JP2997869B2 - ゴミ焼却炉のクリンカー付着防止ライナー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はゴミ焼却炉の稼働条
件とメンテナンスの負担を改善する炉内側壁クリンカー
付着防止ライナーに係る。

【０００２】

【従来の技術】近年の経済的な発展と市民の生活条件の
向上とが相俟って、排出される都市ゴミの総量は年々増
加する一方であり、家庭ゴミと事業系廃棄物を併せた膨
大なゴミの処理は、各自治体が直面する重大な負担とな
っている。ゴミを搬送して海岸線などで埋立てて人工島
を形成する処理方式も、公害防止の観点から許容される
海面に厳しい制約が課せられるから、まず、可燃性ゴミ
は焼却して総容量を大幅に減少することが主要な対策と
して採用され、全国の市町村に多数のゴミ焼却炉が設置
され稼働している。したがってゴミ焼却炉の効率的な運
転とその延命が、激増するゴミを処理するうえでの重要
な要諦となっている。

【０００３】図２は現在、稼働している典型的なゴミ焼
却炉Ｆの断面斜視図である。各家庭や工場などの排出源
から集荷され搬送されてきたゴミは、ゴミ焼却炉の装入
ホッパーＨから炉内へ定量的に切り出されて装入され
る。この図の例では火床（グレート）は三段に分れ、最
初の火床Ｇ1が乾燥火床であり、ここで昇温し乾燥され
たゴミは火床の傾斜面に添って順次滑動して次の燃焼火
床Ｇ2に至り、この傾斜面上を滑動しながら火床下側か
らの空気の導入により燃焼する。主たる燃焼作用を終え
たゴミは灰化して最終の火床Ｇ3 の傾斜面へ移り完全燃
焼し、そのまま灰分排出シュートＡから炉外へ排出され
る。

【０００４】ゴミ焼却炉の構成としては前記のように三
段の傾斜面が端部で重なって被燃焼物を順次移動する火
床を主体とし、この燃焼空間を密封状態に取り囲む炉壁
Ｗ、天井などの構造物と給気や冷却水用の配管設備など
から形成されている。炉の側壁は耐火煉瓦を主体とし、
所定の形状に積み上げて炉体を形成する。天井部におい
ても耐火材にて構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ゴミ焼却炉が効率的に
稼働し予定通りの燃焼作用を持続しゴミを灰化するため
には、炉内各所のそれぞれの部材が設定通りの機能を常
に果たさなければならないが、稼働は常にきわめて高温
に曝されるという絶対的な条件下にあるから、この苛酷
な条件に伴う種々なトラブルの発生も頻発する。そのト
ラブルの一つとして、ゴミの燃焼に際して発生が避けら
れないクリンカーが炉内側壁に付着するという問題が挙
げられる。クリンカーとは物質が燃焼したときに火熱に
よって生じる灰分、またはそれが溶融した後固化して層
状となる不定形の残留物を指し、ゴミ焼却炉内で生じる
クリンカーは激しい燃焼作用を受けてゴミから発生する
気化物、蒸留成分、粉塵などが混合した残渣となって炉
内に大量に浮遊している間に、炉壁などに接すると耐火
煉瓦の表面に付着する。

【０００６】クリンカーが炉壁に付着すると、この表面
にはさらに次のクリンカーが付着し易くなるので、この
付着層は次第に肥厚し始めて、火床の傾斜面の上へ張り
出し火床の上を滑動するゴミの流れがクリンカーの付着
層に衝き当って移動できなくなり、その結果、さらにゴ
ミの流れの妨害が昂進されるから、火床の有効面積が著
しく減少し、ゴミの流れが滞留して遂には正常な燃焼作
用が続けられなくなるという事態に陥る。

【０００７】予定通りのゴミの燃焼が進行しなければゴ
ミ処理が停止し、たちまち都市のゴミ処理計画が頓挫す
る懸念が現実のものとなる。そのため、炉内側壁に肥大
化したクリンカーの付着層が現われるとゴミ焼却炉の運
転を停止し、付着層を除外する作業を余儀なく強いら
れ、通常の運転ではかなり頻繁にこの作業を欠かさず必
要とするのが実態であるとさえ言われている。この作業
は極端な粉塵下の重労働であり、安全衛生上の最大の課
題となることは勿論のこと、火を落として炉内での作業
が可能となる温度まで放冷する時間を含めると相当な時
間が必要であり、その時間中は本来の焼却のための点火
ができないから、炉の保有する熱の放出損失と時間的な
ロスが重なってゴミ処理上直面する重要な障害の一つと
して担当当局の頭痛の種とされている。

【０００８】本発明は以上の問題を解決するために、ゴ
ミ焼却時に不可避的に発生するクリンカーが炉内側壁に
付着し難い表面層を形成するクリンカー付着防止ライナ
ーの提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るクリンカー
付着防止ライナーは、成分がＣ：０．１〜０．４重量
％，Ｓｉ：０．２〜１．２重量％，Ｍｎ：１．０〜１
０．０重量％，Ｃｒ：２２．０〜２７．０重量％，Ｎ
ｉ：３．０〜６．０重量％，残部がＦｅおよび不可避的
な不純物よりなり、かつ前記成分のＭｎ＋Ｎｉが少なく
とも６．０重量％以上である耐熱鋳鋼材で形成したこと
を特徴とする。この成分構成のうち、ＮｉやＭｎが高温
において塩基性腐食層であるＮｉＯ，ＭｎＯを形成する
作用が顕著である。一方、家庭から排出されるゴミと業
務上発生する廃棄物は、何れも集荷後に適当なサイズと
なるように予備破砕を加え、さらに土砂や金属などの不
燃物は比重差や磁選によって可燃物と分離されるから、
ゴミ焼却炉へ装入されるゴミは、大半が包袋類、容器
類、家庭電化品、建材類などを破砕した合成樹脂類と、
紙類、木質類に集約される。そのためにゴミが燃焼の結
果生じる残留物であるクリンカーは、一般的に主体が塩
基性であることを特徴とする。したがって前記の塩基性
腐食物が形成されたクリンカー付着防止ライナーの表面
とは、相互に化学的な結合反応を誘発しない関係にある
ため、従来の酸性の耐火煉瓦の表面に比べると、遥かに
付着し難いという特徴が活かされて前記の課題を解決す
る。

【００１０】前記の特徴に着目した上で、個別の成分を
最も経済的に組合わせるために塩基性腐食物を高温で生
じるＮｉおよびＭｎ成分を適宜組合わせ、各成分単独
の、または両者の相乗作用を検索した。各試料の化学成
分と炉内におけるクリンカーの付着テストの結果を纏め
たのが表１である。ここで付着テストの方法は、それぞ
れの成分で製作した幅約８０ｍｍ，長さ約１００ｍｍ，
厚さ約２０ｍｍの試料を、表面上へ粉末状に粉砕したク
リンカーを約１０ｍｍ堆積して１１００℃で１００時間
保持し、その表面に付着したクリンカー付着量を表面積
当りで表示した。

【００１１】

【表１】

【００１２】テストの結果を分析し、一応、このテスト
における表面への付着量が、５ｍｇ／ｃｍ²までを許容
され得る限度と査定して各試料の良否を分別した。その
前提に立って各ＮｉおよびＭｎ成分単独の、または両者
を合計した有効性を判断した。また、他成分との関係も
重要であるから付着量との関連において精査したとこ
ろ、結局次の通り成分限定することが最も実体に合致
し、合理的な成分を構成するという明確な結論に到達し
た。

【００１３】Ｃは一部が母材に固溶して母材を強化する
と共に、炭化物を形成し高温強度を高めるために有効な
元素である。高温強度を維持するためには少なくとも
０．１重量％以上とすることが必要であり、含有量の多
い方が好ましいが、余り多くなると延性低下を招くので
上限を０．４重量％とする。

【００１４】Ｓｉは合金溶解時の脱酸元素であり、ま
た、鋳造工程における溶湯の流動性を高める効果があ
る。また、高温における耐酸化性も向上させる。これら
の効果は含有量に比例して向上するが、余り多く添加す
ると延性の低下を招くので１．２重量％を上限とする。
しかし、Ｓｉが極端に少ないと鋳造の湯流れに悪影響を
もたらすので０．２重量％以上とする。

【００１５】Ｃｒは高温強度および耐酸化性を高める元
素である。高温での耐酸化性を保つためには２２重量％
が必要であるが、余り多く添加すると延性を低下するの
で２７重量％までとする。

【００１６】Ｎｉは高温において塩基性の腐食層を形成
し高温強度を高めるのに最も有効な成分であり、本発明
の課題を解決する主役でもある。含有量が増加すると共
にその作用も増加するが、本発明の課題を解決するため
には最低３重量％が実験的に求められた下限である。３
重量％以上であれば後述のＭｎとの共働きによって目的
を達成できるが、６重量％を超えると配合割合の増える
ほどには付着防止機能が増進せず、またＭｎとの共働き
によって付着は許容できる範囲に抑止できるので、経済
性も参酌して上限とする。

【００１７】Ｍｎは高温においては塩基性の腐食物（Ｍ
ｎＯ）を形成して塩基性クリンカーの付着を退ける作用
が顕著である。脱酸作用があり、さらにＳを固定し無害
化する作用もある。これらの作用は含有量の増加と共に
増加するが、最低１重量％なければ最高が６重量％まで
のＮｉの共存があっても必要な付着防止機能までは届か
ない。しかし過大に含むと逆にクリンカー反応して腐食
物が生成し金属表面に付着するので１０重量％を限度と
する。

【００１８】ＭｎとＮｉはそれぞれ単独で塩基性の腐食
物を形成するから塩基性クリンカーの付着を防止する作
用が発揮されるが、両者が共存することによってさらに
相乗的な作用が昂進し単独作用よりも強化した作用が現
われる。この原理を背景にできるだけ高価なＮｉ成分の
添加を抑制して安価なＭｎ成分で代行する発想は、クリ
ンカー付着防止ライナーの総量が大きな数値に上ること
からも望ましい。両者の相乗作用を促進させるために
は、前記の表１の観察からも単独でＮｉが３重量％以
上、Ｍｎが１重量％以上であり、かつ、Ｎｉ＋Ｍｎ≧６
重量％であることによって課題解決に必要な作用が得ら
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】前記の成分の臨界的意義に基づい
て表１の実績をアレンジし直すと、表２のように書き改
められ、すべての項目で肯定的な○で占められる試料だ
けが本発明の実施例に該当し、一つでも否定的な×を含
む試料は本発明の範囲外の比較例として表示できる。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【実施例】現実のゴミ焼却炉の炉内側壁は、従来、クリ
ンカー付着対策としてシリカ系の耐火煉瓦で形成してい
るが、今回は図１に示すクリンカー付着防止ライナーを
製作して従来技術の煉瓦類と共用して同一の使用条件で
の比較確認テストを兼ねて６ヵ月連続運転した。図のク
リンカー付着防止ライナーは本発明の指定成分である試
料Ｄと同一の成分構成よりなる耐熱板１１と炉体の取り
付け用の炉外板２へ取り付けるための後板１２、耐熱板
１１と後板１２とを連結するシャフト１３とよりなり、
耐熱板１１のサイズの例としては、幅１８０ｍｍ、長さ
３００ｍｍ、肉厚１５ｍｍを採用した。この他、サイズ
としては肉厚２０ｍｍに対して５００ｍｍ×３５０ｍｍ
程度の大型の耐熱板の適用もより有効な場合がある。施
工の手順は、炉壁を築造するときに炉壁の表面を形成す
る面に本発明成分による耐熱板１１を露出して背後のＳ
ＵＳ３１０Ｓ製の後面１２から突出するＳＵＳ３１０Ｓ
製のシャフト１３に螺刻した雄ねじ１４を炉体の炉外板
２へ挿通し、炉外からナット３によって締結固定して、
両板の間は不定形の耐火物Ｒを充填し突き固めた後、乾
燥して炉壁を形成すればよい。なお、煉瓦の場合はその
まま並べて耐火材で目地を塞いで壁面を形成することは
周知の通りである。

【００２２】６ヵ月の使用中、耐火煉瓦の表面には従来
通り大量のクリンカーが直ちに付着するため、毎週、炉
の停止後、作業員がまだ高熱の残る炉内へ入って困難な
クリンカーの剥離作業を余儀なくされたが、本発明実施
例の部分に限り対照的ににクリンカーの付着は殆ど認め
られず、腐食、摩耗による肉厚の減少も僅か１ｍｍ以下
に留まり、６ヵ月間放置しても何ら支障なく、さらに長
期の運転にも十分耐えられることを示唆した。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係るクリンカー付着防止ライナ
ーは以上に述べた作用を具えているから、仮にゴミ焼却
炉の炉壁面をすべて現在の耐火煉瓦から置換すれば、少
なくとも半年以上は炉の停止時に作業員が炉内へ潜入し
て表面に付着したクリンカーを剥離除去する作業が不要
となり、作業員に与える深刻な不衛生の難行から開放す
る効果が得られる。このことはゴミ焼却炉の省人化を誘
発する大きな原動力ともなるから、各自治体の負担を軽
減し行政改革の一翼を担うなどの副次的な効果にも繋が
ることが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例を示す正面図（Ａ）と同図のＹ−
Ｙ視図（Ｂ）である。

【図２】本発明のクリンカー付着防止ライナーを適用し
たゴミ焼却炉の一例を示す縦断斜視図である。

【符号の説明】

１ クリンカー付着防止ライナー ２ 炉外板（取り付け面） ３ ナット 11 耐熱板 12 後板 13 シャフト 14 雄ねじ Ｆ ゴミ焼却炉 Ｈ 装入ホッパー Ｗ 炉壁 Ｇ 火床 Ａ 灰排出シュート Ｂ 燃焼バーナ Ｒ 不定形耐火物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 文一 東京都中央区日本橋１丁目２番５号 株 式会社タクマ東京支社内 (72)発明者 斎藤 良隆 東京都中央区日本橋１丁目２番５号 株 式会社タクマ東京支社内 (56)参考文献 特開 平８−135947（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/44 ZAB F23M 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゴミ焼却炉の側壁を形成する耐火性の被
   覆材において、成分がＣ：０．１〜０．４重量％，Ｓ
   ｉ：０．２〜１．２重量％，Ｍｎ：１．０〜１０．０重
   量％，Ｃｒ：２２．０〜２７．０重量％，Ｎｉ：３．０
   〜６．０重量％，残部がＦｅおよび不可避的な不純物よ
   りなり、かつ前記成分のＭｎ＋Ｎｉが少なくとも６．０
   重量％以上である耐熱鋳鋼材で形成したことを特徴とす
   るゴミ焼却炉のクリンカー付着防止ライナー。