JPH11211046A

JPH11211046A - 廃棄物焼却炉

Info

Publication number: JPH11211046A
Application number: JP10012346A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Nagoshi; 敏郎名越; Nobukazu Fujimoto; 延和藤本; Yukihiro Kawabata; 幸寛川畑
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-08-06
Anticipated expiration: 2018-01-26
Also published as: JP3923163B2

Abstract

(57)【要約】【目的】過酷な腐食環境においても優れた耐食性，耐
応力腐食割れ性，溶接部耐食性を示すオーステナイト系
ステンレス鋼を使用して、イニシャルコスト，メンテナ
ンスコストの低い廃棄物焼却炉を得る。【構成】この焼却炉では、Ｃｌ濃度１％以上，ｐＨ２
以下の結露水に曝される部位にＣ：０．０６％以下，Ｓ
ｉ：０．５〜５．０％，Ｍｎ：１．０％以下，Ｐ：０．
０４５％以下，Ｓ：０．００２０％以下，Ｃｒ：１６．
０〜２０．０％，Ｎｉ：１１．０〜１８．０％，Ｎ：
０．００５〜０．３５％，Ｃｕ：０．０５〜１．０％を
含み、必要に応じて更にＭｏ：０．１〜６．０％を含む
オーステナイト系ステンレス鋼が使用されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般廃棄物，産業廃棄
物等の焼却に使用され、過酷な腐食環境においても優れ
た耐食性を呈する廃棄物焼却炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】生活環境の近代化や大都市への人口集中
につれて、一般廃棄物，産業廃棄物等は量的に増加の一
途をたどっている。廃棄物処理設備の不足が社会問題と
なっている昨今、数百トン／日の処理能力をもつものか
ら数千トン／時の処理能力をもつものまで、焼却設備の
設置個数や種類が年々増加している。焼却炉の形式は多
種多様であるが、図１に示すフローで廃棄物を焼却する
プロセスが一般的である。まず、廃棄物１を焼却炉２に
投入して燃焼する。発生した燃焼ガス３は冷却塔４に送
り込まれ、燃焼ダスト５は廃棄６される。燃焼ガス３
は、冷却塔４で水冷され、湿潤ガス７となって排煙脱硫
装置等の有毒ガス除去装置８、電気集塵機，サイクロン
等の集塵工程９を経てＳ，Ｃｌ等の有毒ガスや浮遊ダス
トが除去され、大気中に放出可能なレベルにまでガス成
分が浄化される。冷却塔４で発生した汚水１０は、廃液
処理ピット１１に集められた後、浄化処理を受けて廃棄
される。脱Ｃｌ工程９で浄化されたガス１２は煙突１３
から大気中に放出１４され、凝縮した水分１５はドレイ
ン１６に送られる。

【０００３】中型〜小型の焼却炉は、一日８〜１６時間
前後運転されている。運転停止時には、冷却塔，空気予
熱器，熱交換器，集塵装置，脱硫装置，脱硝装置，脱塩
素装置，煙突及びそれら設備間の燃焼ガス流路となるダ
クトで露点以下になることがある。構造によっては、運
転中でも露点以下になる部分がある。露点以下になると
湿潤ガスが結露し、極めて強い腐食環境となる。また、
廃液処理ピットでは、冷却水及びダストが混合した湿食
環境に曝される。このような環境に使用される構造材と
しては、普通鋼，耐硫酸鋼，それらにアルマー加工を施
したもの，ＳＵＳ３０４，３１６Ｌ系のステンレス鋼等
が通常使用されている。特に過酷な腐食環境に曝される
構造材としては、Ｎｉ基高合金鋼やフッ素樹脂被覆，Ｆ
ＲＰ被覆等を施した材料を使用することもある。たとえ
ば、特開平６−１２８６９９号公報では、Ｎｉ当量をＣ
ｒ当量より大きくすることにより熱延時の割れを防止し
た焼却炉構造材用高Ｎｉ合金鋼が紹介されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】焼却炉環境では、ダイ
オキシンの発生を防ぐため８００℃以上の高温で焼却物
を完全燃焼させる。その結果、焼却物に含まれる塩素は
ＨＣｌとして排出され、この燃焼ガスを水冷したときに
濃縮するＨＣｌ，ＳＯ_x 等が腐食の原因となる。運転中
又は運転休止時に材温が露点以下になる部位、たとえば
冷却塔，空気予熱器，集塵装置，廃液処理ピット，煙
突，各設備間の燃焼ガス流路部等においては、結露水中
にＣｌやＳが溶け込み、付着した燃焼灰に濃縮すること
がある。特に廃棄物の量的増加に加えて、廃棄物中に含
まれるプラスチック，ビニール等の割合が増えている近
年では、燃焼後の排ガスに含まれるＨＣｌガス濃度が増
加する傾向にある。その結果、部位によっては材料に付
着した湿潤灰中でＣｌやＳが１０％以上に濃化し、０．
１％以上のＣｌイオンを含むｐＨ２以下の酸性結露水が
生じることもある。強酸性の結露水に曝されると、露点
腐食や水溶液腐食等が発生し易くなる。このような腐食
環境においては、普通鋼や耐硫酸鋼では全面腐食により
数カ月程度で穴開きが生じる。フェライト系ステンレス
鋼や二相系ステンレス鋼は、普通鋼と同程度か、場合に
よってはそれ以上の激しい全面侵食が生じるため、前述
した部位には適用できない。また、これらの鋼種にアル
マー加工を施したものでも、寿命が更に半年伸びる程度
の効果しかない。

【０００５】そこで、焼却炉内の過酷な腐食雰囲気に曝
される部位に、ＳＵＳ３０４，３１６Ｌ等のオーステナ
イト系ステンレス鋼が汎用されている。しかし、この種
の鋼材では、耐全面腐食性は改善されるものの、孔食や
応力腐食割れによって半年から一年程度で板厚を貫通す
る穴開きが生じることがある。また、前掲の部位は溶接
によって施工されることが多いが、溶接部は母材部より
も更に激しく腐食され、母材よりも先に穴開きが生じ
る。スーパーステンレス鋼やＮｉ基高合金鋼を使用する
と、耐用年数は２年又はそれ以上に延びるが価格も２倍
以上になるため、価格に見合ったメリットが得られな
い。また、加工や溶接が困難なため、適用部位は特殊な
ものに限られる。フッ素樹脂等によるライニングを施し
た被覆材も、コストが高いことは勿論、ダスト等による
摩耗や２００〜５００℃程度まで上昇する運転時のガス
温度に対する耐久性が不足するため、被覆に損傷が生
じ、損傷部を起点として腐食が進行する。その結果、廃
棄物焼却炉の設置及び運転に際しては、構造材料やメン
テナンスに多大なコスト負担がかかる。本発明は、この
ような問題を解消すべく案出されたものであり、スーパ
ーステンレス鋼と同程度以上の耐食性及び耐応力腐食割
れ性をもち、溶接部が母材と同程度の優れた耐食性をも
つオーステナイト系ステンレス鋼を使用することによ
り、イニシャルコスト及びメンテナンスコストを削減し
た廃棄物焼却炉を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、焼却炉，ガス冷却設備，集塵装置，排ガス
清浄設備及び煙突を備えた廃棄物焼却炉であって、Ｃｌ
濃度０．１％以上，ｐＨ２以下の結露水に曝される部位
にＣ：０．０６質量％以下，Ｓｉ：１．０〜５．０質量
％，Ｍｎ：１．０質量％以下，Ｐ：０．０４５質量％以
下，Ｓ：０．００２０質量％以下，Ｃｒ：１６．０〜２
０．０質量％，Ｎｉ：１１．０〜１８．０質量％，Ｎ：
０．００５〜０．３５質量％，Ｃｕ：０．０５〜１．０
質量％を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもつオース
テナイト系ステンレス鋼が使用されていることを特徴と
する。使用するオーステナイト系ステンレス鋼は、更に
Ｍｏ：０．１〜６．０質量％を含むことができる。

【０００７】

【作用】本発明者等は、焼却炉の過酷な腐食環境におけ
るオーステナイト系ステンレス鋼の腐食形態を調査・研
究し、各成分が耐食性に及ぼす影響を調査・研究した。
その結果、Ｓｉの適量添加で３１６ＬレベルのＣｒ量及
びＮｉ量でスーパーステンレス鋼と同程度以上の耐食性
及び耐応力腐食割れ性をもち、鋼中のＳ量を規制するこ
とにより溶接部においても母材と同程度の優れた耐食性
を示すオーステナイト系ステンレス鋼が得られることを
見い出した。このオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎ
ｉ，Ｃｒ等の合金成分を多量に含んでいないことからコ
ストメリットに優れ、焼却炉の設置コストを大幅に低減
する。また、廃棄物焼却炉のみならず、濃厚塩化物を含
む酸露点腐食環境に曝される固体燃料等のごみ発電プラ
ント設備等の侵食環境部位に適用することも可能であ
る。

【０００８】以下、本発明で使用するオーステナイト系
ステンレス鋼に含まれる合金成分及び含有量について説
明する。Ｃ：０．０６質量％以下オーステナイト相を安定化する強力な合金成分である
が、溶接部等で粒界腐食感受性を高める作用を呈する。
そのため、Ｃ含有量は低いほど好ましい。しかし、過度
にＣ含有量を低減することはコストアップの原因となる
ため、本発明ではＣ含有量の上限を０．０６質量％に設
定した。Ｓｉ：１．０〜５．０質量％高濃度に塩化物が濃縮した腐食環境において耐孔食性及
び耐応力腐食割れ性を改善する合金成分であり、腐食割
れが深さ方向に伝播することを抑制する作用も呈する。
このようなＳｉの作用・効果は、１．０質量％以上の含
有量で顕著になり、一定量のＭｏを添加しても耐応力腐
食割れ性が損なわれない。しかし、５．０質量％を超え
る多量のＳｉを添加すると、加工性の低下を招く。

【０００９】Ｍｎ：１．０質量％以下腐食の起点となり易い硫化物を形成し、耐孔食性及び耐
隙間腐食性を低下させることから、Ｍｎ含有量は少ない
ほど好ましい。しかし、Ｍｎを低減すると配合原料費が
上昇するので、本発明においては経済性を考慮してＭｎ
含有量の上限を１．０質量％に設定した。Ｐ：０．０４５質量％以下熱間加工性等の製造性及び耐応力腐食割れ性を劣化させ
る成分である。そこで、本発明においては、通常のステ
ンレス鋼で許容される０．０４５質量％をＰ含有量の上
限と設定した。

【００１０】Ｓ：０．００５０質量％以下鋼中のＭｎと硫化物を形成し、焼却炉内部のように塩化
物を含む酸性水溶液に曝される環境では耐孔食性を劣化
させると共に、オーステナイト系ステンレス鋼において
は溶接高温割れを引き起こす原因となる。そのため、Ｓ
含有量は少ないほど好ましい。しかし、Ｓの低減化に応
じて配合原料費が高くなるため、本発明では有害な影響
を与えない０．００５０質量％にＳ含有量の上限を設定
した。また、後述する実施例からも明らかなように、焼
却炉の腐食環境で溶接部に腐食性が実用上問題とならな
いレベルまで低減させるためには、鋼中のＳ濃度を０．
００２０質量％以下に規制することが好ましい。

【００１１】Ｃｒ：１６．０〜２０．０質量％耐食性を向上させる上で不可欠な合金成分であり、１
６．０質量％以上の添加により鋼表面の不動態皮膜を強
固にする。Ｃｒ含有量が多いほど、耐食性は向上する
が、オーステナイト相を保持するために必要なＮｉ等を
増量させることが必要になり、また製造性や加工性も損
なわれる。そこで、本発明においてはＣｒ含有量の上限
を２０．０質量％に規定した。Ｎｉ：１１．０〜１８．０質量％オーステナイト相を保持するために必要な合金成分であ
り、特に酸性の濃厚塩化物環境において耐酸露点腐食
性，耐孔食性，耐応力腐食割れ性，溶接部耐食性等を改
善する作用を呈する。焼却炉の露点腐食環境で十分な耐
食性を確保するためには、１１．０質量％以上のＮｉを
含むことが必要である。しかし、１８．０質量％を超え
るＮｉ含有量では、高価なＮｉを多量に消費することか
らコスト的に不利になることは勿論、溶接部において溶
接高温割れ感受性が低下する傾向がみられる。

【００１２】Ｎ：０．００５〜０．３５質量％強力なオーステナイト形成元素であると共に、オーステ
ナイト系ステンレス鋼の耐食性を改善する作用を呈す
る。Ｎの添加効果は、０．００５質量％以上で顕著にな
る。しかし、０．３５質量％を超える多量のＮが含まれ
ると、製造性，加工性及び耐応力腐食割れ性が著しく低
下する。Ｃｕ：０．０５〜１．０質量％耐全面腐食性の改善に重要な合金成分であり、塩化物の
濃縮が厳しくない条件下では耐応力腐食割れの改善にも
有効に作用すると共に、溶接部の耐食性を母材と同程度
にまで改善する。溶接部の優先腐食は、濃厚塩化物を含
む酸性の結露水中で溶接部のδフェライトが優先的に活
性溶解することが主たる原因であると考えられる。この
点、Ｃｕは、オーステナイト生成元素であることから溶
接部のδフェライト量を減少させることに加え、酸性結
露水中における酸化還元電位がステンレス鋼の活性溶解
域よりも高いため、ステンレス鋼の自然電位を活性溶解
が生じる電位域よりも貴にすることにより溶接部の優先
溶解を防止するものと推察される。Ｃｕ添加により溶接
部の耐食性が実用上母材と同程度になるためには、少な
くとも０．０５質量％以上の添加が必要である。耐食性
改善効果はＣｕの含有量が増加するに従って顕著になる
が、１．０質量％を超えるＣｕを添加しても耐食性改善
効果が飽和することに加え、熱間加工性及び耐溶接高温
割れ性を低下させる原因となる。また、塩化物の濃縮が
厳しくなる環境下では、逆に耐応力腐食割れ性を低下さ
せる。Ｍｏ：０．１〜６．０質量％必要に応じて添加される合金成分であり、不動態皮膜を
強化し、高濃度ハロゲン化物中における耐孔食性を改善
する作用を呈する。Ｍｏの作用・効果を十分に発揮させ
るためには、０．１質量％以上、望ましくは１．０質量
％以上の添加が効果的である。また、特に熱交換器のよ
うな焼却炉部材では、運転時に３００℃以上の高温にな
るため、露点腐食だけではなく溶融塩に対する耐食性が
問題とされる部位もある。そのような部位では、溶融塩
による粒界腐食を防止するため少なくとも１質量％以上
のＭｏ添加が必要である。しかし、Ｍｏは高価な元素で
あり、また６．０質量％以上のＭｏ添加は濃厚塩化物環
境における耐応力腐食割れ性を低下させることから、Ｍ
ｏを添加する場合には上限を６．０質量％に設定した。

【００１３】

【実施例】表１の成分・組成をもつ各種ステンレス鋼を
常法に従って熱延後、焼鈍，酸洗を施したＮo.１仕上げ
材から板厚３〜６ｍｍ，サイズ１００ｍｍ×２００ｍｍ
の試験片を切り出した。表１において、Ａグループのス
テンレス鋼は比較材であり、Ｂグループのステンレス鋼
は本発明に従ったステンレス鋼である。Ａグループのう
ち、Ａ１，Ａ２は高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼，Ａ
３は二相ステンレス鋼，Ａ４はＳＵＳ３１６Ｌ，Ａ５，
Ａ６はＳｉ添加オーステナイト系ステンレス鋼，Ａ７は
高Ｃｒ・高Ｎｉスーパーステンレス鋼である。また、溶
接部の耐食性を評価するため、平板の中央部長手方向に
ＴＩＧなめ付け溶接を施した試験片も用意した。

【００１４】

【００１５】各試験片を、塩化物濃度０．１％以上，ｐ
Ｈ２以下の結露水及び濃厚塩化物を含む酸露点腐食環境
に曝される部位に取り付けた。試験片の取付け部位は、
図１において廃液処理ピット１１の側面（ａ：ピット汚
水のＣｌ濃度０．９％，ｐＨ１．１）及び冷却塔４の出
側ダクト部（ｂ：結露水のＣｌ濃度２．８％，ｐＨ０．
５）とし、各部位に１鋼種につき平板試験片及び溶接ビ
ード付き試験片をそれぞれ１枚ずつ取り付けた。焼却炉
を平日に８時間／日運転させ、１年後に試験片を取り出
した。試験後の各試験片について、平板部及び溶接ビー
ド部の腐食及び応力腐食割れによる最大侵食深さを調査
した。廃液処理ピット１１の側面（ａ）に取り付けられ
た平板試験片及び溶接ビード付き試験片の調査結果を図
２及び図３にそれぞれ示す。また、冷却塔４の出側ダク
ト部（ｂ）に取り付けられた平板試験片及び溶接ビード
付き試験片の調査結果を図４及び図５にそれぞれ示す。

【００１６】Ａ１，Ａ２（高Ｃｒフェライト系ステンレ
ス鋼）の母材部，溶接ビード部には何れも全面腐食が発
生しており、板厚を貫通する侵食が観察された。Ａ３
（二相ステンレス鋼）は、条件（ａ）下では母材の侵食
深さが本発明鋼と同程度であったが、図３にみられるよ
うに溶接部は優先的に腐食していた。同じＡ３（二相ス
テンレス鋼）であっても、条件（ｂ）下では母材部，溶
接部共に全面腐食が発生しており、板厚を貫通する侵食
が観察された。Ａ４（ＳＵＳ３１６Ｌ）は、母材部，溶
接ビード部で孔食及び応力腐食割れが発生したが、応力
腐食割れによる侵食深さの方が深く、条件（ｂ）下では
図４，５にみられるように母材部の板厚を貫通する侵食
深さであった。Ｓｉ含有量が１質量％以上のＡ５は、図
２，４にみられるように母材部の耐食性及び耐応力腐食
割れ性に関しては３１６Ｌの２倍以上であった。しか
し、Ｃｕ含有量が０．０２質量％と少ないため、図３，
５にみられるように溶接部の優先溶解が著しく、条件
（ｂ）下では溶接部の板厚を貫通する腐食が発生した。

【００１７】Ｃｕ含有量が約２質量％のＡ６は、図２，
４にみられるように母材部に発生した応力腐食割れが著
しく深くなり、条件（ｂ）下では母材部の板厚を貫通す
る腐食が発生した。Ａ７（高Ｃｒ・高Ｎｉスーパーステ
ンレス鋼）では、孔食及び応力腐食割れが発生するもの
の何れも浅く、板厚を貫通する侵食及び溶接部の優先腐
食は観察されなかった。しかし、Ａ７は、高価なＮｉを
多量に含んでいることから材料コストが実用上で問題と
なり、適用される部位が制約される。これに対し、本発
明に従ったＢ１〜Ｂ６では、何れも板厚を貫通する深さ
の孔食や応力腐食割れ及び溶接部の優先溶解がほとんど
観察されなかった。また、腐食による最大侵食深さは、
Ａ４（ＳＵＳ３１６Ｌ）の値の半分以下であり、スーパ
ーステンレス鋼Ａ７とほぼ同じ値であった。これらの結
果から、Ｂ１〜Ｂ６のステンレス鋼では、ＳＵＳ３１６
Ｌ相当のＣｒ，Ｎｉ量であるにも拘らず、ＳＵＳ３１６
Ｌの２倍以上で高Ｃｒ・高Ｎｉスーパーステンレス鋼に
匹敵する耐久性が確認される。

【００１８】更に、Ｂ５のステンレス鋼を用いてダクト
及び熱交換器用チューブを作り、廃棄物焼却炉の冷却塔
に組み込んだ。１年間使用後、ダクト及びチューブを観
察したところ、板厚を貫通する孔食や応力腐食割れが観
察されず、１年間はメンテナンスフリーで使用可能なこ
とが判った。これに対し、従来使用されているＳＵＳ３
１６Ｌでは、半年で溶接部近傍に穴開き及び板厚を貫通
する割れが発生したため、半年で補修する必要があっ
た。また、アルマー加工した耐硫酸露点腐食鋼を用いた
ものでは、１か月以内でダクトに穴開きが生じた。この
対比からも明らかなように、本発明に従ったステンレス
鋼を焼却炉の過酷な環境に曝される構造部材として使用
するとき、ＳＵＳ３１６Ｌと同程度のイニシャルコスト
で、メンテナンスコストが半分以下に抑えられる。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、廃棄物焼却炉の酸露点腐食環境に曝される冷却塔，
熱交換器，集塵装置，脱硝装置，脱硫装置，脱塩素装
置，煙突，各設備間の燃焼ガス流路を構成するダクトの
構成材料として、ＳＵＳ３１６Ｌ相当のコストで、スー
パーステンレス鋼なみの母材の耐食性を示し、溶接後に
熱処理を必要とせずに溶接部の耐食性を母材部なみに改
善したオーステナイト系ステンレス鋼を使用することに
より、製造コスト及びメンテナンスコストを低減した廃
棄物焼却炉が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】産業廃棄物及び一般廃棄物の焼却処理に使用
される焼却炉

【図２】廃液処理ピットの側面に取り付けた平板試験
片のＣｕ含有量と侵食深さとの関係を示したグラフ

【図３】廃液処理ピットの側面に取り付けた溶接ビー
ド付き試験片のＣｕ含有量と侵食深さとの関係を示した
グラフ

【図４】冷却塔の出側ダクト部に取り付けた平板試験
片のＣｕ含有量と侵食深さとの関係を示したグラフ

【図５】冷却塔の出側ダクト部に取り付けた溶接ビー
ド付き試験片のＣｕ含有量と侵食深さとの関係を示した
グラフ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却炉，ガス冷却設備，集塵装置，排ガ
ス清浄設備及び煙突を備えた廃棄物焼却炉であって、Ｃ
ｌ濃度０．１％以上，ｐＨ２以下の結露水に曝される部
位にＣ：０．０６質量％以下，Ｓｉ：１．０〜５．０質
量％，Ｍｎ：１．０質量％以下，Ｐ：０．０４５質量％
以下，Ｓ：０．００５０質量％以下，Ｃｒ：１６．０〜
２０．０質量％，Ｎｉ：１１．０〜１８．０質量％，
Ｎ：０．００５〜０．３５質量％，Ｃｕ：０．０５〜
１．０質量％を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもつ
オーステナイト系ステンレス鋼が使用されている廃棄物
焼却炉。
【請求項２】請求項１記載のオーステナイト系ステン
レス鋼が更にＭｏ：０．１〜６．０質量％を含むもので
ある廃棄物焼却炉。