JPH085247A - プラズマ式溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再起動が容易でかつ電極部の構造が簡単であ
る経済的な焼却灰等の溶融用のプラズマ式溶融炉を提供
することにある。 【構成】 廃棄物の灰分または焼却灰、あるいはこれら
組成調整したものよりなる被溶融物Ａを加熱溶融するプ
ラズマ式溶融炉であって、この被溶融物Ａを収容する溶
融炉本体２１と、この溶融炉本体２１内に収容された被
溶融物Ａの上方に位置するように溶融炉本体２１内に設
けられてプラズマガス２６を噴出する一対の電極２４，
２５とを備え、一方の電極２４が陽極とされ、かつ他方
の電極２５は陰極とされていて、ＤＣ電源装置３０によ
る直流電流によってプラズマアークＰを形成して被溶融
物Ａを加熱溶融する。また、これらの電極２４，２５
は、被溶融物Ａの加熱初期と定常加熱時とで、その位置
が移動可能とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、廃棄物の焼却灰等を、
減容化、無公害化、再資源化等のために溶融して処理す
るためのプラズマ式溶融炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このように、焼却灰等を減容化、無公害
化、再資源化等のために溶融処理する炉としては、旋回
溶融炉、コークスベッド（竪型シャフト炉）、表面溶融
炉等の加熱源として燃料を燃焼させる方式と、アーク
炉、プラズマ炉、マイクロ波炉等の加熱源として電気を
使用する方式とがある。しかし、燃料を燃焼させる方式
では、焼却灰等の被溶融物の溶融温度が１２００℃〜１
６００℃であるのに対し、通常燃焼温度が２０００℃程
度であって、被溶融物の溶融温度との温度差が少なく、
このため熱効率が悪くなって経済的ではない。また、こ
のような燃料燃焼方式でも、酸素富化のガスで燃焼すれ
ば燃焼温度は上昇するが、経済性は一層損なわれること
となる。これに対して電気を使用する方式は、高温度が
得られ、排ガス量も少ないので熱効率がよく、経済的で
あるという特長を有している。

【０００３】この種の電気を使用する方式の炉のうち、
プラズマ溶融炉においては、主として溶鋼の連続鋳造機
の加熱用のものとして、炉内の溶鋼の上下にそれぞれ陽
極と陰極とを設置してあるＤＣ（直流式）プラズマ溶融
炉と、炉内の溶鋼の上方に２本以上の電極を設置してあ
るＡＣ（交流式）プラズマ溶融炉とが従来知られてい
る。そして、このうち前者のプラズマ式溶融炉を焼却灰
の溶融に適用したものとしては、例えば図５に示すよう
なものが知られている。これは、特開平５−２５３５５
７号公報に記載されたものであって、溶融炉本体１内に
収納された焼却灰等の被溶融物Ａの上下に位置するよう
にそれぞれ陰極２と陽極３とを設置し、陰極２からプラ
ズマガス４を噴出することにより、プラズマアークによ
って被溶融物Ａを加熱溶融するものである。なお、図中
に符号５，６，７で示すのは、それぞれ被溶融物供給設
備、流量調整装置、排ガス処理設備である。また溶融し
た被溶融物Ａはスラグとして排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
被溶融物Ａとして焼却灰等を溶融する場合、焼却灰自体
は固体の時は導電性がなく、溶融状態になって初めて食
塩の飽和水溶液程度の導電性が生じるため、焼却灰の被
溶融物Ａが冷却されて固体化してしまうと導電性が失わ
れてしまう。従って、被溶融物Ａが冷却されて固体化し
た状態から溶融炉を再起動して被溶融物Ａを再び加熱溶
融しようとしても、そのままではプラズマアークが形成
されず、このため前処理が必要となってしまって操作が
煩雑となることが避けられない。また、焼却灰等の被溶
融物Ａは溶融すると激しい侵食性を示すため、溶融炉本
体１の底部に設置される陽極３が加熱溶融の進行にとも
なって侵食されてしまい、経済性が損なわれるという問
題も生じる。

【０００５】一方、炉内の上方に電極が設置してあるＡ
Ｃプラズマ溶融炉を焼却灰等の溶融に適用した場合に
は、このような再起動時の前処理や電極の侵食といった
問題は避けることができる。しかしながら、このような
溶融炉では電源が交流となるため、図６に示すようにプ
ラズマガス４を噴出する電極のノズル８の先端に、陰極
２を構成する内部電極９と陽極３を構成する内部電極９
とがそれぞれ必要とされ、これにより電極の構造が複雑
化することが避けられず、やはり経済性を損なう結果と
なる。なお、図中に符号１０，１１で示すのは、それぞ
れスターター電極およびノズル８に供給される冷却水の
流路である。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、再起動が容易でかつ電極
部の構造が簡単である経済的な焼却灰等の溶融用のプラ
ズマ式溶融炉を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決してかか
る目的を達成するために、本発明は、被溶融物を収容す
る溶融炉本体と、この溶融炉本体内に収容された上記被
溶融物の上方に位置するように該溶融炉本体内に設けら
れてプラズマガスを噴出する少なくとも一対の電極とを
備え、これらの電極の少なくとも一つを陽極とし、かつ
残りの少なくとも一つを陰極として、プラズマアーク方
式により上記被溶融物を加熱溶融することを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】このような構成のプラズマ式溶融炉によれば、
プラズマガスを噴出する電極が溶融炉本体内の被溶融物
の上方に設置されるため、再起動時などに焼却灰等の被
溶融物が固体の状態であっても、前処理を行なうことな
く電極間にプラズマアークを形成することができるとと
もに、溶融した被溶融物による侵食を避けることができ
る。また、電極の一方が陽極とされるとともに他方が陰
極とされており、すなわち直流電源により被溶融物を加
熱溶融するから、各電極は、陽極か、あるいは陰極かの
一方の電極とすればよく、このため電極の構造の簡略化
を図ることができる。

【０００９】なお、これらの電極は、再起動時等の被溶
融物の加熱初期と被溶融物がある程度溶融した後の定常
加熱時とで、その位置が移動可能とされるのが望まし
い。このような構成を採ることにより、焼却灰等よりな
る被溶融物が固体の状態であって導電性がない再起動時
などには、両電極を接近させて陽極と陰極との中空でプ
ラズマアークを形成し、その輻射熱よって導電性がない
状態の被溶融物でも加熱溶融させることができる。ま
た、こうして被溶融物がある程度溶融されて導電性が生
じた後は、両電極を離間させ、導電性になった被溶融物
を介してプラズマアークを形成することにより、その輻
射熱とジュール熱とによって効率的に被溶融物を加熱溶
融することができる。

【００１０】

【実施例】図１ないし図４は、本発明の一実施例を示す
ものである。これらの図において符号２１で示すのは、
当該プラズマ式溶融炉の溶融炉本体であり、その内壁は
耐火材２２によって被覆されている。この溶融炉本体２
１の上蓋部２３には、炉内下方に向けて突出するように
一対の電極２４，２５が設けられている。これらの電極
２４，２５の先端には、図２に示すようにプラズマガス
２６を噴出するノズル２７が設けられるとともに、この
ノズル２７の中央には内部電極２８が設けられている。
また、このノズル２７には冷却水を供給する流路２９が
設けられている。

【００１１】そして、これらの電極２４，２５の各内部
電極２８には、それぞれＤＣ電源装置３０が接続されて
おり、一方の電極２４が陽電極とされるとともに、残り
の他方の電極２５が陰電極とされている。また、両電極
２４，２５には図示しないプラズマガス供給装置および
冷却水供給装置が接続されており、上記ノズル２７およ
び流路２９に、それぞれプラズマガスおよび冷却水が適
宜の供給量、供給圧で供給可能とされている。

【００１２】さらに、上記電極２４，２５には図示しな
い駆動装置が付設されており、この駆動装置によって両
電極２４，２５は、溶融炉本体２１に収納された被溶融
物Ａの加熱の初期と定常状態における加熱時とで、その
位置が移動可能なようになされている。すなわち、加熱
の初期において両電極２４，２５はその先端が図３に示
すように互いに接近して配置される一方、定常加熱時に
おいては図４に示すように両電極２４，２５の先端が互
いに離間して配置されるように、移動可能になされてい
るのである。

【００１３】なお、上記溶融炉本体２１の上蓋部２３の
中央には被溶融物供給孔３１が設けられており、この供
給孔３１には被溶融物供給設備３２が連結されている。
また、この上蓋部２３にはガス排出孔３３が設けられて
いて、このガス排出孔３３は排ガス処理設備３４に連結
されている。さらに、溶融炉本体２１の側壁部には溶融
物排出孔３５が開口されており、溶融された被溶融物Ａ
はこの排出孔３５から溶融炉本体２１の外に排出され
る。なお上記電極２４，２５は、上記駆動装置によって
その先端が加熱初期および定常加熱時を通してこの溶融
物排出孔３５の下縁部よりも上方に位置するように配さ
れており、すなわち溶融炉本体２１に収納された被溶融
物Ａよりも上方に位置するようになされている。

【００１４】このような構成のプラズマ式溶融炉におい
ては、廃棄物の灰分または焼却灰、あるいはこれら灰分
または焼却灰を組成調整したものよりなる被溶融物Ａ
は、被溶融物供給設備３２から供給孔３１を介して溶融
炉本体２１内に供給され、電極２４，２５からプラズマ
ガス２６を噴出するとともに、ＤＣ電源装置３０により
電極２４を陽極とし、電極２５を陰極として直流電流を
通電してプラズマアークＰを形成するすることにより、
その輻射熱およびジュール熱によって加熱されて溶融さ
れ、排出孔３５から排出される。ここで、再起動時など
当該溶融炉を停止して炉内の被溶融物Ａが凝固して固体
となっている状態では、上述したように被溶融物Ａに導
電性がないので、このような状態から溶融炉を再起動す
る場合などには、上記駆動装置によって図３に示すよう
に電極２４，２５の先端を接近させた状態でプラズマガ
ス２６を噴出するとともにＤＣ電源装置３０により直流
電流を通電し、被溶融物Ａの表面直上に両電極２４，２
５間の中空放電によってプラズマアークＰを形成して、
専らその輻射熱により被溶融物Ａを加熱する。

【００１５】そして、これにより被溶融物Ａがある程度
まで加熱溶融されて被溶融物Ａに導電性が生じた後は、
上記駆動装置によって図４に示すように両電極２４，２
５が離間せしめられて、電極２４，２５から噴出される
プラズマガス２６と被溶融物Ａとを通してプラズマアー
クＰが形成され、このプラズマアークＰの輻射熱と被溶
融物Ａを直流電流が通電する際のジュール熱とによって
被溶融物Ａが加熱溶融される。さらに、こうして溶融さ
れた被溶融物Ａは、溶融物排出孔３５から排出されて処
理され、また加熱溶融の際に発生した排ガスは排ガス排
出孔３３から排出されて排ガス処理設備３４により処理
される。

【００１６】このように、上記構成のプラズマ式溶融炉
によれば、溶融炉本体２１内に収納された被溶融物Ａの
上方に位置する一対の電極２４，２５間にプラズマアー
クＰを形成して被溶融物Ａを加熱溶融するから、再起動
時のように被溶融物Ａが固体の状態であって導電性を備
えない場合であっても、両電極２４，２５間に中空放電
により形成されるプラズマアークＰの輻射熱によって、
前処理を施すことなく被溶融物Ａを加熱溶融することが
できる。また、これによって被溶融物Ａがある程度溶融
されて導電性が生じた後の定常加熱時においては、プラ
ズマアークＰが被溶融物Ａを通って形成されることによ
り、このプラズマアークＰの輻射熱とジュール熱とによ
って被溶融物Ａを効率的に加熱溶融することができる。
さらに、両電極２４，２５が溶融炉本体２１内の被溶融
物Ａよりも上方に位置するように設置されているため、
加熱溶融されて激しい侵食性を示す被溶融物Ａにより電
極２４，２５が侵食されるのを防ぐことができ、電極２
４，２５の寿命の延長を図ることができる。

【００１７】さらにまた、上記構成のプラズマ式溶融炉
では、ＤＣ電源装置３０による直流電流によって電極２
４，２５間にプラズマアークＰを形成し、被溶融物Ａを
加熱溶融するから、一対の電極２４，２５の一方を陽極
とするとともに残りの他方を陰極とすればよく、すなわ
ち両電極２４，２５には陽極または陰極とされる一の内
部電極２８のみを設ければよいから、電極２４，２５の
構造の簡略化を図ることができる。従って、上記構成の
プラズマ式溶融炉によれば、前処理を要することなく再
起動が容易となるとともに定常加熱時においては効率的
な加熱溶融を促すことができ、しかも電極を構造が簡単
でかつ長寿命とすることができ、結果的にきわめて経済
性の高いプラズマ式溶融炉を提供することが可能とな
る。

【００１８】これらに加えて本実施例のプラズマ式溶融
炉では、駆動装置によって上記電極２４，２５の位置が
再起動時と定常加熱時とで移動可能とされており、再起
動時においては両電極２４，２５が接近する一方、定常
加熱時には両電極２４，２５が離間するようになされて
いる。このため、被溶融物Ａに導電性がない再起動時に
おいては、速やかに両電極２４，２５間に中空放電を発
生させてプラズマアークＰの輻射熱により被溶融物Ａの
溶融を促すことができる一方、被溶融物Ａに導電性が備
わった定常加熱時においては、プラズマアークＰを確実
に被溶融物Ａを介して形成するようにして、輻射熱とジ
ュール熱とによる効率的な加熱を安定して行なうことが
可能となる。従って、このように被溶融物Ａの状態に応
じて電極２４，２５の位置を移動させてプラズマアーク
Ｐを形成することにより、本実施例によれば効果的に被
溶融物Ａの加熱溶融を行なうことが可能となり、その経
済性の一層の向上を図ることができる。

【００１９】なお、本実施例では溶融炉本体２１に一対
の電極２４，２５を設けて一方を陽極とし、他方を陰極
としたが、溶融炉の規模や被溶融物Ａの組成、量等によ
っては、複数対の電極を設けてそれらの一方を陽極とす
るととともに、残りの他方を陰極とし、これらの間にＤ
Ｃ電源装置によって直流電流を通電してプラズマアーク
を形成するようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、被溶融
物が導電性を有しない再起動時においても、前処理を行
なうことなく輻射熱によって被溶融物を加熱溶融できる
一方、被溶融物に導電性が生じた定常加熱時においては
被溶融物を介してプラズマアークを形成することによ
り、輻射熱とジュール熱とによって効率的な加熱溶融を
促すことができる。しかも、被溶融物による電極の侵食
を防ぐことができてその寿命の延長をなすことができる
とともに、電極自体の構造の簡略化を図ることができる
から、本発明によれば、きわめて経済性の高いプラズマ
式溶融炉を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプラズマ式溶融炉の断
面図である。

【図２】図１に示す実施例の電極２４，２５の先端部を
示す断面図である。

【図３】図１に示す実施例の再起動時における電極２
４，２５の位置を示す断面図である。

【図４】図１に示す実施例の定常加熱時における電極２
４，２５の位置を示す断面図である。

【図５】従来のＤＣプラズマ溶融炉を示す断面図であ
る。

【図６】ＡＣプラズマ溶融炉の電極の先端部を示す断面
図である。

【符号の説明】

２１ 溶融炉本体 ２４ 電極（陽極） ２５ 電極（陰極） ２６ プラズマガス ２７ ノズル ２８ 内部電極 ３０ ＤＣ電源装置 ３２ 被溶融物供給設備 ３４ 排ガス処理設備 ３５ 溶融物排出孔 Ａ 被溶融物 Ｐ プラズマアーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮野 啓一郎 東京都中央区佃２丁目17番15号 月島機械 株式会社内 (72)発明者 永吉 義一 東京都中央区佃２丁目17番15号 月島機械 株式会社内 (72)発明者 チャールズ ピーター ヒーンレイ イギリス国 エス エヌ ７ ９ エイ ジェイ オックスフォードシャー ファー リンドン レッチレード ロード ５ビー テトロニクス リサーチ アンド デベ ロップメント カンパニー リミテッド内 (72)発明者 ジョン ケネス ウィリアムズ イギリス国 エス エヌ ７ ８ エヌ ジェイ オクソン ファーリンドン スタ ンフォード イン ザ ベイル ４ エス ティーデニス クローズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物の灰分または焼却灰、あるいは上
   記灰分または焼却灰を組成調整したものよりなる被溶融
   物を加熱溶融するプラズマ式溶融炉であって、上記被溶
   融物を収容する溶融炉本体と、この溶融炉本体内に収容
   された上記被溶融物の上方に位置するように該溶融炉本
   体内に設けられてプラズマガスを噴出する少なくとも一
   対の電極とを備え、これらの電極の少なくとも一つは陽
   極とされ、かつ残りの少なくとも一つは陰極とされてい
   て、プラズマアーク方式により上記被溶融物を加熱溶融
   することを特徴とするプラズマ式溶融炉。
2. 【請求項２】 上記被溶融物の加熱初期と定常加熱時と
   で、上記電極の位置が移動可能とされていることを特徴
   とする請求項１記載のプラズマ式溶融炉。