JP4698629B2 - 高温空気加熱器 - Google Patents

Description

本発明は、高温空気加熱器に係り、具体的には、燃焼排ガスの熱により空気を加熱する高温空気加熱器に関する。

廃棄物の処理法として、廃棄物を熱分解反応器で熱分解し、生成された熱分解ガスと熱分解残渣の一部を燃焼溶融炉に導いて燃焼処理する方法が知られており、燃焼排ガスの流路内に配置される高温空気加熱器により被加熱空気を高温の燃焼排ガスと熱交換して熱回収することが行われている。回収された熱は、例えば、熱分解の熱源として利用される。

このような高温空気加熱器として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。これによれば、燃焼排ガスの流路内に天井から吊り下げられ被加熱空気が流通される金属内管と、金属内管を包囲して設けられ金属内管との間に被加熱空気の流路を形成してなる耐火性外管と、金属内管の下方に連結して設けられ耐火性外管を支持する受け金物とを備えて構成される。

特開平１０−２３８９７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の高温空気加熱器は、耐火性外管の交換作業を容易化することについては考慮されていない。

すなわち、耐火性外管を新しい管と交換する場合、耐火性外管を持ち上げて金属内管の下端部を露出させた後、受け金物の上部の金属内管を切断して受け金物を取り外し、耐火性外管を降下させながら順次取り外す。その後、耐火性外管を組み立てるには、金属内管の下端から設定寸法に形成された耐火性外管を順次組み立て、受け金物を金属内管の下端部に再溶接した後、耐火性外管の下端を受け金物に載置して交換作業を終了する。

このように、交換の都度受け金物の部分を切断して再溶接しなければならないから、耐火性外管の本数が多くなると交換作業が煩雑であった。

本発明が解決しようとする課題は、燃焼排ガスの熱により空気を加熱する高温空気加熱器に用いられる耐火性外管の交換作業を容易にすることにある。

上記の課題を解決するため、本発明の高温空気加熱器は、燃焼排ガスの流路内に天井から吊り下げられ被加熱空気が流通される金属内管と、該金属内管を包囲して設けられ前記金属内管との間に被加熱空気の流路を形成してなる耐火性外管と、前記金属内管の下方に連結して設けられ前記耐火性外管を支持する受け金物とを備え、前記耐火性外管の上端部は前記金属内管にシール部材を介して管軸方向に移動可能に設けられてなる高温空気加熱器において、前記受け金物は、前記金属内管の下端部に嵌合させて連結される筒状の連結部と、該連結部の下端に形成された前記耐火性外管の下端が載置される平板状の受け部とを有し、前記連結部の対向する筒壁に設けられた一対の貫通孔に対応させて前記金属内管の下端部の管壁に設けられた一対の貫通孔にピンを挿通して連結され、前記連結部の下部の筒壁と前記耐火性外管との間に隙間が形成され、該筒壁に流通孔が設けられてなることを特徴とする。

このように構成されているので、耐火性外管の交換時にピンが露出するまで耐火性外管を持ち上げて仮の支持部材によって固定して、ピンを抜き取ることにより受け金物を金属内管から取り外すことができる。仮の支持部材の固定位置を変えながら耐火性外管を降下させながら順次取り外していき、全て取り外した後、新しい耐火性外管を金属内管の下端から取り付けていく。耐火性外管の下端をピンを挿入する貫通孔より高い位置で固定して、受け金物をピンで金属内管に連結した後、耐火性外管の下端を受け金物に載置して耐火性外管の交換を完了する。この結果、金属内管と受け金物を切断する作業と、再溶接する作業が不要となるので、耐火性外管の交換作業が容易になる。

また、前記金属内管の下端部の径方向に補強部材を渡して設けることが好ましい。これにより、受け金物及び耐火性外管の荷重による金属内管の歪み等を防止できる。

さらに、前記受け金物の排ガス流路側を包囲して前記受け金物の下面との間に間隙部を有する耐火性保護部材を設け、前記受け部に、前記間隙部と前記被加熱空気の流路とを連通する通孔を設けることが好ましい。これにより、間隙部を正圧に保つことができるので間隙部に腐食性ガスが流入することを防止することができる。

また、前記連結部より上方の前記金属内管の管壁に前記被加熱空気の流通孔を設けることが好ましい。これにより、金属内管と耐火性外管との間に形成される被加熱空気の流路と金属内管に包囲されて形成される流路とが流通可能になる。この結果、金属内管の径方向に渡して設けられたピンと補強部材による圧力損失の増加を低減することができる。

本発明によれば、燃焼排ガスの熱により空気を加熱する高温空気加熱器に用いられる耐火性外管の交換作業を容易にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の高温空気加熱器の断面図を示し、図２は、本発明の一実施形態の高温空気加熱器の上部構造の断面図を示し、図３は、図１における連結部の拡大図を示し、図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図を示し、図５は、図３の線Ｖ−Ｖにおける受け金物の断面図を示し、図６は、ピンの断面図を示す。

図２に示すように高温空気加熱器の熱交換管１４は、支持プレート１と、支持梁６と、支持プレート１１から、シール２を有する仕切壁４を貫通してメンテナンススペース６を経てシール８を有する天井壁１０を貫通して排ガス流路１２に吊り下げられている。支持プレート１に支持されるヘッダ３から支持プレート５を介して支持梁６に支持される金属外管７内に被加熱空気が流通され、被加熱空気はヘッダ９を介して支持プレート１１に支持され金属外管７に包囲される金属内管１３と、金属外管７との間に形成された流路１５を流通して降下する。金属外管７の下端部は、耐火性外管１７の上端部に差し込まれて形成されているので、金属外管７の下端まで降下した被加熱空気は、金属内管１３と、耐火性外管１７との間に形成された流路１９に流入後さらに降下して、高温の燃焼排ガスと熱交換して加熱される。加熱された被加熱空気は金属内管１３により形成された流路２０に流入した後上昇してヘッダ９に到る。ヘッダ９は、例えば、熱分解ドラムに接続されており、熱交換によって得られた熱が熱分解に利用される。耐火性外管１７の上端部は金属外管１５にシール部材であるパッキン２２を介して管軸方向に移動可能に設けられており、パッキン２２を挟み耐火性外管１７の上にはレンガ押え２４と、重石２６が載せられている。なお、被加熱空気の流れはヘッダ９から流入してヘッダ３から流出するように反対としてもよい。

高温空気加熱器の下端部は、図１及び図３−図６に示すように、金属内管１３と、受け金物２１と、ピン２３と、耐火性外管１７とから構成されている。金属内管１３は、金属間に断熱材を挟んだ３層構造の円筒状で下端部の対向する管壁に一対の貫通孔２５と、貫通孔２５より上方の管壁外面に凸部２７と、下端の径方向に渡して補強部材２８とを有して被加熱空気が流通される流路２０を形成しており、金属内管１３の凸部２７より下部には、管の厚みが管壁外面側に厚い補強部２９が形成されている。

受け金物２１は、筒状の連結部３１と、連結部３１の下端に形成された平板状の受け部３３とを有している。連結部３１は、上部の対向する筒壁に貫通孔２５と同径の貫通孔３５と、下部の筒壁に例えば５箇所に流通孔３７と、貫通孔３５より下方の筒壁内面に凸部３９を有して形成されている。受け部３３は、円盤状で連結部３１の下端に水平に固定され、受け部３３の直径が連結部３１の筒径より大きくて、受け部の径方向の中心には軸方向に通孔４１及び連結部３１の筒壁の外面より端側に軸方向に通孔４３が形成されており、通孔４１の位置に対応させて受け部３３の上面に円筒状の筒体４４が設けられている。

ピン２３は、貫通孔２５及び貫通孔３５に対応させた径に形成され、一端に貫通孔３５の径より大きく形成された鍔４５と、他端に貫通孔４７を有し、貫通孔２５と、貫通孔３５とに挿通されて受け金物２１を金属内管１３の下方に連結している。貫通孔４７には、割ピンが差し込まれている。

耐火性外管１７は、耐火性の材料、例えば、セラミックス製であり概略円筒状で金属内管１３を包囲して金属内管１３との間に被加熱空気の流路１９を形成し、連結部３１の下部の筒壁との間に隙間４８が形成されており、耐火性外管１７の管壁外面の上端には凹部４９が形成されて、下端には凹部４９に対応させて凸部が形成されて積層して下端を受け部３３に載置されて設けられている。耐火性外管１７の外径は、受け部３３の外径より大きく形成されており、最下段の耐火性外管１７の管壁内面の下端部には、受け部３３の外径に対応させて切り欠き４９が設けられており、耐火性外管１７の下端には、管を閉鎖する耐火性保護部材５１を有する。耐火性保護部材５１は、耐火性外管１７の外径と同径の円盤状で、側面上端には耐火性外管１７の下端に対応させて切り欠き５３が設けられており、切り欠き５３に耐火性外管１７の下端が組み付けられて、受け部３３の下面と耐火性保護部材５１の上面との間に間隙部５５を有して形成されている。

このように構成される本実施形態の高温空気加熱器の通常運転時の動作について説明する。流路１９に流入した被加熱空気は、降下しながら排ガス流路５７を流れる高温の燃焼排ガスと熱交換して加熱されて、隙間４８から流通孔３７を通り流路５９に流通する。流路５９に流入した被加熱空気は、金属内管１３が金属間に断熱材を挟んだ３層構造をしているので流路１９を流通している被加熱空気と熱交換することなく流路２０を上昇してヘッダ９に流通する。

隙間４８及び流路５９に流通した被加熱空気の一部は、通孔４３及び通孔４１から間隙部５５に流通する。これにより、間隙部５５は、高温空気加熱器が通常運転している間正圧に保たれる。燃焼排ガスに含まれる腐食性ガス、例えば、塩素や塩化水素が間隙部５５に流入しないので受け金物２１の腐食を防止できる。

また、金属内管１３の下端部の径方向に補強部材２６を渡して設けたことから、これにより、受け金物２１及び耐火性外管１７の荷重による金属内管１３の歪み等を防止できる。

次に、耐火性外管１７を交換する場合の手順を説明する。ピン２３が露出するまで耐火性外管１７を持ち上げて仮の支持部材によって固定して、ピン２３の貫通孔４７に差し込まれている割ピンを抜き取り、ピン２３を貫通孔２５及び貫通孔３５から抜き取ることにより受け金物２１を下方にスライドして金属内管１３から取り外す。仮の支持部材の固定位置を変えながら耐火性外管１７を降下させながら順次取り外していき、全て取り外した後、新しい耐火性外管１７を金属内管１３の下端から取り付けていく。耐火性外管１７の下端をピン２３を挿入する貫通孔２５及び貫通孔３５より高い位置で固定して、受け金物２１をピン２３で金属内管１３に連結した後、耐火性外管１７の下端を受け金物２１に載置して耐火性外管１７の交換を完了する。この結果、金属内管１３と受け金物２１を切断する作業と、再溶接する作業が不要となるので、耐火性外管１７の交換作業が容易になる。また、受け金物２１を金属内管１３に連結する際は、凸部２７、及び凸部３９がストッパーの役割をするので受け金物２１を凸部２７に当接するまで持ち上げて、金属内管１３の周方向に回転させて貫通孔２５と貫通孔３５の位置を合わせた後ピン２３を挿入すればよい。これにより、受け金物２１を金属内管１３に連結する際の受け金物２１の高さ方向の調節が不要となり、受け金物２１の連結作業が容易となる。

また、図７に示すように連結部３１より上方の金属内管１３の管壁に被加熱空気の流通孔６１を設ける構成としてもよい。これにより、流路１９と流路２０とが流通可能になる。この結果、金属内管１３の径方向に渡して設けられたピン２３と補強部材２６による圧力損失の増加を低減することができる。

さらに、耐火性外管１７の外形は、角型としてもよい。

本発明の一実施形態の高温空気加熱器の断面図である。 本発明の一実施形態の高温空気加熱器の上部構造の断面図である。 図１における要部の拡大図である。 図３における線ＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３における線ＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３におけるピンの断面図である。 本発明の別の実施形態における高温空気加熱器の断面図である。

符号の説明

１２ 排ガス流路
１３ 金属内管
１７ 耐火性外管
１９ 流路
２１ 受け金物
２３ ピン
２５ 貫通孔
２７ 凸部
２９ 補強部
３１ 連結部
３３ 受け部
３５ 貫通孔
３７ 流通孔
３９ 凸部
４１ 通孔
４３ 通孔
５１ 耐火性保護部材
５５ 間隙部
６１ 流通孔

Claims (4)

1. 燃焼排ガスの流路内に天井から吊り下げられ被加熱空気が流通される金属内管と、該金属内管を包囲して設けられ前記金属内管との間に被加熱空気の流路を形成してなる耐火性外管と、前記金属内管の下方に連結して設けられ前記耐火性外管を支持する受け金物とを備え、前記耐火性外管の上端部は前記金属内管にシール部材を介して管軸方向に移動可能に設けられてなる高温空気加熱器において、
   前記受け金物は、前記金属内管の下端部に嵌合させて連結される筒状の連結部と、該連結部の下端に形成された前記耐火性外管の下端が載置される平板状の受け部とを有し、前記連結部の対向する筒壁に設けられた一対の貫通孔に対応させて前記金属内管の下端部の管壁に設けられた一対の貫通孔にピンを挿通して連結され、
   前記連結部の下部の筒壁と前記耐火性外管との間に隙間が形成され、該筒壁に流通孔が設けられてなることを特徴とする高温空気加熱器。
2. 請求項１において、
   前記金属内管の下端部の径方向に補強部材を渡して設けたことを特徴とする高温空気加熱器。
3. 請求項１において、
   前記受け金物の排ガス流路側を包囲して耐火性保護部材を設け、
   該耐火性保護部材は、前記受け金物の下面との間に間隙部を有し、
   前記受け部には、前記間隙部と前記被加熱空気の流路とを連通する通孔が設けられてなることを特徴とする高温空気加熱器。
4. 請求項１において、
   前記連結部より上方の前記金属内管の管壁に前記被加熱空気の流通孔を設けたことを特徴とする高温空気加熱器。

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