JP4389706B2

JP4389706B2 - クリンカー防止方法

Info

Publication number: JP4389706B2
Application number: JP2004210391A
Authority: JP
Inventors: 聡藤田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: JP2006029701A

Description

本発明は、廃棄物焼却施設に設置されるクリンカー防止装置によるクリンカー防止方法に関する。

廃棄物焼却施設や各種加熱炉等を運転する際に、炉、ボイラ、煙道等の内面にクリンカー付着が生じる。このクリンカー付着とは、これらの設備の内面において、高温にさらされた灰分が溶融し、付着、成長する現象をいう。このクリンカー付着は、伝熱阻害やその他種々の設備トラブルの原因となり得る現象であり、以前から大きな問題となっている。特に、廃棄物焼却施設では、ユーザーによっては数週間に一度、設備を止めて炉内に入り、付着しているクリンカーを剥離する清掃作業を行っている。このように清掃作業の頻度が高いことから、清掃作業費用の負担が大きい。また、ダイオキシン類などの有害物質が充満している環境での清掃作業となるため、作業員の安全面の確保にも十分に配慮する必要がある。

クリンカーの付着を抑制する技術として、例えば、特開２００２−２８５１７９号公報には、粒径３〜２００ｎｍの超微粒子状のアルミニウム化合物、シリカ化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物の一種又は二種以上を水及び／又は油に安定分散させたスラッギング防止用燃料添加剤を、燃料中に添加して燃焼させるか、直接燃焼雰囲気中に添加して燃焼させる燃料の燃焼方法が開示されている。この燃料添加剤を用いて燃料を燃焼させることにより、生成灰の強度を低下させてスートブロー等で容易に掻き落とすことができる（同号公報の第０００７段落）。

また、特開２００３−１１２９８４号公報には、炉休止中に炉壁にセラミック粉末を付着させてクリンカー付着防止膜を形成することが記載されている。このクリンカー付着防止膜に対しては、クリンカーが接触しても付着しにくく、仮に付着した場合でも自然に剥がれやすい（同号公報の第００４１段落第１行〜第４行）。
特開２００２−２８５１７９号公報特開２００３−１１２９８４号公報

しかし、上記技術では、未だ廃棄物焼却施設、廃棄物発電施設において十分かつ確実なクリンカー付着の防止を効率的に行うことができない。即ち、特開２００２−２８５１７９号公報の通り燃料添加剤を燃料中又は燃焼雰囲気中に添加する場合、多量の燃料添加剤を必要とするため、クリンカー付着の防止を効率的に行うことができない。また、特開２００３−１１２９８４号公報の通り炉壁の表面に予め付着防止膜を形成する場合、運転中にこの付着防止膜が剥離してしまうと、その後運転中に剥離箇所のクリンカー付着を防止することはできない。

本発明は、上記問題点を解決し、クリンカーの付着を高効率にて十分かつ確実に防止しうるクリンカー防止方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項４）のクリンカー防止方法は、クリンカー防止装置によって廃棄物焼却部内面へのクリンカー付着を防止する方法であって、該クリンカー防止装置は、クリンカー防止剤を供給するクリンカー防止剤供給手段を有しており、クリンカー防止剤として高融点粒子又はその分散液をクリンカー生成部に噴射するものであり、前記クリンカー防止剤供給手段は、クリンカー防止剤と共に、又はクリンカー防止剤とは別に水を前記クリンカー生成部に噴射可能であり、該クリンカー防止剤供給手段から水を連続的に噴射し、クリンカー防止剤を間欠的に該水と共に噴射することを特徴とするものである。

請求項２のクリンカー防止方法は、請求項１において、該クリンカー防止装置から水を噴射するときの噴射量が１００〜１０００Ｌ／Ｈｒであり、該クリンカー防止装置からクリンカー防止剤を水と共に噴射するときの合計噴射量が１００〜１０００Ｌ／Ｈｒであることを特徴とするものである。

請求項３のクリンカー防止方法は、請求項１又は２において、前記高融点粒子は高融点セラミック粒子であることを特徴とするものである。

請求項４のクリンカー防止方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記クリンカー生成部は、焼却炉側壁の内面及び／又は二次燃焼室の内面であることを特徴とするものである。

請求項５のクリンカー防止方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記クリンカー防止剤供給手段は、前記廃棄物焼却施設の壁面を貫通するノズル設置口に挿入された保護管と、該保護管の内部に挿入されたクリンカー防止剤用のノズルと、該保護管の周面に先端が接続されたノズル空冷用の空気配管とを有することを特徴とするものである。

本発明（請求項１）のクリンカー防止方法によると、廃棄物焼却施設のクリンカー生成部に高融点粒子又はその分散液よりなるクリンカー防止剤を供給することができるため、クリンカー防止剤がクリンカー生成部に確実に供給される。このため、廃棄物焼却施設の内面へのクリンカー付着が十分かつ確実に防止されると共に、クリンカー防止剤の使用量も少なくて足りる。

請求項４のクリンカー防止装置にあっては、クリンカー付着の生じ易い焼却炉側壁の内面及び／又は二次燃焼室の内面に向ってクリンカー防止剤を供給することにより、これらの箇所のクリンカー付着が確実に防止される。

本発明のクリンカー防止方法では、クリンカー防止剤供給手段が水をクリンカー生成部に噴射可能に構成されている。このため、クリンカー防止剤を噴射していないときに、又はクリンカー防止剤を噴射すると同時に、水を噴射して、クリンカー付着を抑制することができる。

本発明のクリンカー防止方法は、クリンカー防止剤を間欠的に供給するものである。クリンカー防止剤の供給時に空隙率が高く剥離し易いクリンカー層が廃棄物焼却部内面に付着し、クリンカー防止剤の供給停止後にその上に空隙率が低く剥離し難いクリンカーが積層する。そして、クリンカーの自重や振動等により、前記剥離し易いクリンカー層が剥離するため、その上の剥離し難いクリンカー層も共に除去される。このため、クリンカー防止剤を連続的に供給する場合と比べて少量のクリンカー防止剤を用いてクリンカー付着を抑制することができる。

請求項３のクリンカー防止方法では、高融点粒子が高融点セラミック粒子である。この高融点セラミック粒子は、クリンカー生成部又はその近傍のクリンカーを高融点にし、あるいはクリンカーの空隙率を高くする。このため、廃棄物焼却部内面へのクリンカー付着が抑制されると共に付着したクリンカーが剥離し易いものとなる。これにより、廃棄物焼却部の内面へのクリンカー付着が高効率にて十分かつ確実に防止される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

第１図は本発明の実施の形態に係るクリンカー防止方法に用いられるクリンカー防止装置を備えた廃棄物焼却施設の概略図、第２図は第１図のクリンカー防止剤噴射用ノズル近傍の部分縦断面図、第３図はクリンカー防止装置の概略的な系統図である。

第１図の通り、ホッパ１がフィーダ２を介して焼却炉３と接続されている。この焼却炉３の下面は傾斜しており、この下面の下端に灰出口５が設けられている。炉本体４の上部には２次燃焼室６が連通している。炉本体４の側壁及び２次燃焼室６の側壁にはそれぞれクリンカー防止剤噴射用ノズル８，８が設けられている。

これらノズル８，８は、クリンカー付着の生じ易い箇所に設置される。クリンカーの生じ易い箇所はおよそ決まっているが、予め廃棄物焼却施設を運転して炉３内のクリンカー付着箇所を確認しておき、その近辺にノズルを設置するようにしてもよい。なお、クリンカー防止剤噴射のために、燃焼用エアのノズル等を利用してもよい。

第１図では２本のノズル８，８を設置したが、クリンカーの付着状況に応じ、いずれか１本を設置してもよく、３本以上設置してもよい。また、２次燃焼室よりも下流側、例えばガス冷却室７、煙道、ボイラ（図示せず）等にもクリンカー防止剤噴射用ノズルを設置してもよい。

２次燃焼室６はガス冷却室７及び空気予熱室１０を介して集塵機１１と接続されている。電気集塵機１１は誘引送風機１２を介して煙突１３と接続されている。

第２図の通り、焼却炉３の炉壁２０は、鋼板２１と、該鋼板２１の内面に設けられた耐火物２２とからなっている。この炉壁２０には鋼板２１と耐火物２２とを貫通するノズル設置口２３が設けられており、該ノズル設置口２３の鋼板２１側の外面にノズル取付座２４が設けられている。このノズル取付座２４は円筒形状となっており、該ノズル取付座２４の先端部にフランジ２４ａが設けられている。

このノズル設置口２３及びノズル取付座２４内に保護管３０が挿入されている。この保護管３０の先端部は耐火物２２の内面より若干突出している。この保護管３０の後部にフランジ３１が設けられ、このフランジ３１と前記ノズル取付座２４のフランジ２４ａとがボルト及びナットによって締着されている。この保護管３０の最後端にはフランジ３２が設けられている。保護管３０の周面のうちこれらフランジ３１，３２の間の位置に空気配管３４が接続されている。

保護管３０の内部にノズル８が挿入されている。ノズル８の先端にノズルヘッド８ａが設けられている。このノズルヘッド８ａは保護管３０の先端よりも突出している。ノズル８の後部にフランジ８ｂが設けられ、このフランジ８ｂと保護管３０のフランジ３２とがボルト及びナットによって締着されている。このボルト及びナットを着脱することにより、ノズル８が保護管３０に対し着脱可能である。

ノズル８としては、例えば噴射される液滴径が２〜５００μｍ、噴射量が１００〜１０００Ｌ／Ｈｒ、圧力が１．０〜５．０ＭＰａ対応のノズルであって、液滴を炉壁２０に接触させることなくスクリーン状に覆うように水平、又は下向き方向に扇形に噴射できるものが好適である。

なお、保護管３０及びノズル８の構造は、第２図の構造に限られない。

第３図の通り、クリンカー防止剤の分散液を貯蔵する薬液タンク４０と、水を貯蔵する水タンク４１とが、それぞれ電磁弁４０ａ，４１ａを介して配管４２に接続されている。なお、水タンク４１内の水は工水、上水等種類は問わない。この配管４２は、ポンプＰ及び流量計４３を介してノズル８，８に接続されている。

ノズル８，８への分散液又は水の供給圧を調整するために、ポンプＰの下流側と上流側とが圧力計４５及びリリーフ弁４６を備えた配管４４によって接続されている。

クリンカー防止剤は、高融点粒子又はその分散液であり、特に、粒径３〜１００００ｎｍのシリコン化合物、カルシウム化合物、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物、鉄化合物、チタン化合物及びジルコニウム化合物の一種もしくは二種以上であることが好ましい。

本発明で用いる高融点粒子は無機化合物であって、無機化合物そのものあるいはその酸化物の融点が１０００℃以上、好ましくは１０００〜３０００℃、特に１５００〜２３００℃であることが好ましい。

本発明では、クリンカー防止剤として、高融点セラミック（例えば、シリカ、アルミナ、チタニア（酸化チタン）、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、酸化鉄などの酸化物、あるいは炭酸塩や水酸化物）の粒子の分散液、特にアルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル等を噴射するのが好適である。

この分散液の分散媒としては、水が好適であるが、他の液体であってもよい。

この分散液としては、例えばセラミック粉末を濃度が５〜５０重量％程度となるように水に安定に分散させたものが好適である。この分散液には、必要に応じて界面活性剤を３〜１２重量％添加して分散安定性をより向上させるようにしても良い。用いられる界面活性剤としては、アルキルアリルスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ジアルキルスルフォコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル塩などのアニオン界面活性剤やポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルコールエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、高級脂肪酸グリセリンエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキロールアミド等の非イオン界面活性剤が例示される。

次に、このクリンカー防止装置によるクリンカー防止方法の一例を説明する。焼却炉３を立ち上げる前に、ノズル８を保護管３０から取り外しておく。即ち、ノズル８のフランジ８ｂを保護管３０のフランジ３２から取り外し、ノズル８を保護管３０から抜き出した後、フランジ３２にブラインドフランジを締着しておく。炉３が立ち上がった後、暫くして炉内の運転が安定した段階で、ブラインドフランジを取り外してノズル８を保護管３２内部に挿入し、フランジ８ｂをフランジ３２に締着する。なお、ノズル８の差し込み長さは事前に確認しておくことが好ましい。そして、空気配管３４から保護管３０内に常温の空気を常時流すと共に、ノズル８から水を連続的に噴射する。そして、所定時間毎に短時間だけノズル８からクリンカー防止剤の分散液を噴射する。

このように空気配管３４からの常温の空気がノズル８の外周に常時吹き付けられることから、ノズル８が空冷され、熱によるノズル８の損傷や高温腐食が防止される。

第３図のクリンカー防止装置では、ノズル８から分散液が間欠的に噴射され、分散液が噴射されていない間は水が噴射される。例えば、分散液は、原料（廃棄物）に対して０．０１〜１０ｗｔ％相当のクリンカー防止剤を数分〜数時間／日、１〜１０回／日の頻度で間欠的に噴射される。分散液及び水は霧状に噴射されることが好ましい。

クリンカー防止剤の分散液を噴射する際には、水タンク４１のバルブ４１ａを閉とし、薬液タンク４０のバルブ４０ａを開とし、ポンプＰを作動してノズル８，８に分散液を供給する。水を噴霧する際には、薬液タンク４０のバルブ４０ａを閉とし、水タンク４１のバルブ４１ａを開とし、ポンプＰを作動してノズル８，８に水を供給する。

上記クリンカー防止装置にあっては、クリンカー付着が激しい部分に直接的にクリンカー防止剤が噴射されるので、当該部分の炉壁表面付着物や、当該部分付近に浮遊する灰分の融点が上昇し、クリンカーの付着や成長が防止される。また、クリンカーの性状を、空隙が大きく、脆質であり、付着力の弱いものに改質することができる。これにより、付着したクリンカーを容易に除去することができる。また水を常時噴射することによっても、付着したクリンカーを脆性にすることができると共に、クリンカー付着箇所を冷却する作用により、クリンカーの溶着を抑制することができる。

上記実施の形態では、第３図の通り、バルブ４０ａ，４１ａの開閉により水とクリンカー防止剤の分散液を交互に注入したが、第４図の通り、水タンク４１からノズル８，８に水を常時供給すると共に、断続的にバルブ４０ａを開とし、ポンプＰ’を作動して、クリンカー防止剤の分散液を水と共にノズル８，８に供給するようにしてもよい。なお、第４図は薬液タンク４０のバルブ４０ａの上流にポンプＰ’を設け、水タンク４１のバルブ４１ａを省略したこと以外は第３図と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

また、第４図において、ポンプＰ’を連続的に作動させることにより、薬液タンク４０内のクリンカー防止剤の分散液を水タンク４１内の水と共にノズル８に連続的に供給してもよい。第３図においても、クリンカー防止剤を水と共にノズルへ連続的に供給してもよい。

本発明では、炉内を監視し、クリンカー生成状況に応じてクリンカー防止剤の供給量、供給頻度を調節してもよい。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明する。

［実施例１，比較例１］
処理能力６０ｔｏｎ／日のストーカ炉の炉内側壁左側の後燃焼段に第３図のクリンカー防止装置のノズルを設置した。この炉で雑介等のゴミを焼却すると共に、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．５の分散液を表１の条件で炉内側壁左側の後燃焼段に噴霧した。なお、分散液を噴霧していないときは、水を常時１２０Ｌ／Ｈｒ、２．０〜３．０ＭＰａにて噴霧した。Ｎｏ．１からＮｏ．５それぞれで使用した高融点粒子の平均粒径は１．０μｍである。

１３日後に炉内側壁左側におけるクリンカーの色及び性状を測定した。結果を表２に示す。なお、表２には、クリンカー防止剤の分散液及び水のいずれも噴霧していない炉内側壁右側（比較例１）におけるクリンカーの色及び性状を併せて記載した。

また、Ｎｏ．１及び比較例１で得られたクリンカーのＳＥＭ観察を行った。さらに、Ｎｏ．１及び比較例１で得られたクリンカーについて、組成分析及びＸ線回折による結晶構造分析を行った。

表２から明らかな通り、クリンカー防止剤の分散液を噴霧していた側壁左側は、右側と比べてクリンカーの付着量が少なく、また脆質状のものとなった。また、Ｎｏ．１，３のクリンカーは、多孔性のものとなった。

ＳＥＭ観察の結果、Ｎｏ．１のクリンカーは未噴霧である比較例１のクリンカーに比べ空隙の大きな性状を示していた。これにより、分散液を噴霧することにより、強度、付着力の弱い脆性のクリンカーに改質されていることが分かった。

組成分析の結果、クリンカーの組成は薬剤噴霧の有無で大きな違いは見られなかった。しかし、クリンカーの結晶構造を調査したところ、薬剤噴霧有無で結晶構造に若干違いがあることが確認された。

［比較例２］
実施例１と同様のストーカ炉を用い、ゴミピット内のゴミにシリカゾルを添加した後、このゴミを炉内で焼却した。なお、ＳｉＯ_２の添加量が４０ｋｇ／日となるようにシリカゾルを添加した。１３日後に炉内側壁右側におけるクリンカーの外観の目視検査を行った。

外観の目視検査の結果、シリカゾルを添加しない場合と比較して、クリンカーに大きな変化は見られなかった。黒色硬質上のクリンカーが付着していた。

［比較例３］
表３の条件で炉内側壁左側に水の噴霧を１３日間行った後、炉内側壁左側と右側におけるクリンカーの外観の目視検査を行った。結果を表４に示す。

外観は若干異なるが、付着量は水噴霧の有無で大きな違いは確認されなかった。水の冷却効果により溶融、溶着する成分は若干異なるが、クリンカーの付着強度が変わらないため、付着量としては両壁で大きな壁は見られなかったと推定される。水噴霧のみではクリンカー自体の空隙などの物理的性状を変えられないため、クリンカー付着力抑制までには至らなかったためであると考えられる。

［参考例１］
実施例１において、水及びクリンカー防止剤分散液を噴霧する代りに、クリンカー防止剤分散液のみを連続的に噴霧した。噴霧量はそれぞれ０．３ｋｇ／Ｈｒとした。

クリンカーの色及び性状を表５に示す。

［参考例２］
実施例１において、左側のノズルから水及びクリンカー防止剤分散液を噴霧する代りに、セラミック粉体として平均粒径５μｍのシリカゲルを噴射した。噴射量及び噴射頻度は、２回／日、１回当りの噴射時間６０分、１回当りの噴射量２ｋｇとした。

クリンカーの色及び性状を表５に示す。

［参考例３］
参考例１において、セラミック粉体として平均粒径５μｍの酸化マグネシウムを用いたこと以外は同様とした。クリンカーの色及び性状を表５に示す。

本発明の実施の形態に係るクリンカー防止方法に用いられるクリンカー防止装置を備えた廃棄物焼却施設の概略図である。図１のクリンカー防止剤噴射用ノズル近傍の部分縦断面図である。クリンカー防止装置の概略図である。異なるクリンカー防止装着の概略的な系統図である。

３焼却炉
４炉本体
６二次燃焼室
８ノズル
８ａノズルヘッド
１１集塵部
２４ノズル取付座
３０保護管
３４空気配管
４０薬液タンク
４０ａ，４１ａバルブ
４１水タンク

Claims

クリンカー防止装置によって廃棄物焼却部内面へのクリンカー付着を防止する方法であって、
該クリンカー防止装置は、クリンカー防止剤を供給するクリンカー防止剤供給手段を有しており、クリンカー防止剤として高融点粒子又はその分散液をクリンカー生成部に噴射するものであり、
前記クリンカー防止剤供給手段は、クリンカー防止剤と共に、又はクリンカー防止剤とは別に水を前記クリンカー生成部に噴射可能であり、
該クリンカー防止剤供給手段から水を連続的に噴射し、クリンカー防止剤を間欠的に該水と共に噴射することを特徴とするクリンカー防止方法。
請求項１において、該クリンカー防止装置から水を噴射するときの噴射量が１００〜１０００Ｌ／Ｈｒであり、
該クリンカー防止装置からクリンカー防止剤を水と共に噴射するときの合計噴射量が１００〜１０００Ｌ／Ｈｒであることを特徴とするクリンカー防止方法。
請求項１又は２において、前記高融点粒子は高融点セラミック粒子であることを特徴とするクリンカー防止方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記クリンカー生成部は、焼却炉側壁の内面及び／又は二次燃焼室の内面であることを特徴とするクリンカー防止方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記クリンカー防止剤供給手段は、前記廃棄物焼却施設の壁面を貫通するノズル設置口に挿入された保護管と、該保護管の内部に挿入されたクリンカー防止剤用のノズルと、該保護管の周面に先端が接続されたノズル空冷用の空気配管とを有することを特徴とするクリンカー防止方法。