(57)【要約】【課題】  製錬排ガス以外の気体を廃熱回収ボイラーに導入することなく、廃熱回収ボイラーの放射部後部への煙灰の付着を抑制することができる非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラーを提供する。【解決手段】  廃熱回収ボイラーの放射部１の後部伝熱面１ｂが、放射部１よりも容積の小さい対流部２に向かって傾斜した形状を有し、且つ放射部１の後部伝熱面１ｂと放射部１の天井部伝熱面１ａとのなす角度が１３０〜１３５°である。また、放射部１の天井部伝熱面１ａと後部伝熱面１ｂとの接続部分は、曲面であることが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属製錬炉の製錬排ガスから廃熱を回収するボイラーであって、放射部の後部伝熱面が該放射部よりも容積の小さい対流部に向かって傾斜した形状を有し、前記放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面とのなす角度が１３０〜１３５°であることを特徴とする非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラー。
【請求項２】
前記放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面との接続部分が曲面であることを特徴とする、請求項１に記載の非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラー。
【請求項３】
前記放射部の天井部伝熱面及び後部伝熱面と、それらの側面との接続部分が曲面であることを特徴とする、請求項２に記載の非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫化精鉱を原料とする非鉄金属製錬炉から排出される製錬排ガスの熱を回収する廃熱回収ボイラーに関し、より詳しくは、該ボイラー内の放射部後部における煙灰付着を抑制する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
硫化精鉱を原料とする非鉄金属製錬において、自熔炉や転炉等の製錬炉から排出される製錬排ガスには高濃度の亜硫酸ガスが含まれているため、後工程である硫酸製造工程で亜硫酸ガスから硫酸を製造している。その際、製錬排ガスは煙灰を含み且つ高温であるため、電気集塵機などで煙灰を除去すると共に、廃熱回収ボイラーで廃熱を回収することが一般的に行われている。
【０００３】
廃熱回収ボイラー（以下、単にボイラーと称する場合がある。）は、図１に示すように、主に放射部１と対流部２とで構成されており、それぞれの内部には水管を配列した伝熱ユニットが設置されている。製錬炉３からの製錬排ガスは煙道を通って放射部１に入り、次に対流部２に導かれるが、その間に放射部１と対流部２に配列された水管と接触し、その水管内を通る水と製錬排ガスとの熱交換によって廃熱回収が行われるように構成されている。
【０００４】
尚、放射部１の水管は放射部壁面に配列され、放射部１の内部は実質的に空洞となっている。また、対流部２の水管は対流部壁面だけでなく、製錬排ガスを次工程に移送できる程度にまで冷却するため、対流部２の内部にも配列されている。このような水管の配列の違いから、放射部１の壁面面積を対流部２の壁面面積に比べて大きくする、即ち、放射部１の容積は対流部２の容積よりも大きくする必要がある。そのため、放射部１の天井部伝熱面１ａは対流部２の天井部伝熱面２ａよりも高くなり、放射部１の後部伝熱面１ｂは対流部２に向かって下向きに傾斜した形状に形成されている。
【０００５】
一方、製錬排ガスに含まれる煙灰は付着性が高く、煙灰が廃熱回収ボイラーの壁面等に付着すると、廃熱回収の効率が低下する。また、煙灰が更に付着成長して大きな塊となる場合があり、この煙灰の大きな塊がボイラーの天井部付近に付着生成すると、落下したときの衝撃により落下位置のボイラー水管を損傷する要因となる。そのため、付着した煙灰の除去、あるいは煙灰の付着を抑制することが、従来から行われている。例えば、付着した煙灰を除去する方法として、打撃により煙灰の払い落としを実施するハンマリング装置や、高圧のエアーを用いて吹き落すスートブロワー装置を使用するなど、機械的な方法が一般的に実施されている。
【０００６】
特に放射部の後部においては、後部伝熱面が対流部に向かって下向きに傾斜しているため、例えば図２に示すように、放射部１の天井部伝熱面１ａと後部伝熱面１ｂとの接続部付近で煙灰の付着成長が著しく、大きな塊となった煙灰塊４が付着しやすい。このような煙灰塊は、上記した機械的な煙灰除去の方法では除去が難しいため、定期的にボイラーを停止して人手により除去しなければならず、この煙灰塊の除去作業は多大な労力を要していた。
【０００７】
上記煙灰塊の除去を含め、廃熱回収ボイラーに付着した煙灰を除去する作業を軽減するために、煙灰の付着を抑制する方法が数多く公開されている。例えば特開平６−３４７００１号公報には、窒素ガスを吹き込んでボイラー内の雰囲気をコントロールすることによって、煙灰付着を抑制する方法が公開されている。しかし、変動する製錬炉の実操業条件に応じた雰囲気のコントロールは容易でなく、好ましい雰囲気のコントロール範囲から外れると、後工程において悪影響がでるという問題があった。
【０００８】
また、ボイラー内の雰囲気をコントロールすることによって煙灰の付着を抑制する方法は、上記以外にも多くの方法が公開されているが、製錬排ガス以外の気体をボイラーに導入するため新規な気体取り入れ口を設置する必要があり、これに伴う雰囲気の温度低下など別の問題点が発生することから、より有利な方法が要請されている。
【特許文献１】特開平６−３４７００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、製錬排ガス以外の気体を廃熱回収ボイラーに導入することなく、その放射部後部への煙灰の付着を抑制することができる非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、発明者らは、廃熱回収ボイラーの放射部後部に付着した煙灰塊の形状及び通常の実操業範囲における製錬排ガスの流れについて研究を進めた結果、両者に相関関係があることを見出し、本発明を完成させたものである。
【００１１】
即ち、本発明が提供する非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラーは、放射部の後部伝熱面が該放射部よりも容積の小さい対流部に向かって傾斜した形状を有し、前記放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面とのなす角度が１３０〜１３５°であることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラーにおいては、前記放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面との接続部分が曲面であることが好ましい。更には、前記放射部の天井部伝熱面及び後部伝熱面と、それらの側面との接続部分についても、曲面であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製錬排ガス以外の気体を製錬炉廃熱回収ボイラーに導入することなく、製錬炉廃熱回収ボイラーの放射部後部、特に放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面との接続部付近においても、煙灰の付着を抑制することができる。従って、本発明の製錬炉廃熱回収ボイラーを用いることにより、煙灰除去作業の労力を軽減することができ、煙灰塊の落下による水管損傷のトラブルを減少できるだけでなく、煙灰付着による熱効率の低下を防止することができ、更には煙灰除去作業の頻度を減らして効率的な非鉄金属製錬を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明者らの研究によれば、従来の廃熱回収ボイラーの放射部後部における製錬排ガスの主な流れは、図３に実線矢印で示すような流れとなることが分った。即ち、放射部１の天井部伝熱面１ａと後部伝熱面１ｂとがなす角度θ（以下、単に形成角という場合がある。）は一般的には９０°程度である。そのため、製錬排ガスの流れ方向と形成角θとの間にずれがあり、天井部伝熱面１ａと後部伝熱面１ｂとの接続部付近に点線矢印で示す「戻り気流」が発生する。この戻り気流に伴う煙灰が他の部分に比較して長く滞留するため、図２に示すように、当該部分に煙灰塊４が発生しやすいものと考えられる。
【００１５】
一方、上記天井部伝熱面１ａと後部伝熱面１ｂとの接続部付近に大きな煙灰塊４が付着すると、当該部分近傍を通過する製錬排ガスは煙灰塊４の表面に沿って流れることができ、上記した戻り気流も殆ど発生しないことが分った。このような場合の製錬排ガスの流れ方向について、非鉄金属製錬で使用されている廃熱ボイラーのサイズや温度、ガス流量などの諸条件においてシミュレーションの手法により推定したところ、放射部１の天井部伝熱面１ａと煙灰塊４の表面とがなす角度θが１３０〜１３５°で緩やかな下降気流となることを見出した。
【００１６】
以上の研究結果から、本発明の非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラーでは、図４に示すように、放射部１の天井部伝熱面１ａと後部伝熱面１ｂとの形成角θを、従来は一般的に９０°程度であったのに対し、１３０〜１３５°とする。上記形成角θを１３０〜１３５°とすることにより、製錬排ガスが天井部伝熱面１ａから後部伝熱面１ｂに沿ってスムースに流れるため戻り気流の発生がなくなり、煙灰の付着が抑制される。また、上記形成角θが１３５°を超えると、放射部１の後部伝熱面１ｂの下部付近（対流部への入り口付近）において戻り気流が発生しやすくなり、その部分に煙灰塊が付着するので好ましくない。
【００１７】
尚、上記した形成角θの好ましい範囲は、廃熱ボイラーのサイズや温度、ガス流量などの諸条件によって異なるが、上記と同様の手法を用いて製錬排ガスの流れ方向を推定し、その方向に沿った形成角を持つように構成すればよい。
【００１８】
また、上記した形成角θを１３０〜１３５°とすることによって、放射部の壁面面積が減少し、熱交換の効率が悪化するように思われるが、煙灰塊が付着しやすい天井部伝熱面と後部伝熱面の接続部分付近では、従来から効果的な熱交換は行われていない。逆に、本発明により煙灰の付着がなくなれば、実質的な壁面面積は減少しないので、熱交換の効率が悪化することはない。
【００１９】
一般に、放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面の接続部分は、それぞれ平面状の伝熱面ユニットを溶接等により繋ぎ合わせる場合が多く、曲面とならないのが一般的である。しかし、製錬排ガスの自然の流れは緩やかにカーブするものと容易に予測され、従って製錬排ガスの流れと接続部分の形状との間に局所的にずれが生じることになる。
【００２０】
そこで、放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面の接続部分の形状を製錬排ガスの流れにより一致させるために、本発明の非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラーにおいては、放射部の天井部伝熱面と後部伝熱面の接続部分付近を曲面に形成することが好ましい。また、天井部伝熱面及び後部伝熱面とそれらの側面との接続部分についても、曲面に形成することが望ましい。更に、放射部の後部伝熱面と対流部との接続部分についても、曲面に形成することが望ましい。
【００２１】
上記曲面の形状としては、強度や全体サイズの要請及び煙灰の付着等を考慮して、図５に示すように、放射部１の天井部伝熱面１ａと対流部の天井部伝熱面２ａとの鉛直方向距離Ｈに対し、その曲率半径Ｒが０.２Ｈ≦Ｒ≦２.３Ｈとなるように設定することがより望ましい。Ｒ＜０.２Ｈでは、煙灰付着の解消にとって不充分であり、また接続部分に使用する部材が全体サイズに対して小さくなり接続強度が不足しやすい。また、Ｒ＞２.３Ｈでは、放射部後部の半分以上が曲面となり、実質的な形成角θを１３５°以内とすることが困難になる。
【００２２】
尚、非鉄金属製錬炉廃熱回収ボイラーの伝熱ユニットに設ける水管は、古くから使用されているフィンウェルド管でもよいが、ボイラー側の内側面が平滑なひれ付き管を使用すれば水管への煙灰付着を抑えることができるため、より効果的であることは言うまでもない。
【実施例】
【００２３】
通常の非鉄金属製錬における製錬排ガスを廃熱回収ボイラーで廃熱回収し、廃熱回収ボイラーは非鉄金属製錬炉の定期補修時にあわせて煙灰除去作業を行った。その際、廃熱回収ボイラーとして、本発明の廃熱回収ボイラー（形成角θ＝１３０℃）と、従来形状の廃熱回収ボイラー（形成角θ＝９０℃）とを使用し、実際に作業した状況を比較した。その結果、下記表１に示すとおり、本発明の廃熱回収ボイラーでは煙灰付着が抑制され、従来と比較して、作業時間が減少し、水管損傷の原因となる煙灰塊の落下が抑制された。
【００２４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な廃熱回収ボイラーを示す模式的な断面図である。
【図２】廃熱回収ボイラーの放射部後部に付着した煙灰塊を示す模式的な断面図である。
【図３】従来の廃熱回収ボイラーにおける製錬排ガスの流れを示す概念図である。
【図４】本発明の廃熱回収ボイラーにおける製錬排ガスの流れを示す概念図である。
【図５】本発明の廃熱回収ボイラーの放射部後部を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      放射部
１ａ    天井部伝熱面
１ｂ    後部伝熱面
２      対流部
２ａ    天井部伝熱面
３      製錬炉
４      煙灰塊
【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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