(57)【要約】  本発明は、加熱蒸気の生成のために蒸気が通される管にそって煙道ガスが導かれる、特に廃棄物焼却設備に使用される熱交換器に関する。熱交換器はシールド管８とこの直後に設けられた過熱器管１５とで構成される。このシールド管の直径は、流れの方向にみて、この後にある管の直径とは異なる、ある場合は、後にある管に風下側を形成するためにより大きい直径とする。一方、他の場合は、フォン・カルマン渦の影響が減少するので、より小さな直径がより効果的になる。
2005513395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
煙道ガスが、加熱蒸気の生成のために導かれる蒸気を通す管にそって導かれる熱交換器において、
熱交換器は堆積、侵食および腐食を最小限にするために、流れ方向にみて直後に設けられる過熱器管（１５）の直径と異なる直径のシールド管（８）で構成されたことを特徴とする。
【請求項２】
熱交換器は、流れ方向にみて直後に設けられる過熱器管（１５）の直径よりも大きい直径のシールド管（８）で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
シールド管は蒸発管であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
蒸発管（６，８）の相互の間隔は少なくとも２０ｃｍ、好ましくは３５−４５ｃｍであることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
熱交換器は、流れ方向にみて直後に設けられる過熱器管（１５）の直径よりも小さい直径のシールド管（８）で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
煙道ガスの流れの方向にみて隣接して続くフレームの管は互いに関して千鳥状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
連続するフレームの管寄せは互いに異なる高さに配置されたことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前提部に記載された熱交換器に関する。この種の熱交換器は、特に廃棄物焼却設備の煙道ガスから熱エネルギーを回収するのに非常に役立つが、しかし専用ではない。主として廃棄物焼却設備における熱交換器の使用について以下に言及するが、その他の熱風ガスの場合に使用することも可能である。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却設備においては、蒸気を生成するために廃棄物焼却中に排出される熱風煙道ガスが通常、使用される。このため廃棄物焼却設備（ＷＩＰ）には、過熱蒸気を得るために煙道ガスによってさらに加熱される蒸気が導かれる管で構成された熱交換器が設けられる。このため前もって作られた蒸気が公知の蒸気ドラムを介して過熱用の熱交換器に導かれる。この熱交換器は一般に蒸気過熱器として知られる。廃棄物焼却ボイラにおいて、この過熱器は一般に複数のセクションで構成され、各セクションは複数のフレームで、さらに各フレームは２つの管寄せで構成され、管寄せの間には複数の平行接続管が取り付けられて熱交換表面が形成される。通常、フレームは煙道ガスの流れに直角に順次配列される。
【０００３】
廃棄物についての一般的な問題点は汚染物質が多く含まれることであり、そのため焼却によって熱風煙道ガスに接触する設備部分に腐食が発生する。腐食を解消する対策（熱交換器表面の温度とこれに接触する煙道ガスの温度の両方を低下させる）が取られるが、これは生産性と効率性の両方で費用がかかる。
【０００４】
耐腐食材料としてはニッケルクロム合金などが頻繁に使用される。しかしこれは非常に高価な材料であるので、熱交換器の製造にはコストが高くなる結果となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明の目的は改良された装置を提供することにある。
発明の特別の目的は廃棄物焼却設備にも非常に良好に使用できる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明は請求項１の前提部に記載された種類の熱交換器であって、その特徴部に記載された特徴を有する熱交換器を提供する。さらに、好ましい実施形態によると、本発明は流れの方向における過熱器管の直前の位置にシールド管が含まれる熱交換器に関するものである。
【０００７】
この方法で、廃棄物焼却に関する腐食問題は防止ないしは減少される。シールド管の製造コストは非常に安価で、かつ管の交換は簡単であるので、管の磨耗の影響としては僅かな出費にしかならない。廃棄物焼却で遭遇する過熱器および再熱器における煙道ガスの高温による実際上の欠点はこのようにして回避される。シールド管は適当な中空管にすることができる。シールド管は煙道ガスの汚染物質をほぼすべて捕集できるように、流れの方向にみて過熱器管の直前に単に配置される。このように過熱器管はほぼ汚染物質がない状態に置かれるので、運転期間はより長くなる。シールド管だけは交換の必要が生じるが、これは非常に簡単であるので僅かな操作だけで済む。
【０００８】
ＤＥ４１０３４４０：「フェア・エネルギーヴェルケ：加熱面に磨耗防止管を取り付ける配置」には、過熱器管の前面に取り付けられ外皮として機能する半割れ管を使用して、遮蔽効果が得られる匹敵できる解決手段が記載されている。この実施形態も、問題になっている蒸気過熱器を有効にするために、廃棄物焼却ボイラにおいて実際によく使用される。しかし、新しい廃棄物焼却ボイラを製造するときに、磨耗の速い半割れ管の使用は一般に好ましくない。
【０００９】
ＤＥ４３３４１５５５：「フェア・エネルギーヴェルケ：ダストが含まれる煙道ガスの流れ内の管群の管を保護する配置」には、煙道ガスが最高速度となる個所の曲がり部の直後の格子で煙道ガスに対して遮蔽するシールドについて記載されている。この目的は本出願のものと対比できるが、完全に異なった特有の実施形態が含まれ、曲がり部の直後に続くセクションにおける効果を上げることだけに焦点が当てられている。
【００１０】
ＤＥ１０１２６１４：「シュタインミュラー：バッフル過熱器」には、ボイラの輻射部分に配置されたバッフル過熱器が記載され、層になった管で形成されたバッフルに平行に煙道ガスが流れる。遮蔽効果は直下の火からの全輻射に向けられる。このためシールド管は低温蒸気で流速を増加させることで、または水冷管として使用することで、バッフル過熱器の他の管よりもよく冷却できるようにする。対比できるものがＵＳ４８３８２１２：「ガスキン：蒸気発生の過熱」に記載されている。
【００１１】
しかし、本出願では輻射から遮蔽する代りにダスト粒体を捕集する目的で類似の解決手段が使用されている。したがって本発明では位置は輻射部分でなく、ボイラの対流部分であって、煙道ガスの直角接近により熱が管に直接移動する。したがって、煙道ガスのダストは堆積、腐食、侵食の形成に重要な役割を演じる。ダスト粒体はこれを運んでくる煙道ガスの速度で管表面に当たる。高温のため僅かに粘着性を帯びた粒体は付着堆積して大きな堆積物の塊が形成される。この塊をクリーニング（例えばハンマリング）によって除去し、管を剥き出しにして再度清浄にすると、ダスト粒体は新たに成長して堆積物を形成する前に、直接に金属面に損傷を与える。特に、腐食保護作用が極薄い酸化膜で構成されるニッケルクロム合金でできた管の場合、この保護層は損傷を受ける。このため、酸化膜が再形成されるまでに、腐食が加速されることになる。
【００１２】
ＮＬ−１０１５４３８：「アムステルダム  ゲム  ディーンスト：高効率ＡＶＩ」（アムステルダム市サービス：高効率の廃棄物燃料発電設備）には、最も重要な対策としてダスト粒体の衝撃を制限する方法として煙道ガスの速度を低速に維持し、新たに酸化膜を形成することで材料が保護されることを確実にするため低温を維持することが記載されている。激しい磨耗に曝されるセクションの第１の管を保護するために、前記管は水冷却を行うこともこの文献に記載されている。
【００１３】
したがって、本出願は水冷却によって前記第１の管を保護するだけでなく、第１の管の後にくる過熱器管の直径とは異なる直径とすることによって、前記第１の管の保護作用を高めるものを提供する。
【００１４】
好ましい第１の実施形態によると、シールド管の直径は過熱器管の直径よりも大きい。煙道ガスの流れの方向にみてシールド管の後のセクションに位置する過熱器管は、シールド管の風下側にあり、煙道ガスの速度が減少して接近するのでより良好に保護される。特に、一様に磨耗せずに、接近する煙道ガスの左右４５度の角度で最も速く磨耗する管への影響はこの方法で避けられる。過熱器管の直径に対するシールド管の正しい直径の選択は、重要な役割をもつ速度および相互の距離を使用した正確な解析に基づく必要がある。直径は「フォン・カルマン渦」（図３参照）によって流速および／または後に位置する過熱器管の表面のダスト量が局部的に増加しないように選択される。これは局部的な乱流を熱伝達に使用する一般的な設計方法とは対照的である。
【００１５】
また好ましい実施形態によると本発明は、シールド管の直径をその後にくる過熱器管の直径よりも小さくした熱交換器に関するものである。これは遮蔽効果をある程度減少させるが、「フォン・カルマン渦」の影響を最小限にするものであり、場合によっては、より好ましい結果となることもある。
【００１６】
また、好ましい実施形態によると本発明は、シールド管が蒸発管で形成される熱交換器に関するものである。
また、好ましい実施形態によると本発明は、熱交換器が少なくとも２列の追加の蒸発管で構成され、この管列は、煙道ガスの移動方向に直角に互いに平行に配置され、それぞれの列の管の少なくとも主用部分は煙道ガスの流れの経路に配置された熱交換器に関する。
【００１７】
また、好ましい実施形態によると本発明は、追加の蒸発管列の次に煙道ガスの流れを平準化する開放空間を設け、この開放空間は熱交換器の管列の相互距離よりも大きくした熱交換器に関する。
【００１８】
さらに、本発明の好ましい実施形態によると、蒸発管の相互の間隔は少なくとも２０ｃｍ、好ましくは３５−４５ｃｍとする。
さらに、本発明の好ましい実施形態によると、煙道ガスの流れの方向にみて、続いて隣接するフレームは互いに千鳥状に配列される。
【００１９】
また、本発明の好ましい実施形態によると、連続するフレームの管寄せは互いに異なる高さに配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面を参照して発明をさらに説明する。  
図１に廃棄物焼却設備の概略図を示す。煙道ガスは第１室に導かれて垂直に上昇し、次に第２室に移り煙道ガスは下方に導かれ、さらに第３室に移る。第１室は公知の（図示しない）板状溶接壁でもっぱら作られる。
【００２１】
第３室から出た煙道ガスは引続き蒸気過熱器形式５の熱交換器４（オランダでは一般にＯＶＯと呼ばれる）に導かれる。図示した形では、このＯＶＯは異なる４つの一連の熱交換器管１５−１８で構成される。熱交換器４の最初に、いわゆる蒸発部壁６が設けられる。この蒸発部壁６は熱交換器５に接近する煙道ガスの流れを平準化するのに役立つ。このために、蒸発部壁６は図２に示すように２列の蒸発管で構成するのが好ましい。図２で分かるように、好ましくはこの２列の蒸発管の後に小空所７を設け、この空所の後に続く１列の蒸発管８を設け、この後に、第１列の蒸発管を順次設け、それぞれの蒸発管は図２に示すように互いに前列の管に揃える。空所７の長さは煙道ガスの速度がこの間隙７内の煙道ガス流のすべての面に渡って平準化され、その流速がどこでも実質的に同一になるようにするのに十分な長さとするのが好ましい。
【００２２】
この方法では蒸発部壁６は飛灰の堆積物に曝される場所であり、煙道ガスの急速冷却は煙道ガスに含まれる飛灰粒体の芯に対しては一定の時間遅れでしか作用しないので、ときには飛灰粒体の内部温度Ｔが８００℃を超えることもあり、その結果、依然、いわゆる「粘着相」の状態のままである。したがって、この粒体が次の蒸発部壁の管に衝突すると、その表面に付着する。この粒体は熱交換器管にもかなりの程度付着する。これは煙道ガスの速度を低下させることで減少できる。この煙道ガスの速度低下によってボイラ灰１０の除去は非常に改善される結果になる。また、この結果、熱交換器管上の付着物である堆積物は減少する。この飛灰堆積物は公知の方法により管から除去される。
【００２３】
実際、速度が局部的に高くなることを避けるために蒸発部壁６で流れを平準化することが好ましい。煙道ガスの速度は３から４ｍ／ｓまたはそれ以下にすることが好ましく、この結果、管の表面温度は煙道ガスの温度以下に維持される。蒸発部セクション６のフレームは熱交換器４でガスが処理される部分の全幅に渡って設けるのが好ましい。しかし、蒸発部群６におけるフレーム当たりの管の全本数を減少させ、管間の距離を２０−５０ｃｍとすることも可能である。複数列の蒸発部壁６が使用されるときは、それぞれの列の管は図４ないし７に示すように、互いに千鳥状になるように熱交換器内に配置するのが好ましい。すべての管は互いに等間隔にするのが好ましい。この方法で、煙道ガスがＯＶＯに入る前に、煙道ガスの高さおよび幅に渡って流れが平準化される。
【００２４】
第１のＯＶＯ管の第１列には自由に接近できるので、これを蒸発管８とすることが好ましい。第１のＯＶＯ１５の残りの管は蒸発管８の後に順次配置する。蒸発管で与えられるＯＶＯ管の保護は蒸発管の直径を（煙道ガスの流れの方向に見て）その後にあるＯＶＯ管の直径よりも多少大きくすると効果が大きい。さらに、好ましい変形では、ＯＶＯ管は多少楕円形とし、その最小径は煙道ガスの流れの方向に直角に向ける。これで、煙道ガス中の飛灰によって起こされる管の侵食磨耗が減少する。
【００２５】
ＯＶＯ管上の飛灰の堆積物を常にＯＶＯ管を振動させて除去する（例えば、管端部を取り付けた管寄せを機械的または空気圧的ハンマで叩くことによる）従来の方法は、管の非円形による剛性の差に基づき異なる方向に異なる固有振動数をＯＶＯに与えることによってかなり改善される。この特別の振動数で管寄せを振動させることで、堆積した飛灰は制御された方法で除去できる。管の固有振動数を正しく同調（すべて同一）させることで、限られたエネルギー入力で最大の効果が生じる。別の方法として、飛灰堆積物の付着量が異なり過ぎて、これが難しい場合は、個々の管を共振状態にすることができるときは、すべてのＯＶＯ管に（振動の異なる方向にも異なる）異なる振動数を与えることも可能である。したがって、管を共振状態にする特別に選択された固有振動数を非円形管にもたせるシステムが好ましい。
【００２６】
熱交換器の第２のセクション１６、すなわち第２のＯＶＯ１６では煙道ガスの流れはすでに一様に分布し、ダストのかなりの量は煙道ガスから重力で分離し、または管上に堆積
し、さらに煙道ガスの温度は低下している。
【００２７】
以上に述べた原理にしたがって管の磨耗を減らすために、廃棄物焼却ボイラの過熱器管は互いに前後に（図３に示すように一直線状に）配置することが一般に行われている。廃棄物焼却に比べて付着と磨耗が極度に少ない他のプラントでは、この方法で構成される熱交換器を一層コンパクトにするため、管は千鳥状に配置するのが好ましい。その理由は、同一容積内に同一の管間隔で配置したとき、千鳥状配置の方が管が多く含まれ、したがって熱交換器の表面がより大きくなるからである。また本発明の好ましい実施形態では、廃棄物焼却設備に使用する管は千鳥状に配置されるが、熱交換器の構造は図４−７に示すようにそれほどコンパクトではない。これに反して、この実施形態は図４に示すように最大可能管間隔（４７，４８および９）に当てはまることが好ましい。管の間隔を増加させた場合、増加する材料は管寄せやハウジングだけに要求され、熱交換器の溶接個所の数は同一であるので、これは熱交換器のコストをわずかしか上昇させない。しかしこの対策の結果、管上の堆積物が（図５に示すように煙道ガス３３の流れと反対方向に）より長く成長し、図６に示すように管をハンマリング操作（６９）で振動させたとき、堆積体に作用する慣性力が増加する。ショットピーニングや蒸気ブローでクリーニングするとき、この利点はほとんど気付かない。自由に管の振動を続けるために、堆積物（３４）と前方の管との距離（３３および５１）はできるだけ長いことが特に重要となる。その理由は、この距離（３３）が管の振動振幅よりも短いと、管（３１）の堆積物が前方の管（３０）に接触して管から振動エネルギーが失われるので、クリーニングはもはや有効に実施できない。実際に、付着物が突然増加したことが明らかになったときは、別のクリーニング方法（爆発性物質など）で実施するか、または手動クリーニングのためにボイラさえも運転停止することが必要となる。ボイラの構造を幅広にして煙道ガスの速度を所望のとおり低速にし、これを管の千鳥状配置と組み合わせると、次のいくつかの利点が達成される。
【００２８】
−  管寄せ当たりの管の数が半分となるので、フレームの質量は大きくなり過ぎずハンマリング作動が有効になる。
−  距離（４８）を従来の配置（３７）と同一に選択すると、幅方向の管間隔は２倍以上となる。これは、管間の最小間隔（４９）が従来の配置（３７）の場合よりも長くなり、したがって、自由通路（５２）に関して問題が発生する前に付着物のより大きい空間が存在する。
【００２９】
−  通常の一直線配置（３４）に比較して、堆積物（５１）は前方管に接触するまでにより厚くなりうる（３３に関する５１）。
−  次の管までの距離（４７）がより長くなり、フオンカルマン渦（４３）がいくぶん緩和されるので、管が受ける浸食磨耗はより少なくなる。
【００３０】
この配置を組み合わせることにより、付着および磨耗が大幅に減少されることからランニングコストがかなり安くなるので、ボイラを幅を広くしたことによる追加コストは相殺される。
【００３１】
提案するこの配置の結果として、ハンマリング中に落下する飛灰堆積物の塊はより大きくなる。したがって、管を垂直に配置すると、下側における管寄せ間の距離はこの塊が通過できる十分な大きさでなければならない。この距離を作りだすために、次の管寄せは異なる高さに取り付けるのが好ましい。好ましくは連続する２つの管間の距離（４７）にほぼ相当する分だけ異なる高さを交互に与えることによって実施することが好ましい。実際にはこれは４９と４７間の距離で最適化される。図７に、２列のシールド管４１，４４とその後に配置された４列の過熱器管（列４５，４２だけ符号を付す）が含まれる６つのフレームからなるセクションの側面を示す。管はすべて管寄せで受けられるが、下側の管寄せには参照符号６１−６６を付ける。この管寄せは異なる高さに取り付ける。
【００３２】
堆積物の付着を防止してそれを除去することで管の磨耗を防止するため非円形管に関し、同一発明者により同時に出願された特許出願の発明と本発明との組み合わせは特に重要である。
【００３３】
この両発明は、３０％以上の電気効率を有する廃棄物焼却設備を得るため、発明の名称が「高効率廃棄物焼却設備」であるヨーロッパ特許出願ＥＰ１１６４３３０と組み合わせることが好ましい。
【００３４】
煙道ガス処理全体における煙道ガスの速度は４ｍ／ｓ以下に、好ましくは２から３ｍ／ｓに、熱交換器を通る煙道ガスの速度はその入り口で、熱交換器を対向流に操作することで、４ｍ／ｓ以下にし、さらに熱交換器の入口の煙道ガスの温度は７００℃未満、好ましくは６３０℃未満とすることが特に好ましい。
【００３５】
以上に記載し図面に示した発明は発明の好ましい実施形態を表す。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】煙道ガスが火格子部から第１、第２および第３室を経て導かれ、その後で、加熱器（５）および節炭器で構成される熱交換器を経てボイラ出口に導かれる廃棄物焼却設備の概略図を示す。
【図２】図１による装置の概略的上面図を示す。
【図３】本発明による熱交換器における管の通常の整列構成の上面図を示す。
【図４】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【図５】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【図６】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【図７】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【図１】
2005513395.tif 000003
【図１ａ】
2005513395.tif 000004
【図２】
2005513395.tif 000005
【図３】
2005513395.tif 000006
【図４】
2005513395.tif 000007
【図５】
2005513395.tif 000008
【図６】
2005513395.tif 000009
【図７】
2005513395.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月23日(2004.2.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
煙道ガスが、加熱蒸気の生成のために導かれる蒸気を通す管にそって導かれる熱交換器であって、堆積、侵食および腐食を最小限にするために、流れ方向にみて直後に設けられる過熱器管（１５）の直径と異なる直径のシールド管（８）で構成された熱交換器において、
シールド管（８）の直径は過熱器管（１５）の直径よりも小さいことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前提部に記載された熱交換器に関する。この種の熱交換器は、特に廃棄物焼却設備の煙道ガスから熱エネルギーを回収するのに非常に役立つが、しかし専用ではない。主として廃棄物焼却設備における熱交換器の使用について以下に言及するが、その他の熱風ガスの場合に使用することも可能である。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却設備においては、蒸気を生成するために廃棄物焼却中に排出される熱風煙道ガスが通常、使用される。このため廃棄物焼却設備（ＷＩＰ）には、過熱蒸気を得るために煙道ガスによってさらに加熱される蒸気が導かれる管で構成された熱交換器が設けられる。このため前もって作られた蒸気が公知の蒸気ドラムを介して過熱用の熱交換器に導かれる。この熱交換器は一般に蒸気過熱器として知られる。廃棄物焼却ボイラにおいて、この過熱器は一般に複数のセクションで構成され、各セクションは複数のフレームで、さらに各フレームは２つの管寄せで構成され、管寄せの間には複数の平行接続管が取り付けられて熱交換表面が形成される。通常、フレームは煙道ガスの流れに直角に順次配列される。
【０００３】
廃棄物についての一般的な問題点は汚染物質が多く含まれることであり、そのため焼却によって熱風煙道ガスに接触する設備部分に腐食が発生する。腐食を解消する対策（熱交換器表面の温度とこれに接触する煙道ガスの温度の両方を低下させる）が取られるが、これは生産性と効率性の両方で費用がかかる。
【０００４】
耐腐食材料としてはニッケルクロム合金などが頻繁に使用される。しかしこれは非常に高価な材料であるので、熱交換器の製造にはコストが高くなる結果となる。
請求項１の前提部に記載された熱交換器はシュタインミュラーによるドイツ特許出願ＤＥ３８４１１１２２Ｃ１で知られる。この特許出願では、過熱器管を侵食から保護するために過熱器管の前方に遮蔽管が設けられる。そのため、遮蔽管は過熱器管の直径よりも大きな直径としている。これで侵食に対して良好に保護されるが、さらに改良した実施形態が示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明の目的は改良された装置を提供することにある。
発明の特別の目的は廃棄物焼却設備にも非常に良好に使用できる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明は請求項１の前提部に記載された種類の熱交換器であって、その特徴部に記載された特徴を有する熱交換器を提供する。
この手段によって、煙道ガスから汚染物質が良好に除去できる利点が得られる。別の利点としては、流れの抵抗がシュタインミュラーのＤＥ３８４１１１２２Ｃ１に示された実施形態における抵抗よりも小さいことである。これは、一般的に熱交換を改良するためフォン・カルマン渦を増加するべきであるとされた従来の技術とは対照的である。
【０００７】
この方法で、廃棄物焼却に関する腐食問題は防止ないしは減少される。シールド管の製造コストは非常に安価で、かつ管の交換は簡単であるので、管の磨耗の影響としては僅かな出費にしかならない。廃棄物焼却で遭遇する過熱器および再熱器における煙道ガスの高温による実際上の欠点はこのようにして回避される。シールド管は適当な中空管にすることができる。シールド管は煙道ガスの汚染物質をほぼすべて捕集できるように、流れの方向にみて過熱器管の直前に単に配置される。このように過熱器管はほぼ汚染物質がない状態に置かれるので、運転期間はより長くなる。シールド管だけは交換の必要が生じるが、これは非常に簡単であるので僅かな操作だけで済む。
【０００８】
ＤＥ４１０３４４０：「フェア・エネルギーヴェルケ：加熱面に磨耗防止管を取り付ける配置」には、過熱器管の前面に取り付けられ外皮として機能する半割れ管を使用して、遮蔽効果が得られる匹敵できる解決手段が記載されている。この実施形態も、問題になっている蒸気過熱器を有効にするために、廃棄物焼却ボイラにおいて実際によく使用される。しかし、新しい廃棄物焼却ボイラを製造するときに、磨耗の速い半割れ管の使用は一般に好ましくない。
【０００９】
ＤＥ４３３４１５５５：「フェア・エネルギーヴェルケ：ダストが含まれる煙道ガスの流れ内の管群の管を保護する配置」には、煙道ガスが最高速度となる個所の曲がり部の直後の格子で煙道ガスに対して遮蔽するシールドについて記載されている。この目的は本出願のものと対比できるが、完全に異なった特有の実施形態が含まれ、曲がり部の直後に続くセクションにおける効果を上げることだけに焦点が当てられている。
【００１０】
ＤＥ１０１２６１４：「シュタインミュラー：バッフル過熱器」には、ボイラの輻射部分に配置されたバッフル過熱器が記載され、層になった管で形成されたバッフルに平行に煙道ガスが流れる。遮蔽効果は直下の火からの全輻射に向けられる。このためシールド管は低温蒸気で流速を増加させることで、または水冷管として使用することで、バッフル過熱器の他の管よりもよく冷却できるようにする。
【００１１】
対比できるものがガスキンのＵＳ４８３８２１２：「蒸気発生の過熱」に記載されている。
しかし、本出願では輻射から遮蔽する代りにダスト粒体を捕集する目的で類似の解決手段が使用されている。したがって本発明では位置は輻射部分でなく、ボイラの対流部分であって、煙道ガスの直角接近により熱が管に直接移動する。したがって、煙道ガスのダストは堆積、腐食、侵食の形成に重要な役割を演じる。ダスト粒体はこれを運んでくる煙道ガスの速度で管表面に当たる。高温のため僅かに粘着性を帯びた粒体は付着堆積して大きな堆積物の塊が形成される。この塊をクリーニング（例えばハンマリング）によって除去し、管を剥き出しにして再度清浄にすると、ダスト粒体は新たに成長して堆積物を形成する前に、直接に金属面に損傷を与える。特に、腐食保護作用が極薄い酸化膜で構成されるニッケルクロム合金でできた管の場合、この保護層は損傷を受ける。このため、酸化膜が再形成されるまでに、腐食が加速されることになる。
【００１２】
ＮＬ−１０１５４３８：「アムステルダム  ゲム  ディーンスト：高効率ＡＶＩ」（アムステルダム市サービス：高効率の廃棄物燃料発電設備）には、最も重要な対策としてダスト粒体の衝撃を制限する方法として煙道ガスの速度を低速に維持し、新たに酸化膜を形成することで材料が保護されることを確実にするため低温を維持することが記載されている。激しい磨耗に曝されるセクションの第１の管を保護するために、前記管は水冷却を行うこともこの文献に記載されている。
【００１３】
シュトロームクビストによる特許出願ＵＳ−Ａ２３５８３５８は煙道ガスが蒸気発生用の垂直管群を通って水平に流れる水平式ボイラに関するものである。過熱器管の侵食（磨耗）に対する影響は記載（第１欄、第７−２８行）されているが、この影響を防止する手段は与えられていない。
【００１４】
したがって、本出願は水冷却によって前記第１の管を保護するだけでなく、第１の管の後にくる過熱器管の直径とは異なる直径とすることによって、前記第１の管の保護作用を高めるものを提供する。
【００１５】
過熱器管の直径に対するシールド管の正しい直径の選択は、重要な役割をもつ速度および相互の距離を使用した正確な解析に基づく必要がある。直径は「フォン・カルマン渦」（図３参照）によって流速および／または後に位置する過熱器管の表面のダスト量が局部的に増加しないように選択される。これは局部的な乱流を熱伝達に使用する一般的な設計方法とは対照的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を参照して発明をさらに説明する。  
図１に廃棄物焼却設備の概略図を示す。煙道ガスは第１室に導かれて垂直に上昇し、次に第２室に移り煙道ガスは下方に導かれ、さらに第３室に移る。第１室は公知の（図示しない）板状溶接壁でもっぱら作られる。
【００１７】
第３室から出た煙道ガスは引続き蒸気過熱器形式５の熱交換器４（オランダでは一般にＯＶＯと呼ばれる）に導かれる。図示した形では、このＯＶＯは異なる４つの一連の熱交換器管１５−１８で構成される。熱交換器４の最初に、いわゆる蒸発部壁６が設けられる。この蒸発部壁６は熱交換器５に接近する煙道ガスの流れを平準化するのに役立つ。このために、蒸発部壁６は図２に示すように２列の蒸発管で構成するのが好ましい。図２で分かるように、好ましくはこの２列の蒸発管の後に小空所７を設け、この空所の後に続く１列の蒸発管８を設け、この後に、第１列の蒸発管を順次設け、それぞれの蒸発管は図２に示すように互いに前列の管に揃える。空所７の長さは煙道ガスの速度がこの間隙７内の煙道ガス流のすべての面に渡って平準化され、その流速がどこでも実質的に同一になるようにするのに十分な長さとするのが好ましい。
【００１８】
この方法では蒸発部壁６は飛灰の堆積物に曝される場所であり、煙道ガスの急速冷却は煙道ガスに含まれる飛灰粒体の芯に対しては一定の時間遅れでしか作用しないので、ときには飛灰粒体の内部温度Ｔが８００℃を超えることもあり、その結果、依然、いわゆる「粘着相」の状態のままである。したがって、この粒体が次の蒸発部壁の管に衝突すると、その表面に付着する。この粒体は熱交換器管にもかなりの程度付着する。これは煙道ガスの速度を低下させることで減少できる。この煙道ガスの速度低下によってボイラ灰１０の除去は非常に改善される結果になる。また、この結果、熱交換器管上の付着物である堆積物は減少する。この飛灰堆積物は公知の方法により管から除去される。
【００１９】
実際、速度が局部的に高くなることを避けるために蒸発部壁６で流れを平準化することが好ましい。煙道ガスの速度は３から４ｍ／ｓまたはそれ以下にすることが好ましく、この結果、管の表面温度は煙道ガスの温度以下に維持される。蒸発部セクション６のフレームは熱交換器４でガスが処理される部分の全幅に渡って設けるのが好ましい。しかし、蒸発部群６におけるフレーム当たりの管の全本数を減少させ、管間の距離を２０−５０ｃｍとすることも可能である。複数列の蒸発部壁６が使用されるときは、それぞれの列の管は図４ないし７に示すように、互いに千鳥状になるように熱交換器内に配置するのが好ましい。すべての管は互いに等間隔にするのが好ましい。この方法で、煙道ガスがＯＶＯに入る前に、煙道ガスの高さおよび幅に渡って流れが平準化される。
【００２０】
第１のＯＶＯ管の第１列には自由に接近できるので、これを蒸発管８とすることが好ましい。第１のＯＶＯ１５の残りの管は蒸発管８の後に順次配置する。蒸発管で与えられるＯＶＯ管の保護は蒸発管の直径を（煙道ガスの流れの方向に見て）その後にあるＯＶＯ管の直径よりも多少大きくすると効果が大きい。さらに、好ましい変形では、ＯＶＯ管は多少楕円形とし、その最小径は煙道ガスの流れの方向に直角に向ける。これで、煙道ガス中の飛灰によって起こされる管の侵食磨耗が減少する。
【００２１】
ＯＶＯ管上の飛灰の堆積物を常にＯＶＯ管を振動させて除去する（例えば、管端部を取り付けた管寄せを機械的または空気圧的ハンマで叩くことによる）従来の方法は、管の非円形による剛性の差に基づき異なる方向に異なる固有振動数をＯＶＯに与えることによってかなり改善される。この特別の振動数で管寄せを振動させることで、堆積した飛灰は制御された方法で除去できる。管の固有振動数を正しく同調（すべて同一）させることで、限られたエネルギー入力で最大の効果が生じる。別の方法として、飛灰堆積物の付着量が異なり過ぎて、これが難しい場合は、個々の管を共振状態にすることができるときは、すべてのＯＶＯ管に（振動の異なる方向にも異なる）異なる振動数を与えることも可能である。したがって、管を共振状態にする特別に選択された固有振動数を非円形管にもたせるシステムが好ましい。
【００２２】
熱交換器の第２のセクション１６、すなわち第２のＯＶＯ１６では煙道ガスの流れはすでに一様に分布し、ダストのかなりの量は煙道ガスから重力で分離し、または管上に堆積
し、さらに煙道ガスの温度は低下している。
【００２３】
以上に述べた原理にしたがって管の磨耗を減らすために、廃棄物焼却ボイラの過熱器管は互いに前後に（図３に示すように一直線状に）配置することが一般に行われている。廃棄物焼却に比べて付着と磨耗が極度に少ない他のプラントでは、この方法で構成される熱交換器を一層コンパクトにするため、管は千鳥状に配置するのが好ましい。その理由は、同一容積内に同一の管間隔で配置したとき、千鳥状配置の方が管が多く含まれ、したがって熱交換器の表面がより大きくなるからである。また本発明の好ましい実施形態では、廃棄物焼却設備に使用する管は千鳥状に配置されるが、熱交換器の構造は図４−７に示すようにそれほどコンパクトではない。これに反して、この実施形態は図４に示すように最大可能管間隔（４７，４８および９）に当てはまることが好ましい。管の間隔を増加させた場合、増加する材料は管寄せやハウジングだけに要求され、熱交換器の溶接個所の数は同一であるので、これは熱交換器のコストをわずかしか上昇させない。しかしこの対策の結果、管上の堆積物が（図５に示すように煙道ガス３３の流れと反対方向に）より長く成長し、図６に示すように管をハンマリング操作（６９）で振動させたとき、堆積体に作用する慣性力が増加する。ショットピーニングや蒸気ブローでクリーニングするとき、この利点はほとんど気付かない。自由に管の振動を続けるために、堆積物（３４）と前方の管との距離（３３および５１）はできるだけ長いことが特に重要となる。その理由は、この距離（３３）が管の振動振幅よりも短いと、管（３１）の堆積物が前方の管（３０）に接触して管から振動エネルギーが失われるので、クリーニングはもはや有効に実施できない。実際に、付着物が突然増加したことが明らかになったときは、別のクリーニング方法（爆発性物質など）で実施するか、または手動クリーニングのためにボイラさえも運転停止することが必要となる。ボイラの構造を幅広にして煙道ガスの速度を所望のとおり低速にし、これを管の千鳥状配置と組み合わせると、次のいくつかの利点が達成される。
【００２４】
−  管寄せ当たりの管の数が半分となるので、フレームの質量は大きくなり過ぎずハンマリング作動が有効になる。
−  距離（４８）を従来の配置（３７）と同一に選択すると、幅方向の管間隔は２倍以上となる。これは、管間の最小間隔（４９）が従来の配置（３７）の場合よりも長くなり、したがって、自由通路（５２）に関して問題が発生する前に付着物のより大きい空間が存在する。
【００２５】
−  通常の一直線配置（３４）に比較して、堆積物（５１）は前方管に接触するまでにより厚くなりうる（３３に関する５１）。
−  次の管までの距離（４７）がより長くなり、フオンカルマン渦（４３）がいくぶん緩和されるので、管が受ける浸食磨耗はより少なくなる。
【００２６】
この配置を組み合わせることにより、付着および磨耗が大幅に減少されることからランニングコストがかなり安くなるので、ボイラの幅を広くしたことによる追加コストは相殺される。
【００２７】
提案するこの配置の結果として、ハンマリング中に落下する飛灰堆積物の塊はより大きくなる。したがって、管を垂直に配置すると、下側における管寄せ間の距離はこの塊が通過できる十分な大きさでなければならない。この距離を作りだすために、次の管寄せは異なる高さに取り付けるのが好ましい。好ましくは連続する２つの管間の距離（４７）にほぼ相当する分だけ異なる高さを交互に与えることによって実施することが好ましい。実際にはこれは４９と４７間の距離で最適化される。図７に、２列のシールド管４１，４４とその後に配置された４列の過熱器管（列４５，４２だけ符号を付す）が含まれる６つのフレームからなるセクションの側面を示す。管はすべて管寄せで受けられるが、下側の管寄せには参照符号６１−６６を付ける。この管寄せは異なる高さに取り付ける。
【００２８】
堆積物の付着を防止してそれを除去することで管の磨耗を防止するため非円形管に関し、同一発明者により同時に出願された特許出願の発明と本発明との組み合わせは特に重要である。
【００２９】
この両発明は、３０％以上の電気効率を有する廃棄物焼却設備を得るため、発明の名称が「高効率廃棄物焼却設備」であるヨーロッパ特許出願ＥＰ１１６４３３０と組み合わせることが好ましい。
【００３０】
煙道ガス処理全体における煙道ガスの速度は４ｍ／ｓ以下に、好ましくは２から３ｍ／ｓに、熱交換器を通る煙道ガスの速度はその入り口で、熱交換器を対向流に操作することで、４ｍ／ｓ以下にし、さらに熱交換器の入口の煙道ガスの温度は７００℃未満、好ましくは６３０℃未満とすることが特に好ましい。
【００３１】
以上に記載し図面に示した発明は発明の好ましい実施形態を表す。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】煙道ガスが火格子部から第１、第２および第３室を経て導かれ、その後で、加熱器（５）および節炭器で構成される熱交換器を経てボイラ出口に導かれる廃棄物焼却設備の概略図を示す。
【図２】図１による装置の概略的上面図を示す。
【図３】本発明による熱交換器における管の通常の整列構成の上面図を示す。
【図４】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【図５】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【図６】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【図７】本発明による熱交換器における管の好ましい実施形態の上面図を示す。
【国際調査報告】
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