JP3378984B2 - プラズマ溶融炉における溶融完了検知方法 - Google Patents
プラズマ溶融炉における溶融完了検知方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として低レベル
放射性雑固体廃棄物の減容処理を行うプラズマ溶融炉に
おける溶融完了検知方法に関する。
放射性雑固体廃棄物の減容処理を行うプラズマ溶融炉に
おける溶融完了検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、定量の溶融物を固化排出するため
にバッチ式に溶融処理を行う必要がある場合、例えば低
レベル放射性雑固体廃棄物を溶融処理する場合、及び炉
内に溶融物を残さず全量排出する必要がある場合に、炉
体を回転させて溶融物を遠心力で壁面に付着させ、ある
時間経過後、回転を落として溶融物を炉体下部中央の開
口部から重力落下で排出する炉（特開平１−６６１１号
公報参照）や、固定炉で低レベル放射性雑固体廃棄物を
溶融し、炉傾動により溶融物を排出する炉（特開平９−
９００９５号公報参照）などがある。
にバッチ式に溶融処理を行う必要がある場合、例えば低
レベル放射性雑固体廃棄物を溶融処理する場合、及び炉
内に溶融物を残さず全量排出する必要がある場合に、炉
体を回転させて溶融物を遠心力で壁面に付着させ、ある
時間経過後、回転を落として溶融物を炉体下部中央の開
口部から重力落下で排出する炉（特開平１−６６１１号
公報参照）や、固定炉で低レベル放射性雑固体廃棄物を
溶融し、炉傾動により溶融物を排出する炉（特開平９−
９００９５号公報参照）などがある。
【０００３】ところで、上記炉において、定量の溶湯を
排出するためには、廃棄物を完全に溶融してから排出す
る必要があるが、溶融が完了したかどうかを確認するこ
とが困難である。
排出するためには、廃棄物を完全に溶融してから排出す
る必要があるが、溶融が完了したかどうかを確認するこ
とが困難である。
【０００４】溶融が完了したかどうかを確認するには、
温度を測定したり、棒を溶融池に差し込んで池深さを測
定するなど直接的な方法が考えられる。しかし、前者の
温度を測定する方法は、表面の温度は測定できても、必
ずしも炉底まで廃棄物が溶融している保証はない。ま
た、後者の池深さを測定する方法は、確実ではあるが、
棒の消耗による誤差の補正、棒の交換の煩雑性といった
問題がある。
温度を測定したり、棒を溶融池に差し込んで池深さを測
定するなど直接的な方法が考えられる。しかし、前者の
温度を測定する方法は、表面の温度は測定できても、必
ずしも炉底まで廃棄物が溶融している保証はない。ま
た、後者の池深さを測定する方法は、確実ではあるが、
棒の消耗による誤差の補正、棒の交換の煩雑性といった
問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、汎用
性が高く、手間を要しないで溶融完了を確認するため
に、炉操業時の熱収支の評価により溶融完了を検知する
方法を提供しようとするものである。
性が高く、手間を要しないで溶融完了を確認するため
に、炉操業時の熱収支の評価により溶融完了を検知する
方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のプラズマ溶融炉における溶融完了検知方法の
１つは、プラズマ溶融炉の操業時の熱収支式Ｑp ＝Ｑt
＋Ｑexh ＋Ｑacc ＋Ｑloss＋Ｑmelt（但し、Ｑp:プラズ
マ出力、Ｑt:トーチ冷却損失、Ｑexh:排気損失、Ｑacc:
炉耐火物蓄熱量、Ｑloss：炉体放散熱、Ｑmelt：廃棄物
の溶融に消費された熱量）において、実際の操業データ
から直接得たＱ p :プラズマ出力、Ｑ t :トーチ冷却損失、
Ｑ exh :排気損失、Ｑ loss ：炉体放散熱と、輻射計算によ
る方法で得たＱ acc :炉耐火物蓄熱量とにより、廃棄物の
溶融に消費された熱量Ｑmeltを経時的に算出し、この熱
量Ｑmeltを積算した値が廃棄物の溶融に必要な熱量に達
した時点で溶融完了として検知することを特徴とするも
のである。
の本発明のプラズマ溶融炉における溶融完了検知方法の
１つは、プラズマ溶融炉の操業時の熱収支式Ｑp ＝Ｑt
＋Ｑexh ＋Ｑacc ＋Ｑloss＋Ｑmelt（但し、Ｑp:プラズ
マ出力、Ｑt:トーチ冷却損失、Ｑexh:排気損失、Ｑacc:
炉耐火物蓄熱量、Ｑloss：炉体放散熱、Ｑmelt：廃棄物
の溶融に消費された熱量）において、実際の操業データ
から直接得たＱ p :プラズマ出力、Ｑ t :トーチ冷却損失、
Ｑ exh :排気損失、Ｑ loss ：炉体放散熱と、輻射計算によ
る方法で得たＱ acc :炉耐火物蓄熱量とにより、廃棄物の
溶融に消費された熱量Ｑmeltを経時的に算出し、この熱
量Ｑmeltを積算した値が廃棄物の溶融に必要な熱量に達
した時点で溶融完了として検知することを特徴とするも
のである。
【０００７】本発明のプラズマ溶融炉における溶融完了
検知方法の他の１つは、プラズマ溶融炉の操業時の熱収
支式Ｑ p ＝Ｑ t ＋Ｑ exh ＋Ｑ acc ＋Ｑ loss ＋Ｑ melt （但
し、Ｑ p :プラズマ出力、Ｑ t :トーチ冷却損失、Ｑ exh :排
気損失、Ｑ acc :炉耐火物蓄熱量、Ｑ loss ：炉体放散熱、
Ｑ melt ：廃棄物の溶融に消費された熱量）において、実
際の操業データから計算されたＱ p :プラズマ出力、Ｑ t :
トーチ冷却損失、Ｑ exh :排気損失およびＱ loss ：炉体放
散熱と、溶融池温度を与え、炉内壁面温度のデータから
輻射伝熱計算を行い、耐火物へ吸収された熱量を算出
し、この熱量からＱ loss ：炉体放散熱を差し引いて算出
したＱ acc :炉耐火物蓄熱量とを用いて、廃棄物の溶融に
消費された熱量Ｑ melt を経時的に算出し、この熱量Ｑ
melt を積算した値が廃棄物の溶融に必要な熱量に達した
時点で溶融完了として検知することを特徴とするもので
ある。溶融池温度は、対象とする廃棄物の種類により定
まり、例えば鋼及びコンクリートの混合物では約１５５
０℃である。
検知方法の他の１つは、プラズマ溶融炉の操業時の熱収
支式Ｑ p ＝Ｑ t ＋Ｑ exh ＋Ｑ acc ＋Ｑ loss ＋Ｑ melt （但
し、Ｑ p :プラズマ出力、Ｑ t :トーチ冷却損失、Ｑ exh :排
気損失、Ｑ acc :炉耐火物蓄熱量、Ｑ loss ：炉体放散熱、
Ｑ melt ：廃棄物の溶融に消費された熱量）において、実
際の操業データから計算されたＱ p :プラズマ出力、Ｑ t :
トーチ冷却損失、Ｑ exh :排気損失およびＱ loss ：炉体放
散熱と、溶融池温度を与え、炉内壁面温度のデータから
輻射伝熱計算を行い、耐火物へ吸収された熱量を算出
し、この熱量からＱ loss ：炉体放散熱を差し引いて算出
したＱ acc :炉耐火物蓄熱量とを用いて、廃棄物の溶融に
消費された熱量Ｑ melt を経時的に算出し、この熱量Ｑ
melt を積算した値が廃棄物の溶融に必要な熱量に達した
時点で溶融完了として検知することを特徴とするもので
ある。溶融池温度は、対象とする廃棄物の種類により定
まり、例えば鋼及びコンクリートの混合物では約１５５
０℃である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明のプラズマ溶融炉における
溶融完了検知方法の実施形態を説明する。先ず、プラズ
マ溶融炉の一例を図１によって説明すると、１はバウン
ダリを構成するケーシングで、該ケーシング１内にはプ
ラズマ溶融炉の炉体２が配されており、炉体２はケーシ
ング１が溶接された上部炉体３と下部炉体４とに水冷ジ
ャケット５，６を介して分割され、下部炉体４は上部炉
体３の合わせ面の外側でヒンジ７にて傾動可能に支持さ
れると共に、下部炉体４の底部外面に前記ケーシング１
の底を貫通して設けられた２本のスクリュージャッキ８
の摺動可能な上端８ａが夫々ヒンジ８ｂにて結合されて
いる。下部炉体４の炉底９は傾動側に上向きに傾斜して
いて、その端には溶融物排出口１０が垂直に設けられ、
その排出口１０の下方に溶融物受け容器１１が送り込ま
れるフードシェル１２が下部炉体４と一体に設けられて
いる。上部炉体３には熱源としてプラズマトーチ１３が
球面軸受１４にて全方向に傾動可能に設けられ、これに
対応して下部炉体４の炉底９には電極１５が設けられて
いる。１６は上部炉体３に設けられた排ガスダクトで、
図示せぬ２次燃焼室に連なっている。２次燃焼室では、
燃焼用空気を吹き込み、未然ガスを燃焼させた後、冷却
空気を吹き込み、６００℃まで冷却する。そして排気ガ
スを図示せぬ冷却塔で水噴霧により水冷して、２００℃
程度まで温度を下げた後排気する。前記溶融物排出口１
０とは反対側の上部炉体３の側面には廃棄物投入口１７
が設けられ、この廃棄物投入口１７には炉側より防熱ゲ
ート１８とシールゲート１９が上下に開閉可能に設けら
れている。
溶融完了検知方法の実施形態を説明する。先ず、プラズ
マ溶融炉の一例を図１によって説明すると、１はバウン
ダリを構成するケーシングで、該ケーシング１内にはプ
ラズマ溶融炉の炉体２が配されており、炉体２はケーシ
ング１が溶接された上部炉体３と下部炉体４とに水冷ジ
ャケット５，６を介して分割され、下部炉体４は上部炉
体３の合わせ面の外側でヒンジ７にて傾動可能に支持さ
れると共に、下部炉体４の底部外面に前記ケーシング１
の底を貫通して設けられた２本のスクリュージャッキ８
の摺動可能な上端８ａが夫々ヒンジ８ｂにて結合されて
いる。下部炉体４の炉底９は傾動側に上向きに傾斜して
いて、その端には溶融物排出口１０が垂直に設けられ、
その排出口１０の下方に溶融物受け容器１１が送り込ま
れるフードシェル１２が下部炉体４と一体に設けられて
いる。上部炉体３には熱源としてプラズマトーチ１３が
球面軸受１４にて全方向に傾動可能に設けられ、これに
対応して下部炉体４の炉底９には電極１５が設けられて
いる。１６は上部炉体３に設けられた排ガスダクトで、
図示せぬ２次燃焼室に連なっている。２次燃焼室では、
燃焼用空気を吹き込み、未然ガスを燃焼させた後、冷却
空気を吹き込み、６００℃まで冷却する。そして排気ガ
スを図示せぬ冷却塔で水噴霧により水冷して、２００℃
程度まで温度を下げた後排気する。前記溶融物排出口１
０とは反対側の上部炉体３の側面には廃棄物投入口１７
が設けられ、この廃棄物投入口１７には炉側より防熱ゲ
ート１８とシールゲート１９が上下に開閉可能に設けら
れている。
【０００９】上記構成のプラズマ溶融炉において、廃棄
物の溶融完了を検知するには、プラズマ溶融炉の操業時
に発生する熱収支から廃棄物の溶融に消費された熱量を
算出し、これが廃棄物の溶融に必要な熱量に達した時点
をもって溶融完了として検知する。そのシュミレーショ
ンモデルを図２に示す。廃棄物の溶融に消費された熱量
の算出は次のように行う。プラズマ溶融炉の操業時に発
生する熱収支は、非定常において、 Ｑp ＝Ｑt ＋Ｑexh ＋Ｑacc ＋Ｑloss＋Ｑmelt として示せる。 但し、 Ｑp ：プラズマ出力 Ｑt ：トーチ冷却損失 Ｑexh ：排気損失 Ｑacc ：炉耐火物蓄熱量 Ｑloss：炉体放散熱 Ｑmelt：廃棄物の溶融に消費された熱量 これらのうち、Ｑp ：プラズマ出力、Ｑt ：トーチ冷却
損失、Ｑexh:排気損失、Ｑloss：炉体放散熱は、測定し
ているプラズマ溶融炉の操業データから直接計算され
る。Ｑacc ：炉耐火物蓄熱量は、輻射計算による方法で
求める。即ち、廃棄物の溶融によって下部炉体４の傾斜
炉底９に形成された炉内溶融池の温度を与え、炉内壁面
温度のデータから輻射伝熱計算を行い、耐火物へ吸収さ
れた熱量を算出する。輻射伝熱計算は、炉内を適当なメ
ッシュに分割し、溶融池は温度一定の等温面として、溶
融池と各メッシュとの間の輻射伝熱計算から各熱流束を
求め、これを、全てのメッシュについて合計したもの
が、単位時間当り耐火物に吸収された熱量として求め
る。炉内壁面温度は温度分布に従ってメッシュ分割して
与えるが、炉内壁面温度の差が小さいため実用上は炉頂
部と炉側壁部の２メッシュで十分である。こうして算出
された耐火物への吸収熱量から炉体放散熱を差引いて、
炉耐火物蓄熱量を得る。尚、物性値のパラメータについ
ては、次のパラメータフィッティングの方法で適性値を
求める。即ち、前記のように得られた炉耐火物蓄熱量か
ら耐火物の温度上昇を計算し、耐火物温度を求める。こ
れを時間刻みで繰り返すことにより炉内温度の経時変化
が得られ、これを実際に対象となるプラズマ溶融炉の試
運転から計測された炉内温度経時データと整合させる。
なお、耐火物温度の算出にあたっては、その上昇を厚み
方向の１次関数とする。即ち、外壁では温度上昇０と
し、炉内にいくにしたがって温度上昇が大きくなるよう
にする。
物の溶融完了を検知するには、プラズマ溶融炉の操業時
に発生する熱収支から廃棄物の溶融に消費された熱量を
算出し、これが廃棄物の溶融に必要な熱量に達した時点
をもって溶融完了として検知する。そのシュミレーショ
ンモデルを図２に示す。廃棄物の溶融に消費された熱量
の算出は次のように行う。プラズマ溶融炉の操業時に発
生する熱収支は、非定常において、 Ｑp ＝Ｑt ＋Ｑexh ＋Ｑacc ＋Ｑloss＋Ｑmelt として示せる。 但し、 Ｑp ：プラズマ出力 Ｑt ：トーチ冷却損失 Ｑexh ：排気損失 Ｑacc ：炉耐火物蓄熱量 Ｑloss：炉体放散熱 Ｑmelt：廃棄物の溶融に消費された熱量 これらのうち、Ｑp ：プラズマ出力、Ｑt ：トーチ冷却
損失、Ｑexh:排気損失、Ｑloss：炉体放散熱は、測定し
ているプラズマ溶融炉の操業データから直接計算され
る。Ｑacc ：炉耐火物蓄熱量は、輻射計算による方法で
求める。即ち、廃棄物の溶融によって下部炉体４の傾斜
炉底９に形成された炉内溶融池の温度を与え、炉内壁面
温度のデータから輻射伝熱計算を行い、耐火物へ吸収さ
れた熱量を算出する。輻射伝熱計算は、炉内を適当なメ
ッシュに分割し、溶融池は温度一定の等温面として、溶
融池と各メッシュとの間の輻射伝熱計算から各熱流束を
求め、これを、全てのメッシュについて合計したもの
が、単位時間当り耐火物に吸収された熱量として求め
る。炉内壁面温度は温度分布に従ってメッシュ分割して
与えるが、炉内壁面温度の差が小さいため実用上は炉頂
部と炉側壁部の２メッシュで十分である。こうして算出
された耐火物への吸収熱量から炉体放散熱を差引いて、
炉耐火物蓄熱量を得る。尚、物性値のパラメータについ
ては、次のパラメータフィッティングの方法で適性値を
求める。即ち、前記のように得られた炉耐火物蓄熱量か
ら耐火物の温度上昇を計算し、耐火物温度を求める。こ
れを時間刻みで繰り返すことにより炉内温度の経時変化
が得られ、これを実際に対象となるプラズマ溶融炉の試
運転から計測された炉内温度経時データと整合させる。
なお、耐火物温度の算出にあたっては、その上昇を厚み
方向の１次関数とする。即ち、外壁では温度上昇０と
し、炉内にいくにしたがって温度上昇が大きくなるよう
にする。
【００１０】尚、廃棄物の溶融に必要な熱量は、廃棄物
の成分が明らかな場合には、各成分ごとの比熱と溶融温
度から、計算することができる。また、廃棄物を実際に
溶融し、これを水中で冷却し、その水温上昇から熱量を
実験的に求めることもできる。
の成分が明らかな場合には、各成分ごとの比熱と溶融温
度から、計算することができる。また、廃棄物を実際に
溶融し、これを水中で冷却し、その水温上昇から熱量を
実験的に求めることもできる。
【００１１】
【実施例】本発明のプラズマ溶融炉における溶融完了検
知方法の実施例について説明する。図１のプラズマ溶融
炉において、ドラム缶に鉄・コンクリート等の雑固体廃
棄物を詰めたものを、廃棄物投入口１７の防熱ゲート１
８，シールゲート１９を開けて図示せぬプッシャーにて
炉内に押し込んで投入し、プッシャーを後退させ、廃棄
物投入口１７の防熱ゲート１８，シールゲート１９を閉
じた後、上部炉体３上のプラズマトーチ１３によりドラ
ム缶もろとも雑固体廃棄物の溶融を開始した。溶融開始
１．６時間後にスクリュージャッキ８により下部炉体４
を傾動して、溶融物を排出口１０から予めフードシェル
１２内に挿入セットされて下部炉体４と一体に傾動した
溶融物受け容器１１に排出し、その重量を測定して溶融
熱量を評価する実験を行った。
知方法の実施例について説明する。図１のプラズマ溶融
炉において、ドラム缶に鉄・コンクリート等の雑固体廃
棄物を詰めたものを、廃棄物投入口１７の防熱ゲート１
８，シールゲート１９を開けて図示せぬプッシャーにて
炉内に押し込んで投入し、プッシャーを後退させ、廃棄
物投入口１７の防熱ゲート１８，シールゲート１９を閉
じた後、上部炉体３上のプラズマトーチ１３によりドラ
ム缶もろとも雑固体廃棄物の溶融を開始した。溶融開始
１．６時間後にスクリュージャッキ８により下部炉体４
を傾動して、溶融物を排出口１０から予めフードシェル
１２内に挿入セットされて下部炉体４と一体に傾動した
溶融物受け容器１１に排出し、その重量を測定して溶融
熱量を評価する実験を行った。
【００１２】初期条件に対して炉内伝熱計算を行い、蓄
熱と廃棄物の溶融に消費された熱量を計算し、蓄熱から
耐火物温度上昇を計算する。このステップを刻み時間で
逐次進めることにより、非定常計算を行う。実験で採取
されたデータ（プラズマ出力、トーチ冷却損失、排ガス
温度）は、入力条件として炉内伝熱計算で使用した。以
上の廃棄物の溶融熱量の算出の計算フローを図３に示
す。
熱と廃棄物の溶融に消費された熱量を計算し、蓄熱から
耐火物温度上昇を計算する。このステップを刻み時間で
逐次進めることにより、非定常計算を行う。実験で採取
されたデータ（プラズマ出力、トーチ冷却損失、排ガス
温度）は、入力条件として炉内伝熱計算で使用した。以
上の廃棄物の溶融熱量の算出の計算フローを図３に示
す。
【００１３】上記実験において、溶融に消費される熱量
を求めるシミュレーションを行った。 ＱP ＝Ｑt ＋Ｑexh ＋Ｑacc ＋Ｑloss＋Ｑmelt の熱収支において、 ＱP ＝電流＊電圧 Ｑt ＝冷却水量＊冷却水の入出温度差＊冷却水の比熱 Ｑexh ＝排ガス流量＊排気温度＊排ガスの比熱 但し、排ガス流量は煙突での流量（バグフィルター出
口）から燃焼および冷却空気流量と冷却水噴霧量（水蒸
気に換算）とを差し引いて求める。 Ｑloss＝炉体の冷却水量＊冷却水の入出温度差＊冷却水
の比熱＋水冷部以外の炉体鉄皮からの放散熱 ここで、水冷部以外の炉体鉄皮からの放散熱は、鉄皮温
度と放散面の方向（上、下、横向き）をパラメータとし
て「伝熱工学資料」等から汎用的に計算できる。以上の
４項目は操業データから上記のように直接計算される。
Ｑacc ：耐火物蓄熱量については、後述する方法により
評価され、結果としてＱmelt：廃棄物の溶融に消費され
た熱量が求められる。このようにして経時的に得られた
Ｑmelt：廃棄物の溶融に消費された熱量を積算した。そ
の結果を図４に示す。測定された溶融廃棄物重量は３０
０ｋｇであり、廃棄物の溶融に消費される溶融熱を４５
０kcal/kg とすると、廃棄物の溶融に必要な熱量は1350
00kcalとなり、これを図４でみると溶融完了時間は１．
７５時間となり（図中矢印で表示）、実際の溶融時間
１．６時間とほぼ一致しており、本発明の溶融完了検知
方法が妥当性のある方法であることが確認できた。
を求めるシミュレーションを行った。 ＱP ＝Ｑt ＋Ｑexh ＋Ｑacc ＋Ｑloss＋Ｑmelt の熱収支において、 ＱP ＝電流＊電圧 Ｑt ＝冷却水量＊冷却水の入出温度差＊冷却水の比熱 Ｑexh ＝排ガス流量＊排気温度＊排ガスの比熱 但し、排ガス流量は煙突での流量（バグフィルター出
口）から燃焼および冷却空気流量と冷却水噴霧量（水蒸
気に換算）とを差し引いて求める。 Ｑloss＝炉体の冷却水量＊冷却水の入出温度差＊冷却水
の比熱＋水冷部以外の炉体鉄皮からの放散熱 ここで、水冷部以外の炉体鉄皮からの放散熱は、鉄皮温
度と放散面の方向（上、下、横向き）をパラメータとし
て「伝熱工学資料」等から汎用的に計算できる。以上の
４項目は操業データから上記のように直接計算される。
Ｑacc ：耐火物蓄熱量については、後述する方法により
評価され、結果としてＱmelt：廃棄物の溶融に消費され
た熱量が求められる。このようにして経時的に得られた
Ｑmelt：廃棄物の溶融に消費された熱量を積算した。そ
の結果を図４に示す。測定された溶融廃棄物重量は３０
０ｋｇであり、廃棄物の溶融に消費される溶融熱を４５
０kcal/kg とすると、廃棄物の溶融に必要な熱量は1350
00kcalとなり、これを図４でみると溶融完了時間は１．
７５時間となり（図中矢印で表示）、実際の溶融時間
１．６時間とほぼ一致しており、本発明の溶融完了検知
方法が妥当性のある方法であることが確認できた。
【００１４】Ｑacc の計算方法
＜１＞Ｑacc ＝Ｑrad −Ｑloss（炉蓋および炉側壁それ
ぞれについて） Ｑrad は溶融池から耐火物への輻射熱量を意味し、簡易
的には ＜２＞Ｑrad ＝Ｃrad ・σ・Ｆ・（Ｔmelt 4 −ＴW 4）と
あらわす。 ここで、Ｃrad は射出係数や炉内ガスによる輻射の減衰
などを包括したパラメータと位置づける。（本来であれ
ば耐火物に入る熱量は、２面間の輻射伝熱、ガス体によ
る吸収、対流によるガス体との熱伝達をおのおの計算す
る必要があるが、1000度を超える高温場では一般的に後
者の２つの寄与率は小さいとみなせる）。なお、σはス
テファン−ボルツマン定数、Ｆは２面間の形態係数、Ｔ
meltは溶融池温度、ＴW は耐火物壁面温度を示す。一
方、耐火物に蓄えられた熱Ｑacc によって耐火物温度が
上昇していくから、 ＜３＞Ｑacc ＝ρ・ＣP ・Ｖ・ΔＴw となる。ここでρは耐火物の密度、Ｃp は耐火物の比
熱、Ｖは耐火物の体積、ΔＴW は耐火物の温度上昇であ
る。＜１＞〜＜３＞により、下記＜４＞が求められる。 ＜４＞（Ｃrad ・σ・Ｆ・（Ｔmelt 4 −ＴW 4）−
Ｑloss）・Δｔ＝ρ・Ｃp ・Ｖ・ΔＴW ここでΔｔは時間間隔である。炉内耐火物壁面温度の初
期値から、＜４＞により壁面温度の経時変化が計算され
る。これが、実際の温度データと整合するようにＣrad
を求める。この過程をパラメータフィッティングと称し
た。以上により＜１＞、＜２＞、＜３＞ からＱacc の
経時変化を求めた。
ぞれについて） Ｑrad は溶融池から耐火物への輻射熱量を意味し、簡易
的には ＜２＞Ｑrad ＝Ｃrad ・σ・Ｆ・（Ｔmelt 4 −ＴW 4）と
あらわす。 ここで、Ｃrad は射出係数や炉内ガスによる輻射の減衰
などを包括したパラメータと位置づける。（本来であれ
ば耐火物に入る熱量は、２面間の輻射伝熱、ガス体によ
る吸収、対流によるガス体との熱伝達をおのおの計算す
る必要があるが、1000度を超える高温場では一般的に後
者の２つの寄与率は小さいとみなせる）。なお、σはス
テファン−ボルツマン定数、Ｆは２面間の形態係数、Ｔ
meltは溶融池温度、ＴW は耐火物壁面温度を示す。一
方、耐火物に蓄えられた熱Ｑacc によって耐火物温度が
上昇していくから、 ＜３＞Ｑacc ＝ρ・ＣP ・Ｖ・ΔＴw となる。ここでρは耐火物の密度、Ｃp は耐火物の比
熱、Ｖは耐火物の体積、ΔＴW は耐火物の温度上昇であ
る。＜１＞〜＜３＞により、下記＜４＞が求められる。 ＜４＞（Ｃrad ・σ・Ｆ・（Ｔmelt 4 −ＴW 4）−
Ｑloss）・Δｔ＝ρ・Ｃp ・Ｖ・ΔＴW ここでΔｔは時間間隔である。炉内耐火物壁面温度の初
期値から、＜４＞により壁面温度の経時変化が計算され
る。これが、実際の温度データと整合するようにＣrad
を求める。この過程をパラメータフィッティングと称し
た。以上により＜１＞、＜２＞、＜３＞ からＱacc の
経時変化を求めた。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明のプラズ
マ溶融炉における溶融完了検知方法は、プラズマ溶融炉
の操業時の熱収支から廃棄物の溶融に消費された熱量を
割り出し、この熱量が廃棄物の溶融に必要な熱量に達し
た時点で溶融完了として検知するのであるから、特別の
検知手段を別途設けることなく確実に溶融の完了を検知
でき、定量の溶湯の排出が可能となる。また、溶融完了
検知に手間がかからず、プラズマ溶融炉に限らず他の溶
融炉においても適用可能で、汎用性が高いものである。
マ溶融炉における溶融完了検知方法は、プラズマ溶融炉
の操業時の熱収支から廃棄物の溶融に消費された熱量を
割り出し、この熱量が廃棄物の溶融に必要な熱量に達し
た時点で溶融完了として検知するのであるから、特別の
検知手段を別途設けることなく確実に溶融の完了を検知
でき、定量の溶湯の排出が可能となる。また、溶融完了
検知に手間がかからず、プラズマ溶融炉に限らず他の溶
融炉においても適用可能で、汎用性が高いものである。
【図１】プラズマ溶融炉の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明のプラズマ溶融炉における溶融完了検知
方法のシュミレーションモデルを示す図である。
方法のシュミレーションモデルを示す図である。
【図３】本発明のプラズマ溶融炉における溶融完了検知
方法の実験例の廃棄物溶融熱量算出の計算フローを示す
図である。
方法の実験例の廃棄物溶融熱量算出の計算フローを示す
図である。
【図４】実験例の結果をシュミレーションした結果を示
すグラフである。
すグラフである。
２ プラズマ溶融炉の炉体
３ 上部炉体
４ 下部炉体
７ ヒンジ
８ スクリュージャッキ
９ 傾斜炉底
１０ 溶融物排出口
１１ 溶融物受け容器
１３ プラズマトーチ
１５ 電極
１７ 廃棄物投入口
１８ 防熱ゲート
１９ シールゲート
フロントページの続き
(72)発明者 磯崎 勝
東京都江東区南砂２丁目６番５号 川崎
重工業株式会社 東京設計事務所内
(72)発明者 山口 昇
東京都江東区南砂２丁目６番５号 川崎
重工業株式会社 東京設計事務所内
(72)発明者 林 昭彦
東京都千代田区内幸町２丁目２番３号
川崎製鉄株式会社内
(72)発明者 佐藤 稔也
東京都千代田区内幸町２丁目２番３号
川崎製鉄株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマ溶融炉の操業時の熱収支式Ｑp
＝Ｑt ＋Ｑexh ＋Ｑacc ＋Ｑloss＋Ｑmelt（但し、Ｑp:
プラズマ出力、Ｑt:トーチ冷却損失、Ｑexh:排気損失、
Ｑacc:炉耐火物蓄熱量、Ｑloss：炉体放散熱、Ｑmelt：
廃棄物の溶融に消費された熱量）において、実際の操業
データから直接得たＱ p :プラズマ出力、Ｑ t :トーチ冷却
損失、Ｑ exh :排気損失、Ｑ loss ：炉体放散熱と、輻射計
算による方法で得たＱ acc :炉耐火物蓄熱量とにより、廃
棄物の溶融に消費された熱量Ｑmeltを経時的に算出し、
この熱量Ｑmeltを積算した値が廃棄物の溶融に必要な熱
量に達した時点で溶融完了として検知することを特徴と
するプラズマ溶融炉における溶融完了検知方法。 - 【請求項２】 プラズマ溶融炉の操業時の熱収支式Ｑ p
＝Ｑ t ＋Ｑ exh ＋Ｑ acc ＋Ｑ loss ＋Ｑ melt （但し、Ｑ p :
プラズマ出力、Ｑ t :トーチ冷却損失、Ｑ exh :排気損失、
Ｑ acc :炉耐火物蓄熱量、Ｑ loss ：炉体放散熱、Ｑ melt ：
廃棄物の溶融に消費された熱量）において、実際の操業
データから計算されたＱ p :プラズマ出力、Ｑ t :トーチ冷
却損失、Ｑ exh :排気損失およびＱ loss ：炉体放散熱と、
溶融池温度を与え、炉内壁面温度のデータから輻射伝熱
計算を行い、耐火物へ吸収された熱量を算出し、この熱
量からＱ loss ：炉体放散熱を差し引いて算出したＱ acc :
炉耐火物蓄熱量とを用いて、廃棄物の溶融に消費された
熱量Ｑ melt を経時的に算出し、この熱量Ｑ melt を積算し
た値が廃棄物の溶融に必要な熱量に達した時点で溶融完
了として検知することを特徴とするプラズマ溶融炉にお
ける溶融完了検知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28134598A JP3378984B2 (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | プラズマ溶融炉における溶融完了検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28134598A JP3378984B2 (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | プラズマ溶融炉における溶融完了検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000111021A JP2000111021A (ja) | 2000-04-18 |
| JP3378984B2 true JP3378984B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=17637825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28134598A Expired - Fee Related JP3378984B2 (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | プラズマ溶融炉における溶融完了検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3378984B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5637366B2 (ja) * | 2010-08-19 | 2014-12-10 | 一般財団法人電力中央研究所 | 放射性廃棄物の溶融処理時における溶融状況の検出装置 |
-
1998
- 1998-10-02 JP JP28134598A patent/JP3378984B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000111021A (ja) | 2000-04-18 |
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