(57)【要約】【課題】ダストの堆積による管群閉塞を防止したガス化冷却器を提供すること。【解決手段】ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、煙道内に設置した熱交換器で生成ガスを冷却するガス化冷却器であって、熱交換器を形成する伝熱管５１の上部に突起部６０を備えている。【選択図】図１
2008145061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、
前記伝熱管の上流側に突起部を備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、
前記伝熱管の後流側に二次流れ抑制手段を備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、
前記煙道内に高温ガスを導入する導入流路コーナ部、前記煙道内から生成ガスを排出する排出流路コーナ部、及び前記煙道内で上下方向の流れを仕切る隔壁の流れ方向転換部のうち少なくともひとつをＲ形状に丸みを持たせた生成ガス流路を備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、
前記煙道内を流れる生成ガスの高流速部に前記伝熱管の管群を配置したことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧高温ガスの冷却等に用いられている熱交換器に関するものであり、例えば、石炭ガス化炉・油ガス化炉・バイオマスガス化炉など、圧力容器内に設置される加圧高温ガスのガス化冷却器または熱回収器に適用することが可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）においては、石炭等の燃料をガス化炉でガス化して高温のガスを発生させる石炭ガス化炉設備が知られている。
しかし、石炭ガス化炉の生成ガスには多量のチャーやスラグなどのダストが含まれているため、このダストが伝熱管に付着して熱回収効率を低下させるという問題がある。
【０００３】
伝熱管へのダスト付着を抑制する手法として、生成ガスの流速を増加させることが有効である。これを実現する従来技術として、下記の公知技術がある。
第１の公知技術として、生成ガスの流路中に仕切板を設置する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
第２の公知技術として、伝熱管にフィンを設置することにより、伝熱管の有効面積を拡大する方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
第３の公知技術として、生成ガスの流れ方向をリターンフロー型として、上下方向のダクト面積を過剰に大きくしないことで、冷却器のコンパクト化と伝熱管へのダスト堆積の抑制効果を得る方法が提案されている。（例えば、特許文献３参照）
【特許文献１】特開２００４−５１９１５号公報
【特許文献２】特開平２−２１１９７号公報
【特許文献３】特開２００６−２１４７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の公知技術については、次のような技術課題が指摘されている。
第１の公知技術は、ガス化炉の上部に生成ガス冷却装置を配置する構成のため、装置の高さが非常に大きくなるという技術課題を有している。
一般に圧力損失が低い部分でガス流速は高くなるが、伝熱管群の間に仕切板を設置する上記公知技術では、伝熱管がない仕切板近くで生成ガス流量は高くなる。
そのため、熱交換する部分における生成ガスの流速は仕切板設置前より低下し、管群内にはダストが堆積しやすい。加えて、生成ガスは伝熱管と平行に流れるため、重力により管群の下側ほどダストは堆積しやすい。
また、仕切板の上側は、入口側ほど二次流れの影響で板の近くによどみ域が生じる。このため、入口側の仕切板上側では仕切板へのダクトの堆積が生じる可能性がある。
このように、閉塞していない伝熱管ほど高熱負荷となり、閉塞した伝熱管ほど低負荷となるため、管群における熱負荷分布の不均一性が著しい。製品の寿命は高負荷側で決まるため、熱負荷の不均一性が著しい第一の公知技術は製品としての十分な寿命を有しないと考えられる。
【０００６】
第２の公知技術は、伝熱管にフィンを設置することにより、伝熱面積を拡大し熱回収効率を向上させるものである。フィンの設置によりフィン間の流路面積が減少するため、この部分のガス流速は高いと考えられる。フィン間の狭い部分を通過後に流路面積は急拡大するため、フィンに向かう二次流れの逆流が生じ、よどみ域を形成する。このよどみ域でダストが堆積しやすく、フィンの設置によりかえって、管群の閉塞を助長する問題が指摘されている。
第３の公知技術は、生成ガスの流れ方向をリターンフロー型として、上下方向のダクト面積を過剰に大きくせず、ガス流速を高くすることで、冷却器のコンパクト化と伝熱管へのダスト堆積の抑制効果を得るものである。
しかし、リターンフロー型とするため、ダウンフローとアップフローの各入口部にはダクトのエルボが存在し、エルボの内側には、生成ガスの二次流れによりよどみ域を形成する。そのため、各入口側の熱交管群において、エルボ内側の伝熱管ほど低負荷かつダストが堆積しやすく、エルボ外側の伝熱管ほど高負荷かつダストが堆積しにくい。
【０００７】
このように、例えば石炭ガス化炉で発生させた生成ガスのように、ガス中に多量のチャーやスラグなどのダストが含まれている生成ガスを冷却するガス化冷却器等の熱交換器においては、ダストの堆積による管群閉塞を防止するとともに、伝熱管の耐久性を低下させる熱負荷の不均一性を解消することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ダストの堆積による管群閉塞を防止するとともに、伝熱管の耐久性を低下させる熱負荷の不均一性を解消した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】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る熱交換器は、ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、前記伝熱管の上流側突起部を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような熱交換器によれば、熱交換器を形成する伝熱管の上流側に突起部を備えているので、生成ガス中に含まれるダストが伝熱管に堆積することを防止または抑制することができる。
また、突起部の材質を伝熱管より伝熱性が良い、もしくは同等の伝熱性を有する材質とすることによって、生成ガスと伝熱管内の流体との熱抵抗を小さくすることができ、熱回収効率を向上させることができる。
伝熱管上流側の突起部としては、例えば逆Ｖ字型とした頂点の角度をダスト堆積時の安息角より小さな角度にすることにより、効果的にダストの堆積を抑制することができる。但し、突起部頂点の角度は、ダスト堆積時の安息角より大きくても生成ガスと伝熱管との間の熱抵抗を小さくすることができるので、熱回収効率を向上させることができる。
このような突起部は、全ての伝熱管に設置することが望ましいが、一部への設置に限定する場合は、高ダスト濃度側の伝熱管に設けることが望ましい。
【００１０】
本発明に係る熱交換器は、ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、前記伝熱管の後流側に二次流れ抑制手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
このような熱交換器によれば、熱交換器を形成する伝熱管の後流側に二次流れ抑制手段を備えているので、伝熱管の後流側に二次流れを生じにくい。このため、伝熱管の後流側で負圧域を形成しないので、伝熱管後流域にダストが堆積しにくく、熱回収性能が低下しない。また、より下流側に位置する伝熱管との間にダストのブリッジを形成しないので、下流側の伝熱管でも熱回収性能が低下せず、高い熱回収性能を維持できる。
【００１２】
本発明に係る熱交換器は、ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、前記煙道内に高温ガスを導入する導入流路コーナ部、前記煙道内から高温ガスを排出する排出流路コーナ部、及び前記煙道内でダウンフローとアップフローの流れ方向転換部のうち少なくともひとつをＲ形状に丸みを持たせた生成ガス流路を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
このような熱交換器によれば、煙道内に高温ガスを導入する導入流路コーナ部、煙道内から高温ガスを排出する排出流路コーナ部、及び煙道内でダウンフローとアップフローの流れ方向転換部のうち少なくともひとつをＲ形状の丸みを持たせた生成ガス流路を備えているので、煙道内に生じる高温ガスの二次流れの形成もしくはよどみ域の形成を防止または抑制することができる。
なお、このコーナの曲率半径は、流路の内径Ｄを基準にして１／１０Ｄ〜２Ｄ程度とすることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る熱交換器は、ガス化炉から導入した生成ガスを流す煙道が圧力容器内に形成され、前記煙道内に設置した伝熱管の内部を流す流体と前記生成ガスとの間で熱交換させる熱交換器であって、前記煙道内を流れる生成ガスの高流速部に前記伝熱管の管群を配置したことを特徴とするものである。
【００１５】
このような熱交換器によれば、煙道内を流れる生成ガスの高流速部に伝熱管の管群を配置したので、この管群を流れの圧損抵抗体として用いることができ、管群の熱負荷を均一にし、不均一な熱負荷に起因する製品の計画寿命からの短縮を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、熱交換器を形成する伝熱管にダストが堆積することを防止または抑制できるので、ダストによる管群閉塞を防止して熱交換器の良好な熱回収効率を維持することが可能になる。
また、熱交換器を形成する伝熱管の耐久性を低下させる熱負荷の不均一性を解消することができるので、熱交換器の計画寿命が不均一な熱負荷に起因して短縮されることを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る熱交換器の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）に用いられる石炭ガス化設備の概略構成図であり、石炭等の燃料をガス化炉でガス化して高温のガスを発生させる石炭ガス化炉設備が知られている。
この石炭ガス化炉設備は、石炭供給設備１００、ガス化炉２００、本発明の対象となるガス化冷却器のガス化冷却器（熱交換器）３００、及びチャー回収設備４００等を主要な構成要素としている。
【００１８】
ここで、ガス化冷却器３００は、例えば図６に示すように、ガス化炉２００からチャーを含有する約１１００℃の生成ガスの供給を受け、この生成ガスをガス化炉設備の後流側に設置された図示しないガス精製設備に適した温度である約４５０℃まで冷却するとともに、生成ガスから熱エネルギーを回収する熱交換器である。
また、このガス化冷却器３００は、圧力容器３５０の内部に形成されて生成ガスの流路となる煙道３０１内に、蒸発器（ＥＶＡ）３１０、２次過熱器（２ＳＨ）３２０、１次過熱器（１ＳＨ）３３０及び節炭器（ＥＣＯ：エコノマイザー）３４０の各熱交換器を上から順に配置し、煙道３０１内を上から下向きに流れる生成ガスから吸熱して冷却するように構成されている。
【００１９】
このようなガス化冷却器には、リターンフロー型と呼ばれるものがある。
図７及び図８に示すリターンフロー型のガス化冷却器１０は、円形断面とした圧力容器１１内に周壁２３により煙道２０を形成し、煙道２０の内部断面を隔壁３０により分割したものである。このリターンフロー型構造は、煙道２０を隔壁３０で分割して形成された第１煙道（図７の構成ではダウンフロー）２１及び第２煙道（図７の構成ではアップフロー）２２を備え、圧力容器１０の頂部からガス化炉設備で生成された生成ガスを導入し、圧力容器１０の底部で導入した生成ガスが折り返して逆向きに流れるものであるから、圧力容器１０の高さを低くすることができ、装置をコンパクト化することができる。また、折り返し部２４にチャー回収機構を備えてもよい。なお、生成ガスの導入及び折り返しについては、頂部及び底部が逆の構成としてもよい。
【００２０】
図８の例では、圧力容器１１の内周面には断熱材１２が取り付けられ、煙道２０が圧力容器１１の内部空間に形成されている。この煙道２０を第１煙道２１及び第２煙道２２に分割している断面積分割割合は、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されている。この断面積分割割合は、導入した生成ガスをダウンフローに流す下降部分である第１煙道２１の断面積割合が、圧力容器１０の底部で折り返した生成ガスをアップフローに流す上昇部分である第２煙道２２の断面積割合より大きな値（例えば２：１）とされる。
また、第１煙道２１及び第２煙道２２には、それぞれ冷媒を流すパネル５０が配設されて熱交換器４０を構成している。
【００２１】
生成ガスをダウンフローに流す下降部分の第１煙道２１内には、熱交換器４０として機能する蒸発器（ＥＶＡ；エバポレイター）４１、２次過熱器（２ＳＨ；二次スーパーヒータ）４２、１次過熱器（１ＳＨ；一次スーパーヒータ）４３が上から順に配置される。また、底面で折り返した生成ガスを下から上向きに流す上昇部分の第２煙道２２内には、熱交換器４０として機能する節炭器（ＥＣＯ；エコノマイザー）４４が配置される。
【００２２】
ここで、上述した熱交換器４０のパネル５０は、例えば冷媒（流体）を流すボイラ熱交換器用炭素鋼鋼管、合金鋼管、ステンレス鋼管等の伝熱管５１が生成ガスと熱交換する伝熱管となり、この伝熱管が略Ｕ字状に成形されて多数配列され、パネル５０を形成するものである。各伝熱管５１の両端部は、管寄せ５２の冷媒入口部及び冷媒出口部にそれぞれ接続されている。従って、このパネル５０を煙道２０内に配置することにより、伝熱管５１の表面が伝熱面となり、煙道２０内を流れる生成ガスから伝熱管５１内を循環する間に冷媒が吸熱するので、生成ガスの冷却及び生成ガスから熱回収を行う熱交換器４０が構成される。
なお、図６に示したガス化冷却器３００内に設置される各熱交換器の構成も、リターンフロー型のガス冷却器１０内に設置される熱交換器４０と実質的に同じである。
【００２３】
＜第１の実施形態＞
上述した熱交換器４０の伝熱管５１には、例えば図１に示すように、管表面の生成ガス流れ方向上流側に突起部６０が設けられている。
この突起部６０の材質を伝熱管５１より伝熱性がよい、もしくは同等の伝熱性を有する材質とすることによって、生成ガスと伝熱管５１内の流体との熱抵抗を小さくすることができ、熱回収効率を向上させることができる。
突起部６０は、上端部の角度θが粉体であるダストの安息角より小さな角度に設定した三角形またはその類似形状とすることが望ましい。即ち、突起部６０は、粉体であるダストが突起部６０の表面に滞留することなく滑落する角度の傾斜面を有していれば、先端角部にＲ（丸み）が形成されていてもよいし、あるいは、曲面や複数段に角度変化するような傾斜面としてもよい。但し、上端部の角度θが粉体であるダストの安息角より大きな角度の場合であっても、生成ガスと伝熱管５１内を流れる冷媒との間の熱抵抗は低減するので、熱回収効率を向上させることは可能である。
なお、このような突起部６０は、全ての伝熱管５１に設けてもよいが、その作用効果及び経済性を考慮した場合、生成ガスの流れ方向において高ダスト濃度側となる伝熱管５１に設けることが好ましい。
【００２４】
また、突起部６０は、中実または中空（例えば逆Ｖ字状に板を取り付け）のいずれでもよいが、中空の場合は堆積物により熱抵抗が増大するため、中実とすることが好ましい。なお、中実の突起部６０は、引き抜きや押し出しにより伝熱管５１と一体に成形したものでもよいし、あるいは、溶接等により別体の部材を後付けしたものでもよい。
【００２５】
上述した伝熱管５１の後流側には、生成ガスの流れ方向において管の後流側で負圧の領域が形成される。このため、伝熱管５１の後流側に形成された負圧領域に向けて、生成ガスの主流から二次流れを生じ、よどみ域を形成するためダストが管の後流側に堆積しやすい管の後流側でのダストの堆積を抑制するための二次流れ抑制手段として、管表面の後流側を覆うようにして略矩形断面形状とした中実の被覆部７０を設けてある。この被覆部７０は、伝熱管５１の最大幅である外径Ｄに沿って、生成ガスの流れ方向と略一致する鉛直方向へ垂下する壁面を形成するものである。
【００２６】
この場合の被覆部７０としては、例えば図１に示すように、伝熱管５１と一体化した中実の部材がある。また、二次流れ抑制手段となる被覆部７０の変形例として、例えば図２（ａ）に示す第１変形例のように、伝熱管５１の最大幅である外径Ｄに沿って垂下した左右一対の板材７１や、あるいは、図２（ｂ）に示す第２変形例のように、下端を鋭角とした略三角形断面形状の中実被覆部７２など、生成ガスの流れが伝熱管５１の後流域で二次流れを生じ、よどみ域を形成しないような壁面を形成するものであればよい。
【００２７】
上述した突起部６０及び被覆部７０は、伝熱管５１に対していずれか一方が単独で設けられてもよいし、あるいは、両方がともに設けられたものでもよい。
そして、このような突起部６０及び被覆部７０の少なくとも一方を設けた伝熱管５１は、図３（ａ）に示した碁盤目配置としてもよいし、あるいは、図３（ｂ）に示した千鳥配列としてもよい。
【００２８】
このように、熱交換器４０が突起部６０を備えた伝熱管５１により構成されているガス化冷却器３００（図６）またはリターンフロー型のガス化冷却器１０（図７または図９）においては、伝熱管５１にダストが堆積することによる熱抵抗を低減できるので、良好な熱交換効率を維持することが可能になる。
即ち、伝熱管５１の周囲にダストが付着した状態では、ダストが熱伝達を妨げる熱抵抗体となるため、生成ガスの温度と伝熱管５１内の冷媒との温度差は増大する。このため、伝熱管５１内を流れる冷媒で生成ガスを冷却する熱交換器の熱回収効率はダスト付着により低下するが、上述した突起部６０や被覆部７０等を設けることにより、熱抵抗の増大を防止または抑制して良好な熱回収効率を維持できる。
【００２９】
ダスト付着による熱抵抗の増大について、以下説明する。総括熱抵抗は式（１）で示される。
【数１】
2008145061.tif 000003
上式の変数は、一般値として次のように定める。ダストの厚みは１０ｍｍ、管の長さは１ｍとする。式（１）の左辺は総括熱抵抗であり、右辺第一項は管内の対流による熱抵抗（Ｒ1 ）、右辺第二項は管の熱伝導による熱抵抗（Ｒ2 ）、右辺第三項は管外の対流による熱抵抗（Ｒ3 ）、右辺第四項はダストによる熱抵抗（Ｒ4 ）である。
Ａout:管外伝熱面積    [ｍ2]        (＝0.0785ｍ2)
Ａin:管内伝熱面積     [ｍ2]        (＝0.0628ｍ2)
ｄi:伝熱管の内径       [ｍ]        (＝0.020ｍ)
ｄo:伝熱管の外径       [ｍ]        (＝0.025ｍ)
Ｒ:熱抵抗                   [Ｋ／Ｗ]
αin:管内熱伝達率     [Ｗ／ｍ2Ｋ]  （＝3000Ｗ／ｍ2Ｋ）
αout:管外熱伝達率    [Ｗ／ｍ2Ｋ]   （＝100Ｗ／ｍ2Ｋ）
δ:ダストの厚み        [ｍ]        （＝０．０１０ｍ）
λd:ダストの熱伝導率           [Ｗ／ｍＫ]   （＝０．１Ｗ／ｍＫ）
λs:伝熱管の熱伝導率           [Ｗ／ｍＫ]   （＝４０Ｗ／ｍＫ）
上の値を式（１）に代入して各熱抵抗を求めると、管内の対流による熱抵抗Ｒ1 ＝０．００５３Ｋ／Ｗ、管の熱伝導による熱抵抗Ｒ2 ＝０．００５６Ｋ／Ｗ、管外の対流による熱抵抗Ｒ3 ＝０．１２７Ｋ／Ｗ、ダストによる熱抵抗Ｒ4 ＝１．２７４Ｋ／Ｗである。このように、総括熱抵抗１．４１２Ｗ／ｍＫのうち約８８％がダストによる熱抵抗であり、ダストの堆積を抑制することが熱回収効率の向上ため有効であることが分かる。
【００３０】
本発明者等は、ガス化試験を行った結果、レイノルズ数（Ｒｅ）と汚れ係数（Ｒ4 ）との関係は、一般的な伝熱特性と類似した形で整理できるとの知見を得た。
ここで、レイノルズ数Ｒｅは、式（２）のように慣性力と粘性力の比で定義される。
【数２】
2008145061.tif 000004
式（２）において、Ｕ：ガス流速[ｍ／ｓ]、ｄo：伝熱管の外径[ｍ]、ｖｇ：ガスの動粘性係数[ｍ2 ／ｓ]である。
汚れ係数Ｒ4 は、式（１）の右辺第四項であり、式（３）で定義される。
【数３】
2008145061.tif 000005
図４に示すように、レイノルズ数が大きい、即ちガス流速が高いほど、伝熱管５１に対するダストの熱抵抗を示す汚れ係数が低下するとの知見を得た。このことは、ガス化炉２００で生成され、ガス化冷却器１０，３００内に導入された生成ガスの流速が大きいほど汚れ係数も低下し、伝熱管５１にダストが付着しにくいことを意味している。
【００３１】
しかし、上述した生成ガス流速には摩耗による上限があり、従って、汚れ係数の低減にも限界がある。即ち、汚れ係数の低減を可能にする生成ガスの流速ＵCR は、図４に示すレイノルズ数ＲｅCR に相当する流速が限界となり、これ以上の高速で生成ガスを流すと、ダストの衝突により伝熱管５１の摩耗が促進されるため好ましくない。
ここで、限界レイノルズ数ＲｅCR は、式（４）で定義される。
【数４】
2008145061.tif 000006
従って、熱交換器４０としての熱回収効率を高効率に維持するためには、生成ガスの流速を上げるだけでは限界があるので、伝熱管５１に上述した突起部６０や被覆部７０を設置することが有効となる。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図９に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図９に示すガス化冷却器１０Ａは、図７に示したガス化冷却器１０と同様のリターンフロー型である。このガス化冷却器１０Ａは、煙道２０Ａ内に生成ガスを導入する導入流路コーナ部、煙道２０Ａ内から生成ガスを排出する排出流路コーナ部、及び煙道２０Ａ内で流れを仕切る隔壁３０Ａの流れ方向転換部のうち少なくともひとつのコーナ部に丸みを持たせた生成ガス流路を備えている。
【００３３】
具体的に説明すると、図示しないガス化炉から生成ガスを第１煙道２１Ａに導入する第１煙道入口２５となる導入ダクト流路コーナ部をＲ形状の丸みを持たせ、二次流れによるよどみ域を形成しないようにする。即ち、生成ガスの流れが第１煙道入口２５付近のコーナ部で流れが曲がると、二次流れによるよどみ域を形成して、流れが変化する曲率半径の小さいコーナ部下流側の壁面付近によどみ域Ｓ１を生じることとなる。この結果、第１煙道入口２５の周辺には、図中に示す速度分布Ｖｄのように、よどみ域Ｓ１から離れた位置に平均流速より高流速の領域が形成される。高流速の領域では伝熱管５１に衝突するダストの運動量も大きく、衝突時の摩耗量も大きいので、ダストの速度分布Ｖｄに応じて摩耗速度は不均一となり、設計された熱交換器４０の寿命が得られなくなる。
【００３４】
しかし、第１煙道入口２５に適度な丸みを持たせることにより、上述した二次流れによるよどみ域の形成が防止または抑制されるので、速度分布Ｖｄの速度差を均一化することができる。従って、伝熱管５１に衝突するダストの速度分布が均一化するので、速度分布Ｖｄに応じた摩耗進行の不均一を解消して設計された熱交換器４０の寿命を得ることができる。
このように、生成ガス流路ダクトにＲ形状の丸みを設けて、二次流れによるよどみ領域の形成を防止または抑制することは、上述した第１煙道入口２５の他にも、第２煙道２２Ａからチャー回収設備へ向けて生成ガスを排出する排出流路出口２６付近の流路コーナ部、あるいは、煙道２０Ａ内で流れを仕切る隔壁３０Ａの流れ方向転換部となるためよどみ域Ｓ２を生じる折り返し部２４Ａにも同様に適用可能である。
【００３５】
このようなＲ形状の丸みは、第１煙道入口２５付近の流路コーナ部、第２煙道出口２６付近の流路コーナ部、及びダウンフローに流れる第１煙道２１Ａからアップフローに流れる第２煙道２２Ａに流れ方向を転換させる折り返し部２４Ａ付近の全てに採用することが好ましいのであるが、いずれか一箇所のみに適用してもよい。なお、折り返し部２４ＡのＲ形状の丸みは、隔壁３０Ａの下端部３１に適度な丸み加工を施せばよい。
ところで、上述したＲ形状の丸みの曲率半径は、流路の内径Ｄを基準にすると、概ね１／１０Ｄ〜２Ｄ程度とすることが好ましい。
なお、このようなＲ形状の丸みは、折り返し部２４Ａがないガス化冷却器３００において、煙道入口近及び煙道出口付近に流路コーナ部がある場合も適用可能である。
【００３６】
また、上述した二次流れによるよどみ領域の形成の影響により、第１煙道２１Ａに近い高ダスト濃度側の熱交換器（図９の例では蒸発器４１Ａ）ほどよどみ域の形成により低流速となる炉壁２７側にダストが堆積しやすくなるので、ダスト堆積による熱抵抗の増加のため、計画された熱回収効率を得ることができない。
そこで、ダウンフローの流れとなる第１煙道２１Ａ側及びアップフローの流れとなる第２煙道２２Ａ側ともに、それぞれの煙道内の高流速部に熱交換器を配置することにより、熱交換器を圧損抵抗体として用いる。
【００３７】
図９に示す例では、生成ガスのダスト濃度が最も高い第１煙道の入口にある蒸発器４１Ａを、速度分布Ｖｄが平均流速より大きい場所に設置している。即ち、二次流れによるよどみ域の形成により速度分布Ｖｄが小さい炉壁２７付近のよどみ領域Ｓ１には蒸発器４１Ａを配置せず、炉壁２７から適当な間隔Ｌを設けてこれを配置している。この結果、蒸発器４１Ａが圧損抵抗体として働き、下流側の二次スーパヒータ、一次スーパヒータでは均一な速度分布、即ち均一な熱負荷分布が得られ、計画された寿命を得ることができる。但し、圧損抵抗体として蒸発器４１Ａを用いる場合、ガス流速が局所的に高くなり、他の熱交換器より摩耗速度が高いことを考慮して、伝熱管の仕様を決める必要がある。
【００３８】
上述した本発明によれば、蒸発器４１等の熱交換器を形成する伝熱管５１にダストが堆積することを防止または抑制できるので、ダストによる管群閉塞を防止してガス化冷却器１０，１０Ａ，３００の良好な熱回収効率を維持することができる。
また、蒸発器４１等の熱交換器を形成する伝熱管５１の耐久性を低下させる熱負荷の不均一性を解消することができるので、熱交換器及びこの熱交換器を構成要素とするガス化冷却器１０，１０ａ，３００の耐久性を向上させることができる。
【００３９】
さらに、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態は、相互の組み合わせにより熱回収効率の維持性能や耐久性向上の作用効果がより一層顕著になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のガス化冷却器に係る第１の実施形態を示す図で、突起部及び被覆部を備えた伝熱管の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した被覆部の変形例を示す図で、（ａ）は第１変形例の板材を示す断面図、（ｂ）は第２変形例の略三角形断面形状を示す断面図である。
【図３】伝熱管の配置例を示す図で、（ａ）は碁盤目配置の例、（ｂ）は千鳥配置の例である。
【図４】レイノルズ数（Ｒｅ）と汚れ係数（Ｒ4  ）との関係を示す図である。
【図５】石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ）に用いられる石炭ガス化設備の概略構成図である。
【図６】ガス化冷却器の概略構成図である。
【図７】リターンフロー型としたガス化冷却器の概略構成図である。
【図８】図７に示したガス化冷却器の横断面図である。
【図９】本発明のガス化冷却器に係る第２の実施形態として、リターンフロー型のガス化冷却器を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１０Ａ，３００    ガス化冷却器
５１    伝熱管
６０    突起部
７０    被覆部（二次流れ抑制手段）
７１    板材（二次流れ抑制手段）
７２    中実被覆部（二次流れ抑制手段）
２０，２０Ａ，３０１    煙道
２４，２４Ａ    折り返し部
２５    第１煙道入口
２６    第２煙道出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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