JP5314436B2 - 廃棄物ガス化溶融炉の出湯口部冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物などの廃棄物ガス化溶融炉において、スラグ侵食に耐用することができる、廃棄物を溶融処理する部位の出湯口部冷却装置に関するものである。

廃棄物ガス化溶融炉は、図９の炉底部概略図に示すように、溶融炉炉体１の炉底部の羽口４から酸素含有ガス又は酸素富化ガスが吹き込まれ、コークスや熱分解によって生じた炭素質を高温度で燃焼させ、廃棄物を溶融スラグ化して出湯口３から出湯している。

廃棄物ガス化溶融炉において炉下部の出湯口部の耐火物においては、溶融スラグによる侵食が炉体の中でも最も過酷な環境におかれ、例えば０．５〜１年ごとに耐火物で湯口部の補修や張替を必要としていた。

すなわち、従来、出湯口部には高温に耐えるよう高アルミナ質耐火物を使用してきたが、送風羽口の直下部では、コークスの活発な燃焼に灰分が溶融され生成したスラグにより侵食される。

スラグによる侵食を防止するため、スラグとの反応性の低い炭化珪素質耐火物を用いることが考えられるが、出湯口部の炉壁では耐火物稼働面温度が１３００℃以上となるため、送風羽口からの酸素及びコークス燃焼により発生したＣＯ_２ガスにより、炭化珪素質耐火物は容易に酸化され損耗する。

そのため、廃棄物ガス化溶融炉の溶融スラグと接する部位の耐火物には、耐スラグ性が良く、熱伝導率の高い炭化珪素耐火物を用いるとともに、当該耐火物稼働面をより低温に冷却することが耐火物寿命の延長に効果的である。

従来の耐火物稼働面の冷却方法としては、鉄皮全面を冷却する方法があるが、以下のような問題点があった。

１）ジャケット式の冷却方法であるため、冷却水の流速が極めて遅く、鉄皮の腐食、スケール発生による冷却性能の劣化及び水質悪化、更には多大なスケールの給排水口への堆積による冷却水量低下などの問題があり実用的ではない。

２）特許文献１に記載の発明のように溶融スラグと接する部位の炉壁において炭化珪素質耐火物（少なくとも３０質量％以上の炭化珪素を含む）を用い、その内部に冷却管を埋設し耐火物の稼働面を冷却することは耐火物寿命の延長に有意義である。しかし、この特許文献１の方法は、耐火物が損耗され埋設した冷却管が露出した時点で寿命となり、耐火物の張替（冷却管の更新を含む）が必要となるうえ、耐火物の補修時には、施行上及び露出冷却配管の損耗のため冷却管も更新する必要があった。

特開２００６−３００３５７号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、廃棄物ガス化溶融炉において最も損耗の激しい溶融スラグと接する部位の出湯口部耐火物の耐久性を向上させることができ、また、メンテナンス性の向上を加味した出湯口部冷却装置を提供するものである。

本発明は、スラグとの反応性が低く熱伝導率の高い炭化珪素耐火物を用い且つ耐火珪素質耐火物の弱点である高温酸化の問題を出湯口部鉄皮内面及び外面より冷却することで解決し、長期にわたり冷却性能を維持でき且つ炉外部から取替可能としたメンテナンス性の向上を加味した出湯口部冷却装置を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載したとおりの下記内容である。

請求項１の発明は、廃棄物をガス化溶融処理する廃棄物ガス化溶融炉の出湯口部において、出湯口内部に位置する炭化珪素質耐火物と、その炭化珪素質耐火物を冷却するために出湯口部の外壁である鉄皮の外表面を管路の一部とした冷却水通水管路を所定の間隔をあけて配置した出湯口冷却金物と、前記鉄皮内面側の前記炭化珪素質耐火物内部に冷却管を埋設した出湯口埋設配管とを有し、前記炭化珪素質耐火物と前記出湯口冷却金物及び前記出湯口埋設配管とを一体化し、炉の外部から一体取替可能な構造としたことを特徴とする。

本発明の構成により次の作用が得られる。
（１）本発明によれば、廃棄物ガス化溶融炉の出湯口部の外面に、出湯口部鉄皮外表面を管路の一部とした管路を所定の間隔をあけて配置し、冷却水を通水することにより、管路の一部とし冷却水通水管路により鉄皮自体を冷却することができ、鉄皮の温度上昇を防止して出湯口部の耐火物を保護することができる。

（２）冷却水通水管路を配置する出湯口部の耐火物として炭化珪素質の耐火物を使用することで、耐火物の熱伝導率が高いため一層の冷却効果が発揮される。

（３）出湯口部耐火物を含む本冷却装置が損傷した場合には、フランジ取付構造であるので容易に取替可能である。

（４）取替可能構造であるので、冷却管路間隔を変えることにより、耐火物の冷却過多又は冷却過小の調節が可能である。

（５）出湯口耐火物内に埋設する冷却水配管による冷却と組み合わせているので、冷却能力が増強され、初期の損耗を制御する事が出来る。

本発明によれば、出湯口部の耐火物として用いる炭化珪素質耐火物の稼働面温度を低下させることが可能で、炭化珪素質耐火物による高温酸化が抑制されるので炭化珪素質耐火物による耐スラグ性の効果を十分に発揮させることができる。

鉄皮外面冷却が水冷ジャケット方式では鉄皮全面を冷却するため、耐火物内は均一に冷却可能であるが、流速の確保が困難なため運転後スケール付着による冷却性能が低下する。これに対して、本発明によれば、冷却水流速を０．３ｍ／ｓｅｃ以上を容易に確保することができるため、運転後のスケール付着が抑えられ耐用期間を従来の０．５〜１．０年から少なくとも１年以上とすることができる。さらに、期待効果としては冷却管の耐火物内部への埋設方式を単独で行う場合は冷却管が露出した時点で寿命となるが、鉄皮も冷却しているため、損耗代が大きくとれ耐用期間を延ばすことができる。

また、出湯口鉄皮冷却方式と出湯口耐火物内への冷却管理設方式を併用することにより、一層の耐火物の冷却効果が発揮可能となる。

以上の効果により、長期に渡って耐火物を冷却することができる。

また、耐火物の巻替工事についても、外部より取替可能構造であるので予備機を設けておけば安価で工事期間も短いという利点がある。

本発明の冷却装置を採用した廃棄物ガス化溶融炉の下部の断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の冷却装置を炉外側から見た詳細図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面の詳細図である。 図５のＥ−Ｅ断面図である。 本発明の冷却装置を炉内側から見た詳細図である。 本発明の冷却装置の鳥瞰図である。 廃棄物ガス化溶融炉の炉底部の概略図である。

本発明を実施するための最良の形態について図１〜図８を用いて詳細に説明する。

図１〜図８において、１は溶融炉炉体、２は出湯口部耐火物、３は出湯口、４は羽口、５は出湯口冷却金物、６は出湯口部埋設配管、７は冷却水通水管路、８はボルト、ナット、Ｐ、Ｌ１、Ｌ２は冷却管間隔、Ｄは冷却管径を示す。
図１は、本発明の冷却装置を採用した廃棄物ガス化溶融炉の下部断面図である。

図１に示すようにシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物、成型コークス、石灰石を装入し、羽口４から空気を吹き込んで廃棄物をガス化溶融処理する際に出湯口３の直上部である出湯口部耐火物２（図１の斜線部）では、コークスの活発な燃焼に灰分が溶融され生成したスラグにより侵食される。

通常において、出湯口部耐火物２は炉内側から侵食されるので、出湯口部耐火物２の冷却には、侵食される耐火物内に直接配管を埋設し、その配管内に冷却水を通水した出湯口部埋設配管６を設置することが効率的であり、特に運転初期での損耗に対して有効である。

しかし、この出湯口部埋設配管６は炉内にあることにより、スラグによりやがては侵食され冷却停止となる環境下にある。

出湯口部埋設配管６を複数本設置した場合においても、全数侵食された場合は、出湯口の全面破壊を直ぐに想定しておかねばならない事態となる。

この対策として、出湯口部埋設配管６と出湯口３の鉄皮を冷却することにより内部の耐火物を冷却する出湯口冷却金物５の併設が有効である。

この併設は、冷却効果の増強につながり、より出湯口耐火物２の寿命の延長とつながる。また、出湯口冷却金物５は出湯口部埋設配管６の最終バックアップとして、出湯口の全面破棄を防止した極めて有用な装置となりうる。

また、前記の出湯口冷却金物５と出湯口部埋設装置６及び出湯口部耐火物２を一体化させることにより、炉外から取替可能となるので、メンテナンス性においても優れている装置である。

以下に構造の特徴となる詳細を説明する。

図１のＡ−Ａ矢視図である図２に示すように、廃棄物ガス化溶融炉の出湯口３の外面に、冷却水を通水して出湯口の耐火物を保護する出湯口鉄皮である出湯口冷却金物５の一部を管路とする冷却水通水管路７を所定の間隔をあけて蛇行させることにより、線状でかつ外気に対し密閉された冷却水路を設けて周方向につづら折状に配置することにより、鉄皮自体を冷却することができ、鉄皮の温度上昇を防止することができる。一般的に冷却水にはスケール防止剤や防蝕剤が添加されるが、薬品が効果を発揮するには少なくとも０．３ｍ／ｓ以上の流速が必要とされる。

この方法で冷却水流量を過大にすることなく、冷却管７内に通水する冷却水の流量をスケール付着による伝熱性能の低下を防止することができる０．３ｍ／ｓｅｃ以上とすることが出来る。冷却水の流量を上げることにより伝熱性能が向上するが、実用上の上限は２ｍ／ｓ以下に抑えられる。

図３は本発明の冷却装置を炉外側から見た詳細図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。

本発明に用いる冷却管７の冷却管間隔Ｐと冷却管径Ｄは、１．５≦Ｐ／Ｄ≦１０を満足することが好ましい。

Ｐ／Ｄが１．５未満では、必要以上に大きな水冷部分を設けることになり、経済的でない一方で、Ｐ／Ｄが１０を超えると損耗の激しい出湯部分を十分に冷却することができない。従って、１．５≦Ｐ／Ｄ≦１０とすることにより適切な冷却水量でスケール付着を防止できる好ましい流量である０．３ｍ／ｓｅｃ以上１０ｍ／ｓｅｃ以下を確保することができる。

図４において、出湯口冷却金物５の外面に、管を半分に割った形状の冷却管により炉体鉄皮の一部を管路として構成する冷却水通水管路７を配置して冷却水を通すことにより、出湯口冷却金物５を冷却させる。

なお、出湯口冷却金物５には冷却水の接触部と非接触部があるため、非接触部の温度が若干高めになる傾向があるが、炉体に使用する耐火物を伝熱効率のよい炭化珪素系の耐火物（例えば７０質量％以上炭化珪素質を含むキャスタブル）を用いることにより、耐火物稼働面をほぼ均一に冷却することができる。

図５は図１のＣ−Ｃ断面の詳細図、図６は図５のＥ−Ｅ断面を示す。

出湯口の鉄皮内面側からの耐火物の冷却は、本図のごとく内部に冷却管を埋設した構造が取られる。

この埋設配管６の設置は、周辺耐火物の冷却効率を増加させるが、前述のごとく溶融スラグに侵食されやすい環境下にあるため、冷却管が露出した時点で破損するという制約を受けざるを得ないものであった。

従ってこの埋設管方式による耐火物の冷却のみでは、長期的な耐久性に問題があったが、前記のごとく炉外に出湯口冷却金物５を設置することにより、その問題点を解決するものである。

しかし、出湯口冷却金物５と出湯口部埋設配管６を併設させた場合においても、出湯口部耐火物２は恒久的に残るものではないため、残存耐火物厚みが薄くなった場合は、安全を考慮して補修が必要となる。

本発明は、その補修を容易にするため、出湯口冷却金物５と出湯口部埋設配管６及び出湯口部耐火物２を一体化させ、炉外より一体取替可能としている装置である。

図７は一体化された本装置を炉内側から見た詳細図であり、図８はその鳥瞰図である。

本発明の装置は交換可能型であるため、図３に記載の冷却管間隔であるＰ、Ｌ１、Ｌ２を容易に変えることが出来、耐火物の冷却過多や冷却過小を調節可能とする装置でもある。

本発明による装置は、ガス化溶融炉出湯口３の耐火物の冷却能力を増加及び調整させることにより耐火物の長寿命化を計り、且つ補修が低コスト及び短期で可能なことを実現させるものである。

１：溶融炉炉体
２：出湯口部耐火物
３：出湯口
４：羽口
５：出湯口冷却金物
６：出湯口部埋設配管
７：冷却水通水管路（冷却管）
８：ボルト、ナット
Ｐ、Ｌ１、Ｌ２：冷却管間隔
Ｄ：冷却管径

Claims (1)

1. 廃棄物をガス化溶融処理する廃棄物ガス化溶融炉の出湯口部において、出湯口内部に位置する炭化珪素質耐火物と、その炭化珪素質耐火物を冷却するために出湯口部の外壁である鉄皮の外表面を管路の一部とした冷却水通水管路を所定の間隔をあけて配置した出湯口冷却金物と、前記鉄皮内面側の前記炭化珪素質耐火物内部に冷却管を埋設した出湯口埋設配管とを有し、前記炭化珪素質耐火物と前記出湯口冷却金物及び前記出湯口埋設配管とを一体化し、炉の外部から一体取替可能な構造としたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の出湯口部冷却装置。

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