JP2002106822A

JP2002106822A - ごみ焼却炉及びその操業方法

Info

Publication number: JP2002106822A
Application number: JP2001189005A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nishino; 雅明西野; Koji Ishizeki; 幸二石関; Kazufumi Harikae; 一史張替
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ごみの性状や焼却炉の負荷などの運転条件の
変化により排ガスの性状が変化しても、運転中の廃熱ボ
イラの腐食環境を常時監視して、廃熱ボイラの水管の腐
食減肉を低減できるごみ焼却炉及びその操業方法を提供
すること。【解決手段】ごみを燃焼させる焼却炉１と、焼却炉１
の上部に位置し、焼却炉１から流入した燃焼排ガスが有
する熱を回収する廃熱ボイラ１０と、廃熱ボイラ１０内
の排ガス通路に設置され、一対の電極間の電気抵抗の変
化により廃熱ボイラ１０の腐食環境を検知する腐食検知
器２７と、腐食検知器２７からの情報に基づいて腐食環
境を軽減するように焼却炉１の運転を制御する制御装置
３０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市などから排出
されたごみを焼却し、その燃焼排ガスの熱によって発生
した蒸気を有効に利用するようにしたごみ焼却炉及びそ
の操業方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の廃熱ボイラ付き焼却炉の一
例の説明図である。図において、１は耐火物からなる焼
却炉で、下部には火格子２が設置され、一方の側には被
焼却物であるごみなど（以下、ごみという）が投入され
るホッパ３が設けられており、このホッパ３の下部には
給塵装置４が設置されている。５は火格子駆動用シリン
ダ、６は給塵装置駆動用シリンダである。なお、火格子
２の下部にはバーナ７が設けられている。１０は金属材
料からなる多数の水管（伝熱管）を有し、焼却炉１の他
方の側に設けられた廃熱ボイラで、１１はその輻射室、
１２は通水されている水管に発生した蒸気を蓄積するボ
イラドラム、１３は上部に設けた排気口である。１４は
廃熱ボイラ１０の下流側に設けられた過熱器で、多数の
伝熱管が設けられボイラドラム１２から蒸気が送られ
る。

【０００３】１５はバーナ７に一次燃焼用空気を送給す
る送風機、１６は流量計、１７は流量制御弁、１８は焼
却炉１内に二次燃焼用空気を送給する送風機、１９は流
量計、２０は流量制御弁である。２１は焼却炉１内に温
度制御用の水を散水するノズル、２２は流量計、２３は
流量制御弁で、これら各流量計１６，１９，２２の出力
信号は制御装置３０へ送信され、また、上記の火格子駆
動用シリンダ５、給塵装置駆動用シリンダ６、及び各流
量制御弁１７，２０，２３は、制御装置３０からの制御
信号によって制御される。

【０００４】２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、それ
ぞれ焼却炉２内、廃熱ボイラ１０の輻射室１１内、過熱
器１４内及び廃熱ボイラ１０の排気口１３に設置された
温度センサ、２５は排ガスの性状を検知する排ガスセン
サで、これら各温度センサ２４ａ〜２４ｄ及び排ガスセ
ンサ２５の出力信号は、制御装置３０へ送信される。な
お、これら温度センサ２４ａ〜２４ｄ、排ガスセンサ２
５を、焼却炉１内、廃熱ボイラ１０内等にそれぞれ１個
設けた場合を示してあるが、実機においてはそれぞれ１
個又は複数個設けられている。また、図示してないが、
焼却炉１、廃熱ボイラ１０などには、上記以外にも各種
のセンサが設置されており、その出力信号が制御装置３
０に送信される。

【０００５】制御装置３０には、運転中の焼却炉１、廃
熱ボイラ１０などの状況を常時把握して適切な運転を行
うために、上述の各部の温度や圧力、あるいは供給され
ているごみの量、空気や水などの流量、さらには廃熱ボ
イラ１０での発熱量、排ガス中の有害ガスや酸素の濃度
などの情報が入力され、制御装置３０はこれらの情報に
基いて火格子駆動用シリンダ５、給塵装置駆動用シリン
ダ６や各流量制御弁１７，２０，２３などの操作端に制
御信号を出力し、焼却炉１を最適状態に制御する。

【０００６】上記のように構成した廃熱ボイラ付きごみ
焼却炉において、ホッパ３から投入されたごみは、給塵
装置４により火格子２上に送り込まれ、バーナ７及び一
次燃焼空気による火力によって燃焼し、この間、必要に
応じて焼却炉１内に二次燃焼空気を供給し、あるいは温
度制御用の水を散水する。そして、これによって生じた
燃焼排ガスは廃熱ボイラ１０に流入して熱回収され、下
流側の上部に設けた排気口１３から例えば減温反応塔、
ろ過式集塵器（図示せず）等を経て、煙突から排出され
る。一方、廃熱ボイラ１０において発生した蒸気はボイ
ラドラム１２に集められ、ボイラドラム１２内の蒸気は
過熱器１４を経て次の工程へ送られるが、この間、廃熱
ボイラ１０内を通過する排ガスにより過熱される。

【０００７】一方、焼却炉１、廃熱ボイラ１０内の各部
の温度や圧力、あるいは供給されるごみの量、一次、二
次燃焼用空気や温度制御用水の流量、さらには、廃熱ボ
イラ１０での蒸発量、排ガス中の有害ガスや酸素の濃度
など、多くの情報が制御装置３０に送られ、これらの情
報に基いて、燃焼及び蒸発量の安定化、排ガス性状の適
正化を目的として制御演算が行われ、これらを最適化す
るための制御信号が火格子駆動用シリンダ５、給塵装置
駆動用シリンダ６、各流量制御弁１７，２０，２３など
の操作端に送られ、焼却炉１が最適状態に運転制御され
る。

【０００８】従来の廃熱ボイラ付きごみ焼却炉は、上記
のように構成されており、例えば廃熱ボイラ１０の蒸発
量を監視して、ごみの投入量、火格子２の駆動速度、供
給空気量などを増減させ、これにより蒸発量の安定化を
行っている。また、排ガスの性状や酸素濃度などを監視
して運転制御を行うことにより、有害ガスの排出を抑制
している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の廃熱ボイラ付き
ごみ焼却炉は、上述のように、焼却炉１内におけるごみ
の焼却及び廃熱ボイラ１０での安定した蒸発量、さらに
は排ガス中の有害ガスの抑制などを目的として、運転制
御されている。しかしながら、焼却炉１内で焼却される
ごみ、特に一般ごみには雑多なものが含まれており、そ
の性状も変動するため、廃熱ボイラ１０へ流入する排ガ
スの性状もまた変動する。例えば、ごみの性状の変化に
より排ガスの性状が変化し、腐食を促進する塩化物を含
む灰が発生し、灰が廃熱ボイラ１０に融着するようにな
るなど廃熱ボイラ１０の腐食環境が厳しい方向に変化す
ることがある。また、排ガスの温度を上昇させる運転を
行うことにより塩化物を含む灰の溶融を促進させて、腐
食環境を悪化させることがある。しかし、前述のように
燃焼及び蒸気量の安定制御及び排ガス中の有害ガスの発
生の抑制を目的として焼却炉１の運転制御を行っている
ために、廃熱ボイラ１０の腐食環境を軽減することがで
きず、水管の腐食が促進されるという問題があった。

【００１０】また、廃熱ボイラ１０の水管腐食減肉の状
況を検知すること、及び腐食減肉を防止する操作を行っ
た際の効果をごみ焼却炉の操業中に確認する手段がなか
った。

【００１１】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、ごみの性状や焼却炉の負荷などの
運転条件の変化により排ガスの性状が変化しても、運転
中の廃熱ボイラの腐食環境を常時監視して、廃熱ボイラ
の水管の腐食減肉を低減できるごみ焼却炉及びその操業
方法を提供することを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（１）本発明に係るごみ
焼却炉は、ごみを燃焼させる焼却炉と、該焼却炉の上部
に位置し、該焼却炉から流入した燃焼排ガスが有する熱
を回収する廃熱ボイラと、該廃熱ボイラ内の排ガス通路
に設置され、一対の電極間の電気抵抗の変化により前記
廃熱ボイラの腐食環境を検知する腐食検知器と、該腐食
検知器からの情報に基づいて前記腐食環境を軽減するよ
うに前記焼却炉の運転を制御する制御装置とを備えたも
のである。

【００１３】（２）上記（１）のみご焼却炉において、
腐食検知器を、廃熱ボイラの輻射室及び過熱器近傍の両
者又はいずれか一方に設置した。

【００１４】（３）また、本発明に係るごみ焼却炉の操
業方法は、焼却炉内でごみを燃焼させて燃焼排ガスを廃
熱ボイラに送る工程と、該廃熱ボイラにおいて前記燃焼
排ガスが有する熱を回収する工程と、前記廃熱ボイラの
腐食環境を検知する工程と、検知された前記腐食環境に
関する情報に基づいて該腐食環境を軽減するように前記
焼却炉の操業を制御する工程とを備えたものである。

【００１５】（４）上記（３）のごみ焼却炉の操業方法
において、焼却炉の操業を制御する工程を、ごみ焼却プ
ロセスを制御する工程及び廃熱ボイラの熱回収プロセス
を制御する工程の両者又はいずれか一方の工程とした。

【００１６】（５）上記（３）のごみ焼却炉の操業方法
において、焼却炉の操業を制御する工程を、燃焼空気流
量、二次燃焼空気流量、炉内水噴霧量、給塵速度、火格
子送り速度、ボイラ流入水量及びボイラ蒸発量の少なく
とも１つを制御する工程とした。

【００１７】（６）上記（３）のみごみ焼却炉の操業方
法において、腐食環境を検知する工程を、廃熱ボイラの
輻射室及び過熱器近傍の両者又は何れか一方に設けられ
た腐食検知器により腐食環境を検知する工程とした。

【００１８】（７）上記（３）のごみ焼却炉の操業方法
において、腐食環境を検知する工程を、プローブ内に設
けられた電極に燃焼排ガス中に含まれる溶融塩が付着す
ると電気抵抗が変化することにより腐食環境を検知する
工程とした。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明を実施した廃熱ボイ
ラ付きごみ焼却炉の一実施の形態の説明図であある。な
お、図４で説明した従来技術と同じ部分にはこれと同じ
符号を付し、説明を省略する。本発明は、廃熱ボイラ付
きごみ焼却炉の廃熱ボイラ内に、その腐食環境を検知す
る腐食検知器を設置し、これからの情報及び前述の各部
からの温度、圧力、流量などの情報に基いて、焼却炉１
の運転制御を行うようにしたものである。

【００２０】図において、２６ａは例えば腐食検知器２
７ａ，２７ｂ，２７ｃと腐食モニタ２８ａとからなり、
廃熱ボイラ１０の一般的に腐食環境の厳しい輻射室１１
に設置され、廃熱ボイラ１０の腐食環境を検知する腐食
検知装置、２６ｂは同じく腐食検知器２７ｄ，２７ｅと
腐食モニタ２８ｂとからなり、廃熱ボイラ１０の過熱器
１４の近傍に設置された腐食検知装置で、腐食検知器２
７ａ〜２７ｃ，２７ｄ，２７ｅの出力信号は腐食モニタ
２８ａ，２８ｂにそれぞれ送られ、腐食モニタ２８ａ，
２８ｂの出力信号は制御装置３０に送信される（なお、
以下の説明では、腐食検知装置２６ａ，２６ｂを単に２
６、腐食検知器２７ａ〜２７ｅを単に２７、腐食モニタ
２８ａ，２８ｂを単に２８と記すことがある）。

【００２１】腐食検知器２７としては、例えば、プロー
ブ内に電極を設けた腐食検知器がある。この腐食検知器
２７は、廃熱ボイラ１０の水管（伝熱管）の主な腐食要
因である溶融塩（この溶融塩は、排ガス中のダストに含
まれているものであるが）が付着すると、電気抵抗が変
化する電極を設けたものである。そして、電極の電気抵
抗の変化を検出することにより溶融塩の付着状況、即
ち、廃熱ボイラ１０内の腐食環境を検知する方式のもの
である。本発明における腐食検知器２７の概要を、図２
によって説明する。

【００２２】腐食検知器２７として、一対の短管状の電
極３２を相対して設けたプローブ３１を廃熱ボイラ１０
の壁面から内部へ挿入して設置する。電極３２は伝熱管
と同一材質を用いて、排ガス通路内に設置される。さら
にプローブ３１に設けた熱電対３３とプローブ温度制御
装置３４を用いて、電極３２を伝熱管と同一温度に保つ
ようにプローブ３１に冷却空気を送る。電極３２間に交
流電圧を印加して電極３２間の電気抵抗を計測し、腐食
モニター２８により演算処理を行い、腐食環境を判定す
る。電極３２間の電気抵抗は、電極３２の近傍の腐食環
境の厳しさに相当する電気抵抗（付着灰溶融抵抗Rｓ）
と、電極３２の腐食速度の逆数に相当する電気抵抗（R
ｃ）の和になっており、両者は容易に分離可能である。

【００２３】図３に、この腐食検出器２７による検出信
号の例を示す。横軸に焼却炉１の運転月日を示して時間
の推移を表し、縦軸に付着灰溶融抵抗（Rｓ）、腐食速
度（１/Rｃ）及び排ガス温度を示す。本データによる
と、焼却炉１の立上げ後、徐々に溶融抵抗（Rｓ）が下
がって溶融塩が発生し、同時に腐食速度（１/Rｃ）が増
加していることがわかる。また、排ガス温度が下がると
塩の溶融が止まって溶融抵抗が増加し、腐食速度が低下
していることがわかる。

【００２４】なお、腐食検知器２７は、上記の方式に限
定されるものではなく、他の方式又は他の構成による腐
食検知器を用いてもよい。その一例として、２個の不活
性金属（例えば白金）を電極としたプローブを構成する
腐食検知器がある。この腐食検知器は、溶融抵抗（R
ｓ）のみ検出するもので、プローブ設置後、プローブを
空冷により伝熱管と同一温度に保ちつつ電極間に交流電
圧を印加し、電極間の電気抵抗（溶融抵抗Rｓ）を腐食
モニターに送る。この溶融抵抗Rｓは電極近傍の腐食環
境の厳しさ（溶融塩の量や燃焼ガス温度）と良い相関が
ある。

【００２５】次に、上記のように構成した本発明の作用
を説明する。ホッパ３から投入されたごみは給塵装置４
により火格子２上に送り込まれ、バーナ７及び一次燃焼
空気による火力によって燃焼する。そして、これによっ
て生じた排ガスは廃熱ボイラ１０に流入して熱回収さ
れ、上部に設けた排気口１３から減温反応塔、ろ過式集
塵器等を経て煙突から排出される。また、廃熱ボイラ１
０において発生した蒸気はボイラドラム１２に集めら
れ、過熱器１４を経て次の工程へ送られるが、この間廃
熱ボイラ１０内を通過する排ガスにより加熱される。

【００２６】一方、焼却炉１、廃熱ボイラ１０内の各部
の温度及び圧力、あるいは供給されるごみの量（給塵速
度）、火格子送り速度、一次、二次燃焼用空気の流量や
温度制御用水の流量（噴霧量）、さらには、廃熱ボイラ
１０での流水量や蒸発量、排ガス中の有害ガスや酸素の
濃度などの情報が制御装置３０に入力され、また、例え
ば、腐食検知器２７の電極に溶融塩が付着してその電気
抵抗が変化すると、腐食モニタ２８からこれに対応した
信号が出力され、制御装置３０に送信される。そこで、
腐食速度（１/Rｃ）に相当する信号があらかじめ定めた
値より大きくなった場合、および／または溶融抵抗（R
ｓ）に相当する信号があらかじめ定めた値より小さくな
った場合に、腐食環境の厳しさを軽減する制御システム
が作動するようにしておけば、伝熱管の腐食を防止でき
る。

【００２７】制御装置３０には、蒸発量の安定化、排ガ
ス性状の適正化を目的とした上述の各部からの情報に加
えて、腐食モニタ２８から送られた腐食環境に関する情
報が入力する。制御装置３０はこれらの情報に基いて腐
食環境を軽減する目的の制御演算を行い、これらを総合
的に適正化するための制御信号が、火格子駆動用シリン
ダ５、給塵装置駆動用シリンダ６、各流量制御弁１７，
２０，２３等の操作端に送られ、焼却炉１の運転が最適
に制御される。この場合、上述の各部からの情報に基い
て、これらのうちの少なくとも１つを制御するようにし
てもよい。例えば、腐食信号（１/Rｃ）がある限界値を
越えた場合に、炉冷却空気量を増加させて排ガス温度を
低下させたり、或いは、火格子速度を減速、燃焼空気量
を低減し焼却炉での発生熱量を低減させることにより、
灰が溶融して付着することによる溶融塩の発生を抑制し
腐食環境の厳しさを軽減させるように焼却炉の運転を制
御する。

【００２８】上記の説明では、図示の廃熱ボイラ付きご
み焼却炉に腐食検知装置を設けた場合を示したが、他の
構成又は方式の廃熱ボイラ付きごみ焼却炉、例えば、流
動床式ごみ焼却炉、キルン式ごみ焼却炉にも本発明を実
施することができる。また、腐食検知器を廃熱ボイラの
輻射室及び過熱器の近傍にそれぞれ複数本設置した場合
を示したが、何れか一方だけに設け、あるいは他の腐食
の発生する可能性の高い場所に設けてもよく、その数も
適宜選択することができる。さらに、腐食検知装置を腐
食検知器と腐食モニタとによって構成した場合を示した
が、腐食モニタを省略し、腐食検知器の出力信号を直接
制御装置に送るようにしてもよい。

【００２９】以上の説明から明らかなように、本発明
は、廃熱ボイラ付きごみ焼却炉における蒸発量の安定化
と排ガス性状の適正化を目的とする制御に加えて、廃熱
ボイラの腐食環境を軽減する目的の制御を行うようにし
たので、焼却炉を最適に制御すると共に、焼却炉の運転
中における廃熱ボイラの腐食環境を常時かつ直接監視す
ることができる。また、腐食検知器を用いて腐食環境を
監視し、経時変化を記録することにより、廃熱ボイラを
構成する部材の耐用寿命を推定することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係るごみ焼却炉及び操業方法
は、ごみ焼却炉、このごみ焼却炉から流入した燃焼排ガ
スの熱回収を行う廃熱ボイラ及び焼却炉の運転を制御す
る制御装置等からなるごみ焼却炉において、廃熱ボイラ
内にこの廃熱ボイラの腐食環境を検知する腐食検知器を
設け、腐食検知器からの情報を制御装置に取り込み、腐
食環境を軽減するように焼却炉の運転を制御するように
したので、被焼却物の変化により排ガスの性状が変化し
ても、廃熱ボイラの腐食環境を把握してこれを軽減する
ように焼却炉を操業することにより、廃熱ボイラの腐食
減肉を低減することができる。

【００３１】また、上記の燃焼炉の操業方法において、
燃焼空気流量、二次燃焼空気流量、炉内水噴霧量、給塵
速度、火格子送り速度、ボイラ流入水量、ボイラ蒸発量
の少なくとも１つを制御することにより、廃熱ボイラの
腐食減肉を低減することができる。さらに、上記の腐食
検知器を、廃熱ボイラの輻射室及び／または過熱器近傍
に設けたので、腐食環境の厳しい廃熱ボイラの輻射室及
び／又は過熱器の腐食環境を把握して適切な操業を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施したごみ焼却炉の一実施の形態
の説明図である。

【図２】本発明における腐食検知装置の概略図であ
る。

【図３】本発明における腐食検知器による腐食環境の
計測結果を示す説明図である。

【図４】従来のごみ焼却炉の一例の説明図である。

【符号の説明】

１焼却炉、１０廃熱ボイラ、１１輻射室、１４
過熱器、２７腐食検知器、３０制御装置、３１
プローブ、３２電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２２Ｂ 37/38 Ｆ２２Ｂ 37/38 ＥＦ２３Ｇ 5/46 Ｆ２３Ｇ 5/46 Ｂ 5/48 5/48 Ｇ０１Ｎ 17/00 Ｇ０１Ｎ 17/00 27/04 27/04 Ｚ // Ｇ０１Ｎ 27/00 27/00 Ｌ (72)発明者張替一史東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2G050 AA01 BA10 BA20 CA02 DA01 EA01 EA05 EA10 EB02 EC01 EC03 EC05 2G060 AA03 AD01 AD04 AE28 AF07 AG07 AG11 EB02 HA02 HC07 HC13 HC15 HC18 HE03 HE05 3K062 AA01 AB01 AC01 BA02 BA05 CA01 CB06 CB09 DA01 DA07 DA16 DA21 DA32 DB01 DB06 DB08 DB28 3K065 AA01 AB01 AC01 BA03 JA03 JA18 3L021 BA03 DA22 FA02 FA03 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ごみを燃焼させる焼却炉と、該焼却炉の上部に位置し、該焼却炉から流入した燃焼排
ガスが有する熱を回収する廃熱ボイラと、該廃熱ボイラ内の排ガス通路に設置され、一対の電極間
の電気抵抗の変化により前記廃熱ボイラの腐食環境を検
知する腐食検知器と、該腐食検知器からの情報に基づいて前記腐食環境を軽減
するように前記焼却炉の運転を制御する制御装置とを備
えたことを特徴とするごみ焼却炉。
【請求項２】腐食検知器を、廃熱ボイラの輻射室及び
過熱器近傍の両者又はいずれか一方に設置したことを特
徴とする請求項１記載のごみ焼却炉。
【請求項３】焼却炉内でごみを燃焼させて燃焼排ガス
を廃熱ボイラに送る工程と、該廃熱ボイラにおいて前記燃焼排ガスが有する熱を回収
する工程と、前記廃熱ボイラの腐食環境を検知する工程と、検知された前記腐食環境に関する情報に基づいて該腐食
環境を軽減するように前記焼却炉の操業を制御する工程
とを備えたことを特徴とするごみ焼却炉の操業方法。
【請求項４】焼却炉の操業を制御する工程が、ごみ焼
却プロセスを制御する工程及び廃熱ボイラの熱回収プロ
セスを制御する工程の両者又はいずれか一方の工程であ
ることを特徴とする請求項３記載のごみ焼却炉の操業方
法。
【請求項５】焼却炉の操業を制御する工程が、燃焼空
気流量、二次燃焼空気流量、炉内水噴霧量、給塵速度、
火格子送り速度、ボイラ流入水量及びボイラ蒸発量の少
なくとも１つを制御する工程であることを特徴とする請
求項３記載のごみ焼却炉の操業方法。
【請求項６】腐食環境を検知する工程が、廃熱ボイラ
の輻射室及び過熱器近傍の両者又は何れか一方に設けら
れた腐食検知器により腐食環境を検知する工程であるこ
とを特徴とする請求項３記載のごみ焼却炉の操業方法。
【請求項７】腐食環境を検知する工程が、プローブ内
に設けられた電極に燃焼排ガス中に含まれる溶融塩が付
着すると電気抵抗が変化することにより腐食環境を検知
する工程であることを特徴とする請求項３記載のごみ焼
却炉の操業方法。