JP3659903B2 - プラズマ式灰溶融炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絞り部を有する赤外線カメラやこれを備えたプラズマ式灰溶融炉に関する。
【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に重油等を燃料にするバーナ式灰溶融炉や、電気を熱源として焼却灰を溶融する電気抵抗式灰溶融炉及びプラズマ式灰溶融炉等が知られている。
【０００３】
そのような灰溶融炉のうち、プラズマ式灰溶融炉は、炉室の天井壁から垂下される円筒形の主電極と炉底壁に配設される炉底電極とを設け、これらの両電極間に直流電圧を印加することにより、プラズマアークを発生する。そして、炉室内に投下された焼却灰をプラズマ熱により加熱して溶融している。
黒鉛等からなる主電極は、炉室内に対して上下動可能であり、また灰溶融炉の運転中では、主電極の先端部（下端部）と溶融スラグ面との距離はプラズマ熱の安定化のため、通常時では一定間隔に維持する必要がある。他方、プラズマ電極の主電極は、灰溶融炉の運転中では、徐々に消耗するので、灰溶融炉はその消耗分に相当する分だけ、主電極を下降させて補う構造になっている。
【０００４】
そのため、主電極の先端部と溶融スラグ面を常に一定間隔に維持しなければならないが、従来では、それを運転者の感や経験に基づいて行なっており、操作に熟練を要するとともに、運転者間に誤差が生じる場合もある。
この問題を解決するため、特願２０００−１９６０２５号には、赤外線カメラでプラズマアーク長を観察して、これを解析することにより、プラズマアークが一定になるように灰溶融炉を運転し、炉室内における焼却灰の溶融の安定化を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、プラズマ式灰溶融炉では、赤外線カメラによりアーク長の計測やその他炉内監視を行っている。このようなプラズマ式灰溶融炉では、炉壁に赤外線を透過させる覗き窓を配設し、これを介して炉内の観測を行っている。しかしながら、炉室内は高煤塵雰囲気であり覗き窓の曇り度合いが大きくなった場合や、煤塵濃度が大きく変化する場合は、赤外線カメラに取り込まれる光量が大きく変化し、モニターに移る画像が不鮮明になったり、逆にプラズマアーク等の光によりハレーションを起こし炉内観測ができなくなる場合が生じる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、覗き窓の曇りやプラズマアーク等のハレーションに対する光量の変化に適宜対応することができる赤外線カメラを備えたプラズマ式灰溶融炉を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の赤外線カメラを備えたプラズマ式灰溶融炉は、炉室内に配設される主電極と、炉本体の炉底壁に配設される炉底電極と、上記主電極を上下動させる昇降装置と、上記炉本体の炉壁に設けられた赤外線を透過させる透過窓と、該透過窓を介して上記主電極と炉底電極間に発生するプラズマアークを観察する赤外線カメラを備えたプラズマ式灰溶融炉において、
上記赤外線カメラの絞り部の絞り量を調整する駆動部と、上記赤外線の感知部に導入される光量を検知する光量検知部と、該光量検知部に対応させて上記駆動部を制御する操作部とによって上記絞り部の絞り量を自動調整し、上記赤外線カメラでプラズマアーク長を観察してプラズマアーク長に応じて、上記主電極の高さを上記昇降装置によって調整するようにしたことにある。
特徴とするプラズマ灰溶融炉。
上記発明は、上記絞り部を赤外線カメラのレンズの前方に配設することができる。
また、上記発明は、上記赤外線の感知部に導入される光量を調整する絞り部がアパーチャとすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態による赤外線カメラ及びこれを用いたプラズマ式灰溶融炉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、周壁１４に囲まれた炉室３を設け、周壁１４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３側に配設される主電極４、炉室３の炉底壁９に配設される炉底電極５が設けられ、これらのプラズマ電極４，５は断面が円形である炉室３の中心軸上に配置されている。
【０００８】
一方の主電極４は、溶融炉本体２の天井壁７を貫通し、かつ炉室３内に垂下されて配設されるとともに、昇降装置８に支持されることにより炉室３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、内部にプラズマを発生させるためのガス通路を形成した円筒形状のものを用いている。他方の炉底電極５は、主電極４の直下に配設され、その先端部と対向して設置されている。これらのプラズマ電極４，５間には、プラズマ発生用の直流電源６が接続されている。直流電源６は、炉底電極５側に＋を接続し、主電極４側に−を接続している。
溶融炉本体２の下壁部には、溶融スラグ１６の排出口である出滓口１７が配設され、出滓口１７には、出滓樋１８が接続されている。この出滓口１７及び出滓樋１８は、耐火材で形成されている。
【０００９】
図２に示すように、溶融炉本体２の壁部には覗き窓２２が設けられ、覗き窓２２の近傍には、赤外線カメラ２３が配設されている。この赤外線カメラ２３は、プラズマ電極４，５が発生するプラズマアークを観測するものであり、赤外線カメラ２３は、主電極４の先端部に向けて配設されている。
図３に示すように、赤外線カメラ２３はレンズ３０、赤外線感知部３１、画像処理部３２及び絞り駆動部３３とを備えている。レンズ３０は、赤外線を収束し、赤外線感知部３１はレンズ３０を介して収束された赤外線を検知し、画像処理部３２は赤外線とともにレンズを通過してきた光の量を検知することができる。この光量については、赤外線カメラ２３で撮影した部分の一部をとって計測してもよく、画像全体の平均値を割り当ててもよい。画像処理部３２により演算された結果は、絞り駆動部３３に出力される。
【００１０】
他方、溶融炉本体２の覗き窓２２と赤外線カメラ２３のレンズ３０との間には、図４に示すアパーチャ２７が配設されている。アパーチャ２７は４個の異径孔２８ａ〜２８ｄが開いている回転板２８と、この回転板２８を回転させる駆動モータ２９から構成されている。駆動モータ２９は、上述した絞り駆動部３３に電気的に接続され、駆動部３３により、アパーチャ２７の回転板２８は９０度間隔で正転若しくは逆転が可能である。アパーチャ２７は、レンズ３０に対して異径孔２８ａ〜２８ｄの位置を変化させることにより、赤外線カメラの絞りを変化させる役割を果たす。赤外線カメラ２３により撮影された映像は、それに接続されているモニターを介して観察することができる。
溶融炉本体２の周壁１４には、焼却灰１２を炉室３に投入する投入口１３が設けられ、投入口１３は図示しない灰供給用のホッパに連絡している。なお、この灰溶融炉１には、その他、図示されていないプラズマ用の制御装置や周壁１４部を冷却する冷却装置等の設備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。
【００１１】
次に、本発明の実施の形態におけるプラズマ式灰溶融炉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３には、焼却灰１２の投入口１３から炉底壁上に焼却灰１２が投入され、灰溶融炉１の炉室３を還元雰囲気にした状態で、直流電源６により電圧をプラズマ電極４，５間に印加する。これらの電極４，５間にプラズマアークが発生すると、炉室３内が１０００℃以上の雰囲気となり、焼却灰１２が加熱されて溶融して溶融スラグ１６となり、焼却灰１２中に含まれているメタル成分もまた溶融して溶融メタル１９となり炉底壁９に沈む。その上澄みの溶融スラグ１６が炉底に溜まり出滓口１７の高さに達すると、スラグ１６が出滓口１７から溢れでて出滓樋１８を通って、炉室外に排出される。主電極４は、灰溶融炉１の稼働中に消耗するので、それら電極４の先端部が溶融スラグ１６面から所定の高さに位置するように、各々の昇降装置８を使用して、その消耗分だけ高さ調整する。
【００１２】
この灰溶融炉１の運転中では、図１に示す赤外線カメラ２３が、プラズマ電極４，５により発生されるプラズマアーク２０を観察している。赤外線カメラ２３はプラズマアーク２０のアーク長を観察するものであり、プラズマアーク２０を赤外線カメラ２３が映し出すモニタで解析し、その結果アーク長が短い場合は、昇降装置８を駆動して主電極４を上昇させ、アーク長が長い場合は主電極４を下降させる。
赤外線カメラ２３では、画像処理部３２はハレーション等により光量が多いと判断した場合は、絞り駆動部３３に信号を出力し、駆動部３３はその光量に応じた、アパーチャ２７のいずれかの異径孔２８ａ〜２８ｄをレンズ３０の位置に対応させ、その絞り調整をする。また、画像処理部３２は覗き窓２２の曇り等により光量が少ないと判断した場合は、アパーチャ２７のいずれかの異径孔２８ａ〜２８ｄをレンズの位置に対応させ、その絞り調整する。
こうして、プラズマアークによるハレーションや覗き窓２２の曇りに影響されずに、プラズマアーク２０のアーク長を観察することができる。
このように、本実施の形態では、赤外線カメラ２３により撮影した撮像を映し出すモニタの明るさ及びコントラストを常に一定とすることにより、覗き窓２２が曇ったり、灰投入量が大きく変わり炉内の煤塵濃度が大きく変わった場合でも安定して炉内の監視が可能になる。また、極端に光量の変化が大きい場合は、アパーチャ２７の異径孔２８ａ〜２８ｄの径を小さく調整して光量の調整を図ることができる。
【００１３】
なお、溶融スラグ１６は、出滓口１７から溢れでると出滓樋１８を通って、図示しないモールドに供給され、スラグ１６は次工程で冷却処理される。
他方、溶融メタル１９は、図に示すように溶融炉本体２が傾倒式のものであれば、シリンダ２５の軸を伸ばすようにしてシリンダ２５を駆動させて支軸２６を回転軸として出滓口１７が低くなるように溶融炉本体２を傾倒させて、出滓口１７から溶融メタル１９を炉外に排出するようにしている。
【００１４】
次に、本発明の赤外線カメラ及びこの赤外線カメラを備えたプラズマ式灰溶融炉の第２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態の灰溶融炉と同一の部分については同一の符号を付して説明し、その詳細な説明は省略する。
図５は、上記第１の実施の形態では、絞り部であるアパーチャ２７を赤外線カメラ２３に対して外付けとしたが、本実施の形態では、絞り部を赤外線カメラ２３に内蔵させている。
すなわち、本実施の形態では、図６に示すように、赤外線カメラ２３はレンズ３０、赤外線感知部３１、画像処理部３２、絞り駆動部３３及び絞り部３４とを備えている。そして、レンズ３０と赤外線感知部３１との間には絞り部３４が配設されている。絞り部３４は、上下に間隔を開けて配設されている一対のスライド板３５ａ，３５ｂを備え、スライド板３５ａ，３５ｂは駆動モータ３５の駆動により、上下方向にスライドすることにより、それらの間隔を広く若しくは狭くすることができる。
【００１５】
赤外線感知部３１はレンズ３０を介して収束された赤外線を検知し、画像処理部３２は赤外線とともにレンズを通って入ってきた光の量を検知することができる。この光量については、赤外線カメラ２３で撮影した部分の一部をとって計測してもよく、画像全体の平均値を割り当ててもよい。画像処理部３２により演算された結果は、絞り駆動部３３に出力され、この絞り駆動部３３は上述した駆動モータ３５を制御する。
このように構成しても、プラズマアークによるハレーションや覗き窓２２の曇りに影響されずに、プラズマアーク２０のアーク長を観察することができる。
【００１６】
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、第１の実施の形態では、複数の異径孔を有するアパーチャを用い、このアパーチャを赤外線カメラに外付けしたが、異径孔の代わりに複数の同径孔を形成し、各孔に透過度の異なるフィルタやメッシュを配設してもよく、また、それらの切換えを画像処理部等を用いて自動で行ったが、回転板２８の回転を手動により行ってもよく、その他、回転板２８を用いることなく、その他手段により異径孔、フィルタ、メッシュを赤外線カメラのレンズと覗き窓の間に配設してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の赤外線カメラによれば、レンズと、レンズを通過する赤外線を感知する赤外線感知部と、赤外線感知部に導入される光量を調整する絞り部とを有する赤外線カメラにおいて、上記絞り部の絞り量を調整する駆動部と、上記赤外線感知部に導入される光量を検知する光量検知部と、該光量検知部に対応させて上記駆動部を制御する操作部とを備え、上記絞り部の絞り量を自動調整するので、赤外線カメラで撮影した映像を一定の条件の下で、モニタに映し出すことができる。
また、本発明の赤外線カメラを用いたプラズマ式灰溶融炉によれば、炉室内に配設される主電極と、炉本体の炉底壁に配設される炉底電極と、上記炉本体の炉壁に赤外線を透過させる透過窓と、該透過窓を介して上記主電極と炉底電極間に発生するプラズマアークを観察する赤外線カメラを備えたプラズマ式灰溶融炉において、上記赤外線カメラの絞り部の絞り量を調整する駆動部と、上記赤外線感知部に導入される光量を検知する光量検知部と、該光量検知部に対応させて上記駆動部を制御する操作部とを備え、上記絞り部の絞り量を自動調整するので、プラズマアークのアーク長を一定の条件の下で、モニタに映し出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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のプラズマ式灰溶融炉を別角度から見た概略横断面図である。
【図３】図１に配設されている赤外線カメラと外付けのアパーチャを示す概略ブロック図である。
【図４】図１に示されているアパーチャの拡大正面図である。
【図５】本発明の第２の実施における形態のプラズマアーク式灰溶融炉の概略横断面図である。
【図６】図５の赤外線カメラの概略ブロック図である。
【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 炉室
４ 主電極
５ 炉底電極
６ 直流電源
７ 天井壁
８ 昇降装置
１０ 鉄皮
１１ 内壁
１２ 焼却灰
１３ 投入口
１４ 周壁
１６ 溶融スラグ
１７ 出滓口
１８ 出滓樋
１９ 溶融メタル
２０ プラズマアーク
２２ 覗き窓
２３ 赤外線カメラ
２７ アパーチャ
３０ レンズ
３１ 赤外線感知部
３２ 画像処理部
３３ 絞り駆動部
３４ 絞り部

Claims (3)

1. 炉室内に配設される主電極と、炉本体の炉底壁に配設される炉底電極と、上記主電極を上下動させる昇降装置と、上記炉本体の炉壁に設けられた赤外線を透過させる透過窓と、該透過窓を介して上記主電極と炉底電極間に発生するプラズマアークを観察する赤外線カメラを備えたプラズマ式灰溶融炉において、
   上記赤外線カメラの絞り部の絞り量を調整する駆動部と、上記赤外線の感知部に導入される光量を検知する光量検知部と、該光量検知部に対応させて上記駆動部を制御する操作部とによって上記絞り部の絞り量を自動調整し、上記赤外線カメラでプラズマアーク長を観察してプラズマアーク長に応じて、上記主電極の高さを上記昇降装置によって調整するようにしたことを特徴とするプラズマ灰溶融炉。
2. 上記絞り部を赤外線カメラのレンズの前方に配設したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ灰溶融炉。
3. 上記赤外線の感知部に導入される光量を調整する絞り部がアパーチャであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ灰溶融炉。

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