(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の伝熱管６を多段に配置した第一熱交換部７および第二熱交換部８を備え、前記第一熱交換部７を上昇流ダクト１内に設けるとともに、前記上昇流ダクトに上端同士が連絡される前記第二熱交換部８を前記下降流ダクト２内に設け、排ガスが前記上昇流ダクト１内を下方から上方へ流れた後、前記下降流ダクト２内を上方から下降へ流れるように構成し、
前記第一熱交換部７の上方に設けられ排ガスの流れと対面する方向へ洗浄流体を噴射するスートブロー管１６と、前記第二熱交換部８の上方に設けられ排ガスの流れ方向に洗浄流体を噴射するスートブロー管１６とからなるスートブロー手段１５を設けた排ガス用熱交換器のスートブロー方法において、
スートブロー信号の有無を判定し、前記スートブロー信号がある場合は、排ガスが流通しているか否かを判定し、前記排ガスが流通していると判定すると、前記スートブロー手段１５により前記第二熱交換部８のみスートブローを行い、排ガスが非流通と判定すると、前記スートブロー手段１５により前記両熱交換部７、８のスートブローを行うことを特徴とする排ガス用熱交換器のスートブロー方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボイラ等の熱機器の排ガスから熱回収を行う排ガス用熱交換器におけるスートブロー方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ等の熱機器に付設され、この熱機器の排ガスから熱回収を行う排ガス用熱交換器には、顕熱を回収する顕熱回収熱交換部と潜熱を回収する潜熱回収熱交換部とを備えたものがある。この潜熱回収熱交換部は、排ガス中の水蒸気の凝縮を伴い、水蒸気が凝縮して水になる際の凝縮熱を主に回収している。
【０００３】
前記排ガス用熱交換器の構造としては、通常、複数本の伝熱管を多段に配置した第一熱交換部および第二熱交換部を備え、前記第一熱交換部を上昇流ダクト内に設けるとともに、前記第二熱交換部を下降流ダクト内に設け、前記熱機器からの排ガスを前記上昇流ダクト，前記下降流ダクトの順に流通させるとともに、被加熱流体を前記第二熱交換部，前記第一熱交換部の順に流通させる構成となっている。そして、主として、前記第一熱交換部が前記顕熱回収熱交換部となり、前記第二熱交換部が前記潜熱回収熱交換部となっている。
【０００４】
また、前記排ガス用熱交換器にはスートブロー手段が設けられ、水あるいは蒸気等の洗浄流体を前記両熱交換部へ噴霧して、前記各伝熱管に付着した煤等を除去するようになっている。ところで、前記排ガス用熱交換器には、一日２４時間稼動しているものもあり、排ガスが流通中にスートブローを行わざるを得ないものがある。この場合、前記第一熱交換部へ向かって噴霧された洗浄流体は、排ガスの流通方向と対向する方向へ噴霧されるため、噴霧状態が乱され、充分なスートブローを行うことができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、排ガス用熱交換器において、スートブローを確実に行うことである。
【０００６】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数本の伝熱管を多段に配置した第一熱交換部および第二熱交換部を備え、前記第一熱交換部７を上昇流ダクト内に設けるとともに、前記上昇流ダクトに上端同士が連絡される前記第二熱交換部を前記下降流ダクト内に設け、排ガスが前記上昇流ダクト内を下方から上方へ流れた後、前記下降流ダクト内を上方から下降へ流れるように構成し、前記第一熱交換部の上方に設けられ排ガスの流れと対面する方向へ洗浄流体を噴射するスートブロー管と、前記第二熱交換部の上方に設けられ排ガスの流れ方向に洗浄流体を噴射するスートブロー管とからなるスートブロー手段を設けた排ガス用熱交換器のスートブロー方法において、スートブロー信号の有無を判定し、前記スートブロー信号がある場合は、排ガスが流通しているか否かを判定し、前記排ガスが流通していると判定すると、前記スートブロー手段により前記第二熱交換部のみスートブローを行い、排ガスが非流通と判定すると、前記スートブロー手段により前記両熱交換部のスートブローを行うことを特徴とする排ガス用熱交換器のスートブロー方法ことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明に係る排ガス用熱交換器は、複数本の伝熱管を多段に配置した第一熱交換部および第二熱交換部を備え、前記第一熱交換部を上昇流ダクト内に設けるとともに、前記第二熱交換部を下降流ダクト内に設けた構成になっている。そして、ボイラ等の熱機器からの排ガスを前記上昇流ダクト，前記下降流ダクトの順に流通させるとともに、被加熱流体を前記第二熱交換部，前記第一熱交換部の順に流通させる構成としている。したがって、前記第一熱交換部が顕熱回収熱交換部となり、前記第二熱交換部が潜熱回収熱交換部となっており、両者が確実に区分された構成となっている。
【０００８】
また、前記両熱交換部の上方には、スートブロー手段が設けられている。このスートブロー手段は、水や蒸気等の洗浄流体を前記両熱交換部へ噴霧する構成になっており、前記熱機器の運転時，すなわち排ガス流通時は前記第二熱交換部のみスートブローを行い、前記熱機器の停止時，すなわち排ガス非流通時は前記両熱交換部のスートブローを行うようになっている。これにより、排ガスが流通している前記熱機器の運転時は、前記洗浄流体の噴霧状態が乱されてスートブローの効果が充分でない前記第一熱交換部のスートブローは行わないようにしている。一方、前記第二熱交換部においては、前記熱機器の運転時、前記洗浄流体が排ガスの流通方向と同じ方向へ噴霧されるため、噴霧状態があまり乱されず充分に煤等の付着物を除去することができる。
【０００９】
ところで、排ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水となり、この凝縮水へ排ガス中の硫酸成分等の腐食成分が混入すると、腐食が発生しやすくなるが、この出願の発明者らは、前記伝熱管の腐食について、つぎのような知見を得た。すなわち、前記伝熱管は、排ガス流通中において、その管壁温度が、排ガス中の水蒸気が凝縮する露点温度を基準にして所定の温度範囲内，具体的には露点温度±１０℃になる位置に配置された場合に腐食が発生しやすいということである。これは、管壁温度が露点温度近傍にある伝熱管では、まだ凝縮水の量が少ないため、相対的に腐食成分の濃度が高くなって腐食しやすくなり、それより下流側では、上方から落下してきた凝縮水が集まって凝縮水の量が多くなり、腐食成分の濃度が希釈されて腐食しにくくなるためであると考えられる。
【００１０】
そこで、この発明においては、少なくとも前記両熱交換部の最上段に位置する伝熱管を、その管壁温度が前記温度範囲内になる位置に配置している。そうすることにより、腐食が発生しやすい前記伝熱管に対して集中的にスートブローを行うことができ、腐食の進行を抑えることができる。ここにおいて、管壁温度が前記温度範囲内になる位置に配置される伝熱管は、前記両熱交換部における最上段の伝熱管を含めて、この最上段の伝熱管から所定数下段の伝熱管までとすることもできる。
【００１１】
前記構成によれば、排ガスの流通に応じて、適切なスートブローを確実に行うことができる。
【００１２】
【実施例】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の一実施例における縦断面説明図であり、また図２は、図１のII−II線に沿う縦断面説明図である。
【００１３】
この発明に係る排ガス用熱交換器は、上昇流ダクト１および下降流ダクト２を備え、これらのダクト１，２の上端開口部同士が、連結ダクト３で連結されている。また、前記上昇流ダクト１の下端側方部には、排ガス流入口４が設けられており、一方前記下降流ダクト２の下端側方部には、排ガス流出口５が設けられている。前記上昇流ダクト１内には、複数本の伝熱管６，６，…を多段に配置した第一熱交換部７が設けられている。同様にして、前記下降流ダクト２内にも、複数本の伝熱管６，６，…を多段に配置した第二熱交換部８が設けられている。前記各伝熱管６は、ほぼ水平に配置されているとともに、排ガスの流れ方向に沿って千鳥状に配置されている。また、前記各伝熱管６には、多数の伝熱フィン９，９，…が設けられている。
【００１４】
図２に示すように、前記第二熱交換部８において、前記各伝熱管６の両端は前記下降流ダクト２の側壁を貫通して設けられ、第一ヘッダ１０および第二ヘッダ１１にそれぞれ連通している。これらの両ヘッダ１０，１１内には、複数の仕切部材１２，１２，…が設けられ、これらの各仕切部材１２で仕切られた小室（符号省略）には、上下方向に隣接する２段分の前記各伝熱管６がそれぞれ連通している。ただし、前記第一ヘッダ１０の最下方に位置する小室には、最下段の前記各伝熱管６のみが連通しているとともに、被加熱流体の流入管１３が接続されている。また、前記第二ヘッダ１１の最上方に位置する小室には、最上段の前記各伝熱管６のみが連通しているとともに、前記第一熱交換部７と前記第二熱交換部８とを連結する連結管１４が接続されている。
【００１５】
したがって、前記流入管１３から流入した被加熱流体としての水は、前記第二熱交換部８において、最下段の前記各伝熱管６から順番に次段の前記各伝熱管６へ流れ、方向を転換しながら上昇し、前記連結管１４から前記第一熱交換部７へ流れるようになっている。一方、前記第一熱交換部７も前記第二熱交換部８と同様の構成になっており（図示省略）、前記連結管１４から流入した被加熱流体は、最上段の前記各伝熱管６から順番に次段の前記各伝熱管６へ流れ、方向を転換しながら下降し、最下段の流出管（図示省略）から外部へ流出するようになっている。
【００１６】
このようにして、被加熱流体は、前記第二熱交換部８，前記第一熱交換部７の順に流通し、一方ボイラ等の熱機器（図示省略）からの排ガスは、前記排ガス流入口４から前記上昇流ダクト１内へ流入し、前記上昇流ダクト１，連結ダクト３，下降流ダクト２の順に流通して、前記排ガス流出口５から外部へ流出する。これらの流通過程において、排ガスと被加熱流体との熱交換が行われる。
【００１７】
また、前記両熱交換部７，８の上方には、スートブロー手段１５として、複数のスートブロー管１６，１６，…がそれぞれ設けられている。これらの各スートブロー管１６の下面には、複数の洗浄流体噴出口（図示省略）が設けられている。前記スートブロー手段１５は、前記熱機器の運転時，すなわち排ガス流通時は前記第二熱交換部８のみスートブローを行い、前記熱機器の停止時，すなわち排ガス非流通時は前記両熱交換部７，８のスートブローを行うように制御される。一方、前記両ダクト１，２の底部には、落下してきた洗浄流体を排出する排出管１７がそれぞれ設けられている。
【００１８】
ここで、図３に基づいて、前記スートブロー手段１５の制御手順について説明する。まず、ステップＳ１で、スートブロー信号の有無を判定する。このスートブロー信号は、スートブローの操作ボタンを操作することにより出力されたり、前記各伝熱管６の煤の付着状況を前記排ガス流出口５の排ガス温度によって検出して自動的に出力されたりする。スートブロー信号がある場合は、ステップＳ２へ移行し、排ガス流通時か否かを判定する。そして、排ガス流通時は、ステップＳ３へ移行し、前記第二熱交換部８のみスートブローを行う。また、排ガス非流通時は、ステップＳ４へ移行し、前記両熱交換部７，８の両方のスートブローを行う。ここで、前記排ガス流通の判定においては、排ガスが流通しているか否かを流量センサや温度センサ等により直接検出して判定することもできるし、前記熱機器が運転中か否かにより判定することもできる。
【００１９】
以上のように、前記構成によれば、排ガス流通時にスートブローを行う場合は、前記第二熱交換部８に対してのみスートブローが行われ、排ガスの流通方向と同方向へ洗浄流体が噴霧される。したがって、洗浄流体の噴霧状態が乱されることがなく、確実なスートブローを行うことができる。一方、排ガス非流通時は、洗浄流体の噴霧状態が排ガスの流れの影響を受けないので、前記両熱交換部７，８に対してスートブローが行われ、全体的に煤が除去される。
【００２０】
ところで、前記構成において、前記両熱交換部７，８の最上段に位置する前記各伝熱管６は、排ガス流通中において、その管壁温度が、排ガス中の水蒸気が凝縮する露点温度を基準にして±１０℃の温度範囲内になる位置に配置されている。これは、前記第一熱交換部７で凝縮水の落下が生じないようにするためである。管壁温度が前記温度範囲内にあると凝縮水の発生は少なく、落下するほど多量の凝縮水は発生しない。ここで、前記両熱交換部７，８の最上段および次段に位置する前記各伝熱管６を、その管壁温度が前記温度範囲になる位置に配置することもできる。
【００２１】
ここにおいて、前記露点温度は、前記熱機器において使用される燃料の種類や、排ガス中の酸素濃度等により変化する。たとえば、ガス燃料では約５０℃，油燃料では約４５℃である。
【００２２】
そして、前記構成によれば、前記第一熱交換部７は顕熱を回収するための顕熱回収熱交換部となり、また前記第二熱交換部８は潜熱を回収するための潜熱回収熱交換部となって、両者が確実に区分される。したがって、凝縮水の落下は、前記第二熱交換部８でのみ発生し、前記第一熱交換部７では発生せず、凝縮水の落下に伴う圧力損失の増大や熱回収効率の低下を防止することができる。すなわち、前記上昇流ダクト１内で凝縮水が落下すると、上昇方向へ流れる排ガスの流れを乱し、圧力損失の増大や熱回収効率の低下を引き起こすが、凝縮水が落下しないので、これらの問題が生じることはない。また、下段の前記各伝熱管６に落下した凝縮水が高温の排ガスと接触して再蒸発すると、排ガス中から凝縮水中へ混入している硫酸成分等の腐食成分の濃度が高くなって腐食が発生しやすくなるが、これも防止することができる。
【００２３】
また、管壁温度が前記温度範囲内にある前記各伝熱管６では、腐食が発生しやすい。よって、前記構成によれば、腐食が発生しやすい前記各伝熱管６に対して集中的にスートブローを行うことができ、腐食の進行を抑えることができる。そして、管壁温度が前記温度範囲内にある前記各伝熱管６，すなわち前記両熱交換部７，８の最上段（あるいは最上段および次段）に位置する前記各伝熱管６は、高耐食性の材料，たとえばニッケル系合金鋼によって形成しており、他の前記各伝熱管６は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０等の通常のステンレス鋼で形成している。そうすることにより、腐食の発生を確実に防止することができるとともに、経済性にも優れている。
【００２４】
【発明の効果】
この発明によれば、排ガスの流通に応じて、適切なスートブローを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明における一実施例の縦断面説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う縦断面説明図である。
【図３】この発明の一実施例におけるスートブローの制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  上昇流ダクト
２  下降流ダクト
６  伝熱管
７  第一熱交換部
８  第二熱交換部
１５  スートブロー手段
【図１】
0004218157.tif 000002
【図２】
0004218157.tif 000003
【図３】
0004218157.tif 000004