(57)【要約】【課題】水冷壁の還元腐食が有効に解消できる焼却炉用廃熱回収ボイラを提供する。【解決手段】水冷壁で区画形成された冷却室２を焼却炉１の出口側に接続し、焼却炉１で生成した燃焼ガスの保有熱を回収する焼却炉用廃熱回収ボイラにおいて、冷却室２の入口側に酸素濃度検出器２５を設け、冷却室２にノズル２７を設置して、酸素濃度検出器２５で還元雰囲気の生成を検出すると、ノズル２７から酸素含有気体を冷却室に供給して、還元雰囲気による水冷壁の還元腐食を防止するように構成されていることを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004060992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷壁で区画形成された冷却室を焼却炉の出口側に接続し、前記焼却炉で生成した燃焼ガスの保有熱を回収する焼却炉用廃熱回収ボイラにおいて、
前記冷却室の入口側に酸素濃度検出器を設け、前記冷却室にノズルを設置して、前記焼却炉での還元雰囲気の生成を前記酸素濃度検出器で検出すると、前記ノズルから酸素含有気体を前記冷却室に供給して、還元雰囲気による水冷壁の還元腐食を防止するように構成されていることを特徴とする焼却炉用廃熱回収ボイラ。
【請求項２】
請求項１記載の焼却炉用廃熱回収ボイラにおいて、前記燃焼炉が、焼却する物の水分を蒸発させる乾燥段と、乾燥した物を燃焼させる燃焼段を有し、その乾燥段と燃焼段に空気が分配されて、乾燥段の空気分配量が燃焼段の空気分配量よりも少なく設定されていることを特徴とする焼却炉用廃熱回収ボイラ。
【請求項３】
請求項２記載の焼却炉用廃熱回収ボイラにおいて、前記酸素濃度検出器ならびにノズルが、前記燃焼炉の乾燥段からのガスが流通する側に主に設けられていることを特徴とする焼却炉用廃熱回収ボイラ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか記載の焼却炉用廃熱回収ボイラにおいて、前記燃焼炉で焼却する物が廃棄物であることを特徴とする焼却炉用廃熱回収ボイラ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか記載の焼却炉用廃熱回収ボイラにおいて、前記酸素含有気体が空気、排ガスまたは排ガスと空気の混合ガスであることを特徴とする焼却炉用廃熱回収ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばストーカ式焼却炉などの焼却炉で生成した燃焼ガスから熱を回収する焼却炉用廃熱回収ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の廃棄物（以下、ごみと略記する）を焼却するのに、ストーカ式焼却炉が用いられる。この焼却炉は、炉内に投入されたごみが炉外へ排出されるまでに、一定速度で移動している火格子上で完全焼却され、不燃物と灰が炉外へ排出されるシステムである。このストーカ式ごみ焼却炉で生成した燃焼ガスから熱を回収する焼却炉用廃熱回収ボイラを図７に示す。
【０００３】
同図において１はごみを焼却するストーカ焼却炉で、内部に一定速度で移動する火格子を有している。廃熱回収ボイラはストーカ焼却炉１の上部に接続され、主要な構成として、第一冷却室２、第二冷却室３、第三冷却室４、その第三冷却室４内に設置された過熱器５、蒸発水管６、ならびにドラム７などを備えている。
【０００４】
ストーカ焼却炉１で生成した燃焼ガスは、第一冷却室２に導入され、第一冷却室２の上部へ流れてターンし、第二冷却室３へと流れる。第二冷却室３内を下方に向かって流れ、第二冷却室３及び第三冷却室４の下部ホッパ内で再びターンし、第三冷却室４内を上昇して、廃熱回収ボイラ外へ排出される。
【０００５】
廃熱回収ボイラを出た排ガスは、節炭器８、減温器９、環境規制を満足するために設置された酸性ガス除去装置、脱硫装置、脱硝装置、ダイオキシン類除去装置ならびに集塵装置などの単独もしくはその組み合わせからなる環境装置１０、誘引通風機１１、排ガス再加熱器１２、空気混合機１３を通過した後に煙突１５から大気中に放出される。
【０００６】
燃焼ガスの保有熱は、第一冷却室２、第二冷却室３、第三冷却室４を構成している各水冷壁、過熱器５、蒸発水管６及び節炭器８によって熱回収される。
【０００７】
ストーカ炉１でごみを焼却する際に必要な空気は、節炭器８の出口側に設置された酸素濃度計２４で排ガス中の酸素濃度を測定し、予め設定した酸素濃度になるように燃焼用空気送風機１６の風量を調整する。
【０００８】
図中の１４は白煙防止用送風機、１７は燃焼用空気予熱器、１８は白煙防止用空気加熱器、２２はごみホッパ、２３はごみ供給機である。
【０００９】
ここで、従来から問題となっている廃熱回収ボイラの還元腐食について説明する。図８に示すように、ごみはごみホッパ２２からごみ供給機２３を経てストーカ炉１の火格子上へ供給される。
【００１０】
ストーカ炉１は、その目的からごみの水分を蒸発させて乾燥する乾燥段１９、乾燥したごみを燃焼させる燃焼段２０、及び未燃分を完全に燃焼させるための後燃段２１に大別できる。
【００１１】
これらの目的に合わせて、燃焼用空気送風機１６から供給される空気量を各段１９〜２１に分配する訳けであるが、乾燥が比較的速い紙類やプラスチック類のごみもあれば、水分が多い厨芥類も存在している。前記空気配分は試運転中などに調整すれば、その後に空気配分を調整することはほとんど無い。
【００１２】
よって、紙類やプラスチック類などの乾燥の速いごみが多量に供給された場合は、乾燥段１９や燃焼段２０の前流側で燃焼が始まり、燃焼に合わせた空気量が供給されていないことから酸素不足に陥り、還元雰囲気となる。
【００１３】
図９は図８Ａ−Ａ線上の断面図で、一般的なストーカ炉に設置された廃熱回収ボイラの第一冷却室２における水冷壁の還元腐食発生範囲を斜線で示している。
この図に示されているように、顕著な還元腐食域が確認できるのは、第一冷却室２の中心から缶前側、つまり、ごみが供給される側に発生し、これが乾燥段１９や燃焼段２０の上流側での急激な燃焼による還元雰囲気発生に起因していることが分かる。
【００１４】
この還元腐食対策のために、現在では当該部に耐腐食性材料の溶射や耐腐食合金との水冷壁二重構造を採用している。しかしこの対策は恒久的対策ではなく、耐腐食といっても腐食量が従来使用している炭素鋼に比較して腐食量が少ないだけであり、定期的な補修・メンテナンスが必要となる。
【００１５】
また、ごみの性状は時々刻々と変化することから、還元腐食による減肉状態が精度良く予測できず、計画的な補修計画が立て難いことから、事前の補修を実施することになり、メンテナンスコストが増加するという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来は、還元腐食を低減するために耐腐食性材料の溶射や耐腐食合金との水冷壁二重構造を採用することで対処しているが、この方法では還元腐食発生の要因となるごみ質が続いた場合やごみ質の変動が大きかった場合の減肉量を考慮した過剰な設備を予め設ける必要があるため、補修費用が過大となるという欠点を有している。
【００１７】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、水冷壁の還元腐食が有効に解消できる焼却炉用廃熱回収ボイラを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、水冷壁で区画形成された例えば第一冷却室などの冷却室を焼却炉の出口側に接続し、前記焼却炉で生成した燃焼ガスの保有熱を回収する焼却炉用廃熱回収ボイラにおいて、前記冷却室の入口側に酸素濃度検出器を設け、前記冷却室にノズルを設置して、前記焼却炉での還元雰囲気の生成を前記酸素濃度検出器で検出すると、前記ノズルから例えば空気などの酸素含有気体を前記冷却室に供給して、還元雰囲気による水冷壁の還元腐食を防止するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記燃焼炉が、例えば都市ごみなどの焼却する物の水分を蒸発させる乾燥段と、乾燥した物を燃焼させる燃焼段を有し、その乾燥段と燃焼段に空気が分配されて、乾燥段の空気分配量が燃焼段の空気分配量よりも少なく設定されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記酸素濃度検出器ならびにノズルが、前記燃焼炉の乾燥段からのガスが流通する側に主に設けられていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第４の手段は前記第１の手段ないし第３の手段において、前記燃焼炉で焼却する物が例えば都市ごみなどの廃棄物であることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第５の手段は前記第１の手段ないし第４の手段において、前記酸素含有気体が燃焼用空気などの空気、または廃熱回収ボイラから排出される排ガス、特に酸性ガス除去装置などのガス処理装置を通過して例えば塩化水素（ＨＣｌ）などの腐食性ガスを除去した排ガス、または廃熱回収ボイラ以外の外部蒸気過熱装置や蒸気発生装置から排出される排ガス、あるいは排ガスと空気の混合ガスであることを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は第１の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図、図２は図１Ａ−Ａ線上の断面図、図３は図１Ｂ−Ｂ線上の断面図である。
【００２４】
この焼却炉用廃熱回収ボイラも従来と同様に、ストーカ焼却炉１の上部に接続され、水冷壁で区画形成された第一冷却室２、第二冷却室３、第三冷却室４、その第三冷却室４内に設置された過熱器５、蒸発水管６、ならびにドラム７などを備えている。
【００２５】
ストーカ焼却炉１で生成した燃焼ガスは、第一冷却室２に導入され、第一冷却室２の上部へ流れてターンし、第二冷却室３へと流れる。第二冷却室３内を下方に向かって流れ、第二冷却室３及び第三冷却室４の下部ホッパ内で再びターンし、第三冷却室４内を上昇して、廃熱回収ボイラ外へ排出される。
【００２６】
廃熱回収ボイラを出た排ガスは、節炭器８、減温器９、環境規制を満足するために設置された酸性ガス除去装置、脱硫装置、脱硝装置、ダイオキシン類除去装置ならびに集塵装置などの単独もしくはその組み合わせからなる環境装置１０、誘引通風機１１、排ガス再加熱器１２、空気混合機１３を通過した後に煙突１５から大気中に放出される。
【００２７】
なお、図１では減温器９、環境装置１０、誘引通風機１１、排ガス再加熱器１２、空気混合機１３、煙突１５などを省略しているが、実際にはこれらの装置、設備が設けられている。
【００２８】
燃焼ガスの保有熱は、第一冷却室２、第二冷却室３、第三冷却室４を構成している各水冷壁、過熱器５、蒸発水管６及び節炭器８によって熱回収される。
【００２９】
ストーカ炉１は、ごみの水分を蒸発させて乾燥する乾燥段１９、乾燥したごみを燃焼させる燃焼段２０、及び未燃分を完全に燃焼させるための後燃段２１を備えている。
【００３０】
図１に示すようにごみホッパ２２から供給されるごみは、ごみ供給機２３によってストーカ炉１内に供給され焼却処理される。ここで、予め設定しておいた酸素濃度にて安定した燃焼が得られるように、酸素濃度計２４で測定された測定値に基づいて燃焼用空気送風機１６の風量を調整し、焼却システム全体の風量調整を行う。
【００３１】
しかし、紙類やプラスチック類等の水分の少ないごみが多量に供給された場合は乾燥段１９で燃焼が開始され、空気の分配が燃焼段２０よりも少なく設定されている乾燥段１９では酸素不足の燃焼域が発生し、還元雰囲気を生成する。
【００３２】
この還元雰囲気がそのまま上昇して第一冷却室２内に到達すると、水冷壁に接触して還元腐食を生じる。しかし、予めこの還元雰囲気による第一冷却室２の還元腐食が顕著に見られる領域は、図２に示す斜線領域であることは把握できていることから、図１Ａ−Ａ線より下部のＢ−Ｂ線上、すなわち第一冷却室２の入口側には炉幅方向や炉奥行き方向に炉幅や奥行き寸法に合わせて主に缶前側に、すなわち図１の点線の矢印で示すように乾燥段１９からのガスが流通する側に主に複数の酸素濃度検出器２５を設置しておく。後述のノズル２７も同様に、乾燥段１９からのガスが流通する側に主に設置されている。
【００３３】
そして酸素濃度検出器２５と節炭器８の出口側に設置されている酸素濃度計２４との測定差及び酸素濃度検出器２５自体の設定値との測定差を演算する。そしてその演算結果、第一冷却室２の入口側が酸素濃度不足であると判定した場合、その上部である第一冷却室２の主に缶前側に設置された複数のノズル２７から、ダンパ２６を調整して、酸素不足に見合った空気量（酸素量）を供給し、還元雰囲気をなくすことで、第一冷却室２の水冷壁に対する還元腐食を解消することができる。
【００３４】
図４は、第２の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
この実施形態は、環境装置１０の後流側にある空気混合機１３の出口から排ガスの一部を第一冷却室２へ吹き込む方式を採用している。
【００３５】
煙突１５からの白煙防止のために白煙防止用送風機１４と白煙防止用空気加熱器１８を用いて、排ガスに加熱空気を混合し、水分濃度を希釈して煙突１５から放出している。
【００３６】
前記排ガスは酸性ガス除去装置などの環境装置１０（ガス処理装置）を通過して例えば塩化水素（ＨＣｌ）などの腐食性ガスを除去したクリーンな排ガスである。この排ガスに加熱空気を混合した混合ガスは酸素濃度が約１５％程度であることから、還元域を低減するために十分な酸素濃度を保有している。この排ガスを、前記第１の実施形態に示す空気の代わりにダンパ２６を調整することでノズル２７より供給して、第一冷却室２の水冷壁に対する還元腐食を解消することができる。
【００３７】
図５は、第３の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
この実施形態は、節炭器８の出口から排ガスの一部を第一冷却室２へ吹き込む方式を採用している。
【００３８】
排ガス中の酸素濃度自体は約９％程度であるが、還元雰囲気を抑制するのに十分な酸素濃度を有した排ガスである。そこで、酸素濃度検出器２５で還元雰囲気が検出された場合、排ガス再循環ファン２８の風量を調整し、必要量の排ガス（酸素）を供給することで、第一冷却室２の水冷壁に対する還元腐食を解消することができる。
【００３９】
図６は、第４の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
この実施形態は、外部過熱装置２９を設置するごみ焼却システムにおいて、その外部過熱装置２９から発生する排ガスの一部を第一冷却室２へ吹き込む方式を採用している。
【００４０】
同図に示すように外部過熱装置２９は独立過熱器３０とバーナ３１を備え、過熱器５からの蒸気をこの独立過熱器３０でさらに過熱している。外部過熱装置２９から発生する排ガスは脱硝装置などの排ガス処理装置（図示せず）を経て外部過熱用煙突３から大気中に放出されるが、その排ガスの一部を、第２の実施形態に示す廃熱回収ボイラ排ガスの代わりに第一冷却室２へ排ガス再循環ファン２８を調整して供給することで、第一冷却室２の水冷壁に対する還元腐食を解消することができる。
【００４１】
この外部過熱装置２９の代わりに廃熱回収ボイラ以外の別の蒸気発生装置を用い、その蒸気発生装置から排出される排ガスの一部を第一冷却室２へ供給して、第一冷却室２の水冷壁に対する還元腐食を解消することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は前述のように、冷却室の入口側に設置した酸素濃度検出器で還元雰囲気の生成を検出すると、冷却室に設置しているノズルから酸素含有気体を冷却室に供給して、還元雰囲気による水冷壁の還元腐食を防止するように構成されているから、水冷壁の還元腐食が有効に解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
【図２】図１Ａ−Ａ線上の断面図である。
【図３】図１Ｂ−Ｂ線上の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
【図７】従来の焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
【図８】従来の焼却炉と廃熱回収ボイラの概略構成図である。
【図９】図８Ａ−Ａ線上の断面図である。
【符号の説明】
１：ストーカ焼却炉、２：第一冷却室、３：第二冷却室、４：第三冷却室、５：過熱器、６：蒸発水管、７：ドラム、８：節炭器、９：減温器、１０：環境装置、１１：誘引通風機、１２：排ガス再加熱器、１３：空気混合機、１４：白煙防止用送風機、１５：煙突、１６：燃焼用空気送風機、１７：燃焼用空気予熱器、１８：白煙防止用空気加熱器、１９：乾燥段、２０：燃焼段、２１：後燃段、２２：ごみホッパ、２３：ごみ供給機、２４：酸素濃度計、２５：酸素濃度検出器、２６：ダンパ、２７：ノズル、２８：排ガス再循環ファン、２９：外部過熱装置、３０：独立過熱器、３１：バーナ、３２：外部過熱器用煙突。
【図１】
2004060992.tif 000003
【図２】
2004060992.tif 000004
【図３】
2004060992.tif 000005
【図４】
2004060992.tif 000006
【図５】
2004060992.tif 000007
【図６】
2004060992.tif 000008
【図７】
2004060992.tif 000009
【図８】
2004060992.tif 000010
【図９】
2004060992.tif 000011