JPH0257891A - 溶融炉の運転方法および溶融炉の炉壁冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は下水汚泥、都市こみ等の廃棄物、その処理灰ま
たは石炭灰等を高温下で溶融スラグ化させる溶融炉の運
転方法、およびこの運転方法に使用される溶融炉の炉壁
冷却装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図に従来公知の旋回流溶融炉を示している。

この溶融炉の炉本体１は、マグクロ系耐火キャスタブル
または高アルミナの耐火キャスタブル（もしくはこれら
の煉瓦）等の耐塩基性スラグの耐火材を用いた炉！２に
より、燃焼室３と、この燃焼室出口の絞り部４と、この
絞り部４の下方から側方に向かう排ガス流出部５とを形
成して成り、この炉本体１の下方に出滓部６が接続され
ている。

炉本体１の上部にはメインバーナー７が設けられ、この
メインバーナー７により燃焼室３内が加熱されて、被溶
融物の溶流温度（溶融状態でかつ流動性をもつ温度）以
上の高温状態に保たれる。

下水汚泥処理灰等の被溶融物は、燃焼用空気と混合され
て炉内に投入され、燃焼室３内の高温下で旋回しながら
溶融スラグ化する。この溶融スラグは、炉壁に沿って流
下し、絞り部４を通ってスラグ出滓部６から炉外に排出
される。８は出滓部６から排出されるスラグを加熱して
流動性を保持するための補助バーナーである。

このような溶融炉においては、炉内壁２ａがスラグ化前
の溶融物との接触によって摩耗し、耐久性が低下すると
いう問題がある。

一方、炉内壁２ａが被溶融物の溶流温度以下となると、
炉内ｗ２ａにスラグが付着して固化または半固化状態の
スラグ層が形成され、このスラグ層のコーティング効果
によって上記炉内壁２ａの摩耗が防止される。従って、
溶融炉の運転に当っては、炉内壁２ａをスラグ層が形成
される温度状態に積極的に保つのが望ましい。

そこで従来、メインバーナー７の燃焼量を制御すること
により、炉内温度をコントロールして炉内壁温度を被溶
融物の溶流温度以下に保つようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、この方法によると、炉内壁２ａが流とが実際
上困難であるため、炉内壁温度の正確な制御、従って確
実なスラグ層形成が困難となる。

さらに、燃焼量制御によって炉内温度をコントロールす
るため、炉内全体の温度が低下してしまい、その結果、
炉内部でスラグの流動性が低下し、出滓部６の出滓口６
ａが閉塞される危険性が生じる。

また、スラブ層は、上記のように炉内壁２ａを未スラグ
化被溶融物から保護するコーティング効果を発揮する一
方で、炉壁２を形成する耐火材との化学反応によって炉
内１２ａを侵食するという新たな問題を起こすが、従来
方法ではこの炉内壁２ａの侵食に対して無防備となって
いた。

そこで本発明は、炉内温度は被溶融物の溶流温度以上に
保ちつつ、スラグ層を確実に形成することができると同
時に、このスラグ層による炉内壁の侵食を抑えることが
できる溶融炉の運転方法、およびこの方法を実施するた
めの溶融炉の炉壁冷却装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の溶融炉の運転方法は、炉壁の外側に冷却水を流
して炉壁外面を冷却することにより、炉壁を、内壁温度
が被溶融物の溶流温度以下で、かつ内壁と外壁との間の
温度勾配が７．５℃／ｍｍ以上となる状態に保持しなが
ら溶融運転を行なうものである。

一方、本発明の溶融炉の炉壁冷却装置は、炉壁の外周に
冷却水ジャケットを設けることにより、炉壁外面を水冷
式に冷却する冷却層を形成し、かつこの冷却層に冷却水
を連続的に供給する冷却水供給手段を具備し、この冷却
水供給手段は、炉内壁と外壁との間の温度勾配が７．５
℃／ｍｍ以上に保たれるように、冷却層に供給する冷却
水の流量および流速を設定してなるものである。

また、この炉壁冷却装置において、燃焼室出口の絞り部
を形成する炉壁の外面に凹部を設けることにより、冷却
層をこの絞り部炉壁中に食い込ませて形成したものであ
る。

〔作用〕

このように本発明においては、炉外壁を水冷式に冷却す
ることにより、炉内壁を被溶融物の溶流温度以下に保つ
ため、炉内温度は溶流温度以上に保ちつつ、炉内壁に確
実にスラグ層を形成することができる。

また、炉内壁と外壁との間の温度勾配を７６５”Ｃ／Ｍ
以上に保つことにより、スラグ層による炉内壁の侵食を
最小限に食い止めることができる。

さらに、本発明装置において、熱負荷の大きい絞り部に
凹部を設けて、冷却層を炉壁中に食い込ませて形成する
ことにより、この絞り部外壁の冷却表面積を拡大して冷
却効率を上げることができる。従って、この絞り部にお
いても、炉内壁を溶流温度以下に保って確実にスラグ層
を形成することができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図乃至第５図によって説明する。

この実施例において、溶融炉の基本構成は第６図に示す
従来公知の溶融炉と同じであるため、この同一部分につ
いては第６図と同一符号を付して示し、その重複説明を
省略する。

第１図に示す溶融炉においては、炉本体１における排ガ
ス流出部５を除く炉壁２のほぼ全外周に、冷却水ジャケ
ット９を、炉外壁２ｂとの間に一定の隙間を保った状態
で設けることにより、炉壁２を水冷式に冷却する冷却層
１０を形成している。

冷却水ジャケット９には、冷却水人口９ａと冷却水出口
９ｂとを設け、冷却水人口９ａに冷却水供給手段として
のポンプ、冷却水出口９ｂに同タンク（いずれも図示せ
ず）をそれぞれ配管を介して接続している。

なお、冷却水ジャケット９は、冷却効率を良くするため
に複数のブロックに区画し、このブロックごとに冷却水
入口９ａおよび同出口９ｂを設けている。

こうして、冷却層１０に連続的に冷却水を供給すること
により、炉壁２を外周側から水冷式に強制冷却し、これ
により、炉内壁２ａの温度を被溶融物の溶流温度以下（
たとえば下水汚泥処理灰の場合で１２２０℃付近）に保
って、炉内１２ａにスラグ層を形成するようにしている
。

このように、炉外壁２ｂを介して炉内壁２ａを冷却する
方式であるため、炉内壁２ａをスラグ層形成温度に確実
に保つことができ、従って炉内壁２ａに確実にスラグ層
を形成することができる。

また、従来の燃焼量制御方式の場合のように炉内温度全
体を低下させるのではなく、炉内温度は溶流温度に保ち
つつ炉壁温度のみを低下させるため、炉内スラグの流動
性を確実に保つことができる。

ところで、マグクロ系耐火キャスタブルからなる耐火材
を炉壁に用いた溶融炉において、下水汚泥処理灰の溶融
スラグ化運転における炉内壁温度と、炉内壁に形成され
たスラグ層による炉内壁の侵食度との関係を第３図に示
している。この図のように、炉内壁温度が溶流温度の下
限値に向かって低くなるほど、炉内壁の侵食が緩慢とな
る。これは、炉内壁温度の低下に従いスラグ層の低温同
化が進み、炉壁耐火材との化学反応が鈍化するためであ
る。

従って、上記のように冷却能力の高い水冷式強制冷却に
よって炉内壁２ａを溶流温度以下の低い温度まで冷却す
ることにより、炉内壁２ａの侵食度を小さくすることが
できる。

ただし、この条件を満足するのみでは、侵食の完全防止
は不可能で、徐々にではあるが炉内壁の侵食は進行する
。

一方、本発明者の実験によると、マグクロ系耐火キャス
タブルまたは高アルミナの耐火キャスタブル（もしくは
これらの煉瓦）等の耐塩基性スラグの耐火材においては
、炉壁の内外壁間の温度勾配を７．５℃／ｍｍ以上に保
つことにより、炉壁の侵食を効果的に抑制しうろことが
明らかにされた。

第４図は、マグクロ系耐火キャスタブルからなる耐火材
を用いた炉壁における温度勾配と炉壁侵食速度との関係
を示している。この図の通り、温度勾配を７．５℃／ｍ
ｍ以上とすることにより、炉壁の侵食速度をほぼ零、す
なわち侵食の進行をほぼ食い止めることができた。また
、他の耐塩基性スラグの耐火材を用いた場合も、温度勾
配の下限値を７．５℃／麗とすることにより、はぼ同様
の効果を得ることができた。

そこで、本方法および装置においては、炉内壁温度が被
溶融物の溶流温度以下で、かつ炉壁２の温度勾配が７．
５℃／ｍｍ以上に保たれるように、冷却層１０に対する
冷却水の流量および流速を設定している。

この条件設定での実験例を次に示す。

イ、溶融炉：マグクロ系耐火キャスタブルからなる耐火
材を用いた厚さ１００ｉｕ＋の炉壁を有する・旋回流溶
融炉 口、被溶融物：下水汚泥処理灰 ハ、処理量：３１２．５Ｎｙ／ｈ 二、処理条件：へ重油６６．５Ｑ／ｈを空気比１．３で
燃焼させ、・≠炉内温度を灰の溶流温度以上として処理
灰を溶融スラグ化 ホ、冷却条件：冷却水を冷却層１０に対し、流量８．６
ｔｏｎ／ｈ、流速０．２ｍ／Ｓ、入口温度２８℃、出口
温度４５℃で連続供給 この結果、炉内壁温度が灰の溶融温度よりも若干低い１
１５０〜１２００℃、温度勾配が約１０”Ｃ／ｕとなり
、炉内壁に厚さ数層のスラグ層が形成された。そして、
このスラグ層により炉内壁の摩耗が防止され、また炉内
壁の侵食は殆ど見られなかった。さらに、燃料燃焼量が
一定であったことにより、炉内が＾温状態に保たれ、ス
ラグ層表面も灰の溶流温度以上となるためスラグはその
流動性を失うことなく自重により落下して出滓部６から
スムースに排出された。

なお、本方法によると、水冷によって熱損失が増加する
ことになるが、これは炉壁厚さを大きくとることによっ
て抑えることができる。ただし、ｓｖＬ勾配７．５℃／
顯を確保するためには炉壁厚みを大きくとるほど炉外壁
温度を低くする必要がある。すなわち、炉壁厚さＳ　（
ａａ）の上限は、Ｓ≦（χ−ａ）／７．５ χ：灰の溶流温度 ａ：炉外壁温度 を満足する範囲で定める必要がある。また、下限は１．
炉壁厚みと熱損失の関係を示す第５図から、熱損失が急
激に大きくなる１１００ａとするのが理論上望ましい。

第２図に本発明の第２実施例を示している。

炉本体１の絞り部４は、大量のスラグが集中し、かつメ
インバーナー７からの輻射熱を受けやすいことから、熱
負荷が、たとえば燃焼室３の１．５倍と大きくなり、し
かも、その形状から冷却表面積が小さいため、他の部分
よりも大きい冷却能力が必要となる。

そこで第２実施例では、絞り部４の炉外壁２ｂに、内！
２ａ側に向かう複数の凹部１１・・・を設け、この凹部
１１・・・により、絞り部４において冷却層１０を炉壁
２に食い込ませて形成している。

こうすれば、絞り部４の冷却表面積が拡大され、所謂フ
ィン効果によって冷却効率が高められるため、熱負荷の
大きい絞り部４にあっても確実にスラグ層を形成するこ
とができる。

また、この実施例では、図示のように冷却水ジャケット
９の内面に、各凹部１１・・・内に嵌まり込む突片１２
・・・を設けることにより、凹部１１・・・内を通る流
路を形成している。こうすれば、凹部１１・・・での水
の滞留がなくなるため、絞り部４の冷却効率がより一層
向上することとなる。

〔発明の効果〕

上記のように本発明の溶融炉の運転方法、および溶融炉
の炉壁冷却装置によるときは、炉外壁を水冷式に冷却す
ることにより、炉内壁を被溶融物の溶流ｌｉ温度下に保
つため、炉内温度は溶流温度以下に保ちつつ、炉内壁に
確実にスラグ層を形成することができる。従って、この
スラグ層により、未スラグ化被溶融物との接触による炉
内壁の摩耗を確実に防止することができる。

また、炉内壁と外壁との間の温度勾配を７．５’Ｃ／Ｍ
以上、に保つことにより、スラグ層による炉内壁の侵食
を最小限に食い止めることが可能となる。

さらに本発明装置において、熱負荷の大きい絞り部に凹
部を設けて冷却層を炉壁中に食い込ませて形成すること
により、この絞り部外壁の冷却表面積を拡大して冷却効
率を上げることができる。

従って、この絞り部においても、炉内壁を溶流温度以下
に保って確実にスラグ層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ＷＪは本発明の基本実施例を示す溶融炉の断面図、
第２図は本発明の他の実施例を示す溶融炉の一部拡大断
面図、第３図は炉内壁温度と侵食指数の関係を示す図、
第４図は炉壁の温度勾配と侵食速度との関係を示す図、
第５図は炉壁厚さと炉の損失熱の関係を示す図、第６図
は従来公知の溶融炉を示す断面図である。 ２・・・炉壁、２ａ・・・炉内壁、２ｂ・・・炉外壁、
３・・・燃焼室、 ４・・・絞り部、 ９・・・冷却水ジャケット、 Ｏ・・・冷却層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉壁の外側に冷却水を流して炉壁外面を冷却するこ
   とにより、炉壁を、内壁温度が被溶融物の溶流温度以下
   で、かつ内壁と外壁との間の温度勾配が７．５℃／ｍｍ
   以上となる状態に保持しながら溶融運転を行なうことを
   特徴とする溶融炉の運転方法。 ２、炉壁の外周に、冷却水が通される冷却水ジャケット
   を設けることにより、炉壁外面を水冷式に冷却する冷却
   層を形成し、かつこの冷却層に冷却水を連続的に供給す
   る冷却水供給手段を具備し、この冷却水供給手段は、炉
   内壁温度が被溶融物の溶流温度以下で、かつ炉内壁と外
   壁との間の温度勾配が７．５℃／ｍｍ以上に保たれるよ
   うに、冷却層に供給する冷却水の流量および流速を設定
   してなることを特徴とする溶融炉の炉壁冷却装置。 ３、燃焼室出口の絞り部を形成する炉壁の外面に凹部を
   設けることにより、冷却層をこの絞り部炉壁中に食い込
   ませて形成したことを特徴とする請求項２記載の溶融炉
   の炉壁冷却装置。