JP4284251B2 - 廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法 - Google Patents

Description

廃棄物を加工した廃棄物燃料を燃焼させて発電を行う廃棄物発電ボイラにおいて、廃棄物発電ボイラの腐食を抑制するための廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法に関する。

廃棄物発電においては、燃料中のＣｌがＮａ、Ｋ等のアリカリ金属や重金属と結合し塩化物を形成し、塩化物同志が共晶反応を起こすことで融点の低下が起こり灰が溶融することで高い腐食を引き起こす。このため廃棄物燃料を燃焼させる廃棄物発電ボイラにおいては、塩素（Ｃｌ）によるボイラの腐食、ダイオキシンの発生を抑制するために燃料中のＣｌ量を抑制するか、過度のＣｌが混入しても運転が継続できるように腐食防止対策、ダイオキシン抑制対策を過剰に講じる必要があった。

燃料中のＣｌ含有量は、通常は燃料を分析することでしか把握できず、設備を燃料中のＣｌ濃度にあわせて合理的に計画・運営するためにはＣｌの分析を頻繁に実施する必要があった。

特許文献１又は２には、廃棄物のＣｌ量に対し、硫安等の添加物または、添加物を含んだプラスチック等を用いることで、ダイオキシンの発生を防止し、腐食を抑制することが開示されている。
特開２０００−２０５５２５号公報 特開２０００−１２１０２３号公報

前記のＣｌを分析する方法では、Ｃｌ管理しない場合、腐食対策を過度に実施することによる設備費の増加又蒸気温度の抑制から発電効率の低下などエネルギー利用について十分な効果が得られていなかったと同時にプラント建設に多大なコストがかかっていた。

また、前記のＣｌを分析する方法では、Ｃｌ分析を頻繁に実施することによって運営費が高くなるとともに、分析結果が得られるのに時間がかかるため、燃料中の塩素濃度がリアルタイムに把握できずに、管理に時間遅れが生じていた。

また、前記の硫安を利用する方法では添加物等、用益にコストがかかるという欠点があった。

そこで、本発明は、廃棄物燃料を燃焼させる廃棄物発電ボイラにおいて、Ｃｌ分を含む廃棄物燃料と硫黄（Ｓ）分を含む廃棄物燃料を投入してＳ分によってＣｌ分が引き起こすボイラの腐食を抑えることができる、廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法を提供するものである。

本発明の廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法は、廃棄物を加工した廃棄物燃料を発電させる廃棄物発電ボイラに塩素分を含む廃棄物燃料及び硫黄分を含む廃棄物燃料を投入し、廃棄物燃料中の硫黄分により硫化物を形成して塩化物の濃度を下げて塩素分によるボイラの腐食を抑えるとともに、廃棄物発電ボイラの排ガス中の塩化水素濃度、石灰石投入量、消石灰吹き込み量、廃棄物投入量から燃料中の塩素濃度を演算し、燃料中の硫黄含有推定量を用いて想定した塩素／硫黄比率、塩素含有割合を維持若しくは管理することを特徴とする。

本発明では、事前処理されて性状の安定した廃プラスチック、バイオマス等の比較的塩素を多く含む廃棄物燃料と廃タイヤ等の硫黄分を多く含む廃棄物燃料を混合して投入することにより、硫黄分によって塩素分の引き起こす廃棄物発電ボイラの腐食を抑えることができる。

また、廃棄物燃料の投入比率を燃料中のＣｌ濃度、Ｓ濃度によって調整することよって、燃料中Ｓ分とＣｌ分の割合、燃料中塩素濃度を管理できるので、腐食量の抑制を確実に行うことができる。

通常、廃棄物発電ボイラにおいて、腐食を抑制するために高価な材質を採用しているが、本発明によって比較的安価な材料を採用し、合理的な設備を計画することができ、比較的安価な材料を採用し安価で長期安定運転を達成できる。

また、排ガス中の塩化水素（ＨＣｌ）から廃棄物燃料中のＣｌ濃度を推定できるため、燃料の分析を頻繁に行う必要がない。

以下に本発明について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例を示す系統図である。

図１において、廃棄物燃料を燃焼させる廃棄物発電ボイラ１へＣｌ分を含む廃棄物燃料２として廃プラスチック、バイオマス、海洋性生物などあるいはこれらの混合物、Ｓ分を含む廃棄物燃料３として廃タイヤを燃料供給管４で供給して燃焼させる。

Ｃｌ分を含む廃棄物とＳ分を含む廃棄物を加工した廃棄物燃料は、廃棄物発電ボイラ１に投入量を調整しながら投入される。供給する燃料としては、廃棄物燃料の他に火力発電所で用いられる、石炭、天然ガス又は重油の燃料を併用することも可能であるが、その場合、廃棄物燃料の割合が少なくとも６０熱量％を超えることが好ましい。

なお、廃棄物発電ボイラ１に吹き込まれる石灰石５は、廃棄物発電ボイラ１内のガス中のＳＯｘを脱硫するためのものである。

各燃料供給管４にはそれぞれ燃料投入量検出端６が配置され、検出されたＣｌ分を含む廃棄物燃料の投入量の信号とＳ分を含む廃棄物燃料の投入量の信号はＣｌ／Ｓ演算装置７に入力され、Ｃｌ／Ｓが演算される。

各燃料供給管４には定量供給器８が設けられ、投入量演算装置９で演算された投入量にしたがって投入量調整を行う。投入量演算装置９では、Ｃｌ分を含む廃棄物燃料及びＳ分を含む廃棄物燃料のＣｌ，Ｓテーブル１０、各燃料中のＣｌ濃度及びＳ濃度、Ｃｌ／Ｓ、ＨＣｌ濃度計１１で測定した排ガス中のＨＣｌ濃度を利用して演算された混合比率で投入量調整信号を各定量供給器８へ送る。

なお、投入される廃棄物燃料中のＳ分とＣｌ分の含有量はモル比において、Ｃｌ／Ｓで０．０５〜５．０の比率で投入する。Ｃｌ／Ｓが０．０５未満ではＣｌ割合が少なく発生する塩化物濃度が低くなるので管理の必要がなくなる。また、Ｃｌ／Ｓが５．０を超えると塩化物が増大し腐食抑制効果が無くなる。又、好ましくはＣｌ／Ｓが、０．０５〜１．０に抑えることで腐食抑制効果を最大限発揮出来る。

廃棄物発電ボイラ１の排ガスは、バグフィルタ１２で集じんされた後、誘引通風機１３により煙突１４から放出される。ガス煙道１４ａ中あるいは煙突１４に排ガス分析計１１を設置して、排ガス中のＨＣｌ濃度を測定する。燃焼ボイラ１とバグフィルタ１２との間の排ガスダクト１５には塩素除去設備として消石灰、石灰石等のカルシウム化合物の吹込み装置１６を設ける。排ガス分析計１１により測定された排ガス中のＨＣｌ濃度をＨＣｌ制御装置１８に入力し、消石灰の吹き込み量を演算して吹き込み量を調節する。

以上の構成において、Ｓ分を含む廃棄物燃料中のＳ分により硫化物が生成し、燃焼飛灰中の硫化物の存在によって、ＲＣｌ、ＲＣｌ_２がＲ_２ＳＯ_４、ＲＳＯ_４（Ｒはアルカリ金属、アルカリ土類金属、金属、重金属類）に置換される。その結果、塩化物の濃度が下がり灰の融点を上昇させ、灰の融点が上昇する結果、灰の腐食性が著しく減少し、ボイラ伝熱面での灰の溶融現象が抑制され、燃焼ボイラ１の腐食抑制効果が発揮される。

表１，２は燃料混合割合を示す表である。

表１，２において、ケース１−１〜１−３及びケース２−１〜２−４ではＣｌ／Ｓが０．０５〜１に入っているため腐食抑制効果が期待出来る。ケース１−４ではＣｌ／Ｓが１を超えているため他のケースと比べ腐食速度が速くなり過熱器の交換頻度の向上若しくは過熱器材質の高合金化が必要となる。

図２は本発明の別実施例を示す系統図で、図１と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例では、排ガス分析計１１で測定された排ガス中のＨＣｌ濃度、ＨＣｌ制御装置１８で求められたカルシウム化合物（石灰石、消石灰）の使用量、廃棄物燃料の投入量からＣｌ濃度演算装置１９で燃料中のＣｌ含有量を演算し、燃料中のＣｌ濃度の変動を監視することで、燃料中のＳに対するＣｌの量、燃料中のＣｌ割合が設定値に対し目標となる範囲を維持できるよう投入量を調整するものである。

燃料中Ｃｌ量は次の手順で行う。すなわち、基準となる廃棄物燃料においてＣｌ濃度とその燃料消費時の排ガス中のＨＣｌ濃度を基準値とし、消石灰の吹込み部分（バグフィルタ）でのガス温度と消石灰による脱塩効率テーブルをＨＣｌ制御装置１８内に持ち、脱塩効率テーブルからバグフィルタ入口でのＨＣｌ濃度を推定する。

消石灰の代わりにあるいは併用して石灰石を用いる場合には、排ガス中硫黄酸化物の濃度を排ガス分析計１１で測定し、その測定値からＳＯｘ制御装置２０で石灰石の硫黄酸化物による消費量を演算し、その演算結果からバグフィルタ入口での生石灰量を推定、生石灰と塩素の反応効率からバグフィルタ入口でのＨＣｌ濃度を割り出す。また、ＳＯｘ制御装置２０により燃焼ボイラ１への石灰石５吹き込み量が調整される。

得られたバグフィルタ入口のＨＣｌ濃度推定値を利用してＣｌ濃度演算装置１９で廃棄物燃料中のＣｌ濃度を演算し、その変化量を監視することで、想定したＣｌ／Ｓ比率、Ｃｌ含有割合を維持する。Ｃｌ濃度が規定値を超えた場合には、警報を発して注意を喚起し、Ｃｌ分を含む廃棄物燃料の使用量を減らす等の処置を手動、若しくは自動で行う。

燃料中Ｃｌ量は次式により求める。

消石灰吹込み量＝Ａ、石灰石吹込み量＝Ｂ、脱硫による石灰石消費量＝Ｂ′、排ガス量＝Ｇ、煙突ＨＣｌ濃度＝Ｑ_Ｃｌ、煙突ＳＯｘ濃度＝Ｑｓ、バグフィルタ排ガス温度＝Ｔｂ、燃料中Ｓ設定値＝Ｆｓ、消石灰による脱塩率＝ηａ｛Ｔｂ，Ａ／（Ｇ×Ｑ_Ｃｌ）｝、石灰石による脱塩率＝ηｂ｛Ｔｂ，（Ｂ−Ｂ′）／（Ｇ×Ｑ_Ｃｌ）｝、石灰石による脱硫率＝γｂ｛Ｂ／（Ｇ×Ｑ_Ｃｌ）｝、燃料中Ｃｌ推定量＝Ｆ_Ｃｌ、燃料消費量＝Ｆとすると、
石灰石吹き込みが無い場合の燃料中Ｃｌ推定量＝Ｆ_Ｃｌは、
Ｆ_Ｃｌ＝Ｑ×Ｇ／｛Ｆ×ηａ（Ｔｂ，Ａ／（Ｇ×Ｑ_Ｃｌ））｝
石灰石吹き込みがある場合の燃料中Ｃｌ推定量＝Ｆ_Ｃｌは、
Ｆ_Ｃｌ＝Ｑ×Ｇ／｛Ｆ×［ηａ（Ｔｂ，Ａ／（Ｇ×Ｑ_Ｃｌ））Ｆ×ηｂ（Ｔｂ，（Ｂ−Ｂ°）／（Ｇ×Ｑ_Ｃｌ））］｝

本発明の一実施例を示す系統図である。 本発明の別実施例を示す系統図である。

符号の説明

１：廃棄物発電ボイラ
２：Ｃｌ分を含む廃棄物燃料
３：Ｓ分を含む廃棄物燃料
４：燃料供給管
５：石灰石
６：燃料投入量検出端
７：Ｃｌ／Ｓ演算装置
８：定量供給器
９：投入量演算装置
１０：Ｃｌ，Ｓテーブル
１１：排ガス分析計
１２：バグフィルタ
１３：誘引通風機
１４：煙突
１４ａ：煙道
１５：排ガスダクト
１６：消石灰吹込み装置
１８：ＨＣｌ制御装置
１９：Ｃｌ濃度演算装置
２０：ＳＯｘ制御装置

Claims (5)

1. 廃棄物を加工した廃棄物燃料を発電させる廃棄物発電ボイラに塩素分を含む廃棄物燃料及び硫黄分を含む廃棄物燃料を投入し、廃棄物燃料中の硫黄分により硫化物を形成して塩化物の濃度を下げて塩素分によるボイラの腐食を抑えるとともに、廃棄物発電ボイラの排ガス中の塩化水素濃度、石灰石投入量、消石灰吹き込み量、廃棄物投入量から燃料中の塩素濃度を演算し、燃料中の硫黄含有推定量を用いて想定した塩素／硫黄比率、塩素含有割合を維持若しくは管理することを特徴とする廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法。
2. 投入される廃棄物燃料中の硫黄分と塩素分の含有量はモル比において、塩素／硫黄で０．０５〜５．０の比率で投入することを特徴とする請求項１記載の廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法。
3. 塩素分を含む廃棄物燃料が廃プラスチック、バイオマス又は海洋性生物もしくはこれらの混合物であり、硫黄分を含む廃棄物燃料が廃タイヤであることを特徴とする請求項１又は２記載の廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法。
4. 硫黄分を含む燃料として、石炭、又は重油を使用する、若しくは廃タイヤと併用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法。
5. 廃棄物燃料の割合が少なくとも６０熱量％を超えることを特徴とする請求項４記載の廃棄物発電ボイラの腐食抑制方法。」

Images