JP2000088632A - プラズマ式灰溶融炉の溶融スラグ深さ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スラグ性状、スラグ温度の影響や
出滓口等の侵食の影響を受けることのない測定方法で、
且つスラグ面の確認を必要としない溶融スラグ深さ計測
方法を提供する。 【構成】 本発明のプラズマ式灰溶融炉の溶融スラグ深
さ計測方法は、プラズマ電極１１に対向させて炉底に炉
底電極１３を備え、前記両電極の間に形成されたプラズ
マアーク１１ｂにより焼却灰を溶融し、炉底電極１３上
に溶融メタル層１４を沈殿させ、その上に導電性を帯び
た溶融スラグ層１５を形成し出滓口１０ａより外部へ排
ガスとともに排出する灰溶融炉１０において、一定電流
Ｉの通電のもとにプラズマアーク１１ｂを形成させてい
る運転状態で、プラズマ電極１１をエンコーダ１１ａを
介して下降させて、プラズマアーク１１ｂ、溶融スラグ
層１５、の順に溶融メタル層１４に向け等速で挿入さ
せ、挿入の過程で電源電圧Ｖの変動を計測する構成とす
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、下水汚泥、都市ゴ
ミや産業廃棄物などの焼却灰及び事業用火力発電プラン
ト等の燃焼炉から排出される焼却灰を溶融するプラズマ
アーク式灰溶融炉の溶融スラグの深さ測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プラズマアーク式灰溶融炉においては、
焼却灰を溶融すると、該焼却灰は溶融スラグ、溶融メタ
ル、排ガスに分離され、溶融メタルは溶融スラグ池に沈
殿されその上に溶融スラグを貯留させ、貯留させた溶融
スラグは溶融スラグ池の出滓口より前記排ガスとともに
逐次は外部へ排出されるようにしている。ところが、溶
融メタルは前記溶融スラグ池の下層に沈殿されているた
め、運転の継続につれ溶融メタル層は厚くなり、溶融ス
ラグ池に貯留される溶融スラグ層は浅くなっていく。ス
ラグ層の厚さがある程度以下になると電源電圧が激しく
変動するようになり、運転に支障をもたらすことにな
る。このため、溶融スラグ深さを常時把握し上記運転不
可の状態を事前に回避する必要がある。

【０００３】上記溶融スラグ深さが浅くなった状態の検
知については、下記提案がなされている。 重量を計測しながら棒を挿入し、浮力による重量変化
から溶融スラグ深さを検知する。 電圧変動が激しくなったことでスラグ層が浅くなった
ことを検知する。 雰囲気温度変動からスラグ層が浅くなったことを検知
する。 スラグ面と炉底の電位差から検知する。 炉体重量変化から検知する。 電圧をかけた２本の電極を挿入していき、そこに流れ
る電流から検知する。

【０００４】従来より行なわれている上記提案の内プラ
ズマアーク式灰溶融炉に関するもで且つ定量的測定を可
能にした、特開平８−３２０１１１号公報に開示されて
いる提案について下記に詳説する。上記提案は、図５
（Ａ）に示す第１実施例と図６に示す第２実施例があ
る。第１実施例では図５（Ａ）の模式図に見るように、
プラズマ電極２Ｂを使用し、第２実施例の場合は図６の
模式図に見るように検出部材３２を使用して、プラズマ
アーク式灰溶融炉における溶融メタルの湯面検出を可能
にした方法に関するもので、例えば第１実施例の場合
（図５（Ａ）参照）は溶融スラグ池の出滓口３より排出
され一定レベルに保持されている溶融スラグＳｆの表面
に、プラズマ発生電極２Ｂを下降接触させ、プラズマ電
極２Ｂと溶融メタル層Ｍに導通可能に設けた基準電極２
３との電位差を検出して溶融スラグＳｆ層の厚さを検知
し、これにより溶融メタル層Ｍの湯面レベルを検出する
ようにしたものである。

【０００５】上記提案の第１実施例は、図５（Ａ）に示
す模式図に示すように、炉本体１内に垂下した陽電極２
Ｂ、陰電極２Ａ間に電源８により直流電圧を印加して一
定電流Ｉを流しプラズマアークを形成させ、電極間に介
在させた焼却灰を溶融して溶融スラグ池に溶融メタル層
Ｍを沈澱させ、その上に溶融スラグＳｆを形成貯留さ
せ、貯留させた溶融スラグＳｆを出滓口３より外部へ出
滓させている運転状態において、点Ａ、Ｄ間のプラズマ
抵抗をＲ₄、点Ｂ、Ｃ間のプラズマ抵抗をＲ₁、点Ｃ、Ｄ
間のスラグ抵抗をＲ₃、点Ｃ、Ｅ間のスラグ抵抗をＲ₂と
すると、電極２Ａ、２Ｂ間への電圧印加により前記抵抗
Ｒ₁、Ｒ₃、Ｒ₄間に定電流Ｉが流れている。その際、電
極２Ｂを点線図示のように溶融スラグＳｆ面に向け下降
接触させ、基準電極２３と直流電源８の陰極間との電位
差Ｖを検出している。

【０００６】上記通電状況を図５（Ｂ）に示す等価回路
により分析すると下記のようになる。 ｉ₁＝０ （電位差計Ｖで絶縁） ｉ₂＝Ｉ＝一定 Ｖall＝Ｖ₁＋Ｖ ∴Ｖ＝Ｖall−Ｖ₁ この状態で電極２Ｂを溶融スラグＳｆ面に接触させる
と、 Ｒ₁＝０ Ｖ₁＝０ ∴Ｖ＝Ｖall このとき、電極２Ｂは溶融スラグＳｆ面に接触したこと
になる。ついで、Ｒ₁≒Ｒ₄と仮定すれば Ｖ＋Ｖ₁＝ＩＲ₃＋ＩＲ₄＝ＩＲ₃＋ＩＲ₁＝ＩＲ₃＋Ｖ₁ ∴ Ｖ＝ＩＲ₃ 上式よりＲ₃が求めてあれば、溶融スラグ深さはあいま
いな値で予想できる。

【０００７】また、上記提案の第２実施例は、図６に示
す模式図に見るように、炉本体１には溶融メタル層Ｍが
基準電極２３の上に沈澱され、その上に溶融スラグＳｆ
が形成されている。該溶融スラグＳｆに検出部材３２を
下降接触させ電源８により直流電圧を印加して一定電流
Ｉを通電させ、その場合の電源電圧Ｖの変動を計測する
ようにしたものである。上記図６より下記関係式が得ら
れる。即ち、 Ｖ＝ＩＲs ＋ＩＲm Ｒｍ≒０ つまり、Ｖを計測すればＲs が得られ、スラグ層が薄く
なり溶融メタル層が大となれば、Ｒs →小、Ｖ→小にな
りその傾向が得られる。

【０００８】上記提案においては、検出部材３２ないし
検出用の電極２Ｂの溶融スラグＳｆ面への接触を前提と
したもので、接触の度合いが不明瞭で検出値もあいまい
さの域を出ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】最近のプラズマアーク
式灰溶融炉の溶融スラグ深さの計測についての提案を前
記のように説明したが、電圧変化による溶融スラグ深さ
の計測については上記問題点以外に下記問題を内蔵して
いる。 スラグ性状によつて電圧が変化する（特にゴミの性状
は電圧変化に大きく影響する）。 スラグ温度により電圧が変化する。 出滓口等の侵食によって溶融スラグのオーバーフロー
面が下がると電圧が変わる。 スラグ面の把握が困難である（ダストで確認できな
い）。

【００１０】本発明は、前記課題解決のため、なされた
もので、スラグ性状、スラグ温度の影響や出滓口等の侵
食の影響を受けることのない測定方法で、且つスラグ面
の確認を必要としない溶融スラグ深さ計測方法の提供を
目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のプラズ
マ式灰溶融炉の溶融スラグ深さ測定方法は、炉心上部に
垂設したプラズマ電極とその対向位置に設けた炉底電極
の間に形成した定電流プラズマアークにより焼却灰を溶
融し、前記炉底電極上に溶融メタル層と溶融スラグ層か
らなる溶融スラグ池を形成したプラズマアーク式灰溶融
炉において、通電中の前記プラズマ電極若しくは該プラ
ズマ電極と別異の検出用電極を等速下降させて、該電極
端がプラズマガス、スラグ層、メタル層の夫々の境界層
に接触したときの、前記電極の電圧変化を検出し、該電
圧変化と電極の下降量に基づいて前記各層深さ、特に溶
融スラグ深さを計測することを特徴とする。

【００１２】上記発明により、プラズマ放電中に放電電
極を下降させ挿入させていく訳であるが、プラズマ電極
と炉底電極の間には抵抗率や、断面形状の異なるプラズ
マ、スラグ層、メタル層の通電部材が介在するため、電
極の移動につれて変化する電圧も変化率も変わり、電圧
と電極の移動（深さ）の関係は折れ線カーブを描くこと
になる。上記折れ点が通電部材の変わる位置に該当する
ため、この折れ点から折れ点までの距離を測れば求めよ
うとするスラグ深さを得ることができる。

【００１３】上記発明のようにプラズマ電極の代わりに
別途用意した検出用電極を使用し、下降挿入させること
により溶融スラグ深さを検出しても良い。使用電源はプ
ラズマアーク用の主電源と共用しても良く、または別途
用意しても良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１５】図１は、本発明の溶融スラグ深さ測定装置
を備えたプラズマ式灰溶融炉の１実施例を示す縦断面
図、図２は図１の等価回路を示す図、図３は図１の溶融
スラグ深さ計測の状況を示すチャート図である。図４
（Ａ）は図１に示す灰溶融炉の別の実施例を示す図で、
（Ｂ）は（Ａ）の別に設けた検出用電極の測定用電源に
プラズマアーク用主電源を共用した場合の等価回路を示
す図で、（Ｃ）は測定用電源を別途用意した場合の等価
回路を示す図である。

【００１６】本発明の溶融スラグ深さ測定装置を備えた
プラズマ式灰溶融炉１０は図１に示すように、上部より
垂下させたプラズマ電極（−極）１１に対向させて炉底
３０に炉底電極（＋極）１３を備え、図示してない焼却
灰フィーダより焼却灰の供給を受け、前記プラズマ電極
１１と炉底電極１３との間にプラズマアーク用主電源１
２により直流電圧を印加して得られたプラズマアーク１
１ｂにより焼却灰を溶融し、炉底電極１３上に溶融メタ
ル層１４を沈殿させ、その上に導電性を帯びた溶融スラ
グ層１５を形成し出滓口１０ａより外部へ排ガスととも
に排出する構成とした灰溶融炉１０において、上記した
ように、一定電流Ｉの通電のもとにプラズマアーク１１
ｂを形成させ、該プラズマアーク１１ｂにより溶融スラ
グ層１５を形成して、逐次出滓口１０ａより排出してい
る運転状態で、プラズマ電極１１をエンコーダ１１ａを
介して下降させて、プラズマアーク１１ｂ、溶融スラグ
層１５、の順に溶融メタル層１４に向け等速で挿入さ
せ、挿入の過程で電源電圧Ｖの変動を計測するようにし
たものである。

【００１７】上記計測の状況を図２に示す等価回路によ
り下記に説明する。なお、抵抗Ｒp はプラズマガスの抵
抗を示し、抵抗Ｒs は溶融スラグの抵抗を示してある。
電極降下前の等価回路はＯＰＲＳで示されている。そこ
で、プラズマ電極１１が下降すると、Ｒp →小となるた
め、トータルの抵抗は減少する。また、更に下降して溶
融スラグ層１５に電極１１が達したときの等価回路はＯ
ＱＲＳとなり、以後下降につれＲｓ→小となるため、前
記トータル抵抗は更に減少する。そして電極１１が溶融
メタル層１５に達すると等価回路はＯＲＳとなり電圧降
下はなくなる。

【００１８】ところでプラズマとスラグでは抵抗率が異
なるため、電極を一定速度で移動させた場合には電圧変
化に差が出て、電圧は折れ線状に変化する。即ち、プラ
ズマよりスラグへ電極が移行すると電圧変化の傾きもそ
の点で変化するわけで、この傾きの変化する位置から溶
融スラグ深さの計測を開始すれば良い。なお、電極の下
降が更に進み先端が溶融メタル層に達すると、電圧は零
になるため、前記溶融スラグ深さ開始位置より電圧零点
までの距離が溶融スラグ深さになる。なお、上記距離の
演算は電極等速下降ないし等速上昇用のエンコーダ１１
ａの読みにより演算できる。

【００１９】図３には図１の溶融スラグ深さ測定装置に
よる計測の状況を示すチャート図を示してある。横軸に
時間軸を、縦軸にプラズマ電極１１の等速下降とともに
変化する電圧Ｖ及び電極の等速下降ないし等速上昇させ
るエンコーダ１１ａの読みを示すチャート図である。図
に示すように、プラズマ電極１１を運転位置Ａよりエン
コーダ１１ａにより等速下降させ、プラズマガスを通過
してスラグ１５との境界点Ｂに至りさらに下降を続けメ
タル層１４に至り、点Ｃで電圧Ｖ＝０になるとともに、
エンコーダ１１ａの下降駆動は点Ｄで停止反転する。

【００２０】即ち、溶融メタル層１４に達した電極１１
は反転して点Ｃ→点Ｂ→点Ａと上昇して旧位置に復帰す
る。上記電極１１がプラズマガスへの突入時（点Ａ）、
プラズマガスよりスラグ１５への移行時（点Ｂ）に於い
ては、境界面での電圧の山ができることから判断でき
る。

【００２１】結局求める溶融スラグ深さはプラズマガス
とスラグ境界面での電圧の山と、溶融メタル接触時に電
圧が零になることから推定できる図３に示すチャートは
灰投入、出滓前の状態における計測結果で、電極下降時
の溶融スラグ深さの計測値は８４．５ｍｍで、電極上昇
時の溶融スラグ深さの計測値は８５ｍｍで両者は略一致
している。

【００２２】図４（Ａ）は図１に示す灰溶融炉１０の他
の実施例を示す図で、図に見るように、検出用電極１６
を別に設け、電源はプラズマアーク用主電源１２と共用
にしてあり、エンコーダ１６ａにより等速下降させ、プ
ラズマガスを経て溶融スラグ層１５に移行させ、さらに
溶融スラグ層１５より溶融メタル層１４に到達するよう
にして、前記電極１６と炉底電極１３との間の電圧変化
Ｖを計測するようにしてある。

【００２３】図４の（Ｂ）は、（Ａ）の別に設けた検出
用電極１６の測定用電源にプラズマアーク用主電源１２
を共用した場合の等価回路を示す図で、測定用プラズマ
電極が下降するにつれ、電圧変動を計測する計測回路は
Ｏ₁Ｐ₁Ｒ₁Ｓ₁→Ｏ₁Ｑ₁Ｒ₁Ｓ₁→Ｏ₁Ｒ₁Ｓ₁に変更する。
図４（Ｃ）は、測定用電源１７を別途用意した場合の等
価回路を示す図で、測定用電極が下降するにつれ、計測
回路は Ｏ₂Ｐ₂Ｒ₂Ｓ₂Ｔ₂→Ｏ₂Ｑ₂Ｒ₂Ｓ₂Ｔ₂→Ｏ₂Ｒ₂Ｓ₂
Ｔ₂に変更する。

【００２４】なお、上記計測以外に保温時、出滓中−
１、出滓中−２の場合について、計測を行なったが、そ
れぞれ、溶融スラグ深さ７２ｍｍ、５３ｍｍ、９１ｍｍ
の計測結果が得られた。

【００２５】

【発明の効果】１回の計測時間が１分程度であり、計測
中にスラグ性状変化の影響やスラグ温度の変化の影響や
出滓口等の侵食の影響を受けることがない。また、測定
用電極のプラズマガスへの突入時、プラズマよりスラグ
層への移行時は電圧の変化に大きな山を伴うため、スラ
グ面の視認による把握の必要がなく、特に灰投入時の視
界不良雰囲気における計測も確実に行なうことができ
る。また、請求項２、請求項３記載の別の検出用電極を
使用する場合は灰溶融炉の運転と計測は別個に行なえる
ため、より確実な計測を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の溶融スラグ深さ測定装置を備えたプ
ラズマ式灰溶融炉の１実施例を示す縦断面図である。

【図２】 図１の等価回路を示す図である。

【図３】 図１の溶融スラグ深さ計測の状況を示すチャ
ート図である。

【図４】 （Ａ）は図１に示す灰溶融炉の他の実施例を
示す図で、（Ｂ）は（Ａ）の別に設けた検出用電極の測
定用電源にプラズマアーク用主電源を共用した場合の等
価回路を示す図で、（Ｃ）は測定用電源を別途用意した
場合の等価回路を示す図である。

【図５】 （Ａ）は従来のプラズマ式灰溶融炉における
溶融メタルの湯面検出装置を備えた灰溶融炉の一実施例
を示す模式図で、（Ｂ）は（Ａ）の等価回路である。

【図６】 図５に示す従来の灰溶融炉の他の実施例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１０ 炉本体 １０ａ 出滓口 １１ プラズマ電極 １１ａ、１６ａ エンコーダ １１ｂ プラズマアーク １２、１７ 直流電源 １３ 炉底電極 １４ 溶融メタル層 １５ 溶融スラグ層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉心上部に垂設したプラズマ電極とその
   対向位置に設けた炉底電極の間に形成した定電流プラズ
   マアークにより焼却灰を溶融し、前記炉底電極上に溶融
   メタル層と溶融スラグ層からなる溶融スラグ池を形成し
   たプラズマアーク式灰溶融炉において、 通電中の前記プラズマ電極若しくは該プラズマ電極と別
   異の検出用電極を等速下降させて、該電極端がプラズマ
   ガス、スラグ層、メタル層の夫々の境界層に接触したと
   きの、前記電極の電圧変化を検出し、該電圧変化と電極
   の下降量に基づいて前記各層深さ、特に溶融スラグ深さ
   を計測することを特徴とするプラズマ式灰溶融炉の溶融
   スラグ深さ測定方法。