JP3394085B2 - アルカリ含有廃液の燃焼方法 - Google Patents

アルカリ含有廃液の燃焼方法

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JP3394085B2 JP04371694A JP4371694A JP3394085B2 JP 3394085 B2 JP3394085 B2 JP 3394085B2 JP 04371694 A JP04371694 A JP 04371694A JP 4371694 A JP4371694 A JP 4371694A JP 3394085 B2 JP3394085 B2 JP 3394085B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ分を含む廃液
を高温で燃焼する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の排水規制の強化により、高度な排
水処理技術が要求され、このための方法として、活性汚
泥法、活性炭処理法、イオン交換樹脂処理法、限外濾過
法、燃焼法などが知られている。
【0003】しかるに、たとえば化学工場からの廃液の
処理に際しては、一般的には、処理コストの点で活性汚
泥法を有利に採用できるものの、多量の塩化合物を含む
場合や高COD廃液に対しては有効ではない。
【0004】これに対して、燃焼法は、前記の廃液の処
理に際して、確実かつ安価に処理できる利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、廃液を高温で
燃焼により焼却する場合、内張り耐火物の寿命の問題が
大きく残る。すなわち、焼却炉の内張り耐火物は、一般
的には図3に示すように、炉内側Inを耐火レンガまた
はキャスタブルで構成し、外壁側Ouを断熱レンガまた
は断熱キャスタブルとする2層構造とし、鉄皮外壁Sの
表面温度を約100〜200℃にしている。なお、炉内
側Inは150〜300mm、外壁側Ouを50〜100
mmとしている。
【0006】しかしながら、アルカリ分(K、Naな
ど)を含んだ廃液を燃焼する際に、炉内温度を900〜
1000℃とした場合、炉内温度に対して炉内側耐火物
の表面温度が等しくなるため、次の反応により、耐火物
中のシリカおよびアルミナとアルカリ(NaCl,Na2CO3,Na
2SO4等)が反応して耐火物が侵食され、順次減肉され、
2年〜4年に1回耐火物の全面補修が必要となる。
【0007】2NaCl+H2O →Na2O+2HCl Na2O +SiO2→Na2O・SiO2 Na2O +2SiO2 →Na2O・2SiO2 Na2O +Al2O3 +4SiO2 → Na2O ・Al2O3 ・4SiO2 Na2O +Al2O3 +6SiO2 → Na2O ・Al2O3 ・6SiO2 しかるに、かかるアルカリによる侵食を可能な限り防止
するためには、高価な耐火物を必要とする。
【0008】したがって、本発明の課題は、耐火物の寿
命を大幅に延長すること、また、冷却媒体の通路の腐食
を防止することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題は、耐火物が直
接炉内に臨む構造を有しかつアルカリ分を含んだ廃液を
高温で燃焼する装置において、前記耐火物の内張りに直
接臨む鋼製ジャケット高温熱媒を流通して冷却を図
り、この冷却条件として、前記熱媒温度を150〜32
0℃、冷却に伴う耐火物の炉内表面温度を750℃を超
え900℃未満とすることで解決できる。
【0010】この場合、熱媒を前記ジャケットから外部
に抜き出して再びジャケットに戻す循環経路を構成し、
その循環経路内において熱媒を冷却水により冷却を図り
ながら前記熱媒温度を維持することができる。
【0011】さらに、熱媒を前記ジャケットから外部に
抜き出して再びジャケットに戻す循環経路を構成し、そ
の循環経路の一部を熱回収ボイラーの加熱部とし、その
熱回収ボイラーでの発生蒸気を、蒸発缶に付属する加熱
器に供給して、蒸発用の加熱源とすることができる。
【0012】また、熱媒を前記ジャケットから外部に抜
き出して再びジャケットに戻す循環経路を構成し、その
循環熱媒を蒸発缶に付属する加熱器に流通し、蒸発用の
加熱源とすることもできる。
【0013】
【作用】本発明では、燃焼炉の耐火物を外側から冷却し
て、耐火物の内部表面温度を750℃を超え900℃未
満とする。これにより、燃焼炉の内張り耐火物の表面に
廃液中に含有するアルカリ分に由来するアルカリ溶融塩
をコーティングする、すなわちスメルトによる自己保護
膜を形成でき、もって耐火物の寿命を大幅に延長するこ
とができる。
【0014】なお、一般にこの種の耐火物においては、
表1に示すとおり、アルミナおよびシリカを含んでお
り、耐火物の侵食は少なからずある。特に、アルミナお
よびシリカの合計量として15%以上含む煉瓦において
侵食が顕著であることが判っており、この点で本発明は
アルミナおよびシリカの合計量として15%以上含む煉
瓦または耐火キャスタブル(煉瓦の組成と同じ)を使用
する場合に、特に粘土質耐火物、珪石質耐火物および高
アルミナ質耐火物に対して顕著な効果を示す。
【0015】
【表1】
【0016】一方、本発明では、冷却手段として水冷却
を用いるのではなく、高温熱媒により冷却する。燃焼ガ
ス中に酸性ガス(HCl,SO2,SO3 など)が存在することが
多いが、その高温熱媒の温度を150〜320℃とし、
したがって通路の温度を酸露点以上の150〜320℃
とする。すなわち、通路を150℃以上とすることによ
り、電気化学的腐食(露点腐食)を防止できるととも
に、通路の温度を320℃以下とすることにより通路の
高温腐食も防止できる。
【0017】
【実施例】以下本発明を図面を参照しながら実施例によ
りさらに詳説する。図1は廃液燃焼装置の全体を示した
もので、対象の廃液Wは直接または蒸発濃縮された状態
で、燃焼室1の上部の肩部に取り付けられた廃液噴霧ノ
ズル2,2…から図示しない噴霧用スチームとともに中
心に向かって斜めに噴霧される。これに対して、頂部に
設けられた助燃バーナー3により、油燃料が下方に向か
って噴射され、燃焼室1内において燃焼が行われる。
【0018】燃焼排ガスは、出口4から排出され、その
後湿式スクラバー(図示せず)において除塵が図られた
後、前記の蒸発濃縮器における加熱源とされ、最終的に
は煙突から排出される。一方、燃焼排ガスは、出口4に
至る過程において、噴射ノズル5,5から噴射されるア
ルカリ液により、排ガス中のアルカリの溶解が行われて
タンク6内においてアルカリ溶解液として回収される。
このアルカリ液は排出口8から排出され、その一部が噴
射ノズル5,5から、アルカリスメルトの冷却および溶
解用として用いられるほか、冷却塔7のスプレーノズル
7a,7aから噴霧され、蒸発潜熱による冷却が図られ
ている。アルカリ液の残部は系外へ排水される。9は攪
拌機である。
【0019】本発明における実施例の燃焼室1における
炉壁構造は、図2に示すとおり、ジャケット外板10A
と内板10Bとで構成される熱媒通路10に高温熱媒
を通すようにするとともに、その内板10Bに耐火キャ
スタブル層11のみを内張りした構造である。
【0020】ここに高温熱媒Hとしては、ダウケミカル
社製「ダウサームA」(DOWTHERM A)や、
「NeoSK−OIL」シリーズ、特に「NeoSK−
OIL1400」(ジベンジルトルエン)または「Ne
oSK−OIL L400」(パラフィン系高分子オイ
ル)などの高温熱媒、特に沸点391〜440℃の高温
熱媒を用いることができる。
【0021】この高温熱媒温度は150〜320℃、よ
り望ましくは180〜320℃とされる。燃焼室1内に
おいては、900〜1000℃、頂部近傍で1400℃
程度、通常、燃焼室1内は970〜1000℃程度であ
るが、高温熱媒の流通により、耐火キャスタブル層11
の炉内側表面温度をアルカリ溶融塩(スメルト)の融点
以下となるよう冷却し、廃液の燃焼時において、耐火キ
ャスタブル層11の内表面に廃液中に含有するアルカリ
分に由来するアルカリ溶融塩(スメルト)による自己被
膜12を形成させる。
【0022】アルカリ溶融塩(スメルト)の融点の例は
次記のとおりである。 食塩(Nacl) 800℃ 炭酸ナトリウム(Na2 CO3 ) 849℃ 硫酸ナトリウム(Na2 SO4 ) 884℃ 炭酸カリウム(K2 CO3 ) 891℃ 耐火キャスタブル層11の炉内側表面温度の設定は、対
象のアルカリ溶融塩の種類により選択するが、各溶融塩
の融点より低い温度範囲内で可能な限り融点に近い温度
が好ましい。したがって、一義的に温度を決定できない
が、750℃以上900℃未満の温度範囲内で選定す
る。しかし、いずれにしても、耐火物の炉内側表面温度
が750℃未満の場合には、スメルトが付着しないこと
が明らかになっている。他方、いずれのアルカリに係わ
らず、耐火物の炉内表面側温度が900℃の場合には、
スメルトによる耐火物の侵食が激しいことも知見してい
る。
【0023】スメルトによる自己被膜12の厚みT(図
2参照)は、10〜40mm、特に20〜30mmが好適で
ある。耐火物(耐火キャスタブル層)11の厚みは、そ
の耐火物の熱伝達率などにより適宜選定できるが、50
〜150mmが望ましい。
【0024】高温熱媒の温度としては、前述のとおり、
特に180〜320℃が好ましいが、燃焼室内からの温
度により高温熱媒が昇温されるので、図4に示すとお
り、循環ポンプ13による高温熱媒Hの循環路14を形
成し、その循環過程においてクーラー15にたとえば冷
却水16を通して熱媒Hの冷却を図り、熱媒の持ってい
る熱を奪うように構成する。17は熱媒のヘッドタンク
である。熱媒温度調節には、たとえば燃焼室1の出側に
温度検出器(図示せず)を設けて、その検出温度に基づ
いて、クーラー15における冷却量と循環ポンプ13に
よる熱媒の循環量をコントロールすることにより行うこ
とができる。
【0025】ところで、耐火物は通常ポーラスであるた
めに、燃焼室内のガスが耐火物を通してジャケット内板
10Bに至り、これを腐食させることが認められた。ジ
ャケット内板10Bとしては、通常コストの点で炭素鋼
を用いることが好ましいが、鋼に対する塩酸の腐食速度
は、図7に示すように、0℃〜150℃では電気化学的
腐食(露点腐食)が大きく、また320℃以上では高温
腐食が大きく作用する。また、150℃〜180℃の温
度範囲内では電気化学的腐食量が小さいものの、ある程
度の腐食は進行する。他方、高温の場合、塩酸そのもの
による腐食のみならず、アルカリ鉄塩酸塩の形成によっ
ても腐食が促進される。したがって、熱媒温度は150
〜320℃とする必要があり、特に180〜320℃が
好ましい。逆に、この温度範囲内においては、熱媒通路
を構成する材料の他の酸性ガスによる腐食もきわめて少
ないことが判っている。
【0026】熱媒に与えられた熱を、たとえば蒸発缶の
加熱器を通すことにより熱源とする場合には、加熱器の
内部での焦げつきなどを防止するためには、加熱器を通
る段階の熱媒温度は150〜200℃程度の低温がわで
あることが好ましい。
【0027】本発明によれば、熱媒通路10を通った後
の熱媒温度は180〜320℃と高温である。したがっ
て、この熱を有効に利用できる。
【0028】この第1の例が、図5に示したもので、給
水タンク20に対して補給水21を順次供給し、この水
を熱回収ボイラー22にポンプ23により供給し、ここ
で得られた蒸気を蒸発濃縮缶24の加熱器25に管路2
6を通して供給し、凝縮水はポンプ27により給水タン
ク20に返送する構成としてある。ここで、熱回収ボイ
ラー22の加熱器22Aとして高温熱媒Hの循環路14
を用い、蒸気の発生用に使用する。蒸気発生量が少ない
場合には、他の熱源も併用することができる。
【0029】蒸発濃縮缶24には原廃液W0 が供給さ
れ、循環ポンプ28を含む循環路内に設置された加熱器
25において前述の蒸気により加熱され、蒸発濃縮が行
われ、濃縮液は、供給ポンプ29により燃焼室1内に噴
射される。蒸発ベーパーは、コンデンサー30において
冷却水31により凝縮され、凝縮水32として排出され
る。
【0030】熱利用の第2の例を図6に示した。この例
においては、直接高温熱媒Hを加熱器25に通して、蒸
発濃縮の加熱源とするものである。
【0031】本発明は、図8および図9に示す旋回流燃
焼方式の燃焼炉にも適用される。この燃焼炉の構造は、
廃液Wの投入がわから燃焼排ガスの排出がわにかけて下
り勾配をもたせた横型のものであり、助燃バーナー3か
ら油燃料を噴霧スチームと共にタンジェンシャルに吹込
み、燃焼室1内を旋回流の下で燃焼を行うものである。
この場合にも、高温熱媒Hが流通される。
【0032】本発明が対象とする廃液の種類は限定され
ないが、たとえばパルプ廃液、ラクタム廃液、エチレン
廃ソーダ、エステル廃液、エチレングリコール廃液、醗
酵廃液などの有機物を多く含むCODの高い廃液を挙げ
ることができる。
【0033】(実験例) 図3に示す従来例と、図2の炉壁構造を有する燃焼室を
有し、図5に示す設備フローの下で高温熱媒の温度をコ
ントロールした本発明例との間で、炉壁耐火物の寿命を
調べるとともに、熱媒通路の腐食量も調べたところ、表
2に示す結果を得た。この結果によると、従来の場合に
おける耐火煉瓦の寿命は約2年であり、本発明の耐火キ
ャスタブルでの寿命は約6〜7年であり、3倍程度の寿
命の延長を図ることができ、耐火物の補修コストが大幅
に低減する。塩化水素などを発生する廃液においては、
ジャケット内壁の腐食速度はきわめて低い値であり、1
5〜20年の使用にも充分耐え得ることが確認できた。
【0034】
【表2】
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐火物の寿命を大幅に延長することができるとともに、
冷却媒体の通路の腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の廃液燃焼装置の一部断面正面図であ
る。
【図2】本発明の炉壁構造例の断面図である。
【図3】従来の炉壁構造の断面図である。
【図4】熱媒の循環形態の概要図である。
【図5】廃液処理設備例のフロー図である。
【図6】廃液処理設備の他の例のフロー図である。
【図7】塩酸腐食の温度依存性を示すグラフである。
【図8】旋回流燃焼方式の燃焼装置の一部断面正面図で
ある。
【図9】図8の9−9線矢視断面図である。
【符号の説明】
1…燃焼室、2…廃液噴霧ノズル、3…助燃バーナー、
10A…ジャケット外板、10B…ジャケット内板10
B、10…熱媒通路、11…耐火キャスタブル層、H…
高温熱媒、W…廃液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−82066(JP,A) 特開 昭55−3442(JP,A) 特公 昭49−3173(JP,B1) 特公 昭49−26665(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】耐火物が直接炉内に臨む構造を有しかつア
    ルカリ分を含んだ廃液を高温で燃焼する装置において、 前記耐火物の内張りに直接臨む鋼製ジャケット高温熱
    を流通して冷却を図り、この冷却条件として、前記熱
    媒温度を150〜320℃、冷却に伴う耐火物の炉内表
    面温度を750℃を超え900℃未満とすることを特徴
    とするアルカリ含有廃液の燃焼方法。
  2. 【請求項2】熱媒を前記ジャケットから外部に抜き出し
    て再びジャケットに戻す循環経路を構成し、その循環経
    路内において熱媒を冷却水により冷却を図りながら前記
    熱媒温度を維持する請求項1記載のアルカリ含有廃液の
    燃焼方法。
  3. 【請求項3】熱媒を前記ジャケットから外部に抜き出し
    て再びジャケットに戻す循環経路を構成し、その循環経
    路の一部を熱回収ボイラーの加熱部とし、その熱回収ボ
    イラーでの発生蒸気を、蒸発缶に付属する加熱器に供給
    して、蒸発用の加熱源とする請求項1記載のアルカリ含
    有廃液の燃焼方法。
  4. 【請求項4】熱媒を前記ジャケットから外部に抜き出し
    て再びジャケットに戻す循環経路を構成し、その循環熱
    媒を蒸発缶に付属する加熱器に流通し、蒸発用の加熱源
    とする請求項1記載のアルカリ含有廃液の燃焼方法。
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