JPH07127831A - プラズマ溶融装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶融炉の底部における焼却灰の落
下位置がプラズマトーチの直下位置から外れるように構
成すると共に、プラズマアークを広範囲に照射して焼却
灰を溶融できるプラズマ溶融装置を提供する。 【構成】 このプラズマ溶融装置は、焼却灰の投入シュ
ート６が２本のプラズマトーチ３の中間部に配置されて
いるので、広範囲にプラズマアークを照射でき、プラズ
マの失火が起こり難い。また、１本のプラズマトーチ３
に内蔵された電極を交換している時に、もう１本のプラ
ズマトーチ３からプラズマアークを発生させることがで
きるので、溶融スラグが冷却して固化することはない。
このプラズマ溶融装置は、トーチ揺動装置を有している
ので、プラズマトーチ３の傾きを変更調節して照射方向
を変更することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、都市ごみ、下水汚
泥、或いはその他の廃棄物を焼却炉で焼却することによ
って発生する焼却灰を溶融炉において溶融処理するプラ
ズマ溶融装置にに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、都市ごみ、下水汚泥、或いはそ
の他の廃棄物を焼却炉で焼却することによって発生する
焼却灰は、多くの場合、埋立処理されているのが現状で
ある。しかし、埋立地の確保が年々困難になっているた
め、埋め立てられる焼却灰の容積を小さくする方法、即
ち、減容化処理が要望されている。また、焼却灰を処理
することなくそのままの状態で埋立地に埋め立てた場合
には、焼却灰自体に種々の重金属等の有害物質が含まれ
ているため、焼却灰から有害物質が雨水、地下水等に溶
出したり、或いは、焼却灰中の未燃有機物質が腐敗し、
これらの現象が二次公害を引き起こす原因になってい
る。そこで、焼却炉から排出される焼却灰の無公害化処
理が要望されている。

【０００３】このような状況の下で、従来から焼却灰の
溶融処理装置として種々のものが開発されている。その
うちの一つとして、例えば、プラズマトーチを利用して
溶融炉としたプラズマ溶融装置が開発されている（特開
平３−５５４１１号公報参照）。このプラズマ溶融装置
の構造について、図８及び図９を参照して説明する。図
８はプラズマ溶融装置の断面図であり、図９は図８の線
Ａ−Ａにおける断面図である。

【０００４】このプラズマ溶融装置６０は、焼却灰、特
に、陶器、金属等の高融点物質を多量に含む都市ごみ焼
却灰を溶融炉６１即ちプラズマアーク炉６１において溶
融処理するものであり、主として、プラズマアーク炉６
１、該プラズマアーク炉６１に設けたプラズマトーチ６
２にプラズマを発生させるプラズマシステムから構成さ
れている。

【０００５】図８に示すように、プラズマアーク炉６１
には、炉体６３の上部となる水冷式の固定型の炉蓋６４
が設けられている。この炉体６３は、カーボン、クロミ
ア、アルミナ等の耐火材で構築されている。炉体６３の
傾動によって炉体６３に溜まっている残留溶融スラグ６
５が放出可能になる。更に、炉蓋６４には、トーチ昇降
装置６６、焼却灰Ｂの投入シュート６７、及び排ガスＧ
が排ガスダクトへ案内される排ガス出口６８が設けられ
ている。プラズマトーチ６２は、トーチ昇降装置６６に
よって炉蓋６４に設置可能に設けられている。更に、プ
ラズマトーチ６２には、該プラズマトーチ６２の照射方
向を変更できるようにするために、プラズマトーチ６２
の傾きを変える傾動装置６９が設けられている。この傾
動装置６９の駆動によってプラズマトーチ６２は方向変
更が可能になる。炉体６３の炉底部にはプラズマトーチ
６２の対極７０となる黒鉛電極が埋め込まれていて、プ
ラズマトーチ６２に内蔵された電極（＋極）と炉体６３
の炉底部に設けた黒鉛電極である対極７０（−極）との
間にプラズマアークを発生させる。

【０００６】傾動装置６９は、ボールジョイント等によ
って枢支点７１を中心に矢印Ｑ方向にプラズマトーチ６
２が傾動可能に構成されており、制御装置からの指令に
よってプラズマトーチ６２が傾動し、プラズマ照射領域
が変更される。また、プラズマトーチ６２からのプラズ
マの照射領域は、プラズマアーク炉６１のスラグ排出口
７２を含むように設定されている。従って、１本のプラ
ズマトーチで焼却灰Ｂの溶融作用及び炉体６３のスラグ
排出口７２の加熱作用を行い、溶融スラグ６５がスラグ
排出口７２で固化するのを防止し、連続的にスラグ６５
を排出することができる。

【０００７】焼却炉で発生した焼却灰Ｂ或いは集塵器で
捕集した飛灰Ｂは、一旦灰コンテナに回収され、その
後、該灰コンテナからプッシャ式灰供給装置の灰ホッパ
へ投入される。灰ホッパに投入された焼却灰Ｂは、灰供
給装置によって投入シュート６７を通じて連続的或いは
間欠的にプラズマアーク炉６１へ投入される。そして、
該プラズマアークの高い熱エネルギーによって、酸化
物、高溶融物質等を含んだ焼却灰Ｂは溶融状態の溶融ス
ラグ６５となる。焼却灰Ｂに含まれていた金属は溶融金
属として、炉体６３のスラグ排出口７２より連続的或い
は間欠的に流出し、スラグＳとして外部、即ちスラグ受
け容器７３へ取り出される。一方、焼却灰Ｂが溶融する
ことによって発生した排ガス（燃焼ガス）Ｇは、排ガス
出口６８から排ガスダクトを通って排ガス処理装置へ送
り込まれ、清浄化された後に煙突から大気中へ放出され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す従来のプラズマ溶融装置は、焼却灰Ｂの投入方向と
プラズマトーチの傾動方向が同じであり、プラズマアー
ク炉に投入された焼却灰の落下位置がプラズマトーチの
直下部と一致する構造になっているので、焼却灰の投入
に伴ってプラズマが失火することがある。図８に示すプ
ラズマ溶融装置のように、プラズマトーチが傾動可能に
構成されたプラズマ溶融装置でもプラズマの失火が起こ
るのであるから、プラズマトーチが傾動不能であるプラ
ズマ溶融装置の場合には、プラズマの失火する頻度は更
に大きくなる。また、プラズマトーチに内蔵された電極
を交換する場合、交換時には加熱源がなくなるので、溶
融スラグをプラズマアーク炉内に残したまま電極の交換
作業を行うと、溶融スラグが冷却して固化し、再着火が
困難になる。

【０００９】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決し、溶融炉の底部における焼却灰の落下位置がプラ
ズマトーチの直下位置から外れるように構成すると共
に、プラズマトーチを複数本設けて溶融炉内の焼却灰に
対する可及的に大きな領域にプラズマアークを飛ばすこ
とを可能にし、一方のプラズマトーチの電極の交換時に
も他方のプラズマトーチで溶融炉内の焼却灰を加熱可能
に構成したプラズマ溶融装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するため手段】この発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成されている。即ち、この発
明は、溶融炉の上部に配置されたプラズマアークを発生
させるプラズマトーチ、該プラズマトーチの軸方向に前
記プラズマトーチを移動調節するトーチ昇降装置、及び
前記プラズマトーチの照射方向を変更するため前記プラ
ズマトーチの傾きを変更調節するトーチ揺動装置を有
し、前記溶融炉の外に設置したメインマストを中心とし
て前記トーチ昇降装置及び前記トーチ揺動装置を回動さ
せることによって前記プラズマトーチを前記溶融炉上の
設置位置又は前記溶融炉外の休止位置に選択的に移動さ
せるトーチ回動装置に関する。

【００１１】また、このプラズマ溶融装置において、前
記トーチ揺動装置は、前記プラズマトーチを水平軸回り
に前後方向に揺動させるトーチ前後揺動装置、及び前記
プラズマトーチを前記水平軸に直交する水平軸回りに左
右方向に揺動させるトーチ左右揺動装置から構成したも
のである。

【００１２】また、このプラズマ溶融装置において、前
記溶融炉は炉体と該炉体を覆う炉蓋から構成され、前記
炉蓋はプラズマトーチが挿入される貫通孔を有し、該貫
通孔は円錐状に形成されているものである。

【００１３】

【作用】この発明は上記のように構成されているので、
次のように作用する。即ち、このプラズマ溶融装置は、
溶融炉に対して１本又は複数本のプラズマトーチを設置
しているので、これらのプラズマトーチを、焼却灰の落
下位置を避けるように、即ち落下位置に対して適宜位置
となるように溶融炉の上部に配置することができる。従
って、プラズマアークの失火が起こり難く、溶融炉内の
焼却灰に対して可及的に広範囲にプラズマアークを照射
できる。

【００１４】しかも、このプラズマ溶融装置において、
トーチ揺動装置を設置すれば、プラズマトーチの傾きを
変更調節することによって照射方向を変更することがで
きる。従って、焼却灰を溶融炉に投入するタイミングと
プラズマトーチの照射方向を適正に調節すれば、プラズ
マの失火を完全に防止することができる。

【００１５】また、この溶融炉は、複数本のプラズマト
ーチを有しているので、一本のプラズマトーチに内蔵さ
れた電極を交換している時にも、別のプラズマトーチか
らプラズマアークを発生させることができる。従って、
溶融スラグを溶融炉内に残したまま電極の交換作業を行
っても、溶融スラグは別のプラズマトーチによる熱エネ
ルギーを受けているから、冷却して固化するということ
はない。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら、この発明による
プラズマ溶融装置の実施例について説明する。このプラ
ズマ溶融装置は、焼却灰、特に、陶器、金属等の高融点
物質を多量に含む都市ごみ焼却灰を溶融炉即ちプラズマ
アーク炉において溶融処理するものであり、主として、
プラズマアーク炉、該プラズマアーク炉の上部に上下方
向に設けたプラズマトーチにプラズマを発生させるプラ
ズマシステム、プラズマトーチを動かすトーチ移動装
置、プラズマアーク炉内の溶融スラグを冷却しながら排
出するスラグ排出装置、プラズマアーク炉を傾動させる
炉体傾動装置から構成されている。

【００１７】まず、この発明によるプラズマ溶融装置と
してプラズマトーチが２本設置された場合のプラズマア
ーク炉について説明する。図１はこの発明によるプラズ
マ溶融装置のプラズマアーク炉の断面図を示しており、
図２は図１の線Ｃ−Ｃにおける断面図、及び図３は図１
において溶融炉を矢印Ｄ方向から見たときの正面図であ
る。

【００１８】溶融炉２であるプラズマアーク炉２は、炉
体４とその上部を覆う炉蓋５から構成され、前部にスラ
グ排出口８を有している。スラグ排出口８は炉体４と炉
蓋５との接合部分に形成されている。炉蓋５には焼却灰
の投入シュート６が固定されている。また、炉蓋５には
焼却灰の溶融時に発生した排ガスＧが排出される排ガス
出口９が形成されている。更に、炉蓋５には２個の円錐
状の貫通孔１０が形成されており、この貫通孔１０にそ
れぞれプラズマトーチ３，３が上下方向に延びて設置可
能になっている。また、貫通孔１０を円錐状に形成した
理由は、それぞれの貫通孔１０に設置されたプラズマト
ーチ３が水平軸回りに回動しても、即ちプラズマトーチ
３が傾動しても、プラズマトーチ３と炉蓋５とが干渉し
ないようにするためである。更に、焼却灰の投入シュー
ト６は、図２に示すように、２本のプラズマトーチ３，
３の中間部に配置されている。従って、焼却灰の落下位
置は、２本のプラズマトーチ３，３の直下位置から外れ
ている。

【００１９】炉体４は、カーボン、クロミア、アルミナ
等の耐火材で構築されている。炉体４の炉底部にはプラ
ズマトーチ３の対極（図示省略）となる黒鉛電極が埋め
込まれていて、プラズマトーチ３に内蔵された電極（＋
極）と炉体４の炉底部に設けた黒鉛電極である対極（−
極）との間にプラズマアークを発生させる。なお、図面
では、移送式のプラズマトーチについて説明するが、非
移送式のプラズマトーチを用いてもよいものである。

【００２０】プラズマ溶融装置１の全体構造は、図４及
び図５に示されている。図４はプラズマ溶融装置１の側
面図、図５は該プラズマ溶融装置１の平面図である。こ
のプラズマ溶融装置１は、前述のプラズマアーク炉２の
他に、灰ホッパ内の焼却灰を連続的或いは間欠的にプラ
ズマアーク炉２内に投入するために灰供給装置（図示省
略）、炉蓋５にプラズマトーチ３を設置又は取り外した
り、プラズマトーチ３を昇降させたり或いは傾動させた
りするためのトーチ移動装置１１、スラグ排出口８から
排出された溶融スラグを冷却しながら案内して外部へ送
り出すスラグ排出装置１２、炉体４に溜まっている残留
溶融スラグを外部へ放出する時に炉体４を傾動させるた
めの炉体傾動装置１３等を備えている。

【００２１】トーチ移動装置１１は、プラズマトーチ３
の軸方向即ち上下方向にプラズマトーチ３を移動させる
トーチ昇降装置１４と、水平軸回りにプラズマトーチ３
を前後方向に揺動させるトーチ前後揺動装置１５と、前
記水平軸に直交する水平軸回りにプラズマトーチ３を左
右方向に揺動させるトーチ左右揺動装置１６とを有して
おり、これらの３つの装置が一体構造に構成されてい
る。また、トーチ移動装置１１は、プラズマアーク炉２
内にプラズマトーチ３を設置したり、プラズマアーク炉
２からプラズマトーチ３を取り出したりするために、上
記一体構造の３つの装置を、プラズマアーク炉２外に設
置したメインマスト１８を中心として回動させるトーチ
回動装置１７を有している。このトーチ回動装置１７の
作用によって、トーチ昇降装置１４やトーチ揺動装置１
５，１６はメインマスト１８を中心として回動し、プラ
ズマトーチ３がプラズマアーク炉２上の設置位置２４と
プラズマアーク炉２外の休止位置２５との間を選択的に
移動することができる。なお、左右一対のトーチ移動装
置１１は、それぞれ独立して作動可能に構成されてい
る。

【００２２】トーチ回動装置１７は、プラズマアーク炉
２外に設置されたメインマスト１８と、メインマスト１
８に軸受１９を介して回転自在に設けられた水平方向に
延びるメインアーム２０と、一端２１がメインマスト１
８に連結され、他端２２がメインアーム２０に連結され
たトーチ回動用シリンダ２３を有する。トーチ回動用シ
リンダ２３が伸びた時には、メインアーム２０はメイン
マスト１８を中心に旋回してプラズマアーク炉２上の設
置位置２４まで回動する。このとき、プラズマトーチ３
はプラズマアーク炉２内に設置可能になる。一方、トー
チ回動用シリンダ２３が縮んだ時には、メインアーム２
０がプラズマアーク炉２から離れる方向に回動して、プ
ラズマトーチ３は休止位置２５に至る。

【００２３】トーチ左右揺動装置１６は、メインアーム
２０の先端に対して軸受２６を介して回転自在に設けら
たＬ型アーム２７と、一端がメインアーム２０に連結さ
れ、他端がＬ型アーム２７に連結されたトーチ左右揺動
用シリンダ２８を有する。トーチ左右揺動用シリンダ２
８が伸縮することによって、Ｌ型アーム２７はメインア
ーム２０の軸Ｈを中心として回動する。

【００２４】トーチ前後揺動装置１５は、Ｌ型アーム２
７の先端に対して軸受２９を介して回転自在に設けられ
たマスト３０と、一端がＬ型アーム２７に連結され、他
端がマスト３０に連結されたトーチ前後揺動用シリンダ
３１を有する。トーチ前後揺動用シリンダ３１が伸縮す
ることによって、マスト３０はメインアーム２０の軸Ｈ
に垂直な水平軸Ｊを中心として回動する。

【００２５】トーチ昇降装置１４は、図６（図４におい
て矢印Ｅ方向から見た図）に示すように、マスト３０に
固定されたレールと、そのレールに摺動自在に取り付け
られた直動案内転がり軸受３２と、直動案内転がり軸受
３２に固定され且つプラズマトーチ３を把持するチャッ
ク部３３と、直動案内転がり軸受３２をレールに沿って
上下方向に移動させるトーチ昇降用シリンダ３４を有し
ている。プラズマトーチ３はメインアーム２０の軸Ｈと
メインアーム２０の軸Ｈに垂直な水平軸Ｊとの交点Ｋに
配置されている。トーチ昇降用シリンダ３４の働きで、
チャック部３３に把持されたプラズマトーチ３は軸方向
に上死点と下死点の間を上下に移動する。なお、この実
施例においては、プラズマトーチ３の軸方向は鉛直方向
としたが、図８のプラズマトーチ６２のように、プラズ
マトーチ３の軸方向を傾斜させてもよい。上死点の高さ
は、プラズマトーチ３の下端がプラズマアーク炉２から
完全に出た状態になるような高さに設定されている。ト
ーチ回動装置１７によってプラズマトーチ３を設定位置
２４に移動させた後、トーチ昇降装置１４によってプラ
ズマトーチ３を下死点に向かって下げていくと、プラズ
マトーチ３は炉蓋５に形成された貫通孔１０からプラズ
マアーク炉２内に挿入される。なお、その際、プラズマ
トーチ３と炉蓋５との衝突に伴うプラズマトーチ３等の
損傷を防ぐために、トーチ回動装置１７は、プラズマト
ーチ３の軸方向が貫通孔１０の軸方向と一致する方向即
ち鉛直方向に向いた状態で且つプラズマトーチ３が上死
点に達している時にのみ、作動可能となるように構成す
るとよい。

【００２６】上記のように構成されたトーチ移動装置１
１は、以下のようにして運転される。まず最初に、プラ
ズマトーチ３のプラズマアーク炉２への設置方法につい
て説明する。トーチ昇降用シリンダ３４を短縮すること
によって、休止位置２５にあるプラズマトーチ３を上死
点まで移動させる。この状態で、プラズマトーチ３の下
端は炉蓋５の上面よりも高くなる。次に、トーチ回動用
シリンダ２３を伸長することによって、メインアーム２
０はメインマスト１８を中心にして炉蓋５上方に向かっ
て水平に回動し、プラズマトーチ３は設定位置２４に達
する。続いて、トーチ昇降用シリンダ３４を伸長するこ
とによって、プラズマトーチ３は下降し、炉蓋５に形成
された貫通孔１０からプラズマアーク炉２内に挿入され
る。このようにしてプラズマトーチ３はプラズマアーク
炉２に設置される。プラズマ着火時には、トーチ昇降用
シリンダ３４を作動させて、炉底電極とプラズマトーチ
３の先端間の距離を２００ｍｍ以下に調節する。

【００２７】次に、プラズマトーチ３のプラズマアーク
炉２外への取り出し方法について説明する。トーチ昇降
用シリンダ３４を短縮することによって、プラズマトー
チ３は上死点に向かって上昇し、プラズマトーチ３の下
端が炉蓋５の上面から完全に出る。次いで、トーチ回動
用シリンダ２３を短縮させることによって、メインアー
ム２０はメインマスト１８を中心として炉蓋５から離れ
る方向に水平に回動する。続いて、トーチ昇降用シリン
ダ３４を伸長することによって、プラズマトーチ３をプ
ラズマアーク炉２外にて下降させる。このようにして、
プラズマトーチ３は休止位置２５に達する。この状態
で、プラズマトーチ３に内蔵した電極の交換やその他の
メンテナンスが行われる。

【００２８】プラズマアーク炉２内における焼却灰の溶
融処理は、次のようにして行われる。プラズマトーチ３
をプラズマアーク炉２の定位置にセットした後、プラズ
マを着火する。プラズマが着火すると、焼却灰Ｂのプラ
ズマアーク炉２内への投入が開始される。即ち、焼却炉
で発生した焼却灰Ｂ或いは集塵器で捕集した焼却灰Ｂ
は、一旦灰コンテナに回収され、その後、該灰コンテナ
からプッシャ式灰供給装置の灰ホッパへ投入され、この
灰ホッパに投入された焼却灰Ｂは、灰供給装置の押し出
し機によって連続的或いは間欠的にプラズマアーク炉２
内へ投入される。図２及び図５に示すように、投入シュ
ート６からプラズマアーク炉２内へ投入された焼却灰Ｂ
の落下位置は、２本のプラズマトーチ３，３の直下位置
から外れているので、即ち焼却灰Ｂは２本のプラズマト
ーチ３，３の中間部に供給されるので、投入された焼却
灰Ｂによってプラズマが失火する虞はない。また、プラ
ズマトーチ３は、前後方向（図４矢印Ｍ方向）及び左右
方向（図６矢印Ｎ方向）に揺動運動を行うので、焼却灰
Ｂの投入に合わせてプラズマトーチを揺動させることに
より、プラズマの失火は完全に防止することができる。

【００２９】プラズマ着火後は、トーチ左右揺動用シリ
ンダ２８を伸縮させることによって、プラズマトーチ３
は軸受２６を介して左右に揺動する。また、トーチ前後
揺動用シリンダ３１を伸縮させることによって、プラズ
マトーチ３は軸受２９を介して前後に揺動する。上記の
二つの揺動運動を組み合わせることによって、プラズマ
トーチ３は回動運動する。この時の回動速度は、上記２
つの揺動用シリンダ２８，３１の伸縮スピードにより決
まる。また、回動範囲は上記２つの揺動用シリンダ２
８，３１のストロークによって決まる。

【００３０】プラズマアークの高い熱エネルギーによっ
て、酸化物や融点が約１２００℃という高融点物質等を
多量に含んだ焼却灰Ｂは、溶融状態の溶融スラグ７とな
る。溶融スラグ７の温度は１４００℃から１５００℃く
らいである。溶融処理が開始されると、溶融スラグ７の
液面は徐々に上昇し、やがて溶融スラグ７は炉体４に形
成されたスラグ排出口８より連続的或いは間欠的に流出
するようになる。そして、スラグ排出口８から溢れ出た
溶融スラグ７は、スラグ排出装置１２へと導入される。
一方、焼却灰Ｂが溶融することによって発生した排ガス
（燃焼ガス）は、排ガス出口９から排ガスダクトを通っ
て排ガス処理装置へ送り込まれ、清浄化された後に煙突
から大気中へ放出される。また、溶融処理が終了する
と、プラズマ溶融装置１の運転を停止し、プラズマアー
ク炉２内に残った残留溶融スラグ７は炉体４を傾動する
ことによって排出される。

【００３１】このプラズマ溶融装置１は、プラズマトー
チ３を２本設けた場合は、１本のプラズマトーチで溶融
処理を行なうプラズマ溶融装置に比べて、溶融領域が広
範囲になって熱効率が大幅に向上する。例えば、１００
０ｋｗのプラズマトーチ１本で溶融処理した場合の電力
原単位は１２００ｋｗｈ／ｔｏｎ灰であるが、５００ｋ
ｗのプラズマトーチ２本で溶融処理した場合は８００ｋ
ｗｈ／ｔｏｎ灰である。このように、このプラズマ溶融
装置１は、５割も熱効率が向上することになる。

【００３２】次に、炉体４を傾動するための炉体傾動装
置１３について説明する。炉体傾動装置１３は、図４に
示すように、炉体４の前部底面に設けられ炉体４を前後
方向に回動自在に支持する枢支軸４６と、炉体４の後部
底面に枢支された炉体傾動用シリンダ４７を有してい
る。炉体傾動用シリンダ４７を伸長することによって、
炉体４は枢支軸４６を中心として前方（図４において反
時計方向）へ回動し、点線で示すように傾斜状態にな
る。また、炉体傾動用シリンダ４７を短縮することによ
って、炉体４は実線で示すように水平状態になる。

【００３３】炉蓋５に固定された投入シュート６とプッ
シャ式灰供給装置の供給シュート４８との接合面（以
下、「シュート分割面」という）４９は傾斜面に形成さ
れている。即ち、このシュート分割面４９は、枢支軸４
６を中心として、枢支軸４６とシュート分割面４９の回
動方向後縁Ｇとを結ぶ距離を半径とする円弧の接線より
も外側へ傾斜した傾斜面である。従って、炉体傾動装置
１３を作動させた時に、シュート分割面４９で灰供給装
置の供給シュート４８から炉蓋５が抵抗なく分離し、炉
体４と炉蓋５が一体となって傾動する。このように、残
留溶融スラグ７を取り出すに当たり、炉体４から炉蓋５
を取り外さなくても済むので、溶融処理場の作業雰囲気
が悪化する虞はない上、溶融スラグ７が急速に冷却する
虞もない。また、残留溶融スラグは、炉体４を他の場所
に移動させなくても、その場で排出することができるの
で、台車等の移動装置が不要となるだけでなく、作業ス
ペースが少なくて済む。

【００３４】次に再び焼却灰の溶融処理を行うに当たっ
ては、炉体傾動装置１３を作動させることによって、炉
体４を後方（図４において時計方向）に回動させ、炉蓋
５に固定された投入シュート６を灰供給装置の供給シュ
ート４８に接合する。その際、炉体４の後方への回動に
伴って、炉蓋５に固定された投入シュート６の傾斜面が
供給シュート４８の傾斜面に押し付けられるので、シュ
ート分割面４９が密封状態に保持される。灰供給装置か
ら供給シュート４８及び投入シュート６を通じて溶融炉
２内へ投入された焼却灰は、溶融炉２内でプラズマトー
チ３が発生するプラズマアークの高熱によって溶融さ
れ、溶融スラグ７としてスラグ排出口８から溢れ出す。

【００３５】次に、スラグ排出装置１２の構造について
説明する。スラグ排出装置１２は、図４及び図５に示す
ように、水冷式スラグ排出装置３５と空冷式スラグ排出
装置３６とから構成されている。水冷式スラグ排出装置
３５は、プラズマ溶融処理時に使用されるものであっ
て、プラズマ溶融処理時にスラグ排出口８から溢れ出て
きた溶融スラグを冷却水で冷却しながら排出するもので
ある。これに対して、空冷式スラグ排出装置は、プラズ
マ溶融装置１の運転を停止した後に炉体４を傾動させ
て、炉体４に残っている残留溶融スラグを排出する時に
使用されるものであって、残留溶融スラグを空気冷却し
ながら排出するものである。なお、水冷式スラグ排出装
置３５及び空冷式スラグ排出装置３６の使用方法につい
ては、上記のものに限定されるわけではなく、例えば、
スラグの種類に応じて水冷式と空気式を切り換えて使用
するようにしてもよい。

【００３６】まず、水冷式スラグ排出装置３５について
説明する。水冷式スラグ排出装置３５は、水砕スラグシ
ュート３７及びスラグ生成コンベヤ３８を有している。
水砕スラグシュート３７は、上端開口４２及び冷却水を
噴射供給するヘッダ５７を有する上端部５１、下端部５
２、及びそれらの中間部である傾斜部５８からなる。水
砕スラグシュート３７は、上端開口４２がスラグ排出口
８に接合された状態で、ヘッダ５７から噴射供給された
冷却水によって溶融スラグ７を冷却しながら排出するも
のである。スラグ生成コンベヤ３８は、水砕スラグシュ
ート３７の下端部５２の下方に配置され且つスラグを生
成して搬出するものである。スラグ生成コンベヤ３８
は、冷却水を満たした容器部５３と、容器部５３の底部
に配置されたコンベヤ５４を有している。水砕スラグシ
ュート３７の下端部５２は、容器部５３に満たした冷却
水に没しており、この冷却水によってプラズマアーク炉
２と水砕スラグシュート３７が密封されている。なお、
容器部５３の冷却水の水位は不動となるよう調節されて
いる。また、水砕スラグシュート３７の下端部５２に
は、円筒状鉛直部３９が形成されており、水砕スラグシ
ュート３７は軸受４０を介して円筒状鉛直部３９の軸心
Ｐを旋回中心として回動可能に設けられている。

【００３７】また、水砕スラグシュート３７は、図５に
示すように、駆動装置５６の作動によって軸心Ｐを中心
として回動し、上端開口４２がスラグ排出口８に接合さ
れる排出位置５５又は上端開口４２がスラグ排出口８か
ら離間する退避位置５０に選択的に移動することができ
る。駆動装置５６は、昇降駆動装置としての昇降シリン
ダ４３と、回動駆動装置としての回動シリンダ４１とか
らなる。水砕スラグシュート３７は昇降シリンダ４３に
よって上下方向に昇降するように構成されている。昇降
シリンダ４３が伸長すると、水砕スラグシュート３７の
上端開口４２は、炉蓋５に形成されたスラグ排出口８に
押しつけられて密封状態を保持することができる。昇降
シリンダ４３が短縮すると、水砕スラグシュート３７は
下降して、炉蓋５から離脱する。また、水砕スラグシュ
ート３７は回動シリンダ４１によって回動するように構
成されている。回動シリンダ４１を短縮させると、円筒
状鉛直部３９の軸心Ｐを中心として、水砕スラグシュー
ト３７は図５において時計方向に回動し、これに伴って
水砕スラグシュート３７が排出位置５５に移動する。こ
の排出位置５５においては、水砕スラグシュート３７の
上端開口４２がスラグ排出口８に接合しているので、溶
融スラグ７は水砕スラグシュート３７上を流れ落ちるこ
とができる。また、回動シリンダ４１を伸長させると、
円筒状鉛直部３９の軸心Ｐを中心として、水砕スラグシ
ュート３７は図５において反時計方向に回動し、これに
伴って水砕スラグシュート３７は退避位置５０に移動す
る。炉体４を傾動する際に、水砕スラグシュート３７が
退避位置５０にあれば、炉体４の傾動にとって邪魔にな
らない。

【００３８】図７は図４に示す空冷式スラグ排出装置３
６を矢印Ｆ方向から見た平面図であり、図４、図５及び
図７からわかるように、この空冷式スラグ排出装置３６
は、スラグ排出口８の真下に間隔をあけて配置された乾
式スラグシュート４４、乾式スラグシュート４４の下端
部の真下に配置されたモールドコンベヤ４５から構成さ
れている。この空冷式スラグ排出装置３６は、焼却灰の
溶融処理終了後に炉体４を傾動させて、炉体４内の残留
溶融スラグ７を外部へ排出する時に利用されるものであ
る。

【００３９】焼却灰の溶融処理時には、灰供給装置によ
ってプラズマアーク炉２内へ投入された焼却灰は、プラ
ズマアーク炉２内で高熱によって溶融され、溶融スラグ
７の液面は徐々に上昇して、やがてスラグ排出口８から
溢れ出ていく。この時、水冷式スラグ排出装置３５は排
出位置５５に設置されているので、溢れ出た溶融スラグ
７は水冷式スラグ装置３５に導入されて冷却水で冷却さ
れながら、外部へ排出される。具体的には、スラグ排出
口８から溢れ出てきた溶融スラグ７は、水砕スラグシュ
ート３７の上端部５１に設けられたヘッダ５７から噴射
供給された冷却水で冷却されながら、水砕スラグシュー
ト３７上を冷却水と一緒に流れ落ちて、スラグ生成コン
ベヤ３８の容器部５３内に落下する。この過程で溶融ス
ラグ７は冷却して、径が２ｍｍから５ｍｍ程度の粒子状
の水砕スラグとなってコンベヤ５４で搬送され、スラグ
貯留部へ取り出される。

【００４０】焼却灰の溶融処理が終了したら、駆動装置
５６を作動させて、水冷式スラグ排出装置３５を退避位
置５０に移動させる。具体的には、まず最初に昇降シリ
ンダ４３を作動させて水砕スラグシュート３７を下降さ
せて、水砕スラグシュート３７の上端部５１をスラグ排
出口８から離脱させ、続いて回動シリンダ４１を作動さ
せて、水砕スラグシュート３７の円筒状鉛直部３９の軸
心Ｐを中心として水砕スラグシュート３７を退避位置５
０まで回動させる。水砕スラグシュート３７が退避位置
５０に移動すると、もはや炉体４を傾動させる上で邪魔
になるものは何もないので、炉体傾動装置１３を作動さ
せて炉体４を傾動させることができる。炉体４の傾動に
伴って、溶融炉内に残った残留溶融スラグ７は、スラグ
排出口８の下方に設置された空冷式スラグ排出装置３６
に導入されて空気冷却される。即ち、スラグ排出口８か
ら落下した残留溶融スラグ７は乾式スラグシュート４４
上を流れ落ちながら空気冷却され、更にモールドコンベ
ヤ４５で搬送され、外部即ちスラグバンカへ取り出され
る。このように、残留溶融スラグの排出時には、残留溶
融スラグは冷却水ではなく空気で冷却されるので、水蒸
気爆発を生じる危険は全くない。

【００４１】最後に、プラズマ溶融装置１の運転手順と
停止手順について、簡単に説明しておく。まず最初に運
転手順について説明する。 （１）トーチ回動装置１７及びトーチ昇降装置１４を作
動させて、プラズマトーチ３をプラズマアーク炉２に設
置する。 （２）プラズマを着火する。 （３）灰供給装置を作動させて、プラズマアーク炉２内
への焼却灰の投入を開始する。 （４）トーチ前後揺動装置１５及びトーチ左右揺動装置
１６を作動させて、プラズマトーチ３を必要に応じて回
動させる。 （５）溶融スラグ７の液面が徐々に上昇し、スラグ排出
口８から溢れ出した溶融スラグは水砕スラグシュート３
７で水砕される。 （６）水砕スラグはスラグ生成コンベヤ３８を介して排
出される。 （７）所定量の焼却灰の溶融処理が終了するまで、上記
（３）〜（６）の工程を連続的に繰り返す。

【００４２】次にプラズマ溶融装置の停止手順について
説明する。 （１）灰供給装置を停止して、焼却灰の供給を停止す
る。 （２）プラズマを停止する。 （３）プラズマトーチ３の揺動を停止する。 （４）トーチ昇降装置１４及びトーチ回動装置１７を作
動させて、プラズマトーチ３をプラズマアーク炉２の外
へ取り出す。 （５）水砕スラグシュート３７をプラズマアーク炉２か
ら取り外して退避位置５０に移動させる。 （６）炉体４を傾動させ、炉体４内の残留スラグ７を乾
式スラグシュート４４を介してモールドコンベヤ４５で
搬送する。 （７）炉体４内の残留スラグ７が完全になくなった時点
で、炉体４を元の水平位置に設置する。

【００４３】

【発明の効果】この発明は、上記のように構成されてい
るので、次のような効果を有する。即ち、プラズマアー
ク炉内へ投入された焼却灰の落下位置は、プラズマトー
チの直下部から外れているので、投入された焼却灰によ
ってプラズマが失火する虞はない。また、プラズマトー
チは揺動運動を行うので、焼却灰の投入に合わせてプラ
ズマトーチを揺動させることにより、プラズマの失火は
完全に防止することができる。

【００４４】このプラズマ溶融装置は、プラズマトーチ
が複数本設ければ、独立して電極交換を行うことができ
るので、少なくとも１本のプラズマトーチを着火状態と
したまま、他のプラズマトーチの電極を交換することが
可能である。このように、電極交換中であっても溶融ス
ラグを加熱し続けることができるので、電極交換のたび
に、わざわざ炉体を傾動させて溶融スラグを排出しなく
ても、炉体内の溶融スラグが冷却して固化する虞はな
い。従って、このプラズマ溶融装置によれば、溶融処理
が従来に比べて円滑に効率よく行うことができるように
なる。

【００４５】また、このプラズマ溶融装置は、プラズマ
トーチを複数本設けた場合は、１本のプラズマトーチで
溶融処理を行っていた従来のプラズマ溶融装置に比べ
て、広範囲にわたってプラズマを照射でき、焼却灰の溶
融効率を向上させることができ、熱効率が大幅に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるプラズマ溶融装置の溶融炉の断
面図である。

【図２】図２は図１の線Ｃ−Ｃにおける断面図である。

【図３】図１における溶融炉を矢印Ｄ方向から見た時の
正面図である。

【図４】この発明によるプラズマ溶融装置の全体構造を
示す側面図である。

【図５】図４に示すプラズマ溶融装置の平面図である。

【図６】図４に示すプラズマ溶融装置のトーチ昇降装置
を矢印Ｅから見た時の正面図である。

【図７】図４に示すプラズマ溶融装置の空冷式スラグ排
出装置を矢印Ｆ方向から見た時の平面図である。

【図８】従来のプラズマ溶融装置の断面図である。

【図９】図８の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ溶融装置 ２ プラズマアーク炉（溶融炉） ３ プラズマトーチ ４ 炉体 ５ 炉蓋 １０ 貫通孔 １４ トーチ昇降装置 １５ トーチ前後揺動装置 １６ トーチ左右揺動装置 １７ トーチ回動装置 １８ メインマスト ２４ 設置位置 ２５ 休止位置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融炉の上部に配置されたプラズマアー
   クを発生させるプラズマトーチ、該プラズマトーチの軸
   方向に前記プラズマトーチを移動調節するトーチ昇降装
   置、及び前記プラズマトーチの照射方向を変更するため
   前記プラズマトーチの傾きを変更調節するトーチ揺動装
   置を有し、前記溶融炉の外に設置したメインマストを中
   心として前記トーチ昇降装置及び前記トーチ揺動装置を
   回動させることによって前記プラズマトーチを前記溶融
   炉上の設置位置又は前記溶融炉外の休止位置に選択的に
   移動させるトーチ回動装置を備えたことを特徴とするプ
   ラズマ溶融装置。
2. 【請求項２】 前記トーチ揺動装置は、前記プラズマト
   ーチを水平軸回りに前後方向に揺動させるトーチ前後揺
   動装置、及び前記プラズマトーチを前記水平軸に直交す
   る水平軸回りに左右方向に揺動させるトーチ左右揺動装
   置から成ることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ
   溶融装置。
3. 【請求項３】 前記溶融炉は炉体と該炉体を覆う炉蓋か
   ら構成され、前記炉蓋はプラズマトーチが挿入される貫
   通孔を有しており、該貫通孔は円錐状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載
   のプラズマ溶融装置。