(57)【要約】【課題】  炉体の局部的な熱応力の発生による炉底電極の損傷を抑制することができるプラズマアーク式灰溶融炉を提供する。【解決手段】  炉底２の中央に炉底電極１１が設けられ、炉底電極の軸線Ｌ１を挟んで軸対象となる領域に投入口２２ａ，２２ｂおよび排出口２３を設けて、各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂを、前記軸線Ｌ１を挟んで設けることによって、運転時および停止時に、炉底２の耐火材の変形によって、炉底電極１１に掛かる曲げモーメントを最小にして、炉底電極１１の損傷を抑制することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火材から成り、ケーシングによって覆われる炉体と、
前記炉体の炉底の中央に設けられる炉底電極と、
前記炉底電極の軸線を挟んで設けられる一対のプラズマトーチとを含み、
前記炉体の炉壁には、原料が投入される投入口と、溶融物が排出される排出口とが前記軸線を挟んで軸対象となる領域に形成されることを特徴とするプラズマアーク灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の焼却灰および飛灰などの減容化、有害物質の熱分解による無害化、有価金属の回収などを行うプラズマアーク灰溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術は１本のプラズマトーチと１個の炉底電極より構成された。近年の大型化に伴い、炉内が耐火材から成り、ケーシングによって覆われる炉体に、一対のプラズマトーチと、この一対のプラズマトーチにそれぞれ臨んで設けられる一対の炉底電極を備えるプラズマアーク灰溶融炉が廃棄物処理施設において運転されている。前記一対の炉底電極は、相互に放電しない距離に離間し、かつ炉底の中央を通る軸線に関して軸対象に設けられる。
【０００３】
従来の技術のプラズマアーク灰溶融炉では、起動時には温度上昇にともなって耐火材が熱膨張する。耐火材は、ケーシングによってその変位が規制されているので、熱膨張すると圧縮される。複数の炉底電極は、ほとんど変形しないケーシングに取り付けられ、また各炉底電極は、相互に離間して設けられるので、各炉底電極のまわりの耐火材が熱膨張によって圧縮されると各炉底電極が押されて曲げ応力が作用し、各炉底電極が損傷してしまうおそれがある。
【０００４】
また特許文献１に示すプラズマアーク式灰溶融炉では、耐火材から成る炉体の炉底の中央部に一本の炉底電極を配置し、その炉底電極のまわりに炉底電極とのそれぞれの距離が等しくなるように３本の主電極を配置している。
【０００５】
【特許文献１】特許第３６４３７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数の炉底電極が設けられると、起動および停止を繰返す度に、前述したように炉底電極が押されて、炉底電極が損傷してしまうという問題がある。
【０００７】
したがって本発明の目的は、炉体の局部的な熱応力の発生による炉底電極の損傷を抑制することができるプラズマアーク式灰溶融炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプラズマアーク灰溶融炉は、製鋼用の電気炉と同様に、内部が耐火材から成り、ケーシングによって覆われた炉体で構成され、炉底の中央部に設けられる炉底電極と、前記炉底電極の軸線を挟んで設けられる一対のプラズマトーチとを含み、前記側壁には、原料が投入される投入口と、溶融物が排出される排出口とが前記軸線を挟んで軸対象となる領域に形成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、炉底の中央に炉底電極が設けられるので、起動時および停止時において耐火材が熱膨張して圧縮されても、炉底電極は周囲の耐火材から均等に応力を受けることになり、炉底電極が損傷してしまうことを抑制することができる。当然ながら炉底電極を通過する電流は２倍化する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、炉底電極は水冷した黒鉛等の電気の良導体であり、かつ熱伝導率が高いので溶融メタルに侵されにくい。また、起動時および停止時における炉底の耐火材の変形による炉底電極の損傷が抑制され、炉底電極の損傷を抑制して炉底電極の寿命を向上させることができるので、装置のメンテナンスの頻度を低減することができ、長期にわたって安定した溶融処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施の一形態のプラズマアーク灰溶融炉１を簡略化して示す水平断面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、図３は図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【００１２】
前記プラズマアーク灰溶融炉１は、炉底２、炉底２の周縁部３から上方に立ち上がる円筒状の内周面を有する炉壁４、および炉壁４の上部５を塞ぐ炉蓋６によって構成される炉体７を有する。前記炉体７は、主として耐火レンガなどによって実現される耐火材から成り、炉体７の外表面はケーシングである鉄皮によって覆われる。炉体７に投入される焼却炉によって発生した焼却灰および飛灰などの融点は、１３００℃〜１４００℃程度である。動作時には炉体７の内部の温度は、１６００℃程度になる。
【００１３】
このようなプラズマアーク灰溶融炉１は、さらに炉底電極１１と、１対のプラズマトーチ１２ａ，１２ｂと、１対のプラズマトーチ１２ａ，１２ｂおよび炉底電極１１をそれぞれ冷却する冷却手段１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、作動ガス供給手段１５ａ，１５ｂ、電力供給手段１６ａ，１６ｂと、初期通電に用いられる着火手段１７ａ，１７ｂとを含んで構成される。
【００１４】
炉体７の炉壁４には、所定の方向において一方側および他方側となる位置に焼却灰および飛灰などの原料が投入される投入口２２ａ，２２ｂと、原料の溶融物を排出する排出口２３とが設けられる。投入口２２ａ，２２ｂと排出口２３とは、炉底電極１１の軸線Ｌ１を挟んで軸対象となる領域に設けられる。
【００１５】
投入口２２ａ，２２ｂは、炉壁４の周方向に間隔をあけて設けられる。投入口２２ａ，２２ｂは、炉壁４を貫通する投入口連通孔４２ａ，４２ｂにそれぞれ連なる。
【００１６】
原料が溶融することによって生成される溶融スラグおよび溶融メタルは、貯留部２４に貯留する。排出口２３は、排出口連通孔４３に連通する。
【００１７】
炉底電極１１は、炉底２に形成される貫通孔２５に挿入され、炉底２の中央に設けられる。炉底電極１１は、黒鉛によって形成され、円柱形状を有し、ケーシングに固定される。
【００１８】
炉内に臨む炉底電極１１の上端面３１は、炉底２の内表面３０に連なる位置に設けられて、炉内には突出しない。炉底２の内表面３０は、炉底電極１１が設けられる中央部に向かってすり鉢状に傾斜する。
【００１９】
１対のプラズマトーチ１２ａ，１２ｂは、炉蓋６に形成される挿通孔２６ａ，２６ｂにそれぞれ挿通されて設けられる。各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂは円柱形状を有する。１対のプラズマトーチ１２ａ，１２ｂは、炉底２に離間し、炉底電極１１の軸線Ｌ１を挟んで、軸対象に設けられる。各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂの各軸線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、それぞれ炉底電極１１の軸線Ｌ１に平行に延びる。また本実施の形態では、１対のプラズマトーチ１２ａ，１２ｂは、投入口２２ａ，２２ｂから排出口２３に向かって左右に分かれて形成され、すなわち図１に示すように平面視において前記所定の方向と直交する方向に離間して設けられる。
【００２０】
各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂに対応して炉底電極１１が個別に設けられる場合、すなわち炉底２に各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂに対向する位置に炉底電極１１がそれぞれ設けられる場合、起動時には温度上昇にともなって耐火材が熱膨張することによって耐火材が圧縮され、各炉底電極が押されて曲げ応力が作用し、各炉底電極が損傷してしまうおそれがあるが、本実施の形態のプラズマアーク灰溶融炉１では、炉底電極１１を炉底２の中央に１本だけ設けることによって、炉底２に炉底電極１１を２本設ける場合と比較して、炉底電極１１に与えられる曲げ応力を低減することができ、炉底電極１１の折損を防止することができる。したがって装置のメンテナンスの頻度を低減することができ、長期にわたって安定した溶融処理を行うことができる。
【００２１】
作動ガス供給手段１５ａ，１５ｂは、各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂに空気である作動ガスを個別に供給する。作動ガスは、プラズマトーチ１２ａ，１２ｂの炉底２に臨む先端部から炉底２に向かって噴出する。
【００２２】
電力供給手段１６ａ，１６ｂは、各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂと炉底電極１１とに接続され、運転時にはプラズマトーチ１２ａ，１２ｂおよび炉底電極１１間に８００ボルト（Ｖ）程度の直流電圧を印加する。各プラズマトーチ１２ａ，１２ｂが陽極となり、炉底電極１１が陰極となる。
【００２３】
前述したプラズマアーク灰溶融炉１には、予め定めるスケジュールに従って、原料供給手段１８から供給される焼却炉から発生した焼却灰および飛灰などの原料が投入口２２ａ，２２ｂから投入される。
【００２４】
運転状態では、投入口２２ａ，２２ｂから原料が連続的または間欠的に投入されるとともに、投入された原料の体積に応じて、溶融スラグの一部が排出口２３から排出される。
【００２５】
運転時および停止時に、耐火材が熱膨張および熱収縮して炉底２に与えられる応力は、炉底電極１１が設けられる部分が最も大きくなるが、炉底２の中央に炉底電極１１が設けられるので、耐火材の熱膨張によって、炉底電極１１に掛かる曲げモーメントを最小にすることができ、炉底電極１１の折損を抑制することができる。
【００２６】
図４は、局部的な熱応力による炉底２の変形をシミュレートする条件を示すための炉底２の斜視図であり、図５は局部的な熱応力による炉底２の変形のシミュレーション結果を示す図である。図５において実線は、常温における（変形前の）炉底２を示し、仮想線は炉底電極１１の温度を１８００℃とし、炉底２の温度を１６５０℃としたときの（変形後の）炉底２を示す。また図５において炉底２に生じる応力の大きさをグレースケールで表し、応力が大きくなるほど薄い色で表し、応力が小さくなるほど濃い色で表している。炉底２は、耐火レンガによって形成されるものとした。またシミュレーション条件として、炉底２の周縁部（図４の斜線で示す部分）がＹ方向（炉底電極１１の延びる方向）に変位しないように固定し、炉底２の外周は常温で空冷するものとした。
【００２７】
図５に示すように、炉底２には、炉底電極１１の軸線Ｌ１を中心として線対称に応力が発生することが判る。これによって炉底電極１１には、周囲から均等に応力が与えられるので、局部的な熱応力によって炉底電極１１に与えられる曲げ応力を低減して、炉底電極１１の損傷を抑制することができる。また炉底２の局部的な熱応力の発生による耐火材の損耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の一形態のプラズマアーク灰溶融炉１を簡略化して示す水平断面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】局部的な熱応力による炉底２の変形をシミュレートする条件を示すための炉底２の斜視図である。
【図５】局部的な熱応力による炉底２の変形のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  プラズマアーク灰溶融炉
２  炉底
３  周縁部
４  炉壁
５  上部
６  炉蓋
７  炉体
１１  炉底電極
１２ａ，１２ｂ  プラズマトーチ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  冷却手段
１５ａ，１５ｂ  作動ガス供給手段
１６ａ，１６ｂ  電力供給手段
１７ａ，１７ｂ  着火手段
１８  原料供給手段
２２ａ，２２ｂ  投入口
２３  排出口
２４  貯留部
２５，２６ａ，２６ｂ  貫通孔
３０  内表面
３１  上端面
４２ａ，４２ｂ  投入口連通孔
４３  排出口連通孔
Ｌ１  炉底電極の軸線
Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ  プラズマトーチの軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007218536.tif 000006
【図５】
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