JP2000304492A - ガス給水加熱器 - Google Patents
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Landscapes
- Chimneys And Flues (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 微量硫安の付着と湿潤時の構成材料の腐食に
起因するスケールの発生を防止することができ、伝熱性
能の低下を引き起こすことなく長期わたって運転可能な
低コストのガス給水加熱器を提供する。 【解決手段】 排ガスの熱を回収するガス給水加熱器に
おいて、排ガス温度が２００℃以下になる部分の伝熱管
およびフィンを、９％以上のＣｒを含むフェライト系鉄
基材料によって成形する。フェライト系鉄基材料として
は、ＪＩＳ規格でＳＴＢＡ２６、ＳＴＢＡ２７、ＳＴＢ
Ａ２８、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０
Ｌ、あるいはＳＵＳ４３０のいずれかが使用される。こ
の場合、好ましくはフィンをＳＵＳ４１０Ｌのような１
３％以上のＣｒを含むフェライト系鉄基材料によって構
成する。
起因するスケールの発生を防止することができ、伝熱性
能の低下を引き起こすことなく長期わたって運転可能な
低コストのガス給水加熱器を提供する。 【解決手段】 排ガスの熱を回収するガス給水加熱器に
おいて、排ガス温度が２００℃以下になる部分の伝熱管
およびフィンを、９％以上のＣｒを含むフェライト系鉄
基材料によって成形する。フェライト系鉄基材料として
は、ＪＩＳ規格でＳＴＢＡ２６、ＳＴＢＡ２７、ＳＴＢ
Ａ２８、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０
Ｌ、あるいはＳＵＳ４３０のいずれかが使用される。こ
の場合、好ましくはフィンをＳＵＳ４１０Ｌのような１
３％以上のＣｒを含むフェライト系鉄基材料によって構
成する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、火力発電システ
ムに用いられるガス給水加熱器に係り、特に、経時的な
電熱性能の低下防止を考慮したガス給水加熱器に関す
る。
ムに用いられるガス給水加熱器に係り、特に、経時的な
電熱性能の低下防止を考慮したガス給水加熱器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン発電とガス焚きボイラによ
る火力発電を組み合わせた排気再熱火力発電プラントや
ガスタービン発電と廃熱回収ボイラ（ＨＩＲＳＧ）とを
組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントは、媒
塵や硫黄硫化物（ＳＯ2＋ＳＯ3＝ＳＯｘ）等の公害物質
を排出しないことや発電効率がよく、負荷変化への対応
性に優れていることから、都市型発電設備として数多く
設置されており、高稼動率で運転されている。
る火力発電を組み合わせた排気再熱火力発電プラントや
ガスタービン発電と廃熱回収ボイラ（ＨＩＲＳＧ）とを
組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントは、媒
塵や硫黄硫化物（ＳＯ2＋ＳＯ3＝ＳＯｘ）等の公害物質
を排出しないことや発電効率がよく、負荷変化への対応
性に優れていることから、都市型発電設備として数多く
設置されており、高稼動率で運転されている。
【０００３】図７および図８に従来から実施されている
排気再燃焼火力発電プラントとコンバインドサイクル発
電プラントの概略を示す。
排気再燃焼火力発電プラントとコンバインドサイクル発
電プラントの概略を示す。
【０００４】排気再燃焼火力発電プラントでは、ボイラ
１に設けた過熱器２と再熱器３で加熱された蒸気を蒸気
タービン４に送って蒸気タービン発電機５を駆動して発
電を行い、蒸気タービン４から導かれた蒸気をコンデン
サ６で凝縮し、ガス給水加熱器７で加熱する。加熱され
た水はデアレータ８および給水ポンプ９によって高圧給
水加熱器１０に送り込まれ、ボイラ１の燃焼ガス排出方
向最下流側に設置された節炭器１１、１次再熱器１２、
および１次加熱器１３によって加熱された後、さらに加
熱器２に送られるというサイクルを繰り返すまた、再熱
器３によって加熱された蒸気は（低圧）蒸気タービンに
送られて発電機５を回転させるエネルギに変換されたあ
と、一部は再熱器３に戻って再度加熱されて蒸気タービ
ン４に送られる。
１に設けた過熱器２と再熱器３で加熱された蒸気を蒸気
タービン４に送って蒸気タービン発電機５を駆動して発
電を行い、蒸気タービン４から導かれた蒸気をコンデン
サ６で凝縮し、ガス給水加熱器７で加熱する。加熱され
た水はデアレータ８および給水ポンプ９によって高圧給
水加熱器１０に送り込まれ、ボイラ１の燃焼ガス排出方
向最下流側に設置された節炭器１１、１次再熱器１２、
および１次加熱器１３によって加熱された後、さらに加
熱器２に送られるというサイクルを繰り返すまた、再熱
器３によって加熱された蒸気は（低圧）蒸気タービンに
送られて発電機５を回転させるエネルギに変換されたあ
と、一部は再熱器３に戻って再度加熱されて蒸気タービ
ン４に送られる。
【０００５】一方、ボイラ１の下部に設けられたウイン
ドボックス２０からガスタービン１９側に送られたガス
は、圧縮器１８によって圧縮された空気と混合されてガ
スタービン１９を駆動し、ガスタービン発電器１７を駆
動する。また、ボイラ１の高温の排ガスは脱硝装置１４
によってＮＯｘが除去され、高圧給水加熱器１０、ガズ
給水加熱器７を介して誘導ファン１５によって吸引誘導
され、煙突１６から大気中に放出される。
ドボックス２０からガスタービン１９側に送られたガス
は、圧縮器１８によって圧縮された空気と混合されてガ
スタービン１９を駆動し、ガスタービン発電器１７を駆
動する。また、ボイラ１の高温の排ガスは脱硝装置１４
によってＮＯｘが除去され、高圧給水加熱器１０、ガズ
給水加熱器７を介して誘導ファン１５によって吸引誘導
され、煙突１６から大気中に放出される。
【０００６】また、図８に示したコンバインドサイクル
発電プラントでは、圧縮機１８、ガスタービン１９およ
び発電器１７からなるガス発電系で使用された高熱のガ
スを加熱器２４、脱硝装置１４、蒸発器２３、ガス給水
加熱器２１および節炭器２２に導いてコンデンサ６で凝
縮された蒸気と熱交換した後、煙突１６から大気中に排
出される。コンデンサ６で凝縮された蒸気は、前記各部
で熱交換して高熱の蒸気となり、蒸気タービン４と蒸気
発電器５を駆動し、蒸気発電系で発電を行なった後、コ
ンデンサ６に導かれて凝縮され、再度加熱されるという
サイクルを繰り返す。
発電プラントでは、圧縮機１８、ガスタービン１９およ
び発電器１７からなるガス発電系で使用された高熱のガ
スを加熱器２４、脱硝装置１４、蒸発器２３、ガス給水
加熱器２１および節炭器２２に導いてコンデンサ６で凝
縮された蒸気と熱交換した後、煙突１６から大気中に排
出される。コンデンサ６で凝縮された蒸気は、前記各部
で熱交換して高熱の蒸気となり、蒸気タービン４と蒸気
発電器５を駆動し、蒸気発電系で発電を行なった後、コ
ンデンサ６に導かれて凝縮され、再度加熱されるという
サイクルを繰り返す。
【０００７】いずれのプラントとも重油や石炭焚きのボ
イラに比べて排ガス中のＳＯｘが極めて少ないため、硫
酸露点腐食を考慮する必要がなく、排ガス中の保有熱は
低温まで回収されるので、重油や石炭焚きボイラを使用
した火力発電システムの場合に比べて熱効率もより高く
なる。
イラに比べて排ガス中のＳＯｘが極めて少ないため、硫
酸露点腐食を考慮する必要がなく、排ガス中の保有熱は
低温まで回収されるので、重油や石炭焚きボイラを使用
した火力発電システムの場合に比べて熱効率もより高く
なる。
【０００８】図９は図７の要部を示す説明図で、ガス給
水加熱器７を中心とする給水およびガスの流入および流
出前後の設備を示しており、図７に示したものと同一の
各設備には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略
する。この図９における脱硝装置１４は排ガス流入方向
上流側に排ガスの流れに直交するようにアンモニア注入
装置２５が設けられ、その下流側に脱硝触媒２７が設け
られている。また、ガス給水加熱器７、コンデンサ６、
高圧給水加熱器１０の熱交換部分には伝熱効率を向上さ
せるためフィン付き伝熱管２６が使用されている。
水加熱器７を中心とする給水およびガスの流入および流
出前後の設備を示しており、図７に示したものと同一の
各設備には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略
する。この図９における脱硝装置１４は排ガス流入方向
上流側に排ガスの流れに直交するようにアンモニア注入
装置２５が設けられ、その下流側に脱硝触媒２７が設け
られている。また、ガス給水加熱器７、コンデンサ６、
高圧給水加熱器１０の熱交換部分には伝熱効率を向上さ
せるためフィン付き伝熱管２６が使用されている。
【０００９】ガス給水加熱器７は約３５０℃の排ガスの
保有熱でコンデンサ（復水器）６および純水器から供給
される約６０℃の給水を約２５０℃まで加熱する装置で
あり、この熱交換のために排ガスは８０〜１２０℃まで
冷却される。なお、このガス給水加熱器７はコンバイン
ドサイクルのＨＲＳＧの場合は節炭器２２に対応する。
保有熱でコンデンサ（復水器）６および純水器から供給
される約６０℃の給水を約２５０℃まで加熱する装置で
あり、この熱交換のために排ガスは８０〜１２０℃まで
冷却される。なお、このガス給水加熱器７はコンバイン
ドサイクルのＨＲＳＧの場合は節炭器２２に対応する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な低温の排ガス回収装置において、伝熱管２６の外面に
スケールが付着し、前記フィン付き伝熱管２６が付着し
たスケールによって閉塞して伝熱性能が低下するという
現象が生じている。スケールの分析例によれば、スケー
ルは硫酸アンモニウム（（ＮＨ4）2ＳＯ4−以下、「硫
安」と称する。）等の硫酸塩と鉄の酸化物や水酸化物
（以下、「鉄スケール」と称する。）であり、両者の割
合は鉄スケールが８０％以上、平均的には９０％程度と
なっている。
な低温の排ガス回収装置において、伝熱管２６の外面に
スケールが付着し、前記フィン付き伝熱管２６が付着し
たスケールによって閉塞して伝熱性能が低下するという
現象が生じている。スケールの分析例によれば、スケー
ルは硫酸アンモニウム（（ＮＨ4）2ＳＯ4−以下、「硫
安」と称する。）等の硫酸塩と鉄の酸化物や水酸化物
（以下、「鉄スケール」と称する。）であり、両者の割
合は鉄スケールが８０％以上、平均的には９０％程度と
なっている。
【００１１】スケールの生成原因を検討すると、図１０
の燃料中の硫黄量と付着硫安量との関係、図１１の硫安
付着量と腐食速度との関係、図１２の相対湿度と腐食速
度との関係に示すように天然ガスにおいても産地により
０．２〜３ｍｇ／ｍ3Ｎの微量の硫黄を含んでおり、排
ガス中のＳＯ2（酸化するとＳＯ3）と脱硝装置１４から
排出される余剰アンモニア（ＮＨ3）が搬送して硫安と
なる。１〜４％と推定されるが、その一部が付着すると
仮定しても、長年の運転で０．１〜１ｍｇ／ｃｍ2オー
ダの硫安が付着する。そして、起動停止時に湿潤条件に
なると、構成材料である炭素鋼では約１ｍｍ／年（湿潤
状態の年数）の腐食が生じる。このような微量の硫酸塩
付着と湿潤下での構成材料の腐食が多量のスケール生成
の原因となっている。
の燃料中の硫黄量と付着硫安量との関係、図１１の硫安
付着量と腐食速度との関係、図１２の相対湿度と腐食速
度との関係に示すように天然ガスにおいても産地により
０．２〜３ｍｇ／ｍ3Ｎの微量の硫黄を含んでおり、排
ガス中のＳＯ2（酸化するとＳＯ3）と脱硝装置１４から
排出される余剰アンモニア（ＮＨ3）が搬送して硫安と
なる。１〜４％と推定されるが、その一部が付着すると
仮定しても、長年の運転で０．１〜１ｍｇ／ｃｍ2オー
ダの硫安が付着する。そして、起動停止時に湿潤条件に
なると、構成材料である炭素鋼では約１ｍｍ／年（湿潤
状態の年数）の腐食が生じる。このような微量の硫酸塩
付着と湿潤下での構成材料の腐食が多量のスケール生成
の原因となっている。
【００１２】これらの問題に対処するために、 天然ガス中の硫黄量および脱硝装置での余剰（リー
ク）ＮＨ3量を零にする。
ク）ＮＨ3量を零にする。
【００１３】 付着したスケールを洗い流す。
【００１４】 起動停止時に給水を別の手段で加熱し
たり水分量を低減したドライ高温ガスで伝熱管を加熱す
る。
たり水分量を低減したドライ高温ガスで伝熱管を加熱す
る。
【００１５】 硫安環境で耐食性のあるＳＵＳ３０４
で代表される１８Ｃｒ８Ｎｉ系のオーステナイト系ステ
ンレス鋼を使用する。
で代表される１８Ｃｒ８Ｎｉ系のオーステナイト系ステ
ンレス鋼を使用する。
【００１６】などの方法が考えられる。
【００１７】しかし、の方法のように天然ガス中の硫
黄量および脱硝装置での余剰（リーク）ＮＨ3量を零に
するということは、燃料性状および脱硝率などの観点か
ら困難であり、実現不能である。の方法では、硫安な
どの水溶性物質は水洗で除去できるが、フィン間に堆積
した酸化鉄や水酸化鉄の腐食生成物スケールは２０ＭＰ
ａ以上の高圧ジェット水や化学的な酸洗浄でないと除去
することはできない。特に密に配列されたフィン付き伝
熱管の奥、例えば数列奥に位置するフィン間に高圧ジェ
ット水を当てることは困難である。また、炉内フィン付
き伝熱間の外面を酸洗浄するには多くの制約が伴う。フ
ィン付き伝熱管を１パネル毎に切断して搬出し、炉外で
高圧ジェット水で水洗すれば、鉄スケールも除去できる
が、多額の費用と多くの日数が必要であり、現状１回／
３年程度の洗浄頻度を考慮すると現実的でない。
黄量および脱硝装置での余剰（リーク）ＮＨ3量を零に
するということは、燃料性状および脱硝率などの観点か
ら困難であり、実現不能である。の方法では、硫安な
どの水溶性物質は水洗で除去できるが、フィン間に堆積
した酸化鉄や水酸化鉄の腐食生成物スケールは２０ＭＰ
ａ以上の高圧ジェット水や化学的な酸洗浄でないと除去
することはできない。特に密に配列されたフィン付き伝
熱管の奥、例えば数列奥に位置するフィン間に高圧ジェ
ット水を当てることは困難である。また、炉内フィン付
き伝熱間の外面を酸洗浄するには多くの制約が伴う。フ
ィン付き伝熱管を１パネル毎に切断して搬出し、炉外で
高圧ジェット水で水洗すれば、鉄スケールも除去できる
が、多額の費用と多くの日数が必要であり、現状１回／
３年程度の洗浄頻度を考慮すると現実的でない。
【００１８】の方法のように起動停止時に給水を別の
手段で加熱したり水分量を低減したドライ高温ガスで伝
熱管を加熱して硫安付着および湿潤条件下での腐食を低
減するようにすることも可能ではあるが、熱効率を重視
したプラントには起用することができない。さらにの
ように１８Ｃｒ８Ｎｉ系のオーステナイト系ステンレス
鋼を使用した場合、硫安環境で耐食性あり、硫安付着に
よる全面腐食は回避できるが、燃焼用空気等から微量で
も塩化物の混入があると、１００℃前後の乾湿繰り返し
条件であることから応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する
可能性が高く、そのままでは使用できない。そこで、こ
の応力腐食割れを防止するため、Ｎｉ基合金にすると、
極めて高価になり、経済的理由により採用することはで
きない。
手段で加熱したり水分量を低減したドライ高温ガスで伝
熱管を加熱して硫安付着および湿潤条件下での腐食を低
減するようにすることも可能ではあるが、熱効率を重視
したプラントには起用することができない。さらにの
ように１８Ｃｒ８Ｎｉ系のオーステナイト系ステンレス
鋼を使用した場合、硫安環境で耐食性あり、硫安付着に
よる全面腐食は回避できるが、燃焼用空気等から微量で
も塩化物の混入があると、１００℃前後の乾湿繰り返し
条件であることから応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する
可能性が高く、そのままでは使用できない。そこで、こ
の応力腐食割れを防止するため、Ｎｉ基合金にすると、
極めて高価になり、経済的理由により採用することはで
きない。
【００１９】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、微量硫安の付着と湿
潤時の構成材料の腐食に起因するスケールの発生を防止
することができ、伝熱性能の低下を引き起こすことなく
長期わたって運転可能な低コストのガス給水加熱器を提
供することにある。
みてなされたもので、その目的は、微量硫安の付着と湿
潤時の構成材料の腐食に起因するスケールの発生を防止
することができ、伝熱性能の低下を引き起こすことなく
長期わたって運転可能な低コストのガス給水加熱器を提
供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、排ガスの熱を回収するガス給水加熱器に
おいて、排ガス温度が２００℃以下になる部分の伝熱管
およびフィンが、Ｃｒを９％以上含むフェライト系鉄基
材料によって成形されていることを特徴とする。
め、本発明は、排ガスの熱を回収するガス給水加熱器に
おいて、排ガス温度が２００℃以下になる部分の伝熱管
およびフィンが、Ｃｒを９％以上含むフェライト系鉄基
材料によって成形されていることを特徴とする。
【００２１】その際、前記伝熱管を９％以上のＣｒ含有
材料から、フィンを１３％以上のＣｒ含有材料から成形
するとよい。９％以上のＣｒを含む材料としては、例え
ばＳＴＢＣ２６、ＳＴＢＡ２７、あるいはＳＴＢＡ２８
が使用され、１３％以上のＣｒを含む材料としては、例
えばＳＵＳ４１０Ｌ鋼が使用される。
材料から、フィンを１３％以上のＣｒ含有材料から成形
するとよい。９％以上のＣｒを含む材料としては、例え
ばＳＴＢＣ２６、ＳＴＢＡ２７、あるいはＳＴＢＡ２８
が使用され、１３％以上のＣｒを含む材料としては、例
えばＳＵＳ４１０Ｌ鋼が使用される。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
説明する。
【００２３】図１は本発明の実施形態に係るガス給水加
熱器の材料の使用状態を示す説明図で、同図（ａ）はガ
ス給水加熱器の断面構造を示す概略説明図、同図（ｂ）
はガス給水加熱器内の温度分布を示す説明図である。ま
た、図２はフィン付き伝熱管の要部拡大図である。な
お、図７ないし図９で説明した従来例と同等な各部には
同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
熱器の材料の使用状態を示す説明図で、同図（ａ）はガ
ス給水加熱器の断面構造を示す概略説明図、同図（ｂ）
はガス給水加熱器内の温度分布を示す説明図である。ま
た、図２はフィン付き伝熱管の要部拡大図である。な
お、図７ないし図９で説明した従来例と同等な各部には
同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】この実施形態におけるガス給水加熱器で
は、排ガス温度が２００℃以下になる領域２８に位置す
る伝熱管およびフィン（フィン付き伝熱管２６）の材料
に、９％以上のＣｒを含むフェライト系鉄鋼材料が使用
されている。９％以上のＣｒを含むフェライト系鉄鋼材
料を用いる範囲２８、すなわち、排ガス温度が２００℃
以下になる領域は、設計熱計算結果や実測された排ガス
温度分布に基づいて設定する。なお、９％以上のＣｒを
含むフェライト系鉄鋼材料としてＪＩＳに登録されてい
る材料は、ＳＴＢＡ２６、ＳＴＢＡ２７、ＳＴＢＡ２
８、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、Ｓ
ＵＳ４３０等があり、どの材料を使用してもよい。
は、排ガス温度が２００℃以下になる領域２８に位置す
る伝熱管およびフィン（フィン付き伝熱管２６）の材料
に、９％以上のＣｒを含むフェライト系鉄鋼材料が使用
されている。９％以上のＣｒを含むフェライト系鉄鋼材
料を用いる範囲２８、すなわち、排ガス温度が２００℃
以下になる領域は、設計熱計算結果や実測された排ガス
温度分布に基づいて設定する。なお、９％以上のＣｒを
含むフェライト系鉄鋼材料としてＪＩＳに登録されてい
る材料は、ＳＴＢＡ２６、ＳＴＢＡ２７、ＳＴＢＡ２
８、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、Ｓ
ＵＳ４３０等があり、どの材料を使用してもよい。
【００２５】また、前記実施形態において、排ガス温度
が２００℃以下になる領域２８に位置する伝熱管２６ａ
の材料としてＳＴＢＡ２６、ＳＴＢＡ２７またはＳＴＢ
Ａ２８などの９Ｃｒ鋼を使用し、フィン２６ｂの材料と
してＳＵＳ４１０Ｌ鋼を用いるというように、伝熱管２
６ａとフィン２６ｂとを異なる材料で構成することもで
きる。
が２００℃以下になる領域２８に位置する伝熱管２６ａ
の材料としてＳＴＢＡ２６、ＳＴＢＡ２７またはＳＴＢ
Ａ２８などの９Ｃｒ鋼を使用し、フィン２６ｂの材料と
してＳＵＳ４１０Ｌ鋼を用いるというように、伝熱管２
６ａとフィン２６ｂとを異なる材料で構成することもで
きる。
【００２６】これはガス給水加熱器が管内の高圧水を加
熱しているため、伝熱管２６ａには火力発電基準材の適
用が好ましく、フィン２６ｂには９Ｃｒ鋼より加工性や
溶接性に優れた炭素含有率の低い１３Ｃｒを用いたもの
である。一般的に伝熱管２６ａよりフィン２６ｂの環境
の方が腐食が強く、この腐食に対処するためにもフィン
材を１３Ｃｒにすることが好ましい。
熱しているため、伝熱管２６ａには火力発電基準材の適
用が好ましく、フィン２６ｂには９Ｃｒ鋼より加工性や
溶接性に優れた炭素含有率の低い１３Ｃｒを用いたもの
である。一般的に伝熱管２６ａよりフィン２６ｂの環境
の方が腐食が強く、この腐食に対処するためにもフィン
材を１３Ｃｒにすることが好ましい。
【００２７】前述のように伝熱管２６ａとフィン２６ｂ
の材料を選択した理由について、さらに詳細に説明す
る。
の材料を選択した理由について、さらに詳細に説明す
る。
【００２８】重油や石炭焚きボイラの排ガスにおける硫
安や酸性硫安（硫酸水素アンモニウム−ＮＨ4ＨＳＯ4）
の生成は、ＮＨ3濃度とＳＯ3濃度に依存することがわか
っており、それらの濃度から化学平衡式を用いて析出温
度を算出することができる。図３はＳＯ3、ＮＨ3および
Ｈ2Ｏが存在する系で最も析出しやすい前記硫酸水素ア
ンモニウム（酸性硫安）の析出温度と熱力学で算出した
生成硫酸水素アンモニウム量を示す特性図である。な
お、図３（ａ）はＳＯ3濃度と硫酸水素アンモニウムの
析出温度との関係を、図３（ｂ）は温度と硫安あるいは
硫酸水素アンモニウムの生成量との関係をそれぞれ示
す。
安や酸性硫安（硫酸水素アンモニウム−ＮＨ4ＨＳＯ4）
の生成は、ＮＨ3濃度とＳＯ3濃度に依存することがわか
っており、それらの濃度から化学平衡式を用いて析出温
度を算出することができる。図３はＳＯ3、ＮＨ3および
Ｈ2Ｏが存在する系で最も析出しやすい前記硫酸水素ア
ンモニウム（酸性硫安）の析出温度と熱力学で算出した
生成硫酸水素アンモニウム量を示す特性図である。な
お、図３（ａ）はＳＯ3濃度と硫酸水素アンモニウムの
析出温度との関係を、図３（ｂ）は温度と硫安あるいは
硫酸水素アンモニウムの生成量との関係をそれぞれ示
す。
【００２９】排ガス中のＳＯ2濃度は高くとも１ｐｐｍ
以下であり、ＳＯ2からＳＯ3への酸化率は１０％以下な
ので、ＳＯ3濃度は０．１ｐｐｍ以下となる。脱硝装置
からのリークＮＨ3濃度（余剰ＮＨ3濃度）は通常０．１
ないし３ｐｐｍの範囲にあることから、図３（ａ）から
硫酸アンモニウム塩が析出する温度は２００℃以下であ
ることが分かり、図３（ｂ）からスケール付着対象範囲
は、排ガス温度が２００℃以下の領域に限定できる。な
お、図３（ｂ）からＳＯ3よりＮＨ3濃度が高い系では、
大半の温度領域で硫安（硫酸アンモニウム−（ＮＨ4）2
ＳＯ4）が生成することが分かる。
以下であり、ＳＯ2からＳＯ3への酸化率は１０％以下な
ので、ＳＯ3濃度は０．１ｐｐｍ以下となる。脱硝装置
からのリークＮＨ3濃度（余剰ＮＨ3濃度）は通常０．１
ないし３ｐｐｍの範囲にあることから、図３（ａ）から
硫酸アンモニウム塩が析出する温度は２００℃以下であ
ることが分かり、図３（ｂ）からスケール付着対象範囲
は、排ガス温度が２００℃以下の領域に限定できる。な
お、図３（ｂ）からＳＯ3よりＮＨ3濃度が高い系では、
大半の温度領域で硫安（硫酸アンモニウム−（ＮＨ4）2
ＳＯ4）が生成することが分かる。
【００３０】なお、ガス給水加熱器では、従来から考慮
されている重油や石炭焚きボイラでの硫酸露点や酸性硫
安付着条件における低温腐食ではなく、ガスタービンや
ガス焚きボイラの排ガスの性状やスケール成分とこれら
の濃度を考慮した条件下で腐食実験を行い、その結果に
基づいて最適材料を選定することが必要である。経済性
や汎用性および高圧水を使用した伝熱管材料であること
を考慮すると、特殊な材料にすべきではなく、火力発電
技術基準やＪＩＳに登録されている材料の使用が好まし
い。
されている重油や石炭焚きボイラでの硫酸露点や酸性硫
安付着条件における低温腐食ではなく、ガスタービンや
ガス焚きボイラの排ガスの性状やスケール成分とこれら
の濃度を考慮した条件下で腐食実験を行い、その結果に
基づいて最適材料を選定することが必要である。経済性
や汎用性および高圧水を使用した伝熱管材料であること
を考慮すると、特殊な材料にすべきではなく、火力発電
技術基準やＪＩＳに登録されている材料の使用が好まし
い。
【００３１】図４はボイラ用伝熱管として多用されてい
るＳＴＢ４１０（炭素鋼）、ＳＴＢＡ２４（２．２５Ｃ
ｒ１Ｍｏ鋼）およびＳＴＢＡ２８（９Ｃｒ１Ｍｏ鋼）の
０．０１ないし１０％硫安水溶液中の腐食特性を示す。
この図から分かるように硫安水溶液中でこれらの材料の
腐食量は時間に対して直線的に増加し、炭素鋼や低Ｃｒ
鋼は炭素量が高濃度であるほど腐食速度が速くなる。Ｓ
ＴＢＡ２８（９Ｃｒ１Ｍｏ鋼）は硫安濃度が増加して
も、腐食速度や限界腐食速度以下、すなわち１ｍｍ／湿
潤年＝０．１ｍｍ／運転年以下になっている。図５は実
機を模擬した湿潤硫安の付着と感想の乾湿繰り返し条件
での腐食実験結果を示す図である。この実験は時間の経
過（日数）に対して腐食減量がどのくらいあるかを測定
したもので、この実験結果でも９Ｃｒ鋼の腐食速度は許
容限界値（限界腐食量）以下である。
るＳＴＢ４１０（炭素鋼）、ＳＴＢＡ２４（２．２５Ｃ
ｒ１Ｍｏ鋼）およびＳＴＢＡ２８（９Ｃｒ１Ｍｏ鋼）の
０．０１ないし１０％硫安水溶液中の腐食特性を示す。
この図から分かるように硫安水溶液中でこれらの材料の
腐食量は時間に対して直線的に増加し、炭素鋼や低Ｃｒ
鋼は炭素量が高濃度であるほど腐食速度が速くなる。Ｓ
ＴＢＡ２８（９Ｃｒ１Ｍｏ鋼）は硫安濃度が増加して
も、腐食速度や限界腐食速度以下、すなわち１ｍｍ／湿
潤年＝０．１ｍｍ／運転年以下になっている。図５は実
機を模擬した湿潤硫安の付着と感想の乾湿繰り返し条件
での腐食実験結果を示す図である。この実験は時間の経
過（日数）に対して腐食減量がどのくらいあるかを測定
したもので、この実験結果でも９Ｃｒ鋼の腐食速度は許
容限界値（限界腐食量）以下である。
【００３２】図６は材料中のＣｒ量と硫安水溶液中での
腐食速度の関係を示す実験結果を示す図である。この図
から材料中のＣｒ量が多いほど腐食速度は低下してお
り、９％以上とすることで十分な耐蝕性が得られ、さら
に、１３％以上にするとより苛酷な環境でも使用できる
ようになることが分かる。
腐食速度の関係を示す実験結果を示す図である。この図
から材料中のＣｒ量が多いほど腐食速度は低下してお
り、９％以上とすることで十分な耐蝕性が得られ、さら
に、１３％以上にするとより苛酷な環境でも使用できる
ようになることが分かる。
【００３３】酸や塩化物環境で耐蝕性に必要なＣｒ量
は、通常１３％以上で、腐食性が激しい条件では、１８
％以上あるいは２５％以上のＣｒ含有率が必要であると
いわれている。しかし、本発明で対象にしている環境で
は、９％以上のＣｒ量で十分であり、経済性や施工性を
考慮した材料選定上、きわめて有効な知見である９〜１
７％ＣｒでＮｉを含まない鉄基材料は通常フェライト系
であり、このフェライト系の鉄基材料では、前述のオー
ステナイト系ステンレス鋼のような塩化物によるＳＣＣ
感受性もない。
は、通常１３％以上で、腐食性が激しい条件では、１８
％以上あるいは２５％以上のＣｒ含有率が必要であると
いわれている。しかし、本発明で対象にしている環境で
は、９％以上のＣｒ量で十分であり、経済性や施工性を
考慮した材料選定上、きわめて有効な知見である９〜１
７％ＣｒでＮｉを含まない鉄基材料は通常フェライト系
であり、このフェライト系の鉄基材料では、前述のオー
ステナイト系ステンレス鋼のような塩化物によるＳＣＣ
感受性もない。
【００３４】このような理由により、前記の材料が温度
分布との関係で選択された。そして、このように温度分
布と材料を選択することによって排気再燃ガス焚きボイ
ラやコンバインドサイクルＨＲＳＧのガス給水加熱器に
おける微量硫安の付着と湿潤時の構成材料意の腐食が原
因となる伝熱管外面でのスケールの生成を防止すること
ができ、伝熱性能の低下を招くことがない。特に、従来
実施している定期的な炉外に搬出しての高圧ジェット水
洗が不要になり、高級材料使用によるコストの上昇を回
避することができる。
分布との関係で選択された。そして、このように温度分
布と材料を選択することによって排気再燃ガス焚きボイ
ラやコンバインドサイクルＨＲＳＧのガス給水加熱器に
おける微量硫安の付着と湿潤時の構成材料意の腐食が原
因となる伝熱管外面でのスケールの生成を防止すること
ができ、伝熱性能の低下を招くことがない。特に、従来
実施している定期的な炉外に搬出しての高圧ジェット水
洗が不要になり、高級材料使用によるコストの上昇を回
避することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、排ガス温
度が２００℃以下になる部分の伝熱管およびフィンがＣ
ｒを９％以上含むフェライト系鉄基材料によって成形さ
れているので、排ガス中の微量硫安の付着と腐食に起因
するスケール生成を防止することができ、これによって
長期わたる運転における信頼性の向上を図ることができ
る。また、メンテナンスを最小限に抑えることが可能と
なり、運転コストの低減も図ることができる。さらに、
高価な高級材料を使用する必要がないので、設備コスト
の低減も図ることができる。
度が２００℃以下になる部分の伝熱管およびフィンがＣ
ｒを９％以上含むフェライト系鉄基材料によって成形さ
れているので、排ガス中の微量硫安の付着と腐食に起因
するスケール生成を防止することができ、これによって
長期わたる運転における信頼性の向上を図ることができ
る。また、メンテナンスを最小限に抑えることが可能と
なり、運転コストの低減も図ることができる。さらに、
高価な高級材料を使用する必要がないので、設備コスト
の低減も図ることができる。
【００３６】また、排ガス温度が２００℃以下になる部
分では、Ｃｒを１３パーセント以上含むフェライト系鉄
基材料によってフィンを形成すると、より過酷な条件で
使用されるフィンの腐食に対応することが可能となり、
さらに信頼性の向上を図ることができる。
分では、Ｃｒを１３パーセント以上含むフェライト系鉄
基材料によってフィンを形成すると、より過酷な条件で
使用されるフィンの腐食に対応することが可能となり、
さらに信頼性の向上を図ることができる。
【図１】本発明の実施形態に係るガス給水加熱器の構造
と温度分布を示す図である。
と温度分布を示す図である。
【図２】図１におけるフィン付き伝熱管の要部拡大図で
ある。
ある。
【図３】硫酸水素アンモニウム（酸性硫安）の析出温度
と熱力学で算出した生成硫酸水素アンモニウム量を示す
特性図である。
と熱力学で算出した生成硫酸水素アンモニウム量を示す
特性図である。
【図４】ボイラ用伝熱管として使用されている材料の
０．０１ないし１０％硫安水溶液中の腐食特性を示す特
性図である。
０．０１ないし１０％硫安水溶液中の腐食特性を示す特
性図である。
【図５】実機を模擬した湿潤硫安の付着と感想の乾湿繰
り返し条件での腐食実験結果を示す特性図である。
り返し条件での腐食実験結果を示す特性図である。
【図６】材料中のＣｒ量と硫安水溶液中での腐食速度の
関係を示す実験結果を示す図である。
関係を示す実験結果を示す図である。
【図７】従来から実施されている排気再燃焼火力発電プ
ラントの概略を示す図である。
ラントの概略を示す図である。
【図８】従来から実施されているコンバインドサイクル
発電プラントの概略を示す図である。
発電プラントの概略を示す図である。
【図９】図７におけるガス給水加熱器７を中心とする給
水およびガスの流入および流出前後の設備を示す図であ
る。
水およびガスの流入および流出前後の設備を示す図であ
る。
【図１０】燃料中の硫黄量と付着硫安量との関係を示す
図である。
図である。
【図１１】硫安付着量と腐食速度との関係を示す図であ
る。
る。
【図１２】相対湿度と腐食速度との関係を示す図であ
る。
る。
７ ガス給水加熱器 ２６ フィン付き伝熱管 ２８ 排ガス温度２００℃以下の領域
Claims (4)
- 【請求項１】 排ガスの熱を回収するガス給水加熱器に
おいて、排ガス温度が２００℃以下になる部分の伝熱管
およびフィンが、Ｃｒを９％以上含むフェライト系鉄基
材料によって成形されていることを特徴とするガス給水
加熱器。 - 【請求項２】 排ガスの熱を回収するガス給水加熱器に
おいて、排ガス温度が２００℃以下になる部分の伝熱管
がＣｒを９％以上含むフェライト系鉄基材料によって成
形され、フィンがＣｒを１３％以上含むフェライト系鉄
基材料によって成形されていることを特徴とするガス給
水加熱器。 - 【請求項３】 前記９％以上のＣｒを含むフェライト系
鉄基材料がＪＩＳ規格でＳＴＢＡ２６、ＳＴＢＡ２７、
ＳＴＢＡ２８、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４
１０Ｌ、あるいはＳＵＳ４３０のいずれかからなること
を特徴とする請求項１または２記載のガス給水加熱器。 - 【請求項４】 前記１３％以上のＣｒを含むフェライト
系鉄基材料がＪＩＳ規格でＳＵＳ４１０Ｌからなること
を特徴とする請求項２記載のガス給水加熱器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11112646A JP2000304492A (ja) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | ガス給水加熱器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11112646A JP2000304492A (ja) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | ガス給水加熱器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000304492A true JP2000304492A (ja) | 2000-11-02 |
Family
ID=14591953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11112646A Pending JP2000304492A (ja) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | ガス給水加熱器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000304492A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014509559A (ja) * | 2011-03-16 | 2014-04-21 | 上海伏波▲環▼保▲設備▼有限公司 | 熱補償付きボイラーユニットの排気抽出の汚泥乾燥システム |
| JP2025101690A (ja) * | 2023-12-25 | 2025-07-07 | 三菱重工パワー環境ソリューション株式会社 | バンドルおよび熱交換器並びに排煙処理装置 |
-
1999
- 1999-04-20 JP JP11112646A patent/JP2000304492A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014509559A (ja) * | 2011-03-16 | 2014-04-21 | 上海伏波▲環▼保▲設備▼有限公司 | 熱補償付きボイラーユニットの排気抽出の汚泥乾燥システム |
| JP2025101690A (ja) * | 2023-12-25 | 2025-07-07 | 三菱重工パワー環境ソリューション株式会社 | バンドルおよび熱交換器並びに排煙処理装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A02 | Decision of refusal |
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