JP3709945B2 - 灰溶融炉のレベル検出方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却灰やばいじんなどの灰を溶融処理する灰溶融炉に係り、特に炉内の溶融スラグや溶融メタルのレベルを検出する検出方法および検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥等の各種廃棄物は焼却施設で焼却処理され、生じた焼却灰やばいじんは、従来埋め立て処分されていた。しかし、埋め立て処分地枯渇の問題や有害重金属類の溶出による地下水汚染の問題があるため溶融による減量・減容化と無害化の必要性が高まってきている。
【０００３】
このような背景で灰中の残留炭素、コークス、灯油、電力を熱源とした溶融処理方式が提案され、一部で実処理が行われている。このうち、電力を熱源とした溶融炉としてプラズマアーク加熱方式や抵抗加熱方式などがある。
【０００４】
抵抗加熱方式の灰溶融炉は、溶融スラグ内に対抗電極を配置し、直流または交流通電による電気抵抗熱（ジユール熱）により灰を加熱溶融するものであり、１）熱効率が高い、２）発生ガスが少ない、３）アークを生成しないためフリッカが発生しない、４）溶融スラグと溶融メタルとを分離した分割出滓ができる、という特徴がある。
【０００５】
かかる抵抗加熱方式の灰溶融炉の一例を図２に示す。図２は灰溶融炉の断面図である。図においてａは電気抵抗式の灰溶融炉である。灰ｊは炉蓋ｎに設けた灰投入口ｂから投入される。ｃは炉蓋ｎを貫通して昇降可能に挿入された上部電極であり、黒鉛を使用している。ｄは炉底に設けた炉底電極で、導電性のれんがを使用している。ｍは電源であり、上部電極ｃおよび炉底電極ｄに接続されている。電源ｍは直流または２相交流を用いる。電源ｍが直流である場合は、上部電極ｃを陽極、炉底電極ｄを陰極とするのが好ましい。
【０００６】
次に作用を説明する。溶融炉ａ内に投入された灰ｊは電気抵抗熱により溶融する。灰溶融炉ａの内では比重差により、下方の溶融メタル層ｈと上方の溶融スラグ層ｇに分離しており、溶融スラグ層ｇの上方に未溶融の灰ｊが浮いた状態で灰カバー層ｉを形成している。
【０００７】
溶融スラグｅは溶融スラグ出口ｐから外部に排出される。灰溶融炉ａ内で溶融スラグ層ｇの温度は１１００°〜１２００°Ｃとなっている。溶融スラグｅと溶融メタルｆの電気抵抗は極端に異なっているので、溶融メタル層ｈ内ではジュール熱がほとんど発生せず、従って溶融メタル層ｈ上面の薄い層のみが溶融した状態であり、残りは固体である。溶融スラグｅの主成分はけい砂と石灰であり、溶融メタルｆの主成分は鉄である。
【０００８】
灰の溶融中に発生するガスは排気口ｋから排ガスｒとなって外部に流出し、乾式または湿式の排ガス処理装置に導かれる。排ガスｒ中にはダストの外、塩化水素、一酸化炭素、酸化ナトリウムなどが含まれている。溶融スラグｅは排出口ｐから間歇的または連続的に排出される。溶融メタル層ｈは溶融スラグｅを排出後、溶融メタル層ｈと上部電極ｃとの間でアークを発生させて溶融し排出口ｑから外部に排出される。
【０００９】
かかる灰溶融炉ａを起動するには、当初投入する灰ｊの中に鉄などの金属粉を混入して灰ｊを電気の良導体とし、それに通電することにより溶融する。灰ｊが溶融して溶融スラグｅとなると電気の良導体となるので、以後は金属粉を混入することなく、連続溶融が可能になる。
【００１０】
以上述べたように灰溶融炉ａを停止するとき、内部の溶融スラグ層ｇを完全に排出しておけば、容易に再起動を行うことができる。しかし電極電源ｍが停止したりしたとき溶融スラグ層ｇが炉内に残ると、そのままでは固体となったスラグは電気の不良導体なので、上部電極ｃと炉底電極ｄとの間で通電することができなくなり、再起動ができなくなる。
【００１１】
そのため、電極電源ｍが停止したときにはオイルバーナでバックアップして溶融スラグｅが固化しないようにして速やかに溶融スラグｅを炉外に排出し、溶融メタル層ｈに薄く膜状に残った溶融スラグｅはオイルバーナにより吹き飛ばして溶融メタル層ｈの上面が露出した状態にする。電源ｍが停止したとき、溶融スラグ層ｇを排出しきれず、固化した溶融スラグ層ｇが灰溶融炉ａ内に残ってしまったときには、はつりによりそれを除去するか、オイルバーナで溶融させ、通電可能としてから再起動することになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた灰溶融炉において、溶融スラグや溶融メタルの出滓のタイミングなどを決定するため、炉内に貯留する溶融スラグ層ｇの上面のレベルおよび溶融メタル層ｈ上面（即ち、溶融メタル層ｈと溶融スラグ層ｇの境界）のレベルを正確に検出する必要がある。しかし従来これらのレベルを検出する適当な方法がなかった。たとえば、主電極ｃを下降させつつ通電状況を計測すれば、主電極ｃの下端が、溶融スラグ層ｇ上面に達すれば通電が開始するし、電源ｍに定電流回路を設けておいて、主電極ｃの下端が溶融メタル層ｈ上面に達すれば、電圧が０になるので、それによって溶融スラグ層ｇおよび溶融メタル層ｈのレベルが検出できると考えられる。しかし主電極ｃは黒鉛製で操業中に常時消耗して短くなるので、操業中の正確な長さがわからず、従ってこのような方法では溶融スラグ層ｇおよび溶融メタル層ｈのレベルの検出はできない。
【００１３】
本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、主電極に隣り合って昇降可能に設けられたレベル検出用電極を利用して溶融スラグ層ｇおよび溶融メタル層ｈのレベルを検出することのできる灰溶融炉のレベル検出方法および装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願第１発明の灰溶融炉のレベル検出方法は炉底に設けた炉底電極と、炉蓋を貫通して昇降可能に挿入した主電極と、主電極に隣り合って炉蓋を貫通して昇降可能に挿入したレベル検出用電極とを有し、主電極と炉底電極との間で通電して電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉において、炉内に貯留した溶融スラグ層およびその下方に貯留した溶融メタル層のレベルを検出する灰溶融炉のレベル検出方法であって、レベル検出用電極と炉底電極との間で通電すべく、定電流回路を有する電源を接続し、電流と電圧とを計測しつつ、レベル検出用電極を昇降させ、昇降の過程で、電圧の電流に対する比が不連続に変化するレベル検出用電極の位置を検出することにより、溶融スラグ層および溶融メタル層のレベルを検出するものである。
【００１５】
また本願第２発明の灰溶融炉のレベル検出方法は炉底に設けた炉底電極と、炉蓋を貫通して昇降可能に挿入した主電極と、主電極に隣り合って炉蓋を貫通して昇降可能に挿入したレベル検出用電極とを有し、主電極と炉底電極との間で通電して電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉において、炉内に貯留した溶融スラグ層のレベルを検出する灰溶融炉のレベル検出方法であって、レベル検出用電極と主電極との間で通電すべく、定電流回路を有する電源を接続し、電流と電圧とを計測しつつ、起動電極を昇降させ、昇降の過程で、電圧の電流に対する比が不連続に変化する起動電極の位置を検出することにより、溶融スラグ層のレベルを検出するものである。
【００１６】
さらに本願第３発明の灰溶融炉のレベル検出装置は炉底に設けた炉底電極と、炉蓋を貫通して昇降可能に挿入した主電極と、主電極に隣り合って炉蓋を貫通して昇降可能に挿入したレベル検出用電極とを有し、主電極と炉底電極との間で通電して電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉において、炉内に貯留した溶融スラグ層およびその下方に貯留した溶融メタル層のレベルを検出する灰溶融炉のレベル検出装置であって、主電極とレベル検出用電極とに定電流回路を有する電源を接続する回路と、該回路内に設けられた電流計および電圧計と、電流計および電圧計の出力から電圧の電流に対する比を計算するＶ／Ｉ演算器と、レベル検出用電極の位置を検出する位置検出器とを有するものである。
【００１７】
次に本発明の作用を説明する。レベル検出用電極と炉底電極との間で通電できるように定電流回路を有する電源を接続し、レベル検出用電極を最も高い位置（待機位置）から徐々に降下させる。レベル検出用電極の下端が溶融スラグ層の上面に到達する前には回路は開いた状態なので当然電流Ｉは０であり、電圧Ｖは一定値なのでＶ／Ｉは無限大（∞）である。レベル検出用電極の下端が、溶融スラグ層の上面に到達すると回路が閉じ、レベル検出用電極と炉底電極との間に電流Ｉが流れ始め、Ｖ／Ｉは有限の値となり、従って、起動電極のこの位置でＶ／Ｉは不連続に変化する。さらにレベル検出用電極を降下させると、レベル検出用電極下端と炉底電極との距離が狭まり、電気抵抗が減少するので、定電流回路が有るため電圧Ｖが低下し、従ってＶ／Ｉも低下する。
【００１８】
レベル検出用電極が溶融メタル層上面（溶融スラグ層と溶融メタル層との境界面）に到達すると電気抵抗が極端に減少する。即ち、溶融スラグ層の抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）はρ＝０．１〜０．５であるのに対し、溶融メタル層の抵抗率ρ＝１０^-6〜１０^-8である。定電流回路があるので、電圧は略０になり、Ｖ／Ｉも０になる。従ってレベル検出用電極のこの位置でもＶ／Ｉは不連続に変化する。
【００１９】
レベル検出用電極は通常の操業時には最も高い位置で待機しており、消耗しないので、レベル検出用電極昇降装置の起動電極把持部と下端との距離が予めわかっている。従って、レベル検出用電極昇降装置に起動電極の位置検出器を設けておけば、上述のＶ／Ｉの不連続点の位置から溶融スラグ層および溶融メタル層のレベルを検出することができる。
【００２０】
また、主電極とレベル検出用電極との間で通電できるように定電流回路を有する電源を接続しておけば、同様に溶融スラグ層のレベルを検出することができる。但し、この場合は、溶融メタル層のレベルの検出はできない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の灰溶融炉のレベル検出装置の一部断面側面図である。図において１は灰溶融炉である。１ａは炉底電極であり、導電性の耐火れんがにより形成されている。１ｂは炉蓋である。１ｃは主電極で、炉蓋１ｂを貫通して昇降可能に挿入されて、下端は溶融スラグ層１ｅ内に没入している。主電極１ｃの材質は黒鉛である。
【００２２】
１ｄは起動電極であり、主電極１ｃに隣り合って設けられており、炉蓋１ｂを貫通して昇降可能に挿入されている。レベル検出用電極１ｄは図に示すように炉蓋１ｂに設けられた排気口１ｈを貫通するように設けるのが好ましい。レベル検出用電極１ｄは通常操業時には図に実線で示すように下端は排気の邪魔にならない高い位置に待機している。１ｅは溶融スラグ層、１ｆは溶融メタル層、１ｋは未溶融の灰が浮いた状態の灰カバー層、１ｉは溶融スラグの排出口、１ｊは溶融メタルの排出口である。これらの排出口１ｉ，１ｊは運転中は耐火マッドにより閉塞されている。
【００２３】
２は定電流回路を内蔵する電源であり、配線９により主電極１ｃ、レベル検出用電極１ｄ、炉底電極１ａにそれぞれ接続されている。電源２は直流電源であり、主電極１ｃが陽極、炉底電極１ａが陰極になるように接続する。なお、電源は直流に限らず交流でもよい。
【００２４】
３は主電極昇降装置である。ガイドパイプ３ａに外嵌された電極把持部３ｂが、ウインチ３ｃによりロープ３ｄを介して昇降するようになっている。３ｅはガイドパイプ３ａの上端に設けたプーリである。４はレベル検出用電極昇降装置であり、構造は主電極昇降装置３とほぼ同じである。
【００２５】
５は電流計であり、主電極用５ａとレベル検出用電極用５ｂとからなる。６は電圧計である。７はレベル検出用電極の位置検出装置であり、ウインチ４ｃの回転数を検出するロータリエンコーダを使用する。８はスイッチ、９は電線である。
【００２６】
１０は電流計５ｂおよび電圧計６の出力をそれぞれ入力し、電圧Ｖの電流Ｉに対する比（Ｖ／Ｉ）を演算するＶ／Ｉ演算器である。１１はレベル検出用電極１ｄの位置信号７ａとＶ／Ｉ演算器１０の出力信号１０ａとを入力し、横軸にレベル検出用電極１ｄの位置、縦軸にＶ／Ｉの値をそれぞれ取り、その間の関係を表示器に表示するべく信号１１ａを発信するレベル検出器である。
【００２７】
次に溶融スラグ層１ｅおよび溶融メタル層１ｆのレベルの検出方法について説明する。レベル検出用電極１ｄと炉底電極１ａとの間で通電することができるように電気回路を設定する。即ち、スイッチ８ａおよびスイッチ８ｃは開とし、スイッチ８ｄおよびスイッチ８ｂは閉とする。レベル検出用電極１ｄが図の実線の位置、即ち、最上位にある状態では電流計５ｂには電流は流れていない。レベル検出用電極１ｄを下降させ、下端が溶融スラグ層１ｅの上面のレベルまで達すると、電流計５ｂに電流が流れ始める。即ちＶ／Ｉは無限大から有限の値に不連続に変化する。
【００２８】
さらにレベル検出用電極１ｄを下降させ、下端が溶融メタル層１ｆに到達すると電気抵抗が極端に低下するので、電源２の定電流回路の働きにより、電圧は０になり従ってＶ／Ｉも０になる。即ちＶ／Ｉは不連続に変化する。以上の説明をグラフ化したのが図３であり、縦軸にＶ／Ｉ、横軸にレベル検出用電極の位置Ｘを取って示している。横軸Ｘはレベル検出用電極の最も高い位置をＸ₀ とし、溶融スラグ層上面Ｌ₁ の位置をＸ₁ 、溶融メタル層上面Ｌ₂ の位置をＸ₂ として示している。
【００２９】
次に主電極１ｃとレベル検出用電極１ｄとの間で通電するように回路を設定して、溶融スラグ層１ｅの上面Ｌ₁ の位置Ｘ₁ を検出する方法について説明する。スイッチ８ａおよびスイッチ８ｃを閉じ、スイッチ８ｂおよびスイッチ８ｄは開とする。この状態でレベル検出用電極１ｄを位置Ｘ₀ から下降させる。下端が位置Ｘ₁ に到達すると主電極１ｃとレベル検出用電極１ｄとの間に電流が流れ始める。これを図３（Ｂ）に示す。
【００３０】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。先に、本願出願人が行った特許出願（特願平８−１４２６３０号（未公開））に示されている起動電極をレベル検出用電極として使用出来ることは勿論のことである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようにレベル検出用電極を昇降する際下端の位置が溶融スラグ層上面の位置および溶融メタル層上面の位置に到達したとき、Ｖ／Ｉの値が不連続に変化することに着目し、それにより溶融スラグ層上面の位置および溶融メタル層上面の位置を正確に検出することができる。従って溶融スラグや溶融メタルの出滓のタイミングを適正に決定できるし、溶融スラグを連続出滓している場合であっても、適正なスラグレベルで操業が行われているか否かを正確に知ることができる、などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の灰溶融炉のレベル検出装置の一部断面側面図である。
【図２】従来の灰溶融炉の断面図である。
【図３】Ｖ／Ｉとレベルとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 灰溶融炉
１ａ 炉底電極
１ｂ 炉蓋
１ｃ 主電極
１ｄ レベル検出用電極
１ｅ 溶融スラグ層
１ｆ 溶融メタル層
２ 電源
５ 電流計
６ 電圧計
７ レベル検出用電極の位置検出器
１０ Ｖ／Ｉ演算器
１１ レベル検出器

Claims (3)

1. 炉底に設けた炉底電極と、炉蓋を貫通して昇降可能に挿入した主電極と、主電極に隣り合って炉蓋を貫通して昇降可能に挿入したレベル検出用電極とを有し、主電極と炉底電極との間で通電して電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉において、炉内に貯留した溶融スラグ層およびその下方に貯留した溶融メタル層のレベルを検出する灰溶融炉のレベル検出方法であって、レベル検出用電極と炉底電極との間で通電すべく、定電流回路を有する電源を接続し、電流と電圧とを計測しつつ、レベル検出用電極を昇降させ、昇降の過程で、電圧の電流に対する比が不連続に変化するレベル検出用電極の位置を検出することにより、溶融スラグ層および溶融メタル層のレベルを検出することを特徴とする灰溶融炉のレベル検出方法。
2. 炉底に設けた炉底電極と、炉蓋を貫通して昇降可能に挿入した主電極と、主電極に隣り合って炉蓋を貫通して昇降可能に挿入したレベル検出用電極とを有し、主電極と炉底電極との間で通電して電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉において、炉内に貯留した溶融スラグ層のレベルを検出する灰溶融炉のレベル検出方法であって、レベル検出用電極と主電極との間で通電すべく、定電流回路を有する電源を接続し、電流と電圧とを計測しつつ、レベル検出用電極を昇降させ、昇降の過程で、電圧の電流に対する比が不連続に変化するレベル検出用電極の位置を検出することにより、溶融スラグ層のレベルを検出することを特徴とする灰溶融炉のレベル検出方法。
3. 炉底に設けた炉底電極と、炉蓋を貫通して昇降可能に挿入した主電極と、主電極に隣り合って炉蓋を貫通して昇降可能に挿入したレベル検出用電極とを有し、主電極と炉底電極との間で通電して電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉において、炉内に貯留した溶融スラグ層およびその下方に貯留した溶融メタル層のレベルを検出する灰溶融炉のレベル検出装置であって、主電極とレベル検出用電極とに定電流回路を有する電源を接続する回路と、該回路内に設けられた電流計および電圧計と、電流計および電圧計の出力から電圧の電流に対する比を計算するＶ／Ｉ演算器と、レベル検出用電極の位置を検出する位置検出器とを有することを特徴とする灰溶融炉のレベル検出装置。

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