(57)【要約】【課題】炉蓋のプラズマトーチ挿通部分の補修を少人数で短期間に容易に行うこと。【解決手段】内部が空洞で上方が開口した炉本体１１と、この炉本体１１の開口を蓋する本体蓋３２ａと当該本体蓋３２ａの中央部分に形成された貫通口に嵌合された中心蓋３２ｂとから成る炉蓋３２と、中心蓋３２ｂの中心部分に形成された貫通口３２ｂ１に挿入されたプラズマトーチ１５と、このプラズマトーチ１５と対向する炉本体１１の底部位置に配設された炉底電極１６とを有し、プラズマトーチ１５と炉底電極１６との間に電圧を印加し、この印加により発生するプラズマアークによる熱で炉本体１１に収容された被溶融物を溶融する。この構成において、中心蓋３２ｂの貫通口３２ｂ１に、耐火物により形成された円筒状のスリーブ３２ｃを嵌合し、このスリーブ３２ｃの貫通口３２ｃ１にプラズマトーチ１５を挿入する。【選択図】  図２
2011075187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が空洞で上方が開口した炉本体と、この炉本体の開口を蓋する本体蓋と当該本体蓋の中央部分に形成された貫通口に嵌合された中心蓋とから成る炉蓋と、前記中心蓋の中心部分に形成された貫通口に挿入された第１電極と、この第１電極と対向する炉本体の底部位置に配設された第２電極とを有し、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、この印加により発生するプラズマアークによる熱で炉本体に収容された被溶融物を溶融する溶融炉において、
前記中心蓋は、貫通口を有する中心蓋本体と、この中心蓋本体の貫通口に嵌合され、耐火物により形成された円筒状のスリーブとを備え、
前記スリーブの円筒の貫通口に前記第１電極が挿入されることを特徴とする溶融炉。
【請求項２】
前記中心蓋本体の貫通口は、内周が上側開口から下側開口に向かって狭まる第１のテーパー形状を成し、前記スリーブは、外周が前記第１のテーパー形状に嵌合する第２のテーパー形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の溶融炉。
【請求項３】
前記中心蓋本体の貫通口の第１のテーパー形状は、４度以上の角度を有することを特徴とする請求項２に記載の溶融炉。
【請求項４】
前記スリーブの径方向の厚みは、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ、下水汚泥、その他の廃棄物等を廃棄物焼却施設で焼却することにより発生する焼却灰又は焼却飛灰などを溶融処理する溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼却灰又は焼却飛灰を溶融処理する溶融炉として、例えば図１（ａ）に示すプラズマ式の溶融炉１０がある。この溶融炉１０は、内部が空洞で上方が開口した凹状を成す炉本体１１と、この炉本体１１の上部開口を蓋する炉蓋１２とから成る。炉本体１１及び炉蓋１２ともに、アルミナを主成分として骨材を混合したキャスタブル等の不定形耐火物で形成されており、この耐火物の外周面が図示せぬ鉄皮等の被覆物で覆われている。
【０００３】
炉蓋１２は、炉本体１１の開口を蓋する本体蓋１２ａと、この本体蓋１２ａの中央部分の小径の貫通口に嵌合された中心蓋１２ｂとから成り、中心蓋１２ｂの中心部分に貫通口が形成され、この貫通口にプラズマトーチ１５が上下方向に調節可能に挿入されている。また、中心蓋１２ｂのプラズマトーチ１５を挿通する貫通口の下部分は崩れて落ちやすいため、スタッドと呼ばれる支持金具を内蔵して補強されている。
【０００４】
炉本体１１の底部には、プラズマトーチ１５と対向する位置に貫通口が形成され、この貫通口に炉底電極１６が挿入固定されている。プラズマトーチ１５と炉底電極１６にはプラズマトーチ１５に電力を供給する電源１７が接続されており、電源１７によりプラズマトーチ１５と炉底電極１６との間に直流電圧を印加して、プラズマトーチ１５と炉底電極１６との間にプラズマアークを発生させるようになっている。
【０００５】
炉本体１１の側壁には、矢印Ｙ１で示すように焼却灰等の被溶融物を炉内に投入する貫通口による投入口１８が形成され、更に、炉本体１１底部で被溶融物が溶融した溶融スラグ２０が矢印Ｙ２で示すようにオーバーフローして外部の貯留層２１に排出される貫通口による湯口２２が形成されている。また、溶融スラグ２０がオーバーフローして湯口２２から貯留層２１へ排出される縦型の通路２４の上部には排出口２５が形成され、炉本体１１で発生した排ガスが矢印Ｙ３で示すように排出口２５から排出されるようになっている。
【０００６】
このような構成の溶融炉１０において、被溶融物を図示せぬスクリュー式押出器によって投入口１８から炉本体１１内部へ投入する。そして、電源１７によりプラズマトーチ１５と炉底電極１６との間に直流電圧を印加すると、プラズマトーチ１５と炉底電極１６との間にプラズマアークが発生する。このプラズマアークにより発生するプラズマ熱によって被溶融物が溶融され、溶融スラグ２０となる。この溶融スラグ２０が更なる被溶融物の投入によって増加して行くと湯口２２からオーバーフローし、通路２４へ排出される。この排出された溶融スラグ２０は、水が入った貯留層２１へ落ちて急速に冷却され、水砕スラグ２０ａとなる。
【０００７】
この種の溶融炉として特許文献１に記載のものが有る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−５０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上述した従来の溶融炉１０においては、プラズマアークにより発生するプラズマ熱によって被溶融物を１４００〜１５００°Ｃといった高熱で溶融するが、この際、炉蓋１２の中心蓋１２ｂがプラズマトーチ１５である熱源に近く更に形状面で角部を有することから高熱によって溶損や欠け等のダメージ（損耗）を受け易い。このダメージによって支持金具が露出し、この露出した支持金具とプラズマトーチ１５との間で放電が生じ、更なるダメージを受けることになる。このようなダメージを受けた場合、中心蓋１２ｂの損耗部分を耐火物で補修する必要がある。
【００１０】
この補修を行う場合、まず、（１）中心蓋１２ｂを図１（ｂ）に示すように本体蓋１２ａから持上げて取り出し、仰向けに反転する。この作業に１日を要する。次に、（２）中心蓋１２ｂの耐火物の解体並びに支持金具の除去を行い、この後、支持金具の取り付けを行う。この作業に１日を要する。次に、（３）中心蓋１２ｂの枠掛けを行なった後、耐火物の埋め込み作業を行う。この作業に１日を要する。更に、（４）耐火物の埋め込み作業の後、一晩養生を行う。次に、（５）枠を取り外し、中心蓋１２ｂを本体蓋１２ａに取り付ける。この作業に１日を要する。最後に（６）中心蓋１２ｂをバーナーで乾燥させる。この作業に１日〜２日を要する。このように中心蓋１２ｂの補修を行う場合、（１）〜（６）の合計５日〜６日の煩雑で日数を要する作業工程が必要となり、更に安全上複数人の人員が必要となる問題があった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、炉蓋のプラズマトーチ挿通部分の補修を少人数で短期間に容易に行うことができる溶融炉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】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明は、内部が空洞で上方が開口した炉本体と、この炉本体の開口を蓋する本体蓋と当該本体蓋の中央部分に形成された貫通口に嵌合された中心蓋とから成る炉蓋と、前記中心蓋の中心部分に形成された貫通口に挿入された第１電極と、この第１電極と対向する炉本体の底部位置に配設された第２電極とを有し、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、この印加により発生するプラズマアークによる熱で炉本体に収容された被溶融物を溶融する溶融炉において、前記中心蓋は、貫通口を有する中心蓋本体と、この中心蓋本体の貫通口に嵌合され、耐火物により形成された円筒状のスリーブとを備え、前記スリーブの円筒の貫通口に前記第１電極が挿入されることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、第１電極はスリーブのみによって囲まれているので、第１電極と第２電極間に発生するプラズマアークによる高熱で溶損や欠け等のダメージ（損耗）を受けるのはスリーブのみとなる。従って、スリーブが損耗した際にその補修を行う場合、まず、第１電極を抜き去り、損耗したスリーブをブレーカー、ハンマーやバール等で破壊して炉本体の内部に落とす。この後、新品のスリーブを中心蓋の貫通口に嵌合し、更にスリーブの貫通口に第１電極を挿入すればよい。この補修作業は、一人で且つ１日以内で容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明は、前記中心蓋本体の貫通口は、内周が上側開口から下側開口に向かって狭まる第１のテーパー形状を成し、前記スリーブは、外周が前記第１のテーパー形状に嵌合する第２のテーパー形状を成すことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、スリーブの外周面が炉本体の底部に向かって狭まるテーパー形状であり、中心蓋の貫通口も同様にテーパー形状であるため、スリーブを中心蓋の貫通口に嵌合した際に、スリーブが本体蓋の内部に滑落することは無い。
【００１６】
また、本発明は、前記中心蓋本体の貫通口の第１のテーパー形状は、４度以上の角度を有することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、スリーブを中心蓋の貫通口に嵌合した際に、スリーブが本体蓋の内部に滑落することを確実に防止することが出来る。
【００１８】
また、本発明は、前記スリーブの径方向の厚みは、５０ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、スリーブの径方向の厚みが少なくとも５０ｍｍあるので、物理的に強い強度となり、強度不足によってひび割れが発生することが無くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）従来の溶融炉の構成を示す断面図、（ｂ）溶融炉の中心蓋部分の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る溶融炉の構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）本実施形態の溶融炉の中心蓋の平面図、（ｂ）中心蓋の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態に係る溶融炉の構成を示す断面図である。図３は、図２に示す溶融炉３０の炉蓋３２の中心蓋（中心蓋本体）３２ｂの構成図である。図３（ａ）は中心蓋３２ｂの平面図、（ｂ）は断面図である。スリーブ３２ｃは、支持金具を使用しない耐火物のみで形成されており、円筒状の内周側にプラズマトーチ１５を挿入する貫通口３２ｃ１を有し、外周面が上から下へ向かって角度θで内側に傾斜するテーパー形状となっている。つまり、スリーブ３２ｃの上端面の直径方向の厚みＬ１が、下端面の直径方向の厚みＬ２よりも大きくなっている。
【００２３】
また、スリーブ３２ｃが嵌合される中心蓋３２ｂの貫通口３２ｂ１も、そのスリーブ３２ｃの外周面と平行なテーパー形状を成す。貫通口３２ｂ１にスリーブ３２ｃを嵌合した際に例えば６ｍｍ程度の隙間が開く寸法となっており、その約６ｍｍの隙間にモルタルが詰められるようになっている。
【００２４】
このようにスリーブ３２ｃは下方に向かって外周径が狭まるテーパー形状であるため、スリーブ３２ｃを中心蓋３２ｂの貫通口３２ｂ１に嵌合した際に、スリーブ３２ｃが本体蓋１２ａに滑落することは無い。このようにスリーブ３２ｃが滑落しないテーパー形状とするには、スリーブ３２ｃの上から下へ向かう外周面の角度θを４度以上とすればよい。また、スリーブ３２ｃの下端面の直径方向の厚みＬ２は、少なくとも５０ｍｍ以上に形成され、強度不足によってひび割れが発生しないようになっている。また、スリーブ３２ｃは予めアウトラインで製造して保存しておく。
【００２５】
このような構成の炉蓋３２を図２に示すように炉本体１１の開口に被せ、次のように被溶融物の溶融処理を行う。即ち、被溶融物を図示せぬスクリュー式押出器によって投入口１８から炉本体１１の内部へ投入し、電源１７によりプラズマトーチ１５と炉底電極（第２電極）１６との間に直流電圧を印加する。これによって、プラズマトーチ１５と炉底電極１６との間にプラズマアークが発生し、このプラズマアークにより発生するプラズマ熱によって被溶融物が溶融され、溶融スラグ２０となる。この溶融スラグ２０が更なる被溶融物の投入によって増加して行くと湯口２２からオーバーフローし、通路２４へ排出される。この排出された溶融スラグ２０は、水が入った貯留層２１へ落ちて急速に冷却され、水砕スラグ２０ａとなる。
【００２６】
このような溶融処理によって、プラズマトーチ１５に接するスリーブ３２ｃが高熱により溶損や欠け等のダメージ（損耗）を受けた場合、その損耗部分の補修を行うが、この炉蓋３２の構成では、スリーブ３２ｃのみが損耗するので次のように補修すればよい。即ち、プラズマトーチ１５を抜き去り、損耗したスリーブ３２ｃをブレーカー、ハンマーやバール等で破壊して炉本体１１の内部に落とす。この後、新品のスリーブ３２ｃを中心蓋３２ｂの貫通口３２ｂ１にモルタルを介して嵌合し、更にスリーブ３２ｃの貫通口３２ｃ１にプラズマトーチ１５を挿通して所定位置に保持する。
【００２７】
このように本実施形態の溶融炉３０は、内部が空洞で上方が開口した炉本体１１と、この炉本体１１の開口を蓋する本体蓋３２ａと当該本体蓋３２ａの中央部分に形成された貫通口に嵌合された中心蓋３２ｂとから成る炉蓋３２と、中心蓋３２ｂの中心部分に形成された貫通口３２ｂ１に挿入されたプラズマトーチ１５と、このプラズマトーチ１５と対向する炉本体１１の底部位置に配設された炉底電極１６とを有し、プラズマトーチ１５と炉底電極１６との間に電圧を印加し、この印加により発生するプラズマアークによる熱で炉本体１１に収容された被溶融物を溶融するものである。
【００２８】
本実施形態の特徴は、中心蓋３２ｂの貫通口３２ｂ１に、耐火物により形成された円筒状のスリーブ３２ｃを嵌合し、このスリーブ３２ｃの貫通口３２ｃ１にプラズマトーチ１５を挿入した構成にある。
【００２９】
この構成によれば、プラズマトーチ１５はスリーブ３２ｃのみによって囲まれているので、プラズマトーチ１５と炉底電極１６間に発生するプラズマアークによる高熱で溶損や欠け等のダメージ（損耗）を受けるのはスリーブ３２ｃのみとなる。従って、スリーブ３２ｃが損耗した際にその補修を行う場合、まず、プラズマトーチ１５を抜き去り、損耗したスリーブ３２ｃをハンマーやバール等で破壊して炉本体１１の内部に落とす。この後、新品のスリーブ３２ｃを中心蓋３２ｂの貫通口に嵌合し、更にスリーブ３２ｃの貫通口にプラズマトーチ１５を挿入すればよい。
【００３０】
つまり、前述の［発明が解決しようとする課題］で説明した（１）〜（６）の合計５日〜６日の煩雑で日数を要する作業工程が不要となる。従って、本実施形態では補修作業を、一人で且つ１日以内で容易に行うことができる。言い換えれば、炉蓋３２のプラズマトーチ１５の挿通部分の補修を少人数で短期間に容易に行うことができる。
【００３１】
また、中心蓋３２ｂの貫通口は、炉本体１１の開口に炉蓋３２をした状態で、当該炉本体１１の底部に向かって狭まる第１のテーパー形状を成す。また、スリーブ３２ｃは、その第１のテーパー形状と平行な第２のテーパー形状を成す。従って、中心蓋３２ｂの貫通口にスリーブ３２ｃが嵌合される。
【００３２】
この構成によれば、スリーブ３２ｃの外周面が炉本体１１の底部に向かって狭まるテーパー形状であり、中心蓋３２ｂの貫通口も同様にテーパー形状であるため、スリーブ３２ｃを中心蓋３２ｂの貫通口に嵌合した際に、スリーブ３２ｃが本体蓋３２ａの内部に滑落することは無い。
【００３３】
更に、中心蓋３２ｂの貫通口の第１のテーパー形状は、４度以上の角度を有する構成とした。この構成によれば、スリーブ３２ｃを中心蓋３２ｂの貫通口に嵌合した際に、スリーブ３２ｃが本体蓋３２ａの内部に滑落することを確実に防止することが出来る。
【００３４】
更には、スリーブ３２ｃの径方向の厚みは、５０ｍｍ以上である構成とした。この構成によれば、スリーブ３２ｃの径方向の厚みが少なくとも５０ｍｍあるので、物理的に強い強度となり、強度不足によってひび割れが発生することが無くなる。
【符号の説明】
【００３５】
１０，３０  溶融炉
１１  炉本体
１２，３２  炉蓋
１２ａ，３２ａ  本体蓋
１２ｂ，３２ｂ  中心蓋
３２ｂ１  中心蓋の貫通口
３２ｃ  スリーブ
３２ｃ１  スリーブの貫通口
１５  プラズマトーチ
１６  炉底電極
１７  電源
１８  投入口
２０  溶融スラグ
２１  貯留層
２２  湯口
２４  通路
２５  排出口
【図１】
2011075187.tif 000003
【図２】
2011075187.tif 000004
【図３】
2011075187.tif 000005