JPH1123164A

JPH1123164A - プラズマ溶融炉の炉壁損傷検知方法

Info

Publication number: JPH1123164A
Application number: JP17974397A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Samejima; 良二鮫島; Takahiro Yoshii; 隆裕吉井; Koutarou Katou; 考太郎加藤
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-01-26
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: JP3781326B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】炉壁１ａの耐火壁構造部分１１０を、溶
融スラグ３１に接触する耐火材製の内周層１１１とこれ
を電気的に絶縁された状態で囲繞する導電性耐火材製の
外周層１１２とで構成して、主電極と外周層１１２との
間における溶融スラグ３１を介しての通電状態を感知す
ることにより、耐火壁構造部分１１１の侵食による損傷
を検知する。外周層１１２に電極１４０を埋設すると共
にそのアース部１４１に電流指示計１４２を設けてあ
り、侵食部分１１４の深さが外周層１１２に達したとき
は、電流指示計１４２により主電極と外周層１１２との
間における通電状態が感知される。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１４００〜１６
００℃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３
１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１
６００℃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）１１
４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】この課題を解決した本発
明のプラズマ溶融炉の炉壁損傷検知方法は、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
とこれを電気的に絶縁された状態で囲繞する導電性耐火
材製の外周層とで構成して、主電極と外周層との間にお
ける溶融スラグを介しての通電状態を感知することによ
り、耐火壁構造部分の侵食による損傷を検知するように
したものである。かかる通電状態の感知は、例えば、外
周層にアースされた電極を埋設して、そのアース部に設
けた電流指示計により行なうことができる。また、外周
層に埋設した導線に電圧をかけておき、この導線に設け
た電流指示計により行なうこともできる。さらには、内
外周層を共に導電性耐火材で構成すると共に、内外周層
間を電気絶縁体で電気的に絶縁して、内周層と電気絶縁
体との間に電圧をかけ、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することもできる。

【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１
１０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１
１２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３３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３３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１
１０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＝１３５〜２
００ｍｍ，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１
１２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１４０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に接触することなり、主電極４と外周層１４
０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、浸食部分
１１４を補修する。このとき、外周層１１２は浸食され
ておらず、耐火壁構造部分１１０の一部である内周層１
１１（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１１
２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１４
０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１
１２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、１１
１…内周層、１１２…外周層、１１３…電気絶縁体、１
１４…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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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これを電気的に絶縁された
状態で囲繞する導電性耐火材製の外周層とで構成して、
主電極と外周層との間における溶融スラグを介しての通
電状態を感知することにより、耐火壁構造部分の侵食に
よる損傷を検知するようにしたことを特徴とするプラズ
マ溶融炉の炉壁損傷検知方法。
【請求項２】外周層にアースされた電極を埋設して、
そのアース部に設けた電流指示計により、主電極と外周
層との間における通電状態を感知するようにしたことを
特徴とする、請求項１に記載するプラズマ溶融炉の炉壁
損傷検知方法。