(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰が投入される炉本体と、該炉本体の炉室内の中心部に配設される主電極と、炉本体の炉底壁に配設される炉底電極と、前記炉本体の周壁部に配設された出滓口と、を備え、上記主電極と炉底電極との間に電圧を印加してプラズマアークを発生させ、焼却灰を加熱溶融してスラグ化し、溶融スラグとして前記出滓口から炉室外に排出するように構成されたプラズマ式灰溶融炉において、上記主電極と出滓口とを結ぶほぼ直線上にあって、該直線の中間点または該中間点よりも出滓口寄りの炉室内に、溶融スラグ表面を加熱するための炉室内補助電極が配設されており、前記炉室内補助電極は、前記炉底電極との間に電圧を印加してプラズマアークを発生させ、前記主電極と共に焼却灰を加熱溶融してスラグ化すべく運転可能であるとともに、前記主電極とは別に電力を調整可能であることを特徴とするプラズマ式灰溶融炉。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ式灰溶融炉の運転方法であって、前記主電極と前記炉底電極との間、および、前記炉室内補助電極と前記炉底電極との間に、それぞれ、電圧を印加してプラズマアークを発生させ、焼却灰を加熱溶融してスラグ化するに際して、前記炉本体の炉壁に設けた赤外線透過窓を通じて前記出滓口を赤外線カメラで監視し、前記赤外線カメラに未溶融焼却灰の存在が観測されない通常運転状態では、前記炉室内補助電極の電力を小さく設定しておき、前記赤外線カメラに未溶融焼却灰の存在が観測された場合には、前記炉室内補助電極の電力を大きくすることを特徴とするプラズマ式灰溶融炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ等の焼却灰を溶融処理してスラグ化した焼却灰を、資源化若しくは減量化するプラズマ式の灰溶融炉において、溶融効率を向上することができるプラズマ式灰溶融炉およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
灰溶融炉は、ごみ焼却灰の有効利用を図るためのものであり、灰溶融炉により溶融した焼却灰は、低沸点の揮散物や、金属類及びその他成分のスラグに分け、無害化するとともに、そのリサイクルを図っている。こうした焼却灰の溶融炉のニーズが増加してきている。これらの灰溶融炉には、焼却灰の溶融のために重油等を燃料にするバーナ式灰溶融炉や、電気抵抗式灰溶融炉及びプラズマ式灰溶融炉等のように電気を熱源として灰を溶融するものが知られている。
【０００３】
図４は、それらの灰溶融炉のうち従来のプラズマアーク式灰溶融炉１を示し、灰溶融炉１には、溶融炉本体２の周壁１４に囲まれた炉室３を設けている。灰溶融炉１には、主電極４、炉底電極５及び直流電源６等を備えたプラズマ装置が設けられ、主電極４は、溶融炉本体２の天井壁７を貫通して垂下されるとともに、昇降装置８に支持されることにより炉室３内を上下動できるように構成されている。炉底電極５は、主電極４の直下の炉底壁９に炉底電極５を設置し、これらの電極４，５間に、プラズマ発生用の直流電源６を接続している。溶融炉本体２は、外壁を鉄皮１０で覆い、内壁１１はレンガ等の耐火材で形成し、溶融炉本体２の周壁１４には、焼却灰１２の投入口１３が配設され、投入口１３に対向する周壁１４には、溶融スラグ１６の排出口である出滓口１７が配設され、出滓口１７には出滓樋１８が接続されている。
【０００４】
このような構成により、灰溶融炉１の炉室３には、焼却灰の投入口１３から炉底壁９上に焼却灰１２が投入され、灰溶融炉１の炉室３を還元雰囲気にした状態で、直流電源６により電圧を電極４，５間に印加する。すると、該電極４，５間にプラズマアークが発生し、焼却灰１２は加熱されて溶融してスラグ１６となり、焼却灰中に含まれているメタル成分が溶融して溶融メタル１９となり炉底に沈む。溶融スラグ１６が炉底に溜まり出滓口１７の高さに達すると、スラグ１６が出滓口１７から溢れでて出滓樋１８を通って、図示しないモールドに供給され、スラグ１６は次工程で冷却処理される。他方、溶融メタル１９は、図示のように溶融炉本体２が傾倒式のものであれば、シリンダ２５を駆動させて支軸２６を回転軸として溶融炉本体２を傾倒させて、出滓口１７から溶融メタル１９を炉外に排出するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ式灰溶融炉１では、処理量を大きくするために炉室３の内径を拡大するような場合は、炉室３の出滓口１７付近の内壁１１の温度が焼却灰１２の融点以下の温度となり、図５に示すように未溶融焼却灰１２ａがスラグ１６面上に浮いて、そのまま出滓口１７から出滓樋１８を通って、炉室３の外に排出されてしまう。未溶融焼却灰１２ａには、有害な金属が含まれていることもあり、スラグの品質の確保からも完全に溶融してから炉室３外に排出する必要がある。かかる場合に、プラズマ電極４，５の出力を大きなものにすることも考えられるが、電気消費量が大きくなる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、灰溶融炉の灰処理量を大きくするために炉室の径を大きくする場合に、溶融効率を向上することができるプラズマ式灰溶融炉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ式灰溶融炉は、上記目的を達成するために、焼却灰が投入される炉本体と、該炉本体の炉室内の中心部に配設される主電極と、炉本体の炉底壁に配設される炉底電極と、前記炉本体の周壁部に配設された出滓口と、を備え、上記主電極と炉底電極との間に電圧を印加してプラズマアークを発生させ、焼却灰を加熱溶融してスラグ化し、溶融スラグとして前記出滓口から炉室外に排出するように構成されたプラズマ式灰溶融炉において、上記主電極と出滓口とを結ぶほぼ直線上にあって、該直線の中間点または該中間点よりも出滓口寄りの炉室内に、溶融スラグ表面を加熱するための炉室内補助電極が配設されており、前記炉室内補助電極は、前記炉底電極との間に電圧を印加してプラズマアークを発生させ、前記主電極と共に焼却灰を加熱溶融してスラグ化すべく運転可能であるとともに、前記主電極とは別に電力を調整可能である。なお、ほぼ直線上とは、その直線上と、多少のずれがある範囲を含み、多少のずれとは、本発明の効果が発揮されうる範囲である。
【０００７】
また、本発明は、上記プラズマ式灰溶融炉の運転方法として、前記主電極と前記炉底電極との間、および、前記炉室内補助電極と前記炉底電極との間に、それぞれ、電圧を印加してプラズマアークを発生させ、焼却灰を加熱溶融してスラグ化するに際して、前記炉本体の炉壁に設けた赤外線透過窓を通じて前記出滓口を赤外線カメラで監視し、前記赤外線カメラに未溶融焼却灰の存在が観測されない通常運転状態では、前記炉室内補助電極の電力を小さく設定しておき、前記赤外線カメラに未溶融焼却灰の存在が観測された場合には、前記炉室内補助電極の電力を大きくする運転方法を採用したことにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるプラズマ式灰溶融炉について図面を参照しながら説明する。なお、従来例と同一名称の部材については同一の符号を付して説明する。図１は、本発明に係るプラズマアーク式灰溶融炉１を示し、この灰溶融炉１は、周壁１４に囲まれた炉室３を設け、周壁１４は耐熱レンガ等の耐熱材により形成されている。また、灰溶融炉１には、炉室３側に配設される主電極４、炉室３の炉底壁９に配設される炉底電極５が設けられ、これらのプラズマ電極４，５は水平断面が円形である炉室３の中心軸上に配置されている。
【０００９】
一方の主電極４は、溶融炉本体２の天井壁７を貫通し、かつ垂下されて配設されるとともに、昇降装置８に支持されることにより炉室３内を上下動できるように構成されている。主電極４は、金属または黒鉛製であり、内部にプラズマ用ガスを発生させる通路を形成した円筒形状のものを用いている。他方の炉底電極５は、主電極４の直下に配設され、その先端部と対向して設置されている。これらのプラズマ電極４，５間には、プラズマ発生用の直流電源６が接続されている。直流電源６は、炉底電極５側に＋を接続し、主電極４側に−を接続している。溶融炉本体２の下壁部には、溶融スラグ１６の排出口である出滓口１７が配設され、出滓口１７には、出滓樋１８が接続されている。この出滓口１７及び出滓樋１８は、耐火材で形成されている。
【００１０】
灰溶融炉本体２の天井壁７には、主電極４とは別に炉室内電極である補助電極２０が配設されている。円筒状の補助電極２０は、天井壁７から炉室３内に垂下され、昇降装置２１により上下動が可能である。図２に示すように、補助電極２０の配置場所は、本実施の形態では、補助電極２０の軸心Ａが主電極４の軸心Ｏと出滓口１７の開口の幅方向に対する中心Ｂとを結ぶ線上に配置され、かつ主電極４と出滓口１７の開口の中間部（ＯＣ＝ＣＢ＝Ｌ）Ｃ若しくはその中間部Ｃよりも出滓口１７側に近い位置（ＣＢ間）に配置している。また、主電極４と補助電極２０は同じ径のものを用いることができ、こうすると電極の継ぎ足し用装置の共通化を図ることができ便利である。ただし、主電極４と補助電極２０は、必ずしも共通化を図ることなく例えば補助電極２０の径を細くすると、炉室内空間が広くなる利点がある。
【００１１】
溶融炉本体２の壁部には出滓口１７の溶融スラグ１６の流れを観察できる位置に覗き窓２２が設けられ、覗き窓２２の近傍には、赤外線カメラ２３が配設されている。この赤外線カメラ２３は、出滓口１７の未溶融焼却灰１２ａを観察するものであるので、出滓口１７の手前側（上流側）の溶融スラグ１６の流れや出滓樋１８における溶融スラグ１６の流れを観察できる部位に設けてもよい。赤外線カメラ２３により撮影された映像は、それに接続されているモニターを介して観察することができる。溶融炉本体２の周壁１４には、焼却灰１２を炉室３に投入する投入口１３が設けられ、投入口１３は図示しない灰供給用のホッパに連絡している。なお、この灰溶融炉１には、その他、図示されていないプラズマ制御する制御装置や周壁１４部を冷却する冷却装置等の設備が多数配設されているが、それらの詳細な説明は省略する。
【００１２】
次に、本発明のプラズマ灰溶融炉における実施の形態の作用について説明する。図１に示すように、灰溶融炉１の炉室３には、焼却灰１２の投入口１３から炉底壁上に焼却灰１２が投入され、灰溶融炉１の炉室３を還元雰囲気にした状態で、直流電源６により電圧を炉室内側電極４，２０と炉底電極５との間に印加する。この際、補助電極２０の出力量は、小さめにしておく。このようにして、これらの電極間にプラズマアークが発生し、炉室３内が１０００℃以上の雰囲気となり、焼却灰１２が加熱されて溶融して溶融スラグ１６となり、焼却灰１２中に含まれているメタル成分もまた溶融して溶融メタル１９となり炉底に沈む。その上澄みの溶融スラグ１６が炉底に溜まり出滓口１７の高さに達すると、スラグ１６が出滓口１７から溢れでて出滓樋１８を通って、炉室外に排出される。主電極４及び補助電極２０は、灰溶融炉１の稼働中に消耗するので、それら電極４，２０の先端部が溶融スラグ１６面から所定の高さに位置するように、各々の昇降装置８，２１を使用して、その消耗分だけ高さ調整する。
【００１３】
この灰溶融炉１の運転中では、図１に示す赤外線カメラ２３が、出滓口１７近傍を撮影している。赤外線カメラ２３は出滓口１７での溶融スラグ１６の流れを撮影するものであり、未溶融焼却灰１２ａが炉室外に流出するか否かを観察することができる。その一方、溶融炉本体２が処理量を大きくするために炉室３の径が大きく設計されているような場合は、炉室３の中心側は高温状態が維持されるが、内壁１１側に位置する壁面近傍の未溶融焼却灰１２ａが融点以下の温度となり、未溶融焼却灰１２ａが出滓口１７から流出されることがある。このような場合は、赤外線カメラ２３により未溶融焼却灰１２ａの存在を監視し、それが出滓口１７から流出する前に、補助電極側２０，５の電力量を大きくする。これにより、出滓口１７付近の内壁１１に位置する未溶融焼却灰１２ａの温度が高くなり、未溶融焼却灰１２を溶融させてその排出を未然に防ぐことができる。未溶融焼却灰１２ａが流出するおそれがなくなった場合は、補助電極２０の出力量を小さく調整する。なお、灰溶融炉１の運転方法としては、溶融スラグ１６の出滓状況を観察しながら、主電極４及び補助電極２０の出力量を交互に大きくしたり、小さく調整してもよい。さらには、主電極４及び補助電極２０の両者の出力を同時に大きくしたり、小さくしてもよい。こうしたいずれの運転方法であっても、未溶融焼却灰１２ａの炉室３外の流出を防止することができる。
【００１４】
図３は、プラズマ式灰溶融炉１の別の運転方法を示す図である。溶融炉本体２の稼働中に一方の主電極４の先端部を溶融スラグ１６層に挿入し、他方の補助電極２０を溶融スラグ１６面上から所定の間隔を開けて、灰溶融炉本体１を稼働する。すると、炉室３の中心部に配設されている主電極４が溶融スラグ１６層を拡散するように攪拌効果を発揮し、溶融スラグ１６の温度の均一化を図ることができる。他方、補助電極２０は溶融スラグ１６の表面の温度を高くして未溶融焼却灰１２ａを溶融する。
【００１５】
以上説明したように、本実施の形態では、一方の電極が主電極４と補助電極２０とから構成されているので、未溶融焼却灰１２ａが炉室３の外へ流出するような場合は、補助電極２０の出力を大きくして未溶融焼却灰１２ａを溶融することができる。また、赤外線カメラ２３で炉室３内の出滓口１７の上流側近傍を観察したような場合は、未溶融焼却灰１２ａの存在を予め知ることができ、出滓口１７から未溶融焼却灰１２ａが流出するのを即座に防止することができる。
【００１６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のプラズマ式灰溶融炉によれば、焼却灰が投入される炉本体と、該炉本体の炉室内の中心部に配設される主電極と、炉本体の炉底壁に配設される炉底電極と、上記主電極及び炉底電極により加熱された焼却灰が溶融してスラグ化した溶融スラグを炉室外に排出する出滓口とを備えたプラズマ式灰溶融炉において、上記主電極と出滓口とを結ぶほぼ直線上にあって、該直線の中間点または該中間点よりも出滓口寄りの炉室内に、溶融スラグ表面を加熱するための炉室内補助電極が配設されているので、炉室内補助電極の電力を調整することにより未溶融の焼却灰を出滓口からの流出を抑制することができるようになる。
【００１８】
また、上記プラズマ式灰溶融炉の運転方法として、前記炉本体の炉壁に設けた赤外線透過窓を通じて前記出滓口を赤外線カメラで監視し、前記赤外線カメラに未溶融焼却灰の存在が観測されない通常運転状態では、前記炉室内補助電極の電力を小さく設定しておき、前記赤外線カメラに未溶融焼却灰の存在が観測された場合には、前記炉室内補助電極の電力を大きくして未溶融焼却灰を溶融させる運転方法を採用したので、未溶融焼却灰の炉室外への流出を未然防止することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマアーク式灰溶融炉の概略縦断面図である。
【図２】図１のプラズマ式灰溶融炉の概略横断面図である。
【図３】図１のプラズマアーク式灰溶融炉の主電極の先端部を溶融スラグ内に挿入させた状態を示す概略断面図である。
【図４】従来のプラズマアーク式灰溶融炉の概略縦断面図である。
【図５】従来のプラズマアーク式灰溶融炉の概略横断面図である。
【符号の説明】
１  プラズマアーク式灰溶融炉
２  溶融炉本体
３  炉室
４  主電極
５  炉底電極
６  直流電源
７  天井壁
８，２１  昇降装置
１０  鉄皮
１１  内壁
１２，１２ａ  焼却灰
１３  投入口
１４  周壁
１６  溶融スラグ
１７  出滓口
１８  出滓樋
１９  溶融メタル
２０  補助電極
２２  覗き窓
２３  赤外線カメラ
【図１】
0004667665.tif 000002
【図２】
0004667665.tif 000003
【図３】
0004667665.tif 000004
【図４】
0004667665.tif 000005
【図５】
0004667665.tif 000006