JP2020003136A - 空気加熱装置における配管群の初期導入部近傍の低温腐食の防止方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気加熱室内の結露の生じやすい部位に気流変化部体を配置し、気流変化部材によって変化した気流によって、熱交換管表面の粉塵及び結露の除去・及び低温腐食を防止する空気加熱装置における除塵装置を提供する。【解決手段】燃焼ガスが導入される空気加熱室と、その空気加熱室内に配置されて、所定の縦列間隔及び所定の横列間隔で配管された熱交換管２と、その熱交換管２に付着した塵を除去する除塵装置を備えた空気加熱装置の除塵装置であって、空気加熱室内に燃焼ガスの気流を変化させる金属チェーン４０を配置し、金属チェーン４０によって変化した気流によって熱交換管２に付着した塵の除去を行う構成とし、垂下した金属チェーン４０を上下動させる手段を備えている。【選択図】図９

Description

本発明は空気加熱装置における除塵装置に関し、特に、空気加熱室内の結露の生じやすい部位に気流変化部体を配置し、気流変化部材によって変化した気流によって、熱交換管表面の粉塵及び結露の除去・及び低温腐食を防止する空気加熱装置における除塵装置に関する。

この種の空気加熱装置は、燃焼ガスを通過させる空気加熱室内に多数の熱交換管が一定の縦列間隔及び一定の横列間隔で配管された配管群が設けられ、この配管群を構成する各熱交換管内に流通させた空気を前記燃焼ガスの熱により加熱させるようになっている。
このような空気加熱装置では、燃焼ガスに含まれた粉塵が配管群を構成する熱交換管に付着し、熱交換効率を低下させてしまうという問題あった。
従来、熱交換管に付着した粉塵を除去するための除塵装置としては、例えば、配管群の縦列間隔内を上下方向に通るように垂直部材（紐状体）を設け、この垂直部材を熱交換管の延長方向に往復移動させることにより、熱交換管の側面側に付着した粉塵を掻き取って除去するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。

また、都市ごみ等の廃棄物を焼却する焼却炉から排出された高温の排ガスの熱を回収する廃棄物焼却プラントに於いては、排ガス中に含まれる水蒸気及び硫黄成分が露点温度以下になっている金属表面で凝縮し、硫酸水溶液による低温腐食を引き起こすという問題があった。
この低温腐食を防止するために、熱交換器の熱交換管の鉄皮温度が露点温度以上になるように制御運転が行われている（特許文献２参照）。

特開２００１−２４１８８６号公報 特開２０１１−２３７１３７号公報

しかしながら、特許文献１のように、配管群の縦列間隔内を上下方向に通るように垂直部材を設けたものでは、垂直部材が熱交換管の延長方向に往復移動することによって熱交換管の側面側に付着した粉塵を除去できるが、熱交換管の上面側や下面側に付着した粉塵を除去することができない。
また、特許文献２の技術のように、制御運転するのみでは、空気加熱装置内に温度差が存在するため、露点温度以下となる部位が発生し、十分に低温腐食を防止できないという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空気加熱室内の結露の生じやすい部位に気流変化部体を配置し、気流変化部材によって変化した気流によって、熱交換管表面の粉塵及び結露の除去・及び低温腐食を防止する空気加熱装置における除塵装置を提供することにある。

前記目的を達成するための手段として請求項１記載の発明では、燃焼ガスが導入される空気加熱室と、その空気加熱室内に配置されて、所定の縦列間隔及び所定の横列間隔で配管された熱交換管と、その熱交換管に付着した塵を除去する除塵装置を備えた空気加熱装置の除塵装置であって、空気加熱室内に燃焼ガスの気流を変化させる気流変化部材を配置し、気流変化部材によって変化した気流によって熱交換管に付着した塵の除去を行う構成とした。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の空気加熱装置における除塵装置において、空気加熱室内の熱交換管の近傍に金属チェーンを配置したことを特徴とする。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の空気加熱装置における除塵装置において、空気を導入する配管群の初期導入部近傍に沿って金属チェーンを垂下させたことを特徴とする。

請求項４記載の発明では、請求項３記載の空気加熱装置における除塵装置において、垂下した金属チェーンを上下動させる手段を備えたことを特徴とする。

本発明請求項１記載の空気加熱装置における除塵装置では、空気加熱室内に燃焼ガスの気流を変化させる気流変化部材を配置し、気流変化部材によって変化した気流によって熱交換管に付着した塵の除去を行う構成としたので、燃焼ガスの気流または風圧を利用して除塵を行うことができる。

請求項２記載の空気加熱装置における除塵装置では、空気加熱室内の熱交換管の近傍に金属チェーンを配置したので、金属チェーンの入り組んだ形状に燃焼ガスが反射し、多方向から熱交換管に気流が吹き付けられる。

請求項３記載の空気加熱装置における除塵装置では、空気を導入する配管群の初期導入部の近傍に沿って金属チェーンを垂下させたので、低温腐食が発生しやすい部位を効果的に除塵することができる。

請求項４記載の空気加熱装置における除塵装置では、垂下した金属チェーンを上下動させる手段を備えたので、金属チェーンの位置変化に伴い、風圧が変化しながら多方向から燃焼ガスが吹き付け、金属チェーンの周囲全体を効果的に除塵する。

熱交換管・リンクフレーム・除塵装置を示す側面図である。 熱交換管・リンクフレーム・除塵装置を示す正面図である。 空気加熱装置における除塵装置の平面図である。 熱交換管とロッドの配置状態を示す斜視図である。 除塵装置の上部アーム部の拡大正面図である。 除塵装置の下部アーム部の拡大正面図である。 除塵装置の上部アーム部の拡大側面図である。 除塵装置の下部アーム部の拡大側面図である。 チェーン上下アームの作動状態を示す説明図である。 金属チェーンの取付け状態を示す説明図である。 空気加熱装置を備えた焼却施設の説明図である。

本実施例の空気加熱装置１は、図１１に示すように、ごみ焼却施設としてのストーカ炉８０に設けた排ガス冷却・排ガス処理系８１の途中に組み込まれている。
前記ストーカ炉８０は、ごみピット８２に貯留したごみをごみホッパ８３に投入し、燃焼装置下部より空気を供給して、火格子（ストーカ）上で乾燥・加熱し、攪拌・移動させ、燃焼させるようになっている。

前記ストーカ炉８０で燃焼に伴って生じた燃焼排ガスは、再燃焼室８４、燃焼ガス冷却室８５、空気加熱室８６、減温塔８７、集塵装置８８が設けられ、これらの燃焼ガスを順に通過させ、誘引送風機８９を経たのち最終的に排気ガスとして煙突９０から外気へ放出させるようになっている。

前記空気加熱装置１は、図１〜図１０で示すように、多数の熱交換管２が一定の縦列間隔及び一定の横列間隔で配管された配管群１１、１２、１３，１４，１５，１６が空気加熱室８６内に設けられている。
この実施例では、空気加熱室８６内に第１配管群１１、第２配管群１２、第３配管群１ ３、第４配管群１４、第５配管群１５、第６配管群１６とが上下方向に６段に設けられている。
前記第１配管群１１〜第６管群１６は、それぞれ上下に隣接すると共に、縦列間隔及び横列間隔が同一に形成され、第１配管群１１〜第６配管群１６を構成する各熱交換管２の管径・管長も同一に形成されている。

又、図１で示すように、第１配管群１１を構成する各熱交換管２の一端口（右端口）を覆うように送風導入ダクト２０が設けられ、第１配管群１１を構成する各熱交換管２の他端口（左端口） 及び第２配管群 １２を構成する各熱交換管２の他端口（左端口）を跨って覆うように第２連通ダクト２１が設けられ、第２配管群１２を構成する各熱交換管２の一端口（右端口）及び第３配管群１３を構成する各熱交換管２の一端口（右端口）を跨って覆うように第２連通ダクト２２が設けられ、第３配管群１３を構成する各熱交換管２の他端口（左端口） 及び第４配管群１４を構成する各熱交換管２の他端口（左端口）を跨って覆うように第３連通ダクト２３が設けられ、第４配管群１４を構成する各熱交換管２の一端口（右端口）及び第５配管群１５を構成する各熱交換管２の一端口（右端口）を跨って覆うように第４連通ダクト２４が設けられ、第５配管群１５を構成する各熱交換管２の他端口（左端口）及び第６配管群１６を構成する各熱交換管２の他端口（左端口）を跨って覆うように第５連通ダクト２５が設けられ、第６配管群１６を構成する各熱交換管２の他端口（右端口）を覆うように排出ダクト２６が設けられている。

そして、前記送風導入ダクト２０に送風機から空気を供給して、その空気を、第１配管群１１→第１連通ダクト２１→第２配管群１２→第２連通ダクト２２→第３配管群１３→第３連通ダクト２３→第４配管群１４→第４連通ダクト２４→第５配管群１５→第５連通ダクト２５→第６配管群１６→排出ダクト２６の順に流通させるようになっている。

前記空気加熱室８６内には、前記再燃焼室８４によって燃焼された後の燃焼ガスが前記燃焼ガス冷却室８５を経て下方から上方に向けて流動するように導入されるもので、この燃焼ガスの熱との熱交換によって前記空気加熱装置1を流通する空気を加熱、その加熱空気を前記ストーカ炉８０の燃焼空気として利用している。
なお、前記空気加熱室８６を通過した燃焼ガスは、空気加熱装置１に供給した空気との熱交換、その後減温塔８７による水噴霧により排ガス温度が低下するため、後続の集塵装置８８へは、温度が低下した状態で燃焼ガスを供給することができる。

空気加熱装置１には、各配管群を構成する熱交換管に付着した粉塵を除去するための除塵装置が設けられている。
この除塵装置は熱交換管上を往復動するスライド体と、そのスライド体を往復駆動するスライド駆動手段と、空気を導入する配管群の初期導入部の近傍に沿って配置された金属チェーン４０と、その金属チェーン４０を吊り下げるチェーン取付ロッド４１と、そのチェーン取付ロッド４１を上下させるチェーン上下アーム４２を備えている。

前記スライド体は金属製丸棒状のロッド３０から構成されている。
このロッド３０は熱交換管２と直交する方向にかけ渡されている。そして、水平方向に並列した熱交換管２の各段の上に配置されている。
ロッドはそれぞれの水平段に所定間隔をおいて４本挿通されている（図３参照）。
ロッドは自重により熱交換管上に載置されており、そのため熱交換管の上側に接した状態とされている。

スライド駆動手段は電動シリンダ３１と、その電動シリンダによって所定のストロークを往復するピストン３２と、そのピストン３２の往復動によって回動する回動軸３３と、その回動軸３３から突設されたアーム３４と、そのアーム３４に連結されたリンクフレーム３５を備えている。
ピストン３２はエアーシリンダ、油圧シリンダによる駆動機構とすることも可能である。
電動シリンダ３１、ピストン３２、回動軸３３、アーム３４は空気加熱装置１の上部及び下部にそれぞれ配置されている。

前記回動軸３３は空気加熱装置内の配管群の上側と下側に配管群と直交方向にかけ渡されている。本実施例では上側及び下側にそれぞれ４本の回動軸３３が配置されている。

前記回動軸３３からは、それぞれ配管群へ向かって３か所にアーム３４が突設されている。すなわち、配管群の左右両端に位置する部位と、配管群の中央に位置する部位にアーム３４が突設されている。
回動軸から突設されたアーム３４はその先端がリンクフレーム３５に連結されており、ピストン３２の往復動を受けてその回転動力をリンクフレーム３５に伝達する。
なお、上方の４本の回動軸のうち空気導入口側の回動軸からは後述するチェーン上下アーム４２が突設されている。

リンクフレーム３５は配管群の上下へかけて垂直方向に配設されており、配管群の左右側面と中央の３か所に配置されている。すなわち、配管群の左右側面と中央の３か所に設けられた一連のリンクフレーム３５が４本の回動軸３３にそれぞれ備えられて、４連リンクフレーム３５のスライド機構を構成している。
リンクフレーム３５の上端及び下端はアーム３４に連結されており、アーム３４の回動に伴って上下動しながら水平方向にスライドする。
リンクフレーム３５の上端はアーム３４に軸支されているが、下端は長孔３６を介してアーム３４に連結されている（図８参照）。このためアーム３４が長孔３６をスライドしてリンクフレーム３５の上下動を許容する。

リンクフレーム３５の中央には長さ方向にわたって長孔３７が形成されている。この長孔３７はＬ型の長鋼材を繋ぎ合わせて中央に長い隙間を形成したものである（図４参照）。
この長孔３７を介してロッド３０が連結されており、ロッド３０の両端は抜けないようにナット３８留めされ、ロッド３０は上下動可能な状態で長孔３７に挟まれている。
このため、ロッド３０は鉛直方向に遊動可能とされ、ロッド３０の自重が熱交換管２の上に掛かり、ロッド３０が熱交換管２の上に接した状態とされている。
なお、長孔３７の形成方法としては、長鋼材に切削加工を施して長孔を形成することも可能である。

本実施例では気流変化部材として金属チェーン４０を採用している。
金属チェーン４０は楕円形の金属環を直列につなぎ合わせて形成した長尺物であり、第１配管群の縦列間隔内を上下方向に通過して垂下配置されている(図９、図１０参照)。
金属チェーンの下端にはシャックルを介して錘４３が付けられ、風圧に抗する重量が付与されている。
本実施例では左右の縦列７本の配管群に対して、その縦列間隔内にそれぞれ６本の金属チェーン４０が通過配置されている。
この金属チェーン４０は空気が導入される第１配管群１１の初期導入部の近傍に沿って配置されている。つまり、空気入口部分の空気加熱室８６内の壁面に近接した位置に吊り下げられている。
金属チェーン４０と熱交換管２及び壁面との距離は数ｃｍ程度の距離を置いて配置されるが、この距離については装置の規模等に応じて適宜設定される。
この金属チェーン４０が配置される部位は空気が導入されるところであるために、熱交換管２及び壁面が常に低温状態にあり、低温腐食が発生しやすい部位である。

チェーン取付けロッド４１は、空気加熱室８６の壁面に固定された係止金具４４に係止され、第１配管群１１の空気入口上方に水平方向に掛け渡されている。
チェーン取付けロッド４１にはシャックルを介して左右にそれぞれ６本の金属チェーン４０が取り付けられている。
前記係止金具４４は空気加熱室内の壁面の２箇所に設けられて、チェーン取付けロッド４１の左右２箇所を係止している。
係止金具４４はＵ字型の上下スライド孔４５を有しており、このスライド孔４５をチェーン取付けロッド４１が上下動できるよう係止されている。
本実施例ではチェーン取付けロッド４１が５ｃｍ程度、スライド孔を上下する。

チェーン上下アーム４２は空気導入部側の回動軸の両端及び中央の３箇所に突設されている。
チェーン取付けロッド４２は回動軸３３とほぼ同一高さに平行に配置されており、チェーン上下アーム４２は回動軸３３の回転に伴って直下から水平位置まで略９０度回転する。
チェーン上下アーム４２が水平方向に達すると、チェーン上下アーム４２の先端部分が、チェーン取付けロッド４１に接触して、チェーン取付けロッド４１の下側を持ち上げるように機能する。
チェーン取付けロッド４１の上下動は、上述したスライド駆動機構と連動しており、回動軸３３の回動・リンクフレーム３５の移動と連動して、チェーン上下アーム４２の先端部分がチェーン取付けロッド４１を持ち上げる。

次に本発明の作用を説明する。
電動シリンダ３１を作動させると同期して上下のピストン３２がスライドし、これに伴い４本の回動軸３３が回動する。
回動軸３３にはそれぞれアーム３４が突設されているので、このアーム３４がリンクフレーム３５をスライドさせる。
このとき、アーム３４は円弧を描いて回動するので、この回動軌跡に従ってリンクフレーム３５が上下動しながらスライドする。
リンクフレーム３５には長孔３７を介してロッド３０が連結されているので、ロッド３０は熱交換管２の上に載った状態でスライドし、ロッド３０の自重により粉塵が掻きとられるように除去される。
熱交換管２の水平段には各４本のロッド３０が配置されているので、それぞれ４本のロッド３０が所定の領域をスライドして効率的に粉塵を除去する。
リンクフレーム３５自体が上下動しながらスライド体（ロッド３０）をスライドさせるので、スライド体（ロッド３０）とスライド駆動手段の連結部分の粉塵も除去され、スライド体（ロッド３０）の自重が熱交換管上に掛かった状態が維持される。
ロッド３０はリンクフレーム３５に挟まれた状態とされているが、固定されてはいないため、ロッド３０の装着取り付けが容易であり、装置の長期運転や熱によっても歪みを生じにくく、取り付け位置誤差修正等の手間が省略される。

空気加熱室８６の作動中は、空気が送風導入ダクト２０から第１配管群１１の各熱交換管２の左端口から導入されるため、入口部分の熱交換管及び壁面が低温となる。
空気加熱室８６内では露点以下になると水蒸気が結露し、排気ガス中の硫黄成分と反応して硫酸水溶液を発生するおそれがある。
本実施例では、空気の初期導入部の近傍に沿って金属チェーンを垂下させているので、空気加熱室８６内を通過する燃焼ガスが金属チェーン４０に反射し、多様な角度から気流を吹き付け、熱交換管２の周囲及び壁面の粉塵と結露を除去する。
また、金属チェーン４０はスライド駆動手段と連動し、ロッド３０が熱交換管上を除塵すると同時に、チェーン上下アーム４２が金属チェーン４０を上下させるので、風圧が変化しながら多方向から燃焼ガスを吹き付け、第１配管群１１の空気入口周囲全体を効果的に除塵する。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲における設定変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例ではスライド体としてロッド３０を採用したが、スライド体の形状は特に限定されるものではなく、他の形状を採用することも可能である。
また、スライド体は設けない場合であっても本発明に含まれる。すなわち気流変化部材（金属チェーン４０）を設ける構成であれば本発明に含まれる。
また、前記実施例では気流変化部材として金属チェーン４０を採用したが、気流変化部材としてはこの他、金属片あるいは金属片をつなぎ合わせて長尺状としたものを使用することもできる。さらに、気流変化部材として気流ガスを反射あるいは変化させる機能を有するものを採用する構成であれば本発明に含まれる。
そして、前記実施例ではスライド駆動手段に連動して気流変化部材（金属チェーン４０）が上下動する構成としたが、気流変化部材（金属チェーン４０）を上下動させる構成としては他の機構を採用する場合であっても本発明に含まれる。

１ 空気加熱装置
２ 熱交換管
１１ 第１配管群
１２ 第２配管群
１３ 第３配管群
１４ 第４配管群
１５ 第５配管群
１６ 第６配管群
２０ 送風導入ダクト
２１ 第１連通ダクト
２２ 第２連通ダクト
２３ 第３連通ダクト
２４ 第４連通ダクト
２５ 第５連通ダクト
２６ 排出ダクト
３０ ロッド
３１ 電動シリンダ
３２ ピストン
３３ 回動軸
３４ アーム
３５ リンクフレーム
３６ 長孔
３７ 長孔
３８ ナット
４０ 金属チェーン
４１ チェーン取付ロッド
４２ チェーン上下アーム
４３ 錘
４４ 係止金具
４５ スライド孔
８０ ストーカ炉
８１ 排ガス処理系
８２ ごみピット
８３ ごみポッパ
８４ 再燃焼室
８５ 燃焼ガス冷却室
８６ 空気加熱室
８７ 減温塔
８８ 集塵装置
８９ 誘引送風機
９０ 煙突

本発明は空気加熱装置における配管群の初期導入部近傍の低温腐食の防止方法及び装置に関し、特に、空気加熱室内の結露の生じやすい部位に気流変化部体を配置し、気流変化部材によって変化した気流によって、熱交換管表面の粉塵及び結露の除去・及び低温腐食を防止する空気加熱装置における配管群の初期導入部近傍の低温腐食の防止方法及び装置に関する。

前記目的を達成するための手段として請求項１記載の発明では、燃焼ガスが導入される空気加熱室と、その空気加熱室内に配置されて、所定の縦列間隔及び所定の横列間隔で配管された熱交換管を備えた空気加熱装置において、空気加熱室内の空気を導入する配管群の初期導入部近傍にのみ沿って金属チェーンを垂下させ、垂下した金属チェーンを上下動させながら、金属チェーンに反射して変化する気流を利用して配管群の初期導入部近傍の除塵、結露の除去及び低温腐食を防止する方法とした。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の方法に使用する装置であって、空気加熱室内の空気を導入する配管群の初期導入部近傍に沿って垂下させた金属チェーン、その金属チェーンを上下動させる手段を備えたことを特徴とする。

本発明では、空気加熱室内の熱交換管の近傍に金属チェーンを配置したので、金属チェーンの入り組んだ形状に燃焼ガスが反射し、多方向から熱交換管に気流が吹き付けられる。

本発明では、空気を導入する配管群の初期導入部の近傍に沿って金属チェーンを垂下させたので、低温腐食が発生しやすい部位を効果的に除塵することができる。

本発明では、垂下した金属チェーンを上下動させる手段を備えたので、金属チェーンの位置変化に伴い、風圧が変化しながら多方向から燃焼ガスが吹き付け、金属チェーンの周囲全体を効果的に除塵する。

Claims (4)

1. 燃焼ガスが導入される空気加熱室と、その空気加熱室内に配置されて、所定の縦列間隔及び所定の横列間隔で配管された熱交換管と、その熱交換管に付着した塵を除去する除塵装置を備えた空気加熱装置の除塵装置であって、
   空気加熱室内に燃焼ガスの気流を変化させる気流変化部材を配置し、気流変化部材によって変化した気流によって熱交換管に付着した塵の除去を行う構成とした空気加熱装置における除塵装置。
2. 空気加熱室内の熱交換管の近傍に金属チェーンを配置したことを特徴とする請求項１記載の空気加熱装置における除塵装置。
3. 空気を導入する配管群の初期導入部近傍に沿って金属チェーンを垂下させたことを特徴とする請求項２記載の空気加熱装置における除塵装置。
4. 垂下した金属チェーンを上下動させる手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の空気加熱装置における除塵装置。