JP3534695B2 - プラズマ灰溶融炉の運転方法 - Google Patents

プラズマ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
溶融処理してスラグ化した焼却灰を、資源化若しくは減
量化するプラズマ灰溶融炉において、溶融メタルを排出
した後に灰溶融炉を安定させて運転することができるプ
ラズマ灰溶融炉の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】灰溶融炉は、ごみ焼却灰の減容化または
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、アー
ク式灰溶融炉及びプラズマ式灰溶融炉等のように電気を
熱源として灰を溶融するものが知られている。
【0003】灰溶融炉では、焼却灰が溶融されると焼却
灰は溶融スラグとなり、焼却灰に含まれるメタル成分が
溶融すると溶融メタルとなり、両者は灰溶融炉の炉底に
溜まる。溶融スラグは、炉底に溜まると溶融スラグの排
出口である出滓口からオーバフローすることにより炉室
外に排出される。一方、溶融スラグよりも比重の大きい
溶融メタルは、溶融スラグ層の下に沈殿し、灰溶融炉の
運転を長時間継続すると溶融メタル層が厚くなり、溶融
スラグ層の割合が低くなる。スラグ層が薄くなると電源
電圧が変動し、運転に支障をもたらしたりするため、溶
融メタルの沈殿層が灰溶融炉の炉底に溜まった場合は、
炉室外に排出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、溶融メ
タルを排出した後は、溶融メタル上の溶融スラグ層の厚
さが薄い場合に多量の灰を投入すると、主電極の下部に
未溶融焼却灰が到達することがあり、これによりプラズ
マ電極がアーク切れを起こすことがある。本発明は、こ
のような事情に鑑みてなされたもので、溶融メタルを炉
室外に排出した後に、プラズマ灰溶融炉を安定状態で運
転することができるプラズマ灰溶融炉の運転方法を提供
することを目的とする。
【0005】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、該焼却灰及び該焼
却灰に含まれるメタル成分を含む溶融対象物を、プラズ
マアークにより加熱して溶融スラグ及び溶融メタルを生
成するプラズマ灰溶融炉の運転方法において、上記溶融
メタルを上記炉室から排出した後、上記溶融スラグが上
記炉室の出滓口からオーバフローするまでのプラズマア
ークが消失するおそれがある間に、炉室内雰囲気温度が
予め設定した下限値以下になると、焼却灰の投入を停止
し若しくは軽減するようにした。また、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、該焼却灰及び該焼却灰に含まれるメタル成分を含
む溶融対象物を、プラズマアークにより加熱して溶融ス
ラグ及び溶融メタルを生成するプラズマ灰溶融炉の運転
方法において、上記溶融メタルを上記炉室から排出した
後、上記溶融スラグが上記炉室の出滓口からオーバフロ
ーするまでのプラズマアークが消失するおそれがある
に、上記溶融スラグの温度が予め設定した下限値以下に
なると焼却灰の投入を停止し若しくは軽減するようにし
た。さらに、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、該焼却灰及び該焼却
灰に含まれるメタル成分を含む溶融対象物を、プラズマ
アークにより加熱して溶融スラグ及び溶融メタルを生成
するプラズマ灰溶融炉の運転方法において、上記溶融メ
タルを上記炉室から排出した後、上記溶融スラグが上記
炉室の出滓口からオーバフローするまでのプラズマアー
クが消失するおそれがある間に、上記プラズマ装置の電
極間に一定電流を流し、上記電極間の電圧変動が予め設
定した上限幅以上になると焼却灰の投入を停止若しくは
軽減するようにした。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態によるプ
ラズマ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及び図2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は内壁11に囲ま
れた炉室6を設け、内壁11は耐熱レンガ等の耐熱材に
より形成されている。また、灰溶融炉1には、炉室6側
に配設される主電極4、炉室6の炉底壁5に配設される
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
けられている。主電極4は、溶融炉本体2の天井壁3を
貫通して垂下され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内を上下動できるように
構成されている。主電極4は、金属または黒鉛製であ
り、内部にプラズマ用ガスを発生させる通路を形成した
円筒形状のものを用いている。主電極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、主電極4側に−を接続している。
【0007】溶融炉本体2の内壁11部には、焼却灰2
6の供給装置25により焼却灰26が炉室6内に供給で
きるように開口が形成されている。溶融炉本体2の天井
壁3には覗き窓12が設けられ、覗き窓12は、ほぼ出
滓口18の入口側上部の直上方に配設されている。覗き
窓12の上部には、放射温度計13が配設され、波長が
3μm以上の長波長のものが使用でき、本実施の形態で
は、2波長で温度を検出する2色式放射温度計を用いて
いる。この放射温度計13は、溶融スラグ23の温度を
計測することができる。また、溶融炉本体2には内壁1
1及び鉄皮10を貫通する覗き窓16を設け、覗き窓1
6の外側には、赤外線カメラ17を配設している。赤外
線カメラ17の波長は、3μm以上のものが使用できる
が、8μm以上のものが好ましい。この赤外線カメラ1
7は、主電極4の先端(下端)周辺部を観察できるよう
に配設されている。さらに、内壁11には、炉室6内の
雰囲気温度を計測する温度計27を設けている。
【0008】次に、本発明の実施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、
図示しない灰投入口から炉底壁上に焼却灰26が投入さ
れ、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
内が1000℃以上の雰囲気となり、焼却灰が溶融す
る。焼却灰26は溶融してスラグ23となり、焼却灰2
6中に含まれているメタル成分が溶融して溶融スラグ2
3の下に沈む溶融メタル24となる。溶融スラグ23及
び溶融メタル24が炉底に溜まり、溶融スラグ23の溶
融面が出滓口18の高さに達すると、スラグ23が出滓
口18から溢れでて出滓樋19を通って、次工程におけ
るスラグの空冷処理または水砕処理により冷却がなされ
る。他方、溶融メタル24が炉底5に所定量以上溜まっ
たような場合は、図示しない溶融炉本体2を傾倒させる
傾倒装置により出滓口18側の高さを低くすることによ
り、出滓樋19から溶融メタル24を排出することがで
きる。または傾倒式の灰溶融炉でなければ、炉壁に孔を
開けて溶融メタル24を排出するマッドガン方式により
溶融メタル24を排出してもよい。
【0009】図3に示すように、溶融メタル24の排出
後は、溶融スラグ23層が薄く、ホッパー25から供給
される多量の焼却灰26が主電極4の下方にまで流れて
くると、上記したようにプラズマ電極4,7のアーク切
れが発生することがある。本実施形態の第1実施例で
は、以下のような灰溶融炉の運転方法によりそれを防止
する。図4は、横軸を時間tとし、縦軸を灰投入量及び
炉室6の雰囲気温度を示すとともに、溶融メタル24の
排出後、溶融スラグ23が出滓口18からオーバフロー
するまでの、予め試験により定めた炉室雰囲気温度の上
限値及び下限値を示している。設定温度の下限値は、焼
却灰26が主電極4の直下に到達している場合におい
て、プラズマ電極4,7のアークが消失するおそれがあ
る場合の最高温度である。上限値は、プラズマ電極4,
7の電力を無駄に使用しない状態、すなわち、炉壁の破
損や、焼却灰26の無駄な加熱が生じないと思われる最
小温度を示す。
【0010】具体的には、焼却灰を炉室6に一定量を連
続的に投入している場合に、炉室6の雰囲気温度を温度
計27により随時計測する。図5のフローチャートに示
すように、炉室6の雰囲気温度Tが、下限値T1に達し
たとき若しくは下限値T1よりも下回った時に、焼却灰
26の現時点での投入量AtをdAだけ減少若しくは停
止する。なお、炉室6の雰囲気温度Tが、温度計27に
より計測されて、図示しない制御装置により、灰フィー
ダ等の供給装置25を制御して、焼却灰26の変更後の
供給量At-1に調節する。また、炉室6の雰囲気温度T
が上限値T2に達したときまたは越えたときには、焼却
灰26の現時点での投入量AtをdAだけ増量する。な
お、本実施の形態では、炉室6内の雰囲気温度の上限値
T2は1300℃に設定し、下限値T1は900℃であ
る。したがって、本実施例では、炉室6の雰囲気温度T
を適度に調節することにより、溶融スラグ23層の厚さ
が薄いときに、大量の焼却灰26が主電極4の直下に到
達するようなことがあっても、プラズマ電極4,7のア
ークが消失するようなことを防止できる。監視用の赤外
線カメラ17は、主電極4の直下の溶融スラグ23上に
浮いている焼却灰26の厚さ等を観察することができ、
主電極4の直下に焼却灰26が到達したときにのみ、雰
囲気温度の測定を行ってもよい。
【0011】次に、第2実施例によるプラズマ灰溶融炉
の運転方法を説明する。上記第1実施例では、炉室6の
雰囲気温度を計測して、焼却灰26の供給量を調節した
のに対し、本実施例では、溶融スラグ23の温度を計測
することにより、焼却灰26の投入量を制御する。焼却
灰26の温度は、赤外線放射温度計13により計測する
ことができる。すなわち、図6に示すように、横軸を時
間tとし、縦軸を灰投入量及び溶融スラグ23の温度と
し、溶融メタル24の排出後、溶融スラグ23が出滓口
18からオーバフローするまでの、スラグ温度を測定し
予め試験により定めた炉室6における溶融スラグ23の
設定温度の下限値及び上限値内に、スラグ温度があるか
否かを判断する。
【0012】そして、上記第1の実施例と同様に、炉室
6のスラグ温度Tが、下限値T1に達したとき若しくは
下限値T1よりも下回った時に、焼却灰26の投入量を
減少若しくは停止する。また、炉室6のスラグ温度Tが
上限値T2に達したときまたは越えたときには、焼却灰
26の投入量を増量する。なお、本実施の形態では、ス
ラグ温度の上限値T2を1600℃とし、下限値T1を
1300℃に設定することにより効果を得ている。した
がって、本実施例でも、炉室6の雰囲気温度Tを適度に
調節することにより、溶融スラグ23層の厚さが薄いと
きに、大量の焼却灰26が主電極4の直下に到達して
も、プラズマ電極4,7のアークが消失することを防止
できる。
【0013】次に、第3の実施例によるプラズマ灰溶融
炉の運転方法を説明する。上記各実施例では、炉室6の
雰囲気温度若しくは、溶融スラグの温度を計測すること
により、焼却灰26の供給量を調節したのに対し、本実
施例では、プラズマ電極4,7の電圧値の変動幅を計測
することにより、焼却灰26の投入量を制御する。プラ
ズマ電極4,7の電圧値の変動幅は、プラズマ電極4,
7を可変電圧とし、プラズマ電極4,7間に流れる電流
値を一定にすることにより行うことができる。
【0014】すなわち、図7に示すように、横軸を時間
tとし、縦軸に灰投入量及び電圧の変動幅を示すととも
に、溶融メタル24の排出後、溶融スラグ23が出滓口
18からオーバフローするまでの、運転を予め試験によ
り行い、電圧幅の変動が大きくプラズマ電極4,7のア
ークが消灯するおそれがある電圧幅の最大値を設定し、
電圧幅がその範囲内にあるか否かを判断する。なお、電
圧幅の変動は安定しているほどよいので、電圧幅の最小
値を求める必要はない。本実施の形態では、電圧変動幅
が5msで直流電源装置の定格電圧値の5%以下の電圧
に押さえるようにした。例えば、定格電圧値1000V
であれば5msの間に50Vの変動幅内に抑えるように
した。そして、灰溶融炉1の運転中に電圧幅の変動値が
設定幅を越えるようなときは、焼却灰26の投入量を減
少若しくは停止する。したがって、本実施例でも、電圧
の変動幅を適正電圧幅内になるように、焼却灰26の投
入量を適度に調節することにより、溶融スラグ23層の
厚さが薄いときに、大量の焼却灰26が主電極4の直下
に到達しても、プラズマ電極4,7のアークが消失する
ことを防止できる。
【0015】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。上記実
施の形態では、炉室6の雰囲気温度、溶融スラグ23の
温度及びプラズマ電極4の電圧の変動幅の3つの要素を
独立して計測したが、これらの要素を併せて、若しくは
任意の2つの要素により焼却灰の供給量を調節するよう
にしてもよい。例えば、上記実施の形態では、室内側に
配設される主電極及び炉底に配設される炉底電極を備え
たプラズマ灰溶融炉に適用したが、正電極及び負電極が
共に炉室内に配設されるプラズマ灰溶融炉にも勿論適用
が可能である。さらには、上記実施の形態では、炉室雰
囲気温度の下限値、上限値を設定したが、その間の温度
に対応(例えば、温度に比例)させて、焼却灰の投入量
の増減を行っても良い。同様にして、溶融スラグの温度
に対応させて、焼却灰の投入量を増減させてもよい。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、灰溶
融炉本体から溶融メタルを排出した後、炉室内雰囲気温
度、スラグ温度、プラズマ電極の電圧変動幅の各要素か
ら予めプラズマ電極のプラズマアークが消失する条件を
観察し、その観察データから、プラズマアークが消失し
ない条件を設定しておき、炉室内雰囲気温度、溶融スラ
グ温度または(及び)プラズマ電極の電圧の変動幅等が
その値に近づいたような場合は、炉室内への焼却灰の供
給量を調整することにより、プラズマアークの消失を防
ぐことができる。よって、プラズマ灰溶融炉の稼働率の
向上を図ることができ、運転コストの軽減を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるプラズマアーク式
灰溶融炉の概略縦断面図である。
【図2】図1のプラズマ灰溶融炉を別角度で切断した概
略縦断面図である。
【図3】図1のプラズマ灰溶融炉の溶融メタルを排出し
た後に、溶融スラグが出滓口からオーバフローしていな
い状態を示す概略縦断面図である。
【図4】本発明の第1実施例の炉室の雰囲気温度と灰投
入量との関係を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例の灰溶融炉の運転方法のフ
ローチャートである。
【図6】本発明の第2実施例の溶融スラグの温度と灰投
入量との関係を示す図である。
【図7】本発明の第3実施例のプラズマ電極の電圧の変
動幅と灰投入量との関係を示す図である。
【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 主電極 5 炉底壁 6 炉室 7 炉底電極 8 直流電源 10 鉄皮 11 内壁 12,16 覗き窓 13 放射温度計 15 昇降装置 17 赤外線カメラ 18 出滓口 19 出滓樋 23 溶融スラグ 24 溶融メタル 25 灰供給装置 26 焼却灰 27 温度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−112849(JP,A) 特開 平5−87318(JP,A) 特開 平8−247850(JP,A) 特開 平11−173531(JP,A) 特開2000−55331(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23J 1/00 F27B 3/28 F27D 11/08

Claims (3)

    (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、該焼却灰及び該焼却灰に含まれるメタル成分を含む
    溶融対象物を、プラズマアークにより加熱して溶融スラ
    グ及び溶融メタルを生成するプラズマ灰溶融炉の運転方
    法において、 上記溶融メタルを上記炉室から排出した後、上記溶融ス
    ラグが上記炉室の出滓口からオーバフローするまでの
    ラズマアークが消失するおそれがある間に、炉室内雰囲
    気温度が予め設定した下限値以下になると、焼却灰の投
    入を停止し若しくは軽減するようにしたことを特徴とす
    るプラズマ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、
    該焼却灰及び該焼却灰に含まれるメタル成分を含む溶融
    対象物を、プラズマアークにより加熱して溶融スラグ及
    び溶融メタルを生成するプラズマ灰溶融炉の運転方法に
    おいて、 上記溶融メタルを上記炉室から排出した後、上記溶融ス
    ラグが上記炉室の出滓口からオーバフローするまでの
    ラズマアークが消失するおそれがある間に、上記溶融ス
    ラグの温度が予め設定した下限値以下になると焼却灰の
    投入を停止し若しくは軽減するようにしたことを特徴と
    するプラズマ灰溶融炉の運転方法。
  3. 【請求項3】 焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し、
    該焼却灰及び該焼却灰に含まれるメタル成分を含む溶融
    対象物を、プラズマアークにより加熱して溶融スラグ及
    び溶融メタルを生成するプラズマ灰溶融炉の運転方法に
    おいて、 上記溶融メタルを上記炉室から排出した後、上記溶融ス
    ラグが上記炉室の出滓口からオーバフローするまでの
    ラズマアークが消失するおそれがある間に、上記プラズ
    マ装置の電極間に一定電流を流し、上記電極間の電圧変
    動が予め設定した上限幅以上になると焼却灰の投入を停
    止若しくは軽減するようにしたことを特徴とするプラズ
    マ灰溶融炉の運転方法。
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