KR20200052873A

KR20200052873A - 보일러의 공기예열장치 및 보일러의 운전방법

Info

Publication number: KR20200052873A
Application number: KR1020207003083A
Authority: KR
Inventors: 히로타다 후지이
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-08-15
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2038-08-15
Also published as: PH12020500387B1; JP7101180B2; MY198599A; JPWO2019054117A1; PH12020500387A1; KR102483777B1; WO2019054117A1

Abstract

보일러효율의 큰 저하 또는 부품비용의 대폭적인 상승을 초래하는 일 없이, 공기예열기의 산노점 부식을 저감시킬 수 있는 보일러의 공기예열장치 및 보일러의 운전방법을 제공한다. 보일러의 공기예열장치는, 배기가스의 흐름방향을 따라 나열되는 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153)와, 복수 단의 공기예열기 중, 어느 하나의 단의 공기예열기의 공기통로의 상류에서 연소용 공기의 일부를 분기시켜 다른 단의 공기예열기의 공기통로의 상류로 우회시키는 바이패스통로(158d)를 구비한다. 또, 보일러의 운전방법은, 바이패스통로의 개도를 변경 가능한 유량조정부(159)를 구비하는 보일러에 있어서, 보일러의 가동률에 따라 유량조정부의 개도를 변경하는 방법으로 한다.

Description

보일러의 공기예열장치 및 보일러의 운전방법

본 발명은, 보일러의 공기예열장치 및 보일러의 운전방법에 관한 것이다.

보일러에는, 연소로에 공급되는 연소용 공기를 예열하는 가스식 공기예열기(GAH: Gas Air Heater)를 구비하는 것이 있다. 가스식 공기예열기는, 연소로로부터 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 연소용 공기를 예열한다.

종래, 공기예열기에 관한 기술로서, 특허문헌 1에는, 복수 계통의 공기예열기를 구비하고, 계통마다 공기예열기에 흐르는 배기가스량을 제어 가능하게 한 구성이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는, 부하응답특성을 높이기 위하여, 연소용 공기의 일부를, 공기예열기를 통과시키지 않고 연소로까지 우회시키는 바이패스기구를 구비한 구성이 나타나 있다.

특허문헌1: 일본 공개실용신안공보 평1-94748호 특허문헌 2: 일본 특허공개공보 소60-162110호

최근, 보일러의 연료로서 고수분 또는 고(高)황분의 저품질 연료를 사용할 것이 요구되는 경우가 있다. 저품질 연료를 이용한 경우, 배기가스 중의 수분이 많아지고, 그것에 기인하여 배기가스의 산노점(예를 들면 황산노점 또는 염산노점)이 높아진다. 산노점이 높아지면, 공기예열기의 저온부에 산이 응결하기 쉬운 상황이 발생하고, 산이 응결한 경우에, 공기예열기의 저온부에 산에 의한 부식(이하, "산노점 부식"이라고 함)이 발생한다. 일반적으로, 황산노점보다 염산노점이 낮으며, 황산 및 염산 모두 금속을 부식시킨다.

산노점 부식을 회피하려면, 예를 들면 공기예열기로 보내는 배기가스를 높은 온도로 설정하거나, 혹은 공기예열기의 저온부를 산에 강한 특수금속으로 구성하는 것을 검토할 수 있다. 그러나, 공기예열기로 보내는 배기가스를 고온으로 하면, 배기가스의 현열(顯熱)손실이 증가하여, 보일러효율을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다. 또, 공기예열기에 특수금속을 이용하면, 부품비용이 대폭 상승한다고 하는 과제가 발생한다.

한편 특허문헌 1과 특허문헌 2에는, 공기예열기의 저온부에 발생하는 산노점 부식을 저감시킨다고 하는 기술사상의 개시는 없다.

본 발명은, 보일러효율의 큰 저하, 또는 부품비용의 대폭적인 상승을 초래하는 일 없이, 공기예열기의 산노점 부식을 저감시킬 수 있는 보일러의 공기예열장치 및 보일러의 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 보일러의 공기예열장치는,

배기가스의 흐름방향을 따라 나열되는 복수 단의 공기예열기와,

상기 복수 단의 공기예열기 중, 어느 하나의 단의 공기예열기의 공기통로의 상류에서 연소용 공기의 일부를 분기시켜, 다른 단의 공기예열기의 공기통로의 상류로 우회시키는 바이패스통로,

를 구비한다.

본 발명에 관한 보일러의 운전방법은,

연료를 연소시키는 연소로와,

상기 연소로로부터 배출되는 배기가스의 흐름방향을 따라 나열되는 복수 단의 공기예열기와,

상기 복수 단의 공기예열기 중, 어느 하나의 단의 공기예열기의 공기통로의 상류에서 연소용 공기의 일부를 분기시켜, 다른 단의 공기예열기의 공기통로의 상류로 우회시키는 바이패스통로와,

상기 바이패스통로의 개도(開度)를 변경 가능한 유량조정부,

를 구비하는 보일러의 운전방법으로서,

상기 보일러의 가동률에 따라 상기 유량조정부의 개도를 변경한다고 하는 운전방법이다.

본 발명에 의하면, 보일러효율을 크게 저하시키거나, 부품비용을 대폭 상승시키거나 하는 일 없이, 공기예열기의 산노점 부식의 저감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 공기예열장치를 갖는 보일러의 전체를 나타내는 구성도이다.
도 2는 실시형태의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 비교예 1의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다.
도 4는 비교예 2의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다.
도 5는 비교예 3의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다.
도 6은 실시형태의 공기예열장치의 변형예 1을 나타내는 구성도이다.
도 7은 실시형태의 공기예열장치의 변형예 2를 나타내는 구성도이다.
도 8은 실시형태의 공기예열장치의 변형예 3을 나타내는 구성도이다.
도 9는 실시형태의 공기예열장치의 변형예 4를 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 공기예열장치를 갖는 보일러의 전체를 나타내는 구성도이다.

본 실시형태에 관한 보일러(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연소로(10), 사이클론 등의 세퍼레이터(11), 연도(煙道)(12), 과열기(13), 이코노마이저(14), 공기예열장치(15), 집진기(16), 펌프(17), 굴뚝(18) 및 제어부(20)를 구비한다. 연소로(10)는, 노 외로부터 연료 및 연소용 공기가 공급되어 연료를 연소시킨다. 세퍼레이터(11)는, 연소로(10)로부터 배출된 고온의 배기가스로부터 고체성분을 분리시켜 배기가스를 연도(12)로 보낸다. 과열기(13)는 연도(12)에 마련되며, 고온의 배기가스의 열을 받아 보일러(1)의 증기를 과열한다. 이코노마이저(14)는 연도(12)의 과열기(13)보다 후단에 마련되며 배기가스의 여열을 이용하여 온수를 예열한다. 집진기(16)는, 백필터 및 전기집진기 등이며, 저온의 배기가스로부터 더스트를 포집한다. 펌프(17) 및 굴뚝(18)은 배기가스를 공중에 배출시킨다.

<공기예열장치>

도 2는, 실시형태의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다.

공기예열장치(15)는, 연소로(10)에 공급되는 연소용 공기를 배기가스의 여열을 이용하여 예열하는 장치이며, 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153)와, 연소용 공기를 흘려보내는 통로(158a~158d)와, 댐퍼(159)를 구비한다. 공기예열장치(15)로부터 연소로(10)에 공급되는 연소용 공기는, 1차 에어, 2차 에어, 또는 이들 양쪽 모두여도 된다. 상기의 댐퍼(159)는, 본 발명에 관한 유량조정부의 일례에 상당한다.

공기예열기(151, 152, 153)의 각각은, 연소용 공기를 내부로 흘려보내고 외측에 배기가스가 흐르도록 간격을 두고 배열된 복수의 관체(T2)와, 복수의 관체(T2)의 도입구가 접속되는 상류측의 모관(T1)과, 복수의 관체의 도출구가 접속되는 하류측의 모관(T3)을 구비한다. 그리고, 모관(T1, T3)을 통하여, 복수의 관체(T2)에 연소용 공기가 흐르게 되고, 또한 복수의 관체(T2)의 사이에 배기가스가 흐름으로써, 배기가스와 연소용 공기 사이에서 열이 교환된다. 도 2의 공기예열기(151, 152, 153)에만 모관(T1, T3)을 모식적으로 나타냈지만, 다른 도면의 공기예열기에 대해서도 동일한 구성을 갖는다.

복수 단의 공기예열기(151, 152, 153)는, 연도(12)의 후부, 배기가스가 흐르는 방향에서 과열기(13) 및 이코노마이저(14)보다 후방에 마련된다. 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153)는, 배기가스가 흐르는 방향으로 나열하여 배치된다. 이하에서는, 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153)를, 배기가스가 흐르는 방향을 따른 순서로 1단째의 공기예열기(151), 2단째의 공기예열기(152), 최후단의 공기예열기(153)라고 부른다.

복수 단의 공기예열기(151, 152, 153) 중, 최후단의 공기예열기(153)는, 다른 공기예열기(151, 152)보다 관체(T2)의 수가 적어, 다른 공기예열기(151, 152)와 비교하여 체적이 작다. 바꾸어 말하면, 최후단의 공기예열기(153)는, 연소용 공기를 흘려보내는 유로의 총단면적이, 다른 공기예열기(151, 152)보다 작다(예를 들면 30%~80% 등).

연소용 공기를 흘려보내는 통로는, 공기예열장치(15)의 외부로부터 연소용 공기가 도입되는 공기통로(158a)와, 복수의 공기예열기(151, 152, 153)의 사이에서 연소용 공기를 보내는 중간의 공기통로(158b)를 포함한다. 또, 공기통로는, 공기예열장치(15)로부터 연소로(10)에 연소용 공기를 도출하는 공기통로(158c)와, 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153) 중 어느 하나의 단을 빠뜨리고 다른 단까지 연소용 공기의 일부를 우회시키는 바이패스통로(158d)를 포함한다.

보다 구체적으로는, 연소용 공기를 도입하는 공기통로(158a)는, 최후단의 공기예열기(153)에 접속된다. 또, 중간의 2개의 공기통로(158b)는, 최후단의 공기예열기(153)부터 2단째의 공기예열기(152)까지와, 2단째의 공기예열기(152)부터 1단째의 공기예열기(151)까지를 연결한다. 연소용 공기를 도출하는 공기통로(158c)는, 1단째의 공기예열기(151)에 접속된다. 바이패스통로(158d)는, 연소용 공기의 일부를, 최후단의 공기예열기(153)의 공기통로의 상류에서 분기시켜, 2단째의 공기예열기(152)의 공기통로의 상류까지 우회시킨다. 바꾸어 말하면, 바이패스통로(158d)는, 연소용 공기가 흐르는 순서로 보아, 첫번째의 공기예열기(153)의 공기통로의 상류로부터, 두번째의 공기예열기(152)의 공기통로의 상류에, 연소용 공기의 일부를 분기시킨다.

댐퍼(159)는, 바이패스통로(158d)에 마련되며, 유로의 개도를 변경하여 바이패스통로(158d)에 흐르는 연소용 공기의 유량을 조정 가능하다.

제어부(20)는, 컴퓨터 또는 시퀀서 등이며, 댐퍼(159)를 제어하여, 바이패스통로(158d)에 흐르는 연소용 공기의 유량을 변경할 수 있다. 제어부(20)는, 연소로(10)의 연소량, 즉 보일러(1)의 가동률에 따라 댐퍼(159)의 개도를 제어한다. 또, 연소량에 따라 공기예열장치(15)에 도입되는 배기가스의 온도가 변화하므로, 제어부(20)는, 배기가스의 온도에 근거하여 댐퍼(159)의 개도를 제어해도 된다. 제어부(20)는, 보일러(1)의 가동률 정보, 또는 배기가스온도 정보 등에 근거하여, 상기 제어를 행한다. 보일러(1)의 가동률 정보는, 예를 들면 연소로(10)에 투입되는 연료량의 데이터 등으로부터 취득할 수 있다. 또, 배기가스온도 정보는 연도(12)에 마련된 온도센서의 출력으로부터 취득할 수 있다. 또, 보일러의 가동 중에 보일러의 가동률이 일정한 경우에는, 보일러의 가동전에 댐퍼(159)의 개도가 제어되어도 된다.

<공기예열장치의 작용>

공기예열장치(15)에 있어서, 여열을 가진 배기가스는, 1단째의 공기예열기(151), 2단째의 공기예열기(152) 및 최후단의 공기예열기(153)의 순서로 흐르고, 그 동안에, 저온의 연소용 공기와 열교환함으로써, 차례로 온도가 저하한다.

한편, 연소용 공기는, 먼저 일부가 최후단의 공기예열기(153)로 흘러 가열되는 한편, 일부가 바이패스통로(158d)로 흘러, 이들이 최후단의 공기예열기(153)의 공기통로의 하류에서 혼합된다. 그 후, 혼합된 공기가, 2단째의 공기예열기(152)와 1단째의 공기예열기(151)로 흘러, 다시 온도가 상승하여, 연소로(10)에 보내진다.

연소용 공기가 흐르는 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153)의 순서는, 배기가스가 흐르는 순서와 반대이다. 즉, 바이패스통로(158d)를 통과하지 않는 연소용 공기는, 최후단의 공기예열기(153), 2단째의 공기예열기(152), 1단째의 공기예열기(151)의 순서로 흐른다. 또, 바이패스통로(158d)를 통과하는 연소용 공기는, 2단째의 공기예열기(152), 1단째의 공기예열기(151)의 순서로 흐른다. 이와 같은 순서구성에 의하여, 각 단의 공기예열기(151, 152, 153)에 있어서, 배기가스와 연소용 공기의 온도차를 적정한 범위로 할 수 있다. 예를 들면, 배기가스의 온도는, 1단째부터 3단째 중, 1단째의 공기예열기(151)에 흐를 때가 가장 높고, 2단째의 공기예열기(152)에 흐를 때가 두번째로 높으며, 3단째의 공기예열기(153)에 흐를 때가 가장 낮아진다. 한편, 연소용 공기의 온도는, 1단째부터 3단째 중, 3단째의 공기예열기(151)에서 가장 낮고, 2단째의 공기예열기(152)에서 다음으로 낮으며, 1단째의 공기예열기(151)에서 가장 높아진다. 즉, 모든 단의 공기예열기(151~153)에 있어서 배기가스와 연소용 공기의 온도차를 크게 취할 수 있다. 따라서, 공기예열기(151~153)의 모두는 관체(T2)의 표면에서 큰 열교환이 행해지기 때문에, 높은 전열효율로 연소용 공기를 예열할 수 있다.

한편, 온도가 낮은 배기가스와 온도가 낮은 연소용 공기가 흐르는 최후단의 공기예열기(153)에서는, 바이패스통로(158d)를 통하여 연소용 공기의 일부가 우회하는 만큼, 적은 유량으로 연소용 공기가 흐른다. 일반적으로, 공기예열기의 각 부의 표면온도는, 그것에 흐르는 배기가스의 온도와 그 내부에 흐르는 연소용 공기의 온도의 중간의 온도가 된다. 또, 배기가스의 온도 및 유량을 일정하게 하여, 연소용 공기의 유량을 적게 하면, 연소용 공기의 유량이 많을 때와 비교하여, 연소용 공기의 온도가 상승하기 쉬워, 공기예열기의 표면온도가 높아진다. 이와 같은 작용에 의하여, 바이패스통로(158d)에 연소용 공기의 일부가 우회함으로써, 우회시키지 않는 경우와 비교하여, 최후단의 공기예열기(153)에 흐르는 연소용 공기의 유량이 줄어들어, 공기예열기(153)의 표면온도를 높게 유지할 수 있다. 즉, 최후단의 공기예열기(153)를 통과하는 배기가스의 온도를, 산노점 부식을 회피할 목적으로 여분으로 높게 설정하지 않아도, 공기예열기(153)의 표면온도를 높게 유지할 수 있다. 이로써, 최후단의 공기예열기(153)의 표면에 산이 응결하기 어려워져, 산노점 부식을 저감시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 최후단의 공기예열기(153)의 관체(T2)의 수와 체적이, 다른 단의 공기예열기(151, 152)에 비하여 삭감되어 있다. 이와 같은 구성은, 바이패스통로(158d)를 통한 연소용 공기의 우회에 의하여, 최후단의 공기예열기(153)에 흐르는 연소용 공기가 적어지기 때문에 실현할 수 있다. 최후단의 공기예열기(153)에서는, 산노점 부식의 저감이 도모되어 있지만, 산노점 부식을 완전하게 피하는 것은 어려워, 산노점 부식이 진행된 경우에는 보수 또는 교환하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 보수 또는 교환하는 부위가 크면, 메인터넌스비용 또는 교환부품비용이 상승하지만, 최후단의 공기예열기(153)의 관체(T2)의 수와 체적이 삭감되어 있기 때문에, 이와 같은 비용의 상승을 회피할 수 있다.

<댐퍼의 작용>

본 실시형태의 보일러(1)의 운전방법에서는, 제어부(20)가, 연소로(10)에 있어서의 연료의 연소량, 즉 보일러의 가동률에 따라 댐퍼(159)의 개도를 제어한다. 예를 들면, 연소량이 많을 때, 공기예열장치(15)에 도입되는 배기가스의 온도가 높아지기 때문에, 제어부(20)는, 댐퍼(159)의 개도를 작게 하여, 우회시키는 연소용 공기의 비율을 작게 한다. 한편, 연소량이 적을 때, 공기예열장치(15)에 도입되는 배기가스의 온도가 낮아지기 때문에, 제어부(20)는, 댐퍼(159)의 개도를 크게 하여, 우회시키는 연소용 공기의 비율을 크게 한다. 이와 같은 제어에 의하여, 산노점 부식의 저감을 도모하면서, 공기예열장치(15) 통과후의 배기가스의 온도를, 적정한 범위에 들어가도록 조정할 수 있다.

다만, 댐퍼(159)의 제어는, 제어부(20)가 자동적으로 행하도록 해도 되고, 수동 등에 의하여 제어부(20)를 통하지 않고 행해도 된다.

<비교예 1과의 대비>

계속해서, 상기 실시형태의 공기예열장치(15)와 비교예의 공기예열장치의 대비에 대하여 상세히 서술한다. 도 3은, 비교예 1의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다.

도 3의 비교예 1의 구성은, 본 실시형태의 구성에서 바이패스통로(158d)를 생략하고, 최후단의 공기예열기(153R)의 관체의 수 및 체적을 1단째 및 2단째의 공기예열기(151, 152)와 동등하게 한 것이다. 이와 같은 구성에서는, 온도가 낮은 배기가스가 흐르는 최후단의 공기예열기(153R)에 있어서, 도 2의 본 실시형태와 비교하여 많은 연소용 공기가 흐른다. 이 때문에, 도 2의 본 실시형태에 비하여, 공기예열기(153R)의 연소용 공기의 온도가 상승하기 어려워, 공기예열기(153R)의 표면온도가 낮아진다. 따라서, 공기예열기(153R)의 표면에 산이 응결하기 쉬워져, 산노점 부식이 발생하기 쉽다.

또, 도 3의 비교예 1의 구성에서는, 산노점 부식에 의하여 최후단의 공기예열기(153R)를 보수 또는 교환하는 경우에, 도 2의 본 실시형태와 비교하여, 그 체적이 크고 관체도 많기 때문에, 메인터넌스비용 및 교환부품비용이 상승한다.

도 2의 본 실시형태의 구성에서는, 이와 같은 과제를 삭감할 수 있다.

<비교예 2와의 대비>

도 4는, 비교예 2의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다. 도 4의 비교예 2의 구성은, 연소용 공기가 흐르는 순서를, 2단째의 공기예열기(152), 1단째의 공기예열기(151), 최후단의 공기예열기(153R)의 순서로 변경한 것이다. 그 외에는, 도 3의 비교예 1의 구성과 동일하다. 이와 같은 구성에 의하면, 온도가 낮은 배기가스가 흐르는 최후단의 공기예열기(153R)에는, 온도가 상승한 연소용 공기가 흐른다. 이 때문에, 최후단의 공기예열기(153R)의 표면온도의 저하 및 산노점 부식의 발생을 방지할 수 있다. 그러나, 이 구성에서는, 1단째와 2단째의 공기예열기(151, 152)에 있어서 배기가스와 연소용 공기의 온도차가 매우 커지는 한편, 최후단의 공기예열기(153R)에 있어서 배기가스와 연소용 공기의 온도차가 작아진다. 이 때문에, 온도차가 작은 단에서는 열교환량이 작아지기 때문에, 유효한 열교환이 행해지는 관체의 총표면적이 작아진다. 또, 온도차가 매우 큰 단에서는, 그만큼 열교환량은 증대하지만, 유효한 열교환이 행해지는 관체의 총표면적의 축소에 비하면, 종합적인 열교환량을 상승시키는 효과는 작다. 이 때문에, 배기가스로부터 연소용 공기로의 종합적인 전열효율이 비교적 크게 저하한다. 따라서, 필요한 열의 교환량을 확보하기 위해서는, 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153R)의 관수를 증대시키는 등, 배기가스와 연소용 공기가 열교환하는 전열면적을 증대시킬 필요가 있어, 부품비용과 설치스페이스가 증대한다고 하는 과제가 발생한다. 도 2의 본 실시형태의 구성에서는, 이와 같은 과제를 억제할 수 있다.

<비교예 3과의 대비>

도 5는, 비교예 3의 공기예열장치를 나타내는 구성도이다. 도 5의 비교예 3의 구성은, 비교예 1의 구성에, 모든 공기예열기(151, 152, 153R)를 우회시켜 연소용 공기의 일부를 흘려보내는 바이패스통로(158r)를 추가한 것이다. 바이패스통로(158r)에는, 연소용 공기의 유량을 변경할 수 있는 댐퍼(159R)가 마련되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 댐퍼(159R)를 제어하여, 바이패스통로(158r)에 흐르는 연소용 공기의 비율을 증가시킴으로써, 공기예열기(151, 152, 153R)의 연소용 공기의 유량을 줄일 수 있다. 이로써, 열의 교환량이 줄어들어, 공기예열기(151, 152, 153R)에 흐르는 배기가스의 온도 저하가 감소된다. 이와 같이 배기가스의 온도를 높게 함으로써, 최후단의 공기예열기(153R)에서도 산노점 부식을 회피할 수 있다.

그러나, 이 경우, 높은 온도의 배기가스가, 공기예열기(153R)보다 후단으로 흘러 버려, 공기예열기(153R)보다 후단의 구성, 예를 들면 집진기 등에 대하여, 높은 온도의 배기가스에 대응 가능한 온도설계가 필요해져, 비용상승 등을 초래한다. 도 2의 본 실시형태의 구성에서는, 이와 같은 과제를 발생시키지 않고, 최후단의 공기예열기(153)의 산노점 부식을 저감시킬 수 있다.

한편, 도 5의 비교예 3에서는, 바이패스통로(158r)를 통과후의 배기가스의 온도가 높아지지 않도록, 댐퍼(159R)를 제어하여, 바이패스통로(158r)에 흐르는 연소용 공기의 비율을 작게 할 수 있다. 이로써, 공기예열기(151, 152, 153R)의 통과후의 배기가스의 온도를 낮게 할 수 있다. 혹은, 도입하는 배기가스를 낮은 온도로 설정함으로써, 공기예열기(151, 152, 153R) 통과후의 배기가스의 온도를 낮게 할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 비교예 1과 동일한 상황이 발생하여, 최후단의 공기예열기(153R)에 산노점 부식이 발생하기 쉽다. 또, 연소용 공기의 가열량도 적어진다.

또한, 도 5의 비교예 3의 구성에서는, 바이패스통로(158r)의 종단에서, 가열되어 고온이 된 연소용 공기와, 극단적으로 온도가 낮은 연소용 공기가 혼합되어 연소로(10)에 공급된다. 따라서, 바이패스통로(158r)의 유량에 따라 연소로(10)에 공급되는 연소용 공기의 온도가 크게 변화하고, 또한 고온의 연소용 공기와 저온의 연소용 공기의 충분한 혼합과정을 얻을 수 없기 때문에, 연소로(10)에 공급되는 연소용 공기가 불안정해진다. 이 때문에, 연소로(10)의 연소온도에 영향이 파급되어, 안정적인 연소를 저해하는 경우가 있다고 하는 과제가 발생한다.

한편, 본 실시형태의 공기예열장치(15)에서는, 바이패스통로(158d)의 종단이, 2단째의 공기예열기(152)의 공기통로의 상류에 접속되어 있다. 이 때문에, 바이패스통로(158d)를 통과하는 연소용 공기는, 1단째, 2단째의 공기예열기(151, 152)를 통과할 때에, 원래의 연소용 공기와 혼합되고 또한 가열된다. 따라서, 연소로(10)에 공급되는 연소용 공기의 온도 및 온도 분포가 안정되어, 연소로(10)에 있어서의 안정적인 연소에 기여할 수 있다.

<실시형태의 효과>

이상과 같이, 본 실시형태의 보일러(1)의 공기예열장치(15)에 의하면, 복수 단의 공기예열기(151, 152, 153)와 바이패스통로(158d)를 구비한다. 그리고, 바이패스통로(158d)에 의하여, 연소용 공기의 일부를 우회시킴으로써, 최후단의 공기예열기(153)에 흐르는 연소용 공기의 유량을, 다른 단의 공기예열기(151, 152)를 흐르는 연소용 공기의 유량보다 줄일 수 있다. 이로써, 배기가스를 높은 온도로 설정하거나, 연소용 공기의 가열량을 대폭으로 저감하거나 하지 않아도, 최후단의 공기예열기(153)의 표면온도를 높게 유지할 수 있다. 이 때문에, 최후단의 공기예열기(153)에 산에 강한 특수한 재료를 이용하지 않아도, 공기예열기(153)에 발생하는 산노점 부식을 저감시킬 수 있다. 또한, 공기예열기(153)의 관체의 수 및 체적이 삭감되어 있으므로, 최후단의 공기예열기(153)에 산노점 부식이 발생하여 보수 또는 교환하는 경우에서도, 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태의 보일러(1)의 공기예열장치(15)에 의하면, 바이패스통로(158d)에 의하여 연소용 공기의 일부가 우회되는 공기예열기(153)는, 배기가스의 흐름방향의 순서로 최후단에 배치되어 있다. 또, 바이패스통로(158d)는, 연소용 공기의 일부를, 연소용 공기가 흐르는 순서로 첫번째의 공기예열기(153)를 제외하고 흐르도록 우회시킨다. 이와 같은 구성에 의하여, 전열효율이 높아지는 공기예열기(151, 152, 153)의 배치를 실현하면서, 온도가 낮은 배기가스와 온도가 낮은 연소용 공기가 흐르는 공기예열기(153)에 대하여 산노점 부식을 저감시키는 것이 가능해진다. 산노점에는, 황산노점과 그것보다 낮은 염산노점이 포함되지만, 본 실시형태의 보일러(1)의 공기예열장치(15)에 의하면, 특히 염산노점 부식을 충분히 회피할 수 있다.

(변형예 1)

도 6은, 실시형태의 공기예열장치의 변형예 1을 나타내는 구성도이다. 변형예 1의 공기예열장치(15A)에서는, 바이패스통로(158f)가, 최후단의 공기예열기(153)의 공기통로의 상류부로부터, 1단째의 공기예열기(151)의 공기통로의 상류부에 걸쳐 마련되어 있다. 공기예열장치(15A)의 그 외의 구성은, 도 2의 공기예열장치(15)와 동일하다.

이와 같은 구성에서는, 도 2의 공기예열장치(15)와 비교하여, 우회된 연소용 공기의 일부가, 2단째의 공기예열기(152)도 우회하여, 1단째의 공기예열기(151)로부터 흐른다. 그만큼, 공기예열장치(15A)의 도중에 있어서 배기가스와 연소용 공기의 열교환량에 차가 발생하지만, 그 이외는, 도 2의 공기예열장치(15)와 거의 동일한 작용효과가 얻어진다.

다만, 변형예 1에 있어서는, 2단째의 공기예열기(152)의 연소용 공기의 유량이 줄어들기 때문에, 2단째의 공기예열기(152)의 관수의 수 및 체적을, 최후단의 공기예열기(153R)와 동일하게 삭감해도 된다. 그러나, 열교환량을 크게 하기 위하여, 2단째의 공기예열기(152)의 관체의 수 및 체적은, 1단째의 공기예열기(151)와 동일하게 해도 된다. 또, 바이패스통로(158f)에는, 도 2의 실시형태와 동일하게, 댐퍼를 마련하여, 바이패스통로(158f)를 통과하는 연소용 공기의 유량을 제어해도 된다.

(변형예 2)

도 7은, 실시형태의 공기예열장치의 변형예 2를 나타내는 구성도이다. 변형예 2의 공기예열장치(15B)에서는, 공기예열장치(15B)의 외부로부터 연소용 공기가 도입되는 공기통로(158a)가, 2단째의 공기예열기(152B)에 접속되어 있다. 중간의 공기통로(158b)는, 2단째부터 1단째, 1단째부터 최종단으로 연소용 공기를 흘려보내도록 접속되며, 연소로(10)에 연소용 공기를 도출하는 공기통로(158c)는 최후단의 공기예열기(153B)에 접속되어 있다. 또, 바이패스통로(158g)는, 2단째의 공기예열기(152)의 공기통로의 상류로부터 1단째의 공기예열기(151)의 공기통로의 상류에 걸쳐 마련되어 있다. 즉, 바이패스통로(158g)에 의하여 연소용 공기의 유량이 줄어드는 공기예열기(152B)는, 배기가스의 흐름을 따른 순서로, 최후단이 아니라 2단째의 공기예열기(152B)이며, 연소용 공기가 흐르는 순서에서는 첫번째의 공기예열기(152B)이다. 공기예열기(152B)는, 다른 단의 공기예열기(151, 153B)와 비교하여, 관체의 수 및 체적이 삭감되어 있어도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 예를 들면 외부로부터 공급되는 연소용 공기가 매우 저온이며, 2단째의 공기예열기(152)로부터 도입해도, 공기예열기(152)의 표면온도가 산노점 이하로 저하할 우려가 있는 경우에, 바이패스통로(158g)의 유용한 작용이 얻어진다. 즉, 이와 같은 경우에서도, 공기예열기(152)의 연소용 공기의 유량을 줄임으로써, 공기예열기(152)의 표면온도를 높게 유지할 수 있다. 따라서, 공기예열기(152)의 산노점 부식의 저감을 도모할 수 있다.

바이패스통로(158g)에는, 도 2의 실시형태와 동일하게, 댐퍼를 마련하여, 바이패스통로(158g)를 통과하는 연소용 공기의 유량을 제어해도 된다.

(변형예 3)

도 8은, 실시형태의 공기예열장치의 변형예 3을 나타내는 구성도이다. 변형예 3의 공기예열장치(15C)에서는, 연소용 공기가 도입되는 공기통로(158a)가, 2단째의 공기예열기(152)에 접속되어 있다. 중간의 공기통로(158b)는, 2단째부터 최후단, 최후단으로부터 1단째로 연소용 공기를 흘려보내도록 접속되며, 연소용 공기를 도출하는 공기통로(158c)는 1단째의 공기예열기(151)에 접속되어 있다. 또, 바이패스통로(158h)는, 최후단의 공기예열기(153)의 공기통로의 상류로부터 1단째의 공기예열기(151)의 공기통로의 상류에 걸쳐 마련되어 있다. 즉, 바이패스통로(158h)에 의하여 연소용 공기의 유량이 줄어드는 공기예열기(153)는, 연소용 공기가 흐르는 순서로, 두번째의 공기예열기(153)이다.

이와 같은 구성에 의하면, 예를 들면 연소용 공기의 유량이 많아, 2단째의 공기예열기(152)에서 가열된 후도 연소용 공기의 온도가 낮은듯한 경우에 유용해진다. 이 경우, 아직도 온도가 낮은 연소용 공기가 최후단의 공기예열기(153)를 통과할 때에, 배기가스의 온도가 저하하고 있음과 함께, 공기예열기(153)의 표면온도가 산노점 이하로 저하할 우려가 발생한다. 그러나, 이와 같은 경우에서도, 바이패스통로(158h)에 의하여, 최후단의 공기예열기(153)의 연소용 공기의 유량이 감소함으로써, 공기예열기(153)의 표면온도를 높게 유지할 수 있다. 따라서, 공기예열기(153)의 산노점 부식의 저감을 도모할 수 있다.

바이패스통로(158h)에는, 도 2의 실시형태와 동일하게, 댐퍼를 마련하여, 바이패스통로(158h)를 통과하는 연소용 공기의 유량을 제어해도 된다.

(변형예 4)

도 9는, 실시형태의 공기예열장치의 변형예 4를 나타내는 구성도이다. 변형예 4의 공기예열장치(15D)는, 복수의 공기예열기(151~156)가, 배기가스가 흐르는 방향으로 복수 단, 배기가스의 흐름과 교차하는 방향으로 2계통 마련된 구성을 갖는다. 제1 계통의 복수의 공기예열기(151~153)는, 배기가스의 흐름을 따른 순서로, 1단째의 공기예열기(151)와 2단째의 공기예열기(152)와 최후단의 공기예열기(153)를 포함한다. 제2 계통의 복수의 공기예열기(154~156)는, 배기가스의 흐름을 따른 순서로, 1단째의 공기예열기(154)와 2단째의 공기예열기(155)와 최후단의 공기예열기(156)를 포함한다.

또, 변형예 4의 공기예열장치(15D)는, 제1 계통의 복수 단의 공기예열기(151~153)에 순서대로 연소용 공기를 흘려보내는 공기통로(158a~158c)와, 제2 계통의 복수 단의 공기예열기(154~156)에 순서대로 연소용 공기를 흘려보내는 공기통로(158a~158c)를 구비한다. 또한, 변형예 4의 공기예열장치(15D)는, 제1 계통의 최후단의 공기예열기(153)의 공기통로의 상류로부터 제2 계통의 2단째의 공기예열기(155)의 공기통로의 상류에 연소용 공기의 일부를 우회하는 제1 바이패스통로(158i)를 구비하고 있다. 게다가, 공기예열장치(15D)는, 제2 계통의 최후단의 공기예열기(156)의 공기통로의 상류로부터 제1 계통의 2단째의 공기예열기(152)의 공기통로의 상류에 연소용 공기의 일부를 우회하는 제2 바이패스통로(158j)를 구비하고 있다.

이와 같이, 제1 바이패스통로(158i) 및 제2 바이패스통로(158j)는, 다른 계통의 공기예열기의 사이에서 연소용 공기를 우회시키는 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성에서도, 각 계통의 복수 단의 공기예열기(151~153, 154~156)에 있어서, 도 2의 실시형태와 동일한 작용효과가 얻어진다.

제1 바이패스통로(158i) 및 제2 바이패스통로(158j)의 각각에는, 도 2의 실시형태와 동일하게, 댐퍼를 마련하여, 그것을 통과하는 연소용 공기의 유량을 제어해도 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 공기예열기의 단수는 2단 또는 4단 이상으로 해도 되고, 바이패스통로에 의하여 연소용 공기의 유량이 감소되는 공기예열기의 단의 위치는, 도 2, 도 6~도 9의 예에 제한되지 않는다. 또한, 바이패스통로에 의하여 연소용 공기의 유량이 감소되는 공기예열기가, 연소용 공기가 흐르는 순서로 보아 몇번째인지는, 도 2, 도 6~도 9의 예에 제한되지 않는다. 또, 도 2의 실시형태에서는, 바이패스통로에 의하여 연소용 공기의 일부가 우회되는 공기예열기에 대하여, 연소용 공기의 유로의 총단면적을 작게 구성했지만, 다른 단의 공기예열기와 비교하여 동등한 크기의 구성으로 해도 된다. 또, 도 1에는, 보일러의 전체 구성의 일례를 나타냈지만, 본 발명에 관한 공기예열장치는, 도 1의 보일러에 한정되지 않고, 다양한 형식의 보일러에 적용되어도 된다. 그 외, 실시형태에서 나타낸 세부는, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 보일러의 공기예열장치 및 보일러의 운전방법에 이용할 수 있다.

1 보일러
10 연소로
12 연도
15 공기예열장치
20 제어부
151~156, 152B, 153B 공기예열기
158a, 158b, 158c 공기통로
158d, 158e, 158f, 158g, 158h 바이패스통로
158i 제1 바이패스통로
158j 제2 바이패스통로
159 댐퍼(유량조정부)
T2 관체

Claims

배기가스의 흐름방향을 따라 나열되는 복수 단의 공기예열기와,
상기 복수 단의 공기예열기 중, 어느 하나의 단의 공기예열기의 공기통로의 상류에서 연소용 공기의 일부를 분기시켜, 다른 단의 공기예열기의 공기통로의 상류로 우회시키는 바이패스통로를 구비하는 보일러의 공기예열장치.
제1항에 있어서,
상기 바이패스통로는, 상기 복수 단의 공기예열기 중 연소용 공기가 흐르는 순서로 첫번째의 공기예열기의 공기통로의 상류에서 연소용 공기의 일부를 분기시키는, 보일러의 공기예열장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 바이패스통로는, 상기 복수 단의 공기예열기 중 배기가스가 흐르는 순서로 가장 후단의 공기예열기의 공기통로의 상류에서 연소용 공기의 일부를 분기시키는, 보일러의 공기예열장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 단의 공기예열기 중 상기 바이패스통로에 의하여 연소용 공기의 일부가 우회되는 공기예열기는, 상기 복수 단의 공기예열기 중 상기 바이패스통로에 의하여 연소용 공기의 일부가 우회되지 않는 공기예열기와 비교하여, 연소용 공기를 흘려보내는 통로의 총단면적이 작은, 보일러의 공기예열장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이패스통로의 개도를 조정 가능한 유량조정부와,
상기 유량조정부를 제어하는 제어부를 더 구비하는 보일러의 공기예열장치.
연료를 연소시키는 연소로와,
상기 연소로로부터 배출되는 배기가스의 흐름방향을 따라 나열되는 복수 단의 공기예열기와,
상기 복수 단의 공기예열기 중, 어느 하나의 단의 공기예열기의 공기통로의 상류에서 연소용 공기의 일부를 분기시켜, 다른 단의 공기예열기의 공기통로의 상류로 우회시키는 바이패스통로와,
상기 바이패스통로의 개도를 변경 가능한 유량조정부를 구비하는 보일러의 운전방법으로서,
상기 보일러의 가동률에 따라 상기 유량조정부의 개도를 변경하는 보일러의 운전방법.