(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気性を有する蓄熱体と、前記蓄熱体に設けられた貫通孔内に先端部が配置された燃焼用バーナと、前記蓄熱体を通して炉内に酸化剤を供給する酸化剤通路と、前記蓄熱体を通して前記炉内から排気ガスを排出する排気ガス通路と、前記蓄熱体と前記酸化剤通路及び前記排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構とを具備する熱回収式燃焼装置であって、
前記酸化剤通路を通して供給されるべき前記酸化剤の一部を前記燃焼用バーナの前記先端部に供給する酸化剤バイパス通路を備えていることを特徴とする熱回収式燃焼装置。
【請求項２】
通気性を有する蓄熱体と、前記蓄熱体に設けられた貫通孔内に先端部が配置された燃焼用バーナと、前記蓄熱体を通して炉内に酸化剤を供給する酸化剤通路と、前記蓄熱体を通して前記炉内から排気ガスを排出する排気ガス通路と、前記蓄熱体と前記酸化剤通路及び前記排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構とを具備する熱回収式燃焼装置であって、
前記酸化剤通路を通して供給されるべき前記酸化剤の一部を前記酸化剤通路を通さずに前記燃焼用バーナの前記先端部に供給する酸化剤バイパス通路と、前記酸化剤バイパス通路を流れる前記酸化剤の流量を調節する流量調節手段とを備えていることを特徴とする熱回収式燃焼装置。
【請求項３】
前記酸化剤バイパス通路は前記燃焼用バーナに沿って延びて前記先端部に前記酸化剤を供給するように構成されている請求項１に記載の熱回収式燃焼装置。
【請求項４】
通気性を有する蓄熱体と、先端部が前記蓄熱体を貫通する貫通孔内に位置する燃焼用バーナと、先端部が前記貫通孔内に位置して前記燃焼用バーナの点火に用いられるパイロットバーナと、前記蓄熱体を通して炉内に酸化剤を供給する酸化剤通路と、前記蓄熱体を通して前記炉内から排気ガスを排出する排気ガス通路と、前記蓄熱体と前記酸化剤通路及び前記排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構とを具備する熱回収式燃焼装置であって、
前記燃焼用バーナ及び前記パイロットバーナは、一端が前記炉内に向かって開口し他端が閉じられたガイド用管路の内部を通るように配置され、
前記ガイド用管路には前記酸化剤通路を通して供給されるべき酸化剤の一部を前記ガイド用管路を通して供給するように酸化剤供給管路が接続され、
前記酸化剤供給管路に前記酸化剤の流量を調節する流量調節手段が設けられていることを特徴とする熱回収式燃焼装置。
【請求項５】
前記相対回転運動発生機構は、固定された前記蓄熱体に対して前記酸化剤通路と前記排気ガス通路とを回転させる通路回転機構により構成され、  前記通路回転機構は、前記ガイド用管路を中心にして配置された排気ガスダクト及び酸化剤ダクトを有するダクト組立体と、
前記ガイド用管路に回転自在に嵌合され一部が前記ダクト組立体から突出している回転部材と、
前記排気ガスダクト及び酸化剤ダクトのうち内側に配置されるダクトと前記回転部材とを連結する連結部材と、
前記ダクト組立体と前記回転部材との間の気密性を維持するシール機構と、
前記回転部材に回転力を与えるためのモータと、
前記モータから前記回転部材に回転力を伝達する伝達機構とを備えて構成されている請求項４に記載の熱回収式燃焼装置。
【請求項６】
前記ガイド用管路の端部に前記酸化剤供給管路が接続され、
前記ダクト組立体と前記酸化剤供給管路との間に、前記ダクト組立体から突出する前記回転部材の突出部分が位置しており、
前記伝達機構は前記突出部分の外周に設けられた歯車を含む歯車伝達機構からなる請求項５に記載の熱回収式燃焼装置。
【請求項７】
前記歯車伝達機構が収納される歯車収納ボックスが前記ダクト組立体に隣接して配置されており、前記歯車収納ボックスと前記ダクト組立体との間の壁部が前記歯車収納ボックス及び前記ダクト組立体の両方の構造に兼用されている請求項６に記載の熱回収式燃焼装置。
【請求項８】
前記排気ガスダクト及び酸化剤ダクトのうち外側に配置されるダクトの外周には、周方向に間隔を開けて複数の配管接続用兼点検用開口部が形成されており、
前記複数の配管接続用兼点検用開口部のうち配管が接続されていない配管接続用兼点検用開口部は取外し可能な蓋部材によって閉塞されている請求項５に記載の熱回収式燃焼装置。
【請求項９】
前記排気ガスダクト及び酸化剤ダクトのうち前記酸化剤ダクトが内側に配置されており、
前記酸化剤ダクトは、前記蓄熱体に隣接して配置されて前記蓄熱体との間にシール構造を構成する回転ノズルと、前記排気ガスダクトとの間にシール構造を構成する回転フレームと、前記回転ノズルと前記回転フレームとの間に配置されて前記ガイド用管路が延びる方向に伸縮する筒状伸縮カバーと、前記筒状伸縮カバーの内側に位置して周方向に所定の間隔を開けて配置され且つ前記回転ノズルと前記回転フレームとを連結する複数本の伸縮連結ロッドとを備えており、
前記伸縮連結ロッドは前記回転ノズルを前記蓄熱体側に向かって押し付ける付勢力を発生するように構成されており、
前記連結部材は前記複数本の伸縮連結ロッドと前記回転部材とを連結するように構成されている請求項５に記載の熱回収式燃焼装置。
【請求項１０】
通気性を有する蓄熱体と、前記蓄熱体に設けられた貫通孔内に先端部が配置された燃焼用バーナと、前記蓄熱体を通して炉内に酸化剤を供給する酸化剤通路と、前記蓄熱体を通して前記炉内から排気ガスを排出する排気ガス通路と、前記蓄熱体と前記酸化剤通路及び前記排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構と、
前記酸化剤通路を通して供給されるべき前記酸化剤の一部を前記燃焼用バーナの前記先端部に供給する酸化剤バイパス通路とを備えている熱回収式燃焼装置の制御方法であって、
前記排気ガス通路を通して排出される前記排気ガスの温度が酸露点温度または水露点温度以下に下がらないように前記酸化剤バイパス通路を流れる前記酸化剤の流量を定めることを特徴とする熱回収式燃焼装置の制御方法。
【請求項１１】
通気性を有する蓄熱体と、前記蓄熱体に設けられた貫通孔内に先端部が配置された燃焼用バーナと、前記蓄熱体を通して炉内に酸化剤を供給する酸化剤通路と、前記蓄熱体を通して前記炉内から排気ガスを排出する排気ガス通路と、前記蓄熱体と前記酸化剤通路及び前記排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構と、
前記酸化剤通路を通して供給されるべき前記酸化剤の一部を前記酸化剤通路を通さずに前記燃焼用バーナの前記先端部に供給する酸化剤バイパス通路と、
前記酸化剤バイパス通路を流れる前記酸化剤の流量を調節する流量調節手段とを備えている熱回収式燃焼装置の制御方法であって、
前記排気ガス通路を通して排出される前記排気ガスの温度が酸露点または水露点温度以下に下がらないように前記酸化剤バイパス通路を流れる前記酸化剤の流量を流量調節手段により調節することを特徴とする熱回収式燃焼装置の制御方法。
【請求項１２】
前記排気ガスに含まれるＳＯx の濃度または水分量を測定し、測定値に基いて前記酸露点温度または前記水露点温度を定めることを特徴とする請求項１１に記載の熱回収式燃焼装置の制御方法。
【請求項１３】
前記酸露点温度を酸露点計により直接測定し、前記水露点温度を水分計により測定することを特徴とする請求項１１に記載の熱回収式燃焼装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの熱を利用して酸化剤を加熱する熱回収式燃焼装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１−２２２１０２号公報、特開平６−２２１５４５号公報、特開平７−１１３５０９号公報等に示される熱回収式燃焼装置では、通気性を有する蓄熱体と、酸化剤通路及び排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせて蓄熱体を排気ガスの熱で加熱し、蓄熱体に蓄熱された顕熱で蓄熱体を通過する酸化剤を加熱している。これらの熱回収式燃焼装置は、蓄熱体に設けた貫通孔内に先端部が配置された燃焼用バーナと、蓄熱体を通して炉内に酸化剤を供給する酸化剤通路と、蓄熱体を通して炉内から排気ガスを排出する排気ガス通路と、蓄熱体と酸化剤通路及び排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの熱回収式燃焼装置を運転する場合に、燃焼用バーナの燃焼量を少なくして運転すると（ターンダウンして運転すると）、特に排気ガス通路を構成するダクトや相対回転運動発生機構を構成する部材のうち排気ガスに触れる部材に硫酸腐食に代表される露点腐食が発生することが分かった。周知の通り、硫酸腐食とは、排気ガスの温度が酸露点温度以下に低下すると排気ガス中のＳＯx がＨ2 ＳＯ4 を含む液体（ドレン）となって排気ガスの通路中の固体表面に現れ、このドレンによって各部を腐食する現象である。また排気ガスの温度が酸露点温度を下回り、水露点温度以下となると、たとえ排気ガス中にＳＯx が含まれていなくても排気ガス中のＣＯ2 分が水中に溶解して酸性となり、各部を激しく腐食する露点腐食が発生する。
【０００４】
本発明の目的は、露点腐食の発生を防止できる熱回収式燃焼装置及びその制御方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、燃焼用バーナの燃焼量を変えた場合においても、露点腐食の発生を防止できる熱回収式燃焼装置及びその制御方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の更に他の目的は、燃焼用バーナの燃焼量を少なくした場合に、加熱しない酸化剤を燃焼用バーナの先端部の近傍に供給して、露点腐食の発生を確実に防止できる熱回収式燃焼装置及びその制御方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、簡単な構成で、加熱しない酸化剤を燃焼用バーナの先端部の近傍に供給することができる熱回収式燃焼装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、全体の長さ寸法を短くすることができる熱回収式燃焼装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、配管の接続位置をある程度任意に選択することができて、しかも点検が容易な熱回収式燃焼装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、蓄熱体に供給される酸化剤の漏れが少ない熱回収式燃焼装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、通気性を有する蓄熱体と、蓄熱体に設けられた貫通孔内に先端部が配置された燃焼用バーナと、蓄熱体を通して炉内に酸化剤を供給する酸化剤通路と、蓄熱体を通して炉内から排気ガスを排出する排気ガス通路と、蓄熱体と酸化剤通路、及び排気ガス通路との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構とを具備する熱回収式燃焼装置、及びこの装置の制御方法を対象とする。
【００１２】
ここで通気性を有する蓄熱体としては、排気ガスの熱を蓄熱できて通気性を有するものであればどのような構造であってもよい。例えば軸方向または長手方向に複数の貫通孔（セル）を備えたハニカム状のセラミックス製の蓄熱体や、いわゆるセラミックス・ペーパを巻いたものを焼成して作ったセラミックス製の蓄熱体等を用いることができる。なおこの蓄熱体は単体である必要はなく、複数の蓄熱体が組み合わされて構成されるものでよく、またセラミックス製の蓄熱体と金属製の蓄熱体とをが組み合わされたハイブリッドタイプの蓄熱体でもよい。
【００１３】
また蓄熱体に設けられた貫通孔は、燃焼用バーナの先端部またはノズル部が通る貫通孔であればよく、その構造は任意である。なお燃焼用バーナの先端部はその貫通孔から突出していてもよいし、またその貫通孔の内部に止まっていてもよい。またその貫通孔に、フードが装着されていてもよいのは勿論である。
【００１４】
また本願明細書において、「酸化剤」とは、一般に純酸素、空気、酸素富化空気のような分子状酸素を含むガスを総称するものである。しかし特別の場合には、酸化剤としてハロゲン、酸化窒素のような酸化性元素あるいは化合物を用いることも可能である。
【００１５】
更に排気ガス通路及び酸化剤通路並びに相対回転運動発生機構の構成は、結果として蓄熱体と排気ガス通路と酸化剤通路との間に相対的な回転が発生していればよく、言い換えると蓄熱体の内部に形成される排気ガスが通る流路と酸化剤が通る流路が回転するものであればよく、その構成は任意である。例えば、特開平６−２２１５４５号公報に示される熱回収式燃焼装置のように、排気ガス通路を構成する排気ガスダクトの内部で酸化剤通路を構成する酸化剤ダクトを回転させるような構成でもよい。また特開平７−１１３５０９号公報に示される熱回収式燃焼装置のように、蓄熱体の端面に複数の室に区画された分配室を設け、この分配室を塞ぐように排気用連通孔と給気用連通孔を備えた切替手段を設け、この切替手段を回転させて、分配室の各室を排気通路または給気通路に順次切替えるような構造でもよい。
【００１６】
本発明では、酸化剤通路を通して供給されるべき酸化剤の一部を燃焼用バーナの先端部に供給する酸化剤バイパス通路を設ける。従来であれば、酸化剤通路を通して供給されるべき酸化剤のすべてを蓄熱体で加熱して燃焼用バーナに供給していたが、本発明ではその一部を蓄熱体を通さずに酸化剤バイパス通路を通して燃焼用バーナの先端部に直接供給する。
【００１７】
燃焼用バーナの燃焼量を少なくした場合には、蓄熱体の伝熱面積が相対的に大きくなるので、排気ガスの温度が下がり過ぎて、即ち熱効率が上がり過ぎて排気ガス温度が酸露点温度または水露点温度以下になる。そこでこのような排気ガス温度が酸露点温度または水露点温度以下になるのを防ぐために、即ち排気ガス温度を上昇させるために、本発明では、酸化剤バイパス通路を通して燃焼用バーナの先端部に加熱されていない低温の酸化剤を供給するのである。このようにすると蓄熱体を通る酸化剤即ち熱回収する酸化剤の量が少なくなって蓄熱体を通る排気ガスの温度が上昇する。その結果、排気ガスの温度を好ましくは酸露点温度以上少なくとも水露点温度以上にすることができて、露点腐食の発生を防止できる。これを実現するためには、本発明の方法のように、排気ガス通路を通して排出される排気ガスの温度が酸露点温度以下または水露点温度以下に下がらないように酸化剤バイパス通路を流れる酸化剤の流量を定めればよい。
【００１８】
また運転中に燃料中の硫黄分濃度や水素，メタン等の組成が変わると、排気ガス中のＳＯx の濃度や水分濃度が変わって酸露点温度や水露点温度も変わる。このような場合には、酸化剤バイパス通路を流れる酸化剤の流量を調節する流量調節手段を設けておけばよい。そして排気ガス通路を通して排出される排気ガスの温度が酸露点温度または水露点温度以下に下がらないように酸化剤バイパス通路を流れる酸化剤の流量を流量調節手段により調節する。なお実際的には、排気ガスに含まれるＳＯx の濃度や水分濃度を測定し、この測定値に基いて酸露点温度または水露点温度を定め、その酸露点温度または水露点温度以下に排気ガスの温度が下がらないようにする。ＳＯx の濃度の測定、水分濃度の測定、酸露点温度または水露点温度の決定及び流量調節手段の調節をすべて自動化するのが最も好ましいが、これらをマニュアルで行ってもよいのは勿論である。
【００１９】
流量調節手段は、１台の熱回収式燃焼装置に１つずつ設けてもよいが、複数台の熱回収式燃焼装置の酸化剤バイパス通路を一か所に集めて１つの流量調節手段により調節を行ってもよい。
【００２０】
酸化剤バイパス通路から供給する酸化剤は温度が低いため、この酸化剤を燃焼に寄与させるためには、この酸化剤を燃焼用バーナの先端部に供給する必要がある。したがって酸化剤バイパス通路は、これを可能にするように設ける必要がある。例えば燃焼用バーナに沿って独立して酸化剤バイパス通路を構成する管路を配置してもよい。しかしながら、燃焼用バーナの点火にパイロットバーナを用いる場合には、燃焼用バーナ及びパイロットバーナを一端が炉内に向かって開口し他端が閉じられたガイド用管路の内部を通して配置することが行われており、このガイド用管路を酸化剤バイパス通路の一部として兼用してもよい。この場合には、酸化剤通路を通して供給されるべき酸化剤の一部をガイド用管路を通して供給するようにガイド用管路に酸化剤供給管路を接続する。そして、酸化剤供給管路に酸化剤の流量を調節する流量調節手段を設ければよい。このようにすると、既存の部材を用いて酸化剤バイパス通路の一部を構成できるため、簡単にしかも装置を大型化することなく酸化剤バイパス通路を設けることができる。また、ガイド用管路を通して酸化剤を燃焼用バーナに供給すると、この低温の酸化剤のすべてを燃焼に利用できるため、確実に排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の熱回収式燃焼装置１の実施の形態の一例の構成を示す一部切り欠き断面図である。なおこの図では、細部の断面部分に付すハッチングを省略してある。図１において、２は炉の炉壁部であり、この炉壁部２には燃焼装置１の熱交換器を配置する取付孔２ａが形成されている。取付孔２ａの周囲には、複数の取付用ボルト３…が周方向に所定の間隔をあけて埋設されている。これらの複数の取付用ボルト３…には、燃焼装置用熱交換器としての蓄熱体４を取付けるための金属製の取付板５に形成した複数の貫通孔６…が嵌合されている。取付板５は円環状のフランジ部５ａと筒状部５ｂとを有しており、フランジ部５ａには周方向に所定の間隔をあけて形成された前述の複数の貫通孔６…が形成されている。貫通孔６…を貫通する取付用ボルト３…には、吸排気用ダクト構造体即ちダクト組立体７の排気ガスダクト７１の端部のフランジ部７１ａに設けられた複数の貫通孔７１ｂ…が嵌合され、その先端にナット８…がそれぞれ螺合されている。
【００２２】
この例のダクト組立体７は、排気ガスダクト７１の内部に酸化剤ダクト７２が配置され、酸化剤ダクト７２が蓄熱体４に対して回転するように構成されている。排気ガスダクト７１は、筒状のダクト本体７１Ａの一端にフランジ部７１ａを有している。また筒状のダクト本体７１Ａの他端には、酸化剤ダクト７２と連通して酸化剤を酸化剤ダクト７２に供給する酸化剤供給口を構成する酸化剤入口管７３を一体に備え、しかも後に説明する歯車収納ボックス３８の壁部の一部を構成する端部カバー７１ｃを有している。この端部カバー７１ｃには、後述する回転部材２７が回転自在に貫通する貫通孔７１ｄが形成されており、この貫通孔７１ｄの内周部には、シール機能を有するパッキン７４が嵌合されて保持されている。またこの端部カバー７１ｃの内壁部には、間にグリース層を挟むように配置された固定フレーム７５ａと回転フレーム７５ｂとから構成されるシール構造の固定フレーム７５ａが固定されている。回転フレーム７５ｂは、酸化剤ダクト７２側に固定されている。固定フレーム７５ａと回転フレーム７５ｂとの間のグリース層は、固定フレーム７５ａと回転フレーム７５ｂとの間に図示しないグリース自動給油器からグリースが自動的に補給されて維持される。
【００２３】
またダクト本体７１Ａには、周方向に等しい間隔を開けて４つの配管接続用兼点検用開口部７６…が形成されており、４つの配管接続用兼点検用開口部７６…のうち排気ガス排出用配管が接続されない配管接続用兼点検用開口部は取外し可能な蓋部材７７によって閉塞されている。配管接続用兼点検用開口部７６…の数が多くなれば、それだけ排気ガスを排出するための管の取付位置の選択の幅が広がって、装置の取付及び設計が容易になる。この蓋部材７７は図示しないボルトによって取り付けられており、蓋部材７７にはハンドル７７ａが取り付けられている。蓋部材７７を取り外して、配管接続用兼点検用開口部７６…から手を入れて、酸化剤ダクト７２の筒状伸縮カバー７９を外すことにより、その内部にある機構の分解及び取外しが可能になる。
【００２４】
酸化剤ダクト７２は、蓄熱体４に隣接して配置されて蓄熱体４との間にシール構造を構成する回転ノズル７８と、排気ガスダクト７１との間にシール構造を構成する前述の回転フレーム７５ｂと、回転ノズル７８と回転フレーム７５ｂとの間に配置されて後に説明するガイド用管路２１が延びる方向に伸縮する筒状伸縮カバー７９と、筒状伸縮カバー７９の内側に位置して周方向に所定の間隔を開けて配置され且つ回転ノズル７８と回転フレーム７５ｂとを連結する３〜８本の伸縮連結ロッド７０…とから構成されている。
【００２５】
図２に概略的に示すように回転ノズル７８は、周方向に１８０度の間隔をあけて設けられた２つの分割酸化剤ダクト７８ａ（図１では、図２のＸ−Ｙ線に沿って内部を断面にして展開しているため、１つの分割酸化剤ダクトだけが示されている。）と、２つの分割酸化剤ダクト７８ａの中心に位置する筒状部７８ｂと、分割酸化剤ダクト７８ａ及び筒状部７８ｂが一体に設けられた円盤状のベース部７８ｃとからなる。各分割酸化剤ダクト７８ａは、周方向リブ７８ａ1 と径方向リブ７８ａ2 とを備えており、周方向リブ７８ａ1 は取付板５のフランジ部５ａ上を摺動し、径方向リブ７８ａ2 は蓄熱体４の低温側端面上を摺動する。また筒状部７８ｂは、後に説明する筒状のシール用金具９の端面上を摺動する。
【００２６】
筒状伸縮カバー７９は、回転ノズル７８のベース部７８ｃと回転フレーム７５ｂにそれぞれ固定された横断面形状がＬ字状の固定金具７９ａ，７９ａと、この固定金具７９ａ、７９ａ上を気密に摺動する筒状伸縮材７９ｂとから構成されている。また３本の伸縮連結ロッド７０…は、周方向に１２０度ずつ間隔を開けて設けられており、回転ノズル７８を蓄熱体４側に向かって押し付ける力を発生するように構成されている。具体的には、両端に嵌合孔を有する中央ロッド７０ａと、この中央ロッド７０ａの両端の嵌合孔に嵌合されたピストン状部材７０ｂと、ピストン状部材７０ｂの軸部に嵌合されて中央ロッド７０ａの端面とピストン状部材７０ｂの端部との間に圧縮された状態で挟持された２つのスプリング７０ｃとから伸縮連結ロッドが構成されている。２つのスプリング７０ｃのバネ力で、回転ノズル７８は蓄熱体４に向かって押し付けられている。またこのバネ力で、回転フレーム７５ｂが固定フレーム７５ａに向かって押し付けられている。このような構造を用いると、回転ノズル７８と蓄熱体４との間の気密性を高くすることができる上、同時に固定フレーム７５ａと回転フレーム７５ｂとの間の気密性または液密性を高くすることができる。なお中央ロッド７０ａには、後述する連結部材２９のアーム３１が連結されている。酸化剤ダクト７２は、回転部材２７の回転に伴って回転部材２７と同期回転する。
【００２７】
取付板５の筒状部５ｂ内には蓄熱体４の低温側セクションを構成する蓄熱体ユニット４ａが固定されている。蓄熱体ユニット４ａの内周部には、筒状のシール用金具９が嵌合されている。また蓄熱体４の高温側セクションを構成する蓄熱体ユニット４ｂが、蓄熱体ユニット４ａと並んで配置されている。蓄熱体ユニット４ｂの外周面及び内周面にはそれぞれコーティング層１０及１１が形成されている。取付板５の筒状部５ｂは、断面形状がＬ字状をなす環状の固定金具が組み合わされてなる固定部材１２を用いて固定されている。貫通孔２ａと蓄熱体４との間には、セラミックスファイバからなる耐火材１３が配置されている。
【００２８】
この例では、蓄熱体ユニット４ａは、金属によって形成されている。具体的には、平板状の帯状鋼板と波板状の帯状鋼板とを重ね合わせてなる合板を図示しない巻枠に巻回してコルゲート状に構成したものである。また蓄熱体ユニット４ｂは、平板状の帯状セラミックスペーパと波板状の帯状セラミックスペーパとを重ね合わせてなる合板を筒状の図示しない巻枠に巻回して構成し、これを焼成して形成したセラミックス製の蓄熱体である。なおセラミックス製の蓄熱体ユニット４ｂとしては、公知の押し出し成形法によって製造したものも用いることができる。また蓄熱体４の内周面に位置するコーティング層１１とシール用金具９の内部には、セラミック製のバーナフード１４が取り付けられている。バーナフード１４の内側端部は、シール用金具９の内周に突設された環状突起９ａと実質的に当接する。このバーナフード１４は、バーナノズル１８の先端から噴射される炎を安定化し、炎が直接蓄熱体ユニット４ｂに戻るのを防止するために設けられている。バーナフード１４は、筒状部１４ａの外周に径方向に突出して周方向に連続して延びる円環状の鍔部１４ｂを有しており、鍔部１４ｂと蓄熱体ユニット４ｂとの間の位置に周方向に所定の間隔をあけて形成された複数の貫通孔１４ｃ…を有している。なおこの例では、バーナフード１４とシール用金具９によって囲まれた孔が、蓄熱体４を貫通する貫通孔ＴＨを構成している。
【００２９】
この貫通孔ＴＨの内部には、燃焼用バーナ１５の先端部が位置している。燃焼用バーナ１５は、燃料ガスパイプ１６の外側にスペーサを介して同心状にモーティブ流体パイプ１７を配置し、燃料ガスパイプ１６の先端部にバーナチップ即ちバーナノズル１８を取り付けた構造を有している。燃料ガスパイプ１６の後方端部には、燃料ガス入口部１６ａが設けられ、モーティブ流体パイプ１７の後方端部にはモーティブ流体入口１７ａが設けられている。モーティブ流体パイプ１７には圧縮空気・水蒸気・圧縮窒素ガス等、燃料に方向性をもたせるために必要な流体が供給される。燃焼用バーナの先端部に位置するバーナノズル１８とパイプ１７はＬ字状の取付金具１９を用いて、バーナフード１４の筒状部１４ａに配置されている。また燃焼用バーナ１５と並行して、その先端部が貫通孔ＴＨ内に位置して燃焼用バーナの点火に用いられるパイロットバーナ２０が配置されている。パイロットバーナ２０も適宜の取付金具を用いてバーナフード１４に配置されている。
【００３０】
燃焼用バーナ１５及びパイロットバーナ２０は、一端が炉内または貫通孔ＴＨに向かって開口し他端が閉じられたガイド用管路２１の内部を通るように配置されている。このガイド用管路２１はフランジ付きの管状部材２２と、この管状部材２２の一方の端部２２ａを塞ぐ蓋部材２３とから構成される。管状部材２２の他方の端部２２ｂは、取付板５の内部に嵌合されている。また蓋部材２３には、後に説明する酸化剤通路を通して供給されるべき酸化剤の一部をガイド用管路２１を通して燃焼用バーナ１５のバーナノズル１８に供給する酸化剤供給管路２４の一部を構成する管２５が接続されている。そしてこの管２５には酸化剤の流量を調節する流量調節手段としてのバルブ２６が設けられている。このバルブ２６は、図示しない管を介して蓄熱体４に酸化剤としての空気を供給する酸化剤通路に接続される。この例では、酸化剤供給管路２４とガイド用管路２１とにより、酸化剤通路を通して蓄熱体４に供給されるべき酸化剤の一部を酸化剤通路を通さずに燃焼用バーナ１５の先端部に供給する酸化剤バイパス通路が構成されている。
【００３１】
ガイド用管路２１の一部を構成する管状部材２２には、回転部材２７が回転自在に嵌合されている。この管状部材２２と回転部材２７との間には、回転部材２７を回転自在に支持するベーアリング構造体２８が配置されている。この回転部材２７の大部分は、ダクト組立体７の内部に位置しており、一部即ち突出部分２７ａがダクト組立体７から外部に突出している。回転部材２７のダクト組立体７の内部に位置する部分には、ダクト組立体７の酸化剤ダクト７２を回転部材２７に連結するための連結部材２９が固定されている。連結部材２９は、回転部材２７の外周に嵌合されて固定されたリング３０と、このリング３０の外周に周方向に等しい間隔を開けて配置された３本のアーム３１とから構成される。３本のアーム３１の先端部は、先に説明した伸縮連結ロッド７０の中央ロッド７０ａに連結されている。回転部材２７の突出部分２７ａの外周には、歯車伝達機構３２の一部を構成する大径歯車３３が嵌合固定されている。この大径歯車３３に螺合する小径歯車３４は、モータ３５のシャフトにユニバーサルジョイント機構３６を介して連結され、軸受３７によって支持された連結シャフトに固定されている。モータ３５の回転力を伝達する伝達機構は、モータ３５を除く歯車伝達機構３２〜軸受３７の各部材によって構成される。そしてこの伝達機構、モータ３５、回転部材２７、連結部材２９等により、酸化剤ダクト７２の内部に形成される酸化剤通路及び排気ガスダクト７１の内部に形成される排気ガス通路と蓄熱体４との間に相対的な回転運動を生じさせる相対回転運動発生機構が構成されている。この例のように、モータ３５の回転力を歯車伝達機構を介して伝達すると、従来のようにチェーンを用いた場合と比べて、装置全体の長さ寸法を大幅に短くすることができる。例えば、この例では、従来と比べて全体の長さ寸法を２／３程度まで短くすることができた。
【００３２】
歯車伝達機構３２が収納される歯車収納ボックス３８は、ダクト組立体７に隣接して配置される。実際には、排気ガスダクト７１の端部カバー７１ｃが、この歯車収納ボックス３８の壁部の一部を構成している。具体的には、端部カバー７１ｃの外壁が歯車伝達機構３２を囲むようように形成された筒状壁部７１ｃ1 を備えている。この筒状壁部７１ｃ1 には、点検窓７１ｃ2 が形成されており、この点検窓７１ｃ2 が蓋部材３９によって塞がれている。また筒状壁部７１ｃ1 の端部には、蓋板４０がボルト等により固定されている。この蓋板４０はガイド用管路２１を構成する管の外周に溶接されており、この蓋板４０には点検窓４１と軸受３７が取り付けられる貫通孔とが形成されている。点検窓４１は蓋部材４２によって塞がれている。
【００３３】
この例では、排気ガスダクト７１の端部カバー７１ｃに酸化剤入口部管７３を設けた結果形成されるスペースを利用して、しかも歯車収納ボックスとダクト組立体との間の壁部を歯車収納ボックス及びダクト組立体の両方の構造に兼用して歯車収納ボックス３８を構成している。したがってこの構造は装置全体の長手方向の寸法を大幅に短くすることに大きく貢献している。
【００３４】
次に、この熱回収式燃焼装置の動作及び制御方法について説明する。燃焼用バーナの燃焼量が多い場合には、バルブ２６を完全に閉じた状態にして、従来と同様に、酸化剤ダクト７２を通して燃焼に必要な酸化剤のすべてを蓄熱体４を通して加熱して、燃焼用バーナ１５に供給する。そして燃焼用バーナ１５の燃焼量を少なくして運転する、即ちターンダウンして運転する場合に、バルブ２６を閉じた状態で従来と同じ運転をすると、蓄熱体４の伝熱面積が相対的に大きくなるので、排気ガスの温度が下がり過ぎて、即ち熱効率が上がり過ぎて排気ガス温度が酸露点以下、場合によっては水露点温度以下になる。排気ガスの温度が酸露点温度以下または水露点温度以下に下がって、排気ガス通路を構成する排気ガスダクト７１の内部、酸化剤ダクト７２の外壁部等のうち排気ガスに触れる部材上にＨ2 ＳＯ4 を含むドレンが付着したり、水分が凝縮付着してその部分で露点腐食が発生する。そこでこの例では、燃焼に必要な量の酸化剤（通常は空気）のうち、その一部を蓄熱体４を通さずにガイド用管路２１を利用して形成した酸化剤バイパス通路を通して、燃焼用バーナ１５の先端部に位置するノズル１８に供給する。
【００３５】
このようにすると蓄熱体４を通る酸化剤即ち熱回収する酸化剤の量が少なくなって蓄熱体４を通る排気ガスの温度が上昇する。その結果、排気ガスの温度を酸露点温度または水露点温度以上にすることができて、露点腐食の発生を防止できる。これを実現するためには、バルブ２６の開度を調節して、排気ガスダクト７１を通して排出される排気ガスの温度が酸露点温度以下または水露点温度以下に下がらないようにガイド用管路２１（酸化剤バイパス通路）を流れる酸化剤の流量を定める。バルブ２６の開度は、排気ガスに含まれるＳＯx の濃度や水分の濃度を測定し、この測定値に基いて酸露点温度または水露点温度を定め、その酸露点温度または水露点温度以下に排気ガスの温度が下がらないようする。
【００３６】
図３は、酸化剤として空気を用い、且つ排気ガスにＳＯx を含む場合における排気ガス温度とバイパス空気量の関係を示している。なお条件は、炉内温度８００℃で、酸化剤ダクトに供給される空気の温度が１５℃の場合である。ここでバイパス空気量とは、ガイド用管路２１を通して供給する低温の空気の量である。図３に示された関係から分かるように、バイパス空気量が多くなるほど、排気ガス温度は上昇する。そしてその程度は、バイパス空気量が多くなるほど、排気ガス温度の上昇カーブが僅かではあるが急になる。排気ガスにＳＯx を含まない場合にも同様の傾向がある。
【００３７】
また下記の表１は、図３の関係から求めたバイパス空気量と排気ガス温度の実測値と、供給する空気量を１００％とした場合におけるバイパス量と排気ガス量の関係を示している。
【００３８】
【表１】
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排気ガス中のＳＯx の濃度または水分の濃度を測定することにより酸露点温度または水露点温度を決定した後、排気ガス温度が酸露点温度以下または水露点温度以下にならないようにバルブ２６の開度を調節して、バイパス空気量を調節する。排気ガスにＳＯx が含まれる場合には、ＳＯx の濃度を測定し、排気ガスにＳＯx が含まれない場合には水分の濃度を測定する。なお酸露点計または水分計により、酸露点温度または水露点温度を直接測定してもよい。
【００３９】
図４は、ＳＯx を含む排気ガスを排出する複数台の熱回収式燃焼装置１…の排気ガス温度をまとめて制御する場合の、制御系の構成の概略を示すブロック図である。この制御系では、複数台の熱回収式燃焼装置１…に対して１台の押込み送風機と１台の誘引送風機を用いて給気と排気とを行えるように空気供給ルート（酸化剤供給ルート）Ａと、排気ガスルートＢ、空気バイパスルートＣとを構成し、空気バイパスルートＣに対して１台の電動バルブからなる流量調節手段を配置している。制御装置には、空気温度測定手段から供給される空気の温度が入力され、また排気ガス温度測定手段からは排気ガスの温度が入力される。制御装置は、空気の温度と排気ガスの温度の算術平均温度から制御の対象とする排気ガス温度を決定する。制御装置には、排気ガスルートに設けられたＳＯx 濃度測定手段から排気ガス中のＳＯx 濃度の測定値が入力される。制御装置は、予め実験で求めてデータとして記憶しているＳＯx 濃度と酸露点温度との関係データからそのＳＯx 濃度に対応した酸露点温度を求める。そして図３に示したような予め求めたデータから、排気ガス温度をその酸露点温度より高くするためのバイパス空気量を求め、そのバイパス空気量を空気バイパスルートＣを通して各熱回収式燃焼装置１…に供給するための、バルブ開度を求める。そして制御装置は、そのバルブ開度に応じた制御指令を流量調節手段に与えて、バイパス空気量を一括して調節する。なおこの制御装置は、排気ガス温度測定手段からの測定値に基づいてフィードバック制御を行って、排気ガス温度が目標の温度になるように流量調節手段に制御指令を供給する。このようにすれば、複数台の熱回収式燃焼装置の露点腐食を簡単に防止できる。
【００４０】
なお、排気ガスにＳＯx が含まれない場合には、図４の構成でＳＯx 濃度測定手段に代えて水分濃度測定手段を用いればよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、排気ガスの温度を酸露点温度以上または水露点温度以上にすることができて、露点腐食の発生を防止できる。特に、燃焼用バーナ及びパイロットバーナをガイドするガイド用管路を酸化剤バイパス通路の一部として利用すると、簡単にしかも装置を大型化することなく酸化剤バイパス通路を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の熱回収式燃焼装置１の実施の形態の一例の構成を示す一部切り欠き断面図である。
【図２】図１の例で用いる回転ノズルの構造を示す図である。
【図３】酸化剤として空気を用いた場合における排気ガス温度とバイパス空気量の関係を示している。
【図４】複数台の熱回収式燃焼装置１…の排気ガス温度をまとめて制御する場合の、制御系の構成の概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  熱回収式燃焼装置
４  蓄熱体
７  ダクト組立体
７１  排気ガスダクト
７２  酸化剤ダクト
１４  バーナフード
１５  燃焼用バーナ
２０  パイロットバーナ
２１  ガイド用管路
２４  酸化剤供給管路
２６  バルブ（流量調節手段）
２７  回転部材
２９  連結部材
３２  歯車伝達機構
３５  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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