JP3848887B2

JP3848887B2 - ボイラの水冷壁構造

Info

Publication number: JP3848887B2
Application number: JP2002050713A
Authority: JP
Inventors: 卓弘石山; 裕二中川; 稔池
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: JP2003254502A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉の下流側に設置されて排ガスから熱エネルギを回収する廃熱ボイラの内壁保護用耐火構造であって、特にボイラ下部に設けられ排ガス中に含有される飛灰を捕集するホッパ部に配設されるボイラの水冷壁構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物、産業廃棄物等を焼却処理する際に発生する排ガスから廃熱を回収するために、焼却炉の排ガス出口側に廃熱ボイラを設置する廃熱ボイラ付焼却炉が広く普及している。焼却炉に併設されるボイラには、多数の水管からなる過熱器を複数有する水管ボイラが最も多く用いられており、過熱器の他に下流側に節炭器、蒸発器等を具備しているものもある。
そして、かかるボイラにより回収された熱エネルギは、発電により電気として用いられたり、動力として用いられたりと様々な設備に導かれて有効利用されている。
【０００３】
近年、焼却炉から排出される排ガス温度は高温化する傾向にある。この要因としては主に、ダイオキシン類生成抑制対策として焼却炉出口の排ガス温度が約８５０℃以上に設定されるようになったこと、プラスチックや紙類等の含水率が低く高カロリーの廃棄物が多く排出されるようになったことが挙げられる。
そして、排ガスの温度上昇に伴い熱エネルギの高効率回収が可能となる一方、廃熱ボイラへの負荷が大きくなり、腐食性ガスによるボイラ壁及び水管の腐食に加えてボイラ壁の耐熱性、耐久性及び炉内壁へのクリンカの生成等の問題が発生している。
【０００４】
ここで、従来より用いられている焼却炉併設廃熱ボイラの一例を図３に示す。
これによれば、投入ホッパ１２から焼却炉１０に供給されたごみは火格子１３上で燃焼され、かかる燃焼により発生した排ガスは主燃焼室１４にて該排ガス中の未燃分の完全燃焼が行われる。そして、前記排ガスは、廃熱ボイラ１１内の排ガスの第１冷却通路１５、第２冷却通路１６を経て冷却され、排ガス処理設備を通過して系外へ排出される。前記廃熱ボイラ１１の第２冷却通路１６には過熱器１９が複数取りつけられており、ここで排ガスから廃熱を回収している。
【０００５】
このとき、前記廃熱ボイラ１１の円筒形ボイラ胴の内側壁には水冷壁２５が配設され、該ボイラ１１内を通過する排ガスを冷却している。かかる水冷壁２５は複数本の水管からなり上部ヘッダ２０及び下部ヘッダ２１を介して熱媒である水を循環させている。
また、前記ボイラ胴の下部、即ち前記第１冷却通路１５から第２冷却通路１６への反転部にはホッパ１７が下方に向けて突設されており、該ホッパ１７の内側表面は耐火キャスタブル等の耐火物が積層されて覆われている。そして、かかるホッパ１７では、排ガス通路の屈曲によるホッパ傾斜部への衝突、若しくは反転による慣性力により排ガス中の飛灰が捕集される構成になっている。
【０００６】
このように、廃熱ボイラ１１の側壁に水冷壁を設けて排ガスを所定温度まで冷却してボイラ内壁を保護するとともに、ボイラ内壁及び過熱器１９の水管にクリンカが付着することを抑止している。
この他に、前記第１冷却通路１５に水を噴霧して排ガスを冷却する方法や、また特開平１０−１９６９３１号に記載のように、第１冷却通路１５付近に空気を供給して冷却する方法などを併せ用いることによってもボイラ炉壁及び過熱器等の水管を保護することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記廃熱ボイラ１１の下部に位置するホッパ１７は耐火物で保護されているのみで、上記したようにごみの高カロリー化やダイオキシン生成抑制対策による排ガスの高温化により、ホッパ１７に覆設した耐火物が損傷、劣化する問題が生じている。これは、従来よりホッパ保護用に使用されていたＳｉＣやＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３等からなる耐火物が膨出するために引き起こされる。
図４に、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３からなる耐火キャスタブルの経年使用による耐火材損傷を示す。図において、３４はＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３耐火キャスタブル、３５、３６、３７は夫々異なる部材の断熱部材、１７はホッパである。
【０００８】
これによれば、耐火キャスタブル３４の部分的熱負荷による熱応力や飛灰中のアルカリ成分との反応によるガラス化等の要因により耐火キャスタブル３４が変形、膨出し、耐火物を係止していた支持部材３８が抜けたり（Ａ）、高温による引張り強度の低下とともに腐食性ガスによる劣化のために支持部材３８が切断されたり（Ｂ）、支持部材３８が脱落してしまう（Ｃ）という問題が生じている。
その結果、耐火物がホッパ１７の灰出口に脱落してホッパを詰まらせてしまうため、頻繁にメンテナンスを行わなければならず、ランニングコストが嵩むこととなる。
【０００９】
また、前記従来技術のように、廃熱ボイラへの水の噴霧若しくは冷却空気の導入によりホッパ上流側で排ガス温度を低下させた場合、廃熱の利用効率が低下するとともに、排ガス若しくは排水の処理量が増大して処理コストが増加してしまうという問題を抱えている。
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、廃熱ボイラのホッパが耐火物等により閉塞することがなく、メンテナンス頻度を減少させて低ランニングコストで以って運転することができる廃熱ボイラの水冷壁構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、焼却炉下流側に併設された廃熱ボイラの水冷壁構造において、
前記廃熱ボイラ内の排ガス通路に、排ガス下降流から上昇流への反転部に位置するホッパの上部を囲繞する如くボイラ水管からなる水冷壁を周設して前記反転部と対面する側を冷却するとともに、該ホッパ下端側が前記ボイラ水管からなる水冷壁より下側に突出するように形成し、更に、前記ボイラ水管からなる水冷壁は、前記反転部と対面する側のホッパの一部に形成された水冷壁として構成され、該水冷壁を前記ホッパの上方に位置する部位に形成した水冷壁とは別に独立した水循環径路を有するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明は、ボイラ胴の下部に設けられたホッパの上部をボイラ水管を周設して前記反転部と対面する側を冷却することにより、従来のようにホッパに耐火物を積層する必要がなく、また、耐火物を覆設した場合においてもホッパ付近の排ガスが冷却されているため耐火物の膨出を最小限に抑えることができる。このとき、耐火物を単一層とすることができるため、従来のようにＹアンカ等の長軸の支持部材を用いる必要がなく支持部材の脱落によるホッパ閉塞の惧れもない。もちろん、ホッパへのクリンカの付着を防止する効果も兼ね具えている。
【００１２】
さらにまた、約８５０℃以上で排出される高温排ガスにおいても、ホッパの水冷化により冷却効率が向上するためボイラ内の過熱器水管等への影響が低減される。
かかる発明によれば、ボイラ内壁及び水管の耐久性が向上し、またホッパの閉塞も防げるため、メンテナンス頻度を少なくすることができ、運転コストを低減することが可能となる。尚、前記ホッパの下端側を水冷壁より突出するように形成して熱効率が低い部位には水冷壁を配設していないため、イニシャルコストを低く抑えることができるとともに、該ホッパ下側に位置する複雑なダクトや水管、その他機器類を容易に配設することができる。
【００１３】
請求項２は、焼却炉下流側に併設された廃熱ボイラの水冷壁構造において、
前記廃熱ボイラ内の排ガス通路に、排ガス下降流から上昇流への反転部に位置するホッパの上部を囲繞する如く水冷壁を周設し、該水冷壁が前記ホッパの上方に位置する部位に形成した他の水冷壁とは別に独立した水循環径路を有するように構成するとともに、該ホッパ下端側が前記ホッパの上部を囲繞する水冷壁より下側に突出するように形成したことを特徴とする。
かかる発明は、ホッパの上部を水冷壁で形成しており、これによりホッパの冷却効果が高まるとともに、ホッパを形成する水冷壁を独立した水循環系とすることにより熱交換制御が容易となる。これらのホッパ水冷壁化は、特に熱負荷の高い部位に設けることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態にかかる廃熱ボイラ水冷壁構造の全体概略構成図、図２はホッパ水管部の断面概略図である。
【００１５】
図１において、１０はストーカ式焼却炉で、該焼却炉にごみを供給するごみ投入ホッパ１２、ごみを移動しながら燃焼させる火格子１３及び未燃分を燃焼する主燃焼室１４により構成され、該火格子１３からの酸素付加空気の導入により燃焼が促進されて高温排ガスが生じ、該排ガスが廃熱ボイラ１１に導かれる構成となっている。尚、本実施形態では廃熱ボイラに併設される焼却炉をストーカ式焼却炉としているが、流動床式焼却炉、ロータリーキルン式焼却炉等何れでも良く特にこれに限らない。
【００１６】
廃熱ボイラ１１は、その下部に排ガス通路を有して仕切り壁１８により第１冷却通路１５と第２冷却通路１６とに分割されており、該第２冷却通路１６には複数の過熱器１９が配設されている。また、かかる廃熱ボイラ１１の円筒形ボイラ胴部には、上部ヘッダ２０及び下部ヘッダ２１を有する水冷壁２５が該ボイラ胴部を囲繞するように周設されている。
さらに、かかる廃熱ボイラ１１の下部、即ち排ガスの下降流から上昇流に反転する反転部にはホッパ１７が固設され、該ホッパ１７により捕集された飛灰を貯留する灰ピット（不図示）が設けられている。
【００１７】
前記水冷壁２５は、前記ホッパ１７の上部を覆うようにボイラ胴部から延設され、該ホッパ１７上に被るように下部ヘッダ２１を具えている。尚、下部ヘッダ２１は最も熱効率、コスト効率のよい位置に設けるものとし、設置条件により複数に分割して設けてもよい。
そして、好ましくは前記水冷壁２５が、前記ホッパ１７とボイラ胴の接合部から該ホッパ１７を約１／２〜４／５程度覆うように設けるとよく、ホッパ１７下端の水冷壁が配設されていない部分を下側に向けて突出するように設けることが好ましい。これにより前記ホッパ１７を効率良く冷却できるとともに、熱効率の低いホッパ下方部には水冷壁を配設していないためイニシャルコストを最小限に抑えることができ、また該ホッパ１７の周囲若しくは下部に位置する複数の配管や計器等の邪魔になることなく水冷壁を容易に設置することができる。
【００１８】
かかる実施形態では、前記焼却炉１０から、例えば約９００℃程度の高温で排出される排ガスは前記第１冷却通路１５を通過しながら水冷壁２５により約７００℃程度まで冷却され、前記ホッパ１７で下降流から上昇流に反転する。該反転により、排ガス中の飛灰は慣性力及び仕切り壁１８、ホッパ１７への衝突によって前記ホッパ１７に捕集され、灰出口から灰ピット（不図示）に集められる。このとき、ホッパ１７は飛灰の衝突が激しく、磨耗、熱負荷がボイラの他部位に比べて大きいが、水冷壁によって保護されているためホッパ内壁の熱による劣化が最小限に抑えられ、メンテナンス頻度を低減することができる。
【００１９】
一方、上昇流から反転して前記第２冷却通路１６を通過する排ガスは、前記水冷壁２５により冷却されながら約４００〜６００℃程度で過熱器１９を通過し、該過熱器１９にて排ガスの廃熱を回収されて次工程の排ガス処理設備等へ送給される。尚、上記した温度設定は一例に過ぎず、焼却炉や被処理物であるごみ種類によって変化するため特に限定されない。
前記水冷壁２５では、前記下部ヘッダ２１より導入される水（熱媒）を該水冷壁２５にて高温高圧蒸気として上部ヘッダ２０より気水ドラム（不図示）へ集約して熱を回収して自然対流により循環させている。
【００２０】
また、ホッパ１７の上方部位で、特に熱負荷が大きい部位を上部ヘッダ２２及び下部ヘッダ２３を有する水冷壁２６で形成している。この水冷壁２６は、ボイラ胴部に設けられた水冷壁２５とは別に独立した水循環径路を有するように構成することが好ましい。本実施形態では、焼却炉１０側のホッパ内壁に水冷壁２６を配設しているが、ここに限らず、ホッパ上部の水冷壁被覆部位であれば何れに設けてもよい。
これにより蒸気圧力その他の制御が容易となるとともに、ホッパの冷却効果が高まりクリンカの付着その他の問題を引き起こす惧れがない。
【００２１】
次に、図２に示されるホッパ部水管壁につき説明する。
図２において、３４は主としてＳｉＣからなる耐火キャスタブルで、例えば前記水管外周面にキャスタブルを吹付けて硬化させる方法や、水管３０に対向させて設けられた型枠にキャスタブルを鋳込み充填させて硬化させた後に脱型して施工する方法により施工される。尚、前記耐火キャスタブルには、ＳｉＣのほかにＳＫ、Ｓｉ_３Ｎ_４、またはＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との混合材料等、耐熱性、耐食性の高い材料であれば特に限定されない。
【００２２】
本発明における実施形態の耐火物は、前記耐火キャスタブル３４を施工する側にスタッド３２を複数本植設しており、該スタッド３２が約４５°間隔で２本突設された水管３０と３本突設された水管３０とが交互に配列するように構成されている。このような配置とすることにより、耐火キャスタブル３４が脱落し難い構成となっている。前記スタッド３２は、水管３０との熱膨張差による破損を防ぐために、該水管３０と同様の材料で形成することが好ましい。尚、前記スタッド３２にはスリーブ３３を嵌合させる構成とする。
このように、耐火キャスタブルを覆設することで飛灰の衝突による水管の磨耗を防ぎ、メンテナンス頻度をさらに少なくすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、従来のようにホッパに耐火物を積層する必要がなく、また、耐火物を覆設した場合においてもホッパ付近の排ガスは冷却されているため耐火物の膨出を最小限に抑えることができ、耐火物の脱落によるホッパ閉塞の惧れもない。さらに、ホッパへのクリンカの付着を防止する効果も兼ね具えている。
これにより、ボイラ内壁及び水管の耐久性が向上し、またホッパの閉塞も防げるため、メンテナンス頻度を少なくすることができ、運転コストを低減することが可能となる。また、熱効率が低いホッパ下端には水冷壁を配設していないため、イニシャルコストを低く抑えることができるとともに、該ホッパ下側に位置する複雑なダクトや水管、その他機器類を容易に配設することができる。
【００２４】
また、約８５０℃以上で排出される高温排ガスにおいても、ホッパの水冷化により冷却効率が向上するためボイラ内過熱器水管等への影響が低減される。
さらにまた、ホッパの少なくとも上方に位置する部位を水冷壁で形成することにより、ホッパの冷却効果が高まるとともに、ホッパを形成する水冷壁を独立した水循環系とすることにより熱交換制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる廃熱ボイラ水冷壁構造の全体概略構成図である。
【図２】ホッパ水管部の断面概略図である。
【図３】従来の廃熱ボイラ水冷壁構造の全体概略構成図である。
【図４】ホッパ部の耐火材損傷をあらわす概略図である。
【符号の説明】
１０ストーカ式焼却炉
１１廃熱ボイラ
１４主燃焼室
１５第１冷却通路
１６第２冷却通路
１７ホッパ
１８仕切り壁
１９過熱器
２０、２２上部ヘッダ
２１、２３下部ヘッダ
２５、２６水冷壁
３０水管
３４耐火キャスタブル

Claims

焼却炉下流側に併設された廃熱ボイラの水冷壁構造において、
前記廃熱ボイラ内の排ガス通路に、排ガス下降流から上昇流への反転部に位置するホッパの上部を囲繞する如くボイラ水管からなる水冷壁を周設して前記反転部と対面する側を冷却するとともに、該ホッパ下端側が前記ボイラ水管からなる水冷壁より下側に突出するように形成し、更に、前記ボイラ水管からなる水冷壁は、前記反転部と対面する側のホッパの一部に形成された水冷壁として構成され、該水冷壁を前記ホッパの上方に位置する部位に形成した水冷壁とは別に独立した水循環径路を有するように構成したことを特徴とするボイラの水冷壁構造。
焼却炉下流側に併設された廃熱ボイラの水冷壁構造において、
前記廃熱ボイラ内の排ガス通路に、排ガス下降流から上昇流への反転部に位置するホッパの上部を囲繞する如く水冷壁を周設し、該水冷壁が前記ホッパの上方に位置する部位に形成した他の水冷壁とは別に独立した水循環径路を有するように構成するとともに、該ホッパ下端側が前記ホッパの上部を囲繞する水冷壁より下側に突出するように形成したことを特徴とするボイラの水冷壁構造。