JP2012220064A - 廃棄物処理設備の廃熱ボイラの低温腐食防止方法及び廃熱ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物処理設備における燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラにおいて、廃熱ボイラ休止時の伝熱管の低温状態における付着灰中の塩化物成分に起因する低温腐食を抑制する。
【解決手段】廃棄物処理設備の燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラ２内にアルカリ性薬剤を吹込口９から噴霧し、廃熱ボイラ内の灰にアルカリ性薬剤を接触させ保持させて低温腐食を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物処理設備で発生する燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラの停止中における、廃熱ボイラ内の灰中の塩素分に起因する低温腐食を防止する方法及び廃熱ボイラに関する。

一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物を燃焼、溶融させる設備において、発生する可燃ガスを燃焼室で燃焼させ、燃焼室から排出される高温の燃焼排ガスを廃熱ボイラに導いて熱回収することが行われる（特許文献１参照）。

図３は廃棄物溶融処理設備の排ガス処理設備の全体を示す系統図である。図３において、廃棄物溶融炉２１に排ガス処理設備が接続され、排ガス処理設備には燃焼室２２、廃熱ボイラ２３、排ガス温度調節器２４、集じん器２５、誘引送風機２６、煙突２７が順次配置されている。

廃棄物溶融炉２１で廃棄物の熱分解により発生した可燃性の排ガスは、燃焼室２２へ送って燃焼させる。燃焼室２２で燃焼により発生した高温の燃焼排ガスは、廃熱ボイラ２３に送られて熱回収される。廃熱ボイラ２３の排ガスは、排ガス温度調節器２４で冷却して排ガス温度を調整し、集じん器２５に導入される。集じん器２５に導入される排ガスには、排ガス中の塩化水素を除去するために消石灰等の反応助剤が吹き込まれて集じん器２５で集じんされる。集じん器２５から排出される集じん後の排ガスは、誘引送風機２６で誘引されて煙突２７から放出される。

一般に、廃棄物を処理する場合、廃棄物処理設備から発生する排ガスの中には廃棄物中の塩素が含まれるため、排ガスを燃焼室で燃焼させると、燃焼排ガス中に塩化水素ガスが発生する。

通常、燃焼排ガス中の塩化水素を取り除くには、図２に示すように、燃焼排ガスから廃熱回収し、温度を低下させた後、消石灰などのアルカリ剤の添加により塩化カルシウムとして灰とともに集じん器で取り除く方法がとられている。

しかしながら、集じん器で塩化水素を取り除く前の塩化水素を含有した燃焼排ガスから廃熱ボイラで廃熱回収する場合、廃熱ボイラ内には、塩素分（ＣＬ）を含んだ灰が徐々に付着する。そして、廃熱ボイラの停止時に大気中の水分の影響を受け、付着灰が吸湿し低温腐食が発生し、定期的な補修が必要となる問題がある。

特許文献１では、廃棄物溶融炉から発生する可燃性の排ガスを燃焼させた燃焼排ガス中の塩化水素を除去するとともに、この燃焼排ガスから廃熱ボイラで熱回収する場合に腐食を防止して高温の蒸気を回収して高効率の発電を行うために、廃棄物溶融炉からの発生ガスを燃焼室で燃焼し、この燃焼排ガスから廃熱回収する装置を備えた廃棄物溶融処理装置において、前記廃棄物溶融炉の発生ガスから可燃灰を捕集する捕集装置と、該可燃灰に消石灰等のアルカリ剤を添加して混練造粒する装置を設置し、造粒後の可燃灰を前記２次燃焼炉で燃焼する廃棄物溶融炉発生ガス処理装置が開示されている。

しかしながら、前記特許文献１による技術では、可燃灰にアルカリ剤を添加して混練造粒するために粒度が大きい状態で２次燃焼炉へ供給されるので、ガスとの接触が難しく、塩化水素の除去率は十分でなかった。

特開平８−１１００２１号公報

廃熱ボイラは水冷壁構造であり、熱回収ボイラにおいては、廃熱ボイラ定期点検や年次点検等での休止時には、伝熱管が露点温度以下になり、伝熱管に付着している付着灰の吸湿、潮解により付着灰中の塩化物成分（ＣＬ）に起因する低温腐食により配管減肉が進行する。

廃熱ボイラの付着灰は約１０質量％前後の塩素成分を有しており、運転中においては、金属（Ｍ）の塩化物（ＭＣＬ_２、例えば、ＰｂＣＬ_２、ＮａＣＬ、ＺｎＣＬ_２等）の形態で存在している。

この状態にて定期整備等において廃熱ボイラを冷却すると大気中の水分と反応し、以下の形態にて伝熱管を腐食させる。
ＭＣＬ_２＋２Ｈ_２Ｏ→２ＨＣＬ＋Ｍ（ＯＨ）_２
このＨＣＬにより、鋼製（Ｆｅ）の伝熱管は、
２ＨＣＬ＋Ｆｅ→ＦｅＣＬ_２＋Ｈ_２
の化学式により低温腐食が進行する。

この廃熱ボイラ内部の過熱器、蒸発器等の管群が腐食すると、交換や補修に莫大な労力と費用が必要となる。

そこで、本発明は、廃棄物処理設備における燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラにおいて、廃熱ボイラ休止時の伝熱管の低温状態における付着灰中の塩化物成分に起因する低温腐食を抑制する廃熱ボイラの腐食防止方法と、この方法を実施するための低温腐食防止構造を備えた廃熱ボイラを提供するものである。

本発明は、廃棄物処理設備の燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラの低温腐食防止方法において、廃熱ボイラ内にアルカリ性薬剤を噴霧し、廃熱ボイラ内の灰に前記アルカリ性薬剤を接触させて保持することを特徴とする。

前記構成において、アルカリ性薬剤の噴霧を廃熱ボイラの運転中に間欠的あるいは連続的に行うこと、アルカリ性薬剤の噴霧を廃熱ボイラの立上時及び停止前に行うことを特徴とする。

また、本発明は、上下方向に多数本の伝熱管が配置された水冷壁で構成され、内部に蒸発器及び過熱器の管群が配置された、廃棄物処理設備の燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラにおいて、前記廃熱ボイラ内に、廃熱ボイラ内の灰に前記アルカリ性薬剤を接触させ保持して廃熱ボイラの低温腐食を防止するアルカリ性薬剤を噴霧する吹込口が外壁に設けられ、前記吹込口に前記アルカリ性薬剤を供給するアルカリ性薬剤供給配管が接続された低温腐食防止構造を備えていることを特徴とする。

本発明は、アルカリ性薬剤を廃熱ボイラ内に噴霧することにより、（１）運転中の廃熱ボイラに付着する付着灰の塩素濃度を低下、均一化させることができる、（２）また、アルカリ性薬剤を吹き込んで付着灰とアルカリ性薬剤を接触させることにより廃熱ボイラの休止時の低温状態において廃熱ボイラ内に付着している付着灰とアルカリ性薬剤が接触して中和されるので低温腐食を防止することができるとともに、廃熱ボイラ内の管群の交換や補修を軽減させることができる。

本発明を適用する廃熱ボイラの一例を示す概略図である。 （ａ）は間欠吹込時のボイラ伝熱管付着灰断面図、（ｂ）は従来技術の消石灰を廃熱ボイラ内に吹き込まない場合のボイラ伝熱管付着灰断面である。 廃棄物溶融処理設備の排ガス処理設備の全体を示す系統図である。

本発明について図面を参照しながら説明する。以下に消石灰粉末の実施例を示すが、アルカリ性薬剤としては、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）の他、カルシウム（Ｃａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属の酸化物及び炭酸塩が適している。具体的には、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＣａＣＯ_３、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３等を含む化合物又は混合物が適している。また、ＮａＯＨ、ＮａＣＯ_３、重曹（ＮＨ（ＣＯ_３）_４）等を用いることができる。また、アルカリ性薬剤は、粉体としてだけでなく、スラリーとして噴霧してもよい。

図１において、廃棄物溶融炉からの可燃性の排ガスを燃焼させる燃焼室１の後段に廃熱ボイラ２が接続され、燃焼室１から排出される燃焼排ガスが廃熱ボイラ２に導入されて熱交換により熱回収される。

廃熱ボイラ２は、第１パス部４、上下方向に多数本の伝熱管３が配置された第２パス部５、第３パス部６及び第４パス部７が仕切り壁を介して上部及び下部が交互に連通して構成され、燃焼室１から廃熱ボイラ２の第１パス部４に導入された燃焼排ガスは第１パス部の下部から第２パス部に流入し、第２パス部の上部から第３パス部に流入し、第３パス部の下部から第４パス部を排気される。第４パス部からの排ガスは、図３に示す従来の排ガス処理設備と同様に排ガス温度調節器、集じん器、誘引送風機を経て煙突から放出される。

第１〜第４パス部４〜７には、廃熱ボイラ２内の付着灰中の塩素濃度を低下、均一化して付着灰による低温腐食を抑えるために、廃熱ボイラ２内へ消石灰を吹き込むための消石灰供給配管８が接続されている。

廃熱ボイラ内への消石灰の吹込口９は、第１パス部４の上部、第２パス部５の下部及び第４パス部７の下部等の消石灰が均等に噴霧される位置に設ける。消石灰の噴霧には、消石灰の粉末を燃焼ボイラ内のガス流速で搬送可能な粒度とし、例えば、高反応消石灰などを使用する。

塩化水素ガス除去に使用される薬剤は、一般的に工業用消石灰のＪＩＳ特号品であるが、現在は高反応消石灰と称される酸性ガス（塩化水素、硫黄酸化物）用の専用薬剤が流通及び販売されている。塩化水素の反応性を高めた高反応消石灰は、細孔容積を大きくすることで比表面積を高め、反応性が改善され、粒子径も、従来品同等以上である。表１に高反応消石灰と工業用消石灰ＪＩＳ特号品の物理的特性を示す。

なお、燃焼ボイラの第１パス部〜第４パス部は、燃焼ボイラの構成によりパス数が異なる場合もあり、また、伝熱管群は横型に配置される場合もある。

廃熱ボイラにおける飛散灰は捕集灰のバランスにより想定が可能であり且つ、付着灰の成分は分析により把握が可能であることより、炉内にアルカリ成分：消石灰Ｃａ（ＯＨ）_２を吹き込むことにより付着灰の中和を行い、水管の腐食を抑制させる。

ＭＣＬ_２＋２Ｈ_２Ｏ→２ＨＣＬ十Ｍ（ＯＨ）_２ （酸性化）
２ＨＣＬ＋Ｃａ（ＯＨ）_２→ＣａＣＬ_２＋Ｈ_２Ｏ
消石灰の吹込量は付着灰におけるＣＬ成分の構成比率によりＣＬ成分と等価の量を吹き込む。

廃熱ボイラへの灰飛散量：３４５ｋｇ／ｈでＣＬ成分量が１０質量％の場合
ＣＬの量は３４５×０．１＝３４．５ｋｇ／ｈ（９５８ｍｏｌ／ｈ）である。
そこで必要な消石灰量は、９５８／２＝４７９ｍｏｌ／ｈとなる。
Ｃａとして４７９×２０ｇ／ｍｏｌ＝９．６ｋｇ／ｈの吹き込み量となる。

消石灰の吹き込み方法は、廃熱ボイラへの飛散灰におけるＣＬ分と等価の消石灰を連続的あるいは間欠的に廃熱ボイラ内部に吹き込む。吹き込みのタイミングは、廃熱ボイラ休止前から立上げの期間において、廃熱ボイラが停止している間に冷却されて低温腐食現象が起こる温度になる前に消石灰を吹き込んで廃熱ボイラ内の付着灰に接触させて中和することにより低温腐食を抑制する。

なお、図２（ｂ）に従来技術の消石灰を廃熱ボイラ内に吹き込まない場合のボイラ伝熱管付着灰断面を示す。消石灰を廃熱ボイラに吹き込まない場合には、ボイラ伝熱管界面部では、付着灰表面部よりも塩化水素が濃縮して塩化水素濃度が高いことを知見した（ボイラ伝熱管界面部の塩化水素濃度＝１７．６９％、付着灰表面部の塩化水素濃度＝８．００％）。この知見から、消石灰の廃熱ボイラ内への吹込は、立下時のみでなく、立上時及び運転時にも実施することが有効であることがわかった。

図２（ａ）において、立上時、立下時に消石灰を吹き込み、運転中に間欠的に消石灰を吹き込んだ場合に、ボイラ伝熱管に付着する通常の付着灰（＝付着灰層）、消石灰層（＝立上時および立下時に付着する層）及び希釈灰（運転中に通常の付着灰に消石灰が混ざった層）が形成される。

熱回収ボイラの休止を想定し、灰を付着させた鋼板の暴露試験を実施した。
１．試験材料
鋼板上に実灰を塗布し、加熱冷却して表面状態観察する。
灰・・・・Ａ：廃熱ボイラ付着灰 Ｂ：Ａに消石灰を混合したもの（添加率２０ｗｔ％）
鋼板・・・炭素鋼（３２□×４．５ｔ）
サンプルの成分及びｐＨは表２に示すとおりである。

２．試験の手順
加熱／湿潤暴露を繰り返す。
（１）加熱炉にＡ、Ｂ灰を堆積させた鋼板をセットし、５００℃、２６０℃にて２日間加熱保持
（２）加熱後、サンプルを湿度６０〜７０％の雰囲気に１週間放置
（３）加熱炉にサンプルを再度セットし、５００℃、２６０℃にて２日間加熱保持
（４）加熱後、サンプルを湿度６０〜７０％の雰囲気に１週間放置

３．試験結果
Ａ灰（ボイラ付着灰）は腐食が著しかったのに対して、Ｂ灰（消石灰混合灰）は腐食が抑制されていた。

廃熱ボイラの第１〜第４パス部に消石灰を吹き込む場合について表３に示す。

消石灰の吹き込みを立上時に２４時間行い、操業時には２週間毎に２４時間行い、廃熱ボイラ休止前で冷却状態になる２４時間前から行い、所定量の消石灰を吹き込んだが、運転に何ら問題はなかった。

１：燃焼室 ２：廃熱ボイラ
３：伝熱管 ４：第１パス部
５：第２パス部 ６：第３パス部
７：第４パス部 ８：消石灰供給配管
９：吹込口 ２１：廃棄物溶融炉
２２：燃焼室 ２３：廃熱ボイラ
２４：排ガス温度調節器 ２５：集じん器
２６：誘引送風機 ２７：煙突

Claims (4)

1. 廃棄物処理設備の燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラの低温腐食防止方法において、
   廃熱ボイラ内にアルカリ性薬剤を噴霧し、廃熱ボイラ内の灰に前記アルカリ性薬剤を接触させて保持することを特徴とする廃棄物処理設備の廃熱ボイラの低温腐食防止方法。
2. アルカリ性薬剤の噴霧を廃熱ボイラの運転中に間欠的あるいは連続的に行うことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理設備の廃熱ボイラの低温腐食防止方法。
3. アルカリ性薬剤の噴霧を廃熱ボイラの立上時及び停止前に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備の廃熱ボイラの低温腐食防止方法。
4. 上下方向に多数本の伝熱管が配置された水冷壁で構成され、内部に蒸発器及び過熱器の管群が配置された、廃棄物処理設備の燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラにおいて、
   前記廃熱ボイラ内に、廃熱ボイラ内の灰に接触させ保持して廃熱ボイラの低温腐食を防止するアルカリ性薬剤を噴霧する吹込口が外壁に設けられ、前記吹込口に前記アルカリ性薬剤を供給するアルカリ性薬剤供給配管が接続された低温腐食防止構造を備えていることを特徴とする、廃棄物処理設備の廃熱ボイラ。

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