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JP6601981B2 - マルチパスボイラー - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1の上位概念の特徴による、煙道ガスの冷却、もしくは、冷却および同時の洗浄のためのマルチパスボイラーに関する。
本発明は、有利にはごみのための、燃焼設備の火格子に、マルチパスボイラーが後置されている、至る所で使用可能であり、このマルチパスボイラー内に、燃焼の排気ガスが導入される。
ごみ燃焼設備のマルチパスボイラーは、複数の煙道を有しており、これら煙道を通って、煙道ガスが、この煙道ガスの冷却、および、洗浄のために導かれる。ごみ燃焼の排ガスは、通常、二次空気と混合され、且つ、数秒の内に、第1の煙道内において焼き尽くす。この焼き尽くされた煙道ガスは、この第1の煙道の上側の端部において、第2の煙道内へと方向転換される。この第1の煙道および第2の煙道内において、煙道ガスは、この煙道ガスの熱の一部を、輻射によってボイラー壁に対して引き渡す。
第2の煙道内において、通常は、第3の煙道内への方向転換部が存在する。この方向転換部内において、その時まで流動によって連行された灰微粒子の一部が、重力、および、慣性に基づいて分離され、且つ、開口部を介して、ホッパー、いわゆる灰ホッパー内へと排出される。第2の煙道内においてと同様に、更に別の煙道内においても、熱伝達装置、または、蒸発器、または、過熱器が位置していることは可能であり、これらの加熱面を介して、熱エネルギーが、内側に存在する媒体に対して引き渡され、且つ、放出される。
冒頭に記載した様式のマルチパスボイラーは、特許文献1内において記載されている。
第2の煙道内において設けられている過熱器、または、熱交換器において、高温腐食が発生する。この高温腐食は、同様に300℃以上の材料温度を有する加熱面の上で、400℃以上の温度を有する煙道ガスからのアルカリを含有する灰の沈殿物によって誘発される。
腐食率は、煙道ガス温度、材料温度、および、煙道ガスの流動速度に依存する。
この腐食率が、増大する流動速度、および、増大する材料温度、並びに、煙道ガスおよび灰内における増大するハロゲン化合物の濃度でもって増大することは、一般的に言えることである。
腐食率の制限のために、低合金された鋼から成る、特に危険に曝された過熱器は、約430℃の材料温度に制限される。圧延接合された(gecladdeten)表面を有する過熱器は、460℃に至るまでの材料温度を達成する。
SCR(選択触媒還元脱硝)のアンモニアスリップ(Ammoniak−Schlupf)の低減のために、並びに、窒素酸化物の低減のための唯一の装置として、高ダストSCR触媒(High−Dust SCR Katalysatoren)は、400℃以下の温度範囲内において使用される。何故ならば、さもなければ、堆積された灰でもっての汚染が抑制され得ないからである。これら触媒は、プレートの様式において、ボイラー室内において設けられる。
煙道ガスからの灰微粒子の堆積によって、これら灰微粒子の表面に薄層が形成可能である。触媒の上の薄層は、この触媒を、煙道ガスから絶縁し、且つ、この触媒を、従って使用不能にする可能性がある。400℃以下で初めて、これら薄層は、これら薄層が、触媒の通路から、蒸気吹込みによって除去され得るように構造を与えられる。このことによって、触媒の使用は、400℃以下の温度に制限される。
高い腐食率の発生によって、過熱器の耐用期間は制限される。更に、薄層形成は、この過熱器における比較的に少ない熱伝達を結果として招き、このことは、この過熱器自体の比較的に大きな寸法設定を誘起する。洗浄装置による洗浄は、従って、規則的な時間の間隔において、不連続に実施されねばならない。
粗い、且つ、結合された灰分(Ascheteile)は、過熱器における付着(Anbackung)を誘起し、これら灰分は除去されねばならない。
煙道ガスの脱窒素のために、SNCR(選択非触媒還元脱硝)(Selektive Nicht−Katalytische Entstickung)が使用された場合、高いアンモニアスリップにおいて、スリップ触媒を、このアンモニアスリップの低減のために使用することの必要性が生じ得る。
加熱面の高い汚染度合いは、更に、第1および第2の煙道内における温度が、常に最適であるとは限らないことを誘起し、従って、窒素酸化物の非触媒低減は能率的に進行しない。
従って、如何なる最適な分離性能も期待され得ない。
特許文献2は、ごみ燃焼設備の煙道ガスの冷却、もしくは、冷却および同時の洗浄のためのマルチパスボイラーを記載しており、前記ボイラーが、
第1の煙道と、
前記煙道ガスが導入される下側の開口部と、
第2の煙道と、
過熱器と、
熱交換器と、
下側の開口部を有する底部と、および、
その立ち上がり通路を通って前記煙道ガスが前記第2の煙道から離れる該立ち上がり通路とを有しており、
その際、球形の部材から成る、下方へと移動するばら荷が、前記ボイラーの前記第2の煙道内において設けられており、
前記ばら荷が、前記底部の前記下側の開口部を通って取り出され、且つ、上側の開口部を通って前記第2の煙道内へと供給され、
その際、加熱面の表面を通過しての、前記ばら荷の移動によって、飛散する灰の腐食する成分が除去される。
このマルチパスボイラーは、如何なる過熱器も、および、如何なる熱交換器も、第2の煙道内において、および、移動されるばら荷内において有していない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2008 027 740A1号明細書 米国特許第2003/095918 A1号明細書
従って、本発明の課題は、従来技術の上記欠点を解消すること、および、1つのマルチパスボイラーを発展させることであり、このマルチパスボイラー内において、過熱器、および、熱交換器の表面が、連続的に、極めて十分に、腐食無しに保持され、その際、存在する触媒が、作動耐久時間にわたって、有効な状態に留まるべきであり、且つ、ボイラー内における温度が最適化されるべきである。
この課題は、請求項1の典型的な特徴に従う、ごみ燃焼設備の煙道ガスの洗浄および冷却のための、マルチパスボイラーによって解決される。
従属請求項は、本発明の有利な構成をそれぞれ与える。
本発明に従う解決策は、有利には、ごみ燃焼設備のための、煙道ガスの洗浄および冷却のための、マルチパスボイラーに関しており、このマルチパスボイラーにおいて、第1の煙道が、下側の開口部を有しており、この下側の開口部内へと煙道ガスが導入され、その際、この煙道ガスが、この第1の煙道から、この第1の煙道の上側の領域内において迂回部を介して離れ、且つ、第2の煙道内へと到達する。
この第2の煙道内において、過熱器と熱交換器とが設けられている。更に別の煙道、特に、第4の煙道内において、例えばプレートの様式の、触媒が設けられている。
第2の煙道の下側の領域内において底部が存在し、この底部の様式によって、球、または、丸い物体の取り出しが容易にされる。この底部が、下側の開口部を有するホッパーであることは可能である。
更に、煙道ガスは、第2の煙道の後、更に、上方へと迂回され、その際、冷却の後、灰および微細塵埃が降下され、これら灰および微細塵埃が、灰ホッパーを通って排出される。
煙道ガスの迂回は、立ち上がり通路内において行われる。この立ち上がり通路は、ボイラー壁のある角度において設けられている。この立ち上がり通路は、第3の煙道に相応しており、この第3の煙道が、1つの壁によって、第2の煙道から分離されている。分離壁の下側の端部を介しての煙道ガスの迂回は、第2の煙道から第3の煙道へと行われる。
本発明に従い、少なくとも、ボイラーの第2の煙道内において、球形の部材から成る、遅鈍に下方へと移動するばら荷が設けられており、これらばら荷は、ホッパーのような底部の下側の開口部を通って、灰および微細塵埃と共に取り出され、その際、これら球形の部材の付加が、上側の開口部を通って行われる。この上側の開口部は、天井内において、即ち、第2の煙道の境界部内において設けられている。この付加は、しかしながら、同様に、立ち上がり通路内における開口部を通って、または、第2の煙道内における側方の開口部を通っても行われ得る。
1つの実施形態の変形も可能であり、この実施形態の変形に従い、球形の部材の付加は、一方の方法でと同様に、他方の方法で行われる。
ばら荷が、球体ばら荷であることは可能であり、その際、この球体は、円形の球体、長円形の球体、または、他の丸いばら荷部材であることは可能である。同様に、多面体が使用され得、これら多面体の形状は、球体形状に近似的である。
球形の部材として、セラミック球、または、鋼のような、他の耐腐食性の材料から成る球体を使用することは有利である。
球体が、5と25mmとの間の直径を有する球体であることは可能であり、これら球体が、温度の急激な変化に強い、耐磨耗性の、高い熱伝導率を備えているセラミック、例えば、ALから成っている。
この熱伝導率は、炭化ケイ素(SiC(Siliziumcarbit))の添加によって増大され得る。
球体ばら荷は、唯一の直径、例えば、10mmを有する球体から成ること、異なる直径を有する球体混合物から成ることは可能であり、しかしながら、同様に、10%が5mm、20%が10mm、および、70%が20mmであるような、異なる挿入量における球体から成ることも可能である。この球体ばら荷は、それに加えて、異なる球体材料から成ることも可能である。
球体が触媒材料から成っている、または、この触媒材料、例えば酸化バナジウム(Vanadiumpentoxid)でもって全体的または部分的に被覆されている場合、更に有利である。従って、窒素および水への、窒素酸化物およびアンモニアの変換が容易にされる。この場合には、この球体ばら荷の移動床(Wanderbett)は、自己浄化する触媒としての役目を果たし、この移動床−触媒(Wanderbett−Katalysator)が、SNCRシステム(選択非触媒還元脱硝)(Selektive Nicht−Katalytische Entstickung, selective non−catalytic reduction of Nitrous oxides)のアンモニアスリップ(Ammoniakschlupf)を制限する。
この移動床内への入口における約摂氏850度の、高い作動温度に基づいて、この触媒は、このアンモニアスリップの低減における、極めて高い効果を有している。
本発明に従う解決策の利点は、煙道ガス流からの、過熱器加熱面の遠ざけにある。
飛散する灰の腐食する成分は、如何なる密な層も、これら加熱面の上で形成しない。何故ならば、ばら荷が下方へと移動する間じゅう、これら成分が、恒久的に、セラミック球の移動によって、これら加熱面の表面の上を通過して除去されるからである。このことによって、過熱器における、腐食率の著しい低減という状態となる。この腐食率は、同様に、煙道ガスの流動速度によって、および、これに伴って現れる侵食によって、影響を及ぼされる。
煙道ガスからの過熱器の遠ざけによって、この影響は、完全に除去される。ばら荷の移動は問題ない。何故ならば、移動速度が低いからである。この移動速度は、1と20m/時との間にある。
更に、上側の開口部と下側の開口部との間に、下方へと移動するばら荷の球体の付加および取り出しのために、少なくとも1つの搬送装置が設けられていることは、有利である。その際、スクリューコンベヤー、および、垂直搬送装置(例えば、バケットコンベヤ)は有利である。従って、例えば、灰ホッパーの下で、および、球体の装入のために、それぞれ1つのスクリューコンベヤーが設けられ得る。両方のこれらスクリューコンベヤーの間に、1つの垂直搬送装置が設けられており、この垂直搬送装置が、ばら荷の球体を上方へと移送する。
ホッパーの下側の開口部の後に、ろ過器を、球体ばら荷からの、灰及び/または微細塵埃の分離のために設けることは、更に有利である。このろ過器は、球体の直径に相応して、球体がろ過器薄層の上で後に残り、これに対して、灰および微細塵埃がこのろ過器からろ過器通過物として離れるような、メッシュ幅を有しているべきである。
第2の煙道内において、第3の煙道または立ち上がり通路に対する分離壁を、この領域内においてこの分離壁によって第2の煙道の直径が低減され、従って、煙道ガスの比較的に高いガス速度が発生するように設けることは、更に有利である。この分離壁は、同時に、煙道ガスのための方向転換部としての役目を果たす。
分離壁を、第2の煙道と、立ち上がり通路または第3の煙道との間の、ボイラー壁に設けることは、有利である。
ボイラー壁と分離壁との間に、ある角度がある場合、更に有利である。この角度は、鈍角であるべきである。その際、この角度が、120と150度との間の範囲内にある場合、有利である。
本発明に従う解決策は、以下の利点を有している:即ち、
− 煙道ガスからの過熱器の切り離しにより、例えば、摂氏550度に至るまでの、比較的に高い過熱温度が達成され得る。
− 過熱器の腐食率が比較的に低く、および、従って、耐用期間が旧来の構成におけるよりも長い。
− 移動床内において、明確に、対流性加熱面の内側よりも高い流動速度が実現され得る。このことによって、移動床に対する熱伝達は改善される。
− 移動床の移動(Wanderbewegung)によって、加熱面の連続的な洗浄という状態となり、従って、洗浄装置が無くなる。
− 球体の移動によって、堆積された灰が粉砕され、且つ、比較的に容易に、ボイラーから除去され得る。
− SiCによる熱伝導率の増大によって、熱交換器、および、担持要素の構造容積が減少され得る。
− 第2の煙道内における、断面積の先細りにより、移動床として機能する球体ばら荷の、水平方向の混ぜ合わせが可能とされ、この混ぜ合わせが、球体の粘着を防止する。
− 活性な表面/触媒材料でもっての被覆によって、移動床は、窒素酸化物放出の低減のための付加的な機能を与えられる。このことによって、そのことが排気ガス放出限界値に基づいて必要である場合に、スリップ触媒(Schlupfkatalysator)を製造することの必要性は無くなる。
− 窒素酸化物の触媒作用による低減は、極めて能率的であり、この低減が、摂氏650度から摂氏850度までの温度において、最適な温度領域内において行われる。
− 最適な温度領域によって、アンモニアスリップは、触媒の下流側で、再度、明確に低減され得る。
− アンモニアスリップの制限内における、触媒の高い効率によって、SNCR内におけるアンモニアの化学量論性(Stoechiometrie)は向上され得、且つ、従って、このSNCRの分離性能が、全体として改善され得る。
以下で、本発明を、2つの図、および、1つの実施例において、詳しく説明する。
球体ばら荷が立ち上がり壁を介して付加される、本発明に従うマルチパスボイラーを通る、煙道ガスの経路の概略的な図である。 球体ばら荷が第2の煙道の天井内における上側の開口部を介して付加される、本発明に従うマルチパスボイラーを通る、煙道ガスの経路の概略的な図である。
図1は、概略的な図において、本発明に従うマルチパスボイラー2を通る煙道ガス1の経路を示しており、このマルチパスボイラーが4つの煙道を有している。
煙道ガス1は、下側の開口部5を通って、マルチパスボイラー2の第1の煙道3内へと到達し、その際、この煙道ガス1が、この第1の煙道3の上側の端部において、第2の煙道4内へと方向転換される。煙道ガスの流動方向19は、相応する矢印によって識別されている。
マルチパスボイラー2の第1および第2の煙道3、4内において、煙道ガス1は、摂氏1050度以上から約摂氏850度へと冷却され、且つ、第2の煙道4内において、球体ばら荷6(Kugelschuettung)に当たる。この球体ばら荷6は、遅鈍に、且つ、連続的に、重力によって下方へと流動し、且つ、ホッパー10を通って、第2の煙道4から開口部12を介して排出される。この球体ばら荷6は、セラミック球から成り、これらセラミック球が、触媒でもって被覆されている。
第2の煙道4内において、過熱器8、および、熱交換器9が設けられている。この過熱器8は、1つの過熱器であり、この過熱器内において、過熱蒸気21が生成される。煙道ガス1の温度は、立ち上がり通路11の領域内において、摂氏850度から、約摂氏650度へと下降する。下方へと移動する球体ばら荷6によって、過熱器8、および、熱交換器9は、これらセラミック球内へと埋没されており、これらセラミック球が、熱を伝達し、且つ、この過熱器8が間接的にだけ煙道ガス1と接触することを許す。
更に、下方へと流動する球体ばら荷6の移動は、腐食が、堆積する灰分および微細塵埃17により発生することを防止する。何故ならば、この球体ばら荷6の球体が、接し合って、且つ、過熱器8および熱交換器9の傍らを通り過ぎて流れるからである。煙道ガス1は、先ず第一に、下流へと流動し、且つ、熱を球体ばら荷6に引き渡す。
この煙道ガス1は、立ち上がり通路11を通って、球体ばら荷6から離れ、この立ち上がり通路11が、第3の煙道23へと通じ、または、この第3の煙道の下側の端部を具現している。立ち上がり通路11の出口において、煙道ガス1は、約摂氏650度の温度を有している。この立ち上がり通路11の領域内において、分離壁7が、ボイラー壁16に対して130度の角度22において設けられており、その際、煙道ガス1の比較的に高い速度が発生し、この速度が、この煙道ガス1の熱伝達に対して有利な影響を及ぼす。
煙道ガス流内における自由な断面積の減少によって、同様に、堆積する微細塵埃および灰分17による、球体ばら荷6内における球体の粘着も、防止される。第2の煙道4内において、恒常的に下方へと移動する球体ばら荷6は、この球体ばら荷の、更に上方に収容された、煙道ガス1の熱を、更に下方へと、部分的に、他方また、過熱器8および熱交換器9の加熱面に引き渡す。
球体ばら荷6の球体は、ホッパー10内において集められ、開口部12を介して、このホッパー10から離れ、且つ、移送コンベヤーである搬送装置15を通って、ろ過器14へと取り出される。このろ過器14は、球体を、灰および微細塵埃17から分離し、この微細塵埃が、搬送装置15を用いて、更に移送され且つ保管され得る。
更に、本実施例において1つの垂直搬送装置のような、1つの搬送装置15が、球体ばら荷6を、更に別の移送コンベヤーへと搬送し、この移送コンベヤーは、この球体ばら荷6の球体を、分離壁7の上方で、立ち上がり通路11内へと引き渡す。
図1は、更に、球体ばら荷6から離れた後の煙道ガス1を示している。その際、この煙道ガスは、第3の煙道23内において更に別の過熱器8へと、および、第4の煙道24内における更に別の熱交換器9へと到達する。この第4の煙道24内において、温度センサー20が設けられている。
この第4の煙道24の後、洗浄された煙道ガス18は、マルチパスボイラー2から離れる。この第4の煙道24の下側に、搬送装置15として、同様に、1つの移送コンベヤーが設けられており、この移送コンベヤーは、灰および微細塵埃17を放出する。
図2は、本発明に従うマルチパスボイラー2を概略的な図において示しており、その際、
球体ばら荷6の球体が、第2の煙道4内へと、この第2の煙道4の天井内における開口部13を通って付加される。
この目的のために、これら球体は、配量コンベヤーである搬送装置15を用いて、開口部13内へと搬送され、従って、これら球体が、球体ばら荷6内へと、分離壁7の上方で到達し、この分離壁が、第2の煙道4の断面積の減少を、および、従って、煙道ガス1の速度の増大を結果として招く。立ち上がり通路11内において、この実施例に従い、如何なる球体ばら荷6の球体も存在しない。
開口部13を通っての球体ばら荷6の付加は、隔室形ホイール堰を用いて行われ得る。
1 煙道ガス
2 マルチパスボイラー
3 第1の煙道
4 第2の煙道
5 流入する煙道ガスのためのボイラーの下側の開口部
6 球体ばら荷
7 分離壁
8 過熱器
9 熱交換器
10 ホッパー
11 立ち上がり通路
12 球体ばら荷(6)、および、灰の導出のための、ホッパー内における開口部
13 球体ばら荷(6)の導入のための、第2の煙道(4)の天井内における、開口部
14 灰および球体の分離のための、ろ過器
15 搬送装置
16 ボイラー壁
17 灰および微細塵埃
18 洗浄された煙道ガス
19 煙道ガスの流動方向
20 温度センサー
21 過熱蒸気
22 角度
23 第3の煙道
24 第4の煙道

Claims (14)

  1. ごみ燃焼設備の煙道ガス(1)の冷却、もしくは、冷却および同時の洗浄のためのマルチパスボイラー(2)であって、前記ボイラーが、
    第1の煙道(3)と、
    前記煙道ガス(1)が導入される、前記第1の煙道の下側の開口部(5)と、
    第2の煙道(4)と、
    過熱器(8)と、
    熱交換器(9)と、
    前記第2の煙道の下側の開口部(12)を有する底部と、および、
    立ち上がり通路(11)とを有し、この立ち上がり通路を通って前記煙道ガス(1)が前記第2の煙道から離れており、
    球形の部材から成る、下方へと移動するばら荷(6)が、前記ボイラーの前記第2の煙道(4)内において設けられており、
    前記ばら荷(6)が、前記底部の前記下側の開口部(12)を通って取り出され、且つ、前記第2の煙道(4)の上側の開口部を通って前記第2の煙道(4)内へと供給され、
    前記過熱器(8)および前記熱交換器(9)の加熱面の表面を通過しての、前記ばら荷(6)の移動によって、飛散する灰の腐食する成分が除去される様式の上記マルチパスボイラーにおいて、
    前記過熱器(8)、および、前記熱交換器(9)が、前記第2の煙道(4)内において設けられており、
    前記過熱器(8)が、間接的にだけ、前記煙道ガス(1)と接触し、且つ、前記煙道ガス(1)が、前記第2の煙道(4)内において、摂氏1050度以上から、摂氏850度へと、および、前記立ち上がり通路(11)内において、摂氏850度から、摂氏650度へと冷却されることを特徴とするマルチパスボイラー。
  2. 前記第2の煙道(4)内における前記上側の開口部は、この第2の煙道(4)の天井内における1つの開口部(13)であることを特徴とする請求項1に記載のマルチパスボイラー。
  3. 前記第2の煙道(4)内における前記上側の開口部は、前記立ち上がり通路(11)内における1つの開口部であることを特徴とする請求項1または2に記載のマルチパスボイラー。
  4. 前記第2の煙道(4)内における前記上側の開口部は、前記第2の煙道(4)の側壁内における1つの開口部であることを特徴とする請求項1または2に記載のマルチパスボイラー。
  5. 前記ばら荷(6)は、セラミック球から成ることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のマルチパスボイラー。
  6. 前記ばら荷(6)は、金属球から成ることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のマルチパスボイラー。
  7. 前記ばら荷(6)は、セラミック球と金属球から成る混合物から成ることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のマルチパスボイラー。
  8. 前記ばら荷(6)が、触媒材料から成る、または、この触媒材料でもって被覆されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のマルチパスボイラー。
  9. 前記第2の煙道(4)内における前記上側の開口部(11、13)と、前記第2の煙道(4)内における前記下側の開口部(12)との間に、少なくとも1つの搬送装置(15)が設けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一つに記載のマルチパスボイラー。
  10. 前記下側の開口部を有する前記底部は、ホッパー(10)であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一つに記載のマルチパスボイラー。
  11. 前記ホッパー(10)の前記下側の開口部(12)の後に、灰及び/または微細塵埃(17)、および、前記ばら荷(6)の分離のための、ろ過器(14)が設けられていることを特徴とする請求項10に記載のマルチパスボイラー。
  12. 前記第2の煙道(4)内において、分離壁(7)が設けられていることを特徴とする請求項1から11のいずれか一つに記載のマルチパスボイラー。
  13. 前記分離壁(7)は、前記第2の煙道(4)と前記立ち上がり通路(11)との間のボイラー壁(16)に設けられていることを特徴とする請求項12に記載のマルチパスボイラー。
  14. 前記分離壁(7)は、前記ボイラー壁(16)に対して、120と150度との間の範囲における角度(22)を有していることを特徴とする請求項13に記載のマルチパスボイラー。
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