JPH09269111A - 高温空気加熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却炉の高温ガス雰囲気、場合によっては更
に高腐食性ガス雰囲気における耐久性に優れ、特に灰分
等の燃焼残渣を溶融スラグ化する高温雰囲気下における
上記熱変形の恐れの少ない高温空気加熱器を提供するこ
と。 【解決手段】 伝熱管４は金属製伝熱内管１と該内管を
覆い且つ該内管との間に間隙を設けて配置された金属製
伝熱外管２とを備え、被加熱空気は前記内管内及び前記
内管と前記外管との間の間隙を通過する間に高温ガスに
より加熱されるよう形成され、前記外管を覆い先端が封
止された耐火材製保護管５が該外管と同軸的に且つ該外
管との間に間隙を介して設けられると共に、耐火材製保
護管５は断面四角形に形成され、耐火材製保護管５で覆
われた伝熱管４の複数本が、隣の伝熱管４と耐火材製保
護管５の断面四角形の一面を介して互いに面接触状態で
固定されて設置されて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高温空気加熱器に係
り、特に、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉におい
て、ごみや廃棄物焼却処理で発生する高温の燃焼ガスの
熱エネルギーを低温空気と熱交換することにより回収
し、熱エネルギーの有効利用を図るための高温空気加熱
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉にお
いて、ごみや廃棄物の焼却処理で発生する高温の燃焼ガ
スの熱エネルギーを回収して有効利用するために、高温
空気加熱器が設けられている。

【０００３】該空気加熱器は、金属製伝熱管内に低温空
気を流通させて、高温の燃焼ガスとの熱交換でこれを高
温に加熱して熱回収するものであって、二酸化炭素の排
出など地球環境に悪影響を及ぼすことのない、高効率の
エネルギー資源回収システムである。しかして、回収さ
れた熱エネルギーは、ごみの熱分解、発電、その他の施
設に有効利用されている。

【０００４】従来の空気加熱器の伝熱管は、焼却炉内に
直接挿入配置されている。

【０００５】ところで、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼
却炉で発生する燃焼ガスは、ごみや廃棄物に起因する塩
素や塩化水素などの、高温における金属との反応で生成
した生成物が短時間で蒸発損失してしまうような、著し
く腐食性の高い腐食性物質を含む高腐食性のガスであ
る。従って、これらの焼却炉内に設置され、高温、高腐
食性ガス雰囲気中にさらされる空気加熱器の伝熱管にあ
っては、その材質の面からも、構造の面からも、このよ
うな高温の腐食性ガスに対して十分な耐食性を有するこ
とが要求される。

【０００６】かかることから、本発明者は、高温腐食性
ガス雰囲気中に設けられ、該高温腐食性ガスとの熱交換
で伝熱管内を流通する空気を加熱する耐高温腐食用空気
加熱器において、該伝熱管は、先端が開放された金属製
伝熱内管と、該内管を覆うように該内管と同軸的に、か
つ、該内管との間に間隙を設けて配置された、先端が封
止された金属製伝熱外管とを備え、被加熱空気は内管を
流通した後、内管の開放先端から内管と外管との間隙を
通過する間に高温腐食性ガスにより加熱される耐高温腐
食用空気加熱器であって、該外管を覆う、先端が封止さ
れた耐火材製保護管が、該外管と同軸的にかつ該外管と
の間に間隙を介して設けられている耐高温腐食用空気加
熱器を発明し、先に出願した（特願平７−５７４０２
号）。ところで、前記したように耐高温腐食用空気加熱
器により多量の加熱空気を得る場合、この空気加熱器
は、長尺かつ複数並列に配置する必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記したような長尺の
伝熱管を複数並列に配置した空気加熱器においては、伝
熱管が熱変形し、かつ各伝熱管の間にガス中のダストが
付着し、その結果、熱効率を低下させる等の問題があっ
た。

【０００８】本発明の課題は、焼却炉の高温ガス雰囲
気、場合によっては更に高腐食性ガス雰囲気における耐
久性に優れ、特に灰分等の燃焼残渣を溶融スラグ化する
高温雰囲気下における上記熱変形の恐れの少ない高温空
気加熱器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、高温ガス雰囲気中に設けられ、該高温ガ
スとの熱交換で伝熱管内を流通する空気を加熱する高温
空気加熱器において、該伝熱管は金属製伝熱内管と該内
管を覆い且つ該内管との間に間隙を設けて配置された金
属製伝熱外管とを備え、被加熱空気は前記内管内及び前
記内管と前記外管との間の間隙を通過する間に高温ガス
により加熱されるよう形成され、前記外管を覆い先端が
封止された耐火材製保護管が該外管と同軸的に且つ該外
管との間に間隙を介して設けられると共に、該耐火材製
保護管は断面四角形に形成され、該耐火材製保護管で覆
われた伝熱管の複数本が、隣の伝熱管と当該耐火材製保
護管の断面四角形の一面を介して互いに面接触状態で設
置されて成ることを特徴とするものである。

【００１０】本発明によれば、伝熱管を耐火材製保護管
で覆っているため、焼却炉の高温ガス雰囲気、場合によ
っては更に高腐食性ガス雰囲気において、耐食性、耐久
性がが向上し、特に、耐火材製保護管は断面四角形に形
成され、該耐火材製保護管で覆われた伝熱管の複数本
が、隣の伝熱管と当該耐火材製保護管の断面四角形の一
面を介して互いに面接触状態で設置されるようにしたた
め、構造的に剛性を向上させることができ、高温雰囲気
下における上記熱変形の恐れを大幅に低減することがで
きる。更に、前記面接触構造により、表面全体を平坦面
にすることができるため、凹凸がある設置構造に対して
ダストが表面に付着するのを低減できるので、長期間伝
熱効率を高く維持することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の高
温空気加熱器の具体例について説明する。図１は本発明
に係る高温空気加熱器の水平面で切った横断面図で後述
する図３のＡ−Ａ線断面図で、図２は本発明に係る高温
用空気加熱器の一部を示す鉛直面で切った縦断面図、図
３は本発明にかかる高温空気加熱器の設置状態の概略側
面図である。

【００１２】図に示した例では、高温空気加熱器は、先
端が開放された金属製伝熱内管１と、この内管１を覆う
ように内管１と同軸的に、かつ、内管１との間に間隙２
を設けて配置された、先端が封止された金属製伝熱外管
３とからなる伝熱管４を有し、この伝熱管４を覆うよう
に、先端が封止された耐火材製保護管５が、伝熱管４と
同軸的にかつ伝熱管４の前記外管３との間に間隙６を設
けて設けられたものである（図２）。

【００１３】伝熱管を構成する金属としては、耐熱性、
耐食性に優れたＳＵＳ３１０等が好ましい。また、伝熱
管の内管１及び外管３の肉厚は、強度や耐久性、重量等
の面から４〜６ｍｍ程度であることが好ましい。空気の
流通路となる内管１の内径は３０〜７０ｍｍ、外管３と
内管１との間隙の幅（外管の内径と内管の外径との差の
１／２）は１０〜３０ｍｍであることが好ましい。伝熱
外管３の外表面に耐食性被覆膜が形成されていると一層
よいと言える。耐食性被覆膜の材質としては、アルミ
ナ、シリカ等の単独酸化物またはそれらを含むムライ
ト、スピネル等の複合酸化物が好ましく、その膜厚は、
耐食性、耐熱サイクル性等の確保の面から必要な厚さが
選ばれる。これにより、外管３を更に確実に腐食から保
護することができる。

【００１４】この高温空気加熱器は、伝熱管４及び耐火
材製保護管５が、その軸方向が鉛直方向となるように配
置されており、耐火材製保護管５の下端の封止端面５Ａ
の内面にはアリ穴５ａ，５ｂが設けられ、一方、外管３
下端の封止端面３Ａの外面には、耐火材製保護管５のア
リ穴５ａ，５ｂと係合可能なアリ状の突起３ａ，３ｂが
設けられている。耐火材製保護管５は、このアリ穴５
ａ，５ｂと突起３ａ，３ｂとの係合により、伝熱管４に
対して支持されている。本図の例において、耐火材製保
護管５は、このアリ穴５ａ，５ｂと突起３ａ，３ｂとの
係合によってのみ伝熱管４に対して支持されており、他
の支持機能は設けられていない。

【００１５】本例の高温空気加熱器は、焼却炉の高温、
高腐食性ガス流（矢印Ｂ）内に鉛直方向に配置される。
被加熱空気は、伝熱内管１内を下降した後、内管１の開
放先端１Ａから内管と外管との間隙２を上昇し（矢印
Ａ）、その間に、外部の高温、高腐食性ガス流Ｂにより
加熱される。なお、伝熱管４の基端（上端）側には図示
しない被加熱空気の導入手段と加熱空気の取出手段が設
けられており、回収された熱エネルギーの有効利用を図
るように構成されている。

【００１６】この高温空気加熱器において、伝熱管４
は、外面が耐火材製保護管５で覆われているため、高
温、高腐食性ガスによる腐食から保護され、耐久性に優
れる。しかも、伝熱外管３と耐火材製保護管５との間に
間隙６が設けられているため、伝熱外管３を構成する金
属と、耐火材製保護管５を構成する耐火材との間に熱膨
張差が生じても、熱膨張による寸法変化が互いに伝播さ
れにくいために、耐火材製保護管５の損傷、剥離、脱落
等が防止される。その上、耐火材製保護管５は、伝熱管
４に対して下端の係合部においてのみ支持され、耐火材
製保護管５は伝熱外管３に対して自由にスライドできる
ため、熱膨張差に起因する耐火材製保護管５の損傷、剥
離、脱落等はより一層確実に防止される。また、耐火材
製保護管５と伝熱外管３との支持構造が簡素で、耐火材
製保護管５の耐火材の目地部の比率が低いことによって
も、伝熱外管３の損傷は防止されるようになる。

【００１７】更に、図１及び図３に示したように、耐火
材製保護管５で覆われた伝熱管４を一つのユニット１０
として、そのユニット１０の複数本が、隣のユニット１
０と耐火材製保護管５の断面正方形の一面を介して互い
に面接触状態で一列に固定されて設置されている。すな
わち、両端のユニット１０を除いて、他のユニット１０
はその左右の面が他のユニット１０と面接触している。
そして図示しない締結手段により互いに固定され、全体
的な熱変形に対する抵抗となる剛性が高められている。
そして、図のように外表面が面一な平坦面となるように
各ユニット１０が配置されている。この面一な平坦面に
よりダストの付着量を少なくすることができる。

【００１８】耐火材製保護管５を構成する耐火材として
は、ごみ焼却灰中の成分と反応しても低融点化合物を生
成させない耐火物が好適であり、例えば高アルミナ質耐
火物やクロミア質耐火物、炭化珪素耐火物などが好まし
い。保護管の肉厚は、伝熱効率や耐腐食性の確保の面か
ら２０〜３５ｍｍ程度とするのが好ましい。また、保護
管と伝熱外管との間の間隙（保護管の内径と外管の外径
との差の１／２）は大き過ぎると伝熱効率が低下し、ま
た、空気加熱器が大型化し、逆に、小さ過ぎると熱膨張
差による損傷を十分に防止し得ないため、１〜２ｍｍ程
度とするのが好ましい。

【００１９】この耐火材に対し封孔処理を施すことによ
り、保護管を拡散透過するガス量を著しく少なくするこ
とができると共に、耐火材それ自体の耐食性を高めるこ
ともできる。封孔処理を行なうには、高火材の気孔を閉
塞させるためのアルミナゾル、アルミナスラリーなどの
液中に該耐火材製保護管を浸漬し、その後乾燥、焼成す
れば良い。このような封孔処理を施すと、例えば処理前
の平均気孔径が１０μｍ以下にすることができる。

【００２０】本発明の上記面接触状態で一列に固定され
て設置された構造により、高温空気加熱器が全体的に熱
変形に対する抵抗となる剛性が高められ、もって、高温
雰囲気下、特に灰分等の燃焼残渣を溶融スラグ化する高
温（１２００℃以上）で焼却が行われた直後の燃焼排ガ
スの通路における上記熱変形の恐れは大幅に低減され
る。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高温空気加
熱器によれば、焼却炉の高温ガス雰囲気、場合によって
は更に高腐食性ガス雰囲気における耐久性に優れ、特に
灰分等の燃焼残渣を溶融スラグ化する高温雰囲気下にお
ける熱変形の恐れも低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高温空気加熱器の水平面で切った
横断面図で後述する図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図２】本発明に係る高温用空気加熱器の一部を示す縦
断面図である。

【図３】本発明にかかる高温空気加熱器の設置状態の概
略側面図である。

【符号の説明】

１ 伝熱内管 ２，６ 間隙 ３ 伝熱外管 ３ａ，３ｂ 突起 ５ 耐火材製保護管 ５ａ，５ｂ アリ穴 １０ ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木内 英洋 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温ガス雰囲気中に設けられ、該高温ガ
   スとの熱交換で伝熱管内を流通する空気を加熱する高温
   空気加熱器において、 該伝熱管は金属製伝熱内管と該内管を覆い且つ該内管と
   の間に間隙を設けて配置された金属製伝熱外管とを備
   え、被加熱空気は前記内管内及び前記内管と前記外管と
   の間の間隙を通過する間に高温ガスにより加熱されるよ
   う形成され、 前記外管を覆い先端が封止された耐火材製保護管が該外
   管と同軸的に且つ該外管との間に間隙を介して設けられ
   ると共に、該耐火材製保護管は断面四角形に形成され、 該耐火材製保護管で覆われた伝熱管の複数本が、隣の伝
   熱管と当該耐火材製保護管の断面四角形の一面を介して
   互いに面接触状態で固定されて設置されて成ることを特
   徴とする高温空気加熱器。