JP5261038B2

JP5261038B2 - 炉内監視装置及び炉内監視方法並びにこれらを用いた炉の操業制御方法

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Publication number: JP5261038B2
Application number: JP2008162777A
Authority: JP
Inventors: 雅晴大上; 大偉劉
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP2010002150A

Description

本発明は、主にごみ焼却炉から排出された灰（焼却灰及び飛灰）を電気エネルギーにより溶融処理する灰溶融炉や都市ごみ等をストーカ上で焼却処理するごみ焼却炉等に用いられるものであり、炉内の広範囲を監視できる広角レンズと長波長型の赤外線カメラを併用した炉内監視装置及び炉内監視装置を用いた炉内監視方法並びにこれらを用いた炉の操業制御方法に関するものである。

近年、都市ごみや産業廃棄物等を焼却処理するごみ焼却炉から排出された灰（焼却灰及び飛灰）の減容化及び無害化を図るため、灰の溶融固化処理法が注目され、現実に実用に供されている。何故なら、灰は、溶融固化することにより、その容積を１／２〜１／３に減らすことができると共に、重金属等の有害物質の溶出防止や溶融スラグの再利用、最終埋め立て処分場の延命等が可能になるからである。

そして、前記灰の溶融処理には、電気エネルギーによって灰を溶融処理する電気溶融方式の灰溶融炉が広く利用されている。この電気溶融方式の灰溶融炉を利用するのは、ごみ焼却施設の発電設備から溶融用電力が得られ易い等の理由からである。

従来、この種の灰溶融炉としては、炉の天井壁に設けた主電極と炉の底壁（炉底）に設けた炉底電極との間に直流電源により電圧を印加してプラズマアークを発生させ、当該プラズマアークにより炉内に投入された灰を溶融処理するようにしたプラズマアーク式の灰溶融炉が知られている。

即ち、前記灰溶融炉３０は、図６に示す如く、耐火物等により形成された天井壁、周壁及び底壁（炉底）から成る炉本体３１と、天井壁に貫通状に配設した昇降自在な主電極３２と、天井壁に貫通状に配設した昇降自在なスタート電極３３と、底壁に配設した導電性耐火物製の炉底電極３４等から成り、直流電源を利用して主電極３２から炉底電極３４へ向けてプラズマアークを発生させ、当該プラズマアークの発生熱により炉内に投入された灰を溶融処理するように構成されている。
尚、図６に於いては、３５は溶融スラグ出滓口、３６は排ガス排出口、３７は覗き窓、３８は赤外線カメラ、Ｓは溶融スラグ層、Ｍは溶融メタル層である。

上述した構成の灰溶融炉３０の運転中に於いては、炉内に投入される灰の供給量や炉内の灰の溶融状況に応じて灰溶融炉３０への投入電力（投入電圧×投入電流）を調整する必要がある。又、灰溶融炉３０への投入電力を効率よく溶湯に伝達するため、溶湯と主電極３２の電極距離間を最適な位置で一定に保つ必要がある。更に、灰溶融炉３０の主電極３２は、灰溶融炉３０の運転中に徐々に消耗するので、その消耗分に相当する分だけ、主電極３２を下降させる必要がある。
そのため、灰溶融炉３０の運転中に於いては、炉内を監視して炉内の溶湯範囲やプラズマアークのアーク長さ等を観察し、その観察結果に基づいて灰溶融炉３０への投入電力や主電極３２の高さ位置等を制御する必要がある。

ところで、灰を溶融処理する灰溶融炉３０に於いては、灰溶融時に発生する飛灰やヒューム（金属の蒸気が炉内で凝固、化学変化を起こし、固体の微粒子となって炉内に浮遊するもの）等の浮遊物により、可視光線カメラでは炉内を確実且つ充分に監視することができなかった。

そこで、最近では、図６に示す如く、炉内の浮遊物を透過し易い波長が８μｍ〜１２μｍの長波長型の赤外線カメラ３８を利用し、当該赤外線カメラ３８により灰溶融炉３０の炉側壁マンホール３９や溶融スラグ出滓口３５等に設置の覗き窓３７から炉内を監視することが行われている（例えば、特許文献１〜特許文献８参照）。

然し乍ら、従来の灰溶融炉３０に於いては、覗き窓３７の外側位置から赤外線カメラ３８により炉内を監視するようにしているため、限られた視野での炉内監視となり、炉内全域を監視することができなかった。そのため、プラズマアークのアーク長は把握できるものの、灰溶融炉３０内の未溶融範囲や温度分布等は把握することが困難であった。
その結果、最適な投入電力と投入灰供給量のバランスを判別するのが非常に困難となり、灰の最適な溶融処理を行えないと云う問題があった。
例えば、図７に示す如く、未溶融灰ａが主電極３２の近傍位置まで接近したり、未溶融灰ａが溶融スラグ出滓口３５まで到達したりするのを把握することが困難になり、前者の場合には、電圧が不安定になり、又、後者の場合には、溶融スラグが間欠的に出滓されると云う問題が発生することになる。

尚、灰溶融炉３０内の必要監視個所（例えば、灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り及び側壁耐火物）を全て撮影できるように複数台の赤外線カメラ３８を設置すれば、上述した問題を解決することができるが、この場合には、複数台の赤外線カメラ３８を使用しているために大幅なコスト上昇を招くと云う別の問題が発生することになる。

特許第３６５９９０３号公報特開２００２−０８１６３４号公報特開２００３−０２８４１１号公報特開２００２−０８１９９２号公報特開２００３−３４３８２４号公報特開２００４−１５６８６５号公報特許第３６１１２９９号公報特開平１１−２８７４２６号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、灰溶融炉内又はごみ焼却炉内の広範囲をダスト等の影響を受けることなく確実且つ良好に監視することができると共に、その監視結果に基づいて灰溶融炉への投入電力及び投入灰供給量やごみ焼却炉へのごみ供給量及びストーカへの燃焼空気量を最適化して安定した炉の操業制御を行えるようにした炉内監視装置及び炉内監視方法並びにこれらを用いた炉の操業制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、灰を電気エネルギーにより溶融する灰溶融炉の炉内又はごみをストーカ上で燃焼するごみ焼却炉の炉内を監視する炉内監視装置であって、前記炉内監視装置は、炉本体の天井壁に設けられ、波長が８μｍ〜１２μｍの長波長の赤外線を透過するゲルマニウム製の窓材を備えた覗き窓と、覗き窓の窓材の外側に配置され、炉内の略全域を写せる広角レンズと、覗き窓の窓材の外側に配置され、広角レンズからの像を撮影する長波長型の赤外線カメラと、窓材の前面側に配置され、窓材との間にパージガスが吹き込まれるパージガス空間を形成すると共に、炉内の必要監視個所を撮影できる穴を形成したセラミック板とから構成されており、前記セラミック板に、灰溶融炉の灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り、数個所の側壁部を、又はごみ焼却炉の乾燥ストーカ上、ストーカ上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物を夫々撮影できる複数の穴１６ａを形成したことに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の炉内監視装置を用いて灰溶融炉内又はごみ焼却炉内の広範囲を連続的に監視し、前記炉内監視装置の広角レンズ及び赤外線カメラによりセラッミク板の各穴を通して灰溶融炉の灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り、数個所の側壁部を、又はごみ焼却炉の乾燥ストーカ上、ストーカ上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物を夫々撮影することによって、灰溶融炉内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布、又はごみ焼却炉内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項３の発明は、請求項１に記載の炉内監視装置を用いて灰溶融炉内又はごみ焼却炉内の広範囲を連続的に監視し、前記炉内監視装置の広角レンズ及び赤外線カメラによりセラッミク板の各穴を通して灰溶融炉の灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り、数個所の側壁部を、又はごみ焼却炉の乾燥ストーカ上、ストーカ上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物を夫々撮影することによって、灰溶融炉内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布、又はごみ焼却炉内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握し、その監視結果に基づいて制御装置により灰溶融炉への投入電力及び投入灰供給量又はごみ焼却炉へのごみ供給量及びストーカへの燃焼空気量を最適化するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項１の炉内監視装置は、炉本体の天井壁に設けられ、透過性の窓材を備えた覗き窓と、覗き窓の窓材の外側に配置され、炉内の略全域を写せる広角レンズと、覗き窓の窓材の外側に配置され、広角レンズからの像を撮影する長波長型の赤外線カメラとから構成しているため、灰溶融炉内の溶湯範囲及び側壁耐火物の広範囲を監視することができ、又、ごみ焼却炉内のストーカ及び側壁耐火物の広範囲を監視することができる。その結果、本発明の請求項１の炉内監視装置を用いれば、灰溶融炉内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布を確実且つ良好に把握することができ、又、ごみ焼却炉内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を確実且つ良好に把握することができる。
又、本発明の請求項１の炉内監視装置は、覗き窓の窓材を、波長が８μｍ〜１２μｍの長波長の赤外線を透過するゲルマニウム製の窓材としているため、多数の運転員が従事するごみ処理場に於いて安全性の向上を図れると共に、広角レンズ及び赤外線カメラにより灰溶融炉やごみ焼却炉の炉内をより確実且つ良好に監視することができる。
更に、本発明の請求項１の炉内監視装置は、ゲルマニウム製の窓材の前面側に、炉内の必要監視個所（灰溶融炉の灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り、数個所の側壁部、又はごみ焼却炉の乾燥ストーカ上、ストーカ上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物）を撮影できる複数の穴を形成したセラミック板を配置しているため、セラミック板が炉からの大部分の輻射熱を受けることになり、ゲルマニウム製の窓材の温度上昇を抑制することができる。その結果、本発明の請求項１の炉内監視装置は、ゲルマニウム製の窓材の温度上昇に伴う透過率の低下を防止することができ、広角レンズ及び赤外線カメラにより炉内の撮影を確実且つ良好に行えて炉内の正確な監視が可能となる。
更に、本発明の請求項１の炉内監視装置は、ゲルマニウム製の窓材とセラミック板との間にパージガスが吹き込まれるパージガス空間を形成し、当該パージガス空間に窒素ガス等のパージガスを流す構成としているため、パージガス空間に流したパージガスがゲルマニウム製の窓材を冷却してゲルマニウム製の窓材の温度上昇を更に抑制すると共に、パージガスがセラミック板に形成した複数の穴をパージガス空間から炉内側へ高速で通過して高濃度のダストを含む高温ガスの侵入を防ぎ、ゲルマニウム製の窓材へのダストの付着を大幅に低減することなる。その結果、本発明の請求項１の炉内監視装置は、広角レンズ及び赤外線カメラにより炉内の撮影をより一層確実且つ良好に行えて炉内のより正確な監視が可能となる。

本発明の請求項２の炉内監視方法は、請求項１に記載の炉内監視装置を用いて灰溶融炉内の広範囲又はごみ焼却炉内の広範囲を連続的に監視するようにしているため、灰溶融炉内の溶湯範囲及び側壁耐火物又はごみ焼却炉内のストーカ及び側壁耐火物を監視することができ、灰溶融炉内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布又はごみ焼却炉内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を正確に確実且つ良好に把握することができる。

本発明の請求項３の炉の操業制御方法は、請求項１に記載の炉内監視装置を用いて灰溶融炉内の広範囲又はごみ焼却炉内の広範囲を連続的に監視して灰溶融炉内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布又はごみ焼却炉内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握し、その監視結果に基づいて制御装置により灰溶融炉への投入電力及び投入灰供給量又はごみ焼却炉へのごみ供給量及びストーカへの燃焼空気量を最適化するようにしているため、灰の最適な溶融処理やごみの最適な焼却処理を行うことができ、安定した灰溶融炉及びごみ焼却炉の操業制御が可能になると共に、灰溶融炉への過剰な投入電力やごみ焼却炉への過剰な燃焼空気量の供給を抑制することができて側壁耐火物の損傷を軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る炉内監視装置４を用いた灰溶融炉１を示し、当該灰溶融炉１は、都市ごみや産業廃棄物等を焼却処理するごみ焼却炉から排出された灰（焼却灰及び飛灰）を溶融処理するものであり、灰溶融炉１内の広範囲を広角レンズ２と長波長型の赤外線カメラ３等を併用した炉内監視装置４により連続的に監視して灰溶融炉１内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布を把握し、その監視結果に基づいて制御装置５により灰溶融炉１への投入電力（投入電圧×投入電流）及び投入灰供給量を最適化するようにしたものである。

即ち、前記灰溶融炉１は、図１に示す如く、ケーシング及び耐火物等により形成された天井壁６ａ、周壁及び底壁（炉底）から成る炉本体６と、天井壁６ａに貫通状に配設され、直流電源装置７の陰極に接続された昇降自在な主電極８と、天井壁６ａに貫通状に配設され、直流電源装置７の一方の陽極に接続された昇降自在なスタート電極（図示省略）と、底壁全域に配設され、直流電源装置７の他方の陽極に集電板を介して接続された導電性耐火物製の炉底電極９と、炉本体６の周壁に設けられ、炉内に灰を供給する灰供給装置１０（スクリューフィーダー）と、炉本体６の天井壁６ａ部分に設けられ、炉内の広範囲を監視する炉内監視装置４と、炉内監視装置４からのデータ信号を処理して灰溶融炉１内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布を把握すると共に、これに基づいて灰溶融炉１内への投入電力及び投入灰供給量を演算して直流電源装置７及び灰供給装置１０を制御する制御装置５等から成り、直流電源を利用して主電極８から炉底電極９へ向けてプラズマアークを発生させ、当該プラズマアークの発生熱により炉内に投入された灰を溶融処理すると共に、炉内監視装置４により炉内の広範囲を監視して灰供給状態や未溶融範囲、温度分布を把握し、これに基づいて制御装置５により投入電力及び投入灰供給量を最適化するように構成されている。
尚、図１に於いて、１１は炉本体６の周壁に形成され、炉内に灰を投入するための灰供給口、１２は炉本体６の周壁に形成され、溶融スラグをオーバーフローさせる溶融スラグ出滓口、１３は溶融スラグを流下させるスラグ出湯樋、１４は炉内の排ガスを排出する排ガス排出口である。

前記炉内監視装置４は、図１〜図３に示す如く、炉本体６の天井壁６ａに設けられ、透過性の窓材１５ａを備えた覗き窓１５と、覗き窓１５の窓材１５ａの外側に配置され、炉内の略全域を写せる広角レンズ２と、覗き窓１５の窓材１５ａの外側に配置され、広角レンズ２からの像を撮影する長波長型の赤外線カメラ３と、窓材１５ａの前面側に配置され、窓材１５ａとの間に窒素ガス等のパージガスＧが吹き込まれるパージガス空間を形成すると共に、炉内の必要監視個所を撮影できる穴１６ａを形成したセラミック板１６とから構成されており、パージガス空間内に窒素ガス等のパージガスＧを流しながら、広角レンズ２により窓材１５ａ及びセラミック板１６の穴１６ａを通して炉内の必要監視個所を写し、広角レンズ２からの像を赤外線カメラ３により撮影することによって、灰溶融炉１内の溶融範囲及び側壁耐火物の広範囲を監視できるようにしたものである。

具体的には、前記覗き窓１５は、図２に示す如く、炉本体６の天井壁６ａに形成した貫通穴１５ｂと、天井壁６ａの外面側に設けられ、貫通穴１５ｂの周囲に位置して複数のパージガス通路１５ｃを形成した取付け枠材１５ｄと、取付け枠材１５ｄに押え板１５ｅ及びボルト１５ｆを介して取り付けられ、取付け枠材１５ｄの開口を塞いで炉内ガスを遮断する透過性の窓材１５ａとを備えている。
又、窓材１５ａには、安全性があって波長が８μｍ〜１２μｍの長波長の赤外線を透過するゲルマニウム製の窓材１５ａが使用されている。このゲルマニウム製の窓材１５ａには、表面反射による光量ロスを少なくするため、反射防止膜がコーティングされている。

前記広角レンズ２は、覗き窓１５の窓材１５ａの外側位置に炉内の略全域を写せるように配置されており、この広角レンズ２には、少なくとも炉内の溶湯範囲全域と側壁耐火物を写せる従来公知の広角レンズ２が使用されている。

前記長波長型の赤外線カメラ３は、覗き窓１５の窓材１５ａの外側位置に配置されており、広角レンズ２に写し出された灰溶融炉１内の像を連続的に撮像するようになっている。
この長波長型の赤外線カメラ３には、灰溶融炉１内の飛灰やヒュームを透過し易い波長が８μｍ〜１２μｍの長波長型の赤外線カメラ３が使用されている。

前記セラミック板１６は、窓材１５ａの前面側に窓材１５ａと一定の間隔を空けて配置されており、取付け枠材１５ｄの内周縁部に取り付けられている。これによって、窓材１５ａとセラミック板１６との間には、取付け部材１５ｄのパージガス通路１５ｃに連通するパージガス空間が形成されることになる。このパージガス空間には、取付け部材１５ｄのパージガス通路１５ｃからパージガスＧが吹き込まれるようになっている。
又、セラミック板１６には、図２及び図３に示す如く、広角レンズ２及び赤外線カメラ３により炉内の必要監視個所を撮影できる穴１６ａが形成されている。この実施の形態に於いては、セラミック板１６には、灰供給口１１廻り、溶融スラグ出滓口１２廻り、主電極８廻り、数個所の側壁部を夫々撮影できるように複数の穴１６ａが形成されている。従って、広角レンズ２及び赤外線カメラ３によりセラッミク板１６の各穴１６ａを通して灰供給口１１廻り、溶融スラグ出滓口１２廻り、主電極８廻り、数個所の側壁部を夫々撮影することによって、灰供給状態の確認、出滓状態の確認、主電極８からのアークによる溶融スラグの温度上昇の確認、側壁耐火物温度の確認を夫々行えることになる。

尚、窓材１５ａの前面にセラッミク板を配置して窓材１５ａとの間にパージガス空間を形成するのは、ゲルマニウム製の窓材１５ａの温度上昇とゲルマニウム製の窓材１５ａへのダスト付着を防止するためである。何故なら、ゲルマニウム製の窓材１５ａは、温度の上昇と共に透過率が低下し、赤外線カメラ３により灰溶融炉１内を撮影できなくなるからである。又、ゲルマニウム製の窓材１５ａの内側に炉内のダストが付着し、赤外線カメラ３により灰溶融炉１内を撮影できなくなるからである。
従って、ゲルマニウム製の窓材１５ａの前面側にセラミック板１６を配置すると、炉内からの大部分の輻射熱をセラミック板１６が受けることになり、ゲルマニウム製の窓材１５ａの温度上昇を抑制することができる。又、ゲルマニウム製の窓材１５ａとセラミック板１６との間に形成したパージガス空間にパージガスＧを供給すると、パージガスＧがゲルマニウム製の窓材１５ａを冷却すると共に、当該パージガスＧがセラミック板１６に形成した穴１６ａを炉内側へ高速で通過して炉内側からの高濃度のダストを含む高温ガスの侵入を防ぎ、ゲルマニウム製の窓材１５ａの温度上昇とダストの付着を抑制することができる。

前記制御装置５は、炉内監視装置４からのデータ信号を処理して灰溶融炉１内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布を把握するデータ処理部（図示省略）と、データ処理部からの信号により灰溶融炉１内への最適な投入電力及び投入灰供給量を演算する演算部（図示省略）と、演算部からの信号により灰溶融炉１内への投入電力及び投入灰供給量が最適になるように直流電源装置７及び灰供給装置１０を制御する制御部（図示省略）とを備えている。

以上のように構成された灰溶融炉１に於いては、灰（焼却灰及び飛灰）の溶融処理を開始するに当たっては、先ず、主電極８とスタート位置に下降させたスタート電極（図示省略）とに通電させて両電極間に電流を発生させ、これにより炉内の灰を溶融させる。これは、主電極８と炉底電極９の間に非導電性の溶融物が介在するため、運転開始時に於いては、主電極８と炉底電極９との間にプラズマアークを発生させ得ないからである。

炉内の灰が溶融して導電性が上昇すると、スタート電極を待機位置に上昇させたうえ、主電極８と炉底電極９との間に直流電源装置７により所定の電圧を印加して両電極間にプラズマアークを発生させ、当該プラズマアークの発生熱により灰供給装置１０から炉内へ投入された灰を溶融する。
尚、一般的に灰溶融炉１への投入電力は、炉本体６の灰処理量と炉本体６から放熱される放熱量とにより決定されている。

主電極８と炉底電極９との間に発生するプラズマアークにより炉内の灰が順次溶融されて行くと、炉本体６内に溶湯が形成される。この溶湯は、灰中に鉄を始めとする金属類やシリカを始めとするスラグ成分が多く含まれているため、比重差によって上方に位置する溶融スラグ層Ｓと溶融スラグ層Ｓの下方に位置する溶融メタル層Ｍとに分離される。

前記溶融スラグは、溶融スラグ出滓口１２から順次オーバーフローし、スラグ出湯樋１３を流下して冷却水Ｗを貯留した水冷槽（図示省略）内へ落下排出され、ここで水冷されて水砕スラグにされる。
又、炉内で発生した排ガスは、誘引通風機（図示省略）の誘引作用により天井壁６ａに形成した排ガス排出口１４を通って燃焼室（図示省略）内へ導入され、ここで燃焼された後、排ガス処理装置（図示省略）等を経て浄化されてから大気中へ放出されている。

一方、溶融スラグの下方に位置する溶融メタルは、灰溶融炉１の運転時間の経過と共に順次底壁に残留・蓄積し、溶融メタル層Ｍの液面レベルを上昇させて溶融メタル層Ｍの厚さを増加させる。これに伴って、上方の溶融スラグ層Ｓの厚さは、炉本体６の溶湯容積が一定であることとも相俟って、順次薄くなって行く。
尚、溶融メタル層Ｍの液面が上昇すると、溶融スラグに溶融メタルが混合して排出され、スラグの品質が低下する等の問題が発生するため、周壁下部に設けたタップホール（図示省略）を間欠的に開孔し、ここから溶融メタルを抜き出して溶融メタル層Ｍの厚さが所定の厚さを超えないようにしている。

そして、灰溶融炉１の運転中に於いては、炉内監視装置４により炉内の溶湯範囲及び側壁耐火物の広範囲を連続的に監視している。即ち、灰溶融炉１の運転中に於いては、パージガス空間内に窒素ガス等のパージガスＧを流しながら、広角レンズ２によりゲルマニウム製の窓材１５ａ及びセラミック板１６の複数の穴１６ａを通して炉内の必要監視個所（灰供給口１１廻り、溶融スラグ出滓口１２廻り、主電極８廻り、数個所の側壁部）を写し、広角レンズ２からの像を赤外線カメラ３により連続的に撮影している。これにより、灰溶融炉１内の灰供給状態、未溶融範囲、温度分布を把握することができる。

このとき、炉内を長波長型の赤外線カメラ３で撮影しているため、炉内の飛灰やヒュームの影響を受けることなく、炉内の状況を把握することができる。
又、ゲルマニウム製の窓材１５ａの前面側にセラミック板１６を配置しているため、セラミック板１６が炉からの大部分の輻射を受けてゲルマニウム製の窓材１５ａの温度上昇を抑制し、ゲルマニウム製の窓材１５ａの透過率が低下するのを防止することができると共に、窓材１５ａへのダストの付着を防止することができる。その結果、広角レンズ２及び赤外線カメラ３により炉内の撮影を確実且つ良好に行え、炉内の正確な監視が可能となる。
更に、ゲルマニウム製の窓材１５ａとセラミック板１６との間に形成したパージガス空間に窒素ガス等のパージガスＧを流すようにしているため、パージガス空間に流れ込んだパージガスＧがゲルマニウム製の窓材１５ａを冷却してゲルマニウム製の窓材１５ａの温度上昇を更に抑制すると共に、パージガスＧがセラミック板１６に形成した穴１６ａをパージガス空間から炉内側へ高速で通過して高濃度のダストを含む高温ガスの侵入を防ぎ、ゲルマニウム製の窓材１５ａへのダストの付着を大幅に低減することができる。その結果、広角レンズ２及び赤外線カメラ３による炉内の撮影をより一層確実且つ良好に行え、炉内のより正確な監視が可能となる。

炉内監視装置４からのデータ信号は、制御装置５へ入力されてここでデータ処理される。即ち、制御装置５は、炉内監視装置４からのデータ信号をデータ処理して灰溶融炉１内の灰供給状態、未溶融範囲、温度分布を把握し、これに基づいて灰溶融炉１内への最適な投入電力及び投入灰供給量を決定すると共に、灰溶融炉１内への投入電力及び投入灰供給量が最適な値になるように直流電源装置７や灰供給装置１０を制御する。これにより、灰溶融炉１の安定した操業制御を実現することができる。又、過剰な電力投入を抑制することで、側壁耐火物の損傷を低減することができる。
尚、図４は灰溶融炉１が安定した状態で操業されている状態を示すものであり、未溶融灰ａが主電極８の近傍位置まで接近したり、未溶融灰ａが溶融スラグ出滓口１２まで到達したりすると云うことがない。その結果、電圧が不安定になったり、溶融スラグが間欠的に出滓されるのを防止することができる。

図５は本発明の実施の形態に係る炉内監視装置４を用いたストーカ式のごみ焼却炉１７を示し、当該ごみ焼却炉１７は、都市ごみや産業廃棄物等をストーカ２１上で焼却処理するものであり、ごみ焼却炉１７内の広範囲を広角レンズ２と長波長型の赤外線カメラ３等を併用した炉内監視装置４により連続的に監視してごみ焼却炉１７内のストーカ２１上のごみの乾燥状況や燃焼位置（ストーカ２１上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置）、温度分布を把握し、その監視結果に基づいて制御装置５によりごみ焼却炉１７へのごみ供給量及びストーカ２１への燃焼空気量を最適化するようにしたものである。

即ち、前記ストーカ式のごみ焼却炉１７は、炉本体１８、ごみ供給ホッパ１９、ごみ供給装置２０、ストーカ２１、ストーカ下ホッパ２２、一次燃焼室２３、二次燃焼室２４、灰出し口２５、排ガス出口２６、一次燃焼空気供給ダクト２７、二次燃焼空気供給ダクト２８、ダンパ２９、炉内監視装置４及び制御装置５等から成り、ストーカ２１上に供給したごみをストーカ２１下から供給する燃焼空気により順次乾燥、燃焼させると共に、ストーカ２１の広範囲を監視してごみの乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握し、これに基づいてストーカ２１へのごみ供給量及び燃焼空気量を最適化するように構成されている。
又、ストーカ２１は、乾燥ストーカ２１ａ、燃焼ストーカ２１ｂ及び後燃焼ストーカ２１ｃから成り、ストーカ２１下から各ストーカ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに燃焼空気（一次燃焼空気）が供給されるようになっている。

前記炉内監視装置４は、炉本体１８の天井壁１８ａに設けられ、透過性の窓材１５ａ（ゲルマニウム製の窓材１５ａ）を備えた覗き窓１５と、覗き窓１５の窓材１５ａの外側に配置され、炉内の略全域（ストーカ２１全域及び側壁耐火物）を写せる広角レンズ２と、覗き窓１５の窓材１５ａの外側に配置され、広角レンズ２からの像を撮影する長波長型の赤外線カメラ３と、窓材１５ａの前面側に配置され、窓材１５ａとの間にパージガスＧが吹き込まれるパージガス空間を形成すると共に、炉内の必要監視個所（乾燥ストーカ２１ａ上、ストーカ２１上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物）を撮影できる複数の穴１６ａを形成したセラミック板１６とから構成されており、パージガス空間内に窒素ガス等のパージガスＧを流しながら、広角レンズ２により窓材１５ａ及びセラミック板１６の穴１６ａを通して炉内の必要監視個所を写し、広角レンズ２からの像を赤外線カメラ３により撮影することによって、ごみ焼却炉１７内の広範囲を監視できるようにしたものである。
尚、炉内監視装置４には、図１に示す灰溶融炉１に用いたものと全く同じものを使用しているため、ここではその詳細な説明を省略する。

前記制御装置５は、炉内監視装置４からのデータ信号を処理してごみ焼却炉１７内のストーカ２１上のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握するデータ処理部（図示省略）と、データ処理部からの信号によりストーカ２１への最適なごみ供給量及び燃焼空気量を演算する演算部（図示省略）と、演算部からの信号によりストーカ２１へのごみ供給量及び燃焼空気量が最適になるようにごみ供給装置２０及びダンパ２９を制御する制御部（図示省略）とを備えている。

而して、前記ストーカ式のごみ焼却炉１７によれば、ごみ供給ホッパ１９からごみ供給装置２０により炉内に供給されたごみは、乾燥ストーカ２１ａ上へ連続的に供給され、ここで乾燥ストーカ２１ａ下から供給される燃焼空気（一次燃焼空気）と高温状態にある一次燃焼室からの輻射熱により加熱・乾燥されると共に、ごみの一部に燃焼が始まる。これにより、ごみ中の水分や揮発分が蒸発すると共に、ＣＯやＨＣ等の未燃ガスが放出される。

次に、乾燥されたごみは、引き続き乾燥ストーカ２１ａから燃焼ストーカ２１ｂ上へ送られ、ここで燃焼ストーカ２１ｂ下から供給される燃焼空気（一次燃焼空気）によって火炎を上げて燃焼をすると共に、燃焼ストーカ２１ｂの下流側端部に於いて丁度燃え切り点に達する。

そして、燃焼ストーカ２１ｂの下流側端部に於いて燃え切ったごみは、引き続き後燃焼ストーカ２１ｃ上へ送られ、ここで後燃焼ストーカ２１ｃ下から供給される燃焼空気（一次燃焼空気）によりいわゆるおき燃焼をして未燃分が殆どない焼却灰となった後、灰出し口２５から落下排出される。

一方、ごみの焼却に伴い発生する未燃ガスや未燃物は、一次燃焼室２３内を上昇して行き、二次燃焼室２４内に於いてここに吹き込まれる燃焼空気（二次燃焼空気）により攪拌・混合され、燃焼ガス中に含まれる未燃ガス等が完全燃焼された後、排ガスとなって排ガス出口２６から排出される。

そして、ごみ焼却炉１７の運転中に於いては、炉内監視装置４によりストーカ２１及び側壁耐火物の広範囲を連続的に監視している。即ち、ごみ焼却炉１７の運転中に於いては、パージガス空間内に窒素ガス等のパージガスＧを流しながら、広角レンズ２により窓材１５ａ及びセラミック板１６の穴１６ａを通して炉内のストーカ２１上の必要監視個所及び側壁耐火物を写し、広角レンズ２からの像を赤外線カメラ３により連続的に撮影している。これにより、ごみ焼却炉１７内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握することができる。

炉内監視装置４からのデータ信号は、制御装置５へ入力されてここでデータ処理される。即ち、制御装置５は、炉内監視装置４からのデータ信号をデータ処理してごみ焼却炉１７内のストーカ２１上のごみ乾燥状況や燃焼位置（ストーカ２１上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置）、温度分布を把握し、これに基づいてごみの乾燥状況や燃焼位置（ストーカ２１上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置）が最適な位置になるようにごみ焼却炉１７内への最適なごみ供給量及び燃焼空気量を決定すると共に、ごみ焼却炉１７内へのごみ供給量及び燃焼空気量が最適な値になるようにごみ供給装置２０及び一次燃焼空気供給ダクト２７に介設したダンパ２９を制御する。これにより、ごみ焼却炉１７の安定した操業制御を実現することができる。

本発明は、灰溶融炉１やごみ焼却炉１７に適用するようにしたが、ガラス溶融炉や製鉄用高炉等にも適用することができる。

本発明の炉内監視装置を用いた灰溶融炉の概略縦断面図である。炉内監視装置の概略縦断面図である。炉内監視装置のセラミック板の平面図である。灰溶融炉が安定した状態で操業されている状態を示し、（Ａ）は炉内の平面図、（Ｂ）は炉内の縦断面図である。本発明の炉内監視装置を用いたストーカ式のごみ焼却炉の概略縦断面図である。従来の灰溶融炉の縦断面図である。灰溶融炉が不安定な状態で操業されている状態を示し、（Ａ）は炉内の平面図、（Ｂ）は炉内の縦断面図である。

符号の説明

１は灰溶融炉、２は広角レンズ、３は赤外線カメラ、４は炉内監視装置、５は制御装置、６は炉本体、６ａは天井壁、１５は覗き窓、１５ａは窓材、１６はセラミック板、１６ａはセラミック板の穴、１７はごみ焼却炉、１８は炉本体、１８ａは天井壁、２１はストーカ、Ｇはパージガス。

Claims

灰を電気エネルギーにより溶融する灰溶融炉の炉内又はごみをストーカ上で燃焼するごみ焼却炉の炉内を監視する炉内監視装置であって、前記炉内監視装置は、炉本体の天井壁に設けられ、波長が８μｍ〜１２μｍの長波長の赤外線を透過するゲルマニウム製の窓材を備えた覗き窓と、覗き窓の窓材の外側に配置され、炉内の略全域を写せる広角レンズと、覗き窓の窓材の外側に配置され、広角レンズからの像を撮影する長波長型の赤外線カメラと、窓材の前面側に配置され、窓材との間にパージガスが吹き込まれるパージガス空間を形成すると共に、炉内の必要監視個所を撮影できる穴を形成したセラミック板とから構成されており、前記セラミック板に、灰溶融炉の灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り、数個所の側壁部を、又はごみ焼却炉の乾燥ストーカ上、ストーカ上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物を夫々撮影できる複数の穴１６ａを形成したことを特徴とする炉内監視装置。
請求項１に記載の炉内監視装置を用いて灰溶融炉内又はごみ焼却炉内の広範囲を連続的に監視し、前記炉内監視装置の広角レンズ及び赤外線カメラによりセラッミク板の各穴を通して灰溶融炉の灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り、数個所の側壁部を、又はごみ焼却炉の乾燥ストーカ上、ストーカ上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物を夫々撮影することによって、灰溶融炉内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布、又はごみ焼却炉内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握するようにしたことを特徴とする炉内監視方法。
請求項１に記載の炉内監視装置を用いて灰溶融炉内又はごみ焼却炉内の広範囲を連続的に監視し、前記炉内監視装置の広角レンズ及び赤外線カメラによりセラッミク板の各穴を通して灰溶融炉の灰供給口廻り、溶融スラグ出滓口廻り、主電極廻り、数個所の側壁部を、又はごみ焼却炉の乾燥ストーカ上、ストーカ上のごみ燃焼中心位置や燃え切り位置、数個所の側壁耐火物を夫々撮影することによって、灰溶融炉内の灰供給状態や未溶融範囲、温度分布、又はごみ焼却炉内のごみ乾燥状況や燃焼位置、温度分布を把握し、その監視結果に基づいて制御装置により灰溶融炉への投入電力及び投入灰供給量又はごみ焼却炉へのごみ供給量及びストーカへの燃焼空気量を最適化するようにしたことを特徴とする炉の操業制御方法。