JP2004150755A - 灰溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】耐火レンガの延命化を図ることができるようにする。
【解決手段】鉄皮１２と該鉄皮１２内側の耐火レンガ層１８との層間に熱伝導率の高い炭化けい素系材料によるスタンプ材１９を介装して炉壁８ａを形成する。耐火レンガ層１８を、内張耐火レンガ２０と熱伝導率の高い炭化けい素系材料製の外張耐火レンガ２１とからなる２層構造とする。鉄皮１２、スタンプ材１９、外張耐火レンガ２１層、内張耐火レンガ２０層の各層間には絶縁シート２２を介在させる。炉体内にて灰の溶融処理時における耐火レンガ２０，２１の熱膨張はスタンプ材１９により吸収させる。同時に、鉄皮１２外面の水冷効果を、熱伝導率の高いスタンプ材１９、外張耐火レンガ２１を介し内張耐火レンガ２０へ伝達させることにより、内張耐火レンガ２０の冷却効率を高めて損耗を抑制させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般廃棄物や産業廃棄物の焼却灰や飛灰を炉内に投入して直流電流抵抗によるジュール熱やプラズマアークにより加熱溶融させるようにしてある電気式又はプラズマ式の灰溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物の焼却灰や飛灰等に含まれるダイオキシン類の分解という観点、及び、上記焼却灰や飛灰等の減容化、資源化を図るという観点から、灰溶融炉による灰溶融処理が広く普及している。
【０００３】
この種の灰溶融炉のうち、たとえば、電気式（直流電気抵抗式）のものは、図２にその一例の概略を示す如く、炉蓋２の中心部をスライド自在に貫通させて下端部を炉体１内の溶融スラグ３内に挿入するようにした主電極４と、炉底に設けた炉底電極５との間に、溶融スラグ３を通して電流を流すことにより、頂部の灰投入口６より炉体１内に投入された焼却灰や飛灰等の灰７を、順次ジュール熱により１４００℃〜１４５０℃程度まで加熱して溶融させ、流動状態となる溶融スラグ３を炉壁８の所要高さ位置に設けた図示しない出滓口より流出させて回収するようにしてあり、炉体１内で発生した溶融排ガス９は炉体１上部の排ガス管１０を通して外部へ取り出すようにしてある。
【０００４】
又、上記灰７に混入していた金属類は、灰７の溶融処理と同時に溶融させると共に、溶融スラグ３と比重分離させて炉底に溶融メタル１１の層を形成させるようにしてあり、この溶融メタル１１は、灰７の連続溶融処理に伴って増加することから、炉体１の下部側壁部に設けた図示しない出銑口を、所要の頻度で開口させることにより、炉体１外へ取り出すことができるようにしてある。
【０００５】
上記灰溶融炉の炉壁８は、炉体１内における灰７の溶融処理時に作用する１４００℃以上の高温に耐えることができるようにするために、全体を耐火レンガ１３で構成すると共に、その外周側を鉄皮１２で覆った構成、すなわち、外殻となる鉄皮１２の内側に耐火レンガ１３の層を内張りして設けた構成としてある。更に、上記耐火レンガ１３は、灰溶融処理時に上記のような高温が作用すると熱膨張するようになるが、この耐火レンガ１３の層の熱膨張が、直接鉄皮１２に対して外周方向への大きな荷重として作用すると、該鉄皮１２の破壊につながる虞が生じることから、上記鉄皮１２と耐火レンガ１３層との層間には、空気層を備えたクッションボード（図示せず）を介装して、灰溶融処理時における上記耐火レンガ１３層の外側への熱膨張を、上記クッションボードにて吸収させることができるようにしてある。
【０００６】
更に又、上記耐火レンガ１３も高温に長時間曝されると次第に溶損するようになる。そのため従来は、灰溶融炉の炉壁８の鉄皮１２の外周面に図示しない水冷ジャケットを設けたり、あるいは、図２に示す如く、上記炉壁８の鉄皮１２の外周側に、該鉄皮１２に向かう多数の散水口１４ａを備えた環状の散水管１４を上下方向多段に設置して、冷却水槽１５より給水管１６を介し該各散水管１４へ導いた冷却水１７を、各散水管１４の散水口より鉄皮１２の外周面へ向けて散水することにより、鉄皮１２の水冷を介して耐火レンガ１３層の間接冷却を図り、これにより耐火レンガ１３の温度を下げて該耐火レンガ１３の内側に溶融スラグ３を付着させて保護させることにより耐火レンガ１３の延命化を図るようにすることが従来行われてきている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
なお、上記電気式の灰溶融炉では、主電極４と炉底電極５の間の溶融スラグ３に電流を流して灰７の溶融処理を行わせるものであるため、上記耐火レンガ１３としては、電気伝導性のないマグネシア−クロム系材料製のものが広く一般に使用されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２５３９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の灰溶融炉においては、炉壁８を構成する鉄皮１２と耐火レンガ１３層との層間に介装してあるクッションボードが空気層を備えており、この空気層が断熱性を発揮してしまうため、鉄皮１２の水冷効果の影響が耐火レンガ１３層まで及び難く、このため耐火レンガ１３層の冷却効率をあまり高くすることができず、耐火レンガ１３層の内表面が高温となって、耐火レンガ１３の溶損を助長するというのが実状である。
【００１０】
又、プラスチック等の廃棄物を焼却炉にて燃焼させるときに発生する酸性ガス、たとえば、ＨＣｌは、通常、上記焼却炉の燃焼排ガス中に塩基性物質を吹き込むことにより塩を形成させ、該塩を集塵装置にて飛灰と一緒に回収するようにしているため、上記灰溶融炉に投入される灰７には塩が含まれており、この塩は、灰７の溶融処理に伴って溶融され、溶融塩として比重差分離されて溶融スラグ３の表面に浮くようになり、その後、該溶融塩は積み重ねられた耐火レンガ１３同士の隙間や耐火レンガ１３の気孔に徐々に浸透する。この耐火レンガ１３同士の隙間や耐火レンガ１３の気孔に浸透した溶融塩が、耐火レンガ１３層を通過して鉄皮１２に達するようになると、耐火レンガ１３に浸透した溶融塩を通して鉄皮１２に電流が流れ、このため灰７の溶融処理の効率が悪化するという問題が生じ、更に、鉄皮１２が上記溶融塩により電食するという問題も生じる。
【００１１】
そこで、本発明は、鉄皮の水冷効果を耐火レンガ層に効率よく伝達して冷却効率を高めることにより耐火レンガの延命化を図ることができ、更に、炉体内の溶融塩が耐火レンガ層に浸透して鉄皮に達する虞を低減できる灰溶融炉を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、鉄皮と該鉄皮の内側に設ける耐火レンガ層との層間に、熱伝導率の高いスタンプ材を介装した構造の炉壁を備えてなる構成とする。
【００１３】
灰の溶融処理時に炉内側から作用する高温により耐火レンガ層が熱膨張すると、該耐火レンガ層の熱膨張はスタンプ材が変形することにより吸収され、鉄皮に対して大きな荷重として作用することはない。又、鉄皮の外周面側を水冷すると、該鉄皮の冷却効果が、耐火レンガ層へ上記熱伝導率の高いスタンプ材を介して効率よく伝達されるようになるため、該耐火レンガ層の冷却効率が高められ、耐火レンガ層の温度は低下させられる。
【００１４】
又、スタンプ材を炭化けい素系材料製とした構成とすることにより、熱伝導率が高く且つ灰の溶融処理時に作用する高温条件に耐え得るスタンプ材を容易に調製できる。
【００１５】
更に、耐火レンガ層を内外方向に２層とすると共に、外側レンガ層を、熱伝導率の高い外張耐火レンガにて形成した構成とすることにより、耐火レンガ層の炉内側の冷却効率を更に向上させることができる。
【００１６】
更に又、外張耐火レンガの素材を炭化けい素系材料とした構成とすることにより、熱伝導率が高く且つ灰の溶融処理時に作用する高温条件に耐え得る外張耐火レンガを容易に調製できる。
【００１７】
更に又、外張耐火レンガにて形成してなる外側レンガ層における上下方向所要間隔位置に、周方向の全周に亘り絶縁材製耐火レンガを介在させた構成とすることにより、外側レンガ層を上下方向に絶縁構造とすることができるため、万一、炉内側から耐火レンガ層に浸透する溶融塩が上記外側レンガ層に達したとしても、該外側レンガ層を上下方向に電流が通過して炉底電極へ流れる虞を未然に防止できる。
【００１８】
更に又、炉壁における内外方向の層間に、絶縁シートを介在させるようにした構成とすることにより、炉内側から耐火レンガ層に浸透する溶融塩が鉄皮に達する虞を防止でき、鉄皮に電流が流れることに伴う灰の溶融処理効率の悪化や、溶融塩による鉄皮の電食を未然に防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の灰溶融炉の実施の一形態を示すもので、図２に示したものと同様に、炉蓋２を貫通して下端部を炉体１内の溶融スラグ３に没入させた主電極４と炉底電極５を備えてなる構成とし、更に、炉体１の外殻となる鉄皮１２の外側に、図示しない水冷ジャケットや散水管を備えて、上記鉄皮１２の外面を水冷できるようにしてある灰溶融炉において、炉体１の炉壁を、外殻としての鉄皮１２の内側に耐火レンガ層１８を備え、更に、上記鉄皮１２と耐火レンガ層１８との層間に熱伝導率の高いスタンプ材、たとえば、炭化けい素系材料製のスタンプ材１９を介装して形成してなる炉壁８ａとする。
【００２１】
更に、上記炉壁８ａは、上記耐火レンガ層１８を、内周側の内張耐火レンガ２０の層（内側レンガ層）と、外周側の外張耐火レンガ２１の層（外側レンガ層）とからなる内外２層とすると共に、上記外張耐火レンガ２１を、熱伝導率の高い炭化けい素系材料製の耐火レンガとしてなる構成とする。なお、上記内張耐火レンガ２０は、従来使用されている耐火レンガ１３と同様のマグネシア−クロム系レンガとしてある。
【００２２】
更に又、上記炉壁８ａにおける鉄皮１２とスタンプ材１９、該スタンプ材１９と上記耐火レンガ層１８の外張耐火レンガ２１層、該外張耐火レンガ２１層と上記内張耐火レンガ２０層の各層間に、たとえば、雲母により１〜２ｍｍ厚に製造してなる絶縁シート２２をそれぞれ介在させる。
【００２３】
更に又、上記外張耐火レンガ２１の層を形成する上下方向多段に積み重ねられた耐火レンガ２１の上下方向所要間隔位置に、たとえば、内張耐火レンガ２０と同様のマグネシア−クロム系の絶縁性を備えた耐火レンガ２３を、周方向の全周に亘り挟み込んだ構成とする。
【００２４】
上記炉壁８ａを備えてなる本発明の灰溶融炉に灰７を投入してその溶融処理を行うと、灰７の溶融処理時に作用する熱により耐火レンガ層１８の各耐火レンガ２０，２１が膨張させられるが、この耐火レンガ層１８の各耐火レンガ２０，２１の膨張は、上記耐火レンガ層１８の外周側に配されたスタンプ材１９により吸収されるため、上記膨張する耐火レンガ層１８より鉄皮１２に外向きの大きな荷重が作用することはない。
【００２５】
この際、鉄皮１２の外面を水冷すると、該鉄皮１２は低温とされ、この鉄皮１２の水冷効果が、熱伝導率の高い炭化けい素系材料製のスタンプ材１９を介して耐火レンガ層１８へ効率よく伝達される。
【００２６】
更に、上記耐火レンガ層１８は、内外２層からなる構成とし、且つ外層側となる外張耐火レンガ２１を、熱伝導率の高い炭化けい素系材料製としてあるため、上記スタンプ材１９を介して耐火レンガ層１８へ伝達される鉄皮１２の水冷効果は、外周側の外張耐火レンガ２１の層を介して内周側の内張耐火レンガ２０の層へ伝達され、これにより、内張耐火レンガ２０の層は更に効率よく冷却される。この内張耐火レンガ２０の層が冷却されることに伴って、該内張耐火レンガ２０に接する炉内の溶融スラグ３が冷却されるため、上記内張耐火レンガ２０の炉内側面には、溶融スラグ３が固化してなる固化物の層が形成されるようになる。
【００２７】
又、炉体１内における灰７の溶融処理時には、灰７に混入していた塩が溶融されて溶融塩が形成され、この溶融塩が、炉内側から内張側耐火レンガ２０の層へ徐々に浸透するが、上記内張耐火レンガ２０の層と外張耐火レンガ２１の層の層間には、絶縁シート２２が設けてあるため、上記溶融塩が内張耐火レンガ２０の層から外張耐火レンガ２１の層へ移行することが阻害される。
【００２８】
上記内張耐火レンガ２０の層と外張耐火レンガ２１の層の層間に介在させた絶縁シート２２が、灰溶融炉の長時間の運用により万一、絶縁性が低下して上記外張耐火レンガ２１の層に対して溶融塩の浸透が始まるようになったとしても、上記外張耐火レンガ２１の層よりも外周側となる該外張耐火レンガ２１層とスタンプ材１９との層間、及び、スタンプ材１９と鉄皮１２との層間の２層にそれぞれ絶縁シート２２を介在させて設けてあるため、これら各層の絶縁シート２２により溶融塩が鉄皮１２に達することは未然に防止される。
【００２９】
上記において、外張耐火レンガ２１は電気伝導性のある炭化けい素系材料にて製造されているが、該外張耐火レンガ２１の層には、上下方向所要間隔位置に、絶縁用耐火レンガ２３が全周に亘り挟持させてあるため、上述したように内張耐火レンガ２０との間に挟みこまれた絶縁シート２２を通過して、たとえ溶融塩が外張耐火レンガ２１の層に達したとしても、該外張耐火レンガ２１の層にて炉底電極５の方へ上から下へと流れる電流は、上記絶縁用耐火レンガ２３にて阻止される。
【００３０】
このように、上記本発明の灰溶融炉によれば、灰溶融処理時における耐火レンガ２０，２１の層１８の熱膨張をスタンプ材１９により吸収させることができると共に、鉄皮１２に対する水冷効果を、上記スタンプ材１９を介し効率よく且つ確実に上記耐火レンガ層１８に伝えることができる。更に、該耐火レンガ層１８を内外２層とし且つ外層を熱伝導率のよい炭化けい素系材料製の外張耐火レンガ２１としてあるため、溶融スラグ３と接触する内張耐火レンガ２０を更に効率よく冷却することができる。これにより、上記内張耐火レンガ２０の炉内側面に溶融スラグ３を冷却してなる固化物の層を形成することが可能になるため、上記耐火レンガ２０，２１の溶損を抑制して該耐火レンガ２０，２１の延命化を図ることができる。
【００３１】
又、上記内張耐火レンガ２０、外張耐火レンガ２１、スタンプ材１９、鉄皮１２の各層間に絶縁シート２２をそれぞれ介装して、絶縁シート２２を多層に設けてあるため、灰溶融時に炉内にて溶融される塩が鉄皮１２に達することを防止でき、このため該鉄皮１２を電流が流れてしまうことによる灰７の溶融効率の低下や、鉄皮１２の電食が発生する虞を未然に防止できる。
【００３２】
更に、溶融塩が内張耐火レンガ２０を浸透した後、該内張耐火レンガ２０と外張耐火レンガ２１の間に配してある絶縁シート２２の損傷、消耗等による絶縁性の低下に伴い炭化けい素系材料製として電気伝導性を備えた外張耐火レンガ２１に達したとしても、上下方向に多段に配してある絶縁用耐火レンガ２３により上下方向に電流が流通してしまうことを防止でき、このことによっても灰７の溶融処理の効率が低下する虞を防止できる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、スタンプ材１９としては、良好な熱伝導性を有し且つ灰７の溶融処理時における耐火レンガ層１８の膨張を吸収でき、更に、灰溶融処理時に炉壁８ａに作用し得る温度に対する耐熱性を備えていれば、炭化けい素系以外の素材のものを用いてもよいこと、外張耐火レンガ２１としては、良好な熱伝導性を有し且つ灰溶融処理時に炉壁８ａに作用し得る温度に耐えることができれば、炭化けい素系以外の素材のものを用いることも可能なこと、絶縁シート２２としては、雲母製のものを示したが、電気絶縁性を有し且つ灰溶融処理時に炉壁８ａに作用し得る温度に対する耐熱性を備えていれば、他の素材のものを採用してもよいこと、上記炉壁８ａ構造は、炉蓋２の中央部を貫通させて下端を炉体上部に配置した主電極４と、炉底電極５との間にてプラズマアークを発生させて該アークを熱源として灰７を溶融させる形式のプラズマ式灰溶融炉にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の灰溶融炉によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１） 鉄皮と該鉄皮の内側に設ける耐火レンガ層との層間に、熱伝導率の高いスタンプ材を介装した構造の炉壁を備えてなる構成としてあるので、炉体内における灰の溶融処理時における耐火レンガの熱膨張をスタンプ材により吸収させることができて鉄皮に上記膨張力による多大な荷重がかかる虞を防止できると同時に、鉄皮の外面を水冷することによる水冷効果を上記スタンプ材を介し耐火レンガへ効率よく伝達できるため、耐火レンガの冷却効率を高めることができて、該耐火レンガの延命化を図ることができる。
（２） スタンプ材を炭化けい素系材料製とした構成とすることにより、熱伝導率が高く且つ灰の溶融処理時に作用する高温条件に耐え得るスタンプ材を容易に調製できる。
（３） 耐火レンガ層を内外方向に２層とすると共に、外側レンガ層を、熱伝導率の高い外張耐火レンガにて形成した構成とすることにより、耐火レンガ層の炉内側の冷却効率を更に向上させることができる。
（４） 外張耐火レンガの素材を炭化けい素系材料とした構成とすることにより、熱伝導率が高く且つ灰の溶融処理時に作用する高温条件に耐え得る外張耐火レンガを容易に調製できる。
（５） 外張耐火レンガにて形成してなる外側レンガ層における上下方向所要間隔位置に、周方向の全周に亘り絶縁材製耐火レンガを介在させた構成とすることにより、外側レンガ層を上下方向に絶縁構造とすることができるため、万一、炉内側から耐火レンガ層に浸透する溶融塩が上記外側レンガ層に達したとしても、該外側レンガ層を上下方向に電流が通過して炉底電極へ流れる虞を未然に防止できる。
（６） 炉壁における内外方向の層間に、絶縁シートを介在させるようにした構成とすることにより、炉内側から耐火レンガ層に浸透する溶融塩が鉄皮に達する虞を防止でき、鉄皮に電流が流れることに伴う灰の溶融処理効率の悪化や、溶融塩による鉄皮の電食を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の灰溶融炉の実施の一形態として、要部となる炉壁部分を示す切断側面図である。
【図２】灰溶融炉の一例の概略を示す切断側面図である。
【符号の説明】
８ａ 炉壁
１２ 鉄皮
１８ 耐火レンガ層
１９ スタンプ材
２０ 内張耐火レンガ
２１ 外張耐火レンガ
２２ 絶縁シート
２３ 絶縁用耐火レンガ（絶縁材製耐火レンガ）

Claims (6)

1. 鉄皮と該鉄皮の内側に設ける耐火レンガ層との層間に、熱伝導率の高いスタンプ材を介装した構造の炉壁を備えてなる構成を有することを特徴とする灰溶融炉。
2. スタンプ材を炭化けい素系材料製とした請求項１記載の灰溶融炉。
3. 耐火レンガ層を内外方向に２層とすると共に、外側レンガ層を、熱伝導率の高い外張耐火レンガにて形成した請求項１又は２記載の灰溶融炉。
4. 外張耐火レンガの素材を炭化けい素系材料とした請求項３記載の灰溶融炉。
5. 外張耐火レンガにて形成してなる外側レンガ層における上下方向所要間隔位置に、周方向の全周に亘り絶縁材製耐火レンガを介在させた請求項３又は４記載の灰溶融炉。
6. 炉壁における内外方向の層間に、絶縁シートを介在させるようにした請求項１、２、３、４又は５記載の灰溶融炉。

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