(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体に、底部に収容されたベースメタルと、前記ベースメタル上に被溶融物を供給する供給口と、炉本体の天井部からベースメタルに対して接近離間自在に配置された複数の電極と、前記電極に異なる極性の電圧を印可してベースメタルとの間にプラズマアークを発生させる電源装置と、ベースメタル上でプラズマアークにより被溶融物が加熱溶融されたスラグを排出するスラグ排出口とを具備したプラズマ式溶融炉の再起動方法であって、
開閉装置によりバーナー挿入口を開け、起動用バーナーをバーナー挿入口の外側の待機位置からバーナー挿入口を介して炉本体内に挿入して炉底に接近した使用位置で停止し、
起動用バーナーを点火して火炎を電極間下方のベースメタルに向かって放射し、ベースメタル上のスラグを溶融して導電性を高めた後、さらにベースメタルを溶融し、
そしてこの溶融層が複数の電極の下方間に及ぶと、起動用バーナーを停止して使用位置から待機位置に後退させ、開閉装置によりバーナー挿入口を閉じる
ことを特徴とするプラズマ式溶融炉の再起動方法。
【請求項２】
炉本体に、底部に収容されたベースメタルと、前記ベースメタル上に被溶融物を供給する供給口と、炉本体の天井部からベースメタルに対して接近離間自在に配置された可動電極および前記ベースメタルに導通される固定電極と、前記可動電極と固定電極とに異なる極性の電圧を印可してベースメタルとの間にプラズマアークを発生させる電源装置と、ベースメタル上でプラズマアークにより被溶融物が加熱溶融されたスラグを排出するスラグ排出口とを具備したプラズマ式溶融炉の再起動方法であって、
開閉装置によりバーナー挿入口を開け、起動用バーナーをバーナー挿入口の外側の待機位置からバーナー挿入口を介して炉本体内に挿入して炉底に接近した使用位置で停止し、
起動用バーナーを点火して火炎を可動電極と固定電極間のベースメタルに向かって放射し、ベースメタル上のスラグを溶融して導電性を高めた後、さらにベースメタルを溶融し、
そしてこの溶融層が可動電極と固定電極の間に及ぶと、起動用バーナーを停止して使用位置から待機位置に後退させ、開閉装置によりバーナー挿入口を閉じる
ことを特徴とするプラズマ式溶融炉の再起動方法。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ式溶融炉の再起動方法を実施するためのプラズマ式溶融炉設備であって、
炉本体の天井部または側壁部に設けられた開閉装置付のバーナ挿入口と、
１６００〜１８００℃の火炎を放射可能な起動用バーナと、
起動用バーナを待機位置から使用位置の間で出退可能なバーナ出退装置とを具備した
ことを特徴とするプラズマ式溶融炉設備。
【請求項４】
請求項２記載のプラズマ式溶融炉の再起動方法を実施するためのプラズマ式溶融炉設備であって、
炉本体の天井部または側壁部に設けられた開閉装置付のバーナ挿入口と、
１６００〜１８００℃の火炎を放射可能な起動用バーナと、
起動用バーナを待機位置から使用位置の間で出退可能なバーナ出退装置とを具備した
ことを特徴とするプラズマ式溶融炉設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却炉などから排出される焼却灰や飛灰、土壌などをプラズマアークにより加熱溶融して、減容化、無害化を図るプラズマ式溶融炉の再起動方法およびプラズマ式溶融炉設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のたとえばツイントーチ型のプラズマ式灰溶融炉設備では、炉本体の底部にベースメタルを収容し、炉本体内を還元雰囲気とするとともに、天井部から垂下された陽電極と陰電極に電源装置からプラズマ作動電圧を印可して、陽電極とベースメタルの間および陰電極とベースメタルの間にそれぞれプラズマアークを形成する。そしてプラズマアークの熱によりベースメタルを溶融し、さらに溶融ベースメタル上に灰を投入して加熱溶融し、生成された溶融スラグをオーバーフローさせてスラグ冷却装置に排出し、水冷して水砕スラグを生成する。
【０００３】
ところで、溶融炉を一旦停止し、冷えた状態から再起動する場合、スラグベースメタル上に導電性が低い固化したスラグが固着しているため、たとえば下記の２つの方法で再起動を行う。一つ目はスラグ除去方法で、作業員が炉内に入って、陽電極および陰電極の下方の固化スラグを除去し、通電可能にようにベースメタルの表面を磨く。そして、陽電極を下ろしてベースメタルに接地させた後、ベースメタルと陰電極との間にのみプラズマアークを発生させて周辺の固化スラグとベースメタルを徐々に溶融させて導電性を高め、ベースメタルの溶融層が陽電極近傍まで達すると、陽電極を上昇させてベースメタルとの間にもプラズマアークを発生させる。
【０００４】
２つ目はカーボン添加方法で、陽電極と陰電極の下方間の固化スラグの表面に、導電性のあるカーボン粉末を添加し、陽電極を下降してカーボン粉末に接地させ、陰電極とカーボン粉末との間にプラズマアークを発生させて上記と同様の手順で再起動を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記スラグ除去方法では、炉内で固化スラグを取り除く作業が悪環境下で重労働となる。また陰電極によるプラズマアークの発生から両電極によるツインプラズマに至るまでの間、ベースメタル層の溶融状態が不定形であるため、プラズマアークが不安定で、負荷（供給電力）を上げるとアーク切れを起こすおそれがあり、小さい負荷で時間をかけて溶融する必要があるという問題があった。
【０００６】
またカーボン添加方法では、溶融スラグよりも添加カーボンの密度が小さいため、溶融したスラグの表面にカーボン粉末が浮遊し、添加カーボンが完全に無くなるまで、プラズマアークが不安定であるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決して、特に再起動をスムーズかつ迅速に行うことができるプラズマ式溶融炉の再起動方法およびプラズマ式溶融炉設備を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、炉本体に、底部に収容されたベースメタルと、前記ベースメタル上に被溶融物を供給する供給口と、炉本体の天井部からベースメタルに対して接近離間自在に配置された複数の電極と、前記電極に異なる極性の電圧を印可してベースメタルとの間にプラズマアークを発生させる電源装置と、ベースメタル上でプラズマアークにより被溶融物が加熱溶融されたスラグを排出するスラグ排出口とを具備したプラズマ式溶融炉の再起動方法であって、開閉装置によりバーナー挿入口を開け、起動用バーナーをバーナー挿入口の外側の待機位置からバーナー挿入口を介して炉本体内に挿入して炉底に接近した使用位置で停止し、起動用バーナーを点火して火炎を電極間下方のベースメタルに向かって放射し、ベースメタル上のスラグを溶融して導電性を高めた後、さらにベースメタルを溶融し、そしてこの溶融層が複数の電極の下方間に及ぶと、起動用バーナーを停止して使用位置から待機位置に後退させ、開閉装置によりバーナー挿入口を閉じるものである。
【０００９】
また請求項２記載の発明は、炉本体に、底部に収容されたベースメタルと、前記ベースメタル上に被溶融物を供給する供給口と、炉本体の天井部からベースメタルに対して接近離間自在に配置された可動電極および前記ベースメタルに導通される固定電極と、前記可動電極と固定電極とに異なる極性の電圧を印可してベースメタルとの間にプラズマアークを発生させる電源装置と、ベースメタル上でプラズマアークにより被溶融物が加熱溶融されたスラグを排出するスラグ排出口とを具備したプラズマ式溶融炉の再起動方法であって、開閉装置によりバーナー挿入口を開け、起動用バーナーをバーナー挿入口の外側の待機位置からバーナー挿入口を介して炉本体内に挿入して炉底に接近した使用位置で停止し、起動用バーナーを点火して火炎を可動電極と固定電極間のベースメタルに向かって放射し、ベースメタル上のスラグを溶融して導電性を高めた後、さらにベースメタルを溶融し、そしてこの溶融層が可動電極と固定電極の間に及ぶと、起動用バーナーを停止して使用位置から待機位置に後退させ、開閉装置によりバーナー挿入口を閉じるものである。
【００１０】
さらに請求項３記載の発明は、請求項１記載のプラズマ式溶融炉の再起動方法を実施するためのプラズマ式溶融炉設備であって、炉本体の天井部または側壁部に設けられた開閉装置付のバーナ挿入口と、１６００〜１８００℃の火炎を放射可能な起動用バーナと、起動用バーナを待機位置から使用位置の間で出退可能なバーナ出退装置とを具備したものである。
【００１１】
さらにまた請求項４記載の発明は、請求項２記載のプラズマ式溶融炉の再起動方法を実施するためのプラズマ式溶融炉設備であって、炉本体の天井部または側壁部に設けられた開閉装置付のバーナ挿入口と、１６００〜１８００℃の火炎を放射可能な起動用バーナと、起動用バーナを待機位置から使用位置の間で出退可能なバーナ出退装置とを具備したものである。
【００１２】
上記各構成によれば、起動用バーナにより、複数の電極の下方間、または可動電極と固定電極の間で、導電性の低い固化したスラグを加熱溶融して導電性を高めることができるので、電極とベースメタルとの間にプラズマをスムーズに点火することができ、かつ安定したプラズマアークを得ることができる。したがって、再起動を短時間でかつ安定して行うことができる。また起動用バーナをバーナ出退装置により炉外に待避させることができ、起動用バーナが焼損することもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るプラズマ式灰溶融炉設備の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。
【００１４】
この灰溶融炉は、都市ごみや産業廃棄物を焼却する焼却炉から排出される焼却灰や飛灰（被溶融物）を加熱溶融して減容化および無害化するもので、図１に示すように、炉本体１の一端側に灰を供給する灰供給口（供給口）２が形成されるとともに、他端側に溶融したスラグＳを排出するスラグ排出口３と、ガス排出口４が形成されている。
【００１５】
前記灰供給口２には、灰供給ホッパ５が設けられると共に、灰供給ホッパ５の底部に灰Ａを一定量ずつ炉本体１内に供給するプッシャ６ａとプッシャシリンダ６ｂからなる灰供給装置６が設けられている。スラグ排出口３の下部には、溶融スラグを水冷して水砕スラグを生成するスラグ冷却装置（図示せず）配設され、またガス排出口４には、排ガス処理装置を介してガスを排出する排ガス排出ライン（図示せず）が設けられている。
【００１６】
炉本体１の底部には導電体であるベースメタルＭが収容されており、ベースメタルＭの上方で天井部１ａには、灰供給口２側にカーボン製の陽電極７が、またスラグ排出口３側にカーボン製の陰電極８がそれぞれ昇降自在に貫通して垂下されている。そして、両電極７，８には電源装置１１がそれぞれ接続され、電源装置１１から両電極７，８にそれぞれプラズマ駆動電圧を印加してベースメタルＭとの間にプラズマアークを形成するように構成されている。また両電極７，８には、それぞれ軸心に沿ってガス供給穴７ａ，８ａが上端部から下端部にわたって穿設されており、作動ガス供給装置１２からプラズマを起動させるプラズマ作動ガスが供給され、このプラズマ作動ガスは、ここでは、カーボン製の電極７，８の消耗を極力低減するため、たとえば窒素ガスなどの不活性ガスが使用される。また、炉本体２内をプラズマ作動状態に保持するために、窒素ガスなどの不活性ガスを吹き込むガス供給ノズル（図示せず）が設けられている。
【００１７】
炉本体１の天井部１ａには、初期起動時にベースメタル（金属素材、鉄板など）Ｍを溶融したり、再起動時に、ベースメタルＭの表面に固着したスラグＳを溶融する起動用酸素バーナ（起動用バーナ）２１が両電極７，８の間に配置されており、起動用酸素バーナ２１はバーナ出退装置２２に支持され、起動用酸素バーナ２１が天井部１ａに形成された開閉装置２３付きのバーナ挿入口２４から炉本体１内に出退自在に構成される。
【００１８】
前記起動用酸素バーナ２１は、燃料として、水素、プロパン、ブタン、ＬＮＧなどの燃焼用に酸素を使用して、１６００から１８００℃の火炎を放射できるものが使用される。
【００１９】
バーナ出退装置２２は、図２に示すように、支柱３１に挿入方向に沿って取り付けられた支持ビーム３２と、支持ビーム３２に所定間隔をあけて配置されたガイドローラ３３を介して出退自在に支持されて先端部に起動用酸素バーナ２１が取り付けられた出退ロッド３４と、前記支持ビーム３２の上端部と下端部に設けられたスプロケット３５ａ，３５ｂに巻張され出退モータ３６によりスプロケット３５ｂを介して駆動されるチェーン３６とを具備し、出退ロッド３４に設けられた連結部材３４ａがチェーン３６に連結されている。したがって、出退モータ３７を作動してチェーン３６を移動させることにより、支持ビーム３２上の出退ロッド３４が軸心方向に沿って出退され、起動用酸素バーナ２１をバーナ挿入口２４から炉本体１内の炉底に接近した図２（ａ）に示す使用位置と、バーナ挿入口２４の外側の図２（ｂ）に示す待機位置との間で出退することができる。
【００２０】
バーナ挿入口２４の開閉装置２３は、蓋体２３ａを回動自在に支持するとともに、蓋体２３ａを回動してバーナ挿入口２４を開閉する開閉シリンダ２３ｂを設けたものである。
【００２１】
次に、初期起動後に灰溶融炉を再起動する方法を説明する。
前回の溶融作業で固化したベースメタルＭ上でスラグＳが固化して固着している。まず開閉装置２３によりバーナ挿入口２４を開け、バーナ出退装置２２により起動用酸素バーナ２１を炉本体１内に挿入して、ベースメタルＭ上のスラグＳに接近する使用位置で停止させる。そして、起動用酸素バーナ２１を点火して１６００から１８００℃の火炎を放射し、まず固化したスラグＳを溶融し、次いでベースメタルＭを溶融する。そして、その溶融層が両電極７，８の下方まで及ぶと、起動用酸素バーナ２１を停止する。さらにバーナ出退装置２２により起動用酸素バーナ２１を使用位置から待機位置に後退させ、開閉装置２３によりバーナ挿入口２４を閉じ、炉本体１内に不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気とする。
【００２２】
次いで電極の昇降装置（図示せず）により両電極７，８をベースメタルＭに接近または接触させ、作動ガス供給装置１２からプラズマ作動ガスを供給するとともに、電源装置１１から電極７，８に起動用電圧を印加し、電極７，８とベースメタルＭとの間にプラズマアークを点弧する。このプラズマアークによりベースメタルＭの全体を溶融させると、灰を供給して溶融を再開する。
【００２３】
もちろん、初期起動時に、ベースメタルの素材（鉄板など）を溶融するのに、起動用酸素バーナ２１を使用することもできる。
上記実施の形態によれば、従来のような劣悪な環境下で重労働となる炉本体１内での固化スラグの除去作業が不要となり、また安定してプラズマアークを形成してスラグＳやベースメタルＭを溶融することができるので、短時間で再起動を行うことができる。
【００２４】
図３は、シングルトーチ（複数本でも可能）式の灰溶融炉の第２の実施の形態を示す。この灰溶融炉の炉本体１の底部に、ベースメタルＭに導通されて電源装置１１の陽極が接続された固定電極（陽電極）４１と、炉本体１の天井部１ａから昇降自在に垂下されて電源装置１１の陰極が接続された可動電極（陰電極）４２とが具備されている。そして、起動用酸素バーナ２１は、バーナ出退装置２２により斜め方向に出退されて可動電極４２の下方のベースメタルＭおよび固化スラグＳを溶融するように構成される。他は同一に構成され、同様の作用効果を奏することができる。
【００２５】
図４は、第１および第２の実施の形態の灰溶融炉において、起動用酸素バーナ２１を、炉本体１の側壁部１ｂに形成されたバーナ挿入口２４を介して炉本体１内に出退自在に設けたものである。
【００２６】
電極７，８間のベースメタルＭおよび固化したスラグＳに対応した一方の両方の側壁部に、開閉装置２３付きのバーナ挿入口２４が形成され、略同一構造のバーナ出退装置２２により起動用酸素バーナ２１をバーナ挿入口２４から炉本体１内のベースメタルＭおよび固化したスラグＳに接近する使用位置と、炉本体１外に後退した待機位置との間で出退駆動される。
【００２７】
その他の構造および使用方法は上記実施の形態と同様であり、同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施の形態では、被溶融物を灰としたが、産業廃棄物などを溶融する溶融炉であってもよい
また電極７，８，４２を１本ずつ図示したが、複数本であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明によれば、起動用バーナにより、複数の電極の下方間、または可動電極と固定電極の間で、導電性の低い固化したスラグを溶融して導電性を高めることができるので、電極とベースメタルとの間にプラズマをスムーズに点火することができ、かつ安定したプラズマアークを得ることができる。したがって、再起動を短時間でかつ安定して行うことができる。また起動用バーナをバーナ出退装置により炉外に待避させることができ、起動用バーナが焼損することもない。
【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設備の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】  同バーナ出退装置を示し、（ａ）は使用状態を示す側面図、（ｂ）は待機状態を示す側面図である。
【図３】  本発明に係るプラズマ式灰溶融炉設備の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図４】  本発明に係るプラズマ式灰溶融炉設備の第３の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
Ｍ    ベースメタル
Ｓ    スラグ
１    炉本体
２    灰供給口
３    スラグ排出口
５    灰供給ホッパ
６    灰供給装置
７    陽電極
８    陰電極
１１    電源装置
１２    作動ガス供給装置
２１    起動用酸素バーナ
２２    バーナ出退装置
２３    開閉装置
２４    バーナ挿入口
３１    支柱
３２    支持ビーム
３３    ガイドローラ
３４    出退ロッド
３７    出退モータ
４１    固定電極
４２    可動電極
【図１】
0003926205.tif 000002
【図２】
0003926205.tif 000003
【図３】
0003926205.tif 000004
【図４】
0003926205.tif 000005