JP2005055173A - 灰溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 灰溶融炉の炉壁の内周壁に用いられる耐火材の寿命を延ばすこと。
【解決手段】 溶融炉本体２の炉底部近傍の耐火材１１には、多数のレンガ１７を炉室６の内周壁に敷設しており、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ１７は、Ｃｒ₂Ｏ₃またはＣｒ₂Ｏ₃系の材質からなり、これは、Ｃｒ₂Ｏ₃鉱石を焼結又は電解した後、粉砕したクリンカを骨材として使用している。耐火材１１の厚さ（炉壁の肉厚方向の厚さ）は本実施の形態では２３０ｍｍとしている。耐火材１１の外周部は、スタンプ層１５が全体を覆っており、スタンプ層１５の材質としては、ＳｉＣ系スタンプ材やカーボン系充填材等を使用できる。スタンプ層１５の外側には、水冷式の冷却ジャケット９が配設されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ごみ、汚泥等の焼却灰を溶融処理し、スラグ化した焼却灰を資源化する灰溶融炉において、耐火材の寿命を長くすることのできる灰溶融炉に関する。

灰溶融炉は、ごみ焼却灰の有効利用を図るためのものであり、灰溶融炉により溶融した焼却灰は、低沸点の揮散物や、金属類及びその他成分のスラグに分け、無害化するとともに、そのリサイクルを図っている。こうした焼却灰の溶融炉のニーズが増加してきている。これらの灰溶融炉にはバーナ式灰溶融炉やプラズマ式灰溶融炉等があり、これらの溶融炉の炉室の壁部は、図５に示すように内周壁側から順に耐火材１１、スタンプ層５、冷却ジャケット９が配設されている。
このうち、耐火材１１は、多数のレンガ１７を積み上げて形成したものであり、従来では、ＳｉＣまたはカーボン等の熱伝導率の高いレンガが材料として用いられている。冷却ジャケット９は、水冷のものや空冷のものが使用されるが、耐火材１１を冷却することによりレンガ１７の耐久性向上を図っている。
特開平５−１４１８６８号公報 特開平８−２７０９２６号公報

上記のように水冷ジャケット９を配設しているのは、耐火材１１がスラグ１４によって必要以上に加熱されるのを防止するためであるが、それとともにスラグ１４とレンガ１７の接触部、すなわちレンガ１７の表面にセルフコーティング層を形成させることにもある。セルフコーティング層は、スラグ１４の温度を耐火材１１に伝えにくくするため、耐火材１１の温度を低くする役割を果たす。

しかしながら、スラグ１４の排出口である出滓口近傍では、スラグ１４の流れが速いため、ＳｉＣやカーボン製のレンガ１７では、表面に付着したスラグ１４が剥離しやすいことから、セルフコーティング層が形成されにくく耐火材１１の温度が高温になりやすい。そのため、炉壁の他の部分と比較して耐久性が著しく劣っていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、灰溶融炉の内壁に用いる耐火材の表面にセルフコーティング層を付着させることにより、耐火材の寿命を延ばすことができる灰溶融炉を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、壁部の内周部に配設される耐火材と、該耐火材の外側を覆うとともに該耐火材の熱膨張を吸収するスタンプ層と、さらに該スタンプ層の外側に配設される冷却ジャケットとを備えた灰溶融炉において、上記耐火材をＣｒＯ₃からなるレンガで形成し、かつ耐火材の厚さを２５０ｍｍ以下としている。
また、本発明は上記目的を達成するために、壁部の内周部に配設される耐火材と、該耐火材の外側を覆うとともに該耐火材の熱膨張を吸収するスタンプ層と、さらに該スタンプ層の外側に配設される冷却ジャケットとを備えた灰溶融炉において、上記耐火材の内周部側にＣｒ₂Ｏ₃からなるレンガを配設し、外周部側にＳｉＣからなるレンガを配設し、かつ上記耐火材の厚さを２５０ｍｍ以下としている。
さらに、上記発明は、上記耐火材であるレンガの目地にＣｒ₂Ｏ₃を含むモルタルを充填することができる。

以上述べたように本発明によれば、壁部の内側に配設される耐火材と、該耐火材の外側を覆うとともに該耐火材の熱膨張を吸収するスタンプ層と、さらに該スタンプ層の外側に配設される冷却ジャケットとを備えた灰溶融炉において、上記耐火材をＣｒ₂Ｏ₃からなるレンガで形成し、かつ上記耐火材の厚さを２５０ｍｍ以下としたので、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガの表面にセルフコーティング層を形成することができ、溶融炉の寿命を長くすることができる。

以下、本発明の第１の実施の形態によるプラズマアーク式の灰溶融炉について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るプラズマアーク式灰溶融炉１を示す。灰溶融炉１には、溶融炉本体２に囲まれた横断面が円形の炉室６を設けている。溶融炉本体２は、天井壁３を貫通し、横断面が円形のプラズマ電極４が垂下され、該プラズマ電極４は天井壁３に支持されるとともに、上下動できる構成になっている。また、プラズマ電極４は、その先端と対向する炉底壁５に炉底電極７を設置し、これらの電極４，７間に、プラズマ発生用の直流電源８を接続している。直流電源８は、炉底電極７側に＋を接続し、プラズマ電極４側に−を接続している。

溶融炉本体２は、外壁を鉄皮１０で覆い、内壁は耐火材１１で形成し、それらの間に耐火材１１を冷却する冷却ジャケット９を配設している。図２は、溶融炉本体２の炉底部近傍における内壁部の拡大図である。耐火材１１は、多数のレンガ１７を炉室６の内周壁に敷設したものであり、Ｃｒ₂Ｏ₃またはＣｒ₂Ｏ₃系の材質からなる。本実施の形態では、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ１７は、Ｃｒ₂Ｏ₃鉱石を焼結又は電解した後、粉砕したクリンカを骨材として形成させている。Ｃｒ₂Ｏ₃の成分はレンガ中に、約３０〜９５重量％の割合で配合されている。耐火材１１の厚さ（炉壁の肉厚方向の厚さ）は本実施の形態では２３０ｍｍとしているが、２５０ｍｍ〜５０ｍｍの厚さのものが使用できる。また、炉壁の肉厚方向に１段またはその外側に２段以上にして配設することができる。

耐火材１１の外周部は、スタンプ層１５が全体を覆っており、スタンプ層１５の材質としては、ＳｉＣ系スタンプ材（ＳｉＣを約８０％含み、熱伝導率が６Ｗ／ｍＫ〜９Ｗ／ｍＫのもの）やカーボン系充填材（Ｃを約９０％含み、熱伝導率が１２Ｗ／ｍＫ〜１４ＷｍＫのもの）等を使用できる。このスタンプ層１５は、耐火材１１の熱による膨張を吸収したり、溶融炉本体２の施工上の調整の役割を果たす。冷却ジャケット９は水冷式のものを使用し、冷却水の温度は約４０℃程度である。
図１に示すように、溶融炉本体２に形成したプラズマ電極４用の貫通孔には、環状の絶縁スリーブ１２を装着し、炉底電極７が貫通する孔には環状の絶縁スリーブ１３を装着している。これら絶縁スリーブ１２，１３は、鉄皮１０とプラズマ電極４及び炉底電極７との電気的接触を防いでいる。そして、溶融炉本体２の下壁部には、溶融スラグの排出口である出滓口１８が配設されている。
なお、灰溶融炉１には、焼却灰の投入口など図示されていない装備や制御装置等が多数配設されているが、それらの詳細な説明は省略する。

次に、本発明の実施の形態の作用について説明する。
図１に示すように、灰溶融炉１の炉室６には、図示しない投入口から炉底壁上に焼却灰が投入され、灰溶融炉１の炉室６を還元雰囲気にした状態で、直流電源８により電圧を電極４，７間に印加する。すると、該電極４，７間にプラズマアークが発生し、炉室６が１０００℃以上の雰囲気となり、焼却灰１４が溶融する。焼却灰１４は溶融してスラグとなり、出滓口１８から排出し、スラグ１４の用途に合わせて再利用される。

本実施の形態では、耐火材１１をＣｒ₂Ｏ₃レンガ１７で形成したので、スラグ１４と耐火材１１の接触部にセルフコーティング層を形成することができ、耐火材１１の内壁側の表面温度を低くすることができる。また、スラグ１４の流れが速い出滓口１８に近い耐火材１１の表面にもスラグが付着してセルフコーティング層を形成することができ、その表面温度を低くすることができる。

［試験例］
本実施例のＣｒ₂Ｏ₃レンガと、比較例としてのＳｉＣレンガを用意し、これらを同じ灰溶融炉１の耐火材１１に用い炉室６の内周壁の表面をＣｒ₂Ｏ₃レンガとＳｉＣレンガを用いた部分とに分けた。
灰溶融炉の耐火材１１の厚さは、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ及びＳｉＣレンガの両者共に２３０ｍｍである。Ｃｒ₂Ｏ₃レンガの熱伝導率は、２Ｗ／ｍＫ〜４ＷｍＫであり、ＳｉＣの熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ〜３０Ｗ／ｍＫである。
灰溶融炉の稼働条件は下記の通りで、試験を行った。
冷却ジャケットの冷却水の温度：４０℃
スラグの温度：１５００〜１６００℃
灰溶融炉の稼働時間：１９時間
試験結果を図６に示す。

図６は、縦線に温度をとり、横線に炉の内周壁の表面を０ｍｍとして耐火材１１の表面から外側への距離である。したがって、２３０ｍｍの距離に、スタンプ材が配設されている。
試験結果より、ＳｉＣレンガの表面温度は１１３３℃であり、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガの表面温度は１０９２℃である。なお、セルフコーティング層が生成されていない場合には、熱伝導率等から計算するとＣｒ₂Ｏ₃レンガの温度が１４００℃となることが予測される。よって、その温度さから、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガの表面には、セルフコーティング層が生成しているものと推測される。
なお、耐火材１１の厚さは、２３０ｍｍの厚さのときに、最もＣｒ₂Ｏ₃レンガの表面温度が低くなり、それ以上耐火材１１の厚さを厚くすると、Ｃｒ₂Ｏ₃の温度が高くなるのが分かっており、耐火材１１は２５０ｍｍ程度の厚さまで使用できる。

上記表２は、溶融炉の浸食量を、抜打ち的に３箇所を調べたものである。数値が浸食量を示す。表２に示すように、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガを配設したものが、ＳｉＣレンガを用いたものよりも大幅に浸食量が小さい。これを見ても溶融炉を長寿命にできることが分かる。
このように、本実施の形態によると灰溶融炉１の出滓口１８の耐久性を向上させることができるようになった。したがって、灰溶融炉１の稼働率が向上する。

次に、本発明の灰溶融炉の第２の実施の形態について図３を参照しながら説明する。
図に示すように、灰溶融炉の内壁を形成する耐火材１１は、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ１７とＳｉＣレンガ２５とで形成され、炉室６の内周壁側をＣｒ₂Ｏ₃レンガ１７で形成し、その外側をＳｉＣレンガ２５で形成したものである。耐火材１１の厚さは両レンガ１７，２５を合わせて、２３０ｍｍとしている。レンガは、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガとＳｉＣレンガを一体にしてもよいし、別体にしてもよい。Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ１７の厚さは、セルフコーティング層が形成されるまでの余裕をみて５０ｍｍ以上あればよい。その他の灰溶融炉の構造については、上記第１の実施の形態と同じ構成である。
本実施の形態によれば、内壁路の表面側にＣｒ₂Ｏ₃レンガ１７を用いて、灰溶融炉の稼働時には、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ１７の表面にセルフコーティング層を生成させることができる。したがって、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ１７の外側にＳｉＣレンガ２５を使用することにより、上記第１の実施の形態よりも値段の安い灰溶融炉を製造することができる。その他の効果については、上記実施の形態と同じである。

次に、本発明の灰溶融炉の第３の実施の形態について図４を参照しながら説明する。
図に示すように、灰溶融炉の内壁を形成する耐火材１１は、Ｃｒ₂Ｏ₃レンガとＳｉＣレンガ２５とで形成され、炉室６の内周壁側をＣｒ₂Ｏ₃レンガで形成し、多数のＣｒ₂Ｏ₃レンガ１７間の目地にＣｒ₂Ｏ₃系のモルタル２０を充填したものである。その他構造については、上記第１の実施の形態と同じ構成である。
本実施の形態によれば、Ｃｒ₂Ｏ₃系のモルタル２０をＣｒ₂Ｏ₃レンガ１７の目地に充填させているので、目地部の浸食を防止若しくは送らせる効果がある。その他の効果については、上記実施の形態と同じである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態の灰溶融炉１のスラグの流れが速い出滓口１８の近傍のみ、部分的にＣｒ₂Ｏ₃レンガ１７を用い、その他のスラグの流れが無い部分若しくは流れの遅い部分に位置する炉壁にはＳｉＣレンガ２５を部分的に用いてもよい。

本発明の第１の実施の形態によるプラズマアーク式灰溶融炉の概略断面図である。 図１の灰溶融炉の炉壁の拡大概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるプラズマアーク式灰溶融炉の炉壁の拡大概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態によるプラズマアーク式灰溶融炉の炉壁の拡大概略断面図であり、図２におけるＡ−Ａ線方向の断面図である。 従来例によるプラズマアーク式灰溶融炉の炉壁の拡大概略断面図である。 本実施形態の耐火材と従来の耐火材の温度比較を表す線図である。

符号の説明

１ プラズマアーク式灰溶融炉
２ 溶融炉本体
３ 天井壁
４ プラズマ電極
５ 炉底壁
６ 炉室
７ 炉底電極
８ 直流電源
１０ 鉄皮
１１ 耐火材
１２，１３ 絶縁スリーブ
１４ スラグ
１５ スタンプ層
１６ メタル
１７ Ｃｒ₂Ｏ₃レンガ
１８ 出滓口
２０ モルタル
２５ ＳｉＣレンガ

Claims (3)

1. 炉室内壁部の内側に配設される耐火材と、該耐火材の外側を覆うとともに該耐火材の熱膨張を吸収するスタンプ層と、さらに該スタンプ層の外側に配設される冷却ジャケットとを備えた灰溶融炉において、上記耐火材をＣｒ₂Ｏ₃系からなるレンガで形成し、かつ上記耐火材の表面にセルフコーティング層を形成することを特徴とする灰溶融炉。
2. 炉室内壁部の内側に配設される耐火材と、該耐火材の外側を覆うとともに該耐火材の熱膨張を吸収するスタンプ層と、さらに該スタンプ層の外側に配設される冷却ジャケットとを備えた灰溶融炉において、上記耐火材の内周部側にＣｒ₂Ｏ₃系からなるレンガを配設し、外周部側にＳｉＣまたはカーボン系からなるレンガを配設し、かつ上記耐火材の表面にセルフコーティング層を形成することを特徴とする灰溶融炉。
3. 上記耐火材であるレンガの目地にＣｒ₂Ｏ₃を含むモルタルを充填したことを特徴とする請求項１または２に記載の灰溶融炉。

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