JP2003121243A - 廃棄物溶融炉内の層高レベル測定方法並びに廃棄物溶融炉及びその廃棄物溶融炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 層高レベルを精度よく安定的に求めることが
できる廃棄物溶融炉内の層高レベル測定方法並びに安定
的な操業を継続することができる廃棄物溶融炉及びその
廃棄物溶融炉の操業方法を提供する。 【解決手段】 廃棄物溶融炉１０の炉下部側壁に複数段
の監視口３２を設け、それぞれの監視口３２から、撮像
器、輝度計、色彩計測器、赤外線センサーのうちの何れ
かにより炉内を監視し、画像の平均輝度、輝度、色度
数、赤外線量、放射率のうちの何れかに基づいて、各段
の監視口３２のレベルが廃棄物堆積層のレベルである
か、空間のレベルであるかを判定することにより、層高
レベルを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物溶融炉内に
形成される廃棄物堆積層の層高レベル測定方法並びに層
高レベル測定装置を備えた廃棄物溶融炉及びその廃棄物
溶融炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ごみやシュレッダーダストな
どの廃棄物を熱分解してガス化し、その熱分解残渣を溶
融する廃棄物溶融処理が行われている。廃棄物を溶融す
る方法には幾つかの方式があるが、その一つとして、コ
ークスベッド式と呼ばれる処理方式がある。コークスベ
ッド式の溶融炉においては、図３に示すように、竪型に
形成された溶融炉に廃棄物と共にコークスが装入され、
炉内に廃棄物の堆積層５０が形成され、その下にコーク
スなどが堆積された層が形成される。溶融炉下部のコー
クスなどが堆積される位置には主羽口１８が設けられ、
廃棄物堆積層５０が形成される位置には副羽口１９が設
けられ、それぞれ酸素含有ガスが吹き込まれるようにな
っている。

【０００３】コークスなどが堆積される領域では、主羽
口１８から吹き込まれる酸素含有ガスによってコークス
が燃焼し、高温燃焼帯５２が形成される。廃棄物堆積層
５０では、副羽口１９から吹き込まれる酸素含有ガスに
よって、廃棄物が緩やかに流動されながら部分燃焼し、
廃棄物が熱分解されて可燃性ガスが生成する。熱分解残
渣は高温燃焼帯５２で発生した高温ガスによって加熱さ
れながら降下し、高温燃焼帯５２で溶融されて溶融スラ
グと溶融メタルになり、炉下部から排出される。一方、
可燃性ガスは二次燃焼炉へ送られて燃焼処理され、高温
ガスになった後、ボイラなどの熱回収装置へ導入されて
熱回収される。

【０００４】上記溶融炉の操業においては、廃棄物堆積
層５０の上面のレベル（以下、層高レベルという）を所
定の範囲内に維持するための操作を行い、廃棄物堆積層
５０に適量の廃棄物が滞留するようにしている。

【０００５】廃棄物堆積層５０の滞留量を適度の範囲に
維持するための層高レベルの測定方法としては、炉頂部
からマイクロウェーブなどの電磁波を発信し、その反射
波を測定することにより層高レベルを求めたり、或いは
炉下部の側壁に電磁波の発信部を設けると共に対向する
側壁に受信部を設け、その透過強度を測定することによ
り層高レベルを求める方法などが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、廃棄物堆積
層５０の層高レベルが適正に維持され、常に適量の廃棄
物を滞留させなから操業していないと、次のような問題
が発生する。

【０００７】廃棄物堆積層５０中の廃棄物は副羽口１９
から吹き込まれる酸素含有ガスにより部分燃焼して加熱
され、又、高温燃焼帯５２から上昇してくる高温ガスに
よって熱交換されて加熱されながら、熱分解され、その
熱分解残渣がさらに加熱される。この際、廃棄物堆積層
５０の層高レベルが高過ぎて、多量の廃棄物が存在する
ようになると、副羽口１９から吹き込まれる酸素含有ガ
スや高温燃焼帯５２から上昇してくる高温ガスなどの炉
内ガスの流れに偏りが起こって、層内の温度分布が不均
一になる。この炉内ガスの偏流によって、特定の箇所が
過度に加熱されるようになり、比較的融点が低い物質が
溶融して、その溶融物が炉壁に付着する。このため、そ
の付着物によって装入物の荷下がりが妨げられる棚吊り
現象が発生し、溶融炉の操業が異常状態になる。

【０００８】又、廃棄物堆積層５０の層高レベルが低過
ぎて、高温燃焼帯５２の上に存在する廃棄物が少量にな
った場合には、熱分解された廃棄物の残渣が高温燃焼帯
５２に到達するまでの間の滞留時間が短くなるので、熱
分解残渣が高温燃焼帯５２から上昇する高温ガスと十分
に熱交換されないで、加熱不十分のまま高温燃焼帯５２
へ送られる。このため、高温燃焼帯５２の温度が低下し
て、残渣の溶融が不十分になったり、温度低下に伴う溶
融物の粘度が上昇するようになり、溶融物の排出が困難
になる。

【０００９】このような廃棄物堆積層の層高レベルの変
動は、廃棄物の種類、性状が変動して、それまでの操業
条件では燃焼、溶融が円滑に行われなくなったために生
ずる。

【００１０】上述のように、安定した溶融炉の操業を継
続するためには、溶融炉内に形成される廃棄物堆積層５
０の層高レベルを精度よく測定し、その測定結果に基づ
いて、層高レベルが所定範囲内に維持されるように、操
業条件を調整する必要がある。

【００１１】しかし、従来のマイクロウェーブなどの電
磁波による層高レベルの測定において、反射波を測定す
る方法による場合には、炉壁の付着物や浮遊しているダ
ストなどを堆積物として誤認検知したり、炉内下部にお
ける電磁波の透過強度を測定する方法による場合には、
炉内上部から落下する装入物を堆積物として誤認検知す
るという問題があり、何れの方法においても、測定が安
定的に行われない。

【００１２】このため、層高レベルが所定範囲内に維持
されなくなることがあり、このような場合には、装入物
の荷下がりが妨げられる棚吊り現象が発生したり、高温
燃焼帯５２における熱分解残渣の溶融が不十分になった
りする問題が発生し、溶融炉の操業が異常状態になる。

【００１３】本発明は、上記の問題を解決し、層高レベ
ルを精度よく安定的に求めることができる廃棄物溶融炉
内の層高レベル測定方法並びに安定的な操業を継続する
ことができる廃棄物溶融炉及びその廃棄物溶融炉の操業
方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明に係る廃棄物溶融炉内の層高レベ
ル測定方法は、廃棄物溶融炉の炉下部側壁に複数段の監
視口を設け、それぞれの監視口から、撮像器、輝度計、
色彩計測器、赤外線センサーのうちの何れかにより炉内
を監視し、画像の平均輝度、輝度、色度数、赤外線量、
放射率のうちの何れかに基づいて、各段の監視口のレベ
ルが廃棄物堆積層のレベルであるか、空間のレベルであ
るかを判定することにより、層高レベルを求めることを
特徴としている。

【００１５】請求項２の発明に係る廃棄物溶融炉は、炉
下部側壁に複数段の監視口を設け、この監視口にそれぞ
れ設置された撮像器、輝度計、色彩計測器、赤外線セン
サーのうちの何れかの監視手段と、この監視手段により
求めた各段の監視口における画像の平均輝度、輝度、色
度数、赤外線量、放射率のうちの何れかを求める検知手
段と、各段の監視口における画像の平均輝度、輝度、色
度数、赤外線量、放射率のうちの何れかに基づいて層高
レベルを判定する層高レベル判定手段からなる層高レベ
ル測定装置を備えたことを特徴としている。

【００１６】請求項３の発明に係る廃棄物溶融炉の操業
方法は、請求項２に記載の廃棄物溶融炉の操業方法にお
いて、層高レベル測定装置の層高レベル判定手段によっ
て求められる層高レベルの変化に基づいて、層高レベル
が所定範囲内に維持されるように、送風量及び／又は廃
棄物装入量を増減することを特徴としている。

【００１７】上記の各発明において、廃棄物堆積層と空
間との区別を、炉内の画像の平均輝度、輝度、色度数、
赤外線量、放射率のうちの何れかに基づいて判定するの
は、次の理由による。

【００１８】溶融炉内の廃棄物堆積層及び空間の温度は
６００℃〜８００℃程度に維持されている。このような
温度の炉内を観察すると、廃棄物の部分燃焼が行われて
いるので、空間の部分は赤紫色に見えるが、廃棄物が堆
積されている部分は明るさがなく、黒く見える。これ
は、廃棄物からは輻射光がほとんど放射されていない
が、空間の燃焼ガスから輻射光が放射されているためで
ある。又、廃棄物と燃焼ガスから赤外線が放射されてい
るが、それぞれの放射率が異なるので、赤外線量が異な
っている。このため、各監視口のレベルにおける輝度、
色度数、赤外線量、放射率の何れかを検出すれば、その
輝度、色度数、赤外線量、放射率の何れかに基づいて、
それぞれのレベルが廃棄物堆積層であるか、空間である
かを明確に判別することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の廃棄物溶融炉の構
成に係る実施の形態の一例を示す図である。１０はコー
クスベッド式の廃棄物溶融炉で、１１は廃棄物及び副資
材の装入口、１２は熱分解ガスの出口、１３は溶融スラ
グの排出口である。１４は廃棄物計量装置、１５はコー
クス計量装置、１６は石灰石計量装置、１７は装入装置
である。

【００２０】炉内へ装入された廃棄物などの装入物は、
廃棄物とコークスなどの副資材の２層に別れて炉下部に
堆積される。５０は廃棄物の堆積層、５２は堆積された
コークスの燃焼によって形成される高温燃焼帯を示す。
コークスが堆積されて高温燃焼帯５２が形成される領域
には、酸素富化空気を吹き込む主羽口１８が複数本設け
られている。又、廃棄物堆積層５０が形成される領域に
は、空気を吹き込む副羽口１９が複数本設けられてい
る。２０は主羽口１８へ酸素富化空気を供給する流量調
節計、２１は副羽口１９へ空気を供給する流量調節計で
ある。

【００２１】そして、廃棄物溶融炉１０には、炉下部の
廃棄物堆積層５０が形成される箇所の側方に複数段の監
視口３２が設けられており、この監視口３２に接続する
層高レベル測定装置３０が設けられている。層高レベル
測定装置３０は、複数段の監視口３２にそれぞれ取り付
けられた撮像器、輝度計、色彩計測器、赤外線センサー
などの監視手段３３と、監視手段３３から送られてきた
情報から画像の平均輝度、輝度、色度数、赤外線量、放
射率などを求める検知手段３４と、検知手段３４によっ
て検出された画像の平均輝度、輝度、色度数、赤外線
量、放射率などに基づいて層高レベルを判定する層高レ
ベル判定手段３５からなる。

【００２２】監視手段としては、撮像器、輝度計、色彩
計測器、赤外線センサーのうちの何れかを用いる。撮像
器としては、連続して炉内を撮影できるものであればよ
く、テレビカメラ、ＣＣＤカメラ、ファイバースコー
プ、デジタルカメラなどであってもよい。輝度計として
は、炉内の輝度を計測できるものであればよい。色彩計
測器としては、炉内の色彩を計測できるものであればよ
く、分光色差計などであってもよい。赤外線センサーと
しては、赤外線量を計測できるものであればよい。

【００２３】検知手段としては、監視手段により得られ
た情報から画像の平均輝度、輝度、色度数、赤外線量、
放射率の何れかを検知できるものである。撮像器によっ
て撮影された炉内の画像を画像解析し、平均輝度又は色
度数を求める。又、輝度計によって計測された輝度や色
彩計測器によって計測された色度数を直接判定手段に送
ってもよい。又、赤外線センサーによって計測された赤
外線量又は赤外線量から求めた放射率を判定手段に送っ
てもよい。

【００２４】層高レベル判定手段は、検知手段あるいは
監視手段から直接送られてきた各監視口から計測した炉
内の輝度あるいは色度数、赤外線量、放射率の何れかに
基づき、各監視口のレベルが廃棄物堆積層か、空間であ
るか判定する。炉内の色彩は分光色差計などにより計測
し、国際照明委員会（ＣＩＥ）規格によるＣＩＥ表色系
に基づき、色度数として表す。すなわち、Ｌ*ａ*ｂ*色
空間によるＬ*ａ*ｂ*表色系色度数あるいはＬ*ｕ*ｖ*色
空間によるＬ*ｕ*ｖ*表色系色度数として表す。

【００２５】廃棄物と燃焼ガスは赤外線を放射している
が、放射率が異なっているので、同程度の温度であって
も放射する赤外線量が異なっている。そのため、赤外線
センサーによって計測した赤外線量と温度から放射率を
求めて、廃棄物か、燃焼ガスかの判定を行う。

【００２６】３１は層高レベル測定装置３０の測定結果
に基づいて、主羽口へ酸素富化空気を供給する流量調節
計２０、副羽口へ空気を供給する流量調節計２１、廃棄
物計量装置１４、コークス計量装置１５、石灰石計量装
置１６のうちの何れか、又は二つ以上に、層高レベルを
調節するための設定値変更の信号を発信する制御器であ
る。

【００２７】監視手段３３を取り付ける監視口３２に
は、窒素ガス又は清浄化された空気などのパージ用ガス
が吹き込まれ、監視口内が清浄に保たれると共に冷却さ
れるようになっている。監視口３２は、少なくとも、目
標レベル、上限レベル、下限レベルの箇所に必要であ
り、３段以上を設けることを要する。好ましくは、５段
の監視口を設け、目標レベル、上限レベル、下限レベル
の他に、上限警報レベルと下限警報レベルが求められる
ようにし、上限警報と下限警報の発信ができるようにす
るのがよい。

【００２８】又、監視口３２の取り付けは、各レベル毎
に１箇所でよいが、炉体の対向する両側に１箇所ずつ配
置すれば、測定精度が一層向上する。又、監視口３２と
して副羽口１９の端部に設けた覗き窓を用いてもよい。

【００２９】以下に、監視手段としてテレビカメラを用
い、検知手段において輝度を検知する場合を例として、
発明の実施の形態を詳しく説明する。

【００３０】層高レベル判定手段３５には、検知手段３
４から送られる輝度値を比較判定するための基準値とし
て、空間の輝度値の範囲、廃棄物堆積層の輝度値の範囲
が入力されており、各段の監視口３２から検知された輝
度値と基準輝度値との比較により、監視口３２が設けら
れている各段のレベルが、廃棄物堆積層が形成されてい
るレベルであるか、空間であるかの判定が行われる。

【００３１】なお、輝度値が空間と廃棄物堆積層の輝度
値の中間の値である場合、その監視口が設けられている
レベルには廃棄物堆積層の上面（層高レベル）が存在す
る。又、或る段の監視口の輝度値が廃棄物堆積層である
ことを示し、その上の段の監視口のの輝度値が空間であ
ることを示している場合には、層高レベルは上記２つの
監視口の中間にある。

【００３２】基準となる輝度値としては、監視口３２と
同じレベルに設けた観察口から目視で観察した際に、空
間であった場合に検知手段３４により検出された輝度値
から空間の輝度の下限を求め、廃棄物堆積層であった場
合に検出された輝度値から廃棄物堆積層の輝度の上限を
求める。従って、検知された輝度値が空間の輝度の下限
以上であれば、その輝度値が検知された監視口３２のレ
ベルは空間であると判定され、検知された輝度値が廃棄
物堆積層の輝度の上限以下であれば、その輝度値が検知
された監視口３２のレベルは廃棄物堆積層であると判定
される。そして、検知された輝度値が空間の輝度の下限
と廃棄物堆積層の輝度の上限の間にある場合は、その輝
度値が検知された監視口３２のレベルに層高の上面（層
高レベル）が存在するものと判定される。

【００３３】図１の構成による廃棄物溶融炉の操業は、
次のように行われる。所定量の廃棄物と、所定量のコー
クスと石灰石が装入口１１から装入され、又、主羽口１
８と副羽口１９からそれぞれ酸素富化空気と空気が所定
流量で吹き込まれ、廃棄物のガス化溶融処理が行われ
る。廃棄物堆積層５０で発生した熱分解ガスはガス出口
１２から排出され、次工程へ送られる。高温燃焼帯５２
で生成した溶融スラグは溶融スラグ排出口１３から抜き
出される。

【００３４】上記の操業中に、各段の監視口に備えたテ
レビカメラ３３により、そのレベルにおける炉内の状態
が連続的に撮影される。これらの画像は検知手段３４へ
送られ、それぞれの画像の平均輝度値が求められる。こ
れらの輝度値は層高レベル判定手段３５へ送られ、それ
らの輝度値と予め入力されている基準輝度値の比較が行
われる。この比較によって、監視口３２が設けられてい
るレベルに、廃棄物堆積層が形成されているか、空間が
存在するかの判定が行われ、廃棄物堆積層の上面のレベ
ル（層高レベル）がどこにあるのか、その位置が求めら
れる。そして、この結果に基づいて、廃棄物・副資材の
装入量や送風量の設定値を変更する指示信号が制御器３
１から主羽口１８、副羽口１９、或いは廃棄物の計量装
置１４とコークスの計量装置１５と石灰石の計量装置１
６へ発信され、操業条件の変更が行われる。

【００３５】上記設定値の変更は次のように行われる。
例えば、図２に示すように、３段の監視口３２が設けら
れている場合について説明する。図２は監視口取り付け
部を示す部分断面図で、３２は監視口、３６は監視口３
２に設けられ、窒素ガスなどのパージ用ガスを供給する
ノズルである。４０は炉壁、５０は廃棄物堆積層、５１
は廃棄物堆積層の上面を示す。又、上段の監視口が設け
られているａレベルは上限レベル、中段の監視口が設け
られているｂレベルは目標レベル、下段の監視口が設け
られているｃレベルは下限レベルを示す。

【００３６】層高レベルの変動に伴う設定変更は、表１
に示すように、層高レベルによって区分され、それぞれ
是正されるように操業条件を調整する。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明に係る層高レベル測定方法によれ
ば、溶融炉の側方に設けた複数段の監視口から炉内の状
態を監視し、画像の平均輝度、輝度、色度数、赤外線
量、放射率のうちの何れかに基づいて、各段の監視口が
設けられたレベルが廃棄物堆積層のレベルであるか、空
間のレベルであるかを判定することにより、層高レベル
が求められるので、層高レベルを精度よく安定的に求め
ることができる。

【００３９】又、本発明に係る廃棄物溶融炉は、層高レ
ベルを精度よく安定的に測定することができる層高レベ
ル測定装置を備えており、その層高レベル測定装置によ
って求められた層高レベルに基づいて操業条件を調整す
ることができるので、操業条件の調整を迅速かつ適切に
行うことができ、安定的な操業を継続することができ
る。

【００４０】又、本発明に係る廃棄物溶融炉はの操業方
法によれば、上記の測定方法によって求められた層高レ
ベルに基づいて操業条件を調整するので、その調整が迅
速かつ適切に行われ、廃棄物溶融炉の操業を安定的に継
続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物溶融炉の構成に係る実施の形態
の一例を示す図である。

【図２】監視口取り付け部を示す部分断面図である。

【図３】コークスベッド式の廃棄物溶融炉における装入
物の堆積状態を示す図である。

【符号の説明】

１０ コークスベッドの廃棄物溶融炉 １１ 廃棄物及び副資材の装入口 １２ 熱分解ガスの出口 １３ 溶融スラグの排出口 １４ 廃棄物計量装置 １５ コークス計量装置 １６ 石灰石計量装置 １７ 装入装置 １８ 主羽口 １９ 副羽口 ２０ 流量調節計 ２１ 流量調節計 ３０ 層高レベル測定装置 ３１ 制御器 ３２ 監視口 ３３ 監視手段 ３４ 検知手段 ３５ 層高レベル判定手段 ３６ パージ用ガスの供給ノズル ５０ 廃棄物堆積層 ５１ 廃棄物堆積層の上面 ５２ 高温燃焼帯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｇ 5/50 Ｇ０１Ｆ 23/28 Ａ Ｇ０１Ｆ 23/28 Ｌ (72)発明者 須藤 雅弘 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松平 恒夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2F014 AA07 FA04 FA10 3K061 AA16 AB02 AB03 AC01 BA06 CA08 DA12 DB01 DB16 DB18 3K062 AA24 AB03 AC01 BA02 CA05 CA08 CB03 DA05 DA38 DB01 DB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物溶融炉の炉下部側壁に複数段の監
   視口を設け、それぞれの監視口から、撮像器、輝度計、
   色彩計測器、赤外線センサーのうちの何れかにより炉内
   を監視し、画像の平均輝度、輝度、色度数、赤外線量、
   放射率のうちの何れかに基づいて、各段の監視口のレベ
   ルが廃棄物堆積層のレベルであるか、空間のレベルであ
   るかを判定することにより、層高レベルを求めることを
   特徴とする廃棄物溶融炉内の層高レベル測定方法。
2. 【請求項２】 炉下部側壁に複数段の監視口を設け、こ
   の監視口にそれぞれ設置された撮像器、輝度計、色彩計
   測器、赤外線センサーのうちの何れかの監視手段と、こ
   の監視手段により求めた各段の監視口における画像の平
   均輝度、輝度、色度数、赤外線量、放射率のうちの何れ
   かを求める検知手段と、各段の監視口における画像の平
   均輝度、輝度、色度数、赤外線量、放射率のうちの何れ
   かに基づいて層高レベルを判定する層高レベル判定手段
   からなる層高レベル測定装置を備えたことを特徴とする
   廃棄物溶融炉。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の廃棄物溶融炉の操業方
   法において、層高レベル測定装置の層高レベル判定手段
   によって求められる層高レベルの変化に基づいて、層高
   レベルが所定範囲内に維持されるように、送風量及び／
   又は廃棄物装入量を増減することを特徴とする廃棄物溶
   融炉の操業方法。