記第１熱交換器に接続され、他方開口端部が前記ボイラに接続されて、前記第１熱交換器から導出された第１予熱水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れる第１予熱水流路管と、
前記排ガス排出ダクト内に配設された、前記第１熱交換器によって１次冷却された排ガスの温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された温度に基づいて、前記第１熱交換器によって１次冷却された排ガスの温度が、前記酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める温度となるように、前記第１熱交換器を流れる水の流量を制御する流量制御部と、
両端が開口した第２流出水流路管であって、一方開口端部が前記第２流出部に接続され、前記第２流出部によって前記水貯留槽から流出された水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れる第２流出水流路管と、
前記排ガス排出ダクト内に、前記第１熱交換器の、排ガスの流れ方向下流側に配設された第２熱交換器であって、前記第２流出水流路管の他方開口端部に接続されて、前記第２流出水流路管を流れた水が流入し、その流入した水と前記第１熱交換器によって１次冷却された排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第２温度に予熱された第２予熱水を導出するとともに、１次冷却後の排ガスを２次冷却する第２熱交換器と、
両端が開口した第２予熱水流路管であって、一方開口端部が前記第２熱交換器に接続され、他方開口端部が前記水貯留槽に接続されて、前記第２熱交換器から導出された第２予熱水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れる第２予熱水流路管と、を含むことを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記第１流出水流路管から分岐して前記第１予熱水流路管に接続された分岐流路管を、さらに含み、
前記流量制御部は、前記分岐流路管を流れる水の流量を調整することによって、前記第１熱交換器を流れる水の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記第１熱交換器および前記第２熱交換器は、炭素鋼から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
排ガス排出ダクトを備えたボイラと、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の排熱回収装置と、を含むことを特徴とするボイラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラから排出された排ガスの熱回収を行う排熱回収装置およびそれを備えたボイラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼用空気中での燃料の燃焼により生成する燃焼ガスの熱を利用して、気水ドラムの貯留水を加熱して水蒸気を発生させるボイラにおいては、熱効率向上のために、ボイラから排出された排ガスの熱回収を行う排熱回収装置が設けられている。排熱回収装置としては、たとえばボイラの排ガス排出ダクトに設けられ、ダクト内を流れる排ガスと水との間で熱交換を行うことによって水を予熱し、その予熱した予熱水をボイラに給水する、熱交換器としての機能を有するエコノマイザが広く知られている。
【０００３】
ボイラにおいて、排ガス排出ダクト内を流れる排ガス中に、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）および塩酸（ＨＣｌ）などの酸性ガスが含まれている場合、排ガス排出ダクト内に配設されるエコノマイザなどの熱交換器において、排ガスが酸性ガスを含む水分の凝縮温度以下に冷却されると、熱交換器の表面に酸性ガスを含む水分が結露して、炭素鋼などの金属から成る熱交換器が腐食する。
【０００４】
排ガス排出ダクト内に配設される熱交換器の腐食を抑制する技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される技術では、気水ドラムに貯留された温水を、排ガスの熱を利用してボイラの給水を予熱する熱交換器として機能するエコノマイザに供給する水に混入させて、エコノマイザへの給水温度を調整し、これによってエコノマイザにおける排ガスの結露を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１０７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ボイラは、排ガスの熱回収効率を高効率に維持するために、たとえば、燃焼用空気中での燃料の燃焼により生成された３００℃程度の排ガスが、排ガス排出ダクト内に配設されたエコノマイザなどの熱交換器によって６０℃程度に冷却された状態で、排ガス排出ダクトに連結される煙突などから排出されるように構成される。
【０００７】
特許文献１に開示される技術が適用されたボイラにおいて、排ガス排出ダクト内に配設された熱交換器によって３００℃程度の排ガスを６０℃程度に冷却しようとすると、気水ドラムの温水が混入された後の、エコノマイザなどの熱交換器に供給される給水温度は、６０℃よりも低い温度に設定する必要がある。このような場合には、排ガスが酸性ガスを含む水分の凝縮温度以下に冷却されることになり、熱交換器の表面に酸性ガスを含む水分が結露して、熱交換器が腐食する。
【０００８】
すなわち、ボイラにおいては、排ガスの熱回収効率を高効率に維持するために、排ガス排出ダクト内に配設された熱交換器によって３００℃程度の排ガスを６０℃程度に冷却しようとすると、酸性ガスを含む水分の結露による熱交換器の腐食を回避することは困難である。そのため、熱交換器の腐食の度合いを定期的に検査し、腐食の進行度合いによっては熱交換器を新たなものに交換する必要がある。
【０００９】
特許文献１に開示される技術が適用されたボイラにおいては、熱交換器であるエコノマイザの腐食の度合いを検査し、また、このエコノマイザを新たなものに交換する場合には、エコノマイザの検査、交換のためにボイラシステム全体を、稼動停止する必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、ボイラから排出された排ガスの熱回収を行う熱交換器を備えた排熱回収装置において、排ガスの熱回収効率を高効率に維持するとともに、酸性ガスを含む水分の結露に起因した腐食が熱交換器に発生した場合であっても、ボイラシステム全体を稼動停止させることなく熱交換器の交換が可能な排熱回収装置、および該排熱回収装置を備えたボイラシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ボイラの排ガス排出ダクトを流れる酸性ガスを含む排ガスの熱回収を行う排熱回収装置であって、
水を貯留する水貯留槽と、
該水貯留槽に貯留された水を該水貯留槽から流出させる第１流出部および第２流出部と、
第１流出水流路管および第１熱交換器を含む熱交換部であって、前記第１流出水流路管は、両端が開口し、一方開口端部が前記第１流出部に接続され、前記第１流出部によって前記水貯留槽から流出された水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れるように構成され、前記第１熱交換器は、前記排ガス排出ダクト内に配設され、前記第１流出水流路管の前記他方開口端部に接続されて、前記第１流出水流路管を流れた水が流入し、その流入した水と前記排ガス排出ダクトを流れる排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第１温度に予熱された第１予熱水を導出するように構成され、前記第１流出水流路管と前記第１熱交換器とで排ガスを１次冷却する熱交換部と、
両端が開口した第１予熱水流路管であって、一方開口端部が前記第１熱交換器に接続され、他方開口端部が前記ボイラに接続されて、前記第１熱交換器から導出された第１予熱水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れる第１予熱水流路管と、
前記排ガス排出ダクト内に配設された、前記第１熱交換器によって１次冷却された排ガスの温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された温度に基づいて、前記第１熱交換器によって１次冷却された排ガスの温度が、前記酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める温度となるように、前記第１熱交換器を流れる水の流量を制御する流量制御部と、
両端が開口した第２流出水流路管であって、一方開口端部が前記第２流出部に接続され、前記第２流出部によって前記水貯留槽から流出された水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れる第２流出水流路管と、
前記排ガス排出ダクト内に、前記第１熱交換器の、排ガスの流れ方向下流側に配設された第２熱交換器であって、前記第２流出水流路管の他方開口端部に接続されて、前記第２流出水流路管を流れた水が流入し、その流入した水と前記第１熱交換器によって１次冷却された排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第２温度に予熱された第２予熱水を導出するとともに、１次冷却後の排ガスを２次冷却する第２熱交換器と、
両端が開口した第２予熱水流路管であって、一方開口端部が前記第２熱交換器に接続され、他方開口端部が前記水貯留槽に接続されて、前記第２熱交換器から導出された第２予熱水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて流れる第２予熱水流路管と、を含むことを特徴とする排熱回収装置である。
【００１２】
また本発明の排熱回収装置は、前記第１流出水流路管から分岐して前記第１予熱水流路管に接続された分岐流路管を、さらに含み、
前記流量制御部は、前記分岐流路管を流れる水の流量を調整することによって、前記第１熱交換器を流れる水の流量を制御する構成であってもよい。
【００１３】
また本発明の排熱回収装置において、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器は、炭素鋼から成る構成であってもよい。
【００１４】
また本発明のボイラシステムは、排ガス排出ダクトを備えたボイラと、前記排熱回収装置と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排熱回収装置は、排ガス排出ダクト内に配設される第１熱交換器を含む熱交換部と、排ガス排出ダクト内に配設される第２熱交換器と、排ガス排出ダクト内に配設される温度測定部と、流量制御部とを含む。熱交換部は、水貯留槽から流出された水が流入し、その流入した水と排ガス排出ダクトを流れる排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第１温度に予熱された第１予熱水を、第１予熱水流路管を介してボイラに導出するとともに、排ガスを１次冷却する。第２熱交換器は、排ガス排出ダクト内において、第１熱交換器の、排ガスの流れ方向下流側に配設され、水貯留槽から流出された水が第２流出水流路管を介して流入し、その流入した水と第１熱交換器によって１次冷却された排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第２温度に予熱された第２予熱水を、第２予熱水流路管を介して水貯留槽に導出するとともに、１次冷却後の排ガスを２次冷却する。そして、流量制御部は、温度測定部によって測定された、熱交換部によって１次冷却された排ガスの温度に基づいて、熱交換部による１次冷却後の排ガスの温度が、排ガスに含まれる酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める温度となるように、第１熱交換器を流れる水の流量を制御する。
【００１６】
上記のように構成された本発明の排熱回収装置では、熱交換部によって排ガスを１次冷却し、その１次冷却された排ガスを、第１熱交換器の下流側に配設された第２熱交換器によって２次冷却することができるので、たとえば、３００℃程度の排ガスを、６０℃程度に冷却可能に設定することができ、排ガスの熱回収効率を高効率に維持することができる。
【００１７】
また、本発明の排熱回収装置において、流量制御部は、熱交換部によって１次冷却された排ガスの温度が、排ガスに含まれる酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める温度となるように、第１熱交換器に供給される水の流量を制御する。たとえば、３００℃程度の排ガスを排熱回収装置によって６０℃程度に冷却する場合、排ガス排出ダクト内を流れる排ガスは、酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める温度にまで、熱交換部によって１次冷却され、その後、６０℃程度にまで、第２熱交換器によって２次冷却されることになる。このような場合、排ガス排出ダクト内において、排ガスと接触する第１熱交換器の表面温度は、酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める排ガス温度と近い温度にまで上昇するので、第１熱交換器の表面での酸性ガスを含む水分の結露が抑制され、それ故、第１熱交換器での腐食の発生は抑制される。これに対し、２次冷却される排ガスと接触する第２熱交換器の表面温度は６０℃程度になるので、第２熱交換器の表面には酸性ガスを含む水分の結露が発生することがある。
【００１８】
たとえば、３００℃程度の排ガスを排熱回収装置によって６０℃程度に冷却する場合、本発明の排熱回収装置では、酸性ガスを含む水分の結露が抑制されて腐食の発生が抑制される第１熱交換器は、酸性ガスを含む水分の結露が発生し得る第２熱交換器に対して独立した状態で、ボイラに供給するための第１予熱水を導出することができるように構成されているので、酸性ガスを含む水分の結露に起因した腐食が第２熱交換器に発生した場合であっても、ボイラシステム全体を稼動停止させることなく第２熱交換器の交換が可能となる。ここで、ボイラシステム全体を稼動停止させずに稼働を継続できるのは、たとえば、第２熱交換器の交換作業時を除いた期間である。言い換えれば、稼働を停止させるのは、たとえば、第２熱交換器の交換作業時のみであって、何らかの不具合が発生した場合でも第２熱交換器を実際に交換するための作業時を除いて稼働を継続することができる。
【００１９】
また本発明によれば、排熱回収装置は、第１流出水流路管から分岐して第１予熱水流路管に接続された分岐流路管を、さらに含んで構成されていてもよい。分岐流路管を備えた排熱回収装置では、第１流出部によって水貯留槽から流出された水がボイラに供給される経路としては、第１流出水流路管、第１熱交換器および第１予熱水流路管を介してボイラに供給される経路と、第１流出水流路管、分岐流路管および第１予熱水流路管を介してボイラに供給される経路との、２つの経路が存在することになる。このような分岐流路管を備えた排熱回収装置では、流量制御部は、分岐流路管を流れる水の流量を調整することによって、第１熱交換器を流れる水の流量を制御することができ、これによって、第１熱交換器によって１次冷却される排ガスの温度を制御することができる。
【００２０】
また本発明によれば、第１熱交換器および第２熱交換器は、炭素鋼から成るものであってもよい。炭素鋼は、熱交換部の構成材料として安価な材料であるが、酸性物質に対する耐性が低く、耐食性が低い材料である。前述したように、第１熱交換器は、その表面での酸性ガスを含む水分の結露が抑制されて腐食の発生が抑制されるので、第１熱交換器が耐食性の低い炭素鋼によって形成された場合であっても、第１熱交換器の腐食に起因して突発的なボイラシステム全体の稼動停止を余儀なくされることは、ほとんど考えなくてよい。
【００２１】
これに対し、第２熱交換器は、その表面での酸性ガスを含む水分の結露が発生しやすい状態であり、定期的な腐食度合いの検査、交換が必要である。このような第２熱交換器を形成する材料として、耐食性が低い炭素鋼を用いることは、検査、交換の頻度低減を考慮した場合には一見矛盾したことである。しかしながら、炭素鋼は、耐食性は低いものの、排ガスに含まれる酸性ガスに起因する応力腐食割れが少なく、全面腐食を呈する性質を有するので、たとえば、超音波探傷検査装置などを用いた熱交換部の損傷検査をしなくても、第２熱交換器を構成する流路管の肉厚測定や履歴データの参照、材料物性に基づくシミュレーションによる腐食度合の予測など簡単な方法で、第２熱交換器の腐食度合いを管理することができる。
【００２２】
また本発明によれば、排ガス排出ダクトを備えたボイラと、前述した排熱回収装置とによって、ボイラシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る排熱回収装置３を備えたボイラシステム１の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る排熱回収装置３を備えたボイラシステム１の構成を示す概略図である。ボイラシステム１は、ボイラ２と、排熱回収装置３とを含んで構成される。
【００２５】
ボイラ２は、主にバーナ２２が設けられた燃焼室２１と、伝熱管２３と、気水ドラム２４と、気水循環流路管２５と、蒸気流路管２６と、排ガス排出ダクト２７とを含んで構成される。
【００２６】
燃焼室２１では、燃焼用空気流入部２１ａから矢符Ａ２方向に流入された燃焼用空気中で、燃料流路管２２ａ内を矢符Ａ１方向に流れて燃焼室２１に供給された炭化水素などの燃料が燃焼され、バーナ２２から高温の燃焼ガスが生成される。
【００２７】
伝熱管２３は、気水循環流路管２５を介して気水ドラム２４との間で水が循環されるように構成され、その水が流れる流路が形成された部材である。気水ドラム２４に貯留された貯留水は、気水循環流路管２５を介して伝熱管２３内に送られる。伝熱管２３内を流れる水は、燃焼室２１内における燃焼により生成された燃焼ガスとの間で熱交換が行われることで加熱されて水蒸気となって、気水ドラム２４に戻される。また、気水ドラム２４に戻された水蒸気は、気水ドラム２４の上方に接続された蒸気流路管２６内を、矢符Ａ４方向に流れて、外部に導出される。なお、気水ドラム２４内は、大気圧を超える所望の圧力（たとえば、１．５ＭＰａ〜３ＭＰａ）に維持され、これにより、所望の飽和蒸気を得ることができる。また、気水ドラム２４内の水の量を略一定に保持する、または所望の量に変更するために、図示しない他の配管などを利用して、外部から気水ドラム２４へ水を供給するように構成されていてもよい。
【００２８】
排ガス排出ダクト２７は、燃焼室２１の出口から延設され、燃焼室２１内での燃焼により発生した排ガスが、矢符Ａ３方向に流れる。排ガス排出ダクト２７の排ガスの流れ方向Ａ３の下流側端部には、煙突（不図示）が接続され、その煙突から排ガスが外部に排出される。
【００２９】
排ガス排出ダクト２７内を流れる排ガスには、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）および塩酸（ＨＣｌ）などの酸性ガスが含まれている。たとえば、硫黄酸化物は、次のようにして排ガス中に含まれる。すなわち、燃焼室２１内での燃焼に供される燃料中に、硫黄分が含まれていると、燃焼して二酸化硫黄（ＳＯ２）になり、この二酸化硫黄が更に酸化されて三酸化硫黄（ＳＯ３）になる。この三酸化硫黄が燃料中の水分、または燃料中の水素が燃焼して生成される水に溶けると、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）になる。
【００３０】
本実施形態のボイラシステム１は、ボイラ２の排ガス排出ダクト２７を流れる排ガスの熱回収を行う排熱回収装置３を備える。排熱回収装置３は、水を貯留する水貯留槽３１と、水貯留槽３１に貯留された水を該水貯留槽３１から流出させる、第１ポンプ３２および第２ポンプ３３と、第１流出水流路管３４と、第１熱交換器３５と、第１予熱水流路管３６と、分岐流路管３７と、流量制御部３８と、温度測定部３９と、第２流出水流路管４０と、第２熱交換器４１と、第２予熱水流路管４２と、を含んで構成される。熱交換部は、第１流出水流路管３４と、第１熱交換器３５と、を含んで構成される。
【００３１】
水貯留槽３１は、容器状に形成されて、水を貯留する。水貯留槽３１には、水流入流路管３１ａが接続されており、後述する第１予熱水流路管３６を介してボイラ２の気水ドラム２４に供給される水の量に応じた水が、水流入流路管３１ａを介して水貯留槽３１に補給される。なお、水流入流路管３１ａを介して水貯留槽３１に補給される水の温度は、たとえば、５℃〜４０℃に設定される。また、水貯留槽３１には、後述の第２予熱水流路管４２が接続されており、第２熱交換器４１において予熱された水が第２予熱水流路管４２を介して流入される。水貯留槽３１は、水流入流路管３１ａを介して水が補給され、第２予熱水流路管４２を介して予熱された水が流入された状態で、貯留水の温度が、たとえば３０℃〜８０℃となるようにされている。
【００３２】
また、水貯留槽３１を構成する材料は、特に限定されるものではなく、金属、合成樹脂などを用いることができる。本実施形態では、水貯留槽３１は、金属、たとえばＳＵＳ３０４によって形成される。
【００３３】
第１ポンプ３２は、水貯留槽３１に接続され、水貯留槽３１に貯留された水を、該水貯留槽３１から流出させる。第１ポンプ３２は、ボイラ２における気水ドラム２４に貯留される貯留水の水位が略一定に保持されるために、ボイラ２の蒸気流路管２６を介して外部に導出される水蒸気の量に応じた水が、第１予熱水流路管３６を介して気水ドラム２４に供給されるように、水貯留槽３１に貯留された水を流出させる。第１ポンプ３２は、たとえば、１００Ｌ（リットル）／ｍｉｎ〜３００Ｌ（リットル）／ｍｉｎの流量で、水貯留槽３１に貯留された水を流出させる。本実施形態において、第１ポンプ３２は、第１流出部を構成する。
【００３４】
第２ポンプ３３は、第１ポンプ３２とは独立した状態で水貯留槽３１に接続され、水貯留槽３１に貯留された水を、該水貯留槽３１から流出させる。第２ポンプ３３は、後述する第１熱交換器３５によって予め定める第１排ガス温度に１次冷却された１次冷却後に、第２熱交換器４１によって２次冷却された排ガスの温度が、予め定める第２排ガス温度となるように、水貯留槽３１に貯留された水を流出させる。第２ポンプ３３は、たとえば、５０Ｌ（リットル）／ｍｉｎ〜２００Ｌ（リットル）／ｍｉｎの流量で、水貯留槽３１に貯留された水を流出させる。本実施形態において、第２ポンプ３３は、第２流出部を構成する。
【００３５】
第１流出水流路管３４は、両端が開口した配管であって、一方開口端部が第１ポンプ３２に接続され、他方開口端部が第１連結部３４ｂを介して第１熱交換器３５に接続される。また、第１流出水流路管３４には、第１流量調整弁３４ａが設けられている。第１流出水流路管３４内には、第１ポンプ３２によって水貯留槽３１から流出された水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて矢符Ｂ１方向に流れる。すなわち、第１ポンプ３２によって水貯留槽３１から流出された水は、第１流出水流路管３４を介して第１熱交換器３５に流入することになる。
【００３６】
また、第１流出水流路管３４を構成する材料は、特に限定されるものではなく、金属、合成樹脂などを用いることができる。本実施形態では、第１流出水流路管３４は、金属、たとえばＳＵＳ３０４によって形成される。
【００３７】
第１熱交換器３５は、ボイラ２の排ガス排出ダクト２７内に配設される。本実施形態では、第１熱交換器３５は、直管状の配管が複数の屈曲部を有して折り曲げられた構造であり、配管内に水が流れるように構成されている。第１熱交換器３５は、一方端部が第１連結部３４ｂを介して第１流出水流路管３４の他方開口端部に接続され、他方端部が第２連結部３６ａを介して第１予熱水流路管３６の一方開口端部に接続されている。第１熱交換器３５は、第１連結部３４ｂおよび第２連結部３６ａを境界にして、第１流出水流路管３４および第１予熱水流路管３６に対して分離可能である。
【００３８】
第１熱交換器３５は、第１流出水流路管３４を流れた水が流入し、その流入した水と排ガス排出ダクト２７を流れる排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第１温度に予熱された予熱水（以下、「第１予熱水」という）を第１予熱水流路管３６に向けて導出するとともに、第１流出水流路管３４と第１熱交換器３５とでボイラ２の燃焼室２１から排ガス排出ダクト２７に排出された排ガスを予め定める第１排ガス温度に１次冷却する。
【００３９】
本実施形態では、燃焼室２１の出口における排ガスの温度、すなわち、排ガス排出ダクト２７内において第１熱交換器３５に対して排ガスの流れ方向Ａ３の上流側での排ガスの温度は、たとえば２００℃〜３００℃である。後述する流量制御部３８により第１流出水流路管３４を流れる水の流量が制御されることによって、第１熱交換器３５内を流れる水の流量が制御され、第１熱交換器３５が、前記第１温度に予熱された第１予熱水を第１予熱水流路管３６に向けて導出するとともに、排ガス中に含まれる酸性ガスを含む水分の凝縮温度（たとえば１５０℃）よりも高い予め定める前記第１排ガス温度にまで、排ガスを１次冷却する。なお、前記第１予熱水の第１温度は、たとえば、７０℃〜１００℃であり、前記第１排ガス温度は、たとえば１５０℃〜２００℃である。
【００４０】
排ガス排出ダクト２７内において、排ガスと接触する第１熱交換器３５の表面温度は、酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める第１排ガス温度と近い温度にまで上昇するので、第１熱交換器３５の表面での酸性ガスを含む水分の結露が抑制され、それ故、第１熱交換器３５での腐食の発生は抑制される。
【００４１】
第１熱交換器３５は、その表面での酸性ガスを含む水分の結露が抑制されて腐食の発生が抑制されるので、酸性物質に対する耐性が低く耐食性が低い、たとえば炭素鋼によって形成されていても、第１熱交換器３５の腐食に起因して突発的なボイラシステム１全体の稼動停止を余儀なくされることは、ほとんど考えなくてよい。
【００４２】
なお、第１熱交換器３５は、本実施形態では炭素鋼によって形成されるが、酸性物質に対する耐性の高い耐食材料により形成されていてもよい。酸性物質に対する耐性の高い耐食材料としては、たとえば、金属を用いる場合には、ニッケルクロム合金（インコネル、ハステロイ）やチタン合金、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステンなどが挙げられる。また、ニッケル溶射によって被覆された炭素鋼、アルミナ系、ジルコニア系などの無機材料によって被覆された炭素鋼、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）などのフッ素を含んだ樹脂材料によって被覆された炭素鋼を、耐食材料として用いることもできる。耐食性材料および耐食処理は、第１熱交換器３５全体に限らず、屈曲部分などの酸性ガスを含む水分が付着しやすい箇所に部分的に用いてもよい。
【００４３】
第１予熱水流路管３６は、両端が開口した配管であって、一方開口端部が第２連結部３６ａを介して第１熱交換器３５の他方端部に接続され、他方開口端部がボイラ２の気水ドラム２４に接続される。第１予熱水流路管３６内には、第１熱交換器３５から導出された第１予熱水または第１予熱水を含む水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて矢符Ｂ２方向に流れる。すなわち、第１熱交換器３５によって第１温度に予熱された第１予熱水、または第１予熱水と分岐流路管３７を流れた水とが混合された水が、第１予熱水流路管３６を介して気水ドラム２４に供給されることになる。
【００４４】
また、第１予熱水流路管３６を構成する材料は、特に限定されるものではなく、金属、合成樹脂などを用いることができる。本実施形態では、第１予熱水流路管３６は、金属、たとえばＳＵＳ３０４によって形成される。
【００４５】
また、本実施形態では、第１流出水流路管３４から分岐した分岐流路管３７が、第１予熱水流路管３６に接続されて設けられている。この分岐流路管３７には、第２流量調整弁３７ａが設けられている。分岐流路管３７を構成する材料は、特に限定されるものではなく、金属、合成樹脂などを用いることができる。本実施形態では、分岐流路管３７は、金属、たとえばＳＵＳ３０４によって形成される。
【００４６】
分岐流路管３７を備えた排熱回収装置３では、第１ポンプ３２によって水貯留槽３１から流出された水がボイラ２の気水ドラム２４に供給される経路としては、第１流出水流路管３４、第１熱交換器３５および第１予熱水流路管３６を介して気水ドラム２４に供給される経路と、第１流出水流路管３４、分岐流路管３７および第１予熱水流路管３６を介して気水ドラム２４に供給される経路との、２つの経路が存在することになる。このような分岐流路管３７を備えた排熱回収装置３では、後述する流量制御部３８は、分岐流路管３７を流れる水の流量を調整することによって、第１流出水流路管３４を流れる水の流量を制御することで第１熱交換器３５内を流れる水の流量を制御することができ、これによって、１次冷却される排ガスの第１排ガス温度を制御することができる。
【００４７】
流量制御部３８は、第１熱交換器３５によって１次冷却された排ガスの温度が、酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める第１排ガス温度（たとえば１６０℃）となるように、第１流出水流路管３４を流れる水の流量を制御することで、第１熱交換器３５内を流れる水の流量を制御する。
【００４８】
具体的には、流量制御部３８は、排ガス排出ダクト２７における、第１熱交換器３５の排ガス流れ方向Ａ３の下流側に配設される温度測定部３９によって測定された温度に基づいて、該温度測定部３９による、第１熱交換器３５による１次冷却後の排ガスの温度測定結果が第１排ガス温度となるように、第１流出水流路管３４に設けられる第１流量調整弁３４ａと、分岐流路管３７に設けられる第２流量調整弁３７ａとの開度を調整することによって、第１流出水流路管３４を流れる水の流量を制御することで第１熱交換器３５内を流れる水の流量を制御する。
【００４９】
流量制御部３８は、まず、温度測定部３９による温度測定結果が第１排ガス温度（たとえば１６０℃）となるように、第１流量調整弁３４ａの開度をたとえば３０％に調整し、かつ第２流量調整弁３７ａの開度をたとえば１００％に調整する。流量制御部３８は、温度測定部３９による温度測定結果が第１排ガス温度よりも高い場合には、第１流量調整弁３４ａの開度を３０％よりも漸次的に大きくし、温度測定部３９による温度測定結果が第１排ガス温度になった時点で、第１流量調整弁３４ａの開度調整を終了してその開度に固定する。流量制御部３８は、第１流量調整弁３４ａの開度を３０％よりも漸次的に大きくし、第１流量調整弁３４ａの開度を１００％にしてもまだ、温度測定部３９による温度測定結果が第１排ガス温度よりも高い場合には、第２流量調整弁３７ａの開度を１００％から漸次的に小さくし、温度測定部３９による温度測定結果が第１排ガス温度になった時点で、第２流量調整弁３７ａの開度調整を終了してその開度に固定する。
【００５０】
また、流量制御部３８は、温度測定部３９による温度測定結果が第１排ガス温度よりも低い場合には、第１流量調整弁３４ａの開度を１００％から漸次的に小さくし、温度測定部３９による温度測定結果が第１排ガス温度になった時点で、第１流量調整弁３４ａの開度調整を終了してその開度に固定する。
【００５１】
第２流出水流路管４０は、両端が開口した配管であって、一方開口端部が第２ポンプ３３に接続され、他方開口端部が第３連結部４０ａを介して第２熱交換器４１に接続される。第２流出水流路管４０内には、第２ポンプ３３によって水貯留槽３１から流出された水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて矢符Ｂ３方向に流れる。すなわち、第２ポンプ３３によって水貯留槽３１から流出された水は、第２流出水流路管４０を介して第２熱交換器４１に流入することになる。
【００５２】
また、第２流出水流路管４０を構成する材料は、特に限定されるものではなく、金属、合成樹脂などを用いることができる。本実施形態では、第２流出水流路管４０は金属、たとえばＳＵＳ３０４によって形成される。
【００５３】
第２熱交換器４１は、ボイラ２の排ガス排出ダクト２７内に、第１熱交換器３５の、排ガスの流れ方向Ａ３下流側に配設される。本実施形態では、第２熱交換器４１は、直管状の配管が複数の屈曲部を有して折り曲げられた構造であり、配管内に水が流れるように構成されている。第２熱交換器４１は、一方端部が第３連結部４０ａを介して第２流出水流路管４０の他方開口端部に接続され、他方端部が第４連結部４２ａを介して第２予熱水流路管４２の一方開口端部に接続されている。第２熱交換器４１は、第３連結部４０ａおよび第４連結部４２ａを境界にして、第２流出水流路管４０および第２予熱水流路管４２に対して分離可能である。
【００５４】
第２熱交換器４１は、第２流出水流路管４０を流れた水が流入し、その流入した水と第１熱交換器３５によって第１排ガス温度に１次冷却された排ガスとの間で熱交換を行うことによって、第２温度に予熱された予熱水（以下、「第２予熱水」という）を第２予熱水流路管４２に向けて導出するとともに、第１排ガス温度に１次冷却された後の排ガスを、予め定める第２排ガス温度に２次冷却する。第２温度は、第１温度と同じ温度であっても異なる温度であってもよく、異なる温度である場合には、第２温度が第１温度よりも低い方が好ましい。
【００５５】
本実施形態の排熱回収装置３では、排ガス排出ダクト２７内に配設された第１熱交換器３５によって排ガスを第１排ガス温度に１次冷却し、その１次冷却された排ガスを、第１熱交換器３５の下流側に配設された第２熱交換器４１によって第２排ガス温度に２次冷却することができるので、燃焼室２１から排出された、たとえば３００℃程度の排ガスを、６０℃程度に冷却可能に設定することができ、排ガスの熱回収効率を高効率に維持することができる。
【００５６】
本実施形態では、第２熱交換器４１において、前記第２予熱水の第２温度は、たとえば、５０℃〜９５℃であり、前記第２排ガス温度は、たとえば、５０℃〜１００℃である。
【００５７】
排ガス排出ダクト２７内において、排ガスと接触する第２熱交換器４１の表面温度は、酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも低い予め定める第２排ガス温度であるので、第２熱交換器４１の表面において酸性ガスを含む水分の結露が発生する。
【００５８】
本実施形態では、第２熱交換器４１は、炭素鋼によって形成される。第２熱交換器４１は、その表面での酸性ガスを含む水分の結露が発生しやすい状態であり、定期的な腐食度合いの検査、交換が必要である。このような第２熱交換器４１を形成する材料として、安価ではあるが、耐食性が低い炭素鋼を用いることは、検査、交換の頻度低減を考慮した場合には一見矛盾したことである。しかしながら、炭素鋼は、耐食性は低いものの、排ガスに含まれる酸性ガスに起因する応力腐食割れが少なく、全面腐食を呈する性質を有するので、たとえば、超音波探傷検査装置などを用いた第２熱交換器４１の損傷検査をしなくても、第２熱交換器４１を構成する流路管の肉厚測定や履歴データの参照、材料物性に基づくシミュレーションによる腐食度合の予測など簡単な方法で、第２熱交換器４１の腐食度合いを管理することができる。
【００５９】
なお、第２熱交換器４１は、本実施形態では炭素鋼によって形成されるが、酸性物質に対する耐性の高い耐食材料により形成されていてもよい。酸性物質に対する耐性の高い耐食材料としては、たとえば、金属を用いる場合には、ニッケルクロム合金（インコネル、ハステロイ）やチタン合金、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステンなどが挙げられる。また、ニッケル溶射によって被覆された炭素鋼、アルミナ系、ジルコニア系などの無機材料によって被覆された炭素鋼、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）などのフッ素を含んだ樹脂材料によって被覆された炭素鋼を、耐食材料として用いることもできる。耐食性材料および耐食処理は、第２熱交換器４１全体に限らず、屈曲部分などの酸性ガスを含む水分が付着しやすい箇所に部分的に用いてもよい。
【００６０】
第２予熱水流路管４２は、両端が開口した配管であって、一方開口端部が第４連結部４２ａを介して第２熱交換器４１の他方端部に接続され、他方開口端部が水貯留槽３１に接続される。第２予熱水流路管４２内には、第２熱交換器４１から導出された第２予熱水が、一方開口端部から他方開口端部に向けて矢符Ｂ４方向に流れる。すなわち、第２熱交換器４１によって第２温度に予熱された第２予熱水は、第２予熱水流路管４２を介して水貯留槽３１に供給されることになる。
【００６１】
また、第２予熱水流路管４２を構成する材料は、特に限定されるものではなく、金属、合成樹脂などを用いることができる。本実施形態では、第２予熱水流路管４２は、金属、たとえばＳＵＳ３０４によって形成される。
【００６２】
上記のように構成された本実施形態の排熱回収装置３では、流量制御部３８は、第１熱交換器３５によって１次冷却された排ガスの温度が、排ガスに含まれる酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める第１排ガス温度となるように、第１流出水流路管３４を介して第１熱交換器３５に供給される水の流量を制御する。燃焼室２１から排出された、たとえば３００℃程度の排ガスを排熱回収装置３によって６０℃程度に冷却する場合、排ガス排出ダクト２７内を流れる排ガスは、酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める第１排ガス温度にまで、第１熱交換器３５によって１次冷却され、その後、６０℃程度（第２排ガス温度）にまで、第２熱交換器４１によって２次冷却されることになる。
【００６３】
このような場合、排ガス排出ダクト２７内において、排ガスと接触する第１熱交換器３５の表面温度は、酸性ガスを含む水分の凝縮温度よりも高い予め定める第１排ガス温度と近い温度にまで上昇するので、第１熱交換器３５の表面での酸性ガスを含む水分の結露が抑制され、それ故、第１熱交換器３５での腐食の発生は抑制される。これに対し、２次冷却される排ガスと接触する第２熱交換器４１の表面温度は６０℃程度（第２排ガス温度）になるので、第２熱交換器４１の表面には酸性ガスを含む水分の結露が発生することになる。
【００６４】
たとえば、燃焼室２１から排出された３００℃程度の排ガスを排熱回収装置３によって６０℃程度に冷却する場合、本実施形態の排熱回収装置３では、酸性ガスを含む水分の結露が抑制されて腐食の発生が抑制される第１熱交換器３５は、酸性ガスを含む水分の結露が発生する第２熱交換器４１に対して独立した状態で、ボイラ２の気水ドラム２４に供給するための第１予熱水を導出することができるように構成されているので、酸性ガスを含む水分の結露に起因した腐食が第２熱交換器４１に発生した場合であっても、ボイラシステム１全体を稼動停止させることなく第２熱交換器４１の検査、交換が可能となる。
【００６５】
また、本実施形態の排熱回収装置３を備えるボイラシステム１においては、労働安全衛生法に基づき定められた施行令第一条第三号の規定を考慮すると、ボイラ２の排ガス排出ダクト２７内に配設される第１熱交換器３５は、第１予熱水流路管３６を介して、大気圧を超える高圧の気水ドラム２４と接続されているので、前記施行令第一条第三号の規定の適用範囲内のものとなり得る。これに対し、第２熱交換器４１は、ボイラ２の排ガス排出ダクト２７内に配設されているものの、大気圧を超える高圧の気水ドラム２４とは直接的または間接的に接続されていないので、前記施行令第一条第三号の規定の適用範囲外のものとなり得る。前述したように、第２熱交換器４１は、ボイラシステム１において、酸性ガスを含む水分の結露に起因した腐食が発生しやすい構造部分であるが、前記施行令第一条第三号の規定の適用範囲外となれば、第２熱交換器４１については、定期検査および交換作業などを容易に行うことができる。
【００６６】
上記では、第１流出部が第１ポンプ３２で構成され、第２流出部が第２ポンプ３３で構成されており、水貯留槽３１の水を、第１ポンプ３２および第２ポンプ３３を用いて、それぞれ第１熱交換器３５と第２熱交換器４１とに流量制御して流出させる構成としている。しかしながら、このような構成に限らず、第１流出部と第２流出部とを、１台のポンプと、ポンプ下流側に接続された分岐配管と、開度が調節可能な２つの流量調節弁とを組合わせた構成としてもよい。このような構成では、１台のポンプで水貯留槽３１から水を流出させ、流出した水を分岐配管で分岐し、分岐した水の流量を、それぞれ流量調節弁で調節することで、第１熱交換器３５および第２熱交換器４１を流れる水の流量をそれぞれ制御する。このように、水貯留槽３１から流出された水が第１熱交換器３５および第２熱交換器４１にそれぞれ流れ、第１熱交換器３５および第２熱交換器４１を流れる水の流量をそれぞれ制御することが可能な構成であれば、水貯留槽と第１流出部および第２流出部の構成は、どのような構成であってもよく、たとえば、３台以上のポンプを用いた構成であってもよい。
【００６７】
排熱回収装置３を備えるボイラシステム１を実際に稼働させ、下記の実施例１，２とした。
（実施例１）
気水ドラム２４内の圧力を２．４５ＭＰａとし、第１熱交換器３５の排ガス流れ方向Ａ３の上流側での排ガス温度が２６７℃でボイラシステム１を稼働させた。水貯留槽３１において６７℃に予熱された貯留水を、第１熱交換器３５に１３５Ｌ／ｍｉｎで流し、第１流量調整弁３４ａの開度を２０％、第２流量調整弁３７ａの開度を１００％としたとき、温度測定部３９で測定された第１排ガス温度は１６０℃であり、第１予熱水流路管３６を流れる第１予熱水の温度は９１℃であった。第２交換器４１に４００Ｌ／ｍｉｎで貯留水を流したとき、第２排ガス温度は１２５℃であり、第２予熱水流路管４２を流れる第２予熱水の温度は７５℃であった。
【００６８】
（実施例２）
気水ドラム２４内の圧力を２．４５ＭＰａとし、第１熱交換器３５の排ガス流れ方向Ａ３の上流側での排ガス温度が２８２℃でボイラシステム１を稼働させた。水貯留槽３１において５５℃に予熱された貯留水を、第１熱交換器３５に１７３Ｌ／ｍｉｎで流し、第１流量調整弁３４ａの開度を２０％、第２流量調整弁３７ａの開度を１００％としたとき、温度測定部３９で測定された第１排ガス温度は１６９℃であり、第１予熱水流路管３６を流れる第１予熱水の温度は８０℃であった。第２交換器４１に４００Ｌ／ｍｉｎで貯留水を流したとき、第２排ガス温度は１３５℃であり、第２予熱水流路管４２を流れる第２予熱水の温度は８０℃であった。
【符号の説明】
【００６９】
１  ボイラシステム
２  ボイラ
３  排熱回収装置
２１  燃焼室
２２  バーナ
２３  伝熱管
２４  気水ドラム
２５  気水循環流路管
２６  蒸気流路管
２７  排ガス排出ダクト
３１  水貯留槽
３１ａ  水流入流路管
３２  第１ポンプ
３３  第２ポンプ
３４  第１流出水流路管
３４ａ  第１流量調整弁
３４ｂ  第１連結部
３５  第１熱交換器
３６  第１予熱水流路管
３６ａ  第２連結部
３７  分岐流路管
３７ａ  第２流量調整弁
３８  流量制御部
３９  温度測定部
４０  第２流出水流路管
４０ａ  第３連結部
４１  第２熱交換器
４２  第２予熱水流路管
４２ａ  第４連結部
【図１】
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