(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉内に吊り下げられ下部に空気の流通孔が形成された金属製内管と、前記焼却炉内に位置する前記金属製内管の下端に固着された受金物と、該受金物に載置され前記金属製内管を内包する同軸のセラミック製外管と、前記金属製内管の上部を内包する同軸の金属製外管とを備え、前記金属製外管と前記セラミック製外管は、互いに径を異ならせるとともに、前記金属製外管の下部と前記セラミック製外管の上部をオーバーラップさせて形成され、前記金属製外管の下部と前記セラミック製外管の上部が弾性シール材を介して軸方向に摺動可能にシールされてなる空気加熱器。
【請求項２】
前記セラミック製外管は、前記金属製外管より大径に形成され、前記セラミック製外管の上端に設けられた耐火性ハウジングに充填された弾性シール材により、前記金属製外管の下部の外周面と軸方向に摺動可能にシールされてなる請求項１に記載の空気加熱器。
【請求項３】
前記セラミック製外管は、前記金属製外管より小径に形成され、前記金属製外管の下端に設けられた金属製ハウジングに充填された弾性シール材により、前記セラミック製外管の上部の外周面と軸方向に摺動可能にシールされてなる請求項１に記載の空気加熱器。
【請求項４】
前記セラミック製外管は上端を前記焼却炉の炉壁材の内部まで延在させて形成され、該セラミック製外管の上部外周面と前記炉壁材との間は、耐火部材に充填された弾性シール材を介して、摺動可能にシールされてなる請求項１、２または３に記載の空気加熱器。
【請求項５】
前記金属製内管と前記金属製外管とは、一体形成されてなる請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の空気加熱器。
【請求項６】
廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱分解残留物を生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留物を燃焼溶融して溶融スラグおよび燃焼排ガスを生成する燃焼溶融炉と、前記燃焼排ガスから熱回収して空気を加熱する空気加熱器とを備えてなる廃棄物処理システムにおいて、前記空気加熱器は、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の空気加熱器であることを特徴とする廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐高温腐食用の空気加熱器に係り、特に、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉などにおいて、ごみや廃棄物焼却処理で発生する高温の焼却ガスの熱エネルギーを低温空気と熱交換することにより回収し、熱エネルギーの有効利用を図るための吊り下げ型空気加熱器の上部シール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉において、ごみや廃棄物の焼却処理で発生する高温の燃焼ガスの熱エネルギーを回収して有効利用するために、空気加熱器が設けられている。
【０００３】
空気加熱器は、金属製伝熱管内に低温空気を流通させて、高温の燃焼ガスとの熱交換でこれを高温に加熱して熱回収するものであって、二酸化炭素の排出など地球環境に悪影響を及ぼすことのない、高効率のエネルギー資源回収システムである。しかして、回収された熱エネルギーは、ごみの熱分解、発電、その他の施設に有効利用されている。従来の空気加熱器の伝熱管は、焼却炉内に直接挿入配置されている。
【０００４】
ところで、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉で発生する燃焼ガスは、ごみや廃棄物に起因する塩素や塩化水素などの、高温における金属との反応で生成した生成物が短時間で蒸発損失してしまうような、著しく腐食性の高い腐食性物質を含む高腐食性のガスである。
【０００５】
したがって、これらの焼却炉内に設置され、高温、高腐食性ガス雰囲気にさらされる空気加熱器の伝熱管にあっては、その材質の面からも、また、構造の面からも、このような高温腐食性ガスに対して、十分な耐食性を有することが要求される。
【０００６】
従来、各種の耐食性合金についての開発は進められているが、このような焼却炉の高温高腐食性ガスに対して、十分な耐食性を示す耐食性合金はまだ見出されていない。
【０００７】
このため、従来、空気加熱器の耐食性向上のための手段として、以下の方式が考えられている。
▲１▼金属製伝熱管にスタッドピンを溶接し、その周囲に不定形耐火物を設置する。
▲２▼金属製伝熱管に、直方形を基本とする耐火物れんがを縦横の目地で繋いで設置する。
【０００８】
これらの方式においては、耐火物が腐食性ガス相における対流や相互拡散の物理的な障壁として働き、酸素、塩素等の腐食性ガスの伝熱管表面への到達や、反応生成物のガス相内での輸送などを抑止するといった作用で、伝熱管の腐食をある程度は抑止する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記▲１▼の場合には、伝熱管端部や管基部において、スタッドピンの損傷や、不定形耐火材の割れ、局所的な剥離・脱落などが生じるという問題があった。
【００１０】
前記▲２▼の場合では、耐火物れんがは重量があり、長尺の吊り下げ構造物を形成することができず、十分な熱回収ができないという問題があった。また、耐火物れんがの局所的な剥離・脱落も生じた。
【００１１】
いずれの場合においても、金属製伝熱管の損傷などの深刻な腐食現象があり、また、十分な熱回収が困難であり、空気加熱器の寿命が極めて短く、非効率的であるという問題があった。
【００１２】
これらは、耐火物れんがの重量が重いことと、耐火材と金属製伝熱管の熱膨張差により耐火物にクラックを生じたり、耐火物を固定するための金具が腐食損傷し、耐火物の損傷・剥離を起こして、耐火物の耐食効果が失われることが大きな要因と考えられる。
【００１３】
本発明の課題は、上記従来の問題点を解決し、伝熱管を、焼却炉の高温・高腐食性ガス雰囲気に耐久するセラミック管を用いて構成し、かつ、各部材の熱伸縮差による損傷を防止して、長さを所要のものに調整できる耐高温腐食型の空気加熱器を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の耐高温腐食型空気加熱器は、従来の耐火物れんがに比較してきわめて軽量で、しかも、引張力は弱いが圧縮力に強いセラミック管の特性を有効利用するために、セラミック製外管を積み重ねて構成し、熱伸縮量の異なるセラミック管や金属部材との間の摺動構造を工夫したものである。
【００１５】
すなわち上記課題は、焼却炉内に吊り下げられ下部に空気の流通孔が形成された金属製内管と、焼却炉内に位置する金属製内管の下端に固着された受金物と、この受金物に載置され金属製内管を内包する同軸のセラミック製外管と、金属製内管の上部を内包する同軸の金属製外管とを備え、金属製外管とセラミック製外管は、互いに径を異ならせるとともに、金属製外管の下部とセラミック製外管の上部をオーバーラップさせて形成され、金属製外管の下部とセラミック製外管の上部が弾性シール材を介して軸方向に摺動可能にシールされてなる空気加熱器によって解決される。
【００１６】
また、このような空気加熱器を廃棄物処理システムに適用することにより、高温・高腐食性ガス雰囲気においても、耐熱性および耐腐食性に優れ、燃焼排ガスの熱を効率的に回収し、炉外における空気配管を簡素化したシステム構成にできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の耐高温腐食型の空気加熱器の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明になる空気加熱器１の上部摺動構造の一例を示す縦断面図である。図１に示すように、本例は、吊り下げられた金属製内管２に設けられた受金物３に、金属製内管２を内包するセラミック製外管４が載置されている。
【００１９】
セラミック製外管４と金属製内管２とは同軸の二重管構造を有し、金属製内管２の上部には同軸の金属製外管３０を備え、金属製外管３０とセラミック製外管４とが、軸方向に摺動可能にシールされている。
【００２０】
本例では、セラミック製外管４は、金属製外管３０より大径に形成され、金属製外管３０の外周面とセラミック製外管４の先端部との間に、耐火性ハウジング３１に充填された弾性シール材３２が保持されている。なお、耐火性ハウジング３１はセラミック製外管４に接着されている。
【００２１】
また、セラミック製外管４の上部外周面と、炉壁材３３との間は、耐火部材３４に充填された弾性シール材３５を介して、摺動可能にシールされている。このような構造により、セラミック製外管4は自由に熱伸縮が可能となっている。
【００２２】
セラミック製外管４は、複数のセラミック管が連結リング１４を介して同軸方向に積み重ねられ、所要の長尺に形成されて十分な熱回収ができるようになっている。セラミック製外管４の下端はシール部材１７を介在させて、受金物３上に載置されている。
【００２３】
本発明になる耐高温腐食型空気加熱器１は、焼却炉などの高温・高腐食性ガス流（矢印５）内に配置される。被加熱空気６は、内管２内を下降した後、内管２の先端部に設けられた流通孔７から、内管２と外管４との間の空間８に流入し、空間８を上昇しながら、その間に、セラミック製外管４が伝熱管として作用し、外部の高温・高腐食性ガス流５により加熱される。
【００２４】
また、被加熱空気６を、内管２と外管４との間の空間８を下降させ、その間に、外部の高温・高腐食性ガス流５により加熱させ、その後、内管２内を上昇させて回収してもよい。
【００２５】
金属製内管２と金属製外管３０とは、図２に示すように、構造的に一体形成され、被加熱空気６の流入口にフランジ３６で連結され、過熱された高温空気６ａの流出口にもフランジ３７で連結されている。
【００２６】
空気加熱器１の下部は、内管２の先端に受金物３が溶接等により固着されており、この受金物３に設けたボルト１０に、先端キャップ１２が取りつけられている。先端キャップ１２は、排ガス流れ５が円滑に流れるように、半割状に形成されている。
【００２７】
本例によれば、金属管とは熱伸縮率の異なるセラミック管を独立に構成し、弾性シール材によって軸方向および径方向に自在に移動可能にシールしたので、熱変形の相違による損傷が防止され、かつ、加熱空気の漏洩も防がれる。
【００２８】
そのため、きわめて軽量で、引張力に弱く圧縮力に強いセラミック管の特性を有効に生かし、軸方向に積み重ねることによって、長尺の空気加熱器を形成できる。ちなみに、図１の例では、受金物３と炉壁材３３との間の距離が約８ｍ、１本のセラミック管の長さは約２ｍが可能である。
【００２９】
なお、図１の例では複数のセラミック製外管４を積み重ねているが、１本のセラミック製長尺管のみでもよい。この場合でも、セラミック管を吊り下げるのではなく、支持坂上に載置することにより、引張力に弱く圧縮力に強いセラミック管の特性を生かして、長尺管を使用できる。
【００３０】
図３は、図１のＡ部に示した上部摺動構造の他の例を示す図である。すなわち、図１の例では、耐火性ハウジング３１が断面コの字形であるが、図３の例では断面Ｌ形の形状とした。これによって、上方からシール材を充填しやすくなり、作業性が向上しメンテナンス性も向上する。
【００３１】
図４は、さらに別の実施形態を示す縦断面図である。本例が、図１の構造と異なるところは、セラミック製外管４が、金属製外管３０より小径に形成され、セラミック製外管４の先端部外周面と金属製外管３０との間に、ハウジング３８に充填された弾性シール材３２が保持されている点である。
【００３２】
本例によれば、セラミック製外管４を金属製外管３０の内側に配置したので、弾性シール材３２やハウジング３８が、上昇する加熱空気に曝されないため、ハウジング３８を、二つ割の金属製押え金具として製作でき、取り扱いも容易となる。また、弾性シール材３２の劣化も防ぐことができる。さらに、上昇する加熱空気も円滑に流れるという効果もある。
【００３３】
なお、本発明の耐高温腐食型の空気加熱器において、外管を構成するセラミックスとしては、熱伝導性に優れ、かつ、ごみ焼却灰中の成分と反応しにくい炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム等が好ましい、また、内管を構成する金属としては、耐熱性、耐食性に優れたＳＵＳ３１０等が好ましい。
【００３４】
また、このような耐高温腐食型空気加熱器は、ごみなどの廃棄物処理システムに好適に適用される。すなわち、廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱分解残留物を生成する熱分解反応器と、熱分解残留物を燃焼溶融して溶融スラグおよび燃焼排ガスを生成する燃焼溶融炉と、燃焼排ガスから熱回収して空気を加熱する空気加熱器とを備えてなる廃棄物処理システムにおいて、上記実施形態で説明した空気加熱器を適用できる。
【００３５】
このような空気加熱器を廃棄物処理システムに適用することにより、高温・高腐食性ガス雰囲気においても、耐熱性および耐腐食性に優れ、燃焼排ガスの熱を効率的に回収し、炉外における空気配管を簡素化したシステム構成にできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の空気加熱器によれば、金属管とは熱伸縮率の異なるセラミック管を独立に構成し、弾性シール材によって軸方向および径方向に自在に移動可能にシールしたので、熱変形の相違による損傷が防止される。
【００３７】
そのため、きわめて軽量で、引張力に弱く圧縮力に強いセラミック管の特性を有効に生かして軸方向に積み重ねることにより、長尺の空気加熱器を形成でき、十分な熱エネルギーを回収できる。したがって、焼却炉などの高温・高腐食性ガス雰囲気における耐食性および耐久性に著しく優れた、コンパクトな耐高温腐食型の空気加熱器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気加熱器の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の金属製内管と金属製外管との一体構造を示す模式図である。
【図３】図１のＡ部摺動構造の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の空気加熱器の別の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  耐高温腐食型空気加熱器
２  金属性内管
３  金属製支持板
４  セラミック製外管
５  高温・高腐食性ガス流
６  被加熱空気
７  流通孔
８  空間
１０  キャップ取付用ボルト
１２  先端キャップ
１４  連結リング
１７  シール部材
３０  金属製外管
３１  耐火性ハウジング
３２  弾性シール材
３３  炉壁材
３４  耐火材
３５  弾性シール材
３６、３７  フランジ
３８  金属製ハウジング
【図１】
0004414578.tif 000002
【図２】
0004414578.tif 000003
【図３】
0004414578.tif 000004
【図４】
0004414578.tif 000005