JPH11294737A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】排ガス中に含まれている腐蝕性成分によって伝
熱管が腐蝕されることがないのみならず、伝熱管の過熱
を防ぐことができる熱交換器を提供すること。 【解決手段】金属製の伝熱管４０にセラミックス製の保
護管４１を被せると共に、該保護管４１の両端を金属製
のベローズ４５によって支持し、かつ、該ベローズ４５
が設けられているベローズカバー４３内にシール用のガ
スＡを供給して前記ベローズカバー４５内を炉内圧より
正圧に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭やオフィスな
どから出される都市ごみ等の一般廃棄物、或いは、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、化粧品等の産業廃棄物などの廃棄物を処
理する廃棄物処理装置における熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ごみ焼却などの燃焼ガス中に
は、極めて腐蝕性の高い成分が混在するため、燃焼排ガ
スから好条件下で熱回収することは、極めて難しいとさ
れている。すなわち、図８のように、一般的な材料で
は、ガス中の腐蝕成分によって接触面の温度に制限が加
えられる。つまり、図８から明らかなように、３００℃
を超えると、著しい腐蝕が発生する。

【０００３】一方、廃棄物を乾留した後の可燃物や燃焼
灰などを溶融する廃棄物処理装置が開発されつつある。
この廃棄物処理装置は、溶融炉の直後の燃焼ガスの顕熱
を回収する熱交換器を備えているが、燃焼ガスの温度が
１１００〜１３００℃の超高温であるため、この場に耐
える金属は、現状ではない。金属表面は、大凡８００℃
以下にする必要があるが、従来、金属管（伝熱管）の周
囲を断熱材と耐火材で被覆することが行われており、熱
交換器として不合理であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題のない熱交換器を提供することを目的とするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る熱交換器は、金属製の伝熱管にセラミックス製の保
護管を被せると共に、該セラミックス製の保護管の両端
を金属製のベローズによって支持し、かつ、該金属製の
ベローズが設けられているベローズカバー内にシール用
のガスを供給して前記ベローズカバー内を炉内圧より正
圧に保つことを特徴とするものである。

【０００６】請求項１に記載の発明によれば、金属製の
伝熱管にセラミックス製の保護管を被せるため、排ガス
に含まれている腐蝕性の成分によって金属製の伝熱管が
腐蝕されることがないのみならず、金属製の伝熱管の過
熱を防ぐことができる。また、セラミックス製の保護管
の両端を金属製のベローズによって支持し、かつ、該金
属製のベローズが設けられているベローズカバー内にシ
ール用のガスを供給して前記ベローズカバー内を炉内圧
より正圧に保つため、金属製のベローズによってセラミ
ックス製の保護管の熱膨張を吸収できる一方、金属製の
ベローズが排ガスに曝されることもなくなる。

【０００７】請求項２に記載の発明に係る熱交換器は、
セラミックス製の保護管の内側に耐火材製の保護筒を装
着させている。請求項２に記載の発明によれば、セラミ
ックス製の保護管の内側に耐火材製の保護筒を装着させ
ているため、セラミックス製の保護管内に設けた金属製
の伝熱管の過熱を防ぐことができる。

【０００８】請求項３に記載の発明に係る熱交換器は、
金属製の伝熱管とセラミックス製の保護管との間の隙間
に伝熱管の過熱を防ぐ冷却ガスを供給すると共に、冷却
ガスをセラミックス製の保護管の細孔から炉内に排出さ
せている。

【０００９】請求項３に記載の発明によれば、金属製の
伝熱管とセラミックス製の保護管との間の隙間に伝熱管
の過熱を防ぐ冷却ガスを供給するため、セラミックス製
の保護管内に供給した冷却ガスによってセラミックス製
の保護管内に設けた金属製の伝熱管の過熱を防ぐことが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態を説明する。図１は、廃棄物処理装置の概略図であ
り、廃棄物処理装置１は、２点鎖線４で囲った発電部３
と２点鎖線１９で囲った廃棄物処理部１８とを複合させ
たものである。

【００１１】発電部３は、都市ガスや石油系等の燃料ｆ
を燃焼させる燃焼器１０と、燃焼器１０で発生した燃焼
ガスＧ３ａで駆動されるガスタービン５と、ガスタービ
ン５で駆動される空気圧縮機６と、同じくガスタービン
５で駆動される発電機７とを有する。更に、発電装置３
は、廃棄物処理部１８に設けられた廃熱ボイラ３８で生
成された蒸気Ｇ４をガスタービン５から排出される排気
ガスＧ３ｂで過熱する過熱器１２と、過熱器１２で過熱
された過熱蒸気Ｇ５で駆動される別の発電機１４を駆動
する蒸気タービン１３とを備えている。

【００１２】廃棄物処理部１８は、廃棄物ａを熱分解
し、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とを生成する熱分解反応器２０と、熱分解
残留物ｂから分離した燃焼性成分であるチャーｃと熱分
解ガスＧ１とを燃焼させ、生じた灰分を溶融し、溶融ス
ラグｅにする燃焼溶融炉２７とを有する。

【００１３】更に、空気圧縮機６で圧縮された圧縮空気
Ｇ６を燃焼溶融炉２７の排ガスＧ２ａで加熱する耐火高
温腐蝕材（耐火レンガ等）で被覆された高温空気加熱器
３０と、高温空気加熱器３０で圧縮空気Ｇ６を加熱した
排ガスＧ２ｂの廃熱で蒸気Ｇ４を発生させる廃熱ボイラ
３８とを備えている。高温空気加熱器３０で加熱された
加熱空気Ｇ７は、先の燃焼器１０に燃焼用空気として使
用される。

【００１４】更に、詳細に説明すると、廃棄物処理部１
８において、都市ごみ等の廃棄物ａは、例えば、２軸剪
断式等の破砕機で破砕され、図示しないコンベアやスク
リューフィーダ等の搬送機により搬送され、回転ドラム
式の熱分解反応器２０内で、先のガスタービン５の排気
ガスＧ３ｂにより加熱され、通常、４５０℃程度に加熱
される。廃棄物ａを加熱した排気ガスＧ３ｃは、排気さ
れる。ここで、廃棄物ａは、排気ガスＧ３ｃによって直
接加熱してもよいが、間接加熱した方が好ましい。

【００１５】排気ガスＧ３ｂにより加熱された廃棄物ａ
は、熱分解して排気装置２３に送られ、熱分解ガスＧ１
と、瓦礫類や缶類及びチャー（炭素）等を含み、主とし
て、不揮発性成分からなる熱分解残留物ｂとに分類され
る。排出装置２３で分離された熱分解ガスＧ１は、排出
装置２３から熱分解ガスラインＬ１を経て燃焼溶融炉２
７のバーナに供給される。排出装置２３の下部から排出
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、図示しない冷却装置により８０°程度に冷却
され、例えば、磁選式、うず電流式、遠心式、風力選別
式等の公知の分離装置を単独又は組み合わせた分離装置
２５に供給され、細粒のチャーｃ（燃焼性成分で灰分を
含む）とガレキ等の不燃焼性成分ｄとに分離され、不燃
焼性成分ｄは、図示しないコンテナに回収され、再利用
される。

【００１６】更に、分離装置２５で分離されたチャーｃ
は、図示しない粉砕機により微粉砕され、チャーライン
Ｌ₂ を経て燃焼溶融炉２７のバーナに供給され、熱分解
ガスラインＬ１から供給された熱分解ガスＧ１と、ガス
タービン５から排気ガスラインＬ３を介して燃焼用空気
として送られた排気ガスＧ３ｂと共に、１１００〜１３
００℃程度の高温域で燃焼され、このとき発生した灰分
は、その燃焼熱分解により溶融スラグｅとなって燃焼溶
融炉２７の内壁に付着し、更に、内壁を流下し、底部排
出口２８から図示しない水槽に落下し、冷却固化され
る。燃焼溶融炉２７の燃焼、溶融の際、灰ｇも供給さ
れ、溶融される。酸素濃度、風量が不足する場合は、補
助ブロア３３によって燃焼溶融炉２７に空気が供給され
る。

【００１７】更に、燃焼溶融炉２７で発生した高温の排
ガスＧ２ａは、高温空気加熱器３０を経て煙道ガスライ
ンＬ４を介してサイクロン式の除塵器３６に導かれて除
塵され、煙道ガスラインＬ５を経て８００〜９００℃の
排ガスＧ２ｂとなり、廃熱ボイラ３８に導かれポンプ３
９によって送られた水（又は加熱水）を蒸気Ｇ４に変え
熱回収される。廃熱ボイラ３８で熱回収された排ガスＧ
２ｃは、図示していない集塵器で除塵され、更に、排ガ
ス浄化装置で有害成分が除去された後、低温のクリーン
な排ガスとなって誘引送風機を介して煙突から大気へ放
出される。クリーンな排ガスの一部は、ファンを介して
図示しない排ガス循環ラインにより排出装置２３の後流
に設けた冷却装置に戻される。

【００１８】図１中、符号１５は熱交換器、２１は非常
用加熱装置、３１はバイパスを示している。上述した廃
熱ボイラ３８は、高温空気加熱器３０から排出される排
ガスＧ２ｂの熱を回収するが、この排ガスＧ２ｂ中に
は、塩素ガス成分が含まれ、高温腐蝕の関係から温度を
高くすることができない。

【００１９】従って、この廃熱ボイラ３８から発生する
蒸気の圧力や温度は、３０ａｔａ、３００℃である。そ
こで、本発明では、廃熱ボイラ３８の蒸気過熱器管を、
次のように改良した。すなわち、図２に示すように、蒸
気過熱器管（伝熱管）４０にセラミックス製の保護管４
１を被せて、金属製の蒸気過熱器管４０が腐蝕性成分を
含む排ガスＧ２ｂに直接触れないようになっている。

【００２０】ここで、セラミックス製の保護管４１と金
属製の蒸気過熱器管４０とは、熱膨張に支障のないよう
に隙間４２を有している。セラミックス製の保護管４１
は、短尺のセラミックチューブ４１ａをチラノコートな
どのセラミック接着剤によって継ぎ足して形成され、所
定の長さを持っている。また、セラミックス製の保護管
４１の外周面は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）によりセラミ
ックが蒸着されており、燃焼ガスの浸透を防ぐように処
理されている。

【００２１】セラミックス製の保護管４１の両端は、ベ
ースカバー４３の底部４４に取り付けた金属製のベロー
ズ４５によって支持されている。ベースカバー４３は、
有底円筒状に形成され、底部４４の反対側に一体的に設
けられているフランジ４６を介して管板４７に取り付け
られている。

【００２２】そして、金属製のベローズ４５が排ガスＧ
２ｂに曝されないように、ベローズカバー４３内にシー
ル用の空気Ａが供給され、ベローズカバー４３内の圧力
が炉内圧より、若干、正圧を保つようになっている。ベ
ローズカバー４３の開口部は、板状の蓋４８によって塞
がれており、余分なシール用空気Ａは、蓋４８に取り付
けた筒部４９とセラミックス製の保護管４１との間の隙
間５０を通って排ガスＧ２ｂ中に放出されるようになっ
ている。

【００２３】しかして、廃熱ボイラ３８における蒸気過
熱器管４０の伝熱パターンは、図３のようになり、蒸気
過熱器管４０内の温度は、５００℃程度になる。従っ
て、水又は加熱水Ｗは、蒸気過熱器管４０内を通過する
間に蒸気Ｇ４になる。なお、シール用の空気Ａを用いる
代わりに、煙突から大気中に放出される直前のクリーン
な排ガスをベローズカバー４３内に供給しても良い。

【００２４】一方、高温空気過熱器３０は、燃焼溶融炉
２７の直後の燃焼ガスＧ２ａの顕熱を回収する熱交換器
であるが、燃焼ガスＧ２ａの温度は、１１００〜１３０
０℃の超高温であり、この場に耐える金属は、現状では
ない。そこで、本発明では、図４に示すように、セラミ
ックス製の保護管４１の内面に耐火材で形成した保護筒
５１を取り付け、金属製の高温高圧空気伝熱管６０の表
面温度を８００℃程度に抑えるようになっている。

【００２５】ここで、耐火材で形成した保護筒５１と金
属製の高温高圧空気伝熱管６０とは、熱膨張に支障のな
いように隙間５２を有している。セラミック製の保護管
４１は、短尺のセラミックチューブ４１ａをチラノコー
トなどのセラミック接着剤によって継ぎ足して形成さ
れ、所定の長さを持っている。また、耐火材で形成した
保護筒５１も短尺の保護筒を接着剤によって継ぎ足して
形成され、所定の長さを持っている。更に、セラミック
ス製の保護管４１の外周面は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）
によりセラミックが蒸着されており、燃焼ガスの浸透を
防ぐように処理されている。

【００２６】セラミック製の保護管４１の両端は、ベー
スカバー４３の底部４４に取り付けた金属製のベローズ
４５によって支持されている。ベースカバー４３は、有
底円筒状に形成され、底部４４の反対側に一体的に設け
られているフランジ４６を介して管板４７に取り付けら
れている。

【００２７】そして、金属製のベローズ４５が排ガスＧ
２ａに曝されないように、ベローズカバー４３内にシー
ル用の空気Ａが供給され、ベローズカバー４３内の圧力
が炉内圧より、若干、正圧を保つようになっている。ベ
ローズカバー４３の開口部は、板状の蓋４８によって塞
がれており、余分なシール用空気Ａは、蓋４８に取り付
けた筒部４９とセラミックス製の保護管４１との間の隙
間５０を通って排ガスＧ２ａ中に放出されるようになっ
ている。

【００２８】しかして、高温空気過熱器３０における高
温高圧空気伝熱管６０の伝熱パターンは、図５のように
なり、高温高圧空気伝熱管６０の表面温度は、８００℃
程度になり、高温高圧空気伝熱管６０を通過した高温高
圧空気Ｇ７の温度は、６００℃程度になる。なお、シー
ル用の空気Ａを用いる代わりに、煙突から大気中に放出
される直前のクリーンな排ガスをベローズカバー４３内
に供給しても良い。

【００２９】更に、耐火材で形成した保護筒５１の代わ
りに、図６に示すように、空気Ａを用いてもよい。この
例の場合は、ベローズカバー４３の背面にフランジ付き
の筒体５３を取り付け、この筒体５３からセラミックス
製の保護管４１内に空気Ａを強制的に供給するようにな
っている。セラミックス製の保護管４１内に供給された
空気Ａは、セラミックス製の保護管４１の図示しない細
孔を通って排ガスＧ２ａ内に放出されるようになってい
る。

【００３０】その他の構造は、図４の熱交換器の構造と
相違がないので、同じ部品に同じ符号を付して詳細な説
明を省略することとする。しかして、高温空気過熱器３
０における高温高圧空気伝熱管６０の伝熱パターンは、
図７のようになり、高温高圧空気伝熱管６０の表面温度
は、８００℃程度になり、高温高圧空気伝熱管６０を通
過した高圧空気Ｇ７の温度は、６００℃程度になる。

【００３１】なお、シール用の空気Ａを用いる代わり
に、煙突から大気中に放出される直前のクリーンな排ガ
スをベローズカバー４３内に供給しても良い。

【００３２】

【発明の効果】上記のように、請求項１に記載の発明に
よれば、金属製の伝熱管にセラミックス製の保護管を被
せるため、排ガスに含まれている腐蝕性の成分によって
金属製の伝熱管が腐蝕されることがないのみならず、金
属製の伝熱管の過熱を防ぐことができる。

【００３３】また、セラミックス製の保護管の両端を金
属製のベローズによって支持し、かつ、該金属製のベロ
ーズが設けられているベローズカバー内にシール用のガ
スを供給して前記ベローズカバー内を炉内圧より正圧に
保つため、金属製のベローズによってセラミックス製の
保護管の熱膨張を吸収できる一方、金属製のベローズが
排ガスに曝されることもなくなる。

【００３４】請求項２に記載の発明によれば、セラミッ
クス製の保護管の内側に耐火材製の保護筒を装着させて
いるため、セラミックス製の保護管内に設けた金属製の
伝熱管の過熱を防ぐことができる。請求項３に記載の発
明によれば、金属製の伝熱管とセラミックス製の保護管
との間の隙間に伝熱管の過熱を防ぐ冷却ガスを供給する
ため、セラミックス製の保護管内に供給した冷却ガスに
よってセラミックス製の保護管内に設けた金属製の伝熱
管の過熱を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】廃棄物処理装置の概略図である。

【図２】蒸気過熱器管の断面図である。

【図３】蒸気過熱器管の伝熱パターンを示す図である。

【図４】高温高圧空気伝熱管の断面図である。

【図５】高温高圧空気伝熱管の伝熱パターンを示す図で
ある。

【図６】その他の高温高圧空気伝熱管の例を示す断面図
である。

【図７】その他の高温高圧空気伝熱管の伝熱パターンを
示す図である。

【図８】炭素鋼鋼管の管壁温度と腐蝕速度の関係を示す
図である。

【符号の説明】

４０，６０ 金属製の伝熱管 ４１ セラミッ
クス製の保護管 ４３ ベローズカバー ４５ 金属製の
ベローズ Ａ シール用のガス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の伝熱管にセラミックス製の保護
   管を被せると共に、該セラミックス製の保護管の両端を
   金属製のベローズによって支持し、かつ、該金属製のベ
   ローズが設けられているベローズカバー内にシール用の
   ガスを供給して前記ベローズカバー内を炉内圧より正圧
   に保つことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 セラミックス製の保護管の内側に耐火材
   製の保護筒を装着させてなる請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 金属製の伝熱管とセラミックス製の保護
   管との間の隙間に伝熱管の過熱を防ぐ冷却ガスを供給す
   ると共に、冷却ガスをセラミックス製の保護管の細孔か
   ら炉内に排出させてなる請求項１記載の熱交換器。