JP5060182B2 - プラズマ溶融炉の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばごみ焼却炉から排出される焼却灰や飛灰等の被溶融物を溶融処理する際に用いられるプラズマ溶融炉の制御方法の改良に関する。

プラズマ溶融炉に於ては、溶融時に発生する飛灰やヒューム等に依り可視光カメラでは炉内を監視することができなかった。
このため、長波長（８〜１２μｍ）の赤外線カメラを利用して、流出口や側壁に設置された覗き窓から炉内を監視し、赤外線カメラの画像からプラズマアークを解析することにより主電極の先端を求め、主電極を上下動させて直接アーク長さを一定にする制御を行うものが知られている（特許文献１〜８参照）。

然しながら、このようなものは、主電極が溶湯に浸かっている場合やダスト濃度が高くて炉内を監視できない場合には、アーク長さが０ｍｍと判断されるので、主電極が設定高さになるように上げ続けられて、炉内ガス温度が上がる過ぎることによる電力原単位の増加や、炉天井部及びガス層部の耐火物の損傷や、サイドアークが発生する恐れがあると共に、更に主電極が上げられると、電極シール部から主電極が抜ける恐れがあった。
加えて、主電極は、時間と共に消耗するので、適切な電極高さ上限を設定することができない。そのために、赤外線カメラや画像処理装置が故障した場合には、主電極が上がり過ぎて前述と同様の問題が発生する恐れがあった。

他方、プラズマ溶融炉に於ては、電圧を一定にする制御を行うものも知られている（特許文献９参照）。
当該制御では、プラズマ溶融炉への投入電力又は灰供給量は、予め設定された投入電力（又は灰供給量）に応じた灰供給量（又は投入電力）が演算される。投入電力は、（投入電力）＝（投入電圧）×（投入電流）であり、投入電圧は、投入電力に応じて予め設定された投入電圧が演算され、プラズマ溶融炉の主電極位置の制御値となる。投入電流は、（投入電流）＝（投入電力）÷（投入電圧）により演算され、直流電源装置で制御される。投入電圧は、過去の運転実績や安定した運転状態で決定されるものであり、灰供給量は、灰の嵩比重等からの計算値や冷間での実測値から灰供給装置の回転数が決定される。

ところが、このようなものは、投入電圧が、（投入電圧）＝（投入電流）×（電気抵抗値）で計算されるため、主電極位置を上下することによって投入電圧すなわち電気抵抗値を調整している。電圧は、運転実績や安定した運転状態で決定された値であるが、溶融炉の運転状態（処理する灰の性状変化や灰供給量の設定値と実際の相違による過不足など）によって適正な投入電圧が異なる。灰の性状変化や灰供給量の設定値と実際の相違などは短時間では判断できないため、適正な投入電圧で運転することが困難であった。すなわち、溶融した灰（溶湯）の性状による電気抵抗値や灰供給量の過不足によって、主電極下の溶湯部の電気抵抗値が変化するため、主電極先端位置が過度に高くなったり、逆に溶湯に深く沈んだりする場合があった。

特開平１１−２８７４２６号公報 特開２００２−８１９９２号公報 特許第３６１１２９９号公報 特開２００２−８１６３４号公報 特許第３６５９９０３号公報 特開２００３−２８４１１号公報 特開２００３−３４３８２４号公報 特開２００４−１５６８６５号公報 特開２００４−２５１５２０号公報

要するに、従来のアーク長さ一定制御や投入電圧一定制御には、夫々一長一短があり、プラズマ溶融炉の安定した操業制御を実現することが難しかった。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、投入電圧一定制御を基本にする共に、赤外線カメラによる制御が可能かどうかを判断する基準を設定し、赤外線カメラによる制御が可能な時には、電極間距離（電極下端から溶湯面の距離）の偏差による投入電圧補正を追加することで安定した操業制御を実現するようにしたプラズマ溶融炉の制御方法を提供するにある。

本発明のプラズマ溶融炉の制御方法は、炉内に設けられた主電極と炉底電極との間に印加される電圧によって発生するプラズマアークにより被溶融物を溶融すると共に、主電極を昇降させることにより投入電圧を一定にする投入電圧一定制御を行うプラズマ溶融炉において、炉外に設けられた赤外線カメラにより炉内を観察できる時には、溶湯面から主電極の先端までの距離を一定としてこの距離に応じた投入電圧補正をする電極間距離一定制御を行い、また、赤外線カメラにより炉内を観察できない時には、投入電圧一定制御を行い、更に、前記電極間距離一定制御は、赤外線カメラにより主電極と溶湯面を撮影し、その画像上において主電極の下端及び側端と溶湯面を判定すると共に、溶湯面から主電極の先端までの電極間距離と、主電極の側端間の電極幅を測定し、当該測定した電極幅と実際の電極幅との比から実際の電極間距離を算出し、電極側端の判定の可否により電極間距離に応じた投入電圧補正の入・切を行い、前記のように算出した電極間距離の測定値と予め設定している設定値との偏差により投入電圧補正を行うようにしたことに特徴が存する。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） 赤外線カメラにより炉内を観察できない時には、電極間距離一定制御を切るようにしたので、主電極（投入電圧）を上げ過ぎることによる電力原単位の増加、耐火物の損傷、サイドアークの発生及び主電極の抜けを防止することができる。
（２） 電極高さ制御ではなく、投入電圧補正の追加による制御なので、投入電圧の上限を設定することで、主電極（投入電圧）の異常上昇を防止できる。
（３） 電極高さ制御ではなく、投入電圧補正の追加による制御なので、当該制御を切れば、制御開始設定値を変更する必要がない。
（４） 実際の電極間距離を算出するので、カメラ位置等を変更しても、電極間距離設定値を変更する必要がない。また、実際の電極間距離をパラメータにすることで、電極間距離と運転状態の関係を他プランと比較できる。
（５） 予め溶湯面の高さを設定することで、未溶融の灰が流出口付近まで漂って溶湯面の判別が困難な時でも、主電極の先端を判別できれば電極間距離を測定できる。
（６） 投入電圧補正の追加による制御なので、従来の投入電圧一定制御からの変更が少なく、既設改造作業が容易である。また、運転員が制御方法の変更に対応し易い。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施に使用するプラズマ溶融炉を示す概要図。図２は、赤外線カメラの撮影画像を示す図。図３は、制御装置のブロック図。図４は、投入電圧補正演算の考え方を示す図である。

プラズマ溶融炉１は、都市ごみや産業廃棄物等のごみ焼却炉から排出された焼却灰や飛灰等の被溶融物Ａを溶融処理するものであり、耐火物等により形成された炉本体２と、炉本体２の天井部を昇降可能に貫設された主電極３と、炉本体２の底部に配設された導電性耐火物製の炉底電極４と、陰極が主電極３に接続されると共に陽極が集電板５を介して炉底電極４に接続される直流電源装置６と、主電極３を昇降自在に支持する電極昇降装置７と、被溶融物Ａを供給するための被溶融物供給装置８と、溶融スラグと溶融メタルから成る溶湯Ｂが溢流して流出される流出口９と、主電極３の先端位置３´と溶湯面Ｂ´を検出するための赤外線カメラ１０と、赤外線カメラ１０からの画像を処理する画像処理装置１１と、画像処理装置１１からの信号に基づいて直流電源装置６や電極昇降装置７を制御するための制御装置１２とを備えている。

赤外線カメラ１０は、流出口９側の炉本体２に設けられた覗き窓１３の外側に設置されている。

画像処理装置１１は、カメラ画面１４上に電極幅測定ウインドウ１５と電極先端位置測定ウインドウ１６と溶湯面Ｂ´の位置とが設定されている。

制御装置１２は、投入電力に応じて予め設定された投入電圧が演算される電力−電圧演算部１７と、投入電圧補正値を手入力するための手入力部１８と、投入電圧一定制御するための制御部１９と、電極間距離（主電極３の下端３´から溶湯面Ｂ´の距離）の測定値ＰＶと予め設定している設定値ＳＶとの偏差ＰＶ−ＳＶにより投入電圧補正値を演算するための投入電圧補正値演算部２０と、電力−電圧演算部１７及び手入力部１８に対して投入電圧補正値演算部２０を接続又は切断するための切換スイッチ２１とを備えている。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
（１） 赤外線カメラ１０で撮影されて画像処理装置１１により画像処理されたカメラ画面１４に於て、電極幅測定ウインドウ１５内の輝度差で主電極３の側端を決定する事でエッジ処理をし、電極幅を測定する。また、エッジ処理可能の時のみに電極間距離に応じた投入電圧補正を実施する。
（２） 視界が良好な時に溶湯面Ｂ´を設定し、一定高さとする。電極先端位置測定ウインドウ１６内の輝度差でエッジ処理をし、主電極３の先端３´を決定する事で、電極間距離を測定する。
（３） 測定した電極間距離と電極幅および実際の電極幅から実際の電極間距離を算出する。
（４） 電極間距離一定制御を行う際は、電極間距離の測定値ＰＶと設定値ＳＶの偏差ＰＶ−ＳＶから投入電圧補正値を演算して求める。
（５） 主電極３の側端を確認できない時等、電極間距離一定制御が困難と判断すれば、切換スイッチ２１により投入電圧補正を「切」にして、通常の投入電圧一定制御を実施する。

本発明の実施に使用するプラズマ溶融炉を示す概要図。 赤外線カメラの撮影画像を示す図。 制御装置のブロック図。 投入電圧補正演算の考え方を示す図。

符号の説明

１…プラズマ溶融炉、２…炉本体、３…主電極、３´…主電極の先端位置、４…炉底電極、５…集電板、６…直流電源装置、７…電極昇降装置、８…被溶融物供給装置、９…流出口、１０…赤外線カメラ、１１…画像処理装置、１２…制御装置、１３…覗き窓、１４…カメラ画像、１５…電極幅測定ウインドウ、１６…電極先端位置測定ウインドウ、１７…電力−電圧演算部、１８…手入力部、１９…投入電圧一定制御部、２０…投入電圧補正値演算部、２１…切換スイッチ、Ａ…被溶融物、Ｂ…溶湯、Ｂ´…溶湯面。

Claims (1)

1. 炉内に設けられた主電極と炉底電極との間に印加される電圧によって発生するプラズマアークにより被溶融物を溶融すると共に、主電極を昇降させることにより投入電圧を一定にする投入電圧一定制御を行うプラズマ溶融炉において、炉外に設けられた赤外線カメラにより炉内を観察できる時には、溶湯面から主電極の先端までの距離を一定としてこの距離に応じた投入電圧補正をする電極間距離一定制御を行い、また、赤外線カメラにより炉内を観察できない時には、投入電圧一定制御を行い、更に、前記電極間距離一定制御は、赤外線カメラにより主電極と溶湯面を撮影し、その画像上において主電極の下端及び側端と溶湯面を判定すると共に、溶湯面から主電極の先端までの電極間距離と、主電極の側端間の電極幅を測定し、当該測定した電極幅と実際の電極幅との比から実際の電極間距離を算出し、電極側端の判定の可否により電極間距離に応じた投入電圧補正の入・切を行い、前記のように算出した電極間距離の測定値と予め設定している設定値との偏差により投入電圧補正を行うようにしたことを特徴とするプラズマ溶融炉の制御方法。