JP3505065B2 - Plasma melting furnace and operating method thereof - Google Patents
Plasma melting furnace and operating method thereofInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみや産業廃
棄物の焼却炉から排出される焼却残渣，飛灰等の被溶融
物を溶融処理するためのプラズマ溶融炉とその運転方法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma melting furnace and a method of operating the same for melting a substance to be melted such as incineration residue and fly ash discharged from an incinerator for municipal waste and industrial waste. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、都市ごみや産業廃棄物の焼却炉か
ら排出される焼却残渣や飛灰等（以下「被溶融物」とい
う）の減容化及び無害化を図るため、被溶融物の溶融固
化処理法が注目され、現実に実用に供されている。被溶
融物は溶融固化することにより、その容積を１／２〜１
／３に減らすことができると共に、重金属等の有害物質
の溶出防止や溶融スラグの再利用、最終埋立処分場の延
命等が可能になるからである。2. Description of the Related Art Recently, in order to reduce the volume and detoxify the incineration residue and fly ash (hereinafter referred to as "melted material") discharged from an incinerator for municipal waste and industrial waste, The melting and solidifying treatment method has attracted attention and has been put to practical use. By melting and solidifying the material to be melted, its volume is reduced to 1/2 to 1
This is because it can be reduced to / 3, and it is possible to prevent elution of harmful substances such as heavy metals, reuse molten slag, and extend the life of the final landfill disposal site.
【０００３】而して、被溶融物の溶融固化処理方法に
は、アーク溶融炉やプラズマアーク炉、電気抵抗炉等を
使用し、電気エネルギーによって被溶融物を溶融固化す
る方法と、表面溶融炉や旋回溶融炉、コークスベッド炉
等を使用し、燃料の燃焼エネルギーによって被溶融物を
溶融固化する方法とが多く利用されており、都市ごみ焼
却設備に発電設備が併置されている場合には、前者の電
気エネルギーを用いる方法が、また発電設備が併置され
ていない場合には、後者の燃焼エネルギーを用いる方法
が夫々多く採用されている。As a method for melting and solidifying a material to be melted, an arc melting furnace, a plasma arc furnace, an electric resistance furnace or the like is used, and a method for melting and solidifying a material to be melted by electric energy and a surface melting furnace. And swirling melting furnace, coke bed furnace, etc., and a method of melting and solidifying the material to be melted by the combustion energy of the fuel are often used, and when the power generation equipment is co-located with the municipal waste incineration equipment, The former method of using electric energy and the latter method of using combustion energy are often adopted when the power generation equipment is not collocated.
【０００４】図４は従前のごみ焼却処理設備に併置した
直流アーク放電黒鉛電極式プラズマ溶融炉の一例を示す
ものであるが、このプラズマ溶融炉１においては、被溶
融物Ａはホッパ３に貯えられ、供給装置２により炉１内
に連続的に供給される。溶融炉１には、炉頂部１ｂより
垂直に挿入された黒鉛主電極４（−極）と炉底部１ｃに
設置された炉底電極６（＋極）とが設けられており、両
電極４，６間に印加された直流電源装置８（容量：約６
００〜１０００ＫＷ（被溶融物１ｔ当たり））の直流電
圧（２００〜３５０Ｖ）により電極４，６間にアークが
発生し、アーク中にプラズマガスとして窒素ガスを供給
することによりプラズマＰが発生する。これによって被
溶融物Ａが１４００〜１６００℃に加熱されることによ
り溶融され、溶融スラグＢとなる。ところで、溶融前の
被溶融物Ａは導電性が低いため、溶融炉１の運転開始時
にはスタート電極５を炉１内に垂下させてこれを＋極と
し、これと主電極４との間へ通電することにより被溶融
物Ａが溶融するのを持つ（図４鎖線参照）。そして、被
溶融物Ａが溶融をすると、その導電性が上昇するため、
爾後は、＋極をスタート電極５から炉底電極６へ切り換
える。FIG. 4 shows an example of a DC arc discharge graphite electrode type plasma melting furnace which is installed in parallel with a conventional refuse incineration treatment facility. In this plasma melting furnace 1, the material A to be melted is stored in a hopper 3. And is continuously supplied into the furnace 1 by the supply device 2. The melting furnace 1 is provided with a graphite main electrode 4 (-electrode) vertically inserted from the furnace top 1b and a furnace bottom electrode 6 (+ electrode) installed in the furnace bottom 1c. DC power supply device 8 (capacity: about 6
An arc is generated between the electrodes 4 and 6 by a DC voltage (200 to 350 V) of 00 to 1000 KW (per ton of melted material), and plasma P is generated by supplying nitrogen gas as plasma gas into the arc. As a result, the material to be melted A is melted by being heated to 1400 to 1600 ° C. and becomes molten slag B. By the way, since the material A to be melted before melting has low conductivity, the start electrode 5 is hung down inside the furnace 1 at the start of operation of the melting furnace 1 to make it a positive electrode, and a current is applied between this and the main electrode 4. By doing so, the material A to be melted is melted (see the chain line in FIG. 4). When the melted material A melts, its conductivity increases,
After that, the + electrode is switched from the start electrode 5 to the furnace bottom electrode 6.
【０００５】一方、炉１内は、溶融スラグＢや主電極４
等の酸化を防止するために還元性雰囲気に保持されてお
り、そのために、ＰＳＡ窒素製造装置等の不活性ガス供
給装置９から不活性ガス（窒素ガス等）Ｃが、円筒状に
形成した主電極４及びスタート電極５を通して、炉１内
に連続的に供給されている。ここに、窒素ガス等の不活
性ガスＣを主電極４やスタート電極５の中空孔を通して
炉１内へ供給する構成とするのは、「Ｐｂ，Ｚｎ等が揮
散し易く、スラグの品質が向上すること」「プラズマ放
電領域を濃厚な不活性ガスＣにより充満させた方が、プ
ラズマアークの発生や安定性等の所謂プラズマ放電性が
良好になると考えられること」「黒鉛主電極４や黒鉛ス
タート電極５の消耗がより少なくなると考えられるこ
と」等の理由によるものである。On the other hand, inside the furnace 1, the molten slag B and the main electrode 4 are
Is kept in a reducing atmosphere in order to prevent the oxidation of the gas, etc., and therefore the inert gas (nitrogen gas etc.) C is formed into a cylindrical shape from the inert gas supply device 9 such as the PSA nitrogen production device. It is continuously supplied into the furnace 1 through the electrode 4 and the start electrode 5. Here, the structure in which the inert gas C such as nitrogen gas is supplied into the furnace 1 through the hollow holes of the main electrode 4 and the start electrode 5 is "Pb, Zn, etc. are easily volatilized, and the quality of slag is improved. "It is considered that when the plasma discharge region is filled with a rich inert gas C, so-called plasma discharge properties such as generation and stability of plasma arc are improved.""Graphite main electrode 4 and graphite start" It is considered that the consumption of the electrode 5 will be reduced. "
【０００６】また、溶融炉１の炉底部周辺領域は、炉底
冷却ファン７からの冷風により空冷され、これによって
炉底電極６近傍の過度な温度上昇が防止されている。ま
た、溶融炉１の炉壁つまり周壁部１ａ、炉頂部１ｂ及び
炉底部１ｃは、すべて、約１６００℃の高温に耐え得る
耐火材及びそれを覆う断熱材等により構成されており、
必要に応じて断熱材の外部を空冷又は水冷している。The area around the furnace bottom of the melting furnace 1 is air-cooled by cold air from the furnace cooling fan 7 to prevent an excessive temperature rise near the furnace bottom electrode 6. Further, the furnace wall of the melting furnace 1, that is, the peripheral wall portion 1a, the furnace top portion 1b and the furnace bottom portion 1c are all composed of a refractory material capable of withstanding a high temperature of about 1600 ° C., a heat insulating material covering the refractory material,
The outside of the heat insulating material is air-cooled or water-cooled as necessary.
【０００７】そして、被溶融物Ａの溶融が開始される
と、炉１内で発生する排ガスＤは周壁部１ａに設けた溶
融スラグ流出口１０から燃焼室１２に排出されて、燃焼
室１２において燃焼空気ファン１３による燃焼用空気の
供給により完全燃焼された上、排ガス冷却ファン１４か
らの冷却空気によって冷却され、バグフィルタ１５を経
て誘引通風機１６により煙突１７から排出される。な
お、バグフィルタ１５で捕捉された溶融飛灰Ｅは、溶融
飛灰コンベア１８により飛灰溜め１９に送られる。When the melting of the material A to be melted is started, the exhaust gas D generated in the furnace 1 is discharged from the molten slag outlet 10 provided in the peripheral wall portion 1a into the combustion chamber 12, and in the combustion chamber 12. After being completely burned by the supply of combustion air from the combustion air fan 13, it is cooled by the cooling air from the exhaust gas cooling fan 14 and is discharged from the chimney 17 through the bag filter 15 and the induced draft fan 16. The molten fly ash E captured by the bag filter 15 is sent to the fly ash reservoir 19 by the molten fly ash conveyor 18.
【０００８】一方、被溶融物Ａに含まれている不燃性成
分（鉄等の金属やガラス，砂等）は溶融状態となる。す
なわち、ホッパ３から溶融炉１に供給された被溶融物Ａ
は、プラズマアーク放電による発生熱を供給されること
により、その溶融点（１２００〜１２５０℃）を超える
温度（約１４００〜１６００℃）にまで加熱され、流動
性を有する液体状の溶融スラグＢとなる。そして、溶融
スラグＢは、溶融スラグ流出口１０から連続的に溢出
し、水を満したスラグ水冷槽２０（スラグ冷却水は冷却
装置２３により冷却される）内に落下して水砕スラグＢ
´となり、スラグ搬出コンベア２１によってスラグ溜め
２２に送られる。なお、炉１の停止時には、溶融スラグ
Ｂを炉１内に残すと、炉１の停止及び再立上げに時間を
要することから、溶融スラグＢの底部レベルに対応して
周壁部１ａに設けたタップホール１１により湯抜きを行
い、炉１内を空にする。On the other hand, the noncombustible components (metals such as iron, glass, sand, etc.) contained in the melted material A are in a molten state. That is, the melted material A supplied from the hopper 3 to the melting furnace 1
Is heated to a temperature (about 1400 to 1600 ° C.) exceeding its melting point (1200 to 1250 ° C.) by being supplied with heat generated by plasma arc discharge, and a liquid molten slag B having fluidity is obtained. Become. Then, the molten slag B continuously overflows from the molten slag outlet 10 and falls into the slag water cooling tank 20 (slag cooling water is cooled by the cooling device 23) filled with water to be granulated slag B.
It becomes' and is sent to the slag reservoir 22 by the slag unloading conveyor 21. When the molten slag B is left in the furnace 1 when the furnace 1 is stopped, it takes time to stop and restart the furnace 1. Therefore, the molten slag B is provided on the peripheral wall portion 1 a in correspondence with the bottom level. The tap hole 11 is used to drain the hot water to empty the furnace 1.
【０００９】このようにして、被溶融物Ａはプラズマ溶
融炉１によって溶融処理されるのであるが、炉１内にお
ける溶融スラグＢの挙動は極めて複雑なものであって、
実稼動溶融炉を炉内観察したところによれば、スラグ表
層の流れは図５に示すようなほぼ渦流Ｆの如き流れとな
っている。この溶融スラグＢの渦流Ｆは、現実には整然
とした渦流ではなくて複雑な乱れを生じており、しかも
この渦流Ｆの状況は溶融スラグＢの表面（湯面）から深
くなるにつれて一様ではないものと推察される。さら
に、炉１内において溶融スラグＢは垂直方向（鉛直方
向）へも対流をしており、高温スラグは上昇流の形で、
低温スラグは下降流の形で夫々流動しているものと推察
される。In this way, the material A to be melted is melted by the plasma melting furnace 1, but the behavior of the molten slag B in the furnace 1 is extremely complicated.
According to the observation inside the actual melting furnace, the flow of the slag surface layer is almost a swirl flow F as shown in FIG. The vortex flow F of the molten slag B is not an orderly vortex flow in reality but complicated turbulence is generated, and the situation of the vortex flow F is not uniform as it goes deeper from the surface (melt surface) of the molten slag B. It is presumed to be something. Further, in the furnace 1, the molten slag B is also convection in the vertical direction (vertical direction), and the high temperature slag is in the form of an upward flow,
It is inferred that the low temperature slag is flowing in the form of downward flow.
【００１０】ところで、炉１内において被溶融物Ａを効
率よくしかも未溶融物ないし不完全溶融物（以下、両者
を含めて「不完全溶融物」という）が残らないように均
一に溶融させるためには、「炉１内の温度分布がほぼ均
一であって、被溶融物Ａがほぼ均等に加熱溶融されるこ
と」「炉１内の各部分から溶融スラグＢが均等に溶融ス
ラグ流出口１０へ向って流動すること」「被溶融物Ａの
外形寸法や組成、空隙率等がほぼ均一であって、溶融ス
ラグＢと一緒になって垂直方向にも均等に対流すること
ができること」等が重要な要件となってくる。By the way, in order to melt the material A to be melted in the furnace 1 efficiently and uniformly so that no unmelted material or incompletely melted material (hereinafter referred to as "incompletely melted material" including both of them) remains. "The temperature distribution in the furnace 1 is almost uniform, and the material to be melted A is heated and melted almost uniformly.""The molten slag B is evenly melted from each portion in the furnace 1 "To flow toward", "the outer dimensions, composition, porosity, etc. of the material A to be melted are substantially uniform, and it is possible to convect in the vertical direction together with the molten slag B", etc. It becomes an important requirement.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところが、図４に示す
従来のプラズマ溶融炉１にあっては、「炉１が横断面形
状をほぼ円形をなす（周壁部１ａがほぼ円筒形状をな
す）ものであり、その中心軸線上に主電極４を竪向きに
配設して、この主電極４と炉底電極６との間へ通電する
構成としているため、必然的に炉１の中心軸部（炉心
部）が最高温度域となると共に、周壁部１ａの近傍部は
外部への放熱もあって低温度域となること」「低温度の
被溶融物Ａが炉心部から離れた周辺部の特定個所へ集中
的に供給されると共に、溶融前の被溶融物Ａは導電性や
熱伝導性に欠けるため、被溶融物Ａの供給領域Ｈが冷温
度域となること」等の理由によって炉１内における温度
分布は極めて不均一なものになることから、必然的に溶
融スラグＢそのものの温度分布も不均一になっており、
被溶融物Ａを高能率で完全に溶融させるための理想的な
状態からは遠く離れた状態となっている。However, in the conventional plasma melting furnace 1 shown in FIG. 4, "the furnace 1 has a substantially circular transverse cross section (the peripheral wall portion 1a has a substantially cylindrical shape). Since the main electrode 4 is vertically arranged on the central axis of the central electrode and the main electrode 4 and the furnace bottom electrode 6 are energized, the central axial portion of the furnace 1 is inevitably ( (The core part) becomes the maximum temperature range, and the vicinity of the peripheral wall part 1a becomes a low temperature range due to the heat radiation to the outside. "" Specification of the peripheral part where the low temperature melted material A is separated from the core part " In addition to being concentratedly supplied to the location, the melted material A before melting lacks electrical conductivity and thermal conductivity, so that the supply area H of the melted material A becomes a cold temperature range. " Since the temperature distribution in the interior becomes extremely non-uniform, the temperature of the molten slag B itself is inevitable. Degree distribution also becomes uneven,
The state is far from the ideal state for completely melting the melted material A with high efficiency.
【００１２】また、上記した従来のプラズマ溶融炉１に
あっては、溶融スラグ流出口１０と供給装置２による被
溶融物Ａの供給口２ａとが周壁部１ａの対向位置に設け
られており、しかも流出口１０の横幅寸法は溶融炉１の
内径（周壁部１ａの内径）に比較し極めて小さいものと
なっていることから、溶融スラグＢが炉１内の全域から
均一に溶融スラグ流出口１０側へ向って流動することが
困難となり、溶融スラグＢの流動量が多くなる領域が出
来たり、逆に溶融スラグが殆んど流動せずに滞留状態と
なる領域が生ずることになり、溶融処理能力の一層の向
上を防げることになる。Further, in the above-mentioned conventional plasma melting furnace 1, the molten slag outlet 10 and the supply port 2a for the material A to be melted by the supply device 2 are provided at the opposing positions of the peripheral wall portion 1a, Moreover, since the lateral width of the outlet 10 is extremely smaller than the inner diameter of the melting furnace 1 (inner diameter of the peripheral wall portion 1a), the molten slag B is uniformly melted from the entire area of the furnace 1 in the melting slag outlet 10 It becomes difficult for the molten slag B to flow toward the side, and an area in which the amount of the molten slag B increases becomes large. This will prevent further improvement in ability.
【００１３】しかも、被溶融物Ａは、通常、５〜７０μ
ｍ以下（飛灰の場合）若しくは３０〜５０ｍｍ以下（焼
却残渣の場合）の外径寸法を有する細粒として炉１内へ
供給されるが、個々の細粒の寸法，組成，空隙率等には
バラツキがある。例えば、溶融スラグＢに対して受熱性
の良いものと悪いものとがあったり、或いは沈降性のも
のと浮上性のものとがあったりする。したがって、受熱
性が悪くしかも浮上性の被溶融物Ａについては、熱の流
れに乗って溶融スラグＢと一緒に垂直方向に対流をせ
ず、スラグ表層上若しくはその内部に浮上したままの状
態で溶融スラグ流出口１０側へと流動することになり、
溶融スラグ流出口１０から流出する溶融スラグＢに不完
全溶融物が混入することになる。Moreover, the material to be melted A is usually 5 to 70 μm.
It is supplied into the furnace 1 as fine particles having an outer diameter dimension of m or less (for fly ash) or 30 to 50 mm or less (for incineration residue). Vary. For example, the molten slag B may have a good or poor heat-receiving property, or may have a sedimentation property and a floating property. Therefore, with respect to the melted material A that has poor heat receiving property and is buoyant, it does not convect vertically with the molten slag B along with the flow of heat and remains floating on the slag surface layer or inside thereof. It will flow to the molten slag outlet 10 side,
The incomplete melt is mixed in the molten slag B flowing out from the molten slag outlet 10.
【００１４】このように、従来のアーク放電黒鉛電極式
プラズマ溶融炉１は、比較的安定して被溶融物Ａを溶融
処理することができるものの、未だ解決すべき多くの問
題を抱えており、その中でも特に重要な問題は、溶融ス
ラグＢの均一性と溶融処理能力の問題である。As described above, the conventional arc discharge graphite electrode type plasma melting furnace 1 can relatively stably melt the material A to be melted, but still has many problems to be solved. Among them, particularly important problems are the problems of the uniformity of the molten slag B and the melt processing ability.
【００１５】すなわち、前述したように、炉１自体の構
造に起因する複雑な溶融スラグＢの流れと熱伝導のため
に、被溶融物Ａの一部が不完全な溶融状態のまま溶融ス
ラグＢと一緒に溶融スラグ排出口１０から溢流すること
が不可避な状態にあり、現実に溶融スラグ流出口１０か
ら溢流する溶融スラグＢ内には被溶融物の性状（灰の性
状）によっては相当量の不完全溶融物が存在する上、そ
の不完全溶融物の混入率自体も大幅に変動する。その結
果、溶融スラグＢの品質が均一性を欠くことになり、必
然的に水砕スラグＢ´の品質が悪化して、その有効利用
が図り難くなると云う結果を招来する。また、溶融スラ
グ流出口１０から溢流する溶融スラグＢにおける不完全
溶融物の混入率を下げるために、炉１内における溶融ス
ラグＢの滞留時間を長くすると、被溶融物Ａの処理量が
少なくなって溶融炉１の溶融処理能力低下を招くことに
なる。That is, as described above, due to the complicated flow and heat conduction of the molten slag B due to the structure of the furnace 1 itself, the molten slag B remains partially melted in the incomplete molten state. It is inevitable that the molten slag will overflow from the molten slag discharge port 10 together with the molten slag, and the molten slag B that actually overflows from the molten slag outlet 10 may be considerably different depending on the properties of the material to be melted (ash properties). In addition to the presence of an incomplete amount of melt, the mixing ratio itself of the incomplete melt also fluctuates significantly. As a result, the quality of the molten slag B lacks uniformity, and the quality of the water granulated slag B'inevitably deteriorates, resulting in the difficulty of effective utilization. Further, if the residence time of the molten slag B in the furnace 1 is lengthened in order to reduce the mixing rate of the incomplete molten slag B in the molten slag B overflowing from the molten slag outlet 10, the throughput of the material to be melted A decreases. As a result, the melting processing capability of the melting furnace 1 is reduced.
【００１６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、溶融処理能力を低下させることなく、溶融スラ
グ流出口から溢流する溶融スラグへの不完全溶融物の混
入を防止して、均一且つ高品質の水砕スラグを得ること
ができるプラズマ溶融炉及びその運転方法を提供するこ
とを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above points, and prevents the incomplete melt from being mixed into the molten slag overflowing from the molten slag outlet without lowering the melting treatment capacity. It is an object of the present invention to provide a plasma melting furnace and a method of operating the same that can obtain uniformly and high quality granulated slag.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は、炉の運転開始
時においては炉頂部から垂下させた主電極とスタート電
極との間で、また運転開始後においては主電極と炉底部
に設けた炉底電極との間で、夫々プラズマ放電させるこ
とにより、炉内に供給された被溶融物を溶融処理させる
と共に、主電極及びスタート電極の先端部から不活性ガ
スを噴出させることにより、炉内を還元性雰囲気に保持
させるように構成されたプラズマ溶融炉において、上記
の目的を達成すべく、特に、スタート電極をその先端部
が炉内の溶融スラグ中に没入するガス吹き込み位置まで
下降可能として、運転開始後においてガス吹き込み位置
に位置させたスタート電極の先端部から溶融スラグ中に
不活性ガスを吹き込みうるように構成しておくことを提
案するものである。The present invention is provided between a main electrode and a start electrode hung from the top of a furnace at the start of operation of the furnace, and at the main electrode and the bottom of the furnace after the start of operation. Plasma discharge between the furnace bottom electrode and each of the furnace bottom electrodes melts the material to be melted supplied to the furnace, and at the same time, an inert gas is jetted from the tip of the main electrode and the start electrode, In a plasma melting furnace configured to hold the reducing atmosphere in a reducing atmosphere, in order to achieve the above-mentioned object, in particular, the start electrode can be lowered to a gas blowing position where its tip is immersed in the molten slag in the furnace. It is proposed that the inert gas be blown into the molten slag from the tip portion of the start electrode located at the gas blowing position after the start of operation.
【００１８】さらに、本発明は、炉の運転開始時におい
ては炉頂部から垂下させた主電極とスタート電極との間
で、また運転開始後においては主電極と炉底部に設けた
炉底電極との間で、夫々プラズマ放電させることによ
り、炉内に供給された被溶融物を溶融処理させると共
に、主電極及びスタート電極の先端部から不活性ガスを
噴出させることにより、炉内を還元性雰囲気に保持させ
るようにするプラズマ溶融炉の運転方法において、上記
の目的を達成すべく、特に、運転開始後において、スタ
ート電極を、電極として機能させない状態で、先端部が
炉内の溶融スラグ中に没入するガス吹き込み位置まで下
降させて、当該先端部から溶融スラグ中に不活性ガスを
吹き込むことにより、溶融スラグを混合，攪拌させるよ
うにすることを提案するものである。Further, according to the present invention, at the time of starting the operation of the furnace, between the main electrode hanging from the top of the furnace and the start electrode, and after starting the operation, the main electrode and the bottom electrode of the furnace bottom are provided. Between them, plasma discharge is performed to melt the material to be melted supplied to the furnace, and the inert gas is ejected from the tips of the main electrode and start electrode to reduce the reducing atmosphere in the furnace. In the operation method of the plasma melting furnace to be held in, in order to achieve the above object, in particular, after the start of operation, the start electrode, in the state of not functioning as an electrode, the tip portion in the molten slag in the furnace It is proposed that the molten slag is mixed and agitated by lowering it to the immersion gas blowing position and blowing an inert gas into the molten slag from the tip. It is intended.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図３に基づいて具体的に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG.
~ It demonstrates concretely based on FIG.
【００２０】この実施の形態における本発明に係るプラ
ズマ溶融炉１は、図１〜図３に示す如く、炉壁を円筒状
の周壁１ａと天井壁たる炉頂部１ｂと炉底電極６を設け
た炉底部１ｃとで構成した耐火壁構造物である。周壁部
１ａには、焼却残渣，飛灰等の被溶融物Ａを供給するた
めの被溶融物供給口２ａと、炉１の直径方向において被
溶融物供給口２ａと直対向する位置に位置する溶融スラ
グ流出口１０と、被溶融物供給口２ａの直下位であって
炉底部１ｃの上面近傍位に位置するタップホール１１と
が設けられている。被溶融物供給口２ａにはスクリュー
フィーダ等の適宜の供給装置２が連設されていて、ホッ
パ３に貯溜された被溶融物Ａを炉１内に定量的に連続供
給させるようになっている。溶融スラグ流出口１０は、
溶融スラグＢを溢流排出させると共に排ガスＤを排出さ
せるためのもので、図４に示す従来のプラズマ溶融炉と
同様に、溶融スラグＢは溶融スラグ流出口１０から連続
的に溢出し、水を満したスラグ水冷槽２０内に落下して
水砕スラグＢ´となり、排ガスＤは溶融スラグ流出口１
０から燃焼室１２に排出されて、燃焼室１２において燃
焼空気ファン１３による燃焼用空気の供給により完全燃
焼された上、冷却されると共に溶融飛灰を除去されて煙
突から排出される（図４参照）。なお、炉壁１ａ，１
ｂ，１ｃは、１６００℃程度の高温にも充分耐え得る耐
火材及びその外周面を被覆する断熱材カバーで構成され
ており、断熱材カバーの外周部には必要に応じて水冷ジ
ャケットが配置される。また、炉底電極６は、図１に示
す如く、主電極４との間で所定のプラズマＰを発生させ
る限りにおいて、任意に構成することができるが、この
例では、炉底部１ｃを集電板上に形成した導電性耐火材
等からなる導電性耐火構造物として、炉底部全体を炉底
電極６に構成してある。また、溶融炉１の炉底部周辺領
域は、炉底冷却ファン７からの冷風により空冷されるよ
うになっている。In the plasma melting furnace 1 according to the present invention in this embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, a furnace wall is provided with a cylindrical peripheral wall 1a, a furnace top 1b as a ceiling wall, and a furnace bottom electrode 6. It is a refractory wall structure composed of a furnace bottom 1c. The peripheral wall portion 1a is located at a position directly opposite to the melted material supply port 2a in the diameter direction of the furnace 1 and the melted material supply port 2a for supplying the melted material A such as incineration residue and fly ash. A molten slag outlet 10 and a tap hole 11 located immediately below the molten material supply port 2a and near the upper surface of the furnace bottom 1c are provided. An appropriate supply device 2 such as a screw feeder is connected to the melted material supply port 2a so that the melted material A stored in the hopper 3 is quantitatively and continuously supplied into the furnace 1. . The molten slag outlet 10 is
The molten slag B is overflowed and discharged, and the exhaust gas D is also discharged. Like the conventional plasma melting furnace shown in FIG. 4, the molten slag B continuously overflows from the molten slag outlet 10 to remove water. It falls into the filled slag water cooling tank 20 and becomes granulated slag B ', and the exhaust gas D is the molten slag outlet 1
From 0 to the combustion chamber 12 and is completely burned in the combustion chamber 12 by the supply of combustion air by the combustion air fan 13 and is cooled and the molten fly ash is removed and discharged from the chimney (FIG. 4). reference). The furnace walls 1a, 1
b and 1c are composed of a refractory material that can withstand a high temperature of about 1600 ° C. and a heat insulating material cover that covers the outer peripheral surface thereof, and a water cooling jacket is arranged on the outer peripheral portion of the heat insulating material cover as necessary. It Further, as shown in FIG. 1, the furnace bottom electrode 6 can be arbitrarily configured as long as it generates a predetermined plasma P between itself and the main electrode 4, but in this example, the furnace bottom portion 1c is used for collecting current. As a conductive refractory structure made of a conductive refractory material or the like formed on a plate, the entire furnace bottom portion is configured as a furnace bottom electrode 6. Further, the peripheral region of the furnace bottom portion of the melting furnace 1 is air-cooled by the cool air from the furnace bottom cooling fan 7.
【００２１】主電極４は、炉１の中心線上に配して炉頂
部１ｂに貫通支持されており、炉１内の液位（溶融スラ
グＢの液面位置）に応じて昇降操作されるようになって
いる。また、スタート電極５は、炉頂部１ｂに傾斜状に
挿通支持されていて、下端部たる先端部を炉１内に突出
させない待機位置（図１位置）と先端部を主電極４の先
端部と略同一高さ位置に位置する放電作用位置（図２位
置）とに亘って昇降されるようになっている。両電極
４，５は、共に、軸線方向に貫通する中空孔を有する黒
鉛製円筒体であり、基端部をＰＳＡ窒素製造装置等の不
活性ガス供給装置９に接続して、不活性ガス（窒素ガス
等）Ｃを先端部から連続して噴出させるようになってい
る。スタート電極５の放電作用位置は、図２に示す如
く、両電極４，５間に運転開始時における被溶融物Ａの
溶融に必要なプラズマＰを発生させるに最適な位置関係
となるように設定されている。The main electrode 4 is disposed on the center line of the furnace 1 and is penetratingly supported by the furnace top 1b so that it can be moved up and down according to the liquid level in the furnace 1 (the liquid surface position of the molten slag B). It has become. Further, the start electrode 5 is inserted through and supported by the furnace top portion 1b in an inclined shape, and the tip portion as the lower end portion does not project into the furnace 1 (a standby position (FIG. 1)) and the tip portion is the tip portion of the main electrode 4. It is adapted to be elevated and lowered over a discharge action position (position in FIG. 2) located at substantially the same height position. Both electrodes 4 and 5 are graphite cylinders each having a hollow hole penetrating in the axial direction, and the base end portions thereof are connected to an inert gas supply device 9 such as a PSA nitrogen production device to form an inert gas ( Nitrogen gas etc.) C is continuously ejected from the tip. The discharge operation position of the start electrode 5 is set so as to have an optimum positional relationship between the electrodes 4 and 5 to generate the plasma P necessary for melting the melted material A at the start of operation, as shown in FIG. Has been done.
【００２２】以上の構成は、図４に示す従来のプラズマ
溶融炉と同様であるが、本発明に係るプラズマ溶融炉１
にあっては、スタート電極５を、前記放電作用位置より
更にに下方へと下降できるように工夫してある。すなわ
ち、スタート電極５を、前記待機位置から放電作用位置
を経て先端部が溶融スラグＢ中に没入するガス吹き込み
位置（図３位置）へと下降できるように構成してある。
なお、スタート電極５は、従来のプラズマ溶融炉と同様
に、運転開始時において放電作用位置に位置されたとき
のみ電極として機能すべく直流電源装置８から給電され
るものであり、これ以外には、つまり放電作用位置以外
の待機位置及びガス吹き込み位置に位置されたときに
は、直流電源装置８からの給電を断たれて電極として機
能せず、電気的に絶縁された状態に保持されるようにな
っている。The above construction is similar to that of the conventional plasma melting furnace shown in FIG. 4, but the plasma melting furnace 1 according to the present invention is used.
In this case, the start electrode 5 is devised so as to be able to descend further below the discharge action position. That is, the start electrode 5 is configured to be able to descend from the standby position to the gas blowing position (position in FIG. 3) where the tip portion is immersed in the molten slag B via the discharge acting position.
Note that the start electrode 5 is fed from the DC power supply device 8 so as to function as an electrode only when the start electrode 5 is located at the discharge action position at the start of operation, as in the conventional plasma melting furnace. That is, when it is positioned at the standby position and the gas blowing position other than the discharge acting position, the power supply from the DC power supply device 8 is cut off, it does not function as an electrode, and it is maintained in an electrically insulated state. ing.
【００２３】このように構成されたプラズマ溶融炉１
は、本発明に従って、次のように運転される。Plasma melting furnace 1 configured as described above
Is operated according to the invention as follows.
【００２４】すなわち、溶融処理を行なうに当たって、
まず、運転開始時においては、図２に示す如く、スター
ト電極５を待機位置から放電作用位置に下降させて、こ
のスタート電極５と主電極４との間に電圧印加によりプ
ラズマＰを発生させ、これにより炉１内の被溶融物Ａを
溶融させる。これは、主電極４と炉底電極６との間に導
電性の溶融スラグＢが介在せず、非導電性の被溶融物Ａ
が介在するにすぎない運転開始時においては、両電極
４，６間にプラズマＰを発生させ得ないからである。That is, in carrying out the melting process,
First, at the start of the operation, as shown in FIG. 2, the start electrode 5 is lowered from the standby position to the discharge action position, and the plasma P is generated by applying a voltage between the start electrode 5 and the main electrode 4, As a result, the melted material A in the furnace 1 is melted. This is because the conductive molten slag B is not present between the main electrode 4 and the furnace bottom electrode 6, and the non-conductive melted material A is
This is because the plasma P cannot be generated between the electrodes 4 and 6 at the time of starting the operation, in which only P is interposed.
【００２５】両電極４，５間に発生させたプラズマＰに
より炉１内に溶融スラグＢが生じる状態となった運転開
始後においては、図１に示す如く、スタート電極５を待
機位置に上昇させて該位置に保持させると共に、主電極
４と炉底電極６との間に電圧印加によりプラズマＰを発
生させた状態で、被溶融物Ａを供給装置２により炉１内
に連続供給させつつ、被溶融物Ａの溶融処理を行なう。
主電極４と炉底電極６との間に発生するプラズマＰによ
る加熱により被溶融物Ａが溶融されるに従って、溶融ス
ラグＢが溶融スラグ流出口１０からスラグ水冷槽２０に
連続的に落下供給されて、水砕スラグＢ´が生成され
る。また、排ガスＤは溶融スラグ流出口１０から燃焼室
１２に排出される。After the start of the operation in which the molten slag B is generated in the furnace 1 by the plasma P generated between the electrodes 4 and 5, the start electrode 5 is raised to the standby position as shown in FIG. While holding the melted material in the furnace 1 at that position, and continuously supplying the melted material A into the furnace 1 by the supply device 2 in a state where the plasma P is generated by the voltage application between the main electrode 4 and the furnace bottom electrode 6, The melted material A is melted.
As the melted material A is melted by the heating by the plasma P generated between the main electrode 4 and the furnace bottom electrode 6, the molten slag B is continuously supplied from the molten slag outlet 10 to the slag water cooling tank 20. As a result, granulated slag B'is generated. Further, the exhaust gas D is discharged from the molten slag outlet 10 into the combustion chamber 12.
【００２６】而して、本発明に係る運転方法によれば、
このような炉１の運転中において、運転開始時以外には
電極として機能させないスタート電極５を利用して、溶
融スラグＢ中に不活性ガスＣを吹き込むのである。すな
わち、スタート電極５を、図３に示す如く、ガス吹き込
み位置に下降させて、先端部から不活性ガスＣを溶融ス
ラグＢ中に吹き込むことによって、溶融スラグ流出口１
０へと向かう溶融スラグＢの対流を強制的に起こして、
炉１内における溶融スラグ温度の均熱化を図ると共に、
スラグ表層の上面ないしその近傍に浮遊している不完全
溶融物をスラグ表層の下部へと沈降させて、溶融スラグ
流出口１０からの不完全溶融物の流出を防止する。スタ
ート電極５によって溶融スラグＢ中に不活性ガスＣを吹
き込むことによって、炉１内での溶融スラグＢが強制的
に攪拌され、これによって炉１から溢流せしめた溶融ス
ラグＢに不完全溶融物が含まれるといった事態をほぼ完
全に排除することができる。また、溶融スラグＢ中に不
活性ガスＣが吹き込まれると、炉１内の溶融スラグＢ
は、その自然発生的な水平渦流（図５参照）や垂直方向
の対流が強制的に攪乱されることになる。つまり、溶融
スラグＢの混合がより積極的になり、炉１内の温度分布
がより均一化され、溶融スラグＢがほぼ均等に加熱溶融
されることになり、炉１内の各部分から溶融スラグＢが
均等に溶融スラグ流出口１０に向かって流動する。した
がって、炉１から排出された溶融スラグＢをスラグ水冷
槽２０に投入させることによって、不完全溶融物を含ま
ない高品質で且つ均一な品質の水砕スラグＢ´を得るこ
とができ、その有効利用を促進させることができる。し
かも、不完全溶融物の混入を減じるために炉１内におけ
るスラグ滞留時間を長くするといった必要がないから、
スラグ滞留時間の増加に伴う炉１の溶融処理能力の低下
やランニングコストの上昇を可及的に防止することがで
き、被溶融物Ａの溶融処理を効果的に行なうことができ
る。なお、ガス吹き込み位置に位置するスタート電極５
は電源を切られた完全な電気絶縁状態にあるから、主電
極４とスタート電極５との間で通電するといった不都合
は生じない。Thus, according to the driving method of the present invention,
During the operation of the furnace 1, the inert gas C is blown into the molten slag B by using the start electrode 5 that does not function as an electrode except when the operation is started. That is, as shown in FIG. 3, the start electrode 5 is lowered to the gas blowing position, and the inert gas C is blown into the molten slag B from the tip end, whereby the molten slag outlet 1
Forced convection of the molten slag B towards 0,
While aiming to make the molten slag temperature uniform in the furnace 1,
The incomplete melt floating on the upper surface of the slag surface layer or in the vicinity thereof is settled to the lower part of the slag surface layer to prevent the outflow of the incomplete melt from the molten slag outlet 10. By blowing the inert gas C into the molten slag B by the start electrode 5, the molten slag B in the furnace 1 is forcibly stirred, whereby the molten slag B overflowed from the furnace 1 is incompletely melted. Can be almost completely excluded. Further, when the inert gas C is blown into the molten slag B, the molten slag B in the furnace 1
, The naturally occurring horizontal eddies (see Fig. 5) and vertical convection will be forcibly disturbed. That is, the mixing of the molten slag B becomes more active, the temperature distribution in the furnace 1 becomes more uniform, and the molten slag B is heated and melted almost evenly. B uniformly flows toward the molten slag outlet 10. Therefore, by introducing the molten slag B discharged from the furnace 1 into the slag water cooling tank 20, it is possible to obtain a granulated slag B'of high quality and uniform quality that does not contain an incomplete melt, and its effectiveness Utilization can be promoted. Moreover, since it is not necessary to lengthen the slag residence time in the furnace 1 in order to reduce the mixture of incomplete melt,
It is possible to prevent the melt processing capacity of the furnace 1 from decreasing and the running cost to increase as the slag retention time increases, and to effectively perform the melt processing of the melted material A. The start electrode 5 located at the gas injection position
Is completely electrically isolated with the power turned off, so that the inconvenience of energizing between the main electrode 4 and the start electrode 5 does not occur.
【００２７】また、不活性ガスＣの溶融スラグＢ中への
吹き込み手段が、炉１の運転中においては電極として使
用されないスタート電極５及び炉１内の還元性雰囲気を
保持するための不活性ガス供給装置９をそのまま利用し
たものであるから、格別の吹き込み手段を新たに設ける
場合のような問題（例えば、炉構造の複雑化やイニシャ
ルコスト，ランニングコストの高騰といった問題）は全
く生じない。しかも、還元性雰囲気を維持するための不
活性ガス（窒素ガス等）を溶融スラグＢに吹き込むた
め、その吹き込みによっては炉１内の還元性雰囲気に何
らの悪影響を及ぼすことがない。In addition, the means for blowing the inert gas C into the molten slag B is used to maintain the reducing atmosphere in the start electrode 5 and the furnace 1 which are not used as electrodes during the operation of the furnace 1. Since the supply device 9 is used as it is, problems such as the case where a special blowing means is newly provided (for example, complication of the furnace structure and increase in initial cost and running cost) do not occur at all. Moreover, since the inert gas (nitrogen gas or the like) for maintaining the reducing atmosphere is blown into the molten slag B, the reducing atmosphere in the furnace 1 is not adversely affected by the blowing.
【００２８】なお、スタート電極５からの不活性ガスの
吹き込みは、必要に応じて行なうこができ、例えば、予
め設定した一定サイクルで間欠的に行なうようにしても
よいし、炉１内の溶融状況を検知して、その検知結果に
応じて行なうようにしてもよい。The inert gas can be blown from the start electrode 5 as needed. For example, the inert gas may be blown intermittently at a preset constant cycle, or the inside of the furnace 1 may be melted. The situation may be detected, and the detection may be performed according to the detection result.
【００２９】ところで、本発明は上記した実施の形態に
限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しな
い範囲において、適宜に改良，変更することができる。
また、本発明は、上記した如き焼却残渣や飛灰等を溶融
する場合の他、種々の被溶融物（例えば、灰分を含有す
る産業廃棄物そのもの等）をプラズマ溶融炉１で溶融処
理する場合において適用することができる。By the way, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.
In addition to melting the incineration residue and fly ash as described above, the present invention also melts various materials to be melted (for example, industrial waste itself containing ash) in the plasma melting furnace 1. Can be applied in.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明によれば、溶融スラグ中に不活性ガスを吹き
込むことにより、プラズマ溶融炉による溶融処理能力を
低下させることなく、溶融スラグ流出口から溢流する溶
融スラグへの不完全溶融物の混入をほぼ完璧に防止する
ことができるのであり、高品質で且つ均一な品質の水砕
スラグを得て、その有効利用を図ることができる。しか
も、不活性ガスとして炉内の還元性雰囲気保持用として
使用される不活性ガスを、炉の運転開始後においては使
用しないスタート電極を利用して、溶融スラグ中に吹き
込ませるようにしたから、溶融スラグ中へのガス吹き込
みを行なうことによっては、炉構造が徒に複雑化したり
イニシャルコスト・ランニングコストの加重負担といっ
た問題を生じず、その実用的価値は極めて大きい。As can be easily understood from the above description, according to the present invention, by blowing an inert gas into the molten slag, the molten slag can be treated without lowering the melting treatment capacity of the plasma melting furnace. It is possible to almost completely prevent the incomplete melt from mixing into the molten slag that overflows from the outlet, and it is possible to obtain a high quality and uniform quality water granulated slag and to use it effectively. it can. Moreover, since the inert gas used for maintaining the reducing atmosphere in the furnace as the inert gas is used by using the start electrode which is not used after the operation of the furnace is made to be blown into the molten slag, By injecting gas into the molten slag, there is no problem that the furnace structure becomes complicated and the initial cost and running cost are burdened, and its practical value is extremely large.
【図１】本発明に係るプラズマ溶融炉の一例を示す縦断
正面図である。FIG. 1 is a vertical sectional front view showing an example of a plasma melting furnace according to the present invention.
【図２】図１と異なる運転状態を示す図１相当の縦断正
面図である。FIG. 2 is a vertical sectional front view corresponding to FIG. 1 showing an operating state different from FIG.
【図３】図１及び図２と異なる運転状態を示す図１相当
の縦断正面図である。FIG. 3 is a vertical sectional front view corresponding to FIG. 1 showing an operating state different from FIGS. 1 and 2.
【図４】従来のプラズマ溶融炉を示す縦断側面図であ
る。FIG. 4 is a vertical cross-sectional side view showing a conventional plasma melting furnace.
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う横断平面図である。5 is a cross-sectional plan view taken along the line VV of FIG.
１…プラズマ溶融炉、１ａ…周壁部、１ｂ…炉頂部、１
ｃ…炉底部、４…主電極、５…黒鉛スタート電極、６…
炉底電極、Ａ…被溶融物、Ｂ…溶融スラグ、Ｂ´…水砕
スラグ、Ｃ…不活性ガス（窒素ガス）、Ｄ…排ガス、Ｐ
…プラズマ。1 ... Plasma melting furnace, 1a ... Peripheral wall part, 1b ... Furnace top part, 1
c ... Furnace bottom, 4 ... Main electrode, 5 ... Graphite start electrode, 6 ...
Furnace bottom electrode, A ... Melting target, B ... Molten slag, B '... Granulated slag, C ... Inert gas (nitrogen gas), D ... Exhaust gas, P
…plasma.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−210778（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−115663（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−57441（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−121967（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F27D 11/08 F23J 1/00 F27B 3/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-8-210778 (JP, A) JP-A-9-115663 (JP, A) JP-A-8-57441 (JP, A) JP-A-8- 121967 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F27D 11/08 F23J 1/00 F27B 3/08
Claims (2)
下させた主電極とスタート電極との間で、また運転開始
後においては主電極と炉底部に設けた炉底電極との間
で、夫々プラズマアーク放電させることにより、炉内に
供給された被溶融物を溶融処理させると共に、主電極及
びスタート電極の先端部から不活性ガスを噴出させるこ
とにより、炉内を還元性雰囲気に保持させるように構成
されたプラズマ溶融炉において、 スタート電極をその先端部が炉内の溶融スラグ中に没入
するガス吹き込み位置まで下降可能として、運転開始後
においてガス吹き込み位置に位置させたスタート電極の
先端部から溶融スラグ中に不活性ガスを吹き込みうるよ
うに構成したことを特徴とするプラズマ溶融炉。1. At the start of the operation of the furnace, between the main electrode hanging from the furnace top and the start electrode, and after the start of operation, between the main electrode and the bottom electrode provided at the bottom of the furnace, Each of them is subjected to plasma arc discharge to melt the material to be melted supplied to the furnace, and at the same time, the inert gas is ejected from the tip portions of the main electrode and the start electrode to maintain the furnace in a reducing atmosphere. In the plasma melting furnace configured as above, the start electrode can be lowered to the gas injection position where the tip part is immersed in the molten slag in the furnace, and the start electrode tip part located at the gas injection position after the start of operation A plasma melting furnace characterized in that an inert gas can be blown into the molten slag.
下させた主電極とスタート電極との間で、また運転開始
後においては主電極と炉底部に設けた炉底電極との間
で、夫々プラズマアーク放電させることにより、炉内に
供給された被溶融物を溶融処理させると共に、主電極及
びスタート電極の先端部から不活性ガスを噴出させるこ
とにより、炉内を還元性雰囲気に保持させるようにする
プラズマ溶融炉の運転方法において、 運転開始後において、スタート電極を、電極として機能
させない状態で、先端部が炉内の溶融スラグ中に没入す
るガス吹き込み位置まで下降させて、当該先端部から溶
融スラグ中に不活性ガスを吹き込むことにより、溶融ス
ラグを混合，攪拌させるようにしたことを特徴とするプ
ラズマ溶融炉の運転方法。2. At the start of the operation of the furnace, between the main electrode and the start electrode hung from the top of the furnace, and after the start of operation, between the main electrode and the bottom electrode of the furnace provided at the bottom of the furnace, Each of them is subjected to plasma arc discharge to melt the material to be melted supplied to the furnace, and at the same time, the inert gas is ejected from the tip portions of the main electrode and the start electrode to maintain the furnace in a reducing atmosphere. In the operation method of the plasma melting furnace, the start electrode is lowered to a gas blowing position where the tip part is immersed in the molten slag in the furnace after the operation is started, without the start electrode functioning as an electrode, A method for operating a plasma melting furnace, characterized in that the molten slag is mixed and agitated by blowing an inert gas into the molten slag.
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