JP2007120859A - 燃焼炉スラグ回収水封部の蒸発防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼炉下方の高温雰囲気や排ガス中の腐食性ガス成分に長時間に亘り曝されても劣化の進行が遅く、頻繁な取替えが発生しない浮きを有する蒸発防止装置を提供する。
【解決手段】焼却炉または溶融炉から排出された排ガスを再燃焼する燃焼炉下方に設けられたシュート部と、その下方に燃焼炉から落下するスラグやメタル等を回収する水槽と、その水槽の水面に外殻と内殻からなる二重構造の浮きを有する蒸発防止装置。浮きは外殻が円筒状で内殻が球体であることが好ましい。又は浮きの外殻の形状は球体であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物処理設備に係わるもので、特に溶融炉や焼却炉の燃焼排ガスを燃焼して処理する二次燃焼炉に好適に利用できるものである。

従来、家庭ごみや産業廃棄物を廃棄物処理施設の溶融炉で溶融すると燃焼排ガスと残渣としてスラグやメタルが発生するが、燃焼排ガス中には未燃物質や重金属が含まれているため、環境負荷低減のために燃焼排ガスは二次燃焼炉で再燃焼させて未燃物質を極力無くしてから後段の排ガス冷却塔やバグフィルター等に送り込むとともに、残渣については燃焼炉の下方からそのまま払い出してコンベアで系外に搬出するのが一般的であった。
昨今、廃棄物の多様化により特に産業廃棄物の中でもシュレッダーダストなどは自動車を破砕したものであるため重金属やプラスチックなどが多く含まれているため、これらを溶融した場合、家庭ごみや木質系の産業廃棄物などの場合に比べ発生するスラグやメタルが増加する。これらスラグやメタルを効率的に安全に回収するため燃焼炉下部に水槽を設け水封構造として、二次燃焼炉の下方から水槽の水に落下するスラグやメタルをコンベアで浚い回収し、系外に搬出していた。
従来の廃棄物処理設備のスラグやメタルの回収方法で、特許文献１には二次燃焼炉の下部を水封構造として水面に球状の浮体を浮かべることで水の蒸発を抑えることにより二次燃焼炉の下部雰囲気温度の低下を低減するとともに、スラグやメタルが落下して浮体に付着しても浮体が回動して水中に没すると剥離して水中に落下する。落下したスラグやメタルを水中コンベアで搬出することで溶融スラグの安定排出を可能とする例が開示されている。
特開平９−１６６３１４号公報

従来、溶融炉などの排ガス処理に使用される二次燃焼炉下方のスラグ排出部分には、水を張った水槽を設け、この水槽の水面が二次燃焼炉下方のスラグ排出部分を水封することにより二次燃焼炉下方からその後段に向け流れる燃焼ガスは排ガス処理系外に漏れないがスラグは水中に落下するような構造となっている。この水槽の表面を高温の排ガスが通過する際に高温の排ガスは水槽の水面からの水の蒸発によって、排ガス温度が低下し、スラグ排出部のスラグ融点を下回る温度まで低下する。このため、二次燃焼炉内の雰囲気温度の低下に伴い、スラグが二次燃焼炉内壁で付着・成長し、時間の経過に伴い二次燃焼炉内を徐々に塞いで、運転の継続ができなくなることが生じていた。また、二次燃焼炉内の雰囲気温度低下の原因は、排ガスが水面を通過する際に生じる水面の波および波しぶきも起因しており、これを抑制する手段もなかった。更には排ガス温度の低下により、後段ボイラの発電効率の低下を招く現象も生じた。この状態で炉を運転するならばスラグだけでなく排ガスも効率よく排出されなくなり、炉の運転自体が困難になる。これを回避するために定期的に付着成長したスラグを除去しなければならなかった。このために炉の運転を休止して作業するので廃棄物処理炉設備全体の処理効率の低下や排ガス燃焼炉の補修費やメンテナンス費の増大も招いていた。

そこで、水槽の水面に金属中空球、木材、軽量コンクリートなどの浮きを並べ水面を覆うことにより、水槽からの水分蒸発を減少させることで二次燃焼炉内の温度低下を防ぎ、通過する排ガス中に含まれるスラグやメタルを炉内壁で付着・成長させることを抑制し、スラグやメタルの排ガス系外への安定排出を可能とした。しかしながら、溶融炉下部の高温雰囲気や排ガス中の腐食性ガス成分に長時間に亘り曝されるため浮きである金属球などが腐食、劣化し頻繁な取替えが発生していた。

本発明は以上のような従来技術の欠点に鑑み、二次燃焼炉下方の高温雰囲気や高温排ガス中の腐食性ガス成分に長時間に亘り曝されても劣化の進行が遅く頻繁な取替えが発生しない水槽水の蒸発防止用の浮きを有することを特徴とする蒸発防止装置を提供することを目的としている。

かかる課題を解決するために本願発明者らが検討した結果、浮きが浮く機能を確保しつつ、長寿命化を図るにはどのような構造がよいかというところに着目したところ、高温排ガスに曝されにくく、浮きが腐食、破損しても浸水沈没しないようにすることが必要であることがわかった。そのためには、浮きを回動するようにし、常に水で冷やす面積を多くすることが重要なことが判明した。そのために浮きの外殻を円筒状とし、内殻を外殻の内部に比重の軽い球体を設けるようにした二重構造とした。この構造により常に水が円筒状の外殻と球体の内殻の間に入り込んで接触するようになるとともに、円筒状の外殻と中空の球体である内殻がそれぞれ自由に回動できることにより、円筒状の外殻は内側からも水で冷やされるとともに円筒状である外殻の内部にある球体はその表面に円筒状の外殻に覆われる直接的に高温ガスに曝されることも少なく腐食、劣化が起こりにくくなる点に着目して本発明を完成させた。

本願発明の蒸発防止装置は、焼却炉または溶融炉から排出された排ガスを再燃焼する二次燃焼炉下方に設けられたシュート部と、その下方に燃焼炉から落下するスラグやメタルを受け入れて回収する水槽と、その水槽の水面に外殻と内殻からなる二重構造の浮きを設けたことを特徴とする。

前記蒸発防止装置は、スラグやメタルを回収する水槽に導くシュート部を設け、その下方に二次燃焼炉から落下するスラグやメタルを受け入れ回収する水槽を設け、その水槽の水面には水槽水の蒸発防止用の覆いとして円筒状の浮きを設けるが、その中に中空状態もしくは比重の軽い材料を使用した浮力を有する球体を保持させて構成される二重構造の浮きを多数並べている。したがって、円筒状の外殻とその中に設ける球体が円筒状の外殻と球体の間に入り込んだ水によって冷やされ、球体が直接的に高温排ガスに曝されることも少なくなる。この仕組みによって、円筒状の外殻とその中に設ける球体が腐食、劣化しにくくなることにより前記浮きの寿命を長くし、取替え頻度を大幅に少なくすることができるとともに水の蒸発も抑え、その結果二次燃焼炉下方の雰囲気温度の低下も少なくすることが可能となる。

本願発明の蒸発防止装置は、前記水面を覆う二重構造の浮きの外殻が円筒状で内殻が球体であることが好ましい。

本願発明の蒸発防止装置は、前記水面を覆う浮きの外殻の形状が球体であることがこのましい。

本願発明の蒸発防止装置は、前記水面を覆う浮きの材質は金属またはセラミックスであることが好ましい。

前記二次燃焼炉下方に二次燃焼炉から落下するスラグやメタルを受け入れ回収する水槽を設ける。その水槽の水面に蒸発防止の覆いとして投入される浮きの形状は、落下してくるスラグやメタルが浮きに当たると容易に回動してスラグやメタルの付着面が水中に没するような球体や円筒体の回転体とし、材質は金属やセラミックスまたは軽量コンクリートなど腐食に強い物を使用し、構造的には金属の場合は中空とし、セラミックスや軽量コンクリートの場合は水に浮くように気孔を多数設けて水に浮くよう比重を小さくし、この浮きを多数並べることで水面が高温排ガスと接触する面を極力少なくするようにし、水の蒸発を抑えることにより二次燃焼炉下方の雰囲気温度の低下を少なくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば円筒状の外殻の内部に球体を設ける二重構造とし、常に水が円筒状の外殻と球体の間に入り込んで水と接触する面を多くするとともに、円筒状の外殻と球体がそれぞれ自由に回動できるようにすることにより、円筒状の外殻は外側だけでなく内側からも全体的に冷やされるとともに円筒状の外殻の内側にある球体は外側に円筒状の外殻があるため直接的に高温排ガスに曝されルことも少なく腐食、劣化が起こりにくくすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる蒸発防止装置１を模式的に示す断面図である。蒸発防止装置１は二次燃焼炉下方に設けられたシュート部１ａと、シュート部の下方にある水冷壁１ｂと、水封コンベア水槽２と、水封コンベア水槽２の水面Ｗ２に浮く浮き３とを備えて構成されている。この蒸発防止装置１の各部の詳細は次の通りである。

シュート部１ａは二次燃焼炉下方に接続されていて、燃焼炉から落下するスラグやメタルを水槽にもれなく導くように燃焼炉下部に外周が閉じられて接続されている。更にシュート部の下方には前記シュート部１ａと同様に外周が閉じられていて、前記シュート部１ａの下方に接続されている水冷壁１ｂがある。この水冷壁１ｂは鋼製であり、水冷壁１ｂの外側から水冷してあるため表面温度が下っている。したがって、付着したスラグやメタルＳの熱が水冷壁１ｂを経て奪われ、温度の急速な低下により水冷壁１ｂとの親和性が低くなり、付着しても水冷壁１ｂに溶着することなく剥離する。

水冷壁１ｂの下部には水封コンベア水槽２が設けられている。水封コンベア水槽２には燃焼炉下方から落下したスラグやメタルＳを系外に搬出するコンベアが設けられている。水槽には前記コンベアが水中に没して設けられているとともに、水冷壁１ｂの下端が水面より下方にあるように水Ｗを水封コンベア水槽２に張る。

水封コンベア水槽２には水Ｗを張り、水冷壁１ｂに囲まれた内部の水面上に浮き３を浮かべる。浮き３の水面に浮かべる個数は落下するスラグやメタルＳが浮き３に接触または付着し重心のバランスが崩れ自転しやすくすることと、落下してきたスラグやメタルＳが降り積もり浮き同士を連接固化して自転を阻害し、水面上部で閉塞する恐れを避ける為に、水冷壁１ｂに囲まれた内部の水面Ｗ１に密に浮かべることをせず、少なくとも水面の１５％程度の遊びがあるような数量とする。

水面の浮き３の形状は水面の覆いとなるために、水に浮くことが必要であり、尚且つ燃焼炉下部から落下したスラグやメタルが付着すると重心のバランスが崩れることにより自転してスラグやメタルＳが付着した面が水中に没するような球体や円筒体とする。浮きの占有面積が最大になるような、たとえば球体であれば半分程度が水没するように球体の材質と、大きさを決めることが必要である。また、球体が中空のときは殻の厚みも合わせて考慮する。材質は比重を考慮するだけでなく、年間を通じて、長期に高温ガスに曝されるため、熱の影響を受けにくい金属や耐熱、耐食性の高いセラミックスなどにすることが必要である。

まず本発明にかかる浮き３の構成について図２を用いて説明する。図２に示すように本浮き３は円筒状の外殻３ａと、前記外殻３ａの中に回動可能に保持された複数の中空球体よりなる内殻３ｂから構成されている。

浮き３を構成する材質は年間を通じて、長期に１２００〜１３００℃の高温排ガスに曝されるため、外殻３ａは熱や腐食性ガス成分などの影響を受けにくいＳＵＳ３１０Ｓや内殻３ｂはＳＵＳ３１６Ｌなどの金属を使用するのが好ましい。特に内殻３ｂは耐熱、耐食性の高く比重の小さいポーラス状のセラミックスなどの材質も用いることができる。

前記浮き３の外殻３ａは取扱のし易すさや落下してくるスラグやメタルＳの大きさとのバランスから、直径が１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度で、長さ２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度が適当である。前記浮き３はおよそ半分が水没するようにするのが良い。その理由は浮き３が円筒体や球体の場合、半分が水没したとき占有面積が最大になるからである。浮き３の板厚さはＳＵＳ３１０Ｓなど金属材質を用いた場合、前記直径、長さの場合１ｍｍ程度が適当である。

浮き３の構造で、例えば外殻を円筒とし両端面をＳＵＳ鋼板で溶接して中空の浮きとして製作した場合は、高温排ガスに曝されるので内圧が上昇し、腐食の進行に伴い強度の弱い溶接面から亀裂を生じ浸水や水没などが起こりやすくなる。一方、浮き３を前記円筒からなる外殻３ａと球体からなる内殻３ｂからなる二重構造とする場合、前記外殻３ａは外殻を水面で安定して浮かせるために外殻３ａの内側に中空球体である内殻３ｂを複数個保持させる。また、前記浮き３の外殻３ａの端面には外殻の内径よりやや小さい内殻３ｂを保持させる必要性から外殻３ａの両端面には円筒の直径より数ｍｍ小さい板状，若しくは内側に巻き込んだリブが設けられていて、内殻３ｂが外殻３ａから出てこないように構成されている。前記浮き３の内殻３ｂは外殻３ａの内側に保持されて回動できる程度に外殻の内径よりやや小さい中空球体とするのが好ましい。内殻３ｂの形状としては真球体乃至短円方向に回動可能なラグビーボール状の形状であってもかまわない。

上記構成の浮き３は水面上に於いて次のように作用する。まず水面Ｗ１に浮き３を浮きのほぼ長手方向の中心線に沿った水平方向の断面に相当する面積分だけ沈むように浮き３の構造と比重を決定する。その浮き３を水面Ｗ１に浮かべることにより浮きのほぼ長手方向の中心線に沿った水平方向の断面に相当する面積分だけ直接的に高温排ガスに曝される水面の面積が少なくなる。直接的に高温排ガスに曝される水の面積Ｗ１が減少することでその減少分に比例して蒸発量を抑え、その結果水蒸気の蒸発量の減少分に応じて水面上方の雰囲気温度の低下を防止することができる。更にスラグやメタルＳが二次燃焼炉下方から落下してきて円筒である外殻３ａの表面に付着した場合、外殻３ａの断面モーメントの偏心が起こり、浮き３が回動してスラグやメタルＳの付着部分が水中に没する。しかし浮き３は水封コンベア水槽２の水によって常に冷却されているとともにスラグやメタルＳは周りの水Ｗによって連続的に急速に冷却されるため外殻３ａに溶着する間もなく、浮き３から剥離し水槽の底に沈んでいく。一方、水面Ｗ１には二次燃焼炉の下方から流れてくる高温排ガスが当たり、前記高温排ガスは水面Ｗ１上を排出方向である煙道ダクト４に向かって流れる。浮き３の外殻３ａは前記高温排ガスの流れに曝されるが、前記高温排ガスの流れが外殻３ａの水面から出た部分を押すことよって外殻３ａは浮遊、回動し常に水封コンベア水槽２に貯留された水Ｗによって冷やされる。

また、前記浮き３の外殻３ａを円筒とすることによって、従来の真球状の球体の浮きより、水面Ｗ１を塞ぐ面積が拡大される。更に、外殻３ａと内殻３ｂの間には隙間があるため水が球と円筒との間に入り込むことによって、円筒である外殻３ａは表裏両面から水冷される。また、内殻３ｂは球体であるため熱膨張に対する耐久性もあり、円筒である外殻３ｂにより直接高温ガスに曝されることを遮断され、かつ内殻３ｂの表面は水冷されることによって、耐熱性、耐久性の大幅向上が図ることができる。また、長期に１２００〜１３００℃の高温ガスに曝されて、外殻３ａが腐食などのより破れることがあっても中空球体である内殻３ｂが外殻３ａの内部に保持されるため浮き続けることができる。したがって、これらの相乗効果により浮き３の寿命が大幅に伸びるのである。

更に前記浮きにより水面を塞ぐ面積が拡大されることによる効果としては、水封コンベア水槽水の蒸発量抑止だけでなく、二次燃焼炉出口温度が上昇することにより、排ガス処理系全体の熱損失防止効果も期待でき、設備の運転に係る省エネルギー効果が出てくる。表１に廃棄物処理溶融炉で前記省エネルギー効果の試験を実施した結果を示す。この結果によれば水面に浮きを浮かべることによりその相当面積分だけ水面が少なくなって高温排ガスの潜熱を奪う蒸発水量が減少し、その結果二次燃焼炉出口温度が上昇し、熱損失低減効果が出る。前記試験によると、浮きの占有面積が４０％の場合、二次燃焼炉出口側の排ガス温度は７℃（８０３℃から８１０℃に）上昇し、蒸発水量が４５３ｋｇ/ｋｃａｌから３９３ｋｇ/ｋｃａｌに減少することによって、蒸発水が高温排ガスから奪う熱量が約１３％減少して大幅な省エネルギー効果をもたらすことを確認した。

本発明の実施の形態に係わる蒸発防止装置は上記の形態に限らず、例えば次のように構成することができる。図３は本発明の第２実施形態に係る蒸発防止装置を模式的に示す概略図である。外殻３ａが球形である以外は内殻３ｂが球体で、浮き３としては図１と同様に二重構造であり、水面に於ける占有面積が円筒状に比べ若干減るもののこの浮きによれば図１と同様に二次燃焼炉下方から落下してくるスラグやメタルＳが付着しても重心のバランスが崩れ回動して水中に没するため腐食、劣化が起こりにくく、浮きの寿命は長くなる。

本発明の実施の形態に係わる蒸発防止装置は上記の材質に限らず、例えば次のような材質を使用することができる。外殻はＳＵＳ３１０Ｓなどの金属を用い外殻の内部に保持する球体は気孔を多数有するポーラス状のセラミックスで形成した球を用いる。セラミックス球体と金属球体は比重が異なるので、このとき浮きが半分程度水没する程度に浮くよう球体の大きさ、外殻の大きさを決定する。材質以外は図１と同様に外殻３ａは円筒状で内殻３ｂは球体で外殻３ａの内側に保持された二重構造であり、この浮き３によれば図１と同様に腐食、劣化が起こりにくく、浮きの寿命は長くなる。

本発明にかかる蒸発防止装置を模式的に示す断面図の一例を示す図である。 本発明にかかる本発明にかかる浮きの一例を示す図である。 本発明にかかる本発明にかかる浮きの別の例を示す図である。

符号の説明

１：蒸発防止装置
２：水封コンベア水槽
３：浮き
３ａ：外殻
３ｂ：内
４：煙道ダクト
Ｓ：スラグやメタル（図示せず）
Ｗ：水
Ｗ１：水面

Claims (4)

1. 焼却炉または溶融炉から排出された排ガスを再燃焼する二次燃焼炉下方に設けられたシュート部と、前記シュート部の下方に二次燃焼炉から落下するスラグやメタルを回収する水槽と、前記水槽の水面に外殻と内殻からなる二重構造の浮きを設けたことを特徴とする蒸発防止装置。
2. 前記水面を覆う二重構造の浮きは外殻が円筒状で内殻が球体であることを特徴とする請求項１記載の蒸発防止装置。
3. 前記水面を覆う浮きの外殻の形状は球体であることを特徴とする請求項１記載の蒸発防止装置。
4. 前記水面を覆う浮きの材質は金属またはセラミックスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の何れかに記載の蒸発防止装置。
   

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