JP2004286380A

JP2004286380A - 廃棄物燃焼ボイラ

Info

Publication number: JP2004286380A
Application number: JP2003081171A
Authority: JP
Inventors: Akio Nishiyama; 明雄西山
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】伝熱管腐食を抑制・防止して廃棄物を非廃棄物系燃料と共燃焼させて処理することが可能な廃棄物燃焼ボイラを提供する
【解決手段】腐食センサ２により伝熱管１１０の腐食進行状況を測定し、制御装置１８は、腐食が進行しそうな場合には、廃棄物燃料を供給する廃棄物燃料径３の燃料フィーダ３２駆動用モータ３３の駆動を制御して、燃料中の廃棄物燃料の比率を減らす。また、腐食が進行していないと判定した場合には、モータ３３の駆動を制御して、廃棄物燃料の比率を基に戻す。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を燃焼させて、得られた熱を蒸気エネルギーとして回収する廃棄物燃焼ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物や一般廃棄物を処理する方法として、これらの廃棄物をボイラ燃料として焼却処理する手法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１には、製紙工場から排出される排水スラッジ等を石炭と混燃させる流動床ボイラにおいて燃焼時に塩素ガス、塩化水素ガスを発生させる燃料を燃焼させるセルと、燃焼時にこれらのガスを発生させることのない燃料を燃焼させるセルとに区分し、燃焼時に塩素ガス等が発生する燃料を燃焼させるセル層内には、管壁温が４００度を超える過熱器管を配置せず、未燃灰の再循環時の投入位置を管壁温が４００度を超える過熱器管が配置されるセルとする技術が開示されている。これにより、塩素ガスまたは塩化水素ガスを含む高温の燃焼ガスによって過熱器管が腐食するのを防止すると記載されている。
【０００４】
特許文献２には、廃棄物を燃焼装置内で直接もしくはそのガス化ガスを燃焼させて得られた燃焼ガスまたは廃棄物のガス化ガスを主燃料を燃焼させるボイラの火炉へ導入して燃焼処理する技術が開示されている。このように主燃料の燃焼ガスによって廃棄物の燃焼によって発生する塩素ガスが希釈されるため、塩素ガスによる伝熱間の腐食を防止できると記載されている。そして、好ましくは、ボイラに導入される燃焼ガスまたはガス化ガスを脱塩装置により処理することで、伝熱管腐食の心配はなくなると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５１８８９２号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−１０８３２０号公報（段落００２４〜００３０、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの技術は廃棄物を専用の燃焼装置あるいはセル内で燃焼させることを基本とするものであり、処理設備が大型化してしまう。さらに、特許文献１の技術では、管壁温の上昇を防ぐために蒸気温度を低下させる必要があり、この結果、十分な熱効率を確保することができないという問題がある。一方、特許文献２の技術は、発電プラントで廃棄物を合わせて処理するものであり、火炉側の運転条件によって廃棄物の処理が制約を受けることとなり、十分な廃棄物処理が図れないおそれがある。
【０００７】
そこで本発明は、伝熱管腐食を抑制・防止して廃棄物を非廃棄物系燃料と共燃焼させて処理することが可能な廃棄物燃焼ボイラを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る廃棄物燃焼ボイラは、廃棄物を燃料として使用する廃棄物燃焼ボイラにおいて、廃棄物系燃料と非廃棄物系燃料用にそれぞれ専用に設けられている燃料供給システムと、該ボイラの伝熱部に配置され、燃焼ガス中のアルカリ溶融塩成分による伝熱部の腐食をモニタリングする腐食センサと、この腐食センサの出力に応じて燃料供給システムによる廃棄物系燃料と非廃棄物系燃料の供給を調整する制御装置と、を備えるものである。
【０００９】
このように構成すると、モニタリングしている伝熱部の腐食状況に応じてボイラで燃焼させる燃料中の廃棄物の比率を調整することで、燃焼ガスに含まれる腐食性のアルカリ溶融塩成分を抑制することができる。そのうえで、燃焼させる廃棄物量を確保することができるため、伝熱管腐食を抑制しつつ廃棄物を効果的に燃焼処理することができる。腐食センサとしては、電気化学ノイズ測定法によるセンサが有効である。
【００１０】
この制御装置は、伝熱部の熱伝達率を計算して、伝熱部への灰付着状況を推定するとともに、推定結果に応じて燃料供給システムを制御することが好ましい。伝熱部への燃焼灰の付着量が増大すると、伝熱部の熱伝達率が低下することから、伝熱部の熱伝達状況により、この燃焼灰の付着状況を推定することが可能となる。廃棄物の燃焼灰は腐食性のアルカリ溶融塩成分を含むことから、このように灰付着量が増大すると、伝熱管の腐食が進行しやすくなると考えられる。そこで、灰付着状況に応じて燃料中の廃棄物の比率を調整することにより、制御精度を向上させる。
【００１１】
伝熱部における圧力損失を測定する圧力損失測定手段をさらに備え、制御装置は、測定した圧力損失を基にして伝熱部への灰付着状況を推定するとともに、推定結果に応じて燃料供給システムを制御するようにしてもよい。
【００１２】
伝熱部への燃焼灰の付着量が増大すると、伝熱部を燃焼ガスが通過する際の流動抵抗が増大するため、圧力損失が大きくなる。したがって、伝熱部の圧力損失から燃焼灰の付着状況を推定することが可能となる。こうして灰付着状況に応じて燃料中の廃棄物の比率を調整することにより、制御精度を向上させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本発明に係る廃棄物燃焼ボイラーの概略構成図である。この廃棄物燃焼ボイラー１は、廃棄物と石炭、石油のような化石燃料、アルコール等の良質燃料を混焼させるボイラーである。ボイラー１は、燃焼炉１０と、この燃焼炉１０に燃料を供給する２系統の燃料供給系３、４を有し、各燃料供給系３、４と燃焼炉１０は燃料コンベア５によって接続されている。各燃料供給系３、４は、燃料を貯留する燃料ホッパ３１、４１と、貯留された燃料を燃料コンベア５に移送する燃料フィーダ３２、４２と燃料フィーダ３２、４２を駆動するモータ３３、４３を備えている。以下、燃料ホッパ３１には廃棄物燃料が、燃料ホッパ４１には良質燃料（非廃棄物燃料）が貯留されているものとする。
【００１５】
燃焼炉１０で生成された燃焼ガスは煙道１１により排出され、煙道１１内にはボイラ伝熱管１１０が配置されており、燃焼ガスとこの伝熱管１１０内を流れる水との間で熱交換を行うことにより、蒸気を生成することで熱回収を行う。煙道１１の伝熱管１１０付近には腐食センサ２、排ガス流量センサ１２が配置されるほか、伝熱管１１０の上流、下流側に、圧力計１３、１５、温度計１４、１６がそれぞれ配置されている。
【００１６】
伝熱管１１０に接続される給水ラインには、温度計１１１と流量計１１２が配置され、伝熱管１１０で生成された蒸気を送出する蒸気ラインには、温度計１１３と圧力計１１４が配置される。
【００１７】
制御装置１８には、各センサの出力信号が入力されており、燃料供給系３、４のモータ３３、４３の駆動を制御することにより、燃焼炉１０へ供給される燃料の割合を制御する機能を備えている。
【００１８】
本実施形態で用いられる腐食センサ２としては電気化学ノイズ測定センサが好適である。図２（ａ）〜（ｃ）は、電気化学ノイズ測定センサの概略構成図である。図２（ａ）に示される腐食センサ２ａは、電位ノイズ測定センサであり、被測定物８に接触する作用極２０に対する材質の異なる照合極２１の電位を、高入力インピーダンス（１００ＧΩ以上）の電圧計２４を用いて測定するものである。図２（ｂ）に示される腐食センサ２ｂは、電流ノイズ測定センサであり、被測定物８に接触する作用極２０と同材質の対極２２との間に流れる電流を、無抵抗形の電流計２３を用いて測定するものである。図２（ｃ）に示される腐食センサ２ｂは、作用極２０を共通化することで、電位ノイズ測定センサと電流ノイズ測定センサを一体化させて、電位ノイズと電流ノイズを同時に測定可能としたノイズ抵抗測定センサである。この場合、電位ノイズＶｎと電流ノイズＩｎの比Ｖｎ／Ｉｎであるノイズ抵抗値Ｒｎは腐食抵抗値Ｒｐにほぼ等しくなる。
【００１９】
このような腐食センサのうち図２（ａ）で示される電位ノイズセンサを例に、以下、説明を行う。腐食電位ノイズは、一般に図３（ａ）（ｂ）で示される二つの型に区分される。図３（ａ）で示されるＲＤ（ＲａｐｉｄＤｒｏｐｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｓｌｏｗｒｅｃｏｖｅｒｙ）型は、材料表面での酸化皮膜の生成・剥離に対応して発生する波形であり、図３（ｂ）に示されるＲＲ（ＲａｐｉｄＲｉｓｅｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｓｌｏｗｒｅｃｏｖｅｒｙ）型は、還元雰囲気化での局部腐食の発生に対応して発生する波形である。図４は、腐食電位ノイズの測定例を示したグラフである。測定時間が３９１時間を超えた時点から、振幅２０〜３０ｍＡのＲＤ型波形が、ＲＲ型波形に変化している。実際の試験片においても局部腐食が発生しており、この方式の有効性が認められた。
【００２０】
次に、本ボイラー１の運転方法を説明する。図５は、このボイラー１の運転時の制御装置１８によって行われる制御処理を示すフローチャートである。制御装置１８は、各センサの出力を監視して燃料フィーダ３２、４２を駆動する各モータの駆動を制御する。以下、説明を簡略化するため、腐食センサ２で測定した腐食電位ノイズによって制御を行う場合を説明する。
【００２１】
運転開始時には、燃焼時に腐食性ガスを発生させる可能性のある廃棄物燃料を供給する燃料フィーダ３２用のモータ３３の回転数ＭＶ１を初期値ＳＥＴ１に、燃焼時の腐食性ガスを発生させないか、発生量が極めて低い良質燃料を供給する燃料フィーダ４２用のモータ４３の回転数ＭＶ２を初期値ＳＥＴ２にそれぞれ設定する（ステップＳ１）。
【００２２】
次に、腐食センサ２の出力から得られた腐食電位ノイズＲｐを閾値Ｌと比較する（ステップＳ２）。Ｒｐが閾値Ｌを下回っている場合、つまり局部腐食が発生している可能性のある場合には、ステップＳ３へと移行し、内部のタイマーをスタートさせる。ステップＳ４では、タイマーをスタートさせてから所定時間経過したか否かを判定する。所定時間に達していない場合には、ステップＳ５へと移行して、最新の腐食電位ノイズＲｐを閾値Ｌと比較する。再比較の結果もＲｐが閾値Ｌを下回っている場合、つまり局部腐食が発生している可能性のある場合には、ステップＳ４へと戻る。これにより、腐食電位ノイズＲｐが閾値Ｌを下回った状態が継続している場合には、その継続時間が所定時間に達するまでステップＳ４とＳ５の間でループ処理を行うことになる。継続時間が所定時間に達する前に腐食電位ノイズＲｐが閾値Ｌを再び上回った場合には、ステップＳ５からステップＳ６へと移行し、タイマーを停止させてリセットした後、ステップＳ２へと戻る。一方、腐食電位ノイズＲｐが閾値Ｌを下回った状態が所定時間以上継続している場合には、ステップＳ７へと移行して、モータ３３の回転数ＭＶ１を現在値より１０％低下させる一方、モータ４３の回転数ＭＶ２を現在値より１０％増加させる。これにより、燃焼時に腐食性ガスを発生させるおそれのある廃棄物燃料の供給量を低下させ、反対に腐食性ガスを発生させるおそれの小さい良質燃料の供給量を増加させる。これにより、焼却炉１０において燃焼によって生成される燃焼ガス中の腐食性ガスの割合が低下するため、腐食の進行を抑制することができる。また、良質燃料の割合を増やしつつ、廃棄物燃料の供給も継続するので、伝熱管１１０にダメージを及ぼすことなく、適切に廃棄物燃料の焼却処理が可能となる。燃料供給量を切り替えても、再度腐食電位ノイズが所定時間以上継続して閾値を下回った場合には、再びステップＳ７の処理が行われる。これにより、腐食が進行しそうな場合には、廃棄物の供給比率を漸減させつつ、処理を行うことが可能となる。
【００２３】
ステップＳ２でＲｐが閾値Ｌ以上であった場合には、ステップＳ８へと移行して、内部のタイマーをスタートさせる。ステップＳ９では、タイマーをスタートさせてから所定時間経過したか否かを判定する。所定時間に達していない場合には、ステップＳ１０へと移行して、最新の腐食電位ノイズＲｐを閾値Ｌと比較する。再比較の結果もＲｐが閾値Ｌ以上である場合、つまり局部腐食が発生するおそれの少ない場合には、ステップＳ９へと戻る。これにより、腐食電位ノイズＲｐが閾値Ｌ以上の状態が継続している場合には、その継続時間が所定時間に達するまでステップＳ９とＳ１０の間でループ処理を行うことになる。継続時間が所定時間に達する前に腐食電位ノイズＲｐが閾値Ｌを再び下回った場合には、ステップＳ１０からステップＳ１１へと移行し、タイマーを停止させてリセットした後、ステップＳ２へと戻る。一方、腐食電位ノイズＲｐが閾値Ｌ以上の状態が所定時間以上継続している場合には、ステップＳ１２へと移行して、モータ３３の回転数ＭＶ１とモータ４３の回転数ＭＶ２をそれぞれ初期値ＳＥＴ１、ＳＥＴ２に戻す。これにより、腐食電位ノイズＲｐが所定時間以上継続して閾値Ｌ以上となり、局部腐食が治まったと推定される場合には、廃棄物燃料の供給量を初期値に戻すことで、廃棄物燃料を効率よく処理することができる。ここでは、初期値に戻す例を示したが、段階的に廃棄物燃料の比率を増やして初期値に戻してもよい。
【００２４】
このように腐食の状況を腐食センサ２によって監視し、その監視結果に基づいて燃焼炉１に供給する廃棄物燃料と良質燃料の供給量、比率を変更することにより、腐食の進行を抑制しつつ、廃棄物燃料の供給比率を適切な状態に維持して、その効率よい処理を図ることができる。
【００２５】
以上の説明では、腐食センサ２で測定した腐食電位ノイズのみを用いて制御を行う場合を説明したが、制御装置は、その他の各センサの出力値を用いて制御を行うことが好ましい。
【００２６】
具体的には、伝熱管１１０の上流側と下流側における圧力損失を圧力計１３、１５の出力値を基にして算定し、圧力損失が所定値以上となった場合には、伝熱管１１０を腐食させるおそれが大きいアルカリ溶融塩を含む低融点灰が伝熱管１１０や煙道１１内に付着している可能性が高いとみて、低融点灰のさらなる付着を抑制するために廃棄物燃料の供給比率を低下させればよい。
【００２７】
あるいは、伝熱管１１０における熱伝達率を各センサで計測した燃焼ガスと給水・蒸気の伝熱前と伝熱後のそれぞれの物性値から計算し、熱伝達率が所定値以下に低下した場合に灰付着量が所定の状態を超えたと推定して、低融点灰のさらなる付着を抑制するために廃棄物燃料の供給比率を低下させてもよい。
【００２８】
これらは、腐食センサ２による測定に比べて伝熱管１１０の腐食の一因となる低融点灰の付着を推定するものにすぎないため、腐食センサ２による測定と組み合わせて制御を行うことが好ましい。
【００２９】
以上の説明では、腐食センサ２が電位ノイズ測定センサである場合を例に説明したが、図２（ｂ）に示される電流ノイズ測定センサや図２（ｃ）に示される抵抗ノイズ測定センサである場合も適用可能である。ただし、電流ノイズ測定センサや抵抗ノイズ測定センサは、無抵抗形の電流計を必要とし、測定される電流も微弱であるため、精度のよい測定を行うには装置のコストが高くなる問題がある。これに対して、電位ノイズ測定センサは簡単な構成で精度の高い測定を行うことができる点で、電流ノイズ測定センサ、抵抗ノイズ測定センサに比較して好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、腐食センサにより伝熱管腐食の進行状況を測定し、腐食が進行しそうな場合には、燃料中の廃棄物燃料の比率を減らして腐食性ガスの発生を抑制するので、伝熱管腐食の進行を抑制できる。また、腐食が進行していないと判定した場合には、廃棄物燃料の比率を戻すことで、廃棄物燃料を好適に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る廃棄物燃焼ボイラーの概略構成図である。
【図２】図１のボイラーで用いられる腐食センサの概略構成図である。
【図３】図２の腐食センサで測定される腐食電位ノイズの波形の２つの型を示すグラフである。
【図４】腐食電位ノイズの測定例を示すグラフである。
【図５】図１のボイラーにおける腐食抑制制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…ボイラー、２…腐食センサ、３、４…燃料供給系、５…燃料コンベア、８…被測定物、１０…燃焼炉、１１…煙道、１２…排ガス流量センサ、１３、１５…圧力計、１４、１６…温度計、１８…制御装置、２０…作用極、２１…照合極、２２…対極、２３…電流計、２４…電圧計、３１、４１…燃料ホッパ、３２、４２…燃料フィーダ、３３、４３…モータ、１１０…ボイラ伝熱管、１１１、１１３…温度計、１１２…流量計、１１４…圧力計。

Claims

廃棄物を燃料として使用する廃棄物燃焼ボイラにおいて、
廃棄物系燃料と非廃棄物系燃料用にそれぞれ専用に設けられている燃料供給システムと、
該ボイラの伝熱部に配置され、燃焼ガス中のアルカリ溶融塩成分による伝熱部の腐食をモニタリングする腐食センサと、
前記腐食センサの出力に応じて前記燃料供給システムによる廃棄物系燃料と非廃棄物系燃料の供給を調整する制御装置と、
を備える廃棄物燃焼ボイラ。
前記制御装置は、伝熱部の熱伝達率を計算して、伝熱部への灰付着状況を推定するとともに、推定結果に応じて前記燃料供給システムを制御する請求項１記載の廃棄物燃焼ボイラ。
伝熱部における圧力損失を測定する圧力損失測定手段をさらに備え、前記制御装置は、測定した圧力損失を基にして伝熱部への灰付着状況を推定するとともに、推定結果に応じて前記燃料供給システムを制御する請求項１または２に記載の廃棄物燃焼ボイラ。