(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体の炉壁に炉内を覗く覗き窓を設け、かつ該覗き窓を構成する窓材と前記炉壁との間にノズルを設け、該ノズルからパージガスを吹き込む炉の窓構造において、前記覗き窓の窓材と前記炉壁との間に、前記パージガスが吹き込まれるヘッダ部と、前記パージガスが流れる炉内への連通路とを前記窓材側より順に配置し、前記ヘッダ部の径を前記連通路の径よりも大きく形成し、前記ノズルを前記窓材と対向する前記ヘッダ部の支持枠に配置したことを特徴とする炉の窓構造。
【請求項２】
前記ヘッダ部の径は、前記連通路の径の２倍以上の大きさに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の炉の窓構造。
【請求項３】
前記ノズルは、前記窓材と対向する前記ヘッダ部の支持枠に前記窓材の中心へ向かって傾斜して設置され、前記パージガスは、前記ノズルから前記ヘッダ部内を通って前記覗き窓の中心付近に吹き込まれることを特徴とする請求項１に記載の炉の窓構造。
【請求項４】
前記パージガスの吹込み口は、２つ以上設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炉の窓構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物等の焼却灰及び事業用火力発電プラント等の焼却炉から排出される焼却灰を高温プラズマ等で溶融する溶融炉などに設けられる窓構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物等の焼却灰（粉体無機物）は、その資源化、減容化及び無害化を図るために、例えば、図３に示すようなプラズマ灰溶融炉５１によって溶融され、溶融スラグ５２及び溶融メタル５３として取り出されている。
すなわち、このような灰溶融炉５１を使用して炉本体５４の炉内５４ａで焼却灰を溶融するには、例えば、ごみ焼却炉から排出された焼却灰を各種搬送手段及び供給手段等を経て炉本体５４の炉内５５に投入し、投入された焼却灰を炉底電極５６及び昇降可能な主電極５７間に発生させた高温プラズマで溶融する。炉本体５４の炉内５５で生成された溶融スラグ５２及び溶融メタル５３は、出滓口５８から出滓樋５９を通って排出され、出滓コンベヤ６０上のモールド６１に供給されると共に、これらモールド６１を介して図外のスラグピット及びメタルピットに導かれ、種々の利用に供されることになる。なお、炉底電極５６及び主電極５７間にはプラズマアークを発生させる直流電源装置６２が接続され、主電極５７は天井壁６３を貫通して昇降装置６４に支持されている。
【０００３】
ところで、上記主電極５７は、灰溶融炉１の運転により消耗することから、その消耗量に応じて当該主電極５７を昇降装置６４により消耗相当分を下降させる必要がある。そのため、炉本体５４の炉壁６５には、図４に示す如く、炉内５５を覗く覗き窓６６が設けられていると共に、この覗き窓６６の近傍には赤外線カメラなどのカメラ６７が設置されており、これらカメラによって炉内５５のプラズマアークのアーク長や溶融スラグ５２の液面高さを計測し、適正なアーク長や液面高さに保持して、炉壁の高温化やスラグに対する熱効率の低下、及びスラグの出滓不良などを防止するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した灰溶融炉５１の窓構造では、その運転中、炉内５５に煤塵などが浮遊して見難く、覗き窓６６の窓材６８を通して炉内５５のプラズマアークのアーク長等を赤外線カメラ６７で計測しようとしても、窓材６８が曇っていたりすると、プラズマアークのアーク長を把握することができないおそれがあった。そのため、従来の窓構造においては、窓材６８の炉内５５側に位置する手前の箇所にパージガスＧを外部から窓材６８と平行に吹き込んで、窓材６８の曇りを防止するようにしている。ところが、覗き窓６６の窓材６８と炉本体５４のフランジ面５４ａとの距離が短いことから、パージガスＧを吹き込むと、炉内５５のガスが逆流して窓材６８に煤塵が付着して曇りがとれない場合があった。また、炉内５５が高煤塵雰囲気の場合には、パージガスＧの渦が発生し、この渦部分によって窓材６８が曇ってしまい、パージガスＧの吹き込みによる曇り防止機能を十分に発揮させることができないという不具合を有していた。
【０００５】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、パージガスの渦による悪影響を低減させ、運転中における窓材の曇りを確実に防ぎ、長時間にわたり安定して連続運転を行うことが可能な炉の窓構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、炉本体の炉壁に炉内を覗く覗き窓を設け、かつ該覗き窓を構成する窓材と前記炉壁との間にノズルを設け、該ノズルからパージガスを吹き込む炉の窓構造において、前記覗き窓の窓材と前記炉壁との間に、前記パージガスが吹き込まれるヘッダ部と、前記パージガスが流れる炉内への連通路とを前記窓材側より順に配置し、前記ヘッダ部の径を前記連通路の径よりも大きく形成し、前記ノズルを前記窓材と対向する前記ヘッダ部の支持枠に配置している。
【０００７】
また、本発明においては、前記ヘッダ部の径が前記連通路の径の２倍以上の大きさに形成されていることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記ノズルは、前記窓材と対向する前記ヘッダ部の支持枠に前記窓材の中心へ向かって傾斜して設置され、前記パージガスは、前記ノズルから前記ヘッダ部内を通って前記覗き窓の中心付近に吹き込まれることが好ましい。
そして、本発明においては、前記パージガスの吹込み口が２つ以上設けられていることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における炉の窓構造を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係る窓構造を設置したプラズマ灰溶融炉の概略断面図、図２は本発明の実施形態に係る窓構造を適用した覗き窓の拡大概略断面図である。
本実施形態のプラズマ灰溶融炉１は、図１に示す如く、有底円筒状に形成された耐火構造の炉本体２を有しており、該炉本体２の炉内６は、内周壁１１に囲まれた炉室となっている。また、灰溶融炉１の炉本体２は、炉天井壁３の中央に垂下して設けられる主電極４と、該主電極４に対向して炉底壁５の中央に設けられる炉底電極７と、主電極４及び炉底電極７間に接続され、これら電極間にプラズマアークを発生させる直流電源装置８とを備えている。この直流電源装置８は、炉底電極７側に＋を接続し、主電極４側に−を接続している。
主電極４は、炉内６を上下動すべく、クランプ手段を有する昇降装置１２に昇降可能に支持され、内部に窒素ガスを流す通路が形成された円筒形状のものが使用されており、図示しない窒素ガス発生装置から窒素ガスを送給し、投入された焼却灰を高温プラズマで加熱することによって溶融するように構成されている。
【０００９】
上記炉本体２の外周壁は鉄皮１０で覆われ、その内周壁１１は耐火煉瓦等の耐火物で形成されており、それらの間には、内周壁１１を冷却する図示しない冷却ジャケットが配設されている。そして、炉本体２の下部壁には、溶融スラグ１３及び溶融メタル１４などを排出する図示しない出滓口や下り傾斜の出滓樋が設けられている。なお、炉本体２の出滓口と反対側の上部側壁には、廃棄物などの焼却灰を炉本体２内に投入する灰投入口等（図示せず）が設けられている。
【００１０】
また、炉本体２の外周壁には、図２に示す如く、炉内６を覗く覗き窓１５が設けられていると共に、この覗き窓１５の外側近傍には赤外線カメラなどのカメラ１６が設置されており、従来と同様、これらカメラによって炉内６のプラズマアークのアーク長や溶融スラグ１３の液面高さを計測し、適正なアーク長や液面高さに保持して、炉壁の高温化やスラグに対する熱効率の低下、及びスラグの出滓不良などを防止するように構成されている。赤外線カメラ１６の場合は、好ましくは８μｍ以上の波長のものが用いられ、覗き窓１５を介してプラズマアークのアーク長がモニターを通して観察されるようになっている。
【００１１】
本実施形態の覗き窓１５は、炉本体２の内周壁１１及び鉄皮１０を貫通して設けられており、内側フランジ１７ａが炉本体２のフランジ面２ａに取付けられる支持枠１７と、該支持枠１７の外側フランジ１７ｂに取付けられ、かつ窓材１８が嵌め込まれる収納枠１９とを備えている。
支持枠１７には、窓材１８と炉本体２の内周壁１１との間に位置し、窓材１８側より炉内６へ向かって順に配置するヘッダ部２０と炉内６への連通路２１とが設けられており、ヘッダ部２０には窒素ガスなどのパージガスＧが吹き込まれ、連通路２１にはヘッダ部２０に吹き込んだパージガスＧが流速を上げながら炉内６へ向かって流れるように構成されている。
【００１２】
ヘッダ部２０は、その径Ｄが連通路２１の径ｄよりも大きく、好ましくは２倍以上の大きさに形成され、連通路２１に比較して広いスペースを有しており、吹き込んだパージガスＧがヘッダ部２０で均一に混合されると共に、連通路２１を所定の流速Ｕ（３Ｎｍ／ｓ以上）で一方向へ流れて通過するガスが均一となり、炉内６からのガスを寄せ付けず逆流しないようになっている。しかも、ヘッダ部２０の奥行き長さＬ１は１０ｍｍ以上に形成され、連通路２１の奥行き長さＬ２は３０ｍｍ以上に形成されており、窓材１８から炉内６までの距離を確保するような構造となっている。
また、パージガスＧは、ノズル２２の吹込み口から覗き窓１５の窓材１８の中心付近に向かって吹き込まれ、ノズル２２は、吹き込むパージガスＧの均一化を図るために２つ以上（本実施形態では２つ）設けられている。したがって、ノズル２２は、窓材１８と対向する支持枠１７に窓材１８の中心へ向かって傾斜して設置され、図示しないガス供給源に接続されている。
さらに、赤外線カメラ１６は、視野確保のために炉本体２のフランジ面２ａからの距離Ｌ３が好ましくは３００ｍｍ以内となるように設置されている。これは、本実施形態の窓構造の場合、連通路２１の径ｄが視野の限界であり、赤外線カメラ１６が窓材１８から４０ｍｍ以上離れて設置されるために、視野が制限されるからである。
【００１３】
次に、本発明の実施形態に係る窓構造を設置した灰溶融炉１の運転方法及び窓構造の作用について説明する。
図１に示す如く、灰溶融炉１の炉本体２の炉内６には、図示しない灰投入口から焼却灰が投入され、炉本体２の炉内６を還元雰囲気にした状態で、直流電源装置８により電圧を主電極４及び炉底電極７間に印加する。すると、主電極４及び炉底電極７間にプラズマアークが発生し、炉内６が１０００゜Ｃ以上の雰囲気となり、焼却灰が加熱されて溶融する。
焼却灰は、溶融して溶融スラグ１３と、この溶融スラグ１３の下に沈む溶融メタル１４となって上下に積層される。溶融スラグ１３及び溶融メタル１４が炉底に所定量溜まると、既述のように、溶融スラグ１３は図示しない出滓口から溢れ出て出滓樋を通り、図示しない出滓コンベアを経て排出され、溶融メタル１４は炉本体２を傾倒させることなどによって図示しない出滓口及び出滓樋を経て排出される。
【００１４】
このような灰溶融炉１の運転中では、図２に示す如く、覗き窓１５の窓材１８の中心付近へ向かってパージガスＧがノズル２２からヘッダ部２０内に吹き込まれ、連通路２１を流速Ｕで一方向に流れて通過しながら炉内６へ流れ込むことから、覗き窓１５がパージガスＧの渦の影響を受けずに済み、窓材１８が長時間曇ることはなくなる。したがって、赤外線カメラなどのカメラ１６を用いて、主電極４の先端部及びスラグ液面を撮影してプラズマアークの形状を写し出せば、アーク長及びスラグ液面高さを導き出すことが可能となり、アーク長を一定にして主電極４及び炉底電極７間の電圧を一定に維持することができる。
【００１５】
ここで具体例を上げると、連通路２１内を流れるパージガスＧの流速Ｕが１．３Ｎｍ／ｓの場合には、灰溶融炉１の１時間の運転で窓材１８は曇ったが、流速Ｕが３．４Ｎｍ／ｓの場合には、灰溶融炉１を１５時間運転しても窓材１８は曇らなかった。また、連通路２１の奥行き長さＬ２が０ｍｍの場合には、灰溶融炉１の運転と同時に一瞬で窓材１８は曇ったが、Ｌ２が４０ｍｍの場合には、灰溶融炉１を１５時間運転しても窓材１８は曇らなかった。さらに、ヘッダ部２０の奥行き長さＬ１が０ｍｍの場合には、灰溶融炉１の運転と同時に一瞬で窓材１８は曇ったが、Ｌ１が１０ｍｍの場合には、灰溶融炉１を１５時間運転しても窓材１８は曇らなかった。
そして、ヘッダ部２０の径Ｄと連通路２１の径ｄとの関係がＤ＝２．４ｄの場合には、灰溶融炉１を１５時間運転しても窓材１８は曇らなかった。また、ノズル２２からパージガスＧを窓材１８の中心付近に吹き込んだ場合には、灰溶融炉１を１５時間運転しても窓材１８は曇らなかった。
【００１６】
本発明の実施形態に係るプラズマ灰溶融炉１の窓構造では、炉本体２の炉内６を覗く覗き窓１５の窓材１８と炉本体２の内周壁１１との間に、パージガスＧを吹き込むヘッダ部２０とパージガスＧの流れる連通路２１とが窓材１８側より順に配置されており、ヘッダ部２０の径Ｄが連通路２１の径ｄよりも大きく形成されているため、ヘッダ部２０でパージガスＧが均一に混合され、その結果、連通路２１を通過するパージガスＧも均一となり、灰溶融炉１の運転中に、炉内６のガスが連通路２１を介してヘッダ部２０に逆流することはなく、長時間にわたり窓材１８の曇りを防止することができ、窓材１８を通して赤外線カメラ１６等による炉内６の視認やプラズマアークのアーク長の撮影ができ、灰溶融炉１を安定して連続運転でき、生産性の向上を図ることができる。しかも、本実施形態の窓構造においては、ヘッダ部２０の径Ｄを連通路２１の径ｄに対して２倍以上の大きさに形成したり、パージガスＧを覗き窓１５の窓材１８の中心付近に吹き込んだり、或いはパージガスＧの吹込み口となるノズル２２を２箇所設けているため、より一層確実に窓材１８の曇りを長時間にわたり抑えることができる。
【００１７】
以上、本発明の実施形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、本発明の窓構造は、プラズマ灰溶融炉以外のバーナ式灰溶融炉や電気抵抗式溶融炉等に適用できる。また、ノズル２２の設置数も、炉の機種などに応じて３つ以上設けても良い。
【００１８】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る炉の窓構造は、炉本体の炉壁に炉内を覗く覗き窓を設け、かつ該覗き窓を構成する窓材と前記炉壁との間にノズルを設け、該ノズルからパージガスを吹き込むものであって、前記覗き窓の窓材と前記炉壁との間に、前記パージガスが吹き込まれるヘッダ部と、前記パージガスが流れる炉内への連通路とを前記窓材側より順に配置し、前記ヘッダ部の径を前記連通路の径よりも大きく形成し、前記ノズルを前記窓材と対向する前記ヘッダ部の支持枠に配置しているので、パージガスをヘッダ部で均一に混合することが可能となり、パージガスの渦による悪影響を低減させて運転中における窓材の曇りを確実に防止し、窓材を通したカメラの撮影などによって最適な運転条件を確保でき、長時間にわたり安定した連続運転を行うことができ、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る窓構造が設置されたプラズマ灰溶融炉を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る窓構造が適用された覗き窓を拡大して示す概略断面図である。
【図３】従来の窓構造が設置されたプラズマ灰溶融炉を示す概略断面図である。
【図４】従来の窓構造が適用された覗き窓を拡大して示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  プラズマ灰溶融炉
２  炉本体
３  炉天井壁
４  主電極
５  炉底壁
６  炉内
７  炉底電極
１１  内周壁
１２  昇降装置
１３  溶融スラグ
１４  溶融メタル
１５  覗き窓
１６  赤外線カメラ等
１７  支持枠
１８  窓材
１９  収納枠
２０  ヘッダ部
２１  連通路
２２  ノズル
Ｇ  パージガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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