この記事ではボイラーの空気系統に設置されている空気予熱器の役割や種類について紹介します。
概要
燃焼ガスの余熱を利用してボイラ燃焼用空気を予熱する機器です。節炭器（エコノマイザー）を出た燃焼ガスは高温で、熱量が多いため、その熱を回収し、ボイラ効率を高めることが可能です。余熱で熱せられた空気は燃焼用空気に用いられます。燃焼用空気温度が上昇すると、燃焼効率が増加し、過剰空気量を少なくすることができます。余熱は多く回収し、排ガス温度をできるだけ低くすることが望ましいのですが、あまり低くすると排ガスの露点以下となってガス中に含まれている無水硫酸が水滴と化合して硫酸となり、低温腐食の原因となります。
特徴
空気予熱器の特徴は以下になります。
- 排ガス熱を回収し、ボイラー効率を高める
- 燃焼効率が増大し、過剰空気量が少なくて済む。特に、重質油及び低質炭、その他燃焼しにくい燃料の燃焼には効果が著しい
- 硫黄を含む燃料を使用すると伝熱面に低温腐食が起きやすい
- 燃焼温度が上昇するため、NOxの発生が増加する傾向にある
種類
空気予熱器には、燃焼ガスの熱を伝熱面を隔てて空気側に移動させる熱交換式と、伝熱エレメントを燃焼ガスにより加熱し、その加熱された伝熱エレメントによって空気を加熱する再生方式、更にはヒートパイプ方式があります。また、熱媒に燃焼排ガスではなく、じょうきを 使用するものもあります。
熱交換式空気予熱器
これには、鋼管形と鋼板形（プレート形）があります。鋼管形は多数の鋼管で構成され、管の一方側には燃焼ガスを、他方側に空気を流し管壁を通して熱交換を行います。通常は伝熱チューブ内に排ガスを、胴内に被加熱流体を流して(その逆も可能)予熱します。
プレート形熱交換器は､鋼板を一定間隔に並べて端部を溶接し、1枚おきに空気及び燃焼ガスとの通路を形成したものです。中･低温域のダーティな排ガスと空気の熱交換器用に開発された熱交換器です｡熱交換ガスは多数の鋼板製プレートからなる伝熱ブロックのユニット中を互いに直交して流れ熱交換します｡
再生式空気予熱器（ユングストローム式）
金属板による伝熱エレメントを円筒内におさめ、これを回転させることで燃焼ガスと空気を交互に接触させて熱交換を行うものです。再生式の利点は、熱交換式の空気予熱器に比べて伝熱効率が良く、コンパクトな形状にすることが可能ということです。しかし、伝熱体が空気通路と燃焼ガス通路を書いてするため、空気側と燃焼ガス側との間に漏れが多いという欠点もあります。
ヒートパイプ式空気予熱器
ヒートパイプは金属製の管の中に、アンモニアや水などの熱媒体を減圧して封入し、高温側で熱媒体を蒸発させ、低温側で熱媒体蒸気を凝縮させるものです。つまり、蒸発潜熱の授受によって熱を移動させています。また、ヒートパイプにはフィン付き管を使用するため、この方式の空気予熱器はコンパクトで通風抵抗の少ないものにすることができます。
蒸気式空気予熱器
蒸気を使用して空気を加熱するものです。低温腐食防止対策の一つとして空気予熱器の入口部分に蒸気式の空気予熱器を設けることがあります。また、燃焼用空気温度を100℃前後に上昇させる場合は、上記式空気予熱器だけを単独に取り付けて使用する場合もあります。
最後に
今回は空気予熱器について紹介しました。燃焼空気を予熱しておくことで、ボイラー効率が上昇、CO2の削減が期待できます。具体的に数値で検証してみるのも面白そうですね。
ご安全に！
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