JP3936237B2

JP3936237B2 - 溶融炉の立上げ方法

Info

Publication number: JP3936237B2
Application number: JP2002144341A
Authority: JP
Inventors: 義人福間; 正秀西垣
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-05-20
Also published as: JP2003336820A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物の焼却炉から排出される焼却残渣，飛灰等の被溶融物をプラズマアーク炉等の溶融炉で溶融処理する場合における当該溶融炉の立上げ方法に関するものであり、具体的には、溶融炉内に炉内を脱酸素状態に維持するガス（以下、単にガスと呼ぶ）を注入することにより、炉内雰囲気の酸素濃度を基準値以下とした上で、電極への電力投入を開始するようにした溶融炉の立上げ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ごみや産業廃棄物の焼却炉から排出される焼却残渣や飛灰等（以下「被溶融物」という）の減容化及び無害化を図るため、被溶融物を電気エネルギにより溶融処理することが行われているが、かかる溶融処理を行うプラズマアーク炉等の溶融炉は、炉壁を構成する耐火物や電極の酸化損傷等を防止するために、ガス（窒素ガス等の不活性なガスが使用される）を炉内に注入した状態で操業される。
【０００３】
而して、かかる溶融炉の立上げは、一般に、冷間時に窒素ガス等のガスを炉内に注入して、炉内雰囲気の酸素濃度（炉内フリーボード部の酸素濃度）を一定値（基準値）以下とする脱酸素工程と、脱酸素工程終了後に電極への電力投入を開始して、炉内を所定温度（定格運転温度）まで昇温させる初期電力投入工程と、によって行われる。
【０００４】
例えば、図３に示す溶融炉１は、耐火物で構成した炉壁１ａの上部に主電極２及びスタート電極３を設けて、両電極２，３間に発生させたプラズマアークにより、ホッパ４から灰供給装置５により炉１内に供給された被溶融物Ｍを溶融し、当該被溶融物Ｍの導電性が溶融により一定以上となると、その後は、主電極２と炉壁１ａの底部に設けた炉底電極（図示せず）との間で発生させたプラズマアークにより、灰供給装置５により炉１内に連続供給される被溶融物Ｍを溶融させるように構成されたプラズマアーク炉であるが、かかる溶融炉１にあっては、脱酸素工程及び初期電力投入工程が次のように行われる。
【０００５】
すなわち、脱酸素工程にあっては、炉壁１ａの上部にガスサンプリングプローブ６を取付けて、このガスサンプリングプローブ６に抽出された炉内ガスを酸素濃度計７により分析しつつ、主電極２の中心部に貫通状に形成されたガス通路（図示せず）から常温の炉内を脱酸素状態に維持するガス（窒素ガス）Ｇを冷間状態の炉１内に注入し、酸素濃度計７により指示された酸素濃度が基準値に達すると、ガスサンプリングプローブ６を炉壁１ａから取外すと共に炉壁１ａに形成されたガスサンプリングプローブ取付孔８を閉塞する。なお、脱酸素工程を開始するに当たっては、溶融炉１から煙突９に至る排ガス路１０に設けた誘引通風機１１を運転して、炉１内の圧力を大気圧としておく。また、脱酸素工程と併行して、熱風発生炉１２を運転して、熱風１２ａを排ガス路１０に設けた燃焼室１３、減温塔１４、集塵器１５及び誘引通風機１１を経て煙突９へと通過せることにより、燃焼室１３から煙突９に至る排ガス処理系を暖機させておく。また、炉壁１ａに形成された被溶融物供給口１６、スラグ排出口１７及びメタル排出口１８からの外気侵入は、被溶融物供給口１６をホッパ４に充填された被溶融物Ｍによるマテリアルシールにより、スラグ排出口１７はスラグコンベア１９内の貯留水１９ａによる水封により、またメタル排出口１８はタップホールをマッド材（図示せず）によりシールすることにより、夫々防止されている。
【０００６】
そして、脱酸素工程の終了後、初期電力投入工程が開始されるが、この初期電力投入工程にあっては、電極２，３への電力投入量（印加電圧及び電流量）を定格電力Ｖまで上昇させることにより、炉内温度を定格運転温度Ｔまで昇温させる。このとき、炉壁１ａを構成する耐火物が局部的又は急激に加熱されることにより熱衝撃を受けて損傷する等の不都合を生じないように、当該耐火物をこれが充分に熱的に馴染んだ状態で昇温させる必要がある。そこで、一般には、このような不都合を生じないような昇温曲線を予め求めておき、投入電力量を炉内温度が当該昇温曲線に沿って昇温されるように制御することが行われる。すなわち、炉内温度が図４に実線で示す如く当該昇温曲線に沿って昇温されるように、投入電力量を同図に破線で示す如く調整しつつ増加させていく。かかる投入電力量の制御（調整）は、炉内温度を温度計（熱電対）で把握しつつ人為的に行うか、又は自動的に行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した立上げ方法においては、初期電力投入工程において、電極２，３への投入電力量の制御が、図４に破線図示する如く、極めて微妙且つ複雑であることから、これを正確に行うことは極めて困難であった。このため、投入電力量を人為的に制御する場合には、炉内温度が前記昇温曲線に沿って上昇せず、炉壁１ａが損傷する虞れがあった。また、自動制御を行う場合には、その制御システムが極めて複雑化し、イニシャルコストを含めたコスト面でも問題があった。
【０００８】
また、脱酸素工程においては、ガスサンプリングプローブ６の取外し作業（ガスサンプリングプローブ取付孔８の閉塞作業を含む）が必要となるため、脱酸素工程から初期電力投入工程への移行を円滑に行い得ず、全体として溶融炉１の立上げを効率よく行うことができない。
【０００９】
また、脱酸素工程から初期電力投入工程への移行時に人為的な作業（ガスサンプリングプローブ６の取外し作業）が介在することから、溶融炉１の立上げを自動プログラム化することが不可能であり、溶融処理の全自動化，省力化を実現することができない。
【００１０】
本発明は、上記した問題をすべて解決することができ、プラズマアーク炉等を冷間状態から定格運転へと効率よく移行させることができる溶融炉の立上げ方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融炉内に炉内を脱酸素状態に維持するガス（以下、単にガスと呼ぶ）を注入することにより、炉内の酸素濃度を基準値以下とした上で、電極への電力投入を開始するようにした溶融炉の立上げ方法において、上記の目的を達成すべく、予め、所定温度に加熱された前記ガスを炉内に注入して炉内の酸素濃度が基準値以下となり且つ炉内温度が平衡となったときにおける当該炉内温度を基準温度として求めておき、前記電力投入を、当該所定温度に加熱された前記ガスの注入により炉内温度が前記基準温度に達した時点で開始するようにすることを提案する。
【００１２】
好ましい実施の形態にあって、電力投入前に炉内に注入する炉内を脱酸素状態に維持するガスとしては、７００〜８００℃に加熱された窒素ガス等の不活性なガスが使用される。また、電極への電力投入は、その開始時点から定格運転開始時点までの投入電力増加率が一定又は略一定となるように（投入電力が経過時間とリニアな関係をもって増加するように）行われる。
【００１３】
ところで、加熱されたガスを注入していくと、時間の経過と共に酸素濃度の降下及び炉内温度の上昇が進行するが、或る時間が経過すると、炉内への侵入外気量と注入ガス（加熱されたガス）量との釣り合いにより、炉内の酸素濃度及び炉内温度が平衡状態となり、その後は、ガスの注入を継続しても、酸素濃度の降下及び炉内温度の上昇は停止する。上記酸素濃度の基準値及び基準温度とは、かかる平衡状態における酸素濃度及び炉内温度に相当するものである。なお、炉内温度とは、炉内のフリーボード部における温度をいう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。この実施の形態は、本発明を図１に示す溶融炉１の立上げ方法に適用した例に係る。
【００１５】
図１に示す溶融炉１は、ガス（この例では窒素ガス）Ｇの供給装置２１から炉１内に導いたガス注入路２２に、ガスＧを７００〜８００℃に加熱する加熱器（熱交換器等）２３を設けて、加熱されたガス（以下「加熱ガス」という）Ｇ₀を炉１内に注入できるように構成した点を除いて、図３に示す溶融炉１と同一構成をなすプラズマアーク炉である。ガスＧの供給装置２１としては、当該溶融炉内を脱酸素状態に維持した状態で運転するために主電極２に形成したガス通路から炉１内に注入するガスＧの供給装置を兼用することが可能である。勿論、当該供給装置とは別に設けてもよい。また、ガスＧの加熱温度は、溶融条件（被処理物Ｍの融点、定格運転温度等）に応じて適宜に設定されるが、一般には上記した如く、７００〜８００℃に設定される。なお、図１において、図３の溶融炉１と同一構成部材については、図３で使用したものと同一の符号を付することによって、その説明は省略する。
【００１６】
而して、かかる溶融炉１の立上げは、本発明に従って、次のような脱酸素工程及び初期電力投入工程によって行われる。
【００１７】
すなわち、脱酸素工程にあっては、冷間で誘引通風機１１を運転して炉１内の圧力を大気圧とした状態で、加熱器２３により７００〜８００℃に加熱されたガス（加熱ガス）Ｇ₀をガス注入路２２から炉１内に注入する。
【００１８】
脱酸素工程を行うに当たっては、予め、当該脱酸素工程を行う場合と同一の外気侵入状態に保持した溶融炉１内に加熱ガスＧ₀と同一温度及び同一性状のガス（この例では窒素ガス）を炉１内に注入して、炉内酸素濃度及び炉内温度（炉１内のフリーボード部における温度）を測定しつつ、炉内酸素濃度が基準値以下となり炉内温度が平衡状態となったときの当該炉内温度を求めて、これを基準温度Ｔ₀として設定しておく。
【００１９】
そして、炉内温度を温度計（熱電対）２０により確認しつつ、加熱ガスＧ₀の注入により炉内温度が基準温度に達した時点で、初期電力投入工程に移行する。
【００２０】
ところで、加熱ガスＧ₀の炉１内への注入に伴って、炉内の酸素濃度が徐々に低下すると共に炉内温度が徐々に上昇することになる。そして、炉内が加熱ガスＧ₀によって置換されて、炉内の酸素濃度が基準値以下に低下すると、炉内温度は平衡状態となり、その上昇は停止する。この平衡状態となるときの炉内温度は、炉１内への外気侵入が多い場合には低く、外気侵入が少ないときは高温となる。したがって、上記した如くして求めた基準温度Ｔ₀に達した時点では、加熱ガスＧ₀の注入により炉内酸素濃度が基準値以下となっている。
【００２１】
また、脱酸素工程と併行して、冒頭で述べた従来方法と同様に、熱風発生炉１２の運転により排気系の暖機工程が行われるが、当該排気系の暖機は脱酸素工程が終了した時点では完了していることから、脱酸素工程の終了後においては、直ちに、溶融炉１の高負荷運転が可能となる。
【００２２】
脱酸素工程が終了すると、初期電力投入工程が開始され、両電極２，３への電力投入が開始される。このとき、脱酸素工程の終了時に、冒頭で述べた如き人為的作業（ガスサンプリングプローブ６の取外し作業）を必要としない。したがって、初期電力投入工程は、脱酸素工程の終了後、直ちに開始することができる。
【００２３】
そして、初期電力投入工程にあっては、両電極２，３への投入電力量（印加電圧及び電流量）を定格電力量Ｖとなるまで増加させて、炉内温度を定格運転温度Ｔまで昇温させるが、この場合、投入電力量を冒頭で述べた如き複雑なパターンで調整ないし制御する必要がなく、投入電力量を直線的又は略直線的に調整ないし制御することができる。
【００２４】
すなわち、脱酸素工程の終了時点では、図２に実線で示す如く、炉内温度が基準温度Ｔ₀に上昇されており、炉壁１ａを構成する耐火物が充分に加熱されて熱的に馴染んだ状態となっていることから、投入電力量を、図２に破線で示す如く、一定又は略一定の割合で増加させても、つまり直線的又は略直線的に増加させても、当該耐火物が熱衝撃により損傷したりする虞れはない。
【００２５】
なお、初期電力投入工程が終了すると、立上げ運転から定格運転に移行するが、この定格運転は冒頭で述べた溶融炉１と同様に行われる。
【００２６】
以上のように、本発明の立上げ方法によれば、従来方法における如き人為的作業（ガスサンプリングプローブ６の取外し作業）を必要としないから、脱酸素工程から初期電力投入工程への移行を円滑且つ連続して行うことができる。したがって、立上げ運転を効率よく行うことができ、従来方法に比して立上げ運転に要する時間を大幅に短縮することができる。また、初期電力投入工程における投入電力量の制御をリニアに行うことができるから、これを人為的に行う場合にも、容易に且つ適正に行うことができ、自動的に行う場合にも、制御システムが徒に複雑化，高度化することない。さらに、脱酸素工程から初期電力投入工程への移行時に人為的作業を必要としないことから、初期電力投入工程における投入電力量の制御をリニアに行うことができることとも相俟って、立上げ運転を含む炉運転を自動プログラム化することができ、全自動化による省力化を実現することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。例えば、本発明の方法は、上記したプラズマアーク炉１に限らず、電力投入により、溶融炉内を基準値以下の酸素濃度の脱酸素状態に保持して操業される溶融炉であれば、その構成及び溶融条件（被溶融物の性状等）に拘らず、上記実施の形態と同様に好適に適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明によれば、溶融炉の立上げを効率よく容易に行うことができ、炉運転の自動化及び省力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の立上げ方法を実施するための溶融炉の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の立上げ方法を実施した場合における炉内温度及び投入電力量の経時的変化を示す曲線図である。
【図３】従来の立上げ方法を実施するための溶融炉の一例を示す断面図である。
【図４】従来の立上げ方法を実施した場合における炉内温度及び投入電力量の経時的変化を示す曲線図である。
【符号の説明】
１…溶融炉（プラズマアーク炉）、２…主電極、３…スタート電極、２１…ガスの供給装置、２２…加熱ガスの注入路、２３…ガスの加熱器、Ｇ…ガス（窒素ガス）、Ｇ₀…加熱ガス（加熱された窒素ガス）、Ｍ…被溶融物。

Claims

溶融炉内に炉内を脱酸素状態に維持するガスを注入することにより、炉内の酸素濃度を基準値以下とした上で、溶融炉への電力投入を開始するようにした溶融炉の立上げ方法において、予め、所定温度に加熱された前記ガスを炉内に注入して炉内の酸素濃度が基準値以下となり且つ炉内温度が平衡となったときにおける当該炉内温度を基準温度として求めておき、前記電力投入を、当該所定温度に加熱された前記ガスの注入により炉内温度が前記基準温度に達した時点で開始するようにしたことを特徴とする溶融炉の立上げ方法。
電力投入前に炉内に注入する炉内を脱酸素状態に維持するガスが、７００〜８００℃に加熱された窒素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の溶融炉の立上げ方法。
電力投入を、その開始時点から定格運転開始時点までの投入電力増加率が一定又は略一定となるように行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶融炉の立上げ方法。