JP4733612B2 - 廃棄物処理設備のボイラ過熱器 - Google Patents

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本発明は、廃棄物処理設備のボイラ過熱器の腐食を均一化させてボイラ過熱器の寿命を延長することができる廃棄物処理設備のボイラ過熱器に関する。
廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉等の廃棄物処理炉を備えた廃棄物処理設備では、廃棄物処理炉で発生した可燃ガスを燃焼させてボイラで熱回収し、発生した蒸気を蒸気タービンへ供給して発電を行っている。
廃棄物用ボイラのボイラ過熱器の管は、燃焼排ガス中の高濃度の塩化水素や飛灰中の塩化物、硫化物により過酷な高温腐食環境に晒されるため、ボイラ過熱器の材質としてボイラ用鋼管（ＳＴＢ等）を使用する場合は、高温腐食を防止するため蒸気温度の上限が約３００℃に制限される。例えば、特許文献１には、ごみ焼却炉におけるボイラ過熱器の高温部側の管壁温度を測定し、管壁温度が所定温度以上になると冷却水を混合して所定温度以下にしてボイラ過熱器の高温腐食を防止することが開示されている。
一方で、発電効率を上昇させるためには、蒸気の高温・高圧化が有効であることから、ボイラの発生蒸気温度を高めている。例えば、特許文献２には、ごみ焼却炉におけるボイラ過熱器の材質を耐高温腐食性のある高Ｎｉステンレスやスーパーメタルにすることが記載されている。
図４は廃棄物処理設備に配置されている従来のボイラ過熱器の一例を示す概念図である。図４において、ボイラは、水を蒸発させて蒸気を発生させる蒸発器１と、蒸発器１から供蒸気供給配管３から配管４に供給された約３００℃の蒸気をさらに加熱して約３５０℃の過熱蒸気を生成するボイラ過熱器２を備えている。約３５０℃で取り出された過熱蒸気は過熱蒸気取出用配管５で蒸気タービンなどの供給先へ送られる。なお、図中６，７は仕切弁である。
特開平５−２８０７０７号公報 特許第２７６９６７１号公報
しかしながら、特許文献２記載のボイラ過熱器では、高温腐食を防止するために高価な高Ｎｉステンレスやスーパーメタルを使用するために、ボイラ用鋼管（ＳＴＢ等）の場合に比べて設備コストが高くなるという欠点がある。一方、ボイラ用鋼管の場合には高温腐食による減肉の問題がある。
図３は蒸気温度とボイラ過熱器の減肉量の関係を示すグラフである。
ボイラ過熱器の管にボイラ用鋼管を使用して蒸気温度を約３００℃から約３５０℃へ昇温させる場合、図３に示すように、蒸気温度が約３００℃では減肉がほとんどないが、約３００℃を超える領域では３２５℃、３５０℃と温度が上昇するにつれて高温腐食が激しくなり、管の減肉量はほぼ温度上昇と使用時間に比例するものと予測される。そのため、ボイラ過熱器では、蒸気温度がボイラ過熱器入側で最も低く（約３００℃）、ボイラ過熱器出側で最も高温（約３５０℃）となるため、ガス温度条件が同一ならばボイラ過熱器出側での減肉量が最大となり、ボイラ過熱器入側では減肉量はほぼ０である。ボイラ過熱器出側では高温腐食による減肉量が大きいために設定された減肉量になるとボイラ過熱器を定期的（２〜３年）に交換しなければならないのでボイラ過熱器の寿命が短く、また、イニシャルコスト又はランニングコストを高騰させるという課題があった。
そこで、本発明は、廃棄物処理設備におけるボイラのボイラ過熱器の高温腐食による減肉を均一化させてボイラ過熱器の寿命を延長させることを目的とするものである。
本発明の廃棄物処理設備のボイラ過熱器は、廃棄物処理設備のボイラ過熱器の蒸気入側となる低温部側が蒸気供給用配管で接続され、ボイラ過熱器の過熱蒸気出側となる高温部側に過熱蒸気取出用配管が接続され、蒸気供給用配管と過熱蒸気取出用配管が、過熱蒸気を取り出していた高温部側を蒸気が供給される低温部側に切り替える蒸気供給切替用配管と、蒸気を供給していた低温側を過熱蒸気が取り出される高温部側に切り替える過熱蒸気取出切替用配管からなる２本のバイパス管で接続され、蒸気供給用配管、過熱蒸気取出用配管、蒸気供給切替用配管及び過熱蒸気取出切替用配管がボイラ過熱器における蒸気及び過熱蒸気の流れを逆転させる仕切弁を備えていることを特徴とする。ボイラ過熱器は、蒸気供給用配管には第１仕切弁、過熱蒸気取出用配管には第２仕切弁が設けられ、蒸供給用配管と過熱蒸気取出用配管は蒸気供給切替用配管及び過熱蒸気取出用配管からなる２本のバイパス管で接続され、蒸気供給切替用配管の一端は蒸気供給用配管の第１仕切弁の入側に接続され他端は過熱蒸気取出用配管の第２仕切弁の入側に接続され、過熱蒸気取出切替用配管の一端は過熱蒸気取出用配管の第１仕切弁の出側に接続され他端は過熱蒸気取出用配管の第２仕切弁の出側に接続され、蒸気供給切替用配管には第３仕切弁、過熱蒸気取出切替用配管には第４仕切弁を設ける構成とすることができる。また、切り替え時に弁を設けることなく、外部の管をバイパス改造して切り替えできるようにしてもよい。
本発明は、ボイラ過熱器を一定期間使用し、ボイラ過熱器高温部の減肉量が設計限界に近づいた時点で蒸気及び過熱蒸気の流れを逆転させて、高温腐食により大きく減肉された高温部側を減肉がほとんどない低温部側に切り替えて高温腐食を低減させて減肉を抑え、減肉がほとんどなかった低温部側を高温腐食される高温部側に切り替えることによりボイラ過熱器管全体の減肉量を均一化させることができ、その結果、ボイラ過熱器の寿命を従来より約２倍延ばすことが可能となる。
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明のボイラ過熱器の一実施例を示す概念図である。
ボイラは、水を蒸発させ蒸気を発生させる蒸発器１と、蒸発器１から供給される蒸気をさらに加熱して過熱蒸気を生成するボイラ過熱器２を備えている。蒸発器１の蒸気出側とボイラ過熱器２の配管４の蒸気入側は蒸気供給用配管３で接続され、ボイラ過熱器２の配管４の過熱蒸気出側は過熱蒸気取出用配管５に接続される。蒸気供給用配管３、ボイラ過熱器２の配管４には、高価な高Ｎｉステンレスやスーパーメタルに比べて安価な、例えばボイラ用鋼管（ＳＴＢ）を使用する。
蒸気供給用配管３には第１仕切弁６、過熱蒸気取出用配管５には第２仕切弁７が設けられる。
蒸気供給用配管３と過熱蒸気取出用配管５は、蒸気供給切替用配管８及び過熱蒸気取出切替用配管９からなる２本のバイパス管で接続される。蒸気供給切替用配管８の一端は蒸気供給用配管３の第１仕切弁６の入側に接続され、他端は過熱蒸気取出用配管７の第２仕切弁７の入側に接続され、また、過熱蒸気取出切替用配管９の一端は過熱蒸気取出用配管５の第１仕切弁６の出側に接続され、他端は過熱蒸気取出用配管５の第２仕切弁７の出側に接続される。
蒸気供給切替用配管８には第３仕切弁１０、過熱蒸気取出切替用配管９には第４仕切弁１１が設けられる。
以上の構成からなる本実施例のボイラ加熱器において、蒸気及び過熱蒸気の流れの切り替え運転について説明する。
図１に示すように、切り替え前は、蒸気供給用配管３の第１仕切弁６及び過熱蒸気取出用配管５の第２仕切弁７を開にし、蒸気供給切替用配管８の第３仕切弁１０及び過熱蒸気取出切替用配管９の第４仕切弁１１を閉にしておく。この状態で、図１の矢印で示すように、蒸発器１で発生した約３００℃の蒸気は、蒸気供給用配管３、第１仕切弁６を通ってボイラ過熱器２の配管４に供給される。ボイラ過熱器２で約３５０℃に過熱された過熱蒸気はボイラ過熱器２を出て、過熱蒸気取出用配管５、第２仕切弁７を通って供給先へ送られる。
前記の状態でボイラ過熱器２を一定期間使用し、年に１〜２回停止時にマンホールから鋼管の厚みを超音波肉厚計を用いて測定し、ボイラ過熱器出側の高温部側の配管の減肉量が設計限界に近づいた時点、例えば、設計肉厚２ｍｍ、採用厚み８ｍｍの場合、過熱蒸気出口部分が最も減肉するが、ここが、例えば、３〜４ｍｍ（減肉量５〜４ｍｍ）時点でボイラ過熱器２における蒸気供給側と過熱蒸気の取り出し側を逆にする流れの切り替えを行う。
図２は切り替え後の蒸気及び過熱蒸気の流れを示す図である。
図２において、蒸気及び過熱蒸気の流れを逆に切り替えるため、第１仕切弁６及び第２仕切弁７を閉にし、第３仕切弁１０及び第４仕切弁１１を開にする。この状態で、図２の矢印で示すように、約３００℃の蒸気が蒸発器１から蒸気供給用配管３、第３仕切弁１０、蒸気供給切替用配管８を流れてボイラ過熱器２に入る。切り替え前は約３５０℃の過飽和蒸気の取り出し側の高温部側が入側に切り替わって約３００℃の蒸気が供給されることになり、減肉量が設計限界に近づいていたボイラ過熱器出側の高温部側が低温部側になることによって高温腐食による減肉を停止させることが可能となる。
ボイラ過熱器２で約３５０℃に加熱された過熱蒸気はボイラ過熱器２を出て、蒸気供給用配管３、第４仕切弁１１、過熱蒸気取出切替用配管９、過熱蒸気取出用配管５を通って供給先へ送られる。
切り替え前は約３００℃の蒸気の入側であった、減肉がほとんどなかった低温部側が過熱蒸気の約３５０℃の高温部側に切り替わることになり、減肉がほとんどなかった低温部側の配管の高温腐食が進み、減肉量が高温部側での設計限界に近づくまで使用可能となる。その後、減肉量が設計限界に近づいた時点でボイラ過熱器全体を交換する。
このように使用途中でボイラ過熱器の蒸気及び過熱蒸気の入側及び出側を切り替えることで、減肉が均一化されて、従来、ボイラ過熱器を２〜３年で交換していたを、本発明の切り替により４〜６年に延長が可能となって、寿命を約２倍に延長することが可能となる。
本発明のボイラ過熱器の一実施例を示す概念図である。 本発明のボイラ過熱器の切り替え後の蒸気及び過熱蒸気の流れを示す図である。 蒸気温度とボイラ過熱器の減肉量の関係を示すグラフである。 廃棄物処理設備に配置されている従来のボイラ過熱器の一例を示す概念図である。
符号の説明
１：蒸発器
２：ボイラ過熱器
３：蒸気供給用配管
４：ボイラ過熱器の配管
５：過熱蒸気取出用配管
６：第１仕切弁
７：第２仕切弁
８：蒸気供給切替用配管
９：過熱蒸気取出切替用配管
１０：第３仕切弁
１１：第４仕切弁

Claims (2)

  1. 廃棄物処理設備のボイラ過熱器の蒸気入側となる低温部側が蒸気供給用配管で接続され、ボイラ過熱器の過熱蒸気出側となる高温部側に過熱蒸気取出用配管が接続され、蒸気供給用配管と過熱蒸気取出用配管が、過熱蒸気を取り出していた高温部側を蒸気が供給される低温部側に切り替える蒸気供給切替用配管と、蒸気を供給していた低温側を過熱蒸気が取り出される高温部側に切り替える過熱蒸気取出切替用配管からなる２本のバイパス管で接続され、蒸気供給用配管、過熱蒸気取出用配管、蒸気供給切替用配管及び過熱蒸気取出切替用配管がボイラ過熱器における蒸気及び過熱蒸気の流れを逆転させる仕切弁を備えていることを特徴とする廃棄物処理設備のボイラの過熱器。
  2. 蒸気供給用配管には第１仕切弁、過熱蒸気取出用配管には第２仕切弁が設けられ、蒸供給用配管と過熱蒸気取出用配管は蒸気供給切替用配管及び過熱蒸気取出用配管からなる２本のバイパス管で接続され、蒸気供給切替用配管の一端は蒸気供給用配管の第１仕切弁の入側に接続され他端は過熱蒸気取出用配管の第２仕切弁の入側に接続され、過熱蒸気取出切替用配管の一端は過熱蒸気取出用配管の第１仕切弁の出側に接続され他端は過熱蒸気取出用配管の第２仕切弁の出側に接続され、蒸気供給切替用配管には第３仕切弁、過熱蒸気取出切替用配管には第４仕切弁が設けられることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理設備のボイラの過熱器。
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