JP4230397B2

JP4230397B2 - 冷却水通路のスケール除去方法

Info

Publication number: JP4230397B2
Application number: JP2004091159A
Authority: JP
Inventors: 貢阪口; 秀行森明; 喜代志山本
Original assignee: 日鉱環境株式会社
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005270903A

Description

本発明は、焼却炉から排出された排ガスを冷却する冷却水を循環させる冷却水通路に付着するスケールの除去方法に関する。

従来、廃プラスチック、廃油、メッキ廃液などの産業廃棄物を焼却炉で焼却処理することが行われている。ここで、焼却炉からは１０００℃前後の高温の排ガスが排出されるが、ダイオキシンの発生等を懸念して当該排ガスを急冷塔にて７０℃以下まで冷却することが行われている。このような産業廃棄物の焼却処理方法、産業廃棄物焼却排ガス急冷方法として、特許文献１、特許文献２等の提案がある。

特許文献１、特許文献２において、急冷塔における排ガスの冷却は、冷却水を急冷塔内にスプレーすることによって行っている。排ガスを冷却した後の冷却水は高温になるが、熱交換器を通過させて、循環、再利用している。ここで、スプレーする冷却水に苛性ソーダを添加して中和し、冷却水のｐＨを６．０〜７．０にコントロールすることが行われている。これは、排ガス中に、主としてＨＣｌ、ＳＯ_２といった酸性ガスが含まれていることに起因して排ガス冷却後の冷却水は、酸性よりとなり、そのまま配管等の冷却水通路を通じて循環させると配管等を傷めることとなるため、これを回避しようとするものである。

特開２００１−２７６５６５号公報特開２００２−２８４４２号公報

しかしながら、前記のように冷却水に苛性ソーダを添加すると、配管の保護にはなるが、その一方で、添加した苛性ソーダに由来するスケールが冷却水通路に付着する問題が生じていた。また、排ガス中の酸化物等のスラリー成分に由来するスケールが付着することもある。これらのスケールは、特に熱交換器のプレートに付着することが多い。

熱交換器のプレートにスケールが付着すると熱交換器の入口側と出口側との差圧を上昇させる。この差圧の上昇は、熱交換器内の冷却水通路を塞いでいることを意味し、冷却水の急冷塔内へのスプレー圧低下を引き起こし、急冷塔内での排ガスの冷却効率を損ねることとなる。排ガスの冷却効率が損なわれれば、ダイオキシンの発生を抑止できなくなる。

従来、このようなスケールの除去は、一旦、焼却炉の操業を停止して熱交換器への冷却水の循環をストップし、通常の流通方向とは逆方向から清水を流してスケールを除去する、いわゆる逆洗浄処理や、分解掃除によって行われていた。

しかし、前記のいずれの方法も一時的に焼却炉の操業を停止する必要があることに変わりはなく、焼却炉の連続操業の妨げとなる。前記逆洗浄処理は、操業停止時間は比較的短時間（４時間程度）で済むが、スケール除去の効果がさほど期待できるものではなかった。一方の分解掃除は、スケール除去効果は得られるが、熱交換器を構成するプレートを一枚一枚ブラシ等で削ぎ落とすような作業となるので、その労力も相当なものであり、操業停止時間も８時間から長いときには２４時間にもなることがあった。

そこで、本発明は、急冷塔内への継続的な冷却水のスプレーに支障を来たすことがないように冷却水通路に付着したスケールを除去する方法であって、焼却炉の停止をする必要のない方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成する本発明は、急冷塔内へスプレーする冷却水を前記急冷塔と熱交換器との間で循環させる際に、前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードと、前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードとを交互に行うことを特徴とする冷却水通路のスケール除去方法である。

循環する冷却水は通常は、苛性ソーダの添加を伴うモードで運転する。これは、急冷塔内の排ガスに酸性ガスが含まれていることに鑑み、循環する冷却水を中和すべく苛性ソーダを添加するものである。一方、苛性ソーダの添加を停止するモードでは、苛性ソーダの添加停止により冷却水を徐々に酸性に移行させ、冷却水を循環させる。冷却水が酸性に移行することにより、生成したスケールは徐々に溶解し、除去される。この冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモード中も、焼却炉は運転を続けることができ、その操業を停止する必要はない。

このようなスケール除去方法は、前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードは苛性ソーダを添加して冷却水のｐＨ値をｐＨ＝６．０〜７．０にコントロールし、前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードは苛性ソーダの添加を停止して冷却水のｐＨ値をｐＨ＝４．０〜５．０にコントロールすることが望ましい。

冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードは前記のように急冷塔内の排ガスに酸性ガスが含まれていることに鑑み、循環する冷却水を中和するために行うものである。そこで、冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードでは、苛性ソーダを添加して冷却水のｐＨ値をｐＨ＝６．０〜７．０にコントロールし、このような冷却水を循環させるようにした。ｐＨ＝６．０〜７．０程度の冷却水であればほぼ中性であり、酸による冷却水通路の損傷のおそれもない。

一方、冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードは前記のように、苛性ソーダの添加停止により冷却水を徐々に酸性に移行させ冷却水を循環させるものである。そこで、冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードでは、冷却水への苛性ソーダの添加を停止して冷却水のｐＨを徐々に低下させ、最終的にｐＨ＝４．０〜５．０にコントロールし、このような冷却水を循環させるようにした。冷却水が酸性に移行すれば、生成したスケールは徐々に溶解し、除去される。
ここで、冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードは短時間（３０分間程度）で十分であり、また、そのｐＨ値は、ｐＨ＝４．０〜５．０程度であるから、十分な耐食性を有する配管材料の選定の余地がある。このような耐食性を有する材料で冷却水通路、急冷塔内壁等を形成すれば苛性ソーダの添加を停止したことによる腐食の問題は生じない。

さらに、このようなスケール除去方法では、前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードから前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードへの切り替えは、熱交換器の入口側と出口側の差圧が０．０６５ＭＰａ以下となった時に行うようにすることができる。

また、前記冷却水の苛性ソーダの添加を伴うモードから前記冷却水の苛性ソーダの添加を停止するモードへの切り替えは、熱交換器の入口側と出口側の差圧が０．０８ＭＰａ以上となった時に行うようにすることができる。

本発明の終局的な目的は、スケール除去作業に伴う焼却炉の操業停止を回避して、循環する冷却水を継続的に所定の圧力、所定の流量で急冷塔内へスプレーすることにある。従って、冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードで運転するのは、スケールがある程度付着して、循環する冷却水の継続的なスプレーが困難になってきたときでよい。一方、スケールが除去されれば、冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードに復帰するのがよい。
そこで、本発明では、熱交換器の入口側と出口側の差圧に着目し、その差圧（圧力差）が一定の値以上となったとき、すなわち、スケールの付着により冷却水の流れが悪くなったときに冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードへ切り替えることとした。
なお、差圧に関しては、操業する工場等によって異なると考えられるが、焼却炉における排ガス処理に於いては、上記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードから前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードへの切り替えは、熱交換器の入口側と出口側の差圧が、０．０６５ＭＰａ以下であることが望ましい。これは、通常操業時の実績値（０．０５０〜０．０６５ＭＰａ）から求めた値である。
また、上記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードから、前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードへの切り替えは、熱交換器の入口側と出口側の差圧が、０．０８０ＭＰａ以上となったときが望ましい。これを上回ると急冷塔内のスプレー圧力が低下し、ダイオキシンの発生が抑止されなくなることから求めた値である。

本発明によれば、焼却炉の操業を停止することなく、冷却水を循環させた状態でスケールの除去を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、産業廃棄物の焼却処理システム１の一部を説明する概略構成図である。この焼却処理システム１における廃棄物のおおまかな処理手順を、燃焼処理システム１の概略構成とともに説明する。まず、焼却炉２の頂部に接続した廃棄物投入装置３から焼却炉２内へ廃棄物を投入する。焼却炉２中で発生した排ガスＧは、焼却炉２の炉頂から排出され、急冷塔４内で、冷却水Ｗのスプレーを受ける。排ガスＧは、焼却炉２から排出された際の温度が１０００℃程度であるが、急冷塔４内で７０℃以下にまで冷却される。これにより、ダイオキシンの発生が抑止される。

冷却された排ガスＧは、急冷塔スクラバー５に導かれ、浄化される。排ガスＧ中の混入物等を捕捉した液体は、スクラバー受槽７に送られる。一方、急冷塔４から排出された冷却水Ｗは、一旦、ドレン受槽８に送られ、そこからスクラバー受槽７へ送られるものと、急冷塔循環槽９に送られるものとに分岐する。スクラバー受槽７に集められた液体は排水ポンプ１０によって図示しないシックナーに送られて凝集沈澱処理される。

一方の急冷塔循環槽９に送られた冷却水Ｗは、循環ポンプ１１によって汲み上げられ、熱交換器１２へ送られる。この熱交換器１２には、地下水Ｗ２が引き込まれており、急冷塔４を通過して高温となった冷却水Ｗとの間で熱交換を行う。これにより冷却水Ｗは再び急冷塔４内へスプレーして排ガスＧの冷却を行える程度にまで冷却される。なお、循環ポンプ１１によって汲み上げられた冷却水Ｗの一部は、急冷塔スクラバー５に供給される。また、急冷塔４はＷ２が直接スプレーされる経路も備えており、冷却水Ｗの消費分を補うようになっている。

焼却処理システム１は、さらに苛性ソーダタンク１３と、その苛性ソーダタンク１３中の苛性ソーダを汲み上げて、循環する冷却水Ｗ中に添加する苛性ソーダポンプ１４とを備えている。また、冷却水Ｗの図示しないｐＨ値測定器及びその調節装置を備え、さらに、熱交換器１２には入口側と出口側の差圧を測定する図示しないセンサを備えている。

なお、急冷塔循環槽９等の材質はＳＵＳ３１６Ｌとし、他の冷却水通路を形成する配管、熱交換器１２のプレート等の金属部材にはハステロイＣを用いている。

以上のような燃焼処理システム１における冷却水通路のスケール除去方法について説明する。
〔冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモード〕
焼却炉２から排出される排ガスＧはＨＣｌや、ＳＯ_２等の酸性ガスを含んでいるため、急冷塔４にスプレーする冷却水Ｗに苛性ソーダタンク１３から苛性ソーダを添加する。これにより酸性ガスの中和を図り、ｐＨ値を６．０〜７．０にコントロールしている。これにより、設備の腐食を防止している。
しかし、その一方で、排ガスＧ中の酸化物等のスラリー成分、苛性ソーダ添加による中和時に生成される水酸化物等のスケールが冷却水Ｗの通路、特に熱交換器１２のプレートに付着する。このスケールの成分をＸ線分析したところ、主として、Ｚｎ、Ｐが検出された。この分析結果から、スケールは、ＺｎＯ、Ｚｎ（ＯＨ）_２、Ｚｎ _３（ＰＯ _４） ₂ や、ＺｎＳ系の化合物であると推定される。
このスケールはｐＨが６．０〜７．０程度では溶解せず、このまま冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードを続けると、熱交換器１２のプレートを閉塞し始め、熱交換器１２の入口側と出口側の差圧が上昇し始める。

〔冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモード〕
冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードで運転を行っていて、熱交換器１２の入口側と出口側の差圧が０．０８ＭＰａ以上となったら、苛性ソーダの冷却水Ｗへの添加を停止する。
苛性ソーダの冷却水Ｗへの添加を停止すると、冷却水ＷのｐＨ値が低下し始める。冷却水ＷのｐＨ値がｐＨ＝４．０〜５．０となったら、ｐＨ値の調節装置によりそのｐＨ値をコントロールして、ｐＨ＝４．０〜５．０を維持する。これにより、スケールは溶解し、熱交換器１２の入口側と出口側の差圧は０．０６５ＭＰａ以下に回復する。回復に要した時間は３０分間程度であった。
熱交換器１２の入口側と出口側の差圧が０．０６５ＭＰａ以下に回復したら、再び冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードへ切り替えて運転を継続する。

以上のスケール除去方法により、焼却処理システム１の操業を停止することなく、スケールを除去することができた。ここで、従来、行っていた逆洗浄方法（従来例Ａ）、熱交換器１２の分解掃除（従来例Ｂ）との差圧の改善、操業停止時間の比較を表１に示す。

表１から分かるように、従来例Ａは、４時間の操業停止を行ったにも拘わらず、差圧の改善はそれ程見られなかった。従来例Ｂは、差圧の顕著な改善が見られたが、１２時間もの操業停止を余儀なくされ、連続操業の妨げとなっている。
これらに対し、本実施例では、差圧の十分な改善が見られ、何よりも操業停止を伴うことがない。
なお、本実施例の方法を行った熱交換器１２のプレート等の金属部材を一年間に亘って長期観察した結果、腐食の問題は認められていない。

上記の実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、冷却水ＷのｐＨ値の監視、制御、運転モードの切り替え等をコンピュータ制御とすること等が可能である。

本発明のスケール除去方法を実施する焼却処理システムの概略構成図である。

符号の説明

１焼却処理システム
２焼却炉
３廃棄物投入装置
４急冷塔
５急冷塔スクラバー
７スクラバー受槽
８ドレン受槽
９急冷塔循環槽
１０排水ポンプ
１１循環ポンプ
１２熱交換器
１３苛性ソーダタンク
１４苛性ソーダポンプ

Claims

急冷塔内へスプレーする冷却水を前記急冷塔と熱交換器との間で循環させる際に、前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードと、前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードとを交互に行う冷却水通路のスケール除去方法であって、
前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードは苛性ソーダを添加して冷却水のｐＨ値をｐＨ＝６．０〜７．０にコントロールし、前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードは苛性ソーダの添加を停止して冷却水のｐＨ値をｐＨ＝４．０〜５．０にコントロールし、
前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードから前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードへの切り替えは、熱交換器の入口側と出口側の差圧が０．０６５ＭＰａ以下となった時に行い、
前記冷却水への苛性ソーダの添加を伴うモードから前記冷却水への苛性ソーダの添加を停止するモードへの切り替えは、熱交換器の入口側と出口側の差圧が０．０８０ＭＰａ以上となった時に行うことを特徴とする冷却水通路のスケール除去方法。