JP3004557B2 - 都市ごみ焼却プラントの運転方法 - Google Patents

都市ごみ焼却プラントの運転方法

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JP3004557B2
JP3004557B2 JP7021677A JP2167795A JP3004557B2 JP 3004557 B2 JP3004557 B2 JP 3004557B2 JP 7021677 A JP7021677 A JP 7021677A JP 2167795 A JP2167795 A JP 2167795A JP 3004557 B2 JP3004557 B2 JP 3004557B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、都市ごみ焼却炉及びそ
の燃焼ガスエネルギーを回収する排熱利用ボイラの腐食
防止を図るための、都市ごみ焼却プラントの運転方法に
関し、一般産業廃棄物の焼却炉に対しても適用可能な方
法である。
【0002】
【従来の技術】毎日、排出される都市ごみの量は、生活
水準の向上とともに増加の一途をたどり、その大部分は
焼却により処理されている。都市ごみの焼却システムに
ついては、いくつか方式が知られている。その代表的
な方式は、火格子燃焼及び連続式機械炉による方式であ
る。即ち、ごみバンカに貯留されたごみは、クレーンで
炉のホッパに投入され、火格子上で燃焼され、焼却灰は
水で冷却した後、埋め立て処分場に搬送される。一方、
火格子の下から導入される空気で900℃近くまで高温
に加熱される燃焼排ガスは、廃熱ボイラで熱交換され、
その後、集塵機で除塵され、脱硝、脱硫、脱塩処理など
を経て煙突から大気に放出される。
【0003】都市ごみの中には、一般家庭や料理店、飲
食店からの厨房残渣物が多く、その中には食塩(NaC
l)を含む調味料が多量に含まれている。また、包装紙
や容器類として使用されるプラスチックス(例えば、塩
化ビニル、塩化ビニリデンなど)が多く、その多くは塩
素化されているため、これらを焼却すると、極めて腐食
性の激しい塩化水素ガスとなり、ときにはその一部が酸
化されて塩素ガスに変化し、焼却設備及び廃熱回収ボイ
ラを甚だしく腐食損耗させる。
【0004】一方、都市ごみ中には、アルミニウム缶、
亜鉛めっきや錫めっき製品をはじめ各種の使用済み乾電
池類などの金属製品も含まれているので、これは燃焼ガ
ス中で前記のHCl、Cl2 などと反応して低融点で腐
食性の強い塩化物(例えば、AlCl3 、ZnCl2
SnCl2 など)を生成し、焼却設備や廃熱ボイラの伝
熱管壁に付着して腐食反応を起こす原因となる。
【0005】例えば、ごみ焼却設備では、耐熱鋳鋼(S
CH13)製の火格子をはじめ耐火レンガ支持金具など
が短期間で甚だしく腐食損耗してその機能を喪失する。
また、廃熱ボイラにおいても塩化物を主成分とする燃焼
残渣物が伝熱面に付着してこれを腐食させるため、長期
間に渡って安定した運転ができなくなるという問題があ
る。腐食反応は高温になるほど顕著になり、現在までの
運転経験などから、廃熱ボイラは蒸気温度を330〜3
50℃程度に抑制して運転することをを余儀なくされて
おり、折角の高温状態の都市ごみ燃焼排ガスを有効に利
用できない状況にある。
【0006】以上のような状況に対応するため、次のよ
うな技術的対策が考えられ、一部で実施されている。 (1) 火格子材料やボイラ伝熱管材料を改善して耐食性を
向上させる。 (2) ボイラ伝熱管、特に温度の高い過熱器管には耐食性
を有するセラミックスを被覆する。
【0007】(3) ボイラ伝熱面にNi−Cr合金材料を
溶射被覆する。 (4) 高温の都市ごみ燃焼排ガス中に水を散布して、その
温度を低下させ、腐食性を緩和する。 (5) 都市ごみを一般焼却材とプラスチック又は金属など
の不燃品などに分別して、なるべく腐食性の塩類や排ガ
スを発生させないようにする。
【0008】しかし、(1) の金属材料の耐食性向上策
は、高価なNi、Crなどの含有量の増加を招くため、
経済的でないばかりか、例えば、ボイラ伝熱管として各
種のステンレス鋼管やNi−Cr合金管を使用したとし
ても、塩化物や塩化水素ガスに対して十分な耐食性を期
待することはできない。
【0009】(2) のボイラ過熱管などにセラミックを被
覆するときには、ボイラの運転と停止にともなう熱衝撃
によって、割れや局部的剥離が発生するため、十分な効
果を発揮することができない。(3) のボイラ伝熱管への
Ni−Cr合金の溶射施工は、腐食減肉した伝熱管への
対症療法としての価値を有するものの、廃熱ボイラ蒸気
温度の高温化対策としては十分ではない。
【0010】(4) の高温の都市ごみ燃焼排ガス中への水
の散布は、排ガスの保有する熱エネルギーの損失を招く
とともに、ボイラ出口に設けられている集塵装置、脱
硫、脱硝、脱塩装置及び煙突などに対する硫酸露点腐食
又は塩酸露点腐食を助長させる原因となっている。(5)
の都市ごみの分別処理は、燃焼条件や燃焼排ガスの安定
には寄与するものの、その腐食性の軽減に対しては、抜
本的対策とはなっていない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な都市ごみ焼却炉及びその廃熱回収ボイラが抱えている
運転環境の腐食性を抜本的に改善する方法を提供するも
のである。即ち、都市ごみ焼却炉及びその廃熱回収ボイ
ラの伝熱管に付着している燃焼残渣物(灰)中の腐食成
分並びに排ガス中に含まれている気相状態の腐食成分を
調査すると、前者では各種金属塩化物、後者では塩化水
素ガスであった。焼却炉及び廃熱回収ボイラの腐食は、
金属塩化物と塩化水素による腐食反応が主な原因であ
る。
【0012】一般に塩化物を主成分とする燃焼残渣物
は、低融点を示すため、焼却炉や廃熱回収ボイラの運転
環境下では、溶融状態となって金属面に付着し、保護作
用を奏する金属の酸化膜を化学的に溶解除去する一方、
金属材料そのものに対しても強い腐食作用を示し、これ
を損耗させる。また、気相状態の塩化水素もボイラ伝熱
面に形成されている酸化膜を化学的に破壊してその保護
機能と被膜再生機能を消失させるため、腐食損耗速度を
早める要因となる。これらの化学反応を要約すると概略
次のとおりである。 Fe3 4 +6HCl→3FeCl2 +3H2 O+1/
2O2 ここで、Fe3 4 はボイラ伝熱管の保護膜である。
【0013】本発明は、現在の都市ごみ焼却炉及び廃熱
回収ボイラの腐食原因が燃焼残渣物中の金属塩化物及び
排ガス中の塩化水素にあることに注目し、これを硫酸塩
に転換させることによって、環境の腐食性を緩和させる
とともに、廃熱回収ボイラ蒸気温度の高圧・高温化を可
能とし、熱回収効率を高めて熱エネルギーの有効利用を
図ろうとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次の構成を採用した。 (1) 塩化物を含む都市ごみの燃焼ガス中に、単体の硫
黄、硫黄酸化物、硫酸塩、硫化物及び有機硫黄化合物の
群から選択された1種以上の硫黄化合物を加え、都市ご
みの燃焼残渣物中に含まれる金属塩化物を硫酸塩に変化
させて、燃焼環境の腐食性を低減させることを特徴とす
る都市ごみ焼却プラントの運転方法。
【0015】(2) 塩化物を含む都市ごみの燃焼ガス中
、単体の硫黄、硫黄酸化物、硫酸塩、硫化物及び有機
硫黄化合物の群から選択された1種以上の硫黄化合物と
ともに、Ca、Mg、Al、Fe及びSiの群から選択
された1種以上の元素の酸化物を添加して、都市ごみの
燃焼残渣物中に含まれる金属塩化物を硫酸塩に変化させ
て、燃焼環境の腐食性を低減させることを特徴とする都
市ごみ焼却プラントの運転方法。
【0016】
【0017】(3) 塩化物を含む都市ごみの燃焼ガス中に
添加する前記硫黄化合物の量が、燃焼ガス中に含まれて
いる塩化水素ガス量の0.5〜3.0容量倍であること
を特徴とする前記(1) 又は(2) 記載の都市ごみ焼却プラ
ントの運転方法。
【0018】(4) 塩化物を含む都市ごみの焼却の際に、
硫黄を含みかつその燃焼灰の主成分がCa、Mg、A
l、Fe及びSiの群から選択された1種以上の元素の
化合物を含有する微粉炭を同時に燃焼させて、都市ごみ
類の燃焼灰及び燃焼ガスによる腐食を抑制することを特
徴とする都市ごみ焼却プラントの運転方法。
【0019】(5) 塩化物を含む都市ごみの焼却の際に、
硫黄を含みかつその燃焼灰の主成分がCa、Mg、A
l、Fe及びSiの群から選択された1種以上の元素の
化合物を含有する石油系燃料を同時に燃焼させて、都市
ごみ類の燃焼灰及び燃焼ガスによる腐食を抑制すること
を特徴とする都市ごみ焼却プラントの運転方法。
【0020】
【作用】都市ごみの種類及びその内容は、大都市と地方
都市によって多少の相違はあるものの、これを燃焼する
ことによって生成する排ガス中の主要腐食成分は塩化水
素であり、また、燃焼残渣として残留する成分中の腐食
成分の大部分は金属の塩化物である。表1は都市ごみ焼
却ガス、表2はその都市ごみの燃焼回収ボイラの伝熱面
に付着していたデポジットの化学分析結果及びX線回折
結果を示したものである〔日本鉄鋼協会講演論文集「材
料とプロセス」第127回(春季)講演大会Vol.
7,No.3,702頁(1994)〕。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】これらの表からも明らかなように、排ガス
中のSO2 の存在は認められるものの、その含有量は非
常に少なく、HCl量が圧倒的に多い。また、ボイラ伝
熱面に付着しているデポジット中の金属成分としては、
Fe、Al、Si、Cu、K、Na、Ca、Mg、Zn
及びPbなどが含まれているが、これらの金属は大部分
が塩化物として存在し、硫酸塩として含まれている割合
は少ない。このため、これらのデポジットの融点は31
7〜342℃と非常に低く、ボイラの運転環境下では溶
融状態にあることが推定される。
【0024】気相状態の塩化水素は、ボイラ伝熱面と直
接反応し、伝熱管表面の保護的な役割を果たしている酸
化膜を化学的に分解除去する。一方、伝熱管の基材とも
反応してこれを腐食損耗させる。これらの一連の腐食反
応において生成する低融点の塩化物は、損耗速度を加速
することになる。
【0025】ボイラ伝熱管の主成分をFe、その表面に
形成される保護的酸化膜をFeO及びFe3 4 として
HClによる腐食反応を要約すると、次のとおりであ
る。 2FeO+6HCl+1/2O2 →2FeCl3 +3H2 O (1) Fe3 4 +6HCl→3FeCl2 +3H2 O+1/2O2 (2)
【0026】ここで生成するFeCl2 の融点は672
℃、FeCl3 の融点は僅かに300℃である。これら
の塩化物は、廃熱ボイラの運転環境において燃焼排ガス
中の水分、酸素などと反応して多孔質で保護機能を有し
ない鉄酸化物(Fe2 3 )に変化することによって伝
熱管が消耗される。 2FeCl2 +2H2 O+1/2O2 →Fe2 3 +4HCl (3) 2FeCl3 +3H2 O→Fe2 3 +6HCl (4) (1) 〜(4) の反応は繰り返し起こることから、腐食反応
は廃熱ボイラが運転されている期間中休みなく進行する
ことになる。
【0027】一方、燃焼残渣物中に含まれているCuC
l(422℃)、AlCl3 (192℃)、CaCl2
(772℃)、MgCl2 (712℃)、ZnCl
2 (283℃)、SnCl2 (247℃)、PbCl2
(501℃)などの塩化物は全て低融点化合物であるた
め、ボイラ伝熱面に付着すると、溶融状態となり、加水
分解によってHClを生成するので、前記(1)(2)式のよ
うな反応によって腐食損耗を加速する傾向にある。この
ように、燃焼残渣中に含まれている金属塩化物の融点が
低いことは、これらの塩化物が付着しているボイラ伝熱
管においても激しい腐食損耗作用が発生することを示唆
しており、ボイラの蒸気温度を高くできない最大の原因
となっていた。
【0028】そこで、本発明では、都市ごみ燃焼残渣中
に含まれている金属の塩化物を硫酸塩に変化させること
により、その腐食性を緩和させようとするものである。
即ち、下記式のように、塩化物を高温状態の硫黄酸化物
と反応させて熱力学的に安定な硫酸塩に変化させるもの
である。 2KCl+SO2 +H2 O+1/2O2 →K2 SO4 +2HCl (5) ZnCl2 +SO3 +H2 O→ZnSO4 +2HCl (6) SnCl2 +SO3 +H2 O→SnSO4 +2HCl (7) PbCl2 +SO3 +H2 O→PbSO4 +2HCl (8)
【0029】以上の塩化物と硫酸塩の融点を比較する
と、下記表3に示すように、硫酸塩の方がはるかに高
く、ボイラ伝熱管上では固体として存在するため、その
腐食性は溶融状態にある塩化物に比較して極端に低下す
ることになる。
【0030】
【表3】
【0031】また、本発明は、前記の塩化物を硫黄酸化
物により硫酸塩に変化させる際に、都市ごみ中にCa、
Mg、Fe、Al及びSiよりなる群のうち少なくとも
1種の元素の化合物、例えば水酸化物、酸化物又は炭酸
塩を添加することを特徴とする。これらの化合物は、単
独で都市ごみ中に添加すると、これらの金属の大部分が
塩化物を形成し、添加条件によっては腐食を助長するお
それがある。しかし、燃焼排ガス中に硫黄酸化物に由来
するSO2 、SO3 が多量に含まれていると、HClが
共存していても、SO2 、SO3 との反応が優先して金
属硫酸塩が生成し、これがボイラ伝熱管表面に付着する
一方、気相状態のHClのボイラ伝熱管への直接接触を
防ぎ、これを保護する役目を果たすことになる。これら
の元素の塩化物と硫酸塩の融点を下記表4に示す。
【0032】
【表4】
【0033】なお、SiO2 はそれ自体腐食反応を示さ
ない上、常時固相として燃焼残渣物中に存在して腐食成
分の濃度上昇を物理的に抑制するとともに、腐食性の溶
融塩のボイラ伝熱管への付着を防止する作用がある。C
a,Mg,Fe,Al及びSiよりなる群のうち少なく
とも1種の元素の化合物の添加量は、都市ごみの種類と
その量によって変化するが、その目安は、都市ごみを燃
焼した際に発生する燃焼残渣物中の金属成分量1に対
し、酸化物の形で0.5(重量比)が最低必要であり、
2.0〜3.0が好適である。
【0034】さらに、本発明は、燃焼ガス中に硫黄酸化
物を加える代わりに、単体の硫黄、無機硫黄化合物、有
機硫黄化合物を添加することを特徴とする。これらのも
のは燃焼により硫黄酸化物(SO2 、SO3 )に変化し
て、塩化物を硫酸塩に変化させる役割を果たす。無機硫
黄化合物としては、硫酸亜鉛、硫酸アルミニウム、硫酸
アンモニウム、硫酸コバルト、硫酸ニッケル、硫酸水素
アンモニウム、硫酸鉄、硫酸水素カリウム、硫酸マンガ
ン、硫酸銅などの硫酸塩や、硫化アンモニウム、硫化水
素、硫化水素アンモニウム、硫化鉄、硫化銅、硫化ニッ
ケル、硫化コバルト、硫化クロムなどの硫化物を挙げる
ことができる。また、有機硫黄化合物としては、メルカ
プタン類、有機硫化物、有機二硫化物、チオフェン及び
その同族体、加硫ゴム中の有機硫黄化合物、石炭中の下
記構造式の有機硫黄化合物などを挙げることができる。
【0035】
【化1】
【0036】さらにまた、本発明では、雰囲気中のHC
lが1に対して硫黄酸化物を0.5(容量比)最低添加
する必要であり、3.0(容量比)があれば十分であ
る。なお、焼却プラントに使用する燃料、具体的には微
粉炭、石油系燃料に、S、Ca、Mg、Fe、Al、S
iなどが含まれている場合は、その分だけ添加量を少な
くすることができる。
【0037】以上、本発明を要約すると、都市ごみ焼却
炉又はその廃熱回収ボイラの運転環境の腐食性を緩和す
るために、都市ごみを硫黄酸化物雰囲気、又は、硫黄酸
化物雰囲気にCa、Mg、Fe、Al及びSiよりなる
群から選ばれる少なくとも1種の元素の化合物を添加し
て都市ごみを焼却する方法である。
【0038】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例をあげ、本発明
の効果を明らかにする。 〔実施例1〕ボイラ伝熱管材料について、塩化物と硫酸
塩に対する高温腐食を実験室的に調査した。図1はこの
実験に使用した腐食試験装置である。塩化物と硫酸塩を
単独若しくは混合状態で腐食媒体として試験片1に塗布
し、管状型電気炉2の中央を貫通する石英管3の中央に
静置し、石英管3の一端から都市ごみの焼却ガス組成を
模擬した混合ガスを導入しつつ、所定の温度で一定時間
腐食試験を行った。腐食量の評価は、試験前後における
試験片の重量変化で行った。
【0039】(1)供試試験片 ボイラ用低合金鋼管(STBA24)幅25×長さ50
×5mmt (2)腐食媒体(試験片面積1cm2 当たり20mg塗
布) Na2 SO4 、 MgSO4 、 CaSO4 、 NaCl、 NaCl(33wt%)+KCl(33wt%)+N
2 SO4 (34wt%)、 PbCl2 (30wt%)+FeCl2 (30wt
%)+NaCl(20wt%)+KCl(20wt
%)、 PbCl2 (65wt%)+KCl(25wt%)+
PbSO4 (8wt%)+K2 SO4 (2wt%)。 ここで、〜は、本願発明に係る条件下の腐食媒体、
〜は、比較例の腐食媒体である。
【0040】(3)腐食雰囲気 HCl(1000ppm)+SO2 (50ppm)混
合ガス、 空気のみ (4)腐食温度及び時間 550℃×20時間
【0041】表5は以上の結果を要約したものである。
表5から明らかなように、〜のように硫酸塩のみの
腐食媒体を塗布した試験片の腐食量は、HClとSO2
を含む雰囲気と空気中を問わず、腐食量が極めて少な
い。一方、の塩化物及び〜の塩化物と硫酸塩を混
合状態にした腐食媒体を塗布した試験片の腐食量は、一
般に大きな値を示した。また、一般に空気中と比較して
HClとSO2 を含む雰囲気の腐食量が大きく、HCl
の存在が腐食反応に影響を与えていることが分かる。以
上の結果から明らかなように、硫酸塩は上記の温度と雰
囲気中では腐食性を示さず、塩化物が混入すると、塩化
物の腐食性を十分に抑制できないことが判明した。
【0042】
【表5】
【0043】〔実施例2〕この実施例では、腐食媒体中
にCa、Mg、Fe、Al、Si酸化物を添加するとと
もに、雰囲気ガス中にHClと少量のSO2 を含ませた
都市ごみの燃焼ガスを模擬した環境で腐食試験を行っ
た。
【0044】(1)供試試験片 ボイラ用低合金鋼管(STBA24)幅25×長さ50
×5mmt (2)腐食媒体(試験片面積1cm2 当たり20mg塗
布) NaCl(33wt%)+KCl(33wt%)+N
2 SO4 (34wt%)、 上記100gに対し、CaOを100g添加混合し
たもの、 上記100gに対し、MgOを100g添加混合し
たもの、 上記100gに対し、Fe2 3 を100g添加混
合したもの、 上記100gに対し、Al2 3 を100g添加混
合したもの、 上記100gに対し、SiO2 を100g添加混合
したもの。
【0045】(3)腐食雰囲気 HCl(1000ppm)+SO2 (150ppm)
混合ガス、 空気のみ (4)腐食温度及び時間 550℃×20時間
【0046】試験結果を表6に示す。表6から明らかな
ように、都市ごみ燃焼残渣物を模擬した腐食媒体の腐
食性は、HClとSO2 を含む雰囲気はもとより空気中
も強いが、実施例1の腐食試験結果の表3No.5に比
較すると、腐食量は約77%に低下している。これは雰
囲気中に含まれるSO2 量が実施例1(SO2 :50p
pm)に比較して、150ppmと多くなる。これは、
腐食媒体中のNaCl,KClの一部が硫酸塩(Na2
SO4 、K2 SO4 )に変化したためと考えられる。
【0047】これに対して、本発明のように、腐食媒体
中にCaO、MgO、Fe2 3 、Al2 3 、SiO
2 などを添加したNo.2〜6の腐食性は、空気中はも
とよりHCl+SO2 混合ガス中でも腐食量は非常に少
なくなっており、防食効果が認められた。
【0048】
【表6】
【0049】〔実施例3〕この実施例では、都市ごみ燃
焼残渣を模擬した腐食媒体の腐食性に及ぼすCa、M
g、Fe、Al、Si酸化物の添加量と、雰囲気ガス中
にHCl+SO2 ガス濃度の関係を調べた。
【0050】(1)供試試験片 ボイラ用低合金鋼管(STBA24)幅25×長さ50
×5mmt (2)腐食媒体(試験片面積1cm2 当たり20mg塗
布) PbCl2 (30wt%)+FeCl2 (30wt
%)+NaCl(20wt%)+KCl(20wt
%)、 上記に対し、CaOを重量比で1/0.5;1/
1.0;1/1.5;1/2.0;1/3.0添加混合
したもの、 上記に対し、MgOを重量比で1/0.5;1/
1.0;1/1.5;1/2.0;1/3.0添加混合
したもの、 上記に対し、Al2 3 を重量比で1/0.5;1
/1.0;1/1.5;1/2.0;1/3.0添加混
合したもの、 上記に対し、Fe2 3 を重量比で1/0.5;1
/1.0;1/1.5;1/2.0;1/3.0添加混
合したもの、 上記に対し、SiO2 を重量比で1/0.5;1/
1.0;1/1.5;1/2.0;1/3.0添加混合
したもの、
【0051】(3)腐食雰囲気 HCl(1000ppm)ガス、 HCl(1000ppm)+SO2 (500ppm)
混合ガス、 HCl(1000ppm)+SO2 (1000pp
m)混合ガス、 HCl(1000ppm)+SO2 (2000pp
m)混合ガス、 HCl(1000ppm)+SO2 (3000pp
m)混合ガス、 (4)腐食温度及び時間 550℃×20時間
【0052】試験結果を表7に示す。表7は、都市ごみ
燃焼残渣模擬灰の腐食性に対するCaO、MgO、Al
2 3 、Fe2 3 、SiO2 添加効果をとりまとめた
ものである。この結果から明らかなように、雰囲気ガス
がHCl(1000ppm)のみの場合には、前記酸化
物を模擬灰に添加しても防食効果は比較的少ない。この
原因は模擬灰に添加された酸化物は腐食試験の初期にお
いて腐食媒体濃度を相対的に低下させる作用を示すが、
時間の経過とともに自らも塩化物に変化して、腐食作用
を示すようになるためである。CaOとMgOを例にと
ると、次のようになる。 CaO+2HCl→CaCl2 +H2 O MgO+2HCl→MgCl2 +H2
【0053】
【表7】
【0054】これに対し、雰囲気ガス中にSO2 が含ま
れるようになると、表8に示すように、腐食量は低下
し、その傾向はSO2 量が増加するほど著しくなる。ま
た、この傾向は模擬灰のみの場合にも認められるが、添
加剤を加えた腐食媒体の方がより顕著である。この原因
は、添加した酸化物が雰囲気ガス中のSO2 と次のよう
に反応させることにより、融点が高く、腐食性の低い硫
酸塩に変化したためである。
【0055】
【表8】
【0056】例えば、CaOとMgOを例にすると、 CaO+SO2 +1/2O2 →CaSO4 MgO+SO2 +1/2O2 →MgSO4 添加剤を用いずに、雰囲気ガス中にSO2 を注入した場
合には、模擬灰中の塩化物を硫酸塩に変化させ、その腐
食性を抑制したものと考えられる。
【0057】例えば、NaCl、PbCl2 及びFeC
2 を例にすると、 2NaCl+SO2 +1/2O2 +H2 O→Na2 SO
4 +2HCl PbCl2 +SO2 +1/2O2 +H2 O→PbSO4
+2HCl FeCl2 +SO2 +1/2O2 +H2 O→FeSO4
+2HCl
【0058】この実施例の結果から、都市ごみ焼却残渣
模擬灰の腐食性を低下させるのに必要なCaO、Mg
O、Al2 3 、Fe2 3 、SiO2 の添加量は、模
擬灰/添加剤=0.5以上である。また、雰囲気中のH
Clガスに対するSO2 量も1/0.5以上存在すれば
模擬灰の腐食性を十分に低下させることができる。
【0059】〔実施例4〕この実施例では、都市ごみ燃
焼残渣物の模擬灰の腐食性に対する微粉の石炭の効果を
実験的に調査した。この実施例で使用した微粉炭の燃焼
残渣物の化学成分の種類とその含有量は、表9に示すと
おり、本発明で用いる添加剤成分であるCa、Mg、A
l、Fe、Si等の化合物を多量に含むとともに硫黄も
含んでいるものもある。
【0060】
【表9】
【0061】(1)供試試験片 ボイラ用低合金鋼管(STBA24)幅25×長さ50
×5mmt (2)模擬燃焼灰(試験片面積1cm2 当たり20mg
塗布) PbCl2 (30wt%)+FeCl2 (30wt
%)+NaCl(20wt%)+KCl(20wt
%)、 上記の模擬燃焼灰に、表9に示したNo.1の燃焼
灰を生成する微粉炭を本発明の成分(CaO+MgO+
Al2 3 +Fe2 3 +SiO2 )量が等量になるよ
うに添加。 上記の模擬燃焼灰に、表9のNo.2の燃焼灰を生
成する微粉炭を等量添加。 上記の模擬燃焼灰に、表9のNo.3の燃焼灰を生
成する微粉炭を等量添加。
【0062】(3)腐食雰囲気 HCl(1000ppm)+SO2 (500ppm)混
合ガス (4)腐食温度及び時間 550℃×20時間、及び、50時間
【0063】表10に腐食試験結果を示した。表10か
ら明らかなように、都市ごみの燃焼残渣物を模擬した灰
(No.1)では、20時間後に300mg、50時間
後では610mgの腐食量を示すが、本発明の微粉炭を
混合した模擬灰(No.2〜4)では、腐食量が著しく
低下しており、微粉炭の添加効果が認められる。これは
微粉炭が燃焼する際に発生するSO2 に加え、燃焼灰の
成分がCaO、MgO、Al2 3 、Fe2 3 、Si
2 などから構成され、SiO2 を除く他の成分がそれ
ぞれ硫酸塩となって腐食反応を抑制しているものと考え
られる。
【0064】
【表10】
【0065】〔実施例5〕この実施例では、バナジウム
化合物を含む重油を燃焼するボイラでは、バナジウム化
合物に起因するボイラ管の高温腐食損傷を防止するた
め、重油中のMg化合物、Ca化合物などを添加する方
法が知られているので、この添加剤の効果を実験的に調
査した。表11は、この種の添加剤を用いた重油の燃焼
残渣物の化学分析結果を示したものである。
【0066】
【表11】
【0067】(1)供試試験片 ボイラ用低合金鋼管(STBA24)幅25×長さ50
×5mmt (2)模擬燃焼灰(試験片面積1cm2 当たり20mg
塗布) PbCl2 (30wt%)+FeCl2 (30wt
%)+NaCl(20wt%)+KCl(20wt
%)、 上記の模擬燃焼灰に、表11に示したMg化合物を
添加した重油No.1の燃焼残渣物を重量で等量添加してよ
く混合したもの。 上記の模擬燃焼灰に、表11に示したドラマイトを
添加した重油No.2の燃焼残渣物を重量で等量添加してよ
く混合したもの。
【0068】(3)腐食雰囲気 HCl(1000ppm)+SO2 (500ppm)混
合ガス (4)腐食温度及び時間 550℃×20時間
【0069】表12に腐食試験結果を示した。表12か
ら明らかなように、都市ごみの燃焼残渣物を模擬した灰
(No.1)では、300mg/cm2 の腐食減量が認
められた。これにMgやドロマイトを添加した重油の燃
焼灰を混合した灰(No.2)は、(No.1)の40
%に当たる120mg/cm2 の腐食減量が、また、
(No.3)は、36.7%に当たる110mg/cm
2 の腐食減量が認められ、Mg及びCaを主成分とする
添加剤の注入効果が、重油残渣物でも十分に認められ
た。この結果から、都市ごみ焼却炉に対してMgやCa
を添加し、さらに硫黄化合物を含む重油を同時に燃焼さ
せても腐食を防止できることが分かる。
【0070】
【表12】
【0071】〔実施例6〕この実施例では、都市ごみの
燃焼残渣物の腐食性を金属硫化物及び金属硫酸塩を用い
て抑制するときの効果を実験的に調査した。 (1)供試試験片 ボイラ用低合金鋼管(STBA24)幅25×長さ50
×5mmt
【0072】(2)模擬燃焼灰(試験片面積1cm2
たり20mg塗布) PbCl2 (30wt%)+FeCl2 (30wt
%)+NaCl(20wt%)+KCl(20wt
%)、 上記に対し、硫化鉄(FeS)を重量比で1/0.
5によるように添加。 上記に対し、硫化銅(CuS)を重量比で1/0.
5によるように添加。 上記に対し、硫酸鉄〔Fe2 (SO4 3 〕を重量
比で1/0.5によるように添加。 上記に対し、硫酸マグネシウム(MgSO4 を重量
比で1/0.5によるように添加。
【0073】(3)腐食雰囲気 空気中 HCl(1000ppm) HCl(1000ppm)+SO2 (1000pp
m)混合ガス (4)腐食温度及び時間 550℃×20時間
【0074】表13に腐食試験結果を示した。表13か
ら明らかなように、金属塩化物よって構成されている都
市ごみの燃焼残渣物を模擬した灰のみの場合(No.
1)は、空気中及びHCl雰囲気では腐食減量が300
〜320mg/cm2 に達し、模擬灰の腐食性はかなり
激しいことが分かる。しかし、雰囲気中にSO2 を注入
すると、腐食減量は70%程度の220mg/cm2
で低減した。
【0075】一方、模擬灰(No.1)に硫化物を添加
すると、空気中よりもHClのみの雰囲気中でも腐食量
は表13のように低下し、特に、HClにSO2 を注入
すると、腐食量の低下は顕著であった。このような傾向
は、模擬灰に硫酸塩を添加した場合にも認められる。硫
化物の添加効果は次のように考えられる。例えば、Cu
Sは、次式のように、220℃で分解してCuOとSO
2 となり、このSO2 が模擬灰中の塩化物を硫酸塩に変
化させ、腐食性を低下させるものと考えられる。
【0076】
【表13】
【0077】 CuS+2(1/2)O2 →CuO+SO2 FeCl2 +SO2 +1/2O2 +H2 O→FeSO4
+2HCl ここで生成するFeSO4 は再び分解して、SO2 を発
生することとなる。また、Fe2 (SO4 3 の場合
は、480℃で分解してFe2 3 とSO2 を生成し、
塩化物を硫酸塩に変化させてその腐食性を低下させる。
以上の反応は、雰囲気中にSO2 が存在すると塩化物か
ら硫酸塩への反応が一層促進され、模擬灰の腐食性が低
減されるものと考えられ、添加剤としてSO2を発生さ
せる硫化物や硫酸塩も利用できることが確認された。
【0078】
【発明の効果】本発明は、都市ごみ燃焼残渣物の灰にC
aO、MgO、Al2 3 、Fe2 3 、SiO2 など
を添加するとともに、雰囲気ガス中にSO2 ガスをHC
lと共存させることによって、前記灰中の塩化物を、融
点が高く腐食性の少ない硫酸塩に変化させることができ
るので、都市ごみ焼却炉や廃熱回収ボイラの腐食損傷を
軽減でき、また、廃熱回収ボイラをより高温で運転する
ことを可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例において、都市ごみ燃焼残渣模擬灰の腐
食試験を実施した電気炉の概念図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増山 不二光 長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 西尾 敏昭 長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 川原 雄三 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地 1 三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 吉良 雅治 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 池 稔 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社横浜製作所内 (56)参考文献 特開 平2−282608(JP,A) 特開 昭55−111887(JP,A) 実開 昭56−151637(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23G 5/48 ZAB F23G 7/00 ZAB B01D 5/34 122

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩化物を含む都市ごみの燃焼ガス中に
    単体の硫黄、硫黄酸化物、硫酸塩、硫化物及び有機硫黄
    化合物の群から選択された1種以上の硫黄化合物を加
    え、都市ごみの燃焼残渣物中に含まれる金属塩化物を硫
    酸塩に変化させて、燃焼環境の腐食性を低減させること
    を特徴とする都市ごみ焼却プラントの運転方法。
  2. 【請求項2】 塩化物を含む都市ごみの燃焼ガス中に
    単体の硫黄、硫黄酸化物、硫酸塩、硫化物及び有機硫黄
    化合物の群から選択された1種以上の硫黄化合物ととも
    に、Ca、Mg、Al、Fe及びSiの群から選択され
    た1種以上の元素の酸化物を添加して、都市ごみの燃焼
    残渣物中に含まれる金属塩化物を硫酸塩に変化させて、
    燃焼環境の腐食性を低減させることを特徴とする都市ご
    み焼却プラントの運転方法。
  3. 【請求項3】 塩化物を含む都市ごみの燃焼ガス中に添
    加する前記硫黄化合物の量が、燃焼ガス中に含まれてい
    る塩化水素ガス量の0.5〜3.0容量倍であることを
    特徴とする請求項1又は2記載の都市ごみ焼却プラント
    の運転方法。
  4. 【請求項4】 塩化物を含む都市ごみの焼却の際に、硫
    黄を含みかつその燃焼灰の主成分がCa、Mg、Al、
    Fe及びSiの群から選択された1種以上の元素の化合
    物を含有する微粉炭を同時に燃焼させて、都市ごみ類の
    燃焼灰及び燃焼ガスによる腐食を抑制することを特徴と
    する都市ごみ焼却プラントの運転方法。
  5. 【請求項5】 塩化物を含む都市ごみの焼却の際に、硫
    黄を含みかつその燃焼灰の主成分がCa、Mg、Al、
    Fe及びSiの群から選択された1種以上の元素の化合
    物を含有する石油系燃料を同時に燃焼させて、都市ごみ
    類の燃焼灰及び燃焼ガスによる腐食を抑制することを特
    徴とする都市ごみ焼却プラントの運転方法。
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