JP2003050001A - 廃熱ボイラ設備 - Google Patents

廃熱ボイラ設備

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JP2003050001A JP2001237767A JP2001237767A JP2003050001A JP 2003050001 A JP2003050001 A JP 2003050001A JP 2001237767 A JP2001237767 A JP 2001237767A JP 2001237767 A JP2001237767 A JP 2001237767A JP 2003050001 A JP2003050001 A JP 2003050001A
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superheater
waste
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Shinichi Segawa
伸一 瀬川
Sukenori Hirai
祐則 平井
Shiro Kamibayashi
史朗 上林
Hirohito Yoshioka
洋仁 吉岡
Satoshi Kuroishi
智 黒石
Jun Sato
佐藤  淳
Shiro Nakai
志郎 中井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備コストを押さえながらも、伝熱管群への
ダストの堆積による煙道の閉塞や高温腐食を来す虞の少
ない過熱器を備えた廃熱ボイラ設備を提供する。 【解決手段】 廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉の煙
道に設置された廃熱ボイラと、前記廃熱ボイラで生成さ
れた蒸気を過熱する過熱器とからなる廃熱ボイラ設備で
あって、前記過熱器を、排ガス中に含まれるダストが気
相状態を保つ気相化温度以上の前記煙道領域内に設けて
ある廃熱ボイラ設備。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物を溶融処理
する廃棄物溶融炉の煙道に設置された廃熱ボイラと、前
記廃熱ボイラで生成された蒸気を過熱する過熱器とから
なる廃熱ボイラ設備に関する。
【0002】
【従来の技術】ごみ処理プラントや、銅、ニッケル、亜
鉛等の非鉄精練工場及び製紙工場などにおける処理炉に
併設される廃熱ボイラ設備は、処理炉から排出される高
温の排ガスを導く煙道壁部に設置された水管壁と、前記
水管壁で熱交換され汽水ドラムに集められた飽和蒸気を
過熱して乾き蒸気を得る過熱器とから構成される。前記
過熱器の伝熱管は高温の雰囲気に晒され、その管壁温
度、排ガス中の塩素含有量、付着灰(塩など)の影響に
より発生する高温腐食の問題で、炭素鋼管の場合、一般
には320℃の管壁温度を超えないように前記ボイラ水
管壁のさらに下流側煙道の低温域に、排ガス流に対して
小径の伝熱管群を直交流配列すると伴に、伝熱管群への
粉体ダストの付着による熱伝効率の低下回避、腐食回
避、さらには煙道の閉塞回避のために、スートブロー方
式やハンマリング方式によるダスト払い落とし機構を設
けていた。
【0003】一方、上述の高温腐食の問題を回避して高
効率発電などを行うべく、設備費は嵩むものの炉の外部
に都市ガスなどによる追炊き式の過熱器を別途設ける方
式も実施されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、環境汚染防止の
観点からゴミ焼却炉などで生じた焼却灰や飛灰を埋立地
に埋立てる前に溶融炉により溶融処理して無害化された
スラグを建築骨材や道路舗装材として利用しているが、
そのような溶融炉においても熱エネルギーの有効利用の
ために上述した廃熱ボイラ設備を設置する試みがなされ
ている。
【0005】しかし、ゴミ焼却炉で生じた飛灰には、被
焼却物の燃焼などにより発生し排ガスに含まれるHC
l,SOxなどを除去するために添加された消石灰など
の中和剤により生じた多量のNa,Ca,Mgなどの塩
類やPb,Znなどの重金属が含まれており、そのよう
な被処理物を約1300℃に及ぶ高温で溶融処理する溶
融炉で生じた排ガスには多量の気化した塩などが含まれ
るために、上述した従来のように前記ボイラ水管壁のさ
らに下流側煙道の低温域に過熱器を設置すると、過熱器
の伝熱管群への固化した塩等のダストの付着堆積が著し
く、スートブロー方式やハンマリング方式によるダスト
払い落とし機構によるダスト除去にかかわらず伝熱管群
への付着堆積による熱交換効率の低下が顕著であり、さ
らには煙道の閉塞につながる虞があった。このようなダ
ストの多くは気化した塩が冷却され溶融状態から凝縮し
て固化したものであって、固化した塩は1〜2μmと微
少粒径であり、溶融状態の塩に比べて付着性は強くない
ものの排ガス中の水分を吸収して付着堆積し易く除去し
辛いという問題点が有った。
【0006】従って、本発明の目的は、上述した従来の
問題点を解消すべく、設備コストを押さえながらも、伝
熱管群へのダストの堆積による煙道の閉塞や高温腐食を
来す虞の少ない過熱器を備えた廃熱ボイラ設備を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明による廃熱ボイラ設備の特徴構成は、特許請
求の範囲の欄の請求項1に記載した通り、廃棄物を溶融
処理する廃棄物溶融炉の煙道に設置された廃熱ボイラ
と、前記廃熱ボイラで生成された蒸気を過熱する過熱器
とからなる廃熱ボイラ設備であって、前記過熱器を、排
ガス中に含まれるダストが気相状態を保つ気相化温度以
上の前記煙道領域内に設けてある点に有る。好ましく
は、請求項2に記載した通り、上述の特徴構成に加え
て、前記過熱器を、排ガス温度が550℃以上の煙道領
域内に設けてある点に有る。さらに好ましくは、請求項
3に記載した通り、前記過熱器を、排ガス温度が600
℃以上の煙道領域内に設けてある点に有る。
【0008】以下に、上述した特徴構成による作用及び
効果を説明する。つまり、前記過熱器の伝熱管群を前記
排ガス中に含まれるダストが気相状態を保つ気相化温度
以上の温度の煙道領域内に設ける場合には、前記過熱器
管群表面には気相状態のダストが含まれる排ガスとの熱
交換により、初期には気相状態のダストが冷却され凝縮
した液状のダストが付着する。前記過熱器の管群を流れ
る過熱蒸気温度は通常約200〜400℃に設定される
ことからそれより数十度高温となる管群表面には次第に
冷却されて析出したダストが付着堆積して固体ダスト層
が成長する。固体ダスト層がある程度の厚さまで成長す
るとその表面温度がダストの液相化する液相化温度で固
液平衡状態となり、さらにその周辺の高温部では気液平
衡状態となり、固体ダスト層はそれ以上に成長する事は
ない。
【0009】この時、前記固体ダスト層とその表面に付
着している溶融ダスト層を合わせた付着ダスト層の厚さ
は前記過熱器管群における排ガスとの熱交換に支障を来
たすことの殆ど無い、例えば約10mm程度以下の厚さ
でバランスされ、煙道を閉塞することは殆ど無くなり、
スートブローやハンマリングによるクリーニング機構が
無くとも長期にわたりメンテナンスの必要が無くなるの
である。
【0010】前記過熱器を設ける位置としては、溶融炉
の被処理物に多く含まれる塩類のガス化温度である55
0℃を目安として排ガス温度が550℃以上の煙道領域
内に設けることにより、上述した作用を確実に奏するこ
とができる。
【0011】さらに、前記過熱器を設ける位置として、
排ガス温度が600℃以上である前記煙道領域内に設け
ると、前記固体ダスト層の表面におけるダストの液化、
及び前記溶融ダスト層の表面におけるダストの気化が早
まり、そのため、前記付着ダスト層の厚さは薄くなり、
前記過熱器における排ガスとの熱交換効率が向上するの
である。
【0012】しかも、従来は高温腐食回避のために過熱
器は煙道の低温域に設置されるのが技術常識であったと
ころ、本発明によれば、前記固体ダスト層と前記溶融ダ
スト層から成る付着ダスト層の存在により、前記過熱器
表面の金属の腐蝕が抑制されるという極めて異質な効果
が見出されたのである。つまり、固体層により過熱器管
群を構成する金属と溶融層との接触が無くなり溶融塩腐
食が抑制され、固体層表面に形成される緻密な溶融固化
層により排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物などの腐食性
ガスの侵入を遮断することができ、これにより前記過熱
器表面の金属のガス腐蝕が抑制されるのである。
【0013】以上説明した通り、本発明によれば、設備
コストを押さえながらも、伝熱管群へのダストの堆積に
よる煙道の閉塞や高温腐食を来す虞の少ない過熱器を備
えた廃熱ボイラ設備を提供することが可能となった。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明による廃熱ボイラ設
備の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1に示す
ように、廃棄物溶融設備1は、被処理物の一例であるご
み焼却炉からの焼却灰や飛灰を溶融処理して溶融スラグ
にする回転式表面溶融炉Fを備え、前記回転式表面溶融
炉Fの床面に形成されたスラグポートF1から排出され
た1000℃以上の溶融排ガスは誘引送風機8により誘
引され、後燃焼室2に導かれて完全燃焼処理した後、煙
道に沿って配置された廃熱ボイラ設備3で約400℃に
冷却され、さらに炉内供給空気を余熱する空気余熱器
5、水噴霧ノズルから水を噴霧することにより排ガスを
冷却する水噴霧式ガス冷却塔6により200℃程度に冷
却された後、ダイオキシン及びその前駆物質を吸着処理
する活性炭粉末が噴射された後に飛灰や煤塵を除去する
バグフィルタ7、必要に応じて洗煙装置(図示せず)を
通過して煙突9から排気される。
【0015】前記回転式表面溶融炉Fに投入された被溶
融物は、バーナーF2により約1300℃に過熱された
炉内で表面から溶融して溶融スラグとなり、前記スラグ
ポートF1から下方の水槽に滴下して水砕スラグとして
排出される一方、溶融処理に伴って被溶融物中に含まれ
るNa,Ca,Mgなどの塩類やPb,Znなどの重金
属類は気化して排ガスとともに排気される。
【0016】前記廃熱ボイラ設備3、4は、下方から上
方へ、そして上方から下方へと折れ曲った煙道の高温域
である上流側周壁部に上下に配設された複数の水管から
成る水管壁3bをドラム3aに連結してなる廃熱ボイラ
3と、ドラム(汽水ドラム)3aに集められた飽和蒸気
を過熱して乾き蒸気を得る過熱器4とから構成される。
【0017】前記過熱器4は、排ガス中に含まれるダス
ト、つまり気化した塩類が気相状態を保つ気相化温度以
上の前記煙道領域内に設けてある。具体的には、排ガス
温度が気化した主要な塩類の気化温度である約550℃
以上の温度を有する煙道領域内に設けてあり、550℃
以上の前記煙道領域内であれば、前記廃熱ボイラ3の上
流、下流を問わず、何れに設置することも可能である。
詳述すれば、前記過熱器4は、煙道を流れる排ガス流に
対して伝熱管の単位内部容積に対して出来るだけ大きな
伝熱面を有するようヘッダ(図示せず)に連結された小
径の伝熱管群4aを煙道の排ガス流に対して多段に直交
流配列してある。
【0018】前記過熱器4で過熱された乾き蒸気は、必
要に応じて蒸気溜に蓄積され、蒸気タービン10に供給
されて発電に供され、前記蒸気タービン10からの排蒸
気は復水器11により復水された後に前記ドラム3aに
循環供給される。尚、必要に応じて前記水噴霧式ガス冷
却塔6に代えてエコノマイザを設けてボイラ復水を予熱
するように構成してもよい。
【0019】上述したように、炉の初期稼動時には、前
記過熱器の伝熱管群4a周辺の雰囲気中に存在する気相
状態のダストは、前記伝熱管群4aと接触することによ
り熱交換されてその表面に凝縮付着するが、次第に50
0℃以下の固相化温度にまで冷却されて固体ダスト層が
成長する。固体ダスト層がある程度の厚さまで成長する
とその固体ダスト層表面温度がダストの液相化する液相
化温度である500〜550℃で固液平衡状態となり、
さらにその表面周辺の高温部では気液平衡状態となり、
固体ダスト層はそれ以上に成長する事なく、前記固体ダ
スト層とその表面に付着している溶融ダスト層を合わせ
た付着ダスト層の厚さは前記過熱器管群における排ガス
との熱交換に支障を来たすことの殆ど無い、例えば約1
0mm程度以下の厚さでバランスされ、しかも前記付着
ダスト層の存在により、前記付着ダスト層が前記過熱器
4表面を腐蝕から保護する保護膜としての役割を果たす
ため、前記過熱器4表面の金属のガス腐蝕や溶融塩腐蝕
が抑制される。
【0020】〔別実施形態〕上述した実施形態では、前
記過熱器を、排ガス温度が550℃以上の煙道領域内に
設けてあるものを説明したが、前記過熱器を、排ガス温
度が600℃以上の煙道領域内に設けてもよい。この
時、前記固体ダスト層の表面におけるダストの液化、及
び前記溶融ダスト層の表面におけるダストの気化が早ま
り、そのため、前記付着ダスト層の厚さは薄くなり、前
記過熱器4における排ガスとの熱交換効率が向上する。
上述した実施形態では、回転式表面溶融炉の煙道に廃熱
ボイラ設備を併設したものを説明したが、溶融炉Fとし
ては表面溶融炉以外に旋回式溶融炉、ガス化溶融炉及び
電気溶融炉などの他の方式の溶融炉に適用可能であり、
被溶融物も焼却灰は飛灰の溶融以外に、これらと他の廃
棄物とを共に溶融処理する溶融炉に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の廃棄物処理設備の概略図
【符号の説明】
F 焼却灰溶融炉 1 ごみ焼却灰溶融設備 3 廃熱ボイラ 4 過熱器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上林 史朗 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 吉岡 洋仁 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 黒石 智 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 佐藤 淳 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 中井 志郎 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 Fターム(参考) 3K065 AA05 AB03 AC03 BA08 JA05 JA18

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉の煙
    道に設置された廃熱ボイラと、前記廃熱ボイラで生成さ
    れた蒸気を過熱する過熱器とからなる廃熱ボイラ設備で
    あって、 前記過熱器を、排ガス中に含まれるダストが気相状態を
    保つ気相化温度以上の前記煙道領域内に設けてある廃熱
    ボイラ設備。
  2. 【請求項2】 前記過熱器を、排ガス温度が550℃以
    上の煙道領域内に設けてある請求項1に記載の廃熱ボイ
    ラ設備。
  3. 【請求項3】 前記過熱器を、排ガス温度が600℃以
    上の煙道領域内に設けてある請求項1に記載の廃熱ボイ
    ラ設備。
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