(57)【要約】【課題】排ガスボイラー内、特に硫化鉱の製錬炉の排ガスを利用する排ガスボイラー内の排ガスを安全かつ効果的に冷却する。【解決手段】排ガスボイラー１１の火炉１３において、ガス取入口１３ａの近傍に、排ガス冷却用スプレー装置１４を設ける。排ガス冷却用スプレー装置１４を、少なくとも一部を火炉１３内に位置させて設けられるスプレー本体と、スプレー本体において火炉１３内に位置する部位に設けられて冷却液を噴霧するノズル２２と、火炉１３内でのノズル２２の位置を調整するノズル位置調整器２３と、スプレー本体を介してノズル２２に冷却液を供給する冷却液供給源２４とを有する構成とする。ノズル２２を、スプレー本体において火炉１３内に位置させられる端部に、その噴霧方向を火炉１３においてノズル２２よりも下流の火炉中心側に向けて設ける。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部を排ガスボイラー内に位置させて設けられるスプレー本体と、
該スプレー本体において前記排ガスボイラー内に位置する部位に設けられて冷却液を噴霧するノズルと、
前記排ガスボイラー内での前記ノズルの位置を調整するノズル位置調整器とを有していることを特徴とする排ガス冷却用スプレー装置。
【請求項２】
少なくとも一部を排ガスボイラー内に位置させて設けられるスプレー本体と、
該スプレー本体において前記排ガスボイラー内に位置する部位に設けられて冷却液を噴霧するノズルとを有し、
該ノズルが、前記排ガスボイラーにおいて前記ノズルよりも下流のボイラー中心側に向けられていることを特徴とする排ガス冷却用スプレー装置。
【請求項３】
前記スプレー本体において少なくとも前記排ガスボイラー内に位置する領域には、前記ノズルを露出させた状態にして、前記スプレー本体を冷却するジャケットが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス冷却用スプレー装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の排ガス冷却用スプレー装置が、前記冷却液の噴霧方向を前記排ガスボイラー内の高温領域に向けた状態にして、前記排ガスボイラー内の低温領域に位置させて設けられていることを特徴とする排ガスボイラー。
【請求項５】
高温ガス発生源から排ガスを取り入れるアップテークと、該アップテークの後段に接続される火炉とを有し、
前記排ガス冷却用スプレー装置が、前記アップテークにおいて前記火炉との接続部近傍に設けられていることを特徴とする請求項４記載の排ガスボイラー。
【請求項６】
製錬炉と、該製錬炉から排出される高温の排ガスの熱を利用する排ガスボイラーとを有する精錬設備であって、
前記排ガスボイラーとして、請求項４または５に記載の排ガスボイラーを用いることを特徴とする製錬設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスボイラー内、特に硫黄分濃度の高い排ガスを利用する排ガスボイラー内の排ガスを冷却する排ガス冷却用スプレー装置、排ガスボイラー、製錬設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ゴミ等を焼却する焼却炉や、鉱石やスクラップ等の製錬を行う製錬炉等、高温の排ガスを発生させる高温ガス発生源には、その高温の排ガスの熱を利用する排ガスボイラーが設けられている（例えば後述する特許文献１参照）。
このような排ガスボイラー内には、高温ガス発生源から排ガスとともにダストや溶湯の飛沫が送り込まれるので、排ガスボイラーにおいて高温ガス発生源の後段に設けられる火炉の内壁面及び火炉の後段に設けられるコンベクションの内壁面や、コンベクション内の水管の表面には、排ガス中の成分やダストや溶湯の飛沫等を由来とする鋳付きが生じる。
【０００３】
このような鋳付きが生じると、排ガスボイラーの熱効率が低下するので、排ガスボイラーでは適宜時期に鋳付きの除去作業が行われる。
この鋳付きの除去作業は、排ガスボイラー内に作業者が立ち入って行うので、作業中は高温ガス発生源の吸排気が停止されるが、この間は高温ガス発生源によるゴミや鉱石、スクラップ等の処理量が低下して高温ガス発生源の操業効率が低下してしまうので、鋳付きの除去作業は極力短時間で済ませることが望ましい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３２９３７号公報（第５欄第１４行から第２３行、第２８行から第２９行、第６欄第２行から第７行、第１図、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、高温ガス発生源から発生した排ガスの熱量が大きすぎる場合には、排ガスボイラー内の雰囲気温度が高くなりすぎて、排ガスボイラーの内壁面や水管の表面に付着した鋳付き成分が焼結して固着してしまったり、鋳付き成分が溶融するなどして粘着性の高い鋳付きが生じてしまう。このように鋳付き成分の固着や粘着性の高い鋳付きが生じると、鋳付きの除去が困難となって鋳付きの除去作業に時間がかかり、高温ガス発生源の操業効率が低下してしまう。
また、排ガスの温度が高すぎると、高温ガス発生源から発生する排ガスの体積が大きくなるために排ガスボイラーの後段に設けられる排気処理設備による排気の処理が間に合わなくなってしまったり、高温ガス発生源から排ガスとともに排ガスボイラー内に流れ込んだ可燃性ガスまたは可燃物が排ガスボイラー内で発火、燃焼してしまい、さらに排ガスボイラー内の雰囲気温度が上昇してしまうことがあった。
【０００６】
排ガスの熱量は、高温ガス発生源におけるゴミや鉱石、スクラップ等の処理量に比例するので、従来は、このように排ガスの熱量が大きすぎる場合には、高温ガス発生源によるゴミや鉱石、スクラップ等の処理量を抑えることによって排ガスの熱量を低減させている。
しかし、このように高温ガス発生源の処理量を低減させると高温ガス発生源の操業効率が低下してしまうので、排ガスボイラーに供給される排ガス自体を冷却する構成が求められていた。
【０００７】
排ガスを冷却するための構成としては、排ガスボイラー自体に適用される技術ではないが、焼却炉とこの焼却炉から発生する排ガスを利用する廃熱ボイラーとを有するゴミ焼却施設において廃熱ボイラーの後段に設けられる減温塔が知られている（例えば特許文献１参照）。減温塔は、廃熱ボイラーを通過した排ガスを冷却するものであって、特許文献１に記載の減温塔は、壁面に設けた多数の温水噴射ノズルから排ガス中に加圧高温水を噴霧することによって排ガスの温度を低下させる構成とされている。
【０００８】
しかし、排ガス中の硫黄分濃度の高い高温ガス発生源、特に硫化鉱の製錬を行う製錬炉では、炉内から発生した排ガス中の硫黄分濃度は数十％と非常に高い。
そして、このように硫黄分濃度の非常に高い排ガスに水を吹き付けた際に水分が十分蒸発せずに水滴が残ってしまうと、排ガス中の硫黄分と水分とが反応して硫酸が生成されてしまい、排ガスボイラー内に硫酸を含む水滴やミストが生じるので、この水滴やミストによって排ガスボイラーが侵食されてしまう。このような問題があるため、硫化鉱の製錬炉に用いる排ガスボイラーでは、ボイラー内に水を噴霧することはタブーとされている。
また、排ガス中の硫黄分濃度が低い場合であっても、排ガスボイラー内に撒布した水が蒸発しきれずに水滴やミストとなってしまうと、排ガスボイラーの内壁面や水管において水滴やミストが触れる部分とそうでない部分との間に温度差が生じてこれらに熱応力が加わる可能性があり、好ましくない。
【０００９】
また、特許文献１に記載の減温塔は、あくまで高温の排気ガスを２００°Ｃまで急冷するためのものであって、排ガスの温度を排ガスボイラーに適した温度に維持する目的に適するものではない。このことは、本発明者らによる排ガスボイラー内の雰囲気温度の分布の検証結果（後述）から裏付けられる。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、排ガスボイラー内、特に硫化鉱の製錬炉の排ガスを利用する排ガスボイラー内の排ガスを安全かつ効果的に冷却可能な排ガス冷却用スプレー装置、排ガスボイラー、製錬設備を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる排ガス冷却用スプレー装置は、少なくとも一部を排ガスボイラー内に位置させて設けられるスプレー本体と、該スプレー本体において前記排ガスボイラー内に位置する部位に設けられて冷却液を噴霧するノズルと、前記排ガスボイラー内での前記ノズルの位置を調整するノズル位置調整器とを有していることを特徴としている。
【００１２】
本発明者らが排ガスボイラー内における前記高温ガスの流れを流体解析及び実験によって検証したところ、排ガスボイラー内の雰囲気温度は全域で一定というわけではなく、ボイラー入口から流入する高温ガスの流れが位置する中心領域の雰囲気温度は非常に高く、この中心領域を外れた周辺領域では、中心領域よりも雰囲気温度が明らかに低くなっており、高温領域と低温領域とに明確に分かれていることが判明した。なお、このような知見は、特許文献１には示されていない。
このため、特許文献１に記載の減温塔の構成を採用して、排ガスボイラーの壁面から単に加圧高温水を噴霧しても、排ガスボイラー内の中心領域に加圧高温水が達するまでに蒸発してしまい、中心領域の冷却を十分に行うことができない。そして、中心領域まで加圧高温水が達するようにするためには、周辺領域では加圧高温水を蒸発させない必要があるが、そうすると、硫黄分濃度の高い排ガスを冷却する場合、周辺領域で排ガス中の硫黄分と加圧高温水とが反応して硫酸を含む水滴やミストが発生してしまう。
【００１３】
本発明にかかる排ガス冷却用スプレー装置では、スプレー本体の少なくとも一部が排ガスボイラー内に位置させて設けられており、冷却液を噴霧するノズルはスプレー本体において排ガスボイラー内に位置する部位に設けられている。
そして、上記の知見に基づいて、スプレー本体及びノズルを排ガスボイラー内の低温領域に位置させ、ノズルを低温領域において高温領域との境界近傍に位置させることで、ノズルから直接高温領域に冷却液を噴霧して、高温領域を効果的に冷却することができる。さらに、このように高温領域に直接冷却液を噴霧することによって冷却液が瞬時に蒸発するので、硫黄分濃度の高い排ガスを冷却する場合であっても硫酸を含む水滴やミストが発生しない。
【００１４】
本発明にかかる排ガス冷却用スプレー装置では、スプレー本体の少なくとも一部及びノズルは排ガスボイラ−内に位置させているが、これらを排ガスボイラー内の低温領域に設けることで、鋳付きが生じにくく、鋳付きが生じたとしても鋳付きが固着したり粘着性の高い鋳付きが生じたりしにくい。
また、本発明にかかる排ガス冷却用スプレー装置では、ノズル位置調整器によって排ガスボイラー内でのノズル位置を調整することができるので、ノズルを最適な位置に移動させて、排ガスの冷却を良好に行うことができ、例えば高温ガス発生源の操業条件その他が変わって排ガスボイラー内の高温領域の位置が変わった場合にも、容易かつ迅速に対応可能である。
【００１５】
また、本発明にかかる排ガス冷却用スプレー装置は、少なくとも一部を排ガスボイラー内に位置させて設けられるスプレー本体と、該スプレー本体において前記排ガスボイラー内に位置する部位に設けられて冷却液を噴霧するノズルとを有し、該ノズルが、前記排ガスボイラーにおいて前記ノズルよりも下流のボイラー中心側に向けられていることを特徴としている。
【００１６】
このように構成される排ガス冷却用スプレー装置においても、前記のように、スプレー本体及びノズルを排ガスボイラー内の低温領域に位置させ、ノズルを低温領域において高温領域との境界近傍に位置させて、ノズルから直接高温領域に冷却液を噴霧して、高温領域の冷却を行う。
ここで、スプレー本体の一部及びノズルは、排ガスボイラー内に位置しているので、これらには鋳付きが生じる可能性がある。この鋳付きは、スプレー本体やノズルにおいて主に風上側（排ガスの流れの上流側）に生じるものである。このように鋳付きが生じると、ノズルが目詰まりして冷却液がうまく霧状に噴霧されず、ノズルから水滴として滴り、すぐには蒸発しなくなってしまう可能性がある。このため、排ガス冷却用スプレー装置は、適宜時期に鋳付きの除去作業を行う必要がある。
これに対して、この排ガス冷却用スプレー装置では、ノズルが、排ガスボイラーにおいてノズルよりも下流のボイラー中心側に向けられている。すなわち、ノズルの噴射口は、高温領域に向けられつつ、排ガスの流れの風下側に向けられているので、スプレー本体やノズルに鋳付きが生じたとしても、ノズルの噴射口に目詰まりが生じにくく、良好な噴霧状態を長期にわたって維持することができ、鋳付きの除去作業の頻度を低減することができる。
【００１７】
また、この排ガス冷却用スプレー装置においても、排ガスボイラー内での前記ノズルの位置を調整するノズル位置調整器を設けてもよい。
【００１８】
また、上記の排ガス冷却用スプレー装置において、スプレー本体において少なくとも排ガスボイラー内に位置する領域に、ノズルを露出させた状態にして、スプレー本体を冷却するジャケットを設けてもよい。
排ガス冷却用スプレー装置によって噴霧される冷却液の量はそれほど多くないため、冷却液を流通させることによるスプレー本体の冷却効果はそれほど期待できない。
そこで、上記のようにスプレー本体をジャケットによって冷却する構成とすることで、スプレー本体に対する鋳付きの焼き付きや、鋳付き成分の溶融による粘着性の高い鋳付きの発生を防止することができる。
【００１９】
本発明にかかる排ガスボイラーは、請求項１から３のいずれかに記載の排ガス冷却用スプレー装置が、前記冷却液の噴霧方向を前記排ガスボイラー内の高温領域に向けた状態にして、前記排ガスボイラー内の低温領域に位置させて設けられていることを特徴としている。
このように構成される排ガスボイラーにおいては、請求項１から３のいずれかに記載の排ガス冷却用スプレー装置によって、冷却液を直接高温領域に噴霧することができるので、ボイラー内雰囲気の確実な冷却を行いつつ、冷却液を完全に蒸発させることができる。また、排ガス冷却用スプレー装置はボイラー内の低温領域に位置するので、排ガス冷却用スプレー装置に対する鋳付きを生じにくくすることができる。
【００２０】
この排ガスボイラーは、例えば高温ガス発生源から排ガスを取り入れるアップテークと、このアップテークの後段に接続される火炉とを有し、前記排ガス冷却用スプレー装置が、アップテークにおいて火炉との接続部近傍に設けられている構成とされていてもよい。
排ガスボイラーにおいて最も高温となる領域は、高温ガス発生源から排ガスを取り入れるアップテークの、火炉との接続部近傍であり、この領域近傍では排ガスの熱によるアップテークの損傷が生じる。本発明では、上記のようにアップテークにおいて火炉との接続部近傍に前記の排ガス冷却用スプレー装置を設けているので、排ガスボイラーにおいて最も熱の問題が深刻な領域で排ガスの冷却を行うことができる。
【００２１】
本発明にかかる製錬設備は、製錬炉と、該製錬炉から排出される高温の排ガスの熱を利用する排ガスボイラーとを有する精錬設備であって、前記排ガスボイラーとして、請求項４または５に記載の排ガスボイラーを用いることを特徴としている。
このように構成される製錬設備では、製錬炉から排ガスボイラーに送り込まれる高温の排ガスを安全かつ効果的に冷却することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
〔第一の実施の形態〕
以下、本発明の第一の実施の形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかる製錬設備の構成を示す縦断面図、図２は本実施形態にかかる排ガスボイラー及び排ガス冷却用スプレー装置の構成を示す縦断面図、図３は本実施形態にかかる排ガス冷却用スプレー装置の構成を示す縦断面図、図４は本実施形態にかかる排ガスボイラーの軸直交断面図である。
【００２３】
本実施の形態にかかる製錬設備１は、図１に示すように、溶湯を連続的に処理する製錬炉を複数連結して各製錬炉によって溶湯に対してそれぞれ製錬の少なくとも一つの段階における処理を施す連続製錬設備である。
このような連続製錬設備を構成する各製錬炉は、炉本体内への原料または溶湯の供給を連続的に行うとともに、炉本体内の溶湯を連続的に取り出す、いわゆる連続製錬炉とされている。
【００２４】
本実施の形態では、製錬設備１を、原料である銅精鉱を加熱溶融してマットＭとスラグＳとを有する溶湯を生成する溶錬炉２と、この溶錬炉２で生成されたマットＭとスラグＳとを分離する分離炉３と、この分離炉３で分離されたマットＭをさらに酸化して粗銅ＣとスラグＳとを生成する製銅炉４と、この製銅炉３で生成された粗銅Ｃを精製して、より品位の高い銅を生成する精製炉５とを有する銅製錬設備としている。これら溶錬炉２、分離炉３、製銅炉４、精製炉５は、樋６Ａ、６Ｂ、６Ｃで連結されており、溶湯が重力によって溶錬炉２、分離炉３、製銅炉４、精製炉５の順に移動させられるように、この順に高低差をつけて設けられている。
【００２５】
ここで、溶錬炉２及び製銅炉４には、銅精鉱、酸素富化空気、溶剤、冷剤等を炉内に供給するための複数の管からなるランス７が、これらの炉の天井を挿通して昇降自在に設けられており、また、炉内から発生するガスを排出するためのガス排出塔８がこれらの炉の天井部に設けられている。
また、分離炉３は電気炉とされており、溶湯中には保温用の電極１０が挿入されている。
【００２６】
ガス排出塔８には、排ガスの熱を利用する排ガスボイラー１１が設けられている。排ガスボイラー１１は、図２に示すように、製錬炉の天井部から略垂直に立ち上げられて製錬炉から排出される排ガスを導くアップテーク１２と、アップテーク１２の上端と接続される火炉１３と、火炉１３の後段に設けられるコンベクション（図示せず）と、冷却液を噴霧して排ガスボイラー１１内に取り込まれた高温の排ガスを冷却する排ガス冷却用スプレー装置１４と、コンベクションの後段に設けられて、アップテーク１２、火炉１３、及びコンベクションを通じて製錬炉内のガス引きを行う排気装置（図示せず）とを有している。
【００２７】
前記ボイラー本体は、アップテーク１２の上端と接続される火炉１３と、火炉１３の後段に接続されるコンベクション（図示せず）とを有している。
火炉１３は、アップテーク１２との接続部から略水平方向に延びるチューブ状をなしており、アップテーク１２との接続部であるガス取入口１３ａを通じてアップテーク１２から排ガスを取り入れる構成とされている。火炉１３においてガス取入口１３ａの近傍の床部には、排ガスとともに火炉１３内に取り込まれた煙灰を回収するためのピット１３ｂが設けられている。ピット１３ｂ内にはチェーンコンベア（図示せず）が設けられており、このチェーンコンベアによってピット１３ｂ内に取り込まれた煙灰がかき寄せられて回収されるようになっている。
コンベクションは、火炉１３との接続部から略水平方向に延びるチューブ状をなしており、その内部には、火炉１３から取り入れた排ガスとの熱交換用の水管が露出状態にして設けられている。
【００２８】
前記排ガス冷却用スプレー装置１４は、少なくとも一部を火炉１３内に位置させて設けられるスプレー本体２１と、スプレー本体２１において火炉１３内に位置する部位に設けられて冷却液を噴霧するノズル２２と、火炉１３内でのノズル２２の位置を調整するノズル位置調整器２３と、スプレー本体２１を介してノズル２２に冷却液を供給する冷却液供給源２４とを有している。
この排ガス冷却用スプレー装置１４は、火炉１３内に取り込まれた排ガスを迅速に冷却することができるよう、火炉１３においてガス取入口１３ａの近傍に設けることが好ましい。本実施の形態では、排ガス冷却用スプレー装置１４は、火炉１３においてガス取入口１３ａ近傍の天井部に設けられている。
【００２９】
スプレー本体２１は、ノズル２２の支持体と、冷却液供給源２４からノズル２２への冷却液の供給路とを兼ねるものである。本実施の形態では、スプレー本体２１として鋼管等の耐熱性を有する材質からなる配管が用いられている。
ノズル２２は、スプレー本体２１において火炉１３内に位置させられる端部に、その噴霧方向を火炉１３においてノズル２２よりも下流の火炉中心側に向けて設けられている。ここで、ノズル２２の水平方向の向きの調整は、スプレー本体２１を軸線周りに回転させることで行う。
【００３０】
本実施の形態では、スプレー本体２１は火炉１３の天井部において幅方向の中央位置から火炉１３内に略垂直に挿通されており、ノズル２２は、スプレー本体２１の軸線方向に対して、火炉１３の下流側に向けて傾斜させて設けられている。また、スプレー本体２１及びノズル２２は火炉１３内の低温領域Ｌに位置させており、ノズル２２は低温領域Ｌにおいて高温領域Ｈとの境界近傍に位置させている。ここで、排ガスボイラー１１内の高温領域Ｈと低温領域Ｌの位置情報は、流体解析や実験によって得ることができる。
【００３１】
冷却液供給源２４は、スプレー本体２１において火炉１３外に位置する領域に接続されている。ここで、冷却液供給源２４が供給する冷却液としては、例えば水や温水、高温水等のほか、必要に応じて水以外の他の成分を含む水溶液や薬液を用いてもよい。本実施の形態では、冷却液として、常温の市水を用いている。
【００３２】
また、スプレー本体２１において少なくとも火炉１３内に位置する領域には、スプレー本体２１を冷却するジャケット２５が設けられている。ジャケット２５は、スプレー本体２１において火炉１３内に位置する領域を、ノズル２２のみ露出させた状態にして覆うものである。本実施の形態では、ジャケット２５は、スプレー本体２１においてノズル２２の設けられる先端に対して、火炉１３の上流側に回り込むようにして設けられており、これによってスプレー本体２１の先端までにわたって冷却を確実にするとともにノズル２２に火炉２３内の排ガスの流れが直接当たらないようになっている。
ジャケット２５には、冷媒を供給する冷媒供給装置２６が接続されており、冷媒供給装置２６からジャケット２５内に冷媒を供給することによってジャケット２５自体及びスプレー本体２１において火炉１３内に位置する領域が冷却されるようになっている。ここで、冷媒供給装置２６によってジャケット２５に供給される冷媒は、冷却水のほか、他の任意の冷媒を用いることができる。
【００３３】
ジャケット２５の長手方向の途中位置には、フランジ２７が設けられている。一方、火炉１３においてガス取入口１３ａの近傍の天井部には、スプレー本体２１が挿通される貫通孔１３ｃが形成されており、火炉１３において貫通孔１３ｃが形成される位置の外面には、開口部１３ｃを囲むようにして台座１３ｄが設けられている。スプレー本体２１は、ジャケット２５に設けられたフランジ２７が火炉１３の台座１３ｄに受けられることで、ノズル２２が設けられる端部を火炉１３内に位置させた状態にして保持されるようになっている。
また、台座１３ｄとフランジ２７との間にはスペーサ２８が介装可能とされており、台座１３ｄとフランジ２７との間に適当な厚みのスペーサ２８を挟みこむことで、ノズル２２の上下位置を調整可能とされている。本実施の形態では、これらフランジ２７及びスペーサ２８によって前記ノズル位置調整器２３を構成している。
【００３４】
さらに、本実施の形態では、火炉１３の上方に位置する排ガスボイラー１１の構造体Ｓには、略水平にしてレールＲが設けられており、このレールＲには、レールＲの長手方向に沿って移動可能にして、スプレー本体２１を吊り上げるホイストＷが設けられている。ホイストＷは、排ガス冷却用スプレー装置１４のメンテナンスのために火炉１３に対してスプレー本体２１の抜き差しを行う際やノズル２２の位置調整の際にスプレー本体２１を吊り上げるためのものであり、火炉１３からスプレー本体２１を抜き出した状態でレールＲに沿って移動させることで、ホイストＷとともにスプレー本体２１を水平方向に搬送可能とされている。
【００３５】
このように構成される製錬設備１では、各製錬炉を通常の製錬設備と同様の操業条件で操業し、排気ボイラー１１の後段に設けられる排気装置によって、排気ボイラー１１を通じて溶錬炉２、製銅炉４内のガス引きを行い、排気ボイラー１１内の雰囲気温度が高すぎると判断した場合には、排ガス冷却用スプレー装置１４を作動させて、排気ボイラー１１内の雰囲気の冷却を行う。
【００３６】
この製錬設備１では、排ガス冷却用スプレー装置１４のスプレー本体２１の少なくとも一部及びノズル２２が、排ガスボイラー１１の火炉１３内の低温領域Ｌに位置しており、さらにノズル２２は高温領域Ｈとの境界近傍に位置しているので、ノズル２２から直接高温領域Ｈに冷却液を噴霧して、高温領域Ｈを効果的に冷却することができる。
【００３７】
これにより、排ガス温度上昇による排ガスボイラー１１内での鋳付き成分の固着や粘着性の高い鋳付きの発生を生じにくくして鋳付きの除去作業を容易にするとともに、鋳付きの除去作業自体の頻度を低下させることができるので、製錬炉の操業効率の低下を抑えることができる。
また、このように製錬炉から発生する排ガスが効果的に冷却されることでその体積が少なくなり、後段の排気処理設備による排ガスの処理に余裕が生じるので、その分製錬炉の処理量を増加させて操業効率をさらに向上させることができ、また排気処理設備も小型のもので済む。
また、このように排ガスボイラー１１内の排ガスの温度を低下させることで、製錬炉から排ガスとともに排ガスボイラー１１内に流れ込んだ可燃性ガスまたは可燃物の排ガスボイラー内での発火、燃焼を生じにくくして、排ガスボイラー１１内の雰囲気温度の異常上昇を防ぐことができる。
【００３８】
さらに、このように高温領域Ｈに直接冷却液を噴霧することによって冷却液が瞬時に完全蒸発するので、排ガス中の硫黄分濃度が高くても、排ガスボイラー１１中に硫酸を含む水滴やミストが発生しない。このため、排ガスの冷却が困難であった銅製錬設備においても排ガスの冷却を安全に行うことができる。
【００３９】
また、スプレー本体２１の少なくとも一部及びノズル２２は火炉１３内に位置させているが、これらは火炉１３内の低温領域Ｌに設けられているので、鋳付きが生じにくく、鋳付きが生じたとしても鋳付きが固着したり粘着性の高い鋳付きが生じたりしにくい。
そして、ノズル２２が、排ガスボイラー１１においてノズル２２よりも下流のボイラー中心側、すなわち高温領域Ｈの風下側に向けられているので、スプレー本体２１やノズル２２に鋳付きが生じたとしても、ノズル２２の噴射口に目詰まりが生じにくく、良好な噴霧状態を長期にわたって維持することができる。
さらに、ガス冷却スプレー装置１４のスプレー本体２１がジャケット２５によって冷却されているので、スプレー本体２１に対する鋳付きの焼き付きや、鋳付き成分の溶融による粘着性の高い鋳付きの発生をより効果的に防止することができる。
このように、本実施形態にかかる排ガスボイラー１１によれば、排ガス冷却用スプレー装置２１の鋳付きの除去作業が容易となり、また鋳付きの除去作業自体の頻度を低減することができるので、鋳付きの除去作業にともなう製錬炉の操業効率の低下を抑えることができる
【００４０】
また、この排ガス冷却用スプレー装置１４では、ノズル位置調整器２３によって火炉１３内でのノズル位置を調整することができるので、ノズル２２を最適な位置に移動させて、排ガスの冷却を良好に行うことができ、例えば製錬炉の操業条件その他が変わって火炉１１内の高温領域Ｈの位置が変わった場合にも、容易かつ迅速にノズル２２を最適位置に移動させることが可能である。
ここで、ノズル２２が高温領域Ｈにある場合には、ノズル２２に対する鋳付き量が多く、次第にノズル２２が目詰まりして冷却液がうまく霧状にならずに水滴となる。また、ノズル２２が高温領域Ｈから離れすぎている場合やノズル２２が高温領域Ｈを向いていない場合には、ノズル２２から噴霧された冷却液が十分に蒸発せずに水滴となってしまう。このため、例えば火炉１３のピット１３ｂ内でチェーンコンベアによって回収された煙灰の湿り具合を見ることで、ノズル２２の位置や向きが適正であるかどうかを判断することができる。
【００４１】
また、この排ガス冷却用スプレー装置１４では、スプレー本体２１が略垂直に設けられているので、例えば火炉１３の天井部から鋳付きが落下した場合にも、スプレー本体２１に当たって損傷させてしまう恐れがない。ここで、スプレー本体２１を例えば水平に設けた場合には、支持強度を確保するためにスプレー本体２１を二点以上で支持する構造を設ける必要があり、構造が複雑となるとともに火炉１３に対する脱着に手間がかかるが、本実施の形態では、スプレー本体２１は火炉１３の天井部から吊り下げられているだけであるので、スプレー本体２１をホイストＷによって吊り上げることで、火炉１３に対して容易に脱着することが可能であり、メンテナンス性が向上する。
【００４２】
ここで、上記実施の形態では、排ガス冷却用スプレー装置１４のスプレー本体２１を、火炉１３の天井部の幅方向の中央部に垂直に挿通される構成としたが、これに限られることなく、スプレー本体２１が低温領域Ｌに位置し、かつノズル２２が低温領域Ｌにおいて高温領域Ｈとの境界近傍に位置するのであれば、スプレー本体２１の挿入位置及びその姿勢は任意とすることができる。例えば、スプレー本体２１は、図４に二点鎖線で示すように、火炉１３の天井部の幅方向の中央部以外の位置から挿通したり、火炉１３の一方の側壁部から他方の側壁部に向けて挿通してもよい。
【００４３】
〔第二の実施の形態〕
以下、本発明の第二の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態にかかる排ガスボイラー４１の構成を示す縦断面図である。
本実施の形態にかかる製錬設備は、第一の実施の形態に示す製錬設備１において、排ガスボイラー１１の代わりに排ガスボイラー４１を用いたものである。
【００４４】
排ガスボイラー４１は、排ガスボイラー１１と同様に、アップテーク１２、火炉１３を有するものであって、排ガス冷却用スプレー装置１４を、排ガスボイラー１１のように火炉１３に設けるのではなく、アップテーク１２において火炉１３との接続部近傍、すなわち製錬炉から立ち上げられるアップテーク１２の上端側に設けたものである。
また、本実施の形態にかかる排ガスボイラー４１では、アップテーク１２において火炉１３との接続部近傍における壁部と天井部とのうちのいずれか一方、もしくは両方に、冷却用のジャケット（図示せず）が設けられている（壁部自体、天井部自体をジャケットによって構成してもよい）。
【００４５】
排ガスボイラー４１では、図５に示すように、排ガス冷却用スプレー装置１４のスプレー本体２１を、アップテーク１２の天井部に挿通しており、ノズル２２を、排ガスボイラー４１において最も高温となる領域（最高温領域Ｈｍとする）の上流側に位置させている。ここで、最高温領域Ｈｍは、図５に示すように、製錬炉から立ち上げられるアップテーク１２の上端の、ガス取入口１３ａ近傍である。
また、ノズル２２は、その噴霧方向を、アップテーク１２においてノズル２２よりも下流のアップテーク中心側に向けて設けられており、これによって冷却液が上流側から最高温領域Ｈｍに向けて噴霧されるようになっている。
【００４６】
ここで、本実施の形態においても、スプレー本体２１及びノズル２２は火炉１３内の低温領域Ｌに位置させており、ノズル２２は低温領域Ｌにおいて高温領域Ｈとの境界近傍に位置させている。
また、本実施の形態では、スプレー本体２１を、アップテーク１２の天井部の幅方向の中央部に略垂直にして設けた例を示しているが、これに限られることなく、スプレー本体２１が低温領域Ｌに位置し、ノズル２２が、低温領域Ｌにおいて高温領域Ｈとの境界近傍に位置しているのであれば、スプレー本体２１の挿入位置及びその姿勢は任意とすることができる。例えば、スプレー本体２１は、アップテーク１２の天井部の幅方向の中央部以外の位置から挿通したり、アップテーク１２の一方の側壁部から他方の側壁部に向けて挿通してもよい。
【００４７】
本実施の形態にかかる排ガスボイラー４１では、上記の構成によりアップテーク１２において最高温領域Ｈｍに直接冷却液を噴霧することが可能であるから、排ガスボイラー４１において最も熱の問題が深刻な領域で排ガスの冷却を効果的に行うことができる。
また、本実施の形態にかかる排ガスボイラー４１では、アップテーク１２において最高温領域Ｈｍの近傍に冷却用のジャケットを設けているので、アップテーク１２の熱による損傷を抑えることができ、排ガスボイラー４１のメンテナンス間隔を延ばして製錬設備の稼働率を向上させることができる。
【００４８】
ここで、上記各実施の形態では、本発明を銅製錬設備の溶錬炉２及び製銅炉４に適用した例を示したが、これに限らず、硫化鉱の製錬に用いる他の精錬炉や、ごみ焼却炉等、製錬炉以外の他の任意の製錬炉に本発明を適用することができる。
【００４９】
また、上記各実施の形態では、排気ボイラー１１、４１を、火炉１３とコンベクションとを有する構成としたが、これに限られることなく、本発明は、他の任意の構成の排気ボイラーに対しても適用可能である。
【００５０】
また、上記各実施の形態では、ノズル２２の位置位置を予め設定した例を示したが、これに限られることなく、排ガスボイラー１１、４１の運転中にノズル２２が最適な位置にくるようにノズル位置を調整してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明にかかる排ガス冷却用スプレー装置、排ガスボイラー、製錬設備によれば、高温ガス発生源の処理量を低減させることなく、排ガスボイラー内、特に硫化鉱の製錬炉の排ガスを利用する排ガスボイラー内の排ガスを安全かつ効果的に冷却することが可能となる。
これにより、排ガス温度上昇による排ガスボイラー内での鋳付き成分の固着や粘着性の高い鋳付きの発生を生じにくくして鋳付きの除去作業を容易にするとともに、鋳付きの除去作業自体の頻度を低下させることができるので、高温ガス発生源の操業効率の低下を抑えることができる。
また、高温ガス発生源から発生する排ガスの体積が少なくなって後段の排気処理設備による排気の処理に余裕が生じるので、その分製錬炉の処理量を増加させて操業効率をさらに向上させることができ、また排気処理設備も小型のもので済む。
また、排ガスボイラー内の排ガスの温度を低下させることで、高温ガス発生源から排ガスとともに排ガスボイラー内に流れ込んだ可燃性ガスまたは可燃物の排ガスボイラー内での発火、燃焼を生じにくくして、排ガスボイラー内の雰囲気温度の異常上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態にかかる製錬設備の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態にかかる排ガスボイラー及び排ガス冷却用スプレー装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態にかかる排ガス冷却用スプレー装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態にかかる排ガスボイラーの軸直交断面図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態にかかる排ガスボイラーの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  製錬設備                    ２  溶錬炉（製錬炉）
３  製銅炉（精錬炉）            １１  排ガスボイラー
１４  排ガス冷却用スプレー装置  ２１  スプレー本体
２２  ノズル                    ２３  ノズル位置調整器
２５  ジャケット                Ｈ  高温領域
Ｌ  低温領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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