(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが通流する排ガスダクトと、排ガスダクトに鉛直方向に貫通して設けられたパイプと、パイプに流動可能に充填されて排ガスとの間で熱交換が行なわれる粒体と、パイプの下部に設けられて熱交換後の粒体に依り蒸気を過熱する過熱器と、過熱後の粒体をパイプの上部に戻す循環手段と、から構成し、循環手段は、粒体を空気で輸送する空気輸送方式とし、輸送した粒体を含む空気を集塵し、集塵後の粒体をパイプへ戻すと共に、輸送用空気は、焼却炉の燃焼用空気として使用する事を特徴とする蓄熱式熱交換器。
【請求項２】
排ガスダクトのパイプより上流側位置に排ガス中のダストを除去する高温除塵器を設けた請求項１に記載の蓄熱式熱交換器。
【請求項３】
パイプは、セラミック製であると共に、粒体は、粒径が１０〜１０００μｍの硅砂若しくはアルミナ等のセラミック粒体である請求項１又は２に記載の蓄熱式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば都市ごみや産業廃棄物等のごみを焼却処理してその焼却廃熱を発電に利用する様にしたごみ焼却発電プラントに用いられる蓄熱式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のごみ焼却発電プラントとしては、都市ごみや産業廃棄物等のごみを焼却炉に依り焼却すると共に、焼却に依り発生した排ガスを焼却炉に付設したボイラへ導いて蒸気を発生させ、この蒸気に依りタービンを介して発電機を駆動して発電を行なうものが知られている。
【０００３】
而して、この様なごみ焼却発電プラントは、発電効率を高める為に、図３に示す如く、焼却炉５０から排出される排ガスＡの排出経路の高温部、つまり焼却炉５０の出口側に連なる排ガスダクト５１には、金属製の過熱器５２が設置されて居り、その過熱管内を流れる蒸気Ｂと高温の排ガスＡとの間で熱交換が行なわれて蒸気Ｂが過熱される様になっている。図３に於て、５３はダスト排出装置、５４は、二次空気送風機を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、この様なものは、廃棄物の焼却に伴なって発生する酸性ガスと塩類を含むダストに依る過熱器の高温腐食の問題から、蒸気温度を４００℃程度までしか上げる事ができず、発電効率も２０％程度に留まっていた。
【０００５】
本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、過熱器の腐食を抑制できてそれでいて発電効率を向上させる事ができる蓄熱式熱交換器を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の蓄熱式熱交換器は、排ガスが通流する排ガスダクトと、排ガスダクトに鉛直方向に貫通して設けられたパイプと、パイプに流動可能に充填されて排ガスとの間で熱交換が行なわれる粒体と、パイプの下部に設けられて熱交換後の粒体に依り蒸気を過熱する過熱器と、過熱後の粒体をパイプの上部に戻す循環手段と、から構成した事に特徴が存する。
【０００７】
パイプに流動可能に充填された粒体は、パイプを介して排ガスダクトを通流する排ガスとの間で熱交換が行なわれる。過熱器の過熱管内を流れる蒸気は、熱交換後の粒体に依り過熱される。蒸気過熱後の粒体は、循環手段に依りパイプの上部に戻される。そして、これらの事が繰り返して行なわれる。
過熱器は、排ガスダクトを流れる排ガスと直接接触しないので、これに依る高温腐食が発生する事がない。この為、過熱器に依る蒸気の過熱温度を高める事ができ、この蒸気に依る発電効率を大幅に向上させる事ができる。
【０００８】
パイプより上流側の排ガスダクトに排ガス中のダストを除去する高温除塵器を設けるのが好ましい。この様にすれば、排ガス中のダストを除塵する事ができ、パイプへのダストの付着を防止する事ができ、その後の熱交換効率を向上させる事ができる。
【０００９】
パイプは、セラミック製であると共に、粒体は、粒径が１０〜１０００μｍの硅砂若しくはアルミナ等のセラミック粒体であるのが好ましい。この様にすれば、排ガスに依りパイプが高温腐食される事がないと共に、粒体の流動性と熱伝達性が高められて効率の良い熱交換を行なう事ができる。
【００１０】
循環手段は、粒体を空気で輸送する空気輸送方式とし、輸送した粒体を含む空気を集塵し、集塵後の粒体をパイプへ戻すのが好ましい。この様にすれば、粒体を比較的簡単且つ確実に移送する事ができる。
【００１１】
輸送用空気は、焼却炉の燃焼用空気（一次空気や二次空気）として使用するのが好ましい。この様にすれば、加熱された輸送用空気をそのまま焼却炉の燃焼用空気として利用する事ができるので、極めて合理的である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の蓄熱式熱交換器を備えた焼却炉を示す概要図。図２は、蓄熱式熱交換器を拡大して示す概要図である。
【００１３】
蓄熱式熱交換器１は、排ガスダクト２、パイプ３、粒体４、過熱器５、循環手段６とからその主要部が構成されている。
【００１４】
排ガスダクト２は、排ガスＡが通流するもので、この例では、焼却炉２０の出口側に連設されて居り、焼却炉２０で発生した７５０〜８００℃の排ガスＡが通流される。
【００１５】
パイプ３は、排ガスダクト２に鉛直方向に貫通して設けられたもので、この例では、セラミック製であり、直径が１００〜２００φｍｍのものが複数設けられて所謂パイプ群を為している。各パイプ３の下部には、これらに連通すべく漏斗状の下部貯留層７が設けられている。
【００１６】
粒体４は、パイプ３に流動可能に充填されて排ガスＡとの間で熱交換が行なわれるもので、この例では、粒径が１０〜１０００μｍ、好ましくは１００〜２００μｍの硅砂にしてある。粒径が１０μｍより小さい場合には、ハンドリング性が悪くなると共に、粒径が１０００μｍより大きい場合には、流動性が悪くなる。
【００１７】
過熱器５は、パイプ３の下部に設けられて熱交換後の粒体４に依り蒸気Ｂを過熱するもので、この例では、パイプ３の下部に設けられた下部貯留層７にその過熱管が挿入されて設けられている。
【００１８】
循環手段６は、蒸気過熱後の粒体４をパイプ３の上部に戻すもので、この例では、粒体４を空気Ｃで輸送する空気輸送方式とし、輸送した粒体４を含む空気Ｃを集塵し、集塵後の粒体４をパイプ３へ戻すと共に、輸送用空気Ｃは、焼却炉２０の燃焼用空気として使用する様にしてある。
【００１９】
つまり、循環手段６は、下部貯留層７の下部に連設されてここに貯留された粒体４を排出するスクリュフィーダ８と、これから排出された粒体４に対して空気Ｃを供給するブロワ９と、これからの空気Ｃに依り粒体４を輸送する空気輸送管１０と、これからの空気Ｃと粒体４とを分離する分離器１１と、各パイプ３の上部に連通すべく設けられて分離器１１からの粒体４を各パイプ３に分配する上部分配槽１２と、これに設けられてこの内部の粒体４を流動化して均一化する為のバブリング用空気配管１３とから成っている。
【００２０】
スクリュフィーダ８は、その回転軸が低圧蒸気や空気等に依り冷却される様になっている。分離器１１は、マルチサイクロンやセラミックフィルタが用いられる。分離器１１に依り分離された輸送用空気Ｃは、配管１４を介して二次空気送風機２１の吐出側に供給されて焼却炉２０の二次空気(燃焼用空気)として使用する様にしている。バブリング用空気配管１３は、図略しているが、空気供給源に接続されている。
図１に於て、２２は一次空気送風機を示している。
【００２１】
次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
ごみ焼却発電プラントの焼却炉２０で発生した排ガスＡは、排ガスダクト２に依り排出されてその途中で蓄熱式熱交換器１のパイプ３群を通過する。
各パイプ３に流動可能に充填された粒体４は、各パイプ３を介して排ガスＡとの間で熱交換が行なわれる。排ガスＡは、熱交換前には略７５０〜８００℃であり、熱交換後には略６５０〜７００℃である。
熱交換後の粒体４は、下部貯留槽７に貯留される。そして、下部貯留槽７に設けられた過熱器５の過熱管内を流れる蒸気Ｂは、熱交換後の粒体４に依り過熱される。
【００２２】
粒体４は、腐食性がないと共に、パイプ３に依り外部から腐食成分が混入する事がないので、蒸気温度を５００℃程度まで過熱する事が可能であり、発電効率を２７〜２８％程度まで上げる事ができる。
下部貯留槽７に貯留された過熱後の粒体４は、適時、循環手段６のスクリュフィーダ８に依り排出され、ブロワ９からの加圧された空気Ｃに依り空気輸送管１０を通って分離器１１まで輸送される。この時、空気輸送管１０内の流速は、略１〜１０ｍ／ｓであり、粒体４の性状に依り適宜調整される。分離器１１に送られた空気Ｃと粒体４は、ここで分離されて粒体４がその下の上部分配槽１２に落下される。上部分配槽１２に送られた粒体４は、バブリング用空気配管１３からの空気に依り流動化されて各パイプ３の上部に均等に分配される。
粒体４は、循環手段６に依り循環使用するので、初期の投入のみで良い。
【００２３】
分離器１１に依り分離された輸送用空気Ｃは、粒体４に依り加熱されているので、配管１４に依り二次空気送風機２１の吐出側に送られ、焼却炉２０の二次空気として利用される。
【００２４】
次に、本発明の第二例に就いて説明する。
第二例は、図２の鎖線で示す如く、排ガスダクト２のパイプ３より上流側位置に排ガスＡを除去する高温除塵器１５を設けたものである。高温除塵器１５としては、セラミックフィルタ等が用いられる。この様にすれば、焼却炉２０からの排ガスＡに含まれているダストをこの高温除塵器１５に依り除去する事ができ、パイプ３にダストが付着する事がなくなる。この為、熱交換効率が大幅に向上する。
【００２５】
尚、パイプ３は、先の例では、複数であったが、これに限らず、例えば単一でも良い。
粒体４は、先の例では、硅砂であったが、これに限らず、例えば石灰石等でも良い。
輸送後の空気Ｃは、先の例では、焼却炉２０の二次空気として利用したが、これに限らず、例えば焼却炉２０の一次空気等に利用しても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上、既述した如く、本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１）  排ガスダクト、パイプ、粒体、過熱器、循環手段とで構成し、とりわけパイプを介して排ガスと粒体との間で熱交換を行なうと共に、熱交換後の粒体に依り過熱器を流れる蒸気を過熱する様にしたので、過熱器の腐食を抑制できてそれでいて発電効率を向上させる事ができる。
（２）  過熱後の粒体をパイプの上部に戻す循環手段を設けているので、粒体を再利用でき、初期の投入だけで済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱式熱交換器を備えた焼却炉を示す概要図。
【図２】蓄熱式熱交換器を拡大して示す概要図。
【図３】従来の焼却炉を示す概要図。
【符号の説明】
１…蓄熱式熱交換器、２，５１…排ガスダクト、３…パイプ、４…粒体、５,５２…過熱器、６…循環手段、７…下部貯留槽、８…スクリュフィーダ、９…ブロワ、１０…空気輸送管、１１…分離器、１２…上部分配槽、１３…バブリング用空気配管、１４…配管、１５…高温除塵器、２０，５０…焼却炉、２１，５４…二次空気送風機、２２…一次空気送風機、５０…焼却炉、５３…ダスト排出装置、Ａ…排ガス、Ｂ…蒸気、Ｃ…輸送用空気。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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