JP2002081871A

JP2002081871A - 空気加熱器

Info

Publication number: JP2002081871A
Application number: JP2000268572A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Irie; 隆博入江; Hidehiro Kiuchi; 英洋木内; Masao Nanba; 政雄難波; Norio Tezuka; 則雄手塚; Junichiro Tokunaga; 純一郎徳永
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】焼却炉の高温・高腐食性ガス雰囲気における
耐食性、耐久性に著しく優れ、コンパクトな耐高温腐食
型空気加熱器を提供する。【解決手段】セラミック製外管（伝熱管）４と金属製
内管２とからなる二重管構造を有し、セラミック管の特
性を有効に生かして載置する構造とした。伝熱管４を所
要の長さに製作し、１段の流通で必要な熱回収を行う。
要素セラミック管の長さが短い場合は、要素管を積み重
ねて接続する構造で、全体としての長さを確保する。セ
ラミック管４の合成重量は、金属製内管２の下端部に取
付た支持板３により支持する。炉内伝熱管４を、セラミ
ックスを使用し、下端部のみで支持する構造で構成し、
１段の流通で加熱を完了することにより、単純化した空
気加熱器が構成され、コンパクトなシステムが得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は耐高温腐食用の空気
加熱器に係り、特に、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却
炉などにおいて、ごみや廃棄物焼却処理で発生する高温
の焼却ガスの熱エネルギーを低温空気と熱交換すること
により回収し、熱エネルギーの有効利用を図るための熱
交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉にお
いて、ごみや廃棄物の焼却処理で発生する高温の燃焼ガ
スの熱エネルギーを回収して有効利用するために、空気
加熱器が設けられている。

【０００３】空気加熱器は、金属製伝熱管内に低温空気
を流通させて、高温の燃焼ガスとの熱交換でこれを高温
に加熱して熱回収するものであって、二酸化炭素の排出
など地球環境に悪影響を及ぼすことのない、高効率のエ
ネルギー資源回収システムである。しかして、回収され
た熱エネルギーは、ごみの熱分解、発電、その他の施設
に有効利用されている。従来の空気加熱器の伝熱管は、
焼却炉内に直接挿入配置されている。

【０００４】ところで、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼
却炉で発生する燃焼ガスは、ごみや廃棄物に起因する塩
素や塩化水素などの、高温における金属との反応で生成
した生成物が短時間で蒸発損失してしまうような、著し
く腐食性の高い腐食性物質を含む高腐食性のガスであ
る。

【０００５】したがって、これらの焼却炉内に設置さ
れ、高温、高腐食性ガス雰囲気にさらされる空気加熱器
の伝熱管にあっては、その材質の面からも、また、構造
の面からも、このような高温腐食性ガスに対して、十分
な耐食性を有することが要求される。

【０００６】従来、各種の耐食性合金についての開発は
進められているが、このような焼却炉の高温高腐食性ガ
スに対して、十分な耐食性を示す耐食性合金はまだ見出
されていない。

【０００７】このため、従来、空気加熱器の耐食性向上
のための手段として、以下の方式が考えられている。金属製伝熱管にスタッドピンを溶接し、その周囲に不
定形耐火物を設置する。金属製伝熱管に、直方形を基本とする耐火物れんがを
縦横の目地で繋いで設置する。

【０００８】これらの方式においては、耐火物が腐食性
ガス相における対流や相互拡散の物理的な障壁として働
き、酸素、塩素等の腐食性ガスの伝熱管表面への到達
や、反応生成物のガス相内での輸送などを抑止するとい
った作用で、伝熱管の腐食をある程度は抑止する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
およびに述べた耐火物配設方式においては、次のよう
な問題があった。

【００１０】即ち、前記の場合には、伝熱管端部や管
基部において、スタッドピンの損傷や、不定形耐火材の
割れ、局所的な剥離・脱落などが生じる。また、前記
の場合にも、耐火物れんがの局所的な剥離・脱落があ
る。また、いずれの場合においても、金属製伝熱管の損
傷などの深刻な腐食現象があり、空気加熱器の寿命が極
めて短いという問題がある。

【００１１】これらは、耐火材と金属製伝熱管の熱膨張
差により耐火物にクラックを生じたり、耐火物を固定す
るための金具が腐食損傷し、また、耐火物の損傷・剥離
を起こし、耐火物の耐食効果が失われることが大きな要
因と考えられる。

【００１２】本発明の課題は、上記従来の問題点を解決
し、伝熱管を、焼却炉の高温・高腐食性ガス雰囲気に耐
久するセラミック管を用いて構成し、かつ、その長さを
所要のものに調整できる手段を提供し、炉外における空
気配管を簡素化したコンパクトな耐高温腐食型空気加熱
器を実現することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の耐高温腐食型空気加熱器は、吊り下げられ
た内管と、前記内管に設けられた支持部材とを備え、前
記内管を内包するセラミック製の外管が前記支持部材上
に載置され、前記外管と前記内管とが同軸の二重管構造
を有してなる。

【００１４】また、前記セラミック製の複数の外管が、
同軸方向に互いに積み重ねられて前記支持部材上に載置
された構造を有することにより、所要の熱交換効率を満
足する長さが設定できることを特徴とするものである。

【００１５】さらに、前記支持部材と前記セラミック製
外管との取合部に、連結部材を介在させ、また、前記セ
ラミック製外管同士を積み重ねる連結部に、連結部材を
介在させて、支持部材とセラミック管、あるいは、セラ
ミック管同士が直接当接することによる欠損などを防止
するようにした。

【００１６】本発明によれば、セラミック製外管が耐食
性を保ちながら、高温排ガスから所要熱量を回収できる
十分な長さで設置できるので、１段加熱のみの空気配管
で熱回収が可能となり、炉外に煩雑な配管を設置する必
要がなく、全体としてコンパクトな装置を実現できる。
さらに、セラミック管全体の重量が、金属製内管の下端
に設けられた支持板などの部材で支持され、セラミック
管の健全性を高めた構造とすることができる。

【００１７】また、耐熱度や熱伝導度などの熱特性およ
び耐食性を満足する材質のセラミック管が、製造上の制
約から、１本あたりの長さが充分とれない場合において
も、中間部での接続を行うことにより、全体として長さ
を所要のものとすることが可能となり、コンパクトな熱
回収装置が製作されるようになる。

【００１８】また、このような空気加熱器を廃棄物処理
システムに適用することにより、高温・高腐食性ガス雰
囲気においても、耐熱性および耐腐食性に優れ、燃焼排
ガスの熱を効率的に回収し、炉外における空気配管を簡
素化したシステム構成にできる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
耐高温腐食型の空気加熱器の実施形態について詳細に説
明する。

【００２０】図１は、本発明になる空気加熱器１の縦断
面を示す基本構成図である。図１に示すように、本実施
形態は、吊り下げられた金属製内管２と、内管２に設け
られた受金物（支持部材）３とを備え、内管２を内包す
るセラミック製の複数の外管４が、同軸方向に互いに積
み重ねられて受金物３上に載置され、内管２と外管４と
は同軸の二重管構造を有している。

【００２１】本実施形態の耐高温腐食型空気加熱器１
は、焼却炉などの高温・高腐食性ガス流（矢印５）内に
配置される。被加熱空気６は、内管２内を下降した後、
内管２の先端部に設けられた流通孔７から、内管２と外
管４との間の空間８に流入し、空間８を上昇しながら、
その間に、セラミック製外管４が伝熱管として作用し、
外部の高温・高腐食性ガス流５により加熱される。

【００２２】また、被加熱空気６を、内管２と外管４と
の間の空間８を下降させ、その間に、外部の高温・高腐
食性ガス流５により加熱させ、その後、内管２内を上昇
させて回収してもよい。

【００２３】なお、いずれの場合も、加熱された高温空
気は、ヘッダー部９から回収され、図示はしないが、回
収された熱エネルギーの有効利用を図るように構成され
ている。

【００２４】空気加熱器１の下部は、内管２の先端に金
属製支持板（受金物）３が溶接等により固着されてお
り、この支持板３にオスネジ１０が取り付けられてい
る。セラミック管４の下端は、耐熱シール材１１を介し
て、支持板３に支持されている。

【００２５】このような構造を採用することによって、
圧縮荷重に強いセラミックスの特性が発揮される。支持
板３の下端にはキャップ部１２が設けられている。この
キャップ部１２の内側には、メスネジ１３が設けられて
いる。キャップ部１２はメスネジ１３とオスネジ１０の
係合により、支持板３を介して内管２に支持される。

【００２６】セラミック製外管４同士の連結部は、下側
のセラミック管の上に上側のセラミック管が載った構造
になる。本例では、上下のセラミック管同士の間には、
断面Ｔ字型の連結リング１４を介在させている。

【００２７】空気加熱器１の上部は、金属製内管２がヘ
ッダー部材１５に溶接等により固定接合され、吊り下げ
られている。一方、セラミック製外管４は、金属製内管
２とは熱による伸縮性能が異なるため、ヘッダー部材１
６との間にシール部材１７を介在させ、軸方向および径
方向の伸縮が可能なように支持されている。

【００２８】本実施形態によれば、引張力に弱く、圧縮
力に強いセラミック管の特性を有効に生かし、軸方向に
積み重ねることにより、長尺の空気加熱器を形成でき
る。ちなみに、図１の例では、支持板３とヘッダー部材
１６との間の距離が約８ｍ、１本のセラミック管の長さ
は約２ｍである。

【００２９】なお、図１の例では複数のセラミック製外
管４を積み重ねているが、１本のセラミック製長尺管の
みでもよい。この場合でも、セラミック管を吊り下げる
のではなく、支持坂上に載置することにより、引張力に
弱く圧縮力に強いセラミック管の特性を生かして、長尺
管を使用できる。

【００３０】図２は、空気加熱器１の下部構造の一形態
を模式的に示した図である。セラミック製外管４と、支
持板３およびキャップ１２との間に、環状の耐火物製連
結部材２０を介在させ、その一部がセラミック製外管４
の外側を覆うようになっている。なお、図示はしていな
いが、連結部材２０と各部材4、3、１２などとの隙間に
はシール材が充填される。

【００３１】これにより、セラミック製外管４が金属製
支持板３に当接して損傷するのを防止できる。また、セ
ラミック製外管４を連結部材２０の内側に内装すること
によって、連結部材２０と内管２との間隔を、空間８の
間隔と同じに維持できる。また、外管４の外側を覆うこ
とによって、外管４の半径方向のずれが規制される。

【００３２】図３は、下部構造の別の形態を模式的に示
した図である。本例が、図２の構造と異なるところは、
セラミック製外管４の内側に、環状の耐火物製連結部材
２１を配置した点である。

【００３３】つまり、セラミック製外管４を外装するこ
とにより、外面の凹凸をなくして、円滑なガス流れを形
成できる。本例によっても、外管４の半径方向のずれは
規制される。

【００３４】図４は、セラミック製外管４同士を軸方向
に積み重ねたときの連結構造を模式的に示した図であ
る。下側のセラミック製外管４ａの上に、連結部材であ
る断面Ｔ字型の連結リング１４を介在させて、上側のセ
ラミック製外管４ｂを積み重ねている。なお、図では内
管を省略して画いてある。

【００３５】図４の例では、セラミック製外管４ａ、４
ｂを連結リング１４の内側に内装している。Ｔ字型のフ
ランジ部が外管の外側を覆うので、外管の半径方向のず
れが規制される。本例によれば、連結部の内面が、セラ
ミック製外管４ａ、４ｂの内面に沿って円滑になり、被
加熱空気の流れが阻害されない。

【００３６】図５は、セラミック製外管同士の連結構造
の別の形態を模式的に示した図である。本例が、図４の
構造と異なるところは、連結部材である断面Ｔ字型の連
結リング２２を、フランジ部が内側になるようにして、
セラミック製外管４ａ、４ｂを外装した点である。

【００３７】本例によれば、連結部の外面が、図４のも
ののように突出せず、外管４ａ、４ｂの外面に沿って円
滑になり、円滑なガス流れを形成できる。なお、Ｔ字型
のフランジ部によって、外管４ａ、４ｂの半径方向のず
れは規制される。

【００３８】図６は、セラミック製外管同士の連結構造
のさらに別の形態を、模式的に示した図である。本例で
は、セラミック製連結部材として、円環状の連結リング
２３を使用している。そのため、下側のセラミック製外
管４ａの連結部近傍の外周面には、連結リング２３がず
り落ちないように、周方向に突起２４を設けている。

【００３９】本例によれば、連結リング２３の形状が単
純なため、大量生産しても歩留まりが良好となる。ま
た、連結部の内面が円滑に形成され、被加熱空気の流れ
が阻害されない。さらに、連結リング２３によって外管
の半径方向のずれも規制される。

【００４０】図７は、セラミック製外管同士の連結構造
のさらに別の形態を、模式的に示した図である。本例で
は、下側のセラミック製外管４ａの上端部に接続用凹部
２５を形成し、この凹部２５に上側のセラミック製外管
４ｂの下端部が嵌め込まれるようになっている。

【００４１】本例によれば、セラミック製外管同士を連
結するための別部材を製作する必要がないので、部品数
が低減し組立作業が容易化する。本例によっても、外管
同士の連結部の内面に突出部がなく、被加熱空気の流れ
を阻害しない。また、嵌め込むことによって、外管同士
の半径方向のずれも防止できる。

【００４２】図８は、セラミック製外管同士の連結構造
のさらに別の形態を、模式的に示した図である。本例で
は、下側セラミック製外管４ａの上端部に、接続用フラ
ンジ２６ａが形成され、上側セラミック製外管４ｂの下
端部に、接続用フランジ２６ｂが形成されている。

【００４３】さらに、接続端部には段差２７ａ、２７ｂ
が形成され、外管同士のずれが防止される。本例によっ
ても、連結用の別部品が不要となる。また、被加熱空気
の流路を円滑な面に形成できる。

【００４４】以上説明した種々の連結構造によって、引
張力に弱く圧縮力に強いセラミック管を、軸方向に積み
重ねることができるので、必要な熱エネルギーを回収で
きる程度の、長尺の空気加熱器を構成できる。なお、図
４〜図８において、連結部に画かれている隙間には、図
２〜図３で説明したように、シール部材が充填され、必
要な気密性が保持される。

【００４５】本発明の耐高温腐食型の空気加熱器におい
て、外管を構成するセラミックスとしては、熱伝導性に
優れ、かつ、ごみ焼却灰中の成分と反応しにくい炭化珪
素、炭化チタン、炭化ジルコニウム等が好ましい、ま
た、内管を構成する金属としては、耐熱性、耐食性に優
れたＳＵＳ３１０等が好ましい。

【００４６】また、このような耐高温腐食型空気加熱器
は、ごみなどの廃棄物処理システムに好適に適用され
る。すなわち、廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱
分解残留物を生成する熱分解反応器と、熱分解残留物を
燃焼溶融して溶融スラグおよび燃焼排ガスを生成する燃
焼溶融炉と、燃焼排ガスから熱回収して空気を加熱する
空気加熱器とを備えてなる廃棄物処理システムにおい
て、上記実施形態で説明した空気加熱器を適用できる。

【００４７】このような空気加熱器を廃棄物処理システ
ムに適用することにより、高温・高腐食性ガス雰囲気に
おいても、耐熱性および耐腐食性に優れ、燃焼排ガスの
熱を効率的に回収し、炉外における空気配管を簡素化し
たシステム構成にできる。

【００４８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の空気加熱器によ
れば、セラミック製外管と金属製内管で構成した空気加
熱器において、セラミック管の特性を有効に生かして損
傷なく積み重ねることにより、十分な熱エネルギーを回
収でき、したがって、焼却炉などの高温・高腐食性ガス
雰囲気における耐食性および耐久性に著しく優れた、コ
ンパクトな耐高温腐食型の空気加熱器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気加熱器の一実施形態を示す縦断面
図である。

【図２】本発明の空気加熱器の下部構造の一例を示す模
式図である。

【図３】本発明の空気加熱器の下部構造の他の例を示す
模式図である。

【図４】本発明の空気加熱器の外管連結部の一例を示す
模式図である。

【図５】本発明の空気加熱器の外管連結部の別の例を示
す模式図である。

【図６】本発明の空気加熱器の外管連結部のさらに別の
例を示す模式図である。

【図７】本発明の空気加熱器の外管連結部のさらに別の
例を示す模式図である。

【図８】本発明の空気加熱器の外管連結部のさらに別の
例を示す模式図である。

【符号の説明】

１耐高温腐食型空気加熱器２金属性内管３金属製支持板４セラミック製外管５高温・高腐食性ガス流６被加熱空気７流通孔８空間９ヘッダー部１０キャップ取付用オスネジ１１耐熱シール材１２先端キャップ１３キャップ取付用メスネジ１４連結リング１５、１６ヘッダー部材１７シール部材２０、２１耐火物製連結部材２２、２３連結リング２４突起２５接続用凹部２６ａ、２６ｂ接続用フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２３Ｇ 5/46 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/46 ＺＡＢＺＦ２３Ｌ 15/00 Ｆ２３Ｌ 15/00 ＢＦ２８Ｆ 1/00 Ｆ２８Ｆ 1/00 ＣＥ (72)発明者難波政雄岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者手塚則雄東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内 (72)発明者徳永純一郎東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内Ｆターム(参考） 3K023 QA06 QA11 QB02 QC01 QC04 QC13 RA01 3K061 AA24 AB02 AB03 AC01 AC20 FA07 3K065 AB01 AB02 AC01 AC20 JA01 JA14 JA21 QB09 3L103 AA05 AA12 AA32 BB06 CC22 DD03 DD10 DD38 DD84

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吊り下げられた内管と、前記内管に設け
られた支持部材とを備え、前記内管を内包するセラミッ
ク製の外管が前記支持部材上に載置され、前記セラミッ
ク製外管と前記内管とが同軸の二重管構造を有してなる
空気加熱器。
【請求項２】吊り下げられた内管と、前記内管に設け
られた支持部材とを備え、前記内管を内包するセラミッ
ク製の複数の外管が、同軸方向に互いに積み重ねられて
前記支持部材上に載置され、前記セラミック製外管と前
記内管とが同軸の二重管構造を有してなる空気加熱器。
【請求項３】前記支持部材と前記セラミック製外管と
の取合部に、連結部材を介在させてなる請求項１または
２に記載の空気加熱器。
【請求項４】前記セラミック製外管同士を積み重ねる
連結部に、連結部材を介在させてなる請求項２に記載の
空気加熱器。
【請求項５】前記セラミック製外管同士を積み重る連
結部は、一方のセラミック製外管の端部を、他方のセラ
ミック製外管の端部に設けた凹部に嵌合させる構造を有
してなる請求項２に記載の空気加熱器。
【請求項６】廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱
分解残留物を生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留
物を燃焼溶融して溶融スラグおよび燃焼排ガスを生成す
る燃焼溶融炉と、前記燃焼排ガスから熱回収して空気を
加熱する空気加熱器とを備えてなる廃棄物処理システム
において、前記空気加熱器は、請求項１または２に記載
の空気加熱器であることを特徴とする廃棄物処理システ
ム。