(57)【要約】【課題】プラズマトーチを使用して焼却灰及び焼却飛灰を混合又は単独で溶融するプラズマ式溶融炉において、プラズマトーチの挿入口における炉内圧のシールと電気的絶縁とを安全かつ確実に行なうことができるプラズマ式溶融炉を提供する。【解決手段】灰を炉内に供給するための供給装置と、炉内でプラズマを発生させるためのプラズマトーチ５と対極と、プラズマにより溶融された灰を保持する炉体１と、プラズマトーチ５が炉内に挿入される部分を密封して炉内の炉内圧をシールするためのシールプレート１５と、シールプレート１５をプラズマトーチ５に押し付けるためのアクチュエータ１６とを備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰を炉内に供給するための供給装置と、
該炉内でプラズマを発生させるためのプラズマトーチと対極と、
該プラズマにより溶融された灰を保持する炉体と、
該プラズマトーチが該炉内に挿入される部分を密封して該炉内の炉内圧をシールするためのシールプレートと、
該シールプレートを該プラズマトーチに押し付けるためのアクチュエータとを備えたことを特徴とするプラズマ式溶融炉。
【請求項２】
前記シールプレートの被覆材として耐熱性材料を用いたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ式溶融炉。
【請求項３】
前記プラズマトーチの外周側からトーチ表面に向けてガスをパージするためのパージ手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ式溶融炉。
【請求項４】
前記パージ手段から供給されるガスは、前記プラズマトーチの挿入部に位置するケーシングを冷却したガスを用いることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ式溶融炉。
【請求項５】
前記アクチュエータは流体圧シリンダからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ式溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ式溶融炉に係り、特に、都市ごみ、下水汚泥、或いはその他の廃棄物を廃棄物焼却施設で焼却することによって発生する焼却灰又は焼却飛灰（バグフィルタで捕集した灰も含む）を溶融処理するプラズマ式溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、或いはその他の廃棄物を廃棄物焼却施設で焼却することによって発生する焼却灰等の減容化処理方法として、この焼却灰をプラズマ式溶融炉等の溶融炉に投入し溶融する方法が行なわれている。
【０００３】
プラズマ式溶融炉は、炉体と、該炉体の上部を覆う天井部とを備え、天井部にはプラズマトーチを挿入するトーチ挿入口が設けられ、炉体の底部にはプラズマトーチと対向して対極（炉底電極）が設けられている。プラズマ式溶融炉においては、プラズマトーチと対極の間に直流電圧を印加し、該プラズマトーチと対極の間にプラズマアークを発生させ、その熱により炉体内に投入された焼却灰を溶融して溶融スラグとしている。
【０００４】
上記構成のプラズマ式溶融炉において、炉の天井部（炉蓋）に設けたトーチ挿入口をシールする方法として、従来は、▲１▼プラズマトーチとトーチ挿入口との間隙にシリカアルミナ系繊維を原料とした綿状のシール材をつめる方法、▲２▼プラズマトーチとトーチ挿入口との間隙に耐熱性パッキンを充填する方法などを採用していた。また、▲３▼プラズマを用いる場合には、金属表面に電位が不可避的に発生するので、絶縁が必要となる。この場合、絶縁を行なう目的で、従来は、エコノマイザと称するトーチ案内筒を使用し、このトーチ案内筒にトーチ挿入口を形成することによって、熱効率を高め、かつ実際のトーチ挿入口の開口面積を狭くしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ式溶融炉においては、上記▲１▼〜▲３▼のいずれの方法によっても、以下のような問題が生じていた。
１）シール材としてシリカアルミナ系繊維を使用しているが、炉内の温度が高温（１３００〜１５００℃）のため寿命が短く、トーチの運転毎にシール材を交換するため、消耗品としてのシリカアルミナ系繊維製のシール材の消費量が多い。
２）操炉のためプラズマトーチを操作すると、固定されていないシール材がトーチとともにずれてしまい、シールが不完全となりやすい。この不完全なシールを修正するのは人手により行なわなければならないが、プラズマトーチの運転中はトーチ表面に電位があって危険なため修正作業ができなかった。
３）従来のエコノマイザと称するトーチ案内筒は冷却していないため、トーチ案内筒の表面温度が高温（例えば、約４００℃）になってしまい、他の装置に熱による損傷等の悪影響を与える可能性があった。
【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、プラズマトーチを使用して焼却灰及び焼却飛灰を混合又は単独で溶融するプラズマ式溶融炉において、プラズマトーチの挿入口における炉内圧のシールと電気的絶縁とを安全かつ確実に行なうことができるプラズマ式溶融炉を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明は、灰を炉内に供給するための供給装置と、該炉内でプラズマを発生させるためのプラズマトーチと対極と、該プラズマにより溶融された灰を保持する炉体と、該プラズマトーチが該炉内に挿入される部分を密封して該炉内の炉内圧をシールするためのシールプレートと、該シールプレートを該プラズマトーチに押し付けるためのアクチュエータとを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、シールプレートをアクチュエータによりプラズマトーチに押し付けることにより、プラズマトーチの挿入口をシールすることができるため、長寿命で交換の必要性が少ないシール装置とすることができる。
【０００８】
本発明の１態様によれば、前記シールプレートの被覆材として耐熱性材料を用いたことを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記プラズマトーチの外周側からトーチ表面に向けてガスをパージするためのパージ手段を備えたことを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記パージ手段から供給されるガスは、前記プラズマトーチの挿入部に位置するケーシングを冷却したガスを用いることを特徴とする。
本発明によれば、シールプレートの冷却はトーチ案内筒を冷却したガスを使用し熱効率を改善するとともに、プラズマトーチからトーチ案内筒や炉体への漏れ電流を防止するためのパージガスの最適吹き込みを行なうことができる。
本発明の１態様によれば、前記アクチュエータは流体圧シリンダからなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るプラズマ式溶融炉の実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。
図１はプラズマ式溶融炉の全体構成を示す概略断面図である。図１に示すように、プラズマ式溶融炉は、耐火物からなる炉体１を備えており、炉体１は、焼却炉等において発生する焼却灰を炉内に供給するための供給口１ａと、炉内で焼却灰が溶融されて生成された溶融スラグを炉内から排出するための排出口１ｂとを備えている。炉体１の上部開口部には、トーチ案内筒２が固定されており、炉体１とトーチ案内筒２との間には絶縁体３が介装されている。そして、トーチ案内筒２の開口２Ａよりプラズマトーチ５が炉内に挿入されている。
【００１０】
また、炉体１の底部には、プラズマトーチ５と対向するように、炉底電極（対極）６が配設されており、プラズマトーチ５と炉底電極６は直流電源装置７に接続されている。なお、炉体１は接地されている。炉体１の供給口１ａには、灰ホッパー８が設置されており、灰ホッパー８の下方には灰供給装置９が配設されている。そして、灰ホッパー８に貯留された焼却灰は、灰供給装置９により炉内に供給されるようになっている。炉体１の排出口１ｂには、スラグ排出シュート１０が設置されており、スラグ排出シュート１０の下端部には水を貯留した水砕水槽１１が設置されている。溶融炉から排出された溶融スラグは、スラグ排出シュート１０を介して水砕水槽１１に供給され、水砕水槽１１内の水により急冷されて水砕スラグとなる。水砕水槽１１内には、スラグコンベア１２が配設されており、水砕スラグはスラグコンベア１２により移送されてスラグ排出口１３より装置外部に排出されるようになっている。また、スラグ排出シュート１０の上方には、排ガス排出口１４が形成されており、溶融炉で発生する排ガスは誘引送風機（図示せず）により排ガス排出口１４から排気され、排ガス処理装置（図示せず）を経て大気に放出されるようになっている。
【００１１】
一方、トーチ案内筒２の直上方には、一対のシールプレート１５，１５が設けられており、一対のシールプレート１５，１５はそれぞれエアシリンダ等の流体圧シリンダからなるアクチュエータ１６，１６に連結されている。一対のシールプレート１５，１５は、アクチュエータ１６，１６を作動させることにより、接離可能になっている。そして、一対のシールプレート１５，１５が互いに密接したときには、一対のシールプレート１５，１５の端部がプラズマトーチ５の外周面に密接するようになっている。
【００１２】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図２に示すように、各シールプレート１５は、半円状の凹部１５ａを有した概略矩形状の平面形状をした板状体からなり、一対のシールプレート１５，１５の凹部１５ａ，１５ａがプラズマトーチ５の外周面に密接したときには、一対のシールプレート１５，１５の端面１５ｂ，１５ｂが互いに密接するようになっている。したがって、一対の流体圧シリンダからなるアクチュエータ１６，１６により、一対のシールプレート１５，１５を密接させることにより、溶融炉の炉内圧がシールされることになる。一対のシールプレート１５，１５により、炉内圧がシールされている間も、プラズマトーチ５は、シールプレート１５，１５に摺接しつつ、矢印Ａ（図１参照）に示すように上下動可能になっているとともに矢印Ｂ（図１参照）に示すように、若干揺動可能になっている。
【００１３】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。図１および図３に示すように、シールプレート１５，１５の直上方には、概略リング状のシールプレート押え１８が設置されており、このシールプレート押え１８とトーチ案内筒２の上端面との間で、一対のシールプレート１５，１５は案内されて円滑に移動するようになっている。
【００１４】
図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、シールプレート１５の詳細構造を示す図である。図４に示すように、シールプレート１５はシリカアルミナ系繊維（セラミックファイバ）をバインダと混合した後に焼成して成形したプレート本体２１と、プレート本体２１の上下面およびプレート本体２１のトーチ側の端面に設けられたシリカアルミナ系繊維からなる綿状のブランケット２２と、プレート本体２１およびブランケット２２の全面を囲むように設けられたシリカアルミナ系繊維（セラミックファイバ）からなる袋状の織布２３とから構成されている。すなわち、シールプレート１５の外面は耐熱性材料であるシリカアルミナ系繊維織布の被覆材により覆われている。したがって、この被覆材としての織布２３は、シールプレート１５のトーチ案内筒２との摩擦に対して寿命を延ばす役割を果たし、かつセラミックファイバ成形焼成品であるプレート本体２１が折損してもその形状を保つ役割を果たす。また、シールプレート１５は、プレート同士およびプレートとプラズマトーチが接触する部分に関しては、シール性をよくするために、シリカアルミナ系繊維を積層して約２５ｍｍの厚みにしたブランケット２２を使用している。
【００１５】
また、トーチ案内筒２の内部には、圧縮空気や圧縮窒素等のガスを通すための連通路２ａが形成されており、連通路２ａに供給された圧縮空気等のガスは、トーチ案内筒２を冷却した後に連通路２ａの開口２ｏよりプラズマトーチ５の外周面に向かって噴出される。これにより、シールプレート１５およびプラズマトーチ５が冷却されるとともに、プラズマトーチ５から炉内のダストを含むガスを伝って炉体１およびトーチ案内筒２に流れる漏れ電流を防止することができる。圧縮空気等のガスをプラズマトーチ５の外周面に向かって供給する連通路２ａおよび開口２ｏは、パージ手段を構成している。
【００１６】
次に、前述のように構成されたプラズマ式溶融炉の作用を説明する。
ごみ焼却炉等で発生した焼却灰は、一旦、灰ホッパー８に貯留され、灰ホッパー８の下方にある灰供給装置９により、供給口１ａから溶融炉内に供給される。直流電源装置７により、プラズマトーチ５と炉底電極６の間に、直流電圧を印加すると、プラズマアークが発生し、溶融炉に投入された焼却灰はプラズマ熱で溶融され、溶融スラグ層３１と溶融金属層３２の２層に分かれる。溶融炉内の溶融スラグ層３１は、焼却灰の供給により増加するので、溶融スラグ層３１における溶融スラグは、炉体１の排出口１ｂからオーバーフローしてスラグ排出シュート１０を通って水砕水槽１１へと流出する。水砕水槽１１では、貯留された水によって、溶融スラグは急速に冷却されて水砕スラグとなり、この水砕スラグはスラグコンベア１２により移送されてスラグ排出口１３から装置外部に排出される。また溶融炉で発生する排ガスは、誘引送風機（図示せず）により排ガス排出口１４から排気され、排ガス処理装置（図示せず）を経て大気に放出される。
【００１７】
上述したように、溶融炉の稼働中、プラズマトーチ５とトーチ案内筒２との間の開口２Ａは、一対の流体圧シリンダからなるアクチュエータ１６，１６が作動して一対のシールプレート１５，１５により密封される。すなわち、一対のアクチュエータ１６，１６が作動すると、一対のシールプレート１５，１５の凹部１５ａ，１５ａはプラズマトーチ５の外周面に密接するとともに、一対のシールプレート１５，１５の端面１５ｂ，１５ｂは互いに密接することになる（図２参照）。そのため、溶融炉内は密封されて炉内の気密が保たれ、炉内圧はシールされる。なお、プラズマトーチ５は、一対のシールプレート１５，１５に密接していても、図１の矢印ＡおよびＢに示すように、上下動および若干の揺動が可能になっている。
【００１８】
また、溶融炉の稼働中、圧縮空気や圧縮窒素等のガスがトーチ案内筒２の連通路２ａを介してプラズマトーチ５に向かって噴出される。そのため、トーチ案内筒２を冷却した後の圧縮ガスにより、シールプレート１５およびプラズマトーチ５が冷却される。圧縮空気等の圧縮ガスをプラズマトーチ５の外周面に一様に吹き付けることにより、トーチの廻りに空気膜等のガス膜が形成されることになり、炉内のダストを含むガスを伝ってトーチ案内筒２に一時的に流れる漏れ電流を防止できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は以下の効果を奏する。
１）シールプレートをアクチュエータによりプラズマトーチに押し付けることにより、プラズマトーチの挿入口をシールすることができるため、長寿命で交換の必要性が少ないシール装置とすることができる。
２）シールプレートをアクチュエータによりプラズマトーチに押し付けることにより、プラズマトーチの挿入口をシールすることができるため、プラズマトーチの運転中にも人手によらず安全な遠隔操作で適切なシール操作ができる。
３）シールプレートの冷却はトーチ案内筒を冷却したガスを使用し熱効率を改善するとともに、プラズマトーチからトーチ案内筒や炉体への漏れ電流を防止するパージガスの最適吹き込みを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ式溶融炉の全体構成を示す概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、シールプレートの詳細構造を示す図である。
【符号の説明】
１      炉体
１ａ    供給口
１ｂ    排出口
２      トーチ案内筒
２ａ    連通路
２ｏ，２Ａ    開口
３      絶縁体
５      プラズマトーチ
６      炉底電極（対極）
７      直流電源装置
８      灰ホッパー
９      灰供給装置
１０    スラグ排出シュート
１１    水砕水槽
１２    スラグコンベア
１３    スラグ排出口
１４    排ガス排出口
１５    シールプレート
１５ａ  凹部
１５ｂ  端面
１６    アクチュエータ
１８    シールプレート押え
２１    プレート本体
２２    ブランケット
２３    織布
３１    溶融スラグ層
３２    溶融金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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