JP2005156060A - 溶融炉のスリーブ構造、及び該溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で以って、パージガスを電極周囲に均一に供給することができる溶融炉のスリーブ構造、及び該溶融炉を提供する。
【解決手段】溶融炉の炉蓋を貫挿する主電極１２の周囲に絶縁スリーブ２１が配設され、該絶縁スリーブと主電極との間に、間隙幅が前記主電極の偏心公差より大となるような間隙２３が設けられ、前記間隙のパージガス２５入り口側に該パージガスに旋回流２６を形成させるヘッダ２２を配設する構成とし、さらに前記ヘッダには、略接線方向にパージガスが導入されるようにパージガス導入口が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物、又はこれらを焼却処理した際に発生する焼却灰等を溶融処理する溶融炉に関し、特に、炉本体に貫挿された主電極の周囲に絶縁スリーブが配設された溶融炉のスリーブ構造、及び該溶融炉に関する。

従来、一般廃棄物や産業廃棄物、またはこれらを焼却処理した際に発生する焼却灰は、溶融炉により溶融固化して処理されている。溶融炉には様々な種類が存在するが、例えばバーナ式溶融炉のように重油等を燃料とする燃料系、電気抵抗式溶融炉やプラズマ式溶融炉等のように電気を熱源とした電力系に分類され、近年はクリーンで安定性に優れていることから電力系溶融炉が広く普及してきている。
電力系溶融炉の一例として図５に示されるプラズマアーク式溶融炉がある。図５において、プラズマアーク式溶融炉５１は、灰ホッパ５０から投入される焼却灰を、直流電源５５に接続された主電極５３と炉底電極５４の間に発生したプラズマアーク５６により溶融処理する構成としている。

前記プラズマアーク５６により１４００℃以上の温度で溶融された溶融スラグ５７は、溶融メタル５８から分離して出滓口より排出され、様々な用途で再利用される。一方、溶融炉内で発生した排ガスは、バグフィルタ６０を経て不図示の排ガス処理装置で無害化されて外部へ放出される。
一般に、このような溶融炉では、炉頂部から供給されるＮ_２ガス等の不活性ガスにより炉内は還元性雰囲気に保たれている。しかしながら、溶融スラグには比較的融点が低い塩類等が含まれている為、高温で溶融処理した場合、ガス中に揮散して炉内壁に付着する。このように付着した塩化カリウムや塩化ナトリウム等の溶融塩は導電性が高く、このため絶縁不良が生じて迷走電流が発生する惧れがある。

そこで、電極付近の迷走電流の発生を防止するため、炉本体５２と主電極５３の間に絶縁スリーブ５９を設け、さらに該絶縁スリーブ５９と主電極５３との間に間隙を設けてパージガスを供給する方法が用いられている。
例えば特開平１１−３５１５４１号公報（特許文献１）では、シールガスを均一に吹き込むとともに、炉内部に向かって絶縁スリーブと主電極のクリアランスを拡径し、溶融塩が付着しても主電極と接触することのないような構成としている。
また、前記特許文献１をさらに改良したスリーブ構造として、特開２００３−８３５３０号公報（特許文献２）では、拡径角度を複数段階に設定した構造が記載されている。

特開平１１−３５１５４１号公報 特開２００３−８３５３０号公報

上記したように、従来は溶融炉の電極と絶縁スリーブとの間隙にパージガスを供給し、炉内の排ガスの逆流を防ぎ、排ガス中の低融点揮散物による絶縁不良の発生を防止している。またこのとき、ヘッダを設けて全周に均一にパージガスを流す構成としているが、スリーブ−電極間の間隙は一般に略７〜８ｍｍに設定されており、電極が偏心すると間隙が不均一となりパージガスに偏流が生じる。ガス流れ方向に対して垂直方向へのガスの拡散力は弱く、偏流したガス流れは均一流れにはならない。
電極の偏心によりパージガスが十分に流れない部分には炉内圧力の変動により排ガスの逆流が発生し、排ガス中に含まれる低融点物質が析出する場合がある。低融点物質は導電性を有するため、溶融炉の電気が析出物をバイパスし、炉体に流れる迷走電流が発生し、炉の運転に必要な電気を有効に供給できなくなってしまう。

前記特許文献１及び２に記載されたスリーブ構造では、例えば溶融スラグ出滓時における炉の傾動等による振動により電極が偏心した場合には、上記理由によりパージガスを均一に導入することが困難となる。
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、パージガスを電極周囲に均一に供給することができる溶融炉のスリーブ構造、及び該溶融炉を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
溶融炉の炉蓋を貫挿する主電極の周囲に絶縁スリーブが配設され、該絶縁スリーブと主電極との間に設けられた間隙からパージガスを供給する構成とした溶融炉のスリーブ構造において、
前記間隙のパージガス入り口側に、該パージガスに旋回流を形成させる旋回流発生手段を設けるとともに、前記間隙幅が前記電極の偏心公差より大となるように前記絶縁スリーブを配設したことを特徴とする。

本発明によれば、主電極が振動等により偏心した場合であっても、絶縁スリーブと主電極の間隙に全周に亘ってガス流路を確保することができる。さらにパージガスが旋回流を形成して該間隙を通過するため、該パージガスの下向き方向の流速はほぼ押し出し流れとなり、円周方向に均一にパージガスが流通することとなる。
よって、炉内排ガスの逆流を確実に防ぐことができ、延いては絶縁スリーブ付近の絶縁不良による迷走電流の発生を防止することができる。

また、前記旋回流発生手段が前記絶縁スリーブの上部に配設されたヘッダであり、
該ヘッダは、ヘッダ外径が前記間隙外径より大の中空リング状で、該ヘッダの略接線方向にパージガスが導入されるようにパージガス導入口が設けられていることを特徴とし、特に前記ヘッダと前記間隙との連通部をリング孔とすることが好適である。
このように、前記中空リング状のヘッダを設け、タンジェンンシャルにパージガスを供給することで、簡単な構造で以って前記間隙内にパージガスの旋回流を形成することができる。
このとき、前記間隙幅を略１５〜２５ｍｍとすることが好ましく、前記幅長とすることにより振動等が発生した場合においても確実にパージガス流路を確保することができる。

また、前記スリーブ構造を有する溶融炉であって、
炉蓋を貫挿する主電極の周囲に間隙を存して絶縁スリーブが配設され、該間隙からパージガスを供給して炉内をシールする構成とした溶融炉において、
前記間隙のパージガス入り口側に、該パージガスに旋回流を形成させる旋回流発生手段を設けるとともに、前記間隙幅が前記電極の偏心公差より大となるように前記絶縁スリーブが配設されることを特徴とする。

さらにまた、前記旋回流発生手段が前記絶縁スリーブの上部に配設されたヘッダであり、
該ヘッダは、ヘッダ外径が前記間隙外径より大の中空リング状で、該ヘッダの略接線方向にパージガスが導入されるようにパージガス導入口が設けられていることを特徴とする。
かかる構成を備えた溶融炉では、主電極と絶縁スリーブとの間隙に均一にパージガスを通流することができるため迷走電流の発生を防ぐことができ、円滑な炉の運転が可能となる。

以上記載のごとく本発明によれば、主電極が振動等により偏心した場合であっても、絶縁スリーブと主電極の間隙に全周に亘ってガス流路を確保することができる。さらにパージガスが旋回流を形成して該間隙を通過するため、該パージガスの下向き方向の流速がほぼ押し出し流れとなり、円周方向に均一にパージガスを通流させることができる。
よって、かかる発明によれば、簡単な構造で以って炉内排ガスの逆流を確実に防ぐことができ、延いては電極付近の絶縁不良による迷走電流の発生を防止することができ、円滑な炉の運転が可能となる。

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。

図１は本発明の実施例に係るスリーブ構造を具備したプラズマアーク式溶融炉の全体構成図で、図２は本発明の実施例に係るスリーブ構造の拡大側断面図で、図３は図２のスリーブ構造の平面図である。
図１に示されるようにかかるプラズマアーク式溶融炉１０は、耐火物で形成された内壁を鉄皮で被覆した炉本体１１と、該炉本体１１の炉蓋に貫挿された主電極１２と、該主電極１２に対向して炉底部に配設された炉底電極１３と、炉内に焼却灰を投入する灰定量供給コンベア１６と、溶融物を出滓する出滓口１７と、から構成される。
さらに、該溶融炉１０は、前記主電極１２を囲撓するごとく該主電極１２と炉本体１１との間に間隙２３を有して絶縁スリーブ２１が介装されている。

前記主電極１２と炉底電極１３には直流電源（不図示）が接続されており、該直流電源により電極間に電圧が印加されると、プラズマアーク１４が生成し、前記灰定量供給コンベア１６により炉内に投入された焼却灰は該プラズマアーク１４により溶融される。
溶融された焼却灰は溶融スラグ１５として炉底部に溜まり、順次オーバーフローして前記出滓口１７より排出され、再利用される。
炉運転中、炉本体１１内は不活性ガスにより還元雰囲気に保たれているが、前記溶融スラグ１５中に含まれる塩化ナトリウムや塩化カリウム等の低融点物質が炉内に揮散して浮遊している。揮散した浮遊物は炉蓋や炉内壁に付着し、冷却されて固化する。

本実施例では、このような付着物による絶縁不良を防止するために図２に示されるような絶縁スリーブ構造を備えている。
図２は図１のスリーブ構造の拡大図で、かかるスリーブ構造２０は、前記主電極１２の周囲に配設された絶縁スリーブ２１と、該絶縁スリーブ２１の上部に配設された中空リング状のヘッダ２２とから構成されている。
前記絶縁スリーブ２１と主電極１２の間には間隙２３が存在し、前記ヘッダ２２の中空部と該間隙２３とはリング孔２７により連通している。

また図３に示されるように、前記ヘッダ２２は、ヘッダ外径Ｒが間隙外径ｒより大であり、該ヘッダの略接線方向にパージガス２５が導入されるようにパージガス導入口が設けられている。該パージガス２５は、Ｎ_２ガス等の不活性ガスが適している。また、前記間隙２３は、前記主電極１２の偏心公差より大となるような間隙幅ｗを有している。前記ヘッダ２２に略接線方向に導入されたパージガス２５は、ヘッダ２５内で旋回し、リング孔２７を通って前記間隙２３に導かれ、該間隙２３内で下向きの旋回流２６（図２参照）を形成する。

かかる実施例によれば、前記間隙２３が、前記主電極１２の偏心公差より大となるように形成されているため、該主電極１２が振動等により偏心した際にも確実にパージガス流路を確保することができる。また、該パージガス２５が旋回流２６を形成しているため、電極周囲に均一にパージガスを通流することができる。
尚、本実施例では前記ヘッダに限らず、前記間隙２３内にパージガスの旋回流２６を形成するパージガス発生手段であればどのような構成であっても構わない。

また、前記間隙２３の間隙幅ｗは略１５〜２５ｍｍとすることが好適である。
本実施例に示したスリーブ構造において、間隙幅ｗを変化させてスリーブ出口の下向きの噴出し流速を測定したところ、図４に示されるような結果が得られた。図４（Ｂ）は従来と同様の間隙幅ｗ＝7.5ｍｍの場合で、（Ａ）は本実施例の間隙幅ｗ＝20ｍｍの場合の噴出し流速と間隙位置の関係を示すグラフである。
これによれば、間隙幅ｗ＝7.5ｍｍでは、電極の偏心がない場合は電極周囲の何れの位置においても均一な噴出し流速を得ることができたが、偏心がある場合には、計測位置が約９０°〜２２５°付近までは噴出し流速が大であるのに対し、計測位置が約０°〜９０°、及び約２２５°〜３１５°付近では噴出し流速が殆ど計測されなかった。従って、かかる間隙幅ｗではパージガスが不均一であることがわかる。

一方、前記間隙幅ｗ＝20.0ｍｍでは、電極の偏心の有無に関わらず、何れの測定位置でも略一定の噴出し流速が得られた。また、図４に示した間隙幅のほかにも、間隙幅ｗ＝10.0ｍｍ、15.0ｍｍ、25.0ｍｍ、30.0ｍｍにおいて測定を行なったところ、間隙幅ｗ＝10.0ｍｍの場合には図４（Ｂ）と略同様の結果が得られ、間隙幅ｗ＝15.0ｍｍ、25.0ｍｍの場合には図４（Ａ）と略同様の結果が得られた。かかる測定結果からも明らかなように、間隙幅ｗを約15.0〜25.0ｍｍとすることにより、均一なパージガス分布が得られる。
尚、間隙幅ｗ＝30.0ｍｍでは、均一なパージガス分布は得られるが、炉内排ガスの逆流を防止可能な程度の噴出し流速は得られなかった。

本実施形態ではプラズマアーク式溶融炉におけるスリーブ構造を示したが、他にも電気抵抗式溶融炉等のように、炉蓋に少なくとも一の電極を有し、電力を熱源として被溶融物の溶融処理を行う溶融炉であれば何れにも適用可能である。

本発明の実施例に係るスリーブ構造を具備したプラズマアーク式溶融炉の全体構成図である。 本発明の実施例に係るスリーブ構造の拡大側断面図である。 図２のスリーブ構造の平面図である。 本実施例に係るスリーブ構造におけるパージガス噴出し流速を示すグラフであり、夫々スリーブ間隙が7.5ｍｍの場合（Ｂ）、スリーブ間隙が20.0ｍｍの場合（Ａ）である。 従来のプラズマアーク式溶融炉の全体構成図である。

符号の説明

１０ プラズマアーク式溶融炉
１１ 炉本体
１２ 主電極
１３ 炉底電極
１４ プラズマアーク
２０ スリーブ構造
２１ 絶縁スリーブ
２２ ヘッダ
２３ スリーブ間隙
２５ パージガス
２６ 旋回流
２７ リング孔

Claims (6)

1. 溶融炉の炉蓋を貫挿する主電極の周囲に絶縁スリーブが配設され、該絶縁スリーブと主電極との間に設けられた間隙からパージガスを供給する構成とした溶融炉のスリーブ構造において、
   前記間隙のパージガス入り口側に、該パージガスに旋回流を形成させる旋回流発生手段を設けるとともに、前記間隙幅が前記電極の偏心公差より大となるように前記絶縁スリーブを配設したことを特徴とする溶融炉のスリーブ構造。
2. 前記旋回流発生手段が前記絶縁スリーブの上部に配設されたヘッダであり、
   該ヘッダは、ヘッダ外径が前記間隙外径より大の中空リング状で、該ヘッダの略接線方向にパージガスが導入されるようにパージガス導入口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の溶融炉のスリーブ構造。
3. 前記ヘッダと前記間隙との連通部がリング孔であることを特徴とする請求項２記載の溶融炉のスリーブ構造。
4. 前記間隙幅を約１５〜２５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の溶融炉のスリーブ構造。
5. 炉蓋を貫挿する主電極の周囲に間隙を存して絶縁スリーブが配設され、該間隙からパージガスを供給して炉内をシールする構成とした溶融炉において、
   前記間隙のパージガス入り口側に、該パージガスに旋回流を形成させる旋回流発生手段を設けるとともに、前記間隙幅が前記電極の偏心公差より大となるように前記絶縁スリーブが配設されることを特徴とする溶融炉。
6. 前記旋回流発生手段が前記絶縁スリーブの上部に配設されたヘッダであり、
   該ヘッダは、ヘッダ外径が前記間隙外径より大の中空リング状で、該ヘッダの略接線方向にパージガスが導入されるようにパージガス導入口が設けられていることを特徴とする請求項５記載の溶融炉。

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