JP2000213728A - 電気抵抗式灰溶融炉の昇温制御装置及び昇温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気抵抗式灰溶融炉の立ち上げにおいて、耐
火物を損傷することなく、自動的に立ち上がる昇温制御
装置及び昇温制御方法を確立する。 【解決手段】 本発明の昇温制御装置は、電極６ａ、６
ｂ、６ｃに供給する電力の目標値をプログラム式に設定
する電力設定手段１４と、この電力設定手段により設定
された電力の目標値に応じて供給電力を制御する供給電
力制御機構８、１３、１５と、電極に供給される電力に
より昇温する炉内温度の昇温目標値をプログラム式に設
定する温度設定手段１７と、実際の炉内温度を測定する
温度計１６と、温度設定手段による昇温目標値と温度計
による炉内温度の実測値との偏差に応じて炉内への焼却
灰１の投入量を制御する投入量制御機構１８、２０、２
１と、を備えている。又、本発明の昇温制御方法は、炉
内温度の目標値よりも実測値の方が所定値以上高くなっ
た際に、炉内に焼却灰を投入して炉内温度を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気抵抗式灰溶融
炉の新設時や耐火物の改修時の立ち上げ時における炉内
温度の上昇パターンを制御する制御装置及び制御方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ焼却灰等の焼却灰を溶融するた
めの電気抵抗式灰溶融炉の１例を図４に示す。図４に示
すように、電気抵抗式灰溶融炉は、溶融炉５３の上部か
ら挿入された３本の電極５８ａ、ｂ、ｃに交流電圧を供
給して焼却灰５０及び溶融スラグ５１に通電し、通電時
のジュール熱による発熱を利用して溶融する、所謂エル
ー式の溶融炉である。この電気抵抗式灰溶融炉は、溶融
炉５３と焼却灰の投入装置５４と電力供給装置５５と溶
融スラグの固化装置５６とで構成されている。溶融炉５
３の主構成物である炉本体５７の側壁には、出滓ゲート
６０にて開閉される排滓口５９と溶融金属排出口６１
（通常は閉鎖されている）とが設置され、又、投入装置
５４は、ホッパー６２と切出装置６３とシュート６４と
投入量設定器６５とで構成され、電力供給装置５５は、
電力演算器６６と電力制御器６７と電源トランス６８と
電極５８ａ、ｂ、ｃとで構成されている。

【０００３】このように構成された電気抵抗式灰溶融炉
は次のようにして操業される。投入量設定器６５により
設定された投入量に基づき、時間当たり一定量の焼却灰
５０が炉本体５７内に投入される。電力演算器６６は、
焼却灰５０の投入量に応じた電力を演算して電極５８
ａ、ｂ、ｃに溶融に必要な電力を供給する。溶融が進
み、炉本体５７内の溶融スラグ５１の湯面が所定位置ま
で上昇したら、焼却灰５０の投入を一旦停止して出滓ゲ
ート６０を開き、溶融スラグ５１を排出して固化装置５
６で固化させる。溶融スラグ５１の排出後、再度焼却灰
５０を炉本体５７内に投入して通電する。これを繰り返
して焼却灰５０を溶融する。この操業中、電力供給量は
排出される溶融スラグ５１の温度又は炉本体５７の炉内
温度、若しくは炉本体５７の冷却水温度等を監視して、
一定温度が維持されるように設定・調整される。このよ
うにして操業することで、溶融スラグ５１は適度な温度
に比較的容易に自動制御することができる。尚、炉本体
５７内に溶融金属５２が所定量以上溜まったら、溶融金
属排出口６１を開けて排出させる。

【０００４】一方、炉本体を構成する耐火物は消耗品で
あるので、一定期間の操業を行えば、炉本体内の溶融ス
ラグ及び溶融金属を全て排出して、炉内の点検・補修が
必要になる。この場合、炉本体を常温まで冷却した後
に、点検・補修作業が行われるので、再度操業状態に立
ち上げる必要がある。この立ち上げの際には、炉底に敷
かれた炭素粉等の導電性物質の上に電極を下ろし、その
上に焼却灰を被せて通電し、焼却灰の一部を溶融させ
る。その後、電極高さや焼却灰の投入量を調整しながら
連続操業すべき温度・電力値に徐々に上昇する。

【０００５】立ち上げ時の温度調整は操作員の手動操作
で行われているので、熱応答の遅れや急速加熱によって
炉内耐火物に熱衝撃が作用し、耐火物の割れや落下等の
損傷が発生して、溶融炉の使用可能期間を低減させる。

【０００６】この問題を解決する方法が特開平５−７１
７１７号公報に開示されている。同号公報によれば、溶
融炉の立ち上げ時、予め導電性物質及び焼却灰を装入し
ておいた炉内を熱風乾燥して耐火物を４００〜６００℃
に昇温した後、降温することなく継続して通電するの
で、耐火物の損傷を防止できるとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平５
−７１７１７号公報に開示された方法では、炉底耐火物
は熱伝達性の悪い焼却灰で覆われているために、炉壁耐
火物に比べて炉底耐火物の昇温速度は極めて遅く、従っ
て、炉壁耐火物の熱衝撃を抑えつつ炉底耐火物を所定温
度まで昇温しなければならず、昇温時間に長時間を要し
て、電気抵抗式灰溶融炉の可動率を低減させる。又、熱
風乾燥する際に昇温パターンを制御する必要があるが、
具体的な昇温の制御方法が示されておらず、結局、操作
員の経験と感覚による調整のため、適切な昇温パターン
を得ることはできない。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、電気抵抗式灰溶融炉の新設時
や耐火物の改修時の立ち上げにおいて、耐火物を損傷す
ることなく、自動的に立ち上がる昇温制御装置及び昇温
制御方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気抵抗式
灰溶融炉の昇温制御装置は、電極に供給する電力の目標
値をプログラム式に設定する電力設定手段と、この電力
設定手段により設定された電力の目標値に応じて供給電
力を制御する供給電力制御機構と、前記電極に供給され
る電力により昇温する炉内温度の昇温目標値をプログラ
ム式に設定する温度設定手段と、実際の炉内温度を測定
する温度計と、前記温度設定手段による昇温目標値と前
記温度計による炉内温度の実測値との偏差に応じて炉内
への焼却灰の投入量を制御する投入量制御機構と、を備
えたことを特徴とするものである。

【００１０】又、本発明に係る電気抵抗式灰溶融炉の昇
温制御方法は、電極に供給する電力の目標値を電力設定
手段によりプログラム式に設定し、この電力目標値にな
るように供給電力を制御しつつ通電すると共に、炉内温
度の昇温目標値を温度設定手段によりプログラム式に設
定して、この昇温目標値よりも炉内温度の実測値の方が
所定値以上高くなった際に、炉内に焼却灰を投入して炉
内温度を制御することを特徴とするものである。

【００１１】本発明では、電力設定手段により、起動時
の低い電力から定常操業状態の電力まで徐々に電力が増
加するように、電極に供給する電力パターンを予めプロ
グラム式に設定することができるので、炉内温度を徐々
に上昇させることができる。そして、同時に、温度設定
手段により、起動時から定常操業状態までの炉内温度の
昇温目標値を予めプログラム式に設定し、この昇温目標
値と炉内温度の実測値との偏差に応じて、炉内への焼却
灰の投入量を制御することで、炉内温度を目標値に制御
することができる。これは、炉内へ投入する焼却灰が冷
却剤として作用し、炉内温度を低下させるからである。

【００１２】このように本発明では、熱源である供給電
力と炉内温度とを同時に制御することができるので、炉
内耐火物の熱衝撃が抑えられ、耐火物の損傷を未然に防
止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づき説明
する。図１は、本発明の実施の形態の１例を示す図であ
り、電気抵抗式灰溶融炉の概略系統図である。

【００１４】図１に示すように、その内部で都市ごみ焼
却灰等の焼却灰１を溶融する炉本体４は、外殻を鉄皮２
８で覆われ、その内部に耐火物２９が設置されている。
炉本体４の側壁には、焼却灰１の溶融により生成する溶
融スラグ２を排出するための排滓口２３と、焼却灰１の
溶融に伴い生成される溶融金属３を排出するための排出
口２５とが設置されており、排滓口２３は出滓ゲート２
４により、又、排出口２５は出湯ゲート２６により、そ
れぞれ開閉されるようになっている。そして炉本体４の
上部開口部は炉蓋５で覆われており、炉蓋５には、集塵
機（図示せず）に連結するダクト２７が設置されてい
る。

【００１５】炉蓋５を貫通して３本の電極６ａ、６ｂ、
６ｃが設置されている。電極６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞ
れ電極支腕９にて把持されており、電極支腕９に連結す
る油圧シリンダー１０を作動させることで、電極６ａ、
６ｂ、６ｃを炉本体４内で上下移動させることが可能と
なっている。尚、図１では、電極６ｂ、６ｃを把持する
電極支腕と、これらの電極支腕に連結する油圧シリンダ
ーとを省略している。

【００１６】電極６ａ、６ｂ、６ｃは電源トランス７に
接続しており、電源トランス７から３相交流電源が供給
される。電源トランス７の１次側には１次電圧調整装置
８が設置されており、１次電圧調整装置８にて電源トラ
ンス７の１次側電圧を調整することで、電源トランス７
の２次側の電圧が調整され、２次側の電極６ａ、６ｂ、
６ｃに供給する電力が調整される。

【００１７】電極６ａ、６ｂ、６ｃには、それぞれ電流
計１１と電圧計１２と電力計１３とが設置されており、
電流計１１及び電圧計１２により各電極６ａ、６ｂ、６
ｃに供給される電流及び電圧が計測される。計測された
電流値及び電圧値は電力計１３に入力されて、各電極６
ａ、６ｂ、６ｃに供給される電力が計測される。電極６
ａ、６ｂ、６ｃで計測された電力の総和が電力制御盤１
５に入力される。尚、図１では電極６ｂ、６ｃに供給さ
れる電力を測定するための電流計、電圧計、及び電力計
を省略している。

【００１８】電力制御盤１５には、電極６ａ、６ｂ、６
ｃに供給する電力の目標値をプログラム式に設定する電
力設定手段として、プログラム設定器１４が接続されて
いる。このプログラム設定器１４は、予め入力された電
力目標値のタイムスケジュールに基づき、通電開始から
の各経過時間における電力目標値を電力制御盤１５に出
力する。

【００１９】電力制御盤１５は、プログラム設定器１４
から入力された各経過時間毎の電力の目標値と、電力計
１３で計測された電極６ａ、６ｂ、６ｃの総和の電力と
を比較して、その偏差に応じて、その偏差が少なくなる
ように、１次電圧調整装置８への制御出力を変更する。
１次電圧調整装置８はこの指令に基づき、電源トランス
７の１次側電圧を調整して、電極６ａ、６ｂ、６ｃに供
給する電力を調整する。尚、本実施の形態では、設定さ
れた電力の目標値に応じて供給電力を制御する供給電力
制御機構として、電流計１１、電圧計１２、電力計１
３、電力制御盤１５及び１次電圧調整装置８からなる組
み合せを採用したが、本発明はこれに限るものではな
く、例えば、電力制御盤１５の指令を油圧シリンダー１
０に与えて、電極６ａ、６ｂ、６ｃの高さを変更して
も、供給電力を制御することができる。

【００２０】炉本体４の上方には、内部に焼却灰１を収
納するホッパー１９が設置されており、ホッパー１９内
の焼却灰１は、ホッパー１９の下部に設置した切出装置
２１により切出され、炉蓋５を貫通するシュート２２を
通って炉本体４内に投入される。ホッパー１９はロード
セル２０に支持されており、焼却灰１を含むホッパー１
９の重量はロードセル２０で測定され、この重量測定値
は、焼却灰１の炉本体４への投入量を制御する投入量制
御盤１８に送信される。

【００２１】又、投入量制御盤１８には、炉内温度を測
定するための温度計１６が接続されており、温度計１６
による炉内温度の測定値が送信される。温度計１６は、
熱電対等で構成されており、炉蓋５を貫通して炉内に設
置されている。測温位置は、投入された焼却灰１や溶融
スラグ２に浸漬されない、炉内空間位置とすることが好
ましい。このようにすることで、投入した直後の温度の
低い焼却灰１や加熱された溶融スラグ２の影響を直接受
けることがなく、安定して炉内温度を制御することが可
能となるからである。

【００２２】更に、投入量制御盤１８には、電極６ａ、
６ｂ、６ｃに供給される電力により昇温する炉内温度の
昇温目標値をプログラム式に設定する温度設定手段とし
て、プログラム設定器１７が接続されている。このプロ
グラム設定器１７は、予め入力された昇温目標値のタイ
ムスケジュールに基づき、通電開始からの各経過時間に
おける昇温目標値を投入量制御盤１８に出力する。

【００２３】投入量制御盤１８は、プログラム設定器１
７から入力された各経過時間毎の昇温目標値と、温度計
１６で測定された炉内温度の実測値とを比較して、その
偏差に応じて、その偏差が少なくなるように、切出装置
２１へ指令を送信して、焼却灰１の炉本体４への投入量
を制御し、炉内温度を目標値に制御する。投入した焼却
灰１が冷却剤として作用することにより、電力供給によ
る昇温と焼却灰１の冷却効果により、炉内温度を目標値
に制御することができる。尚、本実施の形態では、設定
された昇温目標値と温度計１６による炉内温度の実測値
との偏差に応じて炉内への焼却灰１の投入量を制御する
投入量制御機構として、温度計１６、投入量制御盤１
８、ロードセル２０、及び切出装置２１からなる組み合
せを採用したが、本発明はこれに限るものではなく、そ
の機構が同じであればどのような構成としても良い。

【００２４】上記構成の本発明に係る電気抵抗式灰溶融
炉における新設時や耐火物２９の改修時の立ち上げ方法
を以下に説明する。

【００２５】先ず、立ち上げる前に予め、プログラム設
定器１４に供給電力の目標値のタイムスケジュールを入
力すると共に、プログラム設定器１７に炉内温度の昇温
目標値のタイムスケジュールを入力しておく。これに前
後して、炉本体４の炉底に炭素粉等の伝導性物質を敷
き、この上に電極６ａ、６ｂ、６ｃの先端を接触させ、
その上に焼却灰１を予め装入しておく。焼却灰１の装入
量は炉本体４の深さ１５０ｍｍ程度とする。

【００２６】炉内温度の昇温目標値のタイムスケジュー
ルは、熱衝撃により耐火物２９が損傷しないように設定
する必要があるが、この熱衝撃は耐火物２９の材質や炉
本体４の大きさ等により変化するので、一概に決定する
ことは困難であるので、最初の立ち上げ時は緩やかな昇
温パターンとして試行し、数回の立ち上げを経験して最
適昇温パターンを把握することが重要である。同様に、
供給電力の目標値のタイムスケジュールも炉本体４の大
きさにより異なるので、これも数回の立ち上げを経験し
て最適パターンを把握することが重要である。但し、供
給電力の目標値のタイムスケジュールは、設定した昇温
目標値のタイムスケジュールに対応したものとする必要
がある。

【００２７】次いで、電極６ａ、６ｂ、６ｃへの通電を
開始する。電極６ａ、６ｂ、６ｃへの供給電力の調整
は、上述したように、プログラム設定器１４に入力した
電力目標値と電力計１３により計測される電力とを比較
して偏差が少なくなるように、１次電圧調整装置８が電
源トランス７の１次側電圧を調整して行う。

【００２８】通電開始に伴い炉内温度が上昇する。上述
したように、炉内温度の調整は、プログラム設定器１７
に入力された昇温目標値と温度計１６で測定された炉内
温度の実測値とを比較して、その偏差が少なくなるよう
に焼却灰１の炉本体４への投入量を制御して行うが、こ
の炉内温度制御方法の例を図２に基づき詳細に説明す
る。尚、図２は、投入量制御盤１８に組み込まれた焼却
灰１の投入量制御方法のフローチャートの１例である。

【００２９】図２に示すように、温度計１６による炉内
温度の実測値と、プログラム設定器１７から入力される
各経過時間毎の温度の目標値とを比較して、実測値の方
がα℃以上高いことを確認する。ここで、αは焼却灰１
の切出開始温度偏差と呼び、具体的には１〜１０℃程度
の値を設定する。そして、実測値が目標値よりもα℃以
上高い場合には、所定量の焼却灰１を炉本体４内に投入
する。その際、焼却灰１を切出す前に、ホッパー１９の
重量をロードセル２０にて測定し、切出し前のホッパー
１９の重量の現在値（Ｗ₁ ）を把握する。その後、切出
装置２１を起動させて焼却灰１の投入を開始する。切出
し中、ロードセル２０でホッパーの重量（Ｗi ）を測定
して、焼却灰１の投入量を演算する。焼却灰１の投入量
（Ｗn ）は、切出し開始前のホッパー重量（Ｗ₁ ）から
切出し中のホッパー重量（Ｗi ）を差し引くことで演算
することができる。

【００３０】焼却灰１の投入量（Ｗn ）が予め設定した
所定投入量（Ｗs ）を越えたら、切出装置２１を停止し
て焼却灰１の投入を中断する。所定投入量（Ｗs ）は、
炉本体４の大きさにもよるが、５〜５０ｋｇ程度とす
る。その後、予め設定した設定時間（Ｔ₁ ）を経過した
後、スタートに戻り、再度、炉内温度の実測値と目標値
との偏差を比較する。設定時間（Ｔ₁ ）は、切出し制御
の動作間隔を決める時間であり、焼却灰１の投入による
炉内温度変化の応答時間を考慮するため、３〜１５分程
度とする。但し、これら切出開始温度偏差（α）、所定
投入量（Ｗs ）、及び設定時間（Ｔ₁ ）は、一方で焼却
灰１の投入が過剰とならぬように、１時間当たり５０〜
１００ｋｇ程度の投入量となるように設定する必要があ
る。

【００３１】このような供給電力制御及び炉内温度制御
を継続して行い、炉内温度が所定の温度に達した時点
で、通常の焼却灰１の溶融操業に移行する。

【００３２】電気抵抗式灰溶融炉の新設時や耐火物の改
修時の立ち上げにおいて、上記説明のようにして、電力
供給量を自動制御すると共に炉内温度を自動制御するこ
とで、炉内温度の上昇パターンを適正化することがで
き、耐火物２９の損傷を防止することが可能となる。
又、電力供給及び炉内温度共に自動制御することができ
るので、立ち上げ時の操業を極めて少数の操作員で行う
ことができる。

【００３３】尚、上記説明は３本の電極を具備した電気
抵抗式灰溶融炉について説明したが、これに限るもので
はなく、本発明は２本以上の電極を具備する電気抵抗式
灰溶融炉に適用することができる。

【００３４】

【実施例】図１に示す電気抵抗式灰溶融炉において、図
２に示すフローチャートを用い、耐火物を改修した後の
立ち上げ時に本発明を適用した実施例を以下に説明す
る。

【００３５】本実施例では耐火物を改修した後の立ち上
げであったので、昇温目標値のタイムスケジュールは比
較的緩やかな昇温パターンとした。具体的には、常温
（２５℃）から３７５℃までを２５℃／ｈｒの上昇速度
とし、３７５℃で４８時間保持し、その後３７５℃から
６００℃まで再び２５℃／ｈｒの上昇速度とし、６００
℃に到達した時点で昇温を完了して、定常操業に移行す
るパターンとした。

【００３６】又、供給電力の目標値のタイムスケジュー
ルは、昇温目標値のタイムスケジュールに対応させて、
常温から３７５℃までの昇温時には１５０ｋＷから２５
０ｋＷまで直線的に増加させ、３７５℃の保持時には２
５０ｋＷの一定値とし、３７５℃から６００℃までの昇
温時には２５０ｋＷから４００ｋＷまで直線的に増加さ
せるパターンとした。

【００３７】そして、炉本体内に約１５０ｍｍ厚みの焼
却灰を予め装入して、通電を開始した。その際、炉内温
度制御は、切出開始温度偏差（α）を２℃、焼却灰の所
定投入量（Ｗs ）を１０ｋｇ、設定時間（Ｔ₁ ）を５分
として行った。

【００３８】この立ち上げにおける炉内温度、供給電
力、及び焼却灰の投入量の推移を図３に示す。図３にお
いて、直線ａが昇温目標値、曲線ｂが炉内温度の実測
値、直線ｃが供給電力の目標値、曲線ｄが供給電力の実
績値、曲線ｅが焼却灰の投入量である。図３に示すよう
に、炉内温度はほぼ昇温目標値にそって制御されてお
り、本発明の適用により炉内温度が適性に自動制御され
ることが分かった。尚、図３において、通電開始直後に
は焼却灰の投入がない理由は、通電開始直後は予め装入
されていた焼却灰を加熱するために電力が消費されて炉
内温度が昇温目標値まで達成しないためである。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、電気抵抗式灰溶融炉の
新設時や耐火物の改修時の立ち上げにおいて、供給電力
及び炉内温度を適正値に自動制御することができ、炉内
温度の上昇パターンを抑えて炉内耐火物の損傷を未然に
防止することが可能となる。又、電力及び炉内温度共に
自動制御することができるので、立ち上げ時の操業を極
めて少数の操作員で、且つ熟練した操作員を必要とせず
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す図であり、電
気抵抗式灰溶融炉の概略系統図である。

【図２】本発明の実施の形態の１例を示す図であり、焼
却灰の投入量制御方法のフローチャートの１例である。

【図３】本発明を適用したときの炉内温度及び供給電力
の推移を示す図である。

【図４】従来の電気抵抗式灰溶融炉の概略系統図であ
る。

【符号の説明】

１ 焼却灰 ２ 溶融スラグ ３ 溶融金属 ４ 炉本体 ５ 炉蓋 ６ａ、６ｂ、６ｃ 電極 ７ 電源トランス ８ １次電圧調整装置 ９ 電極支腕 １０ 油圧シリンダー １１ 電流計 １２ 電圧計 １３ 電力計 １４ プログラム設定器 １５ 電力制御盤 １６ 温度計 １７ プログラム設定器 １８ 投入量制御盤 １９ ホッパー ２０ ロードセル ２１ 切出装置 ２２ シュート ２３ 排滓口 ２４ 出滓ゲート ２５ 排出口 ２６ 出湯ゲート ２７ ダクト ２８ 鉄皮 ２９ 耐火物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K061 NB02 NB10 NB30 4D004 AA36 AB03 CA29 CB50 DA02 DA06 DA11 4K045 AA04 BA07 BA10 DA02 DA04 RB04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極に供給する電力の目標値をプログラ
   ム式に設定する電力設定手段と、この電力設定手段によ
   り設定された電力の目標値に応じて供給電力を制御する
   供給電力制御機構と、前記電極に供給される電力により
   昇温する炉内温度の昇温目標値をプログラム式に設定す
   る温度設定手段と、実際の炉内温度を測定する温度計
   と、前記温度設定手段による昇温目標値と前記温度計に
   よる炉内温度の実測値との偏差に応じて炉内への焼却灰
   の投入量を制御する投入量制御機構と、を備えたことを
   特徴とする電気抵抗式灰溶融炉の昇温制御装置。
2. 【請求項２】 電極に供給する電力の目標値を電力設定
   手段によりプログラム式に設定し、この電力目標値にな
   るように供給電力を制御しつつ通電すると共に、炉内温
   度の昇温目標値を温度設定手段によりプログラム式に設
   定して、この昇温目標値よりも炉内温度の実測値の方が
   所定値以上高くなった際に、炉内に焼却灰を投入して炉
   内温度を制御することを特徴とする電気抵抗式灰溶融炉
   の昇温制御方法。