JP2003294372A

JP2003294372A - 耐火材診断装置

Info

Publication number: JP2003294372A
Application number: JP2002099961A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Nakamura; 成章中村; Yoshinori Terasawa; 良則寺澤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】灰溶融炉の炉室を構成する耐火材の損傷量を
知ることができる耐火材診断装置を提供すること。【解決手段】灰溶融炉１には、炉室１３の周囲壁に耐
火材２が配設され、耐火材２を高熱から保護するために
冷却水の管路が配設され、冷却水入口ライン３から複数
の管路が分離された分岐管１４が接続されている。分岐
管１４には、その直前に冷却水入口温度検出器５が配設
され、分岐管１４の流路に冷却水出口温度検出器７及び
冷却水流量検出器６が配設されている。また、灰溶融炉
１には、炉室内温度を計測する温度検出装置１１を設け
ている。冷却水入口温度検出器５、各々の冷却水出口温
度検出器７、冷却水流量検出器６及び灰溶融炉温度検出
装置１１で検出した値は、制御装置１２に出力され耐火
材２の損耗量を常時監視することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ式灰溶融
炉、トーチ式灰溶融炉等の電気式灰溶融炉やガス等の燃
料を燃焼させる燃料式灰溶融炉やその他燃焼炉等の炉室
壁を構成する耐火材の損傷や損耗量を演算により導くこ
とができる耐火材診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、下水汚泥、都市ゴミ及び産業
廃棄物等の焼却灰は、資源化、減容化及び無害化を図る
ため、焼却炉により燃焼されて焼却灰とし、その後灰溶
融炉によって溶融され、スラグとして取り出されてい
る。このような溶融炉の炉室では、炉室内が１０００℃
以上の雰囲気により焼却灰が溶融されるので、炉壁には
レンガ等の耐火材が使用されている。このような溶融炉
の耐火材の損耗状態または損傷状態は、灰溶融炉の炉室
壁を構成する耐火材に埋設された冷却水の入口側温度と
出口側温度を検出し、これらの温度の現在値の差から把
握している。例えば、入口側温度と出口側温度の差が異
常であるような場合は、作業者の長年の経験と感により
耐火材が損傷していると判断し、耐火材の点検を行って
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷却水
の現在値の温度差による監視では、炉内温度等の周囲環
境によりその値が変動したり、作業者の判断にばらつき
があったりするため、判断が誤ったときには、炉内の監
視や点検のための労力が無駄になってしまうことがあ
る。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもの
で、溶融炉の炉室を構成する耐火材の損耗量や損傷を知
ることができる耐火材診断装置を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の耐火材診断装置は、耐火材で覆われている
炉壁と、炉壁を構成する耐火材を冷却する冷却水配管と
を備えた溶融炉の耐火材診断装置において、上記冷却水
が耐火材に導入される入口側温度及び冷却水が耐火材か
ら排出される出口側温度の差を計測する温度検出器と、
冷却水の流量を検出する流量計と、炉室の温度を計測す
る温度検出器を配設してなり、冷却水の現在の抜熱量
（収熱量ともいう）を求め、過去の冷却水による抜熱量
と耐火材の損耗量のデータから冷却水の現在の抜熱量を
補正して、演算により耐火材の損傷量を求めるようにし
た。また、上記耐火材診断装置は、上記演算が演算装置
により行われ、該演算装置に耐火材の消耗量のしきい値
を規定し、しきい値を超えるとアラーム装置により警報
を発信させることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による耐火材
診断装置について、図面を参照しながら説明する。図１
は、灰溶融炉１を示す。灰溶融炉１は炉室１３の周囲壁
に耐火材２が配設されている。耐火材２には、クロミア
系、酸化ケイ素等が用いられる。灰溶融炉１には、耐火
材２を高熱から保護するために、冷却水の管路が配設さ
れ入口ライン３から複数の管路に分離された分岐管１４
が接続されている。この分岐管１４は、耐火材２からな
る炉壁の周囲壁、天井壁若しくは炉壁の各部に複数個が
埋設され、出口側には分岐管１４が１つに集合された冷
却水出口ライン４が配設されている。

【０００６】冷却水入口ライン３には、冷却水入口ライ
ン３の管路が分岐する前に、その内部に流れる冷却水の
温度を計測する冷却水入口温度検出器５が配設されてい
る。そして、冷却水出口ライン４側には各分岐管１４の
下流側、すなわち冷却水出口ライン４の分岐管１４が出
口ライン４に集合する直前に冷却水出口温度検出器７を
設けている。さらに、各分岐管１４には、分岐管１４内
を流れる冷却水の各々の流量を検出する冷却水流量検出
器６が配設されている。灰溶融炉１には、炉室内温度を
計測する温度検出装置１１を設けている。

【０００７】冷却水入口温度検出器５と各々の冷却水出
口温度検出器７が検出した値はそれぞれ、冷却水入口温
度信号９、冷却水出口温度信号１０として、電気的に接
続されている制御装置１２に入力され、同じく各々の冷
却水流量検出器６が検出した値及び灰溶融炉１で検出し
た値は、冷却水流量信号８、溶融炉温度検出信号１５と
して電気的に接続されている制御装置１２に入力され
る。制御装置１２には、演算機能やアラーム発生等の制
御機能を有している。なお、本実施の形態の耐火材診断
装置は、電気式の灰溶融炉や燃料噴射式の灰溶融炉や、
その他焼却炉の各炉のいずれにも適用ができ、それらの
炉自体の具体的構造については省略する。

【０００８】次に、本発明の実施の形態の作用について
説明する。灰溶融炉１に焼却灰が投入されて、図示しな
い加熱手段により焼却灰が溶融される。その際、冷却水
入口ライン３から冷却水が圧送されて灰溶融炉１内に導
入されて各分岐管１４を流れ、冷却水出口ライン４へ流
出して。この冷却水の流れにより耐火材が冷却され、耐
火材２が炉室１３内の高熱から保護されて、それと反対
に冷却水の温度が上昇する。そして、冷却水入口温度検
出器５と各冷却水出口温度検出器７の検出データが制御
装置１２に出力され、同時に各分岐管１４の冷却水の流
量が冷却水流量検出器６により検出され、炉室１３の温
度は灰溶融炉温度検出装置１１に検出され、それぞれの
データは制御装置１２に出力される。制御装置には、過
去の日々の実験データから冷却水による抜熱量や、その
補正データと実際の耐熱材の消耗量の運転データの実験
値が収められている。そして、制御装置１２は、後述す
る演算方法により現在採取した各データにより、過去の
データを基礎として演算し、耐火材の推定損耗量を算出
する。

【０００９】演算方法は、次ぎのとおりである。冷却水
出口温度、冷却水入口温度及び冷却水量を以下のように
すると、冷却水出口温度：Ｔout(i) （iは、各分岐管１４の1,2,3,・・・ｎ）冷却水入口温度：Ｔin 冷却水量：Ｖ(i) （iは、各分岐管１４の1,2,3,・・・ｎ）耐火材の各部の抜熱量：Ｑ(i)＝Ｖ(i)＊（Ｔout(i)−Ｔin）また、耐火材の抜熱量Ｑ(i)は、溶融炉温度Ｔmと依存性
があるため、Ｔmに関する関数として補正する。Ｑ２(i)＝ｆ（Ｑ(i)，Ｔｍ）次に、Ｑ２(i)の時系列データを非線形近似したデータ
Ｑ３(i)を求め、このＱ３(i)から耐火材磨耗量を計算す
る。耐火材磨耗量：ｄ(i)＝ｇ（Ｑ３(i)）そして、これらのデータを長期的に保存してデータを蓄
積し、図２に示すようにトレンド表示をし、長期的な耐
火材の磨耗状況を常時監視可能とする。

【００１０】また、耐火材磨耗量ｄ(i)がしきい値ｄalm
＜ｄ(i)となると、制御装置１２はアラーム１６に信号
を送り警報を発生する。アラーム１６は、視覚、音声に
より判断できるものが使用でき、また、注意的なアラー
ムと緊急的なアラームとに分けることができる。このよ
うに、本実施の形態では、温度依存性を考慮した溶融炉
抜熱量を計算し、長期データの蓄積により非線形近似を
行うことで、長期的な耐火材磨耗状況を自動監視可能と
し、しきい値を設けることにより、自動的に耐火材の消
耗が進行したアラームを出力する。よって、作業者の溶
融炉の監視負担が軽減する。また、炉低壁、周壁、天井
壁等の各耐火材の部位に複数の分岐管１４を設け、それ
ぞれに、冷却水流量検出器６及び冷却水出口温度検出器
７を設けているので、任意の耐火材２の部位に対して、
その損耗量を知ることができる。

【００１１】[実施例]具体的な計算方法は以下の通りで
ある。耐火材の抜熱量Ｑ(i)の補正値Ｑ２(i)は、以下の
式で求める。Ｑ２(i)＝（α・（Ｔｐｖ−Ｔａｖ）／Ｔａｖ−β−１）Ｑ(i) Ｑ２(i) ：溶融炉収熱量温度補正値［×１０⁴kcal／ｈ］Ｑ(i) ：溶融炉収熱量温度補正前［×１０⁴kcal／ｈ］Ｔｐｖ：溶融炉温度現在値Ｔａｖ：溶融炉温度平均値（現在値を基準とした一定範囲内の温度平均値） α＝０．２５ β＝０．０１３ α、βは実験値であり、その値は炉形状、炉容積、耐火
材材質により異なる。

【００１２】Ｑ３(i)からＱ２(i)を求めるには、Ｑ２
(i)の時系列データを最小二乗法等で非線形近似し、そ
れをＱ３(i)とするまた、溶融炉温度補正値と耐火材損
耗量との関係を次式に示す。炉温度補正値と耐火材損耗
量の関係は、炉形状、炉容積、耐火材材質により異な
る。ｄ＝６＊Ｑ３(i)−２１０ｄ：耐火材損耗量［ｍｍ］実際の測定データを図３に示す。図３中の実線は、溶融
炉収熱量温度補正後と耐火材損耗量を示し、その縦軸の
各々が溶融炉収熱量、耐火材の損耗量を示し、横線はそ
れぞれの日数の経過を示している。

【００１３】以上、本発明の耐火材診断装置の実施の形
態について説明したが、本発明は、勿論、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形や変更が可能である。例え
ば、上記実施の形態では、例えば上記実施の形態では、
冷却水入口温度検出器５を分岐管１４の手前に１つ設け
たが、検出器５の数は多くなるが各分岐管１４毎に配設
してもよい。

【００１４】

【発明の効果】本発明の耐火材診断装置によれば、耐火
材で覆われている炉壁と、炉壁を構成する耐火材を冷却
する冷却水配管とを備えた溶融炉の耐火材診断装置にお
いて、上記冷却水が耐火材に導入される入口側温度及び
冷却水が耐火材から排出される出口側温度の差を計測す
る温度検出器と、冷却水の流量を検出する流量計と、炉
室の温度を計測する温度検出器を配設してなり、現在の
冷却水の抜熱量を求め、過去の冷却水による抜熱量と耐
火材の損耗量のデータから現在の冷却水の抜熱量を補正
して、演算により耐火材の損傷量を求めるようにしたの
で、冷却水温度から溶融抜熱量を計算し、炉内温度依存
性を考慮し、長期的にデータを蓄積して、非線形近似さ
せることにより、短期的な変動によらない正確度の高い
耐火材消耗状況の把握で監視可能である。また、上記演
算装置による耐火材の消耗量のしきい値を規定し、しき
い値を超えるとアラーム装置により警報を発信するよう
にしたので、耐火材消耗進行のアラームを発信して自動
監視を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による耐火材診断装置を配
設した灰溶融炉の概略システム図である。

【図２】灰溶融炉の抜熱量と耐火材損耗量を示す線図で
ある。

【図３】本実施の形態における耐火材診断装置の測定デ
ータの一例を示す線図である。

【符号の説明】１灰溶融炉２耐火材３冷却水入口ライン４冷却水出口ライン５冷却水入口温度検出器６冷却水流量検出器７冷却水出口温度検出器８冷却水流量信号９冷却水入口温度信号１０冷却水出口温度信号１１灰溶融炉温度検出装置１２制御装置（演算装置）１３炉室１４分岐管１５灰溶融炉温度検出信号１６アラーム５０耐火材診断装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K062 AB03 AC01 CA01 DA02 3K065 AB03 AC01 FA14 4K051 BH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火材で覆われている炉壁と、炉壁を構
成する耐火材を冷却する冷却水配管とを備えた溶融炉の
耐火材診断装置において、上記冷却水が耐火材に導入される入口側温度及び冷却水
が耐火材から排出される出口側温度の差を計測する温度
検出器と、冷却水の流量を検出する流量計と、炉室の温
度を計測する温度検出器を配設してなり、現在の冷却水の抜熱量を求め、過去の冷却水による抜熱
量と耐火材の損耗量のデータから現在の冷却水の抜熱量
を補正して、演算により耐火材の損傷量を求めるように
したことを特徴とする耐火材診断装置。
【請求項２】上記演算が演算装置により行われ、該演
算装置に耐火材の損耗量のしきい値を規定し、しきい値
を超えるとアラーム装置により警報を発信するようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の耐火材診断装置。