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節炭器（エコノマイザ）と空気予熱器は、排ガスの余熱を回収してボイラー熱効率を高める熱交換装置です。一級ボイラー技士試験では構造の違い・設置位置・低温腐食との関係が頻出です。
節炭器（エコノマイザ）の構造と機能
節炭器は煙道に設置された管群で、ボイラー排ガスの熱を利用して給水を予熱する装置です。
設置位置と熱回収の仕組み
節炭器は過熱器の後流側（ガス温度の低い位置）に設置します。過熱器出口ガス温度は400〜600℃程度で、節炭器入口ではさらに温度が下がっています。給水はボイラーに入る前に節炭器管内を通過し、排ガスから熱を受け取って昇温します。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 設置位置 | 過熱器（再熱器）の後流・煙道内 |
| 熱交換流体 | 排ガス（高温側）↔ 給水（低温側） |
| 主な効果 | 給水温度の上昇・燃料節約（エコノマイザの名の由来） |
| 管の材質 | 炭素鋼管（腐食環境下では耐食合金鋼） |
節炭器の熱効率向上効果
給水温度が上がると、ボイラー本体での加熱量が減り燃料消費量が下がります。給水温度を約6℃上げると熱効率が約1%向上するとされています（工学的目安値）。
空気予熱器の構造と機能
空気予熱器はさらに後流側（節炭器の下流）に設置し、燃焼用空気を排ガスで予熱する装置です。
種類と構造
空気予熱器には管式と回転式（ルングストレーム式）があります。
- 管式（チューブラー式）：鋼管の内側を排ガスが通り、外側を燃焼空気が流れる。構造がシンプルで保守が容易
- 回転式（ルングストレーム式）：波形金属板を積層した蓄熱マトリクスが回転し、排ガス側と空気側を交互に通過して熱を移送する。伝熱面積を大きく取れるため大型ボイラーに採用される
空気予熱器の効果
燃焼空気の温度が高くなると、炉内温度が上昇して燃焼効率が向上します。空気温度を約20℃上げると熱効率が約1%向上するとされています（工学的目安値）。また高温空気は燃料の着火を助け、燃焼を安定させる効果もあります。
低温腐食の発生と対策
排ガスには燃料中の硫黄分が燃焼して生成した亜硫酸ガス（SO₂）が含まれます。さらに一部は三酸化硫黄（SO₃）に酸化され、これが水蒸気と結合して硫酸蒸気（H₂SO₄）となります。煙道温度が酸露点（一般に120〜150℃程度）を下回ると硫酸が凝縮し、節炭器・空気予熱器の管や煙道壁を腐食させます。これを低温腐食といいます。
低温腐食の防止策
- 排ガス温度の管理：煙道排ガス温度を酸露点以上に保つ（熱回収しすぎない）
- 給水温度の管理：節炭器入口の給水温度が低すぎると管壁温度が酸露点を下回る。給水温度を60℃以上に管理することが対策の一つ
- 空気予熱器の材料選定：腐食が激しい場合はガラス管式やエナメルコーティング管を使用する
- 低硫黄燃料の使用：SO₃生成量を減らす根本的な対策
節炭器と空気予熱器の比較
| 装置 | 予熱対象 | 設置位置（後流） | 腐食リスク |
|---|---|---|---|
| 節炭器 | 給水 | 過熱器の後 | 給水温度低いと高 |
| 空気予熱器 | 燃焼用空気 | 節炭器の後（最後流） | 最後流で最も低温腐食リスク高 |
試験対策ポイント
- 節炭器は「給水予熱」・空気予熱器は「燃焼空気予熱」と区別する
- 設置順序：過熱器 → 再熱器 → 節炭器 → 空気予熱器（後流ほど温度が低い）
- 低温腐食は「硫黄分→SO₃→H₂SO₄→酸露点以下で凝縮」という経路を理解する
- 空気予熱器は最後流に位置するため低温腐食のリスクが最も大きい
まとめ
- 節炭器：排ガス余熱で給水を予熱する。過熱器後流に設置
- 空気予熱器：排ガス余熱で燃焼空気を予熱する。節炭器後流（最後流）に設置
- 低温腐食は硫黄燃料使用時に酸露点以下になると発生する
- 排ガス温度の管理と給水温度の維持が防止の基本
出典：ボイラー及び圧力容器安全規則・ボイラー構造規格・JIS B 8223・安全衛生技術試験協会 公表試験問題
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月
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