JP2020073844A

JP2020073844A - 側面排出ゲートを有するプラズマ溶融炉

Info

Publication number: JP2020073844A
Application number: JP2019236022A
Authority: JP
Inventors: チョ，ヒュン−ジェ; Hyun Je Cho; キム，チョン−ウ; Cheon Woo Kim; リ，サン−ウ; Sang Woo Lee; シン，サン−ウン; Sang Woon Shin
Original assignee: Korea Hydro and Nuclear Power Co Ltd
Current assignee: Korea Hydro and Nuclear Power Co Ltd
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-05-14
Also published as: US10914523B2; JP2018521294A; WO2017026562A1; EP3336854A4; EP3336854A1; CN107924728A; EP3336854B1; KR101617167B1; US20180363982A1

Abstract

【課題】本発明は、異種の溶融物を比重によって分離して排出することができるプラズマ溶融炉を提供する。【解決手段】本発明のプラズマ溶融炉は、溶融物を収容する溶融室１０１が設けられ、前記溶融室１０１の側面の互いに異なる高さに少なくとも２つ設けられて溶融物の排出が行われる側面排出ゲート１２０、１３０を含む溶融炉胴体１１０と、前記側面排出ゲート１２０を加熱することができる発熱部１４１と、を含んでなる。【選択図】図１

Description

本発明は、低粘度状態で効率よく溶融物を排出することができる、側面排出ゲートを有するプラズマ溶融炉に関する。

プラズマを用いたプラズマ溶融炉の場合、溶融物に対する排出方法は、溶融炉を傾けて
（ｔｉｌｔｉｎｇ）溶融物を排出するか、或いは溶融炉の排出口の周辺に誘導加熱装置を用いて溶融物をさらに加熱した後に排出する方法が用いられている。米国のＲｅｔｅｃｈ社が製作したスイスのＺｗｉｌａｇや日本の敦賀（Ｔｓｕｒｕｇａ）原発のプラズマ溶融炉は、底部排出口を介して排出する方法を採用しており、日本原燃株式会社（ＪＮＦＬ）の場合は、コーン型溶融炉の底の中心にある排出口を誘導加熱式（ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＨｅａｔｉｎｇＭｅｔｈｏｄ）で加熱した後、溶融物を排出する方式を採用している。

側面排出口を用いる場合は、排出口付近の追加熱源として加熱用トーチを用いて溶融物を加熱して排出する方法を採用している。１，６００℃以上の高温で溶融された溶融物は、溶融炉排出口を介して排出される瞬間、溶融物の降温により粘性が１００ｐｏｉｓｅ以上に急激に高くなり、排出口で固化して排出口の詰まり現象が発生するおそれがある。

韓国登録特許公報第１０−１０３２０５５号（公告日：２０１１年５月２日）韓国登録実用新案公報第２０−０３４３８０７号（公告日：２００４年５月１７日）

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、低粘度状態で効率よく溶融物を排出することができ、且つ異種の溶融物を比重によって分離して排出することができるプラズマ溶融炉を提供しようとする。

上記の目的を達成するための本発明に係るプラズマ溶融炉は、溶融物を収容する溶融室が設けられ、前記溶融室の下部から貫通して形成されて溶融物の排出が行われる溶融物排出部、及び前記溶融室の側面の互いに異なる高さに少なくとも２つ設けられ、溶融物の排出が行われる側面排出ゲートを含む溶融炉胴体と；前記側面排出ゲートを加熱することができる発熱部と；を含んでなる。

好ましくは、前記溶融物排出部は、溶融室の下部に突設され、一定の高さ以上の溶融物の排出が行われるダム式排出ゲートを含む。

より好ましくは、前記ダム式排出ゲートは誘導加熱式ヒーターをさらに含む。
好ましくは、前記側面排出ゲートは、前記溶融炉胴体に対して上下移動して排出流路の開閉が行われることを特徴とする。

好ましくは、前記溶融炉胴体の側部に付設され、前記側面排出ゲートに沿って排出された溶融物が収容され、下部に排出口が設けられた排出チャンバーをさらに含み、より好ましくは、前記排出チャンバーは、内部を観察することができるウィンドウをさらに含み、
前記排出チャンバーは、開閉可能なドアをさらに含むことができる。

本発明のプラズマ溶融炉は、溶融室の下部から貫通して形成された溶融物排出部と、溶融室の側面の互いに異なる高さに少なくとも２つ設けられ、溶融物の排出が行われる側面排出ゲートとが備えられることにより、高粘度の溶融物により溶融炉下部の溶融物排出部の詰まり現象を解消するうえ、異種の溶融物を比重によって分離して排出することができるという効果がある。

本発明に係るプラズマ溶融炉の構成図である。図１のＡ部分の拡大図である。本発明に係るプラズマ溶融炉の側面排出ゲートを拡大して示す構成図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係るプラズマ溶融炉の側面排出ゲートを示す図である。

本発明の実施形態で提示される特定の構造的または機能的説明は単に本発明の概念に係る実施形態を説明するために例示されたものであり、本発明の概念に係る実施形態は様々な形態で実施できる。また、本明細書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはならず、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更物、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。

また、本発明において、「第１」及び／または「第２」等の用語は多様な構成要素の説明に使用できるが、これらの構成要素はこれらの用語によって限定されない。これらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使われる。例えば、本発明の概念による権利範囲から逸脱することなく、第１構成要素は第２構成要素と命名でき、これと同様に、第２構成要素も第１構成要素とも命名できる。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる或いは「接続されて」いると言及された場合には、その他の構成要素に直接連結または接続されていることもあるが、それらの間に別の構成要素が介在することもあると理解されるべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いる或いは「直接接続されて」いると言及された場合には、それらの間に別の構成要素が介在しないと理解されるべきである。構成要素間の関係を説明するための他の表現、すなわち「〜間に」と「すぐ〜間に」または「〜に隣り合う」と「〜に直接隣り合う」などの表現も同様に解釈されるべきである。

本明細書で使用する用語は、単に特定の実施形態を説明するためのもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、説示された特徴、
数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１に例示されているように、本発明のプラズマ溶融炉は、溶融物を収容する溶融室１０１が設けられ、溶融室１０１の側面の互いに異なる高さに、溶融物を排出することができる二つの側面排出ゲート１２０、１３０を含む溶融炉胴体１１０と；側面排出ゲート１２０、１３０を加熱することができる発熱部１４１、１４２と；を含む。

溶融炉胴体１１０は、耐熱性に優れた材料、例えば耐熱レンガが使用でき、内部には冷却流路１１２が形成されることにより、冷却水の循環によって溶融炉胴体１１０の外部表面は適正温度（＜６０℃）を維持することができる。

溶融炉胴体１１０は、プラズマトーチ１１１が設置され、投入された廃棄物を溶融処理するための溶融熱を提供する。このとき、プラズマトーチ１１１は、溶融炉胴体１１０の溶融室１０１の上端に設置され、移送型または非移送型運転が可能なデュアルプラズマトーチによって提供できる。また、溶融室の下部には移送型運転のための底部電極（図示せず）が設けられることにより、ジュール熱、トーチフレーム温度及びアーク熱を用いて溶融効率を最大化することができる。

溶融炉胴体１１０の下部には溶融物排出部が設けられる。特に、溶融物排出部は、ダム式排出ゲート１５０によって提供され、好ましくは誘導加熱方式のヒーターをさらに含む。

ダム式排出ゲート１５０の下端には、第１モールド装置１０に対して着脱可能に結合される第１クランプ１６０が備えられ得る。第１クランプ１６０は、第１モールド装置１０に密封締結され、第１モールド装置１０への溶融物の排出時に外気が溶融炉の内部に流入せずに溶融炉の内部雰囲気を維持することができる。

一方、第１クランプ１６０は、気密状態で第１モールド装置１０との組立が行われるようにガスケット（ｇａｓｋｅｔ）または合成ゴムなどのパッキン部材が備えられ得る。このとき、パッキン部材の材質を考慮して高温からパッキン部材の劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を防止することができるように、第１クランプ１６０またはその周辺に冷却水が循環する冷却回路が備えられ得る。

具体的に、図２を参照すると、ダム式排出ゲート１５０は、溶融炉胴体１１０の底面から一定の高さｈ以上突出するように形成されることにより、下部排出口１５０ａの周辺を囲むシリンダ状の誘導コイル１５１と、誘導コイル１５１内に固定され、間接誘導加熱のための電気伝導体である排出管１５２とを含むことができる。

このように構成されたダム式排出ゲート１５０は溶融室１０１内に溶融物を全部排出しても、一定の高さｈ以下の溶融物は常に溶融室１０１内に残留する。よって、廃棄物の投入前に溶融炉の再運転のための予熱過程でプラズマトーチ１１１から発生した高温プラズマによって溶融室１０１の内壁が直接高温に晒されることを防止することにより、溶融室１０１の内壁の損傷を防止することができる。

一方、ダム式排出ゲート１５０は、誘導コイル１５１に電源が印加されなければ、溶融物は高粘度状態の固形物になって下部排出口１５０ａを閉鎖し、誘導コイル１５１に電源が供給されれば、固形物は低粘度状態になって自重によって下部排出口１５０ａを介して外方に排出される。

このように溶融炉胴体１１０の下部に設けられた溶融物排出部は、溶融物の中で比重が大きい金属物質の排出に使用されるか、或いは溶融物全体を排出するための用途に使用され得る。

図１及び図３を参照すると、本発明のプラズマ溶融炉は、溶融室１０１の側面の互いに異なる高さに溶融物を排出することができるように溶融炉胴体１１０に２つの側面排出ゲート１２０、１３０を備え、側面排出ゲート１２０、１３０を加熱することができる発熱部１４１、１４２を含む。

各側面排出ゲート１２０、１３０は、電動式または油圧式の駆動部１２１、１３１が設けられ、溶融炉胴体１１０に対して上下移動して各排出流路１０１ａ、１０１ｂの開閉が行われる。

各排出流路１０１ａ、１０１ｂは、溶融炉胴体１１０内で一定の傾斜をもって貫通形成され、溶融物が外方に自重によって容易に排出されるようにする。排出流路１０１ａ、１０１ｂに隣接して、排出される溶融物を溶融温度（１６００℃）以上に維持することができるように発熱部１４１、１４２が備えられる。

このような発熱部１４１、１４２は、金属または非金属素材の発熱体によって提供でき、排出流路１０１ａ、１０１ｂのサイズや長さに応じて線材または面状の形態であり得る。一方、発熱部の他の実施形態として、誘導加熱方式の熱源によって提供できる。

本実施形態では、各排出流路１０１ａ、１０１ｂに発熱体が設けられることを例示しているが、二つの排出流路１０１ａ、１０１ｂが一つの共通発熱体によって加熱されることも可能であろう。

好ましくは、溶融炉胴体１１０の側部に備えられ、各側面排出ゲート１２０、１３０から排出された溶融物が収容される排出チャンバー１７０をさらに含むことができる。

排出チャンバー１７０は、溶融炉胴体１１０と一体化された密閉構造物であってもよく、溶融炉胴体１１０に対して着脱可能な構造物であってもよい。一方、排出チャンバー１７０は、溶融炉胴体１１０に対して着脱可能な構造物として提供される場合には、排出チャンバー１７０と溶融炉胴体１１０との間に備えられて気密維持のための気密部材が追加できる。

排出チャンバー１７０の下部には、スラグ排出口１７１が備えられ、スラグ排出口１７１の下端には、第２モールド装置２０が着脱可能に結合される第２クランプ１７２が備えられ得る。第２クランプ１７２は、第２モールド装置２０に密封締結され、第２モールド装置２０への溶融物（スラグ）の排出の際に外気が排出チャンバーの内部に流入せずに排出チャンバーの内部雰囲気を維持することができる。

第２クランプ１７２は、気密状態で第２モールド装置２０との組立が行われるようにガスケット（ｇａｓｋｅｔ）または合成ゴムなどのパッキン部材が備えられ得る。このとき、パッキン部材の材質を考慮して高温からパッキン部材の劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を防止することができるように、第２クランプ１７２またはその周辺に冷却水が循環する冷却回路が備えられ得る。

排出チャンバー１７０は、側面排出ゲート１２０、１３０を観察することができる観察窓１７３が備えられ得る。さらに、映像信号を撮影することが可能な監視カメラ（図示せず）が付加されてもよい。

排出チャンバー１７０は、溶融物の排出時に試料を採取してサンプリングすることができるように、前方に開閉可能なドア１７４が設けられ得る。排出チャンバー１７０内には発熱手段１７５が設けられ、排出チャンバー１７０の内部温度の調節が行われ得る。このような発熱手段１７５は、１５００℃以上の高温でも発熱体として効果的な二珪化モリブデン（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉｓｉｌｉｃｉｄｅ、ＭｏＳｉ_２）によって提供できる。

本実施形態において、側面排出ゲート１２０、１３０は、溶融炉胴体１１０の外側に設けられて開閉が行われることを示しているが、側面排出ゲートは、溶融炉胴体の内側または溶融室内に設けられて溶融物の排出が行われ得る。

図４の（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るプラズマ溶融炉の側面排出ゲートを示す図である。

図４の（ａ）に例示されているように、二つの側面排出ゲート２２０、２３０は、溶融炉胴体２１０の側壁に沿って貫通挿入され、上下移動して排出流路２０１ａ、２０１ｂの開閉が行われることを示している。

次に、図４の（ｃ）を参照すると、二つの側面排出ゲート３２０、３３０は、溶融炉胴体３１０の内側側壁に備えられ、溶融室３０１内から排出流路３０１ａ、３０１ｂへ排出される溶融物の排出制御が行われ得る。

このように、側面排出ゲートは、様々な配置レイアウトを有することができ、好ましくは溶融炉胴体の外側に設置される。

再び図１を参照すると、二つの側面排出ゲート１２０、１３０が溶融炉胴体の外側に設置されることにより、溶融炉胴体に貫通挿入されるか或いは内側側壁に配置されるのと比較して側面排出ゲート１２０、１３０の整備が容易に行われ得る。また、溶融炉胴体１１０内に設けられる冷却流路１１２との設計上の干渉可能性を排除することができる。

以上で説明した本発明は、前述した実施形態及び添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想から外れない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるのは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明らかであろう。

１０１ａ、１０１ｂ排出流路
１１０溶融炉胴体
１１１プラズマトーチ
１１２冷却流路
１２０、１３０側面排出ゲート
１４１、１４２発熱部
１５０ダム式排出ゲート
１６０第１クランプ
１７０排出チャンバー
１７１スラグ排出口
１７２第２クランプ
１７３観察窓
１７４ドア
１７５発熱手段

Claims

溶融物を収容する溶融室が設けられ、前記溶融室の下部から貫通して形成されて溶融物の排出が行われる溶融物排出部、及び前記溶融室の側面の互いに異なる高さに少なくとも２つ設けられ、溶融物の排出が行われる側面排出ゲートを含む溶融炉胴体と；
前記側面排出ゲートを加熱することができる発熱部と；を含んでなる、プラズマ溶融炉。
前記溶融物排出部は、溶融室の下部に突設され、一定の高さ以上の溶融物の排出が行われるダム式排出ゲートを含む、請求項１に記載のプラズマ溶融炉。
前記ダム式排出ゲートは誘導加熱式ヒーターをさらに含む、請求項２に記載のプラズマ溶融炉。
前記側面排出ゲートは、前記溶融炉胴体に対して上下移動して排出流路の開閉が行われることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ溶融炉。
前記溶融炉胴体の側部に付設され、前記側面排出ゲートに沿って排出された溶融物が収容され、下部に排出口が設けられた排出チャンバーをさらに含む、請求項１に記載のプラズマ溶融炉。
前記排出チャンバーは、内部を観察することができるウィンドウをさらに含む、請求項５に記載のプラズマ溶融炉。
前記排出チャンバーは開閉可能なドアをさらに含む、請求項５または６に記載のプラズマ溶融炉。