JPH086885B2 - 排熱回収熱交換装置の起動方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスタービン、ディーゼルエンジン、燃料
電池等を用いた発電装置、製鉄プラント、塵芥焼却プラ
ント等から排出される高温産業排ガスから熱回収を行な
って蒸気を発生させる排熱回収熱交換装置の起動方法お
よびその装置に関する。

（従来の技術） 従来、比較的小型の排熱回収熱交換装置の蒸発器に
は、煙管型ボイラが多く採用されている。また、ボイラ
本体で発生した飽和蒸気を、さらに過熱して過熱蒸気を
つくる場合には、過熱器が付設されている。一方、煙管
型ボイラにおいて、給水温度が飽和温度よりも低い場合
には、さらに、予熱器を付設して蒸発器を通過した排ガ
スから熱回収して蒸発器に供給する給水を飽和温度近く
まで昇温させるようになっている。すなわち、第３図に
示すように、従来の排熱回収熱交換装置は、排ガスの供
給上流側から過熱器１、蒸発器２および予熱器３の順に
配置構成され、給水は、給水元弁12、予熱器３を経る給
水配管系（管路）15により蒸発器２に入り、ここで発生
した飽和蒸気は、過熱器１、主蒸気弁11を経る蒸気配管
系（管路）16により過熱蒸気として所定個所へ供給され
るようになっている。また、蒸発器２には、過熱器１を
経る排ガス配管系14により排ガスが供給され、熱仕事を
した後、予熱器３を経て系外に排出されるようになって
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の上述したような構成の排熱回収
熱交換装置では、一般に産業排ガスから熱回収する際、
熱源としての排ガスがすでに汚染されていることが多か
った。とくに、常温に近い温度の給水を予熱器に通水す
る際には、次のような問題点があった。すなわち、 （１） 通常運転（ホットスタート）時に、常温に近い
温度の給水を予熱器に通水すると排ガス側の伝熱管等の
伝熱面上で排ガス中に含まれている水分が結露し、さら
に、その液滴中に亜硫酸ガス等が溶け込んで酸を生じ伝
熱面を著しく腐食する、いわゆる“硫酸腐食”が発生し
易くなる。

（２） 一方、コールドスタート時には、正味の蒸気発
生がないので、排熱回収熱交換装置の過熱器、予熱器に
は、殆んど給水側と給水側の流体の流れがない。そのた
め、熱交換系の有効伝熱部は、蒸発器だけとなり起動完
了までにかなりの時間がかかるようになる。

（３） さらに、コールドスタート時には、蒸気の発生
がないため、過熱器の伝熱面の温度は、高温排ガスの温
度近くになる。そのため、材料の劣下が生じる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、従来の排熱回収熱交換装置の給水配管系と蒸
気配管系に加えて、蒸発器内に溜められた給水（ボイラ
水）を予熱器および過熱器に同時にあるいは予熱器と過
熱器に順次通水して蒸発器に戻すボイラ水循環配管系を
設けた排熱回収熱交換装置の起動方法およびその装置を
提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用） 本発明は、排ガスの流れる方向に沿って順次設けられ
た過熱器、蒸発器および予熱器を有し、給水を予熱器か
ら蒸発器および過熱器にかけて順次流動せしめ、伝熱面
で隔られて流れる排ガスと接触させ、蒸気を生成するよ
うにした排熱回収熱交換装置の起動方法およびその装置
において、蒸発器から前記予熱器の給水入口側および過
熱器の蒸気出口側にかけて第１および第２の循環配管を
循環ポンプを介して設け、該装置の起動にあたり、初め
に該蒸発器内に溜められた給水を第１および第２の循環
配管を通して一方は予熱器から蒸発器にかけて、他方は
過熱器から蒸発器にかけてそれぞれ流動させて所定の温
度まで上昇せしめ、しかる後、給水を予熱器から過熱器
まで決められた経路に従って順次流動させて蒸気を生成
するようにしたことを特徴とする。

（実施例） 本発明の排熱回収熱交換装置の一実施例を第１図につ
いて説明する。

第１図は排熱回収熱交換装置の系統構成図を示し、排
ガスの上流側から過熱器１、蒸発器２および予熱器３の
順に配置構成され、給水は、給水元弁12を経て予熱器３
に通水する給水配管系（管路）15により蒸発器２に入
り、ここで発生した飽和蒸気は過熱器１と主蒸気弁11を
経る蒸気配管系（管路）16により過熱蒸気として所定個
所へ供給されるようになっている。また、蒸発器２に
は、過熱器１を経る排ガス配管系（管路）14により産業
排ガスが供給され、蒸気を発生させる仕事をした後、予
熱器３を経て系外に排出されるようになっている。

本発明の排熱回収熱交換装置では、これらの給水配管
系（管路）15、蒸気配管系（管路）16および排ガス配管
系（管路）14に加えてボイラ水循環配管系（管路）５を
配設する。すなわち、このボイラ水循環配管系（管路）
５は、第１図に示すように、蒸発器２に接続された側か
ら順に、ボイラ水循環配管系元弁８、ボイラ水循環ポン
プ４、流量調節弁６、過熱器供給弁10からなり過熱器１
の下流側で蒸気配管系16に合流する流路および流量調節
弁６の下流側で分岐し予熱器供給弁９を経て予熱器３の
給水側上流で給水配管系15に合流する流路とからなる。
ここで、蒸発器２から予熱器３の給水入口側までの配管
系を第１の循環配管または過熱器１の蒸気出口側にかけ
ての配管系を第２の循環配管とする。また、給水配管系
15には予熱器３の上流側であってボイラ水循環配管系５
の分岐流路との合流点の下流側に予熱器入口給水温度を
測定するために温度検出器７を配設し、流量調節弁６と
連動してその弁開度を調節する。

このようにして構成されたボイラ水循環配管系（管
路）５の作用を以下に説明する。まず、通常運転時（ホ
ットスタート時）において、給水元弁12を開状態として
常温に近い温度の給水が給水配管系15に供給される場合
には、主蒸気弁11を開状態とし、過熱器供給弁10を閉状
態に、また、予熱器供給弁９とボイラ水循環配管系元弁
８を開状態にして、ボイラ水循環ポンプ４を起動させボ
イラ水を蒸発器２と予熱器３の間で循環させる。さらに
予熱器入口給水温度を温度検出器７により測定し、予熱
器３の伝熱面上に排ガス中に含まれている水分が結露し
ない温度になるように、ボイラ水の循環流量を流量調節
弁６の弁開度を調節して給水とボイラ水とを予熱器供給
弁９の下流の合流点で混合する。

また、コールドスタート時には、過熱器供給弁10、予
熱器供給弁９とボイラ水循環配管系元弁８を開状態と
し、給水元弁12と主蒸気弁11を閉状態にする。そして、
ボイラ水循環配管系５に配設されたボイラ水循環ポンプ
４を起動して、ボイラ水を過熱器１と予熱器３に通水
し、過熱器１と予熱器３も熱交換系の有効伝熱面として
作用させ、かつ、ボイラ水をボイラ水循環配管系５で循
環させながら排熱回収熱交換装置を起動することができ
るようになる。

この実施例によると、本装置の通常運転時（ホットス
タート時）には、予熱器に流入する給水温度をその結露
点以上に保つことができるため、予熱器の伝熱面の腐食
が防止され、その結果、本装置の寿命を大幅に延長する
ことが可能となる。また、本装置のコールドスタート時
には、過熱器と予熱器が熱交換系の有効伝熱面として作
用するため、装置の起動完了までの所要時間が大幅に短
縮される。

本発明の排熱回収熱交換装置の他の実施例を第２図に
示す。第２図において第１図の実施例と基本的に同一の
構成は、ここでは、同一符号を用いて省略し、相異点の
みを説明する。この実施例では、蒸発器２への接続側か
らみてボイラ水循環配管系元弁８、ボイラ水循環ポンプ
４、流量調節弁６と予熱器供給弁９からなるボイラ水循
環配管系５を予熱器３の給水側上流で給水配管系15に合
流させる。また、第１図の実施例と同様に温度検出器７
を配設して予熱器入口給水温度を測定する。また、過熱
器３の給水側下流の給水配管系15に蒸発器供給弁13を配
設し、さらに、この蒸発器供給弁13の上流側管路から分
岐管路を分岐させ、この分岐管路を過熱器供給弁10を介
して過熱器１の下流で蒸気配管系16に合流させる。ここ
で、蒸発器２から予熱器３の給水入口側にかけての管系
を第１の循環配管または予熱器３の給水出口側から過熱
器１の蒸気出口側にかけての配管系を第２の循環配管と
する。そして、第１図に示した実施例とほぼ同様に、通
常運転時（ホットスタート時）には、給水元弁12と主蒸
気弁11を開状態とし過熱器供給弁10を閉状態にし、ま
た、ボイラ水循環配管系元弁８、予熱器供給弁９、蒸発
器供給弁13を開状態にし、ボイラ水循環ポンプ４を起動
させ、流量調節弁６の弁開度を調節しつつボイラ水と給
水を混合させつつ予熱器３に通水し蒸発器２に給水す
る。また、コールドスタート時には、元弁８、流量調節
弁６、予熱器供給弁９、過熱器供給弁10を開状態とし、
主蒸気弁11と、給水元弁12および蒸発器供給弁13を閉状
態にしておく。そして、ボイラ水循環ポンプ４を起動し
てボイラ水をポンプ水循環配管系５内を循環させつつ過
熱器１と予熱器３に順次通水させながら本装置を起動す
るようにする。これにより、予熱器の伝熱面の結露が防
止されるとともに、コールドスタート時における排熱回
収熱交換装置の起動完了時間が大幅に短縮される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、排熱回収熱交換装置にボイラ水循環
配管系を配設したので、熱交換系を構成する装置の材料
の腐食と劣化が防止されるとともに、排熱回収熱交換装
置の所要起動時間が大幅に短縮される等顕著な効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排熱回収熱交換装置の一実施例の系統
構成図、第２図は本発明の排熱回収熱交換装置の他の実
施例の系統構成図、第３図は従来の排熱回収熱交換装置
の系統構成図を示す。 １……過熱器、２……蒸発器、３……予熱器、４……ボ
イラ水循環ポンプ、５……ボイラ水循環配管系（管
路）、６……流量調節弁、７……温度検出器、８……ボ
イラ水循環配管系元弁、９……予熱器供給弁、10……過
熱器供給弁、11……主蒸気弁、12……給水元弁、14……
排ガス配管系（管路）、15……給水配管系（管路）、16
……蒸気配管系（管路）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排ガスの流れる方向に沿って順次設けられ
   た過熱器、蒸発器および予熱器を有し、給水を前記予熱
   器から前記蒸発器および過熱器にかけて順次流動せし
   め、伝熱面で隔られて流れる排ガスと接触させ、蒸気を
   生成するようにした排熱回収熱交換装置の起動方法にお
   いて、前記蒸発器から前記予熱器の給水入口側および前
   記過熱器の蒸気出口側にかけて第１および第２の循環配
   管を循環ポンプを介して設け、該装置の起動にあたり、
   初めに該蒸発器内に溜められた給水を前記第１および第
   ２の循環配管を通して一方は前記予熱器から前記蒸発器
   にかけて、他方は前記過熱器から前記蒸発器にかけてそ
   れぞれ流動させて所定の温度まで上昇せしめ、しかる
   後、給水を前記予熱器から前記過熱器まで決められた経
   路に従って順次流動させて蒸気を生成するようにしたこ
   とを特徴とする排熱回収交換装置の起動方法。
2. 【請求項２】排ガスの流れる方向に沿って順次設けられ
   た過熱器、蒸発器および予熱器を有し、給水を前記予熱
   器から前記蒸発器および過熱器にかけて順次流動せし
   め、伝熱面で隔られて流れる排ガスと接触させ、蒸気を
   生成するようにした排熱回収熱交換装置の起動方法にお
   いて、前記蒸発器から前記予熱器の給水入口側および前
   記過熱器の蒸気出口側にかけて第１および第２の循環配
   管を循環ポンプを介して設けたことを特徴とする排熱回
   収熱交換装置の起動装置。
3. 【請求項３】排ガスの流れる方向に沿って順次設けられ
   た過熱器、蒸発器および予熱器を有し、給水を前記予熱
   器から前記蒸発器および過熱器にかけて順次流動せし
   め、伝熱面で隔られて流れる排ガスと接触させ、蒸気を
   生成するようにした排熱回収熱交換装置の起動方法にお
   いて、前記蒸発器から前記予熱器の給水入口側および前
   記予熱器の給水出口側から前記過熱器の蒸気出口側にか
   けて第１および第２の循環配管を循環ポンプを介して設
   け、該装置の起動にあたり、初めに該蒸発器内に溜めら
   れた給水を第１の循環配管に通し、次いで第２の循環配
   管に通して前記予熱器から前記過熱器にかけて順次流動
   させて所定の温度まで上昇せしめ、しかる後、給水を前
   記予熱器から前記過熱器まで決められた経路に従って順
   次流動させて蒸気を生成するようにしたことを特徴とす
   る排熱回収熱交換装置の起動方法。
4. 【請求項４】排ガスの流れる方向に沿って順次設けられ
   た過熱器、蒸発器および予熱器を有し、給水を前記予熱
   器から前記蒸発器および過熱器にかけて順次流動せし
   め、伝熱面で隔られて流れる排ガスと接触させ、蒸気を
   生成するようにした排熱回収熱交換装置の起動方法にお
   いて、前記蒸発器から前記予熱器の給水入口側および前
   記予熱器の給水出口側から前記過熱器の蒸気出口側にか
   けて第１および第２の循環配管を循環ポンプを介して設
   けたことを特徴とする排熱回収熱交換装置の起動装置。