JPH0213204B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炉の空気予熱器に関するもので、特
に、石油精製及び石油化学プラントに用いる加熱
炉等の燃焼用機器に用いられる空気予熱器に関す
る。

昨今の省資源化、燃焼費用の大幅な上昇に伴
い、各種の工業炉等の燃焼用機器はその熱効率を
限界まで向上させることが要求される。

一般に、工業炉等の燃焼用機器の熱効率を向上
させる手段の一つとして、従来より熱回収用の熱
交換器即ち空気予熱器の使用が知られている。

この空気予熱器は、工業炉等の燃焼用機器から
排出される高温の燃焼ガスと炉に送る燃焼用空気
を熱交換即ち燃焼ガスの余熱を利用して燃料用空
気を予熱するもので、伝熱面の形状等によりユン
グストローム形、シエルアンドチユーブ形、プレ
ート形等種々の形式がある。

このような空気予熱器を使用すれば、燃焼ガス
の熱損失を減少させると共に、燃焼用空気温度を
高めて燃焼効率を増加し、過剰空気量を少なくさ
せ工業炉全体の熱効率を向上させることができ
る。

しかしながら、このような従来の空気予熱器に
おいては、燃焼ガスが伝熱部を流通する時に流通
抵抗を受けて大きな圧力損失を生じる欠点があ
る。

このため、通風フアンを設けて燃焼ガスを強制
的に吸引する必要がある。このような通風フアン
の取付に伴つて、通常地上に設置される空気予熱
器と工業炉及び該通風フアンとを接続するダクト
工事が必要となり、空気予熱器付設に係わる工事
が複雑なものとなり、これらの工事費用だけでも
通常工業炉システム全体の価格のかなりの部分を
占める。又、上記燃焼ガスの吸引通風フアンの駆
動用費用も無視できないものである。

更に、従来の空気予熱器では、燃焼ガスの全量
が管形、板形等の伝熱部を流れるため、工業炉の
最大負荷時に合わせてその設計をせざるを得なか
つた。この結果、通常極めて短い最大負荷以外の
大部分の通常運転時においては、燃焼ガス吸引用
及び燃焼用空気押込用の通風フアンと共に不当に
大きな能力を持つことになり、極めて不経済であ
つた。

このような実情に鑑み、従来燃焼用機器の負荷
に応じて環状空間からなる空気予熱室の伝熱部へ
の燃焼ガス流量を調節し得る空気予熱部と燃焼用
機器本体とを有機的に結合し、燃焼用機器システ
ムの燃焼用空気−燃焼−燃焼ガス系の圧力損失を
小さく抑え得ると共に、熱応力の発生が少ない該
空気予熱器部を燃焼用機器の通常の煙道ダクト又
は煙突の一部として使用し、燃焼ガスの吸引通路
フアン並びにこれに付帯するダクト工事等を不要
とすると共に、動力の節減を図つた空気予熱器が
案出されている。

この空気予熱器は、燃焼用機器の燃焼ガスが流
通する内筒と、該内筒外周に配設され、前記燃焼
用機器に供給する燃焼用空気の導入口と送出口と
を有する外筒と、の間に該燃焼用空気が流通する
環状空間からなる空気予熱室を形成する一方、前
記内筒内にガス流量調節用のダンパを設けると共
に前記空気予熱室内に、前記内筒の外周縦方向に
沿つてこれを取り巻くように列状に複数配設さ
れ、かつ前記ダンパをバイパスして該内筒内のダ
ンパと上流部と下流部とを連通する外周面に多数
のフインを備えた伝熱パイプを設けた構成であ
る。

そこで、本発明は以上のような空気予熱器にお
いて、伝熱パイプの取付構造並びにダンパの内筒
及び外筒への支持構造の改良により、該伝熱パイ
プ、内筒及び外筒の熱による伸びや膨張による悪
影響への対策を図つた空気予熱器を提供するもの
である。

以下、本発明の実施例を第１図〜第５図に基づ
いて説明する。

第１図Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、１は図示しない炉
本体からの燃焼ガスが流通する煙道を構成する図
示しない炉本体の煙道ダクト部又は煙突に取り付
けられた空気予熱器である。そして、この空気予
熱器１は、これの外円筒９両端の接続フランジ９
ｆを介して煙道ダクト部又は煙突に接続され、煙
道ダクト若しくは煙突の構成体の一部を持たせら
れている。５は空気予熱器１の内円筒で、この内
円筒５の内側は燃焼ガスが流通する煙道５Ａを構
成する。この内円筒５の煙道５Ａの略中央には、
ガス流量調節用のダンパ６が配設されている。

このダンパ６は適宜回動することにより、煙道
５Ａを絞ることができるようになつており、水平
位置に位置させた時には、煙道５Ａを塞ぐ。

又、上記外円筒９内周と内円筒５外周との間に
は、炉本体の燃焼部に至る燃焼用空気が流通され
る環状空間からなる空気予熱室９Ａが形成される
と共に、この空気予熱室９Ａ内には、ダンパ６を
バイパスして該ダンパ６の上流と下流を連通する
外周面にスパイラルフイン１３を備えてなる伝熱
パイプ８が内円筒５外周に配設されている。

該外円筒９は、図の上端及び下端外周部に夫々
空気導入口９ａ及び空気送出口９ｂを備え、燃焼
用空気が空気予熱室９Ａ内を煙道５Ａの燃焼ガス
流と逆方向に流通し得るようになつている。１０
は外円筒９外周面に固着された保温材である。

そして、外円筒９の空気導入口９ａには、外部
空気を吸込む図示しない通風フアンからの送風ダ
クトを接続し、空気送出口９ｂには図示しない空
気送出用ダクトを接続して、該ダクトを炉本体の
燃焼用空気供給部に接続する。

１１は空気予熱室９Ａ内の略軸直角な面に軸方
向に所定間隔をもつて２以上配設されて、該空気
予熱室９Ａ内を軸方向に３以上の室に区画するバ
ツフルプレートで、本実施例においては３つ用意
され、４つの室１２Ａ〜１２Ｄに区画している。
そして、バツフルプレート１１夫々には、上下に
隣接するバツフルプレート１１毎交互に相反する
位置に位置するように切欠かれた切欠部分があ
り、空気予熱室９Ａ内の該切欠部分をいずれも除
く部位のバツフルプレート１１外周部分の周方向
に沿う伝熱パイプ配列可能領域の長さが、内周部
分におけるそれよりも長くなるような形状の開口
部１４が設けられている。この開口部１４は、本
実施例においては、前記内円筒５外周上の一点か
ら該点を通る法線を対称線として外円筒９内周に
Ｖ字形に延びる一対の切欠線に基づいて切欠かれ
て扇形状に形成されている。そして、かかる開口
部１４は、上下に隣接するバツフルプレート１１
毎交互に相反する位置に位置するように設けられ
ている。

ここで、前記伝熱パイプ８は、空気予熱室９Ａ
内のバツフルプレート開口部１４をいずれも通ら
ない部位に、内円筒５の外周縦方向に沿つてこれ
を取り巻くように、かつ内円筒５外周面から外円
筒９内周面に行くに従つて徐々に数が増大するよ
うに複数同心状に配列されている。

次に、上述した各空気予熱器構成体の詳細構造
について説明する。

第１図Ａ，Ｂにおいて、外円筒９の上端部と下
端部には、固定管板としての上部管板１５と遊動
管板としての下部管板１６が夫々設けられてい
る。これら、上部管板１５及び下部管板１６に
は、内円筒５及び各伝熱パイプ８の貫通固定孔１
７，１８が開設され、これら内円筒５と各伝熱パ
イプ８の両端部が夫々貫通されて溶接により固定
されている。

そして、上部管板１５は、外円筒９上端の接続
フランジ９ｆ面に重置され、該接続フランジ９ｆ
とこれに接続される煙道ダクト部又は煙突の接続
フランジとによつて挟持され、通しボルトをもつ
て固定取付される。一方、下部管板１６は、熱に
よる伝熱パイプ８の伸びと外円筒９の伸びの差を
吸収するため、外円筒９とは固定せず、該外円筒
９との間をパツキングによりシールして浮動する
ようになつている。このシール機構を第２図に示
すと、図中、１９は下部管板１６外周部下面にネ
ジ等の固定具によつて固定された環状のパツキン
グケースで、外円筒９内周面との間に環状の空間
２０を画成する。

２１はこの環状空間２０に充填されたパツキン
グである。

ダンパ６の支軸２２は、第３図Ａ，Ｂに示すよ
うに、該ダンパ６の直径方向に設けられたパイプ
体２３に嵌挿されて、該パイプ体２３にネジ等の
固定具により固定取付される。又、支軸２２の両
側部分は内円筒５及び外円筒９に貫通されている
スリーブチユーブ２４に回転自在に嵌挿されてお
り、このスリーブチユーブ２４は、外円筒９外周
壁においてスリーブサポートラグ２５によつて固
定される。

これを第４図Ａ〜Ｄに示すと、スリーブサポー
トラグ２５は所定の間隔をもつて離間する一対の
フランジ板２６，２７相互を４つのリブ２８で固
定した構成であり、両フランジ板２６，２７に設
けられたスリーブチユーブ支持孔２６Ａ，２７Ａ
にスリーブチユーブ２４が嵌入されて溶接固定さ
れると共に、一方のフランジ板２６をもつて外円
筒９外周壁にネジ等の固定具並びに溶接により固
定される。

又、スリーブチユーブ２４と内円筒５との貫通
状態は遊嵌状態となるように、第４図Ｄに示すよ
うに内円筒５に設けた貫通孔２９を該内円筒５の
軸方向に拡大して、例えば長孔とし、該貫通孔２
９がスリーブチユーブ２４径より大径となるよう
にしてあり、この貫通孔２９とスリーブチユーブ
２４との間には、内円筒５の熱膨張を吸収するシ
ール機構としての石綿３０が介装されている。

更に、スリーブサポートラグ２５の外側フラン
ジ板２７には、軸受３１がネジ等の固定具により
固定支持され、この軸受３１に、スリーブチユー
ブ２４を挿通してきた支軸２２端部が支持される
ようになつている。

又、第３図Ａ，Ｂに示すように、ダンパ６のパ
イプ体２３を間に挟んだ各半円周部には、ダンパ
６によつて内円筒５内の煙道５Ａを閉じた時、確
実なシールを行うためのリング部材を２分した形
状の一対のシール板３２が夫々装備される。

このシール板３２は、第３図Ｂに示すように、
ダンパ６の半円周部夫々の相反する端面に溶接に
より固定され、ダンパ６を閉状態にした時内円筒
５内周壁の相対向する位置に張り出すように固定
された弁座３３に当接される。

次に、バツフルプレート１１は第５図に示すよ
うに、中心に内円筒５に嵌挿される開口部３４を
有すると共に、伝熱パイプ８が貫通される貫通孔
３５を有しており、本実施例においてはこの貫通
孔３５は該伝熱パイプ８のスパイラルフイン１３
を含む外径寸法よりやや大径に形成され、伝熱パ
イプ８が遊嵌状態となる。そして、このバツフル
プレート１１は内円筒５に嵌挿されて溶接により
固定され、外円筒９とは遊嵌状態となる。

伝熱パイプ８のスパイラルフイン１３は、該伝
熱パイプ８外周面に高周波溶接によつて固着され
るが、本実施例においては、伝熱パイプ８を流れ
る燃焼ガス中に含まれる硫黄酸化物による低温腐
食を防ぐため、伝熱パイプ８上部即ち最上位置の
バツフルプレート１１より上方の部分には設けて
いない。尚、このスパイラルフイン１３を設けて
いない部分の長さは、燃焼ガス中の硫黄酸化物含
有量によつて適宜決定される。

次に、かかる空気予熱器構成体の組立手順につ
いて説明する。

(1) 内円筒５、上・下部管板１５，１６、伝熱パ
イプ８及びバツフルプレート１１を全て溶接固
定して一体の構成体に組み立てる。

(2) 予め第１図ＣのＣ−Ｃ線で示すように、縦方
向に２分割した外円筒９を(1)で組み立てた構造
体の両側から被せて、外円筒９の２分割体９
Ｂ，９Ｃ夫々に形成されたフランジ９ｃ，９ｄ
相互をボルトをもつて固定する。

(3) ダンパ６用のスリーブチユーブ２４とパイプ
体２３とを一体にした単一のパイプ体を内円筒
５及び外円筒９に差し込み、スリーブサポート
ラグ２５を前記パイプ体の外円筒９外周壁から
の突出端部に嵌挿し、該スリーブサポートラグ
２５の内側フランジ板２６を外円筒９外周壁に
固定具によつて固定する。

(4) スリーブサポートラグ２５と外円筒９及びパ
イプ体とスリーブサポートラグ２５とを夫々溶
接固定する。

(5) 内円筒５の内部からダンパ６の直径長さ分だ
けパイプ体２３を切断し、パイプ体２３とスリ
ーブチユーブ２４とを分割して形成する。

(6)(5)のパイプ体２３を構成部品の一つとして予め
形成したダンパ６を内円筒５内に入れ、外円筒
９の外側から支軸２２をスリーブチユーブ２４
とパイプ体２３に挿入する。

(7) ダンパ６をパイプ体２３をもつて支軸２２に
固定具によつて固定し、該支軸２２の端部に軸
受３１を取り付ける。

(8) 支軸２２がスリーブチユーブ２４に当たらな
い位置で、軸受３１をスリーブサポートラグ２
５の外側フランジ板２７に固定具によつて固定
する。

ここで、かかる構成の空気予熱器の作用につい
て説明する。

炉本体の煙道ダクトから供給される燃焼ガス
（略400℃）の一部は、伝熱パイプ８に流入し、他
はダンパ６に向けて流れ、夫々伝熱パイプ８内及
び煙道５Ａを通つて伝熱パイプ８と内円筒５の上
端部に至り、ここで合流し、煙突を介して外部に
排出される。

一方、通風フアンを作動すると、外部空気は送
風ダクトを介して外円筒９の空気導入口９ａから
空気予熱室９Ａ内の最上部の室１２Ａに強制的に
導入される。該室１２Ａ内に導入された空気は伝
熱パイプ８を横切つて流れ、最上部のバツフルプ
レート１１の開口部１４を通つて２段目の室１２
Ｂに導入され、同様に３段目の室１２Ｃ及び最下
部の室１２Ｄに各開口部１４を通つて流れてい
き、この間に空気と伝熱パイプ８内並びに煙道５
Ａを流れる燃焼ガスとの間に伝熱パイプ８及び内
円筒５の外壁を介して熱交換が行われる。従つ
て、空気予熱室９Ａを流通した空気は加熱され最
適な温度の燃焼用空気となつて、空気送出口９ｂ
から炉本体の燃焼用空気供給部に供給され、バー
ナ等に導かれて燃焼用に供される。その結果、発
生した燃焼ガスは、炉の目的に供せられた後、炉
本体から排出され、前記空気予熱器に導入される
わけである。

ここで、ダンパ６の作用・効果について説明す
る。

ダンパ６を操作し、その回転角度を変化させる
ことにより煙道５Ａにおける燃焼ガス流通面積を
変化させれば、煙道５Ａ及び伝熱パイプ８を夫々
流れる燃焼ガス流量の割合が変化する。そして、
特に、ダンパ６を前述したように、水平位置に位
置させれば、煙道５Ａが塞がれ燃焼ガスの全量が
伝熱パイプ８内を流れるわけである。従つて、炉
の極めて短い最大負荷時には、ダンパ６を操作し
て煙道５Ａを通過すにようにして、伝熱パイプ８
内を流通する燃焼ガス量を減らせば、当該空気予
熱器における燃焼ガスの圧力損失を小さく抑える
ことができる。

又、炉の最大負荷時以外の大部分の通常運転時
においては、ダンパ６を操作して煙道５Ａを絞
り、該煙道５Ａを流れる燃焼ガス量を少なく抑え
て伝熱パイプ８内を流れる燃焼ガス量を増大させ
ることにより、効果的な熱回収を図ることが可能
になる。

かかる構成の空気予熱器によれば、伝熱パイプ
８に上部管板１５と下部管板１６とを固定し、該
下部管板１６の方は、外円筒９と固定せず、該外
円筒９との間の間隙に、該間隙をシールしかつ下
部管板１６の伝熱パイプ８軸方向の移動を許容し
得るシール機構を設けたから、このシール機構に
よつて、熱による伝熱パイプ８の伸びと外円筒９
の伸びの差を吸収することができ、伝熱パイプ８
並びに外円筒９の熱変形による構造的な装置の破
壊状態を阻止することができる。

又、ダンパ６の支軸２２を貫通支持するスリー
ブチユーブ２４と内円筒５との貫通状態が、遊嵌
状態となるようにし、該貫通部分に内円筒５の熱
膨張を吸収するシール機構を設けたから、内円筒
５の熱膨張によつて、ダンパ６の支軸２２の貫通
支持状態に悪影響が与えられることがなく、ダン
パ６の回動を常時安定したものとできる。

尚、本実施例によれば、バツフルプレート１１
に扇形状の開口部１４を形成すると共に、空気予
熱室９Ａ内のいずれの開口部を通らない部位に、
内円筒５の外周縦方向に沿つてこれを取り巻くよ
うに、かつ内円筒５外周面から外円筒９内周面に
行くに従つて数が増大するように複数同心状に配
列される外周面にスパイラルフイン１３を備えた
伝熱パイプ８を設けた構成により、次のような利
点を有する。

(1) 空気予熱室９Ａ内の外周部分に内周部分より
も多くの伝熱パイプ８を配列できる結果、遠心
力により外円筒９に押し付けられて外周部分を
高速で流れようとする空気に多くの抵抗を与え
ることができ、外周部分と内周部分で略同一の
空気速度とすることができるから、配列されて
いる伝熱パイプ８を全て最も効果的に伝熱に関
与させることができる。

この場合、伝熱パイプ８の配列円周数が多い
程、この効果は大きくなる。

(2) 直線状の切欠からなる開口部を設けたものと
比較して、扇形状開口部では同一の開口面積に
対して、より多くの伝熱パイプ８を配列するこ
とができ、空気側の圧力損失を小さなものにし
ながら伝熱パイプ８の配列数量を多く採れる利
点がある。

なお、上記実施例では、ダンパ６の支軸２２
を貫通支持するスリーブチユーブ２４と内円筒
５との貫通部分に内円筒５の熱膨張を吸収する
シール機構を設けたが、煙道５Ａ内には通常10
mmH₂O程度の負圧なので、燃焼ガスが空気予
熱室９Ａに大量に漏れることが少なく、石綿や
グラスウール等を貫通部分に挟む程度の、漏れ
が生じるようなシールでよく、また、燃焼ガス
中の硫黄酸化物含量が少ない場合は、このシー
ルも省略して差し支えない。

一方、外円筒９と下部管板１６との間隙は、
面積が大きく熱効率に影響するので、多少漏れ
が生じても良いからシール機構を設ける必要が
ある。

(3) 空気予熱器１に、煙道ダクト若しくは煙突の
構成体の一部を持たせることにより、加熱気体
が空気予熱器１内で90度も方向を変える必要が
ない構成とすることができ、各伝熱パイプ８毎
に表面温度が大きく異なるという事態を防止で
き、各伝熱パイプ８がばらばらな伸び方をする
のを抑えられる。

したがつて、上記の構成に加え、遊動管板す
なわち下部管板１５の構成を採用でき、この構
成によつて、各伝熱パイプ８毎に高価なエキス
パンシヨン（成形型または溶接型のベローズ
型）を設ける構成を採用する必要がなくなり、
装置費用を低減できると共に、伝熱パイプ８を
多数設けることが可能となり、熱効率の向上を
図ることができる。

以上説明したように本発明によれば、燃焼用機
器の燃焼ガスが流通する内筒と、該内筒外周に配
設される外筒と、の間に該燃焼用空気が流通する
環状空間からなる空気予熱室を形成する一方、前
記内筒内に、ガス流量調節用ダンパを設けると共
に前記空気予熱室内に前記ダンパをバイパスして
ダンパの上流部と下流部とを連通する複数の伝熱
パイプを設けた空気予熱器において、伝熱パイプ
の取付構造並びにダンパの内筒及び外筒への支持
構造の改良により、該伝熱パイプ、内筒及び外筒
の熱による伸びや膨張による悪影響への対策を図
ることができる空気予熱器を提供でき、しかも、
装置費用を低減できると共に、伝熱パイプを多数
設けることが可能となり、熱効率の向上を図るこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｃは本発明に係わる空気予熱器の一
実施例を示す図で、Ａは正面縦断面図、Ｂは平面
図、ＣはＡ中Ａ−Ａ矢視断面図、第２図Ａは第１
図ＡにおけるＢ部拡大図、同図Ｂは同図Ａ中Ｃ矢
視図、第３図Ａはダンパの構造を示す平面図、同
図Ｂは側面図、第４図Ａはスリーブチユーブ構造
を示す平面図、同図Ｂは正面断面図、同図Ｃは同
図Ｂの右側面図、同図Ｄは左側面図、第５図はバ
ツフルプレートの平面図である。 １……空気予熱器、５……内円筒、５Ａ……煙
道、６……ダンパ、８……伝熱パイプ、９……外
円筒、９Ａ……空気予熱室、１５……上部管板、
１６……下部管板、２１……パツキング、２２…
…支軸、２４……スリーブチユーブ、２９……貫
通孔、３０……石綿。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼ガスが流通する内筒と、該内筒外周に配
   設され、燃焼用機器に供給する燃焼用空気の導入
   口と導出口とを周壁に有し、該周壁の両端部が煙
   道ダクト若しくは煙突に連結される外筒と、の間
   に該燃焼用空気が流通する環状空間からなる空気
   予熱室を形成する一方、前記内筒内に、ダンパを
   設けると共に前記空気予熱室内に前記ダンパをバ
   イパスしてダンパの上流部と下流部とを連通する
   複数の伝熱パイプを設けた空気予熱器において、
   前記複数の伝熱パイプの一端に、前記外筒一端部
   に固定される固定管板を固定し、該伝熱パイプの
   他端に遊動管板を固定すると共に、前記遊動管板
   と前記外筒内周との間に形成される間隙に、該間
   隙をシールしかつ遊動管板の伝熱パイプ軸方向の
   移動を許容し得るシール機構を設ける一方、前記
   内筒を貫通するダンパの支軸を外筒に回転可能に
   支持させ、該支軸が貫通する前記内筒の貫通孔を
   該内筒の軸方向に拡大して該支軸径より大径に形
   成したことを特徴とする空気予熱器。