JP2005090893A - 蓄熱式熱交換器及びそれを用いた工業炉、微粉炭焚ボイラ等燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微粉炭等の固体燃料を使用する工業炉、微粉炭焚ボイラ等燃焼装置の運転を停止することなく、フライアッシュ等の蓄熱体への付着による差圧の上昇を容易に解消することのできる、蓄熱式熱交換器を提供する。
【解決手段】 蓄熱体（２４、２５）を装填する容器（２０、３０）の一端から他端へ燃焼排気ガスを流して蓄熱体を加熱した後、前記他端から、前記一端に燃焼用空気を流し、前記蓄熱体に蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器（２、３）であって、前記燃焼排気ガスの流れ方向から見て、上流側に洗浄又は交換によって再生可能に装填された第１の蓄熱体（２４，３４）と、該第１の蓄熱体の下流側に装填された第２の蓄熱体（２５，３５）とを備える蓄熱式熱交換器を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄熱式熱交換器、特に、微粉炭等の固体燃料を用いる工業炉、微粉炭焚ボイラなどに付設されて好適な蓄熱式熱交換器、及びそれを用いた工業炉、微粉炭焚ボイラ等燃焼装置（以下「工業炉等燃焼装置」という）に関する。

熱交換器により燃焼排気ガス（以下、「排ガス」という。）から熱を回収し、その回収熱により燃焼用空気を例えば８００℃以上に加熱した上で、燃料と混合して燃焼させる高温空気燃焼技術が知られている。高温空気燃焼技術は、従来、気体燃料を対象として開発されてきたが、近年、微粉炭等固体燃料を燃焼させる微粉炭焚ボイラ或いは、ゴミ焼却炉その他の工業炉等燃焼装置において、本技術が適用されつつある。本技術の固体燃料工業炉等燃焼装置への適用により、燃焼率の向上、二酸化炭素排出量の削減や、高温高速燃焼による窒素酸化物の低減等の低公害化、或いは燃焼装置の小型化等が期待できる。

排ガスから熱を回収し、給気した燃焼用空気を加熱する方法として、蓄熱式熱交換器（以下、単に「熱交換器」という。）が知られている（特許文献１、２参照）。これは、複数の熱交換器を並設し、これらの熱交換器切換弁の切り換えにより、高温の排ガスと、燃焼用空気とを交互に流し、先ず、排ガスにより蓄熱体を加熱するとともに排ガスを冷却し、次に加熱蓄熱された蓄熱体の熱により燃焼用空気を加熱することを繰り返すという技術である。

この熱交換器を用いた燃焼システムに微粉炭等の固体燃料を使用すると、排ガス中のダスト等が蓄熱体に付着し、その付着量が多い場合には、熱交換器前後の差圧が大きくなる問題が発生する。熱交換器前後の差圧が大きくなると、いったん工業炉等燃焼装置の運転を停止し、熱交換器内に溜まったフライアッシュ等の付着物を除去しなければならないので、工業炉等燃焼装置の稼働率を低下させ、運転コストを増大させる一因ともなっていた。このような問題の解決のため、蓄熱体に圧縮空気を吹き付けて付着ダストを吹き飛ばして除去するスートブロー等が提案されている（特許文献３）。
特開２００１−２０１０４４号公報 特開２００１−２２１４３０号公報 特開平８−１４７９４号公報

上述のスートブロー技術は、蓄熱体に付着したフライアッシュ等の付着物を排ガスの流れに沿ってブローを行い、フライアッシュ等付着物を除去しようとするもので、必ずしもその効果は十分ではなかった。
上記の事情に鑑みて、本発明においては、高温空気燃焼技術を固体燃料に適用した工業炉等燃焼装置の運転を停止することなく、フライアッシュ等の蓄熱体への付着による差圧の上昇を容易に解消することのできる、蓄熱式熱交換器及びそれを用いた工業炉等燃焼装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明によっては、蓄熱体を装填する容器の一端から他端へ燃焼排気ガスを流して蓄熱体を加熱した後、前記他端から一端に燃焼用空気を流し、前記蓄熱体に蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器であって、前記燃焼排気ガスの流れ方向から見て容器の上流側に、洗浄又は交換によって再生可能に装填された第１の蓄熱体と、該第１の蓄熱体の下流側に装填された第２の蓄熱体とを備えることを特徴とする蓄熱式熱交換器が提供される。

発明者の研究によれば、排ガス中のフライアッシュ等は、排ガスの流れに沿って、蓄熱体の上流側部、すなわち前側表面に近い部分にその殆どが付着し、蓄熱体の排ガスの流れに沿って下流側には殆ど付着していないことが判明した。
例えば、図８は、蓄熱式熱交換器の蓄熱体ハニカムを６段に直列に接続し、フライアッシュ等を含む高温ガスを流したものであるが、排ガスの流れに沿って上流側の１段目に付着物が極めて多いことがわかる。

そこで、請求項１の発明は、容器内の蓄熱体を２つにわけ、排ガスの流れに沿って上流側に位置する第１の蓄熱体を洗浄や交換により再生可能とし、フライアッシュ等の付着による差圧上昇が生じた時点で、第１の蓄熱体を再生させて差圧を減少させ、継続的な運転を可能としたものである。そして第２の蓄熱体は、長期間の運転後に行うメンテナンスにおいて容器から取り外す、或いは洗浄することはあるにしても、第１の蓄熱体のように短期間に洗浄や交換を行うことはせず、容器に固定的に装填される。

なお、ここで「再生可能であること」とは、工業炉等燃焼装置の運転を実質的に中断することなく、次のいずれかの措置が可能であることをいう。
（１）蓄熱体を熱交換器から取り出して、洗浄することにより付着物を除去した上で再び 熱交換器内に装填することが可能であること。このとき、長時間の使用により蓄熱 体の損耗が著しい場合には、蓄熱体のすべてまたはその一部を新品に交換すること を含む。なお、本書においては、「洗浄」とは、蓄熱体の付着物を、液体により、 或いは、洗浄ガスである高圧空気又は水蒸気等により、スートブローして除去する ことをいう。
（２）蓄熱体の一部または全部を、熱交換器の容器の外にずらすようにして引き出すこと を可能とし、しかも引き出された位置において洗浄することにより付着物を除去し 、そのまま熱交換器の容器内に再び装填することが可能であること。
（３）蓄熱体を容器内の装填位置において洗浄することにより付着物を除去することが可 能であること。

請求項２の発明は、前記再生すべき第１の蓄熱体を前記容器外に移動させ、再生済みの第１の蓄熱体を容器内まで移動させる移動装置と、前記再生すべき第１の蓄熱体を容器外において洗浄する洗浄装置とを備えることを特徴とする。
第１の蓄熱体を再生する手段として、第１の蓄熱体を容器外に移動させ、その場で洗浄して、容器内に移動させる手段を備えたので、第１の蓄熱体を洗浄することにより容易に再生できる。

請求項３の発明は、前記移動装置は、再生すべき第１の蓄熱体と前記再生済の第１の蓄熱体を装填させた回転体と、該回転体を駆動して、前記再生をすべき第１の蓄熱体を容器外の洗浄位置に移動させるとともに、洗浄位置にて洗浄された第１の蓄熱体を容器内に移動させる駆動手段とを備えることを特徴とする。
請求項２の発明における移動装置として、第１の蓄熱体を装填させた回転体を回転させることにより、第１の蓄熱体を容器外に移動させ、洗浄して、再び容器内に移動させる手段を備えたので、使用済の第１の蓄熱体の移動、洗浄及び再生済の第１の蓄熱体の再移動を容易に行うことができる。

請求項４の発明は、前記第１及び第２の蓄熱体間の容器内に配設され、前記第１の蓄熱体に向かって洗浄ガスを噴射する洗浄装置を備えることを特徴とする。
熱交換器の運転中に差圧が上昇した場合でも、第１の蓄熱体の移動等の操作を必要とせずに、容器内で容易に第１の蓄熱体から付着物を除去し、差圧の上昇を解消できる。また、第１と第２の蓄熱体間から第１の蓄熱体に向かって洗浄ガスを噴射することとしたので、除去された付着物が、工業炉等燃焼装置の炉体方向へ戻され、第２の蓄熱体等熱交換器内部に再付着する虞がない。

前記第１の蓄熱体は、特に限定しないが、セラミックス製のハニカム構造物としてもよい（請求項５）。ハニカム構造物を採用すると、蓄熱体を一体として容器外に移動させやすく、しかもハニカム構造の整流作用により、スートブローによる効果が高められる。
請求項６の発明は、前記容器は、前記第１の蓄熱体を装填する空間を有し、 前記空間の下部に設けられた排出口を介して第１の蓄熱体を落下させる排出装置と、前記空間の上部に設けられた投入口を介して第１の蓄熱体を投入させる供給装置とを備えることを特徴とする。第１の蓄熱体を再生する手段として、第１の蓄熱体の交換手段を設けたので、第１の蓄熱体を交換することにより、容易に再生できる。第１の蓄熱体は未使用のものであってもよい（請求項７）。

前記第１の蓄熱体は、特に限定しないが、セラミックス製のぺブルで構成してもよい（請求項８）。第１の蓄熱体を、セラミックス製のぺブルで構成すると、安価で取り扱いを容易に行うことができる。
請求項９の発明によっては、少なくとも２つの、請求項１乃至８のいずれかに記載の蓄熱式熱交換器を備え、一の熱交換器に炉体からの前記燃焼排気ガスを供給する排気系装置と、他の熱交換器を介して燃焼用空気を炉体に供給する給気系装置と、各熱交換器への前記排気系装置による燃焼排気ガスの供給及び前記給気系装置による燃焼用空気の供給を交互に切換える切換装置とを備えることを特徴とする工業炉、微粉炭焚ボイラ等燃焼装置装置が提供される。

複数の蓄熱式熱交換器を高温空気燃焼技術による工業炉等燃焼装置システムの一要素として使用し、高燃費、低公害等の優れた高温空気燃焼技術の特性を活かしつつ熱交換器の閉塞による運転の停止も回避できる、優れたシステムを提供するものである。

請求項１の発明は、容器内の蓄熱体を２つにわけ、フライアッシュ等がより多く付着する排ガスの流れに沿って上流側に位置する第１の蓄熱体を洗浄や交換により再生可能としたので、フライアッシュ等の付着による差圧上昇が生じた時点で、第１の蓄熱体を再生させて差圧を減少させ、継続的な運転ができるという優れた効果を奏する。
請求項２の発明は、第１の蓄熱体を再生する手段として、第１の蓄熱体を容器外に移動させ、その場で洗浄して、容器内に移動させる手段を備えたので、第１の蓄熱体を洗浄することにより容易に再生できるという優れた効果を奏する。

請求項３の発明は、請求項２の発明における移動装置として、第１の蓄熱体を装填させた回転体を回転させることにより、第１の蓄熱体を容器外に移動させ、洗浄して、再び容器内に移動させる手段を備えたので、使用済の第１の蓄熱体の移動、洗浄及び再生済の第１の蓄熱体の再移動を容易に行うことができるという優れた効果を奏する。
請求項４の発明は、熱交換器の運転中に差圧が上昇した場合でも、第１の蓄熱体の移動等の操作を必要とせずに、容器内で容易に第１の蓄熱体から付着物を除去し、差圧の上昇を解消できるという優れた効果を奏し、あわせて、第１と第２の蓄熱体間から第１の蓄熱体に向かって洗浄ガスを噴射することとしたので、除去された付着物が、工業炉等燃焼装置の炉体方向へ戻され、第２の蓄熱体等熱交換器内部に再付着する虞がないという更に優れた効果を奏する。

第１の蓄熱体として、ハニカム構造物を採用してもよく（請求項５）ハニカム構造を採用すると、蓄熱体を一体として容器外に移動させやすく、しかもハニカム構造の整流作用により、スートブローによる効果が高められる。
請求項６の発明は、第１の蓄熱体を再生する手段として、第１の蓄熱体の交換手段を設けたので、第１の蓄熱体を交換することにより、容易に再生できる。なお、第１の蓄熱体は未使用のものであってもよい（請求項７）。

前記第１の蓄熱体は、セラミックス製のぺブルで構成してもよい（請求項８）。第１の蓄熱体を、セラミックス製のぺブルで構成すると、安価で取り扱いを容易に行うことができる。
請求項９の発明は、複数の蓄熱式熱交換器を高温空気燃焼技術による工業炉等燃焼装置システムの一要素として使用し、高燃費、低公害等の優れた高温空気燃焼技術の特性を活かしつつ熱交換器の閉塞による運転の停止も回避できる、優れたシステムを提供するものである。

以下、本発明の実施の形態につき図１乃至図６に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１の実施形態を図１乃至図２に示す。
まず、図１により、本発明に係る熱交換器を使用した、固体燃料による高温空気燃焼システム（工業炉等燃焼装置）全体を説明し、次に本発明にかかる蓄熱式熱交換器を詳細に説明する。

上記システムは、例えば、微粉炭焚ボイラーにも使用可能であるが、図示省略される微粉炭固体燃料供給装置から供給される微粉炭燃料を燃料噴射ノズル１２ａによって炉体１２内に噴射させ、後述する熱交換器２または３から供給される燃焼用空気と混合させて燃焼させる。図示例では、炉体１２に２つの熱交換器２、３が付設されている。熱交換器２は、詳細は後述するが、両端閉塞の円筒構造をなす容器２０を有している。容器２０の一端口２０ａは、配管２ａにより炉体１２と接続しており、配管２ａによって炉体１２内と容器２０とが連通している。容器２０の他端口２０ｂは、配管２ｂを介して四方切換弁（切換装置）１１のポート１１ａに接続されている。

容器２０には、排ガスを冷却して熱を回収し貯えるとともに、燃焼用空気を、貯えられた熱により加熱することのできる第１の蓄熱体２４及び第２の蓄熱体２５が装填されており、第１の蓄熱体２４は、一端口２０ａ側、すなわち排ガスの流れに沿って上流側に配置され、第２の蓄熱体２５は、第１の蓄熱体２４の下流側に配置されている。燃焼用空気又は排ガスは、第１の蓄熱体２４及び第２の蓄熱体２５と接触して流れることになる。

熱交換器３も同様の構造をなし、その容器３０は、配管３ａを介して炉体１２と、配管３ｂを介して四方切換弁１１のポート１１ｃに接続している。また、熱交換器３も、第１の蓄熱体３４及び第２の蓄熱体３５を備える。
四方切換弁（切換装置）１１は、前述のポート１１ａ、１１ｃの他にポート１１ｂ、１１ｄを有し、ポート１１ｂには排ガス処理システム１５が接続され、本装置を介して排ガスが大気中に放出される。また、ポート１１ｄには、給気システム（例えば給気ブロワ等）１６が接続しており、ポート１１ｄを介して熱交換器２、３に燃焼用空気が供給される。

なお、配管２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ及び排ガス処理システム１５等により排気系装置を構成し、配管２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ及び給気システム１６等により給気系装置が構成される。
本システムの作用を説明する。図１に示す四方切換弁１１の切換え状態では、ポート１１ｄより供給される燃焼用空気が、四方切換弁１１を介して配管２ｂに流入し、熱交換器２に導入される。熱交換器２の第２の蓄熱体２５および第１の蓄熱体２４には既に熱が貯えられており高温となっているため、第２の蓄熱体２５、第１の蓄熱体２４と接触する燃焼用空気が加熱され、高温（例えば８００℃以上）に加熱される。

高温の燃焼用空気が炉体１２内に十分に供給され、燃料噴射ノズル１２ａからの微粉炭固体燃料と混合され、微粉炭固体燃料を燃焼させる。なお、燃料噴射ノズルの位置は特に特定されない。
燃焼により発生した高温の排ガスは、配管３ａを介して熱交換器３に流入する。ここで、排ガスは、第１の蓄熱体３４、第２の蓄熱体３５と接触し、第１の蓄熱体３４、第２の蓄熱体３５を加熱するとともに自らは冷却される。排ガスの温度が低下するため、後段で排ガスを処理する排ガス処理システム１５の負担が軽減される。冷却された排ガスは、配管３ｂを介して四方切換弁１１によりポート１１ｂに導出され、排ガス処理システム１５により処理され、大気中に放出される。

一定時間の運転により、熱交換器２の第２の蓄熱体２５、第１の蓄熱体２４がその熱を失い、一方、熱交換器３の第１の蓄熱体３４，第２の蓄熱体３５が十分高温まで加熱され、蓄熱されると、四方切換弁１１が切り換えられ、ポート１１ａと１１ｂが、ポート１１ｃと１１ｄとがそれぞれ連通される。燃焼用空気は熱交換器３に流れ、第２の蓄熱体３５、第１の蓄熱体３４により加熱され、炉体１２に供給して高温での燃焼を継続させるとともに、炉体１２からの排ガスは熱交換器２に導入される。排ガスにより第１の蓄熱体２４、第２の蓄熱体２５が加熱されるとともに、排ガス自体は冷却される。

上記の操作の繰り返しにより、固体燃料を炉体１２内において、継続的に高温燃焼させることができる。
なお、配管２ａ、３ａの途中には、排ガス中のフライアッシュ等を除去するためのサイクロン装置を介装してもよい。サイクロン装置を介装すると、熱交換器に流入する排ガス中のフライアッシュ量が低減し、それにともない蓄熱体へのフライアッシュ付着量も減少するので、後述する第１の蓄熱体の再生処理の間隔を延長することが可能である。

次に、第１の実施形態に使用する熱交換器２の詳細を説明する。なお、熱交換器３も同様であるので説明は省略する。
図２に示すように熱交換器２の容器２０は、円筒形状の胴部２１と、その両端を閉塞する蓋部２２、２３とから構成される。本熱交換器２は横置きの状態で設置されている。
また、胴部２１の略中央には、ハニカム構造の第２の蓄熱体２５が嵌入され、蓄熱体２５を挟むように円形の多孔板２６、２７が取り付けられ、これらの多孔板２６、２７によって第２の蓄熱体２５を容器２０内に支持している。また、多孔板２７を挟んで多孔板２６と反対側に同じく円形の多孔板２８が取り付けられている。このハニカム構造中を排ガス、燃焼用空気が第２の蓄熱体２５に接触しながら流れることができる。

蓋部２２、２３はともに、短い円筒部の一端をその縁が円弧を描くように湾曲する円形板で塞ぐ構造を有し、円形板の中央には、一端口２０ａ、他端口２０ｂが形成されており、排ガス又は燃焼用空気を流すための配管２ａ及び２ｂが各々接続されている。
また、多孔板２７と２８で区画する空間部２７ａにはぺブル蓄熱材２４ａが多数充填され、全体として第１の蓄熱体２４を構成している。この蓄熱材２４ａどうしには隙間が存在しており、その間を排ガス又は燃焼用空気が流れることができる。

多孔板２６、２７、２８は、何れも胴部内径と同じ径を有する円形板で、流路抵抗の小さい多数の小孔を有し、排ガスや燃焼用空気を流すことができる。
また、胴部２１の空間部２７ａには、その上部と下部に、各々投入口２１ａ及び排出口２１ｂが設けられており、これらの投入口２１ａ及び排出口２１ｂを介して蓄熱材２４ａの供給装置１３及び排出装置１４が接続している。

供給装置１３は、蓄熱材２４ａを上部から投入するための、ホッパ１３ａと、ホッパ１３ａ内の蓄熱材２４ａを空間部２７ａに投入するためのゲート１３ｂと胴部２１の空間部２７ａに連通する配管１３ｃとを備える。
排出装置１４は、下部から排出口２１ｂを介して空間部２７ａに開口する配管１４ｃと、空間部２７ａ内の蓄熱材２４ａを蓄熱材回収ボックス１４ｄ内に落とすことのできるゲート１４ｂとを備える。

なお、本熱交換器２、３の材質は特に限定しないが、高温強度にすぐれ経済性も高い鋼材が好適に使用できる。また、蓄熱体２５、及び蓄熱材２４ａの材質についても特に限定しないが、耐熱性、耐衝撃性に優れ、熱膨張が小さくまた熱容量が大であるセラミックスが望ましく、例えば、コーディエライト（例として、２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂等）が好適に使用できる。なお、これら熱交換器の材料については、後述する熱交換器４、５、６、８についても同様である。

次に本熱交換器２の使用方法を説明する。
前述のように、本熱交換器２は、以下の２つの作用を交互に行う。すなわち、（i）燃焼用空気を配管２ｂから２ａ（矢印Ａ方向）へ流し、第２の蓄熱体２５、第１の蓄熱体２４に貯えられた熱により燃焼用空気を加熱して配管２ａを経由して炉体１２に供給する作用、及び、（ii）炉体１２からの排ガスを配管２ａから２ｂ（矢印Ｂの方向）へ流し、第１の蓄熱体２４、第２の蓄熱体２５により排ガスを冷却するとともに第１の蓄熱体２４、第２の蓄熱体２５にその回収熱を貯える作用である。

（i）、（ii）の操作の繰り返しにより、やがて、排ガスに含まれるフライアッシュ等が、第１の蓄熱体２４（蓄熱材２４ａ）に付着し、熱交換器２前後の差圧が上昇し、運転が維持できなくなってくる。ここで注意すべきは、排ガスは常に矢印Ｂの方向に流れるので、第１の蓄熱体２４（蓄熱材２４ａ）が常に排ガスの流れに沿って上流側にあり、従って、付着物の殆どは、第１の蓄熱体２４（蓄熱材２４ａ）にのみ付着するということである。

ここで、ゲート１４ｂを開き、空間部２７ａ内の蓄熱材２４ａを、蓄熱材回収ボックス１４ｄに落下させ、空間部２７ａ内の蓄熱材２４ａをすべて蓄熱材回収ボックス１４ｄに回収する。
その後、ゲート１４ｂを閉じて、ゲート１３ｂを開き、ホッパー１３ａから新しい、もしくは洗浄した蓄熱材２４ａを投入し、空間部２７ａに蓄熱材２４ａを充填し、第１の蓄熱体２４を形成させる。

以上の操作により、排ガスの流れに沿って上流側（前側）にあり、従って、フライアッシュ等が付着する第１の蓄熱体２４の蓄熱材２４ａを洗浄済もしくは新品のものに交換して再生することが出来るので、差圧が解消し、炉体１２の運転を継続することができる。
回収した蓄熱材２４ａは、液体により、或いは高圧空気又は水蒸気等の吹き付け等により洗浄し、付着したフライアッシュ等を除去することにより再使用するか、または損傷が甚大であるものは廃却し、新品と交換しホッパー１３ａに送られる。

なお、本熱交換器２は横置きとして説明したが、蓄熱材２４ａの供給、排出装置として、例えば、斜め上方から蓄熱材２４ａを供給する配管と斜め下方に蓄熱材を落下させる配管と各々の配管に設置され蓄熱材２４ａの供給、排出を制御するゲートとを備えることとして縦置きとすることも可能である。
次に、本発明に係る熱交換器の第２の実施形態を図３及び図４に基づき説明する。

高温空気燃焼システムの基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略し、高温空気燃焼システムにおいて使用される熱交換器４について説明する。
図３に示すように、熱交換器４の容器４０の一端には燃焼用空気が流入する配管４ｂと、他端には排ガスが流入する配管４ａが接続しており、容器４０内には、略中央の配管４ａ側に、第１の蓄熱体４４（ハニカム構造）が、配管４ｂ側に、固定の第２の蓄熱体４５（ハニカム構造）が嵌入されている。

第１の蓄熱体４４は、移動方向の容器４０外に設置された油圧シリンダ装置４１により、往復動可能に、第２の蓄熱体４５と摺動しつつスライドして移動する。第１の蓄熱体４４は、容器４０の径の略２倍の長辺と、径と同じ長さの短辺とを有する矩形に形成され、その半部（図３中に示す上側半部）４４ａと下側半部４４ｂとが交互に容器４０の外に移動したり、また、容器４０内に移動することが可能である。また、容器４０の外側両側洗浄位置には、洗浄管４２、４２が排ガスの流れに対向する側に、言い換えれば燃焼用空気の流れに沿って上流側に設置され、容器４０の外の洗浄位置に移動した第１の蓄熱体４４の上側半部４４ａ又は下側半部４４ｂを洗浄管４２のノズル４２ａからの高圧空気又は水蒸気等Ｇによりスートブローして付着物が除去される。すなわち、洗浄管４２及びノズル４２ａ等により洗浄装置が構成される。なお、図中、排ガスの流れ方向を矢印Ｖで示す。

上述の実施形態では、第１の蓄熱体４４の、排ガスの流れに沿って上流側の端部４４ｃに付着物がより多く付着しているので、逆洗浄を行うことになる。
図３で示す状態では、第１の蓄熱体４４の上側半部４４ａが容器４０内にあり、下側半部４４ｂが、容器４０の外側にある状態で、炉体１２（図１参照：図３中に図示せず）が運転されている。運転に伴ない、第１の蓄熱体上側半部４４ａにフライアッシュ等の付着が生じ、差圧が上昇した場合には、油圧シリンダ装置４１により第１の蓄熱体４４を容器４０外の洗浄位置に移動させ、蓄熱体上端部４４ａを容器４０外に、下側半部４４ｂを容器４０内に移動させる。洗浄済の下側半部４４ｂは、付着物が付着しておらず、再生済である。一方、上側半部４４ａは、洗浄管４２のノズル４２ａから高圧空気又は水蒸気等Ｇによるスートブローを行い付着物を除去する。

なお、洗浄管４２の位置は、排ガスの流れに沿って下流側から第１の蓄熱体をスートブローできる位置がより望ましいが、容器外でスートブローを行う場合には、ガスの流れに沿って上流側から第１の蓄熱体をスートブローできる位置であってもよい。
本実施形態では、移動装置として油圧シリンダ装置４１を使用したが、空圧シリンダ駆動、電動駆動等他の方法であってもよい。

また、熱交換器４では、第１の蓄熱体４４を直線的にスライドさせて移動させているが、例えば図４に示すように、熱交換器５の容器５０より大径の回転体である第１の蓄熱体５４をその回転軸まわりに回転させることにより、容器内と容器外の洗浄位置との間を移動させることとしてもよい。
次に本発明に係る熱交換器の第３の実施形態を図５及び図６に基づき説明する。

高温空気燃焼システムの基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略し、高温空気燃焼システムにおいて使用される一対の熱交換器６、６について説明する。
熱交換器６の容器６０は、円筒状の胴部６１、蓋部６２、６３から構成され、胴部６１にはハニカム構造の第２の蓄熱体６５が嵌入される。それらの形状は、第１実施形態の熱交換器２の場合とほぼ同様であるが、胴部６１と蓋部６３とは直接接続せず、胴部６１と蓋部６３とにより、後述の厚肉円盤（回転体）７４を挟み込む構造としている。

蓋部６２には、四方切換弁（切換装置）１１（図１参照：図５，図６中には図示せず）に接続する配管６ｂが、蓋部６３には、炉体１２（図１参照：図５，図６中には図示せず）に接続する配管６ａがそれぞれ接続する。
２つの熱交換器６、６は対として縦に並設され、図５において、その下部は、ケーシング７０に覆われる。ケーシング７０は、中空円筒形状をなし両端は蓋板７２と底面板７３により閉塞しており、ケーシング７０の底部には、厚肉円盤７４と、厚肉円盤７４を駆動するための回転軸７５とを備える。

蓋板７２には、図６に示すように、円周に沿って１８０度離れた対角位置に、熱交換器６、６の胴部６１、６１がそれぞれ嵌入されている。また、底面板７３の対応位置には、蓋部６３、６３が、それぞれ嵌入されている。
底面板７３の蓋部６３の中心軸と同心円上、９０度ずつずれた位置に、高圧空気の排気口、或いは水蒸気のドレンとして作用するスートブロー排出口７３ａ（２箇所）が形成されている。

スートブロー排出口７３ａの図示上方の位置（洗浄位置）には、リング状の洗浄管６８が設置される。洗浄管６８のリング部には、例えば、各々３個のノズル６８ａが設置され、その直下に位置する第１の蓄熱体６４の全表面を覆うように高圧空気又は水蒸気等Ｇを噴出させることができ、第１の蓄熱体６４の付着物を吹き飛ばすように洗浄することができるようになっている。すなわち、洗浄管６８、ノズル６８ａ等により洗浄装置が構成されている。洗浄管６８の他端部は、外部の、図示しないコンプレッサ等の高圧空気源または水蒸気源等に接続している。

厚肉円盤７４には、その径が胴部６１の内径に等しい円形の穴が円周上等間隔に４箇所穿たれており、各穴をうめるようにハニカム構造の第１の蓄熱体６４が嵌め込まれている。
回転軸７５は、厚肉円盤７４の中心に、厚肉円盤７４に垂直に立設され、電動モータ等の駆動機構７６に接続して、厚肉円盤７４を底面板７３と摺動させつつ回転させる。すなわち、回転軸７５及び駆動機構７６等により駆動手段が構成され、厚肉円盤７４、回転軸７５及び駆動機構７６等により移動装置が構成されている。

次に、熱交換器６、６の使用方法の詳細を説明する。
通常の運転状態においては、各熱交換器６の胴部６１及び第２の蓄熱体６５、第１の蓄熱体６４、蓋部６３が連通するようにそれぞれ配置される。すなわち、排ガスが配管６ａから流入すると、排ガスは、通常の運転状態においては、第１の蓄熱体６４、第２の蓄熱体６５をこの順序で通過して配管６ｂより四方切換弁１１（図１参照：図５、図６に図示せず）へ流れることになる。

この状態で、炉体１２（図１参照：図５、６中には図示せず）の運転を行うと、前述のように一対の熱交換器６、６に交互に炉体１２から発生する高温かつフライアッシュを多量に含む排ガスが流入するので、フライアッシュが、蓄熱体に付着し、差圧が上昇する。このとき、排ガスは常に配管６ａから配管６ｂ方向へ流れるので、第１の蓄熱体６４は常に、排ガスの流れに沿って上流側にあり、従って、付着物の殆どが第１の蓄熱体６４に付着する。

ここで、回転軸７５を、図６の矢印Ａ方向に９０度回転させる。すると、洗浄による再生処理済の第１の蓄熱体６４が、容器６０内に嵌装されることになり、この新たな蓄熱体６４が、熱交換器６の胴部６１及び第２の蓄熱体６５、蓋部６３と連通し、排ガスは、再生された第１の蓄熱体６４、第２の蓄熱体６５を通過して流れることになる。新しい第１の蓄熱体６４にはフライアッシュ等は付着していないので、差圧は解消し、運転が継続できる。

一方、フライアッシュ等の付着した各熱交換器６の第１の蓄熱体６４はそれぞれ洗浄管６８の真下に位置する洗浄位置に移動するので、ノズル６８ａから、高圧空気又は水蒸気等Ｇをスートブローすることにより各蓄熱体６４の付着物を除去し、再び使用することが可能になる。このとき、高圧空気、水蒸気または水蒸気が凝縮してできる水等は、各スートブロー排出口７３ａを通じてそれぞれ排出される。

以上の操作の繰り返しにより、各熱交換器６、６の蓄熱体のフライアッシュ等の付着による差圧上昇を解消しつつ連続して固体燃料の炉体１２の運転を継続することができる。
なお、本実施形態の熱交換器６は、縦置きでも、横置きでもよい。また、蓄熱体はいずれもハニカム構造物としたが、第１の実施形態のぺブル蓄熱体を、両側を多孔板で挟み込む構造として第１、第２の蓄熱体のいずれについても使用することが可能である。さらに配管６ａにはサイクロン等の除塵装置を接続し、排ガス中のフライアッシュ等を予めある程度取り除いておくこととしてもよい。

次に、本発明に係る熱交換器の第４の実施形態を説明する。
第４の実施形態においても高温空気燃焼システムの構成と運転方法は、すでに説明した同システムと同様であるので説明を省略する。
第４の実施形態における熱交換器８の容器８０は、胴部８１と、蓋部８２、８３とから構成され、胴部８１内には、第１の蓄熱体８４と、ハニカム構造の第２の蓄熱体８５とが嵌入されている。これらは、第１の蓄熱体８４を除き、第１の実施形態の熱交換器２とほぼ同様の形状、構造を有するので説明を省略する。

第１の蓄熱体８４は、第２の蓄熱体８５より長さは短いが、第２の蓄熱体８５と同様の形状、構造を有するハニカム構造のもので、第２の蓄熱体８５との間に空間部８７を介して胴部８１の排ガスの流れ方向から見て上流側に嵌入、固定されている。
空間部８７には、胴部８１を貫いて洗浄管８８が配設され、洗浄管８８の胴部８１内の先端部は、胴部８１断面に沿ってリング部を形成し、リング部には、ノズル８８ａが、洗浄面全域をカバーできる個数、例えば３個配設されている。ノズル８８ａは、いずれも第１の蓄熱体８４の方向を指向しており、洗浄管８８に高圧空気又は水蒸気等（洗浄ガス）Ｇを送り込むことにより、ノズル８８ａから放たれた高圧空気又は水蒸気等が第１の蓄熱体８４に付着したフライアッシュ等の付着物Ｆを除去することができるようになっている。すなわち、洗浄管８８及びノズル８８ａ等により洗浄装置が構成されている。

洗浄管８８の他端は、図示しない、コンプレッサ等の高圧空気源または水蒸気源に接続されている。次に熱交換器８の使用方法の詳細を説明する。
炉体１２（図１参照：図７中には図示せず）の運転に伴ない、熱交換器８の差圧が上昇する。このときも、炉体１２からの排ガスの流れに沿って第１の蓄熱体８４が上流側にあるので、フライアッシュ等の殆どは第１の蓄熱体８４に付着している。ここで、熱交換器８が、配管８ｂから燃焼用空気を取り入れて炉体１２へ流すタイミングを捉えて、洗浄管８８に、高圧空気又は水蒸気等Ｇを送り込み、第１の蓄熱体８４の付着物Ｆ（フライアッシュ等）を炉体１２方向に吹き飛ばして、燃焼用空気とともに炉体１２に戻す。このため、フライアッシュ等を、その付着の殆どない第２の蓄熱体８５にまで押し入れてしまうことなく、除去することができる。

なお、本実施形態の熱交換器８は縦置きでも横置きでもよく、配管８ａにはサイクロン等の粉塵除去装置を設置してもよい。

本発明の第１の実施形態を示すシステムの模式図である。 本発明の第１の実施形態を示す熱交換器の一部切り欠き断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す熱交換器の模式図である。 本発明の第２の実施形態の１変形例を示す熱交換器の模式図である。 本発明の第３の実施形態を示す熱交換器及びケーシングの概略断面図である。 図５のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第４の実施形態を示すシステムの模式図である。 熱交換器の蓄熱体内部での付着物の分布を示すグラフである。

符号の説明

２、３、４、５、６、８ 蓄熱式熱交換器
２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、８ａ 配管
１１ 四方切換弁（切換装置）
１２ 炉体（工業炉等燃焼装置）
１３ 供給装置
１４ 搬出装置
１５ 排ガス処理システム
１６ 給気システム
２０、３０、４０、５０、６０、８０ 容器
２０ａ 一端口
２０ｂ 他端口
２１ａ 投入口
２１ｂ 排出口
２４、３４、４４、５４、６４、８４ 第１の蓄熱体
２５、３５、４５、６５、８５ 第２の蓄熱体
２７ａ 空間部
４１ 油圧シリンダ装置（移動装置）
４２ 洗浄管
４２ａ ノズル
６８ 洗浄管
６８ａ ノズル
７４ 厚肉円盤（回転体）
７５ 回転軸（駆動手段）
７６ 駆動機構（駆動手段）
８８ 洗浄管
８８ａ ノズル
Ｇ 高圧空気又は水蒸気等（洗浄ガス）
Ｆ 付着物

Claims (9)

1. 蓄熱体を装填する容器の一端から他端へ燃焼排気ガスを流して蓄熱体を加熱した後、前記他端から一端に燃焼用空気を流し、前記蓄熱体に蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器であって、
   前記燃焼排気ガスの流れ方向から見て容器の上流側に、洗浄又は交換によって再生可能に装填された第１の蓄熱体と、
   該第１の蓄熱体の下流側に装填された第２の蓄熱体とを
   備えることを特徴とする蓄熱式熱交換器。
2. 前記再生すべき第１の蓄熱体を前記容器外に移動させ、再生済みの第１の蓄熱体を容器内まで移動させる移動装置と、
   前記再生すべき第１の蓄熱体を容器外において洗浄する洗浄装置とを
   備えることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱式熱交換器。
3. 前記移動装置は、
   再生すべき第１の蓄熱体と前記再生済の第１の蓄熱体を装填させた回転体と、
   該回転体を駆動して、前記再生をすべき第１の蓄熱体を容器外の洗浄位置に移動させるとともに、洗浄位置にて洗浄された第１の蓄熱体を容器内に移動させる駆動手段とを
   備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱式熱交換器。
4. 前記第１及び第２の蓄熱体間の容器内に配設され、前記第１の蓄熱体に向かって洗浄ガスを噴射する洗浄装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱式熱交換装置。
5. 前記第１の蓄熱体は、セラミックス製のハニカム構造物であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蓄熱式熱交換器。
6. 前記容器は、前記第１の蓄熱体を装填する空間を有し、
   前記空間の下部に設けられた排出口を介して第１の蓄熱体を落下させる排出装置と、
   前記空間の上部に設けられた投入口を介して第１の蓄熱体を投入させる供給装置とを
   備えることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱式熱交換器。
7. 前記空間の上部に設けられた前記投入口を介して投入される前記第１の蓄熱体は未使用のものであることを特徴とする、請求項６に記載の蓄熱式熱交換器。
8. 前記第１の蓄熱体は、
   セラミックス製のぺブルで構成されることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の蓄熱式熱交換器。
9. 少なくとも２つの、請求項１乃至８のいずれかに記載の蓄熱式熱交換器を備え、
   一の熱交換器に炉体からの前記燃焼排気ガスを供給する排気系装置と、
   他の熱交換器を介して燃焼用空気を炉体に供給する給気系装置と、
   各熱交換器への前記排気系装置による燃焼排気ガスの供給及び前記給気系装置による燃焼用空気の供給を交互に切換える切換装置とを
   備えることを特徴とする工業炉、微粉炭焚ボイラ等燃焼装置。

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