JP2016156545A

JP2016156545A - エネルギー回収装置および廃棄物焼却設備

Info

Publication number: JP2016156545A
Application number: JP2015033815A
Authority: JP
Inventors: 亮輔菅藤; Ryosuke Sugafuji; 克義谷田; Katsuyoshi Tanida; 博之細田; Hiroyuki Hosoda; 義一佐藤; Giichi Sato; 民法木下; Taminori Kinoshita; 正伊藤; Tadashi Ito; 豪樋口; Takeshi Higuchi; 亮一浅井; Ryoichi Asai; 浩志砂田; Koji Sunada; 正行吉葉; Masayuki Yoshiba
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: JP5974126B1

Abstract

【課題】特殊な材質の伝熱管を用いることを抑制しつつ高温水蒸気を得ることが可能なエネルギー回収装置を提供し、効率良くエネルギー回収を行うことが容易な廃棄物焼却設備を提供する。
【解決手段】流動床式ガス化溶融炉によって廃棄物を燃焼させて得られた排ガスが流通する排ガス流路に、排ガスの流通方向と交差する方向に延在する１又は２以上の伝熱管を有するスーパーヒーター２２を備えスーパーヒーターに、４５０℃以上の水蒸気を流通させるとともに、排ガスは、平均温度が５５０℃以下で平均流速が３．０ｍ／ｓ以下となるよう構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー回収装置および廃棄物焼却設備に関し、より詳しくは、廃棄物を燃焼させる流動床式燃焼炉又は流動床式ガス化溶融炉から排出される排ガスから熱回収するエネルギー回収装置及びこのようなエネルギー回収装置を流動床式燃焼炉又は流動床式ガス化溶融炉とともに備える廃棄物焼却設備に関する。

従来、都市ゴミなどの廃棄物は、その多くが埋立や焼却によって処分されている。
なお、可燃性有機物を含む廃棄物を焼却処分する際には、従来、ストーカー炉、流動床式燃焼炉、或いは、流動床式ガス化溶融炉による処分が行われている（下記非特許文献１参照）。
このような廃棄物の焼却処分が行われる廃棄物焼却設備には、近年、廃棄物を処理する機能に加え、周辺地域に熱エネルギーや電力エネルギーを供給することが求められるようになってきており、スーパーヒーターを備えたボイラーによって燃焼炉の排ガスから熱回収が行われるようになってきている。

このような廃棄物の燃焼炉に付帯させるボイラーなどの熱回収装置は、通常、水蒸気をより高温高圧化させ得るものの方が回収した熱を有効活用し易い。
しかしながらこのようなボイラーで、例えば、４００℃を超えるような高温水蒸気を得ようとするとスーパーヒーターを構成する伝熱管が排ガス中で高温状態となるおそれがある。
そして、下記特許文献１（例えば、段落０００３等参照）に示されているように高温状態の伝熱管は排ガスに含まれる塩化水素などによって腐食され易い。

特開平０９−１５９１３２号公報

「ごみ焼却炉ボイラの高温腐食について」財団法人金属系材料研究開発センター湯川憲一、腐食防食協会編「材料と環境」１９９７−Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．１（第３頁〜第７頁）

上記のようなことから高温水蒸気を得ようとすると特殊な素材で作製された伝熱管を採用しなければスーパーヒーターの耐用期間が極端に短くなるおそれを有する。
即ち、従来のエネルギー回収装置においては、特殊な材質の伝熱管を用いることなく高温水蒸気を得ることが困難であるという問題を有している。
また、このようなことから従来の廃棄物焼却設備においては、効率良くエネルギー回収を行うことが困難になっている。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、特殊な材質の伝熱管を用いることを抑制しつつ高温水蒸気を得ることが可能なエネルギー回収装置を提供し、効率良くエネルギー回収を行うことが容易な廃棄物焼却設備を提供することを課題としている。

上記課題を解決すべく本発明者が鋭意検討したところ、流動床式燃焼炉や流動床式ガス化溶融炉から発生する排ガスは、通常、ストーカー炉などから排出される排ガスに比べて腐食性が低く、高温水蒸気を流通させる伝熱管にこのような腐食性が低い排ガスを特定の条件で接触させることで当該伝熱管の腐食が抑制されることを見出して本発明を完成させるに至った。

即ち、上記課題を解決するための本発明に係るエネルギー回収装置は、流動床式燃焼炉又は流動床式ガス化溶融炉によって廃棄物を燃焼させて得られた排ガスが流通する排ガス流路と、該排ガス流路に設けられ前記排ガスの流通方向と交差する方向に延在する１又は２以上の伝熱管を有するスーパーヒーターとを備え、前記伝熱管内を流通させる水蒸気によって前記排ガスから熱回収が行われるエネルギー回収装置であって、前記スーパーヒーターが、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管を有し、前記排ガス流路に流れる前記排ガスは、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管が配された位置での平均温度が５５０℃以下で平均流速が３．０ｍ／ｓ以下であることを特徴としている。

また、上記課題を解決するための本発明に係る廃棄物焼却設備は、廃棄物を燃焼させる流動床式燃焼炉又は流動床式ガス化溶融炉と、前記流動床式燃焼炉又は前記流動床式ガス化溶融炉から排出される排ガスから熱回収するエネルギー回収装置とを備えた廃棄物焼却設備であって、前記エネルギー回収装置は、前記排ガスが流通する排ガス流路と、該排ガス流路に設けられ、前記排ガスの流通方向と交差する方向に延在する１又は２以上の伝熱管を有するスーパーヒーターとを備え、前記伝熱管内を流通させた水蒸気によって前記排ガスから熱回収を行うもので、且つ、前記スーパーヒーターが、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管を有し、前記排ガス流路に流れる前記排ガスは、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管が配された位置での前記排ガスの平均温度が５５０℃以下で平均流速が３．０ｍ／ｓ以下であることを特徴としている。

本発明によれば、高温水蒸気を流通させる伝熱管の排ガスによる腐食が抑制されることから特殊な材質の伝熱管の使用を抑制しつつ高温水蒸気を得ることが可能な熱回収装置が提供され得る。
また、そのことにより本発明によれば効率良くエネルギー回収を行うことが容易な廃棄物焼却設備が提供され得る。

本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却設備の概略構成を示すブロック図。排ガス流路内における伝熱管の配置の一例を示した概略配置図。実際の廃棄物焼却設備において鋼管の減肉を評価した結果を示すグラフ。

以下に、本発明の廃棄物焼却設備に係る実施の形態について説明する。
まず、図１に示されているように本実施形態の廃棄物焼却設備１は、廃棄物を燃焼させる流動床式ガス化溶融炉１０と、前記流動床式ガス化溶融炉１０から排出される排ガスから熱回収するエネルギー回収装置２０とを備えている。
また、本実施形態の廃棄物焼却設備１は、前記エネルギー回収装置２０によって熱回収された後の排ガスをさらに温度低下させるための減温塔３０及び該減温塔３０を通過した後の排ガスに含まれている飛灰等を除去するためのバグフィルター４０をさらに備えている。

本実施形態の流動床式ガス化溶融炉１０は、廃棄物Ａを導入し、該廃棄物Ａに含まれている有機物を熱分解して可燃性ガスを含む排ガスＢを排出させるとともに廃棄物Ａに含まれている金属などの不燃物Ｃを排ガスＢとは別経路から排出するガス化炉１１と、該ガス化炉１１から排出された排ガスＢを導入して内部で当該排ガスＢに含まれている可燃性ガスを燃焼させるとともに前記排ガスＢに含まれている灰分を溶融スラグＤとして排出する溶融炉１２とを有している。
本実施形態の廃棄物焼却設備１は、前記溶融炉１２から排出される排ガスＥをバグフィルターなどで除塵する前にエネルギー回収装置２０に供給すべく構成されており、前記排ガスＥを直接エネルギー回収装置２０に供給すべく構成されている。

なお、以下においては、溶融炉１２から排出される排ガスＥを「第２排ガス」と称し、ガス化炉１１から溶融炉１２へと排出される排ガスＢを「第１排ガス」と称してそれぞれ呼び分けることがある。

前記ガス化炉１１は、珪砂などの流動媒体を堆積させてなる流動床（図示せず）を備えており、該流動床が流動化される際には空気などの酸素を含んだ気体が炉底より供給されるように構成されている。
前記ガス化炉１１は、例えば、廃棄物Ａである可燃ゴミを投入し、炉底から供給される燃焼用空気により流動化された流動床において前記可燃ゴミを４５０〜６００℃の温度で部分燃焼させるべく用いられる。
このような運転状態においては、廃棄物Ａのガス化によって、灰分と炭化固形分とを含んだチャー、及び、可燃性ガスが前記ガス化炉１１で発生する。
これら可燃ガス及びチャーは、第１排ガスＢに含まれる形でガス化炉１１から溶融炉１２に送られることになる。

前記ガス化炉１１の流動床には、例えば、平均粒径０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの珪砂がその流動媒体として循環供給される。
廃棄物中の不燃物Ｃは、珪砂と一緒に炉下部から排出され、排出された不燃物と珪砂とは分級装置などによって分離され、分離された珪砂は流動床に再供給される。

前記溶融炉１２では、ガス化炉１１から送られてきた第１排ガスＢに含まれる可燃性ガスが別途供給される燃焼用空気によって燃焼され、該可燃性ガスの燃焼に伴ってチャー中の炭素分も燃焼される。
前記溶融炉１２は、これらの燃焼に伴って発生する熱によって炉内の温度が、例えば、１２５０℃〜１３５０℃の高温となり、このためチャー中の灰分が溶融される。

そして、溶融した灰分は、溶融スラグＤとなって溶融炉１２の底部に設けられた出滓口（図示せず）から排出され、その後冷却水により急冷されて固化される。
該溶融炉１２から排出される第２排ガスＥは、前記エネルギー回収装置２０で熱回収されて減温された後、前記減温塔３０及び前記バグフィルター４０によってそれぞれ処理されて系外に排出される。

本実施形態における前記エネルギー回収装置２０は、前記第２排ガスＥが流通する排ガス流路としてボイラ煙道２１を有している。
なお、以下においては、ボイラ煙道２１における第２排ガスＥの流通方向上流側を「上流側」又は「前段側」と称し、ボイラ煙道２１における第２排ガスＥの流通方向下流側を「下流側」又は「後段側」と称することがある。

本実施形態における前記エネルギー回収装置２０は、前記ボイラ煙道内に設けられた１又は２以上の伝熱管によって構成されたスーパーヒーターを備えている。
該伝熱管は、前記ボイラ煙道２１を流通する第２排ガスＥの熱を当該伝熱管内を流通する水蒸気に伝えて高温高圧の水蒸気を得るためのものであり、本実施形態においては、「ＳＵＳ３０９Ｓ」、「ＳＵＳ３１０Ｓ」などの素材で出来たステンレス鋼管や一般的なボイラー用の低合金鋼製の管材である「ＳＴＢＡ１２」などの汎用品が採用可能である。
即ち、本実施形態の伝熱管は、「ＳＵＳ３０９Ｓ」、「ＳＵＳ３１０Ｓ」、低合金鋼などの汎用鋼によって形成されたものを採用することができる。

本実施形態における前記エネルギー回収装置２０は、４５０℃以上の水蒸気が流通する伝熱管を備えたスーパーヒーター２２ａを有し、該スーパーヒーターの他にさらに２つのスーパーヒーター２２ｂ，２２ｃを備えている。
この３つのスーパーヒーターの内の一つ（以下「第１スーパーヒーター２２ａ」）は、４５０℃以上の水蒸気を得るためのものである。
なお、本実施形態のエネルギー回収装置２０は、前記第１スーパーヒーター２２ａの上流側に別のスーパーヒータ（以下「第２スーパーヒーター２２ｂ」）が配されているとともに前記第１スーパーヒーター２２ａの下流側にも別のスーパーヒーター（以下、「第３スーパーヒーター２２ｃ」）が配されている。
これらのスーパーヒーター２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、互いに水蒸気の流路が連結された状態でエネルギー回収装置２０に備えられている。

本実施形態のエネルギー回収装置２０は、前記のスーパーヒーターに供給する水蒸気を予め加熱するための機器として、前記第３スーパーヒーター２２ｃの下流側で排ガスによって系外から導入される水を加熱する節炭器２３と、水を気水分離するためのボイラドラム２４と、該ボイラドラム２４から流下される水を加熱して水蒸気として前記ボイラドラム２４に返送するための蒸発器２５とをさらに備えている。

本実施形態のエネルギー回収装置２０は、前記ボイラドラム２４で得られた飽和水蒸気が前記第３スーパーヒーター２２ｃに供給されて過熱水蒸気となり、その後、この過熱水蒸気が第２スーパーヒーター２２ｂ、第１スーパーヒーター２２ａの順に移動し、該第１スーパーヒーター２２ａにおいて最終的に４５０℃以上の水蒸気が得られるように構成されている。

図２は、この３つのスーパーヒーターを構成する伝熱管のボイラ煙道内における配置を示した概略配置図であり、図１における仮想線Ｘを通る水平面においてボイラ煙道２１及びスーパーヒーター２２ａ，２２ｂ，２２ｃを切断した断面を図１のブロック矢印Ｙに示した方向から見た様子を示したものである。
この図にも示されているように、本実施形態のスーパーヒーター２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する全ての伝熱管は、その延在する方向を共通させており、前記排ガスの流通方向（図２の矢印Ｚ）と交差する方向に延在している。
より具体的には、全ての伝熱管は、排ガスの流通方向Ｚと略直交する形でボイラ煙道内に配されている。
また、各スーパーヒーターは、ボイラ煙道２１の長さ方向（排ガス流通方向）に６本、幅方向に４本の合計２４本の伝熱管によって構成されており、各伝熱管を前記幅方向及び前記長さ方向にそれぞれ整列状態で配置している。
さらに、本実施形態のエネルギー回収装置２０は、ボイラ煙道２０の最も上流側に配された第２スーパーヒーター２２ｂの最も下流側の伝熱管ｂ６と第１スーパーヒーター２２ａの最も上流側の伝熱管ａ１とがボイラ煙道２１の長さ方向において整列状態となり、第１スーパーヒーター２２ａの最も下流側の伝熱管ａ６と第３スーパーヒーター２２ｃの最も上流側の伝熱管ｃ１とがボイラ煙道２１の長さ方向において整列状態となるよう伝熱管を配置している。

各スーパーヒーターは、前記幅方向及び前記長さ方向にそれぞれ整列状態となって配置された伝熱管の内部を上流側から下流側、或いは、下流側から上流側に向けて水蒸気を流通させる間に当該水蒸気を排ガスとの熱交換によって加熱し得るように構成されており、幅方向おいて隣り合う伝熱管に概ね同じ温度の水蒸気を流通させるべく構成されている。
本実施形態のエネルギー回収装置２０は、ボイラドラム２４から供給された水蒸気を第３スーパーヒーター２２ｃの最も下流側（６番目）の伝熱管ｃ６に供給し、この水蒸気をボイラ煙道を上流側に向けて５番目の伝熱管ｃ５、４番目の伝熱管ｃ４と順次移動させて加熱し、最も上流側の伝熱管ｃ１から排出させた後、該水蒸気を第２スーパーヒーター２２ｂの最も上流側の伝熱管ｂ１に導入し、この水蒸気を一つ下流側の伝熱管ｂ２、さらにもう一つ下流側の伝熱管ｂ３へと順次移動させて加熱し、当該第２スーパーヒーター２２ｂにおける最も下流側の伝熱管ｂ６から温度の高い水蒸気として排出させるべく用いられる。
また、本実施形態のエネルギー回収装置２０は、前記第２スーパーヒーター２２ｂの最も下流側の伝熱管ｂ６から排出される、例えば、３８０℃の水蒸気を、その下流側に位置する第１スーパーヒーター２２ａの最下流側の伝熱管ａ６に導入し、該水蒸気をこの伝熱管ａ６の一つ上流側の伝熱管ａ５、さらにもう一つ上流側の伝熱管ａ４へと順次移動させて加熱し、最終的に第１スーパーヒーター２２ａの最上流側の伝熱管ａ１から４５０℃以上の水蒸気として取出すべく用いられる。

そして、本実施形態のエネルギー回収装置２０は、通常、第１スーパーヒーター２２ａの上流側から３〜４本目までの伝熱管ａ１〜ａ３（ａ１〜ａ４）において４００℃以上の水蒸気が流通される。
また、本実施形態のエネルギー回収装置２０は、排ガスから熱回収するための運転時において、通常、この４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管ａ１（以下「最終伝熱管」ともいう）の表面温度がボイラ煙道内に配された全ての伝熱管の中で最も高温となる。
この伝熱管の表面温度は、当該伝熱管に前記第２排ガスによる腐食が生じることを抑制する上において、５２０℃以下であることが好ましく、５００℃以下であることがより好ましく、４８０℃以下であることが特に好ましい。
なお、この伝熱管の表面温度は、例えば、伝熱管周囲の排ガス温度と伝熱管内の蒸気温度から伝熱計算を行って求めることができ、当該伝熱計算に必要な各種係数は「ドイツＦＤＢＲハンドブック」、「日本機械学会編流体の熱物性値集」に記載の値を採用することができる。

そして、最終伝熱管ａ１の表面温度を上記のような温度とするには、前記ボイラ煙道内を流れる前記第２排ガスは、該最終伝熱管ａ１が配された位置において５５０℃以下の平均温度（日平均温度）、３．０ｍ／ｓ以下の平均流速（日平均流速）とすることが好ましい。
また、最終伝熱管ａ１が腐食してしまうことを抑制する効果をより顕著に発揮させる上においては、前記最終伝熱管ａ１が配された位置における第２排ガスの平均温度は、５４０℃以下であることが好ましく、５３０℃以下であることがより好ましい。
そして、前記最終伝熱管ａ１が配された位置における第２排ガスの平均流速は、２．５ｍ／ｓ以下であることが好ましく、２．０ｍ／ｓ以下であることが好ましい。
なお、最終伝熱管ａ１が配された位置での前記第２排ガスの平均温度を過度に低温にさせたり、前記第２排ガスの平均流速を過度に低速にさせたりすると４５０℃以上の水蒸気を得るためにエネルギー回収装置２０の全体規模を過大なものにさせてしまうおそれがある。
そのため、前記最終伝熱管ａ１が配された位置での前記第２排ガスの平均温度は、４６０℃以上であることが好ましく、４７０℃以上であることがより好ましく、４８０℃以上であることが特に好ましい。
また、前記最終伝熱管ａ１が配された位置での前記第２排ガスの平均流速は、１．２ｍ／ｓ以上であることが好ましく、１．４ｍ／ｓ以上であることがより好ましく、１．６ｍ／ｓ以上であることが特に好ましい。

なお、第２排ガスは、平均的に上記のような温度や流速となっていれば、最終伝熱管ａ１を腐食するおそれが低いものにはなるが、一時的でも過度に高い温度や流速となると最終伝熱管ａ１の表面温度を高温にしてしまって当該最終伝熱管ａ１を腐食し易い状態にさせてしまうおそれがある。
従って、エネルギー回収装置２０の運転期間中における第２排ガスの最高温度は、６６０℃以下であることが好ましく、６５０℃以下であることがより好ましい。
また、エネルギー回収装置２０の運転期間中における第２排ガスの最高流速は、５．０ｍ／ｓ以下であることが好ましく、３．０ｍ／ｓ以下であることがより好ましい。
そして、エネルギー回収装置２０の運転期間中における最終伝熱管表面の最高到達温度は、５８０℃以下とされることが好ましく、５７０℃以下であることがより好ましい。
また、エネルギー回収装置２０のトータル運転日数を１００％とした場合、第２排ガスが、上記の平均温度や平均流速を超えた状態になる合計日数は、４０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。

なお、第２排ガスの温度は、ボイラ煙道内にシース熱電対を挿入するなどして求めることができる。第２排ガスの流速は、空塔速度によって求めることができ、単位時間当たりの排ガス流量をボイラ煙道２１の断面積で除して求めることができる。

ここで最終伝熱管ａ１が配された位置における第２排ガスの温度は、例えば、溶融炉１２での燃焼条件によって調整を図る方法の他に第２スーパーヒーター２２ｂでの熱回収量によって調整することができる。
即ち、第１スーパーヒーター２２ａの前段側に設けられた第２スーパーヒーター２２ｂで多くの熱回収を行うことで第１スーパーヒーター２２ａに到達する排ガスの温度を低下させることができる。
この第２スーパーヒーター２２ｂでの熱回収量は、当該第２スーパーヒーター２２ｂに導入する水蒸気の温度などによって調整可能である。

なお、スーパーヒーターでの熱回収を増大すべく第３スーパーヒーター２２ｃに導入する水蒸気量を増大させると、第２スーパーヒーター２２ｂや第１スーパーヒーター２２ａを流通する水蒸気量も増大させることになり、これらのスーパーヒーター（２２ａ，２２ｂ）を通過する水蒸気の速度が加速される結果として、排ガスとの熱交換のための十分な時間が確保できずに前記最終伝熱管ａ１から４５０℃以上の水蒸気を取り出すことが難しくなる場合がある。
その場合、最終伝熱管ａ１に至る水蒸気の経路の途中において一部の水蒸気を取出して水蒸気の通過速度を減速させる減速機構を設ければよく、例えば、第３スーパーヒーター２２ｃで得られた水蒸気の一部を第２スーパーヒーター２２ｂの手前で取り出す減速機構２６をエネルギー回収装置２０にさらに備えさせ、第２スーパーヒーター２２ｂや第１スーパーヒーター２２ａでの水蒸気の温度上昇を十分に行わせるようにすればよい。
また最終伝熱管ａ１よりも上流側で水を排ガスに噴霧して蒸発減温しても良い。

また、最終伝熱管ａ１が配された位置における第２排ガスの流速については、例えば、最終伝熱管ａ１よりも上流側における第２排ガスの減温条件によって調整を図る方法の他に、例えば、第２排ガスの一部を最終伝熱管ａ１よりも上流側でボイラ煙道外に取出した後に最終伝熱管ａ１よりも下流側の位置においてボイラ煙道内に戻すバイパス経路２７をエネルギー回収装置２０に備えさせることによっても調整可能となる。

ここで本実施形態のエネルギー回収装置２０においては、第２排ガスの流速が低く、第２排ガスが最終伝熱管ａ１に強く当たることが抑制されることから最終伝熱管ａ１の腐食が抑制される。
そのことにより、前記のようなＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＴＢＡ１２といった一般に入手容易な鋼管を最終伝熱管ａ１に採用してもスーパーヒーターの耐用期間が極端に短くなってしまうことを防ぐことができる。
また、これらの鋼管は、様々な径や肉厚のものが市場に提供されており、求める仕様のものが入手容易であることから、仮にスーパーヒーターの一部に腐食が生じて伝熱管の一部又は全部に交換が求められるようになった場合でも、このような要望に対して素早く対応することができる。

前記のように本実施形態においては、第１スーパーヒーター２２ａにおいて４００℃を超える水蒸気が流通される伝熱管が排ガスの流通方向に複数本並んでおり、これらが排ガスの流通方向に沿って整列状態で配置されている。
このような４００℃を超える水蒸気が流通される伝熱管は、通常、４００℃未満の水蒸気が流通される伝熱管に比べて腐食がされ易い。
しかしながら本実施形態の第１スーパーヒーター２２ａは、これらの伝熱管が整列配置していることで上流側の伝熱管が下流側の伝熱管の風除けとして機能し、腐食の抑制が図られる。
従来のスーパーヒーターにおいては、排ガスの流通方向に向けて複数の伝熱管を配置する場合、優れた熱交換効率を発揮させ易いことからこれらが千鳥配置されているが、本実施形態においては、伝熱管を前記第２排ガスの流通方向に沿って整列配置させて風よけ効果をより顕著なものにしている。

ただし、如何に伝熱管を整列配置させていてもこれらの間に大きな距離の隔たりがあると風よけ効果を期待することが難しくなる。
例えば、各スーパーヒーター間においては、外部からのアクセス可能な空間を設けておくことが好ましく、第１スーパーヒーター２２ａの最も上流側の伝熱管ａ１と第２スーパーヒーター２２ｂの最も下流側の伝熱管ｂ６との中心間距離Ｌ２や、第１スーパーヒーター２２ａの最も下流側の伝熱管ａ６と第３スーパーヒーター２２ｃの最も上流側の伝熱管ｃ１との中心間距離は、５００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度確保されることが好ましいが、このように伝熱管どうしの間に大きな隔たりがあると風除け効果を期待することは難しくなる。
従って、伝熱管が、例えば、直径３５ｍｍ〜５０ｍｍのものであれば、第２排ガスの流通方向において隣り合う伝熱管どうしの間の距離（中心間距離Ｌ１）は、１００ｍｍ以上１７０ｍｍ以下とされることが好ましい。

即ち、本実施形態のエネルギー回収装置は、前記排ガスの流通方向に沿って整列配置された少なくとも２本の伝熱管が備えられている場合、該２本の伝熱管の内、排ガスの流通方向下流側に備えられた第１の伝熱管と排ガスの流通方向上流側に備えられた第２の伝熱管とは、中心間距離が１００ｍｍ以上１７０ｍｍ以下となるように配置されており、しかも、前記第１の伝熱管が、４５０℃以上の水蒸気が流通する伝熱管であるか、又は、該伝熱管とは別の４００℃以上４５０℃未満の水蒸気が流通する伝熱管であるかの何れかであることが伝熱管の腐食を防止する意味において好ましいものである。

また、第２の伝熱管の方が第１の伝熱管よりも細径であると十分な風よけ効果が期待できなくなるため、第２の伝熱管は第１の伝熱管以上の太さを有していることが好ましい。
なお、前記ガス化炉１１に導入される廃棄物Ａの内容によっては、エネルギー回収装置２０に導入される第２排ガスＥの質が変化する場合がある。
前記最終伝熱管ａ１の腐食を抑制する上において、第２排ガスＥは、腐食性成分が所定以下の濃度であることが好ましい。
具体的には、エネルギー回収装置２０に導入される第２排ガスＥは、ＨＣｌの濃度が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、５００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
なお、廃棄物の燃焼排ガスにおけるＨＣｌ濃度の下限値は、通常、５ｐｐｍ程度である。
また、前記第２排ガスＥは、ＳＯｘの濃度が１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
なお、廃棄物の燃焼排ガスにおけるＳＯｘ濃度の下限値は、通常、１ｐｐｍ程度である。
さらに、前記第２排ガスＥは、ダストを多く含むと伝熱管に付着して熱交換効率を低下させるおそれがあることから、ダストの濃度が２０ｇ／Ｎｍ^３以下であることが好ましく、１０ｇ／Ｎｍ^３以下であることがより好ましく、５ｇ／Ｎｍ^３以下であることが特に好ましい。
なお、廃棄物の燃焼排ガスにおけるダスト濃度の下限値は、通常、０．５ｇ／Ｎｍ^３程度である。

なお、例えば、ガス化炉１１や溶融炉１２にアルカリ成分を導入して第２排ガス中の腐食性成分を一定以下に調整し、エネルギー回収装置２０の一層の保護を図るようにしてもよい。
前記のようなエネルギー回収装置２０よりも下流側の減温塔３０やバグフィルター４０は、特に限定されず従来の廃棄物焼却設備において用いられているものを採用することができる。
さらに、本実施形態の廃棄物焼却設備は、上記に例示したもの以外の装置類を必要に応じて備えさせても良い。

本実施形態のエネルギー回収装置は、特殊な材質の伝熱管を用いることなく高温水蒸気を得ることができ、該高温水蒸気は、蒸気タービンの動力源に利用するなどして電気エネルギーに変換可能であるとともにそのまま熱源としても有効活用可能である。
なお、本実施形態においては、流動床式ガス化溶融炉からの排ガスから熱回収を行う態様を例示しているが、本実施形態のエネルギー回収装置は、溶融炉などが備えられていない単なる流動床式燃焼炉と組み合わせて用いることも可能である。
本発明においては、回収した高温水蒸気の利用方法については特に限定されず、従来公知の技術事項を適宜採用可能なものである。
即ち、本発明は、上記例示に何等限定されるものではない。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものでもない。

一般的に入手可能なステンレス鋼であるＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３０９Ｓで出来た鋼管、及び、低合金鋼製の鋼管「ＳＴＢＡ１２」を実際の廃棄物焼却設備のエネルギー回収装置である廃熱ボイラに一定期間設置し、これらの鋼管の減肉を調査した。
なお、調査は、異なる２箇所の廃棄物焼却設備（何れも流動床式ガス化溶融炉を備えた施設、以下「施設Ａ」、「施設Ｂ」という）において実施した。
また、試料となる鋼管は、ＳＵＳ３１０Ｓ製の鋼管及び「ＳＴＢＡ１２」を各１本と、ＳＵＳ３０９Ｓ製の鋼管２本との計４本用意した。
なお、これらの鋼管の肉厚を測定したところ概ね５ｍｍであった。
そして、それぞれにおいて、ＳＵＳ３０９Ｓ製の鋼管２本については、排ガスの流通方向上流側と下流側との２箇所に分けて配置するとともに各鋼管に当たる排ガスの流速を約２ｍ／ｓとなるように調整し、且つ、管内に高温の空気を流通させて管表面温度が４８０℃程度となるようにした。
廃熱ボイラ内に設置した鋼管の近傍にシース熱電対よる温度測定プローブを設置するとともに鋼管表面に熱電対を取り付け、調査期間中の排ガス温度及び鋼管表面温度をモニターした。

鋼管の設置、及び、温度モニタを施設Ａ及び施設Ｂでそれぞれ２回に分けて実施した。
なお、施設Ａでの第１回目の温度モニターは８７日間、第２回目の温度モニターは９５日間とした。
施設Ｂでの第１回目の温度モニターは９９日間、第２回目の温度モニターは７３日間とした。
温度モニター期間中の管表面温度（期間平均値及び期間中の最高温度）及び排ガス温度（期間平均温度及び期間中の最高温度）を下記表１に示す。

また、それぞれの施設において鋼管を配した付近での塩化水素（ＨＣｌ）濃度及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）濃度を測定した。
測定されたＨＣｌ濃度及びＳＯｘ濃度の最大値と最小値とを下記表２に示す。
ここで先述の非特許文献１には、ストーカー炉からの排ガスには、多ければ、ＨＣｌが１４００ｐｐｍ、ＳＯ_２が６５ｐｐｍもの濃度で含まれることが記載されている。
それに比べ、施設Ａ、Ｂでの排ガスは、下記表２に示すように腐食性ガスの濃度が低いものであった。

各々約３か月にわたるモニタリングの後、各鋼管の減肉量を測定したところ、当初からの減肉量は全て０．１ｍｍ以下であり、ＳＴＢＡ１２でもＳＵＳ製の鋼管と同様に腐食が十分に抑制されることがわかった。
さらに、同様のモニタリングを施設Ａ、Ｂ両方で継続し、約６か月後、再び鋼管の減肉量を測定した。
その結果を、図３に示す。
この図からもわかるように約６か月後においても鋼管の減肉量はわずかであった。
このことから本発明によれば、特殊な材質の伝熱管を用いることなく高温水蒸気を得ることが可能なエネルギー回収装置が提供され得ることがわかる。

１廃棄物焼却設備
１０流動床式ガス化溶融炉
１１ガス化炉
１２溶融炉
２０エネルギー回収装置
Ｅ排ガス

Claims

流動床式燃焼炉又は流動床式ガス化溶融炉によって廃棄物を燃焼させて得られた排ガスが流通する排ガス流路と、
該排ガス流路に設けられ、前記排ガスの流通方向と交差する方向に延在する１又は２以上の伝熱管を有するスーパーヒーターとを備え、
前記伝熱管内を流通させる水蒸気によって前記排ガスから熱回収が行われるエネルギー回収装置であって、
前記スーパーヒーターが、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管を有し、
前記排ガス流路に流れる前記排ガスは、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管が配された位置での平均温度が５５０℃以下で平均流速が３．０ｍ／ｓ以下であるエネルギー回収装置。
前記排ガス流路には前記排ガスの流通方向に沿って整列配置された少なくとも２本の伝熱管が備えられ、
該２本の伝熱管の内、排ガスの流通方向下流側に備えられた第１の伝熱管と排ガスの流通方向上流側に備えられた第２の伝熱管とは、中心間距離が１００ｍｍ以上１７０ｍｍ以下となるように配置されており、
前記第１の伝熱管は、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管か、又は、該伝熱管とは別の４００℃以上４５０℃未満の水蒸気が流通する伝熱管である請求項１記載のエネルギー回収装置。
４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管が汎用鋼製である請求項１又は２記載のエネルギー回収装置。
廃棄物を燃焼させる流動床式燃焼炉又は流動床式ガス化溶融炉と、前記流動床式燃焼炉又は前記流動床式ガス化溶融炉から排出される排ガスから熱回収するエネルギー回収装置とを備えた廃棄物焼却設備であって、
前記エネルギー回収装置は、
前記排ガスが流通する排ガス流路と、
該排ガス流路に設けられ、前記排ガスの流通方向と交差する方向に延在する１又は２以上の伝熱管を有するスーパーヒーターとを備え、
前記伝熱管内を流通させた水蒸気によって前記排ガスから熱回収を行うもので、且つ、
前記スーパーヒーターが、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管を有し、
前記排ガス流路に流れる前記排ガスは、４５０℃以上の水蒸気が流通する前記伝熱管が配された位置での平均温度が５５０℃以下で平均流速が３．０ｍ／ｓ以下である廃棄物焼却設備。