JP2003254502A - ボイラの水冷壁構造 - Google Patents
ボイラの水冷壁構造Info
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Abstract
より閉塞することなく、メンテナンス頻度を減少させて
低ランニングコストで以って運転することができる廃熱
ボイラの水冷壁構造を提供する。 【解決手段】 焼却炉１０の下流側に併設された廃熱ボ
イラ１１の水冷壁構造において、前記廃熱ボイラ１１内
の排ガス通路に、第１冷却通路１５の排ガス下降流から
第２冷却通路１６の排ガス上昇流への反転部に位置する
ホッパ１７の少なくとも上部を囲繞する如く水冷壁２５
を周設し、該ホッパ１７下端側が前記水冷壁２５より下
側に突出するように形成し、また必要に応じて該水冷壁
２５に耐火キャスタブルを覆設した。
Description
設置されて排ガスから熱エネルギを回収する廃熱ボイラ
の内壁保護用耐火構造であって、特にボイラ下部に設け
られ排ガス中に含有される飛灰を捕集するホッパ部に配
設されるボイラの水冷壁構造に関する。
る際に発生する排ガスから廃熱を回収するために、焼却
炉の排ガス出口側に廃熱ボイラを設置する廃熱ボイラ付
焼却炉が広く普及している。焼却炉に併設されるボイラ
には、多数の水管からなる過熱器を複数有する水管ボイ
ラが最も多く用いられており、過熱器の他に下流側に節
炭器、蒸発器等を具備しているものもある。そして、か
かるボイラにより回収された熱エネルギは、発電により
電気として用いられたり、動力として用いられたりと様
々な設備に導かれて有効利用されている。
高温化する傾向にある。この要因としては主に、ダイオ
キシン類生成抑制対策として焼却炉出口の排ガス温度が
約８５０℃以上に設定されるようになったこと、プラス
チックや紙類等の含水率が低く高カロリーの廃棄物が多
く排出されるようになったことが挙げられる。そして、
排ガスの温度上昇に伴い熱エネルギの高効率回収が可能
となる一方、廃熱ボイラへの負荷が大きくなり、腐食性
ガスによるボイラ壁及び水管の腐食に加えてボイラ壁の
耐熱性、耐久性及び炉内壁へのクリンカの生成等の問題
が発生している。
設廃熱ボイラの一例を図３に示す。これによれば、投入
ホッパ１２から焼却炉１０に供給されたごみは火格子１
３上で燃焼され、かかる燃焼により発生した排ガスは主
燃焼室１４にて該排ガス中の未燃分の完全燃焼が行われ
る。そして、前記排ガスは、廃熱ボイラ１１内の排ガス
の第１冷却通路１５、第２冷却通路１６を経て冷却さ
れ、排ガス処理設備を通過して系外へ排出される。前記
廃熱ボイラ１１の第２冷却通路１６には過熱器１９が複
数取りつけられており、ここで排ガスから廃熱を回収し
ている。
イラ胴の内側壁には水冷壁２５が配設され、該ボイラ１
１内を通過する排ガスを冷却している。かかる水冷壁２
５は複数本の水管からなり上部ヘッダ２０及び下部ヘッ
ダ２１を介して熱媒である水を循環させている。また、
前記ボイラ胴の下部、即ち前記第１冷却通路１５から第
２冷却通路１６への反転部にはホッパ１７が下方に向け
て突設されており、該ホッパ１７の内側表面は耐火キャ
スタブル等の耐火物が積層されて覆われている。そし
て、かかるホッパ１７では、排ガス通路の屈曲によるホ
ッパ傾斜部への衝突、若しくは反転による慣性力により
排ガス中の飛灰が捕集される構成になっている。
壁を設けて排ガスを所定温度まで冷却してボイラ内壁を
保護するとともに、ボイラ内壁及び過熱器１９の水管に
クリンカが付着することを抑止している。この他に、前
記第１冷却通路１５に水を噴霧して排ガスを冷却する方
法や、また特開平１０−１９６９３１号に記載のよう
に、第１冷却通路１５付近に空気を供給して冷却する方
法などを併せ用いることによってもボイラ炉壁及び過熱
器等の水管を保護することが可能となる。
熱ボイラ１１の下部に位置するホッパ１７は耐火物で保
護されているのみで、上記したようにごみの高カロリー
化やダイオキシン生成抑制対策による排ガスの高温化に
より、ホッパ１７に覆設した耐火物が損傷、劣化する問
題が生じている。これは、従来よりホッパ保護用に使用
されていたＳｉＣやＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３等からなる
耐火物が膨出するために引き起こされる。図４に、Ｓｉ
Ｏ２及びＡｌ２Ｏ３からなる耐火キャスタブルの経年使
用による耐火材損傷を示す。図において、３４はＳｉＯ
２−Ａｌ２Ｏ３耐火キャスタブル、３５、３６、３７は
夫々異なる部材の断熱部材、１７はホッパである。
分的熱負荷による熱応力や飛灰中のアルカリ成分との反
応によるガラス化等の要因により耐火キャスタブル３４
が変形、膨出し、耐火物を係止していた支持部材３８が
抜けたり（Ａ）、高温による引張り強度の低下とともに
腐食性ガスによる劣化のために支持部材３８が切断され
たり（Ｂ）、支持部材３８が脱落してしまう（Ｃ）とい
う問題が生じている。その結果、耐火物がホッパ１７の
灰出口に脱落してホッパを詰まらせてしまうため、頻繁
にメンテナンスを行わなければならず、ランニングコス
トが嵩むこととなる。
への水の噴霧若しくは冷却空気の導入によりホッパ上流
側で排ガス温度を低下させた場合、廃熱の利用効率が低
下するとともに、排ガス若しくは排水の処理量が増大し
て処理コストが増加してしまうという問題を抱えてい
る。従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、廃
熱ボイラのホッパが耐火物等により閉塞することがな
く、メンテナンス頻度を減少させて低ランニングコスト
で以って運転することができる廃熱ボイラの水冷壁構造
を提供することを目的とする。
課題を解決するために、請求項１記載の発明は、焼却炉
下流側に併設された廃熱ボイラの水冷壁構造において、
前記廃熱ボイラ内の排ガス通路に、排ガス下降流から上
昇流への反転部に位置するホッパの少なくとも上部を囲
繞する如く水冷壁を周設し、該ホッパ下端側が前記水冷
壁より下側に突出するように形成したことを特徴とす
る。また、請求項２記載の発明は、前記水冷壁のボイラ
内側表面に耐火キャスタブルを覆設したことを特徴とす
る。
たホッパの少なくとも上部をボイラ水管、水冷ジャケッ
ト等の水冷壁で繞設して冷却することにより、従来のよ
うにホッパに耐火物を積層する必要がなく、また、耐火
物を覆設した場合においてもホッパ付近の排ガスが冷却
されているため耐火物の膨出を最小限に抑えることがで
きる。このとき、耐火物を単一層とすることができるた
め、従来のようにＹアンカ等の長軸の支持部材を用いる
必要がなく支持部材の脱落によるホッパ閉塞の惧れもな
い。もちろん、ホッパへのクリンカの付着を防止する効
果も兼ね具えている。
高温排ガスにおいても、ホッパの水冷化により冷却効率
が向上するためボイラ内の過熱器水管等への影響が低減
される。かかる発明によれば、ボイラ内壁及び水管の耐
久性が向上し、またホッパの閉塞も防げるため、メンテ
ナンス頻度を少なくすることができ、運転コストを低減
することが可能となる。尚、前記ホッパの下端側を水冷
壁より突出するように形成して熱効率が低い部位には水
冷壁を配設していないため、イニシャルコストを低く抑
えることができるとともに、該ホッパ下側に位置する複
雑なダクトや水管、その他機器類を容易に配設すること
ができる。
する側のホッパの一部を水冷壁で形成したことを特徴と
し、さらに、請求項４記載の発明のように、前記ホッパ
の一部にボイラ水管が配設され、該ボイラ水管がその上
方に位置する水冷壁と異なる上部ヘッダに集合されるよ
うに構成することが好ましい。かかる発明は、ホッパの
少なくとも上方に位置する部位を水冷壁で形成してお
り、これによりホッパの冷却効果が高まるとともに、ホ
ッパを形成する水冷壁を独立した水循環系とすることに
より熱交換制御が容易となる。これらのホッパ水冷壁化
は、特に熱負荷の高い部位に設けることが好ましい。
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明
の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に
過ぎない。図１は本発明の実施形態にかかる廃熱ボイラ
水冷壁構造の全体概略構成図、図２はホッパ水管部の断
面概略図である。
で、該焼却炉にごみを供給するごみ投入ホッパ１２、ご
みを移動しながら燃焼させる火格子１３及び未燃分を燃
焼する主燃焼室１４により構成され、該火格子１３から
の酸素付加空気の導入により燃焼が促進されて高温排ガ
スが生じ、該排ガスが廃熱ボイラ１１に導かれる構成と
なっている。尚、本実施形態では廃熱ボイラに併設され
る焼却炉をストーカ式焼却炉としているが、流動床式焼
却炉、ロータリーキルン式焼却炉等何れでも良く特にこ
れに限らない。
を有して仕切り壁１８により第１冷却通路１５と第２冷
却通路１６とに分割されており、該第２冷却通路１６に
は複数の過熱器１９が配設されている。また、かかる廃
熱ボイラ１１の円筒形ボイラ胴部には、上部ヘッダ２０
及び下部ヘッダ２１を有する水冷壁２５が該ボイラ胴部
を囲繞するように周設されている。さらに、かかる廃熱
ボイラ１１の下部、即ち排ガスの下降流から上昇流に反
転する反転部にはホッパ１７が固設され、該ホッパ１７
により捕集された飛灰を貯留する灰ピット（不図示）が
設けられている。
を覆うようにボイラ胴部から延設され、該ホッパ１７上
に被るように下部ヘッダ２１を具えている。尚、下部ヘ
ッダ２１は最も熱効率、コスト効率のよい位置に設ける
ものとし、設置条件により複数に分割して設けてもよ
い。そして、好ましくは前記水冷壁２５が、前記ホッパ
１７とボイラ胴の接合部から該ホッパ１７を約１／２〜
４／５程度覆うように設けるとよく、ホッパ１７下端の
水冷壁が配設されていない部分を下側に向けて突出する
ように設けることが好ましい。これにより前記ホッパ１
７を効率良く冷却できるとともに、熱効率の低いホッパ
下方部には水冷壁を配設していないためイニシャルコス
トを最小限に抑えることができ、また該ホッパ１７の周
囲若しくは下部に位置する複数の配管や計器等の邪魔に
なることなく水冷壁を容易に設置することができる。
ら、例えば約９００℃程度の高温で排出される排ガスは
前記第１冷却通路１５を通過しながら水冷壁２５により
約７００℃程度まで冷却され、前記ホッパ１７で下降流
から上昇流に反転する。該反転により、排ガス中の飛灰
は慣性力及び仕切り壁１８、ホッパ１７への衝突によっ
て前記ホッパ１７に捕集され、灰出口から灰ピット（不
図示）に集められる。このとき、ホッパ１７は飛灰の衝
突が激しく、磨耗、熱負荷がボイラの他部位に比べて大
きいが、水冷壁によって保護されているためホッパ内壁
の熱による劣化が最小限に抑えられ、メンテナンス頻度
を低減することができる。
路１６を通過する排ガスは、前記水冷壁２５により冷却
されながら約４００〜６００℃程度で過熱器１９を通過
し、該過熱器１９にて排ガスの廃熱を回収されて次工程
の排ガス処理設備等へ送給される。尚、上記した温度設
定は一例に過ぎず、焼却炉や被処理物であるごみ種類に
よって変化するため特に限定されない。前記水冷壁２５
では、前記下部ヘッダ２１より導入される水（熱媒）を
該水冷壁２５にて高温高圧蒸気として上部ヘッダ２０よ
り気水ドラム（不図示）へ集約して熱を回収して自然対
流により循環させている。
荷が大きい部位を上部ヘッダ２２及び下部ヘッダ２３を
有する水冷壁２６で形成している。この水冷壁２６は、
ボイラ胴部に設けられた水冷壁２５とは別に独立した水
循環径路を有するように構成することが好ましい。本実
施形態では、焼却炉１０側のホッパ内壁に水冷壁２６を
配設しているが、ここに限らず、ホッパ上部の水冷壁被
覆部位であれば何れに設けてもよい。これにより蒸気圧
力その他の制御が容易となるとともに、ホッパの冷却効
果が高まりクリンカの付着その他の問題を引き起こす惧
れがない。
き説明する。図２において、３４は主としてＳｉＣから
なる耐火キャスタブルで、例えば前記水管外周面にキャ
スタブルを吹付けて硬化させる方法や、水管３０に対向
させて設けられた型枠にキャスタブルを鋳込み充填させ
て硬化させた後に脱型して施工する方法により施工され
る。尚、前記耐火キャスタブルには、ＳｉＣのほかにＳ
Ｋ、Ｓｉ３Ｎ４、またはＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との混合
材料等、耐熱性、耐食性の高い材料であれば特に限定さ
れない。
耐火キャスタブル３４を施工する側にスタッド３２を複
数本植設しており、該スタッド３２が約４５°間隔で２
本突設された水管３０と３本突設された水管３０とが交
互に配列するように構成されている。このような配置と
することにより、耐火キャスタブル３４が脱落し難い構
成となっている。前記スタッド３２は、水管３０との熱
膨張差による破損を防ぐために、該水管３０と同様の材
料で形成することが好ましい。尚、前記スタッド３２に
はスリーブ３３を嵌合させる構成とする。このように、
耐火キャスタブルを覆設することで飛灰の衝突による水
管の磨耗を防ぎ、メンテナンス頻度をさらに少なくする
ことができる。
のようにホッパに耐火物を積層する必要がなく、また、
耐火物を覆設した場合においてもホッパ付近の排ガスは
冷却されているため耐火物の膨出を最小限に抑えること
ができ、耐火物の脱落によるホッパ閉塞の惧れもない。
さらに、ホッパへのクリンカの付着を防止する効果も兼
ね具えている。これにより、ボイラ内壁及び水管の耐久
性が向上し、またホッパの閉塞も防げるため、メンテナ
ンス頻度を少なくすることができ、運転コストを低減す
ることが可能となる。また、熱効率が低いホッパ下端に
は水冷壁を配設していないため、イニシャルコストを低
く抑えることができるとともに、該ホッパ下側に位置す
る複雑なダクトや水管、その他機器類を容易に配設する
ことができる。
ガスにおいても、ホッパの水冷化により冷却効率が向上
するためボイラ内過熱器水管等への影響が低減される。
さらにまた、ホッパの少なくとも上方に位置する部位を
水冷壁で形成することにより、ホッパの冷却効果が高ま
るとともに、ホッパを形成する水冷壁を独立した水循環
系とすることにより熱交換制御が容易となる。
構造の全体概略構成図である。
図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項１】 焼却炉下流側に併設された廃熱ボイラの
水冷壁構造において、 前記廃熱ボイラ内の排ガス通路に、排ガス下降流から上
昇流への反転部に位置するホッパの少なくとも上部を囲
繞する如く水冷壁を周設し、該ホッパ下端側が前記水冷
壁より下側に突出するように形成したことを特徴とする
ボイラの水冷壁構造。 - 【請求項２】 前記水冷壁のボイラ内側表面に耐火キャ
スタブルを覆設したことを特徴とする請求項１記載のボ
イラの水冷壁構造。 - 【請求項３】 前記反転部と対面する側のホッパの一部
を水冷壁で形成したことを特徴とする請求項１記載のボ
イラの水冷壁構造。 - 【請求項４】 前記ホッパの一部にボイラ水管が配設さ
れ、該ボイラ水管がその上方に位置する水冷壁と異なる
上部ヘッダに集合されていることを特徴とする請求項１
若しくは３記載のボイラの水冷壁構造。
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