JP3534680B2 - 灰溶融炉の運転方法 - Google Patents

灰溶融炉の運転方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ等の焼却灰を
溶融処理し、スラグ化した焼却灰を資源化する灰溶融炉
において、焼却灰の量が少なくとも溶融効率を向上させ
る灰溶融炉の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】灰溶融炉は、ごみ焼却灰の有効利用を図
るためのものであり、灰溶融炉により溶融した焼却灰
は、低沸点の揮散物や、金属類及びその他成分のスラグ
に分け、無害化するとともに、そのリサイクルを図って
いる。こうした焼却灰の溶融炉のニーズが増加してきて
いる。これらの灰溶融炉には、焼却灰の溶融のための重
油等を燃料にするバーナ式灰溶融炉や、プラズマ式灰溶
融炉等のように電気を用いて灰を溶融するものが知られ
ている。
【0003】また、灰溶融炉に焼却灰を供給する焼却炉
では、ごみを焼却させることにより、その焼却熱を利用
してボイラーによる自家発電によって電力を得ている。
このごみ焼却で得た電気を、例えば電気式の灰溶融炉で
焼却灰の溶融等に用い、余った電気は他の施設に利用し
たり、電気を売ることもできる(以下、これを売電金と
いう)。ごみ焼却炉は、焼却炉毎にごみ焼却量の定格が
決まっており、例えば、1日あたり500トンのごみを
焼却できる焼却炉は、定格連続運転により500トンの
ごみを焼却し、ごみの焼却による発電量は、ごみの焼却
量に比例する。また、焼却灰を溶融する灰溶融炉も灰の
溶融量の定格が決まっており、例えば、1日あたり50
トンの焼却灰を溶融できる灰溶融炉は、その定格連続運
転で50トンの焼却灰を溶融する。一方、灰溶融炉は装
置を起動させるのに長時間かかるため、定格が1日あた
り50トンの灰溶融炉では、焼却灰の量が1日に50ト
ンに満たない場合は、焼却灰の量を少なくすることによ
り灰溶融炉に灰を連続的に投入し、灰溶融炉の火を落と
さないように連続運転するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな運転方法では、焼却灰の量が多い場合には、溶融効
率が良く支障はないが、焼却灰の量が少ない場合には溶
融効率が低く無駄な電力を必要としている問題があっ
た。また、灰溶融炉の連続運転は灰溶融炉の炉壁の浸食
を増進させ、その寿命を短くする問題もある。本発明は
このような課題に鑑みてなされたもので、焼却灰の量が
灰溶融炉の定格処理能力よりも少ないときに、焼却灰を
溶融させるための電力を従来よりも効率良くする灰溶融
炉の運転方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し、
該焼却灰を加熱手段により加熱して溶融することにより
スラグ化する灰溶融炉の運転方法において、上記炉室内
への焼却灰の供給を停止する際に、上記加熱手段の加熱
力を減じて上記炉室内を保温状態にすることにより、上
記炉室内の少なくとも一部のスラグを溶融状態に維持さ
る保温運転と、再度焼却灰を炉室内へ投入する際に、
上記加熱手段の加熱力を増して上記焼却灰をスラグ化す
るようにした定格運転とを、交互に繰り返すバッチ運転
を行うようにしている。また、本発明の溶融炉の運転方
法は、溶融炉本体がプラズマアーク式灰溶融炉であれば
これを用い、焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し、該
焼却灰を加熱手段により加熱して溶融することによりス
ラグ化する灰溶融炉の運転方法において、上記加熱手段
が、炉底電極及び炉室内を昇降可能なプラズマ電極を備
えたプラズマ装置であり、上記炉室内への焼却灰の供給
を停止する際に、上記プラズマ電極の直下の導通を維持
できる最低電力に維持して上記炉室内を保温状態にする
ことにより、上記炉室内の少なくとも一部のスラグを溶
融状態に維持させる保温運転と、再度焼却灰を炉室内へ
投入する際に、上記加熱手段の加熱力を増して上記焼却
灰をスラグ化するようにした定格運転とを、交互に繰り
返すバッチ運転を行うようにしている。また、このプラ
ズマアーク式灰溶融炉は、上記プラズマ電極の下端部と
上記炉室内のスラグとの間における隙間を40mm以下
に維持することにより、上記炉室内を保温状態にするこ
とができる。さらに、このプラズマアーク式灰溶融炉
は、上記プラズマ電極の下部に上記スラグの融点に近い
金属材料を投入することにより、上記炉室内を保温状態
にすることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
灰溶融炉の運転方法について図面を参照しながら説明す
る。図1は、本発明に係るプラズマアーク式灰溶融炉1
を示し、この灰溶融炉1は、1日あたり50トンを溶融
処理する定格能力があり、灰溶融炉1には、溶融炉本体
2に囲まれた炉室6を設けている。灰溶融炉1には、プ
ラズマ電極4、炉底電極7及び直流電源8等を備えたプ
ラズマ装置が設けられ、プラズマ電極4は、溶融炉本体
2の天井壁3を貫通して配設されるとともに、昇降装置
15に支持されることにより炉室6を上下動できるよう
に構成されている。本実施形態では、プラズマ電極4
は、黒鉛であり横断面が円形であるロッド状のものを用
いている。プラズマ電極4の下端部には、その先端と対
向する炉底壁5に炉底電極7を設置し、これらの電極
4,7間に、プラズマ発生用の直流電源8を接続してい
る。直流電源8は、炉底電極7側に+を接続し、プラズ
マ電極4側に−を接続している。
【0007】溶融炉本体2は、外壁を鉄皮10で覆い、
内壁はレンガ等の耐火材11で形成し、それらの間に耐
火材11を冷却する冷却ジャケット9を配設している。
冷却ジャケット9は水冷式のものを使用している。溶融
炉本体2に形成したプラズマ電極4用の貫通孔には、環
状の絶縁スリーブ12を装着し、炉底電極7が貫通する
孔には環状の絶縁スリーブ13を装着している。これら
絶縁スリーブ12,13は、鉄皮10とプラズマ電極4
及び炉底電極7との電気的接触を防いでいる。そして、
溶融炉本体2の下壁部には、溶融スラグの排出口である
出滓口18が配設されている。なお、灰溶融炉1には、
焼却灰の投入口など図示されていない灰投入用のホッパ
ー等の装備や。プラズマ等を制御する制御装置等が多数
配設されているが、それらの詳細な説明は省略する。
【0008】次に、本発明の実施の形態の作用について
説明する。図1に示すように、灰溶融炉1の炉室6に
は、図示しない投入口から炉底壁上に図示しない焼却灰
が投入されている。灰溶融炉1の炉室6を還元雰囲気に
した状態で、直流電源8により電圧を電極4,7間に印
加する。すると、該電極4,7間にプラズマアークが発
生し、炉室6が1000℃以上の雰囲気となり、焼却灰
が溶融する。焼却灰は溶融してスラグとなり、出滓口1
8から排出し、スラグ14の用途に合わせて再利用され
る。
【0009】灰溶融炉1は、焼却灰の量が1日当たり5
0トン以上ある場合は、50トン/日の処理量で定格連
続運転される。この際、プラズマを発生させるため、プ
ラズマ電極4の下端部とスラグ14の上面間のアーク長
Hは、通常約40〜70mmである。しかしながら、焼
却灰の供給量が少ない状態では、例えば、焼却灰が1日
当たり40トンであれば、灰溶融炉1の定格連続運転に
より、40トンを処理し、処理すべき灰が無くなった場
合は、定格運転ができる程度の灰が次に供給されるまで
の間、灰溶融炉1の稼働を停止状態にしないで保温状態
にしておく。
【0010】なお、灰溶融炉1の定格運転とは、灰溶融
炉1の定格が1日に50トンの焼却灰の溶融能力があれ
ば、そのプラズマの出力状態を維持させて運転すること
である。これは装置の処理能力によって個々異なる。ま
た、保温運転の方法は、炉底のスラグ池全体を加熱する
必要がなく、プラズマの発生を維持できればよく、プラ
ズマ直下のスラグに導電性が出る程度の最低出力にして
おく。この最低出力は運転時の炉体冷却熱量の約70%
であり、70%にする手段は、昇降装置15によりプラ
ズマ電極4を下方に降ろし、プラズマ電極4の下端部と
スラグ14間の距離Hを40mm以下にすればよい。な
お、定格運転と保温運転を交互に繰り返す運転方法を以
下、バッチ運転と称す。
【0011】
【表1】
【0012】表1は、本発明の灰溶融炉と従来例による
灰溶融炉の計算結果による特性を示す。表1の上半分は
従来の灰溶融炉を連続運転したものを示し、その下半分
は本実施形態のバッチ運転を示し、欄内の各項目は以下
の通りである。 [ごみ焼却量]:ごみ焼却量は1日当たりで焼却できる
ごみ焼却炉の焼却量であり、単位を(ton/d)で示
す。dは1日を意味する。
【0013】[発電量]:ごみ焼却炉によって、ごみを
焼却することによって得る1日あたりの電気の発電量を
示す。ごみの1tonあたりの発電量は240kWhと
している。 [灰発生量]:灰の発生量は、ごみの焼却重量の0.1
倍で計算している。単位は、(ton/d)である。
【0014】[消費電力量]:消費電力量は、連続運転
(従来)では、 (消費電力量)=(灰溶融)+(炉体冷却) バッチ運転(本実施形態)では、 (消費電力量)=(灰溶融)+(炉体冷却)+(保温) 灰溶融炉での消費電力は、灰を溶融する灰溶融電力と炉
体保護のために冷却する炉体冷却からなるので、灰溶融
炉の定格運転時の消費電力の内訳を灰溶融を60%と
し、炉体冷却を40%としている。連続運転で保温がな
いのは、保温しないからである。
【0015】[炉体冷却電力]:炉体冷却は、従来の連
続運転では、焼却灰の処理量によって変化させないの
で、一律の16000kWh/dにしている。バッチ運
転の焼却灰50ton/d溶融時では、常時冷却してい
るので、炉体冷却は連続運転と同じ16000kWh/
dであり、焼却灰の処理量が少なくなるにつれて、すな
わちバッチ運転の保温時間では灰溶融炉を冷却しないの
で、保温時間が長くなるにつれて、炉体冷却電力量が少
なくなる。 [灰溶融電力]:焼却灰のみを溶融するための電力であ
る。 [保温]:保温は、経験上炉体冷却電力の70%として
いる。 [売電力代金]:売電量は、1kWhにつき7円と設定
している。したがって、 (売電力代金)=((発電量)−(消費電力))×7円 で計算している。表1の結果から得た、灰溶融炉の消費
電力量とごみ焼却量との関係を図2に示す。従来の灰溶
融炉1の定格連続運転の場合と本実施形態のバッチ運転
における定格連続運転の場合は、消費電力量が同じであ
るが、ごみ処理量(灰溶融量)が少なくなるほど、バッ
チ運転の方が、連続運転よりも消費電力量が小さくなっ
ていることが分かる。表2及び図3に、ごみ焼却量と売
電金との関係を示す。
【0016】
【表2】
【0017】図3に示すように、灰溶融炉1の定格連続
運転の場合と本実施形態のバッチ運転における定格連続
運転の場合は、売電金が同じであるが、ごみ処理量(灰
溶融量)が少ないほど、本実施形態のバッチ運転の方
が、連続運転よりも売電金の値が大きくなっていること
が分かる。具体的には表2に示すように、定格500t
on/dのごみ焼却炉を用い、該焼却炉を100ton
/dで運転する場合には、灰溶融炉の従来における連続
運転では売電金が約22000円/dであり、本実施形
態の灰溶融炉のバッチ運転では売電金が約49000/
dであり、バッチ運転の方が2倍以上有利となる。ま
た、焼却炉を200ton/dで運転する場合には、灰
溶融炉の従来の連続運転では売電金が約157000円
/dであり、本実施形態の灰溶融炉のバッチ運転では売
電金が約177000円/dであり、バッチ運転の方が
13%程度有利である。なお、昼間は電気を高く得るこ
とができるので、昼間にごみを焼却して売電金し、夜間
に焼却灰を溶融すれば、売電金が大きくなる。
【0018】このように、処理できる焼却灰が溶融炉の
定格量以下で運転する場合には、連続運転よりもバッチ
運転の方が適しているといえる。また、耐火物の浸食は
灰投入時間とともに増加し、保温運転時には浸食が少な
いので、バッチ運転は溶融炉の耐久性向上にも効果があ
る。以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿
論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的
思想に基いて種々の変形が可能である。例えば、灰溶融
炉1を保温状態にするために上記実施の形態では、プラ
ズマ電極4とスラグ14間の距離Hを40mm以下とし
たが、灰溶融炉1を保温状態にする方法は、これに限ら
ず、プラズマ電極4の高さを低くしないで、保温時にプ
ラズマ電極1の直下にスラグと同程度の融点の金属を投
入することで溶融スラグ液面にスラグの凝固膜ができて
導通不良となる心配がなくなるので、スラグ温度を更に
低下する、つまり電力を更に低下する方法もある。ま
た、上記実施の形態では、プラズマアーク式灰溶融炉を
例にあげたが、誘導加熱コイル式のものや、その他、バ
ーナ式の灰溶融炉にも適用が可能であり、バッチ運転す
ることが可能である。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、焼却
物を燃焼して生成した焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投
入し、加熱手段により加熱して溶融することにより焼却
灰をスラグ化する灰溶融炉の運転方法において、上記炉
室内に投入する焼却灰量が、上記溶融炉本体の焼却灰の
溶融能力よりも少なく、溶融炉本体内に投入する焼却灰
が途絶えたときに、再度焼却灰が投入されるまでの間、
上記炉室内を加熱手段により保温状態にしているので、
灰溶融炉の処理定格量よりも焼却灰が少ないような場合
に、従来の連続運転よりも消費電力を小さくすることが
でき、また売電金料も有利になる。灰溶融炉を保温状態
にするのでその浸食も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるプラズマアー
ク式灰溶融炉の概略断面図である。
【図2】本実施の形態と従来による灰溶融炉の運転方法
におけるごみ処理量と電力量との関係を示すグラフ線図
である。
【図3】本実施の形態と従来による灰溶融炉の運転方法
におけるごみ処理量と売電金との関係を示すグラフ線図
である。
【符号の説明】
1 プラズマアーク式灰溶融炉 2 溶融炉本体 3 天井壁 4 プラズマ電極 5 炉底壁 6 炉室 7 炉底電極 8 直流電源 10 鉄皮 11 耐火材 12,13 絶縁スリーブ 14 スラグ 15 昇降装置
フロントページの続き (72)発明者 山田 明弘 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (56)参考文献 特開 平5−87318(JP,A) 特開 平3−17413(JP,A) 特開 平10−253266(JP,A) 特開 平10−253049(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23J 1/00 B09B 3/00 F27B 3/08 F27B 3/20 F23G 5/00 115

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し、
    該焼却灰を加熱手段により加熱して溶融することにより
    スラグ化する灰溶融炉の運転方法において、 上記炉室内への焼却灰の供給を停止する際に、上記加熱
    手段の加熱力を減じて上記炉室内を保温状態にすること
    により、上記炉室内の少なくとも一部のスラグを溶融状
    態に維持させる保温運転と、再度焼却灰を炉室内へ投入
    する際に、上記加熱手段の加熱力を増して上記焼却灰を
    スラグ化するようにした定格運転とを、交互に繰り返す
    バッチ運転を行うことを特徴とする灰溶融炉の運転方
    法。
  2. 【請求項2】 焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し、
    該焼却灰を加熱手段により加熱して溶融することにより
    スラグ化する灰溶融炉の運転方法において、 上記加熱手段が、炉底電極及び炉室内を昇降可能なプラ
    ズマ電極を備えたプラズマ装置であり、上記炉室内への
    焼却灰の供給を停止する際に、上記プラズマ電極の直下
    の導通を維持できる最低電力に維持して上記炉室内を保
    温状態にすることにより、上記炉室内の少なくとも一部
    のスラグを溶融状態に維持させる保温運転と、再度焼却
    灰を炉室内へ投入する際に、上記加熱手段の加熱力を増
    して上記焼却灰をスラグ化するようにした定格運転と
    を、交互に繰り返すバッチ運転を行うことを特徴とする
    灰溶融炉の運転方法。
  3. 【請求項3】 上記プラズマ電極の下端部と上記炉室内
    のスラグとの間における隙間を40mm以下に維持する
    ことにより、上記炉室内を保温状態にしたことを特徴と
    する請求項2に記載の灰溶融炉の運転方法。
  4. 【請求項4】 上記プラズマ電極の下部に上記スラグの
    融点に近い金属材料を投入することにより、上記炉室内
    を保温状態にしたことを特徴とする請求項2に記載の灰
    溶融炉の運転方法。
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