JP5096797B2

JP5096797B2 - 灰溶融炉のレベル測定方法

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Publication number: JP5096797B2
Application number: JP2007138887A
Authority: JP
Inventors: 雅晴大上; 考太郎加藤
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: JP2008292072A

Description

本発明は、例えば焼却炉等の被溶融物を溶融するプラズマ式電気溶融炉等の灰溶融炉に適用されるレベル測定方法の改良に関する。

従来、灰溶融炉に於ける溶融スラグレベルや溶融メタルレベルを測定する方法としては、例えば特許文献１〜７に記載されたものが知られている。
又、灰溶融炉に用いられるものではないが、ガス管から送給されるガスの背圧の変化を検出して溶融レベルを測定するものも知られている（特許文献８〜１１参照）。

特開平８−２７１３１９公報特開平８−３２０１１１公報特開平１０−９５５５号公報特開平１０−１２２５４４公報特開平１０−３３２２６８号公報特開２００１−５０５２８号公報特開２００３−４２４２８号公報特開昭６３−１９６８２０公報特開平６−５８８公報特開平６−５８９公報特開平９−１２６８５８公報

然しながら、何れのものも、専用の測定装置を用いて測定するものであったので、それだけイニシャルコストやランニングコストが余分に掛かる難点があった。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、イニシャルコストやランニングコストを削減できる様にした灰溶融炉のレベル測定方法を提供するにある。

請求項１に記載の灰溶融炉のレベル測定方法は、炉本体に昇降可能に設けた中空孔を備えた電極と、電極を昇降させると共に昇降距離を測定する昇降手段と、前記中空孔を通して炉本体内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、供給中の不活性ガスの背圧を検出する背圧検出手段と、前記背圧の増加率の変化から溶融スラグレベルSLとメタルレベルMLを演算するレベル演算手段と、溶融スラグレベルSLの上方に位置する電極の下端位置を検出する赤外線カメラ手段とから成るレベル測定装置を設け、先ず、赤外線カメラ手段により溶融スラグレベルSLの上方の設定位置に位置せしめた電極の下端と炉底間の距離（D+C）を検出し、次に、前記電極を下降させながら供給中の不活性ガスの背圧を測定して、当該背圧の増加率の変化からレベル演算手段により、溶融スラグレベルSLの位置及び前記設定位置と溶融スラグレベルSL間の降下距離（D）並びに溶融メタルレベルMLの位置及び前記設定位置と溶融メタルレベルML間の降下距離（E）を夫々検出し、前記各検出値からレベル演算手段により、溶融スラグ層の厚さ（ST）及び溶融メタル層（MT）の厚さを検出することを特徴とするものである。

請求項２に記載の灰溶融炉のレベル測定方法は、炉本体に昇降可能に設けた中空孔を備えた電極と、電極を昇降させると共に昇降距離を測定する昇降手段と、前記中空孔を通して炉本体内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、供給中の不活性ガスの背圧を検出する背圧検出手段と、前記背圧の増加率の変化から溶融スラグレベルSLとメタルレベルMLを演算するレベル演算手段と、溶融スラグレベルSLの上方に位置する電極の下端位置を検出する赤外線カメラ手段とから成るレベル測定装置を設け、先ず、赤外線カメラ手段により溶融スラグレベルSLの上方の設定位置に位置せしめた電極の下端と炉底間の距離（D+C）を検出し、次に、前記電極を下降させながら供給中の不活性ガスの背圧を測定して、当該背圧の増加率の変化からレベル演算手段により、溶融スラグレベルSLの位置及び前記設定位置と溶融スラグレベルSL間の降下距離（D）並びに溶融メタルレベルMLの位置及び前記溶融スラグレベルSLと溶融メタルレベルML間の降下距離を夫々検出し、前記各検出値からレベル演算手段により、溶融スラグ層の厚さ（ST）及び溶融メタル層（MT）の厚さを検出することを特徴とするものである。

請求項３に記載の灰溶融炉のレベル測定方法は、請求項１又は請求項２において、赤外線カメラ手段を、スラグ流出口と電極の下端位置間の距離（D）を検出し、当該検出値（D）にスラグ流出口と炉底間の距離（C）を加算することにより、電極の下端と炉底間の距離（D+C）を検出するようにしたものである。

液体に気体を吹き込むと、液体の比重と浸漬深さに応じて気体の背圧が変化する事が知られている。この原理を応用して、電極の先端から窒素等の不活性ガスを噴出させながら電極を降下させると、炉内ガスと溶融スラグと溶融メタルの比重の差で、ガス部と溶融スラグ、溶融スラグと溶融メタルの各境界層で不活性ガスの背圧の増加率が変化する。これらの変化点から溶融スラグレベルと溶融メタルレベルを検出する事ができる。
溶融スラグ層の厚みは、溶融スラグレベルから溶融メタルレベルまでの電極の移動距離から算出する事ができる。
溶融メタル層の厚みは、スラグ流出口の高さを基準とし、電極下端からスラグ流出口の高さまでの距離と溶融メタルレベルまでの電極の移動距離から算出する事ができる。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１）昇降可能な電極の中空孔から炉本体内に不活性ガスを供給している灰溶融炉に於いて、前記電極を降下させながら炉本体内に供給している不活性ガスの背圧を測定し、背圧の増加率の変化から溶融スラグレベルと溶融メタルレベルを検出する様にしたので、イニシャルコストやランニングコストが削減できる。
（２）灰溶融炉の電極と昇降手段とガス供給手段を利用する様にしたので、灰溶融炉の構造が複雑化したり、設置スペースが余分に必要になったり、現場での作業等が増えたりする事がない。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のレベル測定方法を適用した灰溶融炉を示す概要図。図２は、本発明のレベル測定方法の概要を示す説明図。図３は、電極高さと窒素供給圧力との関係を示すグラフである。

本発明に用いるレベル測定装置１は、プラズマ式電気溶融炉等の灰溶融炉５０に適用される。
灰溶融炉５０は、炉本体５１と、炉本体５１に昇降可能に設けられて中空孔５２を備えた電極（主電極）５３と、電極５３を昇降させる為の昇降手段５４と、電極５３の中空孔５２を介して炉本体５１内に不活性ガスＡを供給する為のガス供給手段５５と、炉底に設置された炉底電極５６と、被溶融物Ｂを炉本体５１に供給する被溶融物供給手段５７と、溶融スラグＳを排出する流出口５８と、始動時に使用するスタート電極５９等から構成されている。

焼却灰等の被溶融物Ｂは、コンテナに貯えらえてスクリューコンベヤ等の被溶融物供給手段５７により炉本体５１内へ連続的に投入される。炉本体５１は、１８００℃以上の高温に耐える耐火材により形成されると共に、その外周を断熱材で覆われており、更に、その外部に冷却ジャケットが設けられている。

炉本体５１には、炉頂部から略垂直に昇降可能に挿入されて炉内の被溶融物Ｂとの間に一定の距離を保つ黒鉛主電極５３（マイナス極）と、炉底に設置された炉底電極５６（プラス極）とが設けられており、両電極５３、５６間に印加された直流電源装置（容量約６００〜１０００ｋＷＨ／Ｔ・被溶融物）の直流電圧（２００〜５００Ｖ）により、電流が流れてプラズマアークが発生する。これによって被溶融物Ｂが１３００℃〜１６００℃に加熱されて、順次溶融スラグＳとなる。

溶融前の被溶融物Ｂは、導電性が低いため、始動時にはスタート電極５９を炉本体５１内へ挿入してこれをプラス極とし、これを主電極５３の間へ通電することにより被溶融物Ｂが溶融するのを待つ。そして、被溶融物Ｂが溶融するとその導電性が上昇するため、スタート電極５９を炉底電極５６へ切り換える。
炉本体５１の内部は、溶融スラグＳや主電極５３等の酸化を防止するために還元性雰囲気に保持されており、ガス供給手段５５からの窒素等の不活性ガスＡが中空筒状に形成した主電極５３の中空孔５２を通して、また、覗き窓のパージとして、炉本体５１内へ連続的に供給されている。

被溶融物Ｂが溶融すると、揮発成分や炭素はガス化し、一酸化炭素を含んだガスとなり、一方、鉄を始めとする金属、ガラス、砂等の不燃性成分は溶融状態となる。前記ガスは、出口ダクト６０を経て燃焼室に入り、そこで、燃焼空気ファンにより送入された燃焼用空気によって未燃分を完全燃焼せしめられた後、燃焼室から排気されて冷却された後、フィルタを経て煙突に導かれる。

被溶融物Ｂには、焼却灰、シリカ、アルミナ、カルシアや、鉄等が含まれているため、これが炉内で溶融されると、シリカ、アルミナ、カルシアを主成分とする溶融スラグが上方に浮上すると共に、鉄を主成分とする溶融金属が下方に沈下し、炉底から溶融メタル層Ｍと溶融スラグ層Ｓを順次形成し、分離された２層を形成する。
そして、溶融スラグ層Ｓは、流出口５８から連続的に溢出し、水を満たしたスラグ水冷槽に落下して水砕スラグとなり、搬出コンベヤにより搬出される。
溶融メタル層Ｍは、炉底に蓄積したまま次第にその層厚を増し、炉底からの層厚が所定層厚を超えたときには、少なくともその一部が炉外へ排出されて所謂湯抜きが行われる。

本発明に用いるレベル測定装置１は、この様な灰溶融炉５０に適用され、炉本体５１に昇降可能に設けられて中空孔５２を備えた電極（主電極）５３と、電極５３を昇降させる為の昇降手段５４と、電極５３の中空孔５２を介して炉本体５１内に不活性ガスＡを供給する為のガス供給手段５５と、不活性ガスＡの背圧を検出する為の背圧検出手段２と、背圧検出手段２に依る背圧の増加率の変化から溶融スラグレベルＳＬと溶融メタルレベルＭＬを演算する為の演算手段３とを備えている。
レベル測定装置１は、電極５３の下端位置を検出する為の赤外線カメラ手段４も備えている。

ガス供給手段５５は、図略しているが、窒素等の不活性ガス源と減圧弁と定流量弁等を備えている。
背圧検出手段２は、ガス供給手段５５の電極５３側に接続して設けられている。

赤外線カメラ手段４は、流出口５８側の炉本体５１に設けられた覗き窓５の外側に設置されている。

演算手段３は、昇降手段５４からの信号と背圧検出手段２からの信号と赤外線カメラ手段４からの信号に依り、溶融スラグレベルＳＬと溶融メタルレベルＭＬと溶融スラグ層Ｓの厚みＳＴと溶融メタル層Ｍの厚みＭＴとを演算する様になっている。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
図２及び図３に示す如く、液体に気体を吹き込むと、液体の比重と浸漬深さに応じて気体の背圧が変化する事が知られている。
この原理を応用して、ガス供給手段５５からの窒素等の不活性ガスＡを電極５３の中空孔５２を介してその先端から噴出させながら、昇降手段５４に依り電極５３を降下させると、炉内ガスと溶融スラグＳと溶融メタルＭの比重の差で、ガス部と溶融スラグ、溶融スラグと溶融メタルの各境界層で不活性ガスＡの背圧の増加率が変化する。そこで、この不活性ガスＡの背圧を背圧検出手段２に依り計測して演算手段３に依り演算すると、これらの変化点から溶融スラグレベルＳＬと溶融メタルレベルＭＬを検出する事ができる。

溶融スラグ層Ｓの厚みＳＴは、溶融スラグレベルＳＬから溶融メタルレベルＭＬまでの電極５３の移動距離から算出する事ができる。電極５３の移動距離は、昇降手段５４からの信号を演算手段３に依り演算して求める事ができる。

溶融メタル層Ｍの厚みＭＴの算出には、基準高さが必要であり、本発明ではスラグ流出口の高さを用いる。溶融メタル層Ｍの厚みＭＴの算出は、例えば次の様にして行われる。
（１）赤外線カメラ手段４の画像中で電極５３の下端が判別できる高さまで、昇降手段５４に依り電極５３を上昇させる。
（２）予め赤外線カメラ手段４の画像中でスラグ流出口の高さを設定する。炉底からスラグ流出口の高さまでの距離Ｃは既知である。スラグ流出口の高さから電極５３の下端までの距離Ｄを赤外線カメラ手段４で測定する。よって、炉底からスラグ流出口の高さまでの距離Ｃと前記の距離Ｄの和が、炉底から電極５３の下端までの距離Ｃ＋Ｄとなる。
（３）電極５３を昇降手段５４に依り降下させ、溶融メタルレベルＭＬを検出する。前記（１）の位置にある電極５３の下端位置から溶融メタルレベルＭＬまでの電極移動距離をＥとする。
（４）前記（２）で算出した距離Ｃ＋Ｄと、前記（３）の電極５３の移動距離Ｅとの差を溶融メタル層Ｍの厚みＭＴとする（図１ではＣ＋Ｄ−Ｅ）。

本発明のレベル測定方法を適用した灰溶融炉を示す概要図。本発明のレベル測定方法の概要を示す説明図。電極高さと窒素供給圧力との関係を示すグラフ。

１…レベル測定装置、２…背圧検出手段、３…演算手段、４…赤外線カメラ手段、５…覗き窓、５０…灰溶融炉、５１…炉本体、５２…中空孔、５３…電極（主電極）、５４…昇降手段、５５…ガス供給手段、５６…炉底電極、５７…被溶融物供給手段、５８…流出口、５９…スタート電極、６０…出口ダクト、Ａ…不活性ガス、Ｂ…被溶融物、Ｃ…炉底からスラグ流出口の高さまでの距離、Ｄ…電極の下端からスラグ流出口の高さまでの距離、Ｅ…電極の下端から溶融メタルレベルまでの距離、Ｓ…溶融スラグ（層）、Ｍ…溶融メタル（層）、ＳＬ…溶融スラグレベル、ＭＬ…溶融メタルレベル、ＳＴ…溶融スラグ層の厚み、ＭＴ…溶融メタル層の厚み。

Claims

炉本体に昇降可能に設けた中空孔を備えた電極と、電極を昇降させると共に昇降距離を測定する昇降手段と、前記中空孔を通して炉本体内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、供給中の不活性ガスの背圧を検出する背圧検出手段と、前記背圧の増加率の変化から溶融スラグレベルSLとメタルレベルMLを演算するレベル演算手段と、溶融スラグレベルSLの上方に位置する電極の下端位置を検出する赤外線カメラ手段とから成るレベル測定装置を設け、先ず、赤外線カメラ手段により溶融スラグレベルSLの上方の設定位置に位置せしめた電極の下端と炉底間の距離（D+C）を検出し、次に、前記電極を下降させながら供給中の不活性ガスの背圧を測定して、当該背圧の増加率の変化からレベル演算手段により、溶融スラグレベルSLの位置及び前記設定位置と溶融スラグレベルSL間の降下距離（D）並びに溶融メタルレベルMLの位置及び前記設定位置と溶融メタルレベルML間の降下距離（E）を夫々検出し、前記各検出値からレベル演算手段により、溶融スラグ層の厚さ（ST）及び溶融メタル層（MT）の厚さを検出することを特徴とする灰溶融炉のレベル測定方法。
炉本体に昇降可能に設けた中空孔を備えた電極と、電極を昇降させると共に昇降距離を測定する昇降手段と、前記中空孔を通して炉本体内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、供給中の不活性ガスの背圧を検出する背圧検出手段と、前記背圧の増加率の変化から溶融スラグレベルSLとメタルレベルMLを演算するレベル演算手段と、溶融スラグレベルSLの上方に位置する電極の下端位置を検出する赤外線カメラ手段とから成るレベル測定装置を設け、先ず、赤外線カメラ手段により溶融スラグレベルSLの上方の設定位置に位置せしめた電極の下端と炉底間の距離（D+C）を検出し、次に、前記電極を下降させながら供給中の不活性ガスの背圧を測定して、当該背圧の増加率の変化からレベル演算手段により、溶融スラグレベルSLの位置及び前記設定位置と溶融スラグレベルSL間の降下距離（D）並びに溶融メタルレベルMLの位置及び前記溶融スラグレベルSLと溶融メタルレベルML間の降下距離を夫々検出し、前記各検出値からレベル演算手段により、溶融スラグ層の厚さ（ST）及び溶融メタル層（MT）の厚さを検出することを特徴とする灰溶融炉のレベル測定方法。
赤外線カメラ手段を、スラグ流出口と電極の下端位置間の距離（D）を検出し、当該検出値（D）にスラグ流出口と炉底間の距離（C）を加算することにより、電極の下端と炉底間の距離（D+C）を検出するようにした請求項１又は請求項２に記載の灰溶融炉のレベル測定方法。