(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に装入された電極に通電して灰を溶融する電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法であって、
前記電極の昇降範囲をプログラム式に設定する工程と、
前記電極に供給する電力を測定する工程と、
前記電極に供給する電力の目標値と前記測定された電力の実測値との偏差に応じて、前記電極の昇降制御及び前記電極の印加電圧の調整により、前記電極に供給する電力を制御する工程とを有し、
前記電力制御においては、前記電極の昇降範囲内での前記電極の昇降制御を前記電極の印加電圧の調整より優先させることを特徴とする電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法。
【請求項２】
前記電極に供給する電力の目標値をプログラム式に設定する工程
を更に有することを特徴とする請求項１記載の電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法。
【請求項３】
炉内に装入された電極に通電して灰を溶融する電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置であって、
前記電極の昇降範囲をプログラム式に設定する電極昇降範囲設定手段と、
前記電極に供給する電力を測定する電力計と、
前記電極に供給する電力の目標値と前記電力計により測定された電力の実測値との偏差に応じて、前記電極の昇降制御及び前記電極に印加する電圧の調整により、前記電極に供給する電力を制御し、その電力制御においては、前記電極の昇降範囲内での前記電極の昇降制御を前記電極の印加電圧の調整より優先させる供給電力制御手段と
を備えたことを特徴とする電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置。
【請求項４】
前記電極に供給する電力の目標値をプログラム式に設定する電力設定手段
を更に備えたことを特徴とする請求項３記載の電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置。
【請求項５】
前記電極昇降範囲設定手段は、前記電極の昇降範囲を、操業開始後、操業時間の経過に伴って拡大するように設定することを特徴とする請求項３又は４記載の電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内に装入された電極に通電して灰を溶融する電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法及びその装置に関し、特に、電気抵抗式灰溶融炉の立ち上げ時の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ焼却灰等の焼却灰を溶融するための電気抵抗式灰溶融炉の一例を図４に示す。図４に示されるように、電気抵抗式灰溶融炉は、溶融炉５３、焼却灰の投入装置５４、電力供給装置５５、及び溶融スラグの固化装置５６から構成されている。溶融炉５３の主構成物である炉本体５７の側壁には、スラグ出口ゲート６０にて開閉されるスラグ出口５９及び溶融金属排出口６１（通常は閉鎖されている）が設置され、また、投入装置５４は、ホッパー６２、切出装置６３、シュート６４及び投入量設定器６５から構成される。電力供給装置５５は、電力演算器６６、電力制御器６７、電源トランス６８、及び電極５８ａ、５８ｂ、５８ｃから構成されている。この電気抵抗式灰溶融炉は、溶融炉５３の上部から挿入された３本の電極５８ａ、５８ｂ、５８ｃに交流電圧を供給し、投入装置５４により投入された焼却灰５０及び溶融スラグ５１に通電し、通電時のジュール熱による発熱を利用して溶融する。
【０００３】
このように構成された電気抵抗式灰溶融炉は、次のようにして操業される。投入量設定器６５により設定された投入量に基づき、時間当たり一定量の焼却灰５０が炉本体５７内に投入される。電力演算器６６は、焼却灰５０の投入量に応じた電力を演算して電極５８ａ、５８ｂ、５８ｃに溶融に必要な電力を供給する。溶融が進み、炉本体５７内の溶融スラグ５１の湯面が所定位置まで上昇したら、スラグ出口ゲート６０を開き、溶融スラグ５１を排出して固化装置５６で固化させる。これを繰り返して焼却灰５０を溶融する。この操業中、電力供給量は排出される溶融スラグ５１の温度または炉本体５７の炉内温度、若しくは炉本体５７の冷却水温度等を監視して、一定温度が維持されるように設定・調整される。このようにして操業することで、溶融スラグ５１を適度な温度に比較的容易に自動制御することができる。なお、炉本体５７内に溶融金属５２が所定量以上溜まったら、溶融金属排出口６１を開けて排出させる。
【０００４】
上記の電気抵抗式灰溶融炉の三相交流電源の電力制御方法に関しては、例えば、各電極のインピーダンス及び電力を測定し、各電極の昇降により各電極のインピーダンスを制御すると共に、全体の電力を炉電源トランスのタップ切替えにより制御することにより、各相の電流の平衡を保ちつつ投入電力量を大幅に制御する、という電力制御方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３６２９９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、炉本体を構成する耐火物は消耗品であり、一定期間の操業を行えば、炉本体内の溶融スラグ及び溶融金属を全て排出して、炉内の点検・補修が必要になる。この場合には、炉本体を常温まで冷却した後に、点検・補修作業が行われるので、再度操業状態に立ち上げる必要がある。この立ち上げの際には、焼却灰の上に電極の頂点を結ぶように炭素粉等の導電性物質を敷き、その上に電極を下ろし、その上に焼却灰を被せて通電し、焼却灰の一部を溶融させる。その後、電極高さや焼却灰の投入量を調整しながら連続操業すべき温度・電力値に徐々に上昇させる。
【０００６】
上記の特許文献１の電力制御方法は、焼却灰がある程度以上溶融された状態で電力制御することが可能であるため、立ち上げから焼却灰がある程度溶融されるまでの期間は自動的な電力制御が不可能であり、操作員による手動操作が必要である。すなわち立ち上げの際に焼却灰の一部がある程度溶融されるまでの間、電力制御は、炉内の溶融状態の変化または電力を人が常時監視しながら投入電力を手動操作で調整するため、常時監視が必要となる上、投入電力のバラツキが発生し、最適な電力制御が不可能であるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電気抵抗式灰溶融炉の立ち上げの初期から操作員の手動操作を必要としないで自動的に制御することを可能にした電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法及びその装置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】
【０００８】
本発明に係る電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法は、炉内に装入された電極に通電して灰を溶融する電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法であって、
前記電極の昇降範囲をプログラム式に設定する工程と、
前記電極に供給する電力を測定する工程と、
前記電極に供給する電力の目標値と前記測定された電力の実測値との偏差に応じて、前記電極の昇降制御及び前記電極の印加電圧の調整により、前記電極に供給する電力を制御する工程とを有し、
前記電力制御においては、前記電極の昇降範囲内での前記電極の昇降制御を前記電極の印加電圧の調整より優先させる。
また、本発明に係る電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御方法は、前記電極に供給する電力の目標値をプログラム式に設定する工程を更に有する。
【０００９】
また、本発明に係る電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置は、炉内に装入された電極に通電して灰を溶融する電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置であって、
前記電極の昇降範囲をプログラム式に設定する電極昇降範囲設定手段と、
前記電極に供給する電力を測定する電力計と、
前記電極に供給する電力の目標値と前記電力計により測定された電力の実測値との偏差に応じて、前記電極の昇降制御及び前記電極に印加する電圧の調整により、前記電極に供給する電力を制御し、その電力制御においては、前記電極の昇降範囲内での前記電極の昇降制御を前記電極の印加電圧の調整より優先させる供給電力制御手段と
を備えたものである。
また、本発明に係る電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置は、前記電極に供給する電力の目標値をプログラム式に設定する電力設定手段を更に備えたものである。
また、本発明に係る電気抵抗式灰溶融炉の溶融制御装置は、前記電極の昇降範囲を、操業開始後、操業時間の経過に伴って拡大するように設定する。
なお、本発明において、電極の昇降範囲をプログラム式に設定するとは、経過時間とともに昇降範囲を変化させて設定（タイムスケジュールの設定）することを意味しており、マイクロプロセッサ等によりデジタル処理する場合だけでなく、アナログ処理する場合も含まれているものとする。このことは、電力の目標値をプログラム式に設定する場合においても同様である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、電極の昇降範囲をプログラム式に設定し、電極に供給する電力の目標値と測定された電力の実測値との偏差に応じて、電極の昇降制御及び電極に印加する電圧の調整により、電極に供給する電力を制御し、その電力制御においては、電極の昇降範囲内での電極の昇降制御を電極の印加電圧の調整より優先させるようにしており、例えば電気抵抗式灰溶融炉の立ち上げ時において電極の昇降制御により電力制御ができない場合（電極の昇降範囲の制約により）には電極の印加電圧の調整より電力制御を行い、立ち上げ運転開始後時間が経過して電極昇降範囲が拡大すると電極昇降による電力制御を行うことにより、自動的に立ち上げ運転開始時から電力制御が可能となる。このため、炉の立ち上げ初期から操作員の手動操作を必要としないで自動的に炉を立ち上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態の一例を示す図であり、電気抵抗式灰溶融炉の概略系統図である。
【００１２】
図１に示されるように、その内部で都市ごみ焼却灰等の焼却灰１を溶融する炉本体４は、外殻が鉄皮２８で覆われ、その内部に耐火物２９が設置されている。炉本体４の側壁には、焼却灰１の溶融により生成する溶融スラグ２を排出するためのスラグ出口２３と、焼却灰１の溶融に伴い生成される溶融金属３を排出するための溶融金属排出口２５とが設置されており、スラグ出口２３はスラグ出口ゲート２４により、また、溶融金属排出口２５は溶融金属出湯ゲート２６により、それぞれ開閉されるようになっている。そして、炉本体４の上部開口部は炉蓋５で覆われており、炉蓋５には、集塵機（図示せず）に連結するダクト２７が設置されている。
【００１３】
炉本体４の上方には、内部に焼却灰１を収納するホッパー１９が設置されており、ホッパー１９内の焼却灰１は、ホッパー１９の下部に設置された切出装置２１により切出され、炉蓋５を貫通するシュート２２を通って炉本体４内に投入される。ホッパー１９はロードセル２０に支持されており、焼却灰１を含むホッパー１９の重量はロードセル２０で測定され、この重量測定値は、焼却灰１の炉本体４への投入量を制御する投入量制御盤１８に送信される。
【００１４】
投入量制御盤１８には、焼却灰１の炉本体４への投入量をプログラム式に設定する投入量プログラム設定器１７が接続されている。この投入量プログラム設定器１７は、予め入力された投入量目標値のタイムスケジュールに基づき、投入開始からの各経過時間における投入量目標値を投入量制御盤１８に出力する。
【００１５】
投入量制御盤１８は、投入量プログラム設定器１７から入力された各経過時間毎の投入量の目標値と、ロードセル２０で計測された投入量の実測値とを比較して、その偏差に応じて、その偏差が少なくなるように、切出装置２１への制御出力を変更する。切出装置２１はこの指令に基づき、切出量を調整して投入量を調整する。
【００１６】
また、炉蓋５にはそれを貫通して３本の電極６ａ、６ｂ、６ｃが設置されている。電極６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ電極支腕９にて把持されており、電極支腕９に連結する電極昇降装置１０を作動させることで、電極６ａ、６ｂ、６ｃを炉本体４内で上下移動させることが可能となっている。電極昇降装置１０は後述する電力制御盤１５からの制御出力により電極６ａ、６ｂ、６ｃを昇降させ、これにより電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給される電力が調整される。なお、図１では、電極６ｂ、６ｃを把持する電極支腕と、これらの電極支腕に連結する電極昇降装置とが省略されている。
【００１７】
電極６ａ、６ｂ、６ｃは電源トランス７に接続されており、電源トランス７から３相交流電源が供給される。電源トランス７の１次側には１次電圧調整装置８が設置されており、１次電圧調整装置８にて電源トランス７の１次側電圧を調整することで、電源トランス７の２次側の電圧が調整され、２次側の電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給する電力が調整される。
【００１８】
電極６ａ、６ｂ、６ｃには、それぞれ電流計１１、電圧計１２及び電力計１３が設置されており、電流計１１及び電圧計１２により各電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給される電流及び電圧がそれぞれ計測される。計測された電流値及び電圧値は電力計１３に入力されて、各電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給される電力が計測される。電極６ａ、６ｂ、６ｃで計測された電力の総和が電力制御盤１５に入力される。なお、図１では、電極６ｂ、６ｃに供給される電力を測定するための電流計、電圧計及び電力計が省略されている。
【００１９】
電力制御盤１５には、電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給する電力の目標値を電力制御盤１５に出力するプログラム設定器１４が接続されている。このプログラム設定器１４には、通電開始からの各経過時間における電極に供給される電力が電力目標値のタイムスケジュールとして予め入力設定される。電力制御盤１５は、プログラム設定器１４から入力された各経過時間毎の電力の目標値と、電力計１３で計測された電極６ａ、６ｂ、６ｃの総和の電力とを比較して、その偏差に応じて、その偏差が少なくなるように、１次電圧調整装置８への制御出力を変更する。１次電圧調整装置８はこの指令に基づき、電源トランス７の１次側電圧を調整して、電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給する電力を調整する。また、電力制御盤１５からの制御出力を電極昇降装置１０に与えて、電極６ａ、６ｂ、６ｃの高さを変更して、供給電力を制御することも行う。
【００２０】
灰溶融炉の立ち上げ運転開始からある程度の間は、焼却灰が溶融されていないため電極昇降による電力制御が難しいので、１次電圧調整装置８により電源トランス７の１次側電圧を調整して電極に供給する電力を調整する。しかし、立ち上げ運転開始後、時間が経過するにつれて徐々に焼却灰が溶融され、溶融スラグ量が増加すると、電力制御のために操作できる電極の昇降範囲が徐々に広がる。この現象に対応して、プログラム設定器１４に通電開始からの各経過時間における電極の昇降範囲が、電極上限位置と電極下限位置のタイムスケジュールとして予め入力設定される。したがって、本実施の形態のプログラム設定器１４には、電力目標値のタイムスケジュールと、電極の昇降範囲のタイムスケジュールとがプログラム式に設定されることになる。
【００２１】
なお、本実施の形態において、プログラム設定器１４は本発明の電極昇降範囲設定手段及び電力設定手段に相当し、また、電極６ａ，６ｂ，６ｃ、電流計１１、電圧計１２、電力計１３、１次電圧調整装置８、油圧シリンダー１０及び電力制御盤１５は本発明の供給電力制御手段に相当する。
【００２２】
上記構成の電気抵抗式灰溶融炉における立ち上げ運転方法を以下に説明する。
先ず、立ち上げる前に予め、プログラム設定器１４に電極供給電力の目標値のタイムスケジュールを入力すると共に、電極の昇降範囲のタイムスケジュールを入力しておく。溶融炉内に投入した焼却灰の上に電極６ａ、６ｂ、６ｃの頂点を結ぶように炭素粉等の導電性物質を敷き、その上に電極６ａ、６ｂ、６ｃを下ろし、更に、その上に焼却灰を被せるようにして供給して電極６ａ、６ｂ、６ｃへの通電を開始し、焼却灰の一部を溶融させる。電極６ａ、６ｂ、６ｃへの供給電力の調整は、上述したように、プログラム設定器１４により予め設定されている経過時間毎の電力目標値と電力計１３により計測される電力の実測値とを比較して偏差が少なくなるように、電力制御盤１５からの制御出力により、１次電圧調整装置８が電源トランス７の１次側電圧を調整することと、電極昇降装置１０が電極６ａ、６ｂ、６ｃを昇降することとにより電力制御を行う。
【００２３】
この供給電力制御を行う際に、プログラム設定器１４に予め入力された電極の昇降範囲のタイムスケジュールに基づき、経過時間毎の電極昇降の制限範囲内で電極を昇降するように、電力制御盤１５から１次電圧調整装置８と電極昇降装置１０とに制御出力が発せられる。
【００２４】
この電気抵抗式灰溶融炉の立ち上げ時の溶融制御方法の例を図２に基づき詳細に説明する。図２は、立ち上げ時の電力制御方法のフローチャートの一例である。
【００２５】
図２に示されるように、電力目標値と、電力計１３により計測された電力の実測値とを比較する（Ｓ１１）。電力実測値が電力目標値を超えていると判定されると、次に、電極位置と上限位置とを比較する（Ｓ１２）。なお、上記の電力目標値及び上限位置はいずれもプログラム設定器１４により予め設定されている経過時間毎の電力目標値及び電極の上限位置の内、立ち上げ開始時点における値を示すものである。電極位置が上限位置よりも高い位置にあると判定された場合には、１次電圧調整装置８が電源トランス７の１次側電圧を下げて電極に供給する電力を減少させる（Ｓ１３，Ｓ１４）。また、電極位置が上限位置以下の位置にある判定された場合には、電極６ａ、６ｂ、６ｃの位置を電極昇降装置１０により上昇させて、電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給する電力を減少させる（Ｓ１５，Ｓ１４）。
【００２６】
また、上記の判定（Ｓ１１）において、実測値が電力目標値を超えていないと判定されると、次に、電極位置と下限位置とを比較する（Ｓ１６）。なお、この下限位置はプログラム設定器１４により予め設定されている経過時間毎の下限位置の内、立ち上げ開始時点における値を示すものである。電極位置が下限位置よりも低い位置にあると判定された場合には、１次電圧調整装置８が電源トランス７の１次側電圧を上げて電極に供給する電力を増加させる（Ｓ１７，Ｓ１８）。また、電極位置が下限位置以上の位置にある判定された場合には、電極６ａ、６ｂ、６ｃの位置を下降させて、電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給する電力を増加させる（Ｓ１９，Ｓ１８）。そして、上記の電力減または電力増の処理（Ｓ１４，Ｓ１８）の処理の後、プログラム設定器１４の経過時間毎の設定に従って、電極昇降範囲（上限値／下限値）及び電力目標値を変更し（Ｓ２０）、終了の指令がない限り（Ｓ２１）上記の処理（Ｓ１１）に戻って一連の処理を繰り返す。このように電極６ａ、６ｂ、６ｃに供給する電力を制御することで、立ち上げ運転開始時から自動的に電力制御が可能となる。
【００２７】
以上のように本実施の形態においては、立ち上げ運転開始後時間が経過するにつれて電極の昇降範囲が拡大するように予め入力された電極の昇降範囲のタイムスケジュールと、電極に供給する電力目標値のタイムスケジュールとに基づき、電極に供給する電力を制御しており、立ち上げ運転開始時からある程度の時間まで焼却灰が溶融しておらず電極の昇降による電力制御が困難な場合には、電極に供給する電圧を調整することにより電力制御を行い、立ち上げ運転開始後時間が経過して電極昇降範囲が拡大すると電極昇降による電力制御を行うようにしたので、自動的に立ち上げ運転開始時から電力制御が可能となる。そのため、従来の立ち上げ運転では必要であった、炉内の溶融状態の変化または電力を操作員が常時監視しながら供給電力を手動操作で調整することが不要となり、また、手動操作によると投入電力のバラツキが発生し、最適な電力制御ができないという問題を解決できる。
【００２８】
なお、上記の説明は３本の電極６ａ、６ｂ、６ｃを具備した電気抵抗式灰溶融炉について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、２本以上の電極を具備する電気抵抗式灰溶融炉であれば同様に適用することができる。
【実施例】
【００２９】
図１に示された電気抵抗式灰溶融炉において、図２のフローチャートの処理を行って立ち上げた時の実施例を以下に説明する。
【００３０】
本実施例においては、灰投入量の目標値のタイムスケジュールは、例えば常温（２５℃）から３７５℃までの昇温時に相当する時間帯には２００ｋｇ／ｈまで直線的に増加させ、３７５℃の保持時の時間帯には２００ｋｇ／ｈの一定値とし、３７５℃から６００℃までの昇温時に相当する時間帯には２００ｋｇ／ｈから４００ｋｇ／ｈまで直線的に増加させるパターンにしている。電極の昇降範囲は、電極上限位置と電極下限位置のタイムスケジュールとして設定し、時間の経過とともにその範囲が拡大するように設置されている。そして、炉本体内に約１５０ｍｍ厚みの焼却灰を予め装入して、通電を開始した。
【００３１】
図３は本実施例の供給電力、灰投入量及び電極昇降範囲の推移を示す図である。図３において、直線ａが供給電力の目標値、曲線ｂが供給電力の実測値、直線ｃが焼却灰の投入量目標値、曲線ｄが焼却灰の投入量実測値、直線ｅが電極上限位置、直線ｆが電極下限位置である。この立ち上げ運転における供給電力の実績値ｂ及び焼却灰の投入量の実測値ｄは図３に示されるようになり、何れも目標値に沿って制御されており、本発明の適用により自動的に立ち上げ運転を制御できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す図であり、電気抵抗式灰溶融炉の概略系統図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例を示す図であり、炉内温度制御方法のフローチャートの１例である。
【図３】本発明を適用したときの供給電力、灰投入量及び電極昇降範囲の推移を示す図である。
【図４】従来の電気抵抗式灰溶融炉の概略系統図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  焼却灰
２  溶融スラグ
３  溶融金属
４  炉本
５  炉蓋
６ａ、６ｂ、６ｃ  電極
７  電源トランス
８  １次電圧調整装置
９  電極支腕
１０  電極昇降装置
１１  電流計
１２  電圧計
１３  電力計
１４  プログラム設定器
１５  電力制御盤
１６  温度計
１７  投入量プログラム設定器
１８  投入量制御盤
１９  ホッパー
２０  ロードセル
２１  切出装置
２２  シュート
２３  スラグ出口
２４  スラグ出口ゲート
２５  溶融金属排出口
２６  溶融金属排出口ゲート
２７  ダクト
２８  鉄皮
２９  耐火物
【図１】
0004747927.tif 000002
【図２】
0004747927.tif 000003
【図３】
0004747927.tif 000004
【図４】
0004747927.tif 000005