JP2006275480A - 高温空気加熱器における伝熱管の補修・撤去方法及び伝熱管の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温空気加熱器において外管に欠陥部を生じた伝熱管の簡易的な補修・撤去方法、及び外管の交換が可能な伝熱管の構造を提供する。
【解決手段】 外管に孔あきや亀裂などの欠陥部を生じた伝熱管において、当該欠陥部を筒状の鋼板で覆うとともに、その隙間に耐熱性の充填材を充填することにより、伝熱管を簡易的に補修することができる。また、外管の欠陥部が大きい場合には、当該加熱管を根本で切断して、残存部分の切断面に充填材の底となる治具を挿入した後に、耐熱性の充填材を充填することにより簡易的に撤去することができる。更に、外管が金属製の場合には、根本部分で分離可能な構造とすることにより、欠陥部を生じた外管を容易に交換することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、都市ゴミや産業廃棄物の焼却炉における廃棄物の加熱処理で発生する高温の熱分解ガスの熱エネルギーを空気と熱交換することにより回収して、熱エネルギーの有効利用を図る高温空気加熱器の伝熱管の補修方法等に関するものである。

都市ゴミや産業廃棄物の焼却炉においては、廃棄物の加熱処理炉から発生した高温の熱分解ガスの熱エネルギーを回収して、それを前出の加熱処理炉の加熱源として有効利用するために、その下流側に高温空気加熱器が設けられている。

高温空気加熱器が設置されている燃料溶融炉の断面を図７に示す。

燃焼溶融炉１はＵ字形の形状をしており、上流側が燃焼溶融部２となっており、高温空気加熱器３は下流側に配設されている。燃料溶融部２の頂部には、図示しない加熱処理炉から発生した熱分解ガス４の供給ライン５とバーナー６が設置されており、熱分解ガス４中の燃焼成分はこのバーナー６により１３００℃程度の高温で燃焼されて、溶融スラグ７と高温の燃焼ガス８とを生成する。

この燃焼ガス８は塩素等を含む腐食性のガスであり、１０００℃〜１３００℃の温度をもち、秒速２ｍ〜３ｍの速度で高温空気加熱器３に向かって流れ、その内部に配置されている伝熱管９を介して被加熱空気１５と熱交換される。

このようにして高温空気加熱器３により高温の空気として回収された熱エネルギーは、熱分解ガス４を生成する上流の加熱処理炉に戻されて加熱源として再利用される。

また、高温空気加熱器３を構成する伝熱管９は、図８に示すように、伝熱外管１３と伝熱内管１４からなる二重管構造となっており、伝熱外管１３の先端部１７は半球状に加工されている。

伝熱管９の他端は、燃焼溶融炉１の外部で片持ち式に固定されており、燃焼溶融炉１の外壁１１に設けられた貫通孔１２を介して、図９に示すように、数十本を一単位として燃焼溶融炉１内へ突出して配置されている。

このように配置された伝熱管９において、伝熱外管１３と伝熱内管１４の間隙部１３ａを流れる被加熱空気１５が、燃焼ガス８との熱交換により加熱され、その加熱された空気１６は伝熱内管１４の内部１４ａを通じて回収される。（特許文献１を参照。）

従って、伝熱管９は横方向から腐食性の高温の燃焼ガス８が吹き付けることになるため、ほとんどの伝熱管９の伝熱外管１３は高温で耐腐食性を有するセラミックス系の材質で製作されるが、強度が必要とされる一部の伝熱管９には金属製の伝熱外管１３が採用されている。

ここで、伝熱外管１３がセラミックス製の場合には、金属製のものに比べて熱伝導性が劣るため、熱衝撃に弱く損傷しやすいという欠点がある。

また、伝熱外管１３が金属製の場合については、前述のように、高温で腐食しやすいという欠点がある。

従って、これらの損傷の程度が進んで、伝熱外管１３の内部にまで達する孔あきや亀裂（以下、欠陥部という。）が生じるような場合には、高温空気加熱器３の熱回収の効率が低下するとともに、溶融加熱炉１内に流出した被加熱空気１５により炉内の高温雰囲気が損なわれてしまうことになる。

そのため、伝熱外管１３に欠陥部２０を生じた伝熱管９については、補修、撤去又は交換する必要がある。
特開２００３−２１４７９号公報

しかし、上述のように伝熱管は数十本を一単位として空気加熱器に設置されているため、交換が必要な伝熱管がたとえ１本であっても、高温空気加熱器全体を溶融加熱炉から引き出して解体しなければならず、交換作業が大がかりなものとなり、期間と費用を要するものとなっていた。

また、上記の補修作業の間は、溶融加熱炉の運転を停止しなければならず、廃棄物の効率的な処理を行う上で妨げとなっていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、欠陥部を生じた伝熱外管の簡易な補修又は撤去方法、及び伝熱外管を交換可能とする構造を有する加熱管を備えた高温空気加熱器を提供するものである。

上記の目的を達成するための本発明に係る高温空気加熱器における伝熱管の補修方法は、金属製の内管と、前記内管の外周に空間を有して同軸に配置された外管とからなる伝熱管を高温ガスの雰囲気中に外壁の貫通孔から突出して配置し、前記外管を介して前記高温ガスと熱交換することにより前記内管内を流れる空気を加熱する高温空気加熱器における前記外管に生じた孔あき、亀裂等の欠陥部を補修する方法であって、前記欠陥部の外面を覆うように筒状の鋼板を前記外管の外周に密着して固定し、更に前記固定した筒状の鋼板の両端部と前記外管との隙間を断熱材で充填することを特徴とする伝熱管の補修方法である。

このような補修方法により、伝熱外管に生じた欠陥部を簡易的に補修することができる。

また、本発明に係る高温空気加熱器における伝熱管の撤去方法は、前記外管に前記欠陥部を生じた伝熱管の撤去方法であって、前記伝熱管を径方向に切断し、切断後に前記高温空気加熱器に残存している伝熱管の切断面より筒状又は円盤状の治具を挿入して固定し、前記固定した治具と切断面とにより区画された空間に断熱材を充填することを特徴とする伝熱管の撤去方法である。

このような撤去方法により、伝熱外管に高温空気加熱器の熱回収効率等に影響を与えるような欠陥部を生じた伝熱管を、簡易的に撤去することができる。

更に、本発明に係る伝熱管の交換可能な高温空気加熱器は、金属製の内管と、前記内管の外周に空間を有して同軸に配置された金属製の外管とからなる伝熱管を高温ガスの雰囲気中に外壁の貫通孔から突出して配置し、前記外管を介して前記高温ガスと熱交換することにより前記内管内を流れる空気を加熱する高温空気加熱器であって、前記外管は前記貫通孔の内側付近で２つに分離するように着脱自在に固定されていることを特徴とする高温空気加熱器である。

上記のように、本発明により、伝熱外管に欠陥部を生じた伝熱管を簡易的に補修、撤去又は交換できるため、作業に要する期間と費用を低減でき、かつ、廃棄物の効率的な処理を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、伝熱外管１３に生じた欠陥部２０が空気加熱器３の熱回収効率等に大きな影響を与えない程度の大きさである場合には、当該欠陥部を補修して、伝熱管の寿命を延長することがコストの合理化の点から望ましい。

従って、当該欠陥部を簡易的に補修する方法について、図１に基づいて説明する。

図１は、伝熱外管に生じた欠陥部を簡易的に補修する場合の伝熱管の断面を示したものである。

伝熱外管１３に生じた欠陥部２０の補修は、補修対象となる伝熱管９が燃焼溶融炉１内に突出したままの状態で、伝熱外管１３の欠陥部２０を十分に覆う幅を有する筒状の鋼板３０を、図１に示すように、外側から密着させることにより行う。

従って、補修作業は、燃焼溶融炉１を停止してその内部から行うこととなるため、高温空気加熱器３を外部へ引き出す等する必要はない。

この筒状の鋼板３０は、伝熱外管１３と同様に、補修後は高温で腐食性の燃焼ガス８にさらされるため、高温においても耐食性があるステンレス鋼などで製作することが望ましい。

更に、伝熱管９内部の雰囲気と密封を保つために、筒状の鋼板３０と伝熱外管１３との間にできるわずかな隙間には、密封性及び耐熱性のある断熱材３１を充填する。

この断熱材３１としては、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア系セラミックス材料、及びセラミックスファイバーなどがある。

このような簡易的な補修方法により、補修に必要な作業を軽減できるため、燃焼溶融炉１の停止期間を大幅に短くすることができるとともに、伝熱管９の寿命を延長できるため空気加熱器３の運転コストの合理化を図ることができる。

また、密封性をより向上させるために、あらかじめ欠陥部２０に密封栓３２を嵌入してもよい。

この場合には、図２に示すように、不連続な形状となっている欠陥部２０の周囲を密封栓３２の形状に合わせるように機械的に加工してから密封栓３２を嵌入した後に、その上から筒状の鋼板３０を固定するという補修方法となる。

この密封栓３２の材質については、熱膨張差による破損を防止する観点から、伝熱外管１３と同じ材質であることが望ましい。

次に、伝熱外管１３の欠陥部２０が、高温空気加熱器３の熱回収効率等に大きな影響を与えるような大きさに進展しているような場合には、当該伝熱管９を撤去又は交換する必要がある。

本発明に係る伝熱管の撤去方法を、図３に基づいて説明する。

図３は、伝熱管９の撤去方法の手順を示したものである。

まず、欠陥部２０が生じた部分から伝熱管９の保持部分がある方向に向かって適当な位置において伝熱管９を径方向に切断して、欠陥部２０がある方の伝熱管９ａを撤去する。（第一工程）

次に、伝熱管の残存部分９ｂの切断面４０からその内部へ治具４１, ４２を挿入する。この治具４１, ４２は、後述する充填材４３の底部を形成するためのものであり、伝熱外管１３と伝熱内管１４の間隙部１３ａに対しては図４（ａ）のようなリング状の、伝熱内管１４の内部１４ａに対しては図４（ｂ）のような椀状の形状をしており、両者ともその断面はＣ字形の形状をしている。そのため、伝熱管９内へ挿入されたときには、このＣ字形が径方向につぶされることによる反発力（弾性力）により内部に固定することができる。（第二工程）

なお、これらの治具４１, ４２については、耐熱性に優れているステンレス鋼などで製作することが望ましい。

最後に、切断面４０から伝熱管９内部へ密封性及び耐熱性のある断熱材４３を充填する（第三工程）。

これにより、伝熱管の残存部分９ｂが密封されることになり、伝熱管の撤去後においても溶融加熱炉１を運転することができる。

なお、断熱材４３については、補修方法の場合と同様に、アルミナ、シリカ、ジルコニア系セラミックス材料、及びセラミックスファイバーなどの材料がある。

また、本発明に係る伝熱管の交換が可能となる高温空気加熱器について、図５に基づいて説明する。

図５は、本発明に係る伝熱管の構造断面を示したものである。

伝熱管９の貫通孔１２付近の内側位置において、伝熱外管１３を着脱自在に分離できるようになっている。ここでは、着脱自在の部分Ａについて、伝熱外管１３が分離部分１３ｃと固定部分１３ｄとの２つに分離できるようになっている。

この着脱自在部Ａの構造については、例えば、図６（ａ）のように互いに嵌合５０するものや、図６（ｂ）のように互いに螺合５１するものなどがある。

なお、この交換可能な構造については、着脱自在部Ａにおける強度の観点から、伝熱外管１３が金属製である場合に限られる。

このように、伝熱管９が伝熱外管１３の交換が可能となる構造を取ることにより、分離部分１３ｃに欠陥部２０が生じた伝熱外管１３を容易に交換することができるため、伝熱内管１４の寿命を延長できるとともに、伝熱外管１３の交換作業に係る期間と費用の合理化を図ることができる。

本発明に係る伝熱外管の補修方法の説明図である。 伝熱外管の欠陥部の密封方法の一例である。 本発明に係る伝熱外管の撤去方法の説明図である。 伝熱外管の撤去方法に係る治具の構造図である。 本発明に係る分離可能な伝熱外管の構造断面図である。 伝熱外管の着脱自在部の例である。 燃焼溶融炉の断面図である。 伝熱管の構造断面図である。 高温空気加熱器における伝熱管の配置を示したものである。

符号の説明

1 燃焼溶融炉
2 燃料溶融部
3 高温空気加熱器
４ 熱分解ガス
５ ガス供給ライン
６ バーナー
７ 溶融スラグ
８ 燃焼ガス
９ 伝熱管
９ａ 欠陥部が生じた伝熱管部分
９ｂ 切断後に残存する伝熱管部分
１０ スラグ排出口
１１ 燃焼溶融炉外壁
１２ 貫通孔
１３ 伝熱外管
１３ａ 伝熱外管と伝熱内管の間隙部
１４ 伝熱内管
１４ａ 伝熱内管の内部
１５ 被加熱空気
１６ 加熱空気
１７ 伝熱管先端部
１８ 伝熱外管保持部
１９ 被加熱空気供給ライン
２０ 欠陥部
３０ 筒状の鋼板
３１ 隙間部の断熱材
３２ 密封栓
４０ 切断面
４１ 伝熱外管と伝熱内管の間隙部用の治具
４２ 伝熱内管の内部用に治具
４３ 切断部の断熱材
５０ 嵌合構造
５１ 螺合構造

Claims (3)

1. 燃焼溶融炉内を流れる高温ガスの雰囲気中に複数の伝熱管を前記燃焼溶融炉の壁面に設けられた貫通孔から突出させて前記高温ガスとの熱交換により前記伝熱管内を流れる空気を加熱する高温空気加熱器における前記伝熱管の補修方法であって、
   前記伝熱管は金属製の内管と、前記内管の外周に空間を有して同軸に配置された外管と、から構成され、
   前記外管に生じた孔あき、亀裂等の欠陥部の外面を覆うように筒状の鋼板を前記外管の外周に密着して固定し、
   更に前記固定した筒状の鋼板と前記外管との隙間を断熱材で充填することを特徴とする伝熱管の補修方法。
2. 燃焼溶融炉内を流れる高温ガスの雰囲気中に複数の伝熱管を前記燃焼溶融炉の壁面に設けられた貫通孔から突出させて前記高温ガスとの熱交換により前記伝熱管内を流れる空気を加熱する高温空気加熱器における前記伝熱管の撤去方法であって、
   前記伝熱管は金属製の内管と、前記内管の外周に空間を有して同軸に配置された外管と、から構成され、
   前記外管に生じた孔あき、亀裂等の欠陥部の軸方向近傍で前記伝熱管を径方向に切断し、
   前記高温空気加熱器に残存している伝熱管の切断面から前記残存している伝熱管内の空隙を閉止する治具を挿入して固定し、
   前記固定した治具と切断面とにより区画された空間に断熱材を充填することを特徴とする伝熱管の撤去方法。
3. 燃焼溶融炉内を流れる高温ガスの雰囲気中に複数の伝熱管を前記燃焼溶融炉の壁面に設けられた貫通孔から突出させて前記高温ガスとの熱交換により前記伝熱管内を流れる空気を加熱する高温空気加熱器であって、
   前記伝熱管は金属製の内管と、前記内管の外周に空間を有して同軸に配置された金属製の外管と、から構成され、
   前記外管は前記貫通孔の付近で２つに分離するように着脱自在に固定されていることを特徴とする高温空気加熱器。

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