(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉の燃焼排ガスの熱回収を行う熱交換器に配設され内管が炭素鋼、ステンレス鋼または低合金鋼で構成され外管が耐食金属で構成される二重管からなり管内に被加熱流体を流す伝熱管の支持構造であって、
前記熱交換器の側壁に設けられたサポートと、
該サポート上に固定され伝熱管の一部を載せて支持する支持部材とを有し、
該支持部材が耐腐食性断熱材により構成され、支持部材の温度は伝熱管の表面温度より高く維持されることを特徴とする伝熱管の支持構造。
【請求項２】
耐腐食性断熱材がレンガ、キャスタブル耐火材、セラミックス、セラミックス合金複合材料の中から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項1に記載の伝熱管の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温腐食領域において焼却炉の燃焼排ガスの熱回収を行う熱交換器を構成する伝熱管の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却炉には、焼却炉の燃焼排ガスから熱エネルギーの回収を行うために熱交換器が設置される場合が多い。この熱交換器は多数の伝熱管により構成されているが、燃焼排ガス中に含まれる酸の結露による腐食、すなわち酸露点腐食（以下、「低温腐食」という。）を防止するため、熱交換器は伝熱管の表面温度が酸の露点以下とならないような領域に設置されるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱交換器の伝熱管の表面温度が酸の露点以下となるような領域（以下、「低温腐食領域」という。）での熱交換器の設置が可能であれば、従来行われていない低温領域での熱回収が可能となり、廃熱の回収効率を大幅に向上させることができる。このような課題に対し本出願人は、低温腐食領域においても設置可能な新たな熱交換器を開発し、特願２０００−８２６８３で提案した。
【０００４】
しかしながら、その後の検討の結果、前記熱交換器を構成する伝熱管を支持する支持部材に従来使用されてきたような金属部材を用いた場合、金属部材自体が伝熱管に接触しているため熱伝導により伝熱管表面温度に近い温度となり、伝熱管表面温度が低温腐食領域となる温度の場合には支持部材表面にも酸の結露が生じるため腐食が促進され、支持部材としての機能が早期に損なわれるという問題が生じることが判明した。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、熱交換器を低温腐食領域に設置した場合にも伝熱管の支持構造としての機能を長期に維持することが可能な伝熱管の支持構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
【０００７】
請求項１の発明は、焼却炉の燃焼排ガスの熱回収を行う熱交換器に配設され内管が炭素鋼、ステンレス鋼または低合金鋼で構成され外管が耐食金属で構成される二重管からなり管内に被加熱流体を流す伝熱管の支持構造であって、前記熱交換器の側壁に設けられたサポートと、該サポート上に固定され伝熱管の一部を載せて支持する支持部材とを有し、該支持部材が耐腐食性断熱材により構成され、支持部材の温度は伝熱管の表面温度より高く維持されることを特徴とする伝熱管の支持構造である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、耐腐食性断熱材がレンガ、キャスタブル耐火材、セラミックス、セラミックス合金複合材料の中から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする伝熱管の支持構造である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図1及び図２は、本発明に係る熱交換器を構成する伝熱管の支持構造の一例を示した図であり、図１は熱交換器（側壁は図示を省略）を含めた全体の斜視図、図２は図１中のＡ部分の拡大図である。図１及び図２において、熱交換器１を構成する伝熱管２は、支持部材３により支持されており、該支持部材３は、側壁４に設けられたサポート５の上に固定されている。
【００１０】
前記支持部材３は耐腐食性断熱材により構成されている。前記支持部材３を断熱材により構成することで、伝熱管２の表面温度が低温腐食領域となる温度であっても、接触している支持部材３自体の温度が伝熱管からの熱伝導により下がることはなく、支持部材３自体に酸の結露が発生することはない。
【００１１】
支持部材３自体に酸の結露が発生しないため、支持部材３を固定している前記サポート５に結露した酸が直接付着することはなく、又サポート５自体は周囲のガス温度と同程度の温度となり酸の結露による腐食が起こらないため、サポート５に耐腐食性の高い高価な材料を用いなくとも支持構造としての機能を長期に維持することが可能となる。
【００１２】
さらに、前記支持部材３は耐腐食性であるため、伝熱管２の表面に酸の結露が発生した場合でも、支持部材３の酸による腐食を防止することができ、支持構造としての機能を長期に維持することが可能となる。
【００１３】
前記耐腐食性断熱材は、レンガ、キャスタブル耐火材、セラミックス、セラミックス合金複合材料の中から選ばれる１種又は２種以上であることが好ましい。耐腐食性断熱材としてレンガ、キャスタブル耐火材、セラミックスまたはセラミックス合金複合材料を用いることにより、高い断熱効果及び耐腐食性効果を発揮し、支持構造としての機能をより長期に維持することが可能となる。
【００１４】
ここで、前記レンガとしては、例えば、粘土質耐火レンガ、高アルミナ質耐火レンガ、炭化珪素質耐火レンガなどを用いることができる。
【００１５】
また、前記キャスタブル耐火材としては、例えば、粘土質キャスタブル耐火物、高アルミナ質キャスタブル耐火物、炭化珪素質キャスタブル耐火物、プラスチック耐火物などを用いることができる。
【００１６】
また、前記セラミックスとしては、例えば、Ａｌ2Ｏ3や窒化アルミニウムなどの燒結体を用いることができる。
【００１７】
また、前記セラミックス合金複合材料としては、ＡｌとＡｌＮを含み、ＡｌＮを１ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下、（Ａｌ＋ＡｌＮ＋ＡｌＯＮ）の合計割合が５０ｗｔ％以上１００ｗｔ％以下となるものを用いることができる。
【００１８】
次に、本発明の支持構造が適用される熱交換器を構成する伝熱管の好ましい実施形態を説明する。
【００１９】
この伝熱管は以下のような構成を有する。
（１）二重管からなる伝熱管であって、該二重管の内管を炭素鋼、ステンレス鋼または低合金鋼で構成し、外管を耐食金属で構成したことを特徴とする伝熱管。
（２）上記（１）において、外管を構成する耐食金属をハステロイまたはインコネルとしたことを特徴とする伝熱管。
（３）上記（１）または（２）において、熱回収する排ガスが低温腐食性ガスであることを特徴とする伝熱管。
（４）上記（３）において、低温腐食性ガスの温度が１３０℃〜２５０℃であることを特徴とする伝熱管。
【００２０】
図３は、本発明の支持構造が適用される熱交換器の１実施形態の構成図、図４（ａ），（ｂ）は図３の要部の縦断面図及び斜視図である。図３において、１１はボイラ、１２はボイラ１１の下流側に配設されてボイラ１１から流出する低温腐食性ガスの熱回収を行う熱交換器で、ボイラ１１と熱交換器１２は図３の接続管１３によって接続されている。
【００２１】
１４は熱交換器１２内に配設した伝熱管で、熱交換器１２の下部から内部に貫通し、熱交換器１２内を通過した後、上部の同じ側から外部に貫通する。そして、伝熱管１４の内部には被加熱流体が流れており、熱交換器１２内を流れる腐食性ガス１５と熱交換する。
【００２２】
上記の構成において、ボイラ１１の出口での排ガス温度は通常２８０℃〜３００℃程度であり、その廃熱を熱交換器１２によって回収する。この場合、熱交換器１２の伝熱管１４の表面温度を６０℃〜１２０℃とする条件で、長期の熱交換が可能である。
【００２３】
１６は熱交換器１２の下流側に配設した集塵器、１７は集塵器１６の下流側に配設した誘引送風機、１８は誘引送風機１７の下流側に配設した煙突で、熱交換器１２と集塵器１６は第２の接続管１９により接続され、集塵器１６と誘引送風機１７は第３の接続管２０によって接続されており、また、誘引送風機１７と煙突１８は第4の接続管２１によって接続されている。
【００２４】
次に、熱交換器１２の伝熱管１４の構成を、図４を用いて詳細に説明する。伝熱管１４は円筒状の二重管で構成されており、２２は伝熱管１４の内管、２３は外管で、管内側材として通常のボイラ用の材料を使用し、管外側材として高合金の耐低温腐食材料を使用している。例えば、内管２２が炭素鋼、ステンレス鋼、Ｍｏ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼あるいはＮｉ鋼等からなるボイラ熱交換器用鋼管（ＪＩＳＧ  ３４６１，３４６２，３４６３，３４６４）であり、外管２３が焼却施設の低温腐食雰囲気における耐低温腐食材料であるＮｉ-Ｃｒ-Ｆｅ系合金或いはＮｉ-Ｍｏ系合金等の耐食金属を用いることができる。ここで、Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ系合金としてはＮｉ：４５〜８０ｗｔ％，Ｃｒ：１５〜２５ｗｔ％，Ｆｅ：０．３〜２０ｗｔ％を含有する合金、例えばインコネル等を用いることが好ましく、Ｎｉ-Ｍｏ系合金としてはＮｉ：３０〜７０ｗｔ％，Ｍｏ：１０〜３０ｗｔ％を含有する合金、例えばハステロイ等を用いることが好ましい。なお、インコネル合金としてはインコネル６８６、ハステロイ合金としてはハステロイＣ，ハステロイＣ２２，ハステロイＣ２７６，ハステロイＸを用いることがより好ましい。
【００２５】
外管２３を構成するハステロイやインコネル等の耐食金属の最大減肉量は、０．５ｍｍ／年、程度である。このため、伝熱管１４の内管２２の管内側材を、通常の材質、肉厚のものにして、外管２３の管外側材を３ｍｍ程度とすることで、５年以上の寿命を確保することができる。
【００２６】
２４は伝熱管１４内を流れる被加熱流体で、熱交換器１２の内部を流れる腐食性ガス１５と熱交換を行っている。
【００２７】
次に、二重管を形成する伝熱管１４の成形方法について説明する。伝熱管１４の外管２３は、内管２２の外周に耐低温腐食材料を溶射、肉盛溶接、爆発溶射して一体に形成し、あるいは内管２２と外管２３を一緒に熱間押出成形して両者を一体に成形する。
【００２８】
溶射または肉盛溶接法によれば、溶融部分はただちに凝固するが、このときの冷却速度はきわめて速いため結晶粒の成長は阻害され、非常に微細な結晶組織が得られる。微細結晶組織では析出する粒度が小さいため、過酷な腐食環境下でも優れた耐食性を発揮する。なお、肉盛溶接法としては、例えば、プラズマ粉体肉盛溶接法やホットワイヤティグ溶接法などがある。
【００２９】
爆発溶射法によれば、伝熱管１４の外面に形成した合金皮膜によって、磨耗速度を遅くできるなど耐摩耗性に優れたものにでき、摩耗減肉量を減少できると共に、酸化増量を低く押えて耐食性に優れたものとなる。すなわち、時間の経過に従つて酸化増量が低くなり、緻密で高付着力を有する皮膜が作成でき、耐高温性に優れる。
【００３０】
以上の実施形態に係る熱交換器によれば、低温腐食温度域において、特に、塩酸露点領域であっても、定常的に廃熱回収を行うことができる。そして、従来、低温腐食のために行われていなかった、伝熱管温度が低温腐食温度域になる廃熱回収を、低コストで行うことができる。
【００３１】
この熱交換器は、二重管からなる伝熱管を備えた熱交換器であって、この二重管の内管を炭素鋼、ステンレス鋼または低合金鋼で構成し、外管を耐食金属で構成したので、伝熱管温度が低温腐食温度域となる廃熱回収を行うことができ、当該温度域における廃熱回収が低コストで長期的に可能となった。
【００３２】
また、外管を構成する耐食金属をハステロイまたはインコネルとしたので、焼却施設の低温腐食雰囲気における耐低温腐食材料として有効に機能し、伝熱管の管内側材として通常の材質、肉厚を使用し、管外側材を例えば３ｍｍ程度とすると、５年以上の寿命を確保することができる。
【００３３】
さらに、排ガスが低温腐食性ガスであって、硫酸或いは塩酸露点の腐食温度域であっても、低コストで廃熱を回収することができる。
【００３４】
また、低温腐食性ガスの温度が１３０℃〜２５０℃であって、硫酸或いは塩酸露点の腐食温度域であっても、低コストで廃熱を回収することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、熱交換器を低温腐食領域に設置した場合にも熱交換器を構成する伝熱管の支持構造としての機能を長期に維持することが可能な伝熱管の支持構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱交換器を構成する伝熱管の支持構造の一例を示した図であり、熱交換器を含めた全体の斜視図である。
【図２】本発明に係る熱交換器を構成する伝熱管の支持構造の一例を示した図であり、図１中のＡ部分の拡大図である。
【図３】本発明の支持構造が適用される熱交換器の１実施形態の構成図である。
【図４】図３の要部の縦断面図及び斜視図である。
【符号の説明】
１  熱交換器
２  伝熱管
３  支持部材
４  側壁
５  サポート
１１  ボイラ
１２  熱交換器
１３，１９，２０，２１  接続管
１４  伝熱管
１５  腐食性ガス
１６  集塵器
１７  誘引送風機
１８  煙突
２２  内管
２３  外管
２４  被加熱流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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