(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部及び下部から内部に電極をそれぞれ差し込まれた本体の内部に供給された被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であって、前記本体の内部の底面に設けられたベースメタルの上面位置よりも低い高さ位置のみとなる当該本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように下部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする溶融炉。
【請求項２】
前記ベースメタルの上面よりも上方に設けられた排出口の位置よりも高い高さ位置のみとなる前記本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように上部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする請求項１に記載の溶融炉。
【請求項３】
前記水冷フィンの内部に冷却水を流通させる流路に、当該冷却水の流れを蛇行させるじゃま板を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや産業廃棄物、下水汚泥などを焼却処理して生じた焼却灰を溶融処理する場合に用いられる溶融炉の一例を図４に示す。
図４に示すように、耐火物からなる本体２１には、電極２２が上部及び下部から内部にそれぞれ差し込まれている。これら電極２２は、電源２３に電気的に接続されている。本体２１の内部の底面には、ベースメタル２４が設けられている。本体２１の外面には、冷却ジャケット２５が設けられている。
【０００３】
このような溶融炉では、冷却ジャケット２５に冷却水を流し、本体２１の周囲を冷却する一方、電源２３から電極２２に電力を供給し、電極２２間にプラズマアーク１２を発生させ、本体２１内に供給された焼却灰を溶融し、スラグ１１として図示しない排出口から外部へ排出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような溶融炉では、前記排出口の位置が固定されているので、スラグ１１は、本体２１の内部で常に一定の高さに位置するようになる。このため、本体２１の内壁の前記排出口とベースメタル２４との間の部分は、高温状態のスラグ１１から多大な熱負荷を常に受けるだけでなく、スラグ１１の生成に伴う流動による衝突を常に受けるようになるので、非常に浸食されやすくなっている。このような浸食が進行すると、図５中に点線で示したようにして本体２１の壁面が薄くなってしまうので、本体２１の内部の熱損失が大きくなり、溶融に要するエネルギに無駄が多くなってしまう。このようなことから、上記溶融炉では、溶融処理を度々中断して本体２１を補修しなければならないので、溶融処理に係る効率が悪くなるだけでなく、溶融処理に係るコストが高くなってしまう。
【０００５】
このような問題は、焼却灰を溶融する場合に限らず、被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であれば十分に起こり得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による溶融炉は、上部及び下部から内部に電極をそれぞれ差し込まれた本体の内部に供給された被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であって、前記本体の内部の底面に設けられたベースメタルの上面位置よりも低い高さ位置のみとなる当該本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように下部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る溶融炉は、前記ベースメタルの上面よりも上方に設けられた排出口の位置よりも高い高さ位置のみとなる前記本体の外面部分に当該本体の壁面内部の中央部分まで到達するように上部水冷フィンを当該本体の周方向に沿って複数設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る溶融炉は、前記水冷フィンの内部に冷却水を流通させる流路に、当該冷却水の流れを蛇行させるじゃま板を設けたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
前述したように構成された本発明の溶融炉によれば、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分が冷却フィンにより冷却されるので、上記部分の熱負荷が軽減される。
【００１０】
このような冷却フィンに前述したような流路を設ければ、当該流路に冷却水を流すことにより、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分の冷却効果をさらに高くすることができるので、上記部分の熱負荷をさらに軽減することができる。
【００１１】
また、この冷却フィンの流路に前述したようなじゃま板を設ければ、冷却水が冷却フィンの内部をまんべんなく流れるようになるので、冷却効果をさらに高めることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明による溶融炉を用いて焼却灰を溶融処理する場合の一実施例を図１〜３に基づいて説明する。なお、図１は、その概略構造を表す断面図、図２は、図１の矢線II部の抽出拡大図、図３は、図２のIII −III 線断面矢視図である。
【００１３】
図１に示すように、耐火物からなる本体１には、黒鉛製の電極２が上部及び下部から内部にそれぞれ差し込まれている。これら電極２は、電源３に電気的に接続されている。本体１の内部の底面には、ベースメタル４が設けられている。本体１には、内部と外部とを連通させる図示しない排出口がベースメタル４の上面よりも上方となる所定の位置に設けられている。
【００１４】
図１，２に示すように、ベースメタル４の上面位置よりもわずかに低い高さ位置となる本体１の外面部分には、内部に冷却水を流通させる冷却フィンである下部水冷フィン６が当該本体１の壁面内部の中央部分まで到達するように設けられており、当該下部水冷フィン６は、本体１の周方向に沿って複数設けられている。また、前記排出口の位置よりもわずかに高い高さ位置となる本体１の外面部分には、内部に冷却水を流通させる冷却フィンである上部水冷フィン７が当該本体１の壁面内部の中央部分まで到達するように設けられており、当該上部水冷フィン７は、本体１の周方向に沿って複数設けられている。
【００１５】
図３に示すように、上部水冷フィン７は、その内部に冷却水の流路７ａが形成されると共に、冷却水の流通を本体１の周方向に沿って蛇行させるじゃま板７ｂが設けられる一方、その外面に冷却水の給水口７ｃ及び排出口７ｄがそれぞれ形成されている。つまり、上記給水口７ｂから流路７ａに冷却水を供給すると、冷却水は、じゃま板７ｂにより流路７ａ内を蛇行しながら流れて排水口７ｄから排出されるのである。また、前記下部水冷フィン６も、上記上部水冷フィン７と同様な構造となっている。
【００１６】
図１に示すように、本体１の外面には、冷却ジャケット５が前記下部水冷フィン６及び上部水冷フィン７の部分を除いて設けられている。
なお、図１中、１１はスラグ、１２はプラズマアークである。
【００１７】
このような溶融炉では、冷却ジャケット５、下部水冷フィン６、上部水冷フィン７に冷却水をそれぞれ供給する一方、電源３から電極２に電力を供給し、電極２間にプラズマアーク１２を発生させ、本体１内に供給された焼却灰を溶融してスラグ１１として前記排出口から外部へ排出する。
【００１８】
前記スラグ１１は、本体１の内壁の前記排出口とベースメタル４との間の部分、即ち、スラグ１１の上面の高さ位置とスラグ１１の下面の高さ位置との間の本体１の壁面部分に多大な熱負荷を与えるものの、下部水冷フィン６及び上部水冷フィン７が上記部分を挟んでいるため、当該部分は、スラグ１１からの熱が図２中に点線で示すような方向で分散されながら上記水冷フィン６，７により吸収されることにより、熱負荷が大幅に軽減され、浸食されにくくなる。このため、本体１の壁面の上記部分は、薄くなりにくくなる。
【００１９】
従って、本体１の内部の熱損失量を大幅に低減することができ、溶融に要するエネルギを有効に利用することができる一方、本体１の寿命を延ばすことができるので、本体１の補修頻度を大幅に減少させることができ、長時間運転が可能となり、処理効率を大幅に向上させて、処理コストを大幅に低減させることができる。
【００２０】
このような本発明による溶融炉の従来の溶融炉に対する優位性は以下の理由によると考えられる。
本発明による溶融炉（以下、本炉と呼ぶ）及び従来の溶融炉（以下、従来炉と呼ぶ）の起動後、本炉と従来炉とで熱ロスが同一となったと仮定し、この時点から開始して一定時間が経過した後の状態を比較する。
記号
ＴS ：浸食部分のスラグ温度
ＴW ：冷却部分の温度
Ｑ：スラグから冷却部分への熱ロス
Ａ：スラグから冷却部分への熱ロス面積
Ｌ：本体へ浸食したスラグ部分から冷却部分までの本体の平均厚さ
λ：本体の熱伝導率
α：本炉の識別符号
β：従来炉の識別符号
ｘ，ｙ：定数    但し、ｘ＞１，ｙ＞１，ｘ＜ｙ
【００２１】
この時、スラグからの冷却部分への熱ロスは、下記の式（１）で表すことができる。
【数１】
0003746533.tif 000002
ここで、ＴS 及びＴW は一定であるので、以下（ＴS −ＴW ）を除いて比較する。
【００２２】
熱ロスが同一時、即ち、開始時（符号1 とする）における本炉の熱ロスは、下記の式（２）で表わされ、従来炉の熱ロスは、下記の式（３）で表わされる。
【数２】
0003746533.tif 000003
ここで、両者の熱ロスが同一であるので、下記の式（４）の関係が成り立つ。
【数３】
0003746533.tif 000004
伝熱面を比べると、本炉は冷却部分がフィンで挟まれていることにより従来炉より広くなるので、下記の式（５）の関係が成り立ち、この式（５）から下記の式（６）が導き出される。
【数４】
0003746533.tif 000005
【００２３】
一方、一定時間経過後（符号2 とする）における本炉の熱ロスは、下記の式（７）で表わされ、従来炉の熱ロスは、下記の式（８）で表わされる。
【数５】
0003746533.tif 000006
ここで、両者の浸食速度について比較検討する。
従来炉は式（６）から本体のＬが短く本体の壁面内での温度勾配が急となるため、浸食に対して弱く、即ち、浸食が本炉より早く進む。よって、下記の式（９）が成り立ち、この式（９）から下記の式（１０）が成り立つ。
【数６】
0003746533.tif 000007
【００２４】
また、浸食部分は形状があまり変化せずに浸食が進むので、下記の式（１１）が成り立つ。
【数７】
0003746533.tif 000008
このようなことから、一定時間経過後の本炉と従来炉との熱ロスを比較すると、両者の熱ロスは式（７）及び式（８）でそれぞれ表わされるので、これら式（７）、（８）に式（１０）、（１１）を代入することにより、下記の式（１２）が得られる。
【数８】
0003746533.tif 000009
ここで、ｘ及びｙは１よりも大きく、ｙはｘよりも大きいため、下記の式（１３）が成り立ち、この式（１３）から式（１４）が成り立つ。
【数９】
0003746533.tif 000010
よって、式（１２）は下記の式（１５）となる。
【数１０】
0003746533.tif 000011
従って、一定時間経過後では本炉の方が従来炉より熱ロスが少ないのである。
【００２５】
なお、前述した実施例では、プラズマアーク１２を発生させて焼却灰１１を溶融処理する溶融炉の場合について説明したが、これに限らず、被溶融体を溶融してスラグとする溶融炉であれば、前述した実施例と同様な効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
前述したように、本発明による溶融炉では、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分を冷却フィンにより冷却するので、上記部分の熱負荷を軽減することができる。このため、上記部分は、浸食されにくくなり、薄くなりにくくなるので、本体の内部の熱損失量を低減することができ、溶融に要するエネルギを有効に利用することができる一方、本体の寿命を延ばすことができるので、本体の補修頻度を減少させることができ、長時間運転が可能となり、処理効率を向上させて、処理コストを低減させることができる。
【００２７】
また、冷却フィンに設けた流路に冷却水を流すことにより、スラグ上面の高さ位置とスラグ下面の高さ位置との間の本体の壁面部分の冷却効果をさらに高めることができるので、上述したような効果をさらに向上させることができる。
【００２８】
また、冷却フィンの流路にじゃま板を設けることにより、冷却フィンの内部に冷却水がまんべんなく流れるようになるので、上述した冷却効果をさらに高めることができ、上述したような効果をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶融炉の一実施例の概略構造を表す断面図である。
【図２】図１の矢線II部の抽出拡大図である。
【図３】図２のIII −III 線断面矢視図である。
【図４】従来の溶融炉の一例の概略構造を表す断面図である。
【図５】図４の矢線Ｖ部の抽出拡大図である。
【符号の説明】
１  本体
５  冷却ジャケット
６  下部水冷フィン
７  上部水冷フィン
７ａ  流路
７ｂ  じゃま板
７ｃ  給水口
７ｄ  排出口
１１  スラグ
【図１】
0003746533.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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