JP4674663B2 - Furnace structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、廃棄物などの被処理物を溶融する際に用いる炉体構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明者は、既に、一般廃棄物、更には、医療廃棄物、原子力関連廃棄物の溶融処理を意図した処理方法および装置を提唱している。ここでは、炉体内部にプラズマトーチを熱源として、部分還元雰囲気中での熱分解により、被処理物から、可燃性微粒子を含むガス状体(これは次段で燃焼処理される)と熱分解又は燃焼残渣とを生成し、前記熱分解又は燃焼残渣を炉底部で溶融して、未溶融物を含まない、再利用可能な溶融スラグとし、取り出している。
【0003】
ここでの問題は、溶融処理装置において使用する炉体構造が、1700℃程度の内部温度に耐える必要があることである。一般に、炉体外壁は、炉の使用状態において、70℃以下の安全温度を維持するという法定基準があり、炉体の製造に際しては、この値がクリヤーできる炉壁の構造を設計条件としている。
【0004】
しかし、本発明者が提唱するように、プラズマトーチなどを用いて、炉内部を加熱すると、その、多くの実験結果によれば、内壁面に露出する第1の耐火層(例えば、耐火レンガ)の表面が、使用過程で徐々に溶損する事態が発生し、内壁面から第2の層(セメントなどの熱伝達材料)を経由して第3の層(断熱材)の外壁面への温度勾配に変化を生じ、設計値(70℃以下)を越えて、炉体外壁の温度が上がることが確認された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、第1の耐火層、第2の層、第3の断熱層で構成される炉体の設計厚さに加えて、第3の断熱層の厚さを増大させ、もしくは、その外側に第4の断熱層を追加することで、使用過程で高温に曝される内壁面(主として、周壁面および天井壁面)での溶損にもかかわらず、効果的に、かつ、長期的に、炉体外壁面を安全温度以下に維持できるように構成した炉体構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、内部にプラズマなどの熱源によって高温雰囲気を生成し、被処理物の熱分解を行う際に用いる炉体構造において、内壁面に対応して、耐火材料を用いた第1の層と、該第1の層の外側に対応して、熱伝達材料の第2の層と、該第2の層の外側に対応して、断熱材料よりなる第3の層とを、それぞれ、積層し、炉体使用時の前記内壁面の温度に対応して、所定の温度勾配により、第3の層の外表面温度が、法定安全温度の70℃以下に設計されるように、第1ないし第3の層の厚さをそれぞれ規定しており、更に、前記第3の層の厚さもしくはその外側に設ける第4の断熱層の厚さを、炉体の使用過程における内壁面での、第1の層の表面溶損を見越して必要量、増加あるいは追加していることを特徴とする。
【0007】
なお、本発明の実施の形態として前記第3の層の増加分あるいは第4の断熱層の厚さを25mm以上とすることが、実験上、有効であることが確認されている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1には、本発明者が先に提唱した、一般廃棄物、更には、医療廃棄物、原子力関連廃棄物に適用できる廃棄物処理装置が概略的に示されている。また、図2および図3には、この処理装置に適用される炉体構造が概略的に示されている。
【0009】
図1、図2、図3に示すように、ここでは、適当な大きさの、例えば、チップ状に破砕/圧縮され、あるいは、小容器に収容された廃棄物(被処理物)が、投入器1を経由して、炉2内に投入される。炉2は、下部に横長の第一の部分空間21が、また、投入器1の下側に位置する第二の部分空間22が、濾斗状の絞り部23(図2参照)を介して連通する構造になっている。なお、投入器1は、一方が開放される時、他方が閉鎖されている関係で、開閉動作される入口扉および出口扉(何れも図示せず)を具えている。これは、炉2の内部が直接、外部(前段の処理部)に開放されるのを防止するためである。また、要すれば、投入器1に、内部雰囲気の置換手段を連係させていて、外部空気が炉2内に導入されるのを防止しているのがよい。
【0010】
第一の部分空間21は、その一端側に、絞り部23の下側に対応する急傾斜の部分24aを、また、そこから他端に向けた緩やかな傾斜の部分24bを有する床部24を具えており、その他端側に設けた出口24Cを介して、排出部25に連通する。この排出部25は、その下部から扉(図示せず)を介して、外部に開口する。そして、第一の部分空間22には、一端側に左右一対のプラズマトーチ26、27(図3参照)があり、また、他端側に1個のプラズマトーチ28がある。
【0011】
第二の部分空間22は、その上部において、ダクト29を介して、次段の燃焼炉4の入口に連通している。この燃焼炉4には、ポンプ41によって、空気が供給されており、加熱用バーナー42も具えられている。そして、その出口には冷却塔5が連通されている。冷却塔5内には、バグフィルター51があり、これを経由して、煙突6に連通されている。
【0012】
このような構成では、第一の部分空間21内の部分還元雰囲気中において、プラズマトーチ26〜28により、炉内を、例えば、1400℃〜1500℃の高温に加熱し、ここで発生した熱流を、絞り部23を介して、第二の部分空間22に上昇させる。一方、廃棄物(被処理物)は、投入器1を介して、第二の部分空間22の上部に投入される。
【0013】
その結果、第二の部分空間22では、廃棄物が、可燃性微粒子を含むガス状体と熱分解残渣とに熱分解される。そして、前者は、ダクトを介して、次段の燃焼炉4に供給され、そこに供給された空気に触れて、それ自体の持つ熱エネルギーおよび加熱用バーナー42の働きで(約400から800°Cで)燃焼される。次いで、冷却塔5で冷却されると共に、バグフィルター51を介して、その塵埃部分を分離され、排気を煙突6を介して外部に放出する。また、後者は、絞り部23を介して、第一の部分空間21の床部24に降下し、そこで、溶融により、未溶解物を含まない、完全な溶融スラグとなる。これは、排出部25を介して、コンテナなどに回収され、所要個所で、再利用に供給される。
【0014】
この炉体構造では、内壁面に対応して、耐火材料を用いた第1の層2Aと、第1の層2Aの外側に対応して、熱伝達材料の(例えば、粉末状セメントを固結した)第2の層2Bと、第2の層2Bの外側に対応して、断熱材料(例えば、セラミック)よりなる第3の層2Cとを、それぞれ、積層し、炉体使用時の前記内壁面の温度に対応して、所定の温度勾配により、第3の層2Cの外表面温度が、法定安全温度の70℃以下に設計されるように、第1ないし第3の層の厚さをそれぞれ規定している。なお、第2の層2Bは、所定値を越えた炉内温度の過昇を避けるための、第1の層2Aからの熱エネルギーの放出の機能と、外部への熱エネルギーの放出による熱損失を抑制するための、保温の機能とを兼ねるように、その熱容量(厚さ)を考慮して、設計される。そして、特に本発明では、前記第3の層の厚さもしくはその外側に設ける、例えば、耐熱ロックウールなどの、第4の断熱層2Dの厚さを、炉体の使用過程における内壁面での、第1の層2Aの表面溶損を見越して必要量、増加あるいは追加している。
【0015】
なお、本発明の実施の形態として、第3の層2Cの増加分あるいは第4の断熱層2Dの厚さを、25mm以上とすることが有効である。
【0016】
このような構成によって、炉体の外壁面の温度は、最高、1700℃の炉内温度で、相当期間、使用しても、安全温度の70℃以下に抑えることが可能となる。
しかも、この実施の形態のように、第3の層2Cの層厚を増加し、あるいは、その外側に設ける第4の層2Dを追加することで、炉体の外壁面の温度を安全温度に維持することは、無駄な熱の発散を防ぎ、ランニングコストを下げ、熱エネルギーの経済性を発揮できる上、炉体製造後において、容易に改造を施せる点で、内側の、第1の層2Aの層厚や第2の層2Bの層厚を変更する場合に比べて優れている。換言すれば、設計段階で、第1の層2Aの厚さ、第2の層の厚さを、予め、予定した設計値より大きく設定することは、炉体の設備コストを必要以上に(過剰に)増大させる畏れがあるが、実際の使用態様において、安全性確保を、第3の層あるいは第4の層で得ることは、設備に無駄がなく、その後の対応(改造)においても、有利である。
【0017】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したようになり、内部にプラズマなどの熱源によって高温雰囲気を生成し、被処理物の溶融を行う際に用いる炉体構造において、内壁面に対応して、耐火材料を用いた第1の層と、該第1の層の外側に対応して、熱伝達材料の第2の層と、該第2の層の外側に対応して、断熱材料よりなる第3の層とを、それぞれ、積層し、炉体使用時の前記内壁面の温度に対応して、所定の温度勾配により、第3の層の外表面温度が、法定安全温度の70℃以下に設計されるように、第1ないし第3の層の厚さをそれぞれ規定しており、更に、前記第3の層の厚さもしくはその外側に設ける第4の断熱層の厚さを、炉体の使用過程における内壁面での、第1の層の表面溶損を見越して必要量、増加あるいは追加していることを特徴とする。
【0018】
従って、使用過程で高温に曝される内壁面(主として、周壁面および天井壁面)での溶損にもかかわらず、効果的に、かつ、長期的に、炉体外壁面を安全温度以下に維持でき、また、無駄な熱の発散を防ぎ、ランニングコストを下げ、熱エネルギーの経済性も発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる廃棄物処理装置の概略的側面図である。
【図2】本発明の実施の形態を示す、炉体構造の縦断側面図である。
【図3】同じく、横断平面図である。
【符号の説明】
1 投入器
2 炉
2A 第1の層
2B 第2の層
2C 第3の層
2D 第4の層
21 第一の部分空間
22 第二の部分空間
23 絞り部
24 床部
25 排出部
26〜28 プラズマトーチ
29 ダクト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a furnace structure used when melting an object to be processed such as waste.
[0002]
[Prior art]
The present inventor has already proposed a treatment method and apparatus intended for the melting treatment of general waste, medical waste, and nuclear waste. Here, the plasma torch is used as the heat source inside the furnace body, and the thermal decomposition in a partially reducing atmosphere causes the gaseous object containing combustible fine particles (which is burned in the next stage) and pyrolysis from the object to be treated. Alternatively, a combustion residue is generated, and the pyrolysis or combustion residue is melted at the bottom of the furnace to obtain a reusable molten slag containing no unmelted material.
[0003]
The problem here is that the furnace structure used in the melt processing apparatus needs to withstand an internal temperature of about 1700 ° C. In general, the outer wall of the furnace body has a statutory standard of maintaining a safe temperature of 70 ° C. or lower in the state of use of the furnace, and in the manufacture of the furnace body, the structure of the furnace wall that can clear this value is a design condition.
[0004]
However, as proposed by the present inventor, when the inside of the furnace is heated using a plasma torch or the like, according to many experimental results, the first refractory layer (for example, refractory brick) exposed on the inner wall surface is exposed. The surface of the steel gradually melts down in the course of use, and the temperature gradient from the inner wall surface to the outer wall surface of the third layer (heat insulating material) via the second layer (heat transfer material such as cement) It was confirmed that the temperature of the outer wall of the furnace body rose above the design value (70 ° C. or less).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made based on the above-described circumstances, and in addition to the design thickness of the furnace body constituted by the first refractory layer, the second layer, and the third heat insulation layer, the third heat insulation layer. In spite of melting damage on the inner wall surface (mainly the peripheral wall surface and ceiling wall surface) that is exposed to high temperature in the process of use by increasing the thickness of the material or adding a fourth heat insulation layer on the outside An object of the present invention is to provide a furnace body structure configured so that the outer wall surface of the furnace body can be maintained at a safe temperature or lower effectively and in the long term.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the present invention, in the furnace structure used when a high temperature atmosphere is generated inside by a heat source such as plasma and the object to be processed is thermally decomposed, the first using a refractory material corresponding to the inner wall surface. A second layer of heat transfer material corresponding to the outer side of the first layer, and a third layer of heat insulating material corresponding to the outer side of the second layer, respectively. The outer surface temperature of the third layer is designed to be equal to or lower than the legally safe temperature of 70 ° C. according to a predetermined temperature gradient corresponding to the temperature of the inner wall surface when the furnace body is laminated. The thickness of each of the first to third layers is defined, and the thickness of the third layer or the thickness of the fourth heat insulating layer provided outside thereof is determined by the inner wall surface in the process of using the furnace body. The required amount is increased or added in anticipation of surface melting of the first layer.
[0007]
In addition, as an embodiment of the present invention, it has been experimentally confirmed that the increase in the third layer or the thickness of the fourth heat insulating layer is 25 mm or more.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a waste treatment apparatus that has been proposed by the present inventor and can be applied to general waste, medical waste, and nuclear waste. 2 and 3 schematically show the furnace structure applied to this processing apparatus.
[0009]
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, waste (processed material) of an appropriate size, for example, crushed / compressed into a chip shape or stored in a small container, is input here. It is put into the
[0010]
The first
[0011]
The second
[0012]
In such a configuration, in the partially reducing atmosphere in the first
[0013]
As a result, in the second
[0014]
In this furnace structure, a first layer 2A using a refractory material corresponding to the inner wall surface, and a heat transfer material (for example, powdered cement is consolidated corresponding to the outer side of the first layer 2A). The second layer 2B and the
[0015]
As an embodiment of the present invention, it is effective that the increase in the
[0016]
With such a configuration, the temperature of the outer wall surface of the furnace body can be suppressed to a safe temperature of 70 ° C. or less even when used at a maximum temperature of 1700 ° C. for a considerable period of time.
Moreover, as in this embodiment, the layer thickness of the
[0017]
【The invention's effect】
The present invention has been described in detail above. In the furnace structure used when a high-temperature atmosphere is generated inside by a heat source such as plasma and the workpiece is melted, a refractory material is provided corresponding to the inner wall surface. The first layer used, the second layer of heat transfer material corresponding to the outside of the first layer, and the third layer of heat insulating material corresponding to the outside of the second layer The outer surface temperature of the third layer is designed to be equal to or lower than the legally safe temperature of 70 ° C. by a predetermined temperature gradient corresponding to the temperature of the inner wall surface when the furnace body is used. As described above, the thicknesses of the first to third layers are respectively defined, and the thickness of the third layer or the thickness of the fourth heat insulating layer provided outside the third layer is defined as the use process of the furnace body. The required amount is increased or added in anticipation of surface melting of the first layer on the inner wall surface of
[0018]
Therefore, the outer wall surface of the furnace body can be maintained at a safe temperature or lower effectively and in the long term, despite melting on the inner wall surface (mainly the peripheral wall surface and ceiling wall surface) that is exposed to high temperatures during use. In addition, it can prevent unnecessary heat dissipation, lower running costs, and demonstrate the economics of thermal energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view of a waste treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal side view of a furnace structure showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is also a transverse plan view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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- 2001-09-28 JP JP2001303511A patent/JP4674663B2/en not_active Expired - Fee Related
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