(57)【要約】【課題】コイル電流、電圧を検出し、投入電力から力率を計算することにより、誘導加熱される導電性発熱体の増減を検知して導電性発熱体の装入を適切に行う廃棄物溶融炉の操業方法を提供する。【解決手段】炉底部に配置された誘導加熱コイル１０に電源１１から高周波電流を通電することにより炉底部内に装入されている導電性発熱体１２の誘導加熱を利用して廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉の操業方法において、下記式により電源からみた誘導加熱コイル１０の力率を演算し、あらかじめ、該力率と導電性発熱体量との関係から経済的且つ安定的な溶融処理に必要な力率範囲を設定し、導電性発熱体１２の損耗、減少量によって生じる電源からみた誘導加熱コイルの力率の変化を把握して、該力率が、常時、前記設定力率範囲になるように導電性発熱体を装入する。ｃｏｓφ＝Ｐ／Ｖ０・Ｉ０（ここで、Ｐは投入電力、Ｖ０はコイル電圧、Ｉ０はコイル電流）【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物溶融炉の炉底部に配置された誘導加熱コイルに電源から高周波電流を通電することにより炉底内部に充填されている導電性発熱体の誘導加熱を利用して廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉の操業方法において、
下記式により電源からみた誘導加熱コイルの力率を演算し、あらかじめ、該力率と導電性発熱体量との関係から経済的且つ安定的な溶融処理に必要な力率範囲を設定し、前記導電性発熱体の損耗、減少量によって生じる電源からみた誘導加熱コイルの力率の変化を把握して、該力率が、常時、前記設定力率範囲になるように導電性発熱体を充填・補充することを特徴とする廃棄物溶融炉の操業方法。
コイルの力率；ｃｏｓφ＝Ｐ／Ｖ０・Ｉ０
（ここで、Ｐは投入電力、Ｖ０はコイル電圧、Ｉ０はコイル電流）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物溶融炉の炉底内部に充填されている導電性発熱体の誘導加熱を利用して都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、産業廃棄物、焼却灰、汚泥等の廃棄物を廃棄物溶融炉で溶融処理することが知られている。溶融炉は炉上部から炉下部に向かって、予熱、乾燥、熱分解、溶融の各ゾーンが形成され、溶融炉上部から供給された廃棄物は炉内を下降する過程で順次、予熱、乾燥、熱分解されて炉底部で燃焼溶融される。予熱、乾燥、熱分解、溶融の加熱源としては、炉本体下部の羽口から吹き込まれた空気又は酸素を添加した空気によって、コークス及び廃棄物熱分解残渣中の固定炭素主体の可燃物質が燃焼して、高温の熱ガスを発生し、この高温の熱ガスが炉内を上昇して、炉上部から供給された廃棄物を予熱、乾煤、熱分解する。
【０００３】
廃棄物の溶融処理に関して、溶融炉本体上部に廃棄物とコークスを装入し、１段または複数段の羽口から空気又は酸素富化空気を吹き込み廃棄物を溶融処理する方法において、炉内に充填されたコークスを羽口から吹き込まれた空気又は酸索富化空気により還元燃焼せしめるとともに、コイルに交番電流を通電してコークスを誘導加熱することにより廃棄物を溶融し、スラグ化する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
図４は誘導加熱を利用した従来の廃棄物溶融炉の概略図である。廃棄物溶融炉は、シャフト炉１、廃棄物装入装置２、羽口３、溜まり部４、シャフト部５、朝顔部６、炉底部７、ガス排出管８、スラグ排出口９、誘導加熱コイル１０、高周波電源１１で構成される。
【０００５】
この溶融炉により炉底部の溶融ゾーンではコークスを還元燃焼せしめるとともに、誘導加熱することによって、廃棄物の熱分解残渣を溶融する。即ち、廃棄物の溶融熱源として廃棄物が有する発熱量から熱回収して発電した電気を誘導加熱源として有効利用し、外部から購入するコークスの使用量を低減することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３３０２２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
誘導加熱を利用した溶融処理では、コークス、黒鉛などの導電性発熱体が損耗して減少すると、廃棄物を燃焼溶融する羽口前の空間領域とコークスが誘導加熱されている空間領域の間に加熱源のないコールド領域が生じ、そこでスラグが冷却・固化し、安定的な連続操業ができなくなる。そのため、導電性発熱体が損耗すると、補充する必要がある。
【０００８】
しかしながら、従来は導電性発熱体の損耗量については検知する手段がなかったため、導電性発熱体の補充の指標が無く、導電性発熱体の充填タイミングを適切に行うことができなかった。したがって、結果として導電性発熱体の過剰な装填により、導電性発熱体の使用費及びそのコストが高いという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明はコイル電流、電圧を検出し、投入電力から力率を計算することにより、誘導加熱される導電性発熱体の増減を検知して導電性発熱体の装填を適切に行うことができる誘導加熱を利用した廃棄物溶融炉の操業方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃棄物溶融炉の炉底部に配置された誘導加熱コイルに電源から高周波電流を通電することにより炉底部内に装入されている導電性発熱体の誘導加熱を利用して廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉の操業方法において、下記式により電源からみた誘導加熱コイルの力率を演算し、あらかじめ、該力率と導電性発熱体量との関係から経済的且つ安定的な溶融処理に必要な力率範囲を設定し、前記導電性発熱体の損耗、減少量によって生じる電源からみた誘導加熱コイルの力率の変化を把握して、該力率が、常時、前記設定力率範囲になるように導電性発熱体を装填することを特徴とする。
【００１１】
コイルの力率；ｃｏｓφ＝Ｐ／Ｖ０・Ｉ０
（ここで、Ｐは投入電力、Ｖ０はコイル電圧、Ｉ０はコイル電流）
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における力率検出方法の説明図であり、（ａ）は廃棄物溶融炉の炉底部と誘導加熱コイルを示す模式図であり、（ｂ）はその等価回路を示す図である。
【００１３】
図１（ａ）は、図２の従来の溶融炉の炉底部７と同じく、炉底部７の周囲には高周波電源１１から電力が供給される誘導加熱コイル１０が配置され、該コイルに高周波電流を通電して炉底部７に充填された導電性発熱体１２を誘導加熱する。導電性発熱体１２にはコークス、黒鉛などの導電性耐火物を使用する。溶融物はスラグ排出口９から排出される。
【００１４】
図１（ｂ）の等価回路において、誘導加熱装置は、電源、コンデンサＣ０、抵抗Ｒ０、インダクタンスＬ０の閉回路で構成される。一方炉内の導電性発熱体は、インダクタンスＬ１、Ｌ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２の閉回路で構成される。
【００１５】
誘導加熱コイル１０が作る交番磁界に反応して導電性発熱体１２に渦電流が流れ、導電性発熱体１２の抵抗Ｒ１、Ｒ２により導電性発熱体１２がジュール発熱するが、導電性発熱体１２が損耗してくると、電気回路として導電性発熱体１２の抵抗分Ｒ１及び／又はＲ２が小さくなり、電源からみた力率が低下してくる。したがって、電源からみた力率をモニタして追い、力率の値で導電性発熱体１２の減少を検知し、その結果により必要に応じて導電性発熱体１２を補給する。
【００１６】
電源からみた誘導加熱コイルの力率ｃｏｓφは、
ｃｏｓφ＝Ｐ／Ｖ０Ｉ０
（ここで、Ｐは投入電力、Ｖ０はコイル電圧、Ｉ０はコイル電流）
で表される。
【００１７】
図２は導電性発熱体量と力率との関係を表すグラフである。
【００１８】
導電性発熱体の量が少ない時（図２のＡ：コイル下端レベル）には、力率はほぼ０％であり、導電性発熱体量の上昇に伴い力率は直線的に上昇し（図２のＢ）、コイル上端レベルまで充填されると、力率は上昇しなくなる。
【００１９】
これらの関係から、経済的且つ安定的な溶融処理に必要な力率範囲が設定できる。力率範囲の上限レベルは、力率がほぼ最大値になるレベル（図２でＣのレベル）に設定する。導電性発熱体の充填レベルがこれより上方にあると、羽口から送風される酸素により導電性発熱体が無駄に酸化・消耗されるため、経済的ではない。また力率範囲の下限レベルは、廃棄物を溶融する羽口部とコークスが誘導加熱されている部分の間に加熱源のないコールド領域が生じず、安定的な連続操業が可能なレベルに設定する（図２でＢのレベル）。
【００２０】
従って、あらかじめ力率と導電性発熱体量との関係から、経済的且つ安定的な溶融処理に必要な力率範囲を設定しておくとともに、前記導電性発熱体の損耗・減少量によって生じる電源から見た誘導加熱コイルの電圧、電流、投入電力の測定値から力率の変化を把握して、該力率の値が常時前記設定力率範囲内に入るように導電性発熱体の損耗量を計算し導電性発熱体を装入することにより、過不足無く炉内の導電性発熱体の量を維持し、適正な溶融を行おうとするものである。
【００２１】
【実施例】
図４において、シャフト炉１の炉上部から、廃棄物が装入装置２から装入される。廃棄物としては都市ゴミを処理した。表１に溶融処理した都市ゴミの性状を示す。
【００２２】
【表１】
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廃棄物の処理量は６００Ｋｇ／ｈであり、羽口３からは空気４００Ｎｍ３／ｈ、酸素４０Ｎｍ３／ｈを供給した。
【００２３】
溶融炉１に装入された廃棄物は炉内で充填層を形成し、羽口３から吹き込まれた酸素富加空気により還元燃焼し、灰分が１２００〜１３００℃で溶融する。発生したガスは溶融炉内を炉底部７から上昇し、ガスの顕熱により廃棄物を予熱、乾燦、熱分解する。廃棄物の乾燥、熱分解の過程で発生した水蒸気、熱分解ガス及び微細なダストはガス排出管８から排出される。一方、廃棄物中に含まれる高融点の金属分、灰分は羽口からの燃焼熱で高温に加熱され炉床部７へと下りてゆく。
【００２４】
炉床部の外周に配置した誘導加熱コイル１０に高周波電源１１から交番電流を通電して、炉床部７に存在する導電性発熱体として装入したコークス４を誘導加熱し、羽口３で１２００〜１３００℃で溶融したスラグや、未溶融の金属分や高融点の灰分を、誘導加熱し高温化したコークス４に接触させ、１４５０〜１５５０℃に加熱され、スラグ排山口９から炉外へ排出される。石灰石はスラグの塩基度すなわちスラグ中の石灰分ＣａＯと珪素分ＳｉＯ２の比率を０．７以上とし、溶融状態のスラグ流動性の調整のために添加する。
【００２５】
また、誘導加熱の電力としては、ガス排出管８から排出された排ガスを燃焼させ、ボイラーで蒸気回収し発電した電力を利用した。すなわち、スラグはインターロッキングブロック等のコンクリート２次製品の骨材や土木資材などとして利用する。
【００２６】
上記の操業においては、経済的且つ安定的な溶融処理に必要な力率範囲を以下のように設定した。まず、導電性発熱体としてはコークスを使用し、その炉内の充填量を、２０〜１００Ｋｇまで変化させて、充填量と力率の関係を算出した。その時、電源盤の発信周波数は３０ｋＨｚ、コイル電流は８００アンペアであり、コイル電圧は５０００Ｖであった。図２（Ａ）の場合、コークスの装入量は２０Ｋｇ、その発熱量は１０ＫＷであり、力率を計算すると０．２５％となった。図２（Ｂ）の場合、コークスの装入量は６０ｋｇ、発熱量は１２０ＫＷ、力率は３％となった。図２（Ｃ）の場合、コークスの装入量は９０Ｋｇ、発熱量はｌ９０ＫＷ、力率は４．８％となった。
【００２７】
図２（Ｂ）の場合には、羽口のレベルとコークスが誘導加熱で発熱するレベルとの間には明確なコールド領域が発生せず、安定的な溶融は可能であった。そこでこのレベルを下限レベルに設定した。また、図２（Ｃ）の場合には、力率はほぼ最大値であり、コークスをこれ以上装入しても力率は上昇しなかった。そこでこのレベルを上限レベルに設定した。
【００２８】
図３は、本発明における操業中の力率の経時変化を表したものである。力率は、コイル電流、電圧を検出し、投入電力から逐次計算したものである。図３のコークス３０ｋｇの投入のタイミングで、力率は下限レベルの３％を下回った。そこで、図２から、現在のコークス充填量は６０Ｋｇと推定され、上限レベル（９０Ｋｇ）に達するまでに必要な補充量を計算すると３０ｋｇとなった。そこで３０Ｋｇを投入すると、コークスは充填層内を下降し、誘導炉内に入るとともに誘導炉内で加熱され始め、力率の値も急上昇し、安定的な溶融状況を維持することが可能となった。
【００２９】
なお、この発明は、導電性発熱体としてコークスを使用し、羽口から送風された酸素によってコークスを燃焼し、廃棄物を溶融するプロセスにも適用可能である。この場合には、コークスは炉頂より常時定量的に装入され、羽口前で燃焼し、火格子を形成したのち、誘導加熱の導電性発熱体として機能する。また羽口前で溶融されたスラグは、最初は１２００〜１３００℃の低温であるが、誘導加熱されたコークス層を通過するときに加熱され、１５００℃レベルの高温になり、重金属等の有害物質を揮発し、スラグを無害化したのち、炉外に排出される。
【００３０】
そのコークスの装入量は、羽口前で燃焼し、廃棄物の溶融に寄与する分としてあらかじめ最低限度の量が計算され、設定される。しかしながら、廃棄物の変動や炉内の状況の変化によって、羽口前でのコークス消耗が活発になると、コークスの充填レベルが低下し、羽口部とコークスが誘導加熱されている部分の間に加熱源のないコールドスポットが生じ、そこでスラグが冷却・固化し、連続操業が不能となる。その場合にも、力率の値は図３に示すように低下しているので、前述と同様な方法でコークスの補充量を計算し、付加的に装入することにより、羽口前の領域とコークス誘導加熱領域との間のコールド領域の発生を防ぐことができ、連続操業が可能となった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、力率の変化を検出することにより、導電性発熱体の減少を把握することができるので、導電性発熱体の装入タイミングを適切に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における力率検出方法の説明図であり、（ａ）は廃棄物溶融炉の炉底部と誘導加熱コイルを示す模式図であり、（ｂ）はその等価回路を示す図である。
【図２】力率と導電性発熱体の充填費の関係を表すグラフである。
【図３】本発明における操業中の力率の経時変化を表したものである。
【図４】誘導加熱を利用した従来の廃棄物溶融炉の概略図である。
【符号の説明】
１：シャフト炉
２：廃棄物装入装置
３：羽口
４：溜まり部
５：シャフト部
６：朝顔部
７：炉底部
８：ガス排出管
９：スラグ排出口
１１：電源
１２：導電性発熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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