(57)【要約】【課題】  正確な耐火物の残存量を算出し、さらに信頼性が高く、且つランニングコストを安価とした灰溶融炉の運転方法及び耐火物の残存量予測方法を提供する。【解決手段】  炉内壁に耐火物が内張りされた灰溶融炉にて焼却灰及び飛灰等の灰を溶融処理する灰溶融炉の運転方法において、前記灰溶融炉の運転データを収集する運転データ収集ステップ（Ｓ１）と、前記運転データに基づき前記耐火物の残存量を予測する残存量予測ステップ（Ｓ２）と、前記耐火物の残存量と、運転条件を導く運転条件ステップ（Ｓ３）と、前記運転条件に基づいて前記灰溶融炉を運転するステップ（Ｓ４）と、を備える。【選択図】      図１
2006145122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内壁に耐火物が内張りされた灰溶融炉にて焼却灰及び飛灰等の灰を溶融処理する灰溶融炉の運転方法において、
前記灰溶融炉の運転データを収集する運転データ収集ステップと、
前記運転データに基づき前記耐火物の残存量を予測する残存量予測ステップと、
前記耐火物の残存量と前記運転データから運転条件を導く運転条件ステップと、
前記運転条件に基づいて前記灰溶融炉を運転するステップと、を備えたことを特徴とする灰溶融炉の運転方法。
【請求項２】
前記耐火物の残存量予測ステップでは、灰溶融炉の灰投入量、投入電力、主灰／飛灰混合率、スラグ温度、冷却水量及び冷却水温度、耐火物温度、炉内温度、電流、電圧から選択された１以上の運転データに基づき前記耐火物の残存量を予測するようにしたことを特徴とする請求項１記載の灰溶融炉の運転方法。
【請求項３】
前記残存量予測ステップでは、前記運転データから耐火物表面温度を求め、該耐火物表面温度の温度特性を用い、これに塩基度と処理負荷率を補正係数として加えたアレニウスの式に基づく近似式から前記耐火物の侵食速度を算出し、
耐火物初期値と前記侵食速度に基づき耐火物の残存量を予測することを特徴とする請求項１記載の灰溶融炉の運転方法。
【請求項４】
前記運転条件ステップでは、前記予測した耐火物残存量と、予め設定された耐火物残存基準値より運転条件を導くようにしたことを特徴とする請求項１記載の灰溶融炉の運転方法。
【請求項５】
前記灰溶融炉に設けられた監視端末と、該監視端末と通信ネットワークを介して接続された監視サーバとを備えた請求項１記載の灰溶融炉の運転方法であって、
前記監視端末にて前記運転データ収集ステップを行い、該収集した運転データを前記監視サーバに送信し、前記監視サーバにて受信した前記運転データに基づき前記残存量予測ステップ及び前記運転条件ステップを行った後に、導いた運転条件を前記監視端末に送信し、該監視端末にて前記運転条件に基づき前記灰溶融炉の運転を行なうことを特徴とする灰溶融炉の運転方法。
【請求項６】
主灰及び飛灰等の灰を溶融処理する灰溶融炉の炉内壁に内張りされた耐火物の残存量を予測する耐火物の残存量予測方法において、
前記耐火物の表面温度特性を用い、これに塩基度と処理負荷率を補正係数として加えたアレニウスの式に基づく近似式から前記耐火物の侵食速度を算出し、
耐火物初期値と前記侵食速度に基づき耐火物の残存量を予測することを特徴とする耐火物の残存量予測方法。
【請求項７】
前記近似式は、下記式により表されることを特徴とする請求項６記載の耐火物の残存量予測方法。
2006145122.tif 000016
【請求項８】
前記耐火物の表面温度は、スラグ温度より一次元熱通過モデルに基づき算出することを特徴とする請求項６若しくは７記載の耐火物の残存量予測方法。
【請求項９】
前記スラグ温度は、スラグ液面から放射される２波長域の遠赤外光を検知し、これに基づきスラグ液面温度を算出する２波長温度計により計測されることを特徴とする請求項６記載の耐火物の残存量予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ごみ焼却灰及び飛灰等の灰を溶融処理する灰溶融炉において、灰溶融炉の適正な運転条件を見出し、低コストで且つ信頼性の高い運転を行なうことを可能とした灰溶融炉の運転方法に関し、さらに灰溶融炉の炉内壁に内張りされた耐火物の残存量を予測する耐火物の残存量予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物処理の分野において、灰溶融炉を利用した溶融処理は被処理物の無害化、減容化及び資源化を目的としてその必要性が高まりつつある。灰溶融炉では被処理物を溶融し、スラグを生成する。このスラグは、灰中に含まれる有害物質を封入するとともに有用な資源として回収され、地盤改良剤、路盤材、アスファルト用骨材等として再利用することができる。
灰溶融炉の運転においては、被処理物投入量、投入電力、スラグ温度、炉内温度等の複数の運転条件を適正値に保ち、安全で且つ信頼性の高い運転を行なう必要がある。しかし、従来の灰溶融炉の運転では、運転員が灰溶融炉に備え付けられた各種計測機器の計測値に基づき経験的に制御を行なっているのが実状であった。そのため、運転員の運転経験や技術に左右され、常時安定した運転を行なうことは困難であった。
【０００３】
そこで、特許文献１（特開２００４−２５１５２０号公報）では、都市ごみやごみ焼却残渣を高効率で且つ安価なランニングコストで以って溶融処理するための灰溶融炉の最適な操業制御方法を提案している。これは、まず灰溶融炉への投入電力又は被溶融物供給量を設定するとともに、前記設定値に基づいて灰溶融炉への被溶融物供給量又は投入電力を演算し、灰溶融炉への投入電力及び被溶融物供給量が前記設定値及び演算値に、若しくは灰溶融炉への被溶融物供給量及び投入電力が前記設定値及び演算値となるように制御するようになっている。
一般に電気灰溶融炉においては、被溶融物の処理量と投入電力の制御が基本的な制御対象とされ、これらのうち何れか一方が決定されれば他方はこれと連繋的に演算され、その結果、運転員の技術に左右されない最適な灰溶融炉の操業制御が実現される。
【０００４】
一方、ごみ焼却灰及び飛灰等の灰を処理対象とした灰溶融炉の場合、灰の融点以上での運転が必要とされるため、炉内出滓口近傍ではスラグ温度は１５００〜１６００℃の高温に維持されている。このような灰溶融炉では、炉内の高温雰囲気と灰中に含有される塩化物等の腐食成分などの影響により、炉内壁に配設された耐火物の侵食が著しく耐火物は短時間で侵食してしまうため、安全で且つ信頼性の高い炉の運転を行なうには、定期的に耐火物を交換する必要があった。
しかし、耐火物の侵食量は投入灰の性状、炉の運転状態等により変化するため、適正な交換時期を判断することは困難であった。
【０００５】
そこで、特許文献２（特開２００３−２９４３７２号公報）では、灰溶融炉の耐火物の損傷量を把握する耐火材診断装置を提案している。これは、耐火材を冷却する冷却水の入口側温度と出口側温度温度の差を計測するとともに、冷却水の流量と炉内温度を計測し、これらの計測値から現在の冷却水の抜熱量を求め、過去の冷却水による抜熱量と耐火材の損耗量データから現在の冷却水の抜熱量を補正して、演算により耐火物の損傷量を求める構成となっている。これにより、正確に耐火物の消耗状況を把握することが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５１５２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２９４３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、一般の灰溶融炉において適正な運転を行なうためには、特許文献１に記載のように被溶融物の処理量と投入電力の制御が基本的な制御対象とされており、これらの制御対象を連繋させて適性値に保つことにより、最適な運転制御、即ち被処理物の溶融状態を適切な状態な保ち、効率の良い運転を行なうようにしている。
しかしながら、焼却灰や飛灰等の灰を処理対象とする場合には、炉の運転に関わる最も重要な因子の一つとして、前記制御対象の他に炉の耐火物侵食量が挙げられる。これは、灰溶融炉の場合、炉内の高温雰囲気、腐食成分等の影響により耐火物の侵食が著しく、耐火物の交換に伴う維持管理費が高額になるためである。従って、灰溶融炉において、安全に且つ信頼性の高い運転を行なうためには、耐火物侵食量を正確に把握する必要がある。特許文献１に係る運転方法は、耐火物侵食量を考慮したものではないため、灰溶融炉に適用することは困難であった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置では、耐火物侵食量を把握するのみであり、灰溶融炉の運転に関してはやはり運転員の技術に頼らざるを得なかった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、信頼性が高く、且つランニングコストを安価とした灰溶融炉の運転方法を提供することを目的とする。
さらにまた、耐火物の残存量を正確に算出することができる耐火物の残存量診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
炉内壁に耐火物が内張りされた灰溶融炉にて焼却灰及び飛灰等の灰を溶融処理する灰溶融炉の運転方法において、
前記灰溶融炉の運転データを収集する運転データ収集ステップと、
前記運転データに基づき前記耐火物の残存量を予測する残存量予測ステップと、
前記耐火物の残存量と前記運転データから運転条件を導く運転条件ステップと、
前記運転条件に基づいて前記灰溶融炉を運転するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、前記予測した現在の耐火物残存量、現在の運転データから耐火物残存量の安全基準を満たす耐火物残存基準値、及び運転日数目標等の運転計画を満たす適正な運転条件を算出し、この運転条件に基づき灰溶融炉の運転を行なうようにしたため、耐火物寿命の延命化が可能となり、さらに維持管理費の低減が図れる。  
前記耐火物の残存量予測ステップでは、灰溶融炉の灰投入量、投入電力、主灰／飛灰混合率、スラグ温度、冷却水量及び冷却水温度、耐火物温度、炉内温度、電流、電圧から選択された運転データに基づき耐火物の残存量を予測することが好適である。
【００１１】
また、前記残存量予測ステップでは、前記運転データから耐火物表面温度を求め、該耐火物表面温度の温度特性を用い、これに塩基度と処理負荷率を補正係数として加えたアレニウスの式に基づく近似式から前記耐火物の侵食速度を算出し、
耐火物初期値と前記侵食速度に基づき耐火物の残存量を予測することを特徴とする。
【００１２】
このとき、前記耐火物表面温度を直接計測して求めても良いが、運転中などにはこの計測は困難であるため、以下の方法により求めることもできる。
（１）スラグ温度からの予測：計測したスラグ温度より１次元熱通過モデル（式（６）；実施例３に記載）を用い、耐火物表面温度を推定する。
（２）灰投入量、投入電力、冷却水量、冷却水温度からの予測：冷却水量及び冷却水温度より炉体放熱量を算出し、算出した炉体放熱量と時間当りの灰投入量、投入電力より、灰の熱物性式（式（８）；実施例３に記載）を用いてスラグ温度を推定し、推定したスラグ温度より１次元熱通過モデル（式（６）；実施例３に記載）を用い、耐火物表面温度を推定する。
（３）電流、電圧からの予測：電流、電圧よりスラグの抵抗を求め、スラグの抵抗の温度特性よりスラグ温度を推定し、推定したスラグ温度より１次元熱通過モデル（式（６）；実施例３に記載）を用い、耐火物表面温度を推定する。
（４）炉内温度からの予測：炉内温度と耐火物温度の相関関係に基づき、炉内温度より耐火物表面温度を推定する。
【００１３】
また、前記運転条件ステップでは、前記予測した耐火物残存量と、予め設定された耐火物残存基準値より運転条件を導くようにしたことを特徴とする。
尚、前記耐火物残存基準値とは、灰溶融炉の正常運転が可能である最低限の耐火物肉厚をいう。本発明は、前記予測した現在の耐火物残存量を基に、運転後の耐火物残存量が前記耐火物残存基準値を満たすように、運転条件を導くようにする。
【００１４】
また、前記灰溶融炉に設けられた監視端末と、該監視端末と通信ネットワークを介して接続された監視サーバとを備えた請求項１記載の灰溶融炉の運転方法であって、
前記監視端末にて前記運転データ収集ステップを行い、該収集した運転データを前記監視サーバに送信し、前記監視サーバにて受信した前記運転データに基づき前記残存量予測ステップ及び前記運転条件ステップを行った後に前記導いた運転条件を前記監視端末に送信し、該監視端末にて前記運転条件に基づき前記灰溶融炉の運転を行なうことを特徴とする。
このように、灰溶融炉の運転を、通信ネットワークを介して構築される遠隔監視システムを用いて行なうことにより、より一層のコスト低減が期待できる。また、本発明は複数の灰溶融炉を統括して管理することもでき効率化が図れる。
【００１５】
また、主灰及び飛灰等の灰を溶融処理する灰溶融炉の炉内壁に内張りされた耐火物の残存量を予測する耐火物の残存量予測方法において、
前記耐火物表面の温度特性を用い、これに塩基度と処理負荷率を補正係数として加えたアレニウスの式に基づく近似式から前記耐火物の侵食速度を算出し、
耐火物初期値と耐火物残存基準値から前記侵食速度に基づき耐火物の残存量を予測することを特徴とする。
このように、現状の運転データを用いて侵食速度を算出することにより、簡単にかつ正確な侵食速度を求めることができ、精度の高い耐火物の残存量予測が達成できる。
【００１６】
さらにまた、前記耐火物表面温度は、スラグ温度より一次元熱通過モデルに基づき算出することを特徴とする。このとき、前記スラグ温度は、スラグ液面から放射される２波長域の遠赤外光を検知し、これに基づきスラグ液面温度を算出する２波長温度計により計測することが好ましく、これにより煤塵や炉内ガス等の影響を最小限に抑えて正確なスラグ温度を計測できるようになる。
このように、計測が困難である耐火物表面温度をスラグ温度で代替可能とすることにより、簡単に且つ正確に耐火物の残存量予測を行なうことができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のごとく本発明によれば、耐火物の残存量、現状の運転データから耐火物残存量の安全基準を満たす耐火物残存基準値、及び運転日数目標等の運転計画を満たす適正な運転条件を算出し、この運転条件に基づき灰溶融炉の運転を行なうようにしたため、耐火物寿命の延命化が可能となり、さらに維持管理費の低減が図れる。
また、灰溶融炉の運転を通信ネットワークを介して構築される遠隔監視システムを用いて行なうことにより、より一層のコスト低減が期待できる。また、本発明は複数の灰溶融炉を統括して管理することもでき効率化が図れる。
さらに、前記耐火物表面の温度特性に塩基度と処理負荷率を補正係数として加えたアレニウスの式に基づく近似式を用いて耐火物の残存量を予測することにより、簡単にかつ正確な侵食速度を求めることができ、精度の高い耐火物の残存量予測が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例では対象とする灰溶融炉としてプラズマ灰溶融炉を例に挙げて説明するが、特にこれに限定されず、旋回式灰溶融炉、燃料式灰溶融炉等のように、焼却灰又は飛灰等の灰を溶融処理可能な灰溶融炉であれば何れでも良い。
【００１９】
図１は本発明が適用される灰溶融炉の一実施例であるプラズマ灰溶融炉の側断面図、図２は本発明の実施例１に係る灰溶融炉の運転方法を示すフロー図、図３は図２の運転方法において運転条件を判定する方法を示すフロー図、図４は本実施例１における耐火レンガ残存量の演算方法を示すフロー図、図５は本発明の炉運転に用いられるスラグ温度計の一例を示す概略断面図、図６は本発明の実施例２に係る灰溶融炉を具備した遠隔監視システムを示す全体構成図、図７は本実施例２の遠隔監視システムを用いた運転方法を示すフロー図である。
【実施例１】
【００２０】
図１を参照して本発明が適用されるプラズマ溶融炉につき説明する。
プラズマ灰溶融炉１０は、炉本体１１の内壁に耐火レンガ１１Ｂが内張りされ、その外表面が鉄皮１１Ａで被覆されている。前記炉本体１１の上部には主電極１３が挿設され、これに対向して炉底部に炉底電極１４が挿設されている。前記主電極１３の周囲には短絡防止のための絶縁スリーブ１２が配設されている。プラズマ灰溶融炉１０では、これらの電極間に直流電源１５により直流電流を通流して炉内にプラズマアークを発生させる。炉壁に設けられた灰投入口１６より投入された灰は、プラズマアーク熱及び前記電極間を流れる電流のジュール熱により溶融スラグ１８となり、出滓樋１７より排出される。
【００２１】
また、前記プラズマ灰溶融炉１０には各種検出機器が具備されている。例えば、炉蓋に設けられた計測用開口１９に設置されたスラグ温度計２０、炉壁に埋設され耐火レンガ温度を検出する熱電対２１、前記出滓樋１７の内部に通流する冷却水の入口温度及び出口温度を検出する温度検出計、炉内温度を検出する温度検出計、前記電極間の電流、電圧を計測する電流計及び電圧計、炉内へ投入する灰を計量する計量器などが挙げられる。
本実施例では、これらの検出機器等により取得した現状の運転データに基づき適正な運転条件を求め、この運転条件に基づいた灰溶融炉の運転を行なうものである。
【００２２】
適正な運転条件を求めるためには、正確な運転データを収集する必要がある。例えば、前記スラグ温度計としては赤外線を利用した放射温度計、熱電対等を利用することができるが、灰溶融炉のように炉内が高温、腐食雰囲気で、且つ煤塵が多く存在する場合には図５に示すスラグ温度計を利用することが好ましい。
このスラグ温度計２０は、前記計測用開口１９に嵌め込まれた透過窓１９ａを介して炉外に配設される。該スラグ温度計２０は、筐体２０１の炉側端部には集光レンズ２０２が配設され、該集光レンズ２０２と対面するごとく、所定角度を有して可視光分離ミラー２０３が配置される。該可視光分離ミラー２０３は前記集光レンズ２０２の光軸と直交する方向に可視光を反射する。また、スラグ液面１８ａから放射される光束の一部が通過可能なように、前記可視光分離ミラー２０３の一部には穴部２０３ａが形成されている。さらに、該可視光分離ミラー２０３と対面する位置には可視光屈折ミラー２０４が配設され、ここに入射した可視光は入射光と略直交する方向に屈折される。前記筐体２０１の上面には視認窓２１１が設けられ、該視認窓２１１よりスラグ液面１８ａを容易に視認できるとともに、前記穴部２０３ａ、即ち温度計測箇所を黒点として正確に確認できる。
【００２３】
一方、前記筐体２０１の光路下流側には、前記穴部２０３ａを通過した光が入射するようにビームスプリッタ２０５が設けられている。該ビームスプリッタ２０５は、入光した赤外線を２以上の光束に分配し、一の赤外光を透過させ、他の一の赤外光を入射光と直交する方向に反射する。前記分配した赤外光の光路上には光検出素子である第１のサーモパイル２０８、第２のサーモパイル２０９が夫々配設され、夫々の光の進行方向前面には特定の波長域の赤外光のみを透過する第１のバンドパスフィルタ２０６、第２のバンドパスフィルタ２０７が設置される。前記第１、第２のバンドパスフィルタ２０６、２０７は、異なる２つの波長域の赤外光のみを透過する。これらのバンドパスフィルタの設定は、炉内ガスが吸収しない波長域の赤外光を選択的に使用することが好ましい。好適には、前記第１、第２のバンドパスフィルタ２０６、２０７で選択する波長域は、好適には８〜１４μｍの範囲内の異なる波長域とすると良い。
前記第１、第２のサーモパイル２０８、２０９で検出された電圧信号は信号処理装置２１０に送信され、得られた２の電圧信号の出力電圧比からスラグ温度が演算される。
【００２４】
このように、本実施例ではスラグ液面１８ａの温度を測定しつつ、計測視野を正確に確認することができる。
本実施例によれば、ビームスプリッタ２０５を用いることにより１つの光軸を分離しているため、対象物の温度分布や付着物による測定誤差が殆ど生じない。さらに、焦電素子を用いない構成であるため、チョッピングモータの変動により不安定となることがなく、測定の安定性が向上し、またサーモパイルそのものの応答時間で計測が可能となり、早い温度変化に追随できる。さらにまた、穴部２０３ａを有する可視光分離ミラー２０３を用いているため、容易に計測視野を確認することができる。
【００２５】
次に、図２を参照して前記プラズマ灰溶融炉１０の運転方法につき説明する。
まず、前記各種計測機器より灰溶融炉の現状の運転データを収集する（Ｓ１）。前記運転データとしては、灰投入量（主灰、飛灰）、電力供給量、飛灰混合率、スラグ温度、出滓樋又は炉本体の各冷却水量及び冷却水温度、耐火レンガ温度、炉内温度、電流、電圧等が挙げられる。これらの運転データのうち少なくとも１以上により、耐火レンガの残存量予測を行なう（Ｓ２）。このとき、スラグ温度に基づき耐火レンガの残存量予測を行なう場合は、図５に示した前記スラグ温度計を用いることが好適である。また、スラグ温度計を設置しない場合には、灰投入量（主灰、飛灰）電力供給量、飛灰混合率、スラグ温度、出滓樋又は炉本体の各冷却水量及び冷却水温度、耐火レンガ温度、炉内温度、電流、電圧、出滓後スラグ温度（二色温度計計測）の何れか１以上によりスラグ温度の推定を行っても良い。
【００２６】
スラグ温度計で計測したスラグ温度により耐火レンガ残存量を予測する場合は、まず式（６）（実施例３に記載）により耐火物表面温度を推定する。そして式（５）（実施例３に記載）を用いて耐火物の侵食速度を算出し、侵食速度を積算することにより耐火物の侵食量が求められ、耐火レンガ厚さの初期値からこの侵食量を差し引くことで耐火レンガ残存量が求められる。
また、スラグ温度計を設置せず運転データから推定する場合は、例えば式（１２）（実施例３に記載）を用い、灰投入量、電力よりスラグ温度を推定し、以下スラグ温度計測を行なう場合と同様の演算を行なうことにより耐火物の侵食量を求める。
【００２７】
さらに、耐火レンガの残存量予測値と現状の運転データとから、運転処理量目標、運転日数目標、レンガ残存量安全基準を満たす運転条件を算出し、運転スケジュールを作成する（Ｓ３）。このとき、前記現状の運転データには、灰投入量（主灰、飛灰）、電力供給量、飛灰混合率、スラグ温度、出滓樋又は炉本体の各冷却水量及び冷却水温度、耐火レンガ温度、炉内温度、電流、電圧等が挙げられる。これらの運転データのうち少なくとも１以上を用いる。
そして、前記算出した運転条件に基づき溶融炉の運転・メンテナンスを行なう（Ｓ４）。
【００２８】
ここで、図３に基づきプラズマ溶融炉の運転条件判定方法の一例を説明する。
まず、灰投入量の目標値、運転時間の目標値からなる運転計画と、現在の耐火レンガ残存量、運転後のレンガ残存量の目標値を入力し（Ｓ１１）、これらの入力値より運転後のレンガ残存量を演算する（Ｓ１２）。
そして、運転後のレンガ残存量と、運転後レンガ残存量の目標値とを比較し（Ｓ１３）、演算値の方が大きい場合には灰投入量ペース、基準電力の通知を行い（Ｓ１４）、これに基づき炉運転を行なう。一方、演算値の方が小さい場合には、基準電力を変更し（Ｓ１５）、基準電力が溶融適正電力の下限値を上回っているか否かを判別し（Ｓ１６）、基準電力の方が大きい場合には再度運転後レンガ残存量の演算を行なう（Ｓ１２）。基準電力の方が小さい場合には、当条件での運転は不能であることを通知し（Ｓ１７）、運転計画を見直す等の処理を行う。
【００２９】
図４は前記運転後レンガ残存量の演算方法の一例である。同図に示すように、灰投入量の目標値（Ｓ２１）と、運転時間の目標値（Ｓ２２）とから灰溶融炉における灰投入量ペースを算出し（Ｓ２３）、該灰投入量ペースに基づいて基準電力を算出する（Ｓ２４）。さらに、前記灰投入量ペースと前記基準電力とに加えて、現在のレンガ残存量（Ｓ２５）を入力して、これらから運転後のレンガ残存量の予測値を算出する（Ｓ２６）。
このように、耐火レンガの残存量、現状の運転データから耐火レンガ残存量の安全基準、及び運転日数目標を満たす運転条件を算出し、運転を行なうことにより耐火レンガ寿命が延命し、維持管理費の低減が図れる。
【実施例２】
【００３０】
次に、本実施例に係る灰溶融炉の運転方法を遠隔監視システムを利用して行なう場合について説明する。
図６に本発明の実施例２に係る灰溶融炉を具備した遠隔監視システムを示す。
この遠隔監視システムは、プラズマ灰溶融炉１０及び監視端末３０を備えた各プラント３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、…と、監視サーバ４０を備えた管理センター４００からなり、前記監視端末３０と前記監視サーバ４０はインターネット若しくは専用回線等の通信ネットワーク５０により接続されている。また、前記監視端末３０と監視サーバ４０間でのデータの送受信の際には、通信制御、情報の保護を目的として夫々ファイヤウォール３１、４１及びルータ３２、４２を介して通信している。
【００３１】
前記監視端末３０の内部構成は、図６に示すように、プラント内におけるＬＡＮ等のネットワーク間の通信、及び前記通信ネットワーク５０を介しての前記監視サーバ４０との通信を行う通信部３０ａと、各種運転データを記憶する記憶部３０ｂと、該運転データをプラズマ灰溶融炉１０から取得する運転データ収集部３０ｃと、ＬＣＤやＣＲＴディスプレイ等の稼動計画を表示可能な表示部３０ｄと、を備えている。前記プラズマ灰溶融炉１０から取得する運転データとは、灰投入量（主灰、飛灰）、電力供給量、飛灰混合率、スラグ温度、出滓樋又は炉本体の各冷却水量及び冷却水温度、耐火レンガ温度、炉内温度、電流、電圧等が挙げられる。これらの運転データのうち少なくとも１以上である。
【００３２】
一方、前記監視サーバ４０の内部構成は、前記監視端末３０と前記ネットワーク５０を介して通信を行う通信部４０ａと、各プラントの監視端末３０より集積した運転データを格納するデータベース４０ｂと、該運転データより灰溶融炉の稼動計画を演算する演算部４０ｃとを備えている。
前記演算部４０ｃは、前記運転データに基づき各プラズマ灰溶融炉１０の炉部材の交換時期、メンテナンス時期、清掃時期等の運転計画を演算する機能を有する。
【００３３】
図７に、図６に示した遠隔監視システムを用いた溶融炉の運転方法のフローを示す。
まず、前記監視端末３０側にて、灰溶融炉に設置した各種計測機器より現在の運転データを収集し（Ｓ３１）、該収集した運転データを通信ネットワーク５０を介して監視サーバ４０へ送信する（Ｓ３２）。
前記監視サーバ４０側では、前記運転データを受信し（Ｓ３３）、該運転データをデータベース４０ｂに格納する（Ｓ３４）。そして、必要とされる運転データを前記データベース４０ｂより抽出し、該運転データより耐火レンガの残存量予測を行なう（Ｓ３５）。
【００３４】
一方、前記監視端末３０では、主灰及び飛灰投入量、運転日数等の運転計画目標を前記監視サーバ４０へ送信し、前記監視サーバ４０では、前記残存量予測により得られた残存量予測値と、運転データと、前記運転計画目標とからレンガ残存基準を満たす運転条件を算出する（Ｓ３７）。該算出した運転条件は前記監視端末３０に送信し（Ｓ３８）、該監視端末３０では、この運転条件に基づいてプラズマ溶融炉の運転、メンテナンスを行なう（Ｓ３９）。
このように、遠隔制御システムを用いることにより維持管理費のより一層の低減が達成できる。
【実施例３】
【００３５】
本実施例３では、灰溶融炉の運転データを用いて侵食メカニズムに基づいた侵食予測式から耐火レンガの残存量を予測する方法について記載する。
【００３６】
（耐火レンガの侵食メカニズム）
まず、耐火レンガの侵食のメカニズムについて説明する。ここでは、一例としてＳｉＣを主とする耐火レンガの侵食について考察する。図８に示されるように、ＳｉＣ耐火レンガは酸素と反応してＳｉＯ２となり（下記の化学反応式［１］）、次にＳｉＯ２がスラグ中のＣａＯやＮａ２ＯやＫ２Ｏと反応してＣａＳｉＯ３が生成して（下記の化学反応式［２］）、スラグに溶解し、ＳｉＯ３２−がスラグに拡散するメカニズムを想定した。
ＳｉＣ＋０．５Ｏ２  →  ＳｉＯ２                        ［１］
ＣａＯ（Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ）＋ＳｉＯ２  →  ＣａＳｉＯ３    ［２］
【００３７】
本メカニズムにおいて侵食の律速はＳｉＯ３２−の拡散であり、耐火レンガの侵食速度式は下記式（１）のように表される。
【数１】
2006145122.tif 000003
ここで、ｍは溶解量、Ｃ０はスラグ中へのＳｉＯ３２−飽和濃度、Ｃはスラグ中ＳｉＯ３２
−濃度、Ｄは拡散係数、Ａは反応面積、δは境界層厚さ、ｔは時間を表している。
【００３８】
（拡散係数）
前記式（１）の拡散係数Ｄは、アレニウスの式を用いて下記式（２）のように表され、温度の関数となる。
【数２】
2006145122.tif 000004
ここで、Ｄは拡散係数、Ｄ０は頻度因子、Ｅは拡散の活性化エネルギー、Ｒは気体定数、
Ｔは温度を表している。侵食速度と温度の関係について電気炉を用いた侵食実験を行なっ
た結果、図９に示すように温度上昇とともに侵食量が増大することが分かり、拡散の活性化エネルギーを実験的に把握した。尚、スラグの粘度もアレニウスの式を用いて下記式（３）のように表されるため、本実験から求めた活性化エネルギーＥには温度によるスラグ粘性変化の影響も含まれているものと考えられる。
【数３】
2006145122.tif 000005
ここで、μは粘度、Ａｗは定数、Ｅｗは粘度の活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔは温度を表している。
【００３９】
（濃度）
図８において耐火レンガとスラグとの接触面はＳｉＯ３２−の飽和濃度となっており、スラグ中のＳｉＯ３２−濃度との濃度差で拡散する。スラグ中のＳｉＯ３２−濃度は塩基度（＝ＣａＯ／ＳｉＯ２）によって決まるため、本実施例ではスラグ中のＳｉＯ３２−濃度を灰やスラグを表す一般的な指標である塩基度で表すことにした。この塩基度は、ＣａＯとＳｉＯ２の混合率で置き換えることもできる。侵食実験から求めたスラグの塩基度と侵食量の関係を図１２に示す。これによれば、塩基度の上昇に伴い、侵食量は増大しており、本実施例では指数関数として近似し、侵食速度式に導入した。
【００４０】
（境界層厚さ）
境界層厚さは流速の関数であるが、プラズマ灰溶融炉内のスラグ流速の計測は困難であるため、実用的には流速に代わるパラメータを選定する必要がある。プラズマ灰溶融炉内に供給された灰はスラグ液面（スラグライン）に浮遊して溶融するため、灰処理負荷が増大するとスラグ液面での溶融量が増大し、スラグ液面から加工するスラグ流速が増大する。スラグ液面でのスラグ流速が増大すると耐火レンガとスラグ液面との接触部分であるスラグラインの境界層が薄くなるため拡散速度は上昇する。このことから本実施例では流速に代わるパラメータとして下記式（４）に示す灰の処理負荷率を選定した。
【００４１】
【数４】
2006145122.tif 000006
ここで、ｖは処理負荷率である。
図１３に試験炉における運転データ及び侵食量計測データから灰の処理負荷率と侵食速度の関係を整理した結果を示す。灰の処理負荷率の上昇とともに侵食速度は増大した。本実施例では指数関数として近似し侵食速度式に導入した。文献（新谷宏隆、川上辰男著「溶融石英質耐火レンガのＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系溶融スラグによる侵食」窯業協会誌  VoL94No.11(1986)，P1183-1185）によると、侵食速度はスラグの流速の０．５〜０．７乗に比例すると報告されているが、本実験結果ではそれよりも大きな変化を示しており、連行（剥ぎ取り）効果によって境界層が極端に薄くなっている可能性が考えられる。
【００４２】
（侵食速度式）
ＳｉＯ３２−の拡散を律速とした耐火レンガの侵食メカニズムに基づき、プラズマ灰溶融炉の運転パラメータを用いて下記式（５）に示される侵食速度式を作成した。
【数５】
2006145122.tif 000007
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数、Ｔは耐火レンガ表面温度、Ｅは活性化エネルギー、ｖは処理負荷率、ηは塩基度、ｘは侵食量、ｔは時間を表している。スラグの塩基度及び活性化エネルギーの影響は、プラズマ灰溶融炉を用いた侵食実験から、流速の影響は実炉侵食量計測結果から決定した。
【００４３】
耐火レンガ表面温度Ｔは、スラグ温度を用いて１次元熱通過モデルにより下記式（６）を用いて推定した。
【数６】
2006145122.tif 000008
ここで、Ｔｓはスラグ温度、Ｔｗは水温度、αｓｒはスラグと耐火レンガの熱伝達率、λは耐火レンガの熱伝導率、添字１，２は夫々耐火レンガの種類を表している。スラグと耐火レンガの熱伝達率αｓｒは実炉における温度計測結果から求めた。
【００４４】
（スラグ温度の計測）
耐火レンガ表面温度Ｔを求めるために本実施例ではスラグ温度を利用する方法を挙げているが、スラグは高温かつ侵食性が非常に強いことから熱電対による連続計測は困難である。そこで、本実施例では煤塵の影響を最小限に抑えることができるスラグ温度計を用いる。市販される２波長の放射温度計は波長が１μｍ近傍であり、炉内の高煤塵雰囲気を投下できないため、本実施例では遠赤外光を検知することとした。
図１０は本実施例３に用いるスラグ温度計の概略図を示す。スラグ温度計２０は、バンドパスフィルタ２２０とセンサ２２１とを内蔵し、スラグ面１８ａから放射される遠赤外光を検出して、プランクのエネルギ放射則において２つの波長域のエネルギ強度が温度ごとに一定であることを利用し、選択した２つの波長のエネルギ比から温度を推定するものであり、下記式により算出できる。
【００４５】
【数７】
2006145122.tif 000009
ここで、εはスラグの放射率、Ｅ（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、τは透過率、Ｔｓはスラグ温度、添字λ１、λ２は夫々波長を表す。
スラグ面１８ａから発せられる赤外光の煤塵雰囲気中の透過特性およびガス雰囲気中の透過特性を確認するため、フーリエ変換赤外分光法を用いてスラグ液面１８ａからの光を分光した。非灰処理中は煤塵及び赤外吸収ガスの発生はなく、スラグ液面１８ａから発せられる赤外光は全て透過する。計測した透過率（灰処理中の透過強度／非灰処理中の透過強度）を図１１に示す。同図に示されるように、８〜１５μｍの波長域では透過率が０．９以上であり、炉内煤塵やガス吸収の影響を受け難いことが明らかである。従って、本実施例に係るスラグ温度計において、８〜１５μｍの範囲内の赤外光を利用すると良い。
【００４６】
また、スラグ温度を熱バランスにより推定する方法を示す。スラグ温度計によりスラグ液面温度を計測可能であるが、計測用透過窓に塩類が付着する等の要因により透過窓が曇ることが原因で計測誤差が発生することがある。そこで、プラズマ溶融炉の入熱及び出熱のバランスを用いて出滓口でのスラグ温度を推定し、計測したスラグ温度と比較することでスラグ温度の信頼性を向上することを考えた。プラズマ溶融炉の熱入力は電力であり、出力は灰を溶融する熱量及び炉体冷却熱力である。熱バランスから求めたスラグ温度Ｔｓは灰投入量と電力から求まるバランス上の定常時のスラグ温度であり、下記式（８）のように表すことができる。
【００４７】
【数８】
2006145122.tif 000010
ここで、Ｑｐは電力、Ｈは灰のエンタルピー、Ｃｐは灰の比熱、Ｍは灰処理速度（又は灰処理量）、Ｑｒは炉体法熱量を表している。灰の熱物性であるＨ及びＣｐの高温での測定は困難であるため、スラグ温度計測値と比較することにより決定した。式（８）はプラズマ溶融炉の運転条件のみから成り立っているため新たに計測機器を設置する必要がなく、実用的なスラグ温度を推定することができる。
【００４８】
試験炉の運転において、スラグ温度計で計測した出滓口近傍のスラグ液面１８ａの温度と、運転データを用いて熱バランスから推定した出滓口スラグ温度を比較すると、両者は変動の様子等において殆ど一致している。しかし、長期連続運転の際には計測孔への付着物や窓の汚れによってスラグ温度計による温度計測値に誤差が生じる場合があるため、両者を同時に用いることにより、誤差を検知することが可能となる。また、灰性状が変化した場合には灰の熱物性が変化するため、熱バランスから推定したスラグ温度に誤差が生じることがあり、スラグ温度計と併用することによりこの誤差を検知することが可能となる。
このように、本実施例のスラグ温度計測において、上記２種類の温度計測手段を併用することにより正確な温度計測を可能とするとともに、誤差が生じた場合にその原因を追求することにより炉の不具合を把握することができる。
【００４９】
（耐火レンガ侵食予測）
前記侵食速度式（上記式（５））を用いて、試験炉の運転における侵食量を推定した。侵食速度式には開発したスラグ温度計による計測値及び熱バランスから推定したスラグ温度の両者を用い、夫々の侵食量を推定した。図１４に侵食量の経時変化を示す。侵食量予測値は運転後に計測した侵食量と良く一致しており、スラグ温度計で計測したスラグ温度及び熱バランスから推定したスラグ温度を用いた侵食速度式の妥当性を確認できた。
【００５０】
（侵食速度と運転条件）
試験炉の運転における運転条件及び侵食速度の経時変化を図１５に示す。スラグ温度が上昇した場合に耐火レンガの侵食が進んでおり、耐火レンガ侵食を抑制するためにはスラグ温度が上昇した場合に電力を低下してスラグ温度を低下することが有効であると考えられる。また、灰を処理していない場合には殆ど侵食しておらず、補修工事の日程などのために運転を停止できない場合には灰投入量を低下することで耐火レンガ寿命を延長することが可能である。
【００５１】
（耐火レンガ残存量の演算）
プラズマ溶融炉における耐火レンガの残存量の演算式は下記式（９）により求められる。
【数９】
2006145122.tif 000011
ここで、入力パラメータ：初期レンガ厚さ、侵食量：時間当りの侵食量（ｍｍ）である。
侵食量の計算式を以下に示す。尚、入力データは電力と灰投入量のみで、後は係数であり、調整により係数の変更を行なう。演算周期は１時間とし、逐次データベースに格納するものとする。
【００５２】
侵食速度式には、以下の式（１０）を用いる。
【数１０】
2006145122.tif 000012
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは係数、Ｔｒ[℃]は耐火レンガ温度、ｖ[kg/m2h]、η、η０[−]は塩基度である。
【００５３】
耐火レンガ表面温度は１次元の熱伝導と考え、以下の式（１１）で計算した。
【数１１】
2006145122.tif 000013
ここで、Ｔｒ[℃]はレンガ表面温度、Ｔｓ[℃]はスラグ温度、Ｔｗ[℃]は水温度、αｓｒ[kcal/m2h℃]はスラグと耐火レンガの熱伝達率、αｗ[kcal/m2h℃]は水熱伝達率、λｒ[kcal/mh℃]は耐火レンガ熱伝導率、λｓ[kcal/mh℃]はスタンプ熱伝導率、ｘｒ[m]はレンガ厚さ、ｘｓ[m]はスタンプ厚さである。
また、処理負荷率は上記した式（４）により計算される。
【００５４】
さらに、計算スラグ温度は以下式（１２）のように表される。灰投入量と電力から計算したバランス上のスラグ温度である。
【数１２】
2006145122.tif 000014
ここで、Ｑｐ[kW]は電力、Ｈｆ[kcal/kg]は灰潜熱、Ｃｐ[kcal/kg℃]は灰比熱、Ｔｓ[℃]は計算スラグ温度、Ｍ[t/h]は灰投入量、Ｑｇ[kWh/t]は排ガス持出し熱量、Ｑｒ[kW]は炉体冷却熱量、Ｔｓ０[℃]はスラグ温度定数である。
【００５５】
ここで、本実施例に係る残存量予測方法を用いて、図１に示したプラズマ溶融炉の残存量を予測した試験炉データを表１に示す。
【表１】
2006145122.tif 000015
このように、前記スラグ温度は放射温度計を用いて測定したスラグ表面温度である。また、侵食速度は、前記式（１０）により算出し、耐火レンガ残存予測値は、前記式（９）により算出した。これらの式から求めた値より、レンガ残存量を簡単に且つ正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明が適用される灰溶融炉の一実施例であるプラズマ灰溶融炉の側断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る灰溶融炉の運転方法を示すフロー図である。
【図３】図２の運転方法において運転条件を判定する方法を示すフロー図である。
【図４】本実施例１における耐火レンガ残存量の演算方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の炉運転に用いられるスラグ温度計の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係る灰溶融炉を具備した遠隔監視システムを示す全体構成図である。
【図７】本実施例２の遠隔監視システムを用いた運転方法を示すフロー図である。
【図８】ＳｉＣを含む耐火レンガの侵食過程を示す説明図である。
【図９】スラグ温度と耐火レンガの侵食速度の関係を示すグラフである。
【図１０】本実施例３に用いる放射温度計の概略図である。
【図１１】煤塵雰囲気及びガス雰囲気中における赤外光の透過特性を示すグラフである。
【図１２】スラグの塩基度と耐火レンガの侵食量の関係を示すグラフである。
【図１３】灰の処理負荷率と耐火レンガの侵食速度の関係を示すグラフである。
【図１４】実施例３に示した侵食速度式から算出した推定侵食量の経時変化と試験炉における侵食量の計測値を示すグラフである。
【図１５】試験炉における運転条件及び侵食速度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１０    プラズマ溶融炉
１１    炉本体
１３    主電極
１４    炉底電極
１５    直流電源
１６    灰投入口
１７    出滓口
１８    溶融スラグ
１９    計測用開口
２０    スラグ温度計
２１    熱電対
４０    管理サーバ
４０ｂ  データベース
５０    通信ネットワーク
【図１】
2006145122.tif 000017
【図２】
2006145122.tif 000018
【図３】
2006145122.tif 000019
【図４】
2006145122.tif 000020
【図５】
2006145122.tif 000021
【図６】
2006145122.tif 000022
【図７】
2006145122.tif 000023
【図８】
2006145122.tif 000024
【図９】
2006145122.tif 000025
【図１０】
2006145122.tif 000026
【図１１】
2006145122.tif 000027
【図１２】
2006145122.tif 000028
【図１３】
2006145122.tif 000029
【図１４】
2006145122.tif 000030
【図１５】
2006145122.tif 000031