JP2003090524A

JP2003090524A - 溶融炉の溶湯温度測定装置

Info

Publication number: JP2003090524A
Application number: JP2001279490A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Fukuma; 義人福間; Masahide Nishigaki; 正秀西垣
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融炉本体内の溶湯の温度を連続して正確に
測定することにより、検出した溶湯温度信号を用いて溶
融炉の供給電力量や被溶融物の供給量等を自動制御でき
るようにした溶融炉の溶湯温度測定装置を提供する。【解決手段】溶融炉内へ挿入され、その先端部を溶湯
内へ浸漬させた筒状の測温筒と、測温筒の上端部に配設
され、当該測温筒の先端部の温度を検出する温度検出器
と、温度検出器からの温度検出信号が入力され、溶湯温
度を表示する溶湯温度表示器とから構成され、前記温度
検出信号を自動制御器へ入力することにより、溶融炉の
自動運転制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶融炉の溶湯温度測
定装置の改良に関するものであり、例えばごみ焼却炉か
ら排出された焼却残滓や焼却飛灰、下水汚泥等を溶融処
理する灰溶融炉に於いて、灰溶融炉の稼動中に内部の溶
湯温度を連続的に検出可能とすることにより、灰溶融炉
のより効率的で経済的な自動運転制御を行なえるように
した溶融炉の溶湯温度測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】焼却残滓等の溶融処理には、プラズマア
ーク溶融炉等の電気溶融炉と表面溶融炉等のバーナ式溶
融炉とが多く用いられており、発電設備が併置されてい
るごみ焼却施設では、前者の電気溶融炉が広く利用され
ている。

【０００３】図２は、公知のごみ焼却施設に併置した直
流アーク放電黒鉛電極式プラズマ溶融炉の一例を示すも
のであり、図に於いて１は灰コンテナ、２は灰供給装
置、３は溶融炉本体、４は黒鉛主電極、４ａは黒鉛スタ
ート電極、５は炉底電極、６はスラグ出滓口、７はスラ
グ出滓口清掃装置、８はタップホール、９は溶融メタル
抜出装置、１５は炉底冷却ファン、１６は直流電源装
置、１７は不活性ガス供給装置、１８は燃焼室、１９は
燃焼空気ファン、２０は排ガス冷却ファン、２１はバグ
フィルタ、２２は溶融飛灰コンベア、２３は飛灰だめ、
２４はスラグ水冷槽、２５はスラグ搬出コンベア、２６
はスラグだめ、２７はスラグ冷却水の冷却装置であり、
灰コンテナ１から灰供給装置２により溶融炉本体３内へ
連続的に供給されてくる焼却残滓や焼却飛灰（被溶融物
・以下灰と呼ぶ）Ｃは、両電極４、５間のプラズマアー
ク電流の熱により加熱されることにより順次溶融され、
溶湯となって溶融炉本体１内に溜まる。

【０００４】即ち、前記灰Ｃ中には鉄を主成分とする多
種類の金属や揮発成分、砂・ガラス等の不燃性成分が含
まれているため、灰Ｃが溶融されると、内部に存在した
揮発成分や発生した一酸化炭素等はガス体Ｄとなると共
に、金属類（以下メタルと呼ぶ）はメタル層Ｍとなって
炉本体の下層部に、また金属以外の灰成分等（以下スラ
グと呼ぶ）はスラグ層Ｓとなってメタル層Ｍの上方に、
夫々溜まる。尚、本願明細書に於いては前記メタル層Ｍ
とスラグ層Ｓとを総称して溶湯と呼んでいる。

【０００５】そして、前記溶湯の内の上層部に溜ったス
ラグ層Ｓはスラグ出滓口６より連続的に溢出し、水を満
したスラグ水冷槽２４内へ落下して水砕スラグとなり、
スラグ搬出コンベア２５によってスラグだめ２６へ排出
される。また、灰Ｃの溶融処理時間が経過すると、前記
メタル層Ｍの厚さが順次大になると共にスラグ層Ｓの厚
さが小となり、図２のような溶融スラグをオーバーフロ
ーさせる型式の灰溶融炉では、スラグ出滓口６から流出
する溶融スラグ内へ溶融メタルが混入することになる。
更に、電気アークの発生熱を加熱源とする型式の電気溶
融炉では、スラグ層Ｓの厚さが薄くなるとアーク電圧や
アーク電流の変動値が大きくなり、安定な運転が困難と
なる。そのため、溶融炉本体１内のメタル層Ｍの厚みが
所定厚さに達すると溶融メタルを抜き出しする必要があ
り、一般には、炉底に溜まったメタル層Ｍの厚さを間欠
的に測定し、この測定値からこの溶融メタルの抜き出し
のタイミングを適宜に判断するようにしている。

【０００６】而して、上記灰溶融炉の運転制御に於いて
最も重要な制御要素（若しくは測定検出値）は、溶融炉
本体１内の溶湯温度（特にスラグ層Ｓの温度）とスラグ
層Ｓの厚みである。特に、スラグ層Ｓの温度制御は重要
であり、スラグ温度が低いと、スラグ水冷槽２４を介し
て回収した製品スラグ中に未溶融の灰Ｃが混入すること
になり、スラグ製品の品質低下を招くだけでなく、未溶
融灰Ｃの存在によりスラグ出滓口６に於ける詰まり事故
が起生し易くなり、灰溶融炉の連続運転が阻害されるこ
とになる。また、逆に溶湯温度が高い場合には、炉壁耐
火物の損耗量が増大して溶融炉の連続運転期間が短かく
なるうえ、溶融炉本体３の耐火物補修費が増えることに
なる。

【０００７】そのため、従前のこの種溶融炉に於いて
は、図３に示すように、溶融炉本体１の天井壁を挿通せ
しめて炉本体内へ、先端に温度測定用プローブ２８を交
換自在に取付固定したプローブホルダ２９を上・下動自
在に挿入し、このプローブホルダ２９を溶融炉本体１の
上部外方に設置したシリンダ型の昇降装置３０により所
定距離だけ昇降動させることにより、前記先端に固定し
た温度測定用プローブ２８を溶湯内の所定位置（例え
ば、スラグ層Ｓ又はメタル層Ｍ内）へ浸漬させ、温度検
出器３１を介して溶湯温度を一定時間間隔毎に間欠的に
測定するようにしている。また、温度測定用プローブ２
８の浸漬による溶湯温度の測定が終れば、昇降装置３０
によってプローブホルダ２９の先端を溶融炉本体１外へ
引上げ、測定済みの温度測定用プローブ２８をプローブ
ホルダ先端から取り外すと共に、次回の溶湯温度の測定
に備えて新たな温度測定用プローブ２８をプローブホル
ダ２９の先端に取付ける。

【０００８】前記図３に示した従前の溶湯温度測定装置
は、使用実績も多くて優れた実用的効用を有するもので
ある。しかし、当該溶湯温度測定装置に於いては、溶湯
温度の測定毎に溶融炉への荷電を測定時間中一時的に停
止する必要があり、結果として溶融炉の稼動率の低下を
招来することになる。

【０００９】また、前記図３の溶湯温度測定装置では、
溶湯温度の測定が所謂間欠的な測定であるため、溶融炉
の自動制御のための制御データとして活用することが困
難であり、現実にも自動制御用の基礎データとして使用
されていないうえ、溶湯温度の測定毎にプローブを交換
しなければならないため、消耗品費が高騰すると云う問
題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶融炉に於
ける上述の如き問題、即ち溶湯温度の測定が間欠的で
あるため、この測定値を溶融炉の自動制御のための制御
基準値として活用することが困難であり、その結果、溶
湯温度の制御の遅れや制御誤差によってスラグ出滓口６
の詰まりや製品スラグの品質低下が生じたり、炉壁耐火
物の損耗が増大し易いこと、溶湯温度測定中の荷電停
止により、溶融炉の稼動率が低下すること、測定用プ
ローブを交換する必要があるため消耗品費が増えること
等の問題を解決せんとするものであり、溶融炉本体内の
溶湯温度を連続して正確に測定することにより、溶融炉
を最良の状態下で自動運転して省エネルギや耐火物の損
耗の防止、製品スラグの品質低下の防止等を図れるよう
にした溶融炉の溶湯温度測定装置を提供せんとするもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願請求項１に記載の発明では、溶融炉内へ挿入さ
れ、その先端部を溶湯内へ浸漬させた筒状の測温筒と、
測温筒の上端部に配設され、当該測温筒の先端部の温度
を検出する温度検出器と、温度検出器からの温度検出信
号が入力され、溶湯温度を表示する溶湯温度表示器とか
ら構成され、前記温度検出信号を自動制御装置へ入力す
ることにより、溶融炉の自動運転制御を行なうことを発
明の基本構成とするものである。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明に於い
て温度検出器を、赤外線放射温度計から成る非接触式温
度計とするようにしたものである。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１の発明に於い
て溶融炉を、溶融炉本体の側壁に溶融スラグを連続的に
隘流させるスラグ出滓口を有する灰溶融炉とすると共
に、測温筒を溶融炉本体の天井部を貫挿して昇降動自在
に支持し、その先端部を溶湯内のスラグ層内とメタル層
内の何れにも位置させることが出来るようにしたもので
ある。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１の発明に於い
て、測温筒を高熱伝導性のセラミック材より形成するよ
うにしたものである。

【００１５】本発明に於いては、溶湯内の所定深さの個
所に位置させた測温筒先端部の温度、即ち測温筒先端近
傍の溶湯温度が、溶融炉本体の外部に位置する測温筒の
基端部に設けた温度検出器により連続的に検出されると
共に、当該温度検出器からの温度検出信号が自動制御装
置へ入力され、これによって溶融炉への供給電力量や被
溶融物の供給量等が最適値に自動制御される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明に係
る溶融炉の溶湯温度測定装置の実施形態を説明する。図
１は本発明の実施形態に係る灰溶融炉の縦断面概要図で
ある。尚、図１に於いて、前記図２及び図３に示した灰
溶融炉と同一の部位・部材には、これと同一の参照番号
が付されている。また、本実施形態に於いては、溶湯温
度測定装置の設置対象を灰溶融炉としているが、当該溶
湯温度測定装置の設置対象は如何なる型式の溶融炉であ
っても良いことは勿論である。

【００１７】図１を参照して、Ａは灰溶融炉、Ｂは灰溶
融炉据付面、Ｃは被溶融物（灰）、Ｓは溶融スラグ層、
Ｍは溶融メタル層、１は灰コンテナ、２は灰供給装置、
３は溶融炉本体、４は主電極、５は炉底電極、６はスラ
グ出滓口、７はスラグ出滓口清掃装置、８はタップホー
ル、９は溶融メタル抜出装置、１０は排気筒、１１は測
温筒、１２は温度検出器、１３は測温筒支持装置、１４
は自動制御装置、１４ａは温度指示部であり、測温筒１
１、温度検出器１２、測温筒支持装置１３、自動制御装
置１４及び温度指示器１４ａの部分を除くその他の部位
・部材は、従前の灰溶融炉Ａの場合と同一であるため、
ここではその説明を省略する。尚、前記図１の実施形態
に於いては、灰溶融炉の自動制御装置１４内に溶湯の温
度指示器１４ａを一体として配設しているが両者１４、
１４ａを別体のものとして形成してもよいことは勿論で
ある。

【００１８】本発明に於いては、図１に示す如く、溶融
炉本体１の天井壁を貫挿して測温筒１１が測温筒支持装
置１３により昇降動自在に溶融炉本体１内へ挿入固定さ
れており、且つ当該測温筒１１の先端は溶湯内の適宜の
位置へ浸漬されている。即ち、溶湯内のスラグ層Ｓの部
分の温度を測定する場合には測温筒１１の先端部１１ａ
がスラグ層Ｓ内に、またメタル層Ｍの部分の温度を測定
する場合には先端部１１ａがメタル層Ｍ内に夫々位置す
るよう、前記測温筒支持装置１３により測温筒１１が昇
降動される。

【００１９】前記測温筒１１は、その溶融温度が溶湯温
度よりも高いセラミック材等により内径６０〜８０ｍｍ
程度の円筒状に形成されており、本実施形態に於いて
は、耐熱性に優れ且つ熱伝導率の高いセラミック材が使
用されている。高熱伝導率の測温筒１１を使用すること
により、溶湯内に位置する測温筒先端部１１ａは、その
点に於ける溶湯温度と略同一の温度となる。その結果、
当該測温筒先端部１１ａの温度を測温筒１１の上端部に
配設した後述する非接触式温度検出器１２により検出す
ることにより、測温筒先端部１１ａ近傍の溶湯温度を知
ることが出来る。

【００２０】前記溶融炉本体１の外部に位置する測温筒
の上端部には、公知の非接触式温度検出器１２が設けら
れており、本実施形態に於いては、当該非接触式温度検
出器１２として、二色式赤外線放射温度計が使用されて
いる。

【００２１】尚、本実施形態では、前述の通り温度検出
器１２として二色式赤外線放射式の所謂非接触式温度計
を使用しているが、高温測定用の温度検出センサー、例
えばＺｒＯ₂−Ｙ₂Ｏ₂系の酸化物サーミスター等から
なる温度検出センサーを前記測温筒１１の先端部に配設
し、当該温度検出センサーからの検出信号を測温筒１１
の上端部に設けた温度検出器へ入力することにより、溶
湯温度を検出する構成とすることも可能である。

【００２２】また、本実施形態では前述したように、温
度検出器１２として赤外線式放射温度計等の非接触式温
度検出器１２を使用しているため、比較的内径の大きな
測温筒１１を使用しているが、前記ＺｒＯ₂−Ｙ₂Ｏ₂
系の酸化物サーミスター等から成る温度検出センサーを
測温筒１１の先端部へ配置する構成とする場合には、測
温筒１１の内径はより小さくすることが可能となる。

【００２３】前記温度検出器１２で検出された溶湯温度
の検出信号は、自動制御装置１４へ入力されると共に、
温度指示器１４ａ上には測定した溶湯温度が表示され
る。尚、赤外線放射式等の非接触式温度検出器そのもの
の構成や作動は公知であるため、ここではその説明を省
略する。また、本実施形態では自動制御装置１４内に温
度表示装置１４ａを設けているが、前述の通り温度表示
装置１４ａを別体として設け、当該温度表示装置１４ａ
から溶湯の温度検出信号を自動制御装置１４へ入力する
ようにしてもよい。

【００２４】前記温度検出器１２から自動制御装置１４
へ入力される溶湯温度の検出値は、所謂連続的な検出信
号であり、従って当該温度検出信号を用いて灰溶融炉の
運転状態、例えば溶融炉本体１への入力電力若しくは入
力電力量や被溶融物である灰Ｃの供給量等が自動制御さ
れ、これによって灰溶融炉は所謂最良の運転状態下で長
期に亘って連続運転できることになる。即ち、溶融炉の
運転に於いて、大幅な省力化や省エネルギー化が図れる
と共に、炉壁耐火物の損耗の低減やスラグ製品の高品質
化等が可能となる。

【００２５】

【発明の効果】本発明に於いては、耐熱・高伝導性の測
温筒を溶融炉本体内へ昇降動自在に挿入し、その先端部
を溶湯内へ位置せしめることにより測温筒先端部の温度
を溶湯温度と略同一の温度に保持すると共に、炉本体の
外部に位置する測温筒の基端部に温度検出器を配設し、
当該温度検出器により連続的に検出した前記測温筒先端
部の温度即ち溶湯温度を溶融炉の自動制御装置へ入力す
る構成としている。

【００２６】その結果、溶融炉の自動運転制御レベルが
大幅に向上し、溶融炉を常に最良の運転状態下で稼動さ
せることが可能となって大幅な省力化や省エネルギー化
が図れるだけでなく、従前の溶融炉の場合に比較して製
品スラグ品質の向上や消耗品費の削減が可能となる。本
発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る灰溶融炉の縦断面概要
図である。

【図２】従前の灰溶融炉の概要を示す縦断面図である。

【図３】従前の溶湯温度測定装置の概要説明図である。

【符号の説明】

Ａは灰溶融炉、Ｂは灰溶融炉据付面、Ｃは被処理物
（灰）、Ｗは灰溶融炉の測定重量、Ｇｗは重量検出信
号、Ｓはスラグ層、Ｓｌはスラグ層レベル、Ｍはメタル
層、Ｍｌはメタル層レベル、１は灰コンテナ、２は灰供
給装置、３は溶融炉本体、４は主電極、５は炉底電極、
６はスラグ出滓口、７はスラグ出滓口清掃装置、８はタ
ップホール、９は溶融メタル抜出装置、１０は排気筒、
１１は測温筒、１２は温度検出器、１３は測温筒支持装
置、１４は灰溶融炉の自動制御装置、１４ａは溶湯温度
指示器である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K061 NB02 NB23 NB30 3K062 AA24 AB03 AC03 CA01 CA03 CB03 DA01 4K056 AA05 BA03 BB08 CA20 FA04 FA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融炉内へ挿入され、その先端部を溶湯
内へ浸漬させた筒状の測温筒と、測温筒の上端部に配設
され、当該測温筒の先端部の温度を検出する温度検出器
と、温度検出器からの温度検出信号が入力され、溶湯温
度を表示する溶湯温度表示器とから構成され、前記温度
検出信号を自動制御装置へ入力することにより、溶融炉
の自動運転制御を行なうことを特徴とする溶融炉の溶湯
温度測定装置。
【請求項２】温度検出器を、赤外線放射温度計から成
る非接触式温度計とするようにした請求項１に記載の溶
融炉の溶湯温度測定装置。
【請求項３】溶融炉を、溶融炉本体の側壁に溶融スラ
グを連続的に隘流させるスラグ出滓口を有する灰溶融炉
とすると共に、測温筒を溶融炉本体の天井部を貫挿して
昇降動自在に支持し、その先端部を溶湯内のスラグ層内
とメタル層内の何れにも位置させることができる構成と
した請求項１に記載の溶融炉の溶湯温度測定装置。
【請求項４】測温筒を高熱伝導性のセラミック材より
形成するようにした請求項１に記載の溶融炉の溶湯温度
測定装置。