JP2518892B2 - 流動床ボイラの構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本願発明は、製紙工場から排出される、燃焼によって
塩化水素ガスあるいは塩素ガス等の有害成分を発生させ
る排水スラッジ等を石炭と混燃する流動床ボイラにおい
て、燃焼によって上記有害成分を発生させる燃料の未燃
分を含有した灰を回収して燃焼させた際にも高温の伝熱
管を腐食させることのない技術に関するものである。

［従来の技術］ 製紙工場から発生する製紙排水スラッジ等の産業廃棄
物は、焼却処理されるのが通常の方法であるが、水分が
60〜70％と高いために焼却し難いものであった。近年、
このスラッジの焼却処理と有効熱利用を兼ねて、スラッ
ジと石炭とを混燃する流動床ボイラが計画されるように
なった。スラッジの焼却処理を主目的とする流動床ボイ
ラは層内に収熱管を入れずとも、スラッジ中水分の蒸発
潜熱のみで層内温度の維持、抑制が可能であるが、一定
の蒸発量を確保しなければならない場合は、層内に蒸発
管や過熱管を挿入して収熱する必要が生ずる。

一方、製紙スラッジ中には、Cl分を含むものが多く、
燃焼で生成した塩化水素ガス（HCl）や塩素ガス（Cl₂）
が燃焼器の高温金属部でおこす腐食は、塩素による高温
腐食として周知の通りであり、高温蒸気を発生させる一
部のごみ焼却炉等で障害が生じている。塩素による高温
腐食現象は、メタル温度が400℃以上の箇所で生ずる可
能性があることから、従来は腐食防止策として蒸気過熱
器を具設しないか、あるいは蒸気過熱器を具設する場合
でも蒸気過熱器の管壁温度が400℃以下になるように蒸
気温度を約300℃以下に抑えることが行われていた。

また金属の高温腐食を防止する他の従来技術として、
塩化水素ガスあるいは塩素ガス等を発生する燃料（以
下、スラッジ等の燃料ということもある。）を燃焼する
炉と、発生した飽和蒸気を過熱する炉とを別置きとし、
過熱器を設置した炉の燃料には高温腐食を生じない石炭
あるいは重油等を燃焼することが行われていた。

第２図は第１の従来の技術の例を示す図で、スラッジ
等の燃料を燃焼して発生した蒸気を石炭あるいは重油等
を燃焼するボイラの煙道内に挿設した過熱器で昇温させ
る場合の系統図である。第２図において、51はスラッジ
等の燃料の燃焼炉、52は排熱ボイラ、53は石炭または重
油等燃焼ボイラ、54は低温蒸気、55は高温蒸気、56は蒸
気過熱器、57はスラッジ等の燃料供給口、58はバーナで
ある。

燃料供給口57から送入されたスラッジ等の燃料は、燃
焼炉51内で燃焼され、発生した高温ガスは排熱ボイラ52
に流入する。排熱ボイラ52は節炭器あるいは蒸発管等の
低温伝熱面によって構成されており、通常は蒸気過熱器
を具備していないが、蒸気過熱器を具備する場合には、
該過熱器の管壁温度が400℃を越えることのないよう
に、蒸気温度は約300℃以下の低温に抑えされている。

一方、前記燃焼炉51とは別に石炭あるいは重油等を燃
焼するボイラ53が設置されており、同ボイラ53の煙道部
には排熱ボイラ52で発生させた低温の蒸気を過熱するた
めの蒸気過熱器56が挿設されている。蒸気過熱器56に接
する燃焼ガスは、石炭あるいは重油等の燃焼ガスである
ことから蒸気温度が300℃を越え、過熱器管の管壁温度
が400℃を越えた場合でも過熱器管が塩素によって腐食
されることがない。

第３図は第２の従来の技術の例を示す図で、三菱重工
技報Vol.17,No.6に掲載された、スラッジ等の燃料を燃
焼する炉と、バーク等の燃料を燃焼するボイラと、重油
を燃料とするボイラとを別個に設置し、それぞれの風煙
道系および蒸気系を効果的に係合した場合の系統図であ
る。第３図において、61はスラッジ等の燃料を燃焼する
流動焼却炉、62はバーク等の燃料を燃焼するストーカボ
イラ、63は重油燃焼ボイラ、64はタービン、65はストー
カ、66は高温空気ダクト、67,68は押込送風機、69は誘
引送風機、70は電気集塵器、71は脱硫装置、72は煙突、
73はスラッジ等の燃料、74はバーク等の燃料、75はフィ
ルタプレス、76、77は空気予熱器である。

バーク等の燃料74はストーカボイラ62の燃焼室に投入
され、ストーカ65上で燃焼する。燃焼によって発生した
高温ガスはストーカボイラ62の伝熱部を通過する間に熱
交換を行って飽和蒸気を発生させるとともに、ガス自身
の温度を降下させ、空気予熱器76,77によって押込送風
機67,68から圧送されるストーカボイラ62および流動焼
却炉61の燃焼用空気と熱交換を行って更に温度を降下さ
せたのち、電気集塵器70で除塵され、脱硫装置71で硫化
物を低減したのち煙突72から大気中に放出される。

一方、流動焼却炉61に投入されたスラッジ等の燃料73
は、押込送風機68から圧送され、ストーカボイラ62の排
ガスと熱交換を行って昇温した空気によって流動状態で
燃焼を行い、高温の燃焼ガスを発生する。発生した高温
ガスはストーカボイラ62の伝熱部に送入され、ストーカ
65上で燃焼したバーク等の燃料の燃焼ガスと共にストー
カボイラ62の伝熱部で熱交換を行い、飽和蒸気を発生さ
せたのち排出される。

流動焼却炉61から発生した燃焼ガス中には塩化水素ガ
スあるいは塩素ガス等が含有されているが、ストーカボ
イラ62の伝熱部にはメタル温度が400℃を越える箇所が
存在しないため塩素による高温腐食を生ずることはな
い。

ストーカボイラ62においてバーク等の燃料74の燃焼ガ
スおよび流動焼却炉61から送入された高温ガスによって
発生した飽和蒸気は、重油燃焼ボイラ63において発生さ
せた飽和蒸気と共に重油燃焼ボイラ63内に取り付けられ
た蒸気過熱器に送気され、利用熱効率の高い高温蒸気に
過熱されたのちタービン64に送気される。

［発明が解決しようとする課題］ このように上記従来の技術においても、塩化水素ガス
あるいは塩素ガス等を発生して高温腐食を生ぜしめる燃
料を燃焼し、しかも高温腐食を生ずることなく燃焼熱を
効率よく利用することが可能であった。しかしながら上
記従来の技術はいずれも複数の炉あるいはダクト類が必
要になり設備費が高くなるという不具合を有していたた
め、近年に至って流動層部分を塩素を含有する燃料を燃
焼するセルと、塩素を含有しない燃料を燃焼するセルと
に仕切り、塩素を含有する燃料を燃焼するセル内には管
壁が高温度になる伝熱管を設けない構造が用いられてい
る。

しかしながら、それらの技術においても流動層炉から
ガス流に伴われて飛散した粒子の捕集、循環に関しては
未だ十分な解析が行われていない。

本願発明はこのような現状に鑑みてなされたもので、
簡潔な構成によって流動層からガス流に伴われて飛散し
た未燃物質を含む粒子を捕集し、それを高温腐食を生ぜ
しめることなく燃焼させる構造を提供することを目的と
している。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的は、前記特許請求の範囲に記載された流動
床ボイラの構造によって達成される。すなわち、 複数の種類の異なる燃料を燃焼する流動床ボイラの流
動層部分を、燃焼によって塩化水素ガスあるいは塩素ガ
ス等を発生する燃料を燃焼するセルと、燃焼によって塩
化水素ガスあるいは塩素ガス等を発生しない燃料を燃焼
するセルとに区分し、管壁温度が400℃を越える過熱器
管を塩化水素ガスあるいは塩素ガス等を発生しない燃料
を燃焼するセルの層内に構設し、該セル以外のセルの層
内または燃焼ガスと接触する通路内には管壁温度が400
℃を越える過熱器管を構設しない流動床ボイラにおい
て、未燃灰再循環時における未燃灰の送入位置を、管壁
温度が400℃を越える過熱器管を構設しているセル以外
のセル内とする流動床ボイラの構造である。

以下、本願発明の作用等について実施例に基づいて説
明する。

［実施例］ 第１図は本願発明の一実施例を示すもので、製紙工場
から排出される塩素分を含有した排水スラッジを燃焼す
る流動床ボイラを基にし、未燃灰の再循環の系路を含む
各部の系統を示す図である。第１図において、１はボイ
ラ本体、２は石炭専焼セル、３はスラッジ燃焼セル、４
は第１過熱器、５は蒸発管、６は節炭器、７は第２過熱
器、８は蒸発管、９は隔壁、10はスラッジ投入口、11は
石炭投入口、12は低温過熱蒸気、13は高温過熱蒸気、14
は空気予熱器、15は集塵器、16は押込送風機、17はエゼ
クタ、18は未燃灰再循環管である。

製紙工場から排出された、水分60〜70％を含むスラッ
ジはボイラ本体１に取り付けられたスラッジ投入口10か
らスラッジ燃焼セル３上に投入される。また一方、石炭
投入口11から石炭専焼セル２上に石炭が投入される。石
炭専焼セル２とスラッジ燃焼セル３との間には流動層部
において隔壁９が形設されており、それぞれの燃料ある
いは燃焼生成物の混合を防止しているが、各セルの上部
空塔部は流通自在な構造としてあり、スラッジ燃焼セル
３内で発生した燃焼ガスは石炭専焼セル２内で発生した
石炭燃焼ガスと混合されてボイラ本体１燃焼室内を上昇
し、対流伝熱部に構設された第１過熱器４、蒸発管５お
よび節炭器６等を経てボイラ本体１から排出され、更に
空気予熱器14において燃焼用空気と熱交換を行ったのち
集塵器15で除塵されて大気中に放出される。

ボイラ本体１の輻射部、対流伝熱部の節炭器６、蒸発
管５および石炭専焼セル２の流動層内に構設された蒸発
管８等において吸熱して発生した飽和蒸気は、まずボイ
ラドラムから対流伝熱部に構設された第１過熱器４に送
入されて過熱される。その際、過熱蒸気の温度は、過熱
器管の管壁温度が400℃を越えないように約300℃以下に
保たれる。

第１過熱器４で過熱された蒸気は更に石炭専焼セル２
の流動層内に構設された第２過熱器７に送入されて過熱
され、利用熱効率のよい高温蒸気となってボイラ系外に
送気される。その際、第１過熱器４と接触する燃焼ガス
は、スラッジ燃焼ガスと石炭燃焼ガスとの混合ガスであ
ることから、スラッジ燃焼ガス中に含有される塩化水素
ガスあるいは塩素ガス等による塩素高温腐食を生ぜしめ
ることのないように第１過熱器４の管壁温度が400℃を
越えないように蒸気温度を設定してある。

また石炭専焼セル２の流動層内に構設された第２過熱
器７は、石炭専焼セル２とスラッジ燃焼セル３とが流動
層部において隔壁９によって遮断されており、スラッジ
の燃焼によって発生した塩化水素ガスあるいは塩素ガス
等が石炭専焼セル２の流動層内に流入する可能性が全く
ないことから、第２過熱器７における蒸気温度を十分高
い値にしても、過熱器管に塩素による高温腐食が発生す
ることはない。

流動層炉からガス流れに伴われて飛散する粒子（飛
灰、フライアッシュ）は、中に未燃物質を含む場合に
は、通常未燃灰と呼ばれており、ボイラ効率を上昇させ
るためには上記未燃灰を捕集してボイラの炉内に循環送
入して燃焼させる必要がある。

しかし塩素分を含有したスラッジを燃焼した際には、
スラッジから発生した塩化水素が未燃灰中に含まれるCa
等と低温で吸着し、高温で分離する動作を繰り返すとい
う性質を有している。そのため空気予熱器14あるいは集
塵器15等で回収した未燃灰の全量を、エゼクタ17および
未燃灰再循環管18によって、層内に管壁温度が400℃を
越える伝熱管を有しないスラッジ燃焼セル３内に送入す
ることにより、未燃分の燃焼を完結させてボイラ効率を
上昇させるとともに、石炭専焼セル２流動層内に構設さ
れた第２過熱器管等の伝熱管が塩素によって腐食される
のを防止し得る。

［発明の効果］ 本願発明は、以上説明したように構成されていること
により、利用熱効率の高い高温蒸気を１体型のボイラで
発生させるとともに、未燃分の低減策を高温腐食の課題
を解決してリサイクル方式で行うことを可能にし、ボイ
ラ効率の上昇および設備費の低減を可能にするという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の一実施例で、塩素による高温腐食を
生ずることなく未燃分の循環燃焼を行い得る流動床ボイ
ラの系統を示す図である。 第２〜３図は、従来の技術の例である。 １……ボイラ本体、２……石炭専焼セル、３……スラッ
ジ燃焼セル、４……第１過熱器、5,8……蒸発管、６…
…節炭器、７……第２過熱器、９……隔壁、10……スラ
ッジ投入口、11……石炭投入口、12……低温過熱蒸気、
13……高温過熱蒸気、14……空気予熱器、15……集塵
器、16……押込送風機、17……エゼクタ、18……未燃灰
再循環管、51……スラッジ等の燃料の燃焼炉、52……排
熱ボイラ、53……石炭または重油等燃焼ボイラ、54……
低温蒸気、55……高温蒸気、56……蒸気過熱器、57……
スラッジ等の燃料供給口、58……バーナ、61……スラッ
ジ等の燃料を燃焼する流動焼却炉、62……バーク等の燃
料を燃焼するストーカボイラ、63……重油燃焼ボイラ、
64……タービン、65……ストーカ、66……高温空気ダク
ト、67,68……押込送風機、69……誘引送風機、70……
電気集塵器、71……脱硫装置、72……煙突、73……スラ
ッジ等の燃料、74……バーク等の燃料、75……フィルタ
プレス、76,77……空気予熱器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の種類の異なる燃料を燃焼する流動床
   ボイラの流動層部分を、燃焼によって塩化水素ガスある
   いは塩素ガス等を発生する燃料を燃焼するセルと、燃焼
   によって塩化水素ガスあるいは塩素ガス等を発生しない
   燃料を燃焼するセルとに区分し、管壁温度が400℃を越
   える過熱器管を塩化水素ガスあるいは塩素ガス等を発生
   しない燃料を燃焼するセルの層内に構設し、該セル以外
   のセルの層内または燃焼ガスと接触する通路内には管壁
   温度が400℃を越える過熱器管を構設しない流動床ボイ
   ラにおいて、 未燃灰再循環時における未燃灰の送入位置を、管壁温度
   が400℃を越える過熱器管を構設しているセル以外のセ
   ル内とすることを特徴とする流動床ボイラの構造。