JP2006308179A

JP2006308179A - ボイラの腐食防止装置及び腐食防止方法

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Publication number: JP2006308179A
Application number: JP2005130318A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osuga; 浩幸大須賀; Yoshinori Nishiyama; 嘉典西山
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: JP4448053B2

Abstract

【課題】ボイラを構成する過熱器の腐食を防止するボイラの腐食防止装置及び腐食防止方法を提供すること。
【解決手段】融点が火炉１の燃焼温度より高く火炉１及び過熱器２では溶融しないと共に、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下で溶融塩成分を殆ど含まない粒子を、粒子供給装置４により火炉１内に供給し、火炉１で生成される溶融塩を、供給した粒子と混合し良好に分散させて粒子と共に過熱器２に導入し、過熱器２にあっては、溶融塩を粒子により良好に分散させると共に当該溶融塩の周りを粒子が取り囲み希釈した状態で蒸気管２ａに付着させるようにし、蒸気管２ａに付着する溶融塩の濃度及び接触面積を粒子により低減するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラの腐食を防止する装置及び方法に関する。

従来、燃料を燃焼すると共に飽和蒸気を生成する火炉と、この火炉に接続されて当該火炉で生じる飽和蒸気を火炉からの燃焼ガスにより過熱し発電に利用するための過熱器と、を備えるボイラが知られている。ここで、近年にあっては、ＣＯ_２削減や廃棄物の熱利用の観点から、例えば建設廃材系木質等のバイオマス、例えば廃タイヤや廃プラスチック等の廃棄物をボイラの燃料として活用することが進められている。このようなバイオマス燃料、廃棄物燃料にあっては、燃料中に、例えばＮａ、Ｋ、Ｃｌ等の塩類や、例えば鉛、亜鉛等の重金属を含んでいる。従って、火炉での燃焼により、例えば、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＺｎＣｌ_２、Ｋ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＳＯ_４等の低融点（３００°Ｃ程度）の溶融塩が生成され、燃焼灰と共に後段の過熱器に至る。この過熱器は、上記発電に利用すべく高温・高圧の蒸気を生成するものであるから、そのガス温度が上記溶融塩の融点より高く例えば４００〜９００°Ｃに設定される。従って、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＺｎＣｌ_２、Ｋ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＳＯ_４等の溶融塩が、過熱器を構成し内部に上記飽和蒸気を流す蒸気管（チューブ）の表面に溶着し、当該蒸気管が腐食するという問題を生じる。

ところで、蒸気管の腐食を防止する技術ではないが、溶融塩成分を含む燃料を約１２００°Ｃの溶融炉で燃焼し、この溶融炉からの燃焼ガスを約６５０〜１０００°Ｃのボイラで熱回収してから、約３５０〜４００°Ｃの空気予熱器で熱交換を行うと共に、この空気予熱器に消石灰を供給し、当該空気予熱器でのダスト付着を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１３２４号公報

ここで、この公報記載のボイラが上記過熱器に相当すると考えられるが、当該公報記載の技術では、過熱器の腐食を勿論防止できない。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、ボイラを構成する過熱器の腐食が十分に防止されるボイラの腐食防止装置及び腐食防止方法を提供することを目的とする。

本発明によるボイラの腐食防止装置は、溶融塩成分を含む燃料を燃焼すると共に蒸気を生成する火炉と、この火炉に接続されて当該火炉で生じる蒸気を過熱する過熱器とを備えるボイラの腐食を防止する装置であって、その融点が火炉の燃焼温度より高く、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下の粒子を、火炉内に供給する粒子供給装置を具備した。

また、本発明によるボイラの腐食防止方法は、溶融塩成分を含む燃料を燃焼すると共に蒸気を生成する火炉と、この火炉に接続されて当該火炉で生じる蒸気を過熱する過熱器とを備えるボイラの腐食を防止する方法であって、その融点が火炉の燃焼温度より高く、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下の粒子を、火炉内に供給することを特徴としている。

このようなボイラの腐食防止装置及び腐食防止方法によれば、融点が火炉の燃焼温度より高く火炉及び過熱器では溶融しないと共に、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下で溶融塩成分を殆ど含まない粒子が火炉内に供給され、火炉で生成される溶融塩は、供給された粒子と混合され良好に分散されて粒子と共に過熱器に導入され、過熱器にあっては、溶融塩は粒子により良好に分散されると共に周りを取り囲まれ希釈された状態で蒸気管に付着し、蒸気管に付着する溶融塩の濃度及び接触面積が粒子により低減される。このため、過熱器の腐食が防止されるようになる。

ここで、火炉は、燃料を流動層で流動させながら燃焼する流動層炉であると、溶融塩は、供給される粒子と一層良好に混合され、過熱器にあっては、一層良好に分散・希釈され、過熱器の腐食が一層防止されるようになる。

また、粒子の平均粒径が２０μｍを越えると、粒子が大き過ぎて溶融塩が粒子に取り囲まれ難くなると共に粒子が蒸気管に付着し難くなり、また、１０μｍより小さいと、粒子が小さ過ぎて燃焼ガス流に乗って蒸気管を回り込み蒸気管に付着し難くなるため、粒子の平均粒径は、１０〜２０μｍとするのが好ましい。これにより、過熱器の腐食が一層防止されるようになる。

また、火炉と過熱器との間には、炉内から排出される所定の粒径以上の固形分を燃焼ガスから分離し炉内に戻す固気分離装置が設けられていると、容易に２０μｍ越えの粒子が火炉に戻され、２０μｍ越えの粒子の過熱器への導入が阻止されるため、過熱器の腐食が一層防止されるようになる。

また、火炉でのガス温度が８００〜１０００°Ｃ、過熱器でのガス温度が４００〜９００°Ｃであると、火炉での燃料燃焼により生成された低融点（３００°Ｃ程度）の溶融塩が、ガス温度４００〜９００°Ｃの過熱器において固形化すること無く蒸気管に融着し腐食を招来するため、このような温度設定のボイラに適用するのが効果的である。

このように本発明によれば、ボイラを構成する過熱器の腐食を防止することが可能となる。

以下、本発明によるボイラの腐食防止装置及び腐食防止方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る腐食防止装置を備えたボイラを示す構成図であり、例えばボイラ発電設備等に採用されるものである。

図１に示すように、ボイラ１００は、燃料を燃焼すると共に蒸気を生成する火炉１と、この火炉１に接続されて当該火炉１で生じる蒸気を過熱する過熱器２と、を備えている。

ここでは、火炉１は、縦長の筒状に構成され、ホッパ３から供給される燃料を、炉１内の下部に形成される流動層１ａで流動させながら燃焼する流動層炉であり、そのガス温度は８００〜１０００°Ｃに設定されている。この火炉１の燃料としては、例えば建設廃材系木質等のバイオマス燃料、例えば廃タイヤや廃プラスチック等の廃棄物燃料が用いられる。この火炉１の炉壁１ｂは水管（不図示）を構成し、この水管を炉１内の燃焼ガスに曝すことで飽和蒸気を生成する。そして、火炉１には、生成される飽和蒸気を後段に供する蒸気管６が接続されている。

また、火炉１に対しては、所定の粒子を炉１内に供給する粒子供給装置４が、後段の過熱器２の腐食を防止する腐食防止装置として設けられている。ここで用いられる所定の粒子とは、その融点が火炉１の燃焼温度（８００〜１０００°Ｃ）より高く、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下の粒子であり、具体的には、石灰石（ＣａＣＯ_３）、消石灰（ＣａＯＨ_２）、石灰（ＣａＯ）、Ｍｇ、珪砂、珪藻土、石炭燃焼灰（石炭燃焼フライアッシュ（飛灰）、石炭燃焼ボトムアッシュ（炉底灰））等が用いられる。また、粒子の平均粒径は、１０〜２０μｍとされている。

この火炉１の上部の燃焼ガス排出口には、固気分離装置としてのサイクロン５が接続されている。このサイクロン５は、所定の粒径以上の固形分を燃焼ガスから分離し炉１内に戻す一方で、燃焼ガスを後段の過熱器２に送る。このサイクロン５の選別粒径は、約２０μｍに設定されている。そして、このように、火炉１からの所定粒径以上の固形分がサイクロン５により炉１内に戻されるため、火炉１は、所謂循環流動層炉とされている。

サイクロン５に接続される過熱器２は、その内部に、火炉１からの蒸気管６に接続される蒸気管２ａを備え、この蒸気管２ａを流れる飽和蒸気を、サイクロン５を介して火炉１から導入される燃焼ガスにより過熱するものである。この過熱器２のガス温度は４００〜９００°Ｃとされ、蒸気管２ａのメタル温度は５００°Ｃ程度とされている。

このように構成されたボイラ１００によれば、ホッパ３から火炉１に供給される燃料が、流動層１ａで流動媒体と共に流動しながら燃焼し、この火炉１に対して粒子供給装置４から所定の粒子が供給される。

ここで、前述したように、バイオマス燃料、廃棄物燃料には、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ等の塩類や、例えば鉛、亜鉛等の重金属が含まれているため、火炉１での燃焼により、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＺｎＣｌ_２、Ｋ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＳＯ_４等の低融点（３００°Ｃ程度）の溶融塩が生成される。炉１内に供給される粒子は、その融点が火炉１の燃焼温度より高いため、溶融すること無く粒子のままの状態であり、溶融塩は当該粒子と混合されて良好に分散される。また、火炉１が流動層炉であるため、溶融塩は粒子と一層良好に混合されて分散され、後述の過熱器２での溶融塩の分散・希釈の一層の良化が図られる。

また、炉１内に供給される粒子は、前述したように、その塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下とされ、溶融塩成分を殆ど含まないため、過熱器２の腐食の要因となる溶融塩が増えることは防止されている。この粒子及び溶融塩は、燃料ガスに随伴されてサイクロン５へ導入される。

また、火炉１にあっては、水管が燃焼ガスに曝されることで、１００ＫＰａＧ、３３０°Ｃ程度の飽和蒸気が生成される。この蒸気は低温・低圧の蒸気で、高効率の発電ができないため、後段の過熱器２に送られる。

火炉１からの燃焼ガスが導入されるサイクロン５では、２０μｍ越えの固形分が燃焼ガスから分離されて炉１内に戻され、未燃物は燃焼に供される。このように、２０μｍ越えの粒子は、当該サイクロン５により容易に炉１内に戻され過熱器２への導入が阻止される。

過熱器２にあっては、蒸気管６を介して火炉１から供給され蒸気管２ａを流れる飽和蒸気が、サイクロン５を介して火炉１から導入される燃焼ガスにより過熱され、１００ＫＰａＧ、５００°Ｃ程度の高温・高圧の過熱蒸気とされる。そして、過熱器２を流れる燃焼ガスは、後段の排ガス処理設備（不図示）に供されて所定のガス処理が施され、一方、過熱器２で過熱された高温・高圧の過熱蒸気は、蒸気タービンに供給されて発電に利用される。

ここで、過熱器２にあっては、蒸気管２ａのメタル温度が５００°Ｃ程度であり、燃焼ガスに随伴されて過熱器２に導入される溶融塩の融点より高く、粒子の融点より低く、溶融塩は溶融状態のままであり、粒子は溶融すること無く粒子のままの状態である。

従って、溶融塩は、溶融塩成分を殆ど含まない粒子により良好に分散されると共に周りを取り囲まれ希釈された状態で蒸気管２ａに付着する。

この時、粒子の平均粒径が１０〜２０μｍであるため、溶融塩は、粒子により一層良好に分散されると共に周りを良好に取り囲まれ希釈された状態で蒸気管２ａに付着する。ここで、粒子の平均粒径が２０μｍを越えると、粒子が大き過ぎて溶融塩が粒子に取り囲まれ難くなると共に粒子が蒸気管２ａに付着し難くなり、また、１０μｍより小さいと、粒子が小さ過ぎて燃焼ガス流に乗って蒸気管２ａを回り込み蒸気管２ａに付着し難くなる。

そして、このように、粒子により良好に分散されると共に周りを取り囲まれ希釈されて蒸気管２ａに付着した溶融塩は、その濃度及びその接触面積が低減される。このため、過熱器２の蒸気管２ａの腐食が防止される。

このように、本実施形態においては、融点が火炉１の燃焼温度より高く火炉１及び過熱器２では溶融しないと共に、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下で溶融塩成分を殆ど含まない粒子が火炉１内に供給され、火炉１で生成される溶融塩は、供給された粒子と混合され良好に分散されて粒子と共に過熱器２に導入され、過熱器２にあっては、溶融塩は粒子により良好に分散されると共に周りを取り囲まれ希釈された状態で蒸気管２ａに付着し、蒸気管２ａに付着する溶融塩の濃度及び接触面積が粒子により低減されるため、過熱器２の腐食を防止することが可能とされている。因みに、粒子を火炉１の出口から下流側で供給する場合には、溶融塩との混合度が低く良好に分散されないため、好ましくない。

なお、所定の粒子として、Ｃａ、Ｍｇを供給する場合には、上記希釈に加えて、溶融塩成分との化学的な結合により融点を上げ溶融物では無く固形物として蒸気管２ａに付着させ、腐食を防止するという効果もある。また、所定の粒子として石炭燃焼灰を供給する場合には、石炭燃焼灰が有償処理であるからコスト低減が図られると共に供給量が投入燃料の１〜２％程度で良く経済的である。また、石炭焚きボイラが設備内にある場合には新たなコストの発生は無く、設備外にある場合でも輸送費のみで良い。また、所定の粒子として石炭燃焼ボトムアッシュを供給する場合には、粒径が大きいため特に流動層１ａの流動媒体として有効である。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、火炉１を循環流動層炉としているが、例えば、バブリング流動層炉や、ストーカー炉等に対しても適用可能である。

また、上記実施形態においては、溶融塩成分を含む燃料としてバイオマス燃料、廃棄物燃料を挙げているが、溶融塩成分を含む他の燃料であっても勿論良い。

本発明の実施形態に係る腐食防止装置を備えたボイラを示す構成図である。

符号の説明

１…火炉（流動層炉）、１ａ…流動層、２…過熱器、２ａ…蒸気管、４…粒子供給装置（腐食防止装置）、５…サイクロン（固気分離装置）、１００…ボイラ。

Claims

溶融塩成分を含む燃料を燃焼すると共に蒸気を生成する火炉と、この火炉に接続されて当該火炉で生じる蒸気を過熱する過熱器とを備えるボイラの腐食を防止する装置であって、
その融点が前記火炉の燃焼温度より高く、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下の粒子を、前記火炉内に供給する粒子供給装置を具備したボイラの腐食防止装置。
前記火炉は、前記燃料を流動層で流動させながら燃焼する流動層炉であることを特徴とする請求項１記載のボイラの腐食防止装置。
前記粒子は、平均粒径が１０〜２０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のボイラの腐食防止装置。
前記火炉と前記過熱器との間には、炉内から排出される所定の粒径以上の固形分を燃焼ガスから分離し炉内に戻す固気分離装置が設けられていることを特徴とする請求項３記載のボイラの腐食防止装置。
前記火炉でのガス温度が８００〜１０００°Ｃ、前記過熱器でのガス温度が４００〜９００°Ｃであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のボイラの腐食防止装置。
溶融塩成分を含む燃料を燃焼すると共に蒸気を生成する火炉と、この火炉に接続されて当該火炉で生じる蒸気を過熱する過熱器とを備えるボイラの腐食を防止する方法であって、
その融点が前記火炉の燃焼温度より高く、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下の粒子を、前記火炉内に供給することを特徴とするボイラの腐食防止方法。