(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体の底部にベースメタルを収容するとともに、炉本体の天壁から昇降自在に垂下された複数の電極とベースメタルとの間にアークまたはプラズマアークを形成して、ベースメタル上に投入された灰を加熱溶融し、この溶融スラグをオーバーフローさせて排出する電気式灰溶融炉の溶融スラグの厚さを検出するに際して、
一定時間ごとにアーク電圧またはプラズマ電圧を検出して、設定電圧と検出電圧と変動幅を求め、
予め計測された電圧変動幅と溶融スラグの層厚の関係から、溶融スラグの層厚を推定し、
電圧変動幅により推定される溶融スラグの層厚が薄くなると、灰の供給量を減少させるように制御して、溶融室内での灰の滞留時間を増加させる
ことを特徴とする電気式灰溶融炉のスラグ厚さ検出方法。
【請求項２】
一定の設定アーク電流または設定プラズマ電流を供給するとともに、アーク電圧またはプラズマ電圧を一定時間ごとに計測して一定の設定電圧になるように電極の高さを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の電気式灰溶融炉のスラグ厚さ検出方法。
【請求項３】
アークまたはプラズマアークが不安定となる溶融スラグの層厚限の電圧変動幅を設定しておき、
電圧変動幅が設定値を越えた時に、ベースメタルの排出作業を行う
ことを特徴とする請求項１または２記載の電気式灰溶融炉のスラグ厚さ検出方法。
【請求項４】
電圧変動幅により推定される溶融スラグの層厚が薄くなると、灰の供給量を減少させるように制御して、溶融室内での灰の滞留時間を増加させることを特徴とする請求項１または２記載の電気式灰溶融炉のスラグ厚さ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極を有して底部に収容した導電体と間でアークまたはプラズマアークを形成する電気式灰溶融炉において、ベースメタル上の溶融スラグの厚さを検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼却炉から排出される焼却灰をプラズマ式やアーク式の灰溶融炉で溶融処理する場合、炉底部にメタル溶融層（ベースメタルという）を形成して導電体および熱媒体として利用しており、このベースメタル上で焼却灰を加熱溶融して溶融スラグ層を形成し、オーバーフロー形式で出滓口から取り出している。その時、焼却灰に含まれる金属類がベースメタルに溶け込み、ベースメタルの湯面レベルが灰の処理量の増加とともに上昇してくる。ベースメタルが上昇すると、溶融スラグ層が薄くなり、外乱による溶融スラグ表面の変動で、電気抵抗が大きく変化してプラズマアークまたはアークによる安定した運転が困難になるとともに、溶融スラグ層の滞留時間が短く完全に溶融していない灰を排出するおそれがある。
【０００３】
そのため、ベースメタルの湯面レベルが高くなると、灰の滞留時間を長くして完全に溶融させるために、灰の供給量を減少させる灰の供給制御やスラグの排出作業を行う必要がある。
【０００４】
このスラグ層の厚さを検知する方法として、従来では灰の溶融量（稼動時間）からおおよそのスラグ層厚を推定したり、またベースメタルとスラグの電気抵抗値を計測することにより行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、稼動時間からスラグ層厚を推定する場合には、極めておおよその値でしかなく、正確な灰供給制御やメタル排出時期の割り出しをおこなえない。また電気抵抗値を利用する場合には、炉の運転を一旦停止してセンサー等を直接炉内に挿入する必要があり、溶融スラグやベースメタルの温度低下を招くとともに運転効率を低下させる要因となる。
【０００６】
本発明のうち請求項１記載の発明は、上記問題点を解決して、炉の停止や温度低下を招くことなく正確な溶融スラグ層厚を検出できる電気式灰溶融炉のスラグ厚さ検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の発明は、炉本体の底部にベースメタルを収容するとともに、炉本体の天壁から昇降自在に垂下された複数の電極とベースメタルとの間にアークまたはプラズマアークを形成して、ベースメタル上に投入された灰を加熱溶融し、この溶融スラグをオーバーフローさせて排出する電気式灰溶融炉の溶融スラグの厚さを検出するに際して、一定時間ごとにアーク電圧またはプラズマ電圧を検出して、設定電圧と検出電圧と変動幅を求め、予め計測された電圧変動幅と溶融スラグの層厚の関係から、溶融スラグの層厚を推定し、電圧変動幅により推定される溶融スラグの層厚が薄くなると、灰の供給量を減少させるように制御して、溶融室内での灰の滞留時間を増加させるものである。
【０００８】
上記構成によれば、電圧変動幅により推定される溶融スラグの層厚が薄くなると、灰の供給量を減少させて溶融室内の滞留時間を長くすることにより、完全に溶融された溶融スラグのみを排出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るプラズマ灰溶融炉の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。
【００１０】
１は底部にベースメタルＭを収容する溶融室２が形成された炉本体で、一端側の側壁に灰投入口３が形成されて灰ホッパ４と灰プッシャー５が設けられており、他端側の側壁に溶融スラグＭＳを排出する排滓口６が形成されている。またこの炉本体１の天壁に形成された一対のトーチ挿入孔７Ａ，７Ｂには、陰電極トーチ８Ａと陽電極トーチ８Ｂがトーチ昇降装置（図示せず）を介してそれぞれ垂下されており、これら電極トーチ８Ａ，８Ｂに直流電源装置９が接続されている。また図示しない炉壁のガス供給口と各電極トーチ８Ａ，８Ｂのガス供給孔から溶融室２内に作動ガス（たとえば窒素ガス）が供給されてベースメタルとの間にプラズマアークを形成するように構成される。１０は側壁に形成された排ガス排出口である。
【００１１】
前記排滓口６には、排滓溝が形成されたスラグ排出堰１１が設けられるとともに、スラグ排出堰１１に対向してスラグの凝固を防止する予熱バーナー１２が配置されている。そして、排滓口６の下部には、溶融スラグＭＳを水冷して水砕スラグを生成する冷却水槽１３ａとスラグ排出コンベヤ１３ｂからなるスラグ冷却装置１３が配置されている。
【００１２】
前記炉本体１は、ベースメタルＭを排出する炉傾動装置１４を介してメタル排出口と兼用される排滓口６側が下方になるように傾動自在に配置されており、炉傾動装置１４は、排滓口６側で水平軸１４ａを介して底壁を回動自在に支持する支持台１４ｂと、灰投入口３側で底壁を押し上げ自在に配置された傾動ジャッキ１４ｃとで構成されている。
【００１３】
２１は両電極トーチ８Ａ，８Ｂ間で稼動電圧（プラズマ電圧）を測定する測定手段ある電流計で、この計測値はコンピュータの演算手段であるデータ処理装置２２に出力され、一定時間毎に計測された実測稼動電圧と、設定された電圧との変動率を演算し、予め計測された電圧変動幅と溶融スラグＭＳの層厚の関係から、溶融スラグＭＳの層厚を推定し、この変動幅から溶融スラグＭＳの層厚がメタル排出限となった時に、表示手段であるメタル排出表示ランプ２３を点灯させて作業員に知らせるように構成される。もちろん、表示手段は制御用ＣＲＴでの表示や告知ブザーであってもよい。
【００１４】
このデータ処理装置２２では、たとえば５秒間隔毎に電圧値が検出され、１時間平均の稼動電圧の変動率が演算されており、計算方法は下記の通りである。
【００１５】
【数１】
0003628162.tif 000002
【００１６】
上記構成において、直流電源装置９から両電極トーチ８Ａ，８Ｂに電圧が印加されて電極トーチ８Ａ，８ＢとベースメタルＭとの間にプラズマアークが発生され、ホッパ４の灰Ａが灰プッシャー５により溶融室２に所定量ずつ投入されて溶融される。そしてベースメタル上に溶融スラグＭＳ層が形成され、スラグ排出堰１１の排滓溝１１ａのレベルを超えるとオーバーフローして排滓口６からスラグ冷却装置１３の冷却水槽１３ａに滴下排出されて水砕スラグＷＳが生成される。この時、直流電源装置９から供給された電流は、陽電極トーチ８Ｂからプラズマアーク、溶融スラグＭＳ、ベースメタルＭを通り、ベースメタルＭから溶融スラグＭＳ、プラズマアークを介して陰電極トーチ８Ａに到達する。
【００１７】
この運転時には、直流電源装置９から一定の設定電流が供給され、電圧は一定時間毎に電極トーチ８Ａ，８Ｂの高さを調節してほぼ一定の設定電圧になるように制御されている。たとえば運転コストを考慮して、設定電流＝９８０Ａを給電し、５分間隔で検出した実測稼動電圧と設定電圧＝１５０Ｖとを比較して設定電圧になるように電極トーチ８Ａ，８Ｂの高さを制御している。
【００１８】
前記実測稼動電圧（プラズマ電圧）は、設定電圧を中心に変動しており、実測電圧の変動幅と溶融スラグＭＳの層厚との間には相関関係があることを発明者は見出しており、運転する灰溶融炉の特性に対応して、予め実験により得られた実測電圧の変動幅と溶融スラグＭＳの層厚との関係から、溶融スラグＭＳの層厚を推定してベースメタルＭの排出時期を告知している。
【００１９】
すなわち、図２はこのプラズマ式灰溶融炉を連続運転した時の電圧変動割合を示すもので、この炉では、電圧変動幅が８％となった時に、溶融スラグＭＳの層厚は約７０ｍｍとなり、層厚の限界値であることがわかっており、電圧変動幅が８％となった時にベースメタルＭの排出時期を告知して、炉傾動装置１４により炉本体１を一定角度傾動しベースメタルＭを排出している。この結果、ベースメタルＭの排出量を測定した結果、ほぼ一定量で排出量から換算した溶融スラグＭＳの層厚は、ほぼ７０ｍｍであったのが確認された。
【００２０】
上記実施の形態によれば、一定時間毎に電極８Ａ，８Ｂ間の稼動電圧（プラズマ電圧）を計測して電圧変動率を求めることにより、予め実験された稼動電圧と溶融スラグＭＳの層厚の関係から、溶融スラグＭＳの実層厚を正確に推定することができ、正確なベースメタルＭの排出時期を知ることができる。したがって、従来のように推定される溶融スラグＭＳの層厚が不正確であったり、炉の運転を停止する必要がない。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、本発明により推定できる溶融スラグＭＳの層厚を、ベースメタルＭの排出にのみ使用したが、灰の投入量の制御に使用してもよい。すなわち、溶融スラグＭＳの層厚か薄くなると、スラグ層の溶融不完全の灰が排出されることがあり、この場合には灰の投入量を減少させて溶融室２内の滞留時間を長くすることにより、完全に溶融された溶融スラグＭＳのみを排出することができる。
【００２２】
また、２本の電極トーチを使用したプラズマ式灰溶融炉を示したが、３本以上の電極トーチを使用してもよく、また一方の電極を底部に配置してベースメタルと導通させ、他方の電極トーチとベースメタルとの間にアークまたはプラズマアークを形成してもよい。
【００２３】
さらに、プラズマ式灰溶融炉を示したが、アーク式灰溶融炉であっても同様である。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、一定時間毎に電極間の稼動アークまたは稼動プラズマ電圧を計測して電圧変動率を求めることにより、容易に溶融スラグの層厚を正確に推定することができ、正確なベースメタルの排出時期を知ることができるとともに、灰供給制御を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ式灰溶融炉の実施の形態を示す構成図である。
【図２】同灰溶融炉における稼動電圧の変動割合を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｍ    ベースメタル
ＭＳ  溶融スラグ
Ａ    灰
１    炉本体
８Ａ  陰電極トーチ
８Ｂ  陽電極トーチ
９    直流電源装置
１４    炉傾動装置
１４ａ  傾動ジャッキ
２１    電圧計
２２    データ処理装置
２３    メタル排出告知ランプ
【図１】
0003628162.tif 000003
【図２】
0003628162.tif 000004