JP6078149B2 - ボイラの腐食抑制剤、ボイラ及びボイラの腐食抑制方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ボイラの特に過熱器管の腐食を防止するためのボイラの腐食抑制剤、これを使用するボイラ及びボイラの腐食抑制方法に関する。
従来、燃料を燃焼する燃焼炉と、燃焼炉で発生する燃焼排ガスが通る煙道と、燃焼排ガスが有する熱で蒸気を過熱して、高温・高圧の過熱蒸気を発生させる過熱器とを備えたボイラが知られている。過熱器は、煙道内に配置された過熱器管を備えており、過熱器管を通る水蒸気が煙道を通る燃焼排ガスの熱で過熱される。ボイラで生成された過熱蒸気は、発電に利用することができる。
近年にあっては、ＣＯ２削減や廃棄物の熱利用の観点から、バイオマス燃料や廃棄物燃料をボイラの燃料として活用することが進められている。バイオマス燃料は、例えば建設廃材系木質等のバイオマスを用いた燃料である。廃棄物燃料は、家庭から出る一般廃棄物、廃タイヤ及び廃プラスチック等の廃棄物を用いた燃料である。
バイオマス燃料や廃棄物燃料は、燃料中に、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ等の塩類や、鉛及び亜鉛等の重金属を含んでいる。従って、燃焼炉でバイオマス燃料や廃棄物燃料を燃焼すると、例えば、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＺｎＣｌ２、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４等から成る低融点（３００°Ｃ程度）の溶融塩が生成し、生成した溶融塩が燃焼灰と共に煙道内の過熱器管の周囲へ流れる。過熱器は発電に利用可能な程度の高温・高圧の蒸気を生成するものであるから、過熱器管の周囲のガス温度は、過熱器管内の蒸気温度より高い温度に設定されている。よって、過熱器管の周囲へ流れて来たＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＺｎＣｌ２、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４等から成る溶融塩が、３００°Ｃ以上の高温の過熱器管の表面に付着することによって、過熱器管が腐食するという問題を生じている。
上記問題を解決するための従来のボイラの腐食防止方法の一例が特許文献１に示されている。
このボイラの腐食防止方法は、所定量の所定の粒子（石炭燃焼灰）を燃焼炉内に供給して、当該所定の粒子を、この燃焼炉内で生成される溶融塩の粒子（溶融塩粒子）に混合させるものである。この混合によって溶融塩粒子が所定の粒子へ十分に分散して、この溶融塩粒子の表面が腐食防止粒子によって取り囲まれた状態となり、溶融塩粒子の表面の溶融塩成分が所定の粒子によって希釈される。そして、この溶融塩粒子が、下流側の過熱器管の表面に付着することになるので、過熱器管の表面に付着する溶融塩粒子の濃度及び接触面積を、所定の粒子によって低減することができる。これによって、過熱器管の腐食を抑制しようとするものである。
なお、所定の粒子は、その融点が燃焼炉の燃焼温度より高く、燃焼炉及び過熱器付近では溶融しないものであり、かつ、塩素分濃度、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、重金属濃度が各々１０００ｐｐｍ以下であって、溶融塩成分を殆ど含まないものである。
しかし、上記従来のボイラの腐食防止方法では、ボイラで生成される溶融塩粒子の量に応じて多量の所定の粒子を燃焼炉内に供給する必要があり、所定の粒子のコストが嵩むと共に、この所定の粒子を含む燃焼灰の処理のためのコストも嵩む。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、過熱器管の腐食を抑制するために使用される腐食抑制粒子の量が少なくて済み、これによって、回収処理が必要とされる飛灰（腐食抑制粒子を含む）の量を低減することができるボイラの腐食抑制剤、ボイラ及びボイラの腐食抑制方法を提供することを目的としている。
本発明に係るボイラの腐食抑制剤は、ボイラの燃焼排ガスが通る排ガス通路内に設けられた過熱器管の腐食を抑制するために前記排ガス通路内に供給されるボイラの腐食抑制剤であって、
前記排ガス通路内で浮遊する燃焼灰と共に前記過熱器管に付着し、前記燃焼灰中の腐食性粒子を引き付ける腐食抑制粒子を含有し、前記腐食抑制粒子の粒子径は０．１μｍ以上１０μｍ未満であって、前記腐食抑制粒子が、ゼオライト及びカオリンの少なくとも１つ又はそれを主成分とする化合物、又は、ゼオライト及びカオリンの混合物であることを特徴としている。
前記排ガス通路内で浮遊する燃焼灰と共に前記過熱器管に付着し、前記燃焼灰中の腐食性粒子を引き付ける腐食抑制粒子を含有し、前記腐食抑制粒子の粒子径は０．１μｍ以上１０μｍ未満であって、前記腐食抑制粒子が、ゼオライト及びカオリンの少なくとも１つ又はそれを主成分とする化合物、又は、ゼオライト及びカオリンの混合物であることを特徴としている。
本発明に係るボイラの腐食抑制剤によると、ボイラの燃焼排ガスが通る排ガス通路内に供給されて飛散する腐食抑制粒子は、排ガス通路内に飛散する燃焼灰に含まれる腐食性粒子と接触した際、その一部又は全部を引き付けることができ、これによって、これら腐食性粒子は、腐食抑制粒子に付着する。
そして、腐食抑制粒子に付着した腐食性粒子は、分散した状態の腐食性粒子よりも表面積が小さくなるので、過熱器管の金属界面やその外表面に形成される腐食層の表面（以下、単に「過熱器管の金属界面等」と言うこともある。）に付着したときの、当該腐食性粒子の金属界面等に対する接触面積を、分散した状態の腐食性粒子の金属界面等に対する接触面積よりも小さくすることができる。その結果、過熱器管の腐食を抑制することができる。
また、排ガス通路内で腐食抑制粒子に付着せずに分散した状態で飛散する腐食性粒子及び腐食抑制粒子が、過熱器管の金属界面等に付着した後も、腐食抑制粒子が腐食性粒子を引き付ける力が働いており、これによって、これら腐食性粒子及び腐食抑制粒子が互いに付着し合ったり、互いに接近した状態で金属界面等に付着する。
そして、このように腐食性粒子が腐食抑制粒子に付着したり、腐食性粒子が腐食抑制粒子に接近した状態で、金属界面等に付着すると、腐食抑制粒子及び腐食性粒子のうちの腐食性粒子の金属界面等に対する接触面積は、分散した状態の腐食性粒子の金属界面等に対する接触面積よりも小さくなる。その結果、過熱器管の腐食を抑制することができる。
このように、粒子径が０．１μｍ以上１０μｍ未満の腐食抑制粒子を、排ガス通路内に供給することによって、この供給した腐食抑制粒子を過熱器管の金属界面等に対して熱泳動や慣性衝突によって付着させることができる。これによって、排ガス通路内に飛散する粒子径が０．１〜１０μｍの腐食性の強い腐食性粒子が、過熱器管の金属界面等に付着する付着重量及び付着面積を減少させることができ、過熱器管の腐食の進行を抑制することができる。
つまり、本願の発明者らは、排ガス通路内に飛散する粒子径が０．１〜１０μｍであるＮａやＫの塩化物を含む腐食性の強い腐食性粒子が、過熱器管の金属界面やその外表面に形成される腐食層の表面（以下、単に「過熱器管の金属界面等」と言うこともある。）に付着することによって、過熱器管の腐食が進行することを究明した。従って、当該腐食性粒子と同程度の粒子径が０．１μｍ以上１０μｍ未満の腐食抑制粒子を、排ガス通路内に供給して過熱器管の金属界面等に付着させることによって、０．１〜１０μｍの腐食性粒子が過熱器管の金属界面等に付着する付着重量及び付着面積を小さくして、過熱器管の腐食の進行を抑制することができる。
上記ボイラの腐食抑制剤が、液体に前記腐食抑制粒子を混合して得られたスラリー状の混合物質であってよい。或いは、上記ボイラの腐食抑制剤が、前記腐食抑制粒子よりも粒子径が大きい粉体に前記腐食抑制粒子を混合して得られた粉状の混合物質であってよい。
上記ボイラの腐食抑制剤によれば、排ガス通路に供給しようとする腐食抑制粒子の重量が小さい場合でも、所望の重量の腐食抑制粒子を精度よく排ガス通路に供給することが可能である。そして、腐食抑制粒子が混合される液体は、入手が容易であり安価であるものを使用することによって、当該液体のコストの低減を図ることができる。また、腐食抑制粒子が混合される粉体として、腐食抑制粒子よりも粒子径の大きくて安価なもの、例えば焼却灰を使用することによって、腐食抑制剤のコストの低減を図ることができる。
本発明に係るボイラは、
燃焼炉と、
前記燃焼炉からの燃焼排ガスが通る排ガス通路と、
前記排ガス通路内に設けられた過熱器管と、
上記のボイラの腐食抑制剤を前記排ガス通路内に供給する腐食抑制装置とを備えることを特徴としている。
燃焼炉と、
前記燃焼炉からの燃焼排ガスが通る排ガス通路と、
前記排ガス通路内に設けられた過熱器管と、
上記のボイラの腐食抑制剤を前記排ガス通路内に供給する腐食抑制装置とを備えることを特徴としている。
本発明に係る腐食抑制装置付きボイラによると、上述の本発明に係るボイラの腐食抑制剤について説明した作用と同様の作用を奏する。
上記ボイラにおいて、前記腐食抑制装置が、前記排ガス通路内のガス温度が前記腐食抑制粒子の融点よりも低い領域へ前記ボイラの腐食抑制剤を供給するように構成されていることが望ましい。
このように、腐食抑制剤（腐食抑制粒子）を、排ガス通路内のガス温度がその腐食抑制粒子の融点よりも低い領域に供給することによって、腐食抑制粒子が溶融して互いに結合することや、ガス中の成分の一部が腐食抑制粒子を核にして凝縮することで粒子径が大きくならないようにすることができる。これによって、排ガス通路内に供給された腐食抑制粒子を、その粒子径が大きくならないように飛散させることができるので、腐食抑制粒子は、排ガス通路内に飛散する腐食性粒子を効率よく引き付けることができ、これら腐食性粒子は、腐食抑制粒子に効果的に付着する。よって、過熱器管の表面全体の腐食の進行を効果的に抑制することができる。
また、腐食抑制粒子を、その粒子径が元の小さい状態で、過熱器管の金属界面やその外表面に形成される腐食層の表面全体に付着させることができる。よって、排ガス通路内に設けられている過熱器管の金属界面に腐食性粒子が付着する量を低減させることができる。
本発明に係るボイラの腐食抑制方法は、ボイラの燃焼排ガスが通る排ガス通路内に設けられた過熱器管の腐食を抑制するためのボイラの腐食抑制方法であって、上記のボイラの腐食抑制剤を前記排ガス通路の前記過熱器管より上流側へ供給することを特徴としている。ここで、前記ボイラの腐食抑制剤を供給することが、前記排ガス通路内のガス温度が前記腐食抑制粒子の融点よりも低い領域へ前記ボイラの腐食抑制剤を供給することを含むことが望ましい。
本発明に係るボイラの腐食抑制方法によると、ボイラの燃焼排ガスが通る排ガス通路内に腐食抑制粒子を供給し、この供給した腐食抑制粒子が、排ガス通路内に飛散する腐食性粒子を含む燃焼灰と共に過熱器管に付着し、燃焼灰中の腐食性粒子を引き付けることによって、腐食性粒子が過熱器管に接触したときのその接触面積を小さくすることができ、その結果、過熱器管の腐食を抑制することができる。
本発明に係るボイラの腐食抑制剤、ボイラ及びボイラの腐食抑制方法によれば、排ガス通路内に供給された腐食抑制粒子が、排ガス通路内で浮遊する腐食性粒子を含む燃焼灰と共に過熱器管に付着し、燃焼灰中の腐食性粒子を引き付けることによって、過熱器管の金属界面等に付着した腐食性粒子の接触面積を小さくすることができる。また、燃焼灰を伴わずに過熱器管の金属界面等に付着した腐食抑制粒子は、過熱器管の金属界面等に付着しようとしている腐食性粒子を引き付けることができる。よって、比較的少量の腐食抑制粒子でも効率的に腐食抑制効果を得ることができる。腐食抑制粒子の供給量が少なくなることによって、回収処理が必要とされる飛灰（腐食抑制粒子を含む）の重量が低減する。この結果、過熱器管の腐食を抑制するために掛かる費用を削減することができる。
次に、本発明に係る腐食抑制剤、ボイラ１９及びボイラの腐食抑制方法の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。図１に示す腐食抑制装置付きボイラ（以下、単に「ボイラ」と言うこともある。）１９は、燃料を燃焼する燃焼炉１０と、燃焼炉１０で生じた燃焼排ガスが通る排ガス通路２８と、排ガス通路２８内に配置された過熱器管２７を有する過熱器２５と、腐食検出装置３０と、腐食抑制装置５９と、制御装置１００とを備えている。ボイラ１９は、燃料の燃焼により発生する燃焼排ガスが有する熱によって過熱器管２７を通る蒸気を過熱して、高温・高圧の過熱蒸気を発生することができる。ボイラ１９で生成した高温・高圧の過熱蒸気は、発電機１１のタービン２６を回転するために用いられる。
ボイラ１９には、過熱器管２７の腐食を抑制するための腐食抑制装置５９が設けられている。この腐食抑制装置５９は、腐食抑制剤を排ガス通路２８内（特に望ましくは、過熱器管２７の上流側の第２煙道２１内）に供給するように構成されている。
本実施形態に係るボイラ１９は排熱回収ボイラであって、燃焼炉としてごみ焼却炉１０を備えている。ごみ焼却炉１０は、ごみを供給するホッパ１２を備えている。ホッパ１２は、シュート１３を介して主燃焼室１４と接続されている。ホッパ１２から供給されたごみは、シュート１３を通って主燃焼室１４に送られる。主燃焼室１４には、乾燥ストーカ１５、燃焼ストーカ１６及び後燃焼ストーカ１７が設けられている。各ストーカ１５，１６，１７の下方から主燃焼室１４内へ一次空気が送られており、また主燃焼室１４の天井１４ａから主燃焼室１４内へ二次空気が送られている。
主燃焼室１４へ投入されたごみは、まず乾燥ストーカ１５に送られ、一次空気及び主燃焼室１４の輻射熱により乾燥されて着火する。着火したごみは、燃焼ストーカ１６に送られる。また、着火したごみからは、熱分解により可燃性ガスが発生する。この可燃性のガスは、一次空気により主燃焼室１４の上部のガス層に送られ、このガス層において二次空気と共に炎燃焼する。この炎燃焼に伴う熱輻射により、ごみが更に昇温する。着火したごみの一部は、燃焼ストーカ１６にて燃焼し、残りの未燃焼分は、後燃焼ストーカ１７へと送られる。未燃焼分のごみは後燃焼ストーカ１７で燃焼され、燃焼後に残った焼却灰はシュート１８から外部へと排出される。
また、主燃焼室１４は放射室２０と接続されており、ごみの燃焼により生じた燃焼排ガスが、主燃焼室１４から放射室２０に送られてくる。この燃焼排ガスは、放射室２０で再度燃焼した後に、第２煙道２１を通って第３煙道２２へと導かれ、その後、図示しない排ガス処理設備で無害化の処理が成されてから大気に放出される。なお、放射室２０、第２煙道２１、及び第３煙道２２が、焼却炉１０からの排ガスが通る排ガス通路２８となっている。
放射室２０及び第２煙道２１を規定する壁の各々に、ボイラドラム２４に接続された複数の水管２３が設けられている。水管２３は、例えば炭素鋼（例えば、ＳＴＢ３４０）で形成され、その中にボイラドラム２４から送られてくる水が流れている。水管２３内の水は、放射室２０又は第２煙道２１の廃熱を回収して、その一部が蒸発して汽水となりボイラドラム２４へと戻される。ボイラドラム２４に戻った汽水は、一部が気化して蒸気となっている。蒸気は、ボイラドラム２４から第３煙道２２に設けられた過熱器２５へと送られる。過熱器２５は、第３煙道２２内に露出し燃焼排ガスに晒された過熱器管２７を備えており、蒸気は過熱器管２７を通過するうちに過熱される。このように過熱されて高温高圧となった過熱蒸気は、タービン２６へと送られ、発電機１１を駆動する。
上記のように構成されたボイラ１９によると、燃焼時に揮発した物質及び焼却灰の一部（総称して「燃焼灰等」と言うこともある。）が燃焼排ガスの流れに同伴して放射室２０、第２煙道２１及び第３煙道２２へと運ばれ、そして水管２３及び過熱器２５の過熱器管２７に付着して堆積する。このような高い腐食性を有する燃焼灰等は、従来は、高温の過熱器２５の過熱器管２７を腐食させる要因となっていた。
次に、腐食抑制装置５９について説明する。この腐食抑制装置５９は、図１に示す過熱器管２７の腐食を抑制するための装置であって、ボイラの腐食抑制剤（以下、単に「腐食抑制剤」という）を排ガス流路内の過熱器管２７より上流側に供給するように構成されている。腐食抑制剤は、有効成分として腐食抑制粒子を含有している。この実施形態では、腐食抑制剤は、水等の液体に腐食抑制粒子を混合して得られたスラリー状の混合物質である。但し、腐食抑制剤は、腐食抑制粒子よりも粒子径が大きい粉体（例えば、焼却灰）に腐食抑制粒子を混合して得られた粉状の混合物質であってもよい。
腐食抑制剤がスラリー状の場合は、腐食抑制装置５９は腐食抑制剤を第２煙道２１内に供給する（滴下する又は噴出する）ことができる液体供給装置として構成されている。また、腐食抑制剤が粒子状の場合は、腐食抑制装置５９は、腐食抑制剤を第２煙道２１内に供給する（吹き込む）ことができる粒子供給装置として構成されている。図１には、ボイラ１９の第２煙道２１を形成する側壁部に、腐食抑制剤を第２煙道２１内に供給するための供給口５９ａが表れている。
また、腐食抑制装置５９によって第２煙道２１内に腐食抑制剤が供給されることによって、腐食抑制粒子は、第２煙道２１内を浮遊している（即ち、燃焼排ガスの流れに同伴して流れている）腐食性粒子を含む燃焼灰と共に過熱器管２７の表面に付着し、燃焼灰中の腐食性粒子を引き付ける。これによって、腐食性粒子が過熱器管２７に接触したときの、腐食性粒子と過熱器管２７との接触面積を小さくすることができるものである。
腐食抑制粒子は、ゼオライト、ドロマイト、及びカオリンの少なくとも１つである。或いは、腐食抑制粒子は、ゼオライト、ドロマイト、及びカオリンのうち少なくとも１つを主成分とする化合物である。或いは、腐食抑制粒子は、ゼオライト、ドロマイト、及びカオリンのうちの２つ以上を含む混合物である。腐食抑制粒子が腐食性粒子を引き付ける作用は、腐食抑制粒子の吸着能及びイオン交換能の両方又はいずれか一方に基づくものである。そして、腐食抑制粒子の粒子径（動力学的球相当径）は、例えば０．１μｍ以上１０μｍ未満である
更に、腐食抑制装置５９により腐食抑制剤が供給される領域は、煙道（排ガス通路２８）内の燃焼排ガス温度が腐食抑制粒子の融点よりも低い領域である。つまり、腐食抑制装置５９により腐食抑制剤が供給される領域は、その領域の燃焼排ガスによって、腐食抑制粒子が溶融して互いに結合しないような、又は（及び）、ガス中の成分の一部が腐食抑制粒子を核にして凝縮して粒子径が大きくならないような領域である。
一例として、この実施形態では、融点が８００℃以上の腐食抑制粒子を含む腐食抑制剤が、第２煙道２１内に供給される。この第２煙道２１内は、流れる燃焼排ガスのガス温度が８００℃よりも低い領域である。
次に、図１及び図２に示す腐食検出装置３０、制御装置１００及び腐食抑制装置５９について説明する。
腐食検出装置３０は、図１に示すように、ボイラ１９の第３煙道２２の側壁部であって、過熱器２５よりも燃焼排ガスの流れ方向の上流側に設けられ、先端の検出部が第３煙道２２内に位置している。この腐食検出装置３０は、第３煙道２２内に設けられた一対の電極を有している。腐食検出装置３０は、一対の電極間の電気抵抗の変化に基づいて過熱器管２７の腐食の程度を検出して、その腐食の程度と対応する腐食検出信号を生成するように構成されている。
制御装置１００は、腐食検出装置３０が生成する腐食検出信号に基づいて、腐食抑制装置５９を制御して、腐食抑制粒子の供給重量を調整するように構成されている。例えば、制御装置１００は、腐食の程度の経時変化を算出して監視し、過熱器管２７の腐食の進行（例えば、腐食速度又は腐食量）が所定の許容範囲を上回るときは、腐食抑制剤の供給量を所定の基準量より多くするように、腐食抑制装置５９を制御する。逆に、制御装置１００は、過熱器管２７の腐食の進行が所定の許容範囲を下回るときは、腐食抑制剤の供給量を所定の基準量より少なくするように、腐食抑制装置５９を制御する。
上記のように構成された腐食検出装置３０、制御装置１００及び腐食抑制装置５９によると、過熱器管２７の腐食の進行が速いときは、腐食抑制粒子の供給重量を多くすることができ、そして、過熱器管２７の腐食の進行が遅いときは、腐食抑制粒子の供給重量を少なくすることができる。このようにして、過熱器管２７の腐食の程度（例えば腐食量、腐食速度）に応じた腐食の抑制措置をとることができ、しかも経済的に有利となる重量の腐食抑制粒子を第２煙道２１内に供給することができ、過熱器管２７の腐食を確実に抑制することができる。
次に、上記のように構成された腐食抑制装置付きボイラ１９、それに使用する腐食抑制剤及びボイラの腐食抑制方法の作用について説明する。
この実施形態に係る腐食抑制剤によると、ボイラ１９の燃焼排ガスが通る第２煙道２１内に腐食抑制剤が供給されると、腐食抑制粒子が燃焼排ガスの流れに同伴して第２煙道２１内及び第３煙道２２内を流れる。第２煙道２１内において、腐食抑制粒子は燃焼灰と接触して、その燃焼灰に含まれる腐食性粒子と接触する。すると、その腐食性粒子の一部又は全部が腐食抑制粒子に引き付けられる。これによって、腐食性粒子が、腐食抑制粒子に付着する。そして、腐食抑制粒子に付着した腐食性粒子は、分散した状態（即ち、腐食抑制粒子に引き付けられていない状態）の腐食性粒子よりも表面積が小さくなるので、腐食性粒子が過熱器管２７の金属界面やその外表面に形成される腐食層の表面（以下、単に「過熱器管の金属界面等」と言うこともある。）に付着したときの、当該腐食性粒子の金属界面等に対する接触面積を、分散した状態の腐食性粒子の金属界面等に対する接触面積よりも小さくすることができる。その結果、過熱器管２７の腐食を抑制することができる。
また、第２煙道２１及び第３煙道２２内で腐食抑制粒子に付着せずに分散した状態で飛散する腐食性粒子及び腐食抑制粒子が、過熱器管２７の金属界面等に付着した後も、腐食抑制粒子が腐食性粒子を引き付ける力が働いており、これによって、これら腐食性粒子及び腐食抑制粒子が互いに付着し合ったり、互いに接近した状態で金属界面等に付着する。
そして、腐食性粒子が付着した腐食抑制粒子や腐食性粒子が接近している腐食抑制粒子が金属界面等に付着すると、腐食性粒子の金属界面等との接触面積は、分散した状態の腐食性粒子の金属界面等との接触面積よりも小さくなる。さらに、燃焼灰を伴わずに過熱器管２７の金属界面等に付着した腐食抑制粒子は、過熱器管２７の金属界面等に付着しようとしている腐食性粒子を引き付けることができる。その結果、過熱器管２７の腐食を抑制することができる。加えて、腐食防止対象である過熱器管２７の周辺で腐食抑制剤（腐食抑制粒子）が供給されることにより、過熱器管２７に付着しようとする腐食性粒子に狙いを定めて腐食抑制粒子が腐食性粒子を引き付けるので、他の場所（例えば、燃焼炉１０）へ腐食抑制粒子が供給される場合と比較して効率的に過熱器管２７の腐食抑制効果が期待される。
従って、この実施形態に係る腐食抑制粒子、腐食抑制装置付きボイラ１９及びボイラの腐食抑制方法は、腐食を抑制するための粒子を燃焼炉１０へ供給する従来の手法と比較して、排ガス通路２８内への腐食抑制粒子の供給重量を少なくしても、従来と同程度の腐食抑制効果を奏することができる。これによって、腐食抑制粒子に掛かる費用を低減することができる。
更に、第２煙道２１内への腐食抑制粒子の供給重量を少なくすることができるので、回収処理が必要とされる飛灰（腐食抑制粒子を含む）の重量を低減することができる。これによって、飛灰の回収処理に掛かる費用も低減することができる。
よって、過熱器管２７の腐食に対する保守、点検費用の低減を図ることができるし、ボイラ１９を安定して長期間継続して使用できるようにすることができる。
そして、図１に示す腐食抑制装置５９を使用して、粒子径が０．１μｍ以上１０μｍ未満の腐食抑制粒子（例えばゼオライト、ドロマイト若しくはカオリン、又はそれを主成分とする化合物）を、第２煙道２１内に供給することによって、この供給した腐食抑制粒子を過熱器管２７の金属界面やその外表面に形成される腐食層の表面（過熱器管２７の金属界面等）に対して熱泳動や慣性衝突によって付着させることができる。これによって、第３煙道２２内で飛散する粒子径が０．１〜１０μｍの腐食性粒子（例えばＫＣｌ、ＮａＣｌ）が、過熱器管２７の金属界面等に付着する付着重量及び付着面積を減少させることができ、過熱器管２７の腐食の進行を抑制することができる。
従って、従来よりも効果的に過熱器管２７の腐食の進行を抑制することができる。よって、過熱器管２７の保守、点検費用の低減を図ることができ、ボイラ１９を安定して長期間継続して使用できるようにすることができる。
また、水等の液体に腐食抑制粒子を混合して得られたスラリー状の混合物質、又は腐食抑制粒子よりも粒子径が大きい粉体（例えば焼却灰）に腐食抑制粒子を混合して得られた粉状の混合物質を、腐食抑制剤として腐食抑制装置５９を使用して第２煙道２１内に供給するようにしているので、第２煙道２１内に供給しようとする腐食抑制粒子の重量が小さい場合でも、腐食抑制装置５９を使用して、所望の重量の腐食抑制粒子を精度よく第２煙道２１内に供給することができる。そして、腐食抑制粒子が混合される液体として水を採用すると、水は、入手が容易であり安価であるので経済的である。また、腐食抑制粒子が混合される粉体として、腐食抑制粒子よりも粒子径の大きい安価なもの、例えば焼却灰を使用することによって、当該粉体のコストの低減を図ることができる。
更に、腐食抑制剤を、排ガス通路２８内のガス温度が腐食抑制粒子の融点（例えば８００℃以上）よりも低い領域（ガス温度が例えば８００℃よりも低い第２煙道２１内）に供給することによって、腐食抑制粒子が溶融して互いに結合することや、ガス中の成分の一部が腐食抑制粒子を核にして凝縮することで粒子径が大きくならないようにすることができる。
これによって、第２煙道２１内に供給された腐食抑制粒子を、その粒子径が大きくならないように飛散させることができるので、腐食抑制粒子は、第２煙道２１内に飛散する腐食性粒子を効率よく引き付けることができ、腐食性粒子が腐食抑制粒子に効果的に付着することができる。よって、過熱器管２７の表面全体の腐食の進行を効果的に抑制することができる。
また、腐食抑制粒子を、その粒子径が元の小さい状態で、過熱器管２７の金属界面やその外表面に形成される腐食層の表面全体に付着させることができる。よって、第３煙道２２内に設けられている過熱器管２７の金属界面等に腐食性粒子が付着する量を低減させることができる。
次に、図３及び図４の説明をする。この図３及び図４は、腐食抑制剤（腐食抑制粒子）の模擬過熱器管に対する腐食抑制効果を調査するために、下記の条件で腐食抑制試験を行ったときの試験結果を示す図である。
試験方法は、燃焼灰と試料とを混合したものを模擬過熱器管の表面に塗布した試験片を作成し、この試験片を所定の試験温度雰囲気の試験室内に設置し、試験室内に所定組成の試験ガス（燃焼排ガス）を所定流量で所定時間だけ供給する、というものである。試験時間は、１００時間、試験温度は、４５０℃（図３）、５５０℃（図４）である。燃焼排ガス条件は、ＣＯ２が１０％、Ｏ２が８％、ＨＣｌが１０００ｐｐｍ、ＳＯ２が５０ｐｐｍ、Ｈ２Ｏが５％、Ｎ２がｂａｌ．である。
燃焼灰と試料Ａ、Ｂ、Ｃ（腐食抑制粒子）との混合条件は、燃焼灰と試料とが１対１の重量割合となるように混合した。試料Ａは、本実施形態の引付け力（吸着能、イオン交換能）を有するゼオライトである。試料Ｂは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、試料Ｃは、珪藻土であり、試料Ｂ、Ｃは、引付け力（吸着能）が試料Ａと比較して弱い腐食抑制粒子である。そして、これら試料Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれほぼ同等の粒子径である。図３及び図４に示す参考条件は、腐食抑制粒子を燃焼灰に混合していない条件であり、参考条件における模擬過熱器管の減肉量割合を１００％とする。
図３及び図４に示す試験結果から、試料Ａを使用すると、試料Ｂ、Ｃを使用した場合と比較して、模擬過熱器管に対して極めて高い減肉抑制効果があることがわかる。
これによって、試料Ａの引付け力（吸着能、イオン交換能）が、模擬過熱器管の減肉量割合を低減する役割を果たしていると判断することができる。
なお、図３の試料Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの減肉量割合は、約２０％、約５０％、約７０％である。図４の試料Ａ、Ｂのそれぞれの減肉量割合は、約２０％、約５０％である。
次に、試料Ａの腐食抑制粒子（ゼオライト）の引付け力（吸着能、イオン交換能）を調査するために、模擬過熱器管の表面に試料Ａ（引付け力を有する腐食抑制粒子層）と燃焼灰を２層にして、試料Ａ層と燃焼灰層とが接している領域における各元素Ｋ（カリウム）、Ｃｌ（塩素）の分布を調べた。このＫ、Ｃｌは、飛散する燃焼灰に分散した状態で含まれていたものであり、腐食性成分である。
つまり、この調査のための実験方法は、まず、模擬過熱器管の表面に試料Ａの腐食抑制粒子を塗布して試料Ａ層を形成する。次に、Ｋ、Ｃｌを含む燃焼灰をその上層に塗布して、試料Ａ層の表面に燃焼灰層を形成する。このようにして形成された試料Ａ層及び燃焼灰層を模擬過熱器管から取り外してその断面を顕微鏡及びＥＰＭＡ分析によって調べた。
図５Ａは、試料Ａ層（ゼオライト）及び燃焼灰層とが接している領域の断面写真である。図５Ｂは、図５Ａに示す断面におけるカリウム（Ｋ）の分布を示す断面写真である。この図５Ｂに示す写真は、図５Ａの写真に示された断面のＫをカラーマッピングしたものであり、Ｋの濃度が色で表されている。この図５Ｂに現れているように、写真の上端付近を燃焼灰層のＫの標準濃度とすると、試料Ａ層の表面及びその近傍のＫの濃度が標準濃度よりも著しく高く、試料Ａ層の表面から離れたところのＫの濃度が標準濃度よりも低い。このことから、腐食性成分であるＫが試料Ａ層（ゼオライト）の表面に付着し及び接近して分布していることが分かる。従って、試料Ａ層（ゼオライト）は、腐食性成分であるＫを含有する粒子を引き付けていることが分かる。
図５Ｃは、図５Ａに示す断面における塩素（Ｃｌ）の分布を示す断面写真である。この図５Ｃに示す写真は、図５Ａの写真に示された断面のＣｌをカラーマッピングしたものであり、Ｃｌの濃度が色で表されている。この図５Ｃに現れているように、写真の上端付近を燃焼灰層のＣｌの標準濃度とすると、試料Ａ層の表面及びその近傍のＣｌの濃度が標準濃度よりも著しく高く、試料Ａ層の表面から離れたところのＣｌの濃度が標準濃度よりも低い。このことから、腐食性成分であるＣｌが試料Ａ層（ゼオライト）の表面に付着し及び接近して分布していることが分かる。従って、試料Ａ層（ゼオライト）は、腐食性成分であるＣｌを含有する粒子を引き付けていることが分かる。
従って、試料Ａ（ゼオライト）を腐食抑制粒子として使用することによって、上記のように、過熱器管２７に対する腐食抑制効果を奏することが分かる。
そして、ゼオライトと同様に、ドロマイト及びカオリンも、カリウム（Ｋ）及び塩素（Ｃｌ）等の腐食性成分を引き付ける作用を有することが考えられる。よって、ドロマイト及びカオリンを腐食抑制粒子として使用することによって、ゼオライトと同様に、過熱器管２７の腐食の進行を抑制することができる。
次に、腐食抑制粒子の粒子径を０．１μｍ以上１０μｍ未満と規定した理由を説明する。腐食抑制装置５９を使用して、例えば粒子径が１０μｍ以上の腐食抑制粒子を、第２煙道２１内に供給することによって、この供給した腐食抑制粒子を過熱器管２７の金属界面等に付着させた場合は、粒子径が１０μｍ以上の腐食抑制粒子どうしの隙間から腐食性が強い粒子径が０．１〜１０μｍの腐食性粒子が入り込んで、過熱器管２７の金属界面等に付着してしまう可能性が大きい。よって、粒子径が１０μｍ以上の腐食抑制粒子を使用すると、過熱器管２７の腐食を殆ど抑制することはできない。
従って、本実施形態は、腐食性が強い粒子径が０．１〜１０μｍの腐食性粒子と同程度の粒子径（０．１μｍ以上１０μｍ未満）の腐食抑制粒子を、第２煙道２１内に供給して過熱器管２７の表面に付着させることによって、０．１〜１０μｍの腐食性粒子が過熱器管２７の表面に付着する付着重量及び付着面積を小さくして、過熱器管２７の腐食の進行を抑制するようにした。
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記のボイラ１９の構成は例えば以下のように変更することができる。
上記実施形態では、図１に示すように、ボイラ１９の燃焼炉１０として、例えばごみ焼却炉１０を例として挙げたが、本発明をこれ以外の燃焼炉を備えたボイラ１９に適用することができる。例えば、重油を燃料とする燃焼炉を備えたボイラ１９に本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、図１に示すように、ボイラ１９の燃焼炉１０として、例えばストーカ式の燃焼炉を例に挙げたが、本発明をこれ以外の形式の燃焼炉を備えたボイラ１９に適用することができる。例えば、燃料を流動層で流動させながら燃焼させる流動層炉を備えたボイラ１９に本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、図１に示す腐食検出装置３０を使用して、過熱器管２７の腐食の程度を検出したが、これ以外の腐食検出装置を使用してもよい。
更に、上記実施形態では、粒子径が０．１μｍ以上１０μｍ未満の腐食抑制粒子を含む腐食抑制剤を、過熱器管２７よりも上流側の第２煙道２１内に供給したが、腐食抑制剤の供給領域は上記に限定されない。例えば、過熱器管２７が設けられている第３煙道２２内や放射室２０内に腐食抑制剤を供給するようにしてもよい。
そして、上記実施形態では、粒子径が０．１μｍ以上１０μｍ未満の腐食抑制粒子を使用したが、これに代えて、その粒子径が２μｍを超えて１０μｍ未満の腐食抑制粒子を使用してもよい。このようにしても、過熱器管２７の腐食の進行を抑制することができるのは、このような粒子径の腐食抑制粒子であっても、腐食性粒子を引き付けることができ、上記実施形態で説明したように、過熱器管２７の腐食の進行を抑制することができるからである。
以上のように、本発明に係る腐食抑制粒子、腐食抑制装置付きボイラ及びボイラの腐食抑制方法は、過熱器管の腐食を抑制するために使用される腐食抑制粒子の量が少なくて済み、これによって、回収処理が必要とされる飛灰（腐食抑制粒子を含む）の量を低減することができる優れた効果を有し、ごみ焼却ボイラのような過熱器管の腐食が懸念されるボイラに適用するのに適している。
１０ 燃焼炉（ごみ焼却炉）
１１ 発電機
１２ ホッパ
１３ シュート
１４ 主燃焼室
１４ａ 天井
１５ 乾燥ストーカ
１６ 燃焼ストーカ
１７ 後燃焼ストーカ
１８ シュート
１９ ボイラ
２０ 放射室
２１ 第２煙道
２２ 第３煙道
２３ 水管
２４ ボイラドラム
２５ 過熱器
２６ タービン
２７ 過熱器管
２８ 排ガス通路
３０ 腐食検出装置
５９ 腐食抑制装置
５９ａ 供給口
１００ 制御装置
１１ 発電機
１２ ホッパ
１３ シュート
１４ 主燃焼室
１４ａ 天井
１５ 乾燥ストーカ
１６ 燃焼ストーカ
１７ 後燃焼ストーカ
１８ シュート
１９ ボイラ
２０ 放射室
２１ 第２煙道
２２ 第３煙道
２３ 水管
２４ ボイラドラム
２５ 過熱器
２６ タービン
２７ 過熱器管
２８ 排ガス通路
３０ 腐食検出装置
５９ 腐食抑制装置
５９ａ 供給口
１００ 制御装置
Claims (7)
- ボイラの燃焼排ガスが通る排ガス通路内に設けられた過熱器管の腐食を抑制するために前記排ガス通路内に供給されるボイラの腐食抑制剤であって、
前記排ガス通路内で浮遊する燃焼灰と共に前記過熱器管に付着し、前記燃焼灰中の腐食性粒子を引き付ける腐食抑制粒子を含有し、
前記腐食抑制粒子の粒子径は０．１μｍ以上１０μｍ未満であって、
前記腐食抑制粒子が、ゼオライト及びカオリンの少なくとも１つ又はそれを主成分とする化合物、又は、ゼオライト及びカオリンの混合物である、ボイラの腐食抑制剤。 - 液体に前記腐食抑制粒子を混合して得られたスラリー状の混合物質である、請求項１に記載のボイラの腐食抑制剤。
- 前記腐食抑制粒子よりも粒子径が大きい粉体に前記腐食抑制粒子を混合して得られた粉状の混合物質である、請求項１に記載のボイラの腐食抑制剤。
- 燃焼炉と、
前記燃焼炉からの燃焼排ガスが通る排ガス通路と、
前記排ガス通路内に設けられた過熱器管と、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のボイラの腐食抑制剤を前記排ガス通路内に供給する腐食抑制装置とを
備える、ボイラ。 - 前記腐食抑制装置が、前記排ガス通路内のガス温度が前記腐食抑制粒子の融点よりも低い領域へ前記ボイラの腐食抑制剤を供給するように構成されている、請求項４に記載のボイラ。
- ボイラの燃焼排ガスが通る排ガス通路内に設けられた過熱器管の腐食を抑制するためのボイラの腐食抑制方法であって、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のボイラの腐食抑制剤を、前記排ガス通路の前記過熱器管より上流側へ供給する、ボイラの腐食抑制方法。 - 前記ボイラの腐食抑制剤を供給することが、前記排ガス通路内のガス温度が前記腐食抑制粒子の融点よりも低い領域へ前記ボイラの腐食抑制剤を供給することを含む、請求項６に記載のボイラの腐食抑制方法。
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