JP5818307B2 - ボイラ設備及びその出口ガス温度の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、廃棄物の燃焼により発生した排ガスの熱回収を行い、排ガスの冷却を行うボイラ設備、及びその出口ガス温度の制御方法に関する。
なお、本発明において「廃棄物の燃焼」とは、廃棄物をガス化溶融することも含む概念である。また、「廃棄物の燃焼により発生した排ガス」とは、廃棄物の燃焼（焼却）により直接発生した排ガスのほか、廃棄物の燃焼（ガス化溶融）により発生した可燃性ガスを二次燃焼させることにより発生した排ガスをも含む概念である。
都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物を燃焼処理する廃棄物処理施設においては、廃棄物の燃焼により発生した高温の排ガスを冷却しかつ熱回収する目的で、ボイラを設置するのが一般的である。
図２は、廃棄物のガス化溶融処理施設における処理プロセスの一例を示す図である。
図２において、廃棄物を受け入れて貯留する廃棄物ピット内の廃棄物１０は廃棄物クレーン９によりガス化溶融炉１の上部より投入され、熱分解ガス化された発生ガスは発生ガス管２を経由して燃焼室３にて燃焼される。
燃焼室３で燃焼後の高温の排ガス（８５０℃〜１０５０℃）は、ボイラ４に導入されて熱回収が行われ、排ガスは冷却される。ボイラ４を出た排ガスは、水噴霧式のガス冷却塔５に送られ、水噴霧ノズル５ａからの噴霧水の蒸発冷却により、さらに冷却され、通常１５０℃〜２００℃に冷却される。
ガス冷却塔５で冷却する目的は、後流のバグフィルタ６のろ布の耐熱性が通常２００℃前後が限界とされることにある。また、バグフィルタ６では、排ガス中の塩化水素ガスを除去することが行われている。具体的には、ガス冷却塔５からバグフィルタ６へ通じる配管中に消石灰吹込装置８により消石灰を吹き込み、バグフィルタ６のろ布表面に付着した消石灰によりバグフィルタ６のろ布表面で脱塩化水素反応をさせて除去する。この除去効率を高めるため、バグフィルタ６に入る排ガスの温度はできる限り低いことが求められる。ただし、ガス冷却塔５及びバグフィルタ６等のケーシングの排ガスによる低温腐食防止のため１５０℃が限度である。バグフィルタ６を出た排ガスは、誘引送風機７を経て煙突より大気へ放出される。
このように、廃棄物のガス化溶融処理施設では、バグフィルタ６の入側温度を目標温度の範囲内にするために、ボイラ４とバグフィルタ６との間に水噴霧式のガス冷却塔５を設置するのが一般的である。これは、ボイラ４への入熱が廃棄物の発熱量や処理速度により変動するため、ボイラ４の出側温度が成り行きになることから、水噴霧による温度調整が必要となるためである。
しかし、水噴霧式のガス冷却塔５を設置するには大きなスペースが必要であり、さらに水噴霧するために圧縮空気を必要とするため、ランニングコストが高くなるという問題がある。
これに対して、特許文献１では、水噴霧によるガス冷却室を内蔵したガス冷却室内蔵ボイラが提案されている。このガス冷却室内蔵ボイラによれば、設置スペースの問題は解消されうる。しかし、水噴霧を伴うことから、ランニングコストの問題は解消されない。むしろ、ガス冷却室内蔵ボイラでは、水の蒸発性能を確保するために噴霧水の水滴をより微細化する必要があり、このために大量の圧縮空気を必要とするため、大容量の空気圧縮機が必要となり、ランニングコストは増大する。
本発明が解決しようとする課題は、水噴霧を行うことなく、出口ガス温度を制御可能なボイラ設備、及びその出口ガス温度の制御方法を提供することにある。
本発明のボイラ設備の出口ガス温度の制御方法は、廃棄物のガス化溶融処理施設の燃焼室で燃焼後の高温の排ガスの熱回収を行い、ボイラで排ガスの冷却を行い、ボイラ本体を出た排ガスを直接バグフィルタに導入するボイラ設備の出口ガス温度の制御方法であって、ボイラ給水を予熱して排ガスの冷却を行う節炭器をボイラ本体のガス出口側に内蔵し、節炭器の一部又は全部をバイパスするバイパス経路を設け、このバイパス経路へのボイラ給水の通水量を調整することにより、出口ガス温度を目標範囲内に制御するボイラ設備の出口ガス温度の制御方法において、前記節炭器によって予熱したボイラ給水を補給水として受け入れる、ドラム水レベルを一定に保つ気水ドラムのドラム水レベルが、補給水を要求しないレベルにあるときに、節炭器に給水するボイラ給水量を増加させる場合、気水ドラムからドラム水を強制排水して補給水を受け入れることを特徴とする。
本発明によれば、節炭器の一部又は全部をバイパスするバイパス経路を設け、このバイパス経路へのボイラ給水の通水量を調整することにより、出口ガス温度を目標範囲内に制御することで、水噴霧を行うことなく、出口ガス温度を制御することができる。
図１は、本発明のボイラ設備の一実施例を示す図である。
図１に示すボイラ設備は、図２に示したガス化溶融処理施設に適用される。すなわち、図２において、燃焼室３で燃焼後の高温の排ガス（８５０℃〜１０５０℃）が、図１のボイラ設備４０のボイラ本体４１に導入される。ボイラ本体４１を出た排ガスは、直接、バグフィルタ６に導入される。つまり、図２に示したガス化溶融処理施設に本発明のボイラ設備４０を適用すれば、水噴霧式のガス冷却塔５を省略できる。
ボイラ本体４１には仕切壁４１ａを介して上下反転する排ガス通路が形成されており、排ガスは、ボイラ本体４１の下部から導入され、上下反転した後にボイラ本体４１の下部から排出される。
ボイラ給水は、脱気器４２により加熱され脱気された後に、ボイラ給水ポンプ４３にてボイラ本体１のガス出口側に内蔵された節炭器に導入される。図１の実施例において節炭器は直列に接続された第１節炭器４４ａと第２節炭器４４ｂとからなる。また、節炭器への給水経路には、第１節炭器４４ａをバイパスするバイパス経路４５が設けられている。バイパス経路４５へのボイラ給水を通水量は、三方調整弁４６により調整する。
第２節炭器４４ｂを出たボイラ給水は気水ドラム４７に導入され、気水ドラム４７内の蒸気が過熱器４８に導入され、過熱蒸気が蒸気タービンに供給される。気水ドラム４７内のドラム水はドラム水排出管４９により排出可能であり、排出されたドラム水はフラッシュタンク５０に導入される。気水ドラム５０内の圧力は４．５Ｍｐａ程度であり、フラッシュタンク５０内の圧力はそれより低い０．０７Ｍｐａ程度であるため、フラッシュタンク５０内に導入されたドラム水はその一部が蒸発してフラッシュ蒸気の飽和ドレンとなる。フラッシュタンク５０内の蒸気（＊１）は脱気器４２の気相に供給され、フラッシュタンク５０内のタンク水（＊２）は脱気器４２の水相に供給される。このタンク水の脱気器４２への供給は、レベルセンサ５０ａにより検出されるフラッシュタンク５０内のタンク水レベルが一定となるように送水ポンプ５１により行われる。一方、フラッシュタンク５０内の蒸気の脱気器４２への供給は、脱気器４２内の圧力が０．０３Ｍｐａ程度とフラッシュタンク５０内の圧力よりも低いことから、その圧力差を利用して行われる。なお、余剰のタンク水はブロータンク５２を介して系外に排出される。
以上の構成において、ボイラ本体４１の出口ガス温度は、バイパス経路４５へのボイラ給水の通水量を三方調整弁４６の操作により調整することで、１６０±１０℃となるように制御する。具体的には、温度センサ５３で検出されたボイラ本体４１の出口ガス温度が低め（例えば１６０−５℃）になったら、バイパス経路４５へのボイラ給水の通水量を増加させ、第１節炭器４４ａへの通水量を減少させることで、実質的に節炭器全体の伝熱面積を小さくする。一方、ボイラ本体４１の出口ガス温度が高め（例えば１６０＋５℃）になったら、バイパス経路４５へのボイラ給水の通水量を減少させ、第１節炭器４４ａへの通水量を増加させることで、実質的に節炭器全体の伝熱面積を大きくする。
ここで、ボイラ本体４１の出口ガス温度を１６０±１０℃に制御する理由は、１６０℃＋１０℃を上回った場合、先に説明した消石灰による脱塩化水素反応の効率が悪くなるため、消石灰の吹き込み量が増えランニングコスト増となり、１６０−１０℃を下回った場合、排ガス中の塩化水素等の酸性成分が結露しやすくなり、低温腐食の原因となるためである。すなわち、ボイラ本体４１の出口ガス温度を低くすることにより、処理ガス容量が縮小し、ろ過速度の高速流化によりろ過面積の縮小が図れるので、塩化水素を効率的に除去できることから消石灰の吹き込み量を抑えることができるが、出口ガス温度を低くしすぎると、とくにケーシングのコーナー部等の温度が低下しやすくガスが滞留しやすい部位において結露温度以下となって低温腐食が発生するので、ボイラ本体４１の出口ガス温度は１６０±１０℃に制御する。
一方で、ボイラ設備４０において気水ドラム４７は、レベルセンサ４７ａで検出したドラム水レベルと、給水流量計５４で検出したボイラ給水量と、蒸気流量計５５で検出した蒸気流量とを演算し、ボイラ給水量を流量調整弁５６にて調整してドラム水レベルを一定に保つ、いわゆる三要素制御により制御されている。図１において三要素制御は三要素制御器５７により実行される。気水ドラム４７のドラム水レベルを一定に保つ理由は、ドラム水レベルが高くなるとドラム水が過熱器４８へ流出するおそれがあり、ドラム水レベルが低くなるとボイラ本体４１が空焚き状態となるおそれがあるからである。
このように、ボイラ設備４０において気水ドラム４７のドラム水レベルは一定に保つ必要がある。すなわち、気水ドラム４７のドラム水レベルは、ボイラ本体４１の出口ガス温度と関係なく、一定に制御する必要がある。そこで、本実施例では、気水ドラム４７が補給水（第１節炭器４４ａ及び第２節炭器４４ｂからのボイラ給水）を要求しない状況において、ボイラ本体４１の出口ガス温度が高くなり、第１節炭器４４ａ及び第２節炭器４４ｂに給水するボイラ給水量を増加させる必要がある場合、ドラム水排出管４９よりドラム水を強制排出して補給水を受け入れる。これにより、ドラム水レベルは一定に保つことができる。この場合、バイパス経路４５へのボイラ給水の通水量は減少させ、節炭器全体の伝熱面積は大きくする。逆に、気水ドラム４７が補給水を要求する状況において、ボイラ本体４１の出口ガス温度が低い場合は、バイパス経路４５へのボイラ給水の通水量を増加させ節炭器全体の伝熱面積を小さくした上で、ボイラ給水量を増加させる。このように本実施例では、バイパス経路４５へのボイラ給水の通水量を調整すると共に、気水ドラム４７からのドラム水の排出量を制御することで、気水ドラム４７のドラム水レベルを一定に保ちつつ、ボイラ本体４１の出口ガス温度を目標範囲内に制御することが可能となる。その具体的な制御は、制御器５８が、レベルセンサ４７ａで検出したドラム水レベルと、温度センサ５３で検出したボイラ本体４１の出口ガス温度と、三方調整弁４６の操作状態（バイパス経路４５へのボイラ給水の通水量）と、ドラム水排出管４９に設けた流量調整弁５９の開度とを演算し、三方調整弁４６の操作状態及び流量調整弁５９の開度を調整することで実行される。
気水ドラム４７から排出されたドラム水は、上述のとおりフラッシュタンク５０に入り、フラッシュタンク５０内の蒸気（＊１）は脱気器４２の気相に供給される共に、フラッシュタンク５０内のタンク水（＊２）は脱気器４２の水相に供給される。これにより、気水ドラム４７から排出されたドラム水の熱量を脱気器４２にて有効に活用することができる。
なお、以上の実施例では、節炭器を第１節炭器４４ａと第２節炭器４４ｂとに分割し、第１節炭器４４ａをバイパスするバイパス経路４５へのボイラ給水の通水量を調整することにより、節炭器の一部をバイパスするようにしたが、単一の節炭器を使用し、その一部又は全部をバイパスするバイパス経路を設けることにより、節炭器の伝熱面積及び通水量を変更できるようにしてもよい。
本発明のボイラ設備は、ガス化溶融処理施設に限らず、廃棄物の燃焼を行う施設に広く利用可能である。
１ ガス化溶融炉
２ 発生ガス管
３ 燃焼室
４ ボイラ
５ ガス冷却塔
５ａ 水噴霧ノズル
６ バグフィルタ
７ 誘引送風機
８ 消石灰吹込装置
９ 廃棄物クレーン
１０ 廃棄物
４０ ボイラ設備
４１ ボイラ本体
４１ａ 仕切壁
４２ 脱気器
４３ ボイラ給水ポンプ
４４ａ 第１節炭器
４４ｂ 第２節炭器
４５ バイパス経路
４６ 三方調整弁（通水量調整装置）
４７ 気水ドラム
４７ａ レベルセンサ
４８ 過熱器
４９ ドラム水排出管
５０ フラッシュタンク
５０ａ レベルセンサ
５１ 送水ポンプ
５２ ブロータンク
５３ 温度センサ
５４ 給水流量計
５５ 蒸気流量計
５６ 流量調整弁
５７ 三要素制御器
５８ 制御器
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Claims (1)
- 廃棄物のガス化溶融処理施設の燃焼室で燃焼後の高温の排ガスの熱回収を行い、ボイラで排ガスの冷却を行い、ボイラ本体を出た排ガスを直接バグフィルタに導入するボイラ設備の出口ガス温度の制御方法であって、
ボイラ給水を予熱して排ガスの冷却を行う節炭器をボイラ本体のガス出口側に内蔵し、節炭器の一部又は全部をバイパスするバイパス経路を設け、このバイパス経路へのボイラ給水の通水量を調整することにより、出口ガス温度を目標範囲内に制御するボイラ設備の出口ガス温度の制御方法において、
前記節炭器によって予熱したボイラ給水を補給水として受け入れる、ドラム水レベルを一定に保つ気水ドラムのドラム水レベルが、補給水を要求しないレベルにあるときに、節炭器に給水するボイラ給水量を増加させる場合、気水ドラムからドラム水を強制排水して補給水を受け入れることを特徴とするボイラ設備の出口ガス温度の制御方法。
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