JP6302273B2 - 冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法 - Google Patents
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Description
本発明は、冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法に関し、さらに詳しくは、被処理物を燃焼炉で燃焼させた際に発生する排ガスを導入し、側壁に配置されたノズルから冷却水を散布して排ガスを冷却する冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法に関する。
近年、パソコン、ＯＡ機器、あるいは携帯電話等を製造する電子部品製造業者や電子基板等の電子部品を利用した製品及び産業から発生するスクラップ類は年々増加を続けている。これらのスクラップ類には、電気導体として使われる銅や、接点・メッキ皮膜等に使用された金、銀、白金、パラジウム等の貴金属が含まれており、これら有価金属の回収は資源のリサイクルによる省資源化を図るという観点からも極めて重要である。そのため、これらのスクラップ類（以下、「貴金属スクラップ」という。）は様々な方法によってリサイクルが行われている。
貴金属スクラップのリサイクル方法としては、例えば、銅製錬における熔錬炉に銅精鉱と共に装入して処理する方法や、貴金属スクラップを薬剤に浸漬して有機物材料を溶解して含有されている貴金属を得る方法、また、貴金属スクラップを燃焼炉で燃焼して灰化させ、灰化したものを自溶炉又は転炉で処理することで貴金属を得る方法などが知られている。その外にも、貴金属スクラップをロータリーキルンとストーカ炉を組み合わせた燃焼処理炉を利用して処理した後、有価金属の回収を行うことも行われていた（特許文献１）。
しかしながら、ロータリーキルンとストーカ炉を組み合わせた従来の燃焼処理炉の場合、第一の燃焼炉であるロータリーキルンの炉内温度が１０００℃を超えると貴金属スクラップに含まれるＳｉＯ２，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，Ｃｕ，Ｆｅなどが溶融してクリンカが発生するおそれがある。クリンカはロータリーキルンの出口付近やストーカ炉の火格子に固着してそれらの動きを阻害すると共に、クリンカの除去作業による操業効率の低下などを招くおそれがある。また、特許文献１の燃焼処理炉では、処理灰の回収は回収ボックスによって行っていたが、回収ボックスによる回収はバッチ式であるため、より操業の効率化を図るためには処理灰を連続的に回収できることが好ましい。
そのため、第二の処理炉、例えば、ストーカ炉によって燃焼処理された貴金属スクラップの処理灰を水封式コンベアの水槽内で冷却しつつ連続的に搬送回収することにより、クリンカの発生が抑制され、クリンカの除去作業が不要となって操業効率の低下を防止すると共に、ガス化減容物のストーカ炉への移動やストーカ炉の火格子の動きを阻害することがなく、しかも、処理灰を速やかに冷却して連続的に回収することが可能な有価金属の回収処理装置及び方法を開発した。
しかし、ロータリーキリンで発生した可燃性の熱分解ガス及びストーカ炉で発生した燃焼排ガスを二次燃焼炉で燃焼させた後の排ガスはＤＸＮ再合成の阻止及び後設備の保護のために耐酸不定形耐火物もしくは耐酸耐熱レンガがライニングされた冷却塔内で複数設けられたノズルから冷却水を散布して一気に冷却されるが、一般的に耐酸耐火物は水濡れ性が弱く、耐酸耐熱レンガは水濡れ性は良いが熱によるスポーリング（レンガ欠け）が発生しやすいことから極めて短期間の間に冷却塔内壁の点検や更新が必要となっていた。
冷却塔を点検するためには周囲に足場を組んで行う必要があるため、点検には足場設置のコストがかかる。また、冷却塔内にライニングされた耐火物の更新には足場設置コストの他、交換すべき新規耐火物のコストがかかる。さらに、耐火物の更新を行うためには操業を停止する必要があるので更新までの期間が短く、しかも更新の回数が増えればそれだけ操業効率が低下することになる。
そこで、本発明は上記問題に鑑み、冷却塔の内壁にライニングされた耐火物レンガの損耗・脱落による更新の手間を回避して、効率的な操業を可能とする冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、貴金属が含まれた貴金属スクラップを燃焼炉で燃焼させた際に発生する約９００℃に達する排ガスを導入し、側壁に配置されたノズルから冷却水を散布して前記排ガスを８０℃以下に冷却する冷却塔内壁の耐火物構造において、前記ノズルの散布口よりも下側であって少なくとも前記ノズルから散布する前記冷却水が接触しない部分の前記冷却塔の側壁を鉄皮と、抗火石と、磁器性の耐火物の３層構造としたことを特徴とする。
上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、貴金属が含まれた貴金属スクラップを燃焼炉で燃焼させた際に発生する約９００℃に達する排ガスを導入し、側壁に配置されたノズルから冷却水を散布して前記排ガスを８０℃以下に冷却する冷却塔の操業方法において、前記ノズルの散布口よりも下側であって少なくとも前記ノズルから散布する前記冷却水が接触しない部分の側壁を鉄皮と、抗火石と、磁器性の耐火物の３層構造とした冷却塔へ上方から下方に向かって前記排ガスを導入し、前記排ガスに対し、前記ノズルから前記冷却水を水平方向よりも下向きに向かって散布することを特徴とする。
本発明に係る冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法によれば、冷却塔の内壁にライニングされた損耗・脱落を回避できるので耐火物レンガの寿命延長を図ることができ、また、冷却塔の内壁の点検及び更新の手間及びコストを削減することができるという効果がある。
また、本発明に係る冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法によれば、点検・更新の回数を従来よりも減らすことができるので操業時間が増え、操業効率が増大するという効果がある。
以下、本発明に係る冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。初めに、冷却塔を備えた有価金属の回収処理装置の概要について説明する。図１は冷却塔を備えた有価金属の回収処理装置の一実施形態の構成図である。
［冷却塔を備えた有価金属の回収処理装置の構成］
図示された冷却塔を備えた有価金属の回収処理装置１（以下「処理装置１」という。）は、概略として、第一の処理炉であるロータリーキルン１０と、第二の処理炉であるストーカ炉２１ａと、第三の処理炉である二次燃焼炉２１ｂを備えて構成されている。ロータリーキルン１０は、円筒状の横置き回転炉１１を備え、一方側の端面に貴金属スクラップを投入するための投入口１２が設けられると共に、それとは反対側の端面には排出口１３が設けられている。
図示された冷却塔を備えた有価金属の回収処理装置１（以下「処理装置１」という。）は、概略として、第一の処理炉であるロータリーキルン１０と、第二の処理炉であるストーカ炉２１ａと、第三の処理炉である二次燃焼炉２１ｂを備えて構成されている。ロータリーキルン１０は、円筒状の横置き回転炉１１を備え、一方側の端面に貴金属スクラップを投入するための投入口１２が設けられると共に、それとは反対側の端面には排出口１３が設けられている。
回転炉１１は排出口１３側に向かって僅かに傾斜するようにして配置されており、図示しないモータによって回転可能とされている。投入口１２の近傍にはバーナ１４が配置されており、重油などの燃料を燃焼させることによって炉内を加熱することができるようになっている。投入口１２の近傍には炉内へ冷却水を散布するための冷却水散布ノズル１５が配置され、回転炉１１の炉壁前には炉内温度を測定するための温度計１５ａが取り付けられている。そして、投入口１２から炉内に投入された貴金属スクラップは、高温の雰囲気の中で撹拌されながら排出口１３方向へ徐々に移動し、熱分解されて可燃性の熱分解ガスとガス化減容物となる。
回転炉１１の排出口１３側の端面はストーカ炉２１ａと連結されており、排出口１３から排出されるガス化減容物はストーカ炉２１ａの火格子（ストーカ：以下「火格子」という。）２２，２２上に落下すると共に、熱分解ガスは第三の処理炉である二次燃焼炉２１ｂ内に導入される。火格子２２，２２の一部は油圧シリンダ２５によって可動し、ガス化減容物は火格子２２，２２によって順次下流側に移送されつつ燃焼される。燃焼処理された焼却灰及び火格子２２，２２からこぼれ落ちたガス化減容物からなる処理物は有価金属含有滓として下部側に配置された水封式コンベア３０によって冷却しながら回収される。
一方、貴金属スクラップを熱分解することによって発生した可燃性の熱分解ガス及びストーカ炉２１ａでガス化減容物を焼却処理した際に発生する燃焼排ガスは二次燃焼炉２１ｂ内に導入されてバーナ２４によって完全燃焼処理される。そして、熱分解ガス及び燃焼排ガスを燃焼させた後の排ガスは、煙道３１によって二次燃焼炉２１ｂと連通された冷却塔４０に送られる。冷却塔４０ではノズル４１から散水してダイオキシン類の発生を抑制するために排ガスの温度が８０℃以下になるように一気に冷却を行う。そして、８０℃以下に冷却された排ガスは洗浄塔４５においてアルカリ洗浄液で洗浄され、さらにダクト３２を通ってミストコットレル５０に運ばれて煤塵やミストが除去された後、排気ダクト３３を通って完全に無害化された状態で排気される。
［冷却塔の構成］
さて、冷却塔４０は、図２及び図３に示すように、概略として、略円筒形状に形成されて垂直に立設された鉄皮４３を備え、鉄皮４３の上方には６つのノズル４１，４１（図２参照）が略等間隔に同じ高さ位置に配置されている。ノズル４１，４１は、冷却水を散布する散布口４１ａ，４１ａが水平方向よりも下向きに向かうようにして取り付けられており、上方から下方（図３に示す矢印方向）に向かって導入される排ガスに対して水平方向よりも下向きに冷却水が散布されるようになっている。
さて、冷却塔４０は、図２及び図３に示すように、概略として、略円筒形状に形成されて垂直に立設された鉄皮４３を備え、鉄皮４３の上方には６つのノズル４１，４１（図２参照）が略等間隔に同じ高さ位置に配置されている。ノズル４１，４１は、冷却水を散布する散布口４１ａ，４１ａが水平方向よりも下向きに向かうようにして取り付けられており、上方から下方（図３に示す矢印方向）に向かって導入される排ガスに対して水平方向よりも下向きに冷却水が散布されるようになっている。
また、ノズル４１，４１との間には互いに向かい合う位置に緊急用ノズル４２，４２が配置されている。緊急用ノズル４２，４２は、常用のノズル４１，４１に何らかのトラブルが発生したような場合に動作させることにより排ガスが８０℃以上の温度で冷却塔４０の出口から排出されないようにするために設けられている。
ノズル４１，４１の散布口４１ａ，４１ａが位置する周囲の鉄皮４３の内側には抗火石４４がライニングされている。抗火石４４は耐酸断熱材であり、９００℃に達するような高温に耐え、しかも熱伝導率が低く断熱性及び耐酸性に優れた材料である。そして、図３に示すように、散布口４１ａ，４１ａの下方側の抗火石４４は散布口４１ａ，４１ａの上方側の抗火石４４の厚みの約半分程度の厚さとされており、この部分にはさらに耐酸磁器レンガ４５がライニングされている。耐酸磁器レンガ４５は、表１に示すように、耐酸耐熱レンガに比べて気孔率が小さい。気孔率が大きいと空気の層が増えて熱伝導率が小さくなり、加熱面から冷面への熱の伝わりも小さくなるのでスポーリングが発生しやすく、また、気孔が多いために強度も弱く割れが発生しやすい。この点、耐酸磁器レンガはそのようなおそれが少ない。
鉄皮４３、抗火石４４、耐酸磁器レンガ４５によって三層に形成とされた部分は、図３に示すように、ノズル４１，４１から散布される冷却水が接触しない部分（図２及び図３に符号Ａで示す範囲）に対応しており、従来はこの符号Ａで示す部分にライニングされていた耐酸耐火レンガが著しく損耗・脱落していた。符号Ａで示す部分はノズル４１，４１からの冷却水が接触しないため約９００℃という高温の排ガスに晒されることによって著しく溶損したものと推察される。一方で、露出した抗火石４４は健全な状態で維持されていた。そのため、符号Ａで示す部分の抗火石４４の上にさらに磁器性の耐火物、例えば、耐酸磁器レンガ４５をライニングすることにより、冷却水が接触しない部分の溶損を確実に防止する。もちろん、冷却水が接触しない部分に限らず、図３に示すように、ノズル４１，４１の散布口４１ａ，４１ａよりも下側の冷却塔４０の内壁の全てを耐酸磁器レンガ４５でライニングすることも可能である。
［冷却塔の操業方法］
次に、上述した冷却塔４０の操業方法について、貴金属スクラップをロータリーキルン及びストーカ炉によって処理した後の排ガスを冷却する場合について説明する。初めに、被処理物である貴金属スクラップをロータリーキルン１０の回転炉１１内に投入し、５５０〜６５０℃で熱分解して可燃性の熱分解ガスとガス化減容物とする。ガス化減容物は、回転炉１１の排出口１３方向へ徐々に移動してストーカ炉２１ａ内の火格子２２，２２上に排出され、可燃性の熱分解ガスはストーカ炉２１ａの上部に位置する二次燃焼炉２１ｂ内に導入される。
次に、上述した冷却塔４０の操業方法について、貴金属スクラップをロータリーキルン及びストーカ炉によって処理した後の排ガスを冷却する場合について説明する。初めに、被処理物である貴金属スクラップをロータリーキルン１０の回転炉１１内に投入し、５５０〜６５０℃で熱分解して可燃性の熱分解ガスとガス化減容物とする。ガス化減容物は、回転炉１１の排出口１３方向へ徐々に移動してストーカ炉２１ａ内の火格子２２，２２上に排出され、可燃性の熱分解ガスはストーカ炉２１ａの上部に位置する二次燃焼炉２１ｂ内に導入される。
ストーカ炉２１ａへ送られたガス化減容物は火格子２２，２２上でさらに燃焼されて貴金属以外の可燃物質の完全燃焼を促す。そして、燃焼後の焼却灰は有価金属含有滓として水封式コンベア３０で回収される。一方、完全燃焼させた燃焼排ガスと熱分解ガスを燃焼させた後の排ガスは煙道３１を介して冷却塔４０に送られる。冷却塔４０では約９００°と高温の排ガスが上方から下方側に向かって導入され、この排ガスに対し水平方向よりも下向き方向に複数のノズル４１，４１から冷却水が散布される。このとき、少なくともノズル４１，４１から散布する冷却水が接触しない符号Ａで示す部分の冷却塔４０の内壁が耐酸磁器レンガ４５でライニングされているので冷却水が接触しない場合でも溶損による損耗・脱落を起こすことがない。
冷却塔４０内で冷却された排ガスは一気に冷却され、８０℃以下の温度で冷却塔４０の出口から排気される。このように８０℃以下まで一気に冷却するのはデノボ合成が最も発生しやすいといわれている３００℃付近の温度帯を一気に通過させることでダイオキシン類の発生の抑制を図るためである。
そして、８０℃以下に冷却された排ガスは、洗浄塔４９によってアルカリ洗浄されてミストコットレル５０に運ばれ、煤塵やミストが除去された後、完全に無害化された状態で排気される。
［実施形態の効果］
従来の冷却塔の耐熱耐火レンガは操業１週間で熱負荷が一番高い部分が溶損により脱落したかが、本実施形態の冷却塔では１年間の継続操業においても脱落やスポーリングは発生しなかった。また、従来と比べて冷却塔の点検・更新の費用が削減された。また、点検や更新による操業停止がないのでその分貴金属スクラップの処理量が増大した。
従来の冷却塔の耐熱耐火レンガは操業１週間で熱負荷が一番高い部分が溶損により脱落したかが、本実施形態の冷却塔では１年間の継続操業においても脱落やスポーリングは発生しなかった。また、従来と比べて冷却塔の点検・更新の費用が削減された。また、点検や更新による操業停止がないのでその分貴金属スクラップの処理量が増大した。
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は詳述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
１ 有価金属の回収処理装置
１０ ロータリーキルン
１１ 回転炉
１２ 投入口
１３ 排出口
１４ バーナ
１５ 冷却水散布ノズル
１５ａ 温度計
１６ シール部材
２１ａ ストーカ炉
２１ｂ 二次燃焼炉
２２ 火格子（ストーカ）
２４ バーナ
３０ 水封式コンベア
３１ ハウジング
３１ａ 水封部
３２ スクレーパ
３４ チェーン
３７ 排水ノズル
３８ 給水ノズル
３９ 移送コンベヤ
４０ 冷却塔
４１ ノズル
４１ａ 散布口
４２ 緊急用ノズル
４３ 鉄皮
４４ 抗火石
４５ 耐酸磁器レンガ
４９ 洗浄塔
５０ ミストコットレル
１０ ロータリーキルン
１１ 回転炉
１２ 投入口
１３ 排出口
１４ バーナ
１５ 冷却水散布ノズル
１５ａ 温度計
１６ シール部材
２１ａ ストーカ炉
２１ｂ 二次燃焼炉
２２ 火格子（ストーカ）
２４ バーナ
３０ 水封式コンベア
３１ ハウジング
３１ａ 水封部
３２ スクレーパ
３４ チェーン
３７ 排水ノズル
３８ 給水ノズル
３９ 移送コンベヤ
４０ 冷却塔
４１ ノズル
４１ａ 散布口
４２ 緊急用ノズル
４３ 鉄皮
４４ 抗火石
４５ 耐酸磁器レンガ
４９ 洗浄塔
５０ ミストコットレル
Claims (2)
- 貴金属が含まれた貴金属スクラップを燃焼炉で燃焼させた際に発生する約９００℃に達する排ガスを導入し、側壁に配置されたノズルから冷却水を散布して前記排ガスを８０℃以下に冷却する冷却塔内壁の耐火物構造において、
前記ノズルの散布口よりも下側であって少なくとも前記ノズルから散布する前記冷却水が接触しない部分の前記冷却塔の側壁を鉄皮と、抗火石と、磁器性の耐火物の３層構造としたことを特徴とする冷却塔内壁の耐火物構造。 - 貴金属が含まれた貴金属スクラップを燃焼炉で燃焼させた際に発生する約９００℃に達する排ガスを導入し、側壁に配置されたノズルから冷却水を散布して前記排ガスを８０℃以下に冷却する冷却塔の操業方法において、
前記ノズルの散布口よりも下側であって少なくとも前記ノズルから散布する前記冷却水が接触しない部分の側壁を鉄皮と、抗火石と、磁器性の耐火物の３層構造とした冷却塔へ上方から下方に向かって前記排ガスを導入し、前記排ガスに対し、前記ノズルから前記冷却水を水平方向よりも下向きに向かって散布することを特徴とする冷却塔の操業方法。
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| JP2014022119A JP6302273B2 (ja) | 2014-02-07 | 2014-02-07 | 冷却塔内壁の耐火物構造及び冷却塔の操業方法 |
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-
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