JP3746533B2 - 溶融炉 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融炉に関する。
【0002】
【従来の技術】
都市ごみや産業廃棄物、下水汚泥などを焼却処理して生じた焼却灰を溶融処理する場合に用いられる溶融炉の一例を図4に示す。
図4に示すように、耐火物からなる本体21には、電極22が上部及び下部から内部にそれぞれ差し込まれている。これら電極22は、電源23に電気的に接続されている。本体21の内部の底面には、ベースメタル24が設けられている。本体21の外面には、冷却ジャケット25が設けられている。
【0003】
このような溶融炉では、冷却ジャケット25に冷却水を流し、本体21の周囲を冷却する一方、電源23から電極22に電力を供給し、電極22間にプラズマアーク12を発生させ、本体21内に供給された焼却灰を溶融し、スラグ11として図示しない排出口から外部へ排出している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような溶融炉では、前記排出口の位置が固定されているので、スラグ11は、本体21の内部で常に一定の高さに位置するようになる。このため、本体21の内壁の前記排出口とベースメタル24との間の部分は、高温状態のスラグ11から多大な熱負荷を常に受けるだけでなく、スラグ11の生成に伴う流動による衝突を常に受けるようになるので、非常に浸食されやすくなっている。このような浸食が進行すると、図5中に点線で示したようにして本体21の壁面が薄くなってしまうので、本体21の内部の熱損失が大きくなり、溶融に要するエネルギに無駄が多くなってしまう。このようなことから、上記溶融炉では、溶融処理を度々中断して本体21を補修しなければならないので、溶融処理に係る効率が悪くなるだけでなく、溶融処理に係るコストが高くなってしまう。
【0005】
このような問題は、焼却灰を溶融する場合に限らず、被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であれば十分に起こり得ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による溶融炉は、上部及び下部から内部に電極をそれぞれ差し込まれた本体の内部に供給された被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であって、前記本体の内部の底面に設けられたベースメタルの上面位置よりも低い高さ位置のみとなる当該本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように下部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする。
【0007】
本発明に係る溶融炉は、前記ベースメタルの上面よりも上方に設けられた排出口の位置よりも高い高さ位置のみとなる前記本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように上部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする。
【0008】
本発明に係る溶融炉は、前記水冷フィンの内部に冷却水を流通させる流路に、当該冷却水の流れを蛇行させるじゃま板を設けたことを特徴とする。
【0009】
【作用】
前述したように構成された本発明の溶融炉によれば、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分が冷却フィンにより冷却されるので、上記部分の熱負荷が軽減される。
【0010】
このような冷却フィンに前述したような流路を設ければ、当該流路に冷却水を流すことにより、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分の冷却効果をさらに高くすることができるので、上記部分の熱負荷をさらに軽減することができる。
【0011】
また、この冷却フィンの流路に前述したようなじゃま板を設ければ、冷却水が冷却フィンの内部をまんべんなく流れるようになるので、冷却効果をさらに高めることができる。
【0012】
【実施例】
本発明による溶融炉を用いて焼却灰を溶融処理する場合の一実施例を図1〜3に基づいて説明する。なお、図1は、その概略構造を表す断面図、図2は、図1の矢線II部の抽出拡大図、図3は、図2のIII −III 線断面矢視図である。
【0013】
図1に示すように、耐火物からなる本体1には、黒鉛製の電極2が上部及び下部から内部にそれぞれ差し込まれている。これら電極2は、電源3に電気的に接続されている。本体1の内部の底面には、ベースメタル4が設けられている。本体1には、内部と外部とを連通させる図示しない排出口がベースメタル4の上面よりも上方となる所定の位置に設けられている。
【0014】
図1,2に示すように、ベースメタル4の上面位置よりもわずかに低い高さ位置となる本体1の外面部分には、内部に冷却水を流通させる冷却フィンである下部水冷フィン6が当該本体1の壁面内部の中央部分まで到達するように設けられており、当該下部水冷フィン6は、本体1の周方向に沿って複数設けられている。また、前記排出口の位置よりもわずかに高い高さ位置となる本体1の外面部分には、内部に冷却水を流通させる冷却フィンである上部水冷フィン7が当該本体1の壁面内部の中央部分まで到達するように設けられており、当該上部水冷フィン7は、本体1の周方向に沿って複数設けられている。
【0015】
図3に示すように、上部水冷フィン7は、その内部に冷却水の流路7aが形成されると共に、冷却水の流通を本体1の周方向に沿って蛇行させるじゃま板7bが設けられる一方、その外面に冷却水の給水口7c及び排出口7dがそれぞれ形成されている。つまり、上記給水口7bから流路7aに冷却水を供給すると、冷却水は、じゃま板7bにより流路7a内を蛇行しながら流れて排水口7dから排出されるのである。また、前記下部水冷フィン6も、上記上部水冷フィン7と同様な構造となっている。
【0016】
図1に示すように、本体1の外面には、冷却ジャケット5が前記下部水冷フィン6及び上部水冷フィン7の部分を除いて設けられている。
なお、図1中、11はスラグ、12はプラズマアークである。
【0017】
このような溶融炉では、冷却ジャケット5、下部水冷フィン6、上部水冷フィン7に冷却水をそれぞれ供給する一方、電源3から電極2に電力を供給し、電極2間にプラズマアーク12を発生させ、本体1内に供給された焼却灰を溶融してスラグ11として前記排出口から外部へ排出する。
【0018】
前記スラグ11は、本体1の内壁の前記排出口とベースメタル4との間の部分、即ち、スラグ11の上面の高さ位置とスラグ11の下面の高さ位置との間の本体1の壁面部分に多大な熱負荷を与えるものの、下部水冷フィン6及び上部水冷フィン7が上記部分を挟んでいるため、当該部分は、スラグ11からの熱が図2中に点線で示すような方向で分散されながら上記水冷フィン6,7により吸収されることにより、熱負荷が大幅に軽減され、浸食されにくくなる。このため、本体1の壁面の上記部分は、薄くなりにくくなる。
【0019】
従って、本体1の内部の熱損失量を大幅に低減することができ、溶融に要するエネルギを有効に利用することができる一方、本体1の寿命を延ばすことができるので、本体1の補修頻度を大幅に減少させることができ、長時間運転が可能となり、処理効率を大幅に向上させて、処理コストを大幅に低減させることができる。
【0020】
このような本発明による溶融炉の従来の溶融炉に対する優位性は以下の理由によると考えられる。
本発明による溶融炉(以下、本炉と呼ぶ)及び従来の溶融炉(以下、従来炉と呼ぶ)の起動後、本炉と従来炉とで熱ロスが同一となったと仮定し、この時点から開始して一定時間が経過した後の状態を比較する。
記号
TS :浸食部分のスラグ温度
TW :冷却部分の温度
Q:スラグから冷却部分への熱ロス
A:スラグから冷却部分への熱ロス面積
L:本体へ浸食したスラグ部分から冷却部分までの本体の平均厚さ
λ:本体の熱伝導率
α:本炉の識別符号
β:従来炉の識別符号
x,y:定数 但し、x>1,y>1,x<y
【0021】
この時、スラグからの冷却部分への熱ロスは、下記の式(1)で表すことができる。
【数1】
ここで、TS 及びTW は一定であるので、以下(TS −TW )を除いて比較する。
【0022】
熱ロスが同一時、即ち、開始時(符号1 とする)における本炉の熱ロスは、下記の式(2)で表わされ、従来炉の熱ロスは、下記の式(3)で表わされる。
【数2】
ここで、両者の熱ロスが同一であるので、下記の式(4)の関係が成り立つ。
【数3】
伝熱面を比べると、本炉は冷却部分がフィンで挟まれていることにより従来炉より広くなるので、下記の式(5)の関係が成り立ち、この式(5)から下記の式(6)が導き出される。
【数4】
【0023】
一方、一定時間経過後(符号2 とする)における本炉の熱ロスは、下記の式(7)で表わされ、従来炉の熱ロスは、下記の式(8)で表わされる。
【数5】
ここで、両者の浸食速度について比較検討する。
従来炉は式(6)から本体のLが短く本体の壁面内での温度勾配が急となるため、浸食に対して弱く、即ち、浸食が本炉より早く進む。よって、下記の式(9)が成り立ち、この式(9)から下記の式(10)が成り立つ。
【数6】
【0024】
また、浸食部分は形状があまり変化せずに浸食が進むので、下記の式(11)が成り立つ。
【数7】
このようなことから、一定時間経過後の本炉と従来炉との熱ロスを比較すると、両者の熱ロスは式(7)及び式(8)でそれぞれ表わされるので、これら式(7)、(8)に式(10)、(11)を代入することにより、下記の式(12)が得られる。
【数8】
ここで、x及びyは1よりも大きく、yはxよりも大きいため、下記の式(13)が成り立ち、この式(13)から式(14)が成り立つ。
【数9】
よって、式(12)は下記の式(15)となる。
【数10】
従って、一定時間経過後では本炉の方が従来炉より熱ロスが少ないのである。
【0025】
なお、前述した実施例では、プラズマアーク12を発生させて焼却灰11を溶融処理する溶融炉の場合について説明したが、これに限らず、被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であれば、前述した実施例と同様な効果を得ることができる。
【0026】
【発明の効果】
前述したように、本発明による溶融炉では、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分を冷却フィンにより冷却するので、上記部分の熱負荷を軽減することができる。このため、上記部分は、浸食されにくくなり、薄くなりにくくなるので、本体の内部の熱損失量を低減することができ、溶融に要するエネルギを有効に利用することができる一方、本体の寿命を延ばすことができるので、本体の補修頻度を減少させることができ、長時間運転が可能となり、処理効率を向上させて、処理コストを低減させることができる。
【0027】
また、冷却フィンに設けた流路に冷却水を流すことにより、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分の冷却効果をさらに高めることができるので、上述したような効果をさらに向上させることができる。
【0028】
また、冷却フィンの流路にじゃま板を設けることにより、冷却フィンの内部に冷却水がまんべんなく流れるようになるので、上述した冷却効果をさらに高めることができ、上述したような効果をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による溶融炉の一実施例の概略構造を表す断面図である。
【図2】図1の矢線II部の抽出拡大図である。
【図3】図2のIII −III 線断面矢視図である。
【図4】従来の溶融炉の一例の概略構造を表す断面図である。
【図5】図4の矢線V部の抽出拡大図である。
【符号の説明】
1 本体
5 冷却ジャケット
6 下部水冷フィン
7 上部水冷フィン
7a 流路
7b じゃま板
7c 給水口
7d 排出口
11 スラグ
Claims (3)
- 上部及び下部から内部に電極をそれぞれ差し込まれた本体の内部に供給された被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であって、前記本体の内部の底面に設けられたベースメタルの上面位置よりも低い高さ位置のみとなる当該本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように下部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする溶融炉。
- 前記ベースメタルの上面よりも上方に設けられた排出口の位置よりも高い高さ位置のみとなる前記本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように上部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする請求項1に記載の溶融炉。
- 前記水冷フィンの内部に冷却水を流通させる流路に、当該冷却水の流れを蛇行させるじゃま板を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の溶融炉。
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JP08015295A JP3746533B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | 溶融炉 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP08015295A JP3746533B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | 溶融炉 |
Publications (2)
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JPH08278010A JPH08278010A (ja) | 1996-10-22 |
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Family
ID=13710328
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP08015295A Expired - Lifetime JP3746533B2 (ja) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | 溶融炉 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3746533B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JP3580768B2 (ja) * | 2000-10-10 | 2004-10-27 | 株式会社タクマ | 電気式溶融炉の炉壁構造及び炉壁冷却方法 |
-
1995
- 1995-04-05 JP JP08015295A patent/JP3746533B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08278010A (ja) | 1996-10-22 |
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