JP6071330B2

JP6071330B2 - Heat recovery heat exchanger, heat recovery unit and combustion plant

Info

Publication number: JP6071330B2
Application number: JP2012186263A
Authority: JP
Inventors: 崇之井原; 正片畑; 勝久臼井; 信一戸田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: JP2014043994A

Description

本発明は、腐食性ガスを含む燃焼排ガスから流体に熱を回収する熱交換器に関する。また、本発明は、その熱回収用熱交換器を用いた熱回収ユニットおよび燃焼プラントに関する。 The present invention relates to a heat exchanger that recovers heat from a flue gas containing corrosive gas to a fluid. The present invention also relates to a heat recovery unit and a combustion plant using the heat recovery heat exchanger.

燃焼プラントでは、一般的に燃焼炉とボイラとが併設されている。燃焼炉では燃料が燃焼され、ボイラでは燃焼炉から排出される燃焼排ガスの熱を利用して水蒸気が生成される。生成された水蒸気は、例えばタービンに送られて発電に利用される。燃料には様々なものがあり、例えば、石炭、石油、一般ごみ、バイオマス、アスファルト、製紙工程で発生する黒液などが挙げられる。 In a combustion plant, a combustion furnace and a boiler are generally provided. In the combustion furnace, fuel is combusted, and in the boiler, steam is generated using the heat of the combustion exhaust gas discharged from the combustion furnace. The generated water vapor is sent to, for example, a turbine and used for power generation. There are various types of fuel, such as coal, petroleum, general waste, biomass, asphalt, and black liquor generated in the papermaking process.

例えば特許文献１に開示されたごみ焼却プラントでは、ボイラが、燃焼排ガスが通る排ガス経路を区画する壁上に設けられた水管と、水管内に水を供給するとともに水管内で発生した水蒸気を収集するボイラドラムを備えている。また、ボイラドラムは、生成された水蒸気が過熱されるように、排ガス経路中に配置された過熱器と接続されている。これらの水管および過熱器は、燃焼排ガスから流体に熱を回収する熱交換器の一例である。 For example, in a waste incineration plant disclosed in Patent Document 1, a boiler collects water vapor provided in a water pipe provided on a wall defining an exhaust gas path through which combustion exhaust gas passes, and water generated in the water pipe. It has a boiler drum. Further, the boiler drum is connected to a superheater disposed in the exhaust gas path so that the generated water vapor is superheated. These water pipes and superheaters are examples of heat exchangers that recover heat from combustion exhaust gas to a fluid.

ところで、発電の効率を高めるためには水蒸気を高温高圧にする必要があるが、燃焼排ガスは、燃料の種類によっては塩素や硫黄などの、金属を腐食させる腐食成分を多く含むことがある。水蒸気の温度が概ね４００℃を超える場合にはそのような腐食性ガスによるボイラ過熱器の腐食が促進されるため、熱回収用熱交換器を腐食性ガスを含む燃焼排ガスから保護することが求められる。これを実現するには、熱交換器の構成材料として一般的な金属に比較して耐腐食性の高いセラミックスを利用して熱交換器を構築することが考えられる。 By the way, in order to increase the efficiency of power generation, it is necessary to make steam high temperature and pressure. However, depending on the type of fuel, the combustion exhaust gas may contain many corrosive components that corrode metals such as chlorine and sulfur. When the temperature of the water vapor exceeds approximately 400 ° C., the corrosion of the boiler superheater by such a corrosive gas is promoted. Therefore, it is required to protect the heat recovery heat exchanger from the combustion exhaust gas containing the corrosive gas. It is done. In order to realize this, it is conceivable to construct a heat exchanger using ceramics having higher corrosion resistance than a general metal as a constituent material of the heat exchanger.

セラミックスを利用した熱交換器としては、例えば特許文献２に、金属溶湯中に浸漬されるチューブヒータが開示されている。 As a heat exchanger using ceramics, for example, Patent Document 2 discloses a tube heater immersed in molten metal.

特開２００２−１０６８２２号公報JP 2002-106822 A 特開２００２−２２１０９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-22109

特許文献２に開示されたチューブヒータでは、内部で空気と燃料ガスの混合気体を燃焼させる燃焼器がセラミックスケースで覆われ、セラミックスケースと燃焼器の間に金属製の熱伝導物体が充填されている。 In the tube heater disclosed in Patent Document 2, a combustor that burns a mixed gas of air and fuel gas is covered with a ceramic case, and a metal heat conduction object is filled between the ceramic case and the combustor. Yes.

上記のチューブヒータと同様にセラミックスケースを用いるという観点からは、燃焼排ガスから流体に熱を回収する熱交換器においても、内部に流体が流れる流路部材をセラミックスケースで覆い、それらの間に金属製の熱伝導物体を充填することが考えられる。しかしながら、セラミックスは熱的衝撃および物理的衝撃に弱いため、燃焼排ガスの急激な温度変化などにより流路部材を覆うセラミックスケースが破損する可能性が高い。セラミックスケースが破損すると、たとえセラミックスケースと流路部材との間に金属製の熱伝導物体が充填されていたとしても、セラミックスケースと流路部材との間の隙間を完全に埋めることは困難であるために、流路部材が燃焼排ガスに接触して腐食するおそれがある。このため、セラミックスケースの破損を検知できるようにすることが望まれる。また、その破損が軽度な場合には、セラミックスケースが破損した後もしばらくはセラミックスケースと流路部材との間の隙間への燃焼排ガスの侵入を防ぎ、運転を継続できるようにすることが望まれる。 From the viewpoint of using a ceramic case in the same manner as the above tube heater, in a heat exchanger that recovers heat from combustion exhaust gas to a fluid, the flow path member through which the fluid flows is covered with the ceramic case, and a metal is interposed between them. It is conceivable to fill the heat-conducting body made of metal. However, since ceramics are vulnerable to thermal shock and physical shock, there is a high possibility that the ceramic case covering the flow path member is damaged due to a rapid temperature change of the combustion exhaust gas. If the ceramic case breaks, it is difficult to completely fill the gap between the ceramic case and the flow path member, even if a metal heat conduction object is filled between the ceramic case and the flow path member. For this reason, the flow path member may be corroded by contact with the combustion exhaust gas. For this reason, it is desired to be able to detect breakage of the ceramic case. If the damage is minor, it is desirable to prevent the combustion exhaust gas from entering the gap between the ceramic case and the flow path member for a while after the ceramic case has been damaged so that the operation can be continued. It is.

そこで、本発明は、セラミックスケースを用いた熱回収用熱交換器において、熱伝達を損なわずに高い収熱効率を保ち、なおかつセラミックスケースの破損を検知できるようにするとともに、その破損が軽度な場合にはしばらく運転を継続できるようにすることを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a heat recovery heat exchanger using a ceramic case, which maintains high heat collection efficiency without impairing heat transfer and can detect damage to the ceramic case, and the damage is mild. The purpose is to allow you to continue driving for a while.

前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、燃焼排ガスが比較的高い温度を有する条件において、燃焼排ガスに曝されるセラミックスケースとこれに覆われる流路部材との間に熱伝導物体を充填しなくても、セラミックスケースから流路部材への輻射により、熱交換器として機能するのに十分な熱伝達が行われる構成を実現し、セラミックスケースの破損を検知できる機構と制御方法を考案した。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention conducted heat conduction between the ceramic case exposed to the flue gas and the flow path member covered by the flue gas under the condition that the flue gas has a relatively high temperature. A mechanism and control method that realizes a structure that allows sufficient heat transfer to function as a heat exchanger by radiation from the ceramic case to the flow channel member without filling an object, and can detect breakage of the ceramic case Devised.

すなわち、本発明は、腐食性ガスを含む燃焼排ガスから流体に熱を回収する熱交換器であって、内部に前記流体が流れる流路部材と、前記流路部材を当該流路部材との間に隙間空間が形成されるように覆う、前記燃焼排ガスに曝されるセラミックスケースとを備え、前記隙間空間は、前記燃焼排ガスの圧力よりも高い圧力の気体で満たされている、熱回収用熱交換器を提供する。 That is, the present invention is a heat exchanger that recovers heat from a flue gas containing corrosive gas to a fluid, and the flow channel member through which the fluid flows and the flow channel member between the flow channel member And a ceramic case that is exposed to the flue gas so as to form a gap space, and the gap space is filled with a gas having a pressure higher than the pressure of the flue gas. Provide an exchange.

上記の構成によれば、セラミックスケースが破損したときはその破損部分からセラミックスケースと流路部材の間の隙間空間内の気体が漏れ出すため、セラミックスケースの破損の検知が可能になる。また、その破損が軽度な場合には、隙間空間を満たす気体によって隙間空間への燃焼排ガスの侵入が防がれるために、セラミックスケースが破損した後もしばらくは運転を継続できる。 According to the above configuration, when the ceramic case is broken, the gas in the gap space between the ceramic case and the flow path member leaks from the broken portion, so that the breakage of the ceramic case can be detected. Further, when the damage is slight, the gas filling the gap space prevents the combustion exhaust gas from entering the gap space, so that the operation can be continued for a while after the ceramic case is damaged.

前記隙間空間には前記気体が封入されており、前記熱回収用熱交換器は、前記隙間空間内の気体の圧力を測定する圧力センサをさらに備えてもよい。この構成によれば、隙間空間に気体が封入されているために、セラミックスケースが破損したときには隙間空間内の気体の圧力が低下する。そこで、隙間空間内の気体の圧力を測定することによりセラミックスケースの破損を検知することができる。ここで、「封入」とは、隙間空間、あるいは隙間空間およびこれと連続する空間がほぼ完全に密閉されることをいう。なお、「ほぼ完全に」とは、長時間に亘っての僅かな気体の漏れを許容する概念である。 The gas may be sealed in the gap space, and the heat recovery heat exchanger may further include a pressure sensor that measures the pressure of the gas in the gap space. According to this configuration, since the gas is sealed in the gap space, the pressure of the gas in the gap space decreases when the ceramic case is damaged. Therefore, the breakage of the ceramic case can be detected by measuring the pressure of the gas in the gap space. Here, “encapsulation” means that the gap space, or the gap space and the space continuous therewith are almost completely sealed. Note that “substantially completely” is a concept that allows slight gas leakage over a long period of time.

前記熱回収用熱交換器は、前記隙間空間に前記気体を供給するための供給路と、前記供給路に設けられた開閉弁であって閉じられたときに前記隙間空間に気体を封入し、開かれたときに前記隙間空間に気体を補給する開閉弁と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、隙間空間内の気体の圧力が低下したときには開閉弁を開いて隙間空間に気体を補給することができるため、熱回収用熱交換器を継続的に使用することができる。 The heat recovery heat exchanger is a supply path for supplying the gas to the gap space, and an on-off valve provided in the supply path and encloses the gas in the gap space when closed. And an on-off valve that replenishes the gap space with gas when opened. According to this configuration, when the gas pressure in the gap space decreases, the on-off valve can be opened to supply gas to the gap space, so that the heat recovery heat exchanger can be used continuously.

前記圧力センサを含む構成の代替案として、前記熱回収用熱交換器は、前記隙間空間に前記気体を供給するための供給路と、前記供給路に設けられた流量計と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、セラミックスケースが破損したときには供給路に気体が流れるため、その流量に基づいてセラミックスケースの破損を検知することができる。 As an alternative to the configuration including the pressure sensor, the heat recovery heat exchanger further includes a supply path for supplying the gas to the gap space, and a flow meter provided in the supply path. Also good. According to this configuration, when the ceramic case is broken, the gas flows through the supply path, so that the breakage of the ceramic case can be detected based on the flow rate.

前記流路部材は、入口から出口に向かってＵ字状に折れ曲がる形状、または入口と出口との間で蛇行する形状を有してもよい。この構成によれば、流路部材を製造が容易な形状とすることができる。 The flow path member may have a shape that bends in a U shape from the inlet toward the outlet, or a shape that meanders between the inlet and the outlet. According to this configuration, the flow path member can have a shape that is easy to manufacture.

あるいは、前記流路部材は、断面Ｕ字状の外管とこの外管内に挿入された内管の二重管であり、前記内管の一端が入口を形成し、前記外管に設けられた開口が出口を形成してもよい。この構成によれば、隙間空間を簡易で輻射に好適な形状とすることができる。 Alternatively, the flow path member is a double tube of an outer tube having a U-shaped cross section and an inner tube inserted into the outer tube, and one end of the inner tube forms an inlet and is provided in the outer tube. The opening may form an outlet. According to this configuration, the gap space can be made simple and suitable for radiation.

前記流路部材における前記セラミックスケース内に収まる部分のうちの少なくとも一部には、その表面に輻射吸収率を高めるための表面処理層が形成されていてもよい。この構成によれば、セラミックスケースから流路部材への熱伝達効率を高めることができる。 A surface treatment layer for increasing the radiation absorption rate may be formed on the surface of at least a part of the flow path member that fits in the ceramic case. According to this configuration, the efficiency of heat transfer from the ceramic case to the flow path member can be increased.

また、本発明は、上記の熱回収用熱交換器と、前記供給路に設けられた前記開閉弁を、前記圧力センサにより測定される圧力が前記燃焼排ガスの圧力よりも高い第１設定値以下に低下したときに開き、前記圧力センサにより測定される圧力が前記第１設定値よりも高い第２設定値に到達したときに閉じる制御装置と、を備える、熱回収ユニットを提供する。この構成によれば、隙間空間内の気体の圧力を、第１設定値と第２設定値の間に保ち、常に燃焼排ガスの圧力よりも高い状態に維持することができる。 Further, the present invention provides the heat recovery heat exchanger and the on-off valve provided in the supply path with a pressure measured by the pressure sensor equal to or lower than a first set value higher than the pressure of the combustion exhaust gas. And a control device that opens when the pressure measured by the pressure sensor reaches a second set value that is higher than the first set value. According to this configuration, the pressure of the gas in the gap space can be kept between the first set value and the second set value, and can always be kept higher than the pressure of the combustion exhaust gas.

前記制御装置は、前記開閉弁が閉じられてから開かれるまでにかかる封止時間および／または前記開閉弁が開かれてから閉じられるまでにかかる補給時間を計るタイマを有してもよい。この構成によれば、セラミックスケースに破損が生じたか否か検知することができるだけでなく、その破損の程度を推測することができる。 The control device may include a timer that measures a sealing time required from when the on-off valve is closed to being opened and / or a replenishment time required from when the on-off valve is opened to being closed. According to this configuration, it is possible not only to detect whether or not the ceramic case is damaged, but also to estimate the degree of the damage.

前記熱回収ユニットは、前記熱回収用熱交換器の前記流路部材に前記流体を導く上流路と、前記上流路を通じた前記流体の流通を遮断可能な遮断機構と、をさらに備え、前記制御装置は、前記封止時間が所定値未満または前記補給時間が所定値以上であれば前記遮断機構により前記上流路を通じた前記流体の流通を遮断してもよい。この構成によれば、流路部材が腐食して流体が燃焼排ガス中に漏れ出すことを未然に防ぐことができる。 The heat recovery unit further comprises an upper flow path for guiding the fluid to the flow path member of the heat recovery heat exchanger, and a blocking mechanism capable of blocking the flow of the fluid through the upper flow path, and the control The apparatus may block the flow of the fluid through the upper flow path by the blocking mechanism if the sealing time is less than a predetermined value or the replenishment time is not less than a predetermined value. According to this configuration, it is possible to prevent the flow path member from corroding and the fluid from leaking into the combustion exhaust gas.

前記熱回収用熱交換器、および前記遮断機構が設けられた前記上流路のセットが複数並列に配置されてもよい。この構成によれば、１つの熱回収用熱交換器が使用不能になっても、他の熱回収用熱交換器を使用して燃焼排ガスからの熱回収を継続して実行することができる。 A plurality of sets of the upper flow path provided with the heat recovery heat exchanger and the blocking mechanism may be arranged in parallel. According to this configuration, even if one heat recovery heat exchanger becomes unusable, heat recovery from the combustion exhaust gas can be continuously performed using another heat recovery heat exchanger.

さらに、本発明は、燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉から排出される燃焼排ガスによって水蒸気を生成するボイラと、前記燃焼排ガスが通る排ガス経路中に配置され、前記ボイラで生成された水蒸気を過熱する過熱器と、前記過熱器で過熱された水蒸気に前記燃焼排ガスから熱を回収することにより当該水蒸気をさらに過熱する、上記の熱回収用熱交換器と、を備える、燃焼プラントを提供する。この構成によれば、蒸気配管の腐食の問題を回避しつつボイラで生成された水蒸気を非常に高い温度まで過熱することができる。 Furthermore, the present invention relates to a combustion furnace for combusting fuel, a boiler for generating steam by combustion exhaust gas discharged from the combustion furnace, and a steam generated by the boiler disposed in an exhaust gas path through which the combustion exhaust gas passes. A combustion plant comprising: a superheater that superheats the steam; and the above heat recovery heat exchanger that further superheats the steam by recovering heat from the combustion exhaust gas to the steam superheated by the superheater. To do. According to this structure, the water vapor | steam produced | generated with the boiler can be overheated to very high temperature, avoiding the problem of corrosion of steam piping.

本発明によれば、セラミックスケースを用いた熱回収用熱交換器において、熱伝達を損なわずに高い収熱効率を保ちつつ、セラミックスケースの破損の検知が可能になる。また、その破損が軽度な場合には、セラミックスケースが破損した後もしばらくは運転を継続できる。 According to the present invention, in a heat recovery heat exchanger using a ceramic case, breakage of the ceramic case can be detected while maintaining high heat collection efficiency without impairing heat transfer. Further, when the damage is minor, the operation can be continued for a while after the ceramic case is damaged.

本発明の一実施形態に係る熱回収用熱交換器を用いた燃焼プラントの概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the combustion plant using the heat exchanger for heat recovery which concerns on one Embodiment of this invention. 前記熱回収用熱交換器を含む熱回収ユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the heat recovery unit containing the said heat recovery heat exchanger. 前記熱回収用熱交換器の構成を示す図The figure which shows the structure of the said heat recovery heat exchanger. セラミックスケースに破損がない場合の、セラミックスケースと流路部材の間の隙間空間における気体の圧力の経時的変化を示すグラフA graph showing the change over time of the gas pressure in the gap space between the ceramic case and the flow path member when the ceramic case is not damaged （ａ）および（ｂ）はセラミックスケースが破損したときの、セラミックスケースと流路部材の間の隙間空間における気体の圧力の経時的変化を示すグラフ(A) And (b) is a graph which shows a time-dependent change of the pressure of the gas in the clearance gap between a ceramic case and a flow-path member when a ceramic case is damaged. 別の熱回収ユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of another heat recovery unit （ａ）〜（ｃ）は変形例の熱回収用熱交換器の断面図(A)-(c) is sectional drawing of the heat exchanger for heat recovery of a modification

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に、本発明の一実施形態に係る熱回収用熱交換器３を用いた燃焼プラント１を示す。この燃焼プラント１は、一般ごみを燃料とするごみ焼却プラントである。ただし、本発明の熱回収用熱交換器は、ごみ焼却プラントに限らず種々の燃焼プラントに用いることができる。 FIG. 1 shows a combustion plant 1 using a heat exchanger 3 for heat recovery according to an embodiment of the present invention. This combustion plant 1 is a waste incineration plant that uses general waste as fuel. However, the heat exchanger for heat recovery of the present invention can be used not only in a waste incineration plant but also in various combustion plants.

具体的に、燃焼プラント１は、燃料を燃焼させる燃焼炉１３と、燃焼炉１３から排出される燃焼排ガスによって水蒸気を生成するボイラ２を備える。また、燃焼プラント１は、燃焼炉１３にごみを供給する給じん装置１２と、給じん装置１２にごみを搬送する、ホッパー付の搬送装置１１を備える。 Specifically, the combustion plant 1 includes a combustion furnace 13 that combusts fuel, and a boiler 2 that generates water vapor using combustion exhaust gas discharged from the combustion furnace 13. Further, the combustion plant 1 includes a dust supply device 12 that supplies dust to the combustion furnace 13, and a transport device 11 with a hopper that transports the dust to the dust supply device 12.

本実施形態では、燃焼炉１３として流動床式焼却炉が用いられている。すなわち、燃焼炉１３内では、燃焼炉１３の下部から送り込まれる空気により流動状態となった砂がバーナーやごみ自体の燃焼熱などによって加熱され、この砂の中に給じん装置１２からごみが投入されて燃焼される。ごみの中に含まれる石や金属などの不燃物は砂と共に燃焼炉１３の下部から排出され、不燃物から分離された砂が再び燃焼炉１３に戻される。一方、燃焼炉１３の上部からは、腐食性ガスを含む燃焼排ガスが排出される。ただし、燃焼炉１３は、必ずしも流動床式焼却炉である必要はなく、例えばストーカ式焼却炉であってもよい。 In the present embodiment, a fluidized bed incinerator is used as the combustion furnace 13. That is, in the combustion furnace 13, the sand that has been fluidized by the air sent from the lower part of the combustion furnace 13 is heated by the combustion heat of the burner or the dust itself, and the dust is thrown into the sand from the dust feeder 12. And burned. Incombustible materials such as stone and metal contained in the garbage are discharged together with the sand from the lower portion of the combustion furnace 13, and the sand separated from the incombustible materials is returned to the combustion furnace 13 again. On the other hand, combustion exhaust gas containing corrosive gas is discharged from the upper part of the combustion furnace 13. However, the combustion furnace 13 is not necessarily a fluidized bed incinerator, and may be, for example, a stoker type incinerator.

ボイラ２は、燃焼炉１３の上方に配置された放射室２５と、放射室２５の側方に配置された第１煙道２６および第２煙道２７を含む。第１煙道２６および第２煙道２７は共に上下に延びており、その下部同士がつながっている。これらの放射室２５、第１煙道２６および第２煙道２７は、燃焼排ガスが通る排ガス経路を構成する。 The boiler 2 includes a radiation chamber 25 disposed above the combustion furnace 13, and a first flue 26 and a second flue 27 disposed on the side of the radiation chamber 25. Both the first flue 26 and the second flue 27 extend vertically, and their lower portions are connected to each other. The radiation chamber 25, the first flue 26, and the second flue 27 constitute an exhaust gas path through which the combustion exhaust gas passes.

放射室２５は燃焼炉１３と連通しており、図中に矢印Ａで示すように、燃焼炉１３から排出された燃焼排ガスは放射室２５に流入する。燃焼排ガスは、放射室２５である程度熱を放出した後に、図中に矢印Ｂで示すように第１煙道２６の上部に流入し、第１煙道２６を下向きに流れる。第１煙道２６を通過した燃焼排ガスは、図中に矢印Ｃで示すように第２煙道２７の下部に流入し、第２煙道２７を上向きに流れた後に、第２煙道２７の上部に接続された排出路２８に流入する。排出路２８には、図示は省略するが、減温塔やバグフィルタなどを含む排ガス処理設備、誘引式送風機および煙突などが設けられており、排ガス処理設備によって無害化処理された燃焼排ガスが煙突から大気中へ放出される。 The radiation chamber 25 communicates with the combustion furnace 13, and the combustion exhaust gas discharged from the combustion furnace 13 flows into the radiation chamber 25 as indicated by an arrow A in the drawing. The combustion exhaust gas releases heat to some extent in the radiation chamber 25, and then flows into the upper part of the first flue 26 as indicated by an arrow B in the figure, and flows downward through the first flue 26. The flue gas that has passed through the first flue 26 flows into the lower part of the second flue 27 as indicated by an arrow C in the figure, flows upward through the second flue 27, and then flows through the second flue 27. It flows into the discharge path 28 connected to the upper part. Although not shown, the exhaust passage 28 is provided with an exhaust gas treatment facility including a temperature reducing tower and a bag filter, an induction fan, a chimney, and the like, and the combustion exhaust gas detoxified by the exhaust gas treatment facility is disposed in the chimney To the atmosphere.

例えば、燃焼炉１３から放射室２５に流入する燃焼排ガスの温度は９００〜１１００℃であり、放射室２５から第１煙道２６に流入する燃焼排ガスの温度は７００〜１０００℃であり、第１煙道２６から第２煙道２７に流入する燃焼排ガスの温度は５００〜８００℃である。 For example, the temperature of the combustion exhaust gas flowing into the radiation chamber 25 from the combustion furnace 13 is 900 to 1100 ° C., the temperature of the combustion exhaust gas flowing into the first flue 26 from the radiation chamber 25 is 700 to 1000 ° C., and The temperature of the flue gas flowing into the second flue 27 from the flue 26 is 500 to 800 ° C.

さらに、ボイラ２は、放射室２５、第１煙道２６および第２煙道２７で構成される排ガス経路を区画する壁上に設けられた水管２２と、水管２２内に水を供給するとともに水管２２内で発生した水蒸気を収集するボイラドラム２１を備えている。また、排ガス経路（正確には、第２煙道２７）中には、直列に接続された複数の過熱器２３が配置されている。過熱器２３は上下に並んでおり、その１つの（本実施形態では最も上に位置する）過熱器２３はボイラドラム２１と接続されている。すなわち、ボイラドラム２１に収集された水蒸気は、過熱器２３を順に通過する。これにより、水蒸気が過熱される。ただし、過熱器２３は、必ずしも複数設けられている必要はなく、１つだけ設けられていてもよい。 Furthermore, the boiler 2 supplies water to the water pipe 22 provided on the wall that defines the exhaust gas path composed of the radiation chamber 25, the first flue 26 and the second flue 27, and supplies water into the water pipe 22. The boiler drum 21 which collects the water vapor | steam generate | occur | produced in 22 is provided. Further, a plurality of superheaters 23 connected in series are arranged in the exhaust gas path (more precisely, the second flue 27). The superheaters 23 are lined up and down, and one of the superheaters 23 (located at the top in the present embodiment) is connected to the boiler drum 21. That is, the water vapor collected in the boiler drum 21 passes through the superheater 23 in order. Thereby, water vapor is overheated. However, a plurality of superheaters 23 are not necessarily provided, and only one superheater 23 may be provided.

過熱された蒸気が最後に通過する（本実施形態では最も下に位置する）過熱器２３は、複数の熱回収用熱交換器３（以下、単に熱交換器３という。）を含む熱回収ユニット９を介してタービン１４と接続されている。本実施形態では、熱交換器３が、ボイラ２のうちで最も温度の高い放射室２５に設けられている。放射室２５は燃焼炉１３の上方に位置するため、放射室２５に設けられた熱交換器３は燃焼火炎からの輻射を受け得る。 The superheater 23 through which the superheated steam finally passes (positioned at the bottom in the present embodiment) includes a plurality of heat recovery heat exchangers 3 (hereinafter simply referred to as heat exchangers 3). 9 is connected to the turbine 14. In the present embodiment, the heat exchanger 3 is provided in the radiation chamber 25 having the highest temperature among the boilers 2. Since the radiation chamber 25 is located above the combustion furnace 13, the heat exchanger 3 provided in the radiation chamber 25 can receive radiation from the combustion flame.

本実施形態では、熱交換器３が互いに並列に並んでおり、各熱交換器３は、過熱器２３で過熱された水蒸気に燃焼排ガスから熱を回収することにより、当該水蒸気をさらに過熱する。過熱器２３および熱交換器３で過熱された水蒸気は、発電機１５と連結されたタービン１４を駆動する。 In this embodiment, the heat exchangers 3 are arranged in parallel with each other, and each heat exchanger 3 further superheats the steam by recovering heat from the combustion exhaust gas to the steam superheated by the superheater 23. The steam superheated by the superheater 23 and the heat exchanger 3 drives the turbine 14 connected to the generator 15.

ただし、熱交換器３は必ずしも複数設けられている必要はなく、１つだけ設けられていてもよい。また、熱交換器３は、第１煙道２６に設けられていてもよいし、第２煙道２７の過熱器２３よりも下方に設けられていてもよい。 However, a plurality of heat exchangers 3 are not necessarily provided, and only one heat exchanger 3 may be provided. The heat exchanger 3 may be provided in the first flue 26 or may be provided below the superheater 23 in the second flue 27.

図２に示すように、熱回収ユニット９は、熱交換器３と制御装置８を含む。また、熱回収ユニット９は、各熱交換器３に水蒸気を分配するための第１共通路９５と、各熱交換器３から水蒸気を収集するための第２共通路９６とを含む。 As shown in FIG. 2, the heat recovery unit 9 includes a heat exchanger 3 and a control device 8. The heat recovery unit 9 includes a first common path 95 for distributing water vapor to each heat exchanger 3 and a second common path 96 for collecting water vapor from each heat exchanger 3.

各熱交換器３は、燃焼排ガスに曝されるセラミックスケース５と、このセラミックスケース５に覆われた、内部に水蒸気が流れる流路部材４を含む。流路部材４の入口４ａは上流路９１により第１共通路９５と接続されており、流路部材４の出口４ｂは下流路９２により第２共通路９６と接続されている。すなわち、上流路９１は第１共通路９５から流路部材４に水蒸気を導き、下流路９２は流路部材４から第２共通路９６に水蒸気を導く。 Each heat exchanger 3 includes a ceramic case 5 exposed to combustion exhaust gas, and a flow path member 4 covered with the ceramic case 5 through which water vapor flows. The inlet 4 a of the flow path member 4 is connected to the first common path 95 by the upper flow path 91, and the outlet 4 b of the flow path member 4 is connected to the second common path 96 by the lower flow path 92. That is, the upper flow path 91 guides water vapor from the first common path 95 to the flow path member 4, and the lower flow path 92 guides water vapor from the flow path member 4 to the second common path 96.

上流路９１および下流路９２には、それぞれ開閉弁９３，９４が設けられている。開閉弁９３は、上流路９１を通じた水蒸気の流通を遮断可能なものであり、本発明の遮断機構に相当する。一方、開閉弁９４は、下流路９２を通じた水蒸気の流通を遮断可能なものであり、腐食によって流路部材４に穴が開いたときに水蒸気の第２共通路９６からの逆流を防ぐ役割を果たす。 The upper flow path 91 and the lower flow path 92 are provided with on-off valves 93 and 94, respectively. The on-off valve 93 can shut off the flow of water vapor through the upper flow path 91 and corresponds to the shut-off mechanism of the present invention. On the other hand, the on-off valve 94 is capable of blocking the flow of water vapor through the lower flow path 92, and serves to prevent reverse flow of water vapor from the second common path 96 when a hole is opened in the flow path member 4 due to corrosion. Fulfill.

流路部材４は、本実施形態では、入口４ａから出口４ｂに向かってＵ字状に折れ曲がる形状を有している。セラミックスケース５は、流路部材４よりも大きな断面Ｕ字状の（一端封じの）管であり、流路部材４の全周に亘って流路部材４との間に隙間空間６が形成されるように流路部材４を覆っている。なお、本明細書では以降説明の便宜のために、セラミックスケース５の軸方向のうち開口側を上方、その反対側を下方という。 In this embodiment, the flow path member 4 has a shape that bends in a U-shape from the inlet 4a toward the outlet 4b. The ceramic case 5 is a tube having a U-shaped section (sealed at one end) larger than the flow path member 4, and a gap space 6 is formed between the flow path member 4 and the entire circumference of the flow path member 4. Thus, the flow path member 4 is covered. In the present specification, for convenience of explanation, the opening side in the axial direction of the ceramic case 5 is referred to as the upper side, and the opposite side is referred to as the lower side.

図３に示すように、放射室２５に面する壁２５ａには開口２５ｂが設けられており、セラミックスケース５は開口２５ｂを通じて放射室２５内に差し込まれている。セラミックスケース５の上端である開口の周縁にはフランジ５１が設けられている一方、壁２５ａには開口２５ｂを縁取る断面Ｌ字状のリム２５ｃが設けられている。そして、フランジ５１がリム２５ｃにそれらが面接触した状態で固定されている。 As shown in FIG. 3, an opening 25b is provided in a wall 25a facing the radiation chamber 25, and the ceramic case 5 is inserted into the radiation chamber 25 through the opening 25b. A flange 51 is provided on the periphery of the opening, which is the upper end of the ceramic case 5, while a rim 25 c having an L-shaped cross section that borders the opening 25 b is provided on the wall 25 a. The flange 51 is fixed to the rim 25c in a state where they are in surface contact.

セラミックスケース５のフランジ５１には、蓋プレート５５が乗せられている。流路部材４の両端部は蓋プレート５５を貫通している。すなわち、蓋プレート５５は、セラミックスケース５と流路部材４の間の隙間空間６を上方から塞いでいる。これにより、隙間空間６は密閉空間となっている。なお、図示は省略するが、蓋プレート５５とフランジ５１の間には環状のシール部材が配置される。蓋プレート５５とリム２５ｃは、それらの間にフランジ５１が挟まれた状態でボルトおよびナットにより互いに締結されてもよい。 A lid plate 55 is placed on the flange 51 of the ceramic case 5. Both end portions of the flow path member 4 penetrate the lid plate 55. That is, the lid plate 55 closes the gap space 6 between the ceramic case 5 and the flow path member 4 from above. Thereby, the gap space 6 is a sealed space. Although illustration is omitted, an annular seal member is disposed between the lid plate 55 and the flange 51. The lid plate 55 and the rim 25c may be fastened together by bolts and nuts with the flange 51 sandwiched therebetween.

上述したように、本実施形態では流路部材４がＵ字状に折れ曲がる形状を有しているため、流路部材４におけるセラミックスケース５内に収まる部分は、入口４ａ側の蓋プレート５５より下側の第１直線部４Ａ、出口４ｂ側の蓋プレート５５より下側の第２直線部４Ｃ、およびそれらの間の屈曲部４Ｂである。流路部材４におけるセラミックスケース５内に収まる部分のうちの少なくとも下流側の一部（すなわち、第２直線部４Ｃの一部）には、その表面に輻射吸収率を高めるための表面処理層４５が形成されていることが望ましい。これは、水蒸気が流路部材４内を流れる間に水蒸気の温度が上昇するが、温度がある程度上昇した後でも効率的な収熱を行うためである。本実施形態では、第２直線部４Ｃの出口４ｂ側の僅かな領域を除いたほぼ全域、屈曲部４Ｂ、および第１直線部４Ａの屈曲部４Ｂ側の端部に、表面処理層４５が形成されている。ただし、表面処理層４５は、流路部材４におけるセラミックスケース５内に収まる部分の全体に形成されていてもよい。 As described above, in this embodiment, the flow path member 4 has a shape that bends in a U-shape, and therefore the portion of the flow path member 4 that fits in the ceramic case 5 is below the lid plate 55 on the inlet 4a side. 4A of the 1st linear part of the side, 4C of 2nd linear parts below the cover plate 55 by the side of the exit 4b, and the bending part 4B between them. A surface treatment layer 45 for increasing the radiation absorption rate on the surface of at least a part on the downstream side of the part of the flow path member 4 that fits in the ceramic case 5 (that is, part of the second straight part 4C). Is preferably formed. This is because the temperature of the water vapor rises while the water vapor flows through the flow path member 4, but efficient heat collection is performed even after the temperature rises to some extent. In the present embodiment, the surface treatment layer 45 is formed on almost the entire area excluding a slight region on the outlet 4b side of the second straight portion 4C, on the bent portion 4B, and on the end portion on the bent portion 4B side of the first straight portion 4A. Has been. However, the surface treatment layer 45 may be formed on the entire portion of the flow path member 4 that fits in the ceramic case 5.

表面処理層４５を形成するには、流路部材４を構成する配管の表面に吸収率の高い物質を付着させてもよいし、前記配管の表面に吸収率の高い物質をコーティングしたり酸化被膜を形成させたりしてもよい。吸収率の高い物質としては、流路部材４を構成する材料よりも輻射吸収率の高いものであれば種々のものが採用可能であり、例えばクロムカーバイドやカーボンブラックを用いることができる。あるいは、流路部材４を構成する配管の表面を輻射吸収率の高い色でホーロー加工することにより、表面処理層４５を形成することも可能である。 In order to form the surface treatment layer 45, a substance having a high absorption rate may be attached to the surface of the pipe constituting the flow path member 4, or a substance having a high absorption rate may be coated on the surface of the pipe or an oxide film. May be formed. As the substance having a high absorption rate, various substances can be used as long as the material has a higher radiation absorption rate than the material constituting the flow path member 4, and for example, chromium carbide or carbon black can be used. Alternatively, the surface treatment layer 45 can be formed by enamelling the surface of the pipe constituting the flow path member 4 with a color having a high radiation absorption rate.

各熱交換器３の隙間空間６は、熱交換器３が配置された位置での燃焼排ガスの圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２の気体で満たされている。本実施形態では、隙間空間６に気体が封入されている。具体的に、隙間空間６は、供給路７を介して、圧力Ｐ２またはそれ以上の圧力の気体を供給可能な図略の圧力源と接続されている。また、供給路７には開閉弁７１が設けられている。すなわち、開閉弁７１が閉じられたときには隙間空間６に気体が封入され（正確には、隙間空間６および供給路７における開閉弁７１よりも下流側に気体が閉じ込められ）、開閉弁７１が開かれたときには隙間空間６に気体が補給される。 The gap space 6 of each heat exchanger 3 is filled with a gas having a pressure P2 higher than the pressure P1 of the combustion exhaust gas at the position where the heat exchanger 3 is disposed. In the present embodiment, gas is sealed in the gap space 6. Specifically, the gap space 6 is connected via a supply path 7 to an unillustrated pressure source capable of supplying a gas having a pressure P2 or higher. The supply passage 7 is provided with an on-off valve 71. That is, when the on-off valve 71 is closed, gas is enclosed in the gap space 6 (more precisely, gas is confined downstream of the on-off valve 71 in the gap space 6 and the supply path 7), and the on-off valve 71 is opened. When this occurs, the gap space 6 is replenished with gas.

隙間空間６に満たされる気体は、腐食性および可燃性でない限り、特に限定されるものではない。例えば、気体としては、熱伝導率の高いヘリウムなどを用いることもできるが、本実施形態ではセラミックスケース５から流路部材４への輻射による熱伝達が支配的であるために、安価な空気などを用いることが望ましい。 The gas filled in the gap space 6 is not particularly limited as long as it is not corrosive and flammable. For example, helium or the like having high thermal conductivity can be used as the gas. However, in this embodiment, heat transfer by radiation from the ceramic case 5 to the flow path member 4 is dominant, so that inexpensive air or the like is used. It is desirable to use

さらに、各熱交換器３は、隙間空間６内の気体の圧力を測定する圧力センサ６１を有する。圧力センサ６１は、例えば蓋プレート５５に設けられる。なお、圧力センサ６１は、必ずしも隙間空間６内の気体の圧力を直接的に測定する必要はなく、供給路７における開閉弁７１よりも下流側に設けられて、供給路７内の気体の圧力を隙間空間６内の気体の圧力として測定してもよい。 Furthermore, each heat exchanger 3 has a pressure sensor 61 that measures the pressure of the gas in the gap space 6. The pressure sensor 61 is provided on the lid plate 55, for example. The pressure sensor 61 is not necessarily required to directly measure the pressure of the gas in the gap space 6, and is provided on the downstream side of the on-off valve 71 in the supply path 7, and the pressure of the gas in the supply path 7 May be measured as the pressure of the gas in the gap space 6.

上述した制御装置８は、各熱交換器３ごとに、圧力センサ６１により測定される圧力に基づいて開閉弁７１を制御する。制御装置８には、燃焼排ガスの圧力Ｐ１よりも高い第１設定圧力ＰＬと、第１設定圧力よりもさらに高い第２設定圧力ＰＭとが予め格納されている（図４参照）。 The control device 8 described above controls the on-off valve 71 for each heat exchanger 3 based on the pressure measured by the pressure sensor 61. The control device 8 stores in advance a first set pressure PL higher than the combustion exhaust gas pressure P1 and a second set pressure PM higher than the first set pressure (see FIG. 4).

セラミックスケース５に破損がない場合でも、フランジ５１と蓋プレート５５の間などから微量の気体が漏れるため、図４に示すように、隙間空間６内の気体の圧力は十分に長い時間Ｔｃをかけて低下する。そこで、制御装置８は、圧力センサ６１により測定される圧力が第１設定値ＰＬ以下に低下したときに開閉弁７１を開いて隙間空間６への気体の補給を開始し、圧力センサ６１により測定される圧力が第２設定値ＰＭに到達したときに開閉弁７１を閉じて隙間空間６への気体の補給を停止する。これにより、隙間空間６内の気体の圧力を、第１設定値ＰＬと第２設定値ＰＭの間に保ち、常に燃焼排ガスの圧力Ｐ１よりも高い状態に維持することができる。 Even when the ceramic case 5 is not damaged, a small amount of gas leaks from between the flange 51 and the lid plate 55, so that the pressure of the gas in the gap space 6 takes a sufficiently long time Tc as shown in FIG. Will drop. Therefore, when the pressure measured by the pressure sensor 61 drops below the first set value PL, the control device 8 opens the on-off valve 71 and starts replenishing gas into the gap space 6. When the applied pressure reaches the second set value PM, the on-off valve 71 is closed to stop the gas supply to the gap space 6. Thereby, the pressure of the gas in the gap space 6 can be kept between the first set value PL and the second set value PM, and can always be kept higher than the pressure P1 of the combustion exhaust gas.

一方で、セラミックスケース５に穴あきや亀裂などの破損が生じた場合には、図５（ａ）に示すように、開閉弁７１が閉じられてから開かれるまでにかかる封止時間Ｔｃが短くなるとともに、気体の供給流量が一定とすると、開閉弁７１が開かれてから閉じられるまでにかかる補給時間Ｔｏが長くなる。破損の状態が進展すると、図５（ｂ）に示すように、封止時間Ｔｃがより短く、補給時間Ｔｏがより長くなる。 On the other hand, when the ceramic case 5 is damaged such as a hole or a crack, as shown in FIG. 5A, the sealing time Tc required from when the on-off valve 71 is closed to when it is opened is short. At the same time, if the gas supply flow rate is constant, the replenishment time To required from when the on-off valve 71 is opened to when it is closed becomes longer. When the damage state progresses, as shown in FIG. 5B, the sealing time Tc becomes shorter and the replenishment time To becomes longer.

制御装置８は、封止時間Ｔｃまたは補給時間Ｔｏあるいはそれらの双方を計るタイマを有している。そして、制御装置８は、封止時間Ｔｃが計られる場合は封止時間Ｔｃを予め定められた所定値ＴＬと比較し、補給時間Ｔｏが計られる場合は補給時間Ｔｏを予め定められた所定値ＴＨと比較する。封止時間Ｔｃが所定値ＴＬ以上または補給時間Ｔｏが所定値ＴＨ未満であれば、セラミックスケース５の破損の状態は軽度であると考えられるため、制御装置８は、開閉弁９３を開いて上流路９１を通じた水蒸気の流通を許容する。一方、封止時間Ｔｃが所定値ＴＬ未満または補給時間Ｔｏが所定値ＴＨ以上であれば、セラミックスケース５の破損の状態はかなりひどいと考えられるため、制御装置８は、開閉弁９３を閉じて上流路９１を通じた水蒸気の流通を遮断する。これにより、流路部材４が腐食して水蒸気が燃焼排ガス中に漏れ出すことを未然に防ぐことができる。なお、上流路９１に設けられた開閉弁９３が閉じられるときは、下流路９２に設けられた開閉弁９４も閉じられる。 The control device 8 has a timer for measuring the sealing time Tc and / or the replenishment time To. When the sealing time Tc is measured, the control device 8 compares the sealing time Tc with a predetermined value TL. When the replenishment time To is measured, the control device 8 sets the replenishment time To. Compare with TH. If the sealing time Tc is equal to or greater than the predetermined value TL or the replenishment time To is less than the predetermined value TH, it is considered that the ceramic case 5 is slightly damaged. Allow water vapor to flow through path 91. On the other hand, if the sealing time Tc is less than the predetermined value TL or the replenishment time To is greater than or equal to the predetermined value TH, it is considered that the ceramic case 5 is very badly damaged. The flow of water vapor through the upper flow path 91 is blocked. Thereby, it is possible to prevent the flow path member 4 from corroding and the water vapor from leaking into the combustion exhaust gas. When the on-off valve 93 provided in the upper flow path 91 is closed, the on-off valve 94 provided in the lower flow path 92 is also closed.

以上説明した本実施形態の熱交換器３では、セラミックスケース５と流路部材４の間の隙間空間６が燃焼排ガスの圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２の気体で満たされているために、セラミックスケース５が破損したときはその破損部分から隙間空間６内の気体が漏れ出す。このため、セラミックスケース５の破損の検知が可能になる。また、その破損が軽度な場合には、隙間空間６を満たす気体によって隙間空間６への燃焼排ガスの侵入が防がれるために、セラミックスケース５が破損した後もしばらくは運転を継続できる。 In the heat exchanger 3 of the present embodiment described above, the gap space 6 between the ceramic case 5 and the flow path member 4 is filled with a gas having a pressure P2 higher than the pressure P1 of the combustion exhaust gas. When 5 is damaged, the gas in the gap space 6 leaks from the damaged portion. For this reason, the breakage of the ceramic case 5 can be detected. Further, when the damage is minor, the gas filling the gap space 6 prevents the combustion exhaust gas from entering the gap space 6, so that the operation can be continued for a while after the ceramic case 5 is damaged.

特に本実施形態では、隙間空間６に気体が封入されているために、セラミックスケース５が破損したときには隙間空間６内の気体の圧力が低下する。そこで、隙間空間６内の気体の圧力を測定することによりセラミックスケース５の破損を検知することができる。 In particular, in the present embodiment, since the gas is sealed in the gap space 6, the pressure of the gas in the gap space 6 decreases when the ceramic case 5 is damaged. Therefore, the breakage of the ceramic case 5 can be detected by measuring the pressure of the gas in the gap space 6.

さらに、本実施形態では、制御装置８のタイマによって封止時間Ｔｃまたは補給時間Ｔｏあるいはそれらの双方が計られるため、セラミックスケース５に破損が生じたか否か検知することができるだけでなく、その破損の程度を推測することができる。 Furthermore, in this embodiment, since the sealing time Tc and / or the replenishment time To are measured by the timer of the control device 8, it is possible not only to detect whether or not the ceramic case 5 has been damaged, Can be estimated.

ところで、セラミックスケースを有しない、金属材料で構成された熱交換器は、腐食性の環境下では水蒸気の温度がおよそ４００℃を超えると腐食しやすくなる。このため、通常の熱交換器は、過熱器２３で過熱される水蒸気の温度が４００℃を超えない場所に設置される。これに対し、本実施形態の熱交換器３を用いれば、水蒸気の温度が４００℃を超える場所でも燃焼排ガスからの熱の回収を行うことができる。それ故に、蒸気配管の腐食の問題を回避しつつボイラ２で生成された水蒸気を非常に高い温度まで過熱することができる。 By the way, a heat exchanger made of a metal material that does not have a ceramic case tends to corrode when the temperature of water vapor exceeds about 400 ° C. in a corrosive environment. For this reason, a normal heat exchanger is installed in a place where the temperature of the steam superheated by the superheater 23 does not exceed 400 ° C. On the other hand, if the heat exchanger 3 of this embodiment is used, the heat | fever recovery from combustion exhaust gas can be performed also in the place where the temperature of water vapor | steam exceeds 400 degreeC. Therefore, the steam generated in the boiler 2 can be heated to a very high temperature while avoiding the problem of corrosion of the steam pipe.

さらに、本実施形態では、熱回収ユニット９が複数の熱交換器３を含んでいて、熱交換器３、上流路９１および下流路９２のセットが複数並列に配置されるため、１つの熱交換器３が使用不能になっても、他の熱交換器３を使用して燃焼排ガスからの熱回収を継続して実行することができる。 Furthermore, in this embodiment, since the heat recovery unit 9 includes a plurality of heat exchangers 3 and a plurality of sets of the heat exchanger 3, the upper flow path 91, and the lower flow path 92 are arranged in parallel, one heat exchange is performed. Even if the vessel 3 becomes unusable, the heat recovery from the combustion exhaust gas can be continued using another heat exchanger 3.

さらに、本実施形態では、流路部材４におけるセラミックスケース５内に収まる部分の表面に輻射吸収率を高めるための表面処理層４５が形成されているため、セラミックスケース５から流路部材４への熱伝達効率を高めることができる。特に、本実施形態のように、入口４ａ側の直線部４Ａの大部分（場合によっては全体）に表面処理層４５を形成しないようにすれば、表面処理層４５の形成に必要な高価な材料の使用量を抑えつつ、十分な効果を得ることができる。 Further, in the present embodiment, since the surface treatment layer 45 for increasing the radiation absorption rate is formed on the surface of the portion of the flow path member 4 that fits in the ceramic case 5, the ceramic case 5 to the flow path member 4 is formed. Heat transfer efficiency can be increased. In particular, as in the present embodiment, if the surface treatment layer 45 is not formed on most (in some cases, the whole) of the straight portion 4A on the inlet 4a side, an expensive material necessary for forming the surface treatment layer 45 is used. A sufficient effect can be obtained while suppressing the amount of use.

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 (Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、熱回収ユニット９が複数の熱交換器３を含んでいる場合は、必ずしも各熱交換器３が圧力センサ６１および／または供給路７を備えている必要はない。例えば、複数の熱交換器３の隙間空間６を連通管でつないで一つの連続空間を形成し、この連続空間に対して１つの供給路および／または１つの圧力センサを設けてもよい。 For example, when the heat recovery unit 9 includes a plurality of heat exchangers 3, it is not always necessary that each heat exchanger 3 includes the pressure sensor 61 and / or the supply path 7. For example, the gap spaces 6 of the plurality of heat exchangers 3 may be connected by a communication pipe to form one continuous space, and one supply path and / or one pressure sensor may be provided for the continuous space.

また、前記実施形態では、隙間空間６に気体が封入されていたが、隙間空間６には必ずしも気体が封入されている必要はなく、隙間空間６が燃焼排ガスの圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２の気体で満たされていればよい。例えば、供給路７には開閉弁７１が設けらずに、供給路７が気体供給用配管に直接接続されていてもよい。この場合、セラミックスケース５が破損したときには供給路７に気体が流れる。そこで、圧力センサ６１の代わりに、供給路７に流量計を設けておけば、流量計で測定される流量に基づいてセラミックスケース５の破損を検知することができる。 In the above embodiment, the gap space 6 is filled with gas. However, the gap space 6 is not necessarily filled with gas, and the gap space 6 has a pressure P2 higher than the pressure P1 of the combustion exhaust gas. It only needs to be filled with gas. For example, the supply path 7 may be directly connected to the gas supply pipe without providing the on-off valve 71 in the supply path 7. In this case, when the ceramic case 5 is damaged, gas flows through the supply path 7. Therefore, if a flow meter is provided in the supply path 7 instead of the pressure sensor 61, breakage of the ceramic case 5 can be detected based on the flow rate measured by the flow meter.

供給路７に流量計を設けた場合は、測定される流量に基づいてセラミックスケース５の破損の程度を推測することができる。そこで、流量が小さい場合は、破損した部分から気体が漏れ出ることを許容してもよい。このようにしても、隙間空間６内の気体によって流路部材４を燃焼排ガスから保護できるからである。 When a flow meter is provided in the supply path 7, the degree of breakage of the ceramic case 5 can be estimated based on the measured flow rate. Therefore, when the flow rate is small, the gas may be allowed to leak from the damaged portion. Even if it does in this way, it is because the flow path member 4 can be protected from combustion exhaust gas with the gas in the clearance gap 6.

さらに、熱交換器３は必ずしも供給路７を有している必要はなく、隙間空間６に圧力Ｐ２の気体が満たされた状態で隙間空間６が完全に密閉されていてもよい。この構成であっても、圧力センサ６１で測定される圧力に基づいてセラミックスケース５の破損を検知することができる。ただし、この場合には、隙間空間６内の気体の圧力が低下すると、もはや熱交換器３が使用できなくなる。これに対し、前記実施形態のように開閉弁７１付の供給路７が設けられていれば、隙間空間６内の気体の圧力が低下したときには開閉弁７１を開いて隙間空間６に気体を補給することができるため、熱交換器３を継続的に使用することができる。 Furthermore, the heat exchanger 3 does not necessarily have the supply path 7, and the gap space 6 may be completely sealed in a state where the gap space 6 is filled with the gas having the pressure P <b> 2. Even with this configuration, breakage of the ceramic case 5 can be detected based on the pressure measured by the pressure sensor 61. However, in this case, when the pressure of the gas in the gap space 6 decreases, the heat exchanger 3 can no longer be used. On the other hand, if the supply path 7 with the on-off valve 71 is provided as in the above embodiment, the on-off valve 71 is opened to supply gas to the gap space 6 when the gas pressure in the gap space 6 decreases. Therefore, the heat exchanger 3 can be used continuously.

前記実施形態では、供給路７に開閉弁７１が設けられていたが、開閉弁７１の代わりに流量調整弁を用いてより複雑な制御を行うことも可能である。 In the embodiment, the on-off valve 71 is provided in the supply path 7, but more complicated control can be performed using a flow rate adjusting valve instead of the on-off valve 71.

さらには、供給路７の上流側を二つに分岐させ、その一方を別の気体を供給可能な加圧源に接続し、隙間空間６に供給される気体を切り換え可能にしてもよい。例えば、セラミックスケース５に破損がない場合には熱伝導率の高い気体を隙間空間６に供給し、セラミックスケース５の破損の程度が軽度である場合には安価な気体を隙間空間６に供給してもよい。 Furthermore, the upstream side of the supply path 7 may be branched into two, and one of them may be connected to a pressure source capable of supplying another gas so that the gas supplied to the gap space 6 can be switched. For example, when the ceramic case 5 is not damaged, a gas having high thermal conductivity is supplied to the gap space 6, and when the degree of damage of the ceramic case 5 is slight, an inexpensive gas is supplied to the gap space 6. May be.

また、熱交換器３は、必ずしも並列に並んでいる必要はなく、直列に並んでいてもよい。さらには、例えば図６に示すように、熱交換器３が並列に並んだ２つの熱交換器群が中継路９７により直列に接続されていて、水蒸気が二段で加熱されてもよい。下流側の熱交換器群は燃焼排ガスの流れの高温側に設置し、この熱交換器群を構成する熱交換器３のそれぞれに対し、流路部材４におけるセラミックスケース５内に収まる部分のほぼ全域に表面処理層４５を形成してもよい。この構成であれば、流路部材４のほぼ半分に対して表面処理層４５を形成する場合に比べて、表面処理層４５を容易に形成することができる。 Moreover, the heat exchanger 3 does not necessarily need to be arranged in parallel, and may be arranged in series. Furthermore, for example, as shown in FIG. 6, two heat exchanger groups in which the heat exchangers 3 are arranged in parallel may be connected in series by a relay path 97, and steam may be heated in two stages. The heat exchanger group on the downstream side is installed on the high temperature side of the flow of the combustion exhaust gas. For each of the heat exchangers 3 constituting this heat exchanger group, the portion of the flow path member 4 that fits in the ceramic case 5 is almost the same. The surface treatment layer 45 may be formed over the entire area. With this configuration, the surface treatment layer 45 can be easily formed as compared with the case where the surface treatment layer 45 is formed on almost half of the flow path member 4.

さらに、流路部材４の構成も種々のものが採用可能であり、例えば図７（ａ）〜（ｃ）に示すような熱交換器３Ａ〜３Ｃも考えられる。 Furthermore, various configurations of the flow path member 4 can be employed, and for example, heat exchangers 3A to 3C as shown in FIGS.

図７（ａ）に示す熱交換器３Ａでは、流路部材４が、入口４ａと出口４ｂとの間で蛇行する形状を有している。すなわち、流路部材４は、セラミックスケース５内で互いに平行に配列された複数の直線部と、これらの直線部の端部同士をつなぐ屈曲部を含む。そして、最も外側の直線部から蓋プレート５５を貫通して外に延びる一対の貫通部が入口４ａおよび出口４ｂを形成している。図例では、最も出口４ｂに近い直線部における蓋プレート５５の近傍から、屈曲部および隣接する直線部の終端までのＵ字状の領域に、表面処理層４５が形成されている。これにより、蒸気温度をより高温にすることができる。 In the heat exchanger 3A shown in FIG. 7A, the flow path member 4 has a shape meandering between the inlet 4a and the outlet 4b. That is, the flow path member 4 includes a plurality of linear portions arranged in parallel with each other in the ceramic case 5 and a bent portion connecting the ends of these linear portions. And a pair of penetration part which penetrates the cover plate 55 from the outermost straight part and extends outside forms the inlet 4a and the outlet 4b. In the illustrated example, a surface treatment layer 45 is formed in a U-shaped region from the vicinity of the lid plate 55 in the straight line portion closest to the outlet 4b to the end of the bent portion and the adjacent straight line portion. Thereby, steam temperature can be made higher temperature.

図７（ｂ）に示す熱交換器３Ｂでは、２つの流路部材４が１つのセラミックスケース５で覆われている。各流路部材４は、前記実施形態で説明したのと同様に、入口４ａから出口４ｂに向かってＵ字状に折れ曲がっている。このようにセラミックスケース５の外で流路部材４が互いに分岐していれば、図７（ａ）に示す構成と比べてより多くの蒸気を加熱することができる。 In the heat exchanger 3 </ b> B shown in FIG. 7B, the two flow path members 4 are covered with one ceramic case 5. Each flow path member 4 is bent in a U shape from the inlet 4a toward the outlet 4b, as described in the above embodiment. In this way, if the flow path members 4 are branched from each other outside the ceramic case 5, more steam can be heated compared to the configuration shown in FIG.

図７（ｃ）に示す熱交換器３Ｃでは、流路部材４が断面Ｕ字状の外管４２と、この外管４２内に挿入された内管４１の二重管である。このような構成であれば、隙間空間６を簡易で輻射に好適な形状とすることができる。 In the heat exchanger 3 </ b> C shown in FIG. 7C, the flow path member 4 is a double tube of an outer tube 42 having a U-shaped cross section and an inner tube 41 inserted into the outer tube 42. With such a configuration, the gap space 6 can be made simple and suitable for radiation.

具体的に、外管４２の上部はセラミックスケース５の上端から露出しており、内管４１の上部は外管４２の上端から露出している。内管４１の上側の開口は流路部材４の入口４ａを構成する。なお、内管４１は、外管４２の外側で直角に折れ曲がっていてもよい。外管４２の上端と内管４１の外周面との間は端部材４３によりシールされている。端部材４３は、外管４２と一体に形成されていてもよい。セラミックスケース５から露出する外管４２の上部の外周面には横穴（開口）が形成されており、この横穴（開口）が流路部材４の出口４ｂを構成する。すなわち、入口４ａを通じて上流路９１から流路部材４の内部に流入した水蒸気は、内管４１の中を下向きに進んで外管４２の底に衝突した後に、外管４２と内管４１の間の筒状の隙間を通って上向きに流れ、出口４ｂを通じて下流路９２に流出する。 Specifically, the upper portion of the outer tube 42 is exposed from the upper end of the ceramic case 5, and the upper portion of the inner tube 41 is exposed from the upper end of the outer tube 42. The opening on the upper side of the inner tube 41 constitutes the inlet 4 a of the flow path member 4. The inner tube 41 may be bent at a right angle outside the outer tube 42. A gap between the upper end of the outer tube 42 and the outer peripheral surface of the inner tube 41 is sealed by an end member 43. The end member 43 may be formed integrally with the outer tube 42. A lateral hole (opening) is formed on the outer peripheral surface of the upper portion of the outer tube 42 exposed from the ceramic case 5, and this lateral hole (opening) constitutes the outlet 4 b of the flow path member 4. That is, water vapor that has flowed into the flow path member 4 from the upper flow path 91 through the inlet 4a travels downward in the inner pipe 41 and collides with the bottom of the outer pipe 42, and then between the outer pipe 42 and the inner pipe 41. Flows upward through the cylindrical gap and flows out to the lower flow path 92 through the outlet 4b.

図７（ｃ）に示す熱交換器３Ｃでは、外管４２における蓋プレート５５よりも下側の部分が、セラミックスケース５内に収まる、出口４ｂに最も近い直線部であり、この部分の一部または全部（図例では蓋プレート５５に近い側の約半分）の表面には、輻射吸収率を高めるための表面処理層４５が形成されていることが望ましい。 In the heat exchanger 3 </ b> C shown in FIG. 7C, the lower part of the outer tube 42 than the lid plate 55 is a straight line part that fits in the ceramic case 5 and is closest to the outlet 4 b, and part of this part Alternatively, it is desirable that a surface treatment layer 45 for increasing the radiation absorption rate is formed on the entire surface (about half of the side close to the lid plate 55 in the illustrated example).

（その他の実施形態）
本発明の熱回収用熱交換器は、燃焼プラント１における過熱器２３や水管２２として用いることも可能である。さらに、本発明の熱回収用熱交換器では、流路部材の内部を流れる流体は必ずしも水蒸気である必要はなく、他の気体または液体であってもよい。 (Other embodiments)
The heat exchanger for heat recovery of the present invention can also be used as the superheater 23 or the water pipe 22 in the combustion plant 1. Furthermore, in the heat exchanger for heat recovery of the present invention, the fluid flowing inside the flow path member does not necessarily need to be water vapor, and may be other gas or liquid.

１燃焼プラント
１３燃焼炉
２ボイラ
２３過熱器
３，３Ａ〜３Ｃ熱回収用熱交換器
４流路部材
４ａ入口
４ｂ出口
４Ａ，４Ｃ直線部
４１内管
４２外管
４５表面処理層
５セラミックスケース
６隙間空間
６１圧力センサ
７供給路
７１開閉弁
８制御装置
９熱回収ユニット
９１上流路
９２下流路
９３開閉弁（遮断機構） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion plant 13 Combustion furnace 2 Boiler 23 Superheater 3, 3A-3C Heat recovery heat exchanger 4 Flow path member 4a Inlet 4b Outlet 4A, 4C Straight part 41 Inner pipe 42 Outer pipe 45 Surface treatment layer 5 Ceramic case 6 Crevice Space 61 Pressure sensor 7 Supply path 71 Open / close valve 8 Control device 9 Heat recovery unit 91 Upper flow path 92 Lower flow path 93 Open / close valve (blocking mechanism)

Claims

腐食性ガスを含む燃焼排ガスから流体に熱を回収する熱交換器であって、
内部に前記流体が流れる流路部材と、
前記流路部材を当該流路部材との間に隙間空間が形成されるように覆う、前記燃焼排ガスに曝されるセラミックスケースと、を備え、
前記隙間空間には、前記燃焼排ガスの圧力よりも高い圧力の気体が封入されており、
前記隙間空間内の気体の圧力を測定する圧力センサをさらに備える、熱回収用熱交換器。 A heat exchanger that recovers heat from a flue gas containing corrosive gas to a fluid,
A flow path member through which the fluid flows;
A ceramic case exposed to the combustion exhaust gas, covering the flow path member so that a gap space is formed between the flow path member and the flow path member;
In the gap space , a gas having a pressure higher than the pressure of the combustion exhaust gas is enclosed,
A heat exchanger for heat recovery , further comprising a pressure sensor for measuring the pressure of the gas in the gap space .

前記隙間空間に前記気体を供給するための供給路と、
前記供給路に設けられた開閉弁であって閉じられたときに前記隙間空間に気体を封入し、開かれたときに前記隙間空間に気体を補給する開閉弁と、をさらに備える、請求項１に記載の熱回収用熱交換器。 A supply path for supplying the gas to the gap space;
A gas enclosed in said clearance space when closed a switch valve provided in the supply path, further comprising, opening and closing valve for replenishing a gas into said clearance space when opened, according to claim 1 A heat exchanger for heat recovery as described in 1.

前記流路部材は、入口から出口に向かってＵ字状に折れ曲がる形状、または入口と出口との間で蛇行する形状を有する、請求項１または２に記載の熱回収用熱交換器。 The flow path member, the shape bent in a U-shape toward the inlet to the outlet or inlet and having a shape which meanders between the outlet, the heat recovery heat exchanger according to claim 1 or 2,.

前記流路部材は、断面Ｕ字状の外管とこの外管内に挿入された内管の二重管であり、前記内管の一端が入口を形成し、前記外管に設けられた開口が出口を形成する、請求項１〜３の何れか一項に記載の熱回収用熱交換器。 The flow path member is a double tube of an outer tube having a U-shaped cross section and an inner tube inserted into the outer tube, and one end of the inner tube forms an inlet, and an opening provided in the outer tube The heat exchanger for heat recovery according to any one of claims 1 to 3 , wherein an outlet is formed.

前記流路部材における前記セラミックスケース内に収まる部分のうちの少なくとも一部には、その表面に輻射吸収率を高めるための表面処理層が形成されている、請求項３または４に記載の熱回収用熱交換器。 The heat recovery according to claim 3 or 4 , wherein a surface treatment layer for increasing a radiation absorption rate is formed on a surface of at least a part of the flow path member that is accommodated in the ceramic case. Heat exchanger.

請求項２に記載の熱回収用熱交換器と、
前記供給路に設けられた前記開閉弁を、前記圧力センサにより測定される圧力が前記燃焼排ガスの圧力よりも高い第１設定値以下に低下したときに開き、前記圧力センサにより測定される圧力が前記第１設定値よりも高い２設定値に到達したときに閉じる制御装置と、を備える、熱回収ユニット。 A heat exchanger for heat recovery according to claim 2 ;
The on-off valve provided in the supply passage is opened when the pressure measured by the pressure sensor falls below a first set value higher than the pressure of the combustion exhaust gas, and the pressure measured by the pressure sensor A heat recovery unit comprising: a control device that closes when the two set values higher than the first set value are reached.

前記制御装置は、前記開閉弁が閉じられてから開かれるまでにかかる封止時間および／または前記開閉弁が開かれてから閉じられるまでにかかる補給時間を計るタイマを有する、請求項６に記載の熱回収ユニット。 Wherein the control device has a timer for measuring such replenishment time until the consuming sealing time to close valve is opened from the closed and / or the on-off valve is closed from the open, according to claim 6 Heat recovery unit.

前記熱回収用熱交換器の前記流路部材に前記流体を導く上流路と、
前記上流路を通じた前記流体の流通を遮断可能な遮断機構と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記封止時間が所定値未満または前記補給時間が所定値以上であれば前記遮断機構により前記上流路を通じた前記流体の流通を遮断する、請求項７に記載の熱回収ユニット。 An upper flow path for guiding the fluid to the flow path member of the heat recovery heat exchanger;
A blocking mechanism capable of blocking the flow of the fluid through the upper flow path,
The heat recovery unit according to claim 7 , wherein the control device blocks the flow of the fluid through the upper flow path by the blocking mechanism if the sealing time is less than a predetermined value or the replenishment time is not less than a predetermined value. .

前記熱回収用熱交換器、および前記遮断機構が設けられた前記上流路のセットが複数並列に配置された、請求項８に記載の熱回収ユニット。 The heat recovery unit according to claim 8 , wherein a plurality of sets of the upper flow path provided with the heat recovery heat exchanger and the blocking mechanism are arranged in parallel.

燃料を燃焼させる燃焼炉と、
前記燃焼炉から排出される燃焼排ガスによって水蒸気を生成するボイラと、
前記燃焼排ガスが通る排ガス経路中に配置され、前記ボイラで生成された水蒸気を過熱する過熱器と、
前記過熱器で過熱された水蒸気に前記燃焼排ガスから熱を回収することにより当該水蒸気をさらに過熱する、請求項１〜５の何れか一項に記載の熱回収用熱交換器と、
を備える、燃焼プラント。 A combustion furnace for burning fuel;
A boiler that generates water vapor from the flue gas discharged from the combustion furnace;
A superheater which is disposed in an exhaust gas path through which the combustion exhaust gas passes, and superheats water vapor generated in the boiler;
The heat exchanger for heat recovery according to any one of claims 1 to 5 , wherein the steam is further superheated by recovering heat from the combustion exhaust gas to the steam superheated by the superheater,
A combustion plant comprising: