JP5594972B2 - 電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば都市ごみ焼却炉等から排出される焼却残渣（焼却灰、飛灰）を溶融処理する際に用いられる電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造の改良に関する。

従来、この種の炉底電極構造としては、例えば特許文献１に記載されて図２や図３に示したものが知られている。

前者の炉底電極構造５０は、図２に示す如く、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ系やＭｇＯ−Ｃｒ₂Ｏ₃系の耐火物から成る非導電性耐火材５１と、これを貫通して設けられた金属製のピンや丸棒等の導電体５２とを備えている。

後者の炉底電極構造６０は、図３に示す如く、導電性を有する集電板６１と、この上に積層されてＭｇＯ−Ｃ系の耐火物に依り形成された下層耐火材６２と、この上に積層されてＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ系やＭｇＯ−Ｃｒ₂Ｏ₃系の耐火物に依り形成された上層耐火材６３と、これに貫通して設けられた鉄柱や棒や板等から成る導電材６４とを備えている。

つまり、従来にあっては、溶融スラグや溶融メタル等の溶融物（溶湯）Ａに対して耐食性があるＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ系やＡｌ₂Ｏ₃−Ｃｒ₂Ｏ₃系やＭｇＯ−Ｃｒ₂Ｏ₃系の耐火物が炉底耐火物として多用されていた。

然しながら、これらの耐火物は、熱膨張率が大きく、浮き上がりを防止する為に灰溶融炉の昇温・降温速度を非常に緩やかにして耐火物の熱膨張を均一にしたり、複雑な耐火物構造にしたりする必要があった。

又、昇温・降温（立上げ下げ）を繰返す事に依り耐火物の目地へ溶融物Ａが差し込んで耐火物が浮き上がる事もあった。

更に、灰溶融炉の炉底には、プラズマの上部電極の対極となる炉底電極を設置する必要があるが、Ａｌ _２ Ｏ _３ −ＳｉＣ、ＭｇＯ−Ｃｒ _２ Ｏ _３ 、Ａｌ _２ Ｏ _３ −Ｃｒ _２ Ｏ _３ 系の耐火物には導電性がない為に、導電性があるカーボン柱や鉄柱や棒や板等を炉底耐火物に埋め込む必要があった。

特許第３５０４９７９号公報

ところが、炉底電極と炉底耐火物とは、熱膨張率等の物性が異なる為にこれらの間には隙間が生じて、図２及び図３の矢印で示す如く、この隙間に溶融物Ａが差し込んで炉底電極やこれの絶縁部が損傷する問題があった。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、炉底耐火物の長寿命化を図り、安定操業が行える様にした電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造を提供する事にある。

本発明の電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造は、基本的には、導電性を有する集電板と、集電板の上に積層された下層耐火材と、下層耐火材の上に積層された上層耐火材とから成り、前記上層耐火材及び下層耐火材の全層をそれぞれ耐食性に優れて電気導電性を有し且つ熱膨張率が小さくて熱伝導率を調整できるＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成すると共に、下層耐火材の熱伝導率を上層耐火材の熱伝導率より小さくして下層に断熱性を持たせ、更に集電板の下部に空冷ボックスを設けて空冷構造とした事に特徴がある。

上層耐火材をＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成すると共に、下層耐火材を上層耐火材より熱伝導率の小さいＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成し、所謂上層耐火材と下層耐火材の両方を電気導電性を有するＣ−ＳｉＣ系耐火物に依り形成したので、これら炉底耐火物自体を炉底電極とする事ができる。この為、別物性の電極を設置する必要がなく、別設置の電極と耐火物の隙間に溶融物が差し込む様な事がない。

上層耐火材は、Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成すると共に、下層耐火材は、上層耐火材より熱伝導率の小さいＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成したので、炉底耐火物の全厚を薄くする事ができると共に、炉底耐火物の底面の冷却を空冷構造とする事ができる。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） 集電板、下層耐火材、上層耐火材とで構成し、とりわけ上層耐火材をＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成すると共に、下層耐火材を上層耐火材より熱伝導率の低いＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成したので、炉底耐火物の長寿命化を図る事ができると共に、安定操業を行なう事ができる。

本発明の電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造を示す概要図。 従来の電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造を示す概要図。 従来の他の電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造を示す概要図。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造を示す概要図である。

炉底電極構造１は、集電板２、下層耐火材３、上層耐火材４とからその主要部が構成されて居り、電気式プラズマ灰溶融炉１０に適用される。

電気式プラズマ灰溶融炉１０は、溶融物Ａを収容する炉体１１と、これの上部に設けられて直流電源の陰極に接続された上部電極１２と、炉体１１の底部に設けられて直流電源の陽極に接続された炉底電極１とから成っている。

集電板２は、導電性を有する金属製の板材に形成されて居り、端子５を介して直流電源の陽極に接続されている。

下層耐火材３は、集電板２の上に積層されたもので、Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成されている。つまり、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ系耐火物と比べて溶融メタルに対する耐食性が高く、電気導電性を有し、熱膨張率が小さく、熱伝導率を調整できるＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成されている。

上層耐火材４は、下層耐火材３の上に積層されたもので、下層耐火材３と同様のＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成されている。

而して、下層耐火材３と上層耐火材４は、下層耐火材３が上層耐火材４より熱伝導率の小さいＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成されている。

集電板２の下部には、空冷ボックス６が設けられて居り、これと炉体１１の側壁１３との間には、絶縁物７が介設されている。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。

上部電極１２と炉底電極１とに直流電流を印加すると、これらの間にアークＢが発生して炉体１１に収容した被溶融物が溶融されて溶融スラグや溶融メタル等の溶融物（溶湯）Ａになる。

Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物を電気式プラズマ灰溶融炉１の炉底耐火物に使用すると、Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物は、電気導電性を有するので、炉底耐火物自体を炉底電極とする事ができる。

つまり、上層耐火材４をＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成すると共に、下層耐火材２を上層耐火材４より熱伝導率の小さいＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成し、所謂上層耐火材４と下層耐火材３の両方を電気導電性を有するＣ−ＳｉＣ系耐火物に依り形成したので、これら炉底耐火物自体を炉底電極とする事ができる。

Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物は、熱伝導率を調整できるので、炉底耐火物の下層に熱伝導率が低いＣ−ＳｉＣ系の耐火物を配する事で、炉底耐火物の全厚を薄くする事ができてコストメリットが大きいと共に、炉底耐火物の底面の冷却を空冷構造とする事ができて安全性を高める事ができる。

つまり、Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物（Ｃ含有量大）は、一般に熱伝導率が高く、２０〜３０Ｗ／ｍＫ程度である。炉底電極としてＣ−ＳｉＣ系の耐火物を使用する場合は、一般的には、炉底面の冷却が必要となるが、炉底面を水冷すると、万が一の脱湯（炉内の溶湯が鉄皮外に漏れる事）の際に、水蒸気爆発の可能性があって使用できない。一方、集電板との間に断熱耐火物を設ける場合は、一般の断熱耐火物では電気導電性がないので、炉底電極として使用できない。

ところが、Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物は、Ｃの持つ特性を利用して、耐火物の熱伝導率を調整する事ができる。従って、炉底耐火物の全層にＣ−ＳｉＣ系の耐火物を使用し、且つ下層に断熱を持たせたＣ−ＳｉＣ系の耐火物を設置する事で、炉底耐火物の全層の厚さを薄く構成できると共に、炉底耐火物の底面は、空冷程度の冷却で良い構成（空冷ボックス６）にする事ができる。その結果、炉底耐火物の厚さ及び重量を軽減できる事に依るコストメリットを出す事ができると共に、安全性を向上する事ができる。

Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物は、熱膨張率が小さいので、炉底耐火物の目地を小さくでき、溶湯の差し込みが少なくなる。

Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物は、熱膨張率が小さいので、下層に熱伝導率の小さい耐火物を配する事で、浮き上がり防止構造が簡便で済むと共に、灰溶融炉の昇温・降温速度を比較的速くできる。

Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物は、電気導電性を有するので、炉底耐火物自体が電極になり、別物性の電極を設置する必要がない。この為、別設置の電極と耐火物の隙間に溶融物が差し込む事がない。

Ｃ−ＳｉＣ系の耐火物は、下表に示す如く、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ系耐火物と比べて溶融メタルに対する耐食性が高いので、長期間の溶融炉操業が可能となる。

１…炉底電極構造、２…集電板、３…下層耐火材、４…上層耐火材、５…端子、６…空冷ボックス、７…絶縁物、１０…電気式プラズマ灰溶融炉、１１…炉体、１２…上部電極、１３…側壁、５０…炉底電極構造、５１…非導電性耐火材、５２…導電体、６０…炉底電極構造、６１…集電板、６２…下層耐火材、６３…上層耐火材、６４…導電材、Ａ…溶融物、Ｂ…アーク。

Claims (1)

1. 導電性を有する集電板と、集電板の上に積層された下層耐火材と、下層耐火材の上に積層された上層耐火材とから成り、前記上層耐火材及び下層耐火材の全層をそれぞれ耐食性に優れて電気導電性を有し且つ熱膨張率が小さくて熱伝導率を調整できるＣ−ＳｉＣ系の耐火物に依り形成すると共に、下層耐火材の熱伝導率を上層耐火材の熱伝導率より小さくして下層に断熱性を持たせ、更に集電板の下部に空冷ボックスを設けて空冷構造とした事を特徴とする電気式プラズマ灰溶融炉の炉底電極構造。

Images