JP2004184045A

JP2004184045A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004184045A
Application number: JP2002354905A
Authority: JP
Inventors: Naokatsu Mori; 直克毛利; Satoshi Inoue; 聡井上
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】廃棄物焼却炉の排ガス等からの熱回収に使用する耐久性に優れた熱交換器を提供する。
【解決手段】高温の排ガスと低温流体との熱交換を行う熱交換器において、伝熱面を構成する材料をＣ：０．０１〜０．０５重量％、Ｓｉ：２．０重量％以上、Ｍｎ：０．５〜１．５重量％、Ｎｉ：１０．０重量％以上、Ｃｒ１５．０重量％以上を含有する鋼材とした。また、高温の排ガスを流通する配管２の外表面に螺旋状のフィン３を形成したり、低温流体の入り側にリング状に膨出したヘッダ部４を形成したりすることもできる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物焼却炉の排ガス等からの熱回収に使用する耐久性に優れた熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第３０１７３９号公報
【０００３】従来から、例えば廃棄物焼却炉の排ガスから熱回収することが行われており、このために熱交換器が広く利用されている。このような熱交換器は、十分な機械的強度や耐熱性等を要求されるため、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓのようなステンレス鋼材で作製されているのが普通である。
【０００４】しかしながら、廃棄物焼却炉から排出される排ガスや煤塵中には酸性ガスが含まれているために、伝熱面であるガス流通面の鋼材を腐食するという現象があった。また、排ガス中にＮａＣｌ、ＫＣｌ等の溶融塩が含まれている場合は、該溶融塩がガス流通面上に付着して腐食速度を加速させると同時に、ガス流路を塞ぎ均一なガスの流れを妨げるという現象があった。この結果、熱交換器の耐久年数が短くなるという問題点や、熱交換効率を低下させるという問題点を発生させていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような従来の問題点を解決して、排ガスによる鋼材の腐食を防止するとともに、溶融塩がガス流通面上に付着するのを防止して、耐久性および熱交換効率に優れた熱交換器を提供することを目的して完成されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するためになされた本発明の熱交換器は、高温の排ガスと低温流体との熱交換を行う熱交換器において、伝熱面を構成する材料をＣ：０．０１〜０．０５重量％、Ｓｉ：２．０重量％以上、Ｍｎ：０．５〜１．５重量％、Ｎｉ：１０．０重量％以上、Ｃｒ１５．０重量％以上を含有する鋼材としたことを特徴とするものである。
【０００７】なお、高温の排ガスを流通する配管を多管式のものとしたり、高温の排ガスを流通する配管と低温流体を流通する配管を二重管式のものとしたりすることができる。また、配管内を流通する前記排ガス中には腐食性ガスや融点が１０００℃以下の溶融塩が含まれている。
【０００８】更に、高温の排ガスを流通する配管の外表面に螺旋状のフィンが形成されているものとしたり、低温流体の入り側にリング状に膨出したヘッダ部が形成されているものとすることもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。
図面は、廃棄物焼却炉の排ガスから熱回収する熱交換器の一例を示すもので、図１は高温の排ガスを流通する配管を多管式のものとした場合、図２は高温の排ガスを流通する配管と低温流体を流通する配管を二重管式のものとした場合を示すものである。
図において、１は被加熱側である低温流体を流通する管状の配管、１ａは低温流体の入口、１ｂは低温流体の出口、２は加熱源となる廃棄物焼却炉の排ガスを流通する管状の配管である。被加熱側である低温流体としては、燃焼用空気、白煙防止用空気、温水加温用空気等の気体または液体である。
そして、被加熱側である低温流体が入口１ａより入って、加熱源である高温の排ガスが流通する管状の配管２と交叉して流通する間に、配管２の伝熱面を通じて高温の排ガスと低温流体との熱交換が行われ、その後、昇温された状態で出口１ｂより次工程へ送られるように構成した点は従来の熱交換器と基本的に同じである。
【００１０】本発明では、少なくとも伝熱面を構成する材料をＣ：０．０１〜０．０５重量％、Ｓｉ：２．０重量％以上、Ｍｎ：０．５〜１．５重量％、Ｎｉ：１０．０重量％以上、Ｃｒ１５．０重量％以上を含有する鋼材で形成したものとした。特に、本発明は従来の鋼材であったステンレス鋼に比べてＣの含有量が少なく、かつＳｉの含有量が多い点に特徴を有する。即ち、Ｃの含有量を少なくすることにより鋼材の耐食性を向上させ、またＳｉの含有量を多くすることにより鋼材への溶融塩の付着を防止するのである。
【００１１】鋼材中におけるＣの含有量は０．０１〜０．０５重量％の範囲が好ましい。Ｃが０．０１重量％未満の場合は精錬工程でこのレベルまで脱炭処理するのが難しくコスト的に高くなりすぎることとなり、一方、０．０５重量％より多いと耐食性が低下する原因となるからである。Ｓｉの含有量は２．０重量％以上が好ましい。２．０重量％未満では溶融塩が鋼材表面上に付着しやすくなり、耐食性を低下させるとともに表面を流れる空気流に乱れを発生させ熱交換効率を低下させることとなるからである。
【００１２】Ｍｎの含有量は０．５〜１．５重量％の範囲が好ましい。Ｍｎが０．５重量％未満の場合は鋼材としての靱性が乏しくなり、一方、１．５重量％より多いと耐食性が低下する原因となるからである。Ｎｉの含有量は１０．０重量％以上の範囲が好ましい。１０．０重量％未満の場合は十分な耐食性が得られないからである。Ｃｒの含有量が１５．０重量％以上の範囲が好ましい。１５．０重量％未満の場合は十分な耐食性が得られないからである。
【００１３】高温の排ガスを流通する配管２の形式としては、図１に示されるように多管式のものや、図２に示されるように高温の排ガスを流通する配管２と低温流体を流通する配管１を二重管式のものとすることができる。
なお、配管２内を流通する高温の排ガス中には酸性ガス等の腐食性ガスや、融点が１０００℃以下のＮａＣｌやＫＣｌ等の溶融塩が含まれている。このため、ガス流通面の鋼材を腐食したり、溶融塩がガス流通面上に付着する等の現象があったが、前記組成の鋼材を用いることによりこれらの現象を防止することができる。
【００１４】更に、図２に示されるように、高温の排ガスを流通する配管２の外表面に螺旋状のフィン３を形成したものとすることもできる。この場合には、フィン３に案内されて低温流体が配管２の外表面を円滑に流れるため、熱交換率を向上させることが可能となり好ましい。
【００１５】また、図３〜４に示されるように、低温流体の入り側にリング状に膨出したヘッダ部４を形成したものとすることもできる。この場合には、ヘッダ部４により導入された低温流体が全体に均一に分散された状態となるため、その後の流動が均一かつ円滑となり熱交換率を向上させることが可能となる。
なお、ヘッダ部４としては、高温の排ガスを流通する配管２の外表面と低温流体を流通する配管１の内表面の隙間に形成される熱交換器の流路面積（Ａ）と、ヘッダ部４の流路面積（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）の値が１０以上となるように設計することが好ましい。
【００１６】
［実施例１］
本発明の鋼材サンプル片と、各種ステンレス鋼からなるサンプル片をＨＣｌが１０００ｐｐｍの排ガス（９００℃）の流通路においてマンホールレンガ間に周方向に一列に並べて挟んでセットしておき、サンプル片の厚みの変化を測定した。
この結果は表１に示されるとおり、ＳＵＳ３１０Ｓの侵食度を１００とすると、本発明のものは侵食度３０で１／３以下の値であり優れた耐食性を有することが確認できた。
【００１７】
【表１】

【００１８】
［実施例２］
厚みが１０ｍｍの母材に対して、ＨＣｌが５００ｐｐｍの排ガス（４５０℃）を通ガスして測定したフィールドテストを行った結果、図５のグラフ（曲線Ｓ）に示されるように、１００００時間経過後でも摩耗率は１０％であった。グラフ中、曲線Ｓ１は材料としてＳＵＳ３１０Ｓを用いた場合、曲線Ｓ２はＳＵＳ３０４を用いた場合の摩耗率を示すが、これらの従来タイプの鋼材に比べて本発明が優れた耐食性を有することが確認できた。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発明は排ガスによる鋼材の腐食を的確に防止することができるとともに、溶融塩がガス流通面上に付着するのを防止して、耐久性および熱交換効率の大幅な向上を図ることができるものである。
よって、本発明は従来の問題点を一掃した熱交換器として、産業の発展に寄与するところは極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】その他の実施の形態を示す斜視図である。
【図３】その他の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】図３の要部の断面図である。
【図５】摩耗率と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１低温流体を流通する配管、２高温の排ガスを流通する配管、３フィン、４ヘッダ部

Claims

高温の排ガスと低温流体との熱交換を行う熱交換器において、伝熱面を構成する材料をＣ：０．０１〜０．０５重量％、Ｓｉ：２．０重量％以上、Ｍｎ：０．５〜１．５重量％、Ｎｉ：１０．０重量％以上、Ｃｒ１５．０重量％以上を含有する鋼材としたことを特徴とする熱交換器。
高温の排ガスが流通する配管を多管式のものとした請求項１に記載の熱交換器。
高温の排ガスが流通する配管と低温流体が流通する配管を二重管式のものとした請求項１に記載の熱交換器。
高温の排ガスが腐食性ガスを含んでいる請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
高温の排ガスが融点が１０００℃以下の溶融塩を含んでいる請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
高温の排ガスを流通する配管の外表面に螺旋状のフィンが形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
低温流体の入り側にリング状に膨出したヘッダ部が形成されている請求項３〜６のいずれかに記載の熱交換器。