JP4127886B2 - 給気流加熱装置及び給気流加熱方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給気流加熱装置及び給気流加熱方法に関するものであり、より詳細には、比較的低温の気流を高温に加熱し、高温気流を導入すべき燃焼炉又は燃焼設備等の高温気流導入装置に対して高温の加熱給気流又は予熱給気流を供給する給気流加熱装置及び給気流加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物焼却炉、廃棄物ガス化溶融炉、ボイラー、廃熱回収ボイラー、加熱炉又は石炭ガス化炉等の各種燃焼炉又は燃焼設備が、公共施設、或いは、発電施設又は石油化学プラント等の種々の業種の事業設備において実用に供されている。この種の燃焼炉又は燃焼設備は、一般に、燃焼用空気を燃焼炉の燃焼領域に供給する給気装置又は給気設備を有し、給気装置又は給気設備は、例えば、燃焼排ガスの廃熱等を利用した熱交換装置、或いは、燃焼用空気を予燃焼又は予熱する予燃焼装置又は予熱装置等の給気加熱装置を備える。給気加熱装置は、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼領域における燃焼効率を改善すべく、導入外気又は燃焼用空気を適当な温度に加熱又は予熱し、所望の温度に昇温した高温給気流又は燃焼用予熱空気流をバーナ等の燃焼装置又は火炎帯形成装置に給送する。
【０００３】
図２８は、この種の給気加熱装置を備えた廃棄物ガス化溶融炉の全体構成を例示する概略フロー図である。
廃棄物ガス化溶融炉を構成する燃焼炉６は、強制給気ファン１０２及び給気加熱装置１０１を備えた給気系に連結されるとともに、燃焼排ガス冷却装置７１、排煙処理システム７２及びスタック７３を含む排気系７に接続される。排煙処理システム７２は一般に、集塵装置及び排煙脱硝装置等の一連の排ガス処理装置を備える。燃焼炉６の炉内燃焼領域は、溶融廃棄物流動領域６１を下部域に備えた溶融炉領域６０と、溶融炉領域６０の上方域に配置された上部二次燃焼領域６２とを有する。
燃焼炉６は更に、産業廃棄物等の廃棄物を溶融炉領域６０内に投入可能な廃棄物投入口６３と、コークス等の補助燃料及び石灰石等の補助資材を溶融炉領域６０内に投入可能な副資材投入口６４とを備える。廃棄物投入口６３は、廃棄物シュート６５及び給塵機（図示せず）を介して、廃棄物搬送装置６６に連結され、副資材投入口６４は、副資材搬送装置６７を介して、コークス供給設備及び石灰石供給設備を備えた副資材供給装置（図示せず）に連結される。
【０００４】
溶融炉領域６０には、廃棄物投入口６３及び副資材搬送装置６７の下方域に配置された複数段の羽口５０、５１、５２が配設され、溶融廃棄物流動領域６１に配置された主羽口５０は、予熱空気給送路ＨＡを介して給気加熱装置１０１に連結される。給気加熱装置１０１は、外気吸引口１０３及び強制給気ファン１０２を介して導入した外気を予燃焼又は一次燃焼させ、予熱空気給送路ＨＡを介して、高温の燃焼用予熱空気流を主羽口５０に供給する。
このような構造形式の給気加熱装置を使用した給気予熱方式の燃焼装置又は燃焼設備では、予燃焼空気の含有酸素濃度又は空気比が給気加熱装置における予燃焼又は一次燃焼により低下する。かかる含有酸素濃度の低下を補償し、所望の燃焼特性を燃焼炉において確保するために、例えば、上記形式の給気加熱装置１０１は、予熱空気給送路ＨＡに接続された酸素供給管路１０４を備える。酸素供給管路１０４は、酸素ボンベ等を備えた酸素供給源１０５に連結され、酸素供給源１０５は、予熱空気給送路ＨＡの予熱空気流に対して所定流量の酸素（Ｏ2)を補充する。
【０００５】
かかる酸素供給設備の配設又は設置により、燃焼炉又は燃焼設備の初期建設費用が高騰するばかりでなく、燃焼炉又は燃焼設備の維持管理が煩雑化してしまう。しかも、この種の酸素供給設備は、高価な酸素ボンベ等の酸素供給源を定期的に補充せざるを得ず、定常的な酸素供給設備の維持管理を要し、従って、燃焼炉又は燃焼設備の運転又は稼働に伴う運転費用及び維持管理費用が高額化してしまうことから、燃焼炉又は燃焼設備の運転及び維持管理を長期に亘って継続する上で望ましくない。
【０００６】
他方、燃焼装置に対する給気流を高温に予熱し得る高速切換式又は高周期切換式の蓄熱型熱交換システムが、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に開示されている。本願出願人の開発に係る切換式蓄熱型熱交換システムは、多数の狭小流路を備えたハニカム構造の蓄熱体を有し、該蓄熱体は、極めて高い温度効率及び容積効率を発揮する。高温の燃焼排ガス及び低温の燃焼用給気流は、ハニカム型蓄熱体を短時間に交互に流通し、給気流は、ハニカム型蓄熱体を介してなされる燃焼排ガスとの直接的な熱交換により、８００℃を超える極めて高温に予熱される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の蓄熱型熱交換システムは、低温給気流と効率的に熱交換可能な顕熱を十分に保有する高温の燃焼排ガスを要することから、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼工程を経た直後の高温燃焼排ガスをハニカム型蓄熱体に導入せざるを得ない。従って、従来の蓄熱型熱交換システムは、上記廃棄物ガス化溶融炉の如く、高温の燃焼排ガスを容易に使用し得ない燃焼装置の装置全体構成又は使用環境条件においては、極めて採用し難い。しかも、蓄熱型熱交換システムにおけるハニカム型蓄熱体の狭小流路は、ダスト、灰又はフライアッシュ等の塵埃、煤塵又は粉塵等により容易に閉塞し易く、塵埃等のハニカム閉塞要素を含有しない比較的清浄な高温燃焼排ガスをハニカム型蓄熱体に導入しなければならず、従って、塵埃、煤塵又は粉塵等を多量に含む燃焼排ガスを排気し得る燃焼装置等においては、蓄熱型熱交換システムを有効に適用し難い事情がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、常温外気等の比較的低温の空気又はガスを予熱又は加熱し、燃焼炉等の高温気流導入装置に対して加熱給気流を供給する給気流加熱装置及び給気流加熱方法において、給気流の酸素濃度等の諸物性を実質的に変化させることなく、該給気流を高温に予熱又は加熱し得る給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することにある。
本発明は又、高温気流導入装置に供給すべき加熱給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温域に連続的に予熱又は加熱することができる給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するために、本発明は、比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱装置において、上記低温給気流を流通可能な流路を備え、該低温給気流を加熱する熱交換装置と、該熱交換装置を通過した結果として昇温した加熱給気流を第１及び第２給気分流に分流する分流域と、可燃性物質が導入され、該可燃性物質の燃焼反応を生起する燃焼域とを有する給気流加熱装置を提供する。上記熱交換装置、燃焼域及び分流域は、相互連通し、上記第２給気分流は、上記高温気流導入装置に給送され、上記燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、上記熱交換装置を介して排気される。上記熱交換装置は、上記燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、上記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備える。加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する分流域は、 (1) 加熱給気流を加熱給気流給送路に向けて差し向けるように、第１及び第２燃焼域の中心軸線に対して所定角度（α）をなして傾斜して第１及び第２燃焼域から延び且つ相互接続された第１及び第２の中間流路と、中間流路同士の接合部に接続された加熱給気流給送路とから構成されるＹ字形流路形態を有し（請求項１）、 (2) 流体分配作用のために流路内方に突出し且つ加熱給気流給送路の流入開口部と対向する突出部を連通流路に有し（請求項２）、或いは、 (3) 流入開口部と対向し且つ加熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能する流路縮小手段を分流手段として備える（請求項３）。
【００１０】
本発明の上記構成によれば、燃焼域に生成した高温ガスは、上記熱交換装置を構成する蓄熱体の流路を通過し、該蓄熱体を加熱する。高温ガスの顕熱を蓄熱体に熱伝導／熱伝達し且つ蓄熱体にて蓄熱する熱交換装置の蓄熱作用により、高温ガスの流体温度は降温し、他方、蓄熱体に蓄熱した顕熱を低温給気流に対して放熱し且つ該低温気流を加熱する熱交換装置の放熱作用により、低温給気流は加熱され、昇温する。かくして、蓄熱体を介してなされる低温給気流と高温ガスとの熱交換作用により、低温給気流は、高温に加熱ないし予熱される。
【００１１】
本発明は又、比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱方法において、
高温の第１熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記加熱給気流及び／又は第１給気分流の燃焼反応を燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第２熱交換装置に導入し、該第２熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第１加熱工程と、
高温の第２熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記加熱給気流及び／又は第１給気分流の燃焼反応を燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第１熱交換装置に導入し、該第１熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第２加熱工程とを有する給気流加熱方法を提供する。上記第１加熱工程及び第２加熱工程は、所定の時間間隔にて交互に切換えられ、上記低温給気流は、継続的に高温加熱される。
【００１２】
他の観点より、本発明は、上記構成の給気流加熱装置を並列に複数配置してなる給気流加熱システムを提供する。更に他の観点より、本発明は、上記給気流加熱装置を備えたことを特徴とする燃焼炉の燃焼用空気予熱装置、排ガス脱臭装置、タービン排ガスのリパワリング装置、水蒸気加熱装置又は不活性ガス加熱装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の他の好適な実施形態において、上記第１給気分流は、上記燃焼域に導入され、上記可燃性物質は、上記第１給気分流の存在下に燃焼反応を生起し且つ維持する。低温給気流は、初期の含有酸素濃度等の諸物性を実質的に維持するとともに、上記蓄熱体を介してなされる実質的に直接的な熱伝導作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱ないし予熱される。
本発明の他の好適な実施形態によれば、上記加熱給気流が上記燃焼域に導入され、上記可燃性物質は、上記加熱給気流の存在下に燃焼反応を生起し且つ維持する。低温給気流は、上記蓄熱体を介してなされる実質的に直接的な熱伝導作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱ないし予熱され、燃焼域において燃焼反応する。
本発明の好ましい実施形態によれば、給気流加熱装置は、上記低温の給気流を受入可能な給気流導入路と、燃焼排ガスを導出可能な燃焼排ガス導出路と、上記高温気流導入装置に対して第２給気分流を給送する加熱給気流給送路と、給気流導入路及び燃焼排ガス導出路に連結された流路切換装置と、流路切換装置に連結された第１給排流路及び第２給排流路と、第１給排流路及び第２給排流路に連結された第１加熱装置及び第２加熱装置と、第１及び第２加熱装置と連通し且つ上記加熱給気流給送路と連通する分流域とを有する。第１加熱装置は、第１給排流路に連結された第１熱交換装置と、第１熱交換装置に対して直列に配置された第１燃焼域とを有し、第１給排流路、第１熱交換装置及び第１燃焼域は、上記加熱給気流を上記分流域に導出するように相互連通する。同様に、第２加熱装置は、第２給排流路に連結された第２熱交換装置と、第２熱交換装置に対して直列に配置された第２燃焼域とを備え、第２給排流路、第２熱交換装置及び第２燃焼域は、加熱給気流を分流域に導出するように相互連通する。上記分流域は、加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する分流手段を備え、分流手段は、第１給気分流を上記第１又は第２燃焼域に導出する。更に、上記第１及び第２燃焼域は夫々、上記可燃性物質の燃焼反応を生起し且つ所定時間維持する燃焼手段を備える。
このような実施形態において、燃焼域の燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置を構成する蓄熱体の流路を通過し、該蓄熱体を加熱する。流路切換手段に対する所定時間の切換制御により、燃焼域の燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体に熱伝導／熱伝達し且つ蓄熱体にて蓄熱する蓄熱作用と、蓄熱体に蓄熱した顕熱を低温気流に対して放熱し且つ該低温気流を加熱する放熱作用とが、短時間に交互に反覆し、この結果、低温給気流と燃焼排ガスとの熱交換作用が、蓄熱体を介して継続し、低温給気流は、上記蓄熱体を介してなされる実質的に直接的な熱伝導作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温域に加熱ないし予熱される。
【００１４】
好適には、上記流路切換装置は、給気流導入路を第１給排流路に連結し且つ燃焼排ガス導出路を第２給排流路に連結する第１位置と、給気流導入路を第２給排流路に連結し且つ燃焼排ガス導出路を第１給排流路に連結する第２位置とを有し、所定の時間間隔にて第１位置又は第２位置のいずれか一方に選択的に切換制御される。第１及び第２燃焼域の各燃焼排ガスは、流路切換手段の第２位置において第１燃焼域の燃焼手段が燃焼作動する間、第１熱交換装置の蓄熱体を通過して第１給排流路に送出され、流路切換手段の第１位置において第２燃焼域の燃焼手段が燃焼作動する間、第２熱交換装置の蓄熱体を通過して第２給排流路に送出される。更に好ましくは、上記流路切換手段は、上記時間間隔にて上記第１位置又は第２位置に交互に切換制御され、該時間間隔は、６０秒以下、更に好ましくは、３０秒以下の所定時間に設定され、上記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体は、該時間間隔に相応して蓄熱又は放熱を反覆し、上記低温給気流を加熱し且つ上記燃焼排ガスを冷却する。
好ましくは、上記分流手段は、実質的に上記加熱給気流に対する流体圧力の制御（動圧規制及び／又は静圧規制）により、加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する。オリフィス又は流路縮径部を形成する分流手段は、第１及び第２加熱装置の相対的な圧力バランスを制御する流体圧力調整機能と、加熱給気流を分流方向を調整する気流配向機能とにより、加熱給気流を第１及び第２給気分流に所望の如く分割する。本発明の或る実施形態において、分流手段を構成する分流域は、上記加熱装置の中心軸線に対して所定角度をなして傾斜した流路と、該流路に配置された整流手段及び流路抵抗手段を備える。整流手段及び流路抵抗手段は、例えば、上記熱交換装置の蓄熱体と実質的に同一の構造を有するハニカム構造の成形品からなる。
【００１５】
本発明の或る好適な実施形態において、給気流加熱装置は、上記第１及び第２燃焼域に燃焼燃料を導入する第１及び第２燃料供給路と、上記第１及び第２燃料供給路の燃料供給を制御する燃料供給制御装置とを備える。或る実施形態において、上記燃焼燃料は、可燃成分を含む燃焼炉の可燃性燃焼排ガスからなる。炭化水素系燃料、或いは、可燃性の燃焼排ガスが、上記第１及び第２燃焼域に交互に供給ないし導入され、炭化水素系燃料又は焼燃排ガスの可燃成分により、燃焼域の燃焼反応が生起する。
本発明の他の好適な実施形態によれば、給気流加熱装置は、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼領域において生成した燃焼排ガスを上記第１及び第２燃焼域に導入する第１及び第２排ガス導入路と、第１及び第２排ガス導入路を開閉制御する開閉制御装置とを備える。
本発明の好適な実施形態において、上記蓄熱体は、上記低温給気流と上記燃焼排ガスとが交互に通過する多数の流路を備えたハニカム型蓄熱体からなる。更に好ましくは、上記第１加熱装置及び第２加熱装置は並列に配置され、上記分流域の側に位置する上記第１及び第２加熱装置の先端部分は、上記分流域を構成する連通流路を介して相互連通し、該連通流路は、上記加熱給気流給送路の流入開口部と、該流入開口部と対向する流路縮小手段とを備える。流路縮小手段は、上記加熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能するとともに、上記加熱給気流を上記流入開口部に向かって変向させる気流変向手段として機能する。
本発明の或る好適な実施形態において、臭気成分又は悪臭物質を含む塗装工程等の臭気性排ガスが、臭気性排ガス導入装置を介して上記第１及び第２燃焼域に交互に導入され、臭気性排ガスは、第１又は第２燃焼域において燃焼分解又は熱分解し、脱臭される。
【００１６】
本発明の他の好適な実施形態によれば、上記低温給気流は、外界雰囲気の空気又は不活性ガスであり、上記第２加熱給気流は、上記熱交換装置により、少なくとも８００℃、好ましくは１０００℃以上の高温に加熱され、高温の燃焼用予熱空気流又は不活性ガス流として、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼手段等に給送される。
本発明の更に他の好適な実施形態によれば、タービン排ガスが、上記第１及び第２燃焼域に交互に導入され、上記第２加熱給気流は、上記高温気流導入装置を構成する廃熱回収ボイラに給送される。
本発明の更に好適な実施形態において、上記蓄熱体は、低温給気流と燃焼域の燃焼排ガスとが交互に流通可能な多数の流路を備えたセラミックス製のハニカム型蓄熱体からなる。好適には、ハニカム型蓄熱体は、各流路を構成する正方形断面又は三角形断面等の所定断面形状のセル孔を備えた格子状のハニカム構造に成形され、セル孔を画成するセル壁の壁厚及び各セル壁間のピッチは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の温度効率を確保し得る壁厚及びピッチに設定される。更に好適には、セル壁の壁厚は、１．６mm以下の所定厚に設定され、セル壁ピッチは、５．０mm以下の所定値に設定される。本発明の或る好適な実施形態によれば、上記燃焼域の燃焼反応において要求される燃焼用空気を補充又は補償すべく、付加的な助燃空気が、助燃空気供給装置を介して上記燃焼域に導入される。助燃空気は、燃焼域の燃焼反応を促進し、燃焼排ガスは、燃焼域にて実質的に完全燃焼するとともに、低温給気流と熱交換可能な十分な顕熱を確保する。
水性ガスの生成を目的とした本発明の好適な実施形態において、給気流加熱装置は、過熱水蒸気を低温給気流として供給する過熱水蒸気導入路と、燃焼域で生成した高温ガスを排出する排ガス導出路と、導入路及び導出路に連結された流路切換装置と、流路切換装置に連結された第１給排流路及び第２給排流路と、第１給排流路及び第２給排流路に連結された第１加熱装置及び第２加熱装置と、第１及び第２加熱装置と連通可能な水性ガス給送路とを有する。第１加熱装置は、第１給排流路に連結された第１熱交換装置と、第１熱交換装置に対して直列に配置された第１燃焼域とを備え、同様に、第２加熱装置は、第２給排流路に連結された第２熱交換装置と、第２熱交換装置に対して直列に配置された第２燃焼域とを備える。上記第１及び第２燃焼域は、熱交換装置によって加熱された過熱水蒸気に対して酸化剤及び炭化水素系燃料を供給する燃焼手段を備える。第１又は第２熱交換装置は、過熱水蒸気を高温に加熱し、この結果、高温の過熱水蒸気の水性ガス化反応が、該熱交換装置及び燃焼域において進行する。かくして生成した水性ガスは、分流域にて第１水性ガス流と第２水性ガス流とに分流し、第２水性ガス流は、石炭ガス化装置又は複合発電システム等の水性ガス消費設備に給送され、第１水性ガス流は、他方の燃焼域に流入し、酸化剤及び炭化水素系燃料の存在下に燃焼反応し、高温ガスを生成する。高温ガスは、熱交換装置を介して系外に排出され、高温ガスが保有する顕熱は、熱交換装置の蓄熱体に蓄熱される。
【００１７】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例に係る給気流加熱装置及び給気流加熱方法について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る給気流加熱装置を備えた廃棄物処理設備の装置系全体構成を示す概略フロー図である。
廃棄物処理設備を構成する燃焼炉６は、強制給気ファン２、強制排気ファン３及び給気流加熱装置１を含む給気系に連結されるとともに、燃焼排ガス冷却装置７１、排煙処理システム７２及びスタック７３を含む排気系７に連結される。燃焼炉６の炉内領域は、相互連通する溶融炉領域６０及び上部二次燃焼領域６２を有し、溶融炉領域６０は、溶融廃棄物流動領域６１を下部域に備え、上部二次燃焼領域６２は、燃焼排ガス流路Ｅ１と連通する。
一般廃棄物又は産業廃棄物等の廃棄物を溶融炉領域６０内に投入可能な廃棄物投入口６３が、溶融炉領域６０の第１周壁部分に開口するとともに、コークス等の補助燃料及び石灰石等の補助資材を溶融炉領域６０内に投入可能な副資材投入口６４が、溶融炉領域６０の第２周壁部分に開口する。廃棄物投入口６３は、廃棄物シュート６５及び給塵機（図示せず）を介して、計量コンベアを備えた搬送装置６６に連結され、搬送装置６６は、廃棄物給送装置（図示せず）を介して、廃棄物ピット、廃棄物粉砕機及び廃棄物投入ホッパ等を含む廃棄物処理装置（図示せず）に連結される。他方、副資材投入口６４に連結された副資材搬送装置６７は、コークス供給設備及び石灰石供給設備を備えた副資材供給装置（図示せず）に連結される。
【００１８】
溶融炉領域６０は、廃棄物投入口６３及び副資材搬送装置６７の下方域に配置された複数段の羽口を備える。溶融廃棄物流動領域６１に配置された主羽口５０は、予熱空気給気路ＨＡを介して給気流加熱装置１の切換式蓄熱型熱交換システム１０に連結される。切換式蓄熱型熱交換システム１０は、蓄熱型熱交換装置１１、１２、燃料供給系Ｆおよび４方弁形式の流路切換装置２０を備えるとともに、給気押込み形式の強制給気ファン２および排気誘引形式の強制排気ファン３に連結される。強制給気ファン２は、外気導入路ＯＡを介して、外気吸入口１９に連結され、外気吸入口１９より吸入した比較的低温の常温外気（燃焼用空気）を給気給送路ＣＡに圧送し、流路切換装置２０を介して、燃焼用空気を第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２に給送する。強制排気ファン３は、流路切換装置２０を介して、第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２を通過した燃焼排ガスを誘引し、誘引した燃焼排ガスを排気送出路ＥＧ及び外気開放型排気口３０により大気に放出する。
溶融炉領域６０及び／又は溶融廃棄物流動領域６１に配設された副羽口５１及び３段羽口５２は、給気給送路５３を介して給気押込み形式の強制給気ファン５４に連結され、強制給気ファン５４は、給気導入路５５を介して外気吸入口５６に連結される。
燃料供給系ＣＦが、主羽口５０、副羽口５１及び３段羽口５２に対して炉内燃焼用燃料を供給すべく、各羽口５０、５１、５２の給気系に接続され、各羽口５０、５１、５２は、燃焼炉６の炉内領域に火炎帯を形成する。廃棄物流動領域６１には、多数のセラミックボール又は球形セラミック成形体が収容される。各セラミックボールは、例えば、３乃至５ｃｍ程度の所定直径を有し、廃棄物中の灰分を燃焼又は熱分解するのに要する所要熱量を蓄熱可能な耐熱性且つ非消耗性の蓄熱材料として廃棄物流動領域６１内に配置される。溶融炉領域６０の流動化層において予熱・熱分解した廃棄物は、溶融廃棄物流動領域６１の炭化物移動層、高温燃焼帯又は溶融帯および溶融分離帯のセラミックボール間隙を流下し、重金属類を封入した溶融スラグとして溶融廃棄物流動領域６１の底部領域又は湯溜り領域に捕捉され、スラグ・メタル流出口６９を介して炉外に流出する。溶融スラグは、炉外の冷却固化手段により冷却固化され、路盤材等の再利用可能な材料に改質又は成形され、しかる後、廃棄物再利用材料として所望の用途に供される。
【００１９】
溶融炉領域６０及び溶融廃棄物流動領域６１の燃焼帯におけるガス化反応及び溶融反応により生成した可燃性の燃焼排ガスは、溶融炉領域６０の上方域に配置された二次燃焼領域６２に上昇する。二次燃焼領域６２は、二次燃焼バーナ及び二次燃焼用空気供給系（図示せず）を備え、溶融炉領域６０において生成した可燃性ガス又は燃焼排ガスは、二次燃焼領域６２にて二次燃焼又は再燃焼する。二次燃焼バーナ及び二次燃焼用空気供給系により供給される炭化水素系燃料及び燃焼用空気の存在下に可燃性ガス及び燃焼排ガスの二次燃焼を生起する二次燃焼領域６２は、廃棄物燃焼系の廃熱回収を図る二次燃焼ボイラ又は廃熱ボイラを構成する。
二次燃焼領域６２の上部に連結された燃焼排ガス流路Ｅ１は、燃焼排ガス冷却装置７１の排ガス流入部に連結される。燃焼排ガス冷却装置７１の排ガス流出路Ｅ２が、バグフィルター及び排煙脱硝装置等を含む排煙処理システム７２の排煙導入部に連結される。排煙処理システム７２は、排ガス流出路Ｅ３に連結され、排ガス流出路Ｅ３を介して、集合煙突等のスタック７３に連結され、かくして、燃焼炉６の燃焼排ガスは、スタック７３を介して大気に放出される。
【００２０】
図２及び図３は、図１に示す廃棄物処理設備に配設された給気流加熱装置１の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図２及び図３の各図において、（Ａ）図は、給気流加熱装置１を構成する流路切換装置２０の第１位置における第１予熱工程を示し、（Ｂ）図は、流路切換装置２０の第２位置における第２予熱工程を示す。
図２に示す如く、給気流加熱装置１は、流路切換装置２０を介して給気給送路ＣＡ又は排気導出路ＥＡに選択的に連通可能な第１給排路Ｌ１及び第２給排路Ｌ２を備えるとともに、給気給送路ＣＡを介して導入した燃焼用空気を所定温度に予熱する第１熱交換装置１１及び第２熱交換装置１２と、第１又は第２熱交換装置１１、１２にて予熱した予熱空気流Ｈを分流する分流域１５と、分流域１５において分流した所定流量の第１予熱空気流Ｈ１の存在下に炭化水素系燃料の燃焼反応を生起する第１燃焼域１３及び第２燃焼域１４とを備える。
給気給送路ＣＡは、強制給気ファン２（図３）の吐出口に連結され、強制給気ファン２の吸引口は、外気導入路ＯＡを介して、外気吸入口１９（図１）に連結される。強制給気ファン２は、外気吸入口１９を介して外界雰囲気の常温外気を吸引し、吸引した外気を給気給送路ＣＡに圧送する。
【００２１】
図３に示す如く、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡに連通する給気流入ポート２１と、排気導出路ＥＡに連通する排気流出ポート２２を備えるとともに、第１給排路Ｌ１に連通する第１給排ポート２３と、第２給排路Ｌ２に連通する第２給排ポート２４とを備える。第１給排ポート２３は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の基端部に連結され、第２給排ポート２４は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の基端部に連結される。
流路切換装置２０は、第１位置及び第２位置に選択的に切換制御可能な高速切換式又は高周期切換式構造を備えた４方弁からなり、中心回転軸２５に固定された板状の弁体２６を備える。回転軸２５は、４方弁駆動装置（図示せず）の作動により回転駆動され、第１位置（図２Ａ：図３Ａ）又は第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）に選択的に切換制御される。
４方弁駆動装置は、所定時間毎に中心回転軸２５を回転させ、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡを第１給排路Ｌ１と連通させ且つ第２給排路Ｌ２を排気導出路ＥＡと連通させる第１位置と（図２Ａ：図３Ａ）、給気給送路ＣＡを第２給排路Ｌ２と連通させ且つ第１給排路Ｌ１を排気導出路ＥＡと連通させる第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）とに交互に切換えられる。
【００２２】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０の第１位置（第１予熱工程）において、第１給排路Ｌ１に給送された外気又は燃焼用空気は、第１熱交換装置１１に供給され、第１熱交換装置１１において予熱され、第１中間流路Ｌ３、第１燃焼域１３及び第３中間流路Ｌ５を通過し、所定温度に昇温した予熱空気流Ｈとして分流域１５に給送される。予熱空気流Ｈは、分流域１５において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。
第１予熱空気流Ｈ１は、第４中間流路Ｌ６を介して、第２燃焼域１４に供給される。第２燃焼域１４は、第２燃焼域１４に火炎帯を形成する第２バーナ４４を備える。第２バーナ４４は、炭化水素系燃料を第２バーナ４４に供給する第２燃料供給管Ｆ３に連結され、燃料供給管Ｆ３は、燃料供給制御装置４０を介して、燃料供給主管Ｆ１に接続される。燃料供給主管Ｆ１は、給気流加熱装置１の燃料供給系Ｆを構成する。第２燃焼域１４に供給された第１予熱空気流Ｈ１は、第２バーナ４４の点火により第２燃焼域１４において燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。第２燃焼域１４の燃焼排ガスは、第２中間流路Ｌ４を介して第２熱交換装置１２の先端部に流入し、第２熱交換装置１２を流通し、第２熱交換装置１２を所定温度に加熱した後、第２熱交換装置１２の基端部より第２給排路Ｌ２に流出する。第２給排路Ｌ２の燃焼排ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１）により大気に放出される。
他方、分流域１５にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して主羽口５０に給送され、燃料供給系ＣＦ（図１）により供給される炭化水素系燃料と混合し、点火手段の着火作用により、燃焼炉６の主羽口５０に火炎帯を形成する。
【００２３】
図２（Ｂ）に示す如く、流路切換装置２０の第２位置（第２予熱工程）において、第２給排路Ｌ２に給送された外気又は燃焼用空気は、第２熱交換装置１２に供給され、第２熱交換装置１２において予熱され、第２中間流路Ｌ４、第２燃焼域１４及び第４中間流路Ｌ６を通過し、所定温度に昇温した予熱空気流Ｈとして分流域１５に給送される。予熱空気流Ｈは、分流域１５において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。
第１予熱空気流Ｈ１は、第３中間流路Ｌ５を介して、第１燃焼域１３に供給される。第１燃焼域１３は、第１燃焼域１３に火炎帯を形成する第１バーナ４３を備える。第１バーナ４３は、炭化水素系燃料を第１バーナ４３に供給する第１燃料供給管Ｆ２に連結され、燃料供給管Ｆ２は、燃料供給制御装置４０を介して、燃料供給主管Ｆ１に接続される。第１燃焼域１３に供給された第１予熱空気流Ｈ１は、第１バーナ４３の点火により第１燃焼域１３において燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。第１燃焼域１３の燃焼排ガスは、第１中間流路Ｌ３を介して第１熱交換装置１１の先端部に流入し、第１熱交換装置１１を流通し、第１熱交換装置１１を所定温度に加熱した後、第１熱交換装置１１の基端部より第１給排路Ｌ１に流出する。第１給排路Ｌ１の燃焼排ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１）を介して大気に放出される。
他方、分流域１５にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して主羽口５０（図１）に給送され、燃料供給系ＣＦの炭化水素系燃料と混合し、点火手段の着火作用により、燃焼炉６の主羽口５０に火炎帯を形成する。
【００２４】
第１及び第２バーナ４３、４４に連結された燃料供給制御装置４０は、図３に示す如く、第１燃料供給制御弁４１及び第２燃料供給制御弁４２を備える。第１燃料供給制御弁４１は、第１燃料供給管Ｆ２及び燃料供給主管Ｆ１の間に介装され、第２燃料供給制御弁４２は、第２燃料供給管Ｆ３及び燃料供給主管Ｆ１の間に介装される。燃料供給主管Ｆ１は、炭化水素系燃料の燃料供給系Ｆを構成する燃料供給源（図示せず）に接続される。燃料供給装置４０は、電子制御装置等（図示せず）の制御下に流路切換装置２０と同期切換作動し、第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２を選択的に開放し、第１及び第２バーナ４３、４４の一方に交互に燃焼用燃料を供給する。即ち、第１バーナ４３は、流路切換装置２０の第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）において燃料を第１燃焼域１３に吹込み、流路切換装置２０の第１位置（図２Ａ：図３Ａ）において燃料吹込みを停止し、他方、第２バーナ４４は、流路切換装置２０の第１位置（図２Ａ：図３Ａ）において燃料を第２燃焼域１４に吹込み、流路切換装置２０の第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）において燃料吹込みを停止する。
流路切換装置２０は、第２燃焼域１４が燃焼作動する間、第１給排路Ｌ１と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第２給排路Ｌ２と排気導出路ＥＡとを連通させる第１位置に弁体２６を保持し（図２Ａ：図３Ａ）、他方、第１燃焼域１３が燃焼作動する間、第２給排路Ｌ２と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第１給排路Ｌ１と排気導出路ＥＡとを連通させる第２位置に弁体２６を保持する（図２Ｂ：図３Ｂ）。
【００２５】
図３に示す如く、給気流加熱装置１は、第１熱交換装置１１を収容し且つ第１中間流路Ｌ３及び第１燃焼域１３を直列に画成する第１予熱炉１０Ａと、第２熱交換装置１２を収容し且つ第２中間流路Ｌ４及び第２燃焼域１４を直列に画成する第２予熱炉１０Ｂと、第１予熱炉１０Ａ及び第２予熱炉１０Ｂを相互連結し且つ第３中間流路Ｌ５、分流域１５及び第４中間流路Ｌ６を画成する連通部１０Ｃとから構成される。左右の第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂは、実質的に同一の機能及び構造を備える。第１予熱炉１０Ａ、第２予熱炉１０Ｂ及び連通部１０Ｃは、給気流加熱装置１の中心軸線に対して対称に配置され、耐熱性キャスタブル・ライニング材料、耐熱レンガ、耐火・断熱レンガ又は耐熱性セラミックス材料等の各種耐火・耐熱性材料により一体的に形成される。
第１及び第２バーナ４３、４４は、第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂの端壁に配置され、第１又は第２熱交換装置１１、１２の先端面に対向する火炎帯を第１及び第２燃焼域１３、１４に形成するように配向される。なお、第１及び第２バーナ４３、４４には、パイロットバーナ及び点火用トランスなどの付帯設備が一般に設けられるが、これらの付帯設備については、図を簡略化するために図示を省略してある。
【００２６】
連通部１０Ｃは、給気流加熱装置１の中心軸線に対して対称の構造に形成され、該中心軸線上において流路内方に突出する三角形状断面の突出部１６を備える。予熱空気給送路ＨＡの流入口が、給気流加熱装置１の中心軸線上において連通部１０Ｃの内壁面に開口し、該流入口は、突出部１６の先端部分と対向する。突出部１６は、第３中間流路Ｌ５及び第４中間流路Ｌ６の間に局所的な縮小流路を形成するオリフィス又は流路抵抗として作用するとともに、予熱空気流Ｈを第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２として分割し且つ各分割流を所定方向に配向する分流手段として機能する。強制給気ファン２及び強制排気ファン３の吐出圧力及び吸引圧力が作用する第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂの流体圧力と、予熱空気給送路ＨＡの流体圧力との圧力バランスは、突出部１６により形成されたオリフィスにより調整又は制御され、従って、分流域１５に流入した予熱空気流Ｈは、突出部１６の動圧規制作用及び流体分配作用に従って、所望の流量割合の第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流する。
【００２７】
燃焼用空気及び燃焼排ガスが流通する第１及び第２熱交換装置２０は、多数のセル孔を備えたハニカム構造のセラミックス製蓄熱体からなり、セル孔は、燃焼用空気及び燃焼排ガスが通過可能な複数の流路を構成する。かかる蓄熱体として、例えば、アンモニア選択接触還元法等においてハニカム型触媒の担体として一般に使用され且つ多数の狭小流路（セル孔）を備えるセラミック製ハニカム構造体を好適に使用し得る。
図４は、第１及び第２熱交換装置２０を構成する蓄熱体の斜視図（図４Ａ）及び部分拡大斜視図（図４Ｂ）であり、図５は、蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である
第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体は、図４に示す如く、第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂ内に組み込み可能な幅員Ｗ、全長Ｌ及び全高Ｈの各寸法を備えるとともに、複数の正方形断面のセル孔（流路）１７を備えた格子状のハニカム構造に成形される。各流路１７を形成するセル壁１８の壁厚ｂ及び各セル壁１８のピッチ（壁体間隔）Ｐは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の範囲内の熱交換装置１１、１２の温度効率を確保し得る所望の壁厚ｂ及びピッチＰに設定される。
【００２８】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０が第１位置に位置するとき、給気給送路ＣＡから導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気流Ｈ（温度Tco)として第１熱交換装置１１から分流域１５に給送され、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、第１予熱空気流Ｈ１として第２燃焼域１４に供給され、第２バーナ４４に供給される燃焼用燃料により燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として燃焼炉６の主羽口５０に供給され、燃焼炉６にて燃焼反応する。第２燃焼域１４の燃焼反応により生成した高温の燃焼排ガス（温度Thi)は、第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第２熱交換装置１２を加熱する。第２熱交換装置１２との熱交換により降温した燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第２給排路Ｌ２及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
流路切換装置２０を第１位置から第２位置に切換えたとき（図２Ｂ）、第２給排路Ｌ２から導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気流Ｈ（温度Tco)として第２熱交換装置１２から分流域１５に給送され、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、第１予熱空気流Ｈ１として第１燃焼域１３に供給され、第１バーナ４３に供給される燃焼用燃料により燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として燃焼炉６の主羽口５０に供給され、燃焼炉６にて燃焼反応する。第１燃焼域１３における燃焼により生成した高温の燃焼排ガス（温度Thi)は、第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第１熱交換装置１１を加熱する。第１熱交換装置１１との熱交換により降温した燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第１給排路Ｌ１及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
【００２９】
上記蓄熱体の容積効率 (Ｑ／Ｖ) 及び温度効率（ηt ）は、下式(1)(2)により定義し得る。
Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1)
ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2)
また、上記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式により求められる。
ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg
ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm
なお、上記各式における符号は、以下の通り定義される。
Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体の入口温度 ℃
ε : 蓄熱体の空隙率
Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係数 Kcal/m2h℃
τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定圧比熱 Kcal/m3N℃
Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の比熱 Kcal/m3 ℃
Gm : 蓄熱体の正味体積 m3
また、第１及び第２蓄熱体１１、１２は、容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値を指示する空隙率（ε）を有するとともに、温度効率（ηt ）が０．７乃至１．０の範囲の所定の設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）を有し、上記ハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂは、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）に相当する値に決定される。なお、上記正味体積(Gm)、伝熱面積（Ａ）及び流量（Gg) は、熱交換器（蓄熱体）全体の正味体積、伝熱面積及び全流量である。なお、上記蓄熱体の具体的な構造詳細については、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に詳細に開示されているので、更なる詳細な説明は、該特許出願を引用することにより省略する。
【００３０】
図５は、上記第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
蓄熱体を構成するハニカム構造は、流体通路を分割して蜂の巣状に配列した構造のものを広く包含しており、ハニカム構造の流路断面性状は、図４に示す方形断面形状に限定されるものではなく、種々の形式ないし形態の流路断面に設計し得る。多様のハニカム構造の各種流路形態が図５に例示されており、流路断面の形状は、三角形、円形、正方形、長方形、六角形等の他、円管、板体などを組合せたものなどを含む。なお、図５には、これら種々の形態のハニカム構造におけるハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂが示されている。このようなハニカム形態の適当な設定に伴い、上記空隙率ε及びＡ／Gm等の算定式は、その都度、適当に設定変更し得る。
【００３１】
次に、上記構成を備えた給気流加熱装置１の作動について説明する。
燃焼炉６の作動に連動して、強制給気ファン２及び強制排気ファン３が作動されるとともに、給気流加熱装置１の流路切換装置２０および第１及び第２バーナ４３、４４が所定時間間隔の同期切換制御下に作動される。好適には、６０秒以下に設定され、更に好適には、３０秒以下に設定された所定の時間間隔にて、流路切換装置２０を第１位置及び第２位置に交互に切換え、比較的低温（外気温相当温度）の燃焼用空気を第１及び第２熱交換装置１１、１２に交互に給送するとともに、流路切換装置２０の切換作動と同期制御下に燃料供給制御装置４０の第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２を交互に開閉作動し、メタン、エタン、プロパン、ブタン、灯油又は重油等の燃焼用燃料を第１及び第２バーナ４３、４４に交互に供給し、第１及び第２バーナ４３、４４を交互に点火させる。第１バーナ４３は、流路切換装置２０の第２位置において着火し、第２バーナ４４は、流路切換装置２０の第１位置において着火する。
第１又は第２熱交換装置１１、１２に供給された燃焼用空気は、蓄熱体のセル壁表面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により所定温度に加熱される。第１又は第２熱交換装置１１、１２との熱交換により、好適には８００℃以上の温度、更に好適には１０００℃以上の温度に加熱された高温の予熱空気流Ｈは、分流域１５において第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流し、第１予熱空気流Ｈ１は、第１又は第２燃焼域１３、１４に給送され、第１又は第２バーナ４３、４４に供給される炭化水素系燃料により燃焼し、１２００℃乃至１６００℃程度の高温の燃焼排ガスとして、第１又は第２熱交換装置１１、１２を通過する。燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面と伝熱接触し、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面温度及びセル壁蓄熱温度を上昇させた後、降温した燃焼排ガスとして、第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２に流出する。第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２の燃焼排ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１）により大気に放出される。
【００３２】
給気流加熱装置１における上記予熱工程において、流路切換装置２０及び燃料供給制御装置４０に対する所定時間間隔の同期切換制御により、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスの顕熱は第１及び第２熱交換装置１１、１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達され且つ熱交換装置１１、１２に蓄熱され、熱交換装置１１、１２に蓄熱された顕熱は、引き続く流路切換装置２０及び燃料供給制御装置４０の第１位置／第２位置切換作動後に熱交換装置１１、１２に流入する低温の燃焼用空気に対して放熱され、該燃焼用空気を加熱し、昇温させる。かかる蓄熱作用及び放熱作用が、短時間に交互に反覆する結果、燃焼用空気と燃焼排ガスとの熱交換現象が円滑に進行し、第１及び第２熱交換装置１１、１２を通過し且つ分流域１５にて分流する第１及び第２予熱空気流は、８００℃乃至１０００℃以上の高温に継続的ないし定常的に予熱される。
分流域１５において分流した第２予熱空気流Ｈ２は、高温の燃焼用空気として燃焼炉６の主羽口５０に供給され、燃料供給系ＣＦ（図１）により供給される燃焼用燃料により廃棄物を燃焼させ、これにより、廃棄物をガス化するとともに、溶融スラグ化する。
【００３３】
図６は、上記給気流加熱装置１の第１及び第２燃焼域１３、１４及び燃焼炉６の主羽口５０における燃焼用空気の可燃範囲を示す線図である。
給気流加熱装置１により８００℃以上に加熱された高温予熱空気による火炎の超高温予熱空気燃焼モードは、４００℃以下の予熱空気による通常火炎の燃焼モード、或いは、４００乃至８００℃の温度範囲に加熱された予熱空気による遷移火炎の燃焼モードと比較し、極めて広範囲の空気比の燃焼用空気又は混合気により安定燃焼する。かかる超高温予熱空気燃焼の高度の燃焼安定性は、空気予熱温度の高温化により反応速度が増大し、燃焼特性が全く変化したことによるものと考えられる。殊に、燃焼用空気又は燃焼用混合気を燃料の自己着火温度よりも高い温度に加熱したとき、着火過程において外部着火を要しない燃焼反応を実現することも可能である。しかも、２００乃至４００℃程度の温度に加熱されるにすぎない従来の予熱空気にあっては、燃焼用空気（予熱空気）の供給速度ないし流速を火炎吹きとび限界以上に高速化することは理論的にも実務的にも不可能であるのに対し、このような超高温予熱空気燃焼によれば、失火現象を回避しつつ、燃焼用空気のバーナ又は羽口通過流速を可成り高速化し、燃焼用空気を高速流として燃焼域１３、１４及び羽口５０の燃焼領域に供給し得る。
【００３４】
上記構成の給気流加熱装置１によれば、比較的低温の外気又は燃焼用空気と、第１及び第２燃焼域１３、１４の燃焼排ガスとの熱交換作用が、第１及び第２熱交換装置１１、１２にて生起し、第１及び第２バーナ４３、４４の炭化水素系燃料は、第１及び第２熱交換装置１１、１２において燃料の自己着火温度よりも高温に予熱された高速の第１予熱空気流Ｈ１により、安定的に低騒音・拡散燃焼する。かかる第１予熱空気流Ｈ１の存在下に進行する超高温空気燃焼によって形成される燃焼域１３、１４の火炎帯においては、火炎容積の増大化現象および火炎輝度の低下現象が観られる一方、局部熱発生現象は抑制又は軽減され、従って、燃焼領域の温度場は均一化する。
しかも、上記構成によれば、給気流加熱装置１における上記予熱工程において、燃焼用空気は、熱交換装置１１、１２の顕熱放熱作用により加熱され、昇温する。従って、燃焼炉６の主羽口５０に供給すべき燃焼用空気の含有酸素濃度は、予熱工程において実質的に変化せず、燃焼用空気に対する酸素の補充等は、格別に要求されない。
【００３５】
図７及び図８は、本発明の第２実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図７及び図８に示す給気流加熱装置１は、臭気発生源Ｄにおいて発生した臭気性排気ガスの熱分解機能又は燃焼機能を備える。なお、図７及び図８において、上記第１実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
給気流加熱装置１は、高温空気流を消費する燃焼設備又は熱交換装置等の高温気流導入装置６に接続されるとともに、塗装工場又は印刷工場等における塗装乾燥装置又は印刷乾燥装置等の臭気発生源Ｄに接続される。臭気発生源Ｄの臭気性排気ガスは、臭気性ガス流路Ｄ１、Ｄ２を介して、第１及び第２燃焼域１３、１４の第１及び第２排ガス流入口４５、４６に交互に給送される。図８に示す如く、第１開閉制御弁４７が、臭気性ガス流路Ｄ１に介装され、第２開閉制御弁４８が、臭気性ガス流路Ｄ２に介装される。第１及び第２開閉制御弁４７、４８は、第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２と同時に切換制御され、第１開閉制御弁４７の開放時期は、第１燃料供給制御弁４１の開放時期と一致し、第２開閉制御弁４８の開放時期は、第２燃料供給制御弁４２の開放時期と一致する。第１及び第２排ガス流入口４５、４６は、第１及び第２燃焼域１３、１４の側壁部分を貫通し、臭気発生源Ｄの臭気性排気ガスを第１及び第２燃焼域１３、１４に交互に導入する。第１及び第２排ガス流入口４５、４６を介して第１及び第２燃焼域１３、１４に吐出する臭気性排気ガスは、第１及び第２バーナ４３、４４より形成される火炎帯の燃焼作用により、第１及び第２燃焼域１３、１４において高温の上記第１予熱空気流Ｈ１の存在下に燃焼反応し、臭気性排気ガスが含有する悪臭物質又は臭気成分は、高温雰囲気の燃焼反応により熱分解又は燃焼分解される。かくして、臭気発生源Ｄより排気された臭気性排気ガスの悪臭物質又は臭気成分は、給気流加熱装置１において燃焼分解又は熱分解され、従って、給気流加熱装置１により高温脱臭された臭気発生源Ｄの臭気性排気ガスが、強制排気ファン３及び排気送出路ＥＧを介して大気に放出される。
また、分流域１５において分流した第２予熱空気流Ｈ２は、高温加熱空気として高温気流導入装置６に供給され、高温気流導入装置６において所期の用途に供される。
【００３６】
図９及び図１０は、本発明の第３実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図９及び図１０に示す給気流加熱装置１において、燃焼炉６において生成した可燃性排気ガスが、第１及び第２流入ノズル３２、３３を介して第１及び第２燃焼域１３、１４に導入される。可燃性排気ガス中の可燃物質の二次燃焼反応が、第１及び第２燃焼域１３、１４の排ガス再燃焼機能により生起する。なお、図９及び図１０において、上記第１及び第２実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
燃焼炉６の可燃性排気ガスは、三方弁３１を備えた燃焼排ガス流路Ｅ１、Ｅ６、Ｅ７を介して、第１及び第２燃焼域１３、１４の第１及び第２流入ノズル３２、３３に交互に給送され、各流入ノズル３２、３３の補助点火手段（図示せず）により着火し、第１及び第２燃焼域１３、１４に火炎帯を形成し、二次燃焼又は再燃焼する。所望により、第１及び第２流入ノズル３２、３３は夫々、補助燃焼燃料を吹込む燃料供給ノズルを備える。三方弁３１は、流路切換装置２０と同期切換制御され、第１予熱工程（図９Ａ：図１０Ａ）において、燃焼炉６の排気ガスを第２流入ノズル３３に供給し、第２予熱工程（図９Ｂ：図１０Ｂ）において、燃焼炉６の排気ガスを第１流入ノズル３２に供給する。
燃焼炉６の可燃性排気ガスに含有される未燃焼成分又は未燃燃料成分は、第１及び第２燃焼域１３、１４における高温燃焼により、完全燃焼するとともに、該排気ガス中の窒素酸化物は、比較的低い残存酸素濃度又は空気比の雰囲気下に進行する第１及び第２燃焼域１３、１４の高温燃焼により脱硝作用を受け、排煙脱硝される。
【００３７】
上記燃焼炉６として、例えば、化石燃料又は炭化水素系燃料を主燃料とするボイラー、或いは、石炭ガス化装置等の燃焼装置又は可燃ガス発生装置を好適に使用し得る。燃焼炉６の燃焼反応又は熱分解反応は、給気流加熱装置１により８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱された第２予熱空気流Ｈ２の存在下に進行する。かかる超高温空気燃焼により、燃焼炉６の燃焼手段に対する燃焼用空気の供給量を制限し、低空気比の燃焼反応を燃焼炉６の炉内燃焼領域に維持することができる。低空気比の燃焼雰囲気において燃焼反応する燃焼炉６は、未燃焼成分又は未燃燃料成分を比較的多量に含む可燃性燃焼排ガスを排気し、可燃性燃焼排ガスは、上記の如く、第１及び第２燃焼域１３、１４に導入され、燃焼域１３、１４にて二次燃焼又は再燃焼反応する。かくして生起した第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼反応により、高温の燃焼排ガスが第１及び第２燃焼域１３、１４にて生成され、該燃焼排ガスの熱量は、第１及び第２熱交換装置１１、１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達され且つ熱交換装置１１、１２に蓄熱され、熱交換装置１１、１２に蓄熱された顕熱は、引き続く流路切換装置２０及び三方弁３１の第１位置／第２位置切換作動後に熱交換装置１１、１２に流入する低温の燃焼用空気に対して放熱され、該燃焼用空気を加熱し、昇温させる。
【００３８】
図１１は、本発明の第４実施例に係る給気流加熱装置を備えたガスタービン排気系の部分構成を示す概略フロー図であり、図１２は、図１１に示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図１１及び図１２において、上記第１乃至第３実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
図１１において、ガスタービン設備は、空気流路ＡＩを介して導入された供給空気を圧縮する圧縮機９１と、圧縮機９１より導出された圧縮空気により燃料系ＦＵの供給燃料を燃焼させる燃焼器９３と、燃焼器９３より排出された高温且つ高圧の燃焼ガスを断熱膨張させるタービン９２と、タービン９２の回転作動により発電する発電機９４とを備える。
並列配置された複数の切換式蓄熱型熱交換システム１０を備えた給気流加熱装置１が、タービン９２の排気路ＥＸＧに連結される。タービン９２の断熱膨張工程を経た排気ガスを送出する排気路ＥＸＧは、第１及び第２排ガス導入路ＥＸ１、ＥＸ２に分岐し、各熱交換システム１０に連結される。開閉制御可能な第１及び第２開閉弁８１、８２が、各排ガス導入路ＥＸ１、ＥＸ２に夫々介装されるとともに、第１及び第２燃焼域１３、１４の側壁部分を貫通するタービン排ガス導入口８３、８４が、排ガス導入路ＥＸ１、ＥＸ２の下流端部分に連結される。第１及び第２開閉弁８１、８２は、タービン排ガスを第１燃焼域１３又は第２燃焼域１４の一方に交互に導入するタービン排ガス分配装置８０（図１２）を構成する。
給気流加熱装置１は、上記各実施例と同様に、外界雰囲気の空気を給送する強制給気ファン又はコンプレッサ２を備え、給気ファン２は、比較的低温の給気流を給気給送路ＣＡに圧送する。図１２に示す如く、給気流加熱装置１は、上記流路切換装置２０に相応する第１給気開閉弁２７、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第２排気開閉弁３８を備える。第１及び第２給気開閉弁２７、２８は、給気給送路ＣＡの分岐連通管路２９を介して相互連通し、第１及び第２排気開閉弁３７、３８は、排気導出路ＥＡの分岐連通管路３９を介して相互連通する。
第１給気開閉弁２７及び第２排気開閉弁３８は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動し、第２給気開閉弁２８及び第１排気開閉弁３７は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動する。給気流加熱装置１の制御装置（図示せず）は、第１加熱工程において、第１給気開閉弁２７及び第２排気開閉弁３８を開放し且つ第２給気開閉弁２８及び第１排気開閉弁３７を閉塞する（図１２Ａ）。他方、給気流加熱装置１の制御装置は、第２加熱工程において、第１給気開閉弁２７及び第２排気開閉弁３８を閉塞し且つ第２給気開閉弁２８及び第１排気開閉弁３７を開放する（図１２Ｂ）。
給気流加熱装置１の制御装置は又、第１加熱工程において、上記第２開閉弁８２を開放し、排ガス導入路ＥＸ２のタービン排ガスを第２燃焼域１４に導入し、第２加熱工程において、第１開閉弁８１を開放し、排ガス導入路ＥＸ１のタービン排ガスを第１燃焼域１３に導入する。
本実施例において、タービン排ガスは、各熱交換システム１０の燃焼域１３、１４に導入され、燃焼域１３、１４において実行される燃焼工程および熱交換装置１１、１２（蓄熱体）における蓄熱工程を介して、外界に放出される。６００℃程度に降温したタービン排ガスの保有熱量は、上記燃焼工程及び蓄熱工程を介して低温給気流に伝熱され、低温給気流は、１０００℃程度に昇温し、高温給気流Ｈ２として排気系後流側の廃熱回収ボイラ９に供給される。従って、給気流加熱装置１は、タービン排ガスの保有熱量を燃焼域１３、１４の燃焼反応により増大し、排ガス保有熱量の熱回収及び熱量増幅により高温に予熱された加熱給気流を廃熱回収ボイラ９に供給し、廃熱回収ボイラ９の廃熱回収効率を改善する所謂追い焚き手段又はリパワリング(REPOWERING)手段として機能する。
【００３９】
上記第１実施例と同様に、給気流加熱装置１は、タービン９２、強制給気ファン２及び強制排気ファン３の稼働時に所定時間間隔にて交互に第１及び第２加熱工程を実行する。第１加熱工程（図１２Ａ）において、第１給気開閉弁２７を介して第１給排路Ｌ１に給送された低温給気流（外気）は、第１熱交換装置１１に供給され、第１熱交換装置１１において加熱され、第１中間流路Ｌ３、第１燃焼域１３及び第３中間流路Ｌ５を通過し、分流域１５において、第１及び第２加熱気流Ｈ１：Ｈ２として分流され、第１加熱気流Ｈ１は、第４中間流路Ｌ６を介して、第２燃焼域１４に供給される。第１加熱給気流Ｈ１は、タービン排ガス分配装置８０の制御下に第２排ガス導入口８４より導入されたタービン排ガスと混合し、第２バーナ４４の燃焼作用を受け、第２燃焼域１４にて燃焼反応する。第２燃焼域１４にて生成した燃焼排ガスは、第２中間流路Ｌ４、第２熱交換装置１２、第２給排路Ｌ２、第２排気開閉弁３８及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図１１）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１１）により大気に放出される。
他方、第２加熱工程（図１２Ｂ）において、第２給気開閉弁２８を介して第２給排路Ｌ２に給送された低温給気流（外気）は、第２熱交換装置１２に供給され、第２熱交換装置１２において加熱され、第２中間流路Ｌ４、第２燃焼域１４及び第４中間流路Ｌ６を通過し、分流域１５において、第１及び第２加熱気流Ｈ１：Ｈ２として分流され、第１加熱気流Ｈ１は、第３中間流路Ｌ５を介して、第１燃焼域１３に供給される。第１加熱給気流Ｈ１は、タービン排ガス分配装置８０の制御下に第１排ガス導入口８３より導入されたタービン排ガスと混合し、第１バーナ４３の燃焼作用を受け、第１燃焼域１３にて燃焼反応する。第１燃焼域１３の燃焼排ガスは、第１中間流路Ｌ３、第１熱交換装置１１、第１給排路Ｌ１、第１排気開閉弁３７及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図１１）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１１）により大気に放出される。
【００４０】
上記構成の給気流加熱装置１によれば、分流域１５にて分流した高温の第２加熱気流Ｈ２は、再熱気流給送路ＨＡを介して廃熱回収ボイラ９に給送され、廃熱回収ボイラの廃熱回収効率を向上させる。また、第１給気開閉弁２７、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第２排気開閉弁３８を備えた本実施例の給気流加熱装置１によれば、流路切換装置２０の制御態様を多様化し、給気流加熱装置１における流量制御の自由度を向上し得るばかりでなく、各開閉弁２７、２８、３７、３８として高圧遮断弁等の耐圧型開閉制御弁を使用し、高圧の排気ガス又は断熱圧縮された高温の高圧ガス等を給気流加熱装置１により加熱又は予熱することができる。従って、例えば、廃熱回収ボイラ等の廃熱回収設備や、ＰＦＢＣ（バブリング型流動層）方式の複合発電システム又はガス化発電サイクル（ＩＧＣＣ）における流動層ボイラ等の高圧ガス供給系などに上記構成の給気流加熱装置１を介装し、該給気流加熱装置１により加熱又は予熱された高温の高圧ガス流又は圧縮ガス流を燃焼系又は動力系に供給することが可能となる。
また、排気導出路ＥＡに高温加熱空気流を導入するように複数の切換式蓄熱型熱交換システム１０を並列に配置してなる給気流加熱装置１においては、好ましくは、給気流加熱装置１における第１／第２加熱工程の切換時期は夫々、相互に所定時間ずつオフセットされ、各給気流加熱装置１の作動モード又は作動形態は、同時又は同時期に一斉に切替えられることなく、互いに所定の時間差を隔てて第１又は第２位置に切換えられる。従って、排気導出路ＥＡに導出される第２加熱給気流の圧力変動は、複数の給気流加熱装置１の作動モード切換時期の相違又は時間差により均一化され、廃熱回収ボイラ９に対する所定の給気圧力が定常的又は継続的に確保される。
【００４１】
図１３は、本発明の第５実施例に係る給気流加熱装置の全体構成を示す概略フロー図であり、図１４乃至図１８は、給気流加熱装置を構成する各切換式蓄熱型熱交換システムの各種作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。図１３乃至図１８において、上記第１乃至第４実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
図１３に示す如く、給気流加熱装置１により加熱された加熱給気流は、再熱気流給送路ＨＡを介して、燃焼炉又はボイラー等の任意の高温給気導入装置（図示せず）に給送される。助燃空気供給路ＦＡより分岐した第１及び第２助燃空気給送路ＦＡ１、ＦＡ２が、助燃空気導入口８３、８４（図１４）に連結され、助燃空気導入口８３、８４は、各熱交換システム１０の各燃焼域１３、１４に開口する。第１及び第２開閉弁８１、８２が、第１及び第２助燃空気給送路ＦＡ１、ＦＡ２に夫々介装され、各開閉弁８１、８２は、制御装置（図示せず）の同期切換制御下に各熱交換システム１０の流路切換装置２０と同時に開閉制御され、各燃焼域１３、１４に対する助燃空気の供給を制御する。
【００４２】
給気流加熱装置１は、並列配置された複数の熱交換システム１０を備える。各熱交換システム１０は、第４実施例と同様に、流路切換装置２０を構成する第１給気開閉弁２７、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第２排気開閉弁３８を備える。第１給気開閉弁２７、第２排気開閉弁３８及び第２開閉弁８２は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動し、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第１開閉弁８１は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動する。
熱交換システム１０は更に、排気導出路ＥＡの排気流量を調整又は制御する排気バイパス流路ＥＢ及び排気量制御弁３５を備える。排気導出路ＥＡの排気流量は、排気量制御弁３５の開放時に増大又は倍増し、排気量制御弁３５の閉鎖時に低減ないし半減する。
給気流加熱装置１の制御装置（図示せず）は、図１３及び図１４に示す第１加熱工程において、第１給気開閉弁２７、第２排気開閉弁３８及び第２開閉弁８２を開放し且つ第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第１開閉弁８１を閉塞する。また、第１加熱工程において、第２燃料供給制御弁４２は開放し、第２バーナ４４は、第２燃焼域１４に炭化水素系燃料を吹き込み、第１加熱給気流Ｈ１による燃焼反応を生起する。第２バーナ４４と第２熱交換装置１２との間に配置された助燃空気導入口８４は、第２燃焼域１４に形成された第２バーナ４４の火炎帯に燃焼用空気を補給し、第２燃焼域１４の燃焼反応に要する燃焼用空気量を補償する。第２バーナ４４の火炎帯の燃焼反応が促進される結果、第２バーナ４４の吐出燃料は、第２燃焼域１４において実質的に完全燃焼するので、燃焼排ガスの排気に伴う未燃燃料成分の外界排出を確実に防止し得るとともに、第２熱交換装置１２に対して伝熱可能な燃焼排ガスの所要熱量を確保することができる。
【００４３】
他方、給気流加熱装置１の制御装置（図示せず）は、図１８に示す第２加熱工程において、第１給気開閉弁２７、第２排気開閉弁３８及び第２開閉弁８２を閉塞し且つ第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第１開閉弁８１を開放する。第２加熱工程において、第１燃料供給制御弁４１は開放し、第１バーナ４３は、第１燃焼域１３に炭化水素系燃料を吹き込み、第１加熱給気流Ｈ１による燃焼反応を生起する。第１バーナ４３と第１熱交換装置１１との間に配置された助燃空気導入口８３は、第１燃焼域１３に形成された第１バーナ４３の火炎帯に燃焼用空気を導入し、該火炎帯の燃焼反応を促進し、第１燃焼域１３の燃焼用空気量を補償する。従って、第１バーナ４３の吐出燃料は、第１燃焼域１３において実質的に完全燃焼し、燃焼排ガスの排気に伴う未燃燃料の大気放出を確実に防止し得るとともに、第１熱交換装置１１に対して伝熱可能な燃焼排ガスの所要熱量を確保することができる。
給気流加熱装置１の制御装置は又、第１及び第２加熱工程において排気量制御弁３５を開放し、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスは、部分的に排気バイパス流路ＥＢを介して強制排気ファン３に誘引される。助燃空気導入口８３、８４より供給された助燃空気による排気流量の増量は、排気バイパス流路ＥＢの開放により補償される。
【００４４】
各熱交換システム１０は、第１及び第２加熱工程の間に過渡的に第１乃至第３中間工程を段階的に実行する。図１５に示す第１中間工程は、上記第１加熱工程（図１４）の作動モードにおいて、第１及び第２開閉弁８１、８２を閉塞し、開閉弁装置８０による助燃空気の供給を停止するとともに、第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２を閉塞し、燃料供給制御装置４０による燃料供給を停止した形態の作動モードにより実行される。第１中間工程において、排気量制御弁３５は閉鎖され、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスは、排気バイパス流路ＥＢの閉塞により流路面積を低減した状態の排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３に誘引される。
【００４５】
図１７に示す第３中間工程は、上記第２加熱工程の作動モード（図１８）において、開閉弁装置８０による助燃空気の供給を停止するとともに、燃料供給制御装置４０による燃料供給を停止した形態の作動モードにより実行される。第３中間工程において、排気量制御弁３５は閉鎖され、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスは、流路面積が減少した排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３に誘引される。
図１６に示す第２中間工程は、第１及び第３中間工程と同様に、開閉弁装置８０による助燃空気の供給を停止するとともに、燃料供給制御装置４０による燃料供給を停止した形態の作動モードにより実行される。第２中間工程においては、第１及び第２給気開閉弁２７、２８および第１及び第２排気開閉弁３７、３８は開放され、排気量制御弁３５は閉鎖される。給気給送路ＣＡの給気流は、分岐連通管路２９において分岐し、第１及び第２給排路Ｌ１、Ｌ２に流入し、所定量の給気流は、分岐連通管路３９を介して排気導出路ＥＡに流出し、強制排気ファン３に誘引される。残余の給気流は、第１及び第２熱交換装置１１、１２および第１及び第２燃焼域１３、１４を介して、分流域１５に流入し、分流域１５において合流した給気流は、加熱気流給送路ＨＡを介して、高温気流導入装置９に給送される。
【００４６】
図１９は、図１４乃至図１８の各作動モードにおける各流路の流量比を例示する図表である。図１９に例示された流量比は、説明を簡素化するために、給気給送路ＣＡの流量を１．０として指示し且つ加熱気流給送路ＨＡ及び助燃空気供給路ＦＡの流量を０．５として指示したものである。
図１９に示す如く、熱交換システム１０を構成する各流路の流量バランスは、熱交換システム１０を構成する各開閉弁又は制御弁の開閉制御により、所望の如く制御され、第１及び第２加熱工程及び第１乃至第３中間工程における給気給送路ＣＡ及び加熱気流給送路ＨＡの流量は、定常的に所定流量に保持される。従って、熱交換システム１０より高温気流導入装置９に供給される第２加熱給気流Ｈ２の流量は、助燃空気の供給量に実質的に影響を受けず、所定流量（流量比＝０．５）に安定的に維持される。
【００４７】
図２０は、上記熱交換システム１０の運転形態を経時的に例示する概略フロー図である。
図２０（Ａ）乃至図２０（Ｆ）には、経時的且つ段階的に推移する上記形態の各種作動モードが概略的に図示されており、熱交換システム１０は、所定時間毎、例えば、１０秒毎に図示の順序に従って作動モードを変化させる。熱交換システム１０は、図２０（Ａ）乃至図２０（Ｆ）に示す作動モードの変化態様に従って、連続的に運転される。図２０（Ａ）に示す第１加熱工程（図１４）の作動モードおよび図２０（Ｄ）に示す第２加熱工程（図１８）の作動モードの間に、第２中間工程（図１６：図２０Ｂ）の作動モードおよび第３中間工程（図１７：図２０Ｃ）の作動モードが段階的に実行され、図２０（Ｄ）に示す第２加熱工程（図１８）の作動モードおよび図２０（Ａ）に示す第１加熱工程（図１４）の作動モードの間に、第２中間工程（図１６：図２０Ｅ）の作動モードおよび第１中間工程（図１５：２０Ｆ）の作動モードが段階的に実行される。かかる作動モード変化態様の適当な組合せ又は順序設定により、第１及び第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面温度及び蓄熱温度の変化率又は温度変動勾配を均等化ないし平均化するとともに、第２加熱空気流Ｈ２の温度変化を抑制し、加熱気流給送路ＨＡの給気温度を均一化することが可能となる。
【００４８】
以上説明した如く、給気流加熱装置１は、比較的低温の給気流を受入れる給気流導入路ＣＡと、燃焼排ガスを導出する燃焼排ガス導出路ＥＡと、高温気流導入装置６、９に対して比較的高温の加熱給気流を供給する加熱給気流給送路ＨＡと、給気流導入路ＨＡ及び燃焼排ガス導出路ＥＡに連結された流路切換装置２０と、流路切換装置２０に連結された第１給排流路Ｌ１及び第２給排流路Ｌ２と、第１及び第２給排流路Ｌ１、Ｌ２に連結された第１加熱装置１０Ａ及び第２加熱装置１０Ｂと、第１及び第２加熱装置１０Ａ、１０Ｂと連通し且つ加熱給気流給送路ＨＡに連通する分流域１５とを備える。第１加熱装置１０Ａは、第１給排流路Ｌ１に連結された第１熱交換装置１１と、第１熱交換装置１１に対して直列に配置された第１燃焼域１３とを備え、第１給排流路Ｌ１、第１熱交換装置１１及び第１燃焼域１３は、給気流を分流域１５に導出するとともに、第１燃焼域１３にて生成した燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路ＥＡに送出するように相互連通する。同様に、第２加熱装置１０Ｂは、第２給排流路Ｌ２に連結された第２熱交換装置１２と、第２熱交換装置１２に対して直列に配置された第２燃焼域１４とを備え、第２給排流路Ｌ２、第２熱交換装置１２及び第２燃焼域１４は、給気流を分流域１５に導出するとともに、第２燃焼域１４にて生成した燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路ＥＡに送出するように相互連通する。分流域１５は、第１又は第２熱交換装置１１、１２にて加熱された高温の加熱給気流Ｈを第１加熱給気流及び第２加熱給気流Ｈ１：Ｈ２に分流する分流手段１６を備え、第１加熱給気流Ｈ１を第２燃焼域１４に送出するとともに、第２加熱給気流Ｈ２を加熱給気流給送路ＨＡに送出する。第１及び第２燃焼域１３、１４は夫々、第１加熱給気流Ｈ１を燃焼反応せしめる燃焼手段４０−４８、３１−３３、８０−８４を有し、第１及び第２熱交換装置１１、１２は、燃焼域１３、１４の燃焼反応の結果として生成した燃焼排ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備える。
【００４９】
給気流加熱装置１は、所定の時間間隔にて交互に切替えられる第１加熱工程及び第２加熱工程を実行し、低温給気流を継続的に高温加熱する。第１加熱工程において、給気流加熱装置１は、高温の第１熱交換装置１１を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と第１熱交換装置１１との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、該高温の加熱給気流Ｈを分流域１５の分流手段１６により第１加熱給気流Ｈ１及び第２加熱給気流Ｈ２に分流し、第２加熱給気流Ｈ２を高温気流導入装置６、９に供給するとともに、第１加熱給気流Ｈ１を第２燃焼域１４に導入し、第２燃焼域１４において燃焼反応せしめ、第２燃焼域１４の燃焼により生成した燃焼排ガスを第２熱交換装置１２を介して排気し、燃焼排ガスと第２熱交換装置１２との伝熱接触による熱交換により、燃焼排ガスの顕熱を第２熱交換装置１２の蓄熱体に蓄熱する。第２加熱工程において、給気流加熱装置１は、高温の第２熱交換装置１２を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と第２熱交換装置１２との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、該高温の加熱給気流Ｈを分流域１５の分流手段１６により第１加熱給気流はＨ１及び第２加熱給気流Ｈ２に分流し、第２加熱給気流Ｈ２を高温気流導入装置６、９に供給するとともに、第１加熱給気流Ｈ１を第１燃焼域１３に導入し、第１燃焼域１３において燃焼反応せしめ、第１燃焼域１３の燃焼により生成した燃焼排ガスを第１熱交換装置１１を介して排気し、燃焼排ガスと第１熱交換装置１１との伝熱接触による熱交換により、燃焼排ガスの顕熱を第１熱交換装置１１の蓄熱体に蓄熱する。
【００５０】
かかる構成の給気流加熱装置又は給気流加熱方法によれば、外気等の低温給気流は、直接燃焼による低温気流の加熱又は予熱工程を要することなく、蓄熱体の蓄熱／放熱作用を介してなされる実質的に直接的な熱伝導／加熱工程により低温気流を高温に加熱又は予熱することができる。従って、低温給気流の酸素濃度及び含有成分比率が実質的に初期濃度又は初期比率に維持されるので、上記高温気流導入装置６、９は、酸素補充設備等の格別の給気流改質手段を要しない。
また、上記給気流加熱装置又は給気流加熱方法において、高温気流導入装置６の可燃性燃焼排ガスを第１及び第２燃焼域１３、１４に供給することにより、高温気流導入装置６の可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を第１及び第２燃焼域１３、１４にて生起し、燃焼域１３、１４に生成した二次燃焼排ガスの保有顕熱により蓄熱体を加熱することができる。低温給気流は、蓄熱体により加熱又は予熱され、燃焼域１３、１４の燃焼排ガス保有熱は、蓄熱体を介して低温給気流に熱伝達／熱伝導される。かくして、燃焼排ガスの廃熱回収を図るとともに、高温気流導入装置６の可燃性燃焼排ガスの排煙脱硝を燃焼域１３、１４の高温燃焼により実施することが可能となる。
【００５１】
更に、上記給気流加熱装置又は給気流加熱方法において、臭気成分を含有した臭気発生源Ｄの臭気性排ガスを第１及び第２燃焼域１３、１４に供給することにより、臭気性排ガスの悪臭物質又は臭気成分を燃焼分解又は熱分解し、これにより、臭気発生源Ｄの排ガス脱臭手段を提供することができる。
また、上記構成によれば、タービン排ガス等の廃熱保有ガスを給気流加熱装置１に供給することにより、廃熱保有ガスを再熱し、廃熱保有ガスの保有熱量を増大するとともに、増大した排ガス保有熱量を低温給気流に伝熱し、該低温給気流を高温に加熱することができる。従って、上記給気流加熱装置又は給気流加熱方法によれば、後続の廃熱回収設備に対して導入すべき気流又はガス流の再熱により、後流側の廃熱回収設備の廃熱回収効率を向上させ、廃熱回収設備の実効性を大幅に改善し得る。
【００５２】
図２１及び図２２は、本発明に係る給気流加熱装置の応用例（第７実施例）を示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図２１及び図２２において、上記各実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。また、図２１及び図２２の各図において、（Ａ）図は、給気流加熱装置１の第１加熱工程を示し、（Ｂ）図は、給気流加熱装置１の第２加熱工程を示す。
本実施例において、給気流加熱装置１は、水性ガス反応(water gas reaction)により水性ガス(water gas) を生成する水性ガス化炉又はガス化反応容器として使用される。給気流加熱装置１は、例えば、石炭ガス化設備に配設され、石炭ガス化設備の水蒸気供給系に介装される。
【００５３】
一般に、石炭ガス化設備の燃焼炉又はガス化炉においては、高温加熱空気が燃焼領域に供給されるとともに、比較的高温の過熱水蒸気流が燃焼領域に供給される。石炭ガス化炉の炉内雰囲気に供給される比較的高温の水蒸気は、ガス化炉内に生成した炭素と主に反応し、炭化水素系化合物を生成する。しかしながら、この種の燃焼装置に供給可能な高温水蒸気の温度は、従来は、５００乃至６００℃の温度を高温限界としており、かかる高温限界を超える超高温の水蒸気を連続的に供給し得る装置が存在しない事情もあり、水性ガス化反応が十分に進行していない状態の過熱水蒸気流を石炭ガス化設備に供給せざるを得なかった。
これに対し、本実施例の給気流加熱装置１は、８００℃乃至１１００℃を超える超高温域の水蒸気流を石炭ガス化炉等の燃焼装置９０に連続的に供給し得るように構成されており、かかる給気流加熱装置１に接続された石炭ガス化装置においては、燃焼域における炭化水素化合物の生成反応が、極めて効率的に進行する。
【００５４】
給気流加熱装置１を構成する流路切換装置２０及び熱交換システム１０は、上記第４及び第５実施例と実質的に同じ全体構造を備えており、また、図２１及び図２２に示す如く、第１、第２熱交換装置１１、１２、第１、第２燃焼域１３、１４及び分流域１５を有する。しかしながら、本実施例においては、第１及び第２燃焼域１３、１４は、水性ガス化反応領域として構成される。また、燃焼域１３、１４は、炭化水素系ガス燃料又は液体燃料を燃焼域１３、１４内に吐出又は噴射する燃料供給口４３、４４と、酸化剤を燃焼域１３、１４に供給する酸化剤吐出口８３、８４とを備える。
燃料供給口４３、４４は、燃料供給路CH１、CH２を介して燃料供給制御装置４０に接続され、制御装置４０は、燃料供給主管CHG に接続される。炭化水素系燃料として、例えば、メタン、エタン、プロパン又はブタン等の炭化水素系ガス、或いは、灯油又は重油等の液体燃料を好適に使用し得る。また、酸化剤吐出口８３、８４は、酸化剤供給路OX１、OX２を介して酸化剤供給制御装置８０に接続され、制御装置８０は、酸化剤供給主管OXG に接続される。酸化剤として、一般に酸素O2を好適に使用し得るが、所望により、空気等を酸化剤として使用しても良い。図２２に示す如く、酸化剤供給制御装置８０は、酸化剤供給路OX１、OX２に夫々介装された第１及び第２流量制御弁８１、８２を含み、燃料供給制御装置４０は、燃料供給路CH１、CH２に夫々介装された燃料供給制御弁４１、４２を含む。
第１及び第２燃焼域１３、１４の間に位置する分流域１５は、水性ガス給送路SHA の上流端に接続され、他方、第１及び第２熱交換装置１１、１２の基端部は、流路切換装置２０を介して、水蒸気供給路STの下流端又は高温ガス導出路SHB の上流端に選択的に接続される。
【００５５】
次に、上記構成の給気流加熱装置１の作動について説明する。
ボイラ設備又は水蒸気発生装置等（図示せず）にて生成された過熱蒸気は、水蒸気供給路STを介して給気流加熱装置１の流路切換装置２０に供給される。水蒸気供給路STの過熱蒸気の温度は、例えば、１５０乃至３００℃の範囲に設定される。
給気流加熱装置１は、前述の各実施例と同様に、所定時間間隔で第１位置（図２１Ａ）又は第２位置（図２１Ｂ）に交互に切換えられ、第１及び第２加熱工程を交互に実行する。給気流加熱装置１は、上記各実施例の給気流加熱装置と同様、第１加熱工程（図２１Ａ：図２２Ａ) において、第２燃焼域１４を燃焼作動し、第２加熱工程（図２１Ｂ：図２２Ｂ）において第１燃焼域１３を燃焼作動する。
第１加熱工程（図２１Ａ：図２２Ａ）において、水蒸気供給路STの過熱水蒸気は、第１給気開閉弁２７、第１給排路Ｌ１、第１熱交換装置１１及び第１中間流路Ｌ３を介して第１燃焼域１３に供給される。加熱水蒸気は、第１熱交換装置１１を流通する間に８００℃以上の高温域、好適には、１１００℃以上の高温域に加熱され、この結果、水蒸気の水性ガス化反応が、第１熱交換装置１１及び第１燃焼域１３において生起し且つ進行する。水性ガス化反応した過熱水蒸気は、水素を含む高温の水性ガス流ＳＨとして、第３中間流路Ｌ５を介して分流域１５に流入し、分流域１５において、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流する。
【００５６】
第２水性ガス流SH２は、水性ガス給送路SHA に送出され、水性ガス給送路SHA を介して石炭ガス化設備の燃焼装置９０に供給される。他方、第１水性ガス流SH１は、第４中間流路Ｌ６を介して第２燃焼域１４に流入する。燃料供給路CHG の炭化水素系燃料が、制御弁４２を介して燃料吐出口４４から第２燃焼域１４に導入されるとともに、酸化剤供給路OXG の酸化剤(O2)が、制御弁８２を介して酸化剤吐出口８４から第２燃焼域１４導入される。炭化水素系燃料、酸化剤及び第１水性ガス流SH１は、第２燃焼域１４にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。高温ガス流SH3 は、第２中間流路Ｌ４、第２熱交換装置１２、第２給排路Ｌ２及び第２排気開閉弁３８を介して、高温ガス導出路SHB に送出される。第１水性ガス流SH１は、第２熱交換装置１２を通過する際に第２熱交換装置１２と伝熱接触し、第１水性ガス流SH１が保有する顕熱は、第２熱交換装置１２に蓄熱される。
第１加熱工程に引き続いて実行される第２加熱工程（図２１Ｂ：図２２Ｂ）において、水蒸気供給路STの過熱水蒸気は、第２給気開閉弁２８、第２給排路Ｌ２、第２熱交換装置１２及び第２中間流路Ｌ４を介して第２燃焼域１４に供給される。加熱水蒸気は、第２熱交換装置１２を流通する間に８００℃以上の高温域、好適には、１１００℃以上の高温域に加熱され、この結果、水蒸気の水性ガス化反応が、第２熱交換装置１２及び第２燃焼域１４において生起し且つ進行する。過熱水蒸気は、水素を含む高温の水性ガス流ＳＨとして、第４中間流路Ｌ６を介して分流域１５に流入し、分流域１５において、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流する。
第２水性ガス流SH２は、水性ガス給送路SHA に送出され、水性ガス給送路SHA を介して石炭ガス化設備の燃焼装置９０に供給され、第１水性ガス流SH１は、第３中間流路Ｌ５を介して第１燃焼域１３に流入する。燃料供給路CHG の炭化水素系燃料が、制御弁４１を介して燃料吐出口４３から第１燃焼域１３に導入されるとともに、酸化剤供給路OXG の酸化剤(O2)が、制御弁８１を介して酸化剤吐出口８３から第１燃焼域１３に導入される。炭化水素系燃料、酸化剤及び第１水性ガス流SH１は、第１燃焼域１３にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。高温ガス流SH3 は、第１中間流路Ｌ３、第１熱交換装置１１、第１給排路Ｌ１及び第１排気開閉弁３７を介して、高温ガス導出路SHB に送出される。第１水性ガス流SH１は、第１熱交換装置１１を通過する際に第１熱交換装置１１と伝熱接触し、第１水性ガス流SH１が保有する顕熱は、第１熱交換装置１１に蓄熱される。
【００５７】
水性ガス生成装置として機能する上記構成の給気流加熱装置１においては、第１及び第２燃焼域１３、１４に導入される過熱水蒸気は、第１及び第２熱交換装置１１、１２を介してなされる水蒸気流SHと高温ガス流SH3 との実質的に直接的な熱交換作用により、８００乃至１１００℃以上の高温域に加熱され、高効率の水性ガス反応を第１及び第２熱交換装置１１、１２及び燃焼域１３、１４に生起し且つ維持する。第１水性ガス流SH1 は、燃焼域１３、１４に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤と混合し、水性ガスの燃焼反応を燃焼域１３、１４に生起し且つ維持する。かくして、上記給気流加熱装置１は、燃焼域１３、１４の水性ガス化反応の反応温度を所望の温度域に維持し得るので、高温加熱処理した水蒸気流の存在下に、高効率の水素ガス生成反応を燃焼域１３、１４に生起し、所望の水素ガスを含む高効率の水性ガスを石炭ガス化炉の燃焼装置９０に供給することができる。また、上記給気流加熱装置１によれば、酸化燃焼反応に伴う二酸化炭素(CO2) 及び水(H2O) の生成量を抑制し得るとともに、比較的少量の酸化剤及び燃焼用燃料により、比較的高純度又は高品位の水性ガスを生成することができる。
【００５８】
図２３は、上記第７実施例に係る給気流加熱装置１の分流域１５の変形構造を示す給気流加熱装置１の概略断面図であり、図２３には、給気流の流路形態のみが、概略的に図示されている。図２３に示す給気流加熱装置１は、第１及び第２燃焼域１３、１４を画成する第１及び第２加熱炉１０Ａ、１０Ｂと、各加熱炉を相互連通する連通部１０Ｃとを備える。加熱炉１０Ａ、１０Ｂの端壁には、連続点火式のパイロットバーナ３０５、３０６を備えたバーナ組立体３０３、３０４が配設される。燃料供給路CH１、CH２及び酸化剤供給路OX１、OX２が、バーナ組立体３０３、３０４に連結され、バーナ組立体３０３、３０４は、燃焼域１３、１４に向かって軸線方向に酸化剤及び炭化水素系燃料を吐出する。分流域１５を構成する左右の中間流路Ｌ５、Ｌ６は、水性ガス流ＳＨの流体流を第１水性ガス給送路SHA に向けて差し向けるように、各加熱炉１０Ａ、１０Ｂ( 燃焼域１３、１４ )の中心軸線に対して所定角度αをなして傾斜しており、給気流加熱装置１の中心線位置において相互接続される。第１及び第２中間流路Ｌ５、Ｌ６の接合部には、第１水性ガス給送路SHA の上流端が接続されるとともに、突出部１６が配設される。突出部６は、給気流加熱装置１の中心線上に延在する比較的薄い板体からなり、第１水性ガス給送路SHA の上流端開口部と対向するように流路内に突出する。
【００５９】
かかる分流域１５の構造によれば、分流域１５は、水性ガス流ＳＨが第１水性ガス給送路SHA に流入し易いように設定された図示のＹ字形の流路形態を有し、この結果、比較的減量し易い性質を有する第２水性ガス流SH２は、水性ガス流ＳＨの方向性又は慣性により、確実に所望の流量を確保し、第１水性ガス給送路SHA に流入する。従って、第２水性ガス流SH２の流量の低減が防止され、水性ガス流ＳＨは、分流域１５において円滑に所望の流量比の第１及び第２水性ガス流SH１、SH２に分流する。更に、流路抵抗を増大し且つ流体流を整流するハニカム型蓄熱体３０１、３０２が、第１及び第２中間流路Ｌ５、Ｌ６の流路内に配置される。蓄熱体３０１、３０２は、上記第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体と実質的に同一の素材、各部形状及び各部寸法を有する蓄熱体からなる。図２３に示す如く、第１燃焼域１３に生成した水性ガス流ＳＨは、第３中間流路Ｌ５に流入し、蓄熱体３０１を流通した後、分流域１５にて第１及び第２水性ガス流SH１、SH2 に分流し、第１水性ガス流SH1 は、蓄熱体３０２のハニカム流路を流通した後、第４中間流路Ｌ６から第２燃焼域１４に流入する。
【００６０】
蓄熱体３０１、３０２は、水性ガス流ＳＨ、SH１の顕熱を蓄熱し且つ放熱する機能を発揮する。しかしながら、蓄熱体３０１、３０２は、これを主たる目的として中間流路Ｌ５、Ｌ６に配設されたものではなく、主として第３及び第４中間流路Ｌ５、Ｌ６の流路抵抗を局所的に増大させるとともに、乱流状態で中間流路Ｌ５、Ｌ６に流入する水性ガス流ＳＨを整流化し、分流域１５の分流機能を規制することを意図としたものである。即ち、燃焼域１３、１４の水性ガス流ＳＨは、乱流形態又は不規則な流体特性を有する高温気流として中間流路Ｌ５、Ｌ６に流入し、蓄熱体３０１、３０２のハニカム流路を流通する間に整流化され、比較的規則的な方向性を有する整流として分流域１５の分流部に流入する。しかも、水性ガス流ＳＨから分流した第１水性ガス流SH１に対して、蓄熱体３０１、３０２の流通抵抗又は流路抵抗が作用するので、比較的増量し易い第１水性ガス流SH１の流量は、該流通抵抗又は流路抵抗により抑制され、この結果、第１及び第２水性ガス流SH１、SH２の流量比は、適切に規制され、適当な流量の第１及び第２水性ガス流SH１、SH２が、燃焼域１３、１４及び第１水性ガス給送路SHA に送出される。
かくして、図２３に示す流路形態の分流域１５を備えた給気流加熱装置１によれば、分流域１５における第１及び第２水性ガス流SH１、SH２の分流比又は流量比を適切に規制し得る。なお、かかる流路構成は、上記第７実施例に対する適用に限定されるものではなく、前述の各実施例においても適当に採用し得るものである。
【００６１】
図２４は、上記第７実施例の給気流加熱装置の更なる変形例を示す給気流加熱装置の概略ブロックフロー図である。また、図２５及び図２６は、図２４に示す給気流加熱装置の概略断面図である。なお、図２４（Ａ）及び図２５には、給気流加熱装置の第１位置が図示されており、図２４（Ｂ）及び図２６には、給気流加熱装置の第２位置が図示されている。
給気流加熱装置１は、第１又は第２燃焼域１３、１４を相互連通する連通部１０Ｃ（図２５、図２６）と、燃焼域１３、１４と第１水性ガス給送路SHA とを相互連通可能に接続する第３及び第４中間流路Ｌ７、Ｌ８とを備える。連通部１０Ｃの分流連通路１５は、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通する。第１又は第２熱交換装置１１、１２及び燃焼域１３、１４における水性化反応により生成した水性ガスは、分流連通路１５により分流する。縮径部１６が、分流連通路１５の流路内方に突出し、局所的な縮小流路を形成する。縮径部１６は、分流連通路１５のオリフィス又は流路抵抗として機能する。
給気流加熱装置１は更に、第１位置（図２４Ａ：図２５）と第２位置（図２４Ｂ：図２６）とに交互に切換可能な３方弁形式の分流制御装置１３０を備える。分流制御装置１３０は、中間流路Ｌ７、Ｌ８と第１水性ガス給送路SHA との間に介装され、電子式制御装置２００（図２４）の制御下に第１又は第２位置に選択的に切換えられる。電子式制御装置２００は、分流制御装置１３０及び流路切換装置２０の切換作動を同期制御し、従って、分流制御装置１３０及び流路切換装置２０は、好ましくは６０秒以下の所定時間に設定される切換時間毎に第１位置（図２４Ａ：図２５）又は第２位置（図２４Ｂ：図２６）に同時に切換えられる。なお、本実施例の流路切換装置２０は、高速切換式又は高周期切換式構造を備えた４方弁として構成されているが、図２１に示す如く複数の開閉弁を組み合わせてなる複合構造の弁装置として流路切換装置２０を構成しても良い。
第１及び第２熱交換装置１１、１２を介して第１及び第２燃焼域１３、１４に導入された高温の水蒸気流SHは、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流し、第１水性ガス流SH１は、燃焼域１３、１４に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤の存在下に、水性ガスの燃焼反応を燃焼域１３、１４に生起し且つ維持する。
【００６２】
図２４（Ａ）及び図２５に示す給気流加熱装置１の第１加熱工程（第１位置）において、第１熱交換装置１１を介して第１燃焼域１３に導入された高温の水蒸気流（水性ガス流）SHは、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流し、第１水性ガス流SH１は、分流連通路１５を介して第２燃焼域１４に導入され、燃焼域１４に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤の存在下に、第１水性ガス流SH１の燃焼反応を燃焼域１４に生起し且つ維持する。他方、図２４（Ｂ）及び図２６に示す給気流加熱装置１の第２加熱工程（第２位置）において、第２熱交換装置１２を介して第２燃焼域１４に導入された高温の水蒸気流（水性ガス流）SHは、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流し、第１水性ガス流SH１は、分流連通路１５を介して第１燃焼域１３に導入され、燃焼域１３に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤の存在下に、第１水性ガス流SH１の燃焼反応を燃焼域１３に生起し且つ維持する。これに対し、燃焼域１３、１４に生成した水性ガスの第２水性ガス流SH２は、分流制御装置１３０を介して第１水性ガス給送路SHA に送出される。
【００６３】
図２７は、本発明に係る給気流加熱装置の更に他の応用例（第８実施例）として構成された不活性ガス加熱システムの構成を示す概略フロー図である。図２７において、上記各実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。なお、本実施例における給気流加熱装置１の構造は、前述の第５実施例のものと実質的に同一であるので、第５実施例の図１４乃至図１８を引用することにより、図示を省略する。
図２７に示す給気流加熱装置１は、不活性ガス消費設備に対して高温の不活性ガスを供給するための不活性ガス加熱装置として使用される。不活性ガスとして、窒素ガス、アルゴンガス又はヘリウムガス等を例示し得る。また、不活性ガス消費設備として、例えば、鉄鋼加熱炉を構成する焼なまし炉(annealing) 等の任意の熱処理装置を例示し得る。
窒素ガス等の不活性ガスは、不活性ガス供給路ＮＧを介して、不活性ガス源（図示せず）から給気流加熱装置１の流路切換装置２０に供給される。前述の第５実施例と同様、流路切換装置２０は、図２７（Ａ）に示す第１位置において、不活性ガスを第１熱交換装置１１に供給する。第１熱交換装置１１を流通する不活性ガス流は、第１熱交換装置１１との伝熱接触により８００℃乃至１１００℃以上の高温域に加熱され、第１燃焼域１３を介して分流域１５に流入する。分流域１５にて分流した第２加熱給気流Ｈ２は、不活性ガス給送路ＨＡを介して、不活性ガス消費設備に給送され、他方、第１加熱給気流Ｈ１は、第２燃焼域１４に導入される。燃焼用空気流又は酸化剤が助燃空気導入口８４から第２燃焼域１４に導入され且つ炭化水素系燃料が第２バーナ４４から第２燃焼域１４に供給され、第１加熱給気流Ｈ１は、第２燃焼域１４にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスとして第１熱交換装置１２を流通し、第１熱交換装置１２を加熱し、しかる後、流路切換装置２０を介して排気導出路ＥＡに送出される。
流路切換装置２０は、第２位置（図２７Ｂ）において、不活性ガスを第２熱交換装置１２に供給し、第２熱交換装置１２によって加熱された不活性ガス流は、分流域１５において第１及び第２加熱給気流Ｈ１：Ｈ２に分流し、第２加熱給気流Ｈ２は、不活性ガス消費設備に給送され、他方、第１加熱給気流Ｈ１は、第１燃焼域１３にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスとして第１熱交換装置１１を加熱した後、排気導出路ＥＡに送出される。
【００６４】
かかる構成の給気流加熱装置１によれば、不活性ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２を介してなされる第１又は第２燃焼域１３、１４の燃焼排ガスとの実質的に直接的な熱交換作用により８００℃以上の高温域に加熱され、高温の不活性ガス流として不活性ガス消費設備に供給される。しかも、上記給気流加熱装置１においては、不活性ガス消費設備に供給すべき不活性ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２との顕熱交換により加熱されるにすぎない。従って、上記構成の給気流加熱装置１は、不活性ガス源において制御又は調整された不活性ガスの諸物性を変化させず、これを実質的に維持した状態で不活性ガスを高温に加熱し、高温の不活性ガス流を不活性ガス消費設備に連続的に供給することができる。
【００６５】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
例えば、上記第１実施例においては、流路を切換えるための流路切換手段として、４方弁形式の流路切換装置を使用しているが、所謂ケース切換型高速切換システム（ＣＥＭ）などの他の形式の流路切換手段の構造を採用しても良い。
また、上記実施例の微粉炭ボイラーの排煙処理システムに対して、所望により、或いは、排気規制の適用に相応して、排煙脱硝設備又は排煙脱硝装置を装置系の適所に適宜配設しても良い。
更に、水性ガス生成に係る上記実施例において、熱交換装置にて加熱された水蒸気流に対して炭化水素系燃料及び酸化剤を供給し、これにより、炭化水素系燃料及び酸化剤の存在下に進行する従来方式の水性ガス化反応を燃焼域に生じさせ且つ進行させることも可能である。また、熱交換装置を介して系外に排出される高温ガスを可燃性ガスとして同一装置系内又は系外の装置系において使用しても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明の上記構成によれば、常温外気等の比較的低温の空気又はガスを予熱又は加熱し、燃焼炉等の高温気流導入装置に対して加熱給気流を供給する給気流加熱装置及び給気流加熱方法において、給気流の酸素濃度等の諸物性を実質的に変化させることなく、該給気流を高温に予熱又は加熱し得る給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することが可能となる。
また、本発明の上記構成によれば、高温気流導入装置に供給すべき燃焼用給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温域に連続的に予熱又は加熱することができる給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る給気流加熱装置を備えた廃棄物処理設備の装置系全体構成を示す概略プロセスフロー図である。
【図２】図１に示す廃棄物処理設備に配設された給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図２（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図２（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図３】図１に示す廃棄物処理設備に配設された給気流加熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図３（Ａ）は、第１予熱工程における作動形態を示し、図３（Ｂ）は、第２給気流予熱工程における作動形態を示す。
【図４】第１及び第２熱交換装置を構成する蓄熱体の斜視図（図４（Ａ））及び部分拡大斜視図（図４（Ｂ））である。
【図５】蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
【図６】高温予熱空気が供給される燃焼領域の可燃範囲を示す線図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図７（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図７（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図８】図７に示す給気流加熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図８（Ａ）は、第１予熱工程における作動形態を示し、図８（Ｂ）は、第２予熱工程における作動形態を示す。
【図９】本発明の第３実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図９（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図９（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図１０】図９に示す給気流加熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図１０（Ａ）は、第１予熱工程における作動形態を示し、図１０（Ｂ）は、第２予熱工程における作動形態を示す。
【図１１】本発明の第４実施例に係る給気流加熱装置を備えたガスタービン排気系の部分構成を示す概略フロー図である。
【図１２】図１１に示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフローである。図１２（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１加熱工程を示し、図１２（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２加熱工程を示す。
【図１３】本発明の第５実施例に係る給気流加熱装置の全体構成を示す概略フロー図である。
【図１４】図１３に示す切換式蓄熱型熱交換システムの第１加熱工程の作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１５】第１中間工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１６】第２中間工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１７】第３中間工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１８】第２加熱工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１９】図１４乃至図１８の各作動モードにおける各流路の流量比を例示する図表である。
【図２０】図１３乃至図１８に示す熱交換システムの各作動モードの運転形態を経時的に例示する概略フロー図である。
【図２１】本発明の第６実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様（第１位置）を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。
【図２２】図２１に示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様（第２位置）を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。
【図２３】給気流加熱装置を構成する分流域の変形構造を示す給気流加熱装置の概略断面図である。
【図２４】図２１に示す給気流加熱装置の更なる変形例を示す給気流加熱装置の概略ブロックフロー図である。
【図２５】図２４に示す給気流加熱装置の概略断面図（第１位置）である。
【図２６】図２４に示す給気流加熱装置の概略断面図（第２位置）である。
【図２７】本発明に係る給気流加熱装置の第７実施例を示す概略フロー図であり、給気流加熱装置は、不活性ガス加熱システムを構成する。
【図２８】従来構成の廃棄物処理設備の装置系全体構成を示す概略プロセスフロー図である。
【符号の説明】
１ 給気流加熱装置
２ 強制給気ファン
３ 強制排気ファン
６ 燃焼炉（高温気流導入装置）
７ 排気系
９ 廃熱回収ボイラ（高温気流導入装置）
１０ 切換式蓄熱型熱交換システム
１０Ａ 第１予熱炉
１０Ｂ 第２予熱炉
１０Ｃ 連通部
１１ 第１熱交換装置（蓄熱体）
１２ 第２熱交換装置（蓄熱体）
１３ 第１燃焼域
１４ 第２燃焼域
１５ 分流域
１７ 流路
１８ セル壁
１９ 外気吸入口
２０ 流路切換装置
２１ 給気流入ポート
２２ 排気流出ポート
２３ 第１給排ポート
２４ 第２給排ポート
２５ 中心回転軸
２６ 弁体
２７ 第１給気開閉弁
２８ 第２給気開閉弁
３０ 外気開放型排気口
３１ 三方弁
３２ 第１流入ノズル
３３ 第２流入ノズル
３７ 第１排気開閉弁
３８ 第２排気開閉弁
４０ 燃料供給制御装置
４１ 第１燃料供給制御弁
４２ 第２燃料供給制御弁
４３ 第１バーナ
４４ 第２バーナ
４５ 第１排ガス流入口
４６ 第２排ガス流入口
４７ 第１開閉制御弁
４８ 第２開閉制御弁
５０ 主羽口
８０ タービン排ガス分配装置、開閉弁装置
８１、８２ 第１及び第２開閉弁
８３、８４ タービン排ガス導入口、助燃空気導入口
９１ 圧縮機
９２ タービン
９３ 燃焼器
９４ 発電機
ＨＡ 予熱空気給気路（再熱気流給送路、加熱給気流給送路）
ＯＡ 外気導入路
ＣＡ 給気給送路
ＥＡ 排気導出路
ＥＧ 排気送出路
Ｌ１ 第１給排路
Ｌ２ 第２給排路
Ｌ３ 第１中間流路
Ｌ４ 第２中間流路
Ｌ５ 第３中間流路
Ｌ６ 第４中間流路
Ｆ 燃料供給系
Ｆ１ 燃料供給主管
Ｆ２ 第１燃料供給管
Ｆ３ 第２燃料供給管
ＦＡ 助燃空気供給路
ＦＡ１ 第１助燃空気給送路
ＦＡ２ 第２助燃空気給送路
ＥＸＧ 排気路
ＥＸ１ 第１排ガス導入路
ＥＸ２ 第２排ガス導入路
Ｅ１ 燃焼排ガス流路
Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７ 排ガス流出路（燃焼排ガス流路）
【発明の属する技術分野】
本発明は、給気流加熱装置及び給気流加熱方法に関するものであり、より詳細には、比較的低温の気流を高温に加熱し、高温気流を導入すべき燃焼炉又は燃焼設備等の高温気流導入装置に対して高温の加熱給気流又は予熱給気流を供給する給気流加熱装置及び給気流加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物焼却炉、廃棄物ガス化溶融炉、ボイラー、廃熱回収ボイラー、加熱炉又は石炭ガス化炉等の各種燃焼炉又は燃焼設備が、公共施設、或いは、発電施設又は石油化学プラント等の種々の業種の事業設備において実用に供されている。この種の燃焼炉又は燃焼設備は、一般に、燃焼用空気を燃焼炉の燃焼領域に供給する給気装置又は給気設備を有し、給気装置又は給気設備は、例えば、燃焼排ガスの廃熱等を利用した熱交換装置、或いは、燃焼用空気を予燃焼又は予熱する予燃焼装置又は予熱装置等の給気加熱装置を備える。給気加熱装置は、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼領域における燃焼効率を改善すべく、導入外気又は燃焼用空気を適当な温度に加熱又は予熱し、所望の温度に昇温した高温給気流又は燃焼用予熱空気流をバーナ等の燃焼装置又は火炎帯形成装置に給送する。
【０００３】
図２８は、この種の給気加熱装置を備えた廃棄物ガス化溶融炉の全体構成を例示する概略フロー図である。
廃棄物ガス化溶融炉を構成する燃焼炉６は、強制給気ファン１０２及び給気加熱装置１０１を備えた給気系に連結されるとともに、燃焼排ガス冷却装置７１、排煙処理システム７２及びスタック７３を含む排気系７に接続される。排煙処理システム７２は一般に、集塵装置及び排煙脱硝装置等の一連の排ガス処理装置を備える。燃焼炉６の炉内燃焼領域は、溶融廃棄物流動領域６１を下部域に備えた溶融炉領域６０と、溶融炉領域６０の上方域に配置された上部二次燃焼領域６２とを有する。
燃焼炉６は更に、産業廃棄物等の廃棄物を溶融炉領域６０内に投入可能な廃棄物投入口６３と、コークス等の補助燃料及び石灰石等の補助資材を溶融炉領域６０内に投入可能な副資材投入口６４とを備える。廃棄物投入口６３は、廃棄物シュート６５及び給塵機（図示せず）を介して、廃棄物搬送装置６６に連結され、副資材投入口６４は、副資材搬送装置６７を介して、コークス供給設備及び石灰石供給設備を備えた副資材供給装置（図示せず）に連結される。
【０００４】
溶融炉領域６０には、廃棄物投入口６３及び副資材搬送装置６７の下方域に配置された複数段の羽口５０、５１、５２が配設され、溶融廃棄物流動領域６１に配置された主羽口５０は、予熱空気給送路ＨＡを介して給気加熱装置１０１に連結される。給気加熱装置１０１は、外気吸引口１０３及び強制給気ファン１０２を介して導入した外気を予燃焼又は一次燃焼させ、予熱空気給送路ＨＡを介して、高温の燃焼用予熱空気流を主羽口５０に供給する。
このような構造形式の給気加熱装置を使用した給気予熱方式の燃焼装置又は燃焼設備では、予燃焼空気の含有酸素濃度又は空気比が給気加熱装置における予燃焼又は一次燃焼により低下する。かかる含有酸素濃度の低下を補償し、所望の燃焼特性を燃焼炉において確保するために、例えば、上記形式の給気加熱装置１０１は、予熱空気給送路ＨＡに接続された酸素供給管路１０４を備える。酸素供給管路１０４は、酸素ボンベ等を備えた酸素供給源１０５に連結され、酸素供給源１０５は、予熱空気給送路ＨＡの予熱空気流に対して所定流量の酸素（Ｏ2)を補充する。
【０００５】
かかる酸素供給設備の配設又は設置により、燃焼炉又は燃焼設備の初期建設費用が高騰するばかりでなく、燃焼炉又は燃焼設備の維持管理が煩雑化してしまう。しかも、この種の酸素供給設備は、高価な酸素ボンベ等の酸素供給源を定期的に補充せざるを得ず、定常的な酸素供給設備の維持管理を要し、従って、燃焼炉又は燃焼設備の運転又は稼働に伴う運転費用及び維持管理費用が高額化してしまうことから、燃焼炉又は燃焼設備の運転及び維持管理を長期に亘って継続する上で望ましくない。
【０００６】
他方、燃焼装置に対する給気流を高温に予熱し得る高速切換式又は高周期切換式の蓄熱型熱交換システムが、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に開示されている。本願出願人の開発に係る切換式蓄熱型熱交換システムは、多数の狭小流路を備えたハニカム構造の蓄熱体を有し、該蓄熱体は、極めて高い温度効率及び容積効率を発揮する。高温の燃焼排ガス及び低温の燃焼用給気流は、ハニカム型蓄熱体を短時間に交互に流通し、給気流は、ハニカム型蓄熱体を介してなされる燃焼排ガスとの直接的な熱交換により、８００℃を超える極めて高温に予熱される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の蓄熱型熱交換システムは、低温給気流と効率的に熱交換可能な顕熱を十分に保有する高温の燃焼排ガスを要することから、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼工程を経た直後の高温燃焼排ガスをハニカム型蓄熱体に導入せざるを得ない。従って、従来の蓄熱型熱交換システムは、上記廃棄物ガス化溶融炉の如く、高温の燃焼排ガスを容易に使用し得ない燃焼装置の装置全体構成又は使用環境条件においては、極めて採用し難い。しかも、蓄熱型熱交換システムにおけるハニカム型蓄熱体の狭小流路は、ダスト、灰又はフライアッシュ等の塵埃、煤塵又は粉塵等により容易に閉塞し易く、塵埃等のハニカム閉塞要素を含有しない比較的清浄な高温燃焼排ガスをハニカム型蓄熱体に導入しなければならず、従って、塵埃、煤塵又は粉塵等を多量に含む燃焼排ガスを排気し得る燃焼装置等においては、蓄熱型熱交換システムを有効に適用し難い事情がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、常温外気等の比較的低温の空気又はガスを予熱又は加熱し、燃焼炉等の高温気流導入装置に対して加熱給気流を供給する給気流加熱装置及び給気流加熱方法において、給気流の酸素濃度等の諸物性を実質的に変化させることなく、該給気流を高温に予熱又は加熱し得る給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することにある。
本発明は又、高温気流導入装置に供給すべき加熱給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温域に連続的に予熱又は加熱することができる給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するために、本発明は、比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱装置において、上記低温給気流を流通可能な流路を備え、該低温給気流を加熱する熱交換装置と、該熱交換装置を通過した結果として昇温した加熱給気流を第１及び第２給気分流に分流する分流域と、可燃性物質が導入され、該可燃性物質の燃焼反応を生起する燃焼域とを有する給気流加熱装置を提供する。上記熱交換装置、燃焼域及び分流域は、相互連通し、上記第２給気分流は、上記高温気流導入装置に給送され、上記燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、上記熱交換装置を介して排気される。上記熱交換装置は、上記燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、上記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備える。加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する分流域は、 (1) 加熱給気流を加熱給気流給送路に向けて差し向けるように、第１及び第２燃焼域の中心軸線に対して所定角度（α）をなして傾斜して第１及び第２燃焼域から延び且つ相互接続された第１及び第２の中間流路と、中間流路同士の接合部に接続された加熱給気流給送路とから構成されるＹ字形流路形態を有し（請求項１）、 (2) 流体分配作用のために流路内方に突出し且つ加熱給気流給送路の流入開口部と対向する突出部を連通流路に有し（請求項２）、或いは、 (3) 流入開口部と対向し且つ加熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能する流路縮小手段を分流手段として備える（請求項３）。
【００１０】
本発明の上記構成によれば、燃焼域に生成した高温ガスは、上記熱交換装置を構成する蓄熱体の流路を通過し、該蓄熱体を加熱する。高温ガスの顕熱を蓄熱体に熱伝導／熱伝達し且つ蓄熱体にて蓄熱する熱交換装置の蓄熱作用により、高温ガスの流体温度は降温し、他方、蓄熱体に蓄熱した顕熱を低温給気流に対して放熱し且つ該低温気流を加熱する熱交換装置の放熱作用により、低温給気流は加熱され、昇温する。かくして、蓄熱体を介してなされる低温給気流と高温ガスとの熱交換作用により、低温給気流は、高温に加熱ないし予熱される。
【００１１】
本発明は又、比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱方法において、
高温の第１熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記加熱給気流及び／又は第１給気分流の燃焼反応を燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第２熱交換装置に導入し、該第２熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第１加熱工程と、
高温の第２熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記加熱給気流及び／又は第１給気分流の燃焼反応を燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第１熱交換装置に導入し、該第１熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第２加熱工程とを有する給気流加熱方法を提供する。上記第１加熱工程及び第２加熱工程は、所定の時間間隔にて交互に切換えられ、上記低温給気流は、継続的に高温加熱される。
【００１２】
他の観点より、本発明は、上記構成の給気流加熱装置を並列に複数配置してなる給気流加熱システムを提供する。更に他の観点より、本発明は、上記給気流加熱装置を備えたことを特徴とする燃焼炉の燃焼用空気予熱装置、排ガス脱臭装置、タービン排ガスのリパワリング装置、水蒸気加熱装置又は不活性ガス加熱装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の他の好適な実施形態において、上記第１給気分流は、上記燃焼域に導入され、上記可燃性物質は、上記第１給気分流の存在下に燃焼反応を生起し且つ維持する。低温給気流は、初期の含有酸素濃度等の諸物性を実質的に維持するとともに、上記蓄熱体を介してなされる実質的に直接的な熱伝導作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱ないし予熱される。
本発明の他の好適な実施形態によれば、上記加熱給気流が上記燃焼域に導入され、上記可燃性物質は、上記加熱給気流の存在下に燃焼反応を生起し且つ維持する。低温給気流は、上記蓄熱体を介してなされる実質的に直接的な熱伝導作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱ないし予熱され、燃焼域において燃焼反応する。
本発明の好ましい実施形態によれば、給気流加熱装置は、上記低温の給気流を受入可能な給気流導入路と、燃焼排ガスを導出可能な燃焼排ガス導出路と、上記高温気流導入装置に対して第２給気分流を給送する加熱給気流給送路と、給気流導入路及び燃焼排ガス導出路に連結された流路切換装置と、流路切換装置に連結された第１給排流路及び第２給排流路と、第１給排流路及び第２給排流路に連結された第１加熱装置及び第２加熱装置と、第１及び第２加熱装置と連通し且つ上記加熱給気流給送路と連通する分流域とを有する。第１加熱装置は、第１給排流路に連結された第１熱交換装置と、第１熱交換装置に対して直列に配置された第１燃焼域とを有し、第１給排流路、第１熱交換装置及び第１燃焼域は、上記加熱給気流を上記分流域に導出するように相互連通する。同様に、第２加熱装置は、第２給排流路に連結された第２熱交換装置と、第２熱交換装置に対して直列に配置された第２燃焼域とを備え、第２給排流路、第２熱交換装置及び第２燃焼域は、加熱給気流を分流域に導出するように相互連通する。上記分流域は、加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する分流手段を備え、分流手段は、第１給気分流を上記第１又は第２燃焼域に導出する。更に、上記第１及び第２燃焼域は夫々、上記可燃性物質の燃焼反応を生起し且つ所定時間維持する燃焼手段を備える。
このような実施形態において、燃焼域の燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置を構成する蓄熱体の流路を通過し、該蓄熱体を加熱する。流路切換手段に対する所定時間の切換制御により、燃焼域の燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体に熱伝導／熱伝達し且つ蓄熱体にて蓄熱する蓄熱作用と、蓄熱体に蓄熱した顕熱を低温気流に対して放熱し且つ該低温気流を加熱する放熱作用とが、短時間に交互に反覆し、この結果、低温給気流と燃焼排ガスとの熱交換作用が、蓄熱体を介して継続し、低温給気流は、上記蓄熱体を介してなされる実質的に直接的な熱伝導作用により、８００℃乃至１０００℃以上の高温域に加熱ないし予熱される。
【００１４】
好適には、上記流路切換装置は、給気流導入路を第１給排流路に連結し且つ燃焼排ガス導出路を第２給排流路に連結する第１位置と、給気流導入路を第２給排流路に連結し且つ燃焼排ガス導出路を第１給排流路に連結する第２位置とを有し、所定の時間間隔にて第１位置又は第２位置のいずれか一方に選択的に切換制御される。第１及び第２燃焼域の各燃焼排ガスは、流路切換手段の第２位置において第１燃焼域の燃焼手段が燃焼作動する間、第１熱交換装置の蓄熱体を通過して第１給排流路に送出され、流路切換手段の第１位置において第２燃焼域の燃焼手段が燃焼作動する間、第２熱交換装置の蓄熱体を通過して第２給排流路に送出される。更に好ましくは、上記流路切換手段は、上記時間間隔にて上記第１位置又は第２位置に交互に切換制御され、該時間間隔は、６０秒以下、更に好ましくは、３０秒以下の所定時間に設定され、上記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体は、該時間間隔に相応して蓄熱又は放熱を反覆し、上記低温給気流を加熱し且つ上記燃焼排ガスを冷却する。
好ましくは、上記分流手段は、実質的に上記加熱給気流に対する流体圧力の制御（動圧規制及び／又は静圧規制）により、加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する。オリフィス又は流路縮径部を形成する分流手段は、第１及び第２加熱装置の相対的な圧力バランスを制御する流体圧力調整機能と、加熱給気流を分流方向を調整する気流配向機能とにより、加熱給気流を第１及び第２給気分流に所望の如く分割する。本発明の或る実施形態において、分流手段を構成する分流域は、上記加熱装置の中心軸線に対して所定角度をなして傾斜した流路と、該流路に配置された整流手段及び流路抵抗手段を備える。整流手段及び流路抵抗手段は、例えば、上記熱交換装置の蓄熱体と実質的に同一の構造を有するハニカム構造の成形品からなる。
【００１５】
本発明の或る好適な実施形態において、給気流加熱装置は、上記第１及び第２燃焼域に燃焼燃料を導入する第１及び第２燃料供給路と、上記第１及び第２燃料供給路の燃料供給を制御する燃料供給制御装置とを備える。或る実施形態において、上記燃焼燃料は、可燃成分を含む燃焼炉の可燃性燃焼排ガスからなる。炭化水素系燃料、或いは、可燃性の燃焼排ガスが、上記第１及び第２燃焼域に交互に供給ないし導入され、炭化水素系燃料又は焼燃排ガスの可燃成分により、燃焼域の燃焼反応が生起する。
本発明の他の好適な実施形態によれば、給気流加熱装置は、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼領域において生成した燃焼排ガスを上記第１及び第２燃焼域に導入する第１及び第２排ガス導入路と、第１及び第２排ガス導入路を開閉制御する開閉制御装置とを備える。
本発明の好適な実施形態において、上記蓄熱体は、上記低温給気流と上記燃焼排ガスとが交互に通過する多数の流路を備えたハニカム型蓄熱体からなる。更に好ましくは、上記第１加熱装置及び第２加熱装置は並列に配置され、上記分流域の側に位置する上記第１及び第２加熱装置の先端部分は、上記分流域を構成する連通流路を介して相互連通し、該連通流路は、上記加熱給気流給送路の流入開口部と、該流入開口部と対向する流路縮小手段とを備える。流路縮小手段は、上記加熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能するとともに、上記加熱給気流を上記流入開口部に向かって変向させる気流変向手段として機能する。
本発明の或る好適な実施形態において、臭気成分又は悪臭物質を含む塗装工程等の臭気性排ガスが、臭気性排ガス導入装置を介して上記第１及び第２燃焼域に交互に導入され、臭気性排ガスは、第１又は第２燃焼域において燃焼分解又は熱分解し、脱臭される。
【００１６】
本発明の他の好適な実施形態によれば、上記低温給気流は、外界雰囲気の空気又は不活性ガスであり、上記第２加熱給気流は、上記熱交換装置により、少なくとも８００℃、好ましくは１０００℃以上の高温に加熱され、高温の燃焼用予熱空気流又は不活性ガス流として、燃焼炉又は燃焼設備の燃焼手段等に給送される。
本発明の更に他の好適な実施形態によれば、タービン排ガスが、上記第１及び第２燃焼域に交互に導入され、上記第２加熱給気流は、上記高温気流導入装置を構成する廃熱回収ボイラに給送される。
本発明の更に好適な実施形態において、上記蓄熱体は、低温給気流と燃焼域の燃焼排ガスとが交互に流通可能な多数の流路を備えたセラミックス製のハニカム型蓄熱体からなる。好適には、ハニカム型蓄熱体は、各流路を構成する正方形断面又は三角形断面等の所定断面形状のセル孔を備えた格子状のハニカム構造に成形され、セル孔を画成するセル壁の壁厚及び各セル壁間のピッチは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の温度効率を確保し得る壁厚及びピッチに設定される。更に好適には、セル壁の壁厚は、１．６mm以下の所定厚に設定され、セル壁ピッチは、５．０mm以下の所定値に設定される。本発明の或る好適な実施形態によれば、上記燃焼域の燃焼反応において要求される燃焼用空気を補充又は補償すべく、付加的な助燃空気が、助燃空気供給装置を介して上記燃焼域に導入される。助燃空気は、燃焼域の燃焼反応を促進し、燃焼排ガスは、燃焼域にて実質的に完全燃焼するとともに、低温給気流と熱交換可能な十分な顕熱を確保する。
水性ガスの生成を目的とした本発明の好適な実施形態において、給気流加熱装置は、過熱水蒸気を低温給気流として供給する過熱水蒸気導入路と、燃焼域で生成した高温ガスを排出する排ガス導出路と、導入路及び導出路に連結された流路切換装置と、流路切換装置に連結された第１給排流路及び第２給排流路と、第１給排流路及び第２給排流路に連結された第１加熱装置及び第２加熱装置と、第１及び第２加熱装置と連通可能な水性ガス給送路とを有する。第１加熱装置は、第１給排流路に連結された第１熱交換装置と、第１熱交換装置に対して直列に配置された第１燃焼域とを備え、同様に、第２加熱装置は、第２給排流路に連結された第２熱交換装置と、第２熱交換装置に対して直列に配置された第２燃焼域とを備える。上記第１及び第２燃焼域は、熱交換装置によって加熱された過熱水蒸気に対して酸化剤及び炭化水素系燃料を供給する燃焼手段を備える。第１又は第２熱交換装置は、過熱水蒸気を高温に加熱し、この結果、高温の過熱水蒸気の水性ガス化反応が、該熱交換装置及び燃焼域において進行する。かくして生成した水性ガスは、分流域にて第１水性ガス流と第２水性ガス流とに分流し、第２水性ガス流は、石炭ガス化装置又は複合発電システム等の水性ガス消費設備に給送され、第１水性ガス流は、他方の燃焼域に流入し、酸化剤及び炭化水素系燃料の存在下に燃焼反応し、高温ガスを生成する。高温ガスは、熱交換装置を介して系外に排出され、高温ガスが保有する顕熱は、熱交換装置の蓄熱体に蓄熱される。
【００１７】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例に係る給気流加熱装置及び給気流加熱方法について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る給気流加熱装置を備えた廃棄物処理設備の装置系全体構成を示す概略フロー図である。
廃棄物処理設備を構成する燃焼炉６は、強制給気ファン２、強制排気ファン３及び給気流加熱装置１を含む給気系に連結されるとともに、燃焼排ガス冷却装置７１、排煙処理システム７２及びスタック７３を含む排気系７に連結される。燃焼炉６の炉内領域は、相互連通する溶融炉領域６０及び上部二次燃焼領域６２を有し、溶融炉領域６０は、溶融廃棄物流動領域６１を下部域に備え、上部二次燃焼領域６２は、燃焼排ガス流路Ｅ１と連通する。
一般廃棄物又は産業廃棄物等の廃棄物を溶融炉領域６０内に投入可能な廃棄物投入口６３が、溶融炉領域６０の第１周壁部分に開口するとともに、コークス等の補助燃料及び石灰石等の補助資材を溶融炉領域６０内に投入可能な副資材投入口６４が、溶融炉領域６０の第２周壁部分に開口する。廃棄物投入口６３は、廃棄物シュート６５及び給塵機（図示せず）を介して、計量コンベアを備えた搬送装置６６に連結され、搬送装置６６は、廃棄物給送装置（図示せず）を介して、廃棄物ピット、廃棄物粉砕機及び廃棄物投入ホッパ等を含む廃棄物処理装置（図示せず）に連結される。他方、副資材投入口６４に連結された副資材搬送装置６７は、コークス供給設備及び石灰石供給設備を備えた副資材供給装置（図示せず）に連結される。
【００１８】
溶融炉領域６０は、廃棄物投入口６３及び副資材搬送装置６７の下方域に配置された複数段の羽口を備える。溶融廃棄物流動領域６１に配置された主羽口５０は、予熱空気給気路ＨＡを介して給気流加熱装置１の切換式蓄熱型熱交換システム１０に連結される。切換式蓄熱型熱交換システム１０は、蓄熱型熱交換装置１１、１２、燃料供給系Ｆおよび４方弁形式の流路切換装置２０を備えるとともに、給気押込み形式の強制給気ファン２および排気誘引形式の強制排気ファン３に連結される。強制給気ファン２は、外気導入路ＯＡを介して、外気吸入口１９に連結され、外気吸入口１９より吸入した比較的低温の常温外気（燃焼用空気）を給気給送路ＣＡに圧送し、流路切換装置２０を介して、燃焼用空気を第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２に給送する。強制排気ファン３は、流路切換装置２０を介して、第１熱交換装置１１又は第２熱交換装置１２を通過した燃焼排ガスを誘引し、誘引した燃焼排ガスを排気送出路ＥＧ及び外気開放型排気口３０により大気に放出する。
溶融炉領域６０及び／又は溶融廃棄物流動領域６１に配設された副羽口５１及び３段羽口５２は、給気給送路５３を介して給気押込み形式の強制給気ファン５４に連結され、強制給気ファン５４は、給気導入路５５を介して外気吸入口５６に連結される。
燃料供給系ＣＦが、主羽口５０、副羽口５１及び３段羽口５２に対して炉内燃焼用燃料を供給すべく、各羽口５０、５１、５２の給気系に接続され、各羽口５０、５１、５２は、燃焼炉６の炉内領域に火炎帯を形成する。廃棄物流動領域６１には、多数のセラミックボール又は球形セラミック成形体が収容される。各セラミックボールは、例えば、３乃至５ｃｍ程度の所定直径を有し、廃棄物中の灰分を燃焼又は熱分解するのに要する所要熱量を蓄熱可能な耐熱性且つ非消耗性の蓄熱材料として廃棄物流動領域６１内に配置される。溶融炉領域６０の流動化層において予熱・熱分解した廃棄物は、溶融廃棄物流動領域６１の炭化物移動層、高温燃焼帯又は溶融帯および溶融分離帯のセラミックボール間隙を流下し、重金属類を封入した溶融スラグとして溶融廃棄物流動領域６１の底部領域又は湯溜り領域に捕捉され、スラグ・メタル流出口６９を介して炉外に流出する。溶融スラグは、炉外の冷却固化手段により冷却固化され、路盤材等の再利用可能な材料に改質又は成形され、しかる後、廃棄物再利用材料として所望の用途に供される。
【００１９】
溶融炉領域６０及び溶融廃棄物流動領域６１の燃焼帯におけるガス化反応及び溶融反応により生成した可燃性の燃焼排ガスは、溶融炉領域６０の上方域に配置された二次燃焼領域６２に上昇する。二次燃焼領域６２は、二次燃焼バーナ及び二次燃焼用空気供給系（図示せず）を備え、溶融炉領域６０において生成した可燃性ガス又は燃焼排ガスは、二次燃焼領域６２にて二次燃焼又は再燃焼する。二次燃焼バーナ及び二次燃焼用空気供給系により供給される炭化水素系燃料及び燃焼用空気の存在下に可燃性ガス及び燃焼排ガスの二次燃焼を生起する二次燃焼領域６２は、廃棄物燃焼系の廃熱回収を図る二次燃焼ボイラ又は廃熱ボイラを構成する。
二次燃焼領域６２の上部に連結された燃焼排ガス流路Ｅ１は、燃焼排ガス冷却装置７１の排ガス流入部に連結される。燃焼排ガス冷却装置７１の排ガス流出路Ｅ２が、バグフィルター及び排煙脱硝装置等を含む排煙処理システム７２の排煙導入部に連結される。排煙処理システム７２は、排ガス流出路Ｅ３に連結され、排ガス流出路Ｅ３を介して、集合煙突等のスタック７３に連結され、かくして、燃焼炉６の燃焼排ガスは、スタック７３を介して大気に放出される。
【００２０】
図２及び図３は、図１に示す廃棄物処理設備に配設された給気流加熱装置１の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図２及び図３の各図において、（Ａ）図は、給気流加熱装置１を構成する流路切換装置２０の第１位置における第１予熱工程を示し、（Ｂ）図は、流路切換装置２０の第２位置における第２予熱工程を示す。
図２に示す如く、給気流加熱装置１は、流路切換装置２０を介して給気給送路ＣＡ又は排気導出路ＥＡに選択的に連通可能な第１給排路Ｌ１及び第２給排路Ｌ２を備えるとともに、給気給送路ＣＡを介して導入した燃焼用空気を所定温度に予熱する第１熱交換装置１１及び第２熱交換装置１２と、第１又は第２熱交換装置１１、１２にて予熱した予熱空気流Ｈを分流する分流域１５と、分流域１５において分流した所定流量の第１予熱空気流Ｈ１の存在下に炭化水素系燃料の燃焼反応を生起する第１燃焼域１３及び第２燃焼域１４とを備える。
給気給送路ＣＡは、強制給気ファン２（図３）の吐出口に連結され、強制給気ファン２の吸引口は、外気導入路ＯＡを介して、外気吸入口１９（図１）に連結される。強制給気ファン２は、外気吸入口１９を介して外界雰囲気の常温外気を吸引し、吸引した外気を給気給送路ＣＡに圧送する。
【００２１】
図３に示す如く、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡに連通する給気流入ポート２１と、排気導出路ＥＡに連通する排気流出ポート２２を備えるとともに、第１給排路Ｌ１に連通する第１給排ポート２３と、第２給排路Ｌ２に連通する第２給排ポート２４とを備える。第１給排ポート２３は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の基端部に連結され、第２給排ポート２４は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の基端部に連結される。
流路切換装置２０は、第１位置及び第２位置に選択的に切換制御可能な高速切換式又は高周期切換式構造を備えた４方弁からなり、中心回転軸２５に固定された板状の弁体２６を備える。回転軸２５は、４方弁駆動装置（図示せず）の作動により回転駆動され、第１位置（図２Ａ：図３Ａ）又は第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）に選択的に切換制御される。
４方弁駆動装置は、所定時間毎に中心回転軸２５を回転させ、流路切換装置２０は、給気給送路ＣＡを第１給排路Ｌ１と連通させ且つ第２給排路Ｌ２を排気導出路ＥＡと連通させる第１位置と（図２Ａ：図３Ａ）、給気給送路ＣＡを第２給排路Ｌ２と連通させ且つ第１給排路Ｌ１を排気導出路ＥＡと連通させる第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）とに交互に切換えられる。
【００２２】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０の第１位置（第１予熱工程）において、第１給排路Ｌ１に給送された外気又は燃焼用空気は、第１熱交換装置１１に供給され、第１熱交換装置１１において予熱され、第１中間流路Ｌ３、第１燃焼域１３及び第３中間流路Ｌ５を通過し、所定温度に昇温した予熱空気流Ｈとして分流域１５に給送される。予熱空気流Ｈは、分流域１５において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。
第１予熱空気流Ｈ１は、第４中間流路Ｌ６を介して、第２燃焼域１４に供給される。第２燃焼域１４は、第２燃焼域１４に火炎帯を形成する第２バーナ４４を備える。第２バーナ４４は、炭化水素系燃料を第２バーナ４４に供給する第２燃料供給管Ｆ３に連結され、燃料供給管Ｆ３は、燃料供給制御装置４０を介して、燃料供給主管Ｆ１に接続される。燃料供給主管Ｆ１は、給気流加熱装置１の燃料供給系Ｆを構成する。第２燃焼域１４に供給された第１予熱空気流Ｈ１は、第２バーナ４４の点火により第２燃焼域１４において燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。第２燃焼域１４の燃焼排ガスは、第２中間流路Ｌ４を介して第２熱交換装置１２の先端部に流入し、第２熱交換装置１２を流通し、第２熱交換装置１２を所定温度に加熱した後、第２熱交換装置１２の基端部より第２給排路Ｌ２に流出する。第２給排路Ｌ２の燃焼排ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１）により大気に放出される。
他方、分流域１５にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して主羽口５０に給送され、燃料供給系ＣＦ（図１）により供給される炭化水素系燃料と混合し、点火手段の着火作用により、燃焼炉６の主羽口５０に火炎帯を形成する。
【００２３】
図２（Ｂ）に示す如く、流路切換装置２０の第２位置（第２予熱工程）において、第２給排路Ｌ２に給送された外気又は燃焼用空気は、第２熱交換装置１２に供給され、第２熱交換装置１２において予熱され、第２中間流路Ｌ４、第２燃焼域１４及び第４中間流路Ｌ６を通過し、所定温度に昇温した予熱空気流Ｈとして分流域１５に給送される。予熱空気流Ｈは、分流域１５において、所定の流量割合の第１予熱空気流Ｈ１及び第２予熱空気流Ｈ２に分流する。
第１予熱空気流Ｈ１は、第３中間流路Ｌ５を介して、第１燃焼域１３に供給される。第１燃焼域１３は、第１燃焼域１３に火炎帯を形成する第１バーナ４３を備える。第１バーナ４３は、炭化水素系燃料を第１バーナ４３に供給する第１燃料供給管Ｆ２に連結され、燃料供給管Ｆ２は、燃料供給制御装置４０を介して、燃料供給主管Ｆ１に接続される。第１燃焼域１３に供給された第１予熱空気流Ｈ１は、第１バーナ４３の点火により第１燃焼域１３において燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。第１燃焼域１３の燃焼排ガスは、第１中間流路Ｌ３を介して第１熱交換装置１１の先端部に流入し、第１熱交換装置１１を流通し、第１熱交換装置１１を所定温度に加熱した後、第１熱交換装置１１の基端部より第１給排路Ｌ１に流出する。第１給排路Ｌ１の燃焼排ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１）を介して大気に放出される。
他方、分流域１５にて分流した第２予熱空気流Ｈ２は、予熱空気給送路ＨＡを介して主羽口５０（図１）に給送され、燃料供給系ＣＦの炭化水素系燃料と混合し、点火手段の着火作用により、燃焼炉６の主羽口５０に火炎帯を形成する。
【００２４】
第１及び第２バーナ４３、４４に連結された燃料供給制御装置４０は、図３に示す如く、第１燃料供給制御弁４１及び第２燃料供給制御弁４２を備える。第１燃料供給制御弁４１は、第１燃料供給管Ｆ２及び燃料供給主管Ｆ１の間に介装され、第２燃料供給制御弁４２は、第２燃料供給管Ｆ３及び燃料供給主管Ｆ１の間に介装される。燃料供給主管Ｆ１は、炭化水素系燃料の燃料供給系Ｆを構成する燃料供給源（図示せず）に接続される。燃料供給装置４０は、電子制御装置等（図示せず）の制御下に流路切換装置２０と同期切換作動し、第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２を選択的に開放し、第１及び第２バーナ４３、４４の一方に交互に燃焼用燃料を供給する。即ち、第１バーナ４３は、流路切換装置２０の第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）において燃料を第１燃焼域１３に吹込み、流路切換装置２０の第１位置（図２Ａ：図３Ａ）において燃料吹込みを停止し、他方、第２バーナ４４は、流路切換装置２０の第１位置（図２Ａ：図３Ａ）において燃料を第２燃焼域１４に吹込み、流路切換装置２０の第２位置（図２Ｂ：図３Ｂ）において燃料吹込みを停止する。
流路切換装置２０は、第２燃焼域１４が燃焼作動する間、第１給排路Ｌ１と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第２給排路Ｌ２と排気導出路ＥＡとを連通させる第１位置に弁体２６を保持し（図２Ａ：図３Ａ）、他方、第１燃焼域１３が燃焼作動する間、第２給排路Ｌ２と給気給送路ＣＡとを連通させ且つ第１給排路Ｌ１と排気導出路ＥＡとを連通させる第２位置に弁体２６を保持する（図２Ｂ：図３Ｂ）。
【００２５】
図３に示す如く、給気流加熱装置１は、第１熱交換装置１１を収容し且つ第１中間流路Ｌ３及び第１燃焼域１３を直列に画成する第１予熱炉１０Ａと、第２熱交換装置１２を収容し且つ第２中間流路Ｌ４及び第２燃焼域１４を直列に画成する第２予熱炉１０Ｂと、第１予熱炉１０Ａ及び第２予熱炉１０Ｂを相互連結し且つ第３中間流路Ｌ５、分流域１５及び第４中間流路Ｌ６を画成する連通部１０Ｃとから構成される。左右の第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂは、実質的に同一の機能及び構造を備える。第１予熱炉１０Ａ、第２予熱炉１０Ｂ及び連通部１０Ｃは、給気流加熱装置１の中心軸線に対して対称に配置され、耐熱性キャスタブル・ライニング材料、耐熱レンガ、耐火・断熱レンガ又は耐熱性セラミックス材料等の各種耐火・耐熱性材料により一体的に形成される。
第１及び第２バーナ４３、４４は、第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂの端壁に配置され、第１又は第２熱交換装置１１、１２の先端面に対向する火炎帯を第１及び第２燃焼域１３、１４に形成するように配向される。なお、第１及び第２バーナ４３、４４には、パイロットバーナ及び点火用トランスなどの付帯設備が一般に設けられるが、これらの付帯設備については、図を簡略化するために図示を省略してある。
【００２６】
連通部１０Ｃは、給気流加熱装置１の中心軸線に対して対称の構造に形成され、該中心軸線上において流路内方に突出する三角形状断面の突出部１６を備える。予熱空気給送路ＨＡの流入口が、給気流加熱装置１の中心軸線上において連通部１０Ｃの内壁面に開口し、該流入口は、突出部１６の先端部分と対向する。突出部１６は、第３中間流路Ｌ５及び第４中間流路Ｌ６の間に局所的な縮小流路を形成するオリフィス又は流路抵抗として作用するとともに、予熱空気流Ｈを第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２として分割し且つ各分割流を所定方向に配向する分流手段として機能する。強制給気ファン２及び強制排気ファン３の吐出圧力及び吸引圧力が作用する第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂの流体圧力と、予熱空気給送路ＨＡの流体圧力との圧力バランスは、突出部１６により形成されたオリフィスにより調整又は制御され、従って、分流域１５に流入した予熱空気流Ｈは、突出部１６の動圧規制作用及び流体分配作用に従って、所望の流量割合の第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流する。
【００２７】
燃焼用空気及び燃焼排ガスが流通する第１及び第２熱交換装置２０は、多数のセル孔を備えたハニカム構造のセラミックス製蓄熱体からなり、セル孔は、燃焼用空気及び燃焼排ガスが通過可能な複数の流路を構成する。かかる蓄熱体として、例えば、アンモニア選択接触還元法等においてハニカム型触媒の担体として一般に使用され且つ多数の狭小流路（セル孔）を備えるセラミック製ハニカム構造体を好適に使用し得る。
図４は、第１及び第２熱交換装置２０を構成する蓄熱体の斜視図（図４Ａ）及び部分拡大斜視図（図４Ｂ）であり、図５は、蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である
第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体は、図４に示す如く、第１及び第２予熱炉１０Ａ、１０Ｂ内に組み込み可能な幅員Ｗ、全長Ｌ及び全高Ｈの各寸法を備えるとともに、複数の正方形断面のセル孔（流路）１７を備えた格子状のハニカム構造に成形される。各流路１７を形成するセル壁１８の壁厚ｂ及び各セル壁１８のピッチ（壁体間隔）Ｐは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の範囲内の熱交換装置１１、１２の温度効率を確保し得る所望の壁厚ｂ及びピッチＰに設定される。
【００２８】
図２（Ａ）に示す如く、流路切換装置２０が第１位置に位置するとき、給気給送路ＣＡから導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第１給排路Ｌ１を介して第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気流Ｈ（温度Tco)として第１熱交換装置１１から分流域１５に給送され、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、第１予熱空気流Ｈ１として第２燃焼域１４に供給され、第２バーナ４４に供給される燃焼用燃料により燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として燃焼炉６の主羽口５０に供給され、燃焼炉６にて燃焼反応する。第２燃焼域１４の燃焼反応により生成した高温の燃焼排ガス（温度Thi)は、第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第２熱交換装置１２を加熱する。第２熱交換装置１２との熱交換により降温した燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第２給排路Ｌ２及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
流路切換装置２０を第１位置から第２位置に切換えたとき（図２Ｂ）、第２給排路Ｌ２から導入される低温の燃焼用空気（温度Tci)は、第２給排路Ｌ２を介して第２熱交換装置１２の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により加熱される。従って、燃焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気流Ｈ（温度Tco)として第２熱交換装置１２から分流域１５に給送され、所定割合の燃焼用空気（温度Tco)は、第１予熱空気流Ｈ１として第１燃焼域１３に供給され、第１バーナ４３に供給される燃焼用燃料により燃焼反応し、所定割合（本例では残余の流量割合）の燃焼用空気（温度Tco)は、第２予熱空気流Ｈ２として燃焼炉６の主羽口５０に供給され、燃焼炉６にて燃焼反応する。第１燃焼域１３における燃焼により生成した高温の燃焼排ガス（温度Thi)は、第１熱交換装置１１の流路１７を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により第１熱交換装置１１を加熱する。第１熱交換装置１１との熱交換により降温した燃焼排ガスは、比較的低温の燃焼排ガス（温度Tho)として、第１給排路Ｌ１及び流路切換装置２０を介して、排気導出路ＥＡに送出される。
【００２９】
上記蓄熱体の容積効率 (Ｑ／Ｖ) 及び温度効率（ηt ）は、下式(1)(2)により定義し得る。
Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1)
ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2)
また、上記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式により求められる。
ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg
ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm
なお、上記各式における符号は、以下の通り定義される。
Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体の入口温度 ℃
ε : 蓄熱体の空隙率
Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係数 Kcal/m2h℃
τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定圧比熱 Kcal/m3N℃
Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の比熱 Kcal/m3 ℃
Gm : 蓄熱体の正味体積 m3
また、第１及び第２蓄熱体１１、１２は、容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値を指示する空隙率（ε）を有するとともに、温度効率（ηt ）が０．７乃至１．０の範囲の所定の設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）を有し、上記ハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂは、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積（Ａ）に相当する値に決定される。なお、上記正味体積(Gm)、伝熱面積（Ａ）及び流量（Gg) は、熱交換器（蓄熱体）全体の正味体積、伝熱面積及び全流量である。なお、上記蓄熱体の具体的な構造詳細については、本願出願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に詳細に開示されているので、更なる詳細な説明は、該特許出願を引用することにより省略する。
【００３０】
図５は、上記第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
蓄熱体を構成するハニカム構造は、流体通路を分割して蜂の巣状に配列した構造のものを広く包含しており、ハニカム構造の流路断面性状は、図４に示す方形断面形状に限定されるものではなく、種々の形式ないし形態の流路断面に設計し得る。多様のハニカム構造の各種流路形態が図５に例示されており、流路断面の形状は、三角形、円形、正方形、長方形、六角形等の他、円管、板体などを組合せたものなどを含む。なお、図５には、これら種々の形態のハニカム構造におけるハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂが示されている。このようなハニカム形態の適当な設定に伴い、上記空隙率ε及びＡ／Gm等の算定式は、その都度、適当に設定変更し得る。
【００３１】
次に、上記構成を備えた給気流加熱装置１の作動について説明する。
燃焼炉６の作動に連動して、強制給気ファン２及び強制排気ファン３が作動されるとともに、給気流加熱装置１の流路切換装置２０および第１及び第２バーナ４３、４４が所定時間間隔の同期切換制御下に作動される。好適には、６０秒以下に設定され、更に好適には、３０秒以下に設定された所定の時間間隔にて、流路切換装置２０を第１位置及び第２位置に交互に切換え、比較的低温（外気温相当温度）の燃焼用空気を第１及び第２熱交換装置１１、１２に交互に給送するとともに、流路切換装置２０の切換作動と同期制御下に燃料供給制御装置４０の第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２を交互に開閉作動し、メタン、エタン、プロパン、ブタン、灯油又は重油等の燃焼用燃料を第１及び第２バーナ４３、４４に交互に供給し、第１及び第２バーナ４３、４４を交互に点火させる。第１バーナ４３は、流路切換装置２０の第２位置において着火し、第２バーナ４４は、流路切換装置２０の第１位置において着火する。
第１又は第２熱交換装置１１、１２に供給された燃焼用空気は、蓄熱体のセル壁表面と伝熱接触し、セル壁１８との熱交換により所定温度に加熱される。第１又は第２熱交換装置１１、１２との熱交換により、好適には８００℃以上の温度、更に好適には１０００℃以上の温度に加熱された高温の予熱空気流Ｈは、分流域１５において第１及び第２予熱空気流Ｈ１：Ｈ２に分流し、第１予熱空気流Ｈ１は、第１又は第２燃焼域１３、１４に給送され、第１又は第２バーナ４３、４４に供給される炭化水素系燃料により燃焼し、１２００℃乃至１６００℃程度の高温の燃焼排ガスとして、第１又は第２熱交換装置１１、１２を通過する。燃焼排ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面と伝熱接触し、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面温度及びセル壁蓄熱温度を上昇させた後、降温した燃焼排ガスとして、第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２に流出する。第１又は第２給排路Ｌ１、Ｌ２の燃焼排ガスは、流路切換装置２０及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図３）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１）により大気に放出される。
【００３２】
給気流加熱装置１における上記予熱工程において、流路切換装置２０及び燃料供給制御装置４０に対する所定時間間隔の同期切換制御により、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスの顕熱は第１及び第２熱交換装置１１、１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達され且つ熱交換装置１１、１２に蓄熱され、熱交換装置１１、１２に蓄熱された顕熱は、引き続く流路切換装置２０及び燃料供給制御装置４０の第１位置／第２位置切換作動後に熱交換装置１１、１２に流入する低温の燃焼用空気に対して放熱され、該燃焼用空気を加熱し、昇温させる。かかる蓄熱作用及び放熱作用が、短時間に交互に反覆する結果、燃焼用空気と燃焼排ガスとの熱交換現象が円滑に進行し、第１及び第２熱交換装置１１、１２を通過し且つ分流域１５にて分流する第１及び第２予熱空気流は、８００℃乃至１０００℃以上の高温に継続的ないし定常的に予熱される。
分流域１５において分流した第２予熱空気流Ｈ２は、高温の燃焼用空気として燃焼炉６の主羽口５０に供給され、燃料供給系ＣＦ（図１）により供給される燃焼用燃料により廃棄物を燃焼させ、これにより、廃棄物をガス化するとともに、溶融スラグ化する。
【００３３】
図６は、上記給気流加熱装置１の第１及び第２燃焼域１３、１４及び燃焼炉６の主羽口５０における燃焼用空気の可燃範囲を示す線図である。
給気流加熱装置１により８００℃以上に加熱された高温予熱空気による火炎の超高温予熱空気燃焼モードは、４００℃以下の予熱空気による通常火炎の燃焼モード、或いは、４００乃至８００℃の温度範囲に加熱された予熱空気による遷移火炎の燃焼モードと比較し、極めて広範囲の空気比の燃焼用空気又は混合気により安定燃焼する。かかる超高温予熱空気燃焼の高度の燃焼安定性は、空気予熱温度の高温化により反応速度が増大し、燃焼特性が全く変化したことによるものと考えられる。殊に、燃焼用空気又は燃焼用混合気を燃料の自己着火温度よりも高い温度に加熱したとき、着火過程において外部着火を要しない燃焼反応を実現することも可能である。しかも、２００乃至４００℃程度の温度に加熱されるにすぎない従来の予熱空気にあっては、燃焼用空気（予熱空気）の供給速度ないし流速を火炎吹きとび限界以上に高速化することは理論的にも実務的にも不可能であるのに対し、このような超高温予熱空気燃焼によれば、失火現象を回避しつつ、燃焼用空気のバーナ又は羽口通過流速を可成り高速化し、燃焼用空気を高速流として燃焼域１３、１４及び羽口５０の燃焼領域に供給し得る。
【００３４】
上記構成の給気流加熱装置１によれば、比較的低温の外気又は燃焼用空気と、第１及び第２燃焼域１３、１４の燃焼排ガスとの熱交換作用が、第１及び第２熱交換装置１１、１２にて生起し、第１及び第２バーナ４３、４４の炭化水素系燃料は、第１及び第２熱交換装置１１、１２において燃料の自己着火温度よりも高温に予熱された高速の第１予熱空気流Ｈ１により、安定的に低騒音・拡散燃焼する。かかる第１予熱空気流Ｈ１の存在下に進行する超高温空気燃焼によって形成される燃焼域１３、１４の火炎帯においては、火炎容積の増大化現象および火炎輝度の低下現象が観られる一方、局部熱発生現象は抑制又は軽減され、従って、燃焼領域の温度場は均一化する。
しかも、上記構成によれば、給気流加熱装置１における上記予熱工程において、燃焼用空気は、熱交換装置１１、１２の顕熱放熱作用により加熱され、昇温する。従って、燃焼炉６の主羽口５０に供給すべき燃焼用空気の含有酸素濃度は、予熱工程において実質的に変化せず、燃焼用空気に対する酸素の補充等は、格別に要求されない。
【００３５】
図７及び図８は、本発明の第２実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図７及び図８に示す給気流加熱装置１は、臭気発生源Ｄにおいて発生した臭気性排気ガスの熱分解機能又は燃焼機能を備える。なお、図７及び図８において、上記第１実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
給気流加熱装置１は、高温空気流を消費する燃焼設備又は熱交換装置等の高温気流導入装置６に接続されるとともに、塗装工場又は印刷工場等における塗装乾燥装置又は印刷乾燥装置等の臭気発生源Ｄに接続される。臭気発生源Ｄの臭気性排気ガスは、臭気性ガス流路Ｄ１、Ｄ２を介して、第１及び第２燃焼域１３、１４の第１及び第２排ガス流入口４５、４６に交互に給送される。図８に示す如く、第１開閉制御弁４７が、臭気性ガス流路Ｄ１に介装され、第２開閉制御弁４８が、臭気性ガス流路Ｄ２に介装される。第１及び第２開閉制御弁４７、４８は、第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２と同時に切換制御され、第１開閉制御弁４７の開放時期は、第１燃料供給制御弁４１の開放時期と一致し、第２開閉制御弁４８の開放時期は、第２燃料供給制御弁４２の開放時期と一致する。第１及び第２排ガス流入口４５、４６は、第１及び第２燃焼域１３、１４の側壁部分を貫通し、臭気発生源Ｄの臭気性排気ガスを第１及び第２燃焼域１３、１４に交互に導入する。第１及び第２排ガス流入口４５、４６を介して第１及び第２燃焼域１３、１４に吐出する臭気性排気ガスは、第１及び第２バーナ４３、４４より形成される火炎帯の燃焼作用により、第１及び第２燃焼域１３、１４において高温の上記第１予熱空気流Ｈ１の存在下に燃焼反応し、臭気性排気ガスが含有する悪臭物質又は臭気成分は、高温雰囲気の燃焼反応により熱分解又は燃焼分解される。かくして、臭気発生源Ｄより排気された臭気性排気ガスの悪臭物質又は臭気成分は、給気流加熱装置１において燃焼分解又は熱分解され、従って、給気流加熱装置１により高温脱臭された臭気発生源Ｄの臭気性排気ガスが、強制排気ファン３及び排気送出路ＥＧを介して大気に放出される。
また、分流域１５において分流した第２予熱空気流Ｈ２は、高温加熱空気として高温気流導入装置６に供給され、高温気流導入装置６において所期の用途に供される。
【００３６】
図９及び図１０は、本発明の第３実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図９及び図１０に示す給気流加熱装置１において、燃焼炉６において生成した可燃性排気ガスが、第１及び第２流入ノズル３２、３３を介して第１及び第２燃焼域１３、１４に導入される。可燃性排気ガス中の可燃物質の二次燃焼反応が、第１及び第２燃焼域１３、１４の排ガス再燃焼機能により生起する。なお、図９及び図１０において、上記第１及び第２実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
燃焼炉６の可燃性排気ガスは、三方弁３１を備えた燃焼排ガス流路Ｅ１、Ｅ６、Ｅ７を介して、第１及び第２燃焼域１３、１４の第１及び第２流入ノズル３２、３３に交互に給送され、各流入ノズル３２、３３の補助点火手段（図示せず）により着火し、第１及び第２燃焼域１３、１４に火炎帯を形成し、二次燃焼又は再燃焼する。所望により、第１及び第２流入ノズル３２、３３は夫々、補助燃焼燃料を吹込む燃料供給ノズルを備える。三方弁３１は、流路切換装置２０と同期切換制御され、第１予熱工程（図９Ａ：図１０Ａ）において、燃焼炉６の排気ガスを第２流入ノズル３３に供給し、第２予熱工程（図９Ｂ：図１０Ｂ）において、燃焼炉６の排気ガスを第１流入ノズル３２に供給する。
燃焼炉６の可燃性排気ガスに含有される未燃焼成分又は未燃燃料成分は、第１及び第２燃焼域１３、１４における高温燃焼により、完全燃焼するとともに、該排気ガス中の窒素酸化物は、比較的低い残存酸素濃度又は空気比の雰囲気下に進行する第１及び第２燃焼域１３、１４の高温燃焼により脱硝作用を受け、排煙脱硝される。
【００３７】
上記燃焼炉６として、例えば、化石燃料又は炭化水素系燃料を主燃料とするボイラー、或いは、石炭ガス化装置等の燃焼装置又は可燃ガス発生装置を好適に使用し得る。燃焼炉６の燃焼反応又は熱分解反応は、給気流加熱装置１により８００℃乃至１０００℃以上の高温に加熱された第２予熱空気流Ｈ２の存在下に進行する。かかる超高温空気燃焼により、燃焼炉６の燃焼手段に対する燃焼用空気の供給量を制限し、低空気比の燃焼反応を燃焼炉６の炉内燃焼領域に維持することができる。低空気比の燃焼雰囲気において燃焼反応する燃焼炉６は、未燃焼成分又は未燃燃料成分を比較的多量に含む可燃性燃焼排ガスを排気し、可燃性燃焼排ガスは、上記の如く、第１及び第２燃焼域１３、１４に導入され、燃焼域１３、１４にて二次燃焼又は再燃焼反応する。かくして生起した第１及び第２燃焼域１３、１４の二次燃焼反応により、高温の燃焼排ガスが第１及び第２燃焼域１３、１４にて生成され、該燃焼排ガスの熱量は、第１及び第２熱交換装置１１、１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達され且つ熱交換装置１１、１２に蓄熱され、熱交換装置１１、１２に蓄熱された顕熱は、引き続く流路切換装置２０及び三方弁３１の第１位置／第２位置切換作動後に熱交換装置１１、１２に流入する低温の燃焼用空気に対して放熱され、該燃焼用空気を加熱し、昇温させる。
【００３８】
図１１は、本発明の第４実施例に係る給気流加熱装置を備えたガスタービン排気系の部分構成を示す概略フロー図であり、図１２は、図１１に示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図１１及び図１２において、上記第１乃至第３実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
図１１において、ガスタービン設備は、空気流路ＡＩを介して導入された供給空気を圧縮する圧縮機９１と、圧縮機９１より導出された圧縮空気により燃料系ＦＵの供給燃料を燃焼させる燃焼器９３と、燃焼器９３より排出された高温且つ高圧の燃焼ガスを断熱膨張させるタービン９２と、タービン９２の回転作動により発電する発電機９４とを備える。
並列配置された複数の切換式蓄熱型熱交換システム１０を備えた給気流加熱装置１が、タービン９２の排気路ＥＸＧに連結される。タービン９２の断熱膨張工程を経た排気ガスを送出する排気路ＥＸＧは、第１及び第２排ガス導入路ＥＸ１、ＥＸ２に分岐し、各熱交換システム１０に連結される。開閉制御可能な第１及び第２開閉弁８１、８２が、各排ガス導入路ＥＸ１、ＥＸ２に夫々介装されるとともに、第１及び第２燃焼域１３、１４の側壁部分を貫通するタービン排ガス導入口８３、８４が、排ガス導入路ＥＸ１、ＥＸ２の下流端部分に連結される。第１及び第２開閉弁８１、８２は、タービン排ガスを第１燃焼域１３又は第２燃焼域１４の一方に交互に導入するタービン排ガス分配装置８０（図１２）を構成する。
給気流加熱装置１は、上記各実施例と同様に、外界雰囲気の空気を給送する強制給気ファン又はコンプレッサ２を備え、給気ファン２は、比較的低温の給気流を給気給送路ＣＡに圧送する。図１２に示す如く、給気流加熱装置１は、上記流路切換装置２０に相応する第１給気開閉弁２７、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第２排気開閉弁３８を備える。第１及び第２給気開閉弁２７、２８は、給気給送路ＣＡの分岐連通管路２９を介して相互連通し、第１及び第２排気開閉弁３７、３８は、排気導出路ＥＡの分岐連通管路３９を介して相互連通する。
第１給気開閉弁２７及び第２排気開閉弁３８は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動し、第２給気開閉弁２８及び第１排気開閉弁３７は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動する。給気流加熱装置１の制御装置（図示せず）は、第１加熱工程において、第１給気開閉弁２７及び第２排気開閉弁３８を開放し且つ第２給気開閉弁２８及び第１排気開閉弁３７を閉塞する（図１２Ａ）。他方、給気流加熱装置１の制御装置は、第２加熱工程において、第１給気開閉弁２７及び第２排気開閉弁３８を閉塞し且つ第２給気開閉弁２８及び第１排気開閉弁３７を開放する（図１２Ｂ）。
給気流加熱装置１の制御装置は又、第１加熱工程において、上記第２開閉弁８２を開放し、排ガス導入路ＥＸ２のタービン排ガスを第２燃焼域１４に導入し、第２加熱工程において、第１開閉弁８１を開放し、排ガス導入路ＥＸ１のタービン排ガスを第１燃焼域１３に導入する。
本実施例において、タービン排ガスは、各熱交換システム１０の燃焼域１３、１４に導入され、燃焼域１３、１４において実行される燃焼工程および熱交換装置１１、１２（蓄熱体）における蓄熱工程を介して、外界に放出される。６００℃程度に降温したタービン排ガスの保有熱量は、上記燃焼工程及び蓄熱工程を介して低温給気流に伝熱され、低温給気流は、１０００℃程度に昇温し、高温給気流Ｈ２として排気系後流側の廃熱回収ボイラ９に供給される。従って、給気流加熱装置１は、タービン排ガスの保有熱量を燃焼域１３、１４の燃焼反応により増大し、排ガス保有熱量の熱回収及び熱量増幅により高温に予熱された加熱給気流を廃熱回収ボイラ９に供給し、廃熱回収ボイラ９の廃熱回収効率を改善する所謂追い焚き手段又はリパワリング(REPOWERING)手段として機能する。
【００３９】
上記第１実施例と同様に、給気流加熱装置１は、タービン９２、強制給気ファン２及び強制排気ファン３の稼働時に所定時間間隔にて交互に第１及び第２加熱工程を実行する。第１加熱工程（図１２Ａ）において、第１給気開閉弁２７を介して第１給排路Ｌ１に給送された低温給気流（外気）は、第１熱交換装置１１に供給され、第１熱交換装置１１において加熱され、第１中間流路Ｌ３、第１燃焼域１３及び第３中間流路Ｌ５を通過し、分流域１５において、第１及び第２加熱気流Ｈ１：Ｈ２として分流され、第１加熱気流Ｈ１は、第４中間流路Ｌ６を介して、第２燃焼域１４に供給される。第１加熱給気流Ｈ１は、タービン排ガス分配装置８０の制御下に第２排ガス導入口８４より導入されたタービン排ガスと混合し、第２バーナ４４の燃焼作用を受け、第２燃焼域１４にて燃焼反応する。第２燃焼域１４にて生成した燃焼排ガスは、第２中間流路Ｌ４、第２熱交換装置１２、第２給排路Ｌ２、第２排気開閉弁３８及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図１１）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１１）により大気に放出される。
他方、第２加熱工程（図１２Ｂ）において、第２給気開閉弁２８を介して第２給排路Ｌ２に給送された低温給気流（外気）は、第２熱交換装置１２に供給され、第２熱交換装置１２において加熱され、第２中間流路Ｌ４、第２燃焼域１４及び第４中間流路Ｌ６を通過し、分流域１５において、第１及び第２加熱気流Ｈ１：Ｈ２として分流され、第１加熱気流Ｈ１は、第３中間流路Ｌ５を介して、第１燃焼域１３に供給される。第１加熱給気流Ｈ１は、タービン排ガス分配装置８０の制御下に第１排ガス導入口８３より導入されたタービン排ガスと混合し、第１バーナ４３の燃焼作用を受け、第１燃焼域１３にて燃焼反応する。第１燃焼域１３の燃焼排ガスは、第１中間流路Ｌ３、第１熱交換装置１１、第１給排路Ｌ１、第１排気開閉弁３７及び排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３（図１１）に誘引され、排気送出路ＥＧ及び排気口３０（図１１）により大気に放出される。
【００４０】
上記構成の給気流加熱装置１によれば、分流域１５にて分流した高温の第２加熱気流Ｈ２は、再熱気流給送路ＨＡを介して廃熱回収ボイラ９に給送され、廃熱回収ボイラの廃熱回収効率を向上させる。また、第１給気開閉弁２７、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第２排気開閉弁３８を備えた本実施例の給気流加熱装置１によれば、流路切換装置２０の制御態様を多様化し、給気流加熱装置１における流量制御の自由度を向上し得るばかりでなく、各開閉弁２７、２８、３７、３８として高圧遮断弁等の耐圧型開閉制御弁を使用し、高圧の排気ガス又は断熱圧縮された高温の高圧ガス等を給気流加熱装置１により加熱又は予熱することができる。従って、例えば、廃熱回収ボイラ等の廃熱回収設備や、ＰＦＢＣ（バブリング型流動層）方式の複合発電システム又はガス化発電サイクル（ＩＧＣＣ）における流動層ボイラ等の高圧ガス供給系などに上記構成の給気流加熱装置１を介装し、該給気流加熱装置１により加熱又は予熱された高温の高圧ガス流又は圧縮ガス流を燃焼系又は動力系に供給することが可能となる。
また、排気導出路ＥＡに高温加熱空気流を導入するように複数の切換式蓄熱型熱交換システム１０を並列に配置してなる給気流加熱装置１においては、好ましくは、給気流加熱装置１における第１／第２加熱工程の切換時期は夫々、相互に所定時間ずつオフセットされ、各給気流加熱装置１の作動モード又は作動形態は、同時又は同時期に一斉に切替えられることなく、互いに所定の時間差を隔てて第１又は第２位置に切換えられる。従って、排気導出路ＥＡに導出される第２加熱給気流の圧力変動は、複数の給気流加熱装置１の作動モード切換時期の相違又は時間差により均一化され、廃熱回収ボイラ９に対する所定の給気圧力が定常的又は継続的に確保される。
【００４１】
図１３は、本発明の第５実施例に係る給気流加熱装置の全体構成を示す概略フロー図であり、図１４乃至図１８は、給気流加熱装置を構成する各切換式蓄熱型熱交換システムの各種作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。図１３乃至図１８において、上記第１乃至第４実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。
図１３に示す如く、給気流加熱装置１により加熱された加熱給気流は、再熱気流給送路ＨＡを介して、燃焼炉又はボイラー等の任意の高温給気導入装置（図示せず）に給送される。助燃空気供給路ＦＡより分岐した第１及び第２助燃空気給送路ＦＡ１、ＦＡ２が、助燃空気導入口８３、８４（図１４）に連結され、助燃空気導入口８３、８４は、各熱交換システム１０の各燃焼域１３、１４に開口する。第１及び第２開閉弁８１、８２が、第１及び第２助燃空気給送路ＦＡ１、ＦＡ２に夫々介装され、各開閉弁８１、８２は、制御装置（図示せず）の同期切換制御下に各熱交換システム１０の流路切換装置２０と同時に開閉制御され、各燃焼域１３、１４に対する助燃空気の供給を制御する。
【００４２】
給気流加熱装置１は、並列配置された複数の熱交換システム１０を備える。各熱交換システム１０は、第４実施例と同様に、流路切換装置２０を構成する第１給気開閉弁２７、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第２排気開閉弁３８を備える。第１給気開閉弁２７、第２排気開閉弁３８及び第２開閉弁８２は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動し、第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第１開閉弁８１は、同時に開放し且つ同時に閉塞するように連動する。
熱交換システム１０は更に、排気導出路ＥＡの排気流量を調整又は制御する排気バイパス流路ＥＢ及び排気量制御弁３５を備える。排気導出路ＥＡの排気流量は、排気量制御弁３５の開放時に増大又は倍増し、排気量制御弁３５の閉鎖時に低減ないし半減する。
給気流加熱装置１の制御装置（図示せず）は、図１３及び図１４に示す第１加熱工程において、第１給気開閉弁２７、第２排気開閉弁３８及び第２開閉弁８２を開放し且つ第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第１開閉弁８１を閉塞する。また、第１加熱工程において、第２燃料供給制御弁４２は開放し、第２バーナ４４は、第２燃焼域１４に炭化水素系燃料を吹き込み、第１加熱給気流Ｈ１による燃焼反応を生起する。第２バーナ４４と第２熱交換装置１２との間に配置された助燃空気導入口８４は、第２燃焼域１４に形成された第２バーナ４４の火炎帯に燃焼用空気を補給し、第２燃焼域１４の燃焼反応に要する燃焼用空気量を補償する。第２バーナ４４の火炎帯の燃焼反応が促進される結果、第２バーナ４４の吐出燃料は、第２燃焼域１４において実質的に完全燃焼するので、燃焼排ガスの排気に伴う未燃燃料成分の外界排出を確実に防止し得るとともに、第２熱交換装置１２に対して伝熱可能な燃焼排ガスの所要熱量を確保することができる。
【００４３】
他方、給気流加熱装置１の制御装置（図示せず）は、図１８に示す第２加熱工程において、第１給気開閉弁２７、第２排気開閉弁３８及び第２開閉弁８２を閉塞し且つ第２給気開閉弁２８、第１排気開閉弁３７及び第１開閉弁８１を開放する。第２加熱工程において、第１燃料供給制御弁４１は開放し、第１バーナ４３は、第１燃焼域１３に炭化水素系燃料を吹き込み、第１加熱給気流Ｈ１による燃焼反応を生起する。第１バーナ４３と第１熱交換装置１１との間に配置された助燃空気導入口８３は、第１燃焼域１３に形成された第１バーナ４３の火炎帯に燃焼用空気を導入し、該火炎帯の燃焼反応を促進し、第１燃焼域１３の燃焼用空気量を補償する。従って、第１バーナ４３の吐出燃料は、第１燃焼域１３において実質的に完全燃焼し、燃焼排ガスの排気に伴う未燃燃料の大気放出を確実に防止し得るとともに、第１熱交換装置１１に対して伝熱可能な燃焼排ガスの所要熱量を確保することができる。
給気流加熱装置１の制御装置は又、第１及び第２加熱工程において排気量制御弁３５を開放し、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスは、部分的に排気バイパス流路ＥＢを介して強制排気ファン３に誘引される。助燃空気導入口８３、８４より供給された助燃空気による排気流量の増量は、排気バイパス流路ＥＢの開放により補償される。
【００４４】
各熱交換システム１０は、第１及び第２加熱工程の間に過渡的に第１乃至第３中間工程を段階的に実行する。図１５に示す第１中間工程は、上記第１加熱工程（図１４）の作動モードにおいて、第１及び第２開閉弁８１、８２を閉塞し、開閉弁装置８０による助燃空気の供給を停止するとともに、第１及び第２燃料供給制御弁４１、４２を閉塞し、燃料供給制御装置４０による燃料供給を停止した形態の作動モードにより実行される。第１中間工程において、排気量制御弁３５は閉鎖され、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスは、排気バイパス流路ＥＢの閉塞により流路面積を低減した状態の排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３に誘引される。
【００４５】
図１７に示す第３中間工程は、上記第２加熱工程の作動モード（図１８）において、開閉弁装置８０による助燃空気の供給を停止するとともに、燃料供給制御装置４０による燃料供給を停止した形態の作動モードにより実行される。第３中間工程において、排気量制御弁３５は閉鎖され、燃焼域１３、１４の燃焼排ガスは、流路面積が減少した排気導出路ＥＡを介して、強制排気ファン３に誘引される。
図１６に示す第２中間工程は、第１及び第３中間工程と同様に、開閉弁装置８０による助燃空気の供給を停止するとともに、燃料供給制御装置４０による燃料供給を停止した形態の作動モードにより実行される。第２中間工程においては、第１及び第２給気開閉弁２７、２８および第１及び第２排気開閉弁３７、３８は開放され、排気量制御弁３５は閉鎖される。給気給送路ＣＡの給気流は、分岐連通管路２９において分岐し、第１及び第２給排路Ｌ１、Ｌ２に流入し、所定量の給気流は、分岐連通管路３９を介して排気導出路ＥＡに流出し、強制排気ファン３に誘引される。残余の給気流は、第１及び第２熱交換装置１１、１２および第１及び第２燃焼域１３、１４を介して、分流域１５に流入し、分流域１５において合流した給気流は、加熱気流給送路ＨＡを介して、高温気流導入装置９に給送される。
【００４６】
図１９は、図１４乃至図１８の各作動モードにおける各流路の流量比を例示する図表である。図１９に例示された流量比は、説明を簡素化するために、給気給送路ＣＡの流量を１．０として指示し且つ加熱気流給送路ＨＡ及び助燃空気供給路ＦＡの流量を０．５として指示したものである。
図１９に示す如く、熱交換システム１０を構成する各流路の流量バランスは、熱交換システム１０を構成する各開閉弁又は制御弁の開閉制御により、所望の如く制御され、第１及び第２加熱工程及び第１乃至第３中間工程における給気給送路ＣＡ及び加熱気流給送路ＨＡの流量は、定常的に所定流量に保持される。従って、熱交換システム１０より高温気流導入装置９に供給される第２加熱給気流Ｈ２の流量は、助燃空気の供給量に実質的に影響を受けず、所定流量（流量比＝０．５）に安定的に維持される。
【００４７】
図２０は、上記熱交換システム１０の運転形態を経時的に例示する概略フロー図である。
図２０（Ａ）乃至図２０（Ｆ）には、経時的且つ段階的に推移する上記形態の各種作動モードが概略的に図示されており、熱交換システム１０は、所定時間毎、例えば、１０秒毎に図示の順序に従って作動モードを変化させる。熱交換システム１０は、図２０（Ａ）乃至図２０（Ｆ）に示す作動モードの変化態様に従って、連続的に運転される。図２０（Ａ）に示す第１加熱工程（図１４）の作動モードおよび図２０（Ｄ）に示す第２加熱工程（図１８）の作動モードの間に、第２中間工程（図１６：図２０Ｂ）の作動モードおよび第３中間工程（図１７：図２０Ｃ）の作動モードが段階的に実行され、図２０（Ｄ）に示す第２加熱工程（図１８）の作動モードおよび図２０（Ａ）に示す第１加熱工程（図１４）の作動モードの間に、第２中間工程（図１６：図２０Ｅ）の作動モードおよび第１中間工程（図１５：２０Ｆ）の作動モードが段階的に実行される。かかる作動モード変化態様の適当な組合せ又は順序設定により、第１及び第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面温度及び蓄熱温度の変化率又は温度変動勾配を均等化ないし平均化するとともに、第２加熱空気流Ｈ２の温度変化を抑制し、加熱気流給送路ＨＡの給気温度を均一化することが可能となる。
【００４８】
以上説明した如く、給気流加熱装置１は、比較的低温の給気流を受入れる給気流導入路ＣＡと、燃焼排ガスを導出する燃焼排ガス導出路ＥＡと、高温気流導入装置６、９に対して比較的高温の加熱給気流を供給する加熱給気流給送路ＨＡと、給気流導入路ＨＡ及び燃焼排ガス導出路ＥＡに連結された流路切換装置２０と、流路切換装置２０に連結された第１給排流路Ｌ１及び第２給排流路Ｌ２と、第１及び第２給排流路Ｌ１、Ｌ２に連結された第１加熱装置１０Ａ及び第２加熱装置１０Ｂと、第１及び第２加熱装置１０Ａ、１０Ｂと連通し且つ加熱給気流給送路ＨＡに連通する分流域１５とを備える。第１加熱装置１０Ａは、第１給排流路Ｌ１に連結された第１熱交換装置１１と、第１熱交換装置１１に対して直列に配置された第１燃焼域１３とを備え、第１給排流路Ｌ１、第１熱交換装置１１及び第１燃焼域１３は、給気流を分流域１５に導出するとともに、第１燃焼域１３にて生成した燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路ＥＡに送出するように相互連通する。同様に、第２加熱装置１０Ｂは、第２給排流路Ｌ２に連結された第２熱交換装置１２と、第２熱交換装置１２に対して直列に配置された第２燃焼域１４とを備え、第２給排流路Ｌ２、第２熱交換装置１２及び第２燃焼域１４は、給気流を分流域１５に導出するとともに、第２燃焼域１４にて生成した燃焼排ガスを燃焼排ガス導出路ＥＡに送出するように相互連通する。分流域１５は、第１又は第２熱交換装置１１、１２にて加熱された高温の加熱給気流Ｈを第１加熱給気流及び第２加熱給気流Ｈ１：Ｈ２に分流する分流手段１６を備え、第１加熱給気流Ｈ１を第２燃焼域１４に送出するとともに、第２加熱給気流Ｈ２を加熱給気流給送路ＨＡに送出する。第１及び第２燃焼域１３、１４は夫々、第１加熱給気流Ｈ１を燃焼反応せしめる燃焼手段４０−４８、３１−３３、８０−８４を有し、第１及び第２熱交換装置１１、１２は、燃焼域１３、１４の燃焼反応の結果として生成した燃焼排ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備える。
【００４９】
給気流加熱装置１は、所定の時間間隔にて交互に切替えられる第１加熱工程及び第２加熱工程を実行し、低温給気流を継続的に高温加熱する。第１加熱工程において、給気流加熱装置１は、高温の第１熱交換装置１１を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と第１熱交換装置１１との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、該高温の加熱給気流Ｈを分流域１５の分流手段１６により第１加熱給気流Ｈ１及び第２加熱給気流Ｈ２に分流し、第２加熱給気流Ｈ２を高温気流導入装置６、９に供給するとともに、第１加熱給気流Ｈ１を第２燃焼域１４に導入し、第２燃焼域１４において燃焼反応せしめ、第２燃焼域１４の燃焼により生成した燃焼排ガスを第２熱交換装置１２を介して排気し、燃焼排ガスと第２熱交換装置１２との伝熱接触による熱交換により、燃焼排ガスの顕熱を第２熱交換装置１２の蓄熱体に蓄熱する。第２加熱工程において、給気流加熱装置１は、高温の第２熱交換装置１２を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と第２熱交換装置１２との伝熱接触による熱交換により、低温給気流を高温に加熱し、該高温の加熱給気流Ｈを分流域１５の分流手段１６により第１加熱給気流はＨ１及び第２加熱給気流Ｈ２に分流し、第２加熱給気流Ｈ２を高温気流導入装置６、９に供給するとともに、第１加熱給気流Ｈ１を第１燃焼域１３に導入し、第１燃焼域１３において燃焼反応せしめ、第１燃焼域１３の燃焼により生成した燃焼排ガスを第１熱交換装置１１を介して排気し、燃焼排ガスと第１熱交換装置１１との伝熱接触による熱交換により、燃焼排ガスの顕熱を第１熱交換装置１１の蓄熱体に蓄熱する。
【００５０】
かかる構成の給気流加熱装置又は給気流加熱方法によれば、外気等の低温給気流は、直接燃焼による低温気流の加熱又は予熱工程を要することなく、蓄熱体の蓄熱／放熱作用を介してなされる実質的に直接的な熱伝導／加熱工程により低温気流を高温に加熱又は予熱することができる。従って、低温給気流の酸素濃度及び含有成分比率が実質的に初期濃度又は初期比率に維持されるので、上記高温気流導入装置６、９は、酸素補充設備等の格別の給気流改質手段を要しない。
また、上記給気流加熱装置又は給気流加熱方法において、高温気流導入装置６の可燃性燃焼排ガスを第１及び第２燃焼域１３、１４に供給することにより、高温気流導入装置６の可燃性燃焼排ガスの二次燃焼反応を第１及び第２燃焼域１３、１４にて生起し、燃焼域１３、１４に生成した二次燃焼排ガスの保有顕熱により蓄熱体を加熱することができる。低温給気流は、蓄熱体により加熱又は予熱され、燃焼域１３、１４の燃焼排ガス保有熱は、蓄熱体を介して低温給気流に熱伝達／熱伝導される。かくして、燃焼排ガスの廃熱回収を図るとともに、高温気流導入装置６の可燃性燃焼排ガスの排煙脱硝を燃焼域１３、１４の高温燃焼により実施することが可能となる。
【００５１】
更に、上記給気流加熱装置又は給気流加熱方法において、臭気成分を含有した臭気発生源Ｄの臭気性排ガスを第１及び第２燃焼域１３、１４に供給することにより、臭気性排ガスの悪臭物質又は臭気成分を燃焼分解又は熱分解し、これにより、臭気発生源Ｄの排ガス脱臭手段を提供することができる。
また、上記構成によれば、タービン排ガス等の廃熱保有ガスを給気流加熱装置１に供給することにより、廃熱保有ガスを再熱し、廃熱保有ガスの保有熱量を増大するとともに、増大した排ガス保有熱量を低温給気流に伝熱し、該低温給気流を高温に加熱することができる。従って、上記給気流加熱装置又は給気流加熱方法によれば、後続の廃熱回収設備に対して導入すべき気流又はガス流の再熱により、後流側の廃熱回収設備の廃熱回収効率を向上させ、廃熱回収設備の実効性を大幅に改善し得る。
【００５２】
図２１及び図２２は、本発明に係る給気流加熱装置の応用例（第７実施例）を示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。図２１及び図２２において、上記各実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。また、図２１及び図２２の各図において、（Ａ）図は、給気流加熱装置１の第１加熱工程を示し、（Ｂ）図は、給気流加熱装置１の第２加熱工程を示す。
本実施例において、給気流加熱装置１は、水性ガス反応(water gas reaction)により水性ガス(water gas) を生成する水性ガス化炉又はガス化反応容器として使用される。給気流加熱装置１は、例えば、石炭ガス化設備に配設され、石炭ガス化設備の水蒸気供給系に介装される。
【００５３】
一般に、石炭ガス化設備の燃焼炉又はガス化炉においては、高温加熱空気が燃焼領域に供給されるとともに、比較的高温の過熱水蒸気流が燃焼領域に供給される。石炭ガス化炉の炉内雰囲気に供給される比較的高温の水蒸気は、ガス化炉内に生成した炭素と主に反応し、炭化水素系化合物を生成する。しかしながら、この種の燃焼装置に供給可能な高温水蒸気の温度は、従来は、５００乃至６００℃の温度を高温限界としており、かかる高温限界を超える超高温の水蒸気を連続的に供給し得る装置が存在しない事情もあり、水性ガス化反応が十分に進行していない状態の過熱水蒸気流を石炭ガス化設備に供給せざるを得なかった。
これに対し、本実施例の給気流加熱装置１は、８００℃乃至１１００℃を超える超高温域の水蒸気流を石炭ガス化炉等の燃焼装置９０に連続的に供給し得るように構成されており、かかる給気流加熱装置１に接続された石炭ガス化装置においては、燃焼域における炭化水素化合物の生成反応が、極めて効率的に進行する。
【００５４】
給気流加熱装置１を構成する流路切換装置２０及び熱交換システム１０は、上記第４及び第５実施例と実質的に同じ全体構造を備えており、また、図２１及び図２２に示す如く、第１、第２熱交換装置１１、１２、第１、第２燃焼域１３、１４及び分流域１５を有する。しかしながら、本実施例においては、第１及び第２燃焼域１３、１４は、水性ガス化反応領域として構成される。また、燃焼域１３、１４は、炭化水素系ガス燃料又は液体燃料を燃焼域１３、１４内に吐出又は噴射する燃料供給口４３、４４と、酸化剤を燃焼域１３、１４に供給する酸化剤吐出口８３、８４とを備える。
燃料供給口４３、４４は、燃料供給路CH１、CH２を介して燃料供給制御装置４０に接続され、制御装置４０は、燃料供給主管CHG に接続される。炭化水素系燃料として、例えば、メタン、エタン、プロパン又はブタン等の炭化水素系ガス、或いは、灯油又は重油等の液体燃料を好適に使用し得る。また、酸化剤吐出口８３、８４は、酸化剤供給路OX１、OX２を介して酸化剤供給制御装置８０に接続され、制御装置８０は、酸化剤供給主管OXG に接続される。酸化剤として、一般に酸素O2を好適に使用し得るが、所望により、空気等を酸化剤として使用しても良い。図２２に示す如く、酸化剤供給制御装置８０は、酸化剤供給路OX１、OX２に夫々介装された第１及び第２流量制御弁８１、８２を含み、燃料供給制御装置４０は、燃料供給路CH１、CH２に夫々介装された燃料供給制御弁４１、４２を含む。
第１及び第２燃焼域１３、１４の間に位置する分流域１５は、水性ガス給送路SHA の上流端に接続され、他方、第１及び第２熱交換装置１１、１２の基端部は、流路切換装置２０を介して、水蒸気供給路STの下流端又は高温ガス導出路SHB の上流端に選択的に接続される。
【００５５】
次に、上記構成の給気流加熱装置１の作動について説明する。
ボイラ設備又は水蒸気発生装置等（図示せず）にて生成された過熱蒸気は、水蒸気供給路STを介して給気流加熱装置１の流路切換装置２０に供給される。水蒸気供給路STの過熱蒸気の温度は、例えば、１５０乃至３００℃の範囲に設定される。
給気流加熱装置１は、前述の各実施例と同様に、所定時間間隔で第１位置（図２１Ａ）又は第２位置（図２１Ｂ）に交互に切換えられ、第１及び第２加熱工程を交互に実行する。給気流加熱装置１は、上記各実施例の給気流加熱装置と同様、第１加熱工程（図２１Ａ：図２２Ａ) において、第２燃焼域１４を燃焼作動し、第２加熱工程（図２１Ｂ：図２２Ｂ）において第１燃焼域１３を燃焼作動する。
第１加熱工程（図２１Ａ：図２２Ａ）において、水蒸気供給路STの過熱水蒸気は、第１給気開閉弁２７、第１給排路Ｌ１、第１熱交換装置１１及び第１中間流路Ｌ３を介して第１燃焼域１３に供給される。加熱水蒸気は、第１熱交換装置１１を流通する間に８００℃以上の高温域、好適には、１１００℃以上の高温域に加熱され、この結果、水蒸気の水性ガス化反応が、第１熱交換装置１１及び第１燃焼域１３において生起し且つ進行する。水性ガス化反応した過熱水蒸気は、水素を含む高温の水性ガス流ＳＨとして、第３中間流路Ｌ５を介して分流域１５に流入し、分流域１５において、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流する。
【００５６】
第２水性ガス流SH２は、水性ガス給送路SHA に送出され、水性ガス給送路SHA を介して石炭ガス化設備の燃焼装置９０に供給される。他方、第１水性ガス流SH１は、第４中間流路Ｌ６を介して第２燃焼域１４に流入する。燃料供給路CHG の炭化水素系燃料が、制御弁４２を介して燃料吐出口４４から第２燃焼域１４に導入されるとともに、酸化剤供給路OXG の酸化剤(O2)が、制御弁８２を介して酸化剤吐出口８４から第２燃焼域１４導入される。炭化水素系燃料、酸化剤及び第１水性ガス流SH１は、第２燃焼域１４にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。高温ガス流SH3 は、第２中間流路Ｌ４、第２熱交換装置１２、第２給排路Ｌ２及び第２排気開閉弁３８を介して、高温ガス導出路SHB に送出される。第１水性ガス流SH１は、第２熱交換装置１２を通過する際に第２熱交換装置１２と伝熱接触し、第１水性ガス流SH１が保有する顕熱は、第２熱交換装置１２に蓄熱される。
第１加熱工程に引き続いて実行される第２加熱工程（図２１Ｂ：図２２Ｂ）において、水蒸気供給路STの過熱水蒸気は、第２給気開閉弁２８、第２給排路Ｌ２、第２熱交換装置１２及び第２中間流路Ｌ４を介して第２燃焼域１４に供給される。加熱水蒸気は、第２熱交換装置１２を流通する間に８００℃以上の高温域、好適には、１１００℃以上の高温域に加熱され、この結果、水蒸気の水性ガス化反応が、第２熱交換装置１２及び第２燃焼域１４において生起し且つ進行する。過熱水蒸気は、水素を含む高温の水性ガス流ＳＨとして、第４中間流路Ｌ６を介して分流域１５に流入し、分流域１５において、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流する。
第２水性ガス流SH２は、水性ガス給送路SHA に送出され、水性ガス給送路SHA を介して石炭ガス化設備の燃焼装置９０に供給され、第１水性ガス流SH１は、第３中間流路Ｌ５を介して第１燃焼域１３に流入する。燃料供給路CHG の炭化水素系燃料が、制御弁４１を介して燃料吐出口４３から第１燃焼域１３に導入されるとともに、酸化剤供給路OXG の酸化剤(O2)が、制御弁８１を介して酸化剤吐出口８３から第１燃焼域１３に導入される。炭化水素系燃料、酸化剤及び第１水性ガス流SH１は、第１燃焼域１３にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスを生成する。高温ガス流SH3 は、第１中間流路Ｌ３、第１熱交換装置１１、第１給排路Ｌ１及び第１排気開閉弁３７を介して、高温ガス導出路SHB に送出される。第１水性ガス流SH１は、第１熱交換装置１１を通過する際に第１熱交換装置１１と伝熱接触し、第１水性ガス流SH１が保有する顕熱は、第１熱交換装置１１に蓄熱される。
【００５７】
水性ガス生成装置として機能する上記構成の給気流加熱装置１においては、第１及び第２燃焼域１３、１４に導入される過熱水蒸気は、第１及び第２熱交換装置１１、１２を介してなされる水蒸気流SHと高温ガス流SH3 との実質的に直接的な熱交換作用により、８００乃至１１００℃以上の高温域に加熱され、高効率の水性ガス反応を第１及び第２熱交換装置１１、１２及び燃焼域１３、１４に生起し且つ維持する。第１水性ガス流SH1 は、燃焼域１３、１４に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤と混合し、水性ガスの燃焼反応を燃焼域１３、１４に生起し且つ維持する。かくして、上記給気流加熱装置１は、燃焼域１３、１４の水性ガス化反応の反応温度を所望の温度域に維持し得るので、高温加熱処理した水蒸気流の存在下に、高効率の水素ガス生成反応を燃焼域１３、１４に生起し、所望の水素ガスを含む高効率の水性ガスを石炭ガス化炉の燃焼装置９０に供給することができる。また、上記給気流加熱装置１によれば、酸化燃焼反応に伴う二酸化炭素(CO2) 及び水(H2O) の生成量を抑制し得るとともに、比較的少量の酸化剤及び燃焼用燃料により、比較的高純度又は高品位の水性ガスを生成することができる。
【００５８】
図２３は、上記第７実施例に係る給気流加熱装置１の分流域１５の変形構造を示す給気流加熱装置１の概略断面図であり、図２３には、給気流の流路形態のみが、概略的に図示されている。図２３に示す給気流加熱装置１は、第１及び第２燃焼域１３、１４を画成する第１及び第２加熱炉１０Ａ、１０Ｂと、各加熱炉を相互連通する連通部１０Ｃとを備える。加熱炉１０Ａ、１０Ｂの端壁には、連続点火式のパイロットバーナ３０５、３０６を備えたバーナ組立体３０３、３０４が配設される。燃料供給路CH１、CH２及び酸化剤供給路OX１、OX２が、バーナ組立体３０３、３０４に連結され、バーナ組立体３０３、３０４は、燃焼域１３、１４に向かって軸線方向に酸化剤及び炭化水素系燃料を吐出する。分流域１５を構成する左右の中間流路Ｌ５、Ｌ６は、水性ガス流ＳＨの流体流を第１水性ガス給送路SHA に向けて差し向けるように、各加熱炉１０Ａ、１０Ｂ( 燃焼域１３、１４ )の中心軸線に対して所定角度αをなして傾斜しており、給気流加熱装置１の中心線位置において相互接続される。第１及び第２中間流路Ｌ５、Ｌ６の接合部には、第１水性ガス給送路SHA の上流端が接続されるとともに、突出部１６が配設される。突出部６は、給気流加熱装置１の中心線上に延在する比較的薄い板体からなり、第１水性ガス給送路SHA の上流端開口部と対向するように流路内に突出する。
【００５９】
かかる分流域１５の構造によれば、分流域１５は、水性ガス流ＳＨが第１水性ガス給送路SHA に流入し易いように設定された図示のＹ字形の流路形態を有し、この結果、比較的減量し易い性質を有する第２水性ガス流SH２は、水性ガス流ＳＨの方向性又は慣性により、確実に所望の流量を確保し、第１水性ガス給送路SHA に流入する。従って、第２水性ガス流SH２の流量の低減が防止され、水性ガス流ＳＨは、分流域１５において円滑に所望の流量比の第１及び第２水性ガス流SH１、SH２に分流する。更に、流路抵抗を増大し且つ流体流を整流するハニカム型蓄熱体３０１、３０２が、第１及び第２中間流路Ｌ５、Ｌ６の流路内に配置される。蓄熱体３０１、３０２は、上記第１及び第２熱交換装置１１、１２を構成する蓄熱体と実質的に同一の素材、各部形状及び各部寸法を有する蓄熱体からなる。図２３に示す如く、第１燃焼域１３に生成した水性ガス流ＳＨは、第３中間流路Ｌ５に流入し、蓄熱体３０１を流通した後、分流域１５にて第１及び第２水性ガス流SH１、SH2 に分流し、第１水性ガス流SH1 は、蓄熱体３０２のハニカム流路を流通した後、第４中間流路Ｌ６から第２燃焼域１４に流入する。
【００６０】
蓄熱体３０１、３０２は、水性ガス流ＳＨ、SH１の顕熱を蓄熱し且つ放熱する機能を発揮する。しかしながら、蓄熱体３０１、３０２は、これを主たる目的として中間流路Ｌ５、Ｌ６に配設されたものではなく、主として第３及び第４中間流路Ｌ５、Ｌ６の流路抵抗を局所的に増大させるとともに、乱流状態で中間流路Ｌ５、Ｌ６に流入する水性ガス流ＳＨを整流化し、分流域１５の分流機能を規制することを意図としたものである。即ち、燃焼域１３、１４の水性ガス流ＳＨは、乱流形態又は不規則な流体特性を有する高温気流として中間流路Ｌ５、Ｌ６に流入し、蓄熱体３０１、３０２のハニカム流路を流通する間に整流化され、比較的規則的な方向性を有する整流として分流域１５の分流部に流入する。しかも、水性ガス流ＳＨから分流した第１水性ガス流SH１に対して、蓄熱体３０１、３０２の流通抵抗又は流路抵抗が作用するので、比較的増量し易い第１水性ガス流SH１の流量は、該流通抵抗又は流路抵抗により抑制され、この結果、第１及び第２水性ガス流SH１、SH２の流量比は、適切に規制され、適当な流量の第１及び第２水性ガス流SH１、SH２が、燃焼域１３、１４及び第１水性ガス給送路SHA に送出される。
かくして、図２３に示す流路形態の分流域１５を備えた給気流加熱装置１によれば、分流域１５における第１及び第２水性ガス流SH１、SH２の分流比又は流量比を適切に規制し得る。なお、かかる流路構成は、上記第７実施例に対する適用に限定されるものではなく、前述の各実施例においても適当に採用し得るものである。
【００６１】
図２４は、上記第７実施例の給気流加熱装置の更なる変形例を示す給気流加熱装置の概略ブロックフロー図である。また、図２５及び図２６は、図２４に示す給気流加熱装置の概略断面図である。なお、図２４（Ａ）及び図２５には、給気流加熱装置の第１位置が図示されており、図２４（Ｂ）及び図２６には、給気流加熱装置の第２位置が図示されている。
給気流加熱装置１は、第１又は第２燃焼域１３、１４を相互連通する連通部１０Ｃ（図２５、図２６）と、燃焼域１３、１４と第１水性ガス給送路SHA とを相互連通可能に接続する第３及び第４中間流路Ｌ７、Ｌ８とを備える。連通部１０Ｃの分流連通路１５は、第１及び第２燃焼域１３、１４を相互連通する。第１又は第２熱交換装置１１、１２及び燃焼域１３、１４における水性化反応により生成した水性ガスは、分流連通路１５により分流する。縮径部１６が、分流連通路１５の流路内方に突出し、局所的な縮小流路を形成する。縮径部１６は、分流連通路１５のオリフィス又は流路抵抗として機能する。
給気流加熱装置１は更に、第１位置（図２４Ａ：図２５）と第２位置（図２４Ｂ：図２６）とに交互に切換可能な３方弁形式の分流制御装置１３０を備える。分流制御装置１３０は、中間流路Ｌ７、Ｌ８と第１水性ガス給送路SHA との間に介装され、電子式制御装置２００（図２４）の制御下に第１又は第２位置に選択的に切換えられる。電子式制御装置２００は、分流制御装置１３０及び流路切換装置２０の切換作動を同期制御し、従って、分流制御装置１３０及び流路切換装置２０は、好ましくは６０秒以下の所定時間に設定される切換時間毎に第１位置（図２４Ａ：図２５）又は第２位置（図２４Ｂ：図２６）に同時に切換えられる。なお、本実施例の流路切換装置２０は、高速切換式又は高周期切換式構造を備えた４方弁として構成されているが、図２１に示す如く複数の開閉弁を組み合わせてなる複合構造の弁装置として流路切換装置２０を構成しても良い。
第１及び第２熱交換装置１１、１２を介して第１及び第２燃焼域１３、１４に導入された高温の水蒸気流SHは、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流し、第１水性ガス流SH１は、燃焼域１３、１４に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤の存在下に、水性ガスの燃焼反応を燃焼域１３、１４に生起し且つ維持する。
【００６２】
図２４（Ａ）及び図２５に示す給気流加熱装置１の第１加熱工程（第１位置）において、第１熱交換装置１１を介して第１燃焼域１３に導入された高温の水蒸気流（水性ガス流）SHは、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流し、第１水性ガス流SH１は、分流連通路１５を介して第２燃焼域１４に導入され、燃焼域１４に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤の存在下に、第１水性ガス流SH１の燃焼反応を燃焼域１４に生起し且つ維持する。他方、図２４（Ｂ）及び図２６に示す給気流加熱装置１の第２加熱工程（第２位置）において、第２熱交換装置１２を介して第２燃焼域１４に導入された高温の水蒸気流（水性ガス流）SHは、第１及び第２水性ガス流SH１：SH２に分流し、第１水性ガス流SH１は、分流連通路１５を介して第１燃焼域１３に導入され、燃焼域１３に供給される比較的少量の燃料及び酸化剤の存在下に、第１水性ガス流SH１の燃焼反応を燃焼域１３に生起し且つ維持する。これに対し、燃焼域１３、１４に生成した水性ガスの第２水性ガス流SH２は、分流制御装置１３０を介して第１水性ガス給送路SHA に送出される。
【００６３】
図２７は、本発明に係る給気流加熱装置の更に他の応用例（第８実施例）として構成された不活性ガス加熱システムの構成を示す概略フロー図である。図２７において、上記各実施例の各構成要素又は構成手段と実質的に同じ構成要素又は構成手段については、同一の参照符号が付されている。なお、本実施例における給気流加熱装置１の構造は、前述の第５実施例のものと実質的に同一であるので、第５実施例の図１４乃至図１８を引用することにより、図示を省略する。
図２７に示す給気流加熱装置１は、不活性ガス消費設備に対して高温の不活性ガスを供給するための不活性ガス加熱装置として使用される。不活性ガスとして、窒素ガス、アルゴンガス又はヘリウムガス等を例示し得る。また、不活性ガス消費設備として、例えば、鉄鋼加熱炉を構成する焼なまし炉(annealing) 等の任意の熱処理装置を例示し得る。
窒素ガス等の不活性ガスは、不活性ガス供給路ＮＧを介して、不活性ガス源（図示せず）から給気流加熱装置１の流路切換装置２０に供給される。前述の第５実施例と同様、流路切換装置２０は、図２７（Ａ）に示す第１位置において、不活性ガスを第１熱交換装置１１に供給する。第１熱交換装置１１を流通する不活性ガス流は、第１熱交換装置１１との伝熱接触により８００℃乃至１１００℃以上の高温域に加熱され、第１燃焼域１３を介して分流域１５に流入する。分流域１５にて分流した第２加熱給気流Ｈ２は、不活性ガス給送路ＨＡを介して、不活性ガス消費設備に給送され、他方、第１加熱給気流Ｈ１は、第２燃焼域１４に導入される。燃焼用空気流又は酸化剤が助燃空気導入口８４から第２燃焼域１４に導入され且つ炭化水素系燃料が第２バーナ４４から第２燃焼域１４に供給され、第１加熱給気流Ｈ１は、第２燃焼域１４にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスとして第１熱交換装置１２を流通し、第１熱交換装置１２を加熱し、しかる後、流路切換装置２０を介して排気導出路ＥＡに送出される。
流路切換装置２０は、第２位置（図２７Ｂ）において、不活性ガスを第２熱交換装置１２に供給し、第２熱交換装置１２によって加熱された不活性ガス流は、分流域１５において第１及び第２加熱給気流Ｈ１：Ｈ２に分流し、第２加熱給気流Ｈ２は、不活性ガス消費設備に給送され、他方、第１加熱給気流Ｈ１は、第１燃焼域１３にて燃焼反応し、高温の燃焼排ガスとして第１熱交換装置１１を加熱した後、排気導出路ＥＡに送出される。
【００６４】
かかる構成の給気流加熱装置１によれば、不活性ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２を介してなされる第１又は第２燃焼域１３、１４の燃焼排ガスとの実質的に直接的な熱交換作用により８００℃以上の高温域に加熱され、高温の不活性ガス流として不活性ガス消費設備に供給される。しかも、上記給気流加熱装置１においては、不活性ガス消費設備に供給すべき不活性ガスは、第１又は第２熱交換装置１１、１２との顕熱交換により加熱されるにすぎない。従って、上記構成の給気流加熱装置１は、不活性ガス源において制御又は調整された不活性ガスの諸物性を変化させず、これを実質的に維持した状態で不活性ガスを高温に加熱し、高温の不活性ガス流を不活性ガス消費設備に連続的に供給することができる。
【００６５】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
例えば、上記第１実施例においては、流路を切換えるための流路切換手段として、４方弁形式の流路切換装置を使用しているが、所謂ケース切換型高速切換システム（ＣＥＭ）などの他の形式の流路切換手段の構造を採用しても良い。
また、上記実施例の微粉炭ボイラーの排煙処理システムに対して、所望により、或いは、排気規制の適用に相応して、排煙脱硝設備又は排煙脱硝装置を装置系の適所に適宜配設しても良い。
更に、水性ガス生成に係る上記実施例において、熱交換装置にて加熱された水蒸気流に対して炭化水素系燃料及び酸化剤を供給し、これにより、炭化水素系燃料及び酸化剤の存在下に進行する従来方式の水性ガス化反応を燃焼域に生じさせ且つ進行させることも可能である。また、熱交換装置を介して系外に排出される高温ガスを可燃性ガスとして同一装置系内又は系外の装置系において使用しても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明の上記構成によれば、常温外気等の比較的低温の空気又はガスを予熱又は加熱し、燃焼炉等の高温気流導入装置に対して加熱給気流を供給する給気流加熱装置及び給気流加熱方法において、給気流の酸素濃度等の諸物性を実質的に変化させることなく、該給気流を高温に予熱又は加熱し得る給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することが可能となる。
また、本発明の上記構成によれば、高温気流導入装置に供給すべき燃焼用給気流を８００℃以上、望ましくは、１０００℃以上の高温域に連続的に予熱又は加熱することができる給気流加熱装置及び給気流加熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る給気流加熱装置を備えた廃棄物処理設備の装置系全体構成を示す概略プロセスフロー図である。
【図２】図１に示す廃棄物処理設備に配設された給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図２（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図２（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図３】図１に示す廃棄物処理設備に配設された給気流加熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図３（Ａ）は、第１予熱工程における作動形態を示し、図３（Ｂ）は、第２給気流予熱工程における作動形態を示す。
【図４】第１及び第２熱交換装置を構成する蓄熱体の斜視図（図４（Ａ））及び部分拡大斜視図（図４（Ｂ））である。
【図５】蓄熱体のハニカム構造の各種形式を例示する蓄熱体の概略部分断面図である。
【図６】高温予熱空気が供給される燃焼領域の可燃範囲を示す線図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図７（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図７（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図８】図７に示す給気流加熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図８（Ａ）は、第１予熱工程における作動形態を示し、図８（Ｂ）は、第２予熱工程における作動形態を示す。
【図９】本発明の第３実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフロー図である。図９（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１予熱工程を示し、図９（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２予熱工程を示す。
【図１０】図９に示す給気流加熱装置の全体構造及び作動形態を示す概略断面図である。図１０（Ａ）は、第１予熱工程における作動形態を示し、図１０（Ｂ）は、第２予熱工程における作動形態を示す。
【図１１】本発明の第４実施例に係る給気流加熱装置を備えたガスタービン排気系の部分構成を示す概略フロー図である。
【図１２】図１１に示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様を示す概略ブロックフローである。図１２（Ａ）は、流路切換装置の第１位置における第１加熱工程を示し、図１２（Ｂ）は、流路切換装置の第２位置における第２加熱工程を示す。
【図１３】本発明の第５実施例に係る給気流加熱装置の全体構成を示す概略フロー図である。
【図１４】図１３に示す切換式蓄熱型熱交換システムの第１加熱工程の作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１５】第１中間工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１６】第２中間工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１７】第３中間工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１８】第２加熱工程における切換式蓄熱型熱交換システムの作動モードを示す概略ブロックフロー図（（Ａ）図）及び概略断面図（（Ｂ）図）である。
【図１９】図１４乃至図１８の各作動モードにおける各流路の流量比を例示する図表である。
【図２０】図１３乃至図１８に示す熱交換システムの各作動モードの運転形態を経時的に例示する概略フロー図である。
【図２１】本発明の第６実施例に係る給気流加熱装置の全体構成及び作動態様（第１位置）を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。
【図２２】図２１に示す給気流加熱装置の全体構成及び作動態様（第２位置）を示す概略ブロックフロー図及び概略断面図である。
【図２３】給気流加熱装置を構成する分流域の変形構造を示す給気流加熱装置の概略断面図である。
【図２４】図２１に示す給気流加熱装置の更なる変形例を示す給気流加熱装置の概略ブロックフロー図である。
【図２５】図２４に示す給気流加熱装置の概略断面図（第１位置）である。
【図２６】図２４に示す給気流加熱装置の概略断面図（第２位置）である。
【図２７】本発明に係る給気流加熱装置の第７実施例を示す概略フロー図であり、給気流加熱装置は、不活性ガス加熱システムを構成する。
【図２８】従来構成の廃棄物処理設備の装置系全体構成を示す概略プロセスフロー図である。
【符号の説明】
１ 給気流加熱装置
２ 強制給気ファン
３ 強制排気ファン
６ 燃焼炉（高温気流導入装置）
７ 排気系
９ 廃熱回収ボイラ（高温気流導入装置）
１０ 切換式蓄熱型熱交換システム
１０Ａ 第１予熱炉
１０Ｂ 第２予熱炉
１０Ｃ 連通部
１１ 第１熱交換装置（蓄熱体）
１２ 第２熱交換装置（蓄熱体）
１３ 第１燃焼域
１４ 第２燃焼域
１５ 分流域
１７ 流路
１８ セル壁
１９ 外気吸入口
２０ 流路切換装置
２１ 給気流入ポート
２２ 排気流出ポート
２３ 第１給排ポート
２４ 第２給排ポート
２５ 中心回転軸
２６ 弁体
２７ 第１給気開閉弁
２８ 第２給気開閉弁
３０ 外気開放型排気口
３１ 三方弁
３２ 第１流入ノズル
３３ 第２流入ノズル
３７ 第１排気開閉弁
３８ 第２排気開閉弁
４０ 燃料供給制御装置
４１ 第１燃料供給制御弁
４２ 第２燃料供給制御弁
４３ 第１バーナ
４４ 第２バーナ
４５ 第１排ガス流入口
４６ 第２排ガス流入口
４７ 第１開閉制御弁
４８ 第２開閉制御弁
５０ 主羽口
８０ タービン排ガス分配装置、開閉弁装置
８１、８２ 第１及び第２開閉弁
８３、８４ タービン排ガス導入口、助燃空気導入口
９１ 圧縮機
９２ タービン
９３ 燃焼器
９４ 発電機
ＨＡ 予熱空気給気路（再熱気流給送路、加熱給気流給送路）
ＯＡ 外気導入路
ＣＡ 給気給送路
ＥＡ 排気導出路
ＥＧ 排気送出路
Ｌ１ 第１給排路
Ｌ２ 第２給排路
Ｌ３ 第１中間流路
Ｌ４ 第２中間流路
Ｌ５ 第３中間流路
Ｌ６ 第４中間流路
Ｆ 燃料供給系
Ｆ１ 燃料供給主管
Ｆ２ 第１燃料供給管
Ｆ３ 第２燃料供給管
ＦＡ 助燃空気供給路
ＦＡ１ 第１助燃空気給送路
ＦＡ２ 第２助燃空気給送路
ＥＸＧ 排気路
ＥＸ１ 第１排ガス導入路
ＥＸ２ 第２排ガス導入路
Ｅ１ 燃焼排ガス流路
Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７ 排ガス流出路（燃焼排ガス流路）
Claims (30)
- 比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱装置において、
前記低温給気流を流通可能な流路を備え、該低温給気流を加熱する第１及び第２熱交換装置と、
該熱交換装置を通過した結果として昇温した加熱給気流をＹ字形の流路形態により第１及び第２給気分流に分流する分流域と、
燃焼反応のための可燃性物質及び酸化剤を供給する燃料供給口及び酸化剤吐出口を備えるとともに、前記第1及び第２熱交換装置に対して夫々直列に配置された第１及び第２燃焼域とを有し、
前記第１熱交換装置、第１燃焼域及び分流域は相互連通し、前記第２熱交換装置、第２燃焼域及び分流域は相互連通し、前記高温気流導入装置に対して前記第２給気分流を給送する加熱給気流給送路の流入開口部が、前記分流域に配置され、前記第２給気分流は、前記高温気流導入装置に給送され、
前記低温給気流が第１熱交換装置によって加熱されるとき、前記第２燃焼域は、前記可燃性物質の燃焼反応を生起し、前記低温給気流が第２熱交換装置によって加熱されるとき、前記第１燃焼域は、前記可燃性物質の燃焼反応を生起し、
前記第１燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、前記第１熱交換装置を介して排気され、前記第２燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、前記第２熱交換装置を介して排気され、
前記第１及び第２熱交換装置は、前記燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、前記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を夫々備えており、
前記分流域のＹ字形流路形態は、前記加熱給気流を前記加熱給気流給送路に向けて差し向けるように、前記第１及び第２燃焼域の中心軸線に対して所定角度（α）をなして傾斜して第１及び第２燃焼域から延び且つ相互接続された第１及び第２の中間流路と、第１及び第２中間流路の接合部に接続された前記加熱給気流給送路とによって形成されることを特徴とする給気流加熱装置。 - 比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱装置において、
前記低温給気流を流通可能な流路を備え、該低温給気流を加熱する第１及び第２熱交換装置と、
該熱交換装置を通過した結果として昇温した加熱給気流を第１及び第２給気分流に分流する分流域と、
可燃性物質が導入され、該可燃性物質の燃焼反応が生起するとともに、前記第 1 及び第２熱交換装置に対して夫々直列に配置された第１及び第２燃焼域とを有し、
前記第１熱交換装置、第１燃焼域及び分流域は相互連通し、前記第２熱交換装置、第２燃焼域及び分流域は相互連通し、前記第１及び第２燃焼域は、前記分流域を構成する連通流路を介して相互連通し、該連通流路は、流路内方に突出する突出部を有し、高温気流導入装置に対して前記第２給気分流を給送する加熱給気流給送路の流入開口部が、前記突出部と対向するように前記連通流路に配置され、前記第２給気分流は、前記突出部の流体分配作用により前記流入開口部に流入して、前記高温気流導入装置に給送され、
前記低温給気流が第１熱交換装置によって加熱されるとき、前記第２燃焼域は、前記可燃性物質の燃焼反応を生起し、前記低温給気流が第２熱交換装置によって加熱されるとき、前記第１燃焼域は、前記可燃性物質の燃焼反応を生起し、
前記第１燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、前記第１熱交換装置を介して排気され、前記第２燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、前記第２熱交換装置を介して排気され、
前記第１及び第２熱交換装置は、前記燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、前記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を夫々備えることを特徴とする給気流加熱装置。 - 比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱装置において、
前記低温給気流を流通可能な流路を備え、該低温給気流を加熱する第１及び第２熱交換装置と、
該熱交換装置を通過した結果として昇温した加熱給気流を第１及び第２給気分流に分流する分流域と、
可燃性物質が導入され、該可燃性物質の燃焼反応が生起するとともに、前記第１及び第２熱交換装置に対して夫々直列に配置された第１及び第２燃焼域とを有し、
前記第１熱交換装置、第１燃焼域及び分流域は相互連通し、前記第２熱交換装置、第２燃焼域及び分流域は相互連通し、高温気流導入装置に対して前記第２給気分流を給送する加熱給気流給送路の流入開口部が、前記分流域に配置され、前記第２給気分流は、前記高温気流導入装置に給送され、
前記第１燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、前記第１熱交換装置を介して排気され、該第１熱交換装置は、前記第１燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、前記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備え、
前記第２燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスは、前記第２熱交換装置を介して排気され、該第２熱交換装置は、前記第 2 燃焼域の燃焼反応により生成した高温ガスに伝熱接触して蓄熱するとともに、前記低温給気流に伝熱接触して放熱する蓄熱体を備え、
前記分流域は、前記加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する分流手段を備え、前記第１及び第２燃焼域は、前記分流域を構成する連通流路を介して相互連通し、前記分流手段は、前記流入開口部と対向する連通流路縮小手段を備え、該縮小手段は、前記加熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能することを特徴とする給気流加熱装置。 - 前記低温の給気流を受入可能な給気流導入路と、高温排ガスを導出可能な燃焼排ガス導出路と、前記給気流導入路及び燃焼排ガス導出路に連結された流路切換装置と、該流路切換装置に連結された第１給排流路及び第２給排流路と、該第１給排流路及び第２給排流路に連結された第１加熱装置及び第２加熱装置と、該第１及び第２加熱装置と連通し且つ前記加熱給気流給送路と連通する前記分流域とを有し、
前記第１加熱装置は、前記第１給排流路に連結された前記第１熱交換装置と、該第１熱交換装置に対して直列に配置された前記第１燃焼域とを有し、前記第１給排流路、第１熱交換装置及び第１燃焼域は、前記加熱給気流を前記分流域に導出するように相互連通し、
前記第２加熱装置は、前記第２給排流路に連結された前記第２熱交換装置と、該第２熱交換装置に対して直列に配置された前記第２燃焼域とを備え、前記第２給排流路、第２熱交換装置及び第２燃焼域は、前記加熱給気流を前記分流域に導出するように相互連通することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置。 - 前記流路切換装置は、前記給気流導入路を前記第１給排流路に連結し且つ前記燃焼排ガス導出路を前記第２給排流路に連結する第１位置と、前記給気流導入路を前記第２給排流路に連結し且つ前記燃焼排ガス導出路を前記第１給排流路に連結する第２位置とを有し、所定の時間間隔にて第１位置又は第２位置のいずれか一方に選択的に切換制御され、
前記第１及び第２燃焼域の各高温排ガスは、前記流路切換手段の第２位置において前記第１燃焼域の燃焼手段が燃焼作動する間、前記１熱交換装置の蓄熱体を通過して前記第１給排流路に送出され、前記流路切換手段の第１位置において前記第２燃焼域の燃焼手段が燃焼作動する間、前記２熱交換装置の蓄熱体を通過して前記第２給排流路に送出されることを特徴とする請求項４に記載の給気流加熱装置。 - 前記燃焼域に燃焼燃料を導入する燃料供給路と、該燃料供給路の燃料供給を制御する燃料供給制御装置とを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の給気流加熱装置。
- 臭気成分又は悪臭物質を含有する臭気性ガスを前記燃焼域に導入する臭気性ガス導入装置を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の給気流加熱装置。
- 燃焼炉又は燃焼設備の燃焼領域において生成した可燃性燃焼排ガスを前記燃焼域に導入する排ガス導入路と、該排ガス導入路を開閉制御する開閉制御装置とを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の給気流加熱装置。
- 昇温すべき比較的低温の排ガスを前記燃焼域に導入する排ガス供給装置を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の給気流加熱装置。
- 助燃空気を前記燃焼域に導入する助燃空気供給装置を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の給気流加熱装置。
- 水蒸気を前記低温給気流として供給する水蒸気導入路を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置。
- 不活性ガスを前記低温給気流として供給する不活性ガス導入路を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置。
- 前記蓄熱体は、前記低温給気流と前記排ガスとが交互に通過する多数の流路を備えたハニカム型蓄熱体からなり、前記流路切換装置は、所定の時間間隔にて前記第１位置又は第２位置に交互に切換制御され、該時間間隔は、６０秒以下の所定時間に設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の給気流加熱装置。
- 比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱方法において、
高温の第１熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を分流域のＹ字形流路形態により第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を加熱給気流給送路によって前記高温気流導入装置に供給するとともに、第１給気分流、燃料及び酸化剤を第２燃焼域に導入し、その燃焼反応を第２燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第２熱交換装置に導入し、該第２熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第１加熱工程と、
高温の第２熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を前記分流域のＹ字形流路形態により第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記加熱給気流給送路によって前記高温気流導入装置に供給するとともに、第１給気分流、燃料及び酸化剤を第1燃焼域に導入し、その燃焼反応を第１燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第１熱交換装置に導入し、該第１熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第２加熱工程とを有し、
前記分流域のＹ字形流路形態は、前記加熱給気流を前記加熱給気流給送路に向けて差し向けるように、前記第１及び第２燃焼域の中心軸線に対して所定角度（α）をなして傾斜して第１及び第２燃焼域から延び且つ相互接続された第１及び第２の中間流路と、第１及び第２中間流路の接合部に接続された前記加熱給気流給送路とによって形成されており、
前記第１加熱工程及び第２加熱工程は所定の時間間隔にて交互に切換えられ、前記低温給気流は継続的に高温加熱されることを特徴とする給気流加熱方法。 - 比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱方法において、
高温の第１熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を分流域で第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記第１給気分流の燃焼反応を第２燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第２熱交換装置に導入し、該第２熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第１加熱工程と、
高温の第２熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を前記分流域で第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記第１給気分流の燃焼反応を第１燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第１熱交換装置に導入し、該第１熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第２加熱工程とを有し、
前記分流域は、流路内に突出する突出部を備え、高温気流導入装置に対して前記第２給気分流を給送する加熱給気流給送路の流入開口部が、前記突出部と対向するように前記分流域に配置されており、
前記第１加熱工程及び第２加熱工程を所定の時間間隔にて交互に切換えられ、前記低温給気流は、継続的に高温加熱され、前記第２給気分流は、前記突出部の流体分配作用により前記流入開口部に流入して、継続的に前記高温気流導入装置に給送されることを特徴とする給気流加熱方法。 - 比較的低温の気流を加熱し、高温気流を導入すべき高温気流導入装置に対して加熱給気流を送出する給気流加熱方法において、
高温の第１熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を分流域で第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記第１給気分流の燃焼反応を第２燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第２熱交換装置に導入し、該第２熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第２熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第１加熱工程と、
高温の第２熱交換装置を介して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第２熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、低温給気流を高温に加熱し、高温の加熱給気流を前記分流域で第１給気分流及び第２給気分流に分流し、該第２給気分流を前記高温気流導入装置に供給するとともに、前記第１給気分流の燃焼反応を第１燃焼域に生起し、該燃焼反応により生成した高温ガスを第１熱交換装置に導入し、該第１熱交換装置を介して排気し、前記高温ガスと前記第１熱交換装置との伝熱接触による熱交換作用により、前記高温ガスの顕熱を前記第１熱交換装置の蓄熱体に蓄熱する第２加熱工程とを有し、
前記分流域は、前記加熱給気流を第１給気分流及び第２給気分流に分流する分流手段を備え、該分流手段は、高温気流導入装置に対して前記第２給気分流を給送する加熱給気流給送路の流入開口部と、該流入開口部と対向する連通流路縮小手段とを備え、該縮小手段は、前記加熱給気流の流体圧力を規制するオリフィスとして機能し、
前記第１加熱工程及び第２加熱工程を所定の時間間隔にて交互に切換えられ、前記低温給気流は、継続的に高温加熱され、前記第２給気分流は、圧力バランスを制御する前記オリフィスの流体圧力調整機能により前記流入開口部に流入して、継続的に前記高温気流導入装置に給送されることを特徴とする給気流加熱方法。 - 前記時間間隔は、６０秒以下の所定時間に設定され、前記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体は、該時間間隔に相応して蓄熱及び放熱を反覆し、前記低温給気流を加熱し且つ前記高温ガスを冷却することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の給気流加熱方法。
- 炭化水素系燃料を前記第１燃焼域及び第２燃焼域に交互に供給し、該燃焼域の燃焼反応を生起することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の給気流加熱方法。
- 可燃性の燃焼排ガスを前記第１燃焼域及び第２燃焼域に交互に導入し、該燃焼排ガスの可燃成分により、前記燃焼域の燃焼反応を生起することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の給気流加熱方法。
- 臭気成分又は悪臭物質を含む排気ガスを前記第１及び第２燃焼域に交互に導入し、該排気ガスを前記燃焼域において燃焼分解することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の給気流加熱方法。
- 前記低温給気流は、外界雰囲気の空気であり、前記第２給気分流は、前記熱交換装置により、少なくとも８００℃に加熱され、高温の燃焼用予熱空気流として、高温気流導入装置の燃焼手段に給送されることを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の給気流加熱方法。
- タービン排ガスが、前記第１及び第２燃焼域に交互に導入され、前記第２給気分流は、前記高温気流導入装置を構成する廃熱回収ボイラに給送されることを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれか１項に記載の給気流加熱方法。
- 助燃空気を前記第１及び第２燃焼域に交互に導入し、前記燃焼域の燃焼反応を助勢することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の給気流加熱方法。
- 前記低温給気流は水蒸気であることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の給気流加熱方法。
- 前記低温給気流は、不活性ガスであることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の給気流加熱方法。
- 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置を備えたことを特徴とする燃焼炉の燃焼用空気予熱装置。
- 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置を備えたことを特徴とする排ガス脱臭装置。
- 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置を備えたことを特徴とするタービン排ガスのリパワリング装置。
- 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置を備えたことを特徴とする水蒸気加熱装置。
- 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の給気流加熱装置を備えたことを特徴とする不活性ガス加熱装置。
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