JP2001065828A - 溶融炉及びその溶融方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融炉においてトーチの位置を制御する過程
において、作業員による目視を必要とせず、難燃物等の
燃焼時の発生するダスト等で炉内の溶融状況を把握でき
ない場合にも、自動的にトーチを溶け残り廃棄物のある
位置に移動し、溶融炉耐火物を溶損させること無く効率
よく溶融処理を行なうことが可能な溶融炉及びその溶融
方法を提供する。 【解決手段】 溶融炉に廃棄物を投入、溶融する過程に
おいて、溶融炉頂部或いは側部に設けた温度分布測定手
段により湯面の温度分布を計測し画像処理をすること
で、ある所定値に設定した温度域のエリアを判別しトー
チを自動的にそのエリアに移動或いは出力を自動的に制
御させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、各種の無機物、金
属、並びに有機物を含む一般の廃棄物、下水汚染、都市
ごみおよびこれらの焼却灰、さらに低レベルの原子力放
射性廃棄物等を、プラズマアーク、燃焼加熱などの手段
で融点以上に加熱し、溶融する溶融炉及びその溶融方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃棄物の溶融処理設備で廃棄物を
溶融する際、加熱源であるトーチは一定の場所に固定し
ながら溶融処理されていた。この方法は、都市ごみの焼
却灰等比較的性状の整った廃棄物を連続的に供給処理す
る場合にのみ適応できる溶融処理方法であった。

【０００３】ところが、廃棄物としてコンクリート、パ
イプ、焼却灰といった不燃物や、塩化ビニル等の難燃物
等幅広い性状が含まれる混合物をを溶融する場合は、こ
れらをドラム缶等に詰めて、各ドラム缶単位で処理する
バッチ式の溶融方法が取られている。

【０００４】しかしながら、このバッチ式の溶融方法で
は、トーチを固定していると、熱伝導率等に代表される
物性や燃焼特性が個々の廃棄物で異なるため、ドラム缶
内の廃棄物に溶け残り等が発生し、溶融処理速度が遅く
なり要求仕様を達成できない場合がある。このような溶
け残りが発生した場合は、この溶け残りのある位置にト
ーチを移動させ、再度加熱、溶融するという作業が行わ
れている。このトーチ移動作業は、現場の作業員が炉内
を目視観察し溶け残りを確認することで行われている。
そのため、各作業員の個人差によりトーチ駆動の判断基
準が異なるという問題が発生していた。

【０００５】また、目視によりトーチを移動させるとい
う方法では、難燃物等の燃焼物が入った場合は揮散物等
で炉内の溶融状況が確認できず、トーチの位置を確実に
溶け残りの廃棄物の位置に移動させることが困難である
という問題がある。更には、トーチ位置を確実に溶け残
りの位置に移動させることができない場合、若しくは、
トーチ出力を制御することなく、そのままの出力にして
おくと、局所的に溶湯温度が上昇し、溶融炉耐火物を溶
損させてしまう問題が発生する場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、溶融
炉においてトーチの位置を制御する過程において、作業
員による目視を必要とせず、難燃物等の燃焼時の発生す
るダスト等で炉内の溶融状況を把握できない場合にも、
自動的にトーチを溶け残り廃棄物のある位置に移動し、
溶融炉耐火物を溶損させること無く効率よく溶融処理を
行なうことが可能な溶融炉及びその溶融方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の請求項１は、溶融浴を形成する溶融炉と、前
記溶融浴に対して高温ガスを発生させるトーチとを備え
る溶融炉において、前記溶融浴の温度分布を測定する測
定手段と、前記温度分布に基づき、所定の下限温度を下
回る低温領域及び所定の上限温度を上回る高温領域を判
別する判別手段と、前記低温領域に向けて前記トーチを
移動させ、前記高温領域から外すように前記トーチを移
動させる駆動手段とを設けたことを特徴とする溶融炉で
ある。前記構造によれば、異なる性状の混合物からなる
廃棄物をバッチ式に投入する場合でも、溶け残りを発生
せず、且つ耐火物の溶損をさせることなく、廃棄物を効
率的に溶融処理を行うことができる。

【０００８】また、請求項２は、前記溶融浴が前記高温
領域で占められると、前記トーチの出力を下げる制御手
段を設けた請求項１記載の溶融炉である。前記構造によ
れば、廃棄物の溶融に過剰な出力によるエネルギーの無
駄を省けると共に、耐火物の溶損を防止することができ
る。

【０００９】また、請求項３は、前記測定手段に、任意
の波長を検出できる検出手段を設けた請求項１又は２記
載の溶融炉である。前記構造によれば、輝度若しくは赤
外線による温度測定の際に、波長の異なる輝度若しくは
赤外線の異なるトーチに影響されることなく、溶融浴の
温度測定を行うことができる。

【００１０】また、請求項４は、前記溶融浴の温度分布
を表示する表示手段を設けた請求項１乃至３いずれか記
載の溶融炉である。前記構造によれば、溶融浴の状態を
監視でき、自動制御の作動が適正であるかどうか一目で
確認できる。

【００１１】また、請求項５は、溶融炉に投入される廃
棄物に対して高温ガスを作用させ、溶融炉に溶融浴を形
成する溶融方法において、前記廃棄物は異なる性状の混
合物であってバッチ式に投入され、前記溶融浴の温度分
布を測定し、前記温度分布が所定の温度範囲に入るよう
に前記トーチを少なくとも二次元的に移動させる溶融方
法である。異なる性状の混合物からなる廃棄物をバッチ
式に投入する場合でも、溶け残りを発生させず、且つ耐
火物の溶損をさせることなく、廃棄物を効率的に溶融処
理できる。

【００１２】また、請求項６は、前記温度範囲は、下限
が１２００℃以上の所定値、上限が１６００℃以下の所
定値になるように設定されている請求項５記載の溶融方
法である。異なる性状の混合物からなる廃棄物をバッチ
式に投入する場合に、廃棄物を効率的に溶融処理でき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に従って説明
する。図１は本発明に係る溶融炉の構造図である。

【００１４】本発明における溶融炉１は、断面が円若し
くは多角形状の筒体をしており、内壁が耐火物１１で構
成されている。そして、炉頂部から溶融浴１０を加熱溶
融する高温ガスを発生させるトーチ２と、このトーチ２
を任意の位置に少なくとも２次元的に移動させるトーチ
駆動手段３と、炉内温度によって、トーチ２から発生さ
せる高温ガスの出力を制御するトーチ出力制御手段４
と、炉頂部若しくは炉側部から炉内温度を測定し、所定
の波長のみを検出できる検出手段１２を備えた測定手段
５と、測定手段５からの画像を演算処理し高温域と低温
域の領域を判別し、トーチ駆動手段３にトーチ位置移動
の信号を発信する判別手段６と、測定手段５からの画像
を表示する表示手段７と、溶融浴１０に廃棄物、例えば
コンクリート、炭素鋼、断熱材、塩化ビニル、樹脂、ゴ
ム、焼却灰等が詰められたドラム缶８を供給するドラム
缶供給装置９とを有する構造となっている。

【００１５】トーチ２は、廃棄物が詰められたドラム缶
８を加熱溶融し、溶融浴１０を形成できるものであれば
特に制限はなく、高酸素濃度のガスを供給することがで
きるプラズマアークトーチや、メタンやプロパン等の炭
化水素ガスを原料とし高酸素濃度のガスを供給すること
ができるガスバーナー等を用いることができる。

【００１６】前記トーチ２を任意の位置に移動させるト
ーチ駆動手段３は、後述する判別手段６からの信号を受
けて、図３に示すように、トーチ２を炉壁よりｘ，ｙ方
向にそれぞれ距離ｈを空けた範囲内で、ｘ，ｙ方向及び
炉の上下方向の３次元に移動自在とできる。これによっ
て、トーチ２が炉壁の耐火物１１に当たることを防止す
るとともに、トーチ炎が耐火物１１に直接当たらないよ
うになっている。また、炉の上下方向に移動可能とする
ことで、溶融浴１０からの距離を制御してトーチ炎の出
力を制御する。なお、距離ｈは、トーチ２のサイズによ
って適宜設定可能であり、特に制限はないが、３００ｍ
ｍ以上に設定することが好ましい。

【００１７】トーチ２から発生させる高温ガスの出力を
制御するトーチ出力制御手段４は、判別手段６からの信
号を受けて、トーチより発生する高温ガスの出力を電圧
を制御して調節できるようになっている。これによっ
て、トーチ駆動手段３による上下方向の移動と併せ、ト
ーチ出力を調整し、炉内温度を制御することができる。

【００１８】炉頂部若しくは炉側部に設けられ炉内温度
分布を測定する測定手段５は、ＣＣＤカメラや、赤外線
カメラ等を用いることができる。これによって、作業員
の目視を必要とせず、難燃物等の燃焼時に発生するダス
ト等で炉内の把握が困難な場合でも、溶融浴の温度測定
をすることができる。そして、所定の波長範囲を設定し
ておき、溶融浴表面の温度を、輝度の異なるトーチ炎の
影響を受けずに測定できるような検出手段１２を備えて
いることが好ましい。これらカメラを用いて、溶融浴１
０の前面の温度を測定し、検出手段１２を介して判別手
段６に送信するものである。

【００１９】ここで、検出手段１２は、トーチ２にバー
ナーを用いる場合は、最高でも温度が２千℃程度である
ため、溶融浴１０の溶湯表面の温度測定に影響を与える
ことが少ないため、特に必要とはならないが、プラズマ
アークトーチを用いる場合は、トーチ炎の最高温度が２
万〜３万℃と非常に高温になるとともに、その輝度も溶
融浴表面と大きく異なり、正確な温度測定が困難となる
ため、必要となる。この場合、プラズマアークが発生す
る波長である５０〜５００ｎｍの範囲の波長を取り除い
た波長を検出し、判別手段６及び表示手段７に送信でき
るようになっている。

【００２０】判別手段６は、検出手段１２を介して測定
手段５からの信号を受信し、画像処理を行って、低温域
と高温域を判別し、トーチ駆動手段３及びトーチ出力制
御手段４に信号を送信するようになっている。ここで、
低温域と高温域の判別は、図３に示すように、測定手段
５からの信号による画像を、トーチ２の移動範囲に併
せ、炉壁から距離ｈを空けた範囲内で、ｘ，ｙ方向にメ
ッシュ２１を切り、各座標における温度分布を計測し、
低温域及び高温域を判別する。そして、トーチ駆動手段
３及びトーチ出力制御手段４へそれぞれ制御信号を送信
するようになっている。なお、炉壁からの距離ｈは、ト
ーチ２の大きさにより適宜設定されるもので、特に制限
はないが、３００ｍｍ以上に設定することが好ましい。
これにより、トーチ２の移動範囲内の溶融浴１０の表面
温度分布を測定することが可能となる。

【００２１】表示手段７は、測定手段５からの信号を受
信し、炉内の状態を画像化して表示することができる。
これによって、溶融浴１０の状態を監視することがで
き、自動制御の作動が適正に行われているかを常に確認
することができる。

【００２２】次に、本発明の溶融炉による廃棄物の溶融
方法について説明する。図２に示すように、廃棄物の入
ったドラム缶８はドラム缶供給装置９により炉内に供給
され、トーチ２により溶融処理を行なう。そして、炉頂
部若しくは炉側部に設けた測定手段５により溶融浴１０
の溶湯表面温度分布を計測する（Ｓ１）。この場合、ト
ーチ２にバーナを用いている時は、測定手段５より直
接、判別手段６及び表示手段７に溶湯表面温度の信号を
送信する。プラズマアークトーチを用いている時は、検
出手段１２を介して判別手段６及び表示手段７に溶湯表
面温度の信号を送信する。

【００２３】測定手段５からの信号、又は、検出手段１
２を介し、トーチ炎による影響を差し引いた信号を受信
した判別手段６で、図３に示すように画像処理し溶融浴
１０の溶湯表面を炉壁の耐火物１１より所定の距離ｈを
空け、メッシュ２１を切る（Ｓ２）。そして、このメッ
シュ２１の各座標点における温度をそれぞれ計測し、温
度分布を出す（Ｓ３）。また、温度分布は、前述のよう
に各座標点の温度を比較することで出すこともできる
が、画像処理を行うことによって、溶湯表面の輝度の濃
淡により、温度分布を出すこともできる。

【００２４】次に、溶融浴１０の溶湯表面の温度が１２
００℃〜１６００℃の範囲内にあるかどうかを判別する
（Ｓ４）。溶湯表面の温度がこの範囲にある場合は、Ｎ
Ｏの方向に進み、再度Ｓ１に戻り溶湯表面の温度測定を
行い、Ｓ２、Ｓ３と順次処理を進める。溶湯表面の温度
にこの範囲外の温度領域があれば、ＹＥＳの方向に進
み、更にその温度域が１２００℃よりも低いか、１６０
０℃よりも高いかを判別する（Ｓ５）。

【００２５】次に、その所定温度範囲外の温度が、１２
００℃よりも低い場合は、ＮＯの方向に進み（Ｓ５）、
トーチ２を移動させず、Ｓ１に戻り、再度溶湯表面の温
度分布計測を開始する。１６００℃よりも高い場合は、
ＹＥＳの方向に進み、その温度範囲が溶湯表面全体か、
ある部分のみかを判別する（Ｓ６）。ある部分の範囲の
みの温度、例えば、トーチ炎の直下等の高温になりやす
い範囲等で、１６００℃を越えていれば、温度分布計測
範囲内で最も温度の低い領域にトーチ２を移動するよう
にトーチ駆動手段３に信号を送信する（Ｓ８）。また、
溶湯表面全域が１６００℃以上であれば、トーチ出力制
御手段４に信号を送信し、トーチ２の出力を下げる（Ｓ
７）。さらにその温度１８００℃を越えるようであれ
ば、トーチ２の出力を下げるとともに、トーチ２を炉頂
部方向に移動させる信号をトーチ駆動手段３に送信す
る。

【００２６】以上のようにして、廃棄物を溶融していく
ため、幅広い性状の廃棄物、例えばコンクリート、炭素
鋼、断熱材、塩化ビニル、樹脂、ゴム、焼却灰等がドラ
ム缶内に無秩序に投入されて炉内にドラム缶ごと投入さ
れて溶融されるバッチ式溶融方法であっても、熱伝導率
等に代表される物性・溶融特性が個々の廃棄物で異なる
ことが原因で、トーチ炎の直下では溶融が促進されて
も、トーチ炎の直下から離れると全く溶融していない部
分も発生するということがなくなり、溶融浴の溶湯表面
温度を常に均一な温度範囲内に保つことができ、効率よ
く廃棄物の溶融がが行える。また、トーチ炎の直下は特
に溶湯が高温になる傾向にあり、トーチの移動或いは出
力制御なしでは溶融炉耐火物を局所的に溶損させてしま
う危険性がある。従って、連続式溶融方法にも本発明を
適用することで、耐火物の局所的な溶損を防止するとも
できる。

【００２７】さらに、溶融炉のトーチ位置及び出力を制
御する過程において、作業員による目視を必要とせず、
難燃物等の燃焼時の発生するダスト等で炉内の溶融状況
を把握できない場合にも、自動的にトーチを低温域や溶
け残り廃棄物のある位置に移動し、溶融炉耐火物を溶損
させること無く効率よく溶融処理を行なうことが可能に
なり、現場の作業を必要としない自動化設備とすること
ができ、操業コストの低減が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の発明は、溶融浴を形成する溶
融炉と、前記溶融浴に対して高温ガスを発生させるトー
チとを備える溶融炉において、前記溶融浴の温度分布を
測定する測定手段と、前記温度分布に基づき、所定の下
限温度を下回る低温領域及び所定の上限温度を上回る高
温領域を判別する判別手段と、前記低温領域に向けて前
記トーチを移動させ、前記高温領域から外すように前記
トーチを移動させる駆動手段とを設けた構成になってい
る。前記構成によれば、異なる性状の混合物からなる廃
棄物をバッチ式に投入する場合でも、溶け残りを発生せ
ず、且つ耐火物の溶損をさせることなく、廃棄物を効率
的に溶融処理を行うことができる効果を奏する。

【００２９】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に記載の溶融炉であって、前記溶融浴が前記高温領域で
占められると、前記トーチの出力を下げる制御手段を設
けた構成になっている。前記構成によれば、廃棄物の溶
融に過剰な出力によるエネルギーの無駄を省けると共
に、耐火物の溶損を防止することができる効果を奏す
る。

【００３０】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
の発明に記載の溶融炉であって、前記測定手段に、任意
の波長を検出できる検出手段を設けた構成になってい
る。前記構成によれば、輝度若しくは赤外線による温度
測定の際に、波長の異なる輝度若しくは赤外線の異なる
トーチに影響されることなく、溶融浴の温度測定を行う
ことができる効果を奏する。

【００３１】また、請求項４の発明は、請求項１乃至３
いずれか記載の溶融炉であって、前記溶融浴の温度分布
を表示する表示手段を設けた構成になっている。前記構
成によれば、溶融浴の状態を監視でき、自動制御の作動
が適正であるかどうか一目で確認できる効果を奏する。

【００３２】また、請求項５の発明は、溶融炉に投入さ
れる廃棄物に対して高温ガスを作用させ、溶融炉に溶融
浴を形成する溶融方法において、前記廃棄物は異なる性
状の混合物であってバッチ式に投入され、前記溶融浴の
温度分布を測定し、前記温度分布が所定の温度範囲に入
るように前記トーチを少なくとも二次元的に移動させる
構成になっている。また、請求項６の発明は、請求項５
記載の溶融方法であって、前記温度範囲は、下限が１２
００℃以上の所定値、上限が１６００℃以下の所定値に
なるように設定されている構成になっている。前記構成
によれば、異なる性状の混合物からなる廃棄物をバッチ
式に投入する場合でも、溶け残りを発生させず、且つ耐
火物の溶損をさせることなく、廃棄物を効率的に溶融処
理できる効果を奏する。また、溶融炉のトーチ位置及び
出力を制御する過程において、作業員による目視を必要
とせず、難燃物等の燃焼時の発生するダスト等で炉内の
溶融状況を把握できない場合にも、自動的にトーチを溶
け残り廃棄物のある位置に移動し、溶融炉耐火物を溶損
させること無く効率よく溶融処理を行なうことを可能に
する。さらに、現場の作業を必要としない自動化設備と
することで、操業コストの低減が可能となる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における溶融炉の断面概略図である。

【図２】本発明における溶融炉による溶融方法を示すフ
ローチャートを示す図である。

【図３】本発明の溶融浴表面の温度分布測定時におけ
る、溶融浴表面の分割例の一例であるを示す図である。

【符号の説明】

１ 加熱溶融炉 ２ トーチ ３ トーチ駆動手段 ４ トーチ出力制御手段 ５ 測定手段 ６ 判別手段 ７ 表示手段 ８ ドラム缶 ９ ドラム缶供給装置 １０ 溶融浴 １１ 耐火物 １２ 検出手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融浴を形成する溶融炉と、前記溶融浴
   に対して高温ガスを発生させるトーチとを備える溶融炉
   において、 前記溶融浴の温度分布を測定する測定手段と、前記温度
   分布に基づき、所定の下限温度を下回る低温領域及び所
   定の上限温度を上回る高温領域を判別する判別手段と、
   前記低温領域に向けて前記トーチを移動させ、前記高温
   領域から外すように前記トーチを移動させる駆動手段と
   を設けたことを特徴とする溶融炉。
2. 【請求項２】 前記溶融浴が前記高温領域で占められる
   と、前記トーチの出力を下げる制御手段を設けた請求項
   １記載の溶融炉。
3. 【請求項３】 前記測定手段に、任意の波長を検出でき
   る検出手段を設けた請求項１又は２記載の溶融炉。
4. 【請求項４】 前記溶融浴の温度分布を表示する表示手
   段を設けた請求項１乃至３いずれか記載の溶融炉。
5. 【請求項５】 溶融炉に投入される廃棄物に対して高温
   ガスを作用させ、溶融炉に溶融浴を形成する溶融方法に
   おいて、 前記廃棄物は異なる性状の混合物であってバッチ式に投
   入され、前記溶融浴の温度分布を測定し、前記温度分布
   が所定の温度範囲に入るように前記トーチを少なくとも
   二次元的に移動させる溶融方法。
6. 【請求項６】 前記温度範囲は、下限が１２００℃以上
   の所定値、上限が１６００℃以下の所定値になるように
   設定されている請求項５記載の溶融方法。