JPH07318285A - 仕切板の断熱構造およびこれを利用した熱交換器、流動焼却炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】竪向のシェル＆チューブ型熱交換器における高
温側チューブシートの断熱構造を、断熱効果の高いもの
とするとともに、補修時に簡単に除去できるようにす
る。 【構成】伝熱管１、１…を支持する高温側チューブシー
ト２の上面側に、砂利、砕石、セラミックボール、耐火
性断熱ボールなどの粒状断熱材６を敷き詰めることによ
り断熱層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば各種工業用の
高温用シェル＆チューブ型熱交換器、流動焼却炉等にお
いて高温側領域と低温側領域とを仕切るチューブシー
ト、分散板などの仕切板の断熱構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、図４に示される二重管式１パ
ス構造の竪型熱交換器を例に挙げ説明すると、シェル＆
チューブ型熱交換器は、シェル３１内に高温ガスを通す
第１伝熱管３０、３０…が両端の第１チューブシート３
３、３６によって固定支持されているとともに、前記第
１伝熱管３０、３０…の外側に同心円状に配置された第
２伝熱管３２、３２…が前記第１チューブシート３３、
３６の内側に配置された第２チューブシート３４、３５
によって固定支持されている。高温ガスは導入管３７、
３７より流入し前記第１伝熱管３０、３０…を通過する
一方、低温ガスが導入管３９、３９より流入し前記第１
伝熱管３０、３０…と第２伝熱管３２、３２…との環状
空間を通過することにより両者間で熱変換が行われ、高
温ガスは低温化され、また低温ガスは高温化され、それ
ぞれ導出管４０、３８より流出する。この場合、高温側
チューブシート３３（３４）の上面には、図５に示され
るように、断熱材Ｆとして、骨材にアルミナセメントを
配合した耐火コンクリート（キャスタブル耐火材）を打
設して、高温度雰囲気からの保護と、チューブシート３
３、３４の温度差による熱応力の低減を図っている。前
記伝熱管３０とチューブシート３３との固定構造は、詳
細には図６に示されるように、チューブシート３３に対
して円筒状のチューブカラー４８を溶接付けし、このチ
ューブカラー４８の上端部Ａにおいて伝熱管３０と溶接
固定し、その周囲にセラミックペーパー４９を巻いた
後、周囲にキャスタブル耐火材Ｆを打設している。

【０００３】一方、流動焼却炉の場合にも、図７に示さ
れるように、流動化のための熱風を吹き出すために分散
板４４上に配置された分散ノズル４２、４２の周囲にキ
ャスタブル耐火材４３を打設することにより、高温度雰
囲気からの保護と、熱応力の緩和を図っている。なお、
４５は補助燃料入口、４６はスラッジ投入口、４７は珪
砂投入口である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記熱交換器において
は、前記断熱対策でも万全を期し得ず、伝熱管３０、３
２…とチューブシート３３、３４との溶接部Ａが拘束点
となって、該溶接部Ａにクラックが発生する。クラック
が発生すると、高温ガス中のダストがキャスタブル耐火
材Ｆ中に侵入し、キャスタブル耐火材Ｆを盛り上げて破
損させるか、またはキャスタブル耐火材の盛り上がりに
より伝熱管３０の先端が押し潰されて変形するなどの不
具合が発生する場合がある。したがって、クラックの発
生が見られた場合には、早急にクラックが発生した伝熱
管の補修工事が行われる。

【０００５】しかしながら、該溶接部Ａは、既に固化状
態のキャスタブル耐火材Ｆ内に存在するため、その点検
や破断した場合の補修工事に当たっては、数十本から数
百本配置された伝熱管を避けながら、硬いキャスタブル
耐火材Ｆを削岩機等の専用工具により少しづつ砕いて取
り除かなければならず、非常に手間と時間の掛かる作業
となっていた。また、削岩時に舞い上がる粉塵のために
作業環境が悪化するため粉塵対策が別途必要になるとと
もに、復旧時に新たにキャスタブル耐火材の打設も必要
となるなどの問題がある。他方、図７に示される流動焼
却炉においても、全く同様の問題が発生している。

【０００６】そこで本発明の主たる課題は、高温側領域
と低温側領域とを仕切る、たとえばチューブシートや分
散板といった仕切板の断熱構造において、高い断熱効果
を有するとともに、補修時には簡単に該断熱材を除去す
ることができ、仕切板に挿通または固定されている管体
の補修を容易に行い得るようにした仕切板の断熱構造を
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題は、高温側領域
と低温側領域とを仕切る略水平配置の仕切板に対して、
この仕切板の上面側に突出して管体が挿通または固定さ
れた構造において、前記仕切板の上面側に、粒状断熱材
を敷き詰めることにより断熱層を形成したことで解決で
きる。

【０００８】この場合、前記粒状断熱材としては、たと
えば砂、砂利、砕石、セラミックボール、耐火性断熱ボ
ールを使用することができ、その粒径範囲は０．５mm〜
３０mmが好適である。また、前記仕切板と粒状断熱材と
の間に、シート状断熱材を介在させることが望ましい。

【０００９】前記断熱構造を利用した具体的装置として
は、竪向に置かれた筒体内に多数の伝熱管が配置されこ
れらの伝熱管群が高温側と低温側とを仕切る板状のチュ
ーブシートによって支持された熱交換器において、前記
チューブシートの上面側に、粒状断熱材を敷き詰めるこ
とにより断熱層を形成したことを特徴とするものであ
る。この場合、前記粒状断熱材の粒径としては、１０mm
〜３０mmのものが好ましい。

【００１０】または、流動燃焼部と風室とを分散板によ
り仕切るとともに、この分散板に対して分散ノズルを立
設状態で固定した流動焼却炉において、前記分散板の上
面側に、粒状断熱材を敷き詰めることにより断熱層を形
成したことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明においては、従来キャスタブル耐火材で
形成していた断熱層に代えて、砂、砂利、砕石、セラミ
ックボール等の粒状断熱材を敷き詰めることにより断熱
層を形成する。したがって、仕切板より上面側に突出す
る伝熱管や分散ノズルといった管体を補修する場合に
は、前記粒状断熱材を真空掃除機や人力によって取り除
くことにより前記管体を簡単に露出させることができ、
補修作業を大幅に効率化することができる。また、熱伝
導率を比較しても、後述実施例に示す如く、粒状断熱材
の場合には断熱層内に多くの空隙が存在するため、キャ
スタブル耐火材より熱伝導率が低く、断熱効果の高いも
のとなっている。

【００１２】使用する前記粒状断熱材の粒径は、取扱性
の点より０．５mm〜３０mmであることが好ましい。装置
別には、熱交換器の場合には好ましくは１０mm〜３０mm
の単一粒径のものか、粒径１０mm〜３０mmのものと粒径
０．５mmのものとを混合させたものを使用する。粒径が
１０mm未満で単一の場合には、前記管体に流入または管
体から流出するガス等によって舞い上がりが懸念される
とともに、また３０mmを超える場合には、補修時に真空
掃除機による吸込みができなくなるなど取扱性に欠ける
ものとなる。また、流動焼却炉の場合には、炉内底部に
熱風があたらないデッドソーンが形成されるため、堆積
した流動砂をそのまま粒状断熱材として使用するとの観
点より、約１mmの粒径のものが好適に使用される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳述する。
図１は竪型シェル＆チューブ熱交換器における高温側チ
ューブシート部分の縦断面図であり、図２はその要部拡
大図である。耐火物７が内張りされた高温ガス流入シェ
ル８と胴部シェル９との境界接続部に挟持されて高温側
チューブシート２（高温側管板）が支持され、この高温
側チューブシート２およびこの下側に離間をおいて一体
的に配置された補強プレート３とによって多数の伝熱管
１、１…が固定支持されている。なお、全体構造および
熱交換機構については図４と同様であるので詳細な記載
は省略するが、高温ガス導入管より流入する高温ガス
は、これらの伝熱管１、１…より流入し、一方端側より
流入される低温ガスと熱交換が行われ低温化される。

【００１４】前記高温側チューブシート２および補強プ
レート３による伝熱管１の支持構造は、詳細には図２に
示されるように、高温側チューブシート２および補強プ
レート３に跨がって管状のチューブカラー４が挿通さ
れ、かつこのチューブカラー４が前記高温側チューブシ
ート２および補強プレート３との接触部Ｂにおいて溶接
固定され、さらにこのチューブカラー４に対して前記伝
熱管１が挿通されチューブカラー４の上端部Ａにおいて
両者が溶接固定されている。

【００１５】また、前記伝熱管１は高温側チューブシー
ト２の上面より上方側に、若干突出した状態で固定され
ており、伝熱管１の突出部位を囲む周囲に断熱層が形成
される。なお、伝熱管１の突出量ｈとしては、通常５０
〜２００mm、好ましくは８０〜１５０mm程度とされる。

【００１６】本発明においては、前記断熱層として、ア
ルミナ系セラミックフェルト等のシート状断熱材５が敷
かれ、その上側に粒状断熱材６が敷き詰められた二層構
造の断熱層が形成されている。前記粒状断熱材６として
は、たとえば砂、砂利、砕石、セラミックボール、耐火
性断熱ボール等の粒状体が使用され、これらの粒状体を
敷き詰めることにより断熱層が形成される。使用される
粒状体の粒径は、取扱性の点より一般的には０．５mm〜
３０mmであることが好ましい。特に熱交換器のように高
温ガスが高速で流れるような部位への適用の場合には、
その量や速度にもよるが、高温ガスによって舞い上がら
ずかつ取扱い性が良好な粒径範囲、好ましくは１０mm〜
３０mmの単一粒径のものか、粒径１０mm〜３０mmのもの
と粒径０．５mmのものとを混合させたものが好適に使用
される。

【００１７】他方、流動焼却炉に対して本発明を適用す
る場合には、図３に示されるように、分散板１１に対し
て立設された分散ノズル１２、１２…を囲む周囲に本発
明に係る粒状断熱材６が敷き詰められる。この場合、特
にスラッジを対象とした流動焼却炉の場合には、他の流
動層と異なり供給物が流動層を形成するのではなく、珪
砂によって流動層が形成されており、また前記分散ノズ
ル１２、１２…から吹き出された熱風は、矢印で図示さ
れるように、斜め下方に噴出された後上方に向けて舞い
上がるために、分散ノズル１２の周囲には熱風の影響を
受けないデッドゾーンＤが形成される。したがって、前
記流動層を形成するために投入した珪砂であっても、熱
風によって舞い上がることなく留まり断熱機能を発揮す
るため、珪砂をそのまま粒状断熱材６として代用するこ
とが可能である。

【００１８】（実施例）竪向シェル＆チューブ型熱交換
器において、従来のようにキャスタブル耐火材を打設し
て断熱層を形成した場合と、本願発明に従って粒状断熱
材を敷設した場合とで操業を行い、それぞれの断熱層の
熱伝導率を測定し、断熱効果の比較を行った。その結果
を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１より明らかなように、従来のキャスタ
ブル耐火材打設の場合と、本願に従ってセラミックフェ
ルトと砂利、砕石またはセラミックボールなどの粒状断
熱材を使用した場合とでは、熱伝導率に大きな違いが見
られる。その結果、チューブシートの壁温を比較して
も、従来型が７００℃であるのに対し本発明型の場合に
は６７５℃に低減されている。

【００２１】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、高い
断熱効果を有するとともに、補修時には簡単に該断熱材
を除去することができ、たとえば伝熱管や分散ノズルと
いった前記仕切板に挿通、固定されている管体の補修を
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換器における高温側チューブ
シート部の縦断面図である。

【図２】その要部拡大図である。

【図３】本発明に係る流動焼却炉における分散ノズル配
置部の要部縦断面図である。

【図４】従来の竪向シェル＆チューブ型熱交換器の全体
縦断面図である。

【図５】高温側チューブシート部の一構造例を示す要部
縦断面図である。

【図６】図５のＰ部拡大図である。

【図７】従来の流動焼却炉の全体縦断面図である。

【符号の説明】

１…伝熱管、２…高温側チューブシート、３…補強プレ
ート、４…チューブカラー、５…シート状断熱材、６…
粒状断熱材、７…耐火材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温側領域と低温側領域とを仕切る略水平
   配置の仕切板に対して、この仕切板の上面側に突出して
   管体が挿通または固定された構造において、 前記仕切板の上面側に、粒状断熱材を敷き詰めることに
   より断熱層を形成したことを特徴とする仕切板の断熱構
   造。
2. 【請求項２】前記粒状断熱材が、砂、砂利、砕石、セラ
   ミックボール、耐火性断熱ボールである請求項１記載の
   仕切板の断熱構造。
3. 【請求項３】前記粒状断熱材の粒径が０．５mm〜３０mm
   である請求項１、２記載の仕切板の断熱構造。
4. 【請求項４】前記仕切板と粒状断熱材との間に、シート
   状断熱材を介在させる請求項１〜３記載の仕切板の断熱
   構造。
5. 【請求項５】竪向に置かれた筒体内に多数の伝熱管が配
   置されこれらの伝熱管群が高温側と低温側とを仕切る板
   状のチューブシートによって支持された熱交換器におい
   て、 前記チューブシートの上面側に、粒状断熱材を敷き詰め
   ることにより断熱層を形成したことを特徴とする熱交換
   器。
6. 【請求項６】前記粒状断熱材の粒径が１０mm〜３０mmで
   ある請求項５記載の熱交換器。
7. 【請求項７】流動燃焼部と風室とを分散板により仕切る
   とともに、この分散板に対して分散ノズルを立設状態で
   固定した流動焼却炉において、 前記分散板の上面側に、粒状断熱材を敷き詰めることに
   より断熱層を形成したことを特徴とする流動焼却炉。