JP2019158166A

JP2019158166A - ボイラの放射伝熱面の防食方法及びボイラ

Info

Publication number: JP2019158166A
Application number: JP2018041339A
Authority: JP
Inventors: 北川　尚男; Hisao Kitagawa; 尚男北川; 内山　武; Takeshi Uchiyama; 武内山; 中山　剛; Takeshi Nakayama; 剛中山; 翔太川崎; Shota KAWASAKI
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】ダスト除去のための水噴射装置を用いても放射伝熱面の防食層の剥離を防止できるようにする。【解決手段】廃棄物焼却炉１０に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面２８Ａを備えた放射室２８、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室３０を備えるボイラ２０において、前記放射伝熱面２８Ａに付着したダストを除去するために水噴射装置７０から水を噴射する前記放射室２８の前記放射伝熱面２８Ａに、自溶合金の高速フレーム溶射、又は、フレーム溶射と溶融処理により防食層２８Ｂを形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラの放射伝熱面の防食方法及びボイラに係り、特に、発電設備を有するごみ焼却施設に用いるのに好適な、ダスト除去のための水噴射装置を用いても放射伝熱面の防食層の剥離を防止できるボイラの放射伝熱面の防食方法及びボイラに関する。

発電設備を有するごみ焼却施設の運営において、発電量・売電量の維持と向上は、ごみの安定処理に次ぐ最重要項目のひとつである。

ごみ焼却施設における発電は、焼却炉でのごみの燃焼から得られる高温の排ガスからボイラにて熱回収を行い、所定の温度・圧力の蒸気を発生させてタービン発電機に導入することにより行われている。

ボイラは、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備える放射室、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生し更に過熱する対流伝熱室とを備えている。

放射室には、排ガス流路を囲む鋼製側壁の外側に加温水を流通させ放射加熱により蒸気を発生させる放射伝熱管が放射伝熱面として配設されている。

対流伝熱室には、排ガス流路内に排ガスと接触して対流伝熱により蒸気を発生させ更に過熱する伝熱管（過熱器とも称する）が対流伝熱面として配設されている。対流伝熱面は水平方向に伝熱管が複数配設された伝熱管群が高さ方向に複数段配設されて構成されている。

対流伝熱室には、排ガス流路内に水を加熱して加温水とする伝熱管を有するエコノマイザが配設されることがある。

ごみ焼却において発生する排ガス中には、塩素・硫黄・重金属類等を含む小粒径のダストが含まれるが、これらがボイラの放射伝熱面、対流伝熱面に付着すると、その付着ダストが断熱材の役割をするので伝熱効率が低下する。それにより、熱回収効率も低下する。その結果、蒸気発生量が低下し、タービン発電機の発電量が減少する。その他にも、伝熱管同士の間隙が付着ダストにより閉塞し、排ガスの流通に支障が生じることもある。

このため、付着したダストを定期的に除去する設備が必要となるが、例えば、放射室の放射伝熱面に付着したダストを除去する技術として、出願人は特許文献１で水噴射装置を用いた技術を提案している。

特開２０１７−１８１００８号公報

しかしながら、焼却炉の操業中に放射伝熱面に付着したダストを除去するために水や水蒸気を噴射すると放射伝熱面の温度が一時的に低下し、再び高温の炉内ガスに曝されて温度が戻るため、熱膨張と収縮が繰り返され、放射伝熱面の防食のために施した防食層が剥離するという問題が生じていた。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、ダスト除去のための水噴射装置を用いても放射伝熱面の防食層の剥離を防止できるようにすることを課題とする。

温度交番による防食層の耐熱衝撃性を調査するため、熱衝撃試験を行った。

ＪＩＳＨ８３０４に準拠して、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのＳＳ４００の板にスチールグリッドを用いてブラスト処理し、表面の汚れを落として表面に凹凸を付けた後、種々の溶射で防食層を付けて試験片とした。

それぞれの試験片を、電気炉の中で放射伝熱面の最高温度である３００℃まで加熱し、炉から取り出した直後に水冷した。試験片はアルコールをかけて清浄化し、損傷（割れ、剥離）の確認をした後、２０倍のルーペで割れの有無を確認した。最大５０回まで熱衝撃を繰り返し、損傷が生じなかったものを合格、損傷が生じたものを不合格とした。試験結果を表１に示す。

溶射材の組成は、表２のとおりである。

従来法のフレーム溶射や、高温、高速のプラズマジェットを熱源として大気中で高融点材料を溶射する大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）では、密着性が悪く、全て不合格であった。又、例えば酸素−燃料（プロピレン又は水素）のガス溶射フレームを熱源として超高速のガスジェットで主に高硬度材料を溶射する高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）であっても、自溶合金でないＮｉ基合金のインコネル６２５を用いた場合には、融点が高く、なじみが悪いため、１５回で損傷が発生し、不合格であった。

これらに対して、自溶合金であるＪＩＳ４種のＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５を用いて高速フレーム溶射した場合、及び、自溶合金であるＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５を用いて高速フレーム溶射した後、例えば１０５０℃で０．１時間熱して溶融処理した場合は、合格の結果が得られた。

本発明は、上記知見に基いてなされたもので、廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、前記放射伝熱面に付着したダストを除去するために水噴射装置から水を噴射する前記放射室の前記放射伝熱面に、自溶合金の高速フレーム溶射により防食層を形成することにより、前記課題を解決するものである。

又、前記自溶合金をＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５とすることができる。

本発明は、又、廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、前記放射伝熱面に付着したダストを除去するために水噴射装置から水を噴射する前記放射室の前記放射伝熱面に、自溶合金のフレーム溶射と、その後の溶融処理により防食層を形成することにより、同様に前記課題を解決するものである。

本発明は、又、廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、前記放射室に水を噴射して前記放射伝熱面に付着したダストを除去するための水噴射装置を備え、前記放射伝熱面には、自溶合金の高速フレーム溶射による防食層が形成されていることを特徴とするボイラを提供することにより、同様に前記課題を解決するものである。

本発明は、又、廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、前記放射室に水を噴射して前記放射伝熱面に付着したダストを除去するための水噴射装置を備え、前記放射伝熱面には、自溶合金のフレーム溶射と溶融処理による防食層が形成されていることを特徴とするボイラを提供することにより、同様に前記課題を解決するものである。

本発明によれば、ダスト除去のための水噴射装置を用いても放射伝熱面の防食層の剥離を防止することが可能になる。

本発明の実施形態の構成を示す断面図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

まず、本発明が適用される、廃棄物焼却炉と連設されるボイラについて説明する。図１に示す如く、焼却炉１０に連設され、排ガスから熱回収するためのボイラ２０は、排ガスの流通路を屈曲せしめる２つの変向部２１、２２により区分され、排ガス流れ方向の上流側から、第１放射室２６、第２放射室２８、及び対流伝熱室３０を備えている。焼却炉１０から排ガスを受け入れる第１放射室２６の入口近傍はガス混合室２４となっている。焼却炉１０から導入される排ガスは、第１放射室２６の下方から上方へ、第２放射室２８の上方から下方へ、対流伝熱室３０の下方から上方へ流通される。

前記第１放射室２６及び第２放射室２８は、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面をそれぞれ備えている。

前記対流伝熱室３０は、排ガス流れ方向の上流側から、スクリーン管３２、水平蒸発管４４、２次過熱器３４、１次過熱器３８、及びエコノマイザ４２を備えている。２次過熱器３４、１次過熱器３８は、それぞれ、水平方向に配列した複数の伝熱管を高さ方向に多段に設けた伝熱管群を備え、該伝熱管群が対流伝熱面を構成しており、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱するようにされている。スクリーン管３２には伝熱管が旗形に備えられ、対流伝熱室３０に導入される排ガスを冷却するようにされている。水平蒸発管４４は、エコノマイザ４２により加温された水を加熱し、蒸気を発生させる伝熱管である。

本実施形態においては、前記第２放射室２８に、該第２放射室２８の放射伝熱面２８Ａに付着したダストに対して水を噴射して除去する水噴射装置７０が配設されている。水噴射装置７０は、複数の噴射口を有し第２放射室２８内で上昇下降する水噴射ノズル７１と、該水噴射ノズル７１に水を供給する給水管７２と、前記水噴射ノズル７１を上昇下降させる昇降機構７３を備えている。

第２放射室２８に水噴射ノズル７１が配設され、前記第２放射室２８の放射伝熱面２８Ａに水を噴射して付着したダストを除去することにより、圧力波発生方式ダスト除去装置を適用することが難しいボイラ幅が５ｍ以上の大型ボイラあるいはボイラ幅が３ｍ以下の小型ボイラにおいても放射伝熱面２８Ａに付着したダストを効率的に除去することが可能になる。

ここで、本発明の第１実施形態においては、表１に記載したＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５の高速フレーム溶射で防食層２８Ｂを形成することにより、良好な結果を得ることができた。

又、本発明の第２実施形態においては、ＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５をフレーム溶射した後、溶融処理することで防食層２８Ｂを形成することにより、良好な結果を得ることができた。

このようにして、本発明により、ダスト除去のための水噴射装置７０を用いても放射伝熱面２８Ａの防食層２８Ｂの剥離を防止することが可能であり、ボイラ２０の収熱量を維持して、水噴射装置７０を用いる場合に生じる問題を防ぐことができる。従って、運転中にボイラ内壁に付着したダストを効率的に除去することが可能になり、ボイラの収熱量を維持することができる。又、付着したダスト中に含まれる重金属類、塩類などによるボイラ内壁面、廃熱回収管表面の腐食進行を防止することでメンテナンス費を下げ、運転管理も容易な焼却施設操業が可能になる。

前記実施形態では、本発明による防食層２８Ｂが第２放射室２８の放射伝熱面２８Ａに形成されていたが、防食層の形成対象はこれに限定されない。

又、前記実施形態では、本発明を都市ごみ焼却炉に連設されたボイラに適用していたが、本発明の適用対象はこれに限定されない。

１０…焼却炉
２０…ボイラ
２１、２２…変向部
２６…第１放射室
２８…第２放射室
２８Ａ…放射伝熱面
２８Ｂ…防食層
３０…対流伝熱室
３２…スクリーン管
３４…２次過熱器
３８…１次過熱器
４２…エコノマイザ
４４…水平蒸発管
７０…水噴射装置
７１…水噴射ノズル
７２…給水管
７３…昇降機構

Claims

廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、
前記放射伝熱面に付着したダストを除去するために水噴射装置から水を噴射する前記放射室の前記放射伝熱面に、自溶合金の高速フレーム溶射により防食層を形成することを特徴とするボイラの放射伝熱面の防食方法。
前記自溶合金がＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５であることを特徴とする請求項１に記載のボイラの放射伝熱面の防食方法。
廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、
前記放射伝熱面に付着したダストを除去するために水噴射装置から水を噴射する前記放射室の前記放射伝熱面に、自溶合金のフレーム溶射と、その後の溶融処理により防食層を形成することを特徴とするボイラの放射伝熱面の防食方法。
前記自溶合金がＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５であることを特徴とする請求項３に記載のボイラの放射伝熱面の防食方法。
廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、
前記放射室に水を噴射して前記放射伝熱面に付着したダストを除去するための水噴射装置を備え、
前記放射伝熱面には、自溶合金の高速フレーム溶射による防食層が形成されていることを特徴とするボイラ。
前記自溶合金がＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５であることを特徴とする請求項５に記載のボイラ。
廃棄物焼却炉に連設され排ガスから熱回収するための、排ガスの流通路を屈曲せしめる変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備えた放射室、及び、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生して更に過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、
前記放射室に水を噴射して前記放射伝熱面に付着したダストを除去するための水噴射装置を備え、
前記放射伝熱面には、自溶合金のフレーム溶射と溶融処理による防食層が形成されていることを特徴とするボイラ。
前記自溶合金がＳＦＮｉ４又はＳＦＮｉ５であることを特徴とする請求項７に記載のボイラ。