JP2006292180A

JP2006292180A - スラグ排出機構

Info

Publication number: JP2006292180A
Application number: JP2005108899A
Authority: JP
Inventors: Noboru Iwata; 昇岩田; Mitsunori Seo; 光憲瀬尾
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】発生した溶融スラグを水槽に収拾する炉において、水槽近辺の炉内をスラグが閉塞することがないようなスラグ排出機構を提供する。
【解決手段】炉中のスラグを水槽に収拾するスラグ排出機構であって、筒状の鋼製壁面ユニットの一端部を炉本体の底部に連接し、他端部を水槽で水封したスラグ排出機構。筒状の鋼製壁面ユニットはジャケット構造をなしていることが好ましい。また、前記筒状の鋼製壁面ユニットの少なくとも内周部はオーステナイト系又は二相系のステンレスとすることが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物焼却炉や石炭ガス化炉などにおけるスラグ排出機構に係わり、特にガス化溶融炉の二次燃焼炉で発生するスラグを水槽中に収拾するのに好適な排出機構に関する。

都市ごみや下水汚泥などの廃棄物を焼却処理する焼却設備には、焼却灰が排出されるストーカ炉や、炉内で溶融してスラグとして排出するシャフト炉などが用いられているが、いずれにしても発生する灰等のスラグは溶融して排出される。このうち、ストーカ炉の焼却灰を処理する灰溶融炉や、シャフト炉から排出されるガス中の可燃成分を燃焼させる二次燃焼炉では、炉の底部に水槽を有する水封構造とし、水中にスラグを収拾するようにしたものが多い。これは石炭ガス化炉においても同様である。しかし、この構造は、炉中を落下するスラグが炉の底部側壁面に付着して成長し、水槽に至る開口部を閉塞してしまうという問題があった。

この問題を解決するための溶融スラグ排出装置が、特許文献１に開示されている。これは石炭ガス化炉において、コンバスタで粉体燃料を燃焼させ、この粉体燃料中の灰分を溶融スラグとしてコンバスタ下端のスラグホールから、補助バーナを具えた燃焼室を経て下方の水の溜められたスラグホッパへ排出する装置であって、燃焼室の下半部には耐火材を施工せず、その上縁の周囲に環状の水管を設置し、冷却水を壁面に沿って流下させるようにしたものである。これにより、飛散したスラグが水膜が形成された燃焼室内周壁面に達すると、急激に冷却されて固化し粘着力がなくなるので、燃焼室内周壁面に付着することなく下方のスラグホッパーへ落下するというものである。
実開平７−２４９５８号公報（段落番号０００８）

特許文献１に開示された溶融スラグ排出装置において、スラグホールを流下したスラグの全てが水膜で覆われた燃焼室の下半部の内周壁に達するように飛散するとは限らない。水管より上方の耐火材部に付着した溶融スラグは、壁面に沿って流下していくが、水管に達すると、これを乗越えながら冷却されるので水管を覆うように固化し堆積する。これにより、固化したスラグで水管の開口孔は徐々に塞がれてしまい、遂には水膜が形成されなくなってしまう。こうなると、燃焼室は補助バーナで高温に維持されているので、燃焼室の下半部の内周壁面の温度は高くなり、ここに達するように飛散したスラグは、離脱し難く付着してしまう。スラグは徐々に成長して遂には燃焼室を閉塞する。

従って、本発明は、発生した溶融スラグを水槽に収拾する炉において、水槽近辺の炉内をスラグが閉塞することがないようなスラグ排出機構を提供することを目的としている。

本発明は、炉中のスラグを水槽に収拾するスラグ排出機構であって、筒状の鋼製壁面ユニットの一端部を炉本体の底部に連接し、他端部を水槽で水封したことを特徴としている。前記筒状の鋼製壁面ユニットはジャケット構造をなすことが好ましい。また、前記筒状の鋼製壁面ユニットの少なくとも内周部はオーステナイト系又は二相系のステンレスとすることが望ましい。また、本発明はシャフト式溶融炉の二次燃焼炉に適用するとよい。

本発明によれば、内側壁面を冷却できる構造としたので、冷却することで内側壁面とスラグとの熱膨張率の違いによりスラグの剥離性及び耐食性を一層向上させることができる。また、溶融スラグが固化する壁面を鋼材としてスラグとの親和性を乏しくしたので、スラグが付着しても大きく成長する前に自重で剥離して水槽に落下し、炉内部が閉塞することはない。また、高温の塩素ガスに対して耐食性を有する材質を用いたので耐久性が高い。

本発明のスラグ排出機構を、廃棄物の焼却設備として用いられるシャフト式ガス化溶融炉に設置される二次燃焼炉に適用した例で説明する。このガス化溶融炉は、図２に断面図を示すように、一次燃焼炉空間をなすシャフト炉２と、それに連なる二次燃焼空間をなす二次燃焼炉３とを有し、シャフト炉２では廃棄物を高温燃焼・溶融して固形物とガスとに分解し、二次燃焼炉３では分解ガスを十分に制御された雰囲気で燃焼させて有害物質を含まないか含んでも極めて低濃度の排ガスとし、後段に設けた排ガス処理装置（図示せず）を経て大気中に放出する。

シャフト炉２は、炉底部２２にコークス層２５を形成し、この上に廃棄物２６を積層し、コークス層２５を燃焼させてこの熱で廃棄物２６を燃焼及びガス化する。本実施例のシャフト炉２は、炉底部２２近傍にプラズマトーチ２１と羽口２３、２４を設けている。プラズマトーチ２１は同一高さの円周上に２ヶ所設け、プラズマトーチ２１から吹き出す高温ガスの方向は平面的には炉体の直径方向、立面的には炉底部の底と垂直部の交点方向としている。シャフト炉２の底部には溶融物排出口２７が設けてあり、溶融状態のメタルと主に酸化物からなるスラグとが二相分離して炉外に取り出される。取り出されたメタルとスラグは直ちに冷却・固化される。固化したスラグはガラス状であり、水にさらしても含有成分がしみ出すことはなく建設材料などとして再利用可能である。

廃棄物２６が加熱・乾燥されて発生した燃焼ガスは、Ｎ₂、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏの他にＣＯ、Ｈ₂、未燃焼炭素、炭化水素、窒素酸化物、窒素化合物などを含んでおり、シャフト炉２内を上昇し、排ガス口９からダクト８を通って二次燃焼炉３の上部から旋回流をなすように導入される。また、少量ではあるが、未燃廃棄物もダクト８を通って二次燃焼炉３へ導入される。

二次燃焼炉３では、燃焼ガスに残留する前記可燃成分及び未燃廃棄物を全量燃焼させるに必要な酸素供給量を維持するように、羽口３２より空気が供給される。これにより、ほぼ還元性燃焼雰囲気の下で残存可燃成分及び未燃廃棄物のほとんどを燃焼させることができる。この時の燃焼温度は９００℃以上に制御されダイオキシンを分解することができる。炉内で燃焼された溶融スラグ６は旋回流にのり内周壁面７に達し付着するが、内周壁面７は高温でありその上を流下していく。

二次燃焼炉３は、炉本体内側には耐火材３３が施工されており、底部は水封され図１に示すようなスラグ排出機構１が形成されている。即ち、炉本体下部に筒状の鋼製壁面ユニット４の一端部Ｕがボルトで着脱可能に連接され、さらにその下方に水槽５が設けられ、鋼製壁面ユニット４の他端部Ｄは水槽５内の水５１に没している。排ガスは、炉本体の鋼製壁面ユニット４上方の側壁に設けられた煙道３４から図示しない排ガス処理設備または熱回収設備へと流出される。鋼製壁面ユニット４は、連接部で溶融スラグ６の流下が停滞させられることがないよう、内側壁面４５の少なくとも一端部Ｕは、炉本体の内周壁面７の下部と面一になるような構造とするのがよいが、多少凹状となってもよい。水槽５には収拾されたスラグを炉外に搬出するコンベヤ（図示せず）を設置するとよい。

鋼製壁面ユニット４は、二重壁の水冷ジャケット構造４１とすることが好ましく、下部に冷却水入口４２、上部に冷却水出口４３を設けるとよい。鋼製壁面ユニット４は、水槽５の水５１や冷却水により、他端部Ｄ側から冷却されているが、連接する炉本体下部における内周壁面７の温度が、溶融スラグ６を流下させることができるような温度を維持できるよう、その高さＨを設定する。また、鋼製壁面ユニット４の少なくとも内側壁面４５は、冷却水の炉内への進入を防止する厚みと堅牢な構造を有し、塩素が多く含まれている高温の排ガスと接触しても腐食し難く、かつ残存応力腐食割れが発生し難い材料、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどオーステナイト系又は二相系ステンレスを用いることが望ましい。

本スラグ排出機構１においては、鋼製壁面ユニット４の温度は、水槽５の水５１に浸かっている他端部Ｄ側は溶融スラグ落下時の水面変動，炉内圧力変動による水封切れを回避できる範囲で低いが、炉本体下部と連接されている一端部Ｕ側は溶融スラグ６が流動できる程度に高い。従って、炉本体の内周壁面７を流下してきた溶融スラグ６は鋼製の内側壁面４５を流下し、そこで急冷されて流動性をなくし固化していく。しかし、スラグと鋼の組成は大きく異なるので親和性が乏しく、スラグは鋼には付着し難い。即ち、スラグが耐火材壁上で固化すると耐火材と組成が似ているため強く付着してしまうが、鋼製の内側壁面４５上で固化したスラグは、付着力が弱く、付着しても大きく成長するまでに自重で剥離し脱落するのである。

鋼製壁面ユニット４には冷却水を流すことが望ましい。これにより、スラグは急冷されて内側壁面４５との熱膨張率の違いにより付着力が小さくなり、付着しても一層剥離し易くなり、炉底部内部がスラグで覆われて水槽５への開口が閉塞されることはない。また、鋼製壁面ユニット４の排ガスと接触する内側壁面４５の温度が下がるので、鋼材の腐食の進行を抑制することができ耐久性が向上する。なお、内側壁部４５の腐食がひどくなったら、鋼製壁面ユニット４を交換すればよい。本発明において使用する鋼製壁面ユニットは筒状であるが、その断面形状は限定されない。円形や矩形が製造上容易であり好適である。

本発明のスラグ排出機構の概略構造を示す縦断面図本発明に係わるシャフト炉の概略を示す一部断面図

符号の説明

１…スラグ排出機構
２…シャフト炉
３…二次燃焼炉
４…鋼製壁面ユニット
５…水槽
６…溶融スラグ
７…炉本体内周壁面
８…ダクト
２１…プラズマトーチ
２３，２４，３２…羽口
２５…コークス
２６…廃棄物
３３…耐火材
４１…水冷ジャケット
４５…鋼製内側壁面
５１…水

Claims

炉中のスラグを水槽に収拾するスラグ排出機構であって、筒状の鋼製壁面ユニットの一端部を炉本体の底部に連接し、他端部を水槽で水封したことを特徴とするスラグ排出機構。
筒状の鋼製壁面ユニットはジャケット構造をなしている請求項１記載のスラグ排出機構。
筒状の鋼製壁面ユニットの少なくとも内周部はマルテンサイト系又は二相系のステンレスである請求項２記載のスラグ排出機構。
前記炉はシャフト式溶融炉の二次燃焼炉である請求項１、２又は３記載のスラグ排出機構。