特開 2023-163282 ボイラ及びボイラの腐食抑制方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023163282

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】ボイラ及びボイラの腐食抑制方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/48 20060101AFI20231102BHJP

   F23G 5/46 20060101ALI20231102BHJP

   F22B 37/38 20060101ALI20231102BHJP

   F22B 37/10 20060101ALI20231102BHJP

   F22B 1/18 20060101ALI20231102BHJP

   F23G 5/50 20060101ALI20231102BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20231102BHJP

   F23J 1/00 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

F23G5/48

F23G5/46 A

F22B37/38 E

F22B37/10 602Z

F22B1/18 M

F23G5/50 N

F23J15/00 B

F23J1/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022074056

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川崎 翔太

(72)【発明者】

【氏名】北川 尚男

(72)【発明者】

【氏名】平山 敦

(72)【発明者】

【氏名】戸田 朝子

【テーマコード（参考）】

3K062

3K065

3K070

3K161

【Ｆターム（参考）】

3K062AC01

3K062BA02

3K062BB04

3K062BB05

3K062CB09

3K062DA26

3K062DB02

3K065AB01

3K065AC01

3K065BA03

3K065JA05

3K065JA18

3K070DA03

3K070DA15

3K070DA26

3K161AA03

3K161AA15

3K161EA01

(57)【要約】

【課題】ボイラより後段への負担を抑えてボイラ内の腐食を防ぐ。
【解決手段】廃棄物焼却炉から流通する排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる伝熱管を備えた放射室、及び、前記排ガスと伝熱管との熱交換により蒸気を過熱する対流伝熱室を備えるボイラであって、排ガスに含まれる二酸化硫黄の酸化を促進する酸化触媒を少なくとも前記放射室又は前記対流伝熱室に供給する供給装置を有する。腐食の抑制のために硫黄化合物をボイラに導入しないため、ボイラより後段の負担を減らすことができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃棄物焼却炉から流通する排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる伝熱管を備えた放射室、及び、前記排ガスと伝熱管との熱交換により蒸気を過熱する対流伝熱室を備えるボイラであって、
前記排ガスに含まれる二酸化硫黄の酸化を促進する酸化触媒を少なくとも前記放射室又は前記対流伝熱室に供給する供給装置
を有するボイラ。

【請求項2】

前記二酸化硫黄の酸化を促進した前記酸化触媒を回収するホッパ
を有する請求項１に記載のボイラ。

【請求項3】

前記放射室の硫黄酸化物の濃度を測定するセンサを有し、
前記供給装置は、供給する前記酸化触媒の量を前記センサの測定結果に応じて調整する
請求項１又は請求項２に記載のボイラ。

【請求項4】

廃棄物焼却炉から流通する排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる伝熱管を備えた放射室、及び、前記排ガスと伝熱管との熱交換により蒸気を過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、
前記排ガスに含まれる二酸化硫黄の酸化を促進する酸化触媒を少なくとも前記放射室又は前記対流伝熱室に供給する
ボイラの腐食抑制方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラ及びボイラの腐食抑制方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ごみ焼却炉における発電は、焼却炉でのごみの燃焼から得られる高温の排ガスからボイラにて所定の温度・圧力の蒸気を発生させてタービン発電機に導入することにより行われている。ごみ焼却炉で発生する排ガス中には塩素や硫黄が含まれており、これらの成分は、燃焼過程で金属塩化物や硫化物などに変化し、ボイラの伝熱管に付着することにより伝熱管の腐食を引き起こす。

【0003】

ボイラの腐食を防ぐ発明としては、例えば特許文献１、２に開示された発明がある。特許文献１、２に開示された発明は、温度プローブによって測定したボイラ内の温度によってボイラ内の腐食量を観測する。そして、観測した腐食量に応じて硫黄化合物を導入することにより、塩素ガスおよび固体の形の腐食された金属の硫酸塩を維持し、ボイラ内の金属表面の腐食を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５１６５５５６号公報

【特許文献2】特許第５４０６８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１、２に開示された発明は、ボイラに投入されて未反応の硫黄化合物が回収されずにボイラより後段へ流通し、ボイラより後段にある処理設備の負担を増大させてしまう。また、導入する硫黄化合物の量に応じて飛灰の処理量も増加してしまい、飛灰処理の負担が増大してしまう。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ボイラより後段への負担を抑えてボイラ内の腐食を防ぐことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係るボイラは、廃棄物焼却炉から流通する排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる伝熱管を備えた放射室、及び、前記排ガスと伝熱管との熱交換により蒸気を過熱する対流伝熱室を備えるボイラであって、前記排ガスに含まれる二酸化硫黄の酸化を促進する酸化触媒を少なくとも前記放射室又は前記対流伝熱室に供給する供給装置を有する。

【0008】

また、本発明に係るボイラにおいては、前記二酸化硫黄の酸化を促進した前記酸化触媒を回収するホッパを有するようにしてもよい。

【0009】

また、本発明に係るボイラにおいては、前記放射室の硫黄酸化物の濃度を測定するセンサを有し、前記供給装置は、供給する前記酸化触媒の量を前記センサの測定結果に応じて調整するようにしてもよい。

【0010】

本発明に係るボイラの腐食抑制方法は、廃棄物焼却炉から流通する排ガスの放射熱を受けて蒸気を発生させる伝熱管を備えた放射室、及び、前記排ガスと伝熱管との熱交換により蒸気を過熱する対流伝熱室を備えるボイラにおいて、前記排ガスに含まれる二酸化硫黄の酸化を促進する酸化触媒を少なくとも前記放射室又は前記対流伝熱室に供給する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ボイラより後段への負担を抑えてボイラ内の腐食を防ぐことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る焼却炉とボイラの構成を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係るボイラの内部を示す図である。

【図3】図３は、変形例に係るボイラの構成を示す図である。

【図4】図４は、テールエンド型のボイラの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。

【0014】

［実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る焼却炉１とボイラ２の構成を示す図である。焼却炉１は、例えば廃棄物を焼却する焼却炉である。焼却炉１にはボイラ２が接続されており、焼却炉１で発生した排ガスは、ボイラ２へ流通する。ボイラ２には、排ガスの流れを屈曲させる屈曲部２１と屈曲部２２が設けられている。ボイラ２には、屈曲部２１と屈曲部２２とによって排ガスの流路の上流側から第１放射室１１、第２放射室１２、対流伝熱室１３が形成される。なお、焼却炉１内の廃棄物を燃焼した後に排出される排ガスは、第１放射室１１を下方から上方へ、第２放射室１２を上方から下方へ、対流伝熱室１３を下方から上方へ流れる。

【0015】

図２は、ボイラ２の内部を示す図である。第２放射室１２には、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる伝熱管４０が放射伝熱面として配置されている。対流伝熱室１３には、排ガスの流路の上流側からスクリーン管３２、２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８が設けられている。また、対流伝熱室１３の下方には、排ガス中の飛灰を補集するホッパ１５が設けられている。なお、対流伝熱室１３には、必要に応じてエコノマイザを設けてもよい。

【0016】

２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８は、それぞれ、水平方向に配列した複数の伝熱管４０を上下方向に多段に設けた伝熱管群を備えている。この伝熱管群は、対流伝熱面を構成しており、第２放射室１２の伝熱管４０で発生した蒸気を排ガスとの熱交換により更に過熱するようにされている。スクリーン管３２には伝熱管４０が設けられている。スクリーン管３２は、対流伝熱室１３に導入される排ガスを冷却し、排ガスに含まれるダスト成分を固体化してダストとして排ガスから分離する。対流伝熱室１３には、図示省略したエコノマイザが接続されており、１次過熱器３８を通過した排ガスはエコノマイザへ流通する。また、エコノマイザより後段には図示省略したバグフィルタが接続されており、排ガスに含まれている有毒物質、有毒ガス、ばいじんがバグフィルタにより除去される。

【0017】

第２放射室１２の上部には吹込み口１４が設けられている。供給装置６０は、酸化触媒５０を吹込み口１４に供給する装置である。第２放射室１２の内部には、二酸化硫黄を三酸化硫黄に変化させる酸化触媒５０が吹込み口１４から吹き込まれる。吹込み口４から吹き込まれる酸化触媒５０は、例えば、五酸化バナジウムである。

【0018】

吹込み口１４から吹き込まれる五酸化バナジウムが触媒となり、排ガスに含まれる二酸化硫黄から三酸化硫黄が式（１）に示す反応で生成される。
２ＳＯ_２＋Ｏ_２→２ＳＯ_３・・・（１）

【0019】

また、式（１）の反応で生成される三酸化硫黄が対流伝熱室１３を流通することにより、伝熱管４０に付着した塩化物と三酸化硫黄とが反応し、硫酸カリウムと塩化水素が式（２）に示す反応で生成される。
２ＫＣｌ＋ＳＯ_３＋Ｈ_２Ｏ→Ｋ_２ＳＯ_４＋２ＨＣｌ・・・（２）

【0020】

三酸化硫黄と塩化物とが反応して生成された塩化水素や硫黄酸化物は、図示省略した後段のバグフィルタにより除去される。バグフィルタにより無害化された排ガスは、図示省略した煙突から大気へ放出される。なお、第２放射室１２を流通した酸化触媒５０はホッパ１５により回収される。回収された酸化触媒５０は、飛灰と分離されて吹込み口１４に搬送されて再利用される。

【0021】

本実施形態によれば、ボイラ２に吹き込まれた酸化触媒５０はボイラ２が有するホッパ１５で回収されてボイラ２より後段のバグフィルタには流通しないため、ボイラ２より後段の負担を減らすことができる。また、硫黄化合物をボイラ２より後段に導入しないため、硫黄化合物を導入する特許文献１、２に開示された発明と比較して、ボイラ２より後段の負担を減らすことができる。

【0022】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【0023】

上述した実施形態においては、吹込み口１４が第２放射室１２の上部に設けられているが、第２放射室１２の上部以外に設けられていてもよい。例えば、第１放射室１１の上部や対流伝熱室１３の側面に設けられていてもよい。

【0024】

上述した実施形態においては、排ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を測定し、吹込み口１４へ供給する酸化触媒５０の量を測定結果に応じて調整してもよい。図３は、変形例に係るボイラ２Ａの構成を示す図である。変形例に係るボイラ２Ａにおいては、第１放射室１１の上部に硫黄酸化物の濃度を測定するセンサ６１が設置されている。センサ６１は、供給装置６０に接続されている。供給装置６０は、酸化触媒５０を吹込み口１４に供給する装置である。供給装置６０は、吹込み口１４へ供給する酸化触媒５０の量をセンサ６１の測定結果に応じて調整する。例えば供給装置６０は、センサ６１で測定される硫黄酸化物の濃度が濃くなるにつれて酸化触媒５０の供給量を増やす。この構成によれば、焼却炉１から流通してきた排ガス中の二酸化硫黄の濃度の変化に応じて排ガス中の二酸化硫黄を減らすことができる。

【0025】

上述した実施形態においては、ボイラ２及びボイラ２Ａは過熱器が縦に配置されたインテグラル型であるが、焼却炉１に連なるボイラはテールエンド型であってもよい。図４は、本発明の変型例に係るテールエンド型のボイラ２Ｂの構成を示す図である。焼却炉１で発生した排ガスは、ボイラ２Ｂへ流通する。ボイラ２Ｂには、排ガスの流れを屈曲させる屈曲部２１ａと屈曲部２２ａが設けられている。ボイラ２Ｂには、屈曲部２１ａと屈曲部２２ａとによって排ガスの流路の上流側から第１放射室１１ａ、第２放射室１２ａ、対流伝熱室１３ａが形成される。なお、焼却炉１内の廃棄物を燃焼した後に排出される排ガスは、第１放射室１１ａを下方から上方へ、第２放射室１２ａを上方から下方へ、対流伝熱室１３ａを地面と平行に流れる。

【0026】

第１放射室１１ａと第２放射室１２ａのケーシングは、水冷壁管４１から構成される。第１放射室１１ａと第２放射室１２ａは、排ガスからの放射熱を受けて水冷壁管４１で蒸気を発生させる。第２放射室１２ａの上部には吹込み口１４ａが設けられている。第２放射室１２ａの内部には、供給装置６０により供給される酸化触媒５０が吹込み口１４ａから吹き込まれる。

【0027】

対流伝熱室１３ａには、排ガスと熱交換して蒸気を過熱する過熱器３０が配置される。過熱器３０は、対流伝熱室１３ａの天井部から吊り下げられる吊下げ式の過熱器である。過熱器３０が過熱した蒸気は、蒸気タービン８０に送られる。また、対流伝熱室１３ａの下方には、排ガス中の飛灰を補集するホッパ１５ａが設けられている。対流伝熱室１３ａの後段には、エコノマイザ７０が設けられており、対流伝熱室１３ａを通過した排ガスはエコノマイザ７０へ流通する。また、エコノマイザ７０より後段には図示省略したバグフィルタが接続されており、排ガスに含まれている有毒物質、有毒ガス、ばいじんがバグフィルタにより除去される。バグフィルタにより無害化された排ガスは、図示省略した煙突から大気へ放出される。

【0028】

ボイラ２Ｂにおいては、吹込み口１４ａから吹き込まれる五酸化バナジウムが触媒となり、排ガスに含まれる二酸化硫黄から三酸化硫黄が生成される。また、生成される三酸化硫黄が対流伝熱室１３ａを流通することにより、過熱器３０を構成する伝熱管に付着した塩化物と三酸化硫黄とが反応し、硫酸カリウムと塩化水素が生成される。生成された塩化水素や硫黄酸化物は、図示省略した後段のバグフィルタにより除去される。バグフィルタにより無害化された排ガスは、図示省略した煙突から大気へ放出される。なお、酸化触媒５０はホッパ１５ａにより回収される。回収された酸化触媒５０は、飛灰と分離されて吹込み口１４ａに搬送されて再利用される。なお、ボイラ２Ｂにおいてもセンサ６１を設け、吹込み口１４へ吹き込む酸化触媒５０の量をセンサ６１の測定結果に応じて調整してもよい。

【0029】

本変形例によれば、酸化触媒５０はホッパ１５ａで回収されて後段のバグフィルタには流通しないため、テールエンド型のボイラ２Ｂより後段の負担を減らすことができる。

【符号の説明】

【0030】

１ 焼却炉
２、２Ａ、２Ｂ ボイラ
１１、１１ａ 第１放射室
１２、１２ａ 第２放射室
１３、１３ａ 対流伝熱室
１４、１４ａ 吹込み口
１５、１５ａ ホッパ
２１、２１ａ、２２、２２ａ 屈曲部
３０ 過熱器
３２ スクリーン管
３４ ２次過熱器
３６ ３次過熱器
３８ １次過熱器
４０ 伝熱管
５０ 酸化触媒
６０ 供給装置
６１ センサ
７０ エコノマイザ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】