JP3534671B2 - 溶融炉の出滓口開口装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマアーク式
溶融炉の出滓口開口装置に関し、さらに詳しくは、下水
汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰及び事業用
火力発電プラント等の燃焼炉から排出される焼却灰を溶
融するプラズマアーク式溶融炉の出滓口開口装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、下水汚泥、都市ごみ及び産業
廃棄物などの焼却灰（粉体無機物）は、その資源化、減
容化及び無害化を図るために、例えば、図５に示すよう
なプラズマアーク式溶融炉３１によって溶融され、スラ
グとして取り出されている。すなわち、このような溶融
炉３１を使用して炉本体内で焼却灰を溶融するには、ご
み焼却炉から排出された焼却灰を乾式灰出装置よりスク
リーン、磁選器、焼却灰サイロ、計量器及び灰供給コン
ベヤ等の前処理系を経て、灰供給ホッパー３２から炉本
体内に投入し、投入された焼却灰を高温プラズマ４０で
溶融する。この際、上記焼却炉から排出される焼却灰に
は、同様に焼却炉から排出される飛灰を、飛灰サイロや
計量器を経て混合し、灰供給コンベアから供給する。

【０００３】溶融炉３１内で発生した溶融スラグ４１
は、出滓口４３から出滓樋４４を通って乾式出滓装置に
排出され、スラグコンベヤを介してスラグ排出系に導か
れ、種々の利用に供される。炉本体３１の上下部には、
直流電源装置３３に接続されるプラズマ電極の主電極３
８及び電極が配設され、炉本体の上部には窒素ガス発生
装置から窒素ガスが送給されるようになっている。ま
た、プラズマアーク式溶融炉３１の炉本体は、図５に示
す如く、耐火物３６とその外側を覆う水冷ジャケット
（冷却構造）３５の鉄皮とによって構成されている。な
お、通常、ごみ焼却炉はバグフィルタを介して煙突に連
通され、一方、溶融炉本体３１内で発生した排ガスは二
次燃焼室４６、冷却室４７、クリーナー４８を経て、バ
グフィルタ、湿式洗煙塔および煙突等からなる排ガス処
理系に導かれようになっている。そして、二次燃焼室４
６には燃焼空気ファンより空気が送給され、バグフィル
タは溶融飛灰処理装置等に接続されている。

【０００４】ところで、スラグは溶融炉３１内から出滓
口４３を通して、出滓樋４４に移動し、コンベア等が設
けられたスラグ排出系に送られる。この出滓口４３から
出てくるスラグは、出滓樋に至る直前には既に、炉内の
温度からかなり低下している。これは出滓樋４４が通
常、水冷された銅ブロックから構成されているからであ
り、水冷銅ブロックを用いることによって樋自体の耐久
性を向上させるためである。そのため、炉内で溶融され
た焼却灰の溶融スラグ４１が出滓口４３からオーバーフ
ローにより連続出滓する際に、更に炉の排ガスも同じ出
滓口から排出する場合、炉内で発生した塩類の蒸気が出
滓口４３付近にて冷却固化して固着してしまい、炉内ガ
スの排出口でもある出滓口が閉塞する問題があった。つ
まり、溶融温度付近で溶けているスラグが上記出滓口４
３から出滓樋４４に至る際には急冷されてしまうため、
出滓口あるいは出滓樋の導入付近で固まり易く、閉塞し
てしまう場合があった。そして、このような閉塞状態を
解除するには、一旦運転を中止して、出滓口付近に付着
した固化物を除去する。したがって、従来の装置では、
炉内の溶融処理を連続的に安定して行うことは困難であ
り、閉塞状態を常に監視し、閉塞した際には運転を停止
してスラグ固化物の除去作業が必要とされていた。

【０００５】一方、出滓口におけるクリーナ（閉塞解除
装置）は従来からも用いられてきたが、従来の装置で
は、閉塞した際には灰の溶融を一時停止して人力によっ
て固化物を除去する他、削岩機を設置して機械的に除去
することが行われていた。しかしながら、このような従
来の出滓口付着固化物の除去では、固化物除去の作業中
にはクリーナ自体が出滓口を閉塞させる蓋の役割をして
しまい、排ガス等の出口が全く無くなってしまう。よっ
て、溶融炉を連続的に運転しながら、出滓口を開口させ
ることは困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、溶融炉が連続的に安定して運転可能なよう
に、連続出滓が可能であり、出滓口付近の閉塞を防止・
回避できる出滓口開口装置を開発すべく、鋭意検討し
た。その結果、本発明者らは、出滓口に付着した固化物
除去用に設置される出滓口開口部材を移動あるいは複数
設置すること等により、出滓口断面内に少なくとも２以
上の開口部分を設けることによって、上記問題点が解決
されることを見い出した。本発明は、かかる見地より完
成されたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、上
部より内部にプラズマ電極を垂下させ、その外周を耐火
物によって構成したプラズマアーク式溶融炉における出
滓口付近の閉塞を防止できる出滓口開口装置であって、
該溶融炉内部からガスおよび溶融スラグを排出する出滓
口に付着した固化物を除去するために、該溶融炉の円周
方向に移動して異なる箇所に開口部分を設けるように出
滓口開口部材を設置したこと、あるいは、交互に開口す
るように該溶融炉の円周方向に少なくとも２台以上設け
ること、を特徴とする溶融炉の出滓口開口装置を提供す
るものである。このような開口装置によれば、出滓口の
固化物付着部分には少なくとも２以上の開口部が造られ
る。ここで、出滓口開口部材としては、出滓口クリーナ
などが好ましく用いられる。出滓口開口部材を、溶融炉
の円周方向に移動する開口装置では、通常１つの部材を
炉の円周方向に移動可能なレール上に配置しており、移
動後には炉の出滓口に向かって先端部が前進する構造に
なっている。また、出滓口開口部材を、該溶融炉の円周
方向に少なくとも２台以上設けた装置では、それぞれの
開口部材は交互に開口作業を行う。

【０００８】本発明の出滓口開口装置では、前記出滓口
開口部材の軸にガスによる冷却装置を設けること、前記
出滓口開口部材が溶融炉内部からのガスに接触する開口
部材出口を窒素ガスでパージすること、あるいは、前記
出滓口開口部材が溶融炉内部からのガスに接触する開口
部材出口に溶融炉内と遮断するスライドゲートを設ける
ことが好適である。また、本発明の出滓口開口装置にお
いては、前記開口部材出口の近傍に、監視窓を備えるこ
とにより、目視もしくは赤外線カメラ等による監視を行
うことが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した実施の形
態に基づいて詳細に説明する。実施の形態（その１） 図１は本発明の実施の形態に係る出滓口開口装置および
その周辺装置の配置を示す図であり、図２は出滓口開口
部材である出滓口クリーナを上部から見た図（ａ）およ
び側面から見た図（ｂ）である。本実施の形態のプラズ
マアーク式溶融炉２は、図１に示す如く、有底円筒状に
形成された炉本体２を有しており、該炉本体２の下部側
面には、溶融されたスラグ及び排ガスを抜き出す出滓口
５が設けられている。また、炉本体２の上部には、図示
しない直流電源装置に接続されるプラズマ電極の主電極
が内部に垂下して配設されていると共に、主電極には窒
素ガス発生装置から窒素ガスが送給されるように構成さ
れており、投入された廃棄物の焼却灰を高温プラズマで
加熱して溶融するようになっている。

【００１０】上記溶融炉２は、耐火物（レンガ、キャス
タ）と、耐火物の外側を覆う水冷ジャケットとによって
構成されており、水冷ジャケットは鉄皮（鉄板）で閉断
面形状に形成されている。また、溶融炉２の上部中央に
は、主電極の貫通部（貫通孔）が穿設されており、貫通
部には絶縁スリーブ及びシールガス（窒素ガス）の吹き
込みノズル（風箱）が設けられている。出滓樋３は、ス
ラグを排出する場合には、図１の実線のままの位置でオ
ーバーフローして順次排出されるが、メタルを排出する
場合には、点線の位置まで炉を傾斜させてから、溶融メ
タルの排出を行う。

【００１１】本実施の形態における出滓口開口部材（出
滓口クリーナ１）は、溶融炉２方向に導入されるクリー
ナの先端部分に、固化したスラグを削り除去するための
カッター状の部材が設けられている。この先端のカッタ
ー状の刃は、通常、棒状のクリーナ自体が回転しながら
炉方向に前進することによって、同時に回転してドリル
のように付着した固化物（スラグ）を削っていく。出滓
口付近の固化物を除去して開口させた後、クリーナーは
炉方向に前進してきたレール８上を、今後は後退してい
く。この一連のクリーナ動作によって、出滓口付近にお
ける固化物による炉の閉塞状態が回避される。

【００１２】従来のクリーナによる固化物の除去では、
図３（ａ）のように出滓口５のほぼ中心部分を一箇所、
クリーナ通り穴１０として開口させることで閉塞を解除
していた。しかし、一箇所を通り穴として開口させる方
式では、通り穴を造る工程（開口作業工程）の間、出滓
口５は固化したスラグおよびクリーナ自体によって閉塞
されており、ガスや流体スラグが流通する余地は全くな
くなる。その点、本発明では、出滓口５内に、少なくと
も２以上のクリーナ通り穴１０を設けられるようにクリ
ーナ１を移動もしくは配置させるので、開口作業中にお
いても閉塞状態に陥ることがない。

【００１３】例えば、図３（ｂ）に示すような２箇所の
通り穴を造れるように、一本のクリーナを移動させて、
出滓口内の異なる箇所に先端が到達するようにする。つ
まり、クリーナは出滓口付近で固化したスラグ等にドリ
ル状の穴を開けた後、一旦後退する。次いで、クリーナ
先端部が到達する出滓口内の場所を変更するため、例え
ば溶融炉の円周方向に移動する。そして、既に開口した
出滓口５内の通り穴とは異なる箇所に、新たな閉塞防止
のための開口部分を設ける。これら一連のクリーナの動
作を繰り返す。このように本発明によれば、２以上の箇
所に通り穴（開口部分）を設けることにより、一方の箇
所を貫通させている際には、他方の箇所は開放されてい
るため、開放されている通り穴からガスや流体スラグが
流出し、開口作業工程中においても閉塞状態にならず、
炉の連続運転が可能である。

【００１４】ここで、これら２以上の通り穴１０の位置
関係（距離）は特に限定されるものではなく、少なくと
も２以上の箇所で開口部を設けられるような形態であれ
ば良い。出滓口５内において、通り穴１０が造られる箇
所の一部は重複していても良いし、全く重複した部分が
なく独立した箇所を通り穴１０としても良い。但し、よ
り大きな通り穴を設けたいような場合には、図３（ｂ）
に示すように、通り穴の一部が重複するような位置関係
でクリーナを稼動させることが良い。また、２以上の通
り穴はクリーナの移動の仕方によって位置関係が変化す
るが、出滓口閉塞回避の観点からは、炉の円周方向のみ
の移動に限定されるものではなく、円周方向と同時に炉
の上下方向にも移動する態様でも良い。クリーナの移動
が溶融炉の円周方向にのみ可動する場合には、図３
（ｂ）に示すような通り穴が造られることになる。この
ように炉に対して水平方向にクリーナを移動させて通り
穴を設けることは、炉内のプラズマ状態を左右どちらの
通り穴からも同じ位置（高さ）で確認できる点で好まし
い。

【００１５】図５に示すようなプラズマアーク式溶融炉
３１において、廃棄物の焼却灰を灰ホッパ３２から炉本
体内に供給すると、供給された灰は高温プラズマ４０に
より加熱されて溶融してスラグ４１となり、その下部に
は溶融メタル４２が存在することとなる。この溶融スラ
グ４１は、出滓口４３から出滓樋４４を通って排出さ
れ、コンベアに落下してスラグ排出系にて回収される。
本実施の形態で用いられる出滓口クリーナ１は、このよ
うな炉内の溶融状態に接することになるが、炉内温度は
通常１２００℃程度である。このように非常に高温な炉
内でも安定して開口作業を行えるように、出滓口開口部
材には耐久性が必要とされる。よって、出滓口開口部材
の軸を、ガスによる冷却装置を設けることが好適であ
る。この場合、クリーナ内部を２重構造にして、内部を
ガスにより冷却する。一方、開口部材先端の刃の部分は
クリーナ内部からの冷却は困難であるため、出滓口開口
部材が溶融炉内部からのガスに接触する開口部材出口を
窒素ガスでパージする態様、あるいは、該開口部材出口
に炉内と遮断するスライドゲートを設ける態様などによ
って、高温に曝される時間を減少させて耐久性を向上さ
せることがよい。

【００１６】１つの通り穴の大きさ（直径）は溶融炉の
サイズや出滓口５の大きさなどによって適宜、任意に定
めることができるので特に限定されるものではないが、
クリーナ先端部の直径が通常８０〜１６０ｍｍの範囲で
あることから、これよりも大きめの通常１００〜２００
ｍｍのサイズになる。このようなサイズの通り穴１０で
あれば、ガスや流体スラグを流通させることが容易であ
るとともに、穴を開ける際の動力も少なくて済む。ま
た、本実施の形態で用いられるクリーナは、出滓口付近
に付着して固化物となった種々の厚さのスラグ等を削っ
て除去することができるが、溶融炉の外周である耐火物
の厚さが通常３００ｍｍ程度であることから、この程度
の厚さの固化物についても適用できる。

【００１７】実施の形態（その２） 本実施の形態における出滓口開口装置は、溶融炉内部か
らガスおよび溶融スラグを排出する出滓口の付着物した
固化物除去用に設置される出滓口開口部材を、該溶融炉
の円周方向に少なくとも２台以上設けたものである。こ
のような出滓口開口装置では、２以上の出滓口開口部材
は交互に開口作業を行い、同時に開口動作を行うことは
しない。同時に行う場合には、出滓口の閉塞状態が生じ
かねないからである。よって、例えば２台の出滓口クリ
ーナを設けているような場合には、一方のクリーナが開
口作業を行って出滓口に先端が到達している際には、他
方のクリーナは溶融炉本体からは離れている。

【００１８】本実施の形態に係る出滓口開口装置では、
炉本体２の円周方向に沿って少なくとも２台以上の出滓
口クリーナ１を設けているので、出滓口５内にて、少な
くとも２以上の開口部分を形成することが可能である。
よって、出滓口における固形物による閉塞を常に防止で
き、溶融炉の連続運転が可能となる。

【００１９】実施の形態（その３） 図５に示すようなプラズマアーク式溶融炉３１内では、
供給された灰は高温プラズマ４０により加熱されて溶融
してスラグ４１となるが、その上部からは内部にプラズ
マ電極が垂下させてあり、炉本体３１の上下部には、直
流電源装置３３に接続されるプラズマ電極の主電極３８
及び電極が配設されている。溶融炉内ではプラズマを連
続的に発生させているため、特に主電極３８の消耗が激
しく、一方において、上部から垂下される電極とその下
部の溶融スラグとの距離は一定の範囲にしておくことが
望ましい。上記した実施の形態（その１）（その２）の
形態によれば、出滓口には少なくとも２以上の開口部分
が設けられており、開口作業中にも一方の通り穴が開口
している。本実施の形態では、そのような開口部分から
炉本体内部の状態を監視できるように、出滓口近傍に監
視用の窓を設けたものである。この監視窓からの目視も
しくは赤外線カメラ等による監視によって、炉内におけ
る主電極３８下部の位置を正確には把握することが可能
となり、プラズマアーク長の制御が的確かつ容易にな
る。

【００２０】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
形及び変更を加え得るものである。例えば、本実施の形
態（その１）ではクリーナ通り穴１０を２個設けたが、
適用する溶融炉や出滓口などによって３個、或いは４個
以上作成しても良い。

【００２１】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る出滓口開口装
置を用いれば、プラズマアーク式溶融炉の出滓口を定期
的に左右交互に開口作業を行い、開口作業中においても
常に片側の開口部が確保されているため、出滓口の排ガ
ス出口閉塞を防止して、溶融炉の連続運転が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る出滓口開口部材およびその周辺の
装置配置の概略を示した図である。

【図２】本発明の出滓口開口部材の構成図であり、
（ａ）は上部から見た図、（ｂ）は側面から見た図であ
る。

【図３】出滓口にクリーナを通す際に、炉に向かってク
リーナを後ろから見た場合の図である。

【図４】出滓口開口部材および出滓樋を、後ろから見た
場合の図である。

【図５】プラズマアーク式溶融炉およびそれに付随する
システムの概略を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 出滓口クリーナ ２ プラズマ溶融炉 ３ 出滓樋 ４ コンベア ５ 出滓口 ６ 油圧シリンダー ７ 開口部材荷台 ８ クリーナレール １０ クリーナ通り穴 １１ 出滓樋（銅ブロック） １２ 出滓樋保護用耐火物 ３１ 溶融炉 ３２ 灰ホッパ ３３ 電源 ３４ 灰投入口 ３５ 冷却構造 ３６ 耐火物 ３７ スリーブ ３８ 主電極 ４０ プラズマアーク ４１ 溶融スラグ ４２ 溶融メタル ４３ 出滓口 ４４ 出滓樋 ４５ 出滓口クリーナ ４６ 出滓口カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野間 彰 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 横浜研究所内 (72)発明者 冨脇 和彦 神奈川県横浜市中区錦町12番地 菱日エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−159941（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−73229（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300451（ＪＰ，Ａ) 実公 平６−3349（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭51−22093（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27D 3/14 B09B 3/00 F23J 1/00 F23J 1/08 F27B 3/19 F27D 3/15 F27D 11/08 F27D 21/02

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマアーク式溶融炉における出滓口
   付近の閉塞を防止できる出滓口開口装置であって、該溶
   融炉内部からガスおよび溶融スラグを排出する出滓口に
   付着した固化物を除去するために、該溶融炉の円周方向
   に移動して異なる箇所に開口部分を設けるように出滓口
   開口部材を設置したことを特徴とする溶融炉の出滓口開
   口装置。
2. 【請求項２】 プラズマアーク式溶融炉における出滓口
   付近の閉塞を防止できる出滓口開口装置であって、該溶
   融炉内部からガスおよび溶融スラグを排出する出滓口に
   付着物した固化物除去用の出滓口開口部材を、交互に開
   口するように該溶融炉の円周方向に少なくとも２台以上
   設けることを特徴とする溶融炉の出滓口開口装置。
3. 【請求項３】 前記出滓口開口部材の軸に、ガスによる
   冷却装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記
   載の出滓口開口装置。
4. 【請求項４】 前記出滓口を、窒素ガスでパージするこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の出滓口
   開口装置。
5. 【請求項５】 前記出滓口に、溶融炉内と遮断するスラ
   イドゲートを設けたことを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の出滓口開口装置。
6. 【請求項６】 前記開口部材出口の近傍に、監視窓を備
   えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   出滓口開口装置。
7. 【請求項７】 プラズマアーク式溶融炉における出滓口
   付近の閉塞を防止できる出滓口開口装置であって、該溶
   融炉内部からガスおよび溶融スラグを排出する出滓口に
   付着した固化物を除去するために、該溶融炉の円周方向
   と同時に上下方向に移動して異なる箇所に開口部分を設
   けるように出滓口開口部材を設置したことを特徴とする
   溶融炉の出滓口開口装置。
8. 【請求項８】 プラズマアーク式溶融炉における出滓口
   付近の閉塞を防止できる出滓口開口装置であって、該溶
   融炉内部からガスおよび溶融スラグを排出する出滓口に
   付着した固化物を除去するために、該溶融炉の出滓口内
   の異なる箇所に２以上の開口部分を設けるように出滓口
   開口部材を設置したことを特徴とする溶融炉の出滓口開
   口装置。