JP3007575B2 - 白煙防止用空気加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般廃棄物や産業
廃棄物などのごみを焼却するごみ焼却施設の白煙防止用
空気加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ焼却施設の排ガス処理設備は、ダイ
オキシン対策のため電気集じん器方式からバグフィルタ
方式へと変更され、それに伴って、排ガス処理設備に導
入される排ガスの温度は、濾布の耐熱温度等の制約によ
り、以前の３００℃程度から１７０〜２００℃へと大幅
に低下した。

【０００３】そのため、外気温が低下する時間帯及び季
節には、排ガス中に含有される水分が白煙と化し、周辺
住民のひんしゅくを買うため、ごみ焼却施設には白煙防
止装置が不可欠なものとなった。

【０００４】図５は、従来の白煙防止装置を含むごみ焼
却施設における排ガス及び空気に関する概略フローの一
例を示している。

【０００５】まず、太線で示す排ガスの流れに沿って説
明する。

【０００６】図５において、焼却炉ａ内における水分を
含んだごみの燃焼によって発生した８００〜９５０℃の
排ガスｂ₁ は、ガス冷却装置ｃによって４５０℃前後ま
で冷却された高温の排ガスｂ₂ となり、次いで、余熱利
用設備を構成する燃焼用空気予熱器ｄ₁ 、温水用空気予
熱器ｄ₂ 、及び白煙防止（以下、白防と略称する。）用
空気加熱装置ｅに流入する。この白防用空気加熱装置ｅ
は、複数基（図示例では４基）の空気加熱器ｅ₁ 〜ｅ₄
で構成されている。

【０００７】ここで、排ガスｂ₂ は、燃焼用空気予熱器
ｄ₁ 及び温水用空気予熱器ｄ₂ において、後述の熱交換
を行い、３５０〜４００℃まで温度降下した排ガスｂ₃
となる。

【０００８】続いて、排ガスｂ₃ は白防用空気加熱装置
ｅを通過することにより、さらに１７０〜２００℃まで
減温された排ガスｂ₄ となり、バグフィルタｆに導入さ
れて、１５０〜１８０℃で相対湿度３０〜４０％の中温
多湿の清浄ガスｂ₅ となり、誘引通風機ｇに吸引されて
混合煙道ｈに到達する。

【０００９】次に、細い実線で示す空気の流れに沿って
説明すると、燃焼用空気ｄ₁₁は、押込送風機ｄ₁₂によ
り、図示しないごみピット上部から常温で吸引され、燃
焼用空気予熱器ｄ₁ で昇温された燃焼空気ｄ₁₃となり、
焼却炉ａの下方から炉内に送入される。

【００１０】また、温水用空気予熱器ｄ₂ により加温さ
れた空気ｄ₂₁は、温水用送風機ｄ₂₂によって、温水用空
気予熱器ｄ₂ と温水貯槽ｄ₂₃との間を循環して、温水貯
槽ｄ₂₃内の温水を昇温させる。

【００１１】さらに、白防用空気送風機ｅ₅₁によって吸
引された、常温で湿度が低い白防冷空気ｅ₅₂は、白防用
空気加熱装置ｅで加熱されて１６０℃〜１８０℃の中温
低湿の白防温空気ｅ₅₃となって混合煙道ｈに送られ、上
述の中温多湿の清浄ガスｂ₅と混合して、白煙が発生し
ない状態である相対湿度１５〜１７％の清浄排ガスｊと
なり、図示しない煙突から大気中に放出される。

【００１２】ここで、ごみ焼却施設に搬入されるごみの
性状は、ばらつきが多いために、焼却状況は時々刻々と
変化し、各調節機能を働かせても、発生する排ガスｂ₁
の温度及び量を一定にすることはできない。

【００１３】この排ガスｂ₁ の変動の上に、燃焼状況調
節のための燃焼用空気予熱器ｄ₁ の吸収熱量の変動と、
間欠的に増減する温水用空気予熱器ｄ₂ の熱負荷変化が
加わるために、排ガスｂ₂ 、ｂ₃ の温度及びガス量は変
動を続けるのが常である。

【００１４】しかし、バグフィルタｆの耐熱性及び除去
性能の関係から、排ガスｂ₄ のガス量が変動しても、バ
グフィルタｆの入口ガス温度は略一定にする必要がある
ため、ガス冷却装置ｃでの吸収熱量あるいは、白防冷空
気ｅ₅₂の送風量の調節をして対処するようになされてい
る。

【００１５】ここで、余熱利用設備を構成する各空気予
熱器ｄ₁ 及びｄ₂ 、並びに白防用空気加熱装置ｅ内の各
伝熱管の表面温度は、排ガスｂ₁ 〜ｂ₄ に含まれる酸性
物質による低温腐食を防止するために、低温腐食限界温
度である１５０℃以上を保つように設計されている。

【００１６】しかし、以上述べた、排ガス温度の変動
は、時によっては、当初設計時の想定を上回る悪条件と
なり、余熱利用設備以降の各機器、特に白防用空気加熱
装置ｅに低温腐食による損傷を与えることが多い。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図６は、従来の白防用
空気加熱装置ｅの概略構造を示す一部破断の斜視図であ
り、図７は、第１基目の加熱器ｅ₁ の伝熱管ｅ₁₁の位置
関係を示す説明図である。

【００１８】図６及び図７において、前工程の機器から
９０度乃至１８０度転回して、右下側の煙道ｋ₁ から第
１基目の加熱器ｅ₁ に送入される排ガスｂ₃ は、その慣
性により、加熱器ｅ₁ の左側、即ち、図７のＬ側に偏流
し、Ｒ側は希薄状態となって上昇する傾向にあり、以
後、各加熱器ｅ₁ 〜ｅ₄ 内に配設された多数の伝熱管の
外側を通り、次述の熱交換を行いながら次第に降温して
排ガスｂ₄ となり、上部の出口煙道ｋ₂ から図示しない
バグフィルタｆへと送られる。

【００１９】一方、図６の左下方の風道ｍ₁ から加熱器
ｅ₁ に送入される常温の白防冷空気ｅ₅₂は、複数の伝熱
管ｅ₁₁内をほぼ平等に分布して流通し、その過程で外表
面を通過する排ガスｂ₃ により加熱されたのち、リター
ンダクトｍ₂ を経て第２基目の加熱器ｅ₂ に送入され
る。以後、同様の熱交換を行いながら最終段加熱器ｅ₄
から出口風道ｍ₅ に排出されて白防温空気ｅ₅₃となり、
図示しない混合煙道ｈへと送られる（図５参照）。

【００２０】この場合、上述の如く、排ガスｂ₃ が偏流
しているため、加熱器ｅ₁ 内の伝熱管ｅ₁₁管壁温度は、
ＤＬ＞ＤＲ＞ＵＬ＞ＵＲの相対関係となり、また、ｍ₂
側＞ｍ₁ 側となるために、図６において加熱器ｅ₁ の右
上隅に太線で囲う三角錐部分の伝熱管ｅ₁₁の表面温度が
低下することになる。

【００２１】従って、この部分が他よりも腐食しやすい
傾向にあり、特に、夜間操業を停止する准連続炉及び機
械化バッチ炉では顕著であり、補修費が嵩むだけでな
く、性能低下のために冬期間において白煙公害が発生し
やすい。

【００２２】この局部的低温腐食は、前述の温度変動に
より更に加速されるほか、伝熱管表面へのダスト付着堆
積が３０〜５０℃もの管壁温度降下を惹起するため、頻
繁なダスト除去を行うとともに、腐食の起りやすい伝熱
管ｅ₁₁の入口部を、内部挿入または外面装着による２重
管構造とし、後続機器の許す限り、入口排ガス温度を上
昇させる対策が一般的である。

【００２３】しかし、上記２重管構造の場合、管の重複
部を延長するほど腐食速度は低減するものの、実効伝熱
面積が減少するほか、２重管部を通る白防冷空気ｅ₅₂ま
たは排ガスｂ₃ の通気抵抗が増加するため、偏流を起す
だけでなく、外面装着の場合は付着ダストの除去作業が
十分に行えないこと等が重なり、熱交換効率が低下する
という欠点があった。また、排ガス温度上昇は、バグフ
ィルタ方式の場合には余り期待できないという問題があ
った。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
白煙防止用空気加熱装置は、一般廃棄物や産業廃棄物な
どのごみを焼却するごみ焼却施設に備えられ、ごみ焼却
炉から排出される排ガス中に含まれる水分に起因して発
生する白煙を防止する排ガス加熱式の白煙防止用空気加
熱装置において、白煙防止用空気加熱装置への排ガス導
入路に整流部材を設けるとともに、白煙防止用空気加熱
装置を構成する第１基目の空気加熱器の空気入口と空気
出口間もしくは第１基目の空気入口と第２基目の空気出
口間に、空気バイパス通路を設け、被加熱空気の一部を
分流させることにより、排ガス流分布を平均化するとと
もに、第１基目の空気加熱器内伝熱管を昇温させるもの
である。

【００２５】本発明の請求項２記載の白煙防止用空気加
熱装置は、一般廃棄物や産業廃棄物などのごみを焼却す
るごみ焼却施設に備えられ、ごみ焼却炉から排出される
排ガス中に含まれる水分に起因して発生する白煙を防止
する排ガス加熱式の白煙防止用空気加熱装置において、
白煙防止用空気加熱装置を構成する第１基目の空気加熱
器の排ガス流過密部位に整流効果を有する２重管構造の
バイパス管を配置し、該バイパス管によって被加熱空気
の一部を分流させることにより、上記と同様の効果を生
ずるものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２７】図１は、本発明に係る白防（白煙防止）用
空気加熱装置を構成する第１基目の加熱器の概略構造の
一例を示す正面視の断面図であり、図２は同じく側面視
の断面図である。

【００２８】なお、ごみ焼却施設の全体構成及び概略フ
ローは従来技術で述べたものと同様であるため、白防用
空気加熱装置以外の詳細説明は省略する。

【００２９】図１及び図２において、１は複数基が積重
なって構成される白防用空気加熱装置のうち、第１基目
の加熱器であり、この加熱器１は、並行する複数の伝熱
管２と、これら伝熱管２を保持するための対向する２枚
の管板３と、枠組３１及び複数（図示例は前後計８枚を
表示）の伝熱管堆積灰掃除用マンホール３２とで構成さ
れている。

【００３０】工場内機器配置上、図示しない各空気予熱
器の出口から９０度乃至１８０度方向転換させられた煙
道（排ガス導入路）４が、加熱器１の下方に取付けられ
ており、該煙道４の屈曲点には、排ガス５の上昇方向を
矯正するための、複数の整流板（整流部材）４１が配設
されている。

【００３１】一方、上記排ガス流と直交する方向（図２
の左右）には、伝熱管２群内を通過する白防空気６を移
送する風道群７が、各加熱器の空気側を接続するように
配設されており、風道群７は、入口風道７１と、空気バ
イパス通路７２と、バイパス空気量調節用ダンパ７３
と、加熱器１と図示しない次段の加熱器との空気通路を
結ぶリターンダクト７４等とで構成されている。

【００３２】なお、上述した各構成部材のうち外部に露
出する部分は、図示しない保温材により保温されてい
る。

【００３３】次に、以上のように構成された白防用空気
加熱装置の熱交換状況について、まず、太線で示す排ガ
ス５の関係から説明する。

【００３４】多量のダスト及び酸性有害ガスを含有する
４００℃程度の高温の排ガス５は、前段機器から１８０
度方向転換した煙道４を通り加熱器１に送入され、その
慣性により、図１の左側に偏流しようとするが、屈曲点
に配設された複数の整流板４１に誘導されて、ガス流分
布状態が改善され、複数の伝熱管２の外側の空間を、ほ
ぼ垂直に通過して、図示しない次段の加熱器へと上昇す
る。

【００３５】そのため、図６で太線で囲った三角錐部分
の如きガス量不足に起因する伝熱管２の極端な腐食域が
解消される。

【００３６】この排ガス５の流通過程において、排ガス
５中に含有されるダストは、各伝熱管の後背部に付着・
堆積し、成長すれば、伝熱管２の全表面を覆うだけでな
く、清掃が不十分な場合は、伝熱管２相互間に縦方向に
連なる壁を形成するに至る。

【００３７】この付着ダストの影響で、伝熱管２の熱伝
導効率が低下するとともに、伝熱管２の管壁温度が３０
〜５０℃も降下する場合には、低温腐食を惹起するおそ
れがあるために、操業中にマンホール３２を開放して、
図示しない誘引通風機による負圧下で、ハンドランスに
よる堆積灰除去を行うようになされている。

【００３８】この低温腐食対策として、上述のガス流分
布改善と堆積灰除去を行うとともに、次述の空気バイパ
ス方式による管壁温度上昇が図られている。

【００３９】即ち、細線で示す図２の左側から送入され
る常温（３０℃）の白防空気６は、入口風道７１から加
熱器１に送入され、伝熱管２群内で昇温される被加熱空
気６１と、空気バイパス通路７２を流れるバイパス空気
６２とに２分される。

【００４０】ダンパ７３の調節により、上記両空気を等
量にした場合には、表１の計算例に示す如く、被加熱空
気は１４１℃に昇温した中温空気６３となり、右側のリ
ターンダクト７４内で常温のバイパス空気６２と混合さ
れて８５℃の混合空気６４となって、次段の加熱器の伝
熱管内へと送入される。

【００４１】

【表１】

【００４２】上記表１において、本願方式１基目の出口
空気温度１４１℃の下段に示すカッコ書きは、バイパス
空気６２の温度である。

【００４３】以降は、従来の空気加熱装置と同様の熱交
換作業を行って、降温された排ガス５は、図示しないバ
グフィルタへと向い、加熱された白防空気６は、同じく
図示しない混合煙道へと送られる。

【００４４】前述の如く、第１基目の加熱器１における
各伝熱管２の管壁温度は、各位置において異なるが、代
表的な位置の計算例を表２に示す。

【００４５】最も低温腐食が起りやすい排ガス下流側の
空気入口側（図７のＵＲ部）において、従来方式では排
ガスの偏流があって、１７０℃と低温腐食限界１５０℃
に対して、２０℃しか余裕が見られない。

【００４６】それに対して、本願方式の場合、排ガス５
の流量分布が平均化し、伝熱管２を冷却する被加熱空気
６１の流量が半減するため、排ガス上流側で２１３℃、
下流側で２５０℃の管壁温度が保たれ、ダスト堆積時の
最大温度降下５０℃を勘案しても、遙かに安全域での操
業が可能となる。

【００４７】

【表２】

【００４８】図３は、請求項２記載の白防用空気加熱装
置の第１基目の概略構造を示す正面視の断面図であり、
図４は同じく側面視の断面図である。

【００４９】なお、前記請求項１記載の白防用空気加熱
装置と同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、
詳細説明は省略する。

【００５０】図３及び図４において、８１は、排ガス５
が偏流しやすい煙道壁４２側の上部（図７のＵＬ部）の
複数の伝熱管２と置換された１本のバイパス管であり、
残余の伝熱管２群と平行に、管板３に挿入されている。

【００５１】該バイパス管８１は、入口風道７１側が閉
鎖され、リターンダクト７４側が開放された２重管構造
であり、内外管相互の空隙が、内管内を流通する常温の
バイパス空気６２による外管の直接冷却を防止し、排ガ
ス５に接触する外管を低温腐食から守っている。

【００５２】また、バイパス管８１の内部には、バイパ
ス空気６５の量を調整するダンパ８２が設けられ、枠組
３１の外部には、開度調節用の操作ハンドル８３が設け
られている。

【００５３】次に、以上のように構成されたバイパス管
８１を装備した加熱器１の熱交換状況について、請求項
１の構成との差を主にして概説する。

【００５４】前述と同様に、排ガス５はその慣性によ
り、図３の煙道壁４２側に偏流して伝熱管２群間を上昇
しようとするが、左上方にはバイパス管８１が配置され
ているため、右側に軌道を修正し、ガス流分布が改善さ
れる。そのため、図７で太線で囲った三角錐部分の如
き、ガス密度の低下に起因する伝熱管２の極端な腐食域
が解消される。

【００５５】また、白防空気６も前述と同様に、伝熱管
２群内で昇温される被加熱空気６１とバイパス管８１を
通過するバイパス空気６５とに２分されるが、バイパス
管８１が２重管構造であるためにバイパス空気６５は余
り昇温せず、混合空気６７が約９０℃となる程度であ
り、表１及び表２の計算と大差ない結果となる。

【００５６】なお、本実施の形態において、白防用空気
加熱装置は４基構成の物を例示したが、何基構成でもよ
い。

【００５７】また、請求項２記載の白防用空気加熱装置
において、バイパス管８１を１本としたが、本数は何本
でもよく、このバイパス管方式に請求項１記載の白防用
空気加熱装置で設けた整流板４１を併設することで、さ
らに高い整流効果を奏することができる。

【００５８】さらに、図２に仮想線で示す如く、空気バ
イパス通路７２を入口風道７１と第２リターンダクト７
５間に設置することによっても同様な効果を奏すること
ができる。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１又
は２記載の白防用空気加熱装置の構成によって腐食対策
を実施することにより、内部での偏流による局部低温腐
食域を解消するとともに、ごみ焼却施設に適用される排
ガス加熱式の白防用空気加熱装置の宿命ともいえるダス
ト付着による伝熱管の温度低下に起因する低温腐食温度
域を遙に超えた伝熱管壁温度を保持できるために、伝熱
管の寿命を延引することが可能となり、補修費の節減は
勿論、冬期間等における白煙公害の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る請求項１記載の白煙防止用空気加
熱装置を構成する第１基目の加熱器の概略構造の一例を
示す正面視の断面図である。

【図２】本発明に係る請求項１記載の白煙防止用空気加
熱装置を構成する第１基目の加熱器の概略構造の一例を
示す側面視の断面図である。

【図３】本発明に係る請求項２記載の白煙防止用空気加
熱装置を構成する第１基目の概略構造を示す正面視の断
面図である

【図４】本発明に係る請求項２記載の白煙防止用空気加
熱装置を構成する第１基目の概略構造を示す側面視の断
面図である

【図５】従来の白煙防止装置を含むごみ焼却施設におけ
る排ガス及び空気に関する概略フローの一例を示してい
る。

【図６】従来の白防用空気加熱装置の概略構造を示す一
部破断の斜視図である。

【図７】第１基目の加熱器の伝熱管の位置関係を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 第１基目の加熱器 ２ 伝熱管 ４ 煙道（排ガス導入路） ４１ 整流板（整流部材） ６１ 被加熱空気 ７ 風道群 ７２ 空気バイパス通路 ８１ バイパス管

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般廃棄物や産業廃棄物などのごみを焼
   却するごみ焼却施設に備えられ、ごみ焼却炉から排出さ
   れる排ガス中に含まれる水分に起因して発生する白煙を
   防止する排ガス加熱式の白煙防止用空気加熱装置におい
   て、 白煙防止用空気加熱装置への排ガス導入路に整流部材を
   設けるとともに、白煙防止用空気加熱装置を構成する第
   １基目の空気加熱器の空気入口と空気出口間もしくは第
   １基目の空気入口と第２基目の空気出口間に、空気バイ
   パス通路を設け、被加熱空気の一部を分流させることを
   特徴とする白煙防止用空気加熱装置。
2. 【請求項２】 一般廃棄物や産業廃棄物などのごみを焼
   却するごみ焼却施設に備えられ、ごみ焼却炉から排出さ
   れる排ガス中に含まれる水分に起因して発生する白煙を
   防止する排ガス加熱式の白煙防止用空気加熱装置におい
   て、 白煙防止用空気加熱装置を構成する第１基目の空気加熱
   器の排ガス流過密部位に整流効果を有する２重管構造の
   バイパス管を配置し、該バイパス管によって被加熱空気
   の一部を分流させることを特徴とする白煙防止用空気加
   熱装置。