(57)【要約】  【課題】  テルミット式などの灰溶融炉を備えた灰溶融設備において、空気予熱器の入口近傍における露点腐食を回避して点検・修理を簡略化し、スケール付着による熱交換率の低下を阻止する。  【解決手段】  灰溶融炉２の排ガスを間接冷却する空気予熱器１０を設置し、空気予熱器１０で間接冷却された排ガスを大気に放出する煙突１４を設置する。空気予熱器１０で熱交換された冷却空気の一部を冷却空気送風機６の一次側に戻す冷却空気戻り管２６を付設する。空気予熱器１０で熱交換された燃焼空気の一部を燃焼空気送風機７の一次側に戻す燃焼空気戻り管２７を付設する。これにより、冬季など気温が低い場合に、冷却空気および燃焼空気を空気予熱器１０へ循環させ、冷却空気、燃焼空気の入口温度Ｔ１、Ｔ２を高めることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰溶融炉（２）を備え、
前記灰溶融炉で発生した排ガスを間接冷却する熱交換手段（１０）を設け、
前記熱交換手段で間接冷却された排ガスを大気に放出する煙突（１４）を設け、
冷却空気を送出する冷却空気送風機（６）を設け、
前記冷却空気送風機から送出された冷却空気を前記熱交換手段に供給する給気管（１６）を設け、
前記熱交換手段で熱交換された冷却空気を前記煙突に供給する排気管（３８）を設けた灰溶融設備（１）において、
前記熱交換手段で熱交換された冷却空気の一部を前記冷却空気送風機の一次側に戻す冷却空気戻り管（２６）を付設したことを特徴とする灰溶融設備。
【請求項２】
灰溶融炉（２）を備え、
前記灰溶融炉で発生した排ガスを間接冷却する熱交換手段（１０）を設け、
前記熱交換手段で間接冷却された排ガスを大気に放出する煙突（１４）を設け、
燃焼空気を送出する燃焼空気送風機（７）を設け、
前記燃焼空気送風機から送出された燃焼空気を前記熱交換手段に供給する給気管（１７）を設け、
前記熱交換手段で熱交換された燃焼空気を前記灰溶融炉に供給する供給管（４８）を設けた灰溶融設備（１）において、
前記熱交換手段で熱交換された燃焼空気の一部を前記燃焼空気送風機の一次側に戻す燃焼空気戻り管（２７）を付設したことを特徴とする灰溶融設備。
【請求項３】
前記冷却空気または前記燃焼空気の入口温度（Ｔ１、Ｔ２）を検知する温度検知手段（２８、２９）を設置し、
この温度検知手段の検知結果に基づいて前記冷却空気送風機（６）または前記燃焼空気送風機（７）の一次側への空気戻り量を増減させる空気戻り量調整手段（２４、２５）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の灰溶融設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テルミット式その他の形式の灰溶融炉を備えた灰溶融設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の灰溶融設備においては、焼却灰、飛灰、焼却残滓などの処理灰を灰溶融炉で溶融処理するときに高温（約１３００℃）の排ガスが発生するので、この排ガスの無害化処理（ダイオキシンその他の有害物質の完全除去など）を行った上で煙突から大気に放出する必要がある。そのため、灰溶融炉の排ガスを排ガス冷却装置で急激に水冷し、バグフィルター（ろ過集塵機）のろ布で排ガス中の溶融飛灰などの塵埃を捕集して取り除いた後、誘引送風機で煙突に誘引していた。
【０００３】
このとき、バグフィルターに導入される排ガスが湿っていると、ろ布が目詰まりを起こして集塵機能が低下することから、排ガス冷却装置とバグフィルターとの間に熱交換手段として空気予熱器を設置し、この空気予熱器で排ガスを間接冷却することにより、バグフィルターの入口における排ガスの相対湿度が所定値（例えば、４０％）を超えないようにしていた。すなわち、ブロワおよび給気管を用いて空気予熱器に冷却空気および燃焼空気として大気を送り込み、空気予熱器で排ガスと熱交換させることにより、排ガスから熱を奪い取って冷却していた。
【０００４】
なお、熱交換後の冷却空気は、煙突から白煙が発生するのを防ぐため、煙突から大気に放出される排ガスに混合して希釈し、その相対湿度を低下させていた。また、熱交換後の燃焼空気は、灰溶融炉のバーナに供給され、灯油などの燃料の燃焼効率を高めるために利用されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これでは、特に冬季など気温が低い場合に次のような不都合が生じていた。
【０００６】
第１に、空気予熱器に冷却空気や燃焼空気を送り込むときに、気温の低下に伴って冷却空気や燃焼空気の入口温度が下がるので、空気予熱器の入口近傍において酸（塩酸、硫酸など）による露点腐食が起こりやすい。したがって、空気予熱器を定期的に点検し、必要に応じて修理しなければならない面倒がある。
【０００７】
第２に、空気予熱器内に結露の発生とともにスケールが生成し、しかも、このスケールは高湿度ゆえに空気予熱器内の伝熱管などに強固に付着するため、スケール除去装置を用いても容易に除去できないことから、排ガスの熱交換率の低下を強いられる。
【０００８】
これらの事情は空気予熱器以外の熱交換手段（例えば、廃熱ボイラなど）についても同様である。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、空気予熱器などの熱交換手段において、その入口近傍における露点腐食を回避して点検・修理を簡略化するとともに、スケール付着による熱交換率の低下を阻止することが可能な灰溶融設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
まず、請求項１に記載の本発明は、灰溶融炉（２）を備え、前記灰溶融炉で発生した排ガスを間接冷却する熱交換手段（１０）を設け、前記熱交換手段で間接冷却された排ガスを大気に放出する煙突（１４）を設け、冷却空気を送出する冷却空気送風機（６）を設け、前記冷却空気送風機から送出された冷却空気を前記熱交換手段に供給する給気管（１６）を設け、前記熱交換手段で熱交換された冷却空気を前記煙突に供給する排気管（３８）を設けた灰溶融設備（１）において、前記熱交換手段で熱交換された冷却空気の一部を前記冷却空気送風機の一次側に戻す冷却空気戻り管（２６）を付設して構成される。この熱交換手段としては、例えば空気予熱器を挙げることができる。かかる構成により、冷却空気を熱交換手段へ循環させて冷却空気の入口温度を高めることができるようになる。
【００１１】
また、請求項２に記載の本発明は、灰溶融炉（２）を備え、前記灰溶融炉で発生した排ガスを間接冷却する熱交換手段（１０）を設け、前記熱交換手段で間接冷却された排ガスを大気に放出する煙突（１４）を設け、燃焼空気を送出する燃焼空気送風機（７）を設け、前記燃焼空気送風機から送出された燃焼空気を前記熱交換手段に供給する給気管（１７）を設け、前記熱交換手段で熱交換された燃焼空気を前記灰溶融炉に供給する供給管（４８）を設けた灰溶融設備（１）において、前記熱交換手段で熱交換された燃焼空気の一部を前記燃焼空気送風機の一次側に戻す燃焼空気戻り管（２７）を付設して構成される。この熱交換手段としては、例えば空気予熱器を挙げることができる。かかる構成により、燃焼空気を熱交換手段へ循環させて燃焼空気の入口温度を高めることができるようになる。
【００１２】
また、請求項３に記載の本発明は、前記冷却空気または前記燃焼空気の入口温度（Ｔ１、Ｔ２）を検知する温度検知手段（２８、２９）を設置し、この温度検知手段の検知結果に基づいて前記冷却空気送風機（６）または前記燃焼空気送風機（７）の一次側への空気戻り量を増減させる空気戻り量調整手段（２４、２５）を設けて構成される。この温度検知手段としては、例えば温度計を挙げることができる。また、この空気戻り量調整手段としては、例えば電磁流量比例弁を挙げることができる。かかる構成により、冷却空気または燃焼空気の入口温度をきめ細かく制御することができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、空気予熱器などの熱交換手段において、冷却空気を循環させて冷却空気の入口温度を高めることができるので、熱交換手段の入口近傍における露点腐食を回避して点検・修理を簡略化するとともに、スケール付着による熱交換率の低下を阻止することが可能となる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明によれば、空気予熱器などの熱交換手段において、燃焼空気を循環させて燃焼空気の入口温度を高めることができるので、熱交換手段の入口近傍における露点腐食を回避して点検・修理を簡略化するとともに、スケール付着による熱交換率の低下を阻止することが可能となる。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、冷却空気または燃焼空気の入口温度をきめ細かく制御することができるため、冷却空気または燃焼空気の入口温度の上昇に伴う排ガスの熱交換率の低下を最小限に抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る灰溶融設備の一実施形態を示す概略構成図、
図２は図１に示す灰溶融設備の空気予熱器を示す詳細図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側断面図である。
【００１８】
この灰溶融設備１は、図１に示すように、灰溶融炉２を有しており、灰溶融炉２の下流側には順次、二次燃焼炉３、排ガス冷却装置５、廃熱ボイラ９、空気予熱器１０、バグフィルター１１、誘引送風機１２および煙突１４が設置されている。これらの灰溶融炉２、二次燃焼炉３、排ガス冷却装置５、廃熱ボイラ９、空気予熱器１０、バグフィルター１１、誘引送風機１２および煙突１４は排ガス管１５（１５Ａ〜１５Ｇ）で連結されており、廃熱ボイラ９の入口および出口にはそれぞれ開閉弁２１、２２が取り付けられている。また、排ガス冷却装置５と空気予熱器１０との間にはバイパス管１８が廃熱ボイラ９を迂回する形で配管されており、バイパス管１８には開閉弁２０が取り付けられている。さらに、排ガス冷却装置５と煙突１４との間には通気管８が配管されており、通気管８には開閉弁１９が排ガス冷却装置５の近傍に取り付けられている。なお、この開閉弁１９は灰溶融設備１の運転時には閉じられるため、排ガス冷却装置５内の排ガスが通気管８を通って煙突１４から放出されることはない。また、二次燃焼炉３、排ガス冷却装置５、廃熱ボイラ９、空気予熱器１０およびバグフィルター１１の底部にはそれぞれロータリーバルブ１３（１３Ａ〜１３Ｅ）が設けられている。
【００１９】
ところで、空気予熱器１０は、図２（ａ）に示すように、架台３０を有しており、架台３０上には四角筒状のケーシング３１が縦に立設されている。ケーシング３１には、その上端部に排ガス入口３１ａが横向きに形成されているとともに、その下端部に排ガス出口３１ｂが横向きに形成されており、これら排ガス入口３１ａ、排ガス出口３１ｂを結ぶ形でケーシング３１内に排ガス通路３２が垂直に形成されている。ここで、ケーシング３１は上下に二分され、下側が第１熱交換部３１ｃ、上側が第２熱交換部３１ｄとなっている。
【００２０】
そして、ケーシング３１の第１熱交換部３１ｃには、図２（ｂ）に示すように、３段のパイプからなる複数組（図２では１０組）の伝熱管３３が上下１列に並んでそれぞれ排ガス通路３２を横切るように水平に架け渡されており、これら伝熱管３３の両端部はケーシング３１の外側に向けて開口している。また、ケーシング３１の外周には複数個（図２では９個）の連結ダクト３４が、互いに隣接する伝熱管３３同士をその片側の端部で連通しつつ大気から遮蔽する形で交互に高さをずらして取り付けられている。なお、最下位の伝熱管３３の片側（連結ダクト３４が取り付けられていない側）には給気ダクト３５が横向きに取り付けられており、最上位の伝熱管３３の片側（連結ダクト３４が取り付けられていない側）には排気ダクト３６が横向きに取り付けられている。そのため、給気ダクト３５、伝熱管３３、連結ダクト３４および排気ダクト３６を結ぶ形でジグザグの通気路３７が形成されている。さらに、給気ダクト３５には給気管１６が配管されており、給気管１６の先端には、図１に示すように、冷却空気を送出するブロワなどの冷却空気送風機６が接続されている。また、排気ダクト３６には排気管３８が通気管８に合流する形で配管されており、排気管３８には開閉弁２３が取り付けられている。さらに、排気管３８には冷却空気戻り管２６が開閉弁２３の上流側で分岐して冷却空気送風機６の一次側（吸引側）に接続される形で配管されており、冷却空気戻り管２６には電磁流量比例弁２４が取り付けられている。なお、給気管１６には温度検知手段として温度計２８が冷却空気の入口温度Ｔ１を検知しうるように取り付けられている。ここで、冷却空気の入口温度Ｔ１とは、冷却空気が給気管１６から通気路３７に至る直前の温度を意味する。
【００２１】
一方、ケーシング３１の第２熱交換部３１ｄには、図２（ｂ）に示すように、３段のパイプからなる複数組（図２では６組）の伝熱管４３が上下１列に並んでそれぞれ排ガス通路３２を横切るように水平に架け渡されており、これら伝熱管４３の両端部はケーシング３１の外側に向けて開口している。また、ケーシング３１の外周には複数個（図２では５個）の連結ダクト４４が、互いに隣接する伝熱管４３同士をその片側の端部で連通しつつ大気から遮蔽する形で交互に高さをずらして取り付けられている。なお、最下位の伝熱管４３の片側（連結ダクト４４が取り付けられていない側）には給気ダクト４５が横向きに取り付けられており、最上位の伝熱管４３の片側（連結ダクト４４が取り付けられていない側）には排気ダクト４６が横向きに取り付けられている。そのため、給気ダクト４５、伝熱管４３、連結ダクト４４および排気ダクト４６を結ぶ形でジグザグの通気路４７が形成されている。さらに、給気ダクト４５には給気管１７が配管されており、給気管１７の先端には、図１に示すように、燃焼空気を送出するブロワなどの燃焼空気送風機７が接続されている。また、排気ダクト４６には供給管４８が灰溶融炉２に接続される形で配管されている。さらに、供給管４８には燃焼空気戻り管２７が途中で分岐して燃焼空気送風機７の一次側（吸引側）に接続される形で配管されており、燃焼空気戻り管２７には電磁流量比例弁２５が取り付けられている。なお、給気管１７には温度検知手段として温度計２９が燃焼空気の入口温度Ｔ２を検知しうるように取り付けられている。ここで、燃焼空気の入口温度Ｔ２とは、燃焼空気が給気管１７から通気路４７に至る直前の温度を意味する。
【００２２】
灰溶融設備１は以上のような構成を有するので、灰溶融炉２の排ガスを無害化して煙突１４から大気に放出する際には、誘引送風機１２を駆動して灰溶融炉２の排ガスを煙突１４側（下流側）へ負圧吸引する。ここで、灰溶融炉２の排ガスを廃熱ボイラ９で熱回収する場合と熱回収しない場合がありうるが、灰溶融炉２の排ガスを廃熱ボイラ９で熱回収する場合は、排ガスを廃熱ボイラ９にも導く必要があるので、開閉弁２０を閉じるとともに、開閉弁２１、２２を開けておく。他方、灰溶融炉２の排ガスを廃熱ボイラ９で熱回収しない場合は、廃熱ボイラ９を迂回してバイパス運転を行うべく、開閉弁２０を開けるとともに、開閉弁２１、２２を閉じておく。さらに、開閉弁２３が開き、電磁流量比例弁２４が閉じた状態で、冷却空気として大気を冷却空気送風機６から給気管１６に送り込む。また、電磁流量比例弁２５が閉じた状態で、燃焼空気として大気を燃焼空気送風機７から給気管１７に送り込む。
【００２３】
すると、灰溶融炉２の排ガスは、まず灰溶融炉２から排ガス管１５Ａを通って二次燃焼炉３に導かれ、そこで所定の温度（例えば、９００℃）以上を維持するために加熱されて、ダイオキシンなどの有害物質が完全に分解される。次に、この排ガスは、二次燃焼炉３から排ガス管１５Ｂを通って排ガス冷却装置５に導かれ、さらに排ガス管１５Ｃ、１５Ｄを通って廃熱ボイラ９、空気予熱器１０まで導かれて、そこで所定の温度（例えば、１８０℃）まで急冷されるため、ダイオキシンなどの有害物質の再合成が防止される。
【００２４】
なお、廃熱ボイラ９で排ガスの熱回収を行う場合、この排ガスは、排ガス冷却装置５から排ガス管１５Ｃを通って廃熱ボイラ９に導かれ、そこで熱回収されて間接冷却された後、廃熱ボイラ９から排ガス管１５Ｄを通って空気予熱器１０に導かれる。一方、廃熱ボイラ９で排ガスの熱回収を行わない場合、この排ガスは、排ガス冷却装置５から排ガス管１５Ｃ、バイパス管１８を通って直接、つまり廃熱ボイラ９を経由せずに空気予熱器１０に導かれる。
【００２５】
このとき、空気予熱器１０に導かれた排ガスは、燃焼空気および冷却空気と２段階で熱交換され、所定の温度（例えば、１８０℃）まで間接冷却される。すなわち、給気管１７に送り込まれた燃焼空気は、それが通気路４７を通過するとき、空気予熱器１０の排ガス通路３２を流下する排ガスと熱交換し、この排ガスを間接冷却する。また、給気管１６に送り込まれた冷却空気は、それが通気路３７を通過するとき、空気予熱器１０の排ガス通路３２を流下する排ガスと熱交換し、この排ガスをさらに間接冷却するのである。そして、熱交換後の燃焼空気は供給管４８を経由して灰溶融炉２のバーナに供給され、灯油などの燃料の燃焼効率を高めるために利用される。一方、熱交換後の冷却空気は乾燥状態のまま排気管３８、通気管８を経て煙突１４に供給される。
【００２６】
ここで、冬季など気温が低い場合には、冷却空気および燃焼空気の入口温度Ｔ１、Ｔ２が下がり、空気予熱器１０において露点腐食やスケール付着の問題が生じうるので、これらの問題を解消するため、冷却空気の入口温度Ｔ１を温度計２８によって検知し、この入口温度Ｔ１が所定の温度（例えば、４０℃）より低い場合には、電磁流量比例弁２４を開ける。すると、通気路３７で熱交換された後の冷却空気の一部が冷却空気戻り管２６を経て冷却空気送風機６の一次側に戻り、冷却空気送風機６によって再び給気管１６に送り込まれて循環するので、冷却空気の入口温度Ｔ１が所定の温度（例えば、４０〜６０℃）まで上昇することになる。同様に、燃焼空気の入口温度Ｔ２を温度計２９によって検知し、この入口温度Ｔ２が所定の温度（例えば、４０℃）より低い場合には、電磁流量比例弁２５を開ける。すると、通気路４７で熱交換された後の燃焼空気の一部が燃焼空気戻り管２７を経て燃焼空気送風機７の一次側に戻り、燃焼空気送風機７によって再び給気管１７に送り込まれて循環するので、燃焼空気の入口温度Ｔ２が所定の温度（例えば、４０〜６０℃）まで上昇することになる。
【００２７】
これらの結果、冬季など気温が低い場合においても、冷却空気および燃焼空気の入口温度Ｔ１、Ｔ２は所定の温度に維持されるので、空気予熱器１０の入口近傍において酸（塩酸、硫酸など）による露点腐食が起こらず、よって空気予熱器１０の点検・修理を簡略化することができる。また、空気予熱器１０内にスケールが生成しても、そのスケールは湿度が低いため伝熱管３３、４３の外周面やケーシング３１の内面などに付着しにくく、たとえ付着したとしてもスケール除去装置（図示せず）で容易に除去できるので、スケールの付着によって排ガスの熱交換率が低下してしまう不都合は生じない。
【００２８】
なお、冷却空気の入口温度Ｔ１が上昇すると、その上昇分だけ排ガスとの温度差が小さくなるので、排ガスの熱交換率がやや低下するが、冷却空気の入口温度Ｔ１に応じて電磁流量比例弁２４の開度を調節することにより、冷却空気送風機６の一次側への空気戻り量を適宜増減させれば、冷却空気の入口温度Ｔ１をきめ細かく制御することができるので、冷却空気の入口温度Ｔ１の上昇に伴う排ガスの熱交換率の低下を最小限に抑えることが可能となる。同様に、燃焼空気の入口温度Ｔ２が上昇すると、その上昇分だけ排ガスとの温度差が小さくなるので、排ガスの熱交換率がやや低下するが、燃焼空気の入口温度Ｔ２に応じて電磁流量比例弁２５の開度を調節することにより、燃焼空気送風機７の一次側への空気戻り量を適宜増減させれば、燃焼空気の入口温度Ｔ２をきめ細かく制御することができるので、燃焼空気の入口温度Ｔ２の上昇に伴う排ガスの熱交換率の低下を最小限に抑えることが可能となる。
【００２９】
こうして空気予熱器１０で間接冷却された排ガスは、排ガス管１５Ｅを通ってバグフィルター１１に導かれ、そこで溶融飛灰などの塵埃がろ布で捕集されて取り除かれる。このとき、排ガスは酸性となっているが、バグフィルター１１に導かれる前に消石灰などの中和剤が所定量だけ排ガスに噴霧されるので、この排ガスは中和されて酸性ガス濃度が規定値以下に低下する。
【００３０】
最後に、この排ガスは、バグフィルター１１から排ガス管１５Ｆを通って誘引送風機１２に導かれ、さらに排ガス管１５Ｇを通って煙突１４に導かれて大気に放出される。このとき、煙突１４には、上述したとおり、熱交換後の冷却空気が乾燥状態のまま供給されているので、煙突１４内で排ガスがこの冷却空気によって希釈され、その相対湿度が低下することから、煙突１４から白煙が出る事態を未然に防止することができる。また、この排ガスはその酸性ガス濃度が規定値以下となっているため、煙突１４から放出しても大気汚染の原因となることはない。
【００３１】
ここで、灰溶融炉２の排ガスを無害化して煙突１４から大気に放出する処理が終了する。
【００３２】
なお、上述の実施形態においては、熱交換後の冷却空気を直接的に煙突１４に供給して排ガスに混合する場合について説明したが、この冷却空気をバグフィルター１１の下流側で排ガスに合流させた後、排ガスとともに煙突１４に供給するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る灰溶融設備の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す灰溶融設備の空気予熱器を示す詳細図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１……灰溶融設備
２……灰溶融炉
６……冷却空気送風機
７……燃焼空気送風機
１０……空気予熱器（熱交換手段）
１１……バグフィルター
１４……煙突
１６、１７……給気管
２４、２５……電磁流量比例弁（空気戻り量調整手段）
２６……冷却空気戻り管
２７……燃焼空気戻り管
２８、２９……温度計（温度検知手段）
３８……排気管
４８……供給管
Ｔ１……冷却空気の入口温度
Ｔ２……燃焼空気の入口温度
【図１】
2005042999.tif 000003
【図２】
2005042999.tif 000004