JP4188214B2 - 排ガスダクトの監視装置及び監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融炉に付設された排ガスダクトの内部を監視する装置及び方法に関し、特に、排ガス中に含まれる塩化物等が冷却され、ダクト内部に付着した付着物の状況を監視する排ガスダクトの監視装置及び監視方法に関する。

従来、一般廃棄物や産業廃棄物、またはこれらを焼却処理した際に発生する焼却灰は、溶融炉により溶融固化して処理されている。溶融炉には、例えば重油等を燃料とするバーナ式溶融炉や、電気を熱源とした電気抵抗式溶融炉やプラズマ式溶融炉等のように様々な種類が存在する。
図８は溶融炉の一例であるプラズマアーク式溶融炉を用いた焼却灰の処理システムを示し、焼却灰サイロ４０からプラズマアーク式溶融炉３０に投入された焼却灰は、該溶融炉３０にて溶融、スラグ化される。

かかるプラズマアーク式溶融炉３０は、炉本体３３の天井壁を貫通して配設された主電極３４と、該主電極３４と対向して炉底に配設された炉底電極３５とを有し、これらの電極間に直流電圧を印加してプラズマアークを発生させ、焼却灰を加熱溶融する。溶融した焼却灰は、無機物が溶融した溶融スラグ３７と、重金属類を含み比重が大である溶融メタル３６とに分離して炉底部に層状に溜まる。上層の溶融スラグ３７は出滓口３１の出滓樋３２から、その直下に設けられた不図示の冷却水槽内に落下して、水冷された後に空冷コンベヤ４１により空冷されスラグ４２として回収される。

一方、溶融炉３０内で発生した排ガスは排ガスダクト１０よりバグフィルタ４３に送給され、該バグフィルタ４３で除塵された後に湿式洗煙塔４４にて浄化され、外部に排出される。
このとき、出滓樋３２や排ガスダクト１０の出滓口付近には、溶融スラグ３７が堆積固化した付着物１５が形成される。これは、出滓時の溶融状態が悪化した場合に、出滓樋３２付近で溶融スラグが冷却固化してしまうためである。
また別の原因として、排ガス中に含まれる低沸点の重金属類や塩化物等が排ガスダクト１０にて冷却されて析出し、ダクト内壁に付着して流下し、排ガス流量が少なく比較的温度の低い出滓口付近で冷却固化することが考えられる。

このように排ガスダクト１０の付着物１５が成長すると、排ガスダクトの閉塞を招き、排気状態やスラグの出滓状況が悪化して炉の運転に支障をきたす惧れがある。
そこで、炉の状態を監視するために撮像手段を利用した方法が種々提案されている。例えば特開２００１−３３０２２０号公報（特許文献１）では、出滓口と対面する側の壁面にテレビカメラを設けて溶融スラグの溶融状態を監視し、出滓状況を把握するようにしている。また、特願２００３−３０２０２４号公報（特許文献２）には、スラグ排出部を撮像可能な赤外線カメラ又はテレビカメラを設けて壁面への付着状況を監視する装置が開示されている。

特開２００１−３３０２２０号公報 特願２００３−３０２０２４号公報

撮像手段を利用した従来の監視方法は、出滓口付近におけるスラグ溶融状態の把握、又は出滓時における溶融スラグの付着、固化状況の把握を目的としており、図９に示されるように赤外線カメラ２００を出滓口と対面する側の壁面に設置して視野範囲２１０を得ていた。
しかし上記したように、壁面への付着物の堆積は、排ガス中に含まれる揮散物の析出が主な原因とされるが、従来の監視技術では排ガスダクト内部まで監視を行なうことはしていない。これは、排ガスダクト内部は排ガスに含まれる高濃度の煤塵のために撮像手段で監視することは困難であるためと考えられる。
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、高煤塵雰囲気の排ガス中であっても良好に排ガスダクト内部の監視を行なうことができる排ガスダクトの監視装置及び監視方法を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、第１の発明として、
溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視装置において、
縦方向に延び、下方に前記出滓口の出滓樋から落下した溶融スラグを冷却するスラグ冷却部を有する縦立部と、横方向に延び排ガスをバグフィルタ側に送給する横臥部とが屈曲部により連結され、該屈曲部に傾斜面を形成するとともに、該傾斜面に鉛直方向に筒部を配設し、該筒部の炉外側開口に透過窓を設けるとともに、前記透過窓の外側に赤外線カメラを配設し、前記縦立部のうち少なくとも前記出滓口高さから該出滓口下方までのダクト領域を撮像可能に構成したことを特徴とする。

かかる発明によれば、赤外線カメラにより排ガスダクト内を可視化しているため、煤塵や水蒸気粒子の影響が小さく、ダクト内を良好に視認することができる。また、出滓口に連通する排ガスダクトの縦立部は、排ガス中に含まれる揮散物が冷却されて析出しやすく、付着物が付き易い。特に、該縦立部のうち前記出滓口高さから該出滓口下方までのダクト内周壁は、下部に冷却水槽や水噴霧ノズル等の溶融スラグの冷却手段が存在し、また高温排ガスの通気量が少ないため、付着物により最も閉塞し易い。従って、前記ダクト領域を視野範囲とする赤外カメラを設置することにより、排ガスダクトの不具合を早期に発見することができる。
尚、前記赤外線カメラは、波長約8〜14μｍの長波長領域の赤外線を利用することが好適である。

また第２の発明として、溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視装置において、
前記溶融炉の出滓口に連通する排ガスダクトの縦立部の上方に配設されたマイクロ波距離計と、該マイクロ波距離計により得られたマイクロ波信号を解析処理する信号処理装置と、前記縦立部内に着脱自在に設けられた検量板と、を備え、
前記信号処理装置が、前記縦立部内に前記検量板を挿入した状態で検出された基準波形信号をもとに、前記検量板が撤去された状態で得られた波形信号を解析し、ダクト内の付着物の有無を判別するように構成されることを特徴とする。

本発明においても、前記第１の発明と同様に、排ガスダクトの縦立部を測定領域とすることで、最も付着物が形成され易い部位を監視することができ、排ガスダクトの不具合の早期発見が可能となる。
さらに、本第２の発明によれば、赤外線より長波長のマイクロ波を利用しているため、より高濃度の煤塵雰囲気下においても付着物の存在を確実に検出することができる。本発明のように、マイクロ波を利用した計測においては、例えば揮散物やダクト壁面等のように測定対象以外の反射波も同時に検出されるため、予め前記基準波形信号により付着物が形成される距離を推定しておく。これにより、付着物の発生を正確に検出することが可能となる。
また、前記第１、第２の発明において、前記排ガスダクトが、前記縦立部の上方に屈曲部を有する排ガスダクトであって、前記屈曲部に略鉛直方向下方に向けて前記カメラ若しくは前記マイクロ波距離計を設置することが好ましい。

また、参考例として、溶融炉の排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視装置において、
前記排ガスダクトの側面外部に設けられた赤外線カメラと、所定間隔を隔てて複数のリレーレンズが列置され、その先端に側視鏡が配置された筒体と、を具備し、
前記排ガスダクトの側面から挿入して該ダクトの内部に前記側視鏡が位置するように前記筒体を配設し、前記赤外線カメラにより前記筒体を介してダクト長手方向内部を撮像する構成としたことにある。

かかる発明によれば、赤外線カメラを用いることで煤塵や水蒸気がダクト内に存在する場合においても、排ガスダクト内を良好に監視することができる。また、本発明ではリレーレンズを用いているため筒体を小さくすることができ、ダクト内に該装置を挿入してもダクトの機能を損なうことがない。さらに、側視鏡を用いた構成としているため、曲部を有するような複雑な形状のダクトにも利用可能である。
尚、前記赤外線カメラは、波長約8〜14μｍの長波長領域の赤外線を利用することが好適である。

また、前記第１の発明に対応する方法の発明として、
溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視方法において、
縦方向に延び、下方に前記出滓口の出滓樋から落下した溶融スラグを冷却するスラグ冷却部を有する縦立部と、横方向に延び排ガスをバグフィルタ側に送給する横臥部とが屈曲部により連結され、該屈曲部に傾斜面を形成するとともに、該傾斜面に鉛直方向に筒部を配設し、該筒部の炉外側開口に透過窓を設けるとともに、前記透過窓の外側に赤外線カメラを配設して、前記縦立部のうち少なくとも前記出滓口高さから該出滓口下方までのダクト領域を撮像して前記ダクトの付着物状況を監視することを特徴とする。

また、前記第２の発明に対応する方法の発明として、
溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視方法において、
前記出滓口に連通する排ガスダクトの縦立部の上方にマイクロ波距離計を配置し、
予め前記縦立部内に水平方向に検量板を挿入して前記マイクロ波距離計により基準波形信号を検出しておき、
前記検量板を撤去後の炉運転時に、前記マイクロ波距離計により検出された波形信号を解析し、前記基準波形信号に基づき付着物の有無を判別することを特徴とする。

（削除）

以上記載のごとく、本第１発明によれば、長波長の赤外線カメラを利用しているため、煤塵や水蒸気粒子の影響が小さく、ダクト内を良好に視認することができる。また、前記赤外線カメラの視野領域を、出滓口に連通する排ガスダクトの縦立部のうち前記出滓口高さから該出滓口下方までのダクト領域としているため、付着物により最も閉塞し易い部位を監視することができ、排ガスダクトの不具合を早期に発見することができる。
また、本第２発明によれば、赤外線より長波長のマイクロ波を利用しているめ、より高濃度の煤塵雰囲気下においても付着物の存在を確実に検出することができる。さらに、予め前記基準波形信号により付着物が形成される距離を推定しておくことにより、付着物の存在を正確に検出することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の実施例１に係る排ガスダクトの監視装置を示す側断面図（Ａ）とそのＸ−Ｘ線断面図（Ｂ）で、図２は図１の監視装置により得られる排ガスダクト内部の撮像画像である。
図１において、３０は一般廃棄物や産業廃棄物、またはこれらを焼却処理した際に発生する焼却灰を処理対象とした溶融炉、３１は該溶融炉３０の底部に溜まった溶融スラグをオーバーフローして順次排出する出滓口、３２は前記出滓口３１に設けられた溶融スラグの出滓樋である。該出滓口３１及び出滓樋３２は耐火材で形成されている。

１０は前記出滓口３１に連通する排ガスダクトで、縦方向に延びる縦立部１０ａと、横方向に延びる横臥部１０ｄとが屈曲部１０ｂにより連結され、該屈曲部１０ｂには傾斜面１０ｃが形成されている。前記縦立部１０ａの下方には前記出滓樋３２から落下した溶融スラグを冷却する冷却水槽、冷却水噴霧ノズル（何れも不図示）等が設けられている。
また、前記傾斜面１０ｃには鉛直方向に筒部１３が配設され、該筒部１３の炉外側開口にはＺｎＳｅ等で形成された覗き窓（透過窓）１２が設けられている。

そして、前記覗き窓１２の近傍には、前記出滓口高さから該出滓口下方までのダクト領域をカバーする視野範囲２１が得られるように、赤外線カメラ２０が下方に向けて配設されている。該赤外線カメラ２０は、レンズと赤外線感知部と画像処理部とで構成される。前記レンズは赤外線を収束し、赤外線感知部はレンズを介して収束された赤外線を検知し、画像処理部は検知された赤外線を画像処理してモニタ等に出力する。

また、前記覗き窓１２と赤外線カメラ２０との間にアパーチャ（不図示）を配設してもよく、該アパーチャにより赤外線カメラの絞りを変化させ光量を調整する。
尚、前記赤外線カメラは、波長約8〜14μｍの長波長領域の赤外線を利用することが好適である。
溶融炉３０の運転中には、処理対象物の成分や投入量により排ガス温度や排ガス中の煤塵濃度が変化する。従って、排ガスダクト１０の監視時には前記赤外線カメラ２０の波長領域やアパーチャによる光量調整を適宜行なって撮影画像が明瞭に解析できるようにする。

ここで、本実施例１における視野範囲２１の確認実験と付着物確認実験の結果を以下に示す。まず、通常運転前に、前記排ガスダクト１０の側部から鉄板を挿入し、該鉄板が視認できる範囲を視野範囲とした。このとき、常温のためアパーチャは必要としなかった。
その結果、赤外線カメラ２０で、図１に示した視野範囲２１を得ることができた。このとき、前記出滓口高さから該出滓口下方のダクト領域では、少なくとも内壁から約100〜200ｍｍまでの視野が確保できるため、付着物が形成され始めた早い時期に確実に確認できることとなる。
さらに、実際に炉運転中に確認したところ、図２に示されるような撮影画像を得ることができた。この撮影画像によれば、スラグの出滓口と対面する側に付着物による棚を明瞭に確認することができる。

このように本実施例によれば、赤外線カメラにより排ガスダクト内を可視化しているため、煤塵や水蒸気粒子の影響が小さく、ダクト内を良好に視認することができる。また、赤外線カメラ２０により縦立部１０ａの上方から下方に向けて撮影しているため、容易に視野範囲２１を確保することができ、最も閉塞し易いダクト領域において、早期に不具合を確認することができる。

本発明に係る実施例２はマイクロ波距離計を用いた構成となっており、図３は本発明の実施例２に係る排ガスダクトの監視装置を示す側断面図で、図４は検量板を装着した場合の図３のＹ−Ｙ線断面図で、図５は図３の監視装置による基準波形信号を示す波形図で、図６は図３の監視装置にて付着塩類位置を異ならせた時の試験結果を示す各波形図である。

図３において、図１に示される第１実施例と同様の構成については説明を省略する。
本実施例における監視装置は、実施例１における赤外線カメラの設置位置と同様に、前記排ガスダクト１０の縦立部１０ａの上方にマイクロ波距離計２３ａを配設し、該マイクロ波距離計２３ａに接続された信号処理装置２３ｂを具備した構成としている。該マイクロ波距離計２３ａは、マイクロ波の発生及び検出部と、ダクト内にマイクロ波信号の送出と反射波信号の検出を行なうアンテナ部とを有している。かかるマイクロ波距離計２３は、前記筒部１３を介して縦立部１０ａに向けてマイクロ波信号を送出し、縦立部１０ａ内の対象物からの反射波信号を受信する。受信した反射波信号は前記信号処理装置２３ｂに送信され、該信号処理装置２３ｂにより解析処理される。
尚、前記マイクロ波距離計２３ａと排ガスダクト１０の間には、覗き窓（不図示）を設置しても良く、このとき、該覗き窓にはバイコール又はパイレックス（登録商標）等を用いることが好適である。前記マイクロ波距離計２３ａの設置箇所が金属以外の材質であれば、勿論覗き窓を設置しない構成としても良い。

また、図４に示されるように、前記縦立部１０ａの前記出滓口３１（図３参照）付近には着脱自在な鉄板（検量板）２４ａ、２４ｂが具備されている。尚、その他の部材については図１及び図２に示される第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態にかかる監視装置を用いた測定方法は、まず通常運転前に前記鉄板２４ａを挿入した状態で該マイクロ波距離計２３ａにより反射波信号を検出し、前記信号処理装置２３ｂにて基準波形信号を測定しておく。これにより、検出した波形信号と実際の付着物の位置を関係付けておく。
尚、実機での模擬鉄板に対する反応性を試験したところ、図５に示されるような波形信号が得られた。（ａ）はｈ_１を1670ｍｍとしたときの波形信号で、（ｂ）はｈ_２を1240ｍｍとしたときの波形信号である。図５からも明らかなように、鉄板位置が明瞭に検出できる。

そして、前記鉄板２４ａ、２４ｂを撤去後に、前記マイクロ波距離計２３ａにより検出された波形信号を前記信号処理装置２３ｂにより解析し、前記基準波形信号に基づき付着物の発生を判別する。このとき、検出された波形信号のうち、該波形信号に現れるピーク位置が、前記出滓口高さからその下方領域までの距離範囲に発生したもののみを判別するようにしてもよい。
このように、本実施例では赤外線より長波長のマイクロ波を利用しているめ、より高濃度の煤塵雰囲気下においても付着物の存在を確実に検出することができる。

本実施例の監視装置により、ダクト内に付着する塩類の実運転時検出精度を確認する実験を行なったところ、図６に示されるような結果が得られた。計測対象とした塩類塊は、実機の排ガスダクトから取り出した塩類の塊（横280ｍｍ×縦200ｍｍ×厚130ｍｍ）とした。
図６（ａ）は対象物がない場合であるが、マイクロ波距離計２３ａ先端からの距離ｈが3.57ｍの位置に信号強度のピークが現れた。これはダクト壁面位置と推定される。
また、塩類塊を置く場合には、夫々前記マイクロ波距離計２３ａ先端からの距離ｈを（ｂ）0.97ｍ、（ｃ）1.5ｍ、（ｄ）2.08ｍ、（いずれも実測値）として測定した。
その結果、各波形図から求められた距離は、（ｂ）0.984ｍ、（ｃ）1.53ｍ、（ｄ）1.973ｍと、何れも妥当な結果となった。従って、かかる監視装置によれば、正確な付着物の検出が可能であることが判る。
（参考例）

本参考例に係る監視装置は、排ガスダクト１０内部の付着物を監視するための赤外線高温スコープを用いた構成としている。かかる実施例３における赤外線高温スコープ２５は、図７に示されるように、ダクト側面に設けた計測孔１１の近傍に配設された赤外線カメラ２０と、ＺｎＳｅやＧｅ等からなる透過窓２６と、リレーレンズ２７ａを所定間隔だけ離間させて複数列置し、その先端に所定角度傾けて側視鏡２７ｂを配置した筒体２７と、を具備している。
前記赤外線カメラ２０は、前述した実施例１と略同様の構造を有しており、前記筒体２７は高温雰囲気内で使用可能なように冷却構造とし、先端からは煤塵、水蒸気等が内部に侵入してこないように、ガス（空気等）を噴出する構造（パージ構造）とする。

また、前記リレーレンズ２７ａは赤外線を透過可能な材質で形成され、ＺｎＳｅやＧｅ等が好適である。また前記側視鏡２７ｂは金属材料で形成され、ダクト内部の長手方向を監視可能なように、取得した映像を略９０°曲げる機能を有する。これにより、赤外線カメラ２０の設置方向と略直角方向の視野範囲２９を得ることができる。
かかる実施例によれば、赤外線カメラ２０を用いた監視装置であるため、前記実施例１と同様の効果を得ることができるとともに、排ガスダクト１０内を、側視鏡２７ｂ及びリレーレンズ２７ａを介して撮像しているため、直線的に撮像することが困難な曲部を有するダクトにおいても適用することができる。

本実施形態において、排ガス中の煤塵濃度が比較的低い場合には実施例１に示した赤外線カメラを利用した監視装置を用い、煤塵濃度が非常に高く赤外線カメラにより明瞭な撮影画像が得られない場合には、実施例２に示したマイクロ波距離計を利用した監視装置に付け替えるようにしても良い。

本発明の実施例１に係る排ガスダクトの監視装置を示す側断面図（Ａ）とそのＸ−Ｘ線断面図（Ｂ）である。 図１の監視装置により得られる排ガスダクト内部の撮像画像である。 本発明の実施例２に係る排ガスダクトの監視装置を示す側断面図である。 検量板を装着した場合の図３のＹ−Ｙ線断面図である。 図３の監視装置による基準波形信号で、夫々鉄板位置ｈ_１が1.24ｍの場合の波形図（ａ）、鉄板位置ｈ_２が1.68ｍの場合の波形図（ｂ）である。 図３の監視装置にて付着塩類位置を異ならせた時の試験結果で、対象物なしの場合の波形図（ａ）、塩類位置が0.97ｍの場合の波形図（ｂ）、塩類位置が1.5ｍの場合の波形図（ｃ）、塩類位置が2.08ｍの場合の波形図（ｄ）である。 本発明の参考例に係る排ガスダクトの監視装置を示す側断面図である。 従来の廃棄物溶融処理システムを示す全体概略図である。 赤外線カメラを具備した従来の監視装置を示す側断面図である。

符号の説明

１０ 排ガスダクト
１０ａ 縦立部
１０ｂ 屈曲部
１０ｃ 傾斜部
１２ 覗き窓（透過窓）
２０ 赤外線カメラ
２３ａ マイクロ波距離計
２３ｂ 信号処理装置
２４ａ、２４ｂ 鉄板（検量板）
２５ 赤外線高温スコープ本体
２６ 透過窓
３０ 溶融炉
３１ 出滓口
３２ 出滓樋

Claims (7)

1. 溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視装置において、
   縦方向に延び、下方に前記出滓口の出滓樋から落下した溶融スラグを冷却するスラグ冷却部を有する縦立部と、横方向に延び排ガスをバグフィルタ側に送給する横臥部とが屈曲部により連結され、該屈曲部に傾斜面を形成するとともに、該傾斜面に鉛直方向に筒部を配設し、該筒部の炉外側開口に透過窓を設けるとともに、前記透過窓の外側に赤外線カメラを配設し、前記縦立部のうち少なくとも前記出滓口高さから該出滓口下方までのダクト領域を撮像可能に構成したことを特徴とする排ガスダクトの監視装置。
2. 溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視装置において、
   前記溶融炉の出滓口に連通する排ガスダクトの縦立部の上方に配設されたマイクロ波距離計と、該マイクロ波距離計により得られたマイクロ波信号を解析処理する信号処理装置と、前記縦立部内に着脱自在に設けられた検量板と、を備え、
   前記信号処理装置が、前記縦立部内に前記検量板を挿入した状態で検出された基準波形信号をもとに、前記検量板が撤去された状態で得られた波形信号を解析し、ダクト内の付着物の有無を判別するように構成されることを特徴とする排ガスダクトの監視装置。
3. 前記排ガスダクトが、前記縦立部の上方に屈曲部を有する排ガスダクトであって、
   前記屈曲部に略鉛直方向下方に向けて前記マイクロ波距離計を設置したことを特徴とする請求項２記載の排ガスダクトの監視装置。
4. 前記覗き窓と赤外線カメラとの間にアパーチャを配設し、該アパーチャにより赤外線カメラの絞りを変化させ光量を調整可能に構成した請求項１記載の排ガスダクトの監視装置。
5. 溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視方法において、
   縦方向に延び、下方に前記出滓口の出滓樋から落下した溶融スラグを冷却するスラグ冷却部を有する縦立部と、横方向に延び排ガスをバグフィルタ側に送給する横臥部とが屈曲部により連結され、該屈曲部に傾斜面を形成するとともに、該傾斜面に鉛直方向に筒部を配設し、該筒部の炉外側開口に透過窓を設けるとともに、前記透過窓の外側に赤外線カメラを配設して、前記縦立部のうち少なくとも前記出滓口高さから該出滓口下方までのダクト領域を撮像して前記ダクトの付着物状況を監視することを特徴とする排ガスダクト監視方法
6. 溶融炉の出滓口側に設けられた排ガスダクトの内部を監視する排ガスダクトの監視方法において、
   前記出滓口に連通する排ガスダクトの縦立部の上方にマイクロ波距離計を配置し、
   予め前記縦立部内に水平方向に検量板を挿入して前記マイクロ波距離計により基準波形信号を検出しておき、
   前記検量板を撤去後の炉運転時に、前記マイクロ波距離計により検出された波形信号を解析し、前記基準波形信号に基づき付着物の有無を判別することを特徴とする排ガスダクトの監視方法。
7. 前記覗き窓と赤外線カメラとの間にアパーチャを配設し、該アパーチャにより赤外線カメラの絞りを変化させ光量を調整することにより撮影画像が明瞭に解析できるようにした請求項５記載の排ガスダクトの監視方法。

Images