(57)【要約】【課題】  簡単な構造で以って、溶融付着物による炉壁開口の閉塞を確実に防ぐことを可能とした灰溶融炉の開口筒構造、及び灰溶融炉を提供する。【解決手段】  灰溶融炉の炉内外を連通するごとく炉壁２０に貫設された開口筒部１０が、炉外に突出した炉外側筒部１１と炉内に突出した炉内側筒部１２とを有し、該炉内側筒部１２が炉中心側に向けて下方に傾斜する傾斜角度が水平方向に対して約６０°以下となるようにし、好適には前記炉内側筒部１２の上面側形状を、炉内壁面より流下する溶融付着物１５が該炉内側筒部１２の略周方向に流下する形状とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰溶融炉の炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部の構造において、
前記開口筒部の少なくとも上面側を炉内に突出させ、炉内側筒部の上面側表面における流動抵抗を、該筒部の周方向より軸線方向の方が大となるようにしたことを特徴とする灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項２】
灰溶融炉の炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部の構造において、
前記開口筒部の少なくとも上面側を炉内に突出させるとともに、該開口筒部が炉中心側に向けて下方に傾斜する傾斜角度を水平方向に対して約６０°以下となるようにしたことを特徴とする灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項３】
炉内に突出した前記開口筒部の上面側形状を、炉内壁面より流下する溶融付着物が前記開口筒部の略周方向に流下する形状としたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項４】
炉内に突出した前記開口筒部の断面形状を上方が先細状となるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項５】
炉内に突出した前記開口筒部の断面形状を、上方が約６０°以下の狭角を有する山型突起となるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項６】
前記開口筒部を金属材料で形成するとともに、少なくとも炉外側の前記開口筒部を水冷構造としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項７】
前記開口筒部を金属材料で形成するとともに、該開口筒部を二重管からなる水冷構造としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項８】
灰溶融炉の炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部の構造において、
前記開口筒部の少なくとも上面側を炉内に突出させ、該突出した開口筒部の上方に屋根部を被装し、炉内壁面より流下する溶融付着物が該屋根部に沿って前記開口筒部側方に流下するようにしたことを特徴とする灰溶融炉の開口筒構造。
【請求項９】
炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部を有する灰溶融炉において、
前記開口筒部の少なくとも上面側が炉内に突出するとともに、炉内側筒部の上面側表面における流動抵抗が、該筒部の周方向より軸線方向の方が大となるように構成された開口筒部を有することを特徴とする灰溶融炉。
【請求項１０】
炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部を有する灰溶融炉において、
前記開口筒部の少なくとも上面側が炉内に突出するとともに、炉中心側に向けて下方に傾斜する該開口筒部の傾斜角度が水平方向に対して約６０°以下となるように構成された開口筒部を有することを特徴とする灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、灰溶融炉の炉壁に貫設される開口筒部に関し、特に炉の運転に伴い発生する溶融付着物により開口筒部の開口が閉塞しないようにした灰溶融炉の開口筒構造、及び灰溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、焼却灰の減容化及び資源化を目的として、焼却灰を溶融処理してスラグ化する灰溶融炉が広く用いられている。一般に、灰溶融炉には、溶融処理中に炉内の溶融状態等を監視するための覗き窓や炉内温度を計測するための計測座等の複数の開口部が設けられている。
灰溶融炉での溶融処理中、炉内には溶融された焼却灰などから発生した低沸点のナトリウム、カリウム等の塩化物や重金属類を含む蒸気が浮遊しており、これらの塩化物等が炉壁で冷却されて固形物として付着する。特に、開口部近傍は炉外と連通しているため温度降下が著しく、溶融付着物が開口部付近まで流下すると付着物が冷却されて固化し、開口部を閉塞してしまうという問題を有していた。
【０００３】
そこで、開口部に付着したスラグを除去するために、例えば特開平９−２１７９１９号公報（特許文献１）では、開口部近傍のスラグを突き落とすスラグ突き落とし手段を有する覗き窓を提案している。しかし、一旦固化した付着物は、強固に壁面に固着しているためこれを剥離して除去することは容易ではない。
従って、開口部に付着して堆積する以前に除去するようにした技術が特開２００３−５００１０号公報（特許文献２）等に記載されている。これは、開口部から炉内部へ向けて高温パージ流体を送風し、溶融付着物の成長を防止している。
また、特開平１１−２３７０２２号公報（特許文献３）では、炉内温度を検知する温度計を、炉内に燃焼用空気を供給するための空気ノズル孔に配置し、燃焼用空気によりパージする方法が提案されており、これにより溶融付着物を燃焼用空気により排除し、開口部の閉塞を防止している。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１７９１９号公報
【特許文献２】特開２００３−５００１０公報
【特許文献３】特開平１１−２３７０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、炉壁に設けられた開口部の閉塞を防ぐために、従来は棒状体で突き落として剥離除去する方法や、パージ空気を供給して溶融付着物を排除する方法が用いられていた。しかしながら、強固に付着堆積した付着物を突き落とすことは非常に困難であり、また、炉壁上方から流下する溶融付着物をパージ空気のみで排除することは不可能であり、開口部の閉塞を確実に防止することはできなかった。また、炉壁には覗き窓を始めとして炉内温度、スラグ温度、又は炉内圧力等を計測する各種計測座が複数設けられており、これら全ての開口部に付着物を排除可能なように大量のパージ空気を供給すると、炉内温度の変動が大きくなり、円滑な運転ができなくなる惧れがある。
【０００６】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、簡単な構造で以って、溶融付着物による炉壁開口部の閉塞を確実に防ぐことを可能とした灰溶融炉の開口筒構造、及び灰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】
【０００７】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
灰溶融炉の炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部の構造において、
前記開口筒部の少なくとも上面側を炉内に突出させ、炉内側筒部の上面側表面における流動抵抗を、該筒部の周方向より軸線方向の方が大となるようにしたことを特徴とする。
本発明における開口筒部の構造は、焼却灰を溶融処理する灰溶融炉に具備され、例えば炉内を視認して溶融状態を監視するための覗き窓や、炉内温度、スラグ温度、又は炉内圧力等を計測する各種計測座などに適用可能である。
かかる発明によれば、炉内壁面を沿って流下した溶融付着物は炉内側筒部の周方向に沿って流れ落ち、軸線方向には流下しないため筒部開口が付着物により閉塞することがない。
【０００８】
また、灰溶融炉の炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部の構造において、
前記開口筒部の少なくとも上面側を炉内に突出させるとともに、該開口筒部が炉中心側に向けて下方に傾斜する傾斜角度を水平方向に対して約６０°以下となるようにしたことを特徴とする。
本発明者らは、実機で採取された溶融付着物の流動特性を調べたところ、水平方向に対して傾斜角度が６０°以下である場合には付着物が流下しないことが判明した。従って、前記開口筒部の傾斜角度を水平方向に対して６０°以下とすることにより、該筒部の軸線方向には付着物は流下せず、周方向に沿って流下するため筒部開口の閉塞を防止することができる。
【０００９】
また、炉内に突出した前記開口筒部の上面側形状を、炉内壁面より流下する溶融付着物が前記開口筒部の略周方向に流下する形状とすることが好適であり、このような形状とすることにより容易に開口部の閉塞防止を達成することができる。
また、炉内に突出した前記開口筒部の断面形状を上方が先細状となるようにしても良いし、約６０°以下の狭角を上方に有する山型突起となるようにしても良い。
このような筒部形状とすることにより、溶融付着物が筒部上方を周方向に沿って流下することを促進することができる。
【００１０】
さらに、前記開口筒部を金属材料で形成するとともに、少なくとも炉外側の前記開口筒部を水冷構造としたことを特徴とし、好適には前記開口筒部を金属材料で形成するとともに、該開口筒部を二重管からなる水冷構造とすると良い。かかる発明によれば、炉内の高温雰囲気による炉内側筒部の損傷を防止することができる。また二重管構造とすることにより、冷却水の循環が円滑に行なわれる。このとき、前記冷却水を炉底側から炉頂側に向けて通流させることが好ましい。
また、灰溶融炉の炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部の構造において、
前記開口筒部の少なくとも上面側を炉内に突出させ、該突出した開口筒部の上方に屋根部を被装し、炉内壁面より流下する溶融付着物が該屋根部に沿って前記開口筒部側方に流下するようにしたことを特徴とする。これにより、既存の開口筒部にも容易に適用可能な付着物防止構造を提供することができる。
【００１１】
また、炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部を有する灰溶融炉において、
前記開口筒部の少なくとも上面側が炉内に突出するとともに、炉内側筒部の上面側表面における流動抵抗が、該筒部の周方向より軸線方向の方が大となるように構成された開口筒部を有することを特徴とする。
さらにまた、炉内外を連通するごとく炉壁に貫設された開口筒部を有する灰溶融炉において、
前記開口筒部の少なくとも上面側が炉内に突出するとともに、炉中心側に向けて下方に傾斜する該開口筒部の傾斜角度が水平方向に対して約６０°以下となるように構成された開口筒部を有することを特徴とする。
これらの発明によれば、灰溶融炉に貫設けられた開口部が閉塞することがなく、炉内の監視、各種計測等を滞りなく行なうことができ、灰溶融炉の円滑な運転が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上記載のごとく本発明によれば、炉内壁面を沿って流下した付着物は、前記炉内側筒部に到達すると該筒部周方向に沿って流れ落ち、軸線方向には流下しないため筒部開口が付着物により閉塞することを防止できる。
また、前記開口筒部を水冷構造とすることにより、炉内に突出した開口筒部が高温雰囲気に晒されて損傷することを防ぐことができる。
さらに、灰溶融炉が上記したような開口筒部を有することにより、炉内の監視、各種計測等を滞りなく行なうことができ、灰溶融炉の円滑な運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施形態に係る開口筒部は、例えばプラズマアーク式灰溶融炉、旋回式灰溶融炉、バーナ式灰溶融炉、電気抵抗式灰溶融炉等のように、焼却灰を溶融処理する灰溶融炉であれば何れにも配設することが可能である。かかる開口筒部としては、炉内を視認監視する覗き窓、炉内温度、スラグ温度又は炉内圧力等を計測する各種計測座などが挙げられる。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る開口筒部の軸心線に沿う断面図、図５は図１の開口筒部を具備したプラズマアーク式灰溶融炉の概略断面図である。
まず、本実施形態に係る開口筒部１０が配設される灰溶融炉の一例として、図５に示されるプラズマアーク式灰溶融炉２００につき説明する。
かかる灰溶融炉２００は、炉本体２２の天井壁を貫通して配設された主電極２４と、該主電極２４と対向して炉底に配設された炉底電極２５とを有し、これらの電極間に直流電圧を印加してプラズマアークを発生させ、焼却灰を加熱溶融してスラグ化する。
【００１５】
灰溶融炉２００の炉底付近にはプラズマアークにより約１５００℃程度に加熱溶融された溶融スラグ２１が溜まっており、溶融スラグ２１の溶融状態やプラズマアークの生成状態を監視するために、炉内部を視認可能な覗き窓１０Ａを炉壁２０に設置している。さらに、該覗き窓１０Ａの外側に赤外線カメラ２６を配設し、プラズマアークのアーク長等を計測しても良い。覗き窓１０Ａは、例えばプラズマアークの生成部等のように、監視を必要する箇所が視野範囲に入るように設置角度が設定されている。
【００１６】
本実施例では、前記覗き窓１０Ａを炉内に突出させた構造としている。即ち、該覗き窓１０Ａを、炉外側に突出した炉外側筒部１１Ａと炉内側に突出した炉内側筒部１２Ａとから構成されるようにしている。
図６にかかる覗き窓１０Ａを始めとする各種開口筒部１０を具備した灰溶融炉の平断面図を示す。図に示されるように、前記灰溶融炉２００の炉壁２０の炉内外を連通するごとく開口筒部１０が配設されている。ここで、１０Ｂは炉内温度計座、１０Ｃはスラグ温度計座、１０Ａ、１０Ｄは覗き窓で、夫々炉内に突出した炉内側筒部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを有している。尚、前記開口筒部１０の種類、設置位置は一例であり、これらは特に限定されない。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る開口筒部１０の軸心線に沿う断面図（図６のＸ−Ｘ線断面図）である。かかる開口筒部１０は、炉壁２０に設けられた開口部に所定角度で挿入され、炉内に突出した炉内側筒部１２と炉外に突出した炉外側筒部１１とを有するように配設される。該炉内側筒部１２と炉外側筒部１１とは別部材で形成してもよいし、同一部材で一体的に形成してもよいが、少なくとも炉内側筒部１２は炉内の高温、腐食ガス雰囲気下に晒されるため、耐熱性及び耐食性を有する材料で形成する。
また、前記炉内側筒部１２は炉内に向けて開口しており、一方前記炉外側筒部１１は炉外に開口しているが、炉内の高温雰囲気を保つために透過窓１３等により密閉されている。
【００１８】
本実施例では、前記炉内側筒部１２の構造を、その上面側表面における流動抵抗が、該筒部の周方向Ｂ（図２参照）より軸線方向Ａの方が大となるようにしている。前記流動抵抗とは、炉壁を流下する溶融付着物の流動を妨げる流路中のあらゆる要因をいい、例えば炉内側筒部１２の表面粗さ、該筒部の大きさ、曲率、上面角度等が挙げられ、さらに溶融付着物の粘性を考慮に入れることが好ましい。
また、別の炉内側筒部１２の構造として、該筒部が炉中心側に向けて下方に傾斜するようにし、水平方向に対する傾斜角度αが約６０°以下となるようにしても良い。このとき、該傾斜角度αは、勿論所期の目的を達成可能な範囲内で設定することとする。
【００１９】
前記灰溶融炉では、炉内が約９００〜１３００℃程度の高温となるため、溶融スラグ中に含まれる低沸点の重金属類や塩化物等が揮発し、炉内壁に付着して固化するとともに、その一部は炉内壁を伝って流下する。従って、前記したような構造とすることにより、炉内壁面を伝って流下した溶融付着物１５は、前記炉内側筒部１２の周方向に沿って流れ落ち、軸線方向には流下しないため筒部開口が付着物により閉塞することがない。
【００２０】
図２乃至図４は本発明の一実施例に係る炉内側筒部１２の軸心線に直角な断面図（図６のＹ−Ｙ線断面図）である。図２に示される炉内側筒部１２は、上面側筒部１２ａの断面形状が鉛直方向に長径を有する略楕円状である。
また図３では、前記上面側筒部１２ａは、その断面形状が上方に突起を有する山型の構造となっている。さらに、突起部の角度βが約６０℃以下の狭角となるように設定している。尚、下面側の筒部１２ｂの形状は特に限定されない。
図４は、前記炉内側筒部１２ｄを円筒状に形成し、該筒部１２ｄの上方に屋根部１２ｃを被装した構造としている。該屋根部１２ｃは、炉内壁面より流下する溶融付着物が該屋根部に沿って前記開口筒部側方に流下するように形成されている。このとき、該屋根部１２ｃは図に示されるように、上方に突起を有する山型の構造としても良いし、また図２と同様に略楕円状の構造としても良い。
【００２１】
前記灰溶融炉２００では、前記電極間に生成したプラズマアークにより焼却灰が溶融スラグ化し、該焼却灰中に含まれる８００℃程度の低沸点を有する重金属類や塩化物等が揮発し、炉内壁に付着する。
この溶融付着物１５は炉壁２０に沿って流下するが、前記炉内側筒部まで流下すると、前記図１乃至図４に示される構造により該炉内側筒部１２の上面側を筒部周面方向に流下し、下方に流れ落ちる。
このように、前記炉内側筒部１２の存在により炉内壁を流下する溶融付着物１５は開口筒部１０の開口側に流れ落ちることがなく、開口の閉塞を防ぐことができる。
【００２２】
ここで、開口筒部１０の傾斜角度（壁面角度）αを複数設定して実験を行なったときの溶融付着物の付着状況を図９を参照して説明する。サンプルは実機の溶融付着物から採取し、試験炉における開口筒部の傾斜角度αは６０°、６５°、７０°に設定して実験を行なった。
その結果、試験炉内温度が３００℃では、何れの角度においてもサンプルは固化した状態でたれ状況に変化は現れなかったが、炉内を６００℃とするとサンプルが溶けて形が崩れ始めた。しかし、この温度では垂れは発生しなかった。
【００２３】
さらに、炉内温度を６３０℃とするとサンプルが垂れて減少し始め、傾斜角度αが６５°以上でサンプルの垂れが見られた。また、炉内温度を７００℃以上とするとサンプルが完全に溶融して流下し、角度αを６５°以上に傾斜させた開口筒部ではサンプルの垂れが発生した。しかし、何れの温度においても、角度αが６０°の開口筒部では垂れは生じなかった。かかる試験結果より、焼却灰の溶融付着物においては、水平方向に対する開口筒部の傾斜角度αを６０°以下とすることにより開口に溶融スラグが垂れることはなく、該開口の閉塞を確実に防止可能であることが明らかとなった。
【実施例２】
【００２４】
本実施例２における灰溶融炉の開口筒部１０は前記実施例１と同様に、炉外側に突出した炉外側筒部１１と炉内部に突出した炉内側筒部１２とを有しており、さらに本実施例では該筒部が水冷構造を採用した構成としている。
図７に本発明の実施例２に係る水冷構造を備えた開口筒部の斜視図を示す。かかる開口筒部１０は炉外側筒部１１に冷却水流路を設け、冷却水を通流させて該開口筒部を冷却する構成としている。また、かかる実施例では開口筒部１０を金属材料で形成して熱伝導率が高くなるようにし、炉外側筒部１１からの伝熱効果により前記炉内側筒部１２を冷却するようにしている。このとき、冷却水供給口１７を炉底側に設け、冷却水排出口１８を炉頂側に設けて冷却水を炉底側から炉頂側に向けて通流させることが好適である。
これにより、炉内高温雰囲気による開口筒部１０の損傷を防止することが可能となる。
【００２５】
また、図８は別の一実施例に係る水冷構造を説明する側断面図であり、前記炉外側筒部１１から炉内側筒部１２にかけて水冷構造を形成し、さらに該筒部が二重管構造となるようにしている。これにより、炉内側筒部１２の冷却効果が向上するとともに、二重管により冷却水が円滑に循環することとなる。またかかる実施例においても、前記冷却水を炉底側から炉頂側に向けて通流させることが好ましい。
尚、本実施例は、前記第１実施例に記載した全ての構造に付加させることができるため、溶融付着物による開口の閉塞を防止可能であるという効果を併せ持つことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本実施形態にて例示した覗き窓、計測座の他に、炉壁側部に設けられた排ガスダクトにも本実施形態に係る開口筒部の構造を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１に係る開口筒部の軸心線に沿う断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る炉内側筒部の軸心線に直角な断面図である。
【図３】図２とは別の一実施例に係る炉内側筒部の軸心線に直角な断面図である
【図４】図２、図３とは別の一実施例に係る炉内側筒部の軸心線に直角な断面図である。
【図５】図１の開口筒部を具備したプラズマアーク式灰溶融炉の概略断面図である。
【図６】図１の開口筒部を具備した灰溶融炉の平断面図である。
【図７】本発明の実施例２に係る水冷構造を備えた開口筒部の斜視図である。
【図８】図７とは別の一実施例に係る水冷構造を説明する側断面図である。
【図９】開口筒部の傾斜角度を複数設定した時の溶融付着物の付着状況を示す表である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    開口筒部
１０Ａ  覗き窓
１１    炉外側筒部
１２    炉内側筒部
１３    透過窓
１５    溶融付着物
１７    冷却水供給口
１８    冷却水排出口
２０    炉壁
２００  プラズマ式灰溶融炉
【図１】
2005155946.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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