JPH1054528A

JPH1054528A - 高温空気加熱器

Info

Publication number: JPH1054528A
Application number: JP21465896A
Authority: JP
Inventors: Masao Nanba; 政雄難波; Suminao Tomoyasu; 純直友保; Hidehiro Kiuchi; 英洋木内; Teruo Urayama; 輝夫裏山
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】伝熱管を保護する耐火材の剥離や損傷などを
防止し、高温、高腐食性ガス雰囲気に対する耐食性、耐
久性を向上する。【解決手段】高温ガス２０の雰囲気中に設けられ、耐
火性保護材５で被覆された金属製の伝熱管４を介して高
温ガス２０と熱交換し、伝熱管４内を流れる被加熱空気
２１を加熱する高温空気加熱器１０であって、伝熱管４
を、伝熱外管１と、伝熱外管１内に被加熱空気２１の流
路２を介して挿着された伝熱内管３とにより形成し、伝
熱外管３と耐火性保護材５との間に空隙６を設け、空隙
６に外気を導入するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物（家庭やオ
フィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物、廃
プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、廃オフィス
機器、電子機器、化粧品などの産業廃棄物など、可燃物
を含むもの）を都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉等で
燃焼して生じた高温排ガスの熱回収に係り、特に、高温
排ガスの熱エネルギーを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で
は、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、高温空気加熱器
が設けられている。高温空気加熱器は、金属製の伝熱管
内に空気を流通させて、高温の燃焼ガスとの熱交換によ
り空気を高温に加熱して熱回収するものであって、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、廃棄物の熱分解、発電及びそ
の他の施設に、その熱源として有効利用されている。
尚、高温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。

【０００３】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、廃棄物の種類に起因する塩
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消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高温空気加熱器の伝熱管
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。

【０００４】従来より、各種耐食性合金について開発が
進められているが、このような焼却炉の高温、高腐食性
ガスに対して充分な耐食性を示す耐食性合金はまだ見出
されていない。このため、高温空気加熱器の耐食性向上
のための手段として、金属製伝熱管にスタッドピンを溶接し、その周囲に不
定形耐火材を設置する。

【０００５】金属製伝熱管に直方形を基本とする耐火
材れんがを縦横の目地で繋いで設置する。

【０００６】などの方式が考えられている。

【０００７】これらの方式は、耐火材が腐食性ガス相に
おける対流や相互拡散の物理的な障壁として働き、酸
素、塩素などの腐食性ガスの伝熱管表面への到達や反応
生成物のガス相内での輸送を抑止するといった作用で、
伝熱管の腐食をある程度は抑止する。しかし、の場合
には、伝熱管端部や管寄部において、スタッドピン（固
定金具）の損傷、不定形耐火材の割れや局所的な剥離・
脱落がある。また、の場合にも耐火材れんがの局所的
な剥離・脱落がある。いずれの場合においても、耐火材
と金属製の伝熱管との熱膨張差により、耐火材にクラッ
クを生じ、そのために耐火材の固定金具が腐食損傷した
り、耐火材自身の損傷剥離が起こり、金属製の伝熱管の
腐食損傷などの深刻な腐食現象があり、高温空気加熱器
の寿命が極めて短くなることが予想される。

【０００８】そこで、伝熱管内を流れる被加熱空気の一
部を、伝熱管に設けた孔から該伝熱管と耐火性保護管
（耐火性保護材）との間の空隙にリークさせ、腐食性ガ
スをパージする方法を先に提案した（特開平８−９４０
５１号公報）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】先の高温空気加熱器に
あっては、伝熱管内を流れる被加熱空気の一部を、伝熱
管と耐火性保護管との間の空隙にリークさせるために、
伝熱管へ孔を開けることになり、その結果、種々の問題
が発生する恐れがある。例えば、腐食性ガスの濃度勾配
を駆動力とし、隙間部から伝熱管内への逆拡散が発生
し、伝熱管自体及び被加熱空気を利用先まで導く配管の
腐食などの問題が該当する。

【００１０】また、本高温空気加熱器の先端部において
は、管状の耐火性保護材の荷重が集中しており、この荷
重を支える固定金具が損傷すると、管状の耐火性保護材
が剥落する。すなわち、本装置の信頼性に係る部位であ
り、この場所の耐火性保護材の耐久性には、格別の留意
が必要である。

【００１１】本発明の課題は、伝熱管を保護する耐火性
保護材の剥離や損傷などを起こすことなく、高温、高腐
食性ガス雰囲気に対する耐食性、耐久性に優れ、かつ長
期間の信頼性を備えた高温空気加熱器を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、請求項１記載の発明は、高温ガスの雰囲気中に設け
られ、耐火性保護材で被覆した伝熱管を介して前記高温
ガスと熱交換し、被加熱空気を加熱する高温空気加熱器
において、前記耐火性保護材と前記伝熱管との間に空隙
を設け、該空隙に外気を導入する手段を具備したことを
特徴とする。また請求項２記載の発明は、前記伝熱管
を、伝熱外管と該伝熱外管内に一端にて連通し且つ互い
の間に空隙を有して挿着された伝熱内管とにより形成し
たことを特徴とする。また請求項３記載の発明は、前記
伝熱管の下端封止部の下面に雄ねじを突設すると共に、
前記伝熱管の下端封止部を被覆する耐火性保護材下端部
に、前記雄ねじと螺合する雌ねじを形成したことを特徴
とする。また請求項４記載の発明は、前記伝熱管の下端
封止部と耐火性保護材下端部との対向部に空隙が設けら
れ、該空隙にも前記外気を導入したことを特徴とする。
また請求項５記載の発明は、伝熱外管は、角状断面形状
を有する耐火性保護材に空隙を介して被覆され、複数の
耐火性保護材が前記角状断面形状の一面を互いに面接触
させて連設されていることを特徴とする。上記の本願発
明によれば、伝熱外管とを耐火性保護材との間の空隙
に、外気を導入することにより、伝熱管に孔を設けて被
加熱空気をリークさせて腐食性ガスをパージする場合に
起こり得る腐食性ガスの被加熱空気側への逆拡散・混入
の恐れを根絶することができ、もって耐食性が高められ
るとともに、装置の信頼性が向上される。また、伝熱管
の下端封止部の下面に雄ねじを突設すると共に、前記伝
熱管の下端封止部を被覆する耐火性保護材下端部に、前
記雄ねじと螺合する雌ねじを形成したので、耐火性保護
材下端部のみ交換が可能である。また、前記伝熱管の下
端封止部と耐火性保護材下端部との対向部に空隙が設け
られ、該空隙にも前記外気を導入したので、金属製の前
記雄ねじの腐食が防止され、確実に耐火性保護材が支持
されるため、耐火性保護材の荷重の集中が防止される。
また請求項６記載の発明は、廃棄物を熱媒体によって熱
分解し、熱分解ガスと主として不揮発性成分からなる熱
分解残留物とを生成する熱分解反応器と、該熱分解反応
器で生成された熱分解ガスと熱分解残留物とを分離して
排出する排出装置と、該排出装置から排出された前記熱
分解残留物を燃焼性成分と不燃焼性成分とに分離する分
離装置と、前記熱分解ガス及び前記燃焼性成分を移送し
燃焼させる燃焼溶融炉と、燃焼溶融炉で生じた高温排ガ
スの熱を空気に吸収させて回収する高温空気加熱器とを
備えた廃棄物処理装置において、前記高温空気加熱器は
請求項１〜５のいずれかに記載のものであることを特徴
とする。これにより、高温空気加熱器から得られる加熱
空気が汚染される心配がないので、その加熱空気の利用
先でその汚染の恐れを考慮した措置をとる必要がなくな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１及び図
２を参照しながら説明する。図１及び図２に示すよう
に、高温空気加熱器１０は、図示しない焼却炉などより
排出される腐食性の高温ガス２０の雰囲気中に設けら
れ、耐火性保護材（耐火性保護管）５で被覆された金属
製の伝熱管４を介して高温ガス２０と熱交換し、伝熱管
４内を流れる被加熱空気２１を加熱するものである。伝
熱管４は、伝熱管上部ポート１１が気密性を保持しつつ
固定された伝熱外管１と、伝熱外管１内に被加熱空気２
１の流路となる空隙２を介して挿着され先端が開口した
伝熱内管３とにより形成されている。伝熱外管１及びそ
の下端封止部１２と耐火性保護管５及び耐火性保護材下
端部５ａとの間に空隙６を設け、空隙６に腐食性の高温
ガス２０をパージするための外気を導入する手段（空気
導入管）８を具備した構成とする。なお伝熱管上部ポー
ト１１には、ベローズ９及び保護材押さえ金具７などの
封止部材を経て耐火材製の耐火性保護材５が連結されて
いる。

【００１４】そして、伝熱管上部ポート１１の下面にベ
ローズ９の上端面が、またベローズ９の下端面に保護材
押さえ金具７の上端面が溶接などにより気密性を保つよ
うに固着され、保護材押さえ金具７の下端面に耐火性保
護管５が固着されている。伝熱管４と耐火性保護管５と
の熱膨張係数の違いから高温使用時は、耐火性保護管５
の上端はベローズ９により伝熱管４に対し下方に移動す
る。このようにベローズ９の採用により、室温と高温に
おける伝熱管４と耐火性保護管５との相対移動を許容し
ながら、高温状態で空隙６に外気を導入することができ
る。耐火性保護管５は、伝熱管４の下端封止部１２を覆
う耐火性保護材耐火性保護材下端部５ａと後述する雄ね
じ１３ａ及び雌ねじ１３ｂを介して螺合されている。耐
火性保護管５と伝熱外管１の外表面との間、及び耐火性
保護材下端部５ａと下端封止部１２との間にも空隙６が
形成されている。また空気導入管８は、一端側より焼却
炉の炉蓋２５に穿設された空気孔と、伝熱管上部ポート
１１とを貫通し、図示しない手段で大気中の空気を導入
可能に配管され、空隙６に開口されている。

【００１５】さらに下端封止部１２に、下方に向けて雄
ねじ１３ａが突設され、雄ねじ１３ａに空隙６を介して
螺合される雌ねじ１３ｂが耐火性保護材下端部５ａに形
成されいる。また伝熱管上部ポート１１に、ベローズ９
及び保護材押さえ金具７を介して耐火性保護管５の一端
側が連結され、ベローズ９及び保護材押さえ金具７の内
面と、耐火性保護管５を固定する図示しない固定金具の
表面とに空気導入管８より外気が導入されるようになっ
ている。

【００１６】伝熱管を形成する金属としては、耐熱性、
耐食性に優れたＳＵＳ３１０などが好ましい。また、伝
熱内管３及び伝熱外管１の肉厚は、強度や耐久性、重量
などの面から４〜６ｍｍ程度であることが好ましい。被
加熱空気２１の流路となる伝熱内管３の内径は３０〜７
０ｍｍ、伝熱外管１と伝熱内管３との空隙２の幅（伝熱
外管の内径と伝熱内管の外径との差の１／２）は１０〜
３０ｍｍであることが好ましい。

【００１７】本実施例は、伝熱管４及び耐火性保護管５
の軸方向が、鉛直方向となるように配置されており、上
記したように、耐火性保護管５の下端の耐火性保護材下
端部５ａの内面には、雌ねじ１３ｂが設けられ、一方、
伝熱外管３下端の下端封止部１２の下端面には、前記雌
ねじ１３ｂと空隙６を介して螺合可能な雄ねじ１３ａが
突設されている。耐火性保護材５ａは、この雄ねじ１３
ａと雌ねじ１３ｂとの螺合により、下端封止部１２を介
して伝熱外管１に支持されおり、耐火性保護管５は、下
端封止部１２によって伝熱外管１に支持されることにな
り、他の支持機能は設けられていない。

【００１８】次に本実施の形態の動作を説明する。焼却
炉の高温、高腐食性ガス流２０内に鉛直方向に配置され
るため、被加熱空気２１は、上端側より導入されて伝熱
外管１内の空隙２を下降した後、伝熱内管３の開放下端
１Ａから伝熱内管３内を上昇し（矢印２１）、その間
に、耐火性保護管５及び伝熱外管１の管壁を介して外部
の高温排ガス流により加熱される。なお、伝熱管４の上
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
取出手段とが設けられており、回収された熱エネルギー
の有効利用を図るようになっている。

【００１９】伝熱管４は、外面が耐火性保護管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１と耐火性保
護管５との間に空隙６が設けられているため、伝熱外管
１を形成する金属と、耐火性保護管５を形成する耐火材
との間に熱膨張差が生じても、熱膨張による寸法変化が
互いに伝播されないため、耐火性保護管５の損傷、剥
離、脱落などが防止される。その上、耐火性保護管５
は、下端封止部１２を介して伝熱外管４によって支持さ
れ、耐火性保護管５は伝熱外管１に対して前記ベローズ
９により相対移動できるため、熱膨張差に起因する耐火
性保護管の損傷、剥離、脱落などは確実に防止される。
また、耐火性保護管の伝熱外管１による支持構造が簡素
で、耐火性保護管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１の損傷は防止されるようにな
る。

【００２０】本発明の他の実施の形態として、図３に示
すように、断面正方形の耐火性保護管５ｂで覆われた伝
熱外管４を一つのユニット１０ａとして、そのユニット
１０ａの複数本が、隣のユニット１０ａと耐火性保護管
５ｂの断面正方形の一面を介して互いに面接触状態で一
列に固定されて連設されている。すなわち、両端のユニ
ット１０ａを除いて、他のユニット１０ａはその左右の
面が他のユニット１０ａ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
示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１０ａ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。

【００２１】図４は、本発明に係る高温空気加熱器を用
いた廃棄物処理装置の一実施の形態を示す系統図であ
る。本実施の形態の廃棄物処理装置において、都市ごみ
等の廃棄物ａは、例えば二軸剪断式等の破砕機で、１５
０ｍｍ角以下に破砕され、コンベア等により投入部５０
内に投入される。投入部５０に投入された廃棄物ａはス
クリューフィーダ５１を経て熱分解反応器５２内に供給
される。熱分解反応器５２のドラム本体部分は回転す
る。廃棄物ａは熱分解反応器５２内で、燃焼炉、例えば
熱分解残留物等を燃焼させ溶融させる燃焼溶融炉５３の
後流側に配置された熱交換器である高温空気加熱器５４
により加熱され加熱空気ラインＬ₁を介して供給される
加熱空気ｇ（熱媒体）により３００〜６００℃に、通常
は４５０℃程度に加熱される。

【００２２】更に、加熱空気ｇにより加熱された廃棄物
ａは、熱分解して熱分解ガスＧ₁と、主として不揮発性
成分からなる熱分解残留物ｂとになり、排出装置５５に
送られて分離される。排出装置５５で分離された熱分解
ガスＧ₁は、排出装置５５の上部から熱分解ガスライン
Ｌ₂を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給される。
排出装置５５から排出された熱分解残留物ｂは、４５０
℃程度の比較的高温であるため、冷却装置５７により８
０℃程度に冷却され、例えば磁選式、うず電流式、遠心
式又は風力選別式等の公知の単独又は組み合わされた分
離装置５８に供給され、ここで細粒の燃焼性成分ｃ（灰
分を含む）と粗粒の不燃焼性成分ｄとに分離され、不燃
焼性成分ｄはコンテナ５９に回収され再利用される。

【００２３】更に、燃焼性成分ｃは、粉砕機６０によ
り、例えば１ｍｍ以下に微粉砕され、燃焼性成分ライン
Ｌ₃を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給され、熱
分解ガスラインＬ₂から供給された熱分解ガスＧ₁と送風
機６１により燃焼用空気ラインＬ₄から供給された燃焼
用空気ｅと共に１,３００℃程度の高温域で燃焼され、
このとき発生した灰分はその燃焼熱により溶融スラグｆ
となって、この燃焼溶融炉５３の内壁に付着し、更に、
内壁を流下し底部排出口６２から水槽６３に落下し冷却
固化される。

【００２４】燃焼溶融炉５３で生じた高温排ガスＧ
₂は、図１及び図２に示した上記本発明に係る高温空気
加熱器５４を経て煙道ガスラインＬ₅を介して廃熱ボイ
ラ６４で熱回収され、集塵器６５で除塵され、更に排ガ
ス浄化装置６６で有害成分が除去された後、低温のクリ
ーンな排ガスＧ₃となって誘引送風機６７を介して煙突
６８から大気へ放出される。廃熱ボイラ６４で生成した
蒸気は、蒸気タービンを有する発電機６９で発電に利用
される。クリーンな排ガスＧ₃の一部はファン７０を介
して冷却ガスラインＬ₆により冷却装置５７に供給され
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、伝熱管と耐火性保護材
との間の空隙に外気を導入するため、高温腐食性ガスの
逆拡散や混入が防止され、伝熱管などの高温腐食に対す
る耐久性が向上し、装置の信頼性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の一端部を示す縦断面図
である。

【図２】図１の他端部を示す縦断面図である。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す横断面図であ
る。

【図４】本発明に係る高温空気加熱器を用いた廃棄物処
理装置の一実施の形態を示す系統図である。

【符号の説明】

１伝熱外管２空隙（流路）３伝熱内管４伝熱管５耐火性保護管５ａ耐火性保護材下端部５ｂ耐火性保護管６空隙１０高温空気加熱器１０ａユニット１１伝熱管上部ポート１２下端封止部１３ａ雄ねじ１３ｂ雌ねじ

フロントページの続き (72)発明者裏山輝夫岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温ガスの雰囲気中に設けられ、耐火性
保護材で被覆した伝熱管を介して前記高温ガスと熱交換
し、被加熱空気を加熱する高温空気加熱器において、前
記耐火性保護材と前記伝熱管との間に空隙を設け、該空
隙に外気を導入する手段を具備したことを特徴とする高
温空気加熱器。
【請求項２】請求項１において、前記伝熱管を、伝熱
外管と該伝熱外管内に一端にて連通し且つ互いの間に空
隙を有して挿着された伝熱内管とにより形成したことを
特徴とする高温空気加熱器。
【請求項３】請求項１又は２において、前記伝熱管の
下端封止部の下面に雄ねじを突設すると共に、前記伝熱
管の下端封止部を被覆する耐火性保護材下端部に、前記
雄ねじと螺合する雌ねじを形成したことを特徴とする高
温空気加熱器。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
伝熱管の下端封止部と耐火性保護材下端部との対向部に
空隙が設けられ、該空隙にも前記外気を導入したことを
特徴とする高温空気加熱器。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、伝熱
外管は、角状断面形状を有する耐火性保護材に空隙を介
して被覆され、複数の耐火性保護材が前記角状断面形状
の一面を互いに面接触させて連設されていることを特徴
とする高温空気加熱器。
【請求項６】廃棄物を熱媒体によって熱分解し、熱分
解ガスと主として不揮発性成分からなる熱分解残留物と
を生成する熱分解反応器と、該熱分解反応器で生成され
た熱分解ガスと熱分解残留物とを分離して排出する排出
装置と、該排出装置から排出された前記熱分解残留物を
燃焼性成分と不燃焼性成分とに分離する分離装置と、前
記熱分解ガス及び前記燃焼性成分を移送し燃焼させる燃
焼溶融炉と、燃焼溶融炉で生じた高温排ガスの熱を空気
に吸収させて回収する高温空気加熱器とを備えた廃棄物
処理装置において、前記高温空気加熱器は請求項１〜５
のいずれかに記載のものであることを特徴とする廃棄物
処理装置。