JP3781326B2

JP3781326B2 - Detection method of furnace wall damage in plasma melting furnace

Info

Publication number: JP3781326B2
Application number: JP17974397A
Authority: JP
Inventors: 良二鮫島; 隆裕吉井; 考太郎加藤
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: JPH1123164A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ（都市ごみ，産業廃棄物等）の焼却残渣である焼却灰や飛灰を溶融処理するプラズマ溶融炉において、その炉壁の耐火壁構造部分の侵食による損傷を検知するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ごみ焼却炉から排出される焼却残渣たる焼却灰や飛灰（以下「灰」と略称する）の減容化及び無害化を図るため、灰の溶融固化処理法が注目され、現実に実用に供されている。灰は溶融固化することにより、その容積を１／２〜１／３に減らすことができると共に、重金属等の有害物質の溶出防止や溶融スラグの再利用、最終埋立処分場の延命等が可能になるからである。
【０００３】
ところで、灰の溶融固化処理方法としては、例えば、アーク溶融炉，プラズマアーク炉，電気抵抗炉等を使用し、電気エネルギーによって灰を溶融固化する方法と、表面溶融炉，旋回溶融炉，コークスベッド炉等を使用し、燃料の燃焼エネルギーによって灰を溶融固化する方法とが実用されている。一般に、ごみ焼却設備に発電設備が併置されている場合には前者の電気エネルギーを用いる方法が採用されており、発電設備が併置されていない場合には後者の燃焼エネルギーを用いる方法が採用されている。
【０００４】
図８はごみ焼却処理設備に併置した直流アーク放電黒鉛電極式のプラズマ溶融炉の一例を示したものであるが、このプラズマ溶融炉１には、灰３０が灰供給装置２により灰ホッパ３から連続的に供給される。炉１には、−電極として機能する黒鉛製の主電極４を炉頂部から垂下させると共に、＋極として機能する炉底電極６を炉底部に配して設けてある。両電極４，６間に直流電源装置８により供給された６００〜１０００ＫＷ（灰１ｔ当たり）の直流電気によってプラズマが発生し、それによって炉１内に供給された灰３０は１４００〜１６００℃に加熱されて、溶融状態のスラグ（以下「溶融スラグ」という）３１となる。炉１の始動時には、溶融前の灰３０が導電性を有しないため、スタート電極５を炉１内へ挿入してこれを＋極となし、主電極４との間でスクラップ鋼材を介して通電し、灰３０が溶融するのを待ち、灰３０が溶融すると、その溶融スラグ３１は導電性を有するため、＋極をスタート電極５から炉底電極６へと切り換える。なお、炉１内には、これを還元性雰囲気とするために、窒素ガス供給装置９から窒素ガスが供給される。窒素ガスの炉１内への供給は、中空筒状をなす主電極４及びスタート電極５を通して行なわれる。また、炉底においては、炉底冷却ファン７により、炉底電極６及びその周辺部分が空冷されるようになっている。
【０００５】
そして、灰３０の溶融が開始されると、灰３０に含まれている揮発成分や炭素成分はその一部が酸化した一酸化炭素を含むガス体３４となる。このガス体３４は、炉１の周壁たる炉壁１ａに設けた溶融スラグ流出口１０から燃焼室１２に排出されて、燃焼室１２において燃焼空気ファン１３による燃焼用空気の供給により完全燃焼された上、排ガス冷却ファン１４からの冷却空気によって冷却され、バグフィルタ１５を経て誘引通風機１６により煙突１７から排出される。なお、バグフィルタ１５で捕捉された溶融飛灰３２は、溶融飛灰コンベア１８により飛灰溜め１９に送られる。一方、灰３０に含まれている不燃性成分（鉄等の金属やガラス，砂等）は溶融状態となり、その溶融スラグ３１は、溶融スラグ流出口１０から連続的に溢出し、水を満したスラグ水冷槽２０内に落下して水砕スラグ３３となり、スラグ搬出コンベア２１によってスラグ溜め２２に送られる。なお、溶融炉１の停止時には、炉１内の溶融スラグ３１が冷却して固化しまうのを防止するために、溶融スラグ３１の底部レベルに対応して炉壁１ａに設けたタップホール１１により湯抜きを行い、炉１内を空にする。
【０００６】
このようなプラズマ溶融炉１の周壁たる炉壁１ａは、一般に、溶融スラグ３１に接触する耐火壁構造部分１１０の外周面を水冷ジャケット１２０により（又は水スプレー手段や空冷手段等により）冷却するように構成してなるが、従来の代表的な炉壁構造としては、図９（Ａ）に示す如く、耐火壁構造部分１１０を１６００℃程度の高温に耐え得る耐火材（例えば、カーボン系，Ｃ−ＳｉＣ系，ＳｉＣ系，クロム系の耐火材）で構成すると共に、これを囲繞する水冷ジャケット１２０を鋼板製のジャケット１２１内に冷却水１２２を供給する構造のものとなし、更に耐火壁構造部分１１０とジャケット１２１との間に電気絶縁性の断熱材層１３０を介在させたもの（以下「従来炉壁」という）が周知である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来炉壁１ａにあっては、耐火壁構造部分１１０の侵食による損傷が問題となっている。
【０００８】
すなわち、耐火壁構造部分１１０は、上記した如く炉１内の高温に充分耐え得る耐火材で構成されているが、高温に晒されると共に腐食性を有する溶融スラグ３１が接触することから、図９（Ｂ）に示す如く、局部的に侵食され易い。かかる侵食による損傷は、特に、溶融スラグ３１の液面（以下「湯面」という）に対応する高さ部分であって溶融スラグ流出口１０の周辺部分において著しい。
【０００９】
そして、このような耐火壁構造部分１１０の侵食による損傷部分（以下「侵食部分」という）１１４を放置したまま運転を継続すると、侵食が進行して、その侵食深さが耐火壁構造部分１１０の厚みを超えて、溶融炉１全体の熱破壊を起こしたり、ジャケット１２１が破損して、その内部水１２２が洩れて爆発する等の極めて危険な事態を誘発する原因となる（図９（Ｂ）鎖線参照）。したがって、耐火壁構造部分１１０の侵食はこれを可及的に早期に発見して、その侵食部分１１４を、その侵食深さが耐火壁構造部分１１０の厚みにまで達しない段階で、補修することが必要である。
【００１０】
しかし、従来では、耐火壁構造部分１１０の侵食による損傷を運転中に検知する術がないため、炉壁損傷の確認は炉１の運転を停止して行なう他ないのが実情である。したがって、炉壁損傷を早期に発見するためには頻繁に運転を停止せざるを得ず、長期に亘る連続運転を行うことができなくなり、どうしても灰３０の溶融処理効率が低下するといった問題が生じる。しかも、耐火壁構造部分１１０の表面（内周面）を視認する等によっては、耐火壁構造部分１１０の侵食程度を的確に判断することが困難であり、ややもすれば、侵食程度の判断を誤って適正な補修時期を逸してしまい易い。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、プラズマ溶融炉の運転を停止させることなく、炉壁における耐火壁構造部分の侵食による損傷を早期の段階で的確に検知することができる炉壁損傷検知方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１の発明は、ごみ焼却灰や飛灰を溶融処理するプラズマ溶融炉の炉壁の耐火壁構造部分を、溶融スラグに接触する耐火材製の内周層と内周層の外側を囲繞する電気絶縁体とその外側を囲繞する導電性の外周層とで形成すると共に、前記内周層の厚みＴａと外周層の厚みＴｂとがＴａ／Ｔｂ＝（１〜３）／１となるようにし、また、前記外周層の内部の溶融スラグの湯面より僅かに下方で且つ厚さ方向に内側層側の位置に、外周層の横断面形状に沿って金属棒状体を彎曲させて形成した電極を埋設すると共に当該電極と大地間に電流計を接続し、主電極から溶融スラグ及び電極を通しての大地への通電状態を感知することにより、耐火壁構造部分の前記内周層の侵食による損傷の程度を検知するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
また、本願請求項２の発明は、ごみ焼却灰や飛灰を溶融処理するプラズマ溶融炉の炉壁の耐火壁構造部分を、溶融スラグに接触する非導電性の耐火材製の内周層と内周層の外側を囲繞する導電性の外周層とで形成すると共に、前記内周層の厚みＴａと外周層の厚みＴｂとがＴａ／Ｔｂ＝（１〜３）／１となるようにし、また、前記外周層の内部の溶融スラグの湯面より僅かに下方で且つ厚さ方向に内側層側の位置に、外周層の横断面形状に沿って金属棒状体を彎曲させて形成した電極を埋設すると共に当該電極と大地間に電流計を接続し、主電極から溶融スラグ及び電極を通しての大地への通電状態を感知することにより、耐火壁構造部分の前記内周層の侵食による損傷の程度を検知するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１３】
すなわち、耐火壁構造部分が侵食による損傷され、その侵食深さが内周層の厚みを超えて、溶融スラグが侵食部分から侵入して外周層に接触する事態が発生すると、溶融スラグが導電性を有することから、主電極と導電性を有する外周層との間が溶融スラグを介して通電状態となる。一方、かかる通電状態となっているか否かは、上記した如き適宜の手法により、炉運転を停止させずとも容易に確認，検知することができる。したがって、侵食が内周層の厚みを超えて外周層に達した段階で、耐火壁構造部分の損傷を的確に検知することができ、補修時期を逸するようなことがなく、連続運転を安全に行なうことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３又は図４〜図６に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図３は第１の実施の形態を、図４〜図６は第２の実施の形態を、夫々示したものであり、各実施の形態は、本発明を図８に示すプラズマ溶融炉１の炉壁１ａに適用した例に係るものである。
【００１６】
すなわち、第１の実施の形態にあっては、図１及び図２に示す如く、プラズマ溶融炉１の周壁である炉壁１ａが耐火壁構造部分１１０の外周面を水冷ジャケット１２０で被覆してなる円筒形状に構成されているが、図９に示す従来炉壁と異なって、耐火壁構造部分１１０を、溶融スラグ３１に接触する内周層１１１とこれを囲繞する外周層１１２と両層１１１，１１２間に介在された電気絶縁体１１３とからなる３層構造物に構成してある。
【００１７】
内周層１１１は、従来炉壁に使用されるものと同様の耐火材で円筒状に構成されている。耐火材としては、炉１内の高温雰囲気に対して充分な耐熱性を有するもの、例えば、１６００℃程度の高温に耐え得るカーボン系，Ｃ−ＳｉＣ系，ＳｉＣ系，マグネシアクロム系のものが使用される。なお、内周層１１１と外周層１１２との間には後述する如く電気絶縁体１１３が介在されることから、内周層１１１の構成材としては導電性の耐火材（例えば、カーボン系の耐火材）が使用されている。
【００１８】
外周層１１２は、導電性に優れた耐火材、例えばＣ−ＳｉＣ系、カーボン系の耐火材で円筒状に構成されており、電気絶縁体１１３の介在により電気的に絶縁された状態で内周層１１１を囲繞している。電気絶縁体１１３は、スピネル、Ｓｉ₃Ｎ₄等の耐熱性に優れた電気絶縁材料からなる。
【００１９】
ところで、内周層１１１と外周層１１２とで構成される耐火壁構造部分１１０の厚みは、該部分１１０を単一耐火材層で構成する場合と同様に、炉条件（炉の形状，大きさ等）に応じて設定されるが、内周層１１１の厚みＴａと外周層１１２の厚みＴｂとは、通常、Ｔａ：Ｔｂ＝１〜３：１の割合となるように設定しておくことが好ましい。例えば、耐火壁構造部分１１０の厚みが２７０ｍｍである場合には、Ｔａ＝１３５〜２００ｍｍ，Ｔｂ＝７０〜１３５ｍｍとしておくことが好ましい。
【００２０】
また、外周層１１２の外周面は、従来炉壁と同様に、電気絶縁性を有する断熱層１３０を介在した状態で水冷ジャケット１２０により被覆されている。すなわち、外周層１１２は、その厚み方向における両側に配置された内周層１１１及び水冷ジャケット１２０の何れに対しても電気的に絶縁された状態にある。なお、水冷ジャケット１２０は、従来炉壁と同様に、鋼板製のジャケット１２１内に冷却水１２２を供給させる構造とされている。
【００２１】
そして、外周層１１２には、図１及び図２に示す如く、電気絶縁体１１３との境界部分に配して、これに水平に沿って湾曲する棒状の電極１４０が埋設されている。この電極１４０はアースされており、そのアース部には電流指示計１４２が設けられている。すなわち、電極１４０には電流指示計１４２を取り付けたアース線１４１が接続されていて、後述する如く、直流電源装置８の陰極に接続された主電極４と導電性の外周層１１２との間が溶融スラグ３１を介して通電状態となったときにおいて、電極１４０を流れる電流により電流指示計１４２が作動されるようになっている。なお、この例では、電流指示計１４２が作動されると、電極１４０を電流が流れたこと（つまり主電極４と外周層１１２との間が通電状態となったこと）を電流計指針により確認できる他、適当な安全措置が採られるようになっている。具体的には、例えば、警報が発せられると共にプラズマ溶融炉１の運転が緊急停止されるようになっている。
【００２２】
而して、第１の実施の形態にあっては、本発明の方法により炉壁１ａの耐火壁構造部分１１０の侵食による損傷が次のように検知される。
【００２３】
すなわち、耐火壁構造部分１１０の内周部つまり内周層１１１は、炉１内の高温雰囲気に晒されると共に腐食性の溶融スラグ３１に接触することから、主として、湯面に対応する高さ部分であって溶融スラグ流出口１０の周辺部分において、局部的に侵食されるが、その侵食部分１１４の深さが内周層１１１の厚みＴａを超えない状態では、主電極４と外周層１１２及びこれに埋設された電極１４０との間は通電状態とならず、電流指示計１４２は作動しない（図３（Ａ）参照）。
【００２４】
しかし、炉運転を継続することにより、侵食が進行して、侵食部分１１４の深さが内周層１１１の厚みＴａを超えて、内外周層１１１、１１２間の電気絶縁体１１３をも侵食、破壊する状態となると、導電性を有する溶融スラグ３１が侵食部分１１４に侵入して、外周層１１２に接触することになり、主電極４と外周層１１２及びこれに埋設された電極１４０との間が溶融スラグ３１を介して通電状態となる（図３（Ｂ）参照）。その結果、かかる通電状態を適当な検知手段により検知することにより、侵食程度つまり侵食部分１１４の深さが内周層１１１の厚みＴａ（より正確には、内周層１１１と電気絶縁体１１３との合計厚み）に相当する寸法に達したことを的確に把握することができ、適当な安全措置をとることができる。この例では、検知手段として設けられた電流指示計１４２が作動し、安全措置として、警報が発せられると共にプラズマ溶融炉１が緊急停止される。
そして、運転停止後は、炉１内を点検し、侵食部分１１４を補修する。このとき、外周層１１２は侵食されておらず、耐火壁構造部分１１０の一部である内周層１１１（及び電気絶縁体１１３）を補修するだけであるから、補修を経済的に且つ容易に行うことができる。
【００２５】
このように、本発明の方法によれば、プラズマ溶融炉の運転中において、耐火壁構造部分１１０の侵食程度を的確に把握することができ、つまり侵食部分１１４が一定深さに達しているか否かを的確に把握することができ、侵食がさほど進行していない段階で侵食確認のために不必要に炉運転を停止したり或いは侵食が危険な事態を誘発する段階まで進行しているにも拘わらず炉運転を継続したりするといった問題を生じることなく、プラズマ溶融炉１の長期に亘る安全な連続運転並びに的確な補修時期の決定による適正な保守を確保することができる。
【００２６】
また、第２の実施の形態にあっては、図４及び図５に示す如く、内周層１１１を非導電性の耐火材（例えば、クロム系耐火材）で構成することによって、両層１１１，１１２間に上記した電気絶縁体１１３を介在させることなく、導電性の耐火材からなる外周層１１２を内周層１１１から電気的に絶縁させてある。また、電極１４０を外周層１１２の厚み方向における略中央部に埋設してある。これらの点、つまり内周層１１１を非導電性の耐火材で構成した点、両層１１１，１１２を電気絶縁体１１３を介在させることなく接触させた点及び電極１４０を外周層１１２の厚み方向における略中央部に埋設した点を除いて、炉壁１ａを第１の実施の形態におけると同一構造となしている。なお、内周層１１１の厚みＴａと外周層１１２の厚みＴｂとの割合も、第１の実施の形態におけると同一である。
【００２７】
而して、第２の実施の形態にあっても、本発明の方法により炉壁１ａの耐火壁構造部分１１０の侵食による損傷が、第１の実施の形態における場合と同様に検知される。
【００２８】
すなわち、侵食部分１１４の深さが内周層１１１の厚みＴａを超えない状態では、主電極４と外周層１４０及びこれに埋設された電極１４０との間は通電状態とならず、電流指示計１４２は作動しない（図６（Ａ）参照）。しかし、侵食が進行して侵食部分１１４の深さが内周層１１１の厚みＴａを超えると、導電性を有する溶融スラグ３１が侵食部分１１４に侵入して、外周層１１２に接触することなり、主電極４と外周層１４０及びこれに埋設された電極１４０との間が溶融スラグ３１を介して通電状態となり、電流指示計１４２が作動して、警報が発せられると共にプラズマ溶融炉１が緊急停止される（図６（Ｂ）参照）。
【００２９】
なお、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。特に、主電極４と外周層１１２との間が通電状態にあることを感知する手段は任意であり、電極１４０の形状及び外周層１１２における埋設位置も任意である。要は、浸食部分１１４が外周層１１２の内周面に達して主電極４と外周層１１２との間が溶融スラグ３１を介して通電状態となったことを感知できるものであればよい。例えば、耐火壁構造部分１１０を第１の実施の形態における如く構成した場合において、図７に示す如く、外周層１１２に埋設した導線１４４に電圧をかけておき、その変化を電流指示計１４３により検知することによって、通電状態を感知するようにしてもよい。或いは、導電性の内周層１１１と電気絶縁体１１３との間に電圧をかけておき、その電流変化を検知することにより通電状態を感知するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明によれば、炉運転を停止することなく、耐火壁構造部分がどの程度浸食されたかを的確に検知することができ、浸食が一定以上（内周層の厚み（又は内周層及び電気絶縁体の合計厚み）以上）に進行するのを確実に防止することができる。したがって、浸食が耐火壁構造部分を超えるような危険を未然に防止しつつ、炉運転を長期に亘って安全に行うことができ、灰の溶融処理を効率よく行うことができる。しかも、耐火壁構造部分の一部（内周層又は内周層及び電気絶縁体）を補修するだけでよく、外周層を含む耐火壁構造部分全体を補修する場合に比して、補修を極めて経済的に且つ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法が適用される炉壁構造の第１例を示す要部の縦断側面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断平面図である。
【図３】耐火壁構造部分の浸食状態を示す図１相当の縦断側面図である。
【図４】本発明に係る方法が適用される炉壁構造の第２例を示す要部の縦断側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う横断平面図である。
【図６】耐火壁構造部分の浸食状態を示す図４相当の縦断側面図である。
【図７】通電状態感知手段の変形例を示す図１対応の縦断側面図である。
【図８】プラズマ溶融炉の一例を示す縦断側面図である。
【図９】従来の炉壁構造を示す要部の縦断側面図である。
【符号の説明】
１…プラズマ溶融炉、１ａ…炉壁、４…主電極、３０…灰、３１…溶融スラグ、１１０…耐火壁構造部分、１１１…内周層、１１２…外周層、１１３…電気絶縁体、１１４…浸食部分、１２０…水冷ジャケット、１３０…電気絶縁断熱材層、１４０…電極、１４１…アース線（アース部）、１４２…電流指示計。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma melting furnace for melting incineration ash and fly ash, which are incineration residues of garbage (city waste, industrial waste, etc.), for detecting damage due to erosion of a fire wall structure portion of the furnace wall. It is about the method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce the volume and detoxify incineration ash and fly ash (hereinafter referred to as “ash”), which are incineration residues discharged from waste incinerators, ash melt-solidification methods have attracted attention and are practically used. It is offered to. As the ash melts and solidifies, its volume can be reduced to 1/2 to 1/3, and it is possible to prevent the elution of hazardous substances such as heavy metals, reuse molten slag, and extend the life of the final landfill site. Because it becomes.
[0003]
By the way, as an ash melting and solidifying method, for example, an arc melting furnace, a plasma arc furnace, an electric resistance furnace or the like is used, and a method of melting and solidifying ash by electric energy, a surface melting furnace, a swirling melting furnace, a coke bed, etc. A method of melting and solidifying ash by the combustion energy of fuel using a furnace or the like has been put into practical use. Generally, when the power generation equipment is juxtaposed with the waste incineration equipment, the former method using electric energy is adopted, and when the power generation equipment is not juxtaposed, the latter method using combustion energy is adopted. Yes.
[0004]
FIG. 8 shows an example of a DC arc discharge graphite electrode type plasma melting furnace installed in the waste incineration facility. In this plasma melting furnace 1, an ash 30 is removed from an ash hopper 3 by an ash supply device 2. Continuously supplied. In the furnace 1, a graphite main electrode 4 that functions as a negative electrode is suspended from the top of the furnace, and a furnace bottom electrode 6 that functions as a positive electrode is disposed on the bottom of the furnace. Plasma is generated by direct current electricity of 600 to 1000 KW (per 1 ton of ash) supplied by the direct current power supply device 8 between the electrodes 4 and 6, and as a result, the ash 30 supplied into the furnace 1 is heated to 1400 to 1600 ° C. Thus, the molten slag (hereinafter referred to as “molten slag”) 31 is obtained. At the start of the furnace 1, the ash 30 before melting does not have conductivity. Therefore, the start electrode 5 is inserted into the furnace 1 to form a positive electrode, and the main electrode 4 is energized via scrap steel. When the ash 30 is melted and the ash 30 is melted, the molten slag 31 has conductivity, so that the positive electrode is switched from the start electrode 5 to the furnace bottom electrode 6. In addition, in the furnace 1, nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas supply device 9 in order to make this into a reducing atmosphere. Nitrogen gas is supplied into the furnace 1 through the hollow cylindrical main electrode 4 and start electrode 5. Further, at the furnace bottom, the furnace bottom electrode 6 and its peripheral portion are air-cooled by the furnace bottom cooling fan 7.
[0005]
When the melting of the ash 30 is started, the volatile component and the carbon component contained in the ash 30 become a gas body 34 containing carbon monoxide partially oxidized. The gas body 34 is discharged from the molten slag outlet 10 provided on the furnace wall 1 a which is the peripheral wall of the furnace 1 to the combustion chamber 12 and completely burned in the combustion chamber 12 by supplying combustion air from the combustion air fan 13. The air is cooled by the cooling air from the exhaust gas cooling fan 14, and is discharged from the chimney 17 through the bag filter 15 by the induction fan 16. The molten fly ash 32 captured by the bag filter 15 is sent to the fly ash reservoir 19 by the molten fly ash conveyor 18. On the other hand, incombustible components (metal such as iron, glass, sand, etc.) contained in the ash 30 are in a molten state, and the molten slag 31 continuously overflows from the molten slag outlet 10 and fills with water. It falls into the slag water cooling tank 20 to become a granulated slag 33, which is sent to the slag reservoir 22 by the slag carry-out conveyor 21. When the melting furnace 1 is stopped, in order to prevent the molten slag 31 in the furnace 1 from being cooled and solidified, the tap hole 11 provided in the furnace wall 1a corresponding to the bottom level of the molten slag 31 is used for hot water. The furnace 1 is evacuated and the furnace 1 is emptied.
[0006]
Such a furnace wall 1a as a peripheral wall of the plasma melting furnace 1 generally cools the outer peripheral surface of the refractory wall structure portion 110 in contact with the molten slag 31 by the water cooling jacket 120 (or by water spraying means, air cooling means, etc.). However, as shown in FIG. 9A, a conventional typical furnace wall structure includes a refractory material that can withstand a high temperature of about 1600 ° C. (for example, carbon-based, C A water-cooling jacket 120 that surrounds the water-cooling jacket 120 is configured to supply the cooling water 122 into the steel plate jacket 121, and a fire-resistant wall structure portion. A structure in which an electrically insulating heat insulating material layer 130 is interposed between 110 and a jacket 121 (hereinafter referred to as “conventional furnace wall”) is well known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional furnace wall 1a, damage due to erosion of the fire wall structure 110 is a problem.
[0008]
That is, the refractory wall structure portion 110 is made of a refractory material that can sufficiently withstand the high temperature in the furnace 1 as described above, but is exposed to the high temperature and contacts the molten slag 31 having corrosive properties. As shown in (B), it is easily eroded locally. Such damage due to erosion is particularly remarkable in the height portion corresponding to the liquid surface of the molten slag 31 (hereinafter referred to as “water surface”) and in the peripheral portion of the molten slag outlet 10.
[0009]
Then, when the operation is continued while leaving the damaged portion (hereinafter referred to as “eroded portion”) 114 due to the erosion of the fire wall structure portion 110, the erosion progresses and the erosion depth of the fire wall structure portion 110 is increased. Exceeding the thickness, it causes thermal destruction of the entire melting furnace 1 or causes an extremely dangerous situation such as the jacket 121 being damaged and the internal water 122 leaking and exploding (FIG. 9B). (See chain line). Therefore, erosion of the fire wall structure portion 110 is detected as early as possible, and the erosion portion 114 is repaired at a stage where the erosion depth does not reach the thickness of the fire wall structure portion 110. is required.
[0010]
However, conventionally, there is no way to detect damage due to erosion of the fire wall structure portion 110 during operation. Therefore, the actual situation is that the furnace wall damage can only be confirmed by stopping the operation of the furnace 1. Therefore, in order to detect the furnace wall damage at an early stage, it is necessary to frequently stop the operation, it becomes impossible to perform a continuous operation over a long period of time, and there arises a problem that the melting treatment efficiency of the ash 30 is inevitably lowered. . In addition, it is difficult to accurately determine the degree of erosion of the fire wall structure portion 110 by visually recognizing the surface (inner peripheral surface) of the fire wall structure portion 110. It is easy to miss the repair time.
[0011]
The present invention has been made in view of the above points, and can accurately detect damage due to erosion of the fire wall structure portion in the furnace wall at an early stage without stopping the operation of the plasma melting furnace. An object of the present invention is to provide a furnace wall damage detection method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the invention of claim 1 of the present application, the fire wall structure portion of the furnace wall of the plasma melting furnace for melting incineration ash and fly ash is disposed between the inner peripheral layer made of a refractory material and the outer side of the inner peripheral layer in contact with the molten slag. It is formed by an electrical insulator that surrounds and a conductive outer peripheral layer that surrounds the outside, and the thickness Ta of the inner peripheral layer and the thickness Tb of the outer peripheral layer are Ta / Tb = (1-3) / 1. In addition, a metal rod-like body is formed along the cross-sectional shape of the outer peripheral layer at a position slightly below the molten metal surface of the molten slag inside the outer peripheral layer and on the inner layer side in the thickness direction. By connecting an ammeter between the electrode and the ground, and detecting the current flowing from the main electrode to the ground through the molten slag and the electrode, the inner wall of the fire wall structure is eroded. to that which is adapted to detect the extent of damage and the basic configuration of the invention It is intended.
Further, the invention of claim 2 of the present application is directed to a fire wall structure portion of a furnace wall of a plasma melting furnace for melting waste incineration ash and fly ash, and an inner peripheral layer made of a non-conductive refractory material in contact with the molten slag. A conductive outer peripheral layer surrounding the outer periphery of the inner peripheral layer, and the inner peripheral layer thickness Ta and the outer peripheral layer thickness Tb are Ta / Tb = (1-3) / 1, Further, an electrode formed by bending a metal rod-like body along the cross-sectional shape of the outer peripheral layer at a position slightly below the molten metal surface of the molten slag inside the outer peripheral layer and on the inner layer side in the thickness direction. The degree of damage due to erosion of the inner wall layer of the fire wall structure by burying and connecting an ammeter between the electrode and the ground, and sensing the state of conduction from the main electrode to the ground through the molten slag and the electrode The basic configuration of the invention is to detect the above.
[0013]
In other words, if the fire wall structure is damaged by erosion, the erosion depth exceeds the thickness of the inner peripheral layer, and molten slag enters from the eroded portion and contacts the outer peripheral layer, the molten slag becomes conductive. Therefore, between the main electrode and the outer peripheral layer having conductivity is energized via the molten slag. On the other hand, whether or not it is in the energized state can be easily confirmed and detected by the appropriate method as described above without stopping the furnace operation. Therefore, when the erosion reaches the outer layer beyond the thickness of the inner layer, it is possible to accurately detect damage to the fire wall structure, and without losing the repair time, safe operation is safe. Can be done.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 or 4 to 6.
[0015]
FIGS. 1 to 3 show the first embodiment, and FIGS. 4 to 6 show the second embodiment, respectively. In each embodiment, the present invention is shown in FIG. This example is applied to the furnace wall 1 a of the furnace 1.
[0016]
That is, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the furnace wall 1 a that is the peripheral wall of the plasma melting furnace 1 covers the outer peripheral surface of the refractory wall structure portion 110 with the water cooling jacket 120. Unlike the conventional furnace wall shown in FIG. 9, the fire wall structure portion 110 includes an inner peripheral layer 111 that contacts the molten slag 31, an outer peripheral layer 112 that surrounds the inner peripheral layer 111, and both layers 111. , 112 is constituted by a three-layer structure comprising an electrical insulator 113 interposed between them.
[0017]
The inner peripheral layer 111 is made of a refractory material similar to that used in conventional furnace walls and is formed in a cylindrical shape. As the refractory material, a material having sufficient heat resistance to the high temperature atmosphere in the furnace 1, for example, a carbon type, C-SiC type, SiC type, magnesia chrome type that can withstand a high temperature of about 1600 ° C. is used. Is done. Since an electrical insulator 113 is interposed between the inner peripheral layer 111 and the outer peripheral layer 112 as described later, a conductive refractory material (for example, a carbon-based refractory material) is used as a constituent material of the inner peripheral layer 111. Material).
[0018]
Peripheral layer 112, with excellent conductivity refractory material, for example, C-SiC system is configured in a cylindrical shape with refractory material of carbon-based, the inner periphery of an electrically insulated state by the interposition of electrical insulator 113 Surrounding layer 111. The electric insulator 113 is made of an electric insulating material having excellent heat resistance such as spinel and Si ₃ N ₄ .
[0019]
By the way, the thickness of the refractory wall structure portion 110 constituted by the inner peripheral layer 111 and the outer peripheral layer 112 is the same as that in the case where the portion 110 is constituted by a single refractory material layer. Etc.), but the thickness Ta of the inner peripheral layer 111 and the thickness Tb of the outer peripheral layer 112 are usually set to have a ratio of Ta: Tb = 1-3: 1. preferable. For example, when the thickness of the fireproof wall structure portion 110 is 270 mm, it is preferable that Ta = 135 to 200 mm and Tb = 70 to 135 mm.
[0020]
The outer peripheral surface of the outer peripheral layer 112 is covered with a water cooling jacket 120 with a heat insulating layer 130 having electrical insulating properties interposed, as in the conventional furnace wall. That is, the outer peripheral layer 112 is in a state of being electrically insulated from both the inner peripheral layer 111 and the water cooling jacket 120 disposed on both sides in the thickness direction. The water cooling jacket 120 has a structure in which the cooling water 122 is supplied into the steel plate jacket 121 as in the conventional furnace wall.
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, a rod-shaped electrode 140 is embedded in the outer peripheral layer 112 so as to be disposed along the boundary with the electric insulator 113 and to be curved along the horizontal. The electrode 140 is grounded, and a current indicator 142 is provided at the ground portion. That is, the electrode 140 is connected to a ground wire 141 having a current indicator 142 attached thereto. As will be described later, a gap between the main electrode 4 connected to the cathode of the DC power supply 8 and the conductive outer peripheral layer 112 is provided. When an energized state is established through the molten slag 31, the current indicator 142 is activated by the current flowing through the electrode 140. In this example, when the current indicator 142 is activated, it is confirmed by the ammeter pointer that the current has flown through the electrode 140 (that is, the energized state between the main electrode 4 and the outer peripheral layer 112). In addition, appropriate safety measures are taken. Specifically, for example, an alarm is issued and the operation of the plasma melting furnace 1 is urgently stopped.
[0022]
Thus, in the first embodiment, damage due to erosion of the fire wall structure portion 110 of the furnace wall 1a is detected as follows by the method of the present invention.
[0023]
That is, the inner peripheral portion of the fire wall structure portion 110, that is, the inner peripheral layer 111 is exposed to the high temperature atmosphere in the furnace 1 and contacts the corrosive molten slag 31. In the state where the peripheral portion of the molten slag outlet 10 is locally eroded, but the depth of the eroded portion 114 does not exceed the thickness Ta of the inner peripheral layer 111, the main electrode 4 and the outer peripheral layer 112 and Between the electrode 140 embedded in this, it does not become an energized state and the current indicator 142 does not operate (refer FIG. 3 (A)).
[0024]
However, by continuing the furnace operation, erosion progresses, the depth of the eroded portion 114 exceeds the thickness Ta of the inner peripheral layer 111, and the electric insulator 113 between the inner and outer peripheral layers 111, 112 also erodes. In a state of destruction, the molten slag 31 having conductivity enters the eroded portion 114 and comes into contact with the outer peripheral layer 112, and between the main electrode 4, the outer peripheral layer 112, and the electrode 140 embedded therein. Becomes energized through the molten slag 31 (see FIG. 3B). As a result, by detecting the energized state by an appropriate detection means, the degree of erosion, that is, the depth of the eroded portion 114 is set to the thickness Ta of the inner peripheral layer 111 (more precisely, the inner peripheral layer 111 and the electrical insulator 113 It is possible to accurately grasp that the dimension corresponding to (total thickness) is reached, and appropriate safety measures can be taken. In this example, a current indicator 142 provided as a detection unit is activated, and as a safety measure, an alarm is issued and the plasma melting furnace 1 is urgently stopped.
After the operation is stopped, the inside of the furnace 1 is inspected and the eroded portion 114 is repaired. At this time, the outer peripheral layer 112 is not eroded, and only the inner peripheral layer 111 (and the electrical insulator 113), which is a part of the fire wall structure portion 110, is repaired. It can be carried out.
[0025]
Thus, according to the method of the present invention, it is possible to accurately grasp the degree of erosion of the fire wall structure portion 110 during operation of the plasma melting furnace, that is, whether or not the erosion portion 114 has reached a certain depth. It can be accurately grasped, and when the erosion is not progressing so much, the furnace operation is stopped unnecessarily for erosion confirmation or the stage where erosion induces a dangerous situation Regardless of this, without causing the problem of continuing the furnace operation, it is possible to ensure proper maintenance by determining the safe and continuous operation of the plasma melting furnace 1 over a long period of time and the exact repair timing.
[0026]
In the second embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the inner peripheral layer 111 is made of a non-conductive refractory material (for example, a chromium-based refractory material), whereby both layers 111 are formed. , 112, the outer peripheral layer 112 made of a conductive refractory material is electrically insulated from the inner peripheral layer 111 without interposing the above-described electrical insulator 113. In addition, the electrode 140 is embedded in a substantially central portion in the thickness direction of the outer peripheral layer 112. These points, that is, the point where the inner peripheral layer 111 is made of a non-conductive refractory material, the point where both the layers 111 and 112 are brought into contact with each other without the electric insulator 113, and the electrode 140 in the thickness direction of the outer peripheral layer 112 The furnace wall 1a has the same structure as in the first embodiment except that it is embedded in the substantially central portion of the first embodiment. Note that the ratio between the thickness Ta of the inner peripheral layer 111 and the thickness Tb of the outer peripheral layer 112 is also the same as in the first embodiment.
[0027]
Thus, even in the second embodiment, damage due to the erosion of the fire wall structure portion 110 of the furnace wall 1a is detected by the method of the present invention in the same manner as in the first embodiment.
[0028]
That is, when the depth of the eroded portion 114 does not exceed the thickness Ta of the inner peripheral layer 111, the main electrode 4, the outer peripheral layer 140, and the electrode 140 embedded therein are not energized, and the current indicator 142 does not operate (see FIG. 6A). However, when erosion progresses and the depth of the eroded portion 114 exceeds the thickness Ta of the inner circumferential layer 111, the molten slag 31 having conductivity enters the eroded portion 114 and comes into contact with the outer circumferential layer 112, The main electrode 4 and the outer peripheral layer 140 and the electrode 140 embedded therein are energized via the molten slag 31, the current indicator 142 is activated, an alarm is issued, and the plasma melting furnace 1 is stopped urgently. (See FIG. 6B).
[0029]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention. In particular, the means for sensing that the main electrode 4 and the outer peripheral layer 112 are energized is arbitrary, and the shape of the electrode 140 and the embedded position in the outer peripheral layer 112 are also arbitrary. In short, it is only necessary that the eroded portion 114 reaches the inner peripheral surface of the outer peripheral layer 112 and can sense that the energized state is established between the main electrode 4 and the outer peripheral layer 112 via the molten slag 31. For example, when the fire wall structure portion 110 is configured as in the first embodiment, as shown in FIG. 7, a voltage is applied to the conductive wire 144 embedded in the outer peripheral layer 112, and the change is measured by the current indicator 143. By detecting, the energized state may be detected. Alternatively, the energized state may be detected by applying a voltage between the conductive inner peripheral layer 111 and the electrical insulator 113 and detecting the current change.
[0030]
【The invention's effect】
As can be easily understood from the above description, according to the present invention, it is possible to accurately detect how much the fire wall structure portion has been eroded without stopping the furnace operation, and erosion is above a certain level ( Proceeding to the thickness of the inner peripheral layer (or more than the total thickness of the inner peripheral layer and the electrical insulator) can be reliably prevented. Therefore, the furnace operation can be performed safely over a long period of time while preventing the danger that erosion exceeds the fire wall structure portion, and the ash melting process can be performed efficiently. Moreover, it is only necessary to repair a part of the refractory wall structure (inner peripheral layer or inner peripheral layer and electrical insulator). Compared to the case of repairing the entire refractory wall structure including the outer peripheral layer, the repair is extremely difficult. It can be done economically and easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view of a main part showing a first example of a furnace wall structure to which a method according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional plan view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal side view corresponding to FIG. 1 and showing an erosion state of a fire wall structure portion.
FIG. 4 is a longitudinal side view of a main part showing a second example of a furnace wall structure to which the method according to the present invention is applied.
5 is a cross-sectional plan view taken along line VV in FIG.
6 is a longitudinal side view corresponding to FIG. 4 and showing an erosion state of the fire wall structure portion. FIG.
FIG. 7 is a longitudinal side view corresponding to FIG. 1 and showing a modification of the energization state sensing means.
FIG. 8 is a longitudinal side view showing an example of a plasma melting furnace.
FIG. 9 is a longitudinal side view of a main part showing a conventional furnace wall structure.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma melting furnace, 1a ... Furnace wall, 4 ... Main electrode, 30 ... Ash, 31 ... Molten slag, 110 ... Fire wall structure part, 111 ... Inner peripheral layer, 112 ... Outer peripheral layer, 113 ... Electrical insulator, 114 ... Erosion part, 120 ... Water cooling jacket, 130 ... Electrically insulating heat insulating material layer, 140 ... Electrode, 141 ... Ground wire (earth part), 142 ... Current indicator.

Claims

The inner wall of the refractory material that touches the molten slag and the outer side of the inner wall of the refractory wall structure part of the plasma melting furnace that melts incineration ash and fly ash And the outer peripheral layer has a thickness Ta and an outer peripheral layer thickness Tb of Ta / Tb = (1-3) / 1. An electrode formed by bending a metal rod-like body along the cross-sectional shape of the outer peripheral layer is embedded at a position slightly below the molten metal surface of the molten slag and on the inner layer side in the thickness direction. By connecting an ammeter between the main electrode and the ground, and detecting the state of energization from the main electrode to the ground through the molten slag and the electrode , the degree of damage caused by the erosion of the inner peripheral layer of the fire wall structure is detected. How to detect wall damage in plasma melting furnaces .

Conductivity surrounding the inner wall of the non-conductive refractory material that contacts the molten slag and the outer layer of the inner wall of the fire wall structure of the plasma melting furnace wall that melts incineration ash and fly ash And the inner peripheral layer thickness Ta and the outer peripheral layer thickness Tb are Ta / Tb = (1-3) / 1, and the molten slag inside the outer peripheral layer. An electrode formed by bending a metal rod along the cross-sectional shape of the outer peripheral layer is embedded at a position slightly below the surface of the metal and on the inner layer side in the thickness direction, and a current flows between the electrode and the ground. It is characterized by detecting the degree of damage due to erosion of the inner wall layer of the fire wall structure by connecting a meter and sensing the state of energization from the main electrode to the ground through the molten slag and electrode. A method for detecting furnace wall damage in a plasma melting furnace.