JP2017120151A - 燃焼設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】
ボイラよりも上流又はボイラの上流部分で腐食性物質を捕集でき、かつ、構造が単純な燃焼設備を提供する。
【解決手段】
本発明の一態様に係る燃焼設備は、燃料を燃焼させる燃焼炉と、燃焼炉で発生した排ガスが供給され、内部に過熱器管を有するボイラと、気体状の腐食性物質を吸着可能な固形の吸着材を燃焼炉とボイラをつなぐ排ガス流路内に供給する吸着材供給部と、排ガス流路に又は前記ボイラ内の前記過熱器管よりも上流に設けられ、吸着材とともに吸着材に吸着した気体状の腐食性物質を捕集する捕集部と、を備える。
【選択図】図１
ボイラよりも上流又はボイラの上流部分で腐食性物質を捕集でき、かつ、構造が単純な燃焼設備を提供する。
【解決手段】
本発明の一態様に係る燃焼設備は、燃料を燃焼させる燃焼炉と、燃焼炉で発生した排ガスが供給され、内部に過熱器管を有するボイラと、気体状の腐食性物質を吸着可能な固形の吸着材を燃焼炉とボイラをつなぐ排ガス流路内に供給する吸着材供給部と、排ガス流路に又は前記ボイラ内の前記過熱器管よりも上流に設けられ、吸着材とともに吸着材に吸着した気体状の腐食性物質を捕集する捕集部と、を備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、燃焼設備に関する。
燃焼設備には熱回収を行うためのボイラを備えたものがある。燃焼設備において、例えば建築廃材系の木質バイオマス、廃タイヤ及び廃プラスチック等の廃棄物を燃焼させると、塩化物や硫化物などの腐食性物質が排ガスに含まれることがある。この腐食性物質がボイラの金属部材に付着すると、その金属部材の腐食が進行するおそれがある。これを防ぐために、ボイラよりも上流又はボイラの上流部分に腐食性物質を捕集する捕集部を設けることが考えられる。しかしながら、ボイラよりも上流又はボイラの上流部分では排気ガスの温度が高いことから、腐食性物質の多くは気体状となり、捕集部のフィルタをすり抜けてしまう。
これに対し、第１の燃焼炉で燃料を燃焼させて腐食性物質が気化しないような温度の可燃ガスを生成し、生成した可燃ガスに含まれる腐食性物質を捕集部で捕集した後、その可燃ガスを第２の燃焼炉で燃焼させることにより、ボイラに腐食性物質が流入するのを抑制した燃焼設備が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記のような燃焼設備は、２つの燃焼炉を設ける必要があるため、全体の構造が複雑になるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ボイラよりも上流又はボイラの上流部分で腐食性物質を捕集でき、かつ、構造が単純な燃焼設備を提供することを目的としている。
本発明の一態様に係る燃焼設備は、燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉で発生した排ガスが供給され、内部に過熱器管を有するボイラと、気体状の腐食性物質を吸着可能な固形の吸着材を前記燃焼炉と前記ボイラをつなぐ排ガス流路内に供給する吸着材供給部と、前記排ガス流路に又は前記ボイラ内の前記過熱器管よりも上流に設けられ、前記吸着材とともに前記吸着材に吸着した気体状の腐食性物質を捕集する捕集部と、を備える。
この構成によれば、ボイラよりも上流又はボイラ内の過熱器管よりも上流を流れる気体状の腐食性物質を吸着材が吸着することにより、吸着材とともに吸着材に吸着した腐食性物質を捕集部で捕集することができる。そのため、腐食性物質をボイラよりも上流又はボイラ内の過熱器管よりも上流で捕集することができ、ボイラ又はボイラの過熱器管に腐食性物質が流入するのを抑制することができる。また、上記の構成によれば、燃焼炉を複数設ける必要もないため、燃焼設備全体の構造が複雑になることもない。
また、上記の燃焼設備において、前記腐食性物質は、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＰｂＣｌ２、ＺｎＣｌ２、Ｎａ２Ｓ、Ｋ２Ｓ、ＰｂＳ、及びＺｎＳのうち少なくとも１つを含むものであってもよい。
腐食性物質が上記のような低融点の塩化物又は硫化物であっても、捕集部において捕集することができる。
また、上記の燃焼設備において、前記吸着材は、ゼオライト、ドロマイト、カオリナイト、又はこれらを主成分とする化合物であってもよい。
この構成によれば、腐食性物質を吸着材に吸着させることができ、ひいては捕集部において腐食性物質を捕集することができる。
また、上記の燃焼設備において、前記吸着材供給部は、前記燃焼炉で発生した排ガス中の腐食性物質の量が多くなるに従って、前記排ガス流路に供給する吸着材の量を増加させてもよい。
この構成によれば、排ガス中の腐食性物質の量に応じて、適切な量の吸着材を排ガス流路に供給することができる。そのため、排ガス流路に供給する吸着材が足りずに腐食性物質がボイラに流入するような事態を防ぐことができ、また必要以上に吸着材を供給することもないため吸着材の使用量を抑えることができる。
また、上記の燃焼設備において、前記捕集部が捕集した捕集物を粒径に応じて振り分ける分級装置をさらに備え、前記吸着材供給部は、前記分級装置が振り分けた粒径が一定以下である細粒捕集物を回収し、回収した当該細粒捕集物を前記排ガス流路内に供給してもよい。
この構成によれば、腐食性物質を吸着しなかった吸着材は捕集部で捕集され、分級装置において細粒捕集物として振り分けられる。そのため、この細粒捕集物には腐食性物質に吸着しなかった吸着材が含まれることから、これを回収して再利用すれば、吸着材を無駄なく使用することができる。
上記の構成によれば、ボイラよりも上流又はボイラの上流部分で腐食性物質を捕集でき、かつ、構造が単純な燃焼設備を提供することができる。
（第１実施形態）
はじめに、本発明の第１実施形態に係る燃焼設備１００について説明する。図１は、本実施形態に係る燃焼設備１００のブロック図である。なお、本実施形態の燃焼設備１００は、ごみを燃料とするごみ焼却設備であるが、それ以外の燃焼設備であってもよい。図１に示すように、燃焼設備１００は、燃焼炉１０と、ボイラ２０と、吸着材供給部３０と、捕集部４０と、腐食センサ５０と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。
はじめに、本発明の第１実施形態に係る燃焼設備１００について説明する。図１は、本実施形態に係る燃焼設備１００のブロック図である。なお、本実施形態の燃焼設備１００は、ごみを燃料とするごみ焼却設備であるが、それ以外の燃焼設備であってもよい。図１に示すように、燃焼設備１００は、燃焼炉１０と、ボイラ２０と、吸着材供給部３０と、捕集部４０と、腐食センサ５０と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。
燃焼炉１０では、燃料（ごみ）を燃焼させ、これにより排ガスが発生する。燃焼炉１０で燃焼させる燃料によっては、排気ガスに腐食性物質が含まれる。腐食性物質は、例えば、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＰｂＣｌ２（塩化鉛）、及びＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）などの低融点の塩化物、及び、Ｎａ２Ｓ（硫化ナトリウム）、Ｋ２Ｓ（硫化カリウム）、ＰｂＳ（硫化鉛）、又はＺｎＳ（硫化亜鉛）などの低融点の硫化物のうち少なくとも１つを含むものである。これらの腐食性物質は、捕集部４０を通過した場合にはボイラ２０内でガス温度の低下に伴い粒子状となるが、排ガスの温度が高いボイラ２０よりも上流では気体状である。
ボイラ２０は、燃焼炉１０で発生した排ガスが供給され、排ガスの熱エネルギを利用して高温高圧の蒸気を生成し、生成した高温高圧の蒸気を図外の蒸気タービン発電機に供給する。また、ボイラ２０内を通過した排ガスは、図外の排ガス処理設備で無害化の処理が行われた後に外部へ排出される。仮に、排ガスに含まれる腐食性物質がボイラ２０に流入し、過熱器管や放射伝面（図３参照）などの金属部材に付着すると、その金属部材の腐食が進行する。
吸着材供給部３０は、燃焼炉１０とボイラ２０をつなぐ排ガス流路６０に吸着材を噴射等により供給する部分である。吸着材は、気体状の腐食性物質を吸着可能な固形の物質であり、例えば、ゼオライト、ドロマイト、カオリナイト、又はこれらを主成分とする化合物である。前述のとおり、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＰｂＣｌ２、ＺｎＣｌ２、Ｎａ２Ｓ、Ｋ２Ｓ、ＰｂＳ、及びＺｎＳなどの腐食性物質は、ボイラ２０よりも上流では気体状であるが、吸着材はこれらを吸着することができる。なお、吸着材の粒径は特に限定されないが、本実施形態では粒径が１０μｍ以上であって１００μｍよりも小さい吸着材を排ガス流路６０に供給する。
捕集部４０は、排ガス流路６０の吸着材が供給される部分よりも下流に設けられている。捕集部４０は、内部に捕集フィルタを有しており、この捕集フィルタにより、粒子状の物質（固形物）を捕集することができる。本実施形態の捕集部４０では、粒径が１０μｍ以上の粒子を捕集することができる。腐食性物質を吸着した吸着材の粒径は変化しないため、捕集部４０ではこの腐食性物質を吸着した吸着材を捕集することができる。
ここで、本来であれば、排ガス流路６０に捕集部４０を設けたとしても、捕集部４０よりも上流ではＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＰｂＣｌ２、ＺｎＣｌ２、Ｎａ２Ｓ、Ｋ２Ｓ、ＰｂＳ、及びＺｎＳなどの腐食性物質は、気体状であるため、捕集部４０の捕集フィルタをすり抜けることから、捕集部４０で捕集することができない。しかしながら、本実施形態のように、気体状の腐食性物質を吸着可能な固形の吸着材を排ガス流路６０における捕集部４０よりも上流に供給することにより、捕集部４０よりも上流で腐食性物質を吸着材が吸着し、これらが一体となった結合体を捕集部４０で捕集することができる。よって、腐食性物質がボイラ２０に流入するのを抑制することができ、ひいてはボイラ２０の金属材料における腐食の進行を抑制することができる。
腐食センサ５０は、排ガス中における腐食性物質の量を測定するセンサである。本実施形態の腐食センサ５０は、一対の電極を備えており、それらの電極に付着する燃焼灰により生じる電極の腐食量に応じて両電極間の抵抗が変化することから、その抵抗の変化に基づいて排ガス中における腐食性物質の量を測定することができる。なお、本実施形態では、腐食センサ５０は捕集部４０における捕集フィルタよりも上流に配置されているが、排ガス流路６０における吸着材供給部３０よりも上流に配置してもよい。
腐食センサ５０は、吸着材供給部３０と電気的に接続されており、吸着材供給部３０へと測定信号を送信する。吸着材供給部３０は、腐食センサ５０から受信した測定信号に基づいて排ガス中における腐食性物質の量を取得し、その量に応じて排ガス流路６０に供給する吸着材の量を調整する。具体的には、排ガス中の腐食性物質の量が多くなるに従って、排ガスに供給する吸着材の量を増加させる。これにより、排ガス流路６０に供給する吸着材が足りずに腐食性物質がボイラ２０に流入するような事態を防ぐことができ、また必要以上に吸着材を供給することもないため吸着材の使用量を抑えることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る燃焼設備２００について説明する。図２は、本実施形態に係る燃焼設備２００のブロック図である。本実施形態に係る燃焼設備２００は、分級装置７０等を備えていることを除き、基本的には第１実施形態に係る燃焼設備１００と同じ構成を備えている。以下では、本実施形態の分級装置７０を中心に説明し、図２において図１と同一又は相当する要素には同じ符号を付して、第１実施形態と重複する説明は省略する。
次に、本発明の第２実施形態に係る燃焼設備２００について説明する。図２は、本実施形態に係る燃焼設備２００のブロック図である。本実施形態に係る燃焼設備２００は、分級装置７０等を備えていることを除き、基本的には第１実施形態に係る燃焼設備１００と同じ構成を備えている。以下では、本実施形態の分級装置７０を中心に説明し、図２において図１と同一又は相当する要素には同じ符号を付して、第１実施形態と重複する説明は省略する。
分級装置７０は、捕集部４０が捕集した捕集物を粒径に応じて振り分ける（分級する）装置である。本実施形態の分級装置７０では、粒径が１００μｍよりも大きい粗粒捕集物と、粒径が１００μｍ以下の細粒捕集物の少なくとも２種類に振り分ける。捕集部４０が捕集した捕集物のうち、１００μｍを超える粒子は、ばいじんがほとんどのため、この粒子は「粗粒捕集物」に振り分けられる。また、腐食性物質を吸着しなかった吸着材は、粒径が１００μｍよりも小さいため、「細粒捕集物」に振り分けられる。
また、捕集部４０が捕集した捕集物のうち、分級装置７０で振り分けられた粗粒捕集物は廃棄される。一方、分級装置７０で振り分けられた細粒捕集物は、搬送路８０を介して吸着材供給部３０に搬送される。このように、本実施形態の吸着材供給部３０は、細粒捕集物に振り分けられた捕集物、つまり腐食性物質を吸着しなかった吸着材（腐食性物質を吸着する能力を有する吸着材）の一部を回収する。そして、吸着材供給部３０は、回収した吸着材を排ガス流路６０へ供給する。
このように、本実施形態に係る燃焼設備２００は、腐食性物質を吸着しなかった吸着材を再利用するように構成されている。よって、本実施形態によれば、吸着材を無駄なく使用することができ、吸着材の使用量を抑えることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る燃焼設備３００について説明する。図３は、本実施形態に係る燃焼設備３００のブロック図である。本実施形態に係る燃焼設備３００は、捕集部４０の設置位置を除き、基本的には第１実施形態に係る燃焼設備１００と同じ構成を備えている。以下では、本実施形態の捕集部４０の設置位置を中心に説明し、図３において図１と同一又は相当する要素には同じ符号を付して、第１実施形態と重複する説明は省略する。
次に、本発明の第３実施形態に係る燃焼設備３００について説明する。図３は、本実施形態に係る燃焼設備３００のブロック図である。本実施形態に係る燃焼設備３００は、捕集部４０の設置位置を除き、基本的には第１実施形態に係る燃焼設備１００と同じ構成を備えている。以下では、本実施形態の捕集部４０の設置位置を中心に説明し、図３において図１と同一又は相当する要素には同じ符号を付して、第１実施形態と重複する説明は省略する。
本実施形態のボイラ２０は、燃焼炉１０で生成された排ガスが流れる排ガス流路２１と、排ガス流路２１の内壁に設けられた放射伝面２２と、排ガス流路２１内に設けられた過熱器管２３と、を有している。排ガス流路２１を通過した排ガスは、図外の節炭器を経て排ガス処理設備へと排出される。ボイラ２０の放射伝面２２には、内部に複数の水管が設けられており、水管に供給された水は水管を通過する間に蒸気となる。過熱器管２３では、放射伝面２２の水管で生成された蒸気を過熱して過熱蒸気とし、図外のタービン発電機に供給する。
図３に示すように、本実施形態に係る燃焼設備３００では、捕集部４０はボイラ２０内の過熱器管２３よりも上流（ボイラ２０の上流部分）に設けられている。このような構成によれば、捕集部４０は過熱器管２３よりも上流で吸着材とともに吸着材に吸着した腐食性物質を捕集することができる。そのため、少なくとも過熱器管２３に腐食性物質が流入するのを抑制することができ、ひいては過熱器管２３における腐食の進行を抑制することができる。
１０ 燃焼炉
２０ ボイラ
２３ 過熱器管
３０ 吸着材供給部
４０ 捕集部
５０ 腐食センサ
６０ 排ガス流路
７０ 分級装置
８０ 搬送路
１００、２００、３００ 燃焼設備
２０ ボイラ
２３ 過熱器管
３０ 吸着材供給部
４０ 捕集部
５０ 腐食センサ
６０ 排ガス流路
７０ 分級装置
８０ 搬送路
１００、２００、３００ 燃焼設備
Claims (5)
- 燃料を燃焼させる燃焼炉と、
前記燃焼炉で発生した排ガスが供給され、内部に過熱器管を有するボイラと、
気体状の腐食性物質を吸着可能な固形の吸着材を前記燃焼炉と前記ボイラをつなぐ排ガス流路内に供給する吸着材供給部と、
前記排ガス流路に又は前記ボイラ内の前記過熱器管よりも上流に設けられ、前記吸着材とともに前記吸着材に吸着した気体状の腐食性物質を捕集する捕集部と、を備えた燃焼設備。 - 前記腐食性物質は、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＰｂＣｌ２、ＺｎＣｌ２、Ｎａ２Ｓ、Ｋ２Ｓ、ＰｂＳ、及びＺｎＳのうち少なくとも１つを含むものである、請求項１に記載の燃焼設備。
- 前記吸着材は、ゼオライト、ドロマイト、カオリナイト、又はこれらを主成分とする化合物である、請求項１又は２に記載の燃焼設備。
- 前記吸着材供給部は、前記燃焼炉で発生した排ガス中の腐食性物質の量が多くなるに従って、前記排ガス流路に供給する吸着材の量を増加させる、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載の燃焼設備。
- 前記捕集部が捕集した捕集物を粒径に応じて振り分ける分級装置をさらに備え、
前記吸着材供給部は、前記分級装置が振り分けた粒径が一定以下である細粒捕集物を回収し、回収した当該細粒捕集部を前記排ガス流路内に供給する、請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載の燃焼設備。
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