JP3554518B2 - 廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみや産業廃棄物、ＲＤＦ、汚泥等（以下廃棄物と呼ぶ）を燃料とする循環流動層ボイラに関するものであり、特殊な耐食性鋼材の使用や特殊な腐食防止工法の採用による製造コストの大幅な上昇を招くことなしに、６０ｋｇ／ｃｍ２ 以上の高温・高圧蒸気が得られるようにした高温高圧循環流動層ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、廃棄物（ＲＤＦ）を燃料として４００°、４０ｋｇ／ｃｍ２ の蒸気を発生できるようにした従前の循環流動層ボイラの一例を示すものであり、当該循環流動層ボイラは燃焼室部Ａとサイクロン部Ｂとバックパス部Ｃ等から形成されている。
【０００３】
当該循環流動層ボイラの燃焼室部Ａは流動燃焼部Ａ１ 及び吸熱部Ａ２ を備えており、燃焼室部Ａの外囲いは、隣接する水管相互間をひれ板を介して気密状に連結して成る所謂メンブレン壁１により構成されている。また、前記流動燃焼室部Ａ１ のメンブレン壁１及び吸熱部Ａ２ 上方部のメンブレン壁１の内側表面には炉材２が配設されており、メンブレン壁１を形成するボイラチューブ（図示省略）及びボイラチューブ間を連結密封するひれ板（図示省略）の保護が図られている。
尚、図３に於いては、燃焼室部Ａの外囲いの全体をメンブレン壁１により形成しているが、吸熱部Ａ２ のみをメンブレン壁１とする場合もある。
【０００４】
前記サイクロン部Ｂはサイクロン本体Ｂ１ とループシール部Ｂ２ とを備えており、ループシール部Ｂ２ では、流動エアａ３ の供給により流動層が形成されている。
また、サイクロン本体Ｂ１ の胴部等は水管群によって形成されており、燃焼ガスＧの熱吸収が図られている。
更に、図３は４００℃、４０ｋｇ／ｃｍ２ の蒸気を発生する場合の例を示すものであるが、蒸気温度を５００℃近傍の高温とした例では、前記ループシール部Ｂ２ に過熱管（図示省略）が設けられている。
【０００５】
前記バックパス部Ｃは放射冷却部Ｃ１ 、仕切壁Ｃ２ 及びガスパス部Ｃ３ 等を備えており、バックパス部Ｃの外囲いと仕切壁Ｃ２ はメンブレン壁１により構成されている。
【０００６】
尚、図３に於いて、Ｆは燃料（ＲＤＦ）、ａ１ は１次エア、ａ２ は２次エア、Ｇは燃焼ガス、Ｓは流動媒体（砂）、３は燃料供給口、４は流動ノズル、５はボトムドレーン、６は流動媒体導出口、７は流動媒体戻し口、８は蒸気ドラム、９〜１１は管寄せ、１２は１次過熱器、１３は２次過熱器、１４はバンクチューブ、１５はエコノマイザ、１６は煙道、１６ａは排ガス出口である。
【０００７】
燃料Ｆは燃料供給口３を通して流動層燃焼部Ａ１ の底部へ供給され、流動ノズル４から噴出する１次エアａ１ に形成された所謂濃厚層内へ混入し、２次エアａ２ の供給により激しく燃焼をする。
燃焼ガスＧと舞い上った流動媒体Ｓ等は、吸熱部Ａ２ 上方の流動媒体導出口６からサイクロン部Ｂへ導出され、ここで燃焼ガスＧと流動媒体Ｓとに分離される。補集された流動媒体Ｓは、ループシール部Ｂ２ を経て流動媒体戻し口７から流動燃焼部Ａ１ へ戻される。
【０００８】
燃焼ガスＧからの熱吸収は、燃焼室部Ａのメンブレン壁１、バックパス部Ｃの各メンブレン壁１、サイクロン部Ｂの水管群、ガスパス部Ｃ３ 内に設けた各過熱器１２、１３・バンクチューブ１４・エコノマイザ１５等で行なわれる。
また、排ガス出口１６ａから排出された約１５０°〜２００℃の燃焼排ガスＧ０ ′は廃ガス処理装置及び誘引通風機（図示省略）等を通して煙突より大気中へ放出される。
【０００９】
ところで、前記燃料Ｆを形成する廃棄物内には、通常多量の塩化ビニールや塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）等が含まれている。その結果、燃焼により生じた燃焼ガスＧは、そのＨＣｌ濃度が必然的に５００〜２０００ｐｐｍ程度の高濃度値となる。
一方、周知のように、温度が約７００℃以上の高温燃焼ガスにさらされたボイラを構成する金属材には、金属材の温度が約３３０℃以上になると、ＨＣｌとダスト中の塩類等に起因する高温腐食が発生し、ボイラの寿命が１年も持たなくなる。
【００１０】
即ち、一般的に使用されているＨＣｌ含有燃焼ガスの腐食特性によると、金属温度が１５０°〜３３０℃であれば腐食の度合いが相対的に低くなる。その結果、例えば蒸気過熱器の場合、蒸気温度が３００℃以下であれば過熱管の管壁温度も約３３０℃以下となるため、炭素鋼製の過熱管を使用しても激しいＨＣｌ腐食の発生を回避することができ、寿命が大幅に縮まるという事態に至らない。
そのため、従前の廃棄物を燃料とするボイラに於いては、蒸気温度を約３００℃以下に制約するのが慣行となっており、結果として１０〜１５％程度の発電効率を得るのが限度となっている。
尚、現在、都市ごみ焼却炉におけるボイラでは、４０ｋｇ／ｃｍ２ ×４００℃の蒸気条件が最高のものであり、過熱器管にはＳＵＳ材が使用されている。
【００１１】
一方、前記図３の循環流動層ボイラでは、サイクロン本体Ｂ１ と流動燃焼部Ａ１ との間の流動媒体Ｓの循環経路に、シールと流動媒体の循環を目的として流動層から成るループシール部Ｂ２ が形成されている。従って、このループシール部Ｂ２ 内に熱交換器（蒸気過熱器）を設置することにより、４００℃以上の高温蒸気を得ることができる。何故なら、ループシール部Ｂ２ 内には燃焼ガスＧが殆んど存在せず、ＨＣｌ濃度が略零であるうえ管壁にダストが付着することも殆んど無く、高温腐食が発生しないからである。
【００１２】
しかし、循環流動層ボイラでは、燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１に燃焼ガスＧや流動媒体Ｓを直接に接触させることによって熱を吸収し、燃焼室部Ａの温度が過度に上昇するのを防止するようにしている。
ところが、蒸気条件を１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃に設定した場合、この種の循環流動層ボイラの一般的な仕様に於いては、ボイラ缶水温度が約３２０℃となり、その結果、燃焼室部Ａの吸熱部Ａ２ を構成するメンブレン壁１の水管温度は３３０℃以上となる。また、メンブレン壁１を構成するひれ板の中間部の温度は、前記水管の温度よりも更に上昇することになる。
その結果、一般的に使用されている炭素鋼ではメンブレン壁１に於ける前記高温腐食の発生が不可避となり、さらに流動媒体磨耗も加わるため燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１に何等かの特別な腐食と磨耗の防止策が必要となる。
【００１３】
また、腐食に関しては、バックパス部Ｃを形成するメンブレン壁１についても同様である。例えば、この種循環流動層ボイラの一般的な仕様に於いては、バックパス部Ｃのガスパス部Ｃ３ へ流入する燃焼ガスＧの温度を約６５０℃以下になるようにしている。そのため、ガスパス部Ｃ３ の上流側にメンブレン壁１から成る放射冷却部Ｃ１ や仕切壁Ｃ２ を設け、燃焼ガスＧの熱を吸収するようにしている。何故なら、同じ蒸気温度でも、燃焼ガスＧの温度の低い方が蒸気過熱器１２・１３の寿命が長くなり、高温腐食によるトラブルの発生頻度も少なくなることが経験上知られているからである。
しかし、蒸気条件を１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃に設定した場合には、前記吸熱部Ａ２ に於けるメンブレン壁１の場合と同様に、バックパス部Ｃの放射冷却部Ｃ１ 等を形成するメンブレン壁１に高温腐食が発生することになり、一般的な炭素鋼材をそのまま使用することが出来なくなる。
【００１４】
その結果、図３の従前の循環流動層ボイラに於いては、蒸気圧力は６０ｋｇ／ｃｍ２ 位いが限度となっており、それ以上の高温・高圧化は不可能な状態にある。何故なら蒸気圧力が約６０ｋｇ／ｃｍ２ 以下であれば、缶水温度が約２８５℃となり、従ってひれ板の温度も３２０℃を越えることがない。その結果、７００℃以上の高温燃焼ガスＧ内に於いても、顕著な高温腐食が生じないからである。
【００１５】
尚、図３の従前の循環流動層ボイラに於いても、メンブレン壁１を特殊な耐食鋼を用いて構成したり、或いは溶射による保護膜等を使用することにより、蒸気条件を６０ｋｇ／ｃｍ２ ・４００℃以上に設定することができる。しかし、この場合にはボイラの製造コストが大幅に高騰するにもかかわらず、長期の寿命が得られないと云う問題がある。特に、腐食と磨耗が進行する燃焼室においては、寿命の予測もできないと云う問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の循環流動層ボイラに於ける上述の如き問題、即ち▲１▼蒸気圧力を約６０ｋｇ／ｃｍ２ 以上に設定した場合には、ボイラの缶水温度が約２８５℃以上となり、燃焼室部Ａの吸熱部Ａ２ を構成するメンブレン壁１やバックパス部Ｃを構成するメンブレン壁１の高温腐食が不可避となり、結果として、蒸気の高温高圧化による発電効率の大幅な向上が図れないこと、及び▲２▼耐腐食性材や特殊工法による腐食防止策を施して蒸気の高温・高圧化を図った場合には、ボイラの製造コストの高騰を招くだけでなく、寿命が極めて短いこと等の問題を解決せんとするものであり、燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１の内側表面を高熱伝導性の薄い保護炉材で覆うと共に、ループシール部Ｂ２ 内に蒸気過熱器や飽和水管等の熱交換器を設置すること等により、特殊な耐食性鋼材を使用したり、メンブレン壁に溶射等の特殊な保護対策を施すことなしに１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃程度の高温・高圧蒸気が得られ、経済性に優れた廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラを提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、燃焼室部Ａとサイクロン部Ｂと築炉構造のバックパス部Ｃとを備えた蒸気圧力が６０ｋｇ／ｃｍ2 以上の廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラに於いて、前記燃焼室部Ａの外囲いの全部又は一部をメンブレン壁により形成してその内側表面を高伝熱性の炉材で覆うとともに、前記サイクロン部Ｂの下方のループシール部Ｂ2 内に蒸気過熱器２１を設け、また、前記燃焼室部Ａに再循環排ガス供給口１９ｂを設け、バックパス部Ｃ下流側の排ガス処理設備出口で分岐した再循環排ガスＧ0 を前記再循環排ガス供給口１９ｂへ供給して燃焼室部Ａの燃焼温度を調整すると共に、前記バックパス部Ｃ内に燃焼ガス流Ｇの上流側から順に炭素鋼製の２次エコノマイザ２２、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、１次エコノマイザ２５を配置し、前記１次エコノマイザ２５で加熱したボイラ給水Ｗ0 を２次エコノマイザで加熱してボイラ蒸気ドラムへ供給することにより、前記１次蒸気過熱器１２へ流入する燃焼ガスＧの温度を６５０℃〜７００℃に調整し、更に、前記１次蒸気過熱器１２及び２次蒸気過熱器１３で過熱した蒸気を減温器２６で減温したあと前記ループシール部Ｂ2 内の３次過熱器２１で過熱して外部へ取り出す構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、１５０℃以下のボイラ給水を１次エコノマイザで２００〜２２０℃に、また、２次エコノマイザで２９０〜３００℃に夫々加熱することにより、３００℃以上の蒸気を発生する１次蒸気過熱器１２の入口側の燃焼ガスＧの温度を６５０℃〜７００℃に調整するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の各実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示すブロック線図であり、図２は本発明の第２実施形態を示すブロック線図である。尚、図１及び図２に於いて、前記図３に示した従前の循環流動層ボイラと同一の部材には、これと同一の参照番号を付している。
【００２４】
図１及び図２に於いて、Ａは燃焼室部、Ｂはサイクロン部、Ｃはバックパス部であり、図２の第２実施形態では、バックパス部Ｃの構成が図１の第１実施形態に比較して若干異なっている。
【００２５】
前記燃焼室部Ａは流動燃焼部Ａ１ と吸熱部Ａ２ から構成されており、箱形（又は筒形）に形成されている。当該燃焼室部Ａの外囲いは、水管相互間をひれ板で溶接により気密状に連結した構造の所謂メンブレン壁１により形成されている。
【００２６】
また、前記吸熱部Ａ２ を形成するメンブレン壁１の内側表面は、厚さ２０〜５０ｍｍ程度の比較的薄い高伝熱性の炉材２ａ（例えば炭化硅素ＳｉＣ等）によりその全面が覆われている。
即ち、前記薄い炉材２ａは、メンブレン壁１の内表面に短かいスタッドを多数植立し、これに炉材を塗り込み固定するようにした所謂スタッド施工方法により設けられており、メンブレン壁１の内側表面へ燃焼ガスＧが直接に接触してＨＣｌ等による高温腐食が発生するのを防止している。
【００２７】
更に、前記流動燃焼部Ａ１ （燃焼室部Ａのボトム部）の内側表面は、壁面に沿って流下する流動媒体Ｓによる摩耗と流動層の温度保持（最低８５０℃の温度を２秒間以上）との観点から、比較的厚いプレキャスターブロック或いはキャスター等から成る炉材２ｂによって、その全面が覆われている。
【００２８】
尚、図１に於いては、燃焼室部Ａの外囲い全体をメンブレン壁１により構成しているが、所謂スタッド施工を施した吸熱部Ａ２ の部分のみをメンブレン壁１とし、流動燃焼部Ａ１ の方は水管囲とせず、通常の鉄板囲の内表面側に炉材を配設した構成とすることも可能である。
また、前記燃焼室部Ａには、燃料供給口３、流動ノズル４、ボトムドレーン排出口５、流動媒体導出口６、流動媒体戻し口７、蒸気ドラム８、管寄せ９ａ・９ｂ・９ｃ、１次エア供給口１７、２次エア供給口１８、再循環排ガス供給口１９ａ・１９ｂが夫々設けられている。
【００２９】
前記再循環排ガス供給口１９ａ・１９ｂは流動燃焼部Ａ１ の低部と吸熱部Ａ２ の低部に夫々設けられており、バックパス部Ｃの下流側例えば排ガス処理設備出口に於いて分岐吸引した燃焼排ガスＧ０ ′を適宜量炉内へ再循環排ガスＧ０ として供給することにより、吸熱部Ａ２ の上部より流出する燃焼ガスＧの温度を約９００℃以下に調節するようにしている。
即ち、スタッド施工により配設した炉材２ａを通して燃焼ガスＧの熱を吸収する場合には、炉材２ｂの熱伝導抵抗によって吸熱性が若干低下する。そのため、燃焼温度を約９００℃に保持するには燃焼室部Ａの背丈を高くし伝熱面を増やさなければならず、この背丈の延伸を防止するために、温度約１８０℃の再循環排ガスＧ０ を燃焼室部Ａ内へ供給するようにしている。
尚、図１に於いては、後述するようにボイラの定常運転時に於いて、約５〜３０％の量の排ガス再循環を行なっている。
【００３０】
前記サイクロン部Ｂはサイクロン本体Ｂ１ とループシール部Ｂ２ とから形成されている。また、図１の例ではサイクロン本体Ｂ１ の外壁体はメンブレン壁と同一の構造物でもって形成されており、その内側表面は耐熱・耐摩耗性を備えた高熱伝導性の炉材（例えばＳｉＣ等）により被覆保護されているが、部分的にメンブレン構造とすることも、また通常の鉄板囲いの内表面側に炉材を配設する構造とすることもできる。
更に、前記ループシール部Ｂ２ へは、その底部から流動エアａ３ が供給されており、これによってループシール部Ｂ２ 内の流動媒体Ｓは所謂流動層を形成している。
【００３１】
前記ループシール部Ｂ２ の内部には、飽和水管２０や３次蒸気過熱器２１等の熱交換器が設けられており、当該ループシール部Ｂ２ に於いて流動媒体Ｓの熱を吸収することにより、前記燃焼室部Ａの背丈を低くしたり、或いは低温再循環排ガスＧ０ の量を低減するようにしている。
尚、前記３次蒸気過熱器２１と飽和水管２０は、熱バランスによってその何れか一方又は両方が設けられることになる。
【００３２】
前記バックパス部Ｃは所謂築炉構造によって筒状に形成されており、外囲いがメンブレン壁構造でないため、溶射加工や耐食性の高級材料を使用する等の高温腐食対策は不要となる。
当該バックパス部Ｃには、高温燃焼ガスＧの入口側から順に２次エコノマイザ２２、第１バンクチューブ２３、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、第２バンクチューブ２４、１次エコノマイザ２５が夫々配設されており、燃焼ガスＧの熱が接触伝熱等により順次吸収される。
【００３３】
即ち、ボイラ給水Ｗ０ は１次エコノマイザ２５及び２次エコノマイザ２２を通して蒸気ドラム８へ供給される。また、蒸気ドラム８からの発生蒸気は１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、減温器２６、３次蒸気過熱器２１を通して約１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃の高温高圧蒸気Ｓｔとなり、蒸気タービン（図示省略）へ供給される。
尚、減温器２６は３次蒸気過熱器２１の出口蒸気温度が計画温度になるように２次蒸気過熱器１３からの過熱蒸気の温度を調整する。
【００３４】
前記２次エコノマイザ２２は約８００℃の高温燃焼ガスＧの温度を約６５０℃以下まで低下させるものである。２次エコノマイザ２２出口のボイラ給水Ｗ０ の温度が約３００℃であるため、２次エコノマイザ２２の熱交換管の管壁温度は約３２０℃以下に保持されており、従って、８００℃の高温燃焼ガスＧ中にあっても、顕著な高温腐食は生じない。
【００３５】
前記第１バンクチューブ（ボイラ蒸発管）２３及び第２バンクチューブ２４は吸熱バランスを取るために設けられおり、これにより飽和蒸気に必要な吸熱量の不足分を補い、エコノマイザに於ける所謂蒸発エコの発生を防止するようにしている。
前記第１バンクチューブ２３には炭素鋼に溶射保護層を設けたものを、また、第２バンクチューブ２４にはステンレス鋼を夫々使用しているが、何れの型式のものを用いてもよいことは勿論である。また、取替容易な構造として炭素鋼を用いても良い。
尚、炭素鋼に溶射保護層を設ける工法は、従前のメンブレン壁に溶射保護層を設ける場合に比較して施工が容易となり、ヒレ部分がないため寿命も長く、補修費や腐食対策費の削減が可能となる。
また、当該両バンクチューブ２３、２４は、燃焼させる廃棄物燃料Ｆの発熱量によってその設置の是非が決まることになり、発熱量の少ない燃料Ｆの場合にはこれ等の設置が省略される。
【００３６】
前記１次蒸気過熱器１２及び２次蒸気過熱器１３は、従前のこの種ボイラで使用されているものと同様のものであり、約６２０℃の燃焼ガスＧは２次蒸気過熱器１３の出口に於いて約５００℃になる。
また、前記２次エコノマイザ２５の熱交換管は炭素鋼製であり、約２００℃のボイラ給水ＷＯ が約３００℃に加熱される。
【００３７】
図２は、本発明の第２実施形態を示すものであり、バックパス部Ｃのみが図１の第１実施形態の場合と異なっている。
即ち、第２実施形態では、バックパス部Ｃが放射冷却部Ｃ１ とガスパス部Ｃ３ とから形成されており、放射冷却部Ｃ１ に於いて約８００℃から約６５０°〜７００℃に冷却された燃焼ガスが、ガスパス部Ｃ３ へ流入する。従って、図１のガス流れ方向での過熱器入口のバンクチューブ２３が不要となり、２次エコノマイザのみで排ガス温度は約６２０℃に下がる。
【００３８】
前記放射冷却部Ｃ１ は、全体の外囲いがメンブレン壁１によって形成されており、且つメンブレン壁１の内表面は、薄い耐熱・高伝熱性の炉材２ａ（例えばＳｉＣ等）によって覆われており、高ＨＣｌ濃度の燃焼ガスＧが直接に接触するのを防止して、腐食の発生を押えている。
【００３９】
前記ガスパス部Ｃ３ は所謂築炉構造により筒状に形成されており、その内部には２次エコノマイザ２２、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、バンクチューブ１４が配設されている。
尚、２５は２次エコノマイザであり、排ガス用煙道１６内に設けられている。また、２８はダスト排出用コンベアである。
【００４０】
当該図２の第２実施形態に於いては、放射冷却部Ｃ１ に於ける吸熱により燃焼ガスＧの温度を６５０°〜７００℃に低下させ、次に２次エコノマイザ２２により温度を約６２０℃に低下させることにより、第１バンクチューブを省略するようにしている。
尚、２次エコノマイザ２２は、第１実施形態の場合と同じ理由によって炭素鋼製としているが、入口側の燃焼ガス温度が６５０°〜７００℃に一層減温されているため、ＨＣｌ等による高温腐食の発生はより少なくなる。
【００４１】
次に、本発明に係る循環流動層ボイラを用いて５００℃・１００ｋｇ／ｃｍ２ 程度の高温高圧蒸気を発生させる場合の作動状況を説明する。
図１を参照して、燃料として低位発熱量３７００ｋｃａｌ／ｋｇのＲＤＦ燃料Ｆを１００ｔｏｎ／日の割合で供給し、所謂流動層燃焼をさせる（総入熱量１５４２万ｋｃａｌ／ｈ）。尚、燃焼室部Ａの外形寸法は約３０００ｍｍＷ×３０００ｍｍＬ×２０，０００ｍｍＨ（高さ）であり、またバックパス部Ｃの外形寸法は約３８００ｍｍＷ×３８００ｍｍＬ×２０，０００ｍｍＨ（高さ）としている。
【００４２】
ＲＤＦ燃料の燃焼により、ボイラの定常運転時に於ける燃焼室部Ａ内の燃焼ガス温度は約８７０°〜９００℃となり、流動媒体導出口６からは約８８０℃の燃焼ガスＧ（約４３，０００Ｎｍ３ ／ｈ・排ガス再循環を含む）と流動媒体（砂）Ｓとの混合物がサイクロン部Ｂへ導出される。
尚、ボイラの定常運転時に於ける１次エアａ１ の供給量は約２０，０００Ｎｍ３ ／ｈ（温度約３０℃）に、また、２次エアａ２ の供給量は１２，０００Ｎｍ３ ／ｈ（温度約３０℃）に、更に、再循環排ガスＧ０ の供給量は７２，０００Ｎｍ３ ／ｈ（再循環率２０％・温度約１８０℃）に夫々設定している。
【００４３】
サイクロン部Ｂで分離された流動媒体Ｓはサイクロン本体Ｂ１ 内で５０〜１００℃程度減温され、ループシール部Ｂ２ へ落下する。また、ループシール部Ｂ２ へ落下した砂Ｓは、ここで流動エアａ３ の供給により流動され、その間に飽和水管２０や３次蒸気過熱器２１によって冷却されたあと、流動媒体戻し口７から流動燃焼部Ａ２ 内へ戻される。
【００４４】
前記サイクロン部Ｂに於いて約８００℃にまで冷却された燃焼ガスＧは、バックパス部Ｃへ導入され、ここで２次エコノマイザ２２及び第１バンクチューブ２３によって約６２０℃に冷却されたあと、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３で約５００℃に冷却される。
その後、燃焼排ガスＧ０ ′は第２バンクチューブ２４及び１次エコノマイザ２５により約２３０°〜２５０℃に冷却され、排ガス出口２７から廃ガス処理装置（図示省略）へ送られ、浄化処理されたあと、誘引通風機及び煙突（図示省略）を経て大気中へ放出される。
【００４５】
ボイラ給水Ｗ０ は、約１４０°〜１５０℃で１次エコノマイザ２５へ供給され、２００°〜２２０℃に加熱されたあと２次エコノマイザ２２へ入り、ここで約２９０°〜３００℃に加熱されたあと蒸気ドラム８へ供給される。
また、蒸気ドラム８からの飽和蒸気は、１次蒸気過熱器１２及び２次蒸気過熱器１３に於いて約４００℃に過熱される。その後減温器２６で温度調整をされたあと、３次蒸気過熱器２１へ導入され、ここで約５００℃に過熱されることにより、約１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃の高温高圧蒸気Ｓｔとなって蒸気タービン（図示省略）へ供給される。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１の内側表面を熱伝導性の良好な比較的薄い層状の炉材で保護するようにしている。その結果、蒸気条件を約１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃の高圧高温とすることにより、ボイラ缶水温度が約３１０°〜３２０℃の高温になっても、メンブレン壁１に高ＨＣｌ濃度の燃焼ガスＧやダスト等の相乗作用による激しい高温腐食が発生せず、メンブレン壁１の耐用年数の大幅な延伸が可能となる。
【００４７】
また、メンブレン壁１内側表面に保護層を形成することにより、メンブレン壁１の吸熱性が若干低下する。これにより、燃焼室部Ａの温度は上昇傾向となる。しかし、サイクロン部Ｂのループシール部Ｂ２ に飽和水管２０や３次蒸気過熱器２１を設けて流動媒体Ｓの熱を吸収する構成としているため、燃焼室部Ａ内の温度は約８５０°〜９００℃に保持され、燃焼室の大型化を防ぐことができる。
【００４８】
本発明に於いては、排ガス再循環により廃棄物燃料Ｆの発熱量が高い場合の余剰熱量を外部へ持ち出し、燃焼室部Ａに於ける吸収熱量を減ずる構成としている。そのため、再循環排ガスＧ０ の量を調整することにより、燃焼室部Ａ内の温度を８５０〜９００℃に保持でき、燃焼室部Ａの極端な大形化を有効に防止できる。
【００４９】
また、排ガス再循環を行なうことにより、ボイラ負荷が５０％以下に於いても、排ガス再循環量を減らすことにより、燃焼室部Ａ内の温度を２秒間以上に亘って８５０℃以上の温度に、助燃設備を稼働することなしに常に保持することができ、ダイオキシン低減のためのガイドラインの順守が低負荷においても可能となる。
【００５０】
本発明に於いては２次エコノマイザ２２を約８００℃の高温燃焼ガスＧ内に設け、燃焼ガスＧの温度を６２０°〜６５０℃にまで冷却する構成としている。
その結果、１次蒸気過熱器１２や２次蒸気過熱器１３に生ずる高温腐食が炭素鋼であっても比較的少なくなり、ボイラ寿命の大幅な延伸が可能となる。
また、前記２次エコノマイザ２２出口のボイラ給水Ｗ０ の温度は約２９０°〜３００℃であり、その結果、管壁温度は約３２０℃以下に保持されている。このため、約８００℃の高温燃焼ガスＧ内に２次エコノマイザ２２が設置されていても、これに激しい高温腐食が生ずることはなく、長寿命運転が可能となる。
【００５１】
本発明に於いては、燃焼室部Ａやバックパス部の放射冷却部Ｃ１ のメンブレン壁１の内側表面を、所謂スタッド工法により比較的薄い高伝熱性炉材層でもって覆うようにしている。その結果、メンブレン壁１の保護層を比較的安価に能率よく形成することができると共に、吸熱性能の低下も極く僅かに押えることができる。これにより、従前のキャスタ等を使用する保護の場合に比較して、保護層をより経済的に形成することができるうえ、燃焼室部Ａの大形化を有効に押えることができる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る循環流動層ボイラの第１実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明に係る循環流動層ボイラの第２実施形態を示すブロック構成図である。
【図３】従前の廃棄物を燃料とする循環流動層ボイラの概要を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
ａ１ は１次エア、ａ２ は２次エア、ａ３ は流動エア、ＦはＲＤＦ燃料、Ｇは燃焼ガス、Ｓは流動媒体（砂）、Ｇ０ は再循環排ガス、Ｗ０ はボイラ給水、Ｓｔは高温高圧蒸気、Ａは燃焼室部、Ａ１ は流動燃焼部、Ａ２ は吸熱部、Ｂはサイクロン部、Ｂ１ はサイクロン本体、Ｂ２ はループシール部、Ｃはバックパス部、Ｃ１ は放射冷却部、Ｃ２ は仕切壁、Ｃ３ はガスパス部、１はメンブレン壁、２は炉材、３は燃料供給口、４は流動ノズル、５はボトルドレーン排出口、６は流動媒体導出口、７は流動媒体戻し口、８は上部蒸気ドラム、９乃至１１は管寄せ、１２は１次蒸気過熱器、１３は２次蒸気過熱器、１４はバンクチューブ、１５はエコノマイザ、１６は煙道、１６ａは排ガス出口、１７は１次エア供給口、１８は２次エア供給口、１９は再循環排ガス供給口、２０は飽和水管、２１は３次蒸気過熱器、２２は２次エコノマイザ、２３は第１バンクチューブ、２４は第２バンクチューブ、２５は１次エコノマイザ、２６は減温器、２７はバックパス部の排ガス出口、２８はダスト排出用コンベア。
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみや産業廃棄物、ＲＤＦ、汚泥等（以下廃棄物と呼ぶ）を燃料とする循環流動層ボイラに関するものであり、特殊な耐食性鋼材の使用や特殊な腐食防止工法の採用による製造コストの大幅な上昇を招くことなしに、６０ｋｇ／ｃｍ２ 以上の高温・高圧蒸気が得られるようにした高温高圧循環流動層ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、廃棄物（ＲＤＦ）を燃料として４００°、４０ｋｇ／ｃｍ２ の蒸気を発生できるようにした従前の循環流動層ボイラの一例を示すものであり、当該循環流動層ボイラは燃焼室部Ａとサイクロン部Ｂとバックパス部Ｃ等から形成されている。
【０００３】
当該循環流動層ボイラの燃焼室部Ａは流動燃焼部Ａ１ 及び吸熱部Ａ２ を備えており、燃焼室部Ａの外囲いは、隣接する水管相互間をひれ板を介して気密状に連結して成る所謂メンブレン壁１により構成されている。また、前記流動燃焼室部Ａ１ のメンブレン壁１及び吸熱部Ａ２ 上方部のメンブレン壁１の内側表面には炉材２が配設されており、メンブレン壁１を形成するボイラチューブ（図示省略）及びボイラチューブ間を連結密封するひれ板（図示省略）の保護が図られている。
尚、図３に於いては、燃焼室部Ａの外囲いの全体をメンブレン壁１により形成しているが、吸熱部Ａ２ のみをメンブレン壁１とする場合もある。
【０００４】
前記サイクロン部Ｂはサイクロン本体Ｂ１ とループシール部Ｂ２ とを備えており、ループシール部Ｂ２ では、流動エアａ３ の供給により流動層が形成されている。
また、サイクロン本体Ｂ１ の胴部等は水管群によって形成されており、燃焼ガスＧの熱吸収が図られている。
更に、図３は４００℃、４０ｋｇ／ｃｍ２ の蒸気を発生する場合の例を示すものであるが、蒸気温度を５００℃近傍の高温とした例では、前記ループシール部Ｂ２ に過熱管（図示省略）が設けられている。
【０００５】
前記バックパス部Ｃは放射冷却部Ｃ１ 、仕切壁Ｃ２ 及びガスパス部Ｃ３ 等を備えており、バックパス部Ｃの外囲いと仕切壁Ｃ２ はメンブレン壁１により構成されている。
【０００６】
尚、図３に於いて、Ｆは燃料（ＲＤＦ）、ａ１ は１次エア、ａ２ は２次エア、Ｇは燃焼ガス、Ｓは流動媒体（砂）、３は燃料供給口、４は流動ノズル、５はボトムドレーン、６は流動媒体導出口、７は流動媒体戻し口、８は蒸気ドラム、９〜１１は管寄せ、１２は１次過熱器、１３は２次過熱器、１４はバンクチューブ、１５はエコノマイザ、１６は煙道、１６ａは排ガス出口である。
【０００７】
燃料Ｆは燃料供給口３を通して流動層燃焼部Ａ１ の底部へ供給され、流動ノズル４から噴出する１次エアａ１ に形成された所謂濃厚層内へ混入し、２次エアａ２ の供給により激しく燃焼をする。
燃焼ガスＧと舞い上った流動媒体Ｓ等は、吸熱部Ａ２ 上方の流動媒体導出口６からサイクロン部Ｂへ導出され、ここで燃焼ガスＧと流動媒体Ｓとに分離される。補集された流動媒体Ｓは、ループシール部Ｂ２ を経て流動媒体戻し口７から流動燃焼部Ａ１ へ戻される。
【０００８】
燃焼ガスＧからの熱吸収は、燃焼室部Ａのメンブレン壁１、バックパス部Ｃの各メンブレン壁１、サイクロン部Ｂの水管群、ガスパス部Ｃ３ 内に設けた各過熱器１２、１３・バンクチューブ１４・エコノマイザ１５等で行なわれる。
また、排ガス出口１６ａから排出された約１５０°〜２００℃の燃焼排ガスＧ０ ′は廃ガス処理装置及び誘引通風機（図示省略）等を通して煙突より大気中へ放出される。
【０００９】
ところで、前記燃料Ｆを形成する廃棄物内には、通常多量の塩化ビニールや塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）等が含まれている。その結果、燃焼により生じた燃焼ガスＧは、そのＨＣｌ濃度が必然的に５００〜２０００ｐｐｍ程度の高濃度値となる。
一方、周知のように、温度が約７００℃以上の高温燃焼ガスにさらされたボイラを構成する金属材には、金属材の温度が約３３０℃以上になると、ＨＣｌとダスト中の塩類等に起因する高温腐食が発生し、ボイラの寿命が１年も持たなくなる。
【００１０】
即ち、一般的に使用されているＨＣｌ含有燃焼ガスの腐食特性によると、金属温度が１５０°〜３３０℃であれば腐食の度合いが相対的に低くなる。その結果、例えば蒸気過熱器の場合、蒸気温度が３００℃以下であれば過熱管の管壁温度も約３３０℃以下となるため、炭素鋼製の過熱管を使用しても激しいＨＣｌ腐食の発生を回避することができ、寿命が大幅に縮まるという事態に至らない。
そのため、従前の廃棄物を燃料とするボイラに於いては、蒸気温度を約３００℃以下に制約するのが慣行となっており、結果として１０〜１５％程度の発電効率を得るのが限度となっている。
尚、現在、都市ごみ焼却炉におけるボイラでは、４０ｋｇ／ｃｍ２ ×４００℃の蒸気条件が最高のものであり、過熱器管にはＳＵＳ材が使用されている。
【００１１】
一方、前記図３の循環流動層ボイラでは、サイクロン本体Ｂ１ と流動燃焼部Ａ１ との間の流動媒体Ｓの循環経路に、シールと流動媒体の循環を目的として流動層から成るループシール部Ｂ２ が形成されている。従って、このループシール部Ｂ２ 内に熱交換器（蒸気過熱器）を設置することにより、４００℃以上の高温蒸気を得ることができる。何故なら、ループシール部Ｂ２ 内には燃焼ガスＧが殆んど存在せず、ＨＣｌ濃度が略零であるうえ管壁にダストが付着することも殆んど無く、高温腐食が発生しないからである。
【００１２】
しかし、循環流動層ボイラでは、燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１に燃焼ガスＧや流動媒体Ｓを直接に接触させることによって熱を吸収し、燃焼室部Ａの温度が過度に上昇するのを防止するようにしている。
ところが、蒸気条件を１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃に設定した場合、この種の循環流動層ボイラの一般的な仕様に於いては、ボイラ缶水温度が約３２０℃となり、その結果、燃焼室部Ａの吸熱部Ａ２ を構成するメンブレン壁１の水管温度は３３０℃以上となる。また、メンブレン壁１を構成するひれ板の中間部の温度は、前記水管の温度よりも更に上昇することになる。
その結果、一般的に使用されている炭素鋼ではメンブレン壁１に於ける前記高温腐食の発生が不可避となり、さらに流動媒体磨耗も加わるため燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１に何等かの特別な腐食と磨耗の防止策が必要となる。
【００１３】
また、腐食に関しては、バックパス部Ｃを形成するメンブレン壁１についても同様である。例えば、この種循環流動層ボイラの一般的な仕様に於いては、バックパス部Ｃのガスパス部Ｃ３ へ流入する燃焼ガスＧの温度を約６５０℃以下になるようにしている。そのため、ガスパス部Ｃ３ の上流側にメンブレン壁１から成る放射冷却部Ｃ１ や仕切壁Ｃ２ を設け、燃焼ガスＧの熱を吸収するようにしている。何故なら、同じ蒸気温度でも、燃焼ガスＧの温度の低い方が蒸気過熱器１２・１３の寿命が長くなり、高温腐食によるトラブルの発生頻度も少なくなることが経験上知られているからである。
しかし、蒸気条件を１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃に設定した場合には、前記吸熱部Ａ２ に於けるメンブレン壁１の場合と同様に、バックパス部Ｃの放射冷却部Ｃ１ 等を形成するメンブレン壁１に高温腐食が発生することになり、一般的な炭素鋼材をそのまま使用することが出来なくなる。
【００１４】
その結果、図３の従前の循環流動層ボイラに於いては、蒸気圧力は６０ｋｇ／ｃｍ２ 位いが限度となっており、それ以上の高温・高圧化は不可能な状態にある。何故なら蒸気圧力が約６０ｋｇ／ｃｍ２ 以下であれば、缶水温度が約２８５℃となり、従ってひれ板の温度も３２０℃を越えることがない。その結果、７００℃以上の高温燃焼ガスＧ内に於いても、顕著な高温腐食が生じないからである。
【００１５】
尚、図３の従前の循環流動層ボイラに於いても、メンブレン壁１を特殊な耐食鋼を用いて構成したり、或いは溶射による保護膜等を使用することにより、蒸気条件を６０ｋｇ／ｃｍ２ ・４００℃以上に設定することができる。しかし、この場合にはボイラの製造コストが大幅に高騰するにもかかわらず、長期の寿命が得られないと云う問題がある。特に、腐食と磨耗が進行する燃焼室においては、寿命の予測もできないと云う問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の循環流動層ボイラに於ける上述の如き問題、即ち▲１▼蒸気圧力を約６０ｋｇ／ｃｍ２ 以上に設定した場合には、ボイラの缶水温度が約２８５℃以上となり、燃焼室部Ａの吸熱部Ａ２ を構成するメンブレン壁１やバックパス部Ｃを構成するメンブレン壁１の高温腐食が不可避となり、結果として、蒸気の高温高圧化による発電効率の大幅な向上が図れないこと、及び▲２▼耐腐食性材や特殊工法による腐食防止策を施して蒸気の高温・高圧化を図った場合には、ボイラの製造コストの高騰を招くだけでなく、寿命が極めて短いこと等の問題を解決せんとするものであり、燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１の内側表面を高熱伝導性の薄い保護炉材で覆うと共に、ループシール部Ｂ２ 内に蒸気過熱器や飽和水管等の熱交換器を設置すること等により、特殊な耐食性鋼材を使用したり、メンブレン壁に溶射等の特殊な保護対策を施すことなしに１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃程度の高温・高圧蒸気が得られ、経済性に優れた廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラを提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、燃焼室部Ａとサイクロン部Ｂと築炉構造のバックパス部Ｃとを備えた蒸気圧力が６０ｋｇ／ｃｍ2 以上の廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラに於いて、前記燃焼室部Ａの外囲いの全部又は一部をメンブレン壁により形成してその内側表面を高伝熱性の炉材で覆うとともに、前記サイクロン部Ｂの下方のループシール部Ｂ2 内に蒸気過熱器２１を設け、また、前記燃焼室部Ａに再循環排ガス供給口１９ｂを設け、バックパス部Ｃ下流側の排ガス処理設備出口で分岐した再循環排ガスＧ0 を前記再循環排ガス供給口１９ｂへ供給して燃焼室部Ａの燃焼温度を調整すると共に、前記バックパス部Ｃ内に燃焼ガス流Ｇの上流側から順に炭素鋼製の２次エコノマイザ２２、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、１次エコノマイザ２５を配置し、前記１次エコノマイザ２５で加熱したボイラ給水Ｗ0 を２次エコノマイザで加熱してボイラ蒸気ドラムへ供給することにより、前記１次蒸気過熱器１２へ流入する燃焼ガスＧの温度を６５０℃〜７００℃に調整し、更に、前記１次蒸気過熱器１２及び２次蒸気過熱器１３で過熱した蒸気を減温器２６で減温したあと前記ループシール部Ｂ2 内の３次過熱器２１で過熱して外部へ取り出す構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、１５０℃以下のボイラ給水を１次エコノマイザで２００〜２２０℃に、また、２次エコノマイザで２９０〜３００℃に夫々加熱することにより、３００℃以上の蒸気を発生する１次蒸気過熱器１２の入口側の燃焼ガスＧの温度を６５０℃〜７００℃に調整するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の各実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示すブロック線図であり、図２は本発明の第２実施形態を示すブロック線図である。尚、図１及び図２に於いて、前記図３に示した従前の循環流動層ボイラと同一の部材には、これと同一の参照番号を付している。
【００２４】
図１及び図２に於いて、Ａは燃焼室部、Ｂはサイクロン部、Ｃはバックパス部であり、図２の第２実施形態では、バックパス部Ｃの構成が図１の第１実施形態に比較して若干異なっている。
【００２５】
前記燃焼室部Ａは流動燃焼部Ａ１ と吸熱部Ａ２ から構成されており、箱形（又は筒形）に形成されている。当該燃焼室部Ａの外囲いは、水管相互間をひれ板で溶接により気密状に連結した構造の所謂メンブレン壁１により形成されている。
【００２６】
また、前記吸熱部Ａ２ を形成するメンブレン壁１の内側表面は、厚さ２０〜５０ｍｍ程度の比較的薄い高伝熱性の炉材２ａ（例えば炭化硅素ＳｉＣ等）によりその全面が覆われている。
即ち、前記薄い炉材２ａは、メンブレン壁１の内表面に短かいスタッドを多数植立し、これに炉材を塗り込み固定するようにした所謂スタッド施工方法により設けられており、メンブレン壁１の内側表面へ燃焼ガスＧが直接に接触してＨＣｌ等による高温腐食が発生するのを防止している。
【００２７】
更に、前記流動燃焼部Ａ１ （燃焼室部Ａのボトム部）の内側表面は、壁面に沿って流下する流動媒体Ｓによる摩耗と流動層の温度保持（最低８５０℃の温度を２秒間以上）との観点から、比較的厚いプレキャスターブロック或いはキャスター等から成る炉材２ｂによって、その全面が覆われている。
【００２８】
尚、図１に於いては、燃焼室部Ａの外囲い全体をメンブレン壁１により構成しているが、所謂スタッド施工を施した吸熱部Ａ２ の部分のみをメンブレン壁１とし、流動燃焼部Ａ１ の方は水管囲とせず、通常の鉄板囲の内表面側に炉材を配設した構成とすることも可能である。
また、前記燃焼室部Ａには、燃料供給口３、流動ノズル４、ボトムドレーン排出口５、流動媒体導出口６、流動媒体戻し口７、蒸気ドラム８、管寄せ９ａ・９ｂ・９ｃ、１次エア供給口１７、２次エア供給口１８、再循環排ガス供給口１９ａ・１９ｂが夫々設けられている。
【００２９】
前記再循環排ガス供給口１９ａ・１９ｂは流動燃焼部Ａ１ の低部と吸熱部Ａ２ の低部に夫々設けられており、バックパス部Ｃの下流側例えば排ガス処理設備出口に於いて分岐吸引した燃焼排ガスＧ０ ′を適宜量炉内へ再循環排ガスＧ０ として供給することにより、吸熱部Ａ２ の上部より流出する燃焼ガスＧの温度を約９００℃以下に調節するようにしている。
即ち、スタッド施工により配設した炉材２ａを通して燃焼ガスＧの熱を吸収する場合には、炉材２ｂの熱伝導抵抗によって吸熱性が若干低下する。そのため、燃焼温度を約９００℃に保持するには燃焼室部Ａの背丈を高くし伝熱面を増やさなければならず、この背丈の延伸を防止するために、温度約１８０℃の再循環排ガスＧ０ を燃焼室部Ａ内へ供給するようにしている。
尚、図１に於いては、後述するようにボイラの定常運転時に於いて、約５〜３０％の量の排ガス再循環を行なっている。
【００３０】
前記サイクロン部Ｂはサイクロン本体Ｂ１ とループシール部Ｂ２ とから形成されている。また、図１の例ではサイクロン本体Ｂ１ の外壁体はメンブレン壁と同一の構造物でもって形成されており、その内側表面は耐熱・耐摩耗性を備えた高熱伝導性の炉材（例えばＳｉＣ等）により被覆保護されているが、部分的にメンブレン構造とすることも、また通常の鉄板囲いの内表面側に炉材を配設する構造とすることもできる。
更に、前記ループシール部Ｂ２ へは、その底部から流動エアａ３ が供給されており、これによってループシール部Ｂ２ 内の流動媒体Ｓは所謂流動層を形成している。
【００３１】
前記ループシール部Ｂ２ の内部には、飽和水管２０や３次蒸気過熱器２１等の熱交換器が設けられており、当該ループシール部Ｂ２ に於いて流動媒体Ｓの熱を吸収することにより、前記燃焼室部Ａの背丈を低くしたり、或いは低温再循環排ガスＧ０ の量を低減するようにしている。
尚、前記３次蒸気過熱器２１と飽和水管２０は、熱バランスによってその何れか一方又は両方が設けられることになる。
【００３２】
前記バックパス部Ｃは所謂築炉構造によって筒状に形成されており、外囲いがメンブレン壁構造でないため、溶射加工や耐食性の高級材料を使用する等の高温腐食対策は不要となる。
当該バックパス部Ｃには、高温燃焼ガスＧの入口側から順に２次エコノマイザ２２、第１バンクチューブ２３、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、第２バンクチューブ２４、１次エコノマイザ２５が夫々配設されており、燃焼ガスＧの熱が接触伝熱等により順次吸収される。
【００３３】
即ち、ボイラ給水Ｗ０ は１次エコノマイザ２５及び２次エコノマイザ２２を通して蒸気ドラム８へ供給される。また、蒸気ドラム８からの発生蒸気は１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、減温器２６、３次蒸気過熱器２１を通して約１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃の高温高圧蒸気Ｓｔとなり、蒸気タービン（図示省略）へ供給される。
尚、減温器２６は３次蒸気過熱器２１の出口蒸気温度が計画温度になるように２次蒸気過熱器１３からの過熱蒸気の温度を調整する。
【００３４】
前記２次エコノマイザ２２は約８００℃の高温燃焼ガスＧの温度を約６５０℃以下まで低下させるものである。２次エコノマイザ２２出口のボイラ給水Ｗ０ の温度が約３００℃であるため、２次エコノマイザ２２の熱交換管の管壁温度は約３２０℃以下に保持されており、従って、８００℃の高温燃焼ガスＧ中にあっても、顕著な高温腐食は生じない。
【００３５】
前記第１バンクチューブ（ボイラ蒸発管）２３及び第２バンクチューブ２４は吸熱バランスを取るために設けられおり、これにより飽和蒸気に必要な吸熱量の不足分を補い、エコノマイザに於ける所謂蒸発エコの発生を防止するようにしている。
前記第１バンクチューブ２３には炭素鋼に溶射保護層を設けたものを、また、第２バンクチューブ２４にはステンレス鋼を夫々使用しているが、何れの型式のものを用いてもよいことは勿論である。また、取替容易な構造として炭素鋼を用いても良い。
尚、炭素鋼に溶射保護層を設ける工法は、従前のメンブレン壁に溶射保護層を設ける場合に比較して施工が容易となり、ヒレ部分がないため寿命も長く、補修費や腐食対策費の削減が可能となる。
また、当該両バンクチューブ２３、２４は、燃焼させる廃棄物燃料Ｆの発熱量によってその設置の是非が決まることになり、発熱量の少ない燃料Ｆの場合にはこれ等の設置が省略される。
【００３６】
前記１次蒸気過熱器１２及び２次蒸気過熱器１３は、従前のこの種ボイラで使用されているものと同様のものであり、約６２０℃の燃焼ガスＧは２次蒸気過熱器１３の出口に於いて約５００℃になる。
また、前記２次エコノマイザ２５の熱交換管は炭素鋼製であり、約２００℃のボイラ給水ＷＯ が約３００℃に加熱される。
【００３７】
図２は、本発明の第２実施形態を示すものであり、バックパス部Ｃのみが図１の第１実施形態の場合と異なっている。
即ち、第２実施形態では、バックパス部Ｃが放射冷却部Ｃ１ とガスパス部Ｃ３ とから形成されており、放射冷却部Ｃ１ に於いて約８００℃から約６５０°〜７００℃に冷却された燃焼ガスが、ガスパス部Ｃ３ へ流入する。従って、図１のガス流れ方向での過熱器入口のバンクチューブ２３が不要となり、２次エコノマイザのみで排ガス温度は約６２０℃に下がる。
【００３８】
前記放射冷却部Ｃ１ は、全体の外囲いがメンブレン壁１によって形成されており、且つメンブレン壁１の内表面は、薄い耐熱・高伝熱性の炉材２ａ（例えばＳｉＣ等）によって覆われており、高ＨＣｌ濃度の燃焼ガスＧが直接に接触するのを防止して、腐食の発生を押えている。
【００３９】
前記ガスパス部Ｃ３ は所謂築炉構造により筒状に形成されており、その内部には２次エコノマイザ２２、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３、バンクチューブ１４が配設されている。
尚、２５は２次エコノマイザであり、排ガス用煙道１６内に設けられている。また、２８はダスト排出用コンベアである。
【００４０】
当該図２の第２実施形態に於いては、放射冷却部Ｃ１ に於ける吸熱により燃焼ガスＧの温度を６５０°〜７００℃に低下させ、次に２次エコノマイザ２２により温度を約６２０℃に低下させることにより、第１バンクチューブを省略するようにしている。
尚、２次エコノマイザ２２は、第１実施形態の場合と同じ理由によって炭素鋼製としているが、入口側の燃焼ガス温度が６５０°〜７００℃に一層減温されているため、ＨＣｌ等による高温腐食の発生はより少なくなる。
【００４１】
次に、本発明に係る循環流動層ボイラを用いて５００℃・１００ｋｇ／ｃｍ２ 程度の高温高圧蒸気を発生させる場合の作動状況を説明する。
図１を参照して、燃料として低位発熱量３７００ｋｃａｌ／ｋｇのＲＤＦ燃料Ｆを１００ｔｏｎ／日の割合で供給し、所謂流動層燃焼をさせる（総入熱量１５４２万ｋｃａｌ／ｈ）。尚、燃焼室部Ａの外形寸法は約３０００ｍｍＷ×３０００ｍｍＬ×２０，０００ｍｍＨ（高さ）であり、またバックパス部Ｃの外形寸法は約３８００ｍｍＷ×３８００ｍｍＬ×２０，０００ｍｍＨ（高さ）としている。
【００４２】
ＲＤＦ燃料の燃焼により、ボイラの定常運転時に於ける燃焼室部Ａ内の燃焼ガス温度は約８７０°〜９００℃となり、流動媒体導出口６からは約８８０℃の燃焼ガスＧ（約４３，０００Ｎｍ３ ／ｈ・排ガス再循環を含む）と流動媒体（砂）Ｓとの混合物がサイクロン部Ｂへ導出される。
尚、ボイラの定常運転時に於ける１次エアａ１ の供給量は約２０，０００Ｎｍ３ ／ｈ（温度約３０℃）に、また、２次エアａ２ の供給量は１２，０００Ｎｍ３ ／ｈ（温度約３０℃）に、更に、再循環排ガスＧ０ の供給量は７２，０００Ｎｍ３ ／ｈ（再循環率２０％・温度約１８０℃）に夫々設定している。
【００４３】
サイクロン部Ｂで分離された流動媒体Ｓはサイクロン本体Ｂ１ 内で５０〜１００℃程度減温され、ループシール部Ｂ２ へ落下する。また、ループシール部Ｂ２ へ落下した砂Ｓは、ここで流動エアａ３ の供給により流動され、その間に飽和水管２０や３次蒸気過熱器２１によって冷却されたあと、流動媒体戻し口７から流動燃焼部Ａ２ 内へ戻される。
【００４４】
前記サイクロン部Ｂに於いて約８００℃にまで冷却された燃焼ガスＧは、バックパス部Ｃへ導入され、ここで２次エコノマイザ２２及び第１バンクチューブ２３によって約６２０℃に冷却されたあと、１次蒸気過熱器１２、２次蒸気過熱器１３で約５００℃に冷却される。
その後、燃焼排ガスＧ０ ′は第２バンクチューブ２４及び１次エコノマイザ２５により約２３０°〜２５０℃に冷却され、排ガス出口２７から廃ガス処理装置（図示省略）へ送られ、浄化処理されたあと、誘引通風機及び煙突（図示省略）を経て大気中へ放出される。
【００４５】
ボイラ給水Ｗ０ は、約１４０°〜１５０℃で１次エコノマイザ２５へ供給され、２００°〜２２０℃に加熱されたあと２次エコノマイザ２２へ入り、ここで約２９０°〜３００℃に加熱されたあと蒸気ドラム８へ供給される。
また、蒸気ドラム８からの飽和蒸気は、１次蒸気過熱器１２及び２次蒸気過熱器１３に於いて約４００℃に過熱される。その後減温器２６で温度調整をされたあと、３次蒸気過熱器２１へ導入され、ここで約５００℃に過熱されることにより、約１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃の高温高圧蒸気Ｓｔとなって蒸気タービン（図示省略）へ供給される。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、燃焼室部Ａを形成するメンブレン壁１の内側表面を熱伝導性の良好な比較的薄い層状の炉材で保護するようにしている。その結果、蒸気条件を約１００ｋｇ／ｃｍ２ ・５００℃の高圧高温とすることにより、ボイラ缶水温度が約３１０°〜３２０℃の高温になっても、メンブレン壁１に高ＨＣｌ濃度の燃焼ガスＧやダスト等の相乗作用による激しい高温腐食が発生せず、メンブレン壁１の耐用年数の大幅な延伸が可能となる。
【００４７】
また、メンブレン壁１内側表面に保護層を形成することにより、メンブレン壁１の吸熱性が若干低下する。これにより、燃焼室部Ａの温度は上昇傾向となる。しかし、サイクロン部Ｂのループシール部Ｂ２ に飽和水管２０や３次蒸気過熱器２１を設けて流動媒体Ｓの熱を吸収する構成としているため、燃焼室部Ａ内の温度は約８５０°〜９００℃に保持され、燃焼室の大型化を防ぐことができる。
【００４８】
本発明に於いては、排ガス再循環により廃棄物燃料Ｆの発熱量が高い場合の余剰熱量を外部へ持ち出し、燃焼室部Ａに於ける吸収熱量を減ずる構成としている。そのため、再循環排ガスＧ０ の量を調整することにより、燃焼室部Ａ内の温度を８５０〜９００℃に保持でき、燃焼室部Ａの極端な大形化を有効に防止できる。
【００４９】
また、排ガス再循環を行なうことにより、ボイラ負荷が５０％以下に於いても、排ガス再循環量を減らすことにより、燃焼室部Ａ内の温度を２秒間以上に亘って８５０℃以上の温度に、助燃設備を稼働することなしに常に保持することができ、ダイオキシン低減のためのガイドラインの順守が低負荷においても可能となる。
【００５０】
本発明に於いては２次エコノマイザ２２を約８００℃の高温燃焼ガスＧ内に設け、燃焼ガスＧの温度を６２０°〜６５０℃にまで冷却する構成としている。
その結果、１次蒸気過熱器１２や２次蒸気過熱器１３に生ずる高温腐食が炭素鋼であっても比較的少なくなり、ボイラ寿命の大幅な延伸が可能となる。
また、前記２次エコノマイザ２２出口のボイラ給水Ｗ０ の温度は約２９０°〜３００℃であり、その結果、管壁温度は約３２０℃以下に保持されている。このため、約８００℃の高温燃焼ガスＧ内に２次エコノマイザ２２が設置されていても、これに激しい高温腐食が生ずることはなく、長寿命運転が可能となる。
【００５１】
本発明に於いては、燃焼室部Ａやバックパス部の放射冷却部Ｃ１ のメンブレン壁１の内側表面を、所謂スタッド工法により比較的薄い高伝熱性炉材層でもって覆うようにしている。その結果、メンブレン壁１の保護層を比較的安価に能率よく形成することができると共に、吸熱性能の低下も極く僅かに押えることができる。これにより、従前のキャスタ等を使用する保護の場合に比較して、保護層をより経済的に形成することができるうえ、燃焼室部Ａの大形化を有効に押えることができる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る循環流動層ボイラの第１実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明に係る循環流動層ボイラの第２実施形態を示すブロック構成図である。
【図３】従前の廃棄物を燃料とする循環流動層ボイラの概要を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
ａ１ は１次エア、ａ２ は２次エア、ａ３ は流動エア、ＦはＲＤＦ燃料、Ｇは燃焼ガス、Ｓは流動媒体（砂）、Ｇ０ は再循環排ガス、Ｗ０ はボイラ給水、Ｓｔは高温高圧蒸気、Ａは燃焼室部、Ａ１ は流動燃焼部、Ａ２ は吸熱部、Ｂはサイクロン部、Ｂ１ はサイクロン本体、Ｂ２ はループシール部、Ｃはバックパス部、Ｃ１ は放射冷却部、Ｃ２ は仕切壁、Ｃ３ はガスパス部、１はメンブレン壁、２は炉材、３は燃料供給口、４は流動ノズル、５はボトルドレーン排出口、６は流動媒体導出口、７は流動媒体戻し口、８は上部蒸気ドラム、９乃至１１は管寄せ、１２は１次蒸気過熱器、１３は２次蒸気過熱器、１４はバンクチューブ、１５はエコノマイザ、１６は煙道、１６ａは排ガス出口、１７は１次エア供給口、１８は２次エア供給口、１９は再循環排ガス供給口、２０は飽和水管、２１は３次蒸気過熱器、２２は２次エコノマイザ、２３は第１バンクチューブ、２４は第２バンクチューブ、２５は１次エコノマイザ、２６は減温器、２７はバックパス部の排ガス出口、２８はダスト排出用コンベア。
Claims (2)
- 燃焼室部Ａとサイクロン部Ｂと築炉構造のバックパス部Ｃとを備えた蒸気圧力が６０ｋｇ／ｃｍ2 以上の廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラに於いて、前記燃焼室部Ａの外囲いの全部又は一部をメンブレン壁により形成してその内側表面を高伝熱性の炉材で覆うとともに、前記サイクロン部Ｂの下方のループシール部Ｂ2 内に蒸気過熱器（２１）を設け、また、前記燃焼室部Ａに再循環排ガス供給口（１９ｂ）を設け、バックパス部Ｃ下流側の排ガス処理設備出口で分岐した再循環排ガスＧ0 を前記再循環排ガス供給口（１９ｂ）へ供給して燃焼室部Ａの燃焼温度を調整すると共に、前記バックパス部Ｃ内に燃焼ガス流Ｇの上流側から順に炭素鋼製の２次エコノマイザ（２２）、１次蒸気過熱器（１２）２次蒸気過熱器（１３）、１次エコノマイザ（２５）を配置し、前記１次エコノマイザ（２５）で加熱したボイラ給水（Ｗ0 ）を２次エコノマイザ（２２）で加熱してボイラ蒸気ドラム（８）へ供給することにより、前記１次蒸気過熱器（１２）へ流入する燃焼ガスＧの温度を６５０℃〜７００℃に調整し、更に、前記１次蒸気過熱器（１２）及び２次蒸気過熱器（１３）で過熱した蒸気を減温器（２６）で減温したあと前記ループシール部Ｂ2 内の３次過熱器（２１）で過熱して外部へ取り出す構成としたことを特徴とする廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラ。
- １５０℃以下のボイラ給水を１次エコノマイザで２００〜２２０℃に、また、２次エコノマイザで２９０〜３００℃に夫々加熱することにより、３００℃以上の蒸気を発生する１次蒸気過熱器（１２）の入口側の燃焼ガスＧの温度を６５０℃〜７００℃に調整するようにした請求項１に記載の廃棄物を燃料とする高温高圧循環流動層ボイラ。
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