JPH09310801A - 汚泥溶融炉用ボイラーの廃熱回収方法およびボイラー構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトで廉価なボイラーで、汚泥溶融炉
の廃ガス中の付着性の高いダストによる閉塞寿命を延長
しながら効率のよい熱回収を行う。 【解決手段】 ボイラー９の本体を、竪型水冷壁１９、
２０、４０からなるガスの高温部域３１と複数の水平管
群２１からなるガスの低温部域３２とで一体的に形成す
る。ガスの高温部域３１とガスの低温部域３２とは高低
温区分壁３０で区分し、高低温区分壁３０の一部を開口
してガス通路２３にする。ガスの高温部域３１とガスの
低温部域３２とには複数のダスト除去用スートブロー１
６を配設し、ボイラー９の本体下部にダスト排出装置１
４、１５、２７を設置する。上下方向の仕切壁４０でガ
スを上下に反転通過させるように仕切って伝熱面を形成
するのが好ましい。汚泥溶融炉からの廃ガスをガスの高
温部域３１で４００〜４５０℃まで一次熱回収し、その
後、ガスの低温部域３２で二次熱回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚泥の溶融焼却処
理を行う設備に設置するボイラーの廃熱回収方法および
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の汚泥溶融処理設備においては、図
５に示すように、汚泥溶融炉１の下流にジャケット式の
第１ボイラー２、第１空気予熱器３、第２空気予熱器
４、水管式の第２ボイラー５がシリーズに配置されてい
る。そして第１ボイラー２から第２ボイラー５までが顕
熱回収部となっている。また、この下流側に排ガス処理
設備が接続している。

【０００３】第１ボイラー２は、低融点ダストが高温ガ
スとともに溶融状態で流入するため、このダストのボイ
ラー内部への付着対策として平板を二重管方式としたジ
ャケット方式を採用している。この方式は最も内側に廃
ガス、二重管の間に缶水を流し、ガスに接触する伝熱面
を平滑にする。そして、顕熱回収部の一番下流部に水管
式の第２ボイラー５を設置している。

【０００４】この設備において、第１ボイラー２、第１
空気予熱器３、第２空気予熱器４はいずれもジャケット
方式のため、内面が単純な平滑面であるかわりに実際の
伝熱面積は専有する空間の割にはわずかであり、所定量
のエネルギー回収を行おうとすると、装置自体を大きく
するか装置を多数設置する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】汚泥溶融炉からボイラ
ーに流入する廃ガスに同伴されるダストには、Ｚｎ、Ｐ
ｂ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ等の各種低融点化合物が多数
かつ多量に含まれており、高温なほど付着性が強い。従
来は、これらダスト付着対策のため図５に示した設備構
成を採用せざるを得ず、伝熱性能の低いジャケット方式
のため顕熱回収部が大型化し、しかも複雑な構成となる
ため、建設スペースや建設コストの増大は避けられなか
った。

【０００６】これを解決するため、顕熱回収部をボイラ
ーとして一体にまとめることも試みられたが、付着性の
強い低融点ダストが管群に付着成長してガス流路を閉塞
させ、連続操業が１週間〜１ヶ月程度しかできず、汚泥
処理の運用自体に支障が出る。一般にこの処理設備の連
続操業は３ヶ月は必要と言われており、この連続期間を
達成することが運用に支障をきたさないため必要とな
る。高性能、コンパクトで低コストでありながら、付着
性の高いダストに対し、３ヶ月以上の連続操業を可能と
する汚泥溶融炉用ボイラーの廃熱回収方法およびボイラ
ー構造が求められていた。

【０００７】本発明は、適正かつ合理的にガス中の低融
点ダスト付着対策を行ない、かつ高効率伝熱性能を実現
して、ボイラーの寿命を延長しながら高効率で熱回収を
行うこと、設備をコンパクトで廉価にすることを可能と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の廃熱回収方法
は、汚泥溶融炉から出る廃ガスからボイラーで熱回収す
る方法において、一体的に形成したボイラーをガスの高
温部域と低温部域とに区分し、高温部域出口におけるガ
ス温度が４００℃乃至４５０℃になるまで高温部域で一
次熱回収し、次に、高温部域から出たガスを低温部域に
導入し、低温部域で二次熱回収することを特徴とする汚
泥溶融炉用ボイラーの廃熱回収方法である。

【０００９】また、本発明のボイラー構造は、汚泥溶融
炉に接続され廃ガスから熱回収するボイラー構造におい
て、ボイラー本体を竪型水冷壁構造からなるガスの高温
部域と複数の水平管群からなるガスの低温部域とで一体
的に形成し、ガスの高温部域とガスの低温部域とを高低
温区分壁で区分し、高低温区分壁の一部を開口してガス
通路にするとともに、ガスの高温部域とガスの低温部域
とには複数のダスト除去用スートブローを配設し、ボイ
ラー本体下部にダスト排出装置を設置したことを特徴と
する汚泥溶融炉用ボイラー構造である。なお、ガスの高
温部域およびガスの低温部域の少なくとも一方を上下方
向の仕切壁で複数個に仕切り、ガスを上下に反転通過さ
せるようにしてボイラーの伝熱面を形成することが好ま
しい。

【００１０】

【発明の実施の形態】溶融炉燃焼室出口から出る廃ガス
は比較的溶融ダストを多く含んでおり、図１に示すよう
に、ボイラー入口１０から１１００〜１２５０℃で流入
する。この廃ガスはガスの高温部域３１の入口ゾーン１
１でまず冷却され、同時に荒ダストを下部に落とし、こ
のダストを入口ゾーン専用のダスト排出装置１４で切り
出した後、ボイラー全体用排出コンベアを経由して系外
に排出する。一方廃ガスは、水冷壁輻射ゾーン１２およ
びパネル挿入輻射ゾーン８で更に冷却され、ガスの高温
部域の出口部で４００〜４５０℃まで冷却させる。

【００１１】この４００〜４５０℃というのは、温度が
高いほど付着性の高まるダストを含有する汚泥溶融炉か
ら出る廃ガスを管群に流す場合、温度が低いほど低くな
るダスト付着性と、温度が高いほど効率が良く、設備が
コンパクトになる管群での熱回収量という２つの相反す
る要素について、実操業を通じて得られた最適温度範囲
である。４５０℃を超えると、図６のａに示すようにダ
スト付着量が増加し、連続操業期間が急激に短かくなり
実用的でなくなる。又、４００℃より下がると、図６の
ｂに示すように吸熱量の割に伝熱面積が増加し、設備コ
ストが急激に高くなり得策ではない。ガスの高温部域３
１では廃ガスの温度が４５０℃を超えるので、ダストが
付着しにくい平滑な竪型水冷壁構造とする。

【００１２】なお、これらのゾーンにおいて壁面ダスト
の付着成長防止のためスートブローも適所に設置し、定
期的に運用する。

【００１３】これに続く水平管群ゾーン１３、即ちガス
の低温部域３２は、４００〜４５０℃まで冷却したガス
が流入するので、多種の溶融ダストの多くを固化した状
態で含有する流入廃ガスから効率的に熱回収できるよ
う、伝熱管がガス流れ方向と直交するように管群を形
成、配置した水平管群２１から構成し、、伝熱部をコン
パクト化する。管群のガス直角方向の隙間寸法を適正な
範囲とすれば、充分な連続運転可能期間と高効率伝熱性
能とを両立させ得る。

【００１４】水平管群２１に常時付着し成長し続けるダ
ストに対しては、自己発生した蒸気の一部のみを使用す
る蒸気式のスートブローを適切に配置し、ダストを剥離
落下させる。

【００１５】水平管群ゾーン１３の出口、すなわちガス
の低温部域出口では廃ガスは２００〜３００℃に冷却さ
れ、下流の排ガス処理装置に流される。

【００１６】廃ガス中から重力沈降による自然落下およ
びスートブローにより剥離させられたダストは、ダスト
排出装置２７で常時系外に排出され、ダスト推積による
ガス流路閉塞を防止する。

【００１７】

【実施例】図１、図２、図３に本発明の実施例を示す。

【００１８】図３は本発明に係るボイラー構造を有する
ボイラー９を使用する場合の設備構成例を示す図であ
り、汚泥溶融炉１の廃ガスはガスの高温部域とガスの低
温部域とを一体としたボイラー９へ流入する。このボイ
ラー９の構造を示すのが図１、図２であり、図１が縦断
面図、図２が横断面図である。

【００１９】ボイラー９のガス入口側の下方にボイラー
入口１０が、ガス出口側の上方にボイラー出口２４が設
置されている。ボイラー９の本体周囲は、図２に示すよ
うに水冷壁用水管２８と水冷壁用フィン２９により構成
された水冷壁構造のボイラー炉壁１９により囲まれ、矩
形で竪形の形状に形成されている。また、ガスを上下反
転させるため、ボイラー９の内部に同様の水冷壁構造の
仕切壁４０を設けている。この仕切壁４０の有無、数は
廃ガスの仕様、ボイラーの設計条件等によって決まるも
のである。この仕切壁４０の内、一次熱回収を行うガス
の高温部域３１と二次熱回収を行うガスの低温部域３２
を区分するのが高低温区分壁３０である。高低温区分
は、ガス温度４００〜４５０℃で行なう。

【００２０】本例ではボイラー９は平面矩形に形成し、
ガスの高温部域３１は３ゾーン、ガスの低温部域３２は
２ゾーンに区分され、それらを一体構造のボイラーに形
成した。もちろん、ガスの条件、運転条件によっては夫
々１ゾーンずつとすることも可能であり、夫々のゾーン
の数は設計上の事項である。

【００２１】ガスの高温部域３１の最初の２ゾーン、す
なわち入口ゾーン１１と水冷壁輻射ゾーン１２では、ガ
ス流路をいずれも伝熱面としての機能を持つ竪型の水冷
壁構造のボイラー炉壁１９と仕切壁４０のみで形成す
る。ガスの高温部域３１の最後のゾーン、すなわちパネ
ル挿入輻射ゾーン８は冷却性能を上げるため内部にパネ
ルを挿入しており、周囲は前の２ゾーンと同様に水冷壁
構造の仕切壁４０と高低温区分壁３０に囲まれている。
さらに、たて方向の水管を横に連続的に配置し、比較的
平滑な伝熱面を構成したパネル状水冷管２０を数枚設置
し、平面形状の伝熱面のみで構成する。ガスの高温部域
３１の各ゾーンには複数のスートブロー１６を側面より
水平に設置してある。

【００２２】これに続くガスの低温部域３２は、２つの
水平管群ゾーン１３より成っている。また、水平管群ゾ
ーン１３の上部には気水胴１８が設置されている。この
水平管群ゾーン１３の周囲は、やはり、ボイラー炉壁１
９、仕切壁４０、高低温区分壁３０により形成されてい
るが、さらに、図４に示すように、水平管２６をガス流
れと直角に規則的に配置した水平管群２１をゾーン内に
設置してある。この水平管群２１は、後面より水平に設
置した複数のスートブロー１６の効果が水平管群２１す
べてにゆきわたるような厚さとして各ゾーンに数ブロッ
クずつ配置する。

【００２３】ボイラー９の本体の下部には、ガス中より
自然落下、あるいはスートブロー作動により剥離落下す
るダストを系外へ排出するため、入口ゾーン１１用のダ
スト排出装置１４、輻射ゾーン８、１２用のダスト排出
装置１５、水平管群ゾーン１３用のダスト排出装置２７
を設ける。

【００２４】廃ガスは、汚泥溶融炉から１１００〜１２
５０℃程度の温度でボイラー入口１０を通ってボイラー
９の本体のガスの高温部域３１に流入し、入口ゾーン１
１を下より上方へ流れ、この間、周囲の水冷壁構造のボ
イラー壁１９と仕切壁４０で輻射伝熱により冷却され
る。そして上部で反転しながら次の水冷壁輻射ゾーン１
２に流入し、今度は下方へ冷却されながら流れる。更に
パネル挿入輻射ゾーン８の下方より上方側へ流れるが、
ここではガスが若干冷却されているため、前述の通りガ
ス流路内にパネル状水冷管２０を複数枚挿入し、ガス冷
却能力を強化する。

【００２５】廃ガスはガスの高温部域３１で一次熱回収
され、４００〜４５０℃に冷却された後、ガスの低温部
域入口２３を通り、ガスの低温部域３２へ流入する。ガ
スの低温部域３２内をガスはまず上方より下方へ流れ、
主に対流伝熱により冷却される。そして、ガスは下方で
反転し、上方へ同様に冷却されながら流れて二次熱回収
され、２００〜３００℃でボイラー出口２４から流出
し、下流の排ガス処理設備へ流れていく。

【００２６】本例ではボイラー自身を一体化して設備を
コンパクトにし、設備表面積を減じ、かつ従来あった図
５に示す装置間の煙道７と構成壁６を削減するため、仕
切壁４０と高低温区分壁３０で仕切り、ガスを上下反転
させることにした。これにより、耐火物構造の炉壁の場
合に比べて、壁が伝熱機能を有することができるのみな
らず、大幅な軽量化が可能となる。

【００２７】廃ガスが最初に流入するゾーンはガスの高
温部域３１の内の入口ゾーン１１であるが、低融点ダス
トが多種多量に含まれているため、温度が高い分、ダス
ト付着性が極めて高い。そこで、この入口ゾーン１１で
は平滑な竪型水冷壁構造のみで冷却し、スートブロー１
６の設置とあわせてガス流路閉塞がないようにする。更
に、下部には入口ゾーン用のダスト排出装置１４を設置
し、廃ガスから重力沈降したダストおよびスートブロー
作動により壁面から落下したダストを常時系外へ排出
し、ボイラー下部へのダスト堆積によるガス流路閉塞が
ないようにする。

【００２８】続く水冷壁輻射ゾーン１２でもボイラー炉
壁１９および仕切壁４０により構成された伝熱面により
ガスを冷却し、上流の入口ゾーン１１と同様にスートブ
ロー１６を設置し、また下部には入口ゾーン１１と同様
に輻射部用のダスト排出装置１５を設け、ガスを引き続
き冷却する。

【００２９】次のパネル挿入輻射ゾーン８も基本的には
前の水冷壁輻射ゾーン１２と同様な構造となっている。
ただし、ガスの高温部域としては比較的ガス温度が低く
ダスト付着力も若干弱まるので、縦方向の水管を横に連
続的に配置して平滑な伝熱面を形成したパネル状水冷管
２０を挿入し、周囲のボイラー炉壁１９、仕切壁４０と
合わせて平面形状の伝熱面のみでガスを冷却する。この
パネル状水冷管２０は結果的に水冷壁の伝熱機能を肩代
わりするため、その分水冷壁を減ずることができ、ボイ
ラーの更なるコンパクト化に貢献する。

【００３０】なお、パネル挿入輻射ゾーン８の出口、す
なわちガスの低温部域入口２３でガス温度を４００〜４
５０℃まで冷却し、ガスの低温部域３２に流せるようガ
スの高温部域３１全体の伝熱面積を決定する。

【００３１】続くガスの低温部域３２となる水平管群ゾ
ーン１３には、水平管２６を規則的に配置した水平管群
２１を複数設置し、水平管２６と水平管２６のピッチを
適正に設定して、ダスト付着に対する連続操業期間の長
期化と伝熱性能の高効率化による設備コンパクト化を満
足する。本実施例では、図４に示す隙間寸法３３を７０
〜９０ｍｍ以上確保する。

【００３２】更に水平管群２１は上下方向に複数ブロッ
クに区切り、その各ブロックの上部および下部にスート
ブロー１６を配置する。水平管群２１の厚さは、スート
ブロー１６の効果のゆきとどく厚さの約１ｍとする。こ
の厚さを超すとスートブロー１６の効果の及ばない部分
が生じ、短期間でダストによる閉塞が生じるし、これよ
り薄いとスートブロー１６の台数がより多く必要となる
などの不具合が生じる。

【００３３】このような構造は、ガスの低温部域入口２
３でガス温度を４００〜４５０℃程度にすることと相ま
って、長期にわたってダスト付着によるガス流路閉塞を
防止するとともに、熱回収上、伝熱部の高効率性能を維
持することに貢献する。

【００３４】水平管群ゾーン１３の下部にもガスの高温
部域３１と同様に落下するダストを系外に排出するため
ダスト排出装置２７を設け、下部へのダスト推積に起因
するガス閉塞を防止する。

【００３５】長期連続操業した後停止し、ボイラー内部
に付着したダストを容易に清掃できるよう、ボイラー内
部はジェット洗浄も容易な構造とする。すなわち、最も
ダスト付着の著しい水平管群２１の側部にそれぞれ掃除
孔２５を設け、ジェット洗浄効果が広くゆき渡るように
する。更に、ジェット洗浄により下部へ流入する洗浄水
を系外へ排出するため、下部に排水孔１７を設置する。

【００３６】本発明により、顕熱回収部の所要スペース
は、従来方式に比較して半分程度に減ずることができ
る。仮に、図１の設備構成で本発明のボイラー構造を採
用しないと、ガス流路の水管へのダスト付着による閉塞
のため、連続操業可能期間は１週間〜１ヶ月であること
が確認されているのに対し、本発明により初めて連続操
業期間を３ヶ月以上安定して確保することができた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、極めて付着性の高いダ
ストを有する汚泥溶融炉廃ガスより効率よい熱回収を長
期に渡って連続して行なうことができる。また、伝熱面
として機能するだけでなく、軽量化にも寄与する水冷壁
構造をボイラー炉壁に採用しているため、建設コストと
所要スペースを抑えることができる。そして、設備がコ
ンパクトかつシンプルとなり、通常点検、補修や、清
掃、整備上保守維持管理が容易となり、設備表面積を小
さくできるため、放熱による損失も小さくできる。さら
に、構成設備が少ないため多数の煙道が不要となり、一
体化構造のため各構成設備の外壁も大幅に省略できるこ
とも熱放散損失低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボイラー構造を例示する縦断面図であ
る。

【図２】本発明のボイラー構造を例示する横断面図であ
る。

【図３】本発明のボイラー構造を有するボイラーを使用
する場合の設備の構成例を示す図である。

【図４】水平管群を示す図である。

【図５】従来の汚泥溶融炉用ボイラー設備の構成例を示
す図である。

【図６】ガス温度とダスト付着性および吸熱量当たりの
伝熱面積の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 汚泥溶融炉 ２ 第１ボイラー ３ 第１空気予熱器 ４ 第２空気予熱器 ５ 第２ボイラー ６ 構成壁 ７ 煙道 ８ パネル挿入輻射ゾーン ９ ボイラー １０ ボイラー入口 １１ 入口ゾーン １２ 水冷壁輻射ゾーン １３ 水平管群ゾーン １４ ダスト排出装置 １５ ダスト排出装置 １６ スートブロー １７ 排水孔 １８ 気水胴 １９ ボイラー炉壁 ２０ パネル状水冷管 ２１ 水平管群 ２３ ガスの低温部域入口 ２４ ボイラー出口 ２５ 掃除孔 ２６ 水平管 ２７ ダスト排出装置 ２８ 水冷壁用水管 ２９ 水冷壁用フィン ３０ 高低温区分壁 ３１ ガスの高温部域 ３２ ガスの低温部域 ３３ 隙間寸法 ４０ 仕切壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江川 善雄 北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラ ント設計株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥溶融炉から出る廃ガスからボイラー
   で熱回収する方法において、一体的に形成したボイラー
   をガスの高温部域と低温部域とに区分し、高温部域出口
   におけるガス温度が４００℃乃至４５０℃になるまで高
   温部域で一次熱回収し、次に、高温部域から出たガスを
   低温部域に導入し、低温部域で二次熱回収することを特
   徴とする汚泥溶融炉用ボイラーの廃熱回収方法。
2. 【請求項２】 汚泥溶融炉に接続され廃ガスから熱回収
   するボイラー構造において、ボイラー本体を竪型水冷壁
   構造からなるガスの高温部域と複数の水平管群からなる
   ガスの低温部域とで一体的に形成し、ガスの高温部域と
   ガスの低温部域とを高低温区分壁で区分し、高低温区分
   壁の一部を開口してガス通路にするとともに、ガスの高
   温部域とガスの低温部域とには複数のダスト除去用スー
   トブローを配設し、ボイラー本体下部にダスト排出装置
   を設置したことを特徴とする汚泥溶融炉用ボイラー構
   造。
3. 【請求項３】 ガスの高温部域およびガスの低温部域の
   少なくとも一方を上下方向の仕切壁で複数個に仕切り、
   ガスを上下に反転通過させるようにしてボイラーの伝熱
   面を形成したことを特徴とする請求項２記載の汚泥溶融
   炉用ボイラー構造。