JP6859121B2

JP6859121B2 - ラビリンスシール構造、熱処理炉および熱処理方法

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Publication number: JP6859121B2
Application number: JP2017020183A
Authority: JP
Inventors: 裕樹長村; 和寛湯谷
Original assignee: Dowa Eco Systems Co Ltd
Current assignee: Dowa Eco Systems Co Ltd
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-02-07
Also published as: JP2018128179A

Description

本発明は、熱処理炉に設けられる台車と炉の側壁との間のラビリンスシール構造に関する。

現在使用が禁止されている有害なＰＣＢを含有する廃棄物は、専用の焼却炉において熱処理されることで無害化される。特許文献１にはＰＣＢ含有廃棄物を１１００℃以上の温度まで加熱することで無害化する方法が開示されている。特許文献１では廃棄物を台車で搬送する台車搬送式の熱処理炉を使用しているが、従来の台車搬送式の熱処理炉においては、特許文献２のように台車の側面と炉の側壁内面との間に狭いジグザグ状の隙間が形成されるようにラビリンスシール構造を採用することが一般的である。このようなラビリンスシール構造により、台車の上方から下方への雰囲気ガスの流れ込みを抑制している。

特開２０１３−１８４０８９号公報特開２０１１−１５８２０１号公報特開２０１６−８８０２号公報

廃棄物を熱処理する際には炉内が高温状態になることから、廃棄物中にアルミニウム等の低融点金属が含まれている場合には、その金属が溶融し、溶融した金属（以下、“溶融金属”）が廃棄物から流出することがある。前述の台車搬送式の熱処理炉において廃棄物から溶融金属の流出が起こった場合、流出した溶融金属は、図１のように台車３０の上面から耐火材３３（例えば耐火レンガ）を伝って、ラビリンスシール構造８０の隙間に流れていく。

そして、溶融金属は、耐火材３３の最も炉の側壁１０ｂ側に突出した部分８０ａの側面から、炉の側壁１０ｂ内面に設けられた断熱材９０（例えば断熱レンガ）の台車３０側に突出した部分８０ｂの上面に落下する。断熱材９０の温度は炉内の雰囲気ガスの温度や耐火材３３の温度よりも低いことから、断熱材９０に接触した溶融金属は温度が下がり、凝固してしまう。したがって、従来のラビリンスシール構造８０では、台車３０と断熱材９０間において金属の噛み込みや固着が起こりやすく、台車３０の搬送トラブルが発生することがあった。

ここで、特許文献３には台車の上に籾殻を敷いて、溶融金属と台車の接触を回避する方法が開示されている。籾殻は廃棄物の熱処理時に焼却されてシリカ粉末となることから、そのシリカ粉末の上に溶融金属を落下するよう台車を構成することで、台車や炉壁、炉床への溶融金属の付着を抑えることが可能となる。シリカ粉末に落下した溶融金属は、台車を炉内から搬出した後にシリカ粉末と共に除去される。

しかしながら、特許文献３の籾殻を利用する方法は、台車を炉内に搬入する度に台車の上に籾殻を敷く作業が必要となり、手間がかかってしまう。これに加え、籾殻を燃焼させるために余計なエネルギーが必要となってしまう。このため、特許文献３の籾殻を利用する方法では熱処理に費やされるコストが増加してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱処理時に処理物から台車上に溶融金属が流出する台車搬送式の熱処理炉において、熱処理コストを抑制しつつ、台車の搬送トラブルの発生を抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、熱処理時に処理物から台車上に溶融金属が流出する台車搬送式の熱処理炉に設けられる、台車側面と炉の側壁内面の断熱材とで構成された、前記溶融金属が前記台車側面と前記断熱材の隙間に流れる構造のラビリンスシール構造であって、前記台車側面のうち前記台車から前記断熱材側に突出する部分である台車凸部を上から見たときに、前記台車凸部の上面よりも低い位置にある前記断熱材のうち、最も台車側に突出する部分である断熱材凸部の上に前記台車凸部が重ならないように構成されていることを特徴としている。

本発明に係るラビリンスシール構造は、台車凸部を上から見たときに断熱材凸部の上に台車凸部が重ならないように構成されているため、台車の上面および側面を伝って落下する溶融金属の少なくとも一部が断熱材に接触しなくなる。これにより、ラビリンスシール構造近傍において溶融金属の凝固が起こり難くなる。なお、本発明に係る“ラビリンスシール”とは、台車側面と炉の側壁内面の断熱材との間に形成されるジグザグ状の隙間部分で構成された非接触式のシールである。そのような隙間部分と認められない箇所とは、雰囲気ガスや溶融金属等の流体が水平方向に流れる部分（例えば台車凸部上面近傍）を除く箇所において、台車側面と炉壁内面の断熱材との水平距離が雰囲気ガスの流れを阻害しなくなる程度に大きくなる箇所である。前記箇所よりも下部はラビリンスシールを構成しない。ラビリンシールを構成しないと認められる前記水平距離は例えば２０ｍｍ以上である。

また、別の観点による本発明は、熱処理時に処理物から台車上に溶融金属が流出する台車搬送式の熱処理炉であって、処理物を搬送する台車と、炉の側壁内面に設けられた断熱材と、上記のラビリンスシール構造とを備えていることを特徴としている。

また、別の観点による本発明は、上記の熱処理炉を使用して前記処理物の熱処理を行う熱処理方法である。

熱処理時に処理物から台車上に溶融金属が流出する台車搬送式の熱処理炉において、熱処理コストを抑制しつつ、台車の搬送トラブルの発生を抑制することができる。

従来のラビリンスシール構造の拡大図である。本発明の実施形態に係る焼却炉の概略構成を示す図である。図２中のＡ−Ａ断面図であり、本発明の実施形態に係るラビリンスシール構造を示す図である。本発明の実施形態に係るラビリンスシール構造の拡大図である。図４中のＢ−Ｂ断面図であり、台車凸部上面における水平断面を上から見た図である。本発明の他の実施形態に係るラビリンスシール構造の拡大図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２は熱処理炉の一例であるＰＣＢ含有廃棄物Ｗの焼却炉１０の概略構成を示す図である。廃棄物Ｗには融点が１０００℃以下の金属（例えばアルミニウム）が含まれている。図２に示すように本実施形態の焼却炉１０は、加熱処理前の廃棄物Ｗが待機する搬入待機室１１と、廃棄物Ｗの加熱処理を行う処理室１２と、加熱処理後の廃棄物Ｗが待機する搬出待機室１３を備えている。搬入待機室１１と処理室１２の間、および、処理室１２と搬出待機室１３との間には開閉自在な扉１４が設けられている。処理室１２は、廃棄物Ｗを加熱する昇温部１２ａと、加熱された廃棄物Ｗの温度を保持する温度保持部１２ｂと、廃棄物Ｗを冷却する冷却部１２ｃとを有している。

処理室１２の昇温部１２ａおよび温度保持部１２ｂの天井部には排気ダクト１５に接続されており、処理室内の排ガスは排気ダクト１５を介して排ガス処理装置（不図示）に送られる。なお、処理室１２の昇温部１２ａおよび温度保持部１２ｂの側壁部には一定の間隔でバーナー（不図示）が設置されており、廃棄物Ｗはそのバーナーにより加熱される。

廃棄物Ｗの炉内の移動は台車３０により行われる。台車３０の炉内の移動は、搬入待機室１１に設けられた台車押出装置４０と搬出待機室１３に設けられた台車引出装置５０によって行われる。

台車押出装置４０は、シリンダーロッド４２が上下に伸縮するように構成されたシリンダー装置４１と、シリンダーロッド４２の先端部に接続されている複数のリンク４４から成るリンク機構４３とを備えている。リンク機構４３は、シリンダーロッド４２の上下動に連動してリンク機構４３の先端部（搬送ラインの最も下流側に位置するリンク４４の端部）が水平方向に移動するように構成されている。リンク機構４３の先端部には、台車３０を搬入待機室１１から処理室１２に押し出す押出部材４５が取り付けられている。

台車引出装置５０は、シリンダーロッド５２が上下に伸縮するように構成されたシリンダー装置５１と、シリンダーロッド５２の先端部に接続されている複数のリンク５４から成るリンク機構５３とを備えている。リンク機構５３は、シリンダーロッド５２の上下動に連動してリンク機構５３の先端部（搬送ラインの最も上流側に位置するリンク５４の端部）が水平方向に移動するように構成されている。リンク機構５３の先端部には、台車３０を処理室１２から搬出待機室１３に引き出す引出部材５５が取り付けられている。引出部材５５には、上方に突出する突出部５５ａが形成されており、シリンダーロッド５２の伸長時に台車３０の下面部に引っ掛かるような形状となっている。

搬入待機室１１にある台車３０は、扉１４が開放されている間に台車押出装置４０の押出部材４５に押されることで処理室１２に搬送される。処理室に搬送された台車３０は既に処理室内にある台車３０に接触し、その状態で更に台車３０が押し込まれることによって処理室１２内の各台車３０が搬送方向下流側に台車１台分ずつ移動する。処理室１２から押し出されて搬出待機室１３側に移動した台車３０は、台車引出装置５０の突出部５５ａにより、搬出待機室１３に引き込まれ、扉１４が閉じられる。台車３０はこのようにして焼却炉１０内を移動する。なお、台車３０は図１の紙面垂直方向に沿って搬入待機室１１への搬入および搬出待機室１３からの搬出が行われる。

図３に示すように台車３０は、炉床１０ａに敷設されたレール２０に嵌合する車輪３１と、鋼材からなる台３２と、台３２の上で３層に積み重ねられた矩形状の耐火材３３（例えば耐火レンガ）と、廃棄物Ｗが載せられる天板３４で構成されている。以降の説明では上記３層の耐火材３３を上から順に上部耐火材３３ａ、中央部耐火材３３ｂ、下部耐火材３３ｃと称する。なお、天板３４も耐火性材料（例えば耐火レンガ）で形成されている。

図３、図４に示すように中央部耐火材３３ｂは上部耐火材３３ａおよび下部耐火材３３ｃに対して幅が長くなっている。すなわち、中央部耐火材３３ｂは上部耐火材３３ａおよび下部耐火材３３ｃに対して断熱材１７側に突出した状態となっている。一方、炉の側壁１０ｂ内面には断熱ブランケット１６が設けられ、断熱ブランケット１６の更に内方には炉の高さ方向に沿って積み重ねられた矩形状の複数の断熱材１７（例えば断熱レンガ）が配置されている。これらの断熱材１７のうち、いくつかの断熱材１７は互いに厚さや幅が異なっており、台車３０の耐火材３３に対向する部分の断熱材１７は上部耐火材３３ａ、中央部耐火材３３ｂおよび下部耐火材３３ｃとの間でジグザグ状の隙間が形成されるようなサイズとなっている。すなわち、台車３０側面と炉の側壁１０ｂ内面の断熱材１７とでラビリンスシール構造１が構成されている。なお、本実施形態において、ラビリンスシール構造１は処理室１２の昇温部１２ａから温度保持部１２ｂまでの間に設けられており、冷却部１２ｃには設けられていない。

ここで、ラビリンスシール構造１を構成する台車３０側面のうち、断熱材１７側に突出する部分を“台車凸部”と称する。図４に示すように本実施形態においては、ラビリンスシール構造１を構成する耐火材３３のうち、中央部耐火材３３ｂの上部耐火材３３ａおよび下部耐火材３３ｃに対して断熱材１７側に突出する部分が台車凸部１ａとなる。

図５は図４中のＢ−Ｂ断面図であり、台車凸部１ａを上から見た図に相当する。本実施形態のラビリンスシール構造１は、台車凸部１ａを上から見たときに、台車凸部１ａの上面よりも低い位置にある断熱材１７（以下、“下部断熱材１７ａ”）の上に、台車凸部１ａが重ならないように構成され、台車凸部１ａと下部断熱材１７ａとの間に隙間Ｄが形成されている。本実施形態においては廃棄物Ｗから台車３０上に流出した溶融金属が図４のように台車３０の天板３４上面、天板３４側面、上部耐火材３３ａの上面、上部耐火材３３ａの側面、中央部耐火材３３ｂの上面および中央部耐火材３３ｂの側面を伝って落下した際に、溶融金属が下部断熱材１７ａに接触しないように十分に大きな隙間Ｄが形成されている。これにより台車凸部１ａから落下する溶融金属が耐火材３３よりも低温である断熱材１７に接触しなくなり、溶融金属を凝固させ難くすることができる。

台車凸部１ａの下方には台車凸部１ａから落下した溶融金属が接触する傾斜部１８が設けられている。傾斜部１８は炉壁の一部が加工されることにより傾斜面１８ａが形成されている。台車凸部１ａから落下した溶融金属は、ラビリンスシール構造１の下方空間にある温度の低い炉壁に接触することで凝固し始めるが、このような傾斜部１８が設けられていることにより、台車凸部１ａから落下した溶融金属が炉床１０ａに向かって流れやすくなる。このため、台車凸部１ａから落下した溶融金属の一部については、凝固する前に炉床１０ａに流れることになる。これにより、ラビリンスシール構造１近傍において溶融金属を更に凝固させ難くすることができる。また、傾斜部１８が設けられていることにより、ラビリンスシール構造１の隙間を通過してきた固形落下物の堆積を防ぐこともできる。

以上のように本実施形態のラビリンスシール構造１は、台車凸部１ａを上から見たときに、下部断熱材１７ａの上に台車凸部１ａが重ならないように構成され、台車凸部１ａと下部断熱材１７ａとの間に台車凸部１ａから落下する溶融金属が下部断熱材１７ａに接触しないような隙間が形成されている。これにより、台車凸部１ａから落下した溶融金属がラビリンスシール構造１近傍において凝固し難くなる。その結果、凝固した溶融金属と台車３０とが接触することによる搬送トラブルの発生を抑えることができる。また、本実施形態のラビリンスシール構造１によれば、炉の操業中に作業者が特別な作業を行うことは不要であるため、本実施形態のラビリンスシール構造１を採用するにあたっての熱処理コストの増加を抑えることができる。なお、本実施形態のラビリンスシール構造１においては、下部耐火材３３ｃと断熱材１７との間の空間が従前よりも大きくなるが、上部耐火材３３ａおよび中央部耐火材３３ｂと断熱材１７との間の隙間を適宜設定することで、熱処理炉として必要なシール性を担保することは可能である。

本実施形態では、台車凸部１ａを上から見たときに、台車凸部１ａと下部断熱材１７ａとの間に台車凸部１ａから落下した溶融金属が接触しないような隙間Ｄが形成されているが、例えば図６に示すように下部断熱材１７ａの一部に台車凸部１ａから落下した溶融金属が接触するように隙間Ｄを形成しても良い。この場合において、台車凸部１ａの上面よりも低い位置にある断熱材１７のうち、最も台車３０側に突出している部分を“断熱材凸部”と称すると、図６に示すラビリンスシール構造１は、前述の実施形態と同様に断熱材凸部１ｂの上に台車凸部１ａが重ならないように構成されている。

従来のラビリンスシール構造では台車凸部から落下した溶融金属を断熱材凸部の上面で受けていたが、図６に示すラビリンスシール構造１では、台車凸部１ａから落下する溶融金属の一部は断熱材凸部１ｂの上面に接触せず、炉床１０ａに向かって流れていく。その結果、断熱材凸部１ｂの上面で全ての溶融金属を受ける場合よりも、ラビリンスシール構造１近傍において溶融金属が凝固し難くなり、凝固した溶融金属と台車３０との接触が起こり難くなる。これにより、台車３０の搬送トラブルの発生を抑えることが可能となる。

ただし、前述の実施形態のように台車凸部１ａを上から見たときの台車凸部１ａと下部断熱材１７ａとの間に台車凸部１ａから落下した溶融金属が接触しないような隙間が形成されていれば、ラビリンスシール構造１近傍において溶融金属を更に凝固させ難くすることができる。なお、本明細書においては図４のように下部断熱材１７ａが全て同幅である場合には、断熱材凸部は下部断熱材１７ａそのものを指すこととする。

なお、上記実施形態では、ラビリンスシール構造１を構成する耐火材３３の側面およびこれに対向する断熱材１７の側面が鉛直面となるように耐火材３３、断熱材１７が形成されていたが、耐火材３３および断熱材１７の形状はこれに限定されない。また、台車３０側面においてラビリンスシール構造１を構成する部材は耐火材３３に限定されない

また、上記実施形態では台車凸部１ａが１つだけある場合を例示したが、台車凸部１ａは複数あっても良い。この場合、台車凸部１ａごとに断熱材凸部１ｂを定義し、各台車凸部１ａに対応する断熱材凸部１ｂの上に各台車凸部１ａが重ならないようにラビリンスシール構造１が設けられていれば、前述の実施形態と同様にラビリンスシール構造１近傍において溶融金属を凝固させ難くすることができる。

また、上記実施形態では熱処理炉としてＰＣＢ含有廃棄物Ｗの焼却炉１０を例に挙げて説明したが、熱処理時に処理物から台車３０上に溶融金属が流出するような熱処理炉であっても、上記実施形態と同様に断熱材凸部１ｂの上に台車凸部１ａが重ならないようにラビリンスシール構造１を設けることで、ラビリンスシール構造１近傍において溶融金属を凝固させ難くすることができる。

また、本発明による副次的な効果として、以下の２点を挙げることが出来る。
図１のような従来技術に係るラビリンスシール構造においては、溶融金属の固着による台車搬送停止という不具合以外に、固着した溶融金属により炉壁が削れて炉壁の損耗につながるという不具合があったが、本発明によれば、この不具合を解消し炉材の延命を図ることが出来る。
また、従来のラビリンスシール構造においては、台車移動時の振動や熱処理の影響により台車から落下する溶融金属以外の碍子等の小さな落下物が、ラビリンスシール部を通過して断熱材凸部上面に溜まることで、台車の搬送停止や炉壁の損耗といった不具合を引き起こしていたが、本発明によれば、この不具合を解消し、台車の搬送トラブルの発生を抑制し、炉材の延命を図ることが出来る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

ＰＣＢ含有廃棄物の焼却処理を実施し、ラビリンスシール近傍の耐火材と断熱材の温度、および炉床の温度を測定した。廃棄物には金属アルミニウム（凝固点６６０℃）が含まれている。焼却炉は図２に示す連続式の焼却炉であり、ラビリンスシール構造は図３に示す構造のものを採用している。焼却温度は１１００℃である。

そのような条件で焼却処理を実施したところ、操業開始後、炉の定期メンテナンスまでの間に台車の搬送トラブルは起こらなかった。ラビリンスシールを構成する各部材の温度を測定したところ、ラビリンスシール上部の台車側耐熱レンガの温度は９００℃程度、ラビリンスシール中央部の台車側耐熱レンガの温度は７００〜８００℃、ラビリンスシール中央部の炉壁側断熱レンガの温度は５００℃程度であった。ラビリンスシール中央部の台車側耐熱レンガの温度は溶融アルミニウムの凝固点よりも高い温度であることから、ラビリンスシール中央部の台車側耐熱レンガに接触している間、溶融アルミニウムは凝固しない。そして、本実施例のラビリンスシール構造においては、ラビリンスシール中央部の台車側耐熱レンガから落下する溶融アルミニウムが炉壁側断熱材に接触しないことから、溶融アルミニウムは凝固することなく、炉床まで流れていた。

なお、炉床の温度は従前のラビリンスシール構造を採用した場合と同様に１００℃程度に保たれており、ラビリンスシールのガスの回り込みを抑制する効果は維持されている。

本発明は、ＰＣＢ含有廃棄物の焼却処理に適用することができる。

１ラビリンスシール構造
１ａ台車凸部
１ｂ断熱材凸部
１０焼却炉
１０ａ炉床
１０ｂ炉壁
１１搬入待機室
１２処理室
１２ａ昇温部
１２ｂ温度保持部
１２ｃ冷却部
１３搬出待機室
１４扉
１５排気ダクト
１６断熱ブランケット
１７断熱材
１７ａ下部断熱材
１８傾斜部
１８ａ傾斜面
２０レール
３０台車
３１車輪
３２台
３３耐火材
３３ａ上部耐火材
３３ｂ中央部耐火材
３３ｃ下部耐火材
３４天板
４０台車押出装置
４１シリンダー装置
４２シリンダーロッド
４３リンク機構
４４リンク
４５押出部材
５０台車引出装置
５１シリンダー装置
５２シリンダーロッド
５３リンク機構
５４リンク
５５引出部材
５５ａ引出部材の突出部
８０従来のラビリンスシール構造
８０ａ台車突出部
８０ｂ断熱材突出部
９０断熱材
Ｄ台車凸部と断熱材凸部の隙間
Ｗ廃棄物

Claims

熱処理時に処理物から台車上に溶融金属が流出する台車搬送式の熱処理炉に設けられる、台車側面と炉の側壁内面の断熱材とで構成された、前記溶融金属が前記台車側面と前記断熱材の隙間に流れる構造のラビリンスシール構造であって、
前記台車側面のうち前記台車から前記断熱材側に突出する部分である台車凸部を上から見たときに、前記台車凸部の上面よりも低い位置にある前記断熱材のうち、最も台車側に突出する部分である断熱材凸部の上に前記台車凸部が重ならないように構成されている、ラビリンスシール構造。
前記台車凸部の下方において、該台車凸部から落下した溶融金属が炉床に向けて流れるように傾斜部が設けられている、請求項１に記載のラビリンスシール構造。
熱処理時に処理物から台車上に溶融金属が流出する台車搬送式の熱処理炉であって、
処理物を搬送する台車と、
炉の側壁内面に設けられた断熱材と、
請求項１又は２に記載のラビリンスシール構造とを備えた、熱処理炉。
前記処理物は融点が１０００℃以下の金属を含むＰＣＢ含有廃棄物であり、該ＰＣＢ含有廃棄物を焼却処理するように構成されている、請求項３に記載の熱処理炉。
請求項３又は４に記載の熱処理炉を使用して前記処理物の熱処理を行う、熱処理方法。