JP4020055B2

JP4020055B2 - テルミット式灰溶融炉

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Publication number: JP4020055B2
Application number: JP2003335358A
Authority: JP
Inventors: 俊光桐林; 三郎小沢; 英次郎橋本; 三男山田; 恒夫岩水
Original assignee: Kyowa Exeo Corp
Current assignee: Kyowa Exeo Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005098652A

Description

本発明は、焼却残渣を溶融処理するためのテルミット式灰溶融炉に関する。

都市ごみ等の一般廃棄物や産業廃棄物は、これまで埋立処理されていたものでも、埋立地の枯渇や環境破壊等の問題から、次第に焼却処理されるようになってきている。しかし、焼却処理を行っても、例えばストーカ炉や流動床炉等の焼却炉の炉底から排出される主灰（焼却灰）や、当該焼却炉の排ガス等からフィルタ等で捕集される飛灰（これらの主灰および飛灰を焼却残渣と定義する）に、重金属類やダイオキシン類等の含れる率が高いため、これらをそのまま埋立処理するには問題がある。

このため、近年、焼却残渣を灰溶融炉に投入し、高温雰囲気下において溶融処理することにより、ダイオキシン類等の有害物質の無害化を図るとともに、焼却残渣の減容化を図ることが行われている。

このような灰溶融炉の一つとして、化石燃料（例えば灯油）を燃焼させるバーナを灰溶融炉の天井に設け、かつ補助加熱手段としてのテルミット剤を焼却残渣とともに炉床上に供給することによって、当該焼却残渣を内外から効率よく加熱して溶融処理するテルミット式灰溶融炉が開発されている。

このテルミット式灰溶融炉においては、炉床から天井面までの高さを低く設定し、炉内容積を低減することにより、熱効率の向上を図ることが行われている。

ところが、上記テルミット式灰溶融炉においては、天井面を低くすることによって熱効率の向上を図ると、焼却残渣の溶融温度を同程度に設定した場合でも、炉床の損傷が早まるという問題があった。

そこで、発明者は、上記問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、天井面が低くなると、焼却残渣の溶融温度が同程度であっても当該焼却残渣の供給量の大小に応じてバーナから発する輝炎が時折炉床に直接当たる場面が生じ、この際に生じた損傷が積み重なることによって炉床の損傷速度が増大するという知見を得た。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、炉床の損傷速度を増大させることなく熱効率の向上を図ることのできるテルミット式灰溶融炉を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、テルミット剤を含有する焼却残渣が供給される上流側端部から当該焼却残渣が溶融して流出する下流側端部に向かって漸次下方に位置すべく傾斜する炉床の上方を覆うべく設置され、上方に位置する外面部材および当該外面部材の下方に位置する耐熱部材によって層状に構成されているとともに、上記外面部材に設けられた複数の各バーナから噴出する輝炎を上記耐熱部材における上記各バーナに対応する位置に形成された各輝炎導入孔から炉内に噴出するように構成された天井を備えたテルミット式灰溶融炉であって、上記輝炎導入孔のうち上記炉床の最も上流側に位置する上流側輝炎導入孔は、その軸線が下方に向かって漸次上記炉床の下流側に位置すべく当該炉床に直交する基準線に対して傾けられており、かつ上記輝炎導入孔であって上記炉床における上下流方向に延在する幅方向の中心線から当該幅方向にずれた位置に配置された輝炎導入孔のうち最も下流側に位置する下流側輝炎導入孔は、その軸線が下方に向かって漸次上記中心線側に位置すべく上記炉床に直交する基準線に対して傾けられていることを特徴としている。

なお、テルミット剤とは、粉末状の酸化鉄と、粉末状のアルミニウムとを一定の割合（酸化鉄とアルミニウムとのモル比が１：２となる割合）で混合したものであり、所定の高温（１０５０〜１１００℃）に加熱することにより、下記の式（１）に示すテルミット反応が開始され、発熱を生じるものである。炉内雰囲気温度は、１２００℃以上に保持するように運転する。テルミット反応式は下記の通りである。
Ｆｅ₂Ｏ₃＋２Ａｌ＝２Ｆｅ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋１９８．３kcal …（１）
このテルミット反応においては、酸化鉄１モルと、アルミニウム２モルから、１９８．３kcalの反応熱を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記炉床の水平方向に対する傾斜角度は、２０〜３０度に設定されており、上記上流側輝炎導入孔の軸線の上記基準線に対する傾き角度は、５〜１５度に設定されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記下流側輝炎導入孔は、上記中心線から幅方向に５００〜１０００ｍｍの位置に配置され、上記下流側輝炎導入孔の軸線の上記基準線に対する傾き角度は、５〜１０度に設定されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、上記炉床は、上記各輝炎導入孔から炉内に噴出する輝炎との間隔が０〜３００ｍｍとなるように構成されており、かつ上記外面部材の下面から上記耐熱部材の下面である天井面までの上記炉床に直交する方向の寸法は、４５０〜７００ｍｍに設定されるとともに、上記炉床から上記天井面までの当該炉床に直交する方向の寸法は、７００〜９００ｍｍに設定されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、上記外面部材を鉄製の外面部強度部材によって構成してなり、上記外面部強度部材の下面には、上記耐熱部材を支持する耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガが連結され、上記耐火煉瓦ハンガは、上記炉床における上下流方向の中央部から上流側の上記耐熱部材に対応する部分において３００〜４００ｍｍの間隔に設置されているとともに、上記中央部から下流側の上記耐熱部材に対応する部分において２５０〜３５０ｍｍの間隔に設置され、上記耐熱金属ハンガは、上記各耐火煉瓦ハンガの間に設置されており、かつ上記耐熱部材は、練土状態で上記耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガに密着すべく施工され、養生によって硬化し耐熱性および断熱性を有する状態になる断熱層と、この断熱層の下面と上記耐熱部材の下面である天井面に対応する位置に仮設される型枠との間に流し込まれることによって上記耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガに密着すべく施工され、養生によって硬化し断熱性および耐火性を有する状態になる耐火層とによって層状に構成され、上記外面部強度部材には、流動状態となった上記耐火層の原料を上記断熱層の下面と上記型枠との間に投入する筒状の投入口部が複数設置されていることを特徴としている。

上記請求項１〜５に記載の発明によれば、上流側輝炎導入孔の軸線が下方に向かって漸次炉床の下流側に位置すべく当該炉床に直交する基準線に対して傾けられているので、上流側輝炎導入孔から噴出する輝炎によって焼却残渣を加熱する効率を向上させることができる。

すなわち、通常であれば、上流側輝炎導入孔の軸線を炉床に直交する方向に延在させることによって、輝炎を焼却残渣にほぼ直角に当てることができるので、焼却残渣の溶融効率を向上させることができる。ただし、炉床が傾斜しているのに対して炉床の上流側端部に設けられる内壁面は通常鉛直方向に設置されるため、上流側輝炎導入孔を炉床に直交させると、噴出する輝炎が上記内壁面に当るなどして当該内壁面を直接的に加熱してしまうことになり、壁部の劣化を早めるとともに、輝炎の熱量を焼却残渣の溶融のために有効に使うことができない。

したがって、上流側輝炎導入孔の軸線を下方に向かって漸次炉床の下流側に位置すべく当該炉床に直交する基準線に対して傾けることによって、上流側輝炎導入孔から噴出する輝炎が上記内壁面を直接的に加熱するのを防止できるとともに、当該輝炎の熱量を焼却残渣の溶融のために有効に利用することができる。よって、壁部の劣化の低減および焼却残渣の溶融効率の向上を図ることができる。

また、下流側輝炎導入孔の軸線が下方に向かって漸次上記中心線側に位置すべく上記炉床に直交する基準線に対して傾けられているので、下流側輝炎導入孔から噴出する輝炎による焼却残渣を加熱する効率の向上を図ることができる。

すなわち、通常の炉床は溶融した焼却残渣が一カ所に集まって下流側端部から流出するように、特に下流側において幅方向の中心線に沿う部分が最も低くなるように傾斜しているため、下流側輝炎導入孔に関しては炉床に直交する方向に延在させると、噴出する輝炎が焼却残渣の存在しない炉床を直接的に加熱することになり、当該炉床の劣化を早めるとともに、輝炎の熱量を焼却残渣の溶融のために有効に使うことができない。

したがって、下流側輝炎導入孔の軸線を下方に向かって漸次上記中心線側に位置すべく上記炉床に直交する基準線に対して傾けることによって、下流側輝炎導入孔から噴出する輝炎が炉床を直接的に加熱するのを防止することができるとともに、当該輝炎の熱量を未だ溶融してない焼却残渣を加熱し溶融させるために有効に利用することができる。よって、炉床の劣化の低減および熱効率の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、炉床の水平方向に対する傾斜角度が２０〜３０度に設定され、上流側輝炎導入孔の軸線の上記基準線に対する傾き角度が５〜１５度に設定されているので、上流側輝炎導入孔から噴出する輝炎が上述した内壁面を直接的に加熱するのを防止することができるとともに、炉床に供給された焼却残渣を効率よく加熱することができる。

なお、上記傾き角度を５〜１５度に設定したのは、５度未満であると、輝炎が上記内壁面に当たって、当該内壁面を直接的に加熱するおそれがあるからであり、１５度を超えると、上流側端部に位置する焼却残渣の加熱量が不足することになるためである。

請求項３に記載の発明によれば、下流側輝炎導入孔が上記中心線から幅方向に５００〜１０００ｍｍの位置に配置され、当該下流側輝炎導入孔の軸線の上記基準線に対する傾き角度が５〜１０度に設定されているので、下流側輝炎導入孔から噴出する輝炎によって炉床を直接的に加熱することなく、炉床上の焼却残渣を効率よく加熱することができる。

なお、上記傾き角度を５〜１０度に設定したのは、５度未満であると、輝炎が炉床を直接的に加熱するおそれがあるからであり、１０度を超えると、輝炎が焼却残渣に対してより斜めに噴射することになって当該焼却残渣を加熱する効率が低下することになるためである。

請求項４に記載の発明によれば、輝炎導入孔から炉内に噴出する輝炎と炉床との間隔が０〜３００ｍｍとなるように構成されているので、焼却残渣の供給量が少ない場合であってもバーナの輝炎が炉床に直接当たるのを防止することができる。したがって、炉床の損傷速度が増大するのを防止することができる。

この場合、耐熱部材の下面である天井面の炉床からの高さは炉床の損傷に直接的な影響を与えることがなく可能な限り低く設定することができるので、熱効率の向上を図ることができる。

なお、輝炎と炉床との間隔を上述のように０〜３００ｍｍに設定したのは、０ミリ未満であれば、輝炎が炉床に当たることになるからであり、３００ｍｍを超えれば、輝炎の先端が炉床に供給される焼却残渣の上方に位置することになって、当該焼却残渣を溶融する効率が低下してしまうからである。

加えて、外面部材の下面から耐熱部材の下面である天井面までの寸法を４５０〜７００ｍｍに設定しているので、十分な断熱性を得ることができ、熱効率の向上を図ることができる。

また、炉床から天井面までの寸法を７００〜９００ｍｍに設定しているので、炉床に多くの焼却残渣を十分余裕をもって供給することができる。

しかも、通常使用されるバーナの輝炎長が１１００〜１３００ｍｍであるため、当該バーナを外面部材に設置することによって、輝炎と炉床との間隔を上述のように０〜３００ｍｍに設定することができる。

なお、外面部材の下面から耐熱部材の下面である天井面までの寸法を４５０〜７００ｍｍに設定したのは、４５０ｍｍ未満であると、十分な断熱効果が得られなくなるからであり、７００ｍｍを超えると製造コストの増大を来すことになるからである。

また、炉床から天井面までの寸法を７００〜９００ｍｍに設定したのは、７００ｍｍ未満になると、炉床に焼却残渣を供給する上での空間が十分に得られなくなるからであり、９００ｍｍを超えると、炉内の空間の増大により熱効率が低下してしまうからである。

請求項５に記載の発明によれば、鉄製の外面部強度部材の下面に耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガを連結した後、断熱層を練土状態で施工することによって、当該断熱層を耐火煉瓦ハンガや、耐熱金属ハンガや、炉床の周縁部から立ち上がる側壁面や上述した内壁面等に確実に密着させることができる。さらに、断熱層の下面と仮設した型枠との間に流動状態の耐火層の原料を充填することによって、耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガを下方から完全に覆うことができるとともに、これらの各ハンガや、断熱層の下面や、炉床の周縁部から立ち上がる側壁面や上述した内壁面に密着した耐火層を構成することができる。

したがって、耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガによって支持された断熱層および耐火層からなる強固な耐熱部材を構成することができるとともに、炉内に発生したガスが耐熱部材や外面部強度部材等の施工部分から上方に逃げたり、当該施工部分から大気が炉内に浸入したりするのを防止することができる。

また、焼却残渣の溶融温度が１５００〜１７００℃に達することがあるため、この溶融した焼却残渣の輻射熱が天井面に作用することになるが、耐熱部材の支持手段として耐熱性に優れた耐火煉瓦ハンガを用いているので、高温状態になる耐熱部材を確実に保持することができる。

一方、耐熱金属ハンガについては、耐火煉瓦ハンガに比べて、耐熱部材内における天井面から上方の位置に配置することによって、上記輻射熱による溶融を防止することができる。しかも、耐熱金属ハンガは、金属で構成されているため、例えば地震等の衝撃的な力に対して耐熱部材を強靱に保持することができる。

さらに、外面部強度部材の下方に、耐火煉瓦ハンガ、耐熱金属ハンガ、断熱層および耐火層を順次施工することができるので、施工期間の短縮および施工設備の縮小等を図ることができる。

すなわち、灰溶融炉の天井は、炉内が高温になることから、半年から１年程度の間隔で大規模な補修を行う必要があるが、従来は、灰溶融炉の周囲に設置されたクレーンや、トラッククレーンを使用して、天井を灰溶融炉から吊り上げて取り外してから修理する必要があった。この場合、天井の重さは、焼却残渣の処理能力が１５トン／日の灰溶融炉の場合、１２トン程度にもなるため、大規模なクレーンを設置しておくか、補修の都度、大型のトラッククレーンを搬入する必要があり、施工期間が長くなるとともに、補修コストの増大を来すという問題があった。

しかし、外面部強度部材の下方に天井の構成部分を順次施工することができ、補修のたびに当該天井を灰溶融炉から取り外す必要がないので、施工期間の短縮、大型クレーンの排除による施工設備の縮小等を図ることができるとともに、補修に要するコストの低減を図ることができる。

加えて、炉床における上下流方向の中央部から上流側の耐熱部材に対応する部分における耐火煉瓦ハンガを、３００〜４００ｍｍの間隔に設置し、上記中央部から下流側の耐熱部材に対応する部分における耐火煉瓦ハンガを、２５０〜３５０ｍｍの間隔に設置しているので、耐熱部材を外面部強度部材の下方に確実に保持することができる。

しかも、各耐火煉瓦ハンガの間に耐熱金属ハンガを設置しているので、地震等の衝撃力に対しても耐熱部材を強靱に保持することができる。

なお、中央部の上流側の部分において各耐火煉瓦ハンガの間隔を３００〜４００ｍｍに設定したのは、この寸法の範囲内に入っていれば耐熱部材を十分に保持することができるためである。また、中央部の下流側の部分において各耐火煉瓦ハンガの間隔を２５０〜３５０ｍｍに設定しているのも、同様の理由による。ただし、下流側の耐火煉瓦ハンガの間隔を上流側に比べて狭く設定したのは、下流側の炉内温度の方が上流側の炉内温度より高くなるため、耐火煉瓦ハンガを多く設置することによって下流側の耐熱部材をより強固に保持する必要があるからである。

以下、この発明の一実施の形態としてのテルミット式灰溶融炉について、図面を参照しながら説明する。

この実施の形態で示すテルミット式灰溶融炉は、図１、図６および図７に示すように、炉床１と、天井２と、上流側側壁３と、下流側側壁４と、左右の各幅方向側壁５、６と、炉床１の後述する湯口１１から流下する溶融スラグＷ´の周囲を囲む下部ダクト７とを備えた構成になっている。

上流側側壁３の外側には、図１に示すように、テルミット剤Ｔを含有する焼却残渣Ｗを投入するホッパ８が設けられており、このホッパ８の下端部には、油圧シリンダ（図示せず）によって軸方向に駆動され、焼却残渣Ｗをホッパ８の底部から炉床１上に供給するプッシャ８１が設けられている。なお、テルミット剤Ｔは、所定の分量のものが袋に密閉された状態で、焼却残渣Ｗに対して一定の割合で投入されるようになっている。

炉床１は、テルミット剤Ｔを含有する焼却残渣Ｗが供給される上流側端部から当該焼却残渣Ｗが溶融して流出する下流側端部に向かって漸次下方に位置すべく傾斜した状態に設置されている。炉床１の上面の傾斜角度θ１は、水平方向に対して２０〜３０度に設定されている。ただし、この実施の形態では、傾斜角度θ１が２５度に設定されている。

また、炉床１の上面は、当該炉床１における上下流方向に延在する幅方向の中心線Ｃ（図７の紙面に直交する方向に延在）の部分が最も低くなるように、幅方向の両端部から傾斜している（ただし、この傾斜は図示せず）。この傾斜は、特に下流側の部分において大きくなっている。そして、炉床１の下流側端部には、焼却残渣Ｗが加熱により溶融し中心線Ｃの部分に集まってきた溶融スラグＷ´を下部ダクト７内に流下させる湯口１１が設けられている。

天井２は、鉄製の外面部強度部材（外面部材）２１と、この外面部強度部材２１の下方に層状に構成された耐熱部材２２と、この耐熱部材２２を外面部強度部材２１に連結した状態に支持する複数の耐火煉瓦ハンガ２３および耐熱金属ハンガ２４とを備え、炉床１とほぼ平行に傾斜した状態に設置されるようになっている。

外面部強度部材２１は、図２〜図５に示すように、矩形状に形成された平板部２１ａと、この平板部２１ａの上面に溶接された複数の補強リブ２１ｂと、平板部２１ａにおける下面の周縁部に溶接され、上流側側壁３、下流側側壁４および左右の各幅方向側壁５、６の上端部の所定の位置に外面部強度部材２１を合わせるための案内板２１ｃとによって一体的に構成されている。

また、外面部強度部材２１には、図２に示すように、平板部２１ａの上面に複数（この実施の形態においては５つ）のバーナ設置部２１ｄが設けられている。各バーナ設置部２１ｄには円形状の貫通孔２１ｅが形成されており、この貫通孔２１ｅの周囲に設けられた複数のねじ穴２１ｆを介してバーナ２５をボルト（図示せず）で固定するようになっている。

バーナ設置部２１ｄは、平板部２１ａにおける炉床１の中心線Ｃに対応する位置でかつ当該炉床１の上下流方向の中央線Ｍ（図１の紙面に直交する方向に延在）に対応する位置に１つ、中央線Ｍに対して上下流方向に対称となりかつ中心線Ｃに対して幅方向に対称となる４つの各位置に１つずつ設けられている。

耐熱部材２２には、図１、図６および図７に示すように、上記各貫通孔２１ｅに対応する位置（すなわち、各バーナ２５に対応する位置）に、バーナ２５から噴出する輝炎を耐熱部材２２の下面である天井面２２ａから炉内に噴出させるための輝炎導入孔２２ｂが形成されている。なお、天井面２２ａは、炉床１の上面と平行に形成されている。

各輝炎導入孔２２ｂのうち炉床１の最も上流側に位置する２つの上流側輝炎導入孔２２ｂ１は、図１に示すように、その軸線ａが下方に向かって漸次炉床１の下流側に位置すべく当該炉床１の上面に直交する基準線ｂに対して傾けられている。

そして、上流側輝炎導入孔２２ｂ１の軸線ａの基準線ｂに対する傾き角度θ２は、５〜１５度に設定されている。ただし、この実施の形態では、傾き角度θ２が１０度に設定されている。

一方、各輝炎導入孔２２ｂであって炉床１における中心線Ｃから左右の幅方向に等間隔にずれた位置に配置された輝炎導入孔２２ｂのうち最も下流側に位置する下流側輝炎導入孔２２ｂ２は、図７に示すように、その軸線ａが下方に向かって漸次中心線Ｃ側に位置すべく炉床１の上面に直交する基準線ｂに対して傾けられている。

そして、下流側輝炎導入孔２２ｂ２は、中心線Ｃから幅方向に５００〜１０００ｍｍの寸法Ｈの位置に配置され、下流側輝炎導入孔２２ｂ２の軸線ａの基準線ｂに対する傾き角度θ３は、５〜１０度に設定されている。ただし、この実施の形態では、寸法Ｈが７５０ｍｍに設定され、傾き角度θ３が１０度に設定されている。

また、中心線Ｃと中央線Ｍの交差する位置に対応する部分に配置された輝炎導入孔２２ｂは、図６に示すように、その軸線ａが炉床１の上面に直交する方向に延在している。

耐火煉瓦ハンガ２３は、図８および図９に示すように、セラミックによって一体に形成されたものであって、四角柱状の支柱２３ａの外周面から四角形状に膨出する凸部２３ｂを複数有し、基端部にブラケット２６に連結するための係止部２３ｃを有している。

ブラケット２６は、帯状の鉄板の両端部をコ字状に屈曲することによって略Ｃに形成したものであり、平坦部２６ａが外面部強度部材２１における平板部２１ａの下面に溶接によって固定されるようになっている。

また、ブラケット２６は、平坦部２６ａの両端部に形成されたコ字状の各屈曲部２６ｂで上記係止部２３ｃを保持し、耐火煉瓦ハンガ２３を平板部２１ａの下面からつり下げた状態に支持するようになっている。この場合、耐火煉瓦ハンガ２３は、平板部２１ａの下面に対して垂直に延在した状態になる。

さらに、ブラケット２６には、Ｃ字状の空間に挿入された係止部２３ｃの位置を決めを行うストッパ２６ｃが設けられている。このストッパ２６ｃは、帯状の鉄板によって形成されたものであり、各屈曲部２６ｂの上記挿入方向の端面に溶接により連結されている。

耐熱金属ハンガ２４は、図１に示すように、耐食、耐熱性を有する金属、例えばＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１０Ｓ等によって形成されたＹ字型スタッドによって構成されたものであり、棒状部分の軸方向の先端部および中間部にＶ字状の突出部を備えている。この耐熱金属ハンガ２４は、基端部が外面部強度部材２１の平板部２１ａの下面に溶接され、当該下面に対して垂直に延在した状態となる。

また、耐火煉瓦ハンガ２３は、炉床１における中央線Ｍの部分（炉床１の上下流方向の中央部）から上流側の耐熱部材２２に対応する部分において平板部２１ａの下面に沿って３００〜４００ｍｍの間隔に設置されるようになっているとともに、中央線Ｍの部分から下流側の耐熱部材２２に対応する部分において平板部２１ａの下面に沿って２５０〜３５０ｍｍの間隔に設置されるようになっている。

ただし、この実施の形態では、上流側における耐火煉瓦ハンガ２３の間隔が３５０ｍｍに設定され、下流側における耐火煉瓦ハンガ２３の間隔が３００ｍｍに設定されている。

一方、耐熱金属ハンガ２４は、各耐火煉瓦ハンガ２３の間のほぼ中央部に設置されるようになっている。

耐熱部材２２は、図８に示すように、セラミックボード２２１と、断熱キャスタブル（断熱層）２２２と、キャスタブル耐火物（耐火層）２２３とによって層状に構成されている。

セラミックボード２２１は、断熱、耐熱性を有するとともに熱収縮率が小さく、かつセラミックファイバー（例えばアルミナ・シリケート繊維）の含有によって強度の向上が図られたもので構成されている。

断熱キャスタブル２２２は、練土状態で、耐火煉瓦ハンガ２３、耐熱金属ハンガ２４、上流側側壁３、下流側側壁４、左右の各幅方向側壁５、６およびセラミックボード２２１等に密着すべく施工され、養生によって硬化し耐熱性および断熱性を有する層を構成するようになっている。

キャスタブル耐火物２２３は、断熱キャスタブル２２２の下面と、天井面２２ａに対応する位置に仮設される型枠（図示せず）との間に流し込まれることによって、耐火煉瓦ハンガ２３、耐熱金属ハンガ２４、断熱キャスタブル２２２の下面、上流側側壁３、下流側側壁４、左右の各幅方向側壁５、６等に密着すべく施工され、養生によって硬化し断熱性およびて耐火性を有する層を構成するようになっている。

また、外面部強度部材２１の平板部２１ａには、図１０に示すように、流動状態となったキャスタブル耐火物２２３の原料を断熱キャスタブル２２２の下面と上記型枠との間に投入するための筒状の投入口部２７が複数（この実施の形態では６つ）設置されている。

投入口部２７は、鉄製の円筒管によって形成されたものであり、斜めに設置される外面部強度部材２１の平板部２１ａから鉛直方向の上方に突出すべく、当該平板部２１ａに溶接されている。

また、投入口部２７は、図２に示すように、最下流側に位置するバーナ設置部２１ｄの貫通孔２１ｅよりわずかに下流側に位置しかつ炉床１の中心線Ｃに対応する位置に１つ、炉床１の中央線Ｍに対応する位置のわずかに上流側であって中心線Ｃに対して左右対称となる位置に２つ、上流側の案内板２１ｃのわずかに下流側の位置であって中心線Ｃに対応する位置および当該中心線Ｃに対して左右対称となる位置に３つ設けられている。

平板部２１ａおよびセラミックボード２２１には、各投入口部２７に対応する位置に当該投入口部２７に連通する貫通孔が形成されている。また、断熱キャスタブル２２２を施工する際には、上記各貫通孔を介して各投入口部２７に連通する貫通孔を形成することになる。

各投入口部２７から供給されるキャスタブル耐火物２２３の原料は、当該投入口部２７内の少なくとも平板部２１ａの上面を越える位置まで供給されることになる。

キャスタブル耐火物２２３の原料を投入した後の各投入口部２７は、図１１に示すように、その上端部がキャップ２７ａで閉塞されることになる。キャップ２７ａとしては、図１１（ａ）に示すように、一端部を閉塞した円筒形状のもので構成し投入口部２７の上端部を単に覆うようにしたものでもよく、また図１１（ｂ）に示すように、上記円筒の内周に雌ねじを形成したもので構成し、当該雌ねじを投入口部２７の上端部外周に形成した雄ねじに螺合することによって当該投入口部２７に固定するようにしたものでもよく、さらに図１１（ｃ）に示すように、円板状のもので構成し投入口部２７の上端部外周に設けたフランジにボルトで固定するようにしたものでもよい。

なお、断熱キャスタブル２２２およびキャスタブル耐火物２２３については、上述したセラミックファイバー（例えばアルミナ・シリケート繊維）を含有させて強度の向上を図るようにしてもよい。

また、上記セラミックファイバーのクロスに断熱キャスタブル２２２の原料やキャスタブル耐火物２２３の原料を含浸させたものを層状に重ねることによって、断熱キャスタブル２２２やキャスタブル耐火物２２３を構成するようにしてもよい。この場合には、耐熱部材２２の強度をより向上させることができる。また、キャスタブル耐火物２２３の原料を投入するための投入口部２７やキャップ２７ａ等を削除することが可能になる。

バーナ２５は、輝炎長が１１００〜１３００ｍｍのものが採用させている。

そして、外面部強度部材２１における平板部２１ａの下面から天井面２２ａまでの炉床１の上面に直交する方向の寸法（耐熱部材２２の厚さに相当する）は、４５０〜７００ｍｍに設定され、炉床１の上面から天井面２２ａまでの当該炉床１の上面に直交する方向の寸法は、７００〜９００ｍｍに設定され、かつ各輝炎導入孔２２ｂから噴出するバーナ２５の輝炎と炉床１の上面との間隔が０〜３００ｍｍとなるように設定されている。

また、セラミックボード２２１の厚さは５０ｍｍに設定され、炉床１の上面に直交する方向の断熱キャスタブル２２２の寸法（断熱キャスタブル２２２の厚さ）は１５０〜２５０ｍｍに設定され、同方向におけるキャスタブル耐火物２２３の寸法（キャスタブル耐火物２２３の厚さ）は、２５０〜４００ｍｍに設定されている。

ただし、この実施の形態では、耐熱部材２２の厚は５３０ｍｍ、断熱キャスタブル２２２の厚さは２１５ｍｍ、キャスタブル耐火物２２３の厚さは２６５ｍｍ、炉床１の上面から天井面２２ａまでの当該炉床１の上面に直交する方向の寸法は８００ｍｍに設定している。

上記のように構成されたテルミット式灰溶融炉においては、輝炎導入孔２２ｂから炉内に噴出する輝炎と炉床１の上面との間隔が０〜３００ｍｍとなるように構成されているので、ホッパ８から炉床１に供給される焼却残渣Ｗの量が少ない場合であってもバーナ２５の輝炎が炉床１に直接当たるのを防止することができる。したがって、炉床１の損傷速度を低減することができる。

この場合、天井面２２ａの炉床１からの高さは炉床１の損傷に直接的な影響を与えることがなく可能な限り低く設定することができるので、熱効率の向上を図ることができる。

なお、輝炎と炉床１との間隔を上述のように０〜３００ｍｍに設定したのは、０ミリ未満であれば、輝炎が炉床１に当たることになるからであり、３００ｍｍを超えれば、輝炎の先端が炉床１に供給される焼却残渣Ｗの上方に位置することになって、当該焼却残渣Ｗを溶融する効率が低下してしまうからである。

また、外面部強度部材２１の下面から天井面２２ａまでの寸法を４５０〜７００ｍｍに設定しているので、十分な断熱性を得ることができ、熱効率の向上を図ることができる。

さらに、炉床１から天井面２２ａまでの寸法を７００〜９００ｍｍに設定しているので、炉床１に多くの焼却残渣Ｗを十分余裕をもって供給することができる。

しかも、バーナ２５の輝炎長が１１００〜１３００ｍｍであるため、当該バーナ２５を外面部強度部材２１に設置することによって、輝炎と炉床１との間隔を上述のように０〜３００ｍｍに設定することができる。

なお、外面部強度部材２１の下面から天井面２２ａまでの寸法を４５０〜７００ｍｍに設定したのは、４５０ｍｍ未満であると、十分な断熱効果が得られないからであり、７００ｍｍを超えると製造コストの増大を来すことになるからである。

また、炉床１から天井面２２ａまでの寸法を７００〜９００ｍｍに設定したのは、７００ｍｍ未満になると、炉床１に焼却残渣Ｗを供給する上での空間が十分に得られなくなるからであり、９００ｍｍを超えると、炉内の空間の増大により熱効率が低下してしまうからである。

一方、上流側輝炎導入孔２２ｂ１の軸線ａが下方に向かって漸次炉床１の下流側に位置すべく当該炉床１に直交する基準線ｂに対して傾けられているので、上流側輝炎導入孔２２ｂ１から噴出する輝炎によって焼却残渣Ｗを加熱する効率を向上させることができる。

すなわち、通常であれば、上流側輝炎導入孔２２ｂ１の軸線ａを炉床１に直交する方向に延在させることによって、輝炎を焼却残渣Ｗにほぼ直角に当てることができるので、焼却残渣Ｗの溶融効率を向上させることができる。ただし、炉床１が傾斜しているのに対して炉床１の上流側端部に設けられる上流側側壁３の内壁面は通常鉛直方向に設置されるため、上流側輝炎導入孔２２ｂ１を炉床１に直交させると、噴出する輝炎が上記内壁面に当るなどして当該内壁面を直接的に加熱してしまうことになり、上流側側壁３の劣化を早めるとともに、輝炎の熱量を焼却残渣Ｗの溶融のために有効に使うことができない。

したがって、上流側輝炎導入孔２２ｂ１の軸線ａを下方に向かって漸次炉床１の下流側に位置すべく当該炉床１に直交する基準線ｂに対して傾けることによって、上流側輝炎導入孔２２ｂ１から噴出する輝炎が上記内壁面を直接的に加熱するのを防止できるとともに、当該輝炎の熱量を焼却残渣Ｗの溶融のために有効に利用することができる。よって、上流側側壁３の劣化の低減および焼却残渣Ｗの溶融効率の向上を図ることができる。

さらに、下流側輝炎導入孔２２ｂ２の軸線ａが下方に向かって漸次中心線Ｃ側に位置すべく基準線ｂに対して傾けられているので、下流側輝炎導入孔２２ｂ２から噴出する輝炎によって焼却残渣Ｗを加熱する効率を向上させることができる。

すなわち、炉床１の下流側において幅方向の中心線Ｃに沿う部分が最も低くなるように傾斜しているため、下流側輝炎導入孔２２ｂ２を炉床１に直交する方向に延在させると、噴出する輝炎によって焼却残渣Ｗの存在しない炉床１を直接的に加熱してしまうことになり、当該炉床１の劣化を早めるとともに、輝炎の熱量を焼却残渣Ｗの溶融のために有効に使うことができない。

したがって、下流側輝炎導入孔２２ｂ２の軸線ａを下方に向かって漸次中心線Ｃ側に位置すべく基準線ｂに対して傾けることによって、下流側輝炎導入孔２２ｂ２から噴出する輝炎が炉床１を直接的に加熱するのを防止することができるとともに、当該輝炎の熱量を未だ溶融してない焼却残渣Ｗを加熱し溶融させるために有効に利用することができる。よて、炉床１の劣化の低減および熱効率の向上を図ることができる。

また、炉床１の上面の水平方向に対する傾斜角度θ１が２０〜３０度に設定され、上流側輝炎導入孔２２ｂ１の軸線ａの基準線ｂに対する傾き角度θ２が５〜１５度に設定されているので、上流側輝炎導入孔２２ｂ１から噴出する輝炎によって上流側側壁３の内壁面を直接的に加熱するのを防止することができるとともに、炉床１に供給された焼却残渣Ｗを効率よく加熱することができる。

なお、上記傾き角度θ２を５〜１５度に設定したのは、５度未満であると、輝炎が上流側側壁３の内壁面に当たって、当該内壁面を直接的に加熱するおそれがあるからであり、１５度を超えると、上流側端部に位置する焼却残渣Ｗの加熱量が不足することになるためである。

また、下流側輝炎導入孔２２ｂ２が中心線Ｃから幅方向に５００〜１０００ｍｍの位置に配置され、下流側輝炎導入孔２２ｂ２の軸線ａの基準線ｂに対する傾き角度θ３が５〜１０度に設定されているので、下流側輝炎導入孔２２ｂ２から噴出する輝炎によって炉床１を直接的に加熱することなく、炉床１上の焼却残渣Ｗを効率よく加熱することができる。

なお、上記傾き角度θ３を５〜１０度に設定したのは、５度未満であると、輝炎が炉床１を直接的に加熱するおそれがあるからであり、１０度を超えると、輝炎が焼却残渣Ｗに対してより斜めに噴射することになって当該焼却残渣Ｗを加熱する効率が低下することになるためである。

また、外面部強度部材２１における平板部２１ａの下面に耐火煉瓦ハンガ２３および耐熱金属ハンガ２４を連結した後、断熱キャスタブル２２２を練土状態で施工することによって、当該断熱キャスタブル２２２を耐火煉瓦ハンガ２３や、耐熱金属ハンガ２４や、セラミックボード２２１の下面や、上流側側壁３、下流側側壁４、左右の各幅方向側壁５、６等に確実に密着させることができる。さらに、断熱キャスタブル２２２の下面と仮設した型枠との間に流動状態のキャスタブル耐火物２２３の原料を供給することによって、耐火煉瓦ハンガ２３および耐熱金属ハンガ２４を下方から完全に覆うことができるとともに、これらの各ハンガ２３、２４や、断熱キャスタブル２２２の下面や、上流側側壁３、下流側側壁４、左右の各幅方向側壁５、６等に密着したキャスタブル耐火物２２３を構成することができる。

したがって、耐火煉瓦ハンガ２３および耐熱金属ハンガ２４によって支持された断熱キャスタブル２２２およびキャスタブル耐火物２２３を備えた強固な耐熱部材２２を構成することができるとともに、炉内に発生したガスが耐熱部材２２や外面部強度部材２１等の施工部分から上方に逃げたり、当該施工部分から大気が炉内に浸入したりするのを防止することができる。

また、焼却残渣Ｗの溶融温度が１５００〜１７００℃に達することがあるため、この溶融した焼却残渣Ｗの輻射熱が天井面２２ａに作用することになるが、耐熱部材２２の支持手段として耐熱性に優れた耐火煉瓦ハンガ２３を用いているので、高温状態になる耐熱部材２２を確実に保持することができる。

一方、耐熱金属ハンガ２４については、耐火煉瓦ハンガ２３に比べて、耐熱部材２２内における天井面２２ａから上方の位置に配置することによって、上記輻射熱による溶融を防止することができる。しかも、耐熱金属ハンガ２４は、金属で構成されているため、例えば地震等の衝撃的な力に対して耐熱部材２２を強靱に保持することができる。

さらに、外面部強度部材２１の下方に、セラミックボード２２１、耐火煉瓦ハンガ２３、耐熱金属ハンガ２４、断熱キャスタブル２２２およびキャスタブル耐火物２２３を順次施工することができるので、施工期間の短縮および施工設備の縮小等を図ることができる。

すなわち、灰溶融炉の天井は、炉内が高温になることから、１年に一度程度の間隔で中規模の補修を行う必要があるが、この補修に際して従来は、灰溶融炉の周囲に設置されたクレーンや、トラッククレーンを使用して、天井を灰溶融炉から吊り上げて取り外してから修理する必要があった。この場合、天井の重さは、焼却残渣Ｗの処理能力が１５トン／日の灰溶融炉の場合、１２トン程度にもなるため、吊り上げ可能なクレーンを設置しておくか、補修の都度、トラッククレーンを搬入する必要があり、施工期間が長くなるとともに、補修コストの増大を来すという問題があった。

しかし、外面部強度部材２１の下方に天井２の構成部分を順次施工することができ、補修のたびに当該天井２を灰溶融炉から取り外す必要がないので、施工期間の短縮、クレーンの排除による施工設備の縮小等を図ることができるとともに、補修に要するコストの低減を図ることができる。

また、炉床１における上下流方向の中央線Ｍの部分から上流側の耐熱部材２２に対応する部分における耐火煉瓦ハンガ２３を、３００〜４００ｍｍの間隔に設置し、中央線Ｍの部分から下流側の耐熱部材２２に対応する部分における耐火煉瓦ハンガ２３を、２５０〜３５０ｍｍの間隔に設置しているので、耐熱部材２２を外面部強度部材２１の下方に確実に保持することができる。

しかも、各耐火煉瓦ハンガ２３の間に耐熱金属ハンガ２４を設置しているので、地震等の衝撃力に対しても耐熱部材２２を強靱に保持することができる。

ここで、中央線Ｍの部分から上流側の部分において各耐火煉瓦ハンガ２３の間隔を３００〜４００ｍｍに設定したのは、この寸法の範囲内に入っていれば耐熱部材２２を十分に保持することができるためである。また、中央線Ｍの部分から下流側の部分において各耐火煉瓦ハンガ２３の間隔を２５０〜３５０ｍｍに設定しているのも、同様の理由による。ただし、下流側の耐火煉瓦ハンガ２３の設置間隔を上流側に比べて狭く設定したのは、下流側の炉内温度の方が上流側の炉内温度より高くなるため、下流側の耐熱部材２２を多くの耐火煉瓦ハンガ２３によってより強固に保持する必要があるからである。

なお、上記実施の形態においては、輝炎導入孔２２ｂを、上流側から、上流側輝炎導入孔２２ｂ１、中央部の輝炎導入孔２２ｂおよび下流側輝炎導入孔２２ｂ２の３ゾーンに配置した例を示したが、下流側の２ゾーンから噴出する輝炎で焼却残渣Ｗを十分溶融することができる場合には、２ゾーンの輝炎導入孔２２ｂを備えた天井２とすることも可能である。ただし、この場合には、上流側の輝炎導入孔２２ｂを上述した傾き角度θ２の範囲で傾けることになる。

この発明の一実施の形態として示したテルミット式灰溶融炉の断面図である。同テルミット式溶融設備における天井の外面部強度部材を示す図であって、図１のII矢視図である。同テルミット式灰溶融炉における天井の外面部強度部材を示す図であって、図２のIII矢視図である。同テルミット式灰溶融炉における天井の外面部強度部材を示す図であって、図２のIV−IV線に沿う断面図である。同テルミット式灰溶融炉における天井の外面部強度部材を示す図であって、図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。同テルミット式灰溶融炉を示す図であって、図１のVI−VI線に沿う断面図である。同テルミット式灰溶融炉を示す図であって、図１のVII−VII線に沿う断面図である。同テルミット式灰溶融炉における天井の内部構成を示す断面図である。同テルミット式灰溶融炉における天井の耐火煉瓦ハンガを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。同テルミット式灰溶融炉における天井を示す断面図である。同テルミット式灰溶融炉における天井の投入口部およびキャップを示す図であって、（ａ）は第１の例のキャップを示す断面図、（ｂ）は第２の例のキャップを示す断面図、（ｃ）は第３の例のキャップを示す断面図である。

符号の説明

１炉床
２天井
２１外面部強度部材（外面部材）
２２耐熱部材
２２ａ天井面
２２ｂ各輝炎導入孔
２２ｂ１上流側輝炎導入孔
２２ｂ２下流側輝炎導入孔
２３耐火煉瓦ハンガ
２４耐熱金属ハンガ
２５バーナ
２７投入口部
２２２断熱キャスタブル（断熱層）
２２３キャスタブル耐火物（耐火層）
ａ軸線
ｂ基準線
Ｃ中心線
Ｍ中央線
Ｔテルミット剤
Ｗ焼却残渣
Ｗ´ 溶融スラグ
θ１傾斜角度
θ２、θ３傾き角度

Claims

テルミット剤を含有する焼却残渣が供給される上流側端部から当該焼却残渣が溶融して流出する下流側端部に向かって漸次下方に位置すべく傾斜する炉床の上方を覆うべく設置され、上方に位置する外面部材および当該外面部材の下方に位置する耐熱部材によって層状に構成されているとともに、上記外面部材に設けられた複数の各バーナから噴出する輝炎を上記耐熱部材における上記各バーナに対応する位置に形成された各輝炎導入孔から炉内に噴出するように構成された天井を備えたテルミット式灰溶融炉であって、
上記輝炎導入孔のうち上記炉床の最も上流側に位置する上流側輝炎導入孔は、その軸線が下方に向かって漸次上記炉床の下流側に位置すべく当該炉床に直交する基準線に対して傾けられており、かつ
上記輝炎導入孔であって上記炉床における上下流方向に延在する幅方向の中心線から当該幅方向にずれた位置に配置された輝炎導入孔のうち最も下流側に位置する下流側輝炎導入孔は、その軸線が下方に向かって漸次上記中心線側に位置すべく上記炉床に直交する基準線に対して傾けられていることを特徴とするテルミット式灰溶融炉。
上記炉床の水平方向に対する傾斜角度は、２０〜３０度に設定されており、
上記上流側輝炎導入孔の軸線の上記基準線に対する傾き角度は、５〜１５度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のテルミット式灰溶融炉。
上記下流側輝炎導入孔は、上記中心線から幅方向に５００〜１０００ｍｍの位置に配置され、
上記下流側輝炎導入孔の軸線の上記基準線に対する傾き角度は、５〜１０度に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のテルミット式灰溶融炉。
上記炉床は、上記各輝炎導入孔から炉内に噴出する輝炎との間隔が０〜３００ｍｍとなるように構成されており、かつ
上記外面部材の下面から上記耐熱部材の下面である天井面までの上記炉床に直交する方向の寸法は、４５０〜７００ｍｍに設定されるとともに、上記炉床から上記天井面までの当該炉床に直交する方向の寸法は、７００〜９００ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のテルミット式灰溶融炉。
上記外面部材を鉄製の外面部強度部材によって構成してなり、
上記外面部強度部材の下面には、上記耐熱部材を支持する耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガが連結され、
上記耐火煉瓦ハンガは、上記炉床における上下流方向の中央部から上流側の上記耐熱部材に対応する部分において３００〜４００ｍｍの間隔に設置されているとともに、上記中央部から下流側の上記耐熱部材に対応する部分において２５０〜３５０ｍｍの間隔に設置され、
上記耐熱金属ハンガは、上記各耐火煉瓦ハンガの間に設置されており、かつ
上記耐熱部材は、練土状態で上記耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガに密着すべく施工され、養生によって硬化し耐熱性および断熱性を有する状態になる断熱層と、この断熱層の下面と上記耐熱部材の下面である天井面に対応する位置に仮設される型枠との間に流し込まれることによって上記耐火煉瓦ハンガおよび耐熱金属ハンガに密着すべく施工され、養生によって硬化し断熱性および耐火性を有する状態になる耐火層とによって層状に構成され、
上記外面部強度部材には、流動状態となった上記耐火層の原料を上記断熱層の下面と上記型枠との間に投入する筒状の投入口部が複数設置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のテルミット式灰溶融炉。