JP3568351B2 - プラズマ式溶融炉の再起動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却炉から排出される焼却灰や建設廃材などの固体廃棄物を無害加、減容化を目的として加熱溶融するプラズマ式溶融炉における再起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のツイントーチ式あるいは３本以上のプラズマトーチを有するプラズマ式溶融炉は、炉本体の底部にベースメタルを収容し、炉本体の天壁部に複数のプラズマトーチをベースメタルに接近自在に垂下し、ベースメタルとプラズマトーチの間にプラズマアークを発生させることにより、ベースメタル上に投入される焼却灰や廃棄物を加熱溶融し、溶融スラグをオーバーフローさせて冷却水槽に投入し、水砕スラグを形成することにより焼却灰や廃棄物の無害加、減容化を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このプラズマ式溶融炉の立ち上げ（起動）は、炉本体の底部にベースメタルとなる鉄片を投入し、この鉄片とプラズマトーチとの間にプラズマアークを発生されて加熱溶融しベースメタルを形成した後、灰や廃棄物を投入している。
【０００４】
しかし、運転停止後のベースメタルおよび溶融スラグは炉本体が冷えることにより凝固し、凝固したベースメタル上に固化スラグ層が形成される。このスラグは溶融状態では導電性を有するが、固化すると導電性が無くなる。そのため、再立ち上げ（再起動）を行う際に、プラズマアークの形成ができず、再起動が困難となるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決して、残留固化したスラグ層があっても容易に再起動可能なプラズマ式溶融炉の再起動方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、炉底部にベースメタルを収容するとともに、炉天部から陰極トーチと陽極トーチからなる複数のプラズマトーチがベースメタルに接近して垂下され、ベースメタルとプラズマトーチとの間でプラズマアークを発生させてベースメタル上に投入された灰や廃棄物を加熱溶融しスラグを生成するプラズマ式溶融炉を停止後に再起動するに際し、ベースメタル上で固化したスラグ層上の陰極トーチと陽極トーチの間に、前記陰極トーチと陽極トーチの電極間距離Ｌ（ｍ）に対して、１０×Ｌ（ｋｇ）以上で３０×Ｌ（ｋｇ）以下の粒状カーボンを投入した後、プラズマトーチに電圧を印加してプラズマアークを形成するものである。
【０００７】
上記構成によれば、固化スラグ層上に投入した粒状カーボンにより導電性のある粒状カーボン層を形成し、プラズマトーチと粒状カーボン層との間にプラズマアークを容易に安定して形成することができ、このプラズマアークにより固化スラグ層およびベースメタルを再溶融してプラズマアアークを安定して継続させることができ、溶融炉の再起動を確実に行うことができる。また粒状カーボンとすることで、安価で運転コストも小さく、炉内への投入や取り扱いも容易で、また運転に及ぼす影響も小さい。さらに粒状カーボンの投入量を、陰極トーチと陽極トーチの電極間の距離Ｌ（ｍ）に対して、１０×Ｌ（ｋｇ）以上で３０×Ｌ（ｋｇ）以下とすることにより、起動時のプラズマアークの途切れや断続状態もなくなり、また投入された粒状カーボンが炉内に残留する量をわずかにすることができる。
【００１２】
【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の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１３】
図１，図２に示すように、架台１上には、支持ピン２ａを中心に傾動シリンダ２ｂにより傾動可能なベースメタル排出用傾動装置２を介して炉本体３が配設されている。この炉本体３の底壁部３ａには、ベースメタル４を収容するメタル収容部５が形成されている。また。炉本体３の傾動シリンダ２ｂ側の前壁部３ｂには、炉本体３のベースメタル４上に焼却灰Ａを投入する灰供給口６が形成され、この灰供給口６の入口に臨んで灰供給ホッパ７と灰プッシャー８とが設けられている。また炉本体３の支持ピン２ａ側の後壁部３ｃには、ベースメタル４上で溶融された溶融スラグＦＳを排出するスラグ排出通路９が形成され、スラグ排出通路９下部に溶融スラグＦＳを水冷して水砕スラグＷＳを生成するスラグ冷却装置１１が配設されている。１２はスラグ排出通路９の入口に設けられた排出堰９ａに対向して配置された予熱バーナである。
【００１４】
炉本体３の上部は水冷ジャケット１３で覆われると共に、天壁部３ｄにたとえば２個のトーチ挿入口１４Ａ，１４Ｂが前後方向に所定距離離れて形成され、灰供給口６側のトーチ挿入口１４Ａにプラズマトーチである陽極トーチ１５Ａが、スラグ排出通路９側のトーチ挿入口１４Ｂにプラズマトーチである陰極トーチ１５Ｂが垂下されている。これら両プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂには安価なカーボン電極が使用され、下端部の消耗に対応して下降させベースメタル４または溶融スラグＦＳとの距離を所定に保持するトーチ昇降装置１６にそれぞれ支持されている。さらに両プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂには直流電源装置１７が接続されるとともに、作動ガス供給装置１８が接続され、両プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂ内を通して炉本体３内に作動ガス（たとえば窒素ガス）を供給するように構成されている。１９は一方の側壁部３ｅに形成された排ガス口で、排ガス処理装置に接続される。
【００１５】
また炉本体３の天壁部３ｄには、再起動時に固化したスラグ層ＣＳ上に粒状カーボンＣを投入する導電体供給装置２１が配設されている。この導電体供給装置２１は、側壁部３ｅ寄りでトーチ挿入口１４Ａ，１４Ｂの間にプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂの下端中央部に向くように傾斜して貫設された導電体供給ノズル２１ａと、この導電体供給ノズル２１ａの上端部に投入バルブ２１ｂを介して配設された導電粒体ホッパー２１ｃとで構成される。
【００１６】
上記構成において、炉の運転を停止した後、再起動する場合、凝固ベースメタル４上に溶融スラグが固化して固化スラグ層ＣＳが形成されており、トーチ昇降装置１６によりプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂをそれぞれ少し上昇させた後、導電体供給装置２１の投入バルブ２１ｂを開けて炉本体１内に粒状カーボンＣを所定量投入し、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂ間の固化スラグ層ＣＳ上に堆積させて粒状カーボン層Ｃを形成する。そして作動ガス供給装置１８からプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを介して炉本体３内に作動ガスを供給するとともに、直流電源装置１７からプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂに起動電圧を印加して粒状カーボン層Ｃとプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂの間にプラズマアークを発生させ、この熱により固化スラグ層ＣＳを加熱溶融させさらにベースメタル４を溶融させる。
【００１７】
上記再起動における粒状カーボンの適正使用量は、上記灰溶融炉を使用して実験した結果、粒状カーボンＣの投入量とカーボン残量の関係（図３に示す）が明瞭となった。このグラフの縦軸には、再起動１０時間後の炉本体３内のカーボンの残留量が示され、横軸には、電極間距離Ｌの１ｍ当りの粒状カーボンの投入量が示されている。ここで投入量が少ない３ｋｇ／ｍのａ点では、プラズマアークが発生せず、点火できなかった。また投入量６ｋｇ／ｍのｂ点では、プラズマアークは発生するが不安定で断続し、途中でプラズマアークが消失した。投入量１０ｋｇ／ｍのｃ点および投入量１７ｋｇ／ｍのｄ点では、プラズマアークが良好に発生して再起動がスムーズに行えた。さらに投入量３３ｋｇ／ｍのｅ点では、プラズマアークが良好に発生して再起動がスムーズに行えたが、再起動１０時間後にカーボンの残留物が固形物の状態で投入量の約１０％程度あるのが確認された。さらにまたｆ点では、再起動がスムーズであるが、１０時間後のカーボン残留量が固形物の状態で投入量の約７５％程度あるのが確認された。
【００１８】
したがって、粒状カーボンＣの投入量は、電極間距離１ｍ当り１０〜３０ｋｇが適正量であり、この範囲ではプラズマアークが良好に発生して再起動がスムーズに行える。しかし、粒状カーボンＣの投入量が１０ｋｇ未満では、プラズマアークが不安定でプラズマアークが消失しやすい。また、粒状カーボンＣの投入量が３０ｋｇ以上になると、粒状カーボンＣがプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂ間ばかりでなく炉全体に広がり、理由はよく分からないが、再起動した時にスラグ層が溶融してもカーボンが溶融せずに溶融スラグ層上部に粒状カーボン層ができ、その上に投入された灰がこのカーボン層に載って溶融しない現象が発生するためである。さらに粒状カーボンＣの投入量が６５ｋｇを越えると、炉本体３内に固形物の状態で残留するカーボン量が著しく増大する。
【００１９】
上記実施の形態によれば、導電性のない固化スラグ層ＣＳ上に所定量の粒状カーボンＣを投入して導電性のある粒状カーボン層Ｃを形成し、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂとこの粒状カーボン層Ｃとの間にプラズマアークを形成するので、プラズマアークを容易に安定して形成することができ、この熱によりその周囲の固化スラグ層ＣＳおよび凝固ベースメタル４を溶融してさらに導電性を改善し、再起動を確実に行うことができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明によれば、固化スラグ層上に投入した粒状カーボンにより導電性のある粒状カーボン層を形成し、プラズマトーチと粒状カーボン層との間にプラズマアークを容易に安定して形成することができ、このプラズマアークにより固化スラグ層およびベースメタルを再溶融してプラズマアアークを安定して継続させることができ、溶融炉の再起動を確実に行うことができる。また粒状カーボンとすることで、安価で運転コストも小さく、炉内への投入や取り扱いも容易で、また運転に及ぼす影響も小さい。さらに粒状カーボンの投入量を、陰極トーチと陽極トーチの電極間の距離Ｌ（ｍ）に対して、１０×Ｌ（ｋｇ）以上で３０×Ｌ（ｋｇ）以下とすることにより、起動時のプラズマアークの途切れや断続状態もなくなり、また投入された粒状カーボンが炉内に残留する量をわずかにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る灰溶融炉の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すＩ−Ｉ断面図である。
【図３】粒状カーボン投入量と１０時間後のカーボン残留量を示すグラフである。
【符号の説明】
３ 炉本体
３ｄ 天壁部
４ ベースメタル
６ 灰供給口
９ スラグ排出通路
１４Ａ，１４Ｂ トーチ挿入口
１５Ａ プラズマトーチ（陽極トーチ）
１５Ｂ プラズマトーチ（陰極トーチ）
１６ トーチ昇降装置
２１ 導電体供給装置
２１ａ 導電体供給ノズル
２１ｂ 投入バルブ
２１ｃ 導電粒体ホッパ
Ａ 灰
ＦＳ 溶融スラグ
ＣＳ 固化スラグ層
Ｃ 粒状カーボン（粒状カーボン層）

Claims (1)

1. 炉底部にベースメタルを収容するとともに、炉天部から陰極トーチと陽極トーチからなる複数のプラズマトーチがベースメタルに接近して垂下され、ベースメタルとプラズマトーチとの間でプラズマアークを発生させてベースメタル上に投入された灰や廃棄物を加熱溶融しスラグを生成するプラズマ式溶融炉を停止後に再起動するに際し、
   ベースメタル上で固化したスラグ層上の陰極トーチと陽極トーチの間に、前記陰極トーチと陽極トーチの電極間距離Ｌ（ｍ）に対して、１０×Ｌ（ｋｇ）以上で３０×Ｌ（ｋｇ）以下の粒状カーボンを投入した後、プラズマトーチに電圧を印加してプラズマアークを形成することを特徴とするプラズマ式溶融炉の再起動方法。

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