JP5442196B2

JP5442196B2 - 廃棄物ガス化溶融炉の炉体冷却装置および炉体冷却方法

Info

Publication number: JP5442196B2
Application number: JP2007308128A
Authority: JP
Inventors: 光正戸高; 浩一本山; 俊二古庄
Original assignee: NS Plant Designing Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP2009133507A

Description

本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物ガス化溶融炉において廃棄物を溶融処理する部位のスラグ侵食に耐用するための炉体冷却装置および炉体冷却方法に関するものである。

廃棄物ガス化溶融炉において炉下部では、耐火物は非常に過酷な環境に置かれ例えば1年毎に耐火物の補修や張替を必要としていた。

すなわち、従来、炉下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、送風羽口の直上部では、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、送風羽口直上の炉壁では耐火物稼動面温度が1000℃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CO2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。

よって、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質耐火物を用い、当該耐火物稼動面を1000℃以下に冷却することが耐火物寿命の延長に効果的である。

従来の耐火物稼動面の冷却方法としては、鉄皮散水または噴霧散水により鉄皮を散水冷却する方法があるが以下のような問題点があった。
1）鉄皮が外気に開放されているため、鉄皮の腐食、スケール発生による冷却性能の劣化および水質悪化、水の飛散による周辺雰囲気の悪化等の問題があり実用的でない。
2）鉄皮の外面に冷却水を貯める円筒を取付け鉄皮全面を冷却するジャケット方式もあるが流速が極めて遅いため、鉄皮の腐食、スケール発生による冷却性能の劣化および水質悪化、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等の問題があり実用的でない。
3）特開2006−300357号公報（下記特許文献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動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、施工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特に損耗の激しい溶融スラグと接する部位の炉壁耐火物の耐久性を向上させることができる炉体冷却装置および炉体冷却方法を提供することを課題とする。

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質耐火物を用い、かつ炭化珪素質耐火物の弱点である高温酸化の問題を鉄皮外面より冷却することで解決し、更に長期にわたり冷却性能を維持できる炉体冷却装置および炉体冷却方法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通りの下記内容である。
（１）廃棄物をガス化溶融処理する廃棄物ガス化溶融炉の炉体内面耐火物を冷却する炉体冷却装置であって、前記廃棄物ガス化溶融炉の炉体鉄皮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、前記冷却水通水管路設置部内面の炉体耐火物は炭化珪素質耐火物としたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の炉体冷却装置。
（２）廃棄物をガス化溶融処理する廃棄物ガス化溶融炉の炉体内面耐火物を冷却する炉体冷却方法であって、前記廃棄物ガス化溶融炉の炉体鉄皮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、前記冷却水通水管路設置部内面の炉体耐火物は炭化珪素質耐火物とし、炉体鉄皮を直接冷却して炉体内面の耐火物を冷却することを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の炉体冷却方法。
＜作用＞
（１）および（２）の発明によれば、廃棄物ガス化溶融炉の炉体の外面に、炉体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炉体内面の耐火物を保覆することができる。また、冷却水通水管路を配置する炉体内面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。

本発明によれば、炉壁耐火物として用いる炭化珪素質耐火物の稼動面を1000℃以下に冷却することが可能で、炭化珪素質耐火物の炉内ガスによる高温酸化が防止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。

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。

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1〜3年から少なくとも5年以上とすることができる。

更に、期待効果としては冷却管の埋設方式が冷却管が露出した時点で寿命となるのに比べ、鉄皮を冷却しているため、損耗代が大きくとれ耐用期間を延ばすことができる。

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、冷却管の埋設方式が冷却管の更新をも必要とするのに対し、本発明では耐火物の更新のみである為、安価で工事期間も短いという利点がある。

更に適正間隔で配列した冷却水路を直列に接続することで必要最低限の冷却水を流すことで、十分な冷却効果を発揮できることから水冷ジャケット方式よりもランニングコスト的にも有利となるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態について図1乃至図5を用いて詳細に説明する。

図1乃至図5において、1は溶融炉炉体、2は炉体、3は冷却水通水管路、4は羽口、5は給水、6は排水、7は温度計、8は制御盤、9は流量調整弁、10は流量計、Pは冷却管間隔、Dは冷却管径を示し、同じ要素については同じ記号を用いることにより説明の重複を避ける。

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の断面図である。

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から空気を吹込んで廃棄物をガス化溶融処理する際に、羽口4の直上部（図1の斜線部）では、コークスの活発な燃焼により灰分が溶融され生成したスラグにより侵食される。

そこで本発明の廃棄物ガス化溶融炉の炉体冷却装置は、廃棄物ガス化溶融炉1の高温部炉体2の外面に、冷却水を通水して前記該炉体2内面の耐火物を保護する炉体鉄皮の一部を管路とする冷却水通水管路3を所定の間隔をあけて周方向につづら折状に配置したものである。

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炉体2の外面に、冷却水を通水して該炉体2内面の耐火物を保護する炉体鉄皮の一部を管路とする冷却水通水管路3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、この薬品が効果を発揮するには少なくとも0.3m／sec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3内に通水する冷却水の流速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。冷却水の流速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／sec以下に抑えられる。

図3は、本発明の冷却装置の詳細図である。

本発明に用いる冷却管3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炉体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正な冷却水量でスケール付着を防止できる好ましい流速である0.3m／sec以上10m／sec以下を確保することができる。

図4は、図3のB−B断面図であり、炉体2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3を配置して冷却水を通すことにより、羽口直上炉体2の鉄皮に冷却水を接触させることにより鉄皮自体を冷却させる。

なお、鉄皮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良い炭化珪素系の耐火物（例えば30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、耐火物稼動面をほぼ均一に冷却することができる。

本発明によれば、耐火物の厚みの大部分が寿命延長に有効に働くため、埋設された冷却管が露出する時点で制約を受けていた従来方法に比べて耐火物の寿命を著しく延長することができる。

また耐火物の張替工事の必要が生じた場合も埋設管の撤去・更新が不要なため、補修コストを低減することができるうえ、工事期間が短いメリットがある。

更に、一般的な鉄皮ジャケット水冷に比べると、一連の冷却管3（半割りパイプ、山形銅、溝形鋼など）を所定のピッチで配列し、シリーズ通水することから必要最低限の水量での冷却が可能である。さらに、冷却管路は鉄皮外側に設置されているため万一、漏水が管路に発生しても、炉内には侵入せず外側より容易に確認できる。

炉壁耐火物は熱伝導率の高い炭化珪素質を使用することにより、鉄皮の冷却水路は一定の間隔を有する線状の流路で冷却しても耐火物稼動面では一様な温度を示し、鉄皮側の冷却水路の中間部の鉄皮温度も十分低い温度に保たれる。

また、線状水路のため冷却水流速を0.3m／sec以上に容易に確保できるため、運転後のスケール生成付着を抑え長期に安定した炉体の冷却を行うことが可能である。また、炉体鉄皮を冷却管路の一部として構成する冷却水通水管路は、溶融炉の高温部に外周に蝶旋状に配置してもよい。

図1に示す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、上段羽口から空気を、下段送風口から酸素富化空気を吹込んで廃棄物をガス化溶融処理した。

試験の結果、本発明例においてはスケール付着が無いうえ、炉体冷却能が優れており、本発明の効果を確認できた。

なお、本実施例は充填層式の廃棄物ガス化溶融炉の他、流動式のコークスベッド式溶融炉やキュポラ等コークスを使う溶融炉への適用も可能である。また、コークス以外の燃料（LPG、天然ガス、灯油等）を溶融熱源として使用する炉への適用も妨げない。

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。本発明の冷却装置の詳細図である。図3のB−B断面図である。本発明の冷却管の流量調整フローシートである。

1 溶融炉炉体
2 羽口直上炉体
3 冷却水通水管路
4 羽口
H 冷却管の上下方向の高さ
L 朝顔部炉体の高さ
P 冷却管間隔
D 冷却管径

Claims

廃棄物をガス化溶融処理する廃棄物ガス化溶融炉の炉体内面耐火物を冷却する炉体冷却装置であって、前記廃棄物ガス化溶融炉の炉体鉄皮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、前記冷却水通水管路設置部内面の炉体耐火物は炭化珪素質耐火物としたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の炉体冷却装置。
廃棄物をガス化溶融処理する廃棄物ガス化溶融炉の炉体内面耐火物を冷却する炉体冷却方法であって、前記廃棄物ガス化溶融炉の炉体鉄皮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、前記冷却水通水管路設置部内面の炉体耐火物は炭化珪素質耐火物とし、炉体鉄皮を直接冷却して炉体内面の耐火物を冷却することを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の炉体冷却方法。