JP3150653B2 - 灰溶融炉出滓樋の冷却構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は灰溶融炉に適用され
る出滓口と出滓樋の冷却構造に係り、特に灰溶融炉の耐
火壁に設けた出滓口に出滓樋を連設し、前記灰溶融炉内
に生成された溶融スラグが出滓口より溢流（オーバフロ
ー）して出滓樋上を流れるように構成した灰溶融炉出滓
樋の冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より焼却灰やばいじん等を灰溶融炉
内で略１３００〜１６００℃前後に高温加熱し、溶融化
したスラグを冷却固化し減容を図るとともに、ガラス化
したシリカにより重金属類を封入することにより無害化
と安定化を図り、更には前記溶融固化したスラグを人工
骨材等に利用する技術は周知であり、前記灰溶融炉とし
て電気アーク炉、電気抵抗炉、プラズマ溶融炉、電熱加
熱炉、マイクロ波溶融炉等が開発されている。

【０００３】図５は従来の灰溶融炉の出滓口部分の冷却
構造を示し、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図であ
る。灰溶融炉は耐火レンガ２で構成された炉本体１Ａ
と、炉本体１Ａの溶融スラグ池１の出滓口１８に連設さ
れ溶融スラグ８が流れるキャスタ５ａ等で形成された出
滓樋５から構成される。そしてプラズマ溶融炉の場合に
プラズマアーク等で加熱溶融された灰は、溶融スラグ８
として出滓口１８からオーバーフローし、出滓樋５を通
って不図示のスラグコンベアへ導かれることにより連続
出滓が可能となる。ここで、耐火レンガ２の保護のため
側壁、特に溶融炉本体１Ａ内の溶融スラグ池１に接する
耐火レンガ２はスタンプ材３を介して水冷ジャッケット
４で冷却されている。一方、出滓樋５はキャスタ５ａ下
面に銅板６を貼り、その銅板６に溶接された半割管７内
に冷却水を流すことにより冷却していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来装置において出滓口１８部分は１６００℃程度の高
温の溶融スラグ８がオーバーフローにより流出するた
め、出滓口１８周囲の耐火レンガ２が耐熱温度よりも過
熱され、その結果、耐火材の浸食が激しく耐久性の問題
が残った。一方、耐火レンガの浸食防止の為に耐火レン
ガの冷却を強化すると、溶融スラグが過冷却のため固化
してしまい連続出滓の妨げとなっていた。そして、これ
らが長期連続運転を行う際の解決すべき課題として残っ
ていた。又溶融炉内もスラグ温度が高く若干のスラグの
流れがあるため、炉内の耐火レンガ２も浸食するが、出
滓口１８はスラグ流出速度が速いので出滓口１８付近の
耐火レンガ２の浸食が最も激しい。

【０００５】本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、
高温溶融によっても出滓口付近の耐火レンガの浸食を少
なくしつつ、而も溶融スラグが過冷却されることなく、
出滓口及び出滓樋より円滑に且つ効率的に溶融スラグを
流出する事が出来る灰溶融炉を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明、特に請求項４記
載の発明の趣旨は、灰溶融炉の耐火壁（レンガ）に設け
た出滓口に出滓樋を連設し、前記灰溶融炉内に生成され
た溶融スラグが出滓口より溢流（オーバフロー）して出
滓樋上を流れるように構成した灰溶融炉の出滓樋構造に
おいて、前記出滓口を形成する耐火壁（レンガ）の一部
を凹設し、該凹設部位に冷却フィンを設けてなることを
要旨とする。

【０００７】本発明によれば出滓口周囲の耐火壁（レン
ガ）の凹設部位に冷却フィンを設けた為に、出滓口周囲
の耐火レンガが耐熱温度よりも過熱されることなく、耐
火レンガの浸食が抑制され耐久性が向上すると共に、出
滓口レンガが浸食により薄くなってきた場合でも、より
早く、炉内側位置でのスラグのセルフコート層を作り、
レンガの浸食をくい止めることができる。

【０００８】即ち、図１に基づいて具体的に説明するに
出滓口１８部分は１６００℃程度の高温の溶融スラグ８
がオーバーフローにより流出するため、出滓ロ１８下部
のレンガ２は浸食を受け徐々に薄くなっていくが、その
速度は溶融スラグ８の流速と温度及び流量の影響が大き
いと考えられる。そこで本発明のように出滓口周囲特に
下部の耐火レンガ内に冷却フィンを入れることで、耐火
レンガの温度レベルを下げることができ、また、仮にレ
ンガが浸食により薄くなってきた場合でも、冷却フィン
が内部に入っている（侵入）ため、レンガが薄くなるほ
どフィンの冷却効果は大きくなり、ついには耐火レンガ
内面には固化した薄いスラグ保護層が形成される。

【０００９】請求項１記載の発明は、前記した灰溶融炉
の出滓側構造において、前記出滓樋の下部に冷却ブロッ
クを設けると共に、該冷却ブロック内に冷却能力を個別
に調整可能な冷却通路等の複数の冷却系統を設けてなる
ことを特徴とし、又複数の冷却系統からなる冷却通路内
には、溶融炉の熱的特性に応じて、水あるいは水以外の
流体を流すことが可能とする。

【００１０】かかる発明によれば、出滓樋下部に銅ブロ
ック等の熱伝導率の良い冷却ブロックを設け、又ブロッ
クの材質、厚さを適切に選定することによりブロックの
冷却効率を上げ、また、ブロック内には複数の冷却系統
を構成する複数の冷却通路を配置し、それらの通路内に
流す冷却液の種類、冷却条件を個別に適宜選定し、冷却
能力をコントロールすることで、出滓口レンガの過熱を
防ぎ同時に溶融スラグの過冷却を防止できる適正な温度
分布を得ることができる。

【００１１】即ち、より具体的に説明するに、出滓樋は
出滓口にくらべるとスラグによる加熱の程度は弱いが、
逆に固化の問題が生じる。そこで図１に示すように、出
滓樋５の下に銅等からなる冷却ブロック９を設けること
で桶の長手方向の熱の移動をスムーズにし、また、複数
の冷却系統を設けることで、溶融炉の運転状況（運転負
荷）に応じて、部分冷却あるいは流量の調節が可能とな
り、当該部の冷却能力を変えることが可能となる。従っ
て、樋周りの温度分布を容易にコントロールすることが
できる。

【００１２】請求項２記載の発明は、前記冷却ブロック
中に設けた冷却系統の内、出滓樋の溶融スラグ流れ方向
下流側に位置する冷却系統に、冷却効果を低下させるテ
フロンチューブ等のインシュレーションを設けてなるこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、各系統の冷却通路冷却流
体として同一流体（水）を使用する以外に、オイル、空
気等を使用し、系統毎に冷却流体を変えてもよくこれに
より各冷却系統毎に冷却能力を変えることができる事は
前記した通りであるが、さらに水冷の場合、冷却通路内
に部分的にテフロンチューブ等のインシュレーションを
挿入することにより、冷却通路内部においてもローカル
に冷却能力を変えることができるため、出滓口から出滓
樋にかけて適正な温度分布を実現できる。従って本発明
によれば、冷却通路内の流体種類を変えることとインシ
ュレーションを入れることで、冷却通路内の見かけの熱
伝達率を変えることが出来るだけでなく、ローカルに熱
伝達率を変えることが可能となる。これらより、細かい
温度分布のコントロールが可能となる。

【００１４】請求項３記載の発明は、前記灰溶融炉の出
滓樋構造において、前記出滓樋下部に夫々冷却液量を個
別に調整可能な複数の独立液冷ジャケットを設けるとと
もに、一の独立ジャケットを前記出滓口を形成する耐火
壁の一部と接触させて出滓樋基側下部に配設してなるこ
とを特徴とする。本発明によれば、出滓樋基側に耐火レ
ンガと接触させて独立した液冷ジャケット、例えば水冷
ジャケットを設け、出滓口の冷却を強化するとともに、
出滓口レンガの浸食を一層防止し、耐久性を向上できる
点は前記した通りであるが、更に溶融池側壁の熱負荷の
厳しい部分におけるジャケットを独立させたことで、そ
のジャケットに供給する冷却水量を任意に設定できるた
め、高熱負荷時における冷却面の異常沸騰を回避でき
る。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項３記載の前
記独立水冷ジャケットに付設して冷却フィンを設けてな
るとともに、前記出滓口を形成する耐火壁の一部を凹設
し、該凹設部位に前記冷却フィンが延設してなることを
特徴とする。

【００１６】尚、これらの発明は請求項１〜４記載の手
段を溶融炉の熱的特性に応じて適宜組み合わせて使うこ
とにより十分前記課題を解決できるものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発
明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例
にすぎない。図１は本発明の第一実施例にかかる灰溶融
炉の出滓側構造を示し、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断
面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。本実施
例は、出滓口１８下部の耐火壁レンガ２及び出滓樋５の
冷却方法として、冷却フィン付きの銅ブロックを採用し
たもので、該銅ブロックは第１冷却通路１０と第２冷却
通路１１を有した冷却ブロック９とそれに接続された冷
却フィン１２から構成され、該銅ブロックは出滓樋５下
面の全長に亙って当接配置されるとともに、前記出滓口
下部耐火レンガの一部を矩形状に凹設し、該凹設部位に
冷却フィン１２を延在配置している。冷却フィン１２は
（Ｄ）に示すように１枚の板で形成した方がよい。例え
ば冷却フィンを長手方向にスリット空隙を介して短冊状
に形成した場合、放熱効果は高まるが、仮に耐火材が浸
食され高温の溶融スラグが冷却フィンにまで達したとき
に、短冊の隙間にスラグが入り込み、冷却面近くまでス
ラグが流れ込み危険である。

【００１８】前記冷却ブロック９内の第２冷却通路１１
は（Ｂ）に示すように出滓口１８側（桶入口側）に位置
し、溶融スラグ８流れ方向に対し直交する方向に穿孔さ
れ、（Ｃ）に示すように第１冷却通路１０は、その下流
側にて溶融スラグ８流れ方向に対し平行に４本穿孔され
ている。本実施例の場合、第１冷却通路１０及び第２冷
却通路１１内には図１（Ｄ）に示すように導入管１０
１、１１０、より夫々冷却水が供給されるが、それら導
入管１０１、１１０は各々別系統になっており、夫々の
導入管１０１、１１０より任意に冷却水量を調整／設定
可能に構成されている。

【００１９】次にかかる実施例の作用について説明す
る。炉本体１Ａ内の溶融スラグ池１内のスラグ温度は約
１６００℃であり、この溶融スラグ８が、投入された灰
の溶融に伴い出滓口１８で耐火レンガ２をオーバーフロ
ーし出滓樋５へ流出する。一般にこの様に高温で、しか
も粘性の高いスラグ８が流出すると、溶融スラグ８に接
する耐火レンガ２は浸食され、ついには溶融炉の運転が
不可能となる。また、溶融スラグ８が流れる出滓樋５に
ついても、高温の溶融スラグ８が流れるため溶融スラグ
８と接する出滓樋５を形成するキャスタ５ａの浸食の問
題が生ずるが、逆に前記課題を解決するために冷却を強
化しすぎると、過冷却によるスラグの固化による出滓不
能の事態も生じる。このため、適正な温度分布を提供す
る必要があるが、この適正な温度分布とは次のように考
えられる。

【００２０】即ち、ある程度の浸食はやむを得ないとし
ても最終的には、耐火レンガ２あるいは樋５を形成する
キャスタ５ａのスラグ接触面に薄いスラグ固化層（スラ
グ保護層あるいはセルフコート層とも言う）ができるよ
うな温度分布を作ることが好ましい。そこで、前記溶融
スラグの凝固温度が１２５０℃程度であるため、この温
度より若干低めの温度分布を耐火レンガ２あるいは樋５
の溶融スラグ接触面に提供するのがよい。

【００２１】このような適正温度分布を得るために、本
実施例では出滓口１８下部の耐火レンガ２内に冷却フィ
ン１２を入れることで、その周囲の耐火レンガ２の温度
レベルを下げることができ、また、仮にレンガ２が浸食
により薄くなってきた場合でも、冷却フィン１２が内部
に入っているため、レンガ２が薄くなるほどフィン１２
の冷却効果は大きくなり、ついには耐火レンガ２の溶融
スラグ池１側の内壁面には固化した薄いスラグ保護層が
形成される。

【００２２】更に出滓樋５の下に銅等からなる冷却ブロ
ック９を設けることで長手方向の熱の移動をスムーズに
し、また、第１冷却通路１０及び第２冷却通路１１、更
には各第１・第２冷却通路１０、１１も導入管１０１、
１１０により夫々冷却水が供給されるように複数の冷却
系統が設けられている為に、灰溶融炉の運転状況（運転
負荷）に応じて、夫々の通路毎に部分冷却あるいは流量
の調節が可能となり、対応する部位の冷却能力を変える
ことが可能となる。従って、樋周りの温度分布を長手方
向にも短手方向にも容易にコントロールすることができ
る。

【００２３】ここで、冷却フィン、冷却通路の寸法及び
設置位置は、炉の規模、運転条件で異なるが、詳細な熱
伝導解析を実施することで精度良く求めることができ
る。そして、このような手段を用いることで、結果とし
て出滓口１８周りの耐火レンガ２、出滓樋キャスタ５ａ
は適正温度分布を得ることで、長期連続運転が可能とな
る。

【００２４】図２に、本発明の第２実施例にかかる灰溶
融炉の出滓樋構造を示す。（Ａ）は要部正面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＡ部の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＢ−Ｂ線断
面図である。本第２実施例の基本的構造は、第１実施例
に類似しており、本実施例では第１実施例よりもさらに
温度分布のコントロール機能を向上させた例である。な
お本実施例において、同一符号は同一機能部材を示して
いるが、冷却通路１０、１１内の流体として水を使用す
ると、冷却能力は高いものの、１００℃で相変化するた
め、流量を変化させても被冷却物の温度コントロールは
１００℃以下で、実際は２０〜３０℃が限界である。し
かし、出滓樋５のスラグ流れ方向の最適温度分布を考え
ると、出滓樋５出口に近づくにつれスラグ温度は低下す
るため、樋５のキャスタ５ａの冷却は出口ほど弱くした
方が良く、こうすることにより、溶融スラグ８の安定流
出を実現できる。

【００２５】このために、本実施例では、出滓樋５入口
側の第２冷却通路１１には冷却能力の高い水を冷媒とす
るが、第１冷却通路１０には、例えば、オイルなどを使
用し、冷却能力を低下させると共に、その流量を変化さ
せることで冷却熱伝達率もある程度は調整可能とする。
しかし、安全上、オイルを使用できない場合は、第１冷
却通路１０、第２冷却通路１１共に水を使用してもよ
い。そしてこの場合は、樋５出口側の冷却を弱くしたい
所には、第１冷却通路１０内にテフロンチュープの様な
インシュレーションチューブ１３を設置することにより
局所的に冷却能力を調整することができる。従って本実
施例によれば、第１冷却通路１０内の流体種類を油と水
のようにかえるだけでなく、局所的、特に樋５の出口側
にインシュレーションパイプ１３を入れることで、冷却
通路１０内出口側の見かけの熱伝達率を変えることが出
来、これによりローカルに熱伝達率を変えることが可能
となり、細かい温度分布のコントロールが出来る。

【００２６】図３に、本発明の第３実施例にかかる灰溶
融炉の出滓樋構造を示す。（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は独立ジャケットの
拡大斜視図である。本実施例は、出滓口１８下部に位置
する耐火レンガ２の冷却強化方法を示した例で、出滓口
１８下部の耐火レンガ２が熱的に厳しい炉に対応するた
めのものである。耐火レンガ２の冷却を強化するため
に、出滓樋５入口真下に（Ｃ）に示す独立した水冷ジャ
ケット１４を設け、さらに冷却フィン１５を耐火レンガ
２内に延在させて設置したものである。冷却フィン１５
は（Ｃ）に示すように１枚の板で形成している。独立水
冷ジャケット１４は冷却水導入／導出管１４ａ、１４ａ
により外部水が循環するように構成され、又その両側よ
り上方に垂設する腕１４ｂ、１４ｂにより出滓樋５の両
側も挟持して冷却するように構成されている。一方、出
滓樋５の下流側はキャスタ５ａ下面に銅板６をはり、そ
の銅板６に溶接された半割管７内に冷却水を流すことに
より冷却し（図５参照）、該半割管７が別異の独立水冷
ジャケットとして機能するが、実施例１及び２に示すよ
うな冷却通路１０、１１を有する冷却ブロック９を設け
てもよい。

【００２７】このような改善を施すことで、出滓口５下
部の耐火レンガ２内に冷却フィン１５を入れた作用とと
もに、該冷却フィン１５は独立水冷ジャケット１４と一
体的に形成されているために、第１実施例より更に耐火
レンガ２の温度レベルを下げることができ、又、出滓樋
５入口側に耐火レンガ２と接触させて独立した水冷ジャ
ケット１４を設けている為に、出滓口５入口側の冷却を
一層強化し、更に溶融池側壁の熱負荷の厳しい部分にお
けるジャケット１４を独立させたことで、そのジャケッ
ト１４に供給する冷却水量を任意に設定できるため、高
熱負荷時における冷却面の異常沸騰を回避できる。

【００２８】図４に、本発明の第４実施例にかかる灰溶
融炉の出滓樋構造を示す。（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は独立ジャケットの
拡大斜視図である。本実施例では、出滓樋５入口真下に
独立した水冷ジャケット１６を設置するとともに、該水
冷ジャケット１６より出滓口１８下部の耐火レンガ２内
に冷却フィン１７を延在して設置したことは第３実施例
と同一であるが、フィン１７の形状に特別の配慮がなさ
れている。即ち、第３実施例よりさらに同部の熱負荷が
厳しい炉の場合、より一層の冷却強化を図る必要があ
る。しかし、耐火レンガ２の冷却を強化すると、同時
に、出滓樋５入口部の冷却も強化され、当該樋５入口部
でスラグの固化を招く恐れがある。

【００２９】本実施例は、この様な問題を考慮し、独立
水冷ジャケット１６の天井部１７ａのメタル厚さを厚く
して、樋キャスタ５ａから水冷面位置を熱的にも遠ざけ
るとともに、耐火レンガ内の冷却フィン１７高さを高く
して出滓口１８底部を形成するレンガ２表面に近づけて
いる。尚、独立水冷ジャケット１６は図３と同様に冷却
水導入／導出管１６ａ、１６ａにより外部冷却水が循環
するように構成され、又その両側より上方に垂設する腕
１６ｂ、１６ｂにより出滓樋５の両側も挟持して冷却す
るように構成されている。

【００３０】このようにして、出滓樋５の冷却能力を一
定に維持したまま、出滓口１８下部の耐火レンガ２の冷
却強化を図ることが可能で、その効果も熱伝導解析を行
うことでその妥当性を確認した。

【００３１】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明における冷却構
造は、出滓口周囲の耐熱壁（レンガ）の過熱を防ぎ、同
時に溶融スラグの過冷却を防止できる適正な温度分布を
実現することにより、出滓口レンガの長寿命化を図ると
ともに、スラグの安定流出を可能とし、長期安定運転で
きる灰溶融炉を得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る灰溶融炉の出滓樋
構造を示し、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図、
（Ｄ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【図２】 本発明の第２実施例に係る灰溶融炉の出滓樋
構造を示し、（Ａ）は要部正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ
の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】 本発明の第３実施例に係る灰溶融炉の出滓樋
構造を示し、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、（Ｃ）は独立ジャケットの拡大斜視図で
ある。

【図４】 本発明の第４実施例に係る灰溶融炉の出滓樋
構造を示し、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、（Ｃ）は独立ジャケットの拡大斜視図で
ある。

【図５】 従来技術の灰溶融炉の出滓樋構造を示し、
（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１ 溶融スラグ池 ２ 耐火レンガ ３ スタンプ材 ４ 水冷ジャケット ５ 出滓樋（キャスタ） ６ 樋部の冷却金属プレート（例えば銅板） ７ 樋部の冷却半割管（内部に冷媒が流れる） ８ 溶融スラグ ９ 樋部の冷却ブロック １０ 第１冷却通路 １１ 第２冷却通路 １２ 冷却フィン（例えば銅フィン） １３ インシユレーションチユーブ １４、１６ 独立水冷ジャケット １５、１７ 独立水冷ジャケットに付帯する冷却フィン １８ 出滓口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−159440（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23J 1/00 F23J 1/08 F23G 5/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 灰溶融炉の耐火壁に設けた出滓口に出滓
   樋を連設し、前記灰溶融炉内に生成された溶融スラグが
   出滓口より溢流（オーバフロー）して出滓樋上を流れる
   ように構成した灰溶融炉の出滓樋構造において、 前記出滓樋の下部に冷却ブロックを設けると共に、該冷
   却ブロック内に冷却能力を個別に調整可能な複数の冷却
   系統を設けてなることを特徴とする灰溶融炉出滓樋の冷
   却構造。
2. 【請求項２】 前記冷却ブロック中に設けた冷却系統の
   内、出滓樋の溶融スラグ流れ方向下流側に位置する冷却
   系統に、冷却効果を低下させるインシュレーションを設
   けてなることを特徴とする請求項２記載の灰溶融炉出滓
   樋の冷却構造。
3. 【請求項３】 灰溶融炉の耐火壁に設けた出滓口に出滓
   樋を連設し、前記灰溶融炉内に生成された溶融スラグが
   出滓口より溢流（オーバフロー）して出滓樋上を流れる
   ように構成した灰溶融炉の出滓樋構造において、 前記出滓樋下部に夫々冷却液量を個別に調整可能な複数
   の独立液冷ジャケットを設けるとともに、一の独立ジャ
   ケットを前記出滓口を形成する耐火壁の一部と接触させ
   て出滓樋基側下部に配設してなることを特徴とする灰溶
   融炉出滓樋の冷却構造。
4. 【請求項４】 前記独立水冷ジャケットに付設して冷却
   フィンを設けてなるとともに、前記出滓口を形成する耐
   火壁の一部を凹設し、該凹設部位に前記冷却フィンが延
   設してなることを特徴とする請求項３記載の灰溶融炉出
   滓樋の冷却構造。