JP2000310414A - 灰溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 灰溶融処理能力が高い大型の炉であっても、
熱損失が少なく、かつ残留有害物質の少ない良質の溶融
スラグを排出できる灰溶融炉を提供する。 【解決手段】 炉体２の内部に投入された被溶融灰を、
主電極６と炉底電極７との間に通電することにより加熱
して溶融し、溶融スラグ１２を生成・排出する灰溶融炉
１において、灰溶融処理能力Ｑ（ｋｇ／ｈ）に応じて、
主電極６の本数Ｎを、Ｑ／４３０≦Ｎ≦Ｑ／３００の範
囲の整数に設定し、炉体２内部水平断面の断面積Ｓ（ｍ
² ）を、Ｑ／５５０≦Ｓ≦Ｑ／３５０の範囲に設定し、
溶融スラグ１２の深さＨ（ｍ）を、０．４≦Ｈ≦１．０
の範囲に設定した

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみの焼却灰
や飛灰等の被溶融灰を溶融処理する灰溶融炉に係り、特
に、炉が大型化した場合でも、熱損失を抑制することの
できる灰溶融炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】灰溶融電気炉は、炉体内に設けた電極間
に通電を行い、投入された被溶融灰を加熱溶融するもの
である。最近では、有害物質溶出の環境問題や廃棄処分
場の枯渇問題およびスラグの再資源化の要望などから、
都市ごみ焼却灰等の溶融処理需要が増加し、灰溶融炉の
処理能力増大すなわち大型化が求められている。一方
で、鉛等の有害物質の除去やスラグの再利用の観点か
ら、均質な高温溶融は灰溶融炉に求められる重要な特性
であり、上記のような灰溶融電気炉では、炉内における
溶融スラグの良好な対流が不可欠である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
灰溶融炉では、１本の主電極で、かつ上記のように良好
な対流状態を維持しつつ炉の大型化を図ろうとすると、
水平断面積の拡大に伴って溶融スラグ深さを大きくとる
必要が出てくるが、それによって溶融スラグの熱が奪わ
れ易くなり、熱損失が増大するという問題がある。ま
た、炉の長期使用において、溶融スラグが炉体側壁の耐
火材に浸透し、主電極・側壁間で通電することにより、
良好な溶融作用が阻害される現象が発生する場合がある
が、溶融スラグの深さが深いと、この現象が発生し易く
なることが知られている。さらに、溶融スラグの熱容量
が大きくなるため、全体を高温に維持することが難しく
なり、その結果、排出されるスラグに、鉛や塩素が残留
し易くなるという問題ある。これらの問題は、主電極を
複数設けることで解消されるが、むやみに主電極数を増
やすことは、場合によっては電気エネルギの損失を招く
ことになる。

【０００４】本発明は、以上述べた問題を解決するため
になされたもので、灰溶融処理能力が高い大型の炉であ
っても、熱損失が少なく、エネルギ損失が最小で、かつ
残留有害物質の少ない良質の溶融スラグを排出する性能
を有する灰溶融炉を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
炉体の内部に投入された被溶融灰を、前記炉体の内部に
設けられた主電極と炉底電極との間に直流電流を通ずる
ことにより加熱して溶融スラグを生成した後、前記炉体
の外部へ溶融スラグを排出する灰溶融炉において、灰溶
融処理能力Ｑ（ｋｇ／ｈ）に応じて、前記主電極の本数
Ｎを、Ｑ／４３０≦Ｎ≦Ｑ／３００の範囲の整数に設定
し、前記炉体内部水平断面の断面積Ｓ（ｍ² ）を、Ｑ／
５５０≦Ｓ≦Ｑ／３５０の範囲に設定し、前記溶融スラ
グの深さＨ（ｍ）を、０．４≦Ｈ≦１．０の範囲に設定
したことを特徴とする。

【０００６】主電極本数Ｎを、Ｑ／４３０≦Ｎ≦Ｑ／３
００の範囲に設定したのは、ＮがＱ／４３０以下では、
灰溶融処理能力に見合うように炉体内部の断面積を確保
し、なおかつ溶融スラグの良好な対流状態を確保しよう
とすると、溶融スラグ深さが深くなり、すなわち炉体内
部の容積が大きくなって、熱損失（エネルギ損失）が増
大するとともに、加熱に長時間を要してしまうためであ
る。さらには、灰溶融炉の経時劣化で、溶融スラグが炉
体側壁の耐火材に浸透した際、主電極と側壁との間で通
電が起き、主電極下方の溶融が妨げられる現象も発生す
る。また、ＮがＱ／３００以上では、溶融に必要な電力
に対して過剰な電力を供給してしまう可能性があるため
である。

【０００７】炉体内部水平断面の断面積Ｓ（ｍ² ）を、
Ｑ／５５０≦Ｓ≦Ｑ／３５０の範囲に設定したのは、Ｓ
（ｍ² ）がＱ／５５０以下では、灰溶融炉の経時劣化
で、溶融スラグが炉体側壁の耐火材に浸透した際、主電
極と側壁との間で通電が起き、主電極下方の溶融が妨げ
られるためである。また、Ｓ（ｍ² ）がＱ／３５０以上
では、溶融スラグの熱伝達特性から、主電極から遠い部
分の溶融が困難となり熱損失が増大するためである。

【０００８】溶融スラグの深さＨ（ｍ）を、０．４≦Ｈ
≦１．０の範囲に設定したのは、Ｈ（ｍ）が０．４以下
では溶融スラグの対流が十分行われず、温度が不均一に
なって、熱損失が増大するためである。また、Ｈ（ｍ）
が１．０以上では、側壁との接触面積が大きくなって、
やはり熱損失が増大するためである。

【０００９】このようにして主電極本数、炉体内部水平
断面の断面積、および溶融スラグの深さを決定した灰溶
融炉では、溶融スラグの深さを必要最小限にすることが
できるので、特に大容量の場合に、熱損失を最小にで
き、経済的な溶融処理を行うことができる。また均質な
高温溶融が可能であり、鉛や塩素の残留量を低減させる
こともできる。さらに、長期間の使用において発生する
主電極・側壁間の通電の問題も改善することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明に係る灰溶融
炉の一実施形態を示す鉛直断面図であり、図２は図１に
おけるＡ−Ａ線視（水平断面）断面図である。本実施形
態の灰溶融炉１は、灰溶融処理能力Ｑ＝７００ｋｇ／ｈ
を有するものとして設計されている。

【００１１】始めに、灰溶融炉１の概略構成について説
明する。灰溶融炉１の炉体２は、筒状の側壁３の上方を
上壁４、下方を炉底５で封止されて形成されている。上
壁４には、主電極６が固定され、さらに灰投入口８と排
ガス路９が設けられている。一方、炉底５には炉底電極
７が固定され、主電極６と炉底電極７は、それぞれ配線
６ａ・７ａを介して給電装置１１へ接続されている。さ
らに、側壁３には、溶融スラグ１２を排出するための出
滓口１０が設けられている。なお、溶融スラグ１２の下
には、使用過程で通常、メタル層１３が形成される。

【００１２】次に、灰溶融炉の各部設計方法について説
明する。まず、灰溶融炉１における主電極６の本数Ｎ
は、灰溶融処理能力Ｑ＝７００（ｋｇ／ｈ）を、式：Ｑ
／４３０≦Ｎ≦Ｑ／３００に代入して、１．６３≦Ｎ≦
２．３３となり、この間の整数ということで、Ｎ＝２本
を選択することになる。

【００１３】炉体内部水平断面の断面積Ｓは、式：Ｑ／
５５０≦Ｓ≦Ｑ／３５０においてＱ＝７００を代入し
て、１．２７≦Ｓ≦２．００となるので、１．２７〜
２．００ｍ² の範囲に設定することになる。

【００１４】上記のように求められた主電極本数Ｎと断
面積Ｓから、側壁３の水平断面形状が決定される。その
形状の決定方法は、まず２本の主電極６を並べて配置
し、それぞれを中心として２つの仮想円１４を描く（図
２参照）。側壁３の図２における左右方向の形状はこれ
ら円弧により規定される。次に、図２における上下方向
の形状については、２つの仮想円１４の円弧に接する直
線を、外側へやや膨らませて形成する。ここを直線（３
次元で言えば平面）としない理由は、耐火材で形成され
る側壁３の強度を確保するためである。前記仮想円１４
の直径と中心間距離は、断面積Ｓが１．２７〜２．００
ｍ² の範囲に納まるようにし、かつ２つの仮想円１４は
接するか交わるように決定する。

【００１５】一方、炉体２の高さは、溶融スラグ１２の
深さＨ＝０．４〜１．０ｍに、見込まれるメタル層１３
の深さ、および余裕分を加えて決定する。

【００１６】さらに、出滓口１０の位置については、仮
想円１４の円弧で形成される側壁３のいずれかの場所と
する。この理由は、仮想円１４から外れる側壁３付近で
は溶融スラグ１２の温度が低い場合があり、そのような
とき一部は凝固して、出滓に支障をきたすからである。
出滓口１０の高さや直径については、溶融スラグ１２の
深さやメタル層１３の深さを考慮して決定する。

【００１７】以上のように設計された灰溶融炉１を用い
た灰溶融処理について、次に説明する。まず、溶融すべ
き灰は、灰投入口８から炉体２の内部に投入される。次
に、給電装置１１を作動させて主電極６と炉底電極７と
の間に通電を行い、そうして発生するジュール熱で灰を
加熱溶融し、溶融スラグ１２を生成して行く。この際、
上記のように設計された灰溶融炉１においては、溶融ス
ラグ１２の対流が十分行われ、全体が高温で均質な溶融
が進行する。溶融が十分高温で行われると、溶融スラグ
１２中に残留させたくない塩素や鉛も気化するので、こ
れらを取除くことができる。溶融中に発生し塩素などを
含む排ガスは、排ガス路９から排出される。こうして灰
の溶融が進行して、溶融スラグ１２が所定量、すなわち
その深さが０．４〜１．０ｍに到達したら、出滓口１０
から溶融スラグ１２を排出する。

【００１８】本発明に係る灰溶融炉の他の実施形態につ
いて説明する。この実施形態の灰溶融炉２１は、灰溶融
処理能力Ｑ＝１０００ｋｇ／ｈとして設計されたもので
あり、その水平断面を図３に示す。以下、灰溶融炉２１
の各部設計について説明する。

【００１９】まず、灰溶融炉２１における主電極６の本
数Ｎは、灰溶融処理能力Ｑ＝１０００（ｋｇ／ｈ）を、
式：Ｑ／４３０≦Ｎ≦Ｑ／３００に代入して、２．３３
≦Ｎ≦３．３３となり、この間の整数ということで、Ｎ
＝３本を選択することになる。

【００２０】炉体内部水平断面の断面積Ｓは、式：Ｑ／
５５０≦Ｓ≦Ｑ／３５０においてＱ＝１０００を代入し
て、１．８２≦Ｓ≦２．８６となるので、１．８２〜
２．８６ｍ² の範囲に設定することになる。

【００２１】上記のように求められた主電極本数Ｎと断
面積Ｓから、側壁２３の水平断面形状が決定される。そ
の形状の決定方法は、まず３本の主電極２６を正三角形
の各頂点に配置し、それぞれを中心として３つの仮想円
３４を描く。正三角形の各頂点付近の側壁２３の形状は
これら円弧により規定される。各頂点から離れた部分の
形状については、３つの仮想円３４の円弧に接する直線
を、外側へやや膨らませて形成する。ここを直線（３次
元で言えば平面）としない理由は、前述の実施形態同
様、耐火材で形成される側壁２３の強度を確保するため
である。前記仮想円３４の直径と中心間距離は、断面積
Ｓが１．８２〜２．８６ｍ² の範囲に納まるようにし、
かつ３つの仮想円３４は接するか交わるように決定す
る。

【００２２】一方、灰溶融炉２１の高さ方向について
は、前述の実施形態と同様、溶融スラグ３２の深さＨ＝
０．４〜１．０ｍなどから決定する。

【００２３】さらに、出滓口３０の位置については、仮
想円３４の円弧で形成される側壁２３のいずれかの場所
とする。この理由も、前述の実施形態と同様である。

【００２４】以上、灰溶融処理能力Ｑ＝１０００（ｋｇ
／ｈ）である灰溶融炉２１の設計について説明したが、
灰溶融処理能力がさらに高い大型炉についても、同様に
設計が可能である。主電極本数が３本以上の場合は、そ
れぞれを正多角形の頂点の位置に配置して炉体の形状を
決定すればよい。

【００２５】なお、本発明による灰溶融炉は、都市ごみ
等の焼却灰や飛灰の溶融だけでなく、石炭灰や下水汚泥
焼却灰等の、溶融・スラグ化にも使用できるものであ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
灰溶融炉において、炉が大型化しても熱損失を最小にで
き、経済的な溶融処理を行うことができる。また均質な
高温溶融が可能であり、鉛や塩素の残留量を低減させる
こともできる。さらに、長期間の使用において発生する
主電極・側壁間の通電の問題も改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る灰溶融炉の一実施形態を示す鉛
直断面図である。

【図２】 図１におけるＡ−Ａ線視（水平）断面図であ
る。

【図３】 本発明に係る灰溶融炉の他の実施形態を示す
水平断面図である。

【符号の説明】

１ 灰溶融炉 ２ 炉体 ３ 側壁 ６ 主電極 ７ 炉底電極 １０ 出滓口 １１ 給電装置 １２ 溶融スラグ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 7/06 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｌ (72)発明者 上野 俊一朗 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 (72)発明者 松澤 克明 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 Ｆターム(参考） 3K061 NB02 NB27 3K084 CA07 CA08 4D004 AA36 CA29 CB03 CB50 DA03 DA20 4K045 AA04 BA07 RA01 RB02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体の内部に投入された被溶融灰を、前
   記炉体の内部に設けられた主電極と炉底電極との間に直
   流電流を通ずることにより加熱して溶融スラグを生成し
   た後、前記炉体の外部へ前記溶融スラグを排出する灰溶
   融炉において、 灰溶融処理能力Ｑ（ｋｇ／ｈ）に応じて、 前記主電極の本数Ｎを、Ｑ／４３０≦Ｎ≦Ｑ／３００の
   範囲の整数に設定し、 前記炉体内部水平断面の断面積Ｓ（ｍ² ）を、Ｑ／５５
   ０≦Ｓ≦Ｑ／３５０の範囲に設定し、 前記溶融スラグの深さＨ（ｍ）を、０．４≦Ｈ≦１．０
   の範囲に設定したことを特徴とする灰溶融炉。