(57)【要約】【課題】熱媒体表面への金属塩化物の堆積の進行を防止できる熱交換装置を提供することである。【解決手段】粒状の熱媒体９を上部熱交換室２から下部熱交換室４へ落下させる連通部５の入口に、熱媒体９の温度を検出する温度計１５を設け、この温度計１５の検出出力に基づいて、連通部５での熱媒体９の温度が７００℃以上となるように、高温排ガス１の流入口１０に設けたバーナ１７の燃焼を制御することにより、熱媒体９を下部熱交換室４で急冷して、その金属塩化物の堆積層にクラックを発生させ、金属塩化物を効果的に剥離させてその堆積の進行を防止できるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温気体が下方から上方へ流通する上部熱交換室と、低温気体が下方から上方へ流通する下部熱交換室とを連通部で上下に連通して、前記上部熱交換室の上部から投入される粒状熱媒体を前記連通部を通して前記下部熱交換室へ落下させ、これらの熱媒体を前記各熱交換室に複数段に設けた多孔板トレイ上で流動させながら、前記下方から上方へ流通する各気体と熱交換させ、熱交換した熱媒体を前記下部熱交換室から上部熱交換室へ戻して循環使用する熱交換装置において、前記高温気体が廃棄物を溶融する溶融炉から排出される排ガスであり、前記連通部の近傍に前記熱媒体の温度を検出する温度計を設け、この温度計の検出出力に基づいて、前記連通部での熱媒体の温度が７００℃以上となるように制御する手段を設けたことを特徴とする熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒状熱媒体を用いて、高温気体の顕熱を低温気体に回収する熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直径１〜３ｍｍ程度の粒状熱媒体を用いて、高温気体の顕熱を低温気体に回収する熱交換装置としては、高温気体が下方から上方へ流通する上部熱交換室と、低温気体が下方から上方へ流通する下部熱交換室とを連通部で上下に連通して、上部熱交換室の上部から投入される熱媒体を連通部を通して下部熱交換室へ落下させ、これらの熱媒体を各熱交換室に複数段に設けた多孔板トレイ上で流動させながら、各熱交換室を下方から上方へ流通する気体と熱交換させ、熱交換した熱媒体を下部熱交換室から上部熱交換室へ戻して循環使用するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この種の熱交換装置では、上部熱交換室を流通させる高温気体に、廃棄物を溶融する溶融炉から排出される排ガスを用いると、排ガス中に多く含まれる粘着性の高い金属塩化物が熱媒体の表面に付着する。すなわち、通常、高温気体として用いられる溶融炉からの排ガスの上部熱交換室入口での温度は、７００〜１２００℃程度であり、熱媒体は上部熱交換室で５００〜８００℃前後にまで加熱される。この排ガス中に含まれる金属塩化物の融点は７００℃前後であり、熱媒体の温度が７００〜８００℃になると液状化して、熱媒体の表面に付着する。
【０００４】
この粘着性の金属塩化物は、熱媒体の循環使用中にその表面に徐々に堆積し、この堆積量が多くなると、熱媒体が多孔板トレイに固着したり、熱媒体同士がくっついて凝集したりする。このような熱媒体の固着や凝集が生じやすくなるときの金属塩化物の堆積量は、個々の熱媒体の慣性質量によって異なり、慣性質量が小さいものほど、少ない堆積量で固着や凝集が生じる。例えば、アルミナの熱媒体を用いる場合は、直径が１．２ｍｍ程度のものでは、金属塩化物の堆積量が３５０ｍｇ／ｋｇ（熱媒体１ｋｇ当たりの堆積物の塩素量）程度で、直径が３．０ｍｍ程度のものでは、５５０ｍｇ／ｋｇ程度で、固着や凝集が生じやすくなる。
【０００５】
このような熱媒体の固着や凝集が生じると、熱媒体の流動性が悪化して熱交換効率が著しく低下するので、従来は、熱交換装置の運転を停止し、固着した熱媒体や凝集した熱媒体を除去していた。
【０００６】
この熱媒体の固着や凝集の防止を目的とした熱交換装置としては、多孔板トレイを下向きに傾斜させたり、多孔板トレイに振動を付与する振動手段を付設したりして、熱媒体の多孔板トレイへの固着を防止するようにしたもの（例えば、特許文献２参照。）や、熱媒体を集めて通す通路を形成し、この通路に回転羽根等の凝集熱媒体の分離手段を設けたもの（例えば、特許文献３参照。）がある。
【０００７】
なお、上部熱交換室での熱媒体の加熱温度を６００℃前後以下とするように熱交換装置を運転すれば、金属塩化物が熱媒体に堆積することはないが、熱媒体の加熱温度を低く制限すれば、当然、熱交換効率が低下するので実用的ではない。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５４−１３９１６０号公報（第２９７−２９９頁、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−２８３６７６号公報（第３−５頁、第１−７図）
【特許文献３】
特開２０００−２８３６７３号公報（第２−３頁、第１−２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した熱媒体の固着や凝集の防止を目的とした従来の熱交換装置は、これらの原因となる熱媒体表面への金属塩化物の堆積を防止するものではないので、熱交換装置の連続運転時間を延長することはできるが、金属塩化物の堆積がさらに進行すれば、熱交換装置の運転を停止して、固着した熱媒体や凝集した熱媒体を除去する必要がある。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、熱媒体表面への金属塩化物の堆積の進行を防止できる熱交換装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、高温気体が下方から上方へ流通する上部熱交換室と、低温気体が下方から上方へ流通する下部熱交換室とを連通部で上下に連通して、前記上部熱交換室の上部から投入される粒状熱媒体を前記連通部を通して前記下部熱交換室へ落下させ、これらの熱媒体を前記各熱交換室に複数段に設けた多孔板トレイ上で流動させながら、前記下方から上方へ流通する各気体と熱交換させ、熱交換した熱媒体を前記下部熱交換室から上部熱交換室へ戻して循環使用する熱交換装置において、前記高温気体が廃棄物を溶融する溶融炉から排出される排ガスであり、前記連通部の近傍に前記熱媒体の温度を検出する温度計を設け、この温度計の検出出力に基づいて、前記連通部での熱媒体の温度が７００℃以上となるように制御する手段を設けた構成を採用した。
【００１２】
本発明者らは、実験用熱交換装置の上部熱交換室に清浄な高温気体を流通させ、この高温気体の温度レベルを変えて、予め表面に金属塩化物を堆積させた熱媒体を循環させることにより、上部熱交換室出口の連通部における熱媒体の温度と、熱媒体表面の金属塩化物の堆積量の変化との関係を調査した。
【００１３】
この結果、連通部での熱媒体の温度が７００℃未満では、金属塩化物の堆積量はあまり変化しないが、熱媒体の温度を７００℃以上にすると、金属塩化物の堆積量が急減することを見出した。また、温度を７００℃以上とした場合の金属塩化物の堆積層には多くのクラックが観察され、７００℃未満とした場合の金属塩化物の堆積層には殆どクラックが発生していなかった。
【００１４】
この実験結果より、連通部での熱媒体の温度を７００℃以上にすると、金属塩化物の堆積層が少なくとも部分的に液状化し、この液状化した堆積層が下部熱交換室で急冷されてクラックが発生し、金属塩化物が剥離しやすくなることが推定される。熱媒体の温度が７００℃未満の場合は、金属塩化物の堆積層がほとんど液状化しておらず、固体状であるため、そのまま下部熱交換室で冷却されても、剥離を生じさせるようなクラックが発生しないものと思われる。すなわち、クラックは、液状の堆積層が急冷により固体状に変化する際に生じるものと思われる。
【００１５】
このような知見に基づいて、連通部の近傍に粒状熱媒体の温度を検出する温度計を設け、この温度計の検出出力に基づいて、連通部での熱媒体の温度が７００℃以上となるように制御することにより、熱媒体の表面に付着して堆積する金属塩化物に下部熱交換室でクラックを発生させて、下部熱交換室や戻し循環経路における熱媒体の壁面への衝突や熱媒体同士の衝突で、堆積した金属塩化物を剥離させ、上部熱交換室を流通させる高温気体に、溶融炉から排出される排ガスを用いても、循環使用される熱媒体表面への金属塩化物の堆積が進行しないようにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態を示す。この熱交換装置は、高温排ガス１が流通する上部熱交換室２と、低温気体３が流通する下部熱交換室４とが連通部５で上下に連通され、各熱交換室２、４に、それぞれ多孔板のトレイ６、７が複数段に設けられている。ホッパ８から上部熱交換室２の上部に投入される粒状の熱媒体９は、上部熱交換室２の各トレイ６、連通部５、下部熱交換室４の各トレイ７、下部熱交換室４の底部へと順次落下し、上部熱交換室２を流入口１０から排出口１１へと流通する高温排ガス１との接触で顕熱を回収し、下部熱交換室４を流入口１２から排出口１３へと流通する低温気体３に回収した顕熱を放出して熱交換する。熱交換して下部熱交換室４の底部から排出される熱媒体９は、エアリフト１４により上方のホッパ８へ戻されて循環使用される。
【００１７】
前記連通部５の入口には、熱媒体９の温度を検出する温度計１５が設けられ、この温度計１５の検出結果に基づいて、コントローラ１６が、上部熱交換室２の高温排ガス１の流入口１０に設けられたバーナ１７の燃焼を制御するようになっている。この実施形態では、連通部５での熱媒体９の温度を７００℃以上とするための余裕代を見込んで、温度計１５の検出温度の目標値を７２０℃とし、ＰＩ制御によりにバーナ１７の燃焼を制御するようにした。なお、温度計１５の検出温度が７２０℃を超えたときは、コントローラ１６はバーナ１７の燃焼を停止する。
【００１８】
【実施例】
図１に示した熱交換装置の上部熱交換室２に清浄な高温気体を流通させ、予め表面に金属塩化物を堆積させた直径１．２ｍｍのアルミナの熱媒体９を循環させて、温度計１５の検出温度が７２０℃となるようにバーナ１７の燃焼を制御する実機テストを行った（実施例）。比較例として、バーナ１７を使用しないテストも行った。バーナ１７を使用しない比較例における温度計１５の検出温度は４５０〜６００℃であった。なお、実施例および比較例のテストにおける金属塩化物の初期堆積量は、いずれも２８０ｍｇ／ｋｇ（熱媒体１ｋｇ当たりの堆積物の塩素量）とした。
【００１９】
図２は、上記実施例および比較例のテストにおいて、運転時間の経過に伴う熱媒体９への金属塩化物の堆積量の変化を測定した結果を示す。バーナ１７を用いて温度計１５の検出温度を７２０℃に制御した実施例では、運転時間の経過に伴って金属塩化物の堆積量が急激に減少し、４時間程度の経過で１００ｍｇ／ｋｇ以下に減少している。一方、バーナ１７を用いない比較例では、金属塩化物の堆積量がほとんど減少せず、測定を打ち切った５時間を経過しても２００ｍｇ／ｋｇ以上になっている。
【００２０】
以上の実機テスト結果より、連通部５での熱媒体９の温度が７００℃以上となるように制御することにより、熱媒体９の表面に付着して堆積する金属塩化物に下部熱交換室４でクラックを発生させて、堆積した金属塩化物を剥離できることが確認できた。なお、剥離は、下部熱交換室４やエアリフト１４等で、熱媒体９同士が衝突してクラックが広がることにより進行するものと思われる。
【００２１】
図３は、第２の実施形態を示す。この熱交換装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記高温排ガス１の流入口１０に設けたバーナ１７の替りに、連通部５の入口にヒータ１８を設けた点のみが異なる。この実施形態では、コントローラ１６は、温度計１５の検出結果に基づいて、連通部５での熱媒体９の温度が７００℃以上となるように、ヒータ１８の加熱温度を制御する。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明の熱交換装置は、粒状の熱媒体を上部熱交換室から下部熱交換室へ落下させる連通部の近傍に、熱媒体の温度を検出する温度計を設け、この温度計の検出出力に基づいて、連通部での熱媒体の温度が７００℃以上となるように制御する手段を設け、熱媒体を下部熱交換室で急冷して、その金属塩化物の堆積層にクラックを発生させるようにしたので、金属塩化物を効果的に剥離させてその堆積の進行を防止し、熱媒体の装置内での固着や凝集をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の熱交換装置を示す概略縦断正面図
【図２】図１の熱交換装置の運転時間の経過に伴う金属塩化物の堆積量の変化を示すグラフ
【図３】第２の実施形態の熱交換装置を示す概略縦断正面図
【符号の説明】
１  高温排ガス
２  上部熱交換室
３  低温気体
４  下部熱交換室
５  連通部
６、７  トレイ
８  ホッパ
９  熱媒体
１０  流入口
１１  排出口
１２  流入口
１３  排出口
１４  エアリフト
１５  温度計
１６  コントローラ
１７  バーナ
１８  ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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