JP2012047359A - 焼却灰溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を要したり重量の増大を招いたりすることなく、煉瓦材よりなる炉本体を安定して支持することができるとともに、炉底煉瓦部を効果的に冷却してスラグ漏れの発生や煉瓦材の損耗を防ぐことが可能な冷却支持体を備えた焼却灰溶融炉を提供する。
【解決手段】煉瓦材Ｂより成る炉本体１の炉底煉瓦部１Ｂが中間層４を介して冷却支持体３により支持されており、冷却支持体３は、冷媒が流通する並列に配置された複数の円筒状の冷却配管６が伝熱板７に接合されて連結された構造とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却灰を減容等のために溶融する焼却灰溶融炉に関するものである。

従来よりこのような焼却灰溶融炉としては、焼却灰を旋回流中で溶融する旋回溶融炉のほかに、例えば特許文献１に記載されているように炉内に貯留した溶融スラグ中に焼却灰を供給して酸素バーナ等で加熱し溶融するスラグバス式溶融炉が知られている。焼却灰は１４００℃〜１５００℃程度の温度域で溶融されて減容され、溶融したスラグは冷却、固化されて廃棄されたり路盤材などに再利用されたりする。

ところで、このようなスラグバス式溶融炉では、溶融スラグを保持する炉本体は耐火煉瓦材や耐火キャスタブルなどの耐火材により構成されているが、このうち特許文献１に記載された溶融炉のように耐火煉瓦材をモルタル等の目地材で繋ぎ合わせたものは、炉本体の熱膨張をこの目地部分で吸収することができるので、耐火煉瓦材の全体的な損傷は抑えることができる反面、この目地材の部分が溶融スラグによって浸食されてしまい、炉本体の寿命を損なうことになる。

そこで、上記特許文献１に記載のスラグバス式溶融炉では、炉内壁を囲う耐火煉瓦材の外側に冷却ジャケットを設けて、この煉瓦材同士を接触させて組み合わせる炉の垂直方向に目地に沿って、上記冷却ジャケットと接続している冷却フィンのような冷却部材を炉内壁面には達しないように設け、この冷却部材を介して目地部分を冷却して目地材の耐久性を耐火煉瓦材部分と同程度にして、目地部分の局部的な劣化を防止するようにしている。

特開２００１−２６３６２０号公報

ところが、このような冷却方法を溶融炉本体の炉底部に適用することは困難である。すなわち、この炉本体の炉底部には積み重ねられた耐火煉瓦材の重量がかかるため、これを中空の冷却ジャケットによって安定的に支持するには、冷却ジャケットの構造が複雑化するとともにその重量も増大してしまうことになる。また、そのような冷却ジャケットから垂直方向に目地に沿って冷却フィンのような冷却部材を延ばすと、煉瓦材の重量によって万一冷却ジャケットが変形したときに目地が開いてしまうおそれもある。

一方、上記旋回溶融炉などにおいては、炉内壁にスラグを固形化させてコーティング層を設けることにより炉本体の保護を図ることが知られており、スラグバス式溶融炉でも溶融スラグの表面を酸素バーナー等によって加熱するものでは、炉床部にこのようなコーティング層が形成されて炉底部の煉瓦材や目地部分が保護されることがある。しかしながら、溶融する焼却灰となる廃棄物の性状、特に産業廃棄物の性状によっては、溶融スラグの融点が低くなってこのようなコーティング層が形成されず、さらに溶融スラグの粘性も低くなって炉底部の目地部分に滲入しやすくなり、目地からスラグ漏れを生じたり煉瓦材の損耗を早めてしまったりすることになる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、複雑な構造を要したり重量の増大を招いたりすることなく、煉瓦材よりなる炉本体を安定して支持することができるとともに、炉底部を効果的に冷却してスラグ漏れの発生や煉瓦材の損耗を防ぐことが可能な冷却支持体を備えた焼却灰溶融炉を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、煉瓦材より成る炉本体の炉底部が中間層を介して冷却支持体により支持されており、上記冷却支持体は、冷媒が流通する並列に配置された複数の円筒状の冷却配管が伝熱板に接合されて連結された構造とされていることを特徴とする。

このような構成の焼却灰溶融炉では、上記冷却支持体において、並列に配置された複数の円筒状の冷却配管が伝熱板に接合されて連結されることにより、これらの冷却配管が強度部材として中間層を介して炉本体の炉底部を支持する。ここで、中間層は、このような冷却支持体上に煉瓦材を積み上げる際の平坦性を確保するものであり、耐火物より成るスタンプ材が充填される。そして、この冷却支持体の冷却配管では、この中間層を介して炉底部の煉瓦材の重量を円筒の周方向に沿って分散させてアーチ状に受け止めることができるので、複雑な構造を要することなく、また支持体の軽量化を図りながらも、炉本体を安定して確実に支持することができる。

さらに、このような冷却配管内を冷媒が流通することにより、冷却配管自体だけでなく冷却配管同士を連結する伝熱板からも効果的に伝熱がなされて炉床部が冷却され、これによりスラグのコーティング層を炉床部に形成して炉底部の煉瓦材を保護することが可能となる。また、たとえ廃棄物の性状等により溶融スラグの融点や粘性が低くなってコーティング層が形成されずに目地から溶融スラグが滲入しても、こうして炉底部が効果的に冷却されることによってスラグを目地内で固化させることができ、スラグ漏れに至るのを未然に防止することができる。

ここで、上記伝熱板は、上記冷却配管の直径方向に接合することにより、この直径方向における単位長さにおいて同じ数の冷却配管を連結するときには個々の伝熱板の幅を小さくすることができ、冷却配管を流通する冷媒による伝熱板の冷却効果を高めて一層効果的な炉底部の冷却を図ることができる。また、上記炉本体を、複数の上記冷却支持体によって支持することにより、炉床部や炉底部の温度に応じてこれら複数の冷却支持体で個々に冷媒の流量等を調整して部分的に冷却温度を調節するなど、効率的な冷却を図ることもできる。

一方、炉本体の炉壁部を冷却するには、上記冷却支持体と同様に円筒状の冷却配管を伝熱板で接合したもので冷却してもよいが、炉壁部を冷却する部材には煉瓦材の重量が作用することがないために上述のような強度部材とされる必要はなく、むしろスタンプ材のような中間層を介さないと炉本体の煉瓦材との間に隙間が空くおそれがあるので、この炉本体の炉壁部は、上記冷却ジャケットのような冷媒が流通する断面方形の冷却管が、上記煉瓦材に接するように配設されたものとされるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、並列に配置された複数の円筒状の冷却配管を伝熱板によって接合して連結した簡略な構造で軽量な冷却支持体により、煉瓦材よりなる炉本体を安定して確実に支持しつつ、上記冷却配管に冷媒を流通させることによって炉本体の炉底部を効果的に冷却することができ、たとえ廃棄物の性状によって溶融スラグの融点や粘性が低下した場合でも、スラグ漏れの発生を防ぐとともに煉瓦材の損耗を抑制して、長期に亙って安定した焼却灰の溶融を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す（ａ）平面図、（ｂ）一部破断側面図、（ｃ）正面図である。 図１に示す実施形態の炉底煉瓦部の冷却構造を示す断面図である。 図１に示す実施形態の冷却支持体を示す斜視図である。 図３に示す冷却支持体の冷却配管と伝熱板の接合状態を示す部分破断斜視図である。 図１に示す実施形態の炉壁煉瓦部の冷却構造を示す一部破断斜視図である。 図１に示す実施形態の炉壁煉瓦部の冷却構造を示す断面図である。

図１ないし図６は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態の焼却灰溶融炉において、その炉本体１は、モルタル等からなる目地材を介して耐火煉瓦材Ｂを積み重ねることにより概略直方体状の箱形に形成されていて、すなわちその上面が平面視に長方形状をなして炉床面１Ａとされる炉底煉瓦部１Ｂと、この炉床面１Ａの４辺から垂直上向きに立ち上がる４つの炉壁煉瓦部１Ｃと、これら炉壁煉瓦部１Ｃ上で炉床面１Ａに対向するようにして炉内を覆う天井煉瓦部１Ｄとから構成されており、ただしこの天井煉瓦部１Ｄは図１（ｃ）に示すように上向きに凸となるアーチ状とされている。

なお、この炉本体１の炉壁煉瓦部１Ｃのうち、上記炉床面１Ａがなす長方形の長手方向に延びる長辺で立ち上がる炉壁煉瓦部１Ｃには溶融する焼却灰の供給口１Ｅが設置されているとともに、上記長方形の短辺のうち一方（図１（ａ）、（ｂ）における左側の短辺）で立ち上がる炉壁煉瓦部１Ｃには、酸素バーナー等の加熱手段の取付口１Ｆが設けられている。また、この取付口１Ｆが設けられた炉壁煉瓦部１Ｃと対面して上記長方形の短辺のうち他方（図１（ａ）、（ｂ）における右側の短辺）で立ち上がる炉壁煉瓦部１Ｃには、焼却灰を溶融した溶融スラグＳの排出口１Ｇが設けられており、上記加熱手段によって溶融した焼却灰の溶融スラグＳは炉内の炉床面１Ａ上に保持された後、排出口１Ｇからオーバーフローして排出される。

このような炉本体１は、その上記炉底煉瓦部１Ｂが、当該溶融炉の設置場所に敷設されたＨ形鋼などから成る基台２上に配設された冷却支持体３により、中間層４を介して支持されている。すなわち、この溶融炉を構築する際には、まず基台２上に冷却支持体３が配設され、この冷却支持体３上に耐火物より成るスタンプ材が打ち固められて充填されることにより中間層４が形成されてその上面が平坦とされた上で、この中間層４上に上述のように耐火煉瓦材Ｂが積み重ねられて上記炉本体１が形成される。

なお、基台２上には、やはりＨ形鋼等から成る複数本の支柱５が炉本体１を取り囲むようにして、上記長手方向と平面視にこの長手方向に直交する幅方向（図１（ａ）において上下方向、図１（ｃ）においては左右方向）とに対をなすように立設されており、これら対をなす支柱５の上端同士は、ロッド材５Ａによって連結されている。さらに、これらの支柱５には、図示されない複数の押圧ボルトが炉本体１の炉底煉瓦部１Ｂおよび炉壁煉瓦部１Ｃを外側から上記長手方向および幅方向に水平に押圧するようにねじ込まれており、これらの押圧ボルトによるねじ込み量を調節することにより、炉本体１の熱膨張に追従しつつ一定の押圧力が炉本体１に作用するようになされている。

そして、この炉本体１の炉底煉瓦部１Ｂを上記中間層４を介して支持する冷却支持体３は、図２ないし図４に示すように並列に配置された複数本の円筒状の冷却配管６が長方形平板状の伝熱板７に接合されて連結された、いわゆるメンブレン構造とされており、これらの冷却配管６内を冷却水等の冷媒が流通することにより、炉底煉瓦部１Ｂを支持しつつ中間層４を介して冷却するものとされている。

より詳しくは、本実施形態の冷却支持体３では、冷却配管６および伝熱板７がステンレス鋼等の鋼材によりそれぞれ同形同大に形成されていて、冷却配管６の外周面に、該冷却配管６がなす円筒の直径方向に伝熱板７が冷却配管６と交互に溶接によって接合されることにより、図４に示すように多数の冷却配管６が一定のピッチで平行に連結されて、表裏面が凹凸した水平な一枚の板状をなすようにされている。さらに、冷却配管６の両端部には、図２および図３に示すようにそれぞれ上向きに湾曲するエルボ管６Ａを介して冷却配管６より大径のヘッダ管６Ｂが接続されており、一端部側のヘッダ管６Ｂから冷媒が供給されて冷却配管６内を流通し、他端部側のヘッダ管６Ｂへと排出される。

また、本実施形態では、複数のこのような冷却支持体３によって炉本体１が支持されている。すなわち、個々の冷却支持体３は、その冷却配管６の長さが炉本体１の炉底煉瓦部１Ｂの上記幅方向の寸法よりも大きくされていて、この幅方向に冷却配管６が延びるように上記基台２上に設置されており、このような冷却支持体３が上記長手方向に複数配設されることによって該長手方向にも炉底煉瓦部１Ｂの寸法より大きくなるようにされて、炉底煉瓦部１Ｂの下面全面を支持して冷却可能とされている。なお、各冷却支持体３同士の大きさは略等しくされている。さらに、基台２は、冷却配管６と同様に幅方向に延びる上記Ｈ形鋼が長手方向に複数本並列に配設されたものとされている。

なお、この炉底煉瓦部１Ｂの下面がなす長方形の４辺の内側の枠形部分においては、上記スタンプ材よりなる中間層４に代えて、図２に示すようにハイアルミナキャスタブルより成る中間層４Ａが充填されている。また、この枠形部分に位置する冷却支持体３の上記伝熱板７の上面には、上向きにＶ字状またはＹ字状に突出するようにアンカー７Ａが多数接合されていて、上記中間層４Ａが充填される際にこれらのアンカー７Ａが該中間層４Ａに埋め込まれるようにされている。このように伝熱板７の上面にアンカー７Ａを設けることで、アンカー７Ａを伝熱媒体として活用することが可能となり、中間層４Ａを効率的に冷却することができる。

一方、炉本体１の上記炉壁煉瓦部１Ｃは、図２および図５に示されるようにその外壁面が炉底煉瓦部１Ｂの外壁面よりも一段内側に位置するように後退させられて上下方向に延びる平坦面とされており、この後退させられた部分には、やはり冷却水等の冷媒が流通させられる冷却管８が配設されている。ただし、この冷却管８は、上記冷却支持体３の冷却配管６のように円筒状ではなく、図示のように断面方形のものであって、その側面が平坦面とされた炉壁煉瓦部１Ｃの外壁面の煉瓦材Ｂに中間層４等を介することなく直接に接するようにして配設されている。

より具体的に、この炉壁煉瓦部１Ｃを冷却する冷却管８は、本実施形態では断面正方形状をなすものであって、炉本体１の４面の炉壁煉瓦部１Ｃに沿ってそれぞれ上記長手方向と幅方向に水平に延びるようにされていて、同形同大のこのような冷却管８が複数、炉底煉瓦部１Ｂの外壁面から炉壁煉瓦部１Ｃの外壁面が後退した部分に上下方向に積み重ねられるようにして配設されており、こうして積み重ねられた冷却管８の外側面は炉底煉瓦部１Ｂの外壁面と略面一となるようにされている。なお、上記押圧ボルトは、この冷却管８を介して炉壁部１Ｃを押圧する。

また、図５および図６に示すように、炉底煉瓦部１Ｂの外壁面にも断面方形の冷却管９が同様に炉本体１の４面の炉壁煉瓦部１Ｃに沿ってそれぞれ上記長手方向と幅方向に水平に延びるように配設されて、これらの冷却管９内にも冷媒が流通させられる。この冷却管９は、断面が上下方向に延びる長方形状をなしていて、この上下方向において炉底煉瓦部１Ｂを構成する煉瓦材Ｂの上側部分から最下段の冷却管８の下側部分までを覆うように、略面一とされた炉底煉瓦部１Ｂの外壁面と冷却管８の外側面に沿って配設されている。

このように構成された焼却灰溶融炉においては、中間層４を介して上記冷却支持体３によって炉本体１が支持されるとともに、その炉底煉瓦部１Ｂが冷却されるようになされており、この冷却支持体３が、並列に配置された複数の円筒状の冷却配管６が伝熱板７に接合されて連結されたものとされているので、軽量かつ比較的簡略な構造でありながら炉本体１を確実に安定して支持することができる。

すなわち、例えば上記冷却管８、９のように断面方形の配管によって構成された一般的な冷却ジャケットのような支持体であると、炉本体１の重量は断面方形の配管の上面のみに下向きに作用するため、この上面から下向きに延びる側面が挫屈して配管が潰れてしまうが、円筒状の冷却配管６では、この重量を円筒の周方向に分散させることができるとともに、円筒の上下の断面半円弧の部分がアーチ状をなして炉本体１の重量を受け止めることができるので、必要以上に管の肉厚を厚くしたり補強をしたりせずとも、挫屈による潰れを生じることがなく、炉本体１を支持することができるのである。

そして、この冷却配管６内を冷却水等の冷媒が流通することにより、冷却配管６だけでなく該冷却配管６を連結する伝熱板７からも伝熱されて、炉本体１の炉底煉瓦部１Ｂが全面的に効率的に冷却されるので、この炉底煉瓦部１Ｂ上面の炉床面１ＡにスラグＳを固化したコーティング層を形成することができ、これにより炉底煉瓦部１Ｂの煉瓦材Ｂの損耗を防ぐことができる。また、たとえ廃棄物の性状等により溶融スラグの融点や粘性が低くなって、このようなコーティング層が形成されずに煉瓦材Ｂ間の目地から溶融スラグが炉底煉瓦部１Ｂ内に滲入したとしても、上述のように炉底煉瓦部１Ｂが効率的に冷却されることによって目地内でスラグを固化させることができて、炉本体１からのスラグ漏れとなるのを防ぐことができ、従って長期に亙って安定した焼却灰の溶融を図ることができる。

また、これら炉本体１と冷却支持体３との間には上記述のようなスタンプ材よりなる中間層４が介在しており、炉本体１から万一スラグが漏れ出てもそのまま冷却支持体３に達することはなく、この中間層４内でスラグを固化させることができる。しかも、こうして中間層４が設けられることにより、冷却支持体３の上面は冷却配管６によって凹凸していても、炉本体１の煉瓦材Ｂが積み上げられる部分は平坦にすることができるので、さらに安定して炉本体１を支持することができる。

さらに、本実施形態においては、上記冷却支持体３において伝熱板７が、冷却配管６がなす円筒の直径方向に接合されており、従ってこの直径方向において単位長さ中に同数の冷却配管６を連結する場合、例えばこれよりも上側や下側で伝熱板７を接合するのに比べて、個々の伝熱板７の幅を最も小さくすることができる。このため、炉底煉瓦部１Ｂからの熱が伝熱板７に伝えられても、これを速やかに冷却配管６に伝熱して流通する冷媒により奪い去ることができるので、一層効率的に炉底煉瓦部１Ｂの冷却を促すことが可能となる。

また、本実施形態においては、このような冷却支持体３が複数配設されて炉本体１を支持しており、各冷却支持体３において冷媒の流量や温度を調整するなどして冷却支持体３全体で部分的に冷却温度を制御することにより、一層効率的な炉底煉瓦部１Ｂの冷却を図ることができる。特に、本実施形態では、これら複数の冷却支持体３が炉本体１の長手方向一端側から他端側に向けて並列に配設されている。すなわち炉内に供給された焼却灰を加熱溶融する酸素バーナー等の加熱手段の取付口１Ｆが設けられた一端側の炉壁煉瓦部１Ｃから、これとは反対の溶融スラグＳの排出口１Ｇが設けられた他端側の炉壁部１Ｃにむけて、スラグＳの流れと直交するように配設された冷却配管６よりなる冷却支持体３が、このスラグＳの流れに沿って並ぶように複数配列されているため、スラグＳの溶融状態の変化による炉底煉瓦部１Ｂの温度の差に応じて、個々の冷却支持体３による冷却温度を制御することができ、より効率的である。

一方、このような炉底煉瓦部１Ｂの冷却に対して、炉壁煉瓦部１Ｃは、本実施形態では断面方形の冷却管８がこの炉壁煉瓦部１Ｃの外壁面に接して冷却されるようになされている。これは、この炉壁煉瓦部１Ｃを冷却する冷却管８には、押圧ボルトによる押圧力は作用するものの、炉底煉瓦部１Ｂを支持して冷却する冷却支持体３のように炉本体１の大きな重量が作用することはないので、このような断面方形の冷却管８を用いた冷却ジャケット構造の冷却手段でも支障はなく、むしろ冷却支持体３のように冷却配管６によって表面に凹凸がある冷却手段であると、炉壁煉瓦部１Ｃの外壁面との間に隙間が空いてしまうからである。

１ 炉本体
１Ａ 炉床面
１Ｂ 炉底煉瓦部
１Ｃ 炉壁煉瓦部
３ 冷却支持体
４ 中間層
６ 冷却配管
７ 伝熱板
８、９ 冷却管
Ｂ 煉瓦材
Ｓ 溶融スラグ

Claims (4)

1. 煉瓦材より成る炉本体の炉底煉瓦部が中間層を介して冷却支持体により支持されており、上記冷却支持体は、冷媒が流通する並列に配置された複数の円筒状の冷却配管が伝熱板に接合されて連結された構造とされていることを特徴とする焼却灰溶融炉。
2. 上記伝熱板は、上記冷却配管の直径方向に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の焼却灰溶融炉。
3. 上記炉本体は、複数の上記冷却支持体によって支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焼却灰溶融炉。
4. 上記炉本体の炉壁煉瓦部には、冷媒が流通する断面方形の冷却管が上記煉瓦材に接するように配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の焼却灰溶融炉。

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