JP2017203605A - 処理物処理のためのプラズマ溶融方法及びそれに用いるプラズマ溶融炉 - Google Patents
処理物処理のためのプラズマ溶融方法及びそれに用いるプラズマ溶融炉 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】炉内上部に低電圧でプラズマを発生させ、一般廃棄物や産業廃棄物及び焼却灰等の処理物を効率良く溶融処理する処理物処理のためのプラズマ溶融方法及びそれに用いるプラズマ溶融炉を提供することを目的とする。
【解決手段】炉底にメタル層を配置し複数の電極を電極昇降装置により上下動可能としたプラズマ電気溶融炉に、当初炉底にコークス層を敷きその上に一般廃棄物、産業廃棄物及び焼却灰の内の少なくともいずれかの処理物の一部をチャージし、電極下端を炉底近傍に位置させ低電圧で通電を開始し、通電が安定した状態で電極下端を上昇させ、処理物を追加サージし、通電安定時の低電圧から電圧を上昇させた操業電圧で電極下部にプラズマを発生させ処理物を溶融処理することを特徴とする。
【選択図】 図３
【解決手段】炉底にメタル層を配置し複数の電極を電極昇降装置により上下動可能としたプラズマ電気溶融炉に、当初炉底にコークス層を敷きその上に一般廃棄物、産業廃棄物及び焼却灰の内の少なくともいずれかの処理物の一部をチャージし、電極下端を炉底近傍に位置させ低電圧で通電を開始し、通電が安定した状態で電極下端を上昇させ、処理物を追加サージし、通電安定時の低電圧から電圧を上昇させた操業電圧で電極下部にプラズマを発生させ処理物を溶融処理することを特徴とする。
【選択図】 図３
Description
本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物及び一般廃棄物、産業廃棄物焼却処理した際に発生する焼却灰等の処理物を溶融処理するためのプラズマ溶融方法及びそれに用いるプラズマ溶融炉に関する。
一般廃棄物や産業廃棄物を９００℃以下で焼却した焼却灰には、ＰＣＢ、ダイオキシン、鉛、カドミウム等の有害物質が含有している。このような有害物質を処理する手段は、通常の燃料を使用した焼却炉では処理することができなかった。
焼却灰を処理するための手段として、電気抵抗式溶融炉で溶融処理する技術が提案されている。特開２００２−２５４０５２号公報には、密閉型の電気抵抗式溶融炉内のガスを炉外に抜き出して集塵処理し、この集塵処理されたガスを溶融炉内に戻して循環させ、炉内ガスの集塵処理を繰り返し行いながら、溶融炉へ焼却灰を装入して溶融し、溶融炉内から排出される排ガスを排ガス処理装置に導入する焼却灰の溶融処理方法が開示されている。
また、焼却灰の溶融処理などの一般産業廃棄物処理として熱プラズマが利用されている。熱プラズマによって、ゴミ焼却炉から排出された焼却灰や焼却灰に含まれる重金属類を不溶化し、ダイオキシン類を分解して無害化することができる。熱プラズマを利用した焼却灰の溶融処理プラントとして１９９４年に実験炉が松山市に設置された。
しかしながら、従来の電気抵抗式溶融炉による焼却灰の溶融処理方法においては、熱源が炉の底に位置しているため、かさ密度が低く熱伝導率が低い焼却灰の上部まで熱伝導するための時間がかかり、溶融処理に時間がかかるという問題を有していた。
また、従来の熱プラズマによる焼却灰処理は、プラズマを発生させるため、高電圧での操業が必要であり、この時、焼却炉内の焼却灰が撹乱して炉外まで不要な成分のダストや気体が拡散して作業環境を悪化させるという問題を有していた。
本発明は、従来技術のもつ課題を解決する、炉内上部に低電圧でプラズマを発生させ、一般廃棄物や産業廃棄物及び焼却灰等の処理物を効率良く溶融処理する処理物処理のためのプラズマ溶融方法及びそれに用いるプラズマ溶融炉を提供することを目的とする。
本発明の処理物処理のためのプラズマ溶融方法は、前記課題を解決するために、炉底にメタル層を配置し複数の電極を電極昇降装置により上下動可能としたプラズマ電気溶融炉に、当初炉底にコークスを敷きその上に一般廃棄物、産業廃棄物及び焼却灰の内の少なくともいずれかの処理物の一部をチャージし、電極下端を炉底近傍に位置させ低電圧で通電を開始し、通電が安定した状態で電極下端を上昇させ、処理物を追加サージし、通電安定時の低電圧から電圧を上昇させた操業電圧で電極下部にプラズマを発生させ処理物を溶融処理することを特徴とする。
また、本発明の処理物処理のためのプラズマ溶融方法は、通電安定時の低電圧を７０Ｖとし、操業電圧を１００〜２００Ｖとすることを特徴とする。
また、本発明の処理物処理のためのプラズマ溶融方法は、操業電圧付加時に処理物にマンガンイオン源を加えてチャージすることを特徴とする。
また、本発明の処理物処理のためのプラズマ電気溶融炉は、炉底に配置されたメタル層と、電極昇降装置により上下動可能とされた複数の黒鉛電極と、電源と、電源と連通し電流、電圧を制御して前記複数の黒鉛電極へ通電する電極通電制御装置と、を備えることを特徴とする。
炉底にメタル層を配置し複数の電極を電極昇降装置により上下動可能としたプラズマ電気溶融炉に、当初炉底にコークス層を敷きその上に一般廃棄物、産業廃棄物及び焼却灰の内の少なくともいずれかの処理物の一部をチャージし、電極下端を炉底近傍に位置させ低電圧で通電を開始し、通電が安定した状態で電極下端を上昇させ、処理物を追加サージし、通電安定時の低電圧から電圧を上昇させた操業電圧で電極下部にプラズマを発生させ処理物を溶融処理することで、通電安定期に炉底近傍に位置する電極の付加電圧が低電圧であるためサブマージドプラズマを発生させることが無いので炉底の損傷を防止することができ、電極を上昇させ操業電圧付加時に電極下端に安定したプラズマを発生させることにより処理物を効率良く溶融処理することが可能となる。
通電安定時の低電圧を７０Ｖとし、操業電圧を１００〜２００Ｖとすることで、通電安定期にプラズマの発生を抑制して炉底の損傷を防止し、操業電圧付加時に処理物の撹乱を防止し安定してプラズマを発生させ焼却灰を効率良く溶融処理することが可能となる。
処理物にマンガンイオン源を加えてチャージすることで、炉内上部で永続的なプラズマを発生させることが可能となる。
炉底に配置されたメタル層と、電極昇降装置により上下動可能とされた複数の黒鉛電極と、電源と、電源と連通し電流、電圧を制御して前記複数の黒鉛電極へ通電する電極通電制御装置と、を備えることで、構造が簡単で、処理物のプラズマによる溶融処理が効率良く実施できるプラズマ電気溶融炉とすることが可能となる。
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の一般廃棄物、産業廃棄物、焼却灰等の処理物を処理のためのプラズマ電気溶融炉１の概略を示す図である。
プラズマ電気溶融炉１は、炉底にメタル層２が配置される。プラズマ電気溶融炉１には、複数の黒鉛電極３が電極昇降装置４により上下動可能に配置される。黒鉛電極３には電源５からの電力が通電制御装置６により電流、電圧が制御されクランプ７を介して通電される。
通常電気炉の場合、炉底部にサブマージドアークプラズマが発生している。炉底部でプラズマが発生すると炉底が損傷を受ける恐れがあり望ましくない。炉の上部にプラズマを伸ばすには高電圧操業が必要である。高電圧操業をすると、炉内の焼却灰が撹乱して炉外まで不要な成分のダストや気体が拡散して作業環境が悪化する。本発明は低電圧で通電安定させ、炉底でのプラズマの発生を抑制し、通電安定後電圧上昇させた操業電圧とした結果、焼却灰が撹乱すること無く、電極先端下にプラズマゾーンが発生した。
図２は、通電安定時までのプラズマ電気溶融炉１の状況を示す図である。複数の黒鉛電極３の下端とメタル層２間の距離を１０ｃｍとし、メタル層２上にコークス層８を敷き、その上に一般廃棄物、産業廃棄物及び焼却灰の内の少なくともいずれかの処理物９を１００ｋｇチャージした。７０Ｖの通電安定電圧を付加した結果、炉底でのプラズマ発生はなかった。使用した処理物９の成分は、ＣａＯ：２３％，ＳｉＯ2：２７％，Ａｌ2Ｏ3：１４％，Ｆｅ2Ｏ3：６％，Ｃｌ：１．１％である。２０分で通電開始となり、処理物９を追加チャージした。
図３は、通電安定期後の操業電圧付加時の状態を示す図である。通電が安定した後、複数の黒鉛電極３の下端とメタル層２間の距離を１００ｃｍに上昇させた。処理物９を３００ｋｇ追加チャージした。操業電圧を通電安定電圧の７０Ｖから１５０Ｖとした。この状態で複数の黒鉛電極３の下端にプラズマ１０が発生した。操業電圧が１５０Ｖと低電圧なのでプラズマが発生しても処理物９の撹乱が抑制された。
操業電圧で操業中に、必要に応じてマンガンスラグ５０ｋｇをチャージした。Ｍｎ鉱石、フェロマンガンスラグ等のマンガンイオン源をチャージすることにより、炉内上部で永続的なプラズマを発生させることが可能となる。さらに、処理物９を２００ｋｇ、珪砂７０ｋｇ、マンガンスラグ３５ｋｇ追加チャージして操業を継続した。プラズマが炉内全面に発生し、処理物が効率良く溶融処理された。
下記表１に、通電安定期、操業電圧期の付加電圧、消費電力、プラズマの発生の有無を示す。
表１
┌───────┬────┬───────┬───────────┐
│ │電圧 原料消費トン当た│プラズマの発生の有無 │
│ │ り消費電力 │ │
├───────┼────┼───────┼───────────┤
│通電安定期 │７０Ｖ ２００ｋｗｈ／ｔ│無 │
│ │ ｏｎ │ │
├───────┼────┼───────┼───────────┤
│操業期 初期 │１５０Ｖ９００ｋｗｈ／ｔ│電極下端で発生 │
│ │ ｏｎ │ │
├───────┼────┼───────┼───────────┤
│操業期 安定期│１５０Ｖ８５０ｋｗｈ／ｔ│炉内全面に発生 │
│ │ ｏｎ │ │
└───────┴────┴───────┴───────────┘
┌───────┬────┬───────┬───────────┐
│ │電圧 原料消費トン当た│プラズマの発生の有無 │
│ │ り消費電力 │ │
├───────┼────┼───────┼───────────┤
│通電安定期 │７０Ｖ ２００ｋｗｈ／ｔ│無 │
│ │ ｏｎ │ │
├───────┼────┼───────┼───────────┤
│操業期 初期 │１５０Ｖ９００ｋｗｈ／ｔ│電極下端で発生 │
│ │ ｏｎ │ │
├───────┼────┼───────┼───────────┤
│操業期 安定期│１５０Ｖ８５０ｋｗｈ／ｔ│炉内全面に発生 │
│ │ ｏｎ │ │
└───────┴────┴───────┴───────────┘
本発明の処理物処理のためのプラズマ溶融方法によれば、操業時に安定的に１５００℃以上のプラズマ雰囲気を確保できるため、焼却灰の溶融処理における急速溶解及び減容積化、無害化が可能となる。
一般廃棄物、産業廃棄物及び焼却灰等の処理物以外にも、例えば、ポリ塩化ビフェニールを界面活性剤と超音波で無機粉体に分散させて団鉱としたものを処理物に代えてチャージし、同様な処理手順をした結果、急速溶解し、排ガスも環境基準をクリアした。つまり、ＰＣＢの分解炉としても安全に適用できることが判明した。
今後は、低レベル放射性廃棄物を、本発明の焼却灰処理のためのプラズマ溶融方法により溶解させ、溶融品をスラグで包みガラス固化処理することも可能となる。
以上のように本発明の処理物処理のためのプラズマ溶融方法及びそれに用いるプラズマ電気溶融炉によれば、通電安定期に炉底近傍に位置する電極の付加電圧が低電圧であるためサブマージドプラズマを発生させることが無いので炉底の傷を防止することができ、電極を上昇させ操業電圧付加時に電極下端に安定したプラズマを発生させることにより処理物を効率良く溶融処理することが可能となる。
１：プラズマ電気溶融炉、２：メタル層、３：黒鉛電極、４：電極昇降装置、５：電源、６：通電制御装置、７：クランプ、８：コークス、９：焼却灰、１０：プラズマ
Claims (4)
- 炉底にメタル層を配置し複数の電極を電極昇降装置により上下動可能としたプラズマ電気溶融炉に、当初炉底にコークス層を敷きその上に一般廃棄物、産業廃棄物及び焼却灰の内の少なくともいずれかの処理物の一部をチャージし、電極下端を炉底近傍に位置させ低電圧で通電を開始し、通電が安定した状態で電極下端を上昇させ、処理物を追加サージし、通電安定時の低電圧から電圧を上昇させた操業電圧で電極下部にプラズマを発生させ処理物を溶融処理することを特徴とする処理物処理のためのプラズマ溶融方法。
- 通電安定時の低電圧を７０Ｖとし、操業電圧を１００〜２００Ｖとすることを特徴とする請求項1に記載の処理物処理のためのプラズマ溶融方法。
- 操業電圧付加時に処理物にマンガンイオン源を加えてチャージすることを特徴とする請求項１又は２に記載の処理物処理のためのプラズマ溶融方法。
- 炉底に配置されたメタル層と、電極昇降装置により上下動可能とされた複数の黒鉛電極と、電源と、電源と連通し電流、電圧を制御して前記複数の黒鉛電極へ通電する電極通電制御装置と、を備えることを特徴とする処理物処理のためのプラズマ電気溶融炉。
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