JPH11201402A

JPH11201402A - ボイラ

Info

Publication number: JPH11201402A
Application number: JP80698A
Authority: JP
Inventors: Motoroku Nakao; 元六仲尾; Kengo Uematsu; 健吾植松
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストでしかも性能上の問題を引き起こす
ことのないごみ焼却発電などの比較的低圧の過熱蒸気を
得る過熱器管での管内面のアルカリ腐食を確実に防止す
る技術を提供すること。【解決手段】ごみ又は各種工業用燃料を燃焼して発生
した高温ガスを熱源として蒸気を得る過熱器３を内蔵し
たボイラにおいて、過熱器３の入口管寄１５に近い伝熱
管部分にのみクロム量が９％以上のフェライト系鉄基合
金鋼管を用いる。このように、ごみ焼却発電設備のボイ
ラでは１０Ｍｐａ以下の比較的低圧の過熱蒸気が得られ
るが、過熱器官の入口部のアルカリ腐食を効率的に防ぐ
には、Ｃｒ量が９％以上の伝熱管材料を用いればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラと低品位燃料
焼却発電設備に関し、特にごみ焼却排熱や各種工業用燃
料の燃焼排熱を回収し、比較的低圧の過熱蒸気を得る排
熱回収ボイラにおける過熱器の伝熱管内面のアルカリ腐
食防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境問題や省エネルギーの観点から、都
市ごみや工場等から排出される低品位燃料の燃焼熱を利
用して得た高温高圧の水蒸気による発電設備の利用が盛
んになっている。

【０００３】ごみ焼却による発電設備で得られる過熱蒸
気の圧力は１０Ｍｐａ（１００ｋｇ／ｃｍ²）以下であ
る場合が多く、事業用発電設備に用いられる石炭や重油
をボイラ火炉で燃焼させて得られる過熱蒸気の圧力が１
５Ｍｐａ以上であることに比較して一般的に低い。

【０００４】また、ボイラの蒸発器の伝熱管材料及び過
熱器の伝熱管材料の腐食を防止するための水質基準は、
最高使用蒸気圧力別にＪＩＳ（Ｂ８２８３−１９８９）
で定められており、水をりん酸塩処理又はアルカリ処理
する場合には最高使用蒸気圧力が低いほど高ｐＨにする
よう設定されている。

【０００５】一方、ごみ焼却により得られる高温排ガス
は、相当量の塩化水素ガスを含み、燃焼灰中にも塩化物
や硫酸塩が存在することから、石炭や重油燃焼設備から
発生する高温排ガスに比べて高温腐食性が高い。そこで
ごみ焼却で得られる排ガスの熱を利用した蒸気発生器設
備では、ごみ焼却炉に蒸発器や過熱器を設置しないで、
排ガスの輻射熱や火炎を直接受けない排ガス雰囲気に蒸
発器や過熱器を設置し、これらの伝熱器を構成する伝熱
管の外面温度が所定値以上にならないようにして高温腐
食を防止するようにしている。

【０００６】図３に従来技術になるごみ焼却による発電
設備の代表的な構造断面図を示す。ごみ投入口２より投
入されたごみを火炉１で燃焼させ、燃焼熱を節炭器５、
蒸発器４及び過熱器３で熱回収し、得られた高温高圧の
過熱蒸気によりタービン発電機８を回転させ、発電する
システムである。蒸発器４で加熱された水と蒸気の混合
流体は蒸発器４の出口管寄７から気水分離ドラム６に導
かれ、このドラム６で蒸気と水が分離されて蒸気は過熱
器３の入口管寄１５から過熱器３に送られて過熱されて
タービン発電機８に利用される。発電機８で仕事をした
後の蒸気はコンデンサ９で復水化され、再び節炭器５に
送られる。節炭器５には前記復水と共に補給水１０が供
給される。

【０００７】日本国内で稼働している大型ごみ焼却炉
は、流動床方式とストーカ方式の２種類の方式からなる
ものであるが、これら２種類の火炉で得られる排ガスか
らの熱回収方式は類似しており、排ガス温度や得られる
蒸気の条件によって、熱回収用の個々の機器が適正に配
置されている。ごみ焼却燃焼灰や排ガスは、そのままで
は排出できないので、無害化するため各種灰処理設備や
排ガス脱塩装置及びバグフィルタ１１、再加熱装置及び
脱硝装置１２が設置されている。これらの排ガス浄化処
理装置で浄化された排ガスは煙突１４から大気中に排出
する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】最近こうしたごみ焼却
発電設備に用いられる蒸気発生装置であるボイラの過熱
器管（過熱器伝熱管）において、アルカリ腐食による損
傷が発生している。図４にその状況を示す。図４（ａ）
は側断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ部拡大図であ
る。

【０００９】本発明者らの調査の結果、この伝熱管のア
ルカリ腐食域１６は過熱器入口管寄１５側の過熱器３の
入口部管の１列目、管寄から１〜２ｍ以内の特定範囲に
あった。しかし、過熱器管内を流れるボイラ流体は水質
的にはＰＯ₄ ³⁺濃度が１０〜３０ｐｐｍ、ｐＨが９．８
〜１１．２であり、最高使用圧力２〜３Ｍｐａのボイラ
水質としてはＪＩＳの規定範囲に入っていた。そこで、
この腐食の発生原因を鋭意検討した結果、気水分離ドラ
ム６からキャリオーバしたボイラ水が、過熱器３の入口
管寄１５を経由して過熱器３の伝熱管に侵入し、その蒸
発部でＮａ₃ＰＯ₄の加水分解で生じたＮａＯＨやＫＯＨ
が数パーセントのオーダに濃縮され、これが原因でアル
カリ腐食を発生させる事が判明した。

【００１０】事業用ボイラ等の高圧大型ボイラでのアル
カリ腐食は、蒸発器管（蒸発器伝熱管）で発生してお
り、その防止方法として、りん酸塩処理した水の場合、
Ｎａ／ＰＯ₄のモル比を２．８以下に制御し、ｐＨの上
限を８．５〜９．８に低下させ、かつリン酸イオン濃度
をＰＯ₄ ³⁺＝０．１〜３ｐｐｍとする方法が採用され、
ＪＩＳで規定されている。

【００１１】しかし、ごみ焼却発電設備に用いられるよ
うな低圧ボイラに、この基準を採用すれば、過熱器管の
アルカリ腐食は防止できるが、ボイラ水を事業用ボイラ
なみの高純度にしなければ塩化物等の不純物に高温水腐
食の危険性があり、また高度な水質管理基準を維持して
いくために経済的な負担が大きくなる。

【００１２】気水分離ドラム６（図３）からのキャリオ
ーバ水をゼロにできれば、過熱器管でのアルカリ腐食を
防止できるが、現状キャリオーバ率は０．０５〜０．５
％（水蒸気純度９９．５〜９９．９５％）の範囲であ
り、これ以上にキャリオーバ率を下げようとすると気水
分離用のドラム６の設置数を倍増しなければならず、設
置コストがかさむことになる。またドラム６からのキャ
リオーバ水をほぼゼロにできたとしても長時間運転する
ことで、相当量のアルカリ水が過熱器内に入ってくるこ
とになり、過熱器管のアルカリ腐食の防止効果は十分と
はいえない。

【００１３】本発明の課題は、上記従来技術の問題点に
対して、ごみ焼却発電などの比較的低圧の過熱蒸気を得
る過熱器管での管内面のアルカリ腐食を確実に防止する
技術を確立することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は以下の手
段によって解決される。高温ガスを熱源として蒸気を得
る伝熱器を内蔵したボイラにおいて、伝熱器の流体入口
部にのみクロム量が９％以上のフェライト系鉄基合金鋼
管を用いるボイラである。また低品位燃料の焼却炉と、
前記ボイラと該ボイラで得られる蒸気を用いて発電する
発電機とを備えた発電設備も本発明の範囲内のものであ
る。

【００１５】ここで、低品位燃料とはごみ又は各種工業
用燃料であり、これらの燃料の燃焼により発生する排ガ
スは腐食性ガスを含み、しかもこれらの高温排ガスを熱
源として得られる過熱蒸気はせいぜい１０Ｍｐａ以下の
圧力の蒸気である。

【００１６】１０Ｍｐａ以下の比較的低圧の過熱蒸気が
得られる過熱器管には、通常炭素鋼かＣｒ含有量が２．
５％以下の合金鋼が用いられる。ごみ焼却発電設備など
の３Ｍｐａ以下の蒸気が得られる伝熱器管には、ほとん
ど炭素鋼管が用いられる。

【００１７】本発明者らの模擬実験の結果、図２に示す
ように過熱器管内面相当のアルカリ腐食速度は材料中の
Ｃｒ含有量が高くなるほど低減し、Ｃｒ含有量９％以上
の材料では実質的に腐食は生じないことが分かった。本
発明者らの上記研究結果から、ごみ焼却発電設備におけ
る１０Ｍｐａ以下の比較的低圧の過熱蒸気を得る過熱器
官の入口部のアルカリ腐食を効率的に防ぐには、Ｃｒ含
有量が９％以上の伝熱管材料を用いればよいことが分か
った。

【００１８】Ｃｒ含有量が９％の発電用ボイラ熱交換器
用合金鋼鋼管として、ＪＩＳや火力原子力基準に規定さ
れている材料は、ＳＴＢＡ２６（９Ｃｒ１Ｍｏ）、ＳＴ
ＢＡ２７（９Ｃｒ２Ｍｏ）、ＳＴＢＡ２８（９Ｃｒ１Ｍ
ｏ−Ｎｂ−Ｖ）であり、これらの材料を過熱器管入口部
に採用すれば、ごみ焼却発電設備等の過熱器管での特殊
なアルカリ腐食を防止できることになる。

【００１９】Ｃｒ量が１３％（ＳＵＳ４１０ＴＢ）及び
１８％（ＳＵＳ４３０ＴＢ）のボイラ用ステンレス鋼管
並びに１９％又は２５％のＣｒを含む鉄基合金の伝熱管
材料も、過熱器管のアルカリ腐食防止用に使用できる。

【００２０】Ｃｒを１７％以上含み、Ｎｉを含有したオ
ーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４ＴＢ、ＳＵ
Ｓ３１６ＴＢ、ＳＵＳ３２１ＴＢ等）は、アルカリによ
る全面腐食に対しては抵抗性があるが、キャリオーバ水
が蒸発し、不純物の塩素イオンが濃縮する条件では、応
力腐食割れが発生することがあるので、採用に際しては
ショットピーニングなどの応力腐食割れ防止策をとる必
要がある。また、オーステナイト系ステンレス鋼は、そ
れが用いられる応力腐食割れ防止部分に続く過熱器管を
構成する合金鋼部分に用いられる炭素鋼鋼管と熱膨張率
が異なり、温度変化が激しいと高い熱応力が発生するの
であまり好ましくない。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下に説明する。図１には本発明になる１０Ｍｐａ以下の
過熱蒸気を得るごみ焼却発電システム等のボイラ用の過
熱器３の伝熱管の部分構造断面図を示す。過熱器入口管
寄１５に近接した伝熱管部分の第１列目と第２列目の曲
げ始端部までをＳＴＢＡ２６鋼管などのＣｒ量が９％以
上の合金鋼鋼管１７とし、第２列目以降の伝熱管部分を
ＳＴＢ３４０、ＳＴＢ４１０などの炭素鋼鋼管１８とし
たものである。

【００２２】本発明者らの経験では、ごみ焼却発電シス
テムに用いられるボイラの過熱器管のアルカリ腐食は、
伝熱管入口部の第１列目管に限られており、それ以外の
場所では発生していない。前述したように、アルカリ腐
食はドラム６（図３）からキャリオーバしたボイラ水が
蒸発する箇所で発生するため、非加熱部である過熱器入
口管寄１５やほぼ完全な過熱蒸気になる第２列目以降の
鋼管１８以降では腐食は見られない。

【００２３】過熱器管に侵入したキャリオーバ水が蒸発
する場所はキャリオーバ水量、管外排ガス温度、管内圧
力や温度条件によって変化するが、一般的な都市ごみ焼
却発電設備の条件では、過熱器３の入口部より１〜２ｍ
の範囲までであり、少なくともその範囲、できれば第２
列目管の曲げ止端部までの範囲の構成材料を改善すれ
ば、この種のアルカリ腐食を効果的かつ簡便に防止でき
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、低コストでしかも運転
上の問題点を引き起こすことなしにごみ焼却発電設備な
どの１０Ｍｐａ以下の比較的低圧の過熱蒸気を得る過熱
器管のアルカリ腐食を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による１０Ｍｐａ以下の過熱蒸気を得
るごみ焼却発電システム等の過熱器管の構造断面図を示
す。

【図２】過熱器模擬環境でのアルカリ腐食に及ぼす材
料中のＣｒ量の影響を示す図である。

【図３】従来技術のごみ焼却発電設備の代表的な構造
断面図である。

【図４】従来技術のごみ焼却発電設備の過熱器部分の
断面図である。

【符号の説明】

１火炉３過熱器４蒸発器５節炭器６気水分離ドラム８タービン発電機９コンデンサ１０補給水１１排ガス脱塩装置及びバグフィルタ１２再加熱装置及び脱硝装置１４煙突１５過熱器入口管寄１６アルカリ腐食域１７Ｃｒ量が９％以上の合金鋼鋼管１８炭素鋼鋼管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温ガスを熱源として蒸気を得る伝熱器
を内蔵したボイラにおいて、伝熱器の流体入口部にのみ
クロム量が９％以上のフェライト系鉄基合金鋼管を用い
ることを特徴とするボイラ。
【請求項２】低品位燃料の燃焼で得られる高温排ガス
を熱源として蒸気を得る伝熱器を内蔵したボイラにおい
て、伝熱器は１０Ｍｐａ以下の圧力の過熱蒸気を得る過
熱器であり、該過熱器の流体入口部にのみクロム量が９
％以上のフェライト系鉄基合金鋼管を用いることを特徴
とするボイラ。
【請求項３】低品位燃料の焼却炉と、該焼却炉から得
られる高温排ガスを熱源として蒸気を得る伝熱器を内蔵
したボイラと、該ボイラで得られた蒸気を用いて発電す
る発電機を備えた低品位燃料焼却発電設備において、伝熱器の流体入口部にのみクロム量が９％以上のフェラ
イト系鉄基合金鋼管を用いることを特徴とする低品位燃
料焼却発電設備。