特開 2024-110059 ボイラの腐食抑制装置及び方法

(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】P2024110059

(43)【公開日】2024-08-15

(54)【発明の名称】ボイラの腐食抑制装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/00 20060101AFI20240807BHJP

   F22B 37/10 20060101ALI20240807BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20240807BHJP

   F23J 15/02 20060101ALI20240807BHJP

   B01D 53/50 20060101ALI20240807BHJP

   B01D 53/68 20060101ALI20240807BHJP

   B01D 53/70 20060101ALI20240807BHJP

   B01D 53/64 20060101ALI20240807BHJP

   B01D 53/82 20060101ALI20240807BHJP

   B01D 53/83 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

F22B37/00 A

F22B37/10 602Z

F23J15/00 B

F23J15/00 J

F23J15/02

F22B37/00 B

F23J15/00 Z

B01D53/50 100

B01D53/68 100

B01D53/70 ZAB

B01D53/64 100

B01D53/82

B01D53/83

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014400

(22)【出願日】2023-02-02

(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】100112140

【弁理士】

【氏名又は名称】塩島 利之

(74)【代理人】

【識別番号】100119297

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 正男

(72)【発明者】

【氏名】川崎 翔太

(72)【発明者】

【氏名】川畑 秀駿

【テーマコード（参考）】

3K070

4D002

【Ｆターム（参考）】

3K070DA02

3K070DA03

3K070DA05

3K070DA07

3K070DA16

3K070DA22

3K070DA24

3K070DA77

4D002AA02

4D002AA12

4D002AA19

4D002AA21

4D002AA29

4D002AC10

4D002BA03

4D002BA04

4D002BA14

4D002CA07

4D002CA11

4D002CA13

4D002DA02

4D002DA03

4D002DA12

4D002DA16

4D002DA41

4D002DA47

4D002DA70

4D002EA02

4D002EA07

4D002EA08

4D002HA01

(57)【要約】

【課題】ボイラの腐食の抑制と排ガスの無害化を同時になすことができるボイラの腐食抑制装置を提供する。
【解決手段】廃棄物焼却炉１の排ガスを熱回収するボイラ２から排出される排ガスに含まれる煤塵を除去する第１集塵装置４と、煤塵を除去した排ガスからＳＯｘを選択的に分離するＳＯｘ分離装置５，６と、ＳＯｘ分離装置によってＳＯｘを分離した後の排ガスからＨＣｌ、水銀、又はダイオキシン類の少なくとも一つを除去する第２集塵装置７と、ＳＯｘ分離装置５，６によって分離されたＳＯｘをボイラ２及び／又は廃棄物焼却炉１に吹き込む吹込み装置９と、を備えるボイラの腐食抑制装置である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃棄物焼却炉の排ガスを熱回収するボイラから排出される排ガスに含まれる煤塵を除去する第１集塵装置と、
煤塵を除去した排ガスからＳＯｘを選択的に分離するＳＯｘ分離装置と、
前記ＳＯｘ分離装置によってＳＯｘを分離した後の排ガスからＨＣｌ、水銀、又はダイオキシン類の少なくとも一つを除去する第２集塵装置と、
前記ＳＯｘ分離装置によって分離されたＳＯｘを前記ボイラ及び／又は前記廃棄物焼却炉に吹き込む吹込み装置と、を備えるボイラの腐食抑制装置。

【請求項2】

前記ＳＯｘ分離装置は、再生可能な吸着材を備えることを特徴とする請求項１に記載のボイラの腐食抑制装置。

【請求項3】

廃棄物焼却炉の排ガスを熱回収するボイラから排出される煤塵を除去する工程と、
煤塵を除去した排ガスからＳＯｘを選択的に分離する工程と、
ＳＯｘが分離された排ガスからＨＣｌ、水銀、又はダイオキシン類の少なくとも一つを除去する工程と、
分離されたＳＯｘを前記ボイラ及び／又は前記廃棄物焼却炉に吹き込む工程と、を備え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、廃棄物焼却炉から排出される排ガスから熱を回収するボイラの腐食抑制装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

都市ごみ等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉には、廃棄物焼却炉から排出される排ガスから熱を回収するボイラが設けられる。ボイラは、煙道を構成する水冷壁と、煙道に配置される過熱器を備える。水冷壁は、水を加熱して蒸気を発生させる。過熱器は、蒸気を過熱して過熱蒸気にする。過熱蒸気は、蒸気タービンに供給される。

【0003】

廃棄物には、プラスチック等の含塩素樹脂が含まれる。このため、廃棄物を燃焼させると、ＨＣｌガスやＣｌ_２ガスが発生し、ボイラの過熱器の伝熱管群の表面にＨＣｌガスやＣｌ_２ガスに起因する塩素分を含んだ燃焼灰が堆積する。この塩素分を含んだ燃焼灰は、ボイラの過熱器を腐食させるという問題がある。

【0004】

ボイラの過熱器の腐食を抑制するために、ボイラの排ガス中のＳＯｘ濃度を高める試みがなされている。例えば特許文献１には、ＳＯ_２ボンベに貯蔵したＳＯ_２をボイラの過熱器の上流側に吹き込み、ＳＯ_２濃度を高める技術が開示されている。吹き込んだＳＯ_２は過熱器に付着した燃焼灰に吸着されるので、過熱器の腐食を抑制できる。

【0005】

また、特許文献２には、同目的を達成するため、硫黄分を含む廃タイヤ等を廃棄物燃料に混ぜ、燃焼灰中に硫黄分による硫化物を生成させる技術が開示されている。燃焼灰中に硫化物を生成させることにより、燃焼灰中の塩素分の濃度が下がるので、過熱器の腐食を抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平６－１８０１０４号公報

【特許文献2】特許第４２８４２５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、従来のボイラの腐食抑制装置においては、系内にＳを含む添加物（ＳＯ_２、廃タイヤ）を加えるので、処理設備への負荷が増大したり、飛灰等の特別な管理が必要な廃棄物量が増加するなどの問題が生じたり、吹込み物確保のためのコストが増大したりするので、実現性に乏しい。

【0008】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ボイラの腐食の抑制と排ガスの無害化を同時になすことができるボイラの腐食抑制装置及び方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、廃棄物焼却炉の排ガスを熱回収するボイラから排出される排ガスに含まれる煤塵を除去する第１集塵装置と、煤塵を除去した排ガスからＳＯｘを選択的に分離するＳＯｘ分離装置と、前記ＳＯｘ分離装置によってＳＯｘを分離した後の排ガスからＨＣｌ、水銀、又はダイオキシン類の少なくとも一つを除去する第２集塵装置と、前記ＳＯｘ分離装置によって分離されたＳＯｘを前記ボイラ及び／又は前記廃棄物焼却炉に吹き込む吹込み装置と、を備えるボイラの腐食抑制装置である。

【0010】

本発明の他の態様は、廃棄物焼却炉の排ガスを熱回収するボイラから排出される煤塵を除去する工程と、煤塵を除去した排ガスからＳＯｘを選択的に分離する工程と、ＳＯｘが分離された排ガスからＨＣｌ、水銀、又はダイオキシン類の少なくとも一つを除去する工程と、分離されたＳＯｘを前記ボイラ及び／又は前記廃棄物焼却炉に吹き込む工程と、を備えるボイラの腐食抑制方法である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、系内にＳを含む添加物を加えることなくボイラ内の排ガスのＳＯｘ濃度を高めることができるので、ボイラの腐食の抑制と排ガスの無害化を同時になすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態のボイラの腐食抑制装置を用いた廃棄物焼却設備の系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態のボイラの腐食抑制装置を説明する。ただし、本発明のボイラの腐食抑制装置は、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態のボイラの腐食抑制装置を用いた廃棄物焼却設備の系統図を示す。１は廃棄物焼却炉、２はボイラ、３はエコノマイザ、４は第１集塵装置、５，６はＳＯｘ分離装置、７は第２集塵装置、８は煙突、９は吹込み装置である。本実施形態のボイラの腐食抑制装置は、第１集塵装置４と、ＳＯｘ分離装置５，６と、第２集塵装置７と、吹込み装置９と、を備える。以下に各部の構成を説明する。

【0015】

廃棄物焼却炉１は、例えばストーカ式焼却炉である。廃棄物焼却炉１は、廃棄物を乾燥・燃焼させる炉本体１１と、炉本体１１に廃棄物を投入するホッパ１２と、を備える。炉本体１１の下部には、廃棄物を燃焼させる燃焼用空気を供給すると共に、廃棄物を搬送するストーカ１３が設けられる。ストーカ１３の上方には、一次燃焼室１５と二次燃焼室１６が設けられる。排ガスは一次燃焼室１５と二次燃焼室１６を下方から上方に流れる。焼却灰は、ストーカ１３によって排出口１４まで搬送され、排出口１４から排出される。なお、廃棄物焼却炉１の種類は特に限定されるものではなく、例えば流動層式焼却炉等でもよい。

【0016】

廃棄物焼却炉１の下流側には、廃棄物焼却炉１の排ガスから熱を回収するボイラ２が設けられる。ボイラ２の煙道は、放射伝熱室２１と対流伝熱室２２を備える。廃棄物焼却炉１の二次燃焼室１６を下方から上方に流れる排ガスは、第１偏向部２３によって流れの向きを変えられ、ボイラ２の放射伝熱室２１を上方から下方に向かって流れ、第２偏向部２４によって流れの向きを変えられ、対流伝熱室２２を下方から上方に向かって流れる。放射伝熱室２１と対流伝熱室２２の内壁は、水冷壁によって構成される。水冷壁は、水を加熱して蒸気を発生させる。

【0017】

対流伝熱室２２には、複数の過熱器２５が配置される。過熱器２５は、排ガスと熱交換を行う伝熱管群を備え、蒸気を過熱して過熱蒸気を発生させる。過熱器２５は、例えば排ガスの下流側から初段過熱器、中段過熱器、終段過熱器を備える。

【0018】

ボイラ２の下流側には、エコノマイザ３が設けられる。エコノマイザ３は、排ガスと熱交換を行う伝熱管群を備え、水を加熱して加温水を発生させる。

【0019】

エコノマイザ３の下流側には、第１集塵装置４が設けられる。第１集塵装置４は、電気集塵機、濾過式集塵機等であり、排ガスに含まれる煤塵を除去する。第１集塵装置４は、やや高温（例えば２００℃）で煤塵を除去するため、電気集塵機が望ましいが、濾過式集塵機を用いてもよい。第１集塵装置４は、ＳＯｘ分離装置５，６の吸着材が煤塵によって目詰まりするのを防止する役割も持つ。

【0020】

第１集塵装置４の下流側には、ＳＯｘを選択的に分離するＳＯｘ分離装置５，６が設けられる。ＳＯｘは、硫黄酸化物であり、ＳＯ_２、ＳＯ_３、Ｈ_２ＳＯ_４ガス等の少なくとも一つである。ＳＯｘ分離装置５は、セラミックフィルタ、無機系吸着材、金属有機構造体（ＭＯＦ：Metal Organic Frameworks）等の吸着材によりＳＯｘを選択的に分離してもよいし、過酸化物の吹込みによりＳＯｘを選択的に分離してもよい。また、ＳＯｘ分離装置５，６は、ＳＯｘのみを選択的に分離してもよいし、ＳＯｘと共にＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣｌ（塩化水素）を選択的に分離してもよい。

【0021】

ＳＯｘ分離装置５，６が吸着材を備える場合、吸着材が再生可能、すなわち吸着材からＳＯｘを離脱可能であることが望ましい。例えば吸着材に熱風を吹き込んだり、吸着材を処理したり、又は吸着材を振動させることにより、吸着材からＳＯｘを離脱させることができる。

【0022】

２つのＳＯｘ分離装置５，６は、煙道の切り替えにより交互に使用される。すなわち、ＳＯｘ分離装置５がＳＯｘを吸着するとき、ＳＯｘ分離装置６はＳＯｘを離脱させる。また、ＳＯｘ分離装置６がＳＯｘを吸着するとき、ＳＯｘ分離装置５はＳＯｘを離脱させる。なお、煙道の切り替えを行うことなく、ＳＯｘ分離装置５の吸着材を取り出して、ＳＯｘ分離装置６に組み込むようにしてもよい。

【0023】

吹込み装置９は、ＳＯｘ分離装置５，６によって分離されたＳＯｘをボイラ２に吹き込む。吹込み装置９は、送風機を備え、ＳＯｘ分離装置５，６に空気と熱（熱風）を吹き込む。吹込み装置９がＳＯｘ分離装置５，６に熱風を吹き込むと、ＳＯｘ分離装置５，６からＳＯｘが離脱する。離脱したＳＯｘは、配管を介してボイラ２の過熱器２５の上流に吹き込まれる。過熱器２５の腐食抑制のためには、ＳＯｘをボイラ２に吹き込むのが効果的であるが、ＳＯｘを廃棄物焼却炉１に吹き込んでもよいし、ボイラ２と廃棄物焼却炉１に吹き込んでもよい。

【0024】

ＳＯｘ分離装置５，６の下流側には、第２集塵装置７が設けられる。第２集塵装置７は、ＳＯｘ分離装置５，６によってＳＯｘを分離した後の排ガスからＨＣｌ、水銀、及びダイオキシン類を除去する。低温（例えば１４０℃）でＨＣｌ、水銀、及びダイオキシン類を除去するため、濾過式集塵機を使用するのが望ましい。また、第２集塵装置７には、ＨＣｌを除去するためのアルカリ剤と、水銀、ダイオキシン類を除去するための活性炭を吹き込むのが望ましい。アルカリ剤は、消石灰、重曹、又はドロマイトの少なくとも１つを含む。アルカリ剤や活性炭は、ＳＯｘも除去するので、ＳＯｘ分離装置５の下流側に第２集塵装置７を配置する。なお、第２集塵装置７にアルカリ剤のみを吹き込み、ＨＣｌを除去するようにしてもよいし、第２集塵装置７に活性炭のみを吹き込み、水銀とダイオキシン類を除去するようにしてもよい。また、第２集塵装置７を湿式洗煙装置とし、ＨＣｌ、水銀、及びダイオキシン類を除去しても良い。

【0025】

不純物が除去された排ガスは煙突８から大気に放出される。ＮＯｘを除去する必要があるときは、第２集塵装置７の下流に排ガスのＮＯｘを除去する脱硝装置を設けてもよい。

【0026】

以下に本実施形態のボイラの腐食抑制装置の効果を説明する。
系内にＳを含む添加物を加えることなくボイラ２内の排ガスのＳＯｘ濃度を高めることができるので、ボイラ２の腐食の抑制と排ガスの無害化を同時になすことができる。

【0027】

過熱器２５の伝熱管の表面で起きる腐食は、ＨＣｌや伝熱管に腐食した焼却灰中のＣｌ分が引き起こす塩化－酸化腐食である。ボイラ２内の排ガスのＳＯｘ濃度を高めることにより、焼却灰中のＣｌとＳの交換反応が促進される。このため、塩化－酸化腐食が抑制される。

【0028】

ＳＯｘ分離装置５，６の上流側に第１集塵装置４を設けるので、ＳＯｘ分離装置５，６の吸着材が目詰まりするのを防止できる。また、ＳＯｘ分離装置５，６の下流側に第２集塵装置７を設けるので、ＳＯｘ分離装置５，６が排ガスからＳＯｘを分離する前に第２集塵装置７により排ガスからＳＯｘが除去されるのを防止できる。

【0029】

ＳＯｘ分離装置５，６が再生可能な吸着材を備えるので、排ガスからＳＯｘを分離したり、分離したＳＯｘをボイラ２及び／又は廃棄物焼却炉１に吹き込むのが容易である。

【符号の説明】

【0030】

１…廃棄物焼却炉
２…ボイラ
３…エコノマイザ
４…第１集塵装置
５，６…ＳＯｘ分離装置
７…第２集塵装置
８…煙突
９…吹込み装置

【図1】