WO1994020791A1 - Four a fusion de plasma et mode de fonctionnement de ce four - Google Patents

Description

明 細 書 ブラズマ溶融炉及びその運転方法 技術分野

本発明は、 都市ごみ、 産業廃棄物、 自動車シュレッダーダスト、 汚泥 、 またはこれらの焼却灰などの排気物をプラズマトーチによって発生す るプラズマアークで溶融し、 スラグにするブラズマ溶融炉及びその運転 方法に係わる。

特に、 スラグの安定的な出滓を実現し、 スラグを効率良く溶融し、 排 ガスをできるだけクリーンにすることができるものに関する。

背景技術

近年、 地球環境問題および資源リサイクル問題が注目されている。 特 に都市ごみや産業廃棄物は年々増加しており、 そのまま埋立処分するた めの処分地の確保が大都市圏を中心に難しくなつている。 そこで都市ご みや産業廃棄物を焼却して、 减容化して埋立処分するのが一般的となつ ている。

しかしながら、 これらの都市ごみや産業廃棄物の中にはさまざまな有 害物質や金属が舍まれている場合が多く、 焼却後の灰や不燃物 （以下焼 却灰と称す） の中には、 これらの有害物質や金属が残存する。 このため 焼却灰を埋立処分すると地下水を汚染するという問題がある。 また焼却 灰は比重が小さくために、 埋立処分地の容積を多く必要する。 また焼却 灰による埋立地は地盤が弱いため、 跡地利用が困難になる。

そこで、 これらの焼却灰をプラズマアークで溶融し、 その後冷却して 固化することが行われつつある。 この溶融固化したスラグの中にはク口 ームなどの重金属が封じ込められ、 重金属が水に溶出しないため、 埋立 処分後の地下水の汚染が生じない。 またスラグを建設用骨材や路盤材な どにも利用することができるため、 埋立処分地が不要となり資源リサィ クルにもなる。

焼却灰をプラズマアークで溶融するためのブラズマ溶融炉として、 例 えば特開平 3— 5 5 4 1 1号公報に記載のものが知られている。 このプ ラズマ瑢融炉は、 焼却灰の供給孔とスラグの排出孔とを有する炉本体内 に溶融したスラグの溜まりが形成される溶融炉と、 このスラグに対して プラズマアークを発生させるためのプラズマトーチとを備えたものであ る。 供給孔から供給される焼却灰はプラズマアークで溶融され、 炉本体 内に溶融したスラグの溜まりが形成され、 溜まりから溢れたスラグは排 出孔から連続的に排出され、 冷却固化される。 金属溶融に使用される通 常の溶融炉において、 プラズマトーチは円筒炉の中心に位置しており、 英国特許 1 3 9 0 3 5 1 / 3に示されるように、 炉中心を支点にして回 転自在なものもある。 さらに東北大学選鉱製鍊研究所報告書 Vol . 41，No. 2, P170- 171 (1985〉に示されるように、 クロマイ ト鉱石の直接還元用ブラ ズマ溶融炉において、 プラズマトーチを傾斜させたまま回転し、 広い面 積で均等に加熱するものもある。

また、 上記のようなプラズマ溶融炉において、 溶融される焼却灰は、 粒子径が数ミク口ンと微粒子であるので、 この微粒子の焼却灰が炉内投 入時や溶融されるまでの間に、 炉本体外の大気へ洩れないように、 焼却 灰の供給孔側からスラグの排出孔へ誘因フ 7ンにより負圧運転されるこ とが一般的である。

そして、 一般にプラズマ溶融炉から排出された排ガスは 1 3 0 0 ° C 前後の高温ガスであるため、 耐火物でライニングされた煙道を通過させ 、 水噴霧クーリ ングチャンバ等の冷却器で急冷され、 集塵機を経て大気 に放出される。 更に熱回収する場合には、 煙道に熱交換器を接続し廃熱 を回収する場合もある。

このようなプラズマ溶融炉に設けられるプラズマトーチの構造は、 第 2 2図 （ a ) 及び第 2 2図 （ b ) の断面図に示すように、 陽極 6 5 1と 、 陰極 6 5 2と、 水冷用ジャケッ ト 6 5 3と、 プラズマガス注入口 6 5 5とを備えたものである。 プラズマトーチは電極の接続の仕方によって 、 二種の運転モードがある。 第 2 2図 （a ) に示すように、 トーチの内 部の賜極 6 5 1とトーチの先端の陰極 6 5 2との間でプラズマアーク 6 5 4が発生するノ ントランスファモードと、 第 2 2図 （b ) に示すよう に、 トーチ内部の隔極 6 5 1と炉本体側に設けられた陰極との間にブラ ズマアーク 6 5 4が発生する トランスファモードである。 尚、 プラズマ ガス注入口 6 5 5には、 図示されていないプラズマガス供給装置が接繞 される。

プラズマの発生の仕方としては、 前者では高温のプラズマアークが賜 極と陰極のそれぞれに付着するのに対して、 後者はプラズマトーチ側で は陽極のみに付着し、 陰極側の付着は溶融炉側になる。 熱プラズマは、 温度が 3 , 0 0 0〜1 0 , 0 0 0 Kの解離したガス休である。 そのため 、 プラズマトーチに熱損傷が起こる。 熱損傷としては、 プラズマトーチ のプラズマアークが付着するボイン卜が最も激しく、 その次にプラズマ アーク近傍である。 従って、 プラズマを発生させるプラズマトーチは、 主に陽極の熱損傷防止の観点から、 水冷用のジャケッ ト 6 5 3を有する 多重管構造となっている。

このようなプラズマ溶融炉は、 約 1万度の高温のプラズマアークを用 いるのでダイォキシンなどの有害物質の分解が容易に行えると共に、 燃 焼法に比べて排ガス量が 3 0分の 1以下であるために、 排ガス処理設備 がコンパク トになる利点がある。 ところが、 このような利点を有するプラズマ溶融炉である力;、 廃棄物 の溶融に使用すると、 スラグの排出孔が閉塞したり、 排気物が部分的に 溶融しないまま排出孔から流出したりして安定的な操業ができないとい う問題点や、 排ガス中に N 0 Xや重金属が舍まれるという問題点があつ た。 これらの問題点に対応する課題を以下に詳細に説明する。

(第 1課題）

溶融炉を焼却灰の溶融に使用し、 スラグ排出孔から連続的にスラグを 排出する場合、 スラグ排出孔でスラグが冷却固化して湯口を閉塞させ、 スラグが流出しなくなるという現象が発生する。

そこで、 排出孔に補助パーナや補助プラズマアークを設けて加熱する ことが提案されている。 し力、し、 捕助バーナゃ捕助プラズマアークを設 けるために、 構造が複雑になる。

また、 特開平 1一 2 7 3 9 0 8号では、 都市ごみの焼却処理によって 発生する焼却灰をプラズマ発生装置により溶融する装置において、 炉底 に溶融スラグ溜めを設け、 炉底れんが内に下向きノズルから成る排滓ロ を配設し、 該スラグ溜めと排滓口との間に溢流堪を設けると共に該溢流 堰には灰供給口から隔離する方位に切込みを設け、 かつ、 前記下向きの ノズル下端には末拡がり孔を形成したことを特徴とする都市ごみ焼却灰 の処理装置を提案し、 溶融スラグの排出口の閉塞トラブルを防止してい る。 し力、し、 排ガスを炉上部から抜き出し、 スラグ排出ロを炉内におい て最も温度の高い炉底に位置させて、 炉内にせきを設けているので、 こ の方法によるとせきの強度が問題となり、 一旦せきが溶損したり、 壊れ ると炉内のスラグが一瞬に流出する保安上の問題がある。

(第 2課題） プラズマ瑢融炉がプラズマ出力 1 MW以上、 炉内寸法 1 . 5 m以上の 大型炉になると、 熱効率の高いトランスファーモードで運転する場合に プラズマ炎の不安定と電力原単位の悪化の問題を生じる。 即ち、 トラン スファーモードで運転する場合には、 逆極タイプの例では、 スラグ浴を 負電極としトーチを正電極として、 一定電流条件下でスラグ面とトーチ 間の距離を調節して電圧コントロールし、 プラズマ出力を調節する。 この場合のスラグ面とトーチ間の距離は 1 0〜3 0 c m程度となり、 プラズマアークの広がりを考慮して、 プラズマトーチをスラグの排出孔 の上部に取りつけた場合には、 排出孔近傍を局部加熱し耐火物を溶損す る危険性がある。 またプラズマアークの照射域を排出孔の反対側へ移動 させると傾動角度が大きくなるため、 特に飛びやすい灰や揮散金属の多 い廃棄物を溶融する場合には、 プラズマトーチ外面からアークを発生す るダブルアークの問題を生じる。 また、 プラズマトーチを傾けた場合、 スラグ面と トーチ面の距離を電圧コントロールのために近づける必要が あるので、 結局トーチの炉本体内へ突き出している部分が長くなり、 ト ーチの冷却損失が大きくなる問題がある。

そこで、 特開平 3— 5 5 4 1 1号公報では、 瑢融炉に配置されたブラ ズマアークを発生させるプラズマトーチ、 該プラズマトーチをトーチの 蚰方向に移動調節する駆動装置、 及び該プラズマトーチの照射方向を変 更するため前記プラズマトーチの傾きを変更調節する傾動装置から成り 、 該傾動装置の駆動により前記プラズマトーチからのプラズマアークの 照射領域が前 §3溶融炉のスラグ排出ロを舍むように前記プラズマトーチ の方向を変更可能に構成したプラズマ溶融炉を提案している。

スラグを連続的に排出させる場合に、 スラグ排出口でスラグが冷却固 化して排出孔を閉塞させ、 スラグが流出しなくなり、 溶融炉を停止させ ざるを得なくなる問題を解決するため、 プラズマアークの照射できる額 域を炉本休内の溶融スラグ面からスラグの排出孔の先端までを力バーで きるようにプラズマトーチを支点の中心に傾動させて、 排出孔のスラグ をプラズマアークで直接加熱させ、 スラグの冷却を防ぎ、 連続的に流出 できるようにしたものであり、 プラズマトーチを排出孔入口の上方に配 置するのが良いと開示している。

し力、し、 プラズマトーチを排出孔入口の上方に配置する場合、 廃棄物 の溶融という観点から考えると、 冷たい廃棄物の供袷孔近傍のスラグが 最も低温になり、 場合によっては溶融しないまま落下点近傍で廃棄物が 堆積して不安定溶融の問題を生じる。 特に電力原単位を最小限にして高 効率で溶融する場合に不安定溶融問題が顕著となる。

(第 3課題）

上記誘因ファンにより負圧運転は、 微粒子の焼却灰が誘因ファンによ る焼却灰の供給孔からスラグの排出孔への炉本体内の流れに沿つて、 炉 内のスラグ溜まりに着床する以前に排出孔から炉本体外へ放散してしま うことがあるという問題を有している。 この場合、 焼却灰をスラグ化す る効率が低下することはいうまでもないが、 炉本休外の排出^ *からの煙 道にかけて焼却灰が堆積して設備上のトラブルが生じる。

(第 4課題)

プラズマアークが高温になるため N 0 Xを多量に発生する問題があり 、 特にプラズマガスとして空気を使用した場合には数 1 ϋ 0 0 P p mの 髙濃度の N O Xを発生する。

そこで、 多量に 生する N O Xを低城するために、 特開平 2 - 1 2 2 1 0 9号公報では、 焼却灰を高温下で溶融処理するに当たり、 溶融炉に コークス、 石炭、 木炭、 可燃性ごみ、 下水汚泥などの炭素源または炭水 化物源を別途に投入添加し、 還元性雰囲気にて焼却灰を溶融し、 低 N O Xを実現する運転方法が提案されている。 この運転方法によって低 N O xを低滅するためには、 炉内を安定して 還元性雰囲気にする必要があるため、 多量の炭素源または炭水化物源を 投入せざるを得ないという問題点がある。 即ち、 投入されたコークス、 石炭、 木炭などは不定型の固体であり、 溶融したスラグの表面上に供給 された後で加熱され溶融しながらガス化されたり、 落下と同時にガス化 されたりするので還元性ガスの発生量が不安定になり易いため、 炉本体 内を還元性雰囲気に確実に保っためには多量の炭素源または炭水化物源 を供給する必要がある。

また、 コークス、 石炭、 木炭などの不定型固体を別途の供給装置を設 けて炉内へ投入することは設備費が高くなり、 定量供給も難しい。 更に 、 溶融炉と移動するプラズマトーチの間に隙間ができ易く、 溶融炉のシ ールを完全にすることは難しいため、 隙閟からの C 0等の還元性ガスの 外部への排出が問題となる。

(第 5課題）

焼却灰等の廃棄物を溶融処理すると、 廃棄物中の H g , A s , N a , K, C u , P b , Z n等の低融点物質が蒸発し、 排ガス中に揮散する。 この低融点物質の割合は、 廃棄物の種類にもよるが、 廃棄物供給量の 1 0〜2 5重量％にも達する場合がある。 この場合、 低融点物質が排ガス 処理設備の冷却器や熱交換器内で凝縮し堆積して、 通路を閉塞するとい う トラブルが多発するという問題点がある。 またこの低融点物質には C u , P b , Z nのように有価物が舍まれているが、 これを有効に回収す ることができない。

(第 6課題）

プラズマを発生させるプラズマトーチは、 水冷されているといっても プラズマアークが発生する電極表面は非常な高温に曝されているため、 運転中徐々に侵食される。 そして、 寿命に達したところで陽極、 若しく はトーチ先端部へのピンホールの発生、 最悪の場合にはトーチが破断し 、 多量の冷却水が炉内へ噴出し、 水蒸気爆発などの災害を招く。

そこで、 プラズマトーチ先端の侵食によるビンホールの発生、 水蒸気 爆発などの災害を防止するために、 運転毎にプラズマトーチの先端を目 視により観察し、 偏減りや異常、 またプラズマトーチからの冷却水漏れ を調べていた。

しかし、 実際に、 プラズマトーチ先端の浸食を事前の目視によって判 断するのは困難であり、 更に運転中には冷却水漏れを的確に検出できず に運転を続行してしまうという問題点を有している。 プラズマトーチの 劣化による冷却水漏れに気がつかずに炉を運転し続けること、 多量の冷 却水が炉内へ噴出して水蒸気爆発などの災害を招く。 このように、 廃棄物をプラズマ溶融炉でスラグにする場合、 従来の技 術では完全な解决策になっておらず、 実用化の障害となっていた。 本発 明はこのような種々の問題点に鑑みなされたもので、 その第 1の目的と するところは、 安定出滓が可能なプラズマ溶融炉及びその運転法を提供 するところにあり、 更に、 安定出滓を確保しつつ、 効率良く溶融してス ラグ化し、 加えて、 焼却灰が確実に炉床のスラグ浴に着床し、 そして、

N O X発生の少ない、 更には、 排ガスに舍まれる有価物を効率良く回収 でき、 その上、 運転中に起こるプラズマトーチの異常を即時に発見して 知らせることが可能なプラズマ溶融炉及びその運転法を提供するところ にある。

発明の開示

上記目的を達成する本発明のプラズマ溶融炉は、 安定出滓を確保する ために、 スラグ排出孔から流出するスラグの流下方向に ¾つて排ガスを 誘導する耐火物製の誘導筒を配置したもので、 その運転方法は、 高温の 排ガスにより流下スラグ及びスラグ排出孔出口近傍を強制的に加熱し昇 温するものである。

高温の排ガスをスラグの流下方向に向けると、 高温の排ガスの顕熱に よって、 流下スラグ及び排出孔出口近傍を強制的且つ有効に加熱し昇温 する。 そのため、 スラグの閉塞が生じにく くなる。 更に、 安定出滓を確保しつつ、 効率良く溶融してスラグ化するために 、 本発明のプラズマ溶融炉は、 プラズマトーチの傾動中心が、 廃棄物の 供給孔出口とスラグの排出孔入口との距離 Lの間にあって、 供給孔出口 から 0 · 2 L〜0 . 4 5 Lの位置に設けられているものである。 そして 、 その運転方法は、 間欠的に排出孔入口、 又は、 供給口出口に向かって 傾動させて運転するものである。

上記手段は、 プラズマ熱を廃棄物供給孔近傍に与えて廃棄物を高速溶 融する。 そして、 スラグの排出孔がつまり始めたらプラズマトーチを排 出孔に向けて少し傾動し、 耐火物溶損防止の観点からプラズマアークを 直接排出孔へ照射するのでなく、 フローパターンを最適化して約 1 Ί 0 0 "Cの高温ガスをスラグの排出孔方向と同一方向に流すことにより排出 孔を高温にし、 排出孔の閉塞を防止する。 加えて、 安定出滓及び効率の良い溶融スラグ化を確保しつつ、 焼却灰 を確実に炉床のスラグ浴に着床させるために、 本発明のプラズマ溶融炉 は、 空気等のガスを炉床のスラグ浴に向けて吹き込むガスノズルを溶融 炉の焼却灰供袷孔に設け、 プラズマトーチが駆動装置により傾動する場 合は、 ガスノズルの吹き込み角度を前記プラズマトーチの駆動装置と連 動して変化させる駆動装置を溶融伊に備えさせたもので、 その運転方法 は、 空気等のガスを供給孔から、 常に、 プラズマトーチの照射先に位置 するスラグ浴に向けて吹き込んで運転するものである。

上記手段によると、 供給孔からプラズマトーチの照射先に位置するス ラグに向けて吹き込まれる空気等のガスの流れが、 焼却灰を誘導し、 誘 因ファンによる供給孔から排出孔への炉本体内の流れに沿って、 焼却灰 が溶融スラグに着床する以前に排出孔から炉本体外へ放散してしまうこ とを防ぐ。 又、 プラズマトーチの照射先に位置する溶融スラグは常に表 面温度が高いので、 焼却灰はスラグの高温領域に常に着床し、 効率良く 溶融されスラグ化する。 そして、 N O Xの発生を低减するために、 本発明のプラズマ溶融炉の 運転方法は、 溶融炉の排ガス中に燃料を吹き込むことを基本として運転 するものである。 吹き込み位置は好ましくは排気孔又は排気孔兼用のス ラグ排出孔であり、 吹き込み位置の排ガス温度は好ましく 5 0 0 " C以 上であり、 プラズマガス量が変動する場合には前記燃料の量を連動させ て変動させることが好ましい。 ここで燃料は吹き込み可能なものであれ ばよく、 都市ガス、 ブタンガス等の気体燃料が最適であり、 灯油や A重 油等の燃焼性の良好な液体燃料でもよく、 多少の粉体燃料が混じったも のでもよい。

また、 プラズマ炉の排気孔に燃料を吹き込み、 更にその下流で燃焼用 空気を吹き込み、 この燃焼用空気の吹き込み位置の排ガス温度を好まし くは 8 0 0 ° C以上とする方法がある。

N 0 _Xを大量に含んだ排ガスは排気孔又は排気孔兼用のスラグ排出孔 から流出するので、 この排気孔又は排気孔兼用のスラグ排出孔に例えば C 0を含む都市ガスを吹き込むと、 この排気孔又は排気孔兼用のスラグ 排出孔は還元性ガスである C O , H ₂ の燃焼状態となり、 N O x力く還元 される。 吹き込み位置の排ガス温度が 5 0 0 ° C以上であると、 燃料が 着火し、 還元性ガスとなる。

また、 N 0 Xを還元後の排出孔からの排ガスに燃焼用空気を吹込み、 還元性ガスを完全燃焼させて C O、 H ₂ などの還元性ガスの排出を抑制 する。 吹き込み位置の排ガス温度が 8 0 0 ° C以上であると、 大気放出 される C O濃度が 1 0 0 P p m以下に抑制される。 更には、 排ガスに舍まれる有価物を効率良く回収するために、 本発明 のプラズマ溶融炉は、 有価物回収装置を備えたものである。 その有価物 回収装置は、 排出孔から流出する排ガスを導く煙道に、 水冷管を接続し 、 該水冷管を垂直軸に対して 3 0度以内に立ち上げ、 前記水冷管の下流 に有価物ダストを捕集する水冷サイクロンを設けたものである。 そして 前記水冷管の上流又は前記煙道の下流に、 希釈空気管を接続したり、 前 記水冷サイク口ンの有価物ダス卜の一部を戻す循環路を接続することが 好ましい。

また、 本発明のプラズマ溶融炉における有価物回収方法は、 スラグと 共に排出される排ガスを垂直軸に対して 3 0度以内に立ち上げた管を通 して冷却する工程と、 この排ガスを更に冷却しながら有価物ダストを分 離する工程とを含んでなり、 分離工程を経た排ガス温度を 6 5 0度以下 にするものである。

排ガスを垂直蚰に対して 3 0度以内の管で立ち上げると、 排ガスと有 価物粒子との間又は粒子間に相対速度差が生じ、 粒子の衝突機会が増大 し、 粒子が成長して捕集可能な粒子まで成長し、 また管内面に粒子が付 着して堆積層が形成されても、 3 0度以内の立ち上げで自然な剝離が発 生する。 希釈空気管を接続すると、 徘ガス温度を急速に下げることがで き、 ダスト循環路を接続すると、 排ガス中の有価物の濃縮度が高くなる また、 水冷サイク口ンでの分離工程出口の排ガス温度を 6 5 0度以下 にすると、 揮散した有価物が凝集して回収率が上昇し、 6 5 0度を越え ると揮散したままになって殆ど回収できなくなる。 最後に、 運転中に起こるプラズマトーチの異常を即時に発見して知ら せることを可能にするために、 本発明のプラズマ溶融炉は、 プラズマト ーチの運転監視装置が設けられたものである。 そのプラズマトーチの運 転監視装置は、 前記炉内圧力の変動又は前記プラズマガスの供給圧の変 動を検出する圧力センサと、 該圧力センサからの信号波形を所定周波数 帯域でスぺク トル積分する積分手段と、 該積分手段からの積分値を所定 の基準値と比較して大きいと異常信号を発する第 1比較手段と、 ブラズ マトーチの鼋源電圧の変動を検出する電圧センサと、 該電圧センサの電 圧信号を所定の基準値と比較して電源の電圧降下を検出する第 2比較手 段と、 該第 2比較手段からの電圧降下信号と前記第 1比較手段からの異 常信号を受けた時に、 プラズマトーチの運転を停止させる信号を発する 判断手段とを備え、 前記積分基準値が、 プラズマトーチからのガス流量 によって変化するものである。

プラズマトーチからの冷却水漏れによる炉内圧力の変動、 又はブラズ マガスの供給圧の変動を圧力センサが検出し、 プラズマトーチの電源電 圧の変動を電圧センサが検出し、 積分手段が前記圧力センサからの信号 波形を所定周波数带域でスぺク トル積分し、 その積分値を第 1比較手段 が所定の基準値と比較して大きい場合に異常信号を発し、 第 2比較手段 が前記電圧センサからの電圧信号を所定の基準値と比較して電源の電圧 降下を検出し、 判断手段が前記第 1比較手段からの電圧降下信号と前記 第 2比較手段からの異常信号を受けると、 プラズマトーチの運転を停止 させる信号を発して、 運転中に起こるプラズマトーチの異常を即時に発 見し知らせる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明のプラズマ溶融炉の断面図であり、 第 2図は、 第 1 図の X— X断面図であり、 第 3図は、 本発明の他のプラズマ溶融炉の構 造図であり、 第 4図は、 第 3図のプラズマ溶融炉において廃棄物を積極 的に溶融する状態を示す図であり、 第 5図は、 第 3図のプラズマ溶融炉 の間欠的にとられる非定常状態の状態図であり、 第 6図は、 他の形式の プラズマ溶融炉の構造図であり、 第 7図は、 プラズマトーチの傾劻中心 位置の電力原単位およびスラグ化率に及ぼす影響を示すグラフ図であり 、 第 8図は、 本発明の更に他のプラズマ溶融炉の構造図であり、 第 9図 は、 本発明における N O Xの発生を低減する運転方法を説明する図であ り、 第 1 0図 （a ) および第 1 0図 （b ) は、 燃料の吹き込み量による C O濃度及び N O X低減率の変化を示すグラフ図であり、 第 1 1図は、 本発明における N 0 Xの発生を低減する運転方法を説明する他の図であ り、 第 1 2図は、 本発明のプラズマ溶融炉における有価物回収装置の構 造図であり、 第 1 3図は、 第 1図の X 5— X 5断面図であり、 第 1 4図 は、 水冷サイク口ン出口の排ガス温度と回収率の関係を示すグラフ図で あり、 第 1 5図は、 本発明のプラズマ溶融炉におけるプラズマトーチの 運転監視装置を示す図であり、 第 1 6図 （a ) および第 1 6図 （b ) は 、 圧力信号波形を示すグラフであり、 第 1 7図 （a ) および第 1 7図 （ b ) は、 周波数に対してスぺク トル分解された圧力信号波形を示すダラ フであり、 第 1 8図は、 スぺク トル積分値による異常状態の判断基準を 示すグラフであり、 第 1 9図は、 プラズマガス流量に対する積分基準値 の設定の仕方を示すグラフであり、 第 2 0図は、 本発明のプラズマ瑢融 炉における他のプラズマトーチの運転監視装置を示す図であり、 第 2 1 図は、 判断基準の組合せ図であり、 第 2 2図 （a ) 及び第 2 2図 （b ) はプラズマトーチの要部断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 上述した本発明のプラズマ溶融炉及びその運転方法の一例を図 面に従って説明する。

第 1図及び第 2図に示す本発明のプラズマ溶融炉 1 0 0は、 安定的な スラグの流出を確保するもので、 図 1は本発明のプラズマ溶融炉 1 0 0 の断面図を示しており、 図 2は図 1の X— X断面図である。

まず最初に本発明のプラズマ溶融炉 1 0 0の要部の構造を説明し、 次 にその運転方法を説明する。

第 1図において、 炉本体 1は外壁を水冷し、 内側を耐火物構造として 炉壁放散熱を最小限化すると共に炉寿命を延長させて 、る。 この炉本体 1の内部にはスラグ溜まり 1 5が形成され、 スラグ溜まり 1 5に廃棄物 4を供給するための供給孔 1 2とスラグ溜まり 1 5から溢れたスラグ 6 を排出する排出孔 7が炉本体 1に設けられている。 プラズマトーチ 2は 、 炉本体 1の上部から炉内に挿入され、 スラグ溜まり 1 5に対向し、 高 温のプラズマアーク 3を発生させる。 廃棄物 4は、 図示されないスクリ ュ一フィ一ダ一やベルトコンベアなどの一般的な供給装置により供給孔 1 2を経て炉本体内に供給される。 この廃棄物 4は、 プラズマアーク 3 により加熱されて溶け、 スラグの溜まり 1 5を形成する。 更に廃棄物 4 を炉本体 1の内へ供給し続けるとスラグ 6が排出孔 7からオーバーフ口 —して炉本体 1の外へ排出される。 また排出孔 7から高温の排ガス 5も 煙道 1 1に向けて排出される。 排出されたスラグ 6は水または空気で冷 却されて、 コンベア等の搬送手段 9で輪送されて、 図示されないコンテ ナバッグ又は貯蔵ビンに貯えられる。

スラグの排出孔 7の出口には耐火物製の誘導筒 1 0が取り付けられて レ、る点が重要である。 この誘導筒 1 0は側面の断面 逆 L字型であって 、 上面の断面が凹字型 （第 2図参照） であって、 スラグ 6の流下方向に 排ガス 5を向ける下向きの開口 1 0 aを有しており、 炉本体 1の一部と 共に上側が閉じ下向きに開口した筒部を形成している。 排出孔 7からス ラグ 6と共に排出される排ガス 5はこの下向き開口 1 0 a内を通るため に、 矢印 aのように排出孔 7の A部から更に下向きに流れ、 流下するス ラグ 6に沿つた後に誘導筒 1 0から開放され方向転換して上向きに流れ 煙道 1 1を上昇する本来の流れとなる。

つぎに、 上述した本発明のプラズマ溶融炉による運転方法を説明する 。 プラズマ溶融炉の排ガス 5は、 炉本体 1の中から排出孔 7の出口まで 導かれ、 次いで誘導筒 1 0によってスラグ 6の流下方向に流れ、 その後 は方向転換して煙道 1 1内を上昇する。 誘導筒 1 0内では高温の排ガス 5が下向きに流れるため、 排出孔 7の A部ゃスラグ 6自体が加熱されて 高温に保たれる。

このように排出孔 Ίの A部の加熱が重要であるというのは下記の知見 に基づく。 誘導筒 1 0が無い場合、 排ガス 5は、 排出孔 7の出口でスラ グ 6と直ちに離れ、 そのまま上昇していた。 その結果、 排出孔 7の出口 の A部は温度が低下してスラグ 6が固まり、 徐々に堆積して排出孔 7を 閉塞する問題を生じていた。 本発明者等はこの原因について詳細に検討 した結果、 特にプラズマ溶融炉 1の排ガス量は、 燃焼瑢融炉の約 3 0分 の 1以下であり、 排ガス顕熱量が少ないため、 誘導筒 1 0力無い場合に は、 排出孔 7周辺からの放散熱とスラグ搬送手段 9のシール部からの冷 風吸い込みにより排出孔 7の A部の耐火物温度が低下してスラグ力く固ま つていたことが判明した。

そこで、 本発明では排出孔 7の出口に耐火物構造の誘導筒 1 0を取り 付け、 排出孔 7の出口付近を覆い放散熱を最少限にし、 排出孔 7の出口 近傍の温度を上昇させた。 また、 排ガス 5を強制的に温度が低い A部に 流れるように、 誘導筒 1 0の下端の開口 1 0 aが排出孔 7の出口より下 方に延在するように配置した。 このことにより、 排出孔 7の A部の温度 力従来技術では 1 1 5 O 'C程度であったものが、 1 3 2 O 'Cまで上昇し 、 スラグが固まることはなくなり安定出滓が可能となった。 更に、 第 3図乃至第 7に示す本発明のプラズマ溶融炉 2 0 0は、 安定 的なスラグの流出を確保しつつ、 廃棄物を効率良く溶融してスラグとす るものである。 第 3図において、 第 1図と同様の働きをするものには同 —の符号を付してその説明を省略する。

このプラズマ溶融炉 2 0 0はトランスファータイプであり、 プラズマ トーチ 2及び炉本体 1の底部のそれぞれに電極を設けている。 例えば本 図ではプラズマトーチ 2側がアノード （+ ) , 炉本体 1の底部がカソー ド （一） となる逆極タイプの例を示している。 し力、し、 本発明が本実施 例に限定されるものでなく、 ノントランスファータイプあるいは電極が 正極タイプにも応用できる。

また、 炉本体 1の上部にプラズマトーチ 2の駆動装置 8が設けられる 。 このブラズマト一チ 2は矢印 a 2のようにトーチの蚰方向で移動可能 であると共に、 P 1点を中心にして矢印 b 2のように供給孔 1 2の出口 点 P 2と排出孔 7の入口点 P 3を結ぶ直線に沿って傾動可能となってい る。 そして P 2〜P 3間の距離をしとし、 P 2〜P 1間の距離を Sとす ると、 S / L - 0 . 2〜0 . 4 5となるように、 プラズマトーチ 2は供 給孔 1 2の側にずらされて設けられている。 このようにプラズマトーチ 2の傾動中心 P 1を供給孔 P 2に近づけている点が特徴であり、 ブラズ マトーチ 2で供袷孔 4から供給された廃棄物を直接的に照射し溶融する ので、 廃棄物を高速且つ安定して溶融する。

このプラズマ溶融炉の運転は以下のように行われる。 まずプラズマト ーチ 2に供袷する電流値を一定に保ち、 プラズマトーチ 2の先端とスラ グ溜まり 1 5の溶融面との距離 IIをコントロールして電圧を制御し、 最 終的には出力を調節する。 そして、 プラズマトーチ 2を間欠的に排出孔 7の入口、 又、 供耠孔 1 2の出口に向かって傾動させる。

第 4図は、 廃棄物を積極的に溶融するブラズマ溶融炉の状態を示す。 第 5図は、 排出孔 7においてスラグが固まる徴候が現れた場合に、 間欠 的にとられるプラズマ溶融炉の状態を示す。

第 4図の溶融状態において、 プラズマアーク 3が廃棄物 4の落下する スラグ溜まり 1 5の表面を直接加熱している。 このため常温の廃棄物 4 は超高温のプラズマアーク 3で急速加熱される。 超高温によって廃棄物 4が溶融するとスラグ溜まり 丄 5が形成される。 従来技術ではスラグ溜 まり 1 5に廃棄物 4が投入され、 廃棄物 4は溶けたスラグから熱を受け て溶融されるため、 溶融速度が比較的に低かったり、 また一部の陶器破 片の如き廃棄物は溶かされないままスラグ溜まり 1 5の表面を浮いて流 れ、 排出孔 7からそのまま流出していた。 しかし、 本発明では廃棄物 4 を完全に溶融することができる。 特に低温の廃棄物 4と超高温のブラズ マアーク 3が直接熱交換されるので伝熱効率が非常に高くなる。

更にプラズマ溶融炉内のフローパターンを説明する。 プラズマトーチ 2を少し供給孔 1 2に向かって傾動させると、 供耠孔 1 2近傍に強い旋 回流 A 2を発生し、 スラグ化の効率を高めることが可能である。 即ち、 トーチ 2の先端部でのプラズマガスの噴出速度は 3 0 0〜5 0 O m/ s であり、 廃棄物を卷込み、 急速加熱溶融しながら大粒子の廃棄物はスラ グ溜まり 1 5の表面へ衝突させる。 また微粉粒子は瞬間に溶融し、 スラ グ溜まり 1 5に衝突してスラグとなる。 更に超微粉粒子は循環流 A 2の 流れに乗り、 合体したり炉本体の内面に付着してスラグとなる。 更にキ ャリ一オーバーした超微粉粒子は再度循環流 B 2に巻き込まれ、 ほとん どの粒子がスラグになる。 また高速のプラズマガス 2 1 2を炉内の端か ら排出孔 7に向けて噴出させることによりスラグ溜まり 1 5の傥拌効果 があり、 溶融状態がより安定となる。

第 5図の間欠的にとられる非定常状態において、 排出孔 7でスラグが 固まる徴候が現れた場合、 プラズマトーチ 2を支点 P , を中心に傾動角 度 αだけ傾動させ、 高温のプラズマガス 2 1 2を積極的に排出孔 7へ流 すようにする。 この高温のプラズマガス 2 1 2は 1 7 0 Ο ΐ以上の高温 域にあり、 数分間この運転状態を保てばスラグ排出孔 7はきれいにクリ 一ユングされ、 排出孔 7の閉塞が解消される。 排出孔 7でスラグが固ま る徴候の検知は、 炉本体内の圧力の上昇値、 または炉本体内の圧力と煙 道内の圧力の差圧の上舁値で行う。 傾動角度 を 5 ^β 程度にとれば、 約 1万度のプラズマアーク 3はいったんスラグ溜まり 1 5に衝突し、 スラ グを加熱しながら排出孔 7へと流れるので排出孔 7近傍のスラグ溜まり 1 5の表面が高温になり、 かつ高温のプラズマガス 2 1 2で押し出され るように排出孔 5へとスラグが流れるので、 排出孔 7は健全に保たれ安 定的なスラグ流出が可能となる。 また第 4図及び第 5図において、 ブラ ズマトーチ 2の傾動角度は一 1 5〜1 5度で十分であり、 ダブルアーク の問題も起こらない。

第 6図はプラズマ溶融炉の他の形式を示す図であり、 プラズマトーチ 出力 1 . 5 MW以上の角形溶融炉の例を示す。 プラズマアークの照射径 は、 プラズマトーチおよび溶融炉が大型化されても余り広がらないため に、 円筒炉では回転トーチが必要となるため角形炉が好ましい。 角形炉 の場合には、 回転トーチでなくとも首振りのみで安定溶融が可能となり 、 プラズマトーチの支点位置 Ρ , は同様に 2〜0 . 4 5が 最適である。

つぎに実験例を以下に説明する。 第 3図に示すプラズマ溶融炉 1を使 用して、 都市ごみ焼却灰 3 0 0 k g / Hをトランスファ一タイププラズ マトーチ 3 0 0 k wの出力で溶融した。 プラズマトーチ 2の傾動角度は 各位置で ± 5度以内でコントールし、 最も安定なプラズマアーク力く形成 され安定的なスラグ流出が可能な場合のデータ、 および電力原単位の低 いデータを求めた。 第 7図はプラズマトーチの傾勳中心位置の電力原単 位およびスラグ化率に及ぼす影響を示すグラフ図である。 スラグ化率は 焼却灰供給量に対する製造されたスラグ重量の割合を示す。 プラズマト —チ 2をスラグ排出孔 7に近づけると、 廃棄物供給孔 1 2と第 4図に示 されるような強い循環流 B 2とが離れ、 またプラズマガス 2 1 2の炉内 滞留時間が短く高温のまま炉外へ流出するのでスラグ化率が低下し、 相 対電力原単位も悪化する。 一方、 プラズマトーチ 2を供給孔に近づける と第 4図に示されるような循環流 A 2が小さくなり過ぎ、 炉壁も局部的 に高温になり熱損失が増加するのでスラグ化率および相対電力原単位が 少し悪くなる。 従って、 スラグ化率が約 9 2 %以上で相対電力原単位が 0 . 8 7以下の S / Lは 0 . 2〜0 . 4 5の範囲である。 プラズマトー チ 2の支点 P i をこの範囲に配置すれば傾動角度を大きくすることなく 第 4図の状態を実現できスラグの安定出滓が可能となる。 加えて、 第 8図に示す本発明のプラズマ溶融炉 3 0 0は、 安定的なス ラグ流出と効率の良いスラグ化を確保しつつ、 特に焼却灰のように飛散 しゃすい廃棄物を確実にスラグ溜まりに吹き込むものである。

第 8図において、 炉本体 1は、 円筒状で外壁を水冷し、 内側は耐火物 構造である。 炉本体 1の上面から側壁にかけてのコーナ部にプラズマト ーチ 2が挿入されている。 炉本体 1の上面に設けられ供給孔 1 2に、 焼 却灰の供給ノズル 1 2 a及びガスノズル 3 1 2が揷入されている。 この 供給ノズル 1 2 aの外周にガスノズル 3 1 2が同轴に設けられ、 二重円 筒形状になっている。 娆却灰 4は炉本体 1の上部に設けられた焼却灰ホ ツバ 3 0 5、 スクリューフィーダ一 3 0 6、 供給ノズル 1 2 a、 供給孔 1 2を経て、 炉本体 1内に供給される。 炉本体 1の側壁にはスラグの排 出孔 7が設けられており、 オーバ一フローした溶融スラグ 6が排出孔 7 を経て炉外へ排出される。 冷却されたスラグは石状となり、 コンベア 9 で搬出される。

プラズマトーチ 2は、 炉本体 1の上部に設けられた駆動装置 3 1 1に よって、 矢印 a 3のようにトーチの蚰方向に移動可能であると共に、 P

1 3点を中心にして矢印 b 3のように排出孔 7側の点 P 2 3と供給孔 1

2側の点 P 3 3とを結ぶ曲線上を傾動可能となっている。 これは、 スラ グを連続的に排出させる場合に、 排出口 7でスラグが冷却固化し、 排出 口 7を閉塞させ、 スラグが流出しなくなり、 炉本体 1を停止させざるを 得なくなる問題を解決するためのものである。 すなわち、 プラズマァー クの照射できる領域を炉本体 1内のスラグ溜まり 1 5面から排出口 7の 先端までとなるようにプラズマトーチを支点 P 1 3を中心に傾動させて 、 排出孔 7のスラグをプラズマアークで直接加熱させ、 スラグの冷却を 防ぎ、 連続的に流出できるようにしたものである。 そのため、 プラズマ ト一チ 2は排出孔 7の上方に配置するのが望ましい。

本発明の特徴の一つは、 供,袷孔 1 2に設けられたガスノズル 3 1 2が 、 供給ノズル 1 2 aと同軸の円筒をしており、 ガス供給孔 3 1 2 aにガ ス供給ライン 3 1 4からの空気等のガスが供給され、 廃棄物供給孔 1 2 側から前記プラズマトーチの照射先に位置するスラグ溜まり 1 5にガス を吹きつけ、 供給孔 1 2から投入される焼却灰 4の投下方向をプラズマ トーチの照射方向に向ける。 そして、 このガスノズル 3 1 2からの吹き つけ角度を変化させる駆動装置 3 1 3力く炉本体 1上部に設けられており 、 ガスノズル 3 1 2を支点 P 4 3を中心に矢印 c 3方向に傾動させて、 ガスの吹きつけ角度を変化させる。 この駆動装置 3 1 3はプラズマトー チの駆動装置 3 1 1と連動しており、 常に、 プラズマトーチ 2の照射先 に位置するスラグ溜まり 1 5に向けてガスと共に焼却灰を吹き込むよう にするために、 ガスノズル 3 1 2の吹き込み角度を変化させる。

又、 ガスノズル 3 1 2の吹き込み角度が変化する際には、 供給ノズル 1 2 aも ί頃動する。 そのため、 供給ノズル 1 2 aの上部はフレキシブル なべローズ 3 1 5を介して、 スクリユーフィーダ一 3 0 6に接続されて いる。 尚、 ガスを吹きつける強さは後述する誘因ガスの流れよりも強く 、 加えて、 ガスの吹きつけにより炉本体 1の温度低下が焼却灰 4の溶融 に影響しない範囲にすることに留意する必要がある。 そのため、 ガスの 吹きつけによる炉本体 1の温度低下を防ぐのに、 後述するリサイクルガ スを使用することが望ましい。

制御装置 3 2 2は、 プラズマトーチ 2の躯動装置 3 1 1とガスノズル 3 1 2の駆動装置 3 1 3を連動制御させるものである。 プラズマトーチ 2が排出孔 7 (点 P 2 3 ) に向け傾動すると、 ガスノズル 3 1 2力、らの ガス吹きつけ方向を矢印 c 3の右方向に移動させ、 プラズマトーチ 2が 供給孔 1 2 (点 P 3 3 ) に向け傾動すると、 ガスノズル 3 1 2からのガ ス吹きつけ方向を矢印 c 3の左方向に移動させる。 すなわち、 常にガス ノズル 3 1 2からのガス吹きつけ方向が、 プラズマトーチ 2のプラズマ アーク照射位置にあるスラグ溜まり 1 5に向くように制御している。 誘因フアン 3 1 9は、 供給孔 1 2から排出孔 7への流れをつくり、 炉 本体 1内を負圧運転させるものである。 そして、 微粒子の焼却灰 4が炉 本体 1内に投入される時や溶融されるまでの間に、 炉本体 1外の大気へ 洩れないようにするためのものである。 そのため、 排出孔 7からは、 瑢 融スラグ 6と共に誘因ファン 3 1 9による誘因ガスが排出され、 排出孔 7に設けられた煙道 1 1を誘因ガスが上昇する。 煙道 1 1を上昇してき た誘因ガスは、 バグフィルター 3 2 0で、 誘因ガスに含まれている微粒 子が捕集され、 誘因ファン 3 1 9、 ダンバ 3 1 8を経由して大気に放散 される。

又、 後述するガス供袷ライン 3 1 4に排ガスがリサイクルガスとして 供給される場合は、 ガス循環ライン 3 1 7を通って、 ガス供給ライン 3 1 4に排ガスが導入される。 なお、 ダンバ 3 1 8は大気に放散されるガ スの量を調整するもので、 排ガスがリサイクルガスとして利用される場 合は、 ガス循環ライン 3 1 7へのガス供給量を調整する。

ガス供給ライン 3 1 4から供給される空気等のガスには、 ガスブロア 3 1 6から供給される新しいガスと、 前記記載のガス循環ライン 3 1 7 からの排ガスの 2種があり、 適宜必要に応じて使い分けることが望まし い。 排ガスをリサイクルガスとして用いる利点は、 炉本体 1から排出さ れたものであるので、 ガスブロア 3 1 6から供給される新しいガスより も比較的温度が高い点である。 温度が比較的髙ぃリサイクルガスは、 ガ スの吹きつけによる炉本体 1の温度低下が少なく、 焼却灰の溶融に影響 を及ばすことがない。 そこで、 ガスブロア 3 1 6から新しいガスを供給 するのは、 吹きつけ用のガスの量が少なくなつた時だけに限って行うと よい。

このようなプラズマ溶融炉の運転は以下のように行われる。 焼却灰 が炉本体 1の上部に設けられた焼却灰ホツバ 3 0 5、 スクリューフィ一 ダー 3 0 6、 供給ノズル 1 2 a、 供給孔 1 2を経て、 炉本体 1内に供給 される。 この時、 焼却灰 4はガスノズル 3 1 2からの吹きつけガスと共 に炉本体 1内に供給されるので、 吹き付けガスの流れに乗って焼却灰が スラグ溜まり 1 5に吹き付けられる。 そのため、 供給孔 1 2から排出孔 7への炉内の排ガスの流れに沿って、 焼却灰が炉外へ放散してしまうこ とがなくなり、 プラズマトーチ 2の照射先に位置するスラグ溜まり 1 5 に向けて確実に落下する。 更に、 ガスノズル 3 1 2の駆動装置 3 1 3は、 プラズマトーチ 2の駆 動装置 3 1 1と連動して、 常に、 プラズマトーチ 2の照射先に位置する スラグ溜まり 1 5に向け焼却灰を吹きつけるように、 プラズマトーチ 2 の矢印 b 3方向の傾動に合わせて、 ガスノズル 3 1 2を矢印 c 3方向に 移動させる。 そして、 焼却灰 4は、 プラズマトーチの照射先に位置する 高温領域のスラグ溜まり 1 5に吹き込まれ、 効率良く溶融しスラグ化さ れる。

スラグ溜まり 1 5で、 オーバーフローしたスラグ 6は炉本体 1の側壁 の排出孔 7から炉外へ排出され、 冷却されて石状となり、 コンベア 9で 搬出される。 この時、 誘因ファン 3 1 9により誘因された排ガスは、 煙 道 1 1を上昇し、 バグフィルター 3 2 0及び誘因ファン 3 1 9経て排出 される。 排ガスの一部は、 リサイクルガスとして、 ガス循環ライ ン 3 1 7を通り、 ガス供給ラインに供給される。 そして、 ガス供給孔 3 1 2 a からガスノズル 3 1 2に入り、 再び、 炉本体 1のプラズマトーチの照射 先に位置するスラグ溜まり 1 5に向けて吹き込まれる。

なお、 ガスノズル 3 1 2の先端内に旋回羽根を設け、 吹きつけガスを 旋回させてもよい。 この場合は、 吹きつけガスを旋回させることにより 、 周囲のガス流が卷き込まれ焼却灰 4の散逸を防止できると同時に、 焼 却灰 4の微粒子にモーメントを持たすことができ、 スラグ溜まり 1 5へ の混入を促進する。

このように本発明のプラズマ溶融炉 3 0 0及びその運転方法は、 空気 等のガスを炉床のスラグ溜まり 1 5に向 て吹き込むガスノズル 3 1 2 を溶融炉 1の供給孔 1 2に設け、 プラズマトーチ 2が駆動装置 3 1 1に より傾動する場合は、 ガスノズル 3 1 2の吹き込み角度を前記プラズマ トーチ 2の駆動装置 3 1 1と連動して変化させる駆動装置 3 2 2を溶融 炉 1に備えさせる構造となっている。 そして、 空気等のガスを供給孔 1 2から、 常に、 プラズマトーチ 2の照射先に位置するスラグ溜まり 1 5 に向けて吹き込んで運転するようにして、 供給孔 1 2からプラズマトー チ 2の照射先に位置するスラグ溜まり 1 5に向けて吹き込まれる空気等 のガスの流れにより焼却灰 4を誘導し、 誘因ファン 3 1 9による供給孔 1 2から排出孔 7への炉内の排ガスの流れに沿って、 スラグ溜まり 1 5 に混入する以前に排出孔 7から炉外へ放散してしまうことを防ぐ。 その 結果、 焼却灰 4が確実に炉床のスラグ溜まり 1 5に混入する。 加えて、 焼却灰 4は、 常に、 プラズマトーチ 2の照射先に位置する高温領域のス ラグ溜まり 1 5に混入するので、 効率良く溶融しスラグ化する。

又、 吹きつけ用のガスとして、 炉本体 1から排出されたガスをリサイ クルガスとして使用すると、 リサイクルガスは炉本体 1から排出さたも のであるので比較的温度が高く、 ガス吹きつけ時に炉本体 1の温度を低 下させることなく、 焼却灰 4の溶融に影響を及ばすことがない。 そして、 第 9図乃至第 1 1図に示す本発明のプラズマ溶融炉の運転方 法は、 N O Xの発生を低減するものである。

第 9図において、 炉本体 1からの排ガス 4 1 3は、 排気孔 4 1 6を経 て排ガス 4 1 4となり煙道 1 1の上側から図示されない集じん機を経て 大気放散される。 この排気孔 4 1 6の入口には、 N O xを低減するため に気体（都市ガス、 ブタンガス等） 又は液体 （灯油や A重油等） の如く 吹き込み可能な燃料 4 0 5の噴射孔 4 0 8を設ける。 この噴射孔 4 0 8 からの燃料 4 0 5が排ガス 4 1 3中に噴射され均一に混合されて燃焼す る。 すると、 排ガス 4 1 3が還元性ガス雰囲気になり、 N O Xを還元す る。 また排気孔 4 1 6からの排ガス 4 1 3に残る還元性ガスを、 煙道 1 1に設けられた燃焼用空気の吹き込みノズルまたはバ―ナ 4 1 0で完全 燃焼させ、 クリーンな排ガス 4 1 4となり煙道 1 1の上側から図示され ない集じん機を経て大気放散される。

プラズマトーチ 2には様々なタイプの物があり、 プラズマガスも A r 、 N₂ 、 空気など様々なガスが使われる。 コスト的にはプラズマガスと して空気を使用する場合が最も安いので広く使われている。 この場合に は、 空気中の N₂ と 0₂ が高温のプラズマ炎 （アーク炎） の中で反応し て高濃度の NO Xを発生する。 この NO Xは、 光化学スモッグや酸性雨 などの公害の原因物質であり、 排出ガス 4 1 3に含まれたまま排出され る。 そこで噴射孔 40 8から気体又は液体の燃料好ましくは気体燃料 4 05を排ガス 4 1 3中に噴射させ均一に混合し、 還元性ガスの燃焼状態 とし、 NO Xを還元して低減する。 プラズマガスの空気量は、 出力 30 0 kwクラスで 1 0〜3 ONm³ /H, 1. 5MWで 8 0〜1 2 0Nm ³ノ H程度であり、 排ガス 4 1 3中の 0₂ は廃棄物中に可燃分が無い場 合は約 2 1%である。 従って燃料は NO X低诚効果を高めるために、 排 ガス量と 0₂ 濃度を勘案して還元性ガスが発生するように気体燃料又は 液体燃料を吹込めば良い。 上記の条件例で気体燃料として 1 3 A都市ガ スを吹込む場合の吹込み量は、 300 kwクラスでわずか 1〜3 Nm³ ノ H, 1. 5MWで 8〜1 2 Nm³ /H程度となる。 勿論、 廃棄物中に 可燃分が含まれる場合には、 プラズマ空気中の 0₂ が消費されるので、 吹込み都市ガス量が少なくて済むことになる。 またこの都市ガスが炉内 に逆流しないので、 炉とトーチ 2の隙間から漏れる排ガスに CO等の有 害物質が紛れ込む恐れがない。

ここで、 燃料噴射孔 4 08の位置は、 第 9図のように排ガス 4 13と の良好な混合を保ち、 高温燃焼できるように排気孔 4 1 6の炉内側 （入 口部） に設けることが好ましいが、 煙道 1 1に設けても良い。 この場合 の気体または液体燃料の吹込み位置の排ガス温度は少なくとも各燃料の 着火温度以上ならば良く、 50 0て以上が良い。 また、 N 0 Xの低減効 果を高めるためには、 吹込み燃料を残存酸素量を消費するよりも多量に 吹込み、 C O, H ₂ などの還元性ガスを発生させるので、 煙道 1 1では 空気ノズル 4 1 0から燃焼用空気を吹込み完全燃娩させる必要がある。 この燃焼用空気の吹込み位置温度は、 大気放散される C 0濃度を 1 0 0 P m以下に抑制するために排ガス温度を 8 0 0 ΐ以上とする必要があ る。

また、 超高温空気はプラズマトーチ 2の銅電極等を酸化させやすい。 そこでトーチ 2の寿命を長く保っために、 プラズマガス空気量を周期的 に変動させている。 即ち、 プラズマガス量を周期的に変動させると、 超 高温のプラズマの発生点が電極内で移動するので電極の消耗量が一様に なり電極寿命が長くなる。 従来の如くブラズマ炉内に不定型固体の炭素 源または炭水化物源を別途投入添加する場合には、 これら不定型固体が ガス化、 溶融して還元ガスを発生するまでに時間がかかり、 かつ固体の 種類または大きさによつて大幅に還元性ガス発生速度が異なるため Ν 0 X低减効果を高めるための多量の固体の炭素源または炭水化物源を加え る必要があり、 応答性が低くなる。 一方本発明では都市ガスなど還元性 ガスを有した気体のような燃料 4 0 5を使用し、 吹込みと同時に還元性 ガスとなり Ν 0 Xを還元できるので、 少量で Ν 0 X低減効果が非常に大 きく取扱いも容易である。 そこでプラズマガス量の周期的変動と連動さ せた燃料 4 0 5の吹き込みも簡単にでき、 還元性ガス量を適切に保つこ とによって N O Xをより低いレベルまで低減できる。

つぎに、 実験例について説明する。 第 9図に示すプラズマ溶融炉 1を 使用して都市ごみ焼却灰 2 5 0 k g /Hをノントランスファータイププ ラズマトーチ 3 0 0 k wの出力で溶融した。 プラズマガスとして空気を 使用し、 そのガス量は平均値 2 1 N m ³ ZHとし ± 2 0 %で空気量を周 期的に変動させている。 燃料の吹き込み量によつて、 C 0濃度及び N 0 X低減率がどのように 変化するか調べた結果を第 10図 （ a ) 及び第 10図 （ b ) に示す。 な お燃料 405として都市ガス 13A (メタン 88%, ェタン 6%, プロ パン 4%, ブタン 2%) を噴射孔 408から排ガス 413中に噴射した 都市ガス吹込み量が 1 Nm³ /Hの条件では C 0濃度は 1 ϋ ϋ p p m 以下で NO x低減率は 46%程度となる。 更に都市ガス吹込み量を 2 N m³ /Hから 4Nm³ /Hまで増加させると、 （A) 曲線の O印データ のように、 CO ¾度が上昇し、 N 0 X低减率が約 90 %程度まで大きく なる。 また煙道において大気を吸い込んで CO濃度を减少させているが 、 それでも相当高くなる。 そこで、 娌道に更に燃焼用空気を吹き込みノ ズル 410から空気を 2 ϋ〜30Nm， 1強制的に吹込み排ガスと混 合させ、 COの発生を抑制した結果が （B) 曲線の X印データであり、 NO X低诚率は 90〜92%と変わらないが、 COを 100 p p m以下 に低减できた。

第 11図は炉本休 1の構造が第 9図と異なるプラズマ溶融炉の断面図 である。 第 9図のものと異なる点は、 スラグの排出孔 7が排ガス 41 3 の排出孔兼用となっている点である。 この場合も排出孔 7の入口に燃料 405の噴射孔 408が設けられている。 第 9図のものと同様に排ガス 13を還元性雰面気にして NO Xを低減させると共に、 排出孔 7の加 熱も同時にでき、 スラグ 6の安定的な流出を確保できる。

通常プラズマ溶融炉は燃焼溶融炉に比較すると排ガス量が約 30分の 1以下と少量である。 そのためプラズマ溶融炉の排出孔 7の出口付近を 高温に保つことが難しく、排出孔 7の出口にスラグ 6力個まり出滓不能 になつたり、 炉内の炉圧制御ができず浮遊しているばい塵が大気に放出 されて環境を悪くする。 しかし噴射孔 408から吹き込まれた燃料は、 排出孔 7の中で排ガス 4 13と良く混合して抉い空間で燃焼し、 高熱を 発 する。 この結果排出孔 7の全域が高温に保たれ、 排出孔 7の出口付 近も高温になり、 排出孔 7の閉塞を防止するという効果を奏する。 した がって排出孔 7の全域を高温に保っために、 燃料噴射孔 4 0 8を排出孔 7の入口に設ける。

つぎに、 第 1 1図のタイプのプラズマ溶融炉置による実験例を以下に 説明する。 第 1 1図に示すプラズマ炉を使用して都市ごみ焼却灰 3 0 0 k g /Hをノントランスファータイププラズマトーチ 3 0 0 k wの出力 て'瑢融した。 ブラズマガス量は 1 5〜 2 5 N n ノ Hの範囲で 3分周期 で流量変動させた。 また煙道 1 1で未襟ガスを燃焼させるために、 吹き 込みノズル 4 1 0から燃焼用空気を 2 0 N m ^a II吹き込み C 0の排出 を抑制した。 上述した都市ガス 1 3 Aの 3 . O N m ³ ZHを噴射孔 8か ら吹き込んだところ、 N O X低減率は時間平均で 9 3. 7 %が得られた 。 この場合、 プラズマガス量が変動するのに対して、 吹き込む都市ガス の流量を一定にしていたため、 還元度がプラズマガス量が多い場合に低 く、 N 0 X低'减率が小さくなつた。 一方ブラズマガス置が少ない合に、 還元度が高く、 N O x低減率が大きくなり、 時間的変動が大きかった。 そこで、 プラズマガス量の変劻と同期させて時間平均 3 . O N m ³ / H の都市ガスを噴射孔 4 0 8から吹き込んだところ、 N O X低減率は時間 平均で 9 6。 4 %の高い値か得られた。 また、 排出孔 7に都市ガスを吹 き込まな 、場合には、 排出孔 7の出口にスラグ 6が固まり、 約 5時間に —回程度のメィンテナンスが必要であった。 しかし排出孔 7に都市ガス を吹き込むと、 スラグ 6が固まるトラブルは完全に解消されメィンテナ ンスが不要となった。 さらにスラグ 6力く高温で流出するので、 スラグ 6 の品質が非常に良く、 骨材等に広く利用できるようになつた。

このように、 本発明のプラズマ溶融炉の運転方法は、 排ガス中に燃料 を吹き込んで還元性ガス雰囲気にするので、 排ガスに含まれる N O _Xは 還元され、 燃料は有効に還元に活用されるので、 少量の燃料吹込みで容 易に N O Xを低減できる。 すなわち、 吹き込み可能な気体又は液体の如 き燃料であるので、 固体燃料に比較して扱い易く、 プラズマガスの流動 変動周期に同調した吹き込みも可能であり、 還元性ガスの過不足を最適 に保持できる。 また炉内を還元性ガスの雰囲気にするものではないので 、 炉から漏れる排ガスに有害物質が舍まれる恐れは少なくなる。 また排 ガスの排気孔を兼ねたスラグの排出孔に燃料を吹き込んで燃焼させると 、 スラグの排出孔の加熱もでき、 スラグの安定的な流出に寄与する。 更には、 第 1 2図乃至第 1 4図は、 本発明のプラズマ溶融炉にける有 価物回収装置及び回収方法を示すものである。

第 1 2図において、 プラズマアーク 3に伴って高温のプラズマガスが 発生し、 排ガスとなって排出孔 7から矢印のように煙道 （二次燃焼室） 1 1に流れ出る。 この排ガスには蒸発した低融点物質が舍まれている。 また A点の温度は 1 3 0 0。 C前後と高温である。 排ガスは水冷管 5 1 2を通過し、 水冷サイクロン 5 1 3で排ガスから有価物ダストが分離さ れる構成となっている。 また煙道 1 1の下流 （図面の上方） に希釈空気 管 5 1 4が接続され、 水冷管 5 1 2の上流 （図面の下方） にダスト循環 路 5 1 5が接続されている。

水冷管 5 1 2は、 第 1 3図に示されるように、 内管 5 2 0をステ一 5 2 1を介して外管 5 2 2内に収めた二重管となっており、 排ガス通路 5 2 3と冷却水通路 5 2 4が形成されている。 第 1 2図において、 水冷管 5 1 2の垂直軸に対する立ち上げ角度 5はゼロであって、 垂直にするこ とが好ましい。 しかしレイァゥトの都合等で、 垂直に出来ない場合には 、 ダスト堆積防止の観点から が 3 0度以内になるように立ち上げる。 つまり 3 0度以内ならば、 水冷管 5 1 2の内面にダストが付着しても、 ダストの付着力が弱いので、 約 1〜2 mmまで堆積が成長した後、 自然 に剥離が発生し、 ダスト堆積トラブルまで至らないからである。 なお、 水冷管 5 1 2から水冷サイクロン 5 1 3に至る水平部の距離 Lはレイァ ゥト上許される限り、 最短にすることが望ましい。

水冷サイクロン 5 1 3は旋回流を発生させる容器 5 2 5の外周に水冷 ジャケッ ト 5 2 6力設けられたものであり、 容器 5 2 5の中心下方に溜 まるダストはロータリジョント 5 2 7を経てボックス 5 2 8に落下させ られる。 またダストが分離された排ガスは容器 5 2 5の上部から排出さ れる。 ボックス 5 2 8の有価物ダス卜の一部はダスト循環路 5 1 5を経 て水冷管 5 1 2の上流側に戻される。 有価物ダストは更に濃縮され、 粒 子中の例えば Z n濃度を 2〜3倍にまで髙めることが可能となる。 水冷管 5 1 2や水冷サイクロン 5 1 3による排ガスの冷却は有価物ダ ストの捕集に重要であり、 水冷サイクロン 5 1 3出口の排ガス温度を 6 5 0 ° C以下にする必要がある。 徘ガス冷却を効率良く行うために、 煙 道 1 1の下流に希釈空気管 5 1 4を接続することが有効であり、 水冷管 5 1 2の入口で排ガスが急速冷却され、 以下に述べる有価物凝集が効率 良く行われる。

つぎに、 上述した有価物回収装置による有価物の回収を説明する。 P bや Z nの如く融点、 沸点が低い有価物はプラズマ溶融炉で殆ど全部が 蒸発して排ガス中に揮散し、 プラズマ溶融炉内でサブミク口ンの粒子と なる。 この粒子は排ガスの冷却と共に冷却され、 凝縮しながら他の粒子 と凝集し、 水冷サイクロンで捕集可能なダストまで成長する。 特に核に なる粒子は、 スラグにならないままプラズマ溶融炉からキャリーオーバ —される粒子であり、 数^ m〜数十// mのサイズで分布している。 した がって水冷管 5 1 2を垂直又は垂直に近くすることによって、 排ガスと 粒子及び粒子同士の間に相対速度差が生じ、 サブミクロン粒子は冷却さ れながら、 キャリーオーバーされた粒子に衝突し付着し、 各粒子が衝突 する毎に粒子柽が大きくなり、 有価物力 <次第に濃縮される。 ダスト循環 路 5 1 5の水冷管 5 1 2への接続により、 有価物が再循環し更に濃縮さ れる。

一方、 Cuのように融点、 沸点が比較的高い有価物は、 約 3000 ' C以上のプラズマ炎で直接加熱される領域では蒸発するが、 他の領域で はスラグの中に封じ込められる。 3そのため蒸発し揮散した有価物が回収

2

される。 またチタンのように融点、 沸点が非常に高い金属は蒸発せず、 殆どがスラグの中に封じ込められ回収はできない。

さらに、 有価物回収の実験例を第 1 4図により説明する。 実験条件は 以下の通りである。

プラズマ出力： 30 O Kwh (トランスファータイプ） 、 被溶融物：都市ごみ焼却飛灰、

( Z n 0. 8%, P b 0. 4%. Cu 0. 6%) 被溶融物供給量： 3 00 K g/h、 プラズマガス：空気 第 1 4図の水冷サイクロン出口排ガス温度は希釈空気量でコントロー ルされ、 各温度での回収率を測定した。 融点、 沸点の低い Z ri, P bは 65 0 ° C以下で急速に回収率が上がっている。 すなわちプラズマ溶融 炉で殆どが蒸発し、 排ガス中に揮散しているので、 水冷サイクロン出口 温度を 6 50。 C以下に保つと、 凝集して水冷サイクロンで捕集される 。 融点、 沸点が比較的高い Cuも 65 0° C以下で急速に回収率力上が るが、 相当量がスラグの中に封じ込められてきるため、 面収率が 50% 前後で上げ止まる。

このように本発明のプラズマ溶融炉における有価物回収装置又は方法 は、 P b, Zn. Cu等の低融点物質の粒子を立ち上げ管内で堆積させ ることなく成長させ、 有価物ダストとして効率良く捕集するのて'、 排ガ ス処理装置の通路の閉塞トラブルを生じさせることなく、 有価物を資源 として回収してリサイクルすることができ、 サブミクロン程度の有価物 を大気に放出することによる公害も防止できる。 最後に、 第 1 5図乃至第 2 0図は、 本発明のプラズマ溶融炉における プラズマトーチの運転監視装置を示している。

本発明のブラズマ溶融炉におけるプラズマトーチの運転監視装置は、 溶融炉 1の炉壁に設けられる圧力センサ 6 0 4と、 プラズマトーチの電 源装置 6 0 3内に設けられる電圧センサ 6 0 5と、 溶融炉操作制御ボッ クス 6 1 1等に設けられる積分手段 6 0 6、 第 1比較手段 6 0 7、 第 2 比較手段 6 0 8及び判断手段 6 0 9とからなる。

圧力センサ 6 0 4は、 プラズマトーチ 2からの冷却水漏れによる炉本 体 1内の圧力変動を検出するためのもので、 圧力信号波形を積分手段 6 0 6に送る。 圧力センサ 6 0 4からの圧力信号波形は第 1 6図 （ a ) 、 第 1 6図 （ b ) に示すようなものである。 第 1 6図 （a ) は安定運転中 の信号波形で、 第 1 6図 （b ) はプラズマトーチからの冷却水漏れが起 こり、 信号波形が乱れている状態である。

積分手段 6 0 6は、 圧力センサ 6 0 4からの圧力の信号波形をバンド フィルタ 6 0 6 aを通して所定の周波数带域を抽出し、 その周波数帯域 でのバヮ一スぺク トル積分 （以下スぺク トル積分という， ) を行い、 そ の積分値を第 1比較手段 6 0 7へ送るものである。 ここで、 所定の周波 数带域を抽出してスぺク トル積分を行う理由は、 第 1 7図 （a ) 、 第 1 7図 （b ) に示すように、 プラズマトーチからの冷却水漏れによる信号 波形の乱れは、 安定運転中の信号波形の周波数領域とは別の領域に現れ るからである。 第 1 7図 （a ) は安定運 ¾£中の信号波形の) 11波数領域で 、 第 1 7図 （b ) はプラズマトーチからの冷却水漏れが起こり、 信号波 形が乱れている状態の周波数領域である。

第 1比較手段 7は、 第 1 8図に示すように、 積分手段 6 0 6で積分さ れた積分値と所定の第 1基準値と比較して大きい場合に判断手段 6 0 9 に異常信号を発するものである。 所定の第 1基準値とは、 プラズマトー チからの冷却水漏れによる信号波形の乱れが現れる周波数領域での安定 運転中のスぺクトル積分の値である。

又、 このスぺク トル積分値は、 第 1 9図に示すように、 プラズマトー チのプラズマガスの流量によって異なるので、 上記所定の第 1基準値は 、 プラズマガスの流量に合わせて、 第 1 9図中の鎖線の如く変化して設 定される。

電圧センサ 6 0 5は、 プラズマトーチの電源電圧の変動を検出するた めのもので、 第 2比較手段 6 0 8は、 前記電圧センサの電圧信号を所定 の第 2基準値と比較して電源の電圧降下を検出し、 判断手段 6 0 9に電 圧降下信号を送るものである。 これは、 プラズマトーチからの冷却水漏 れが発生するとプラズマトーチの電源電圧が降下することに着目して、 プラズマトーチの異常を前記第 1比較手段 7からの異常信号と併用する ことによって、 確実にプラズマトーチの異常を検出してプラズマトーチ の運転監視装置の誤作動を防止する。

判断手段 6 0 9は、 前記第 2比較手段 6 0 8と前記第 1比較手段 6 0 7からの信号により、 適切な判断をして、 非常停止信号をプラズマトー チ電源装置 6 0 3等に送ったり、 警報信号を警報ランブ 6 1 0等に送つ たりする。 判断手段 6 0 9の判断基準例をを第 2 1図に示す。 前記第 1 比較手段 6 0 7からの信号が異常信号で、 且つ、 前記第 2比較手段 6 0 8が電圧降下信号である場合には、 冷却水が多量に炉内に漏れ非常に危 険な状態にあるので、 非常停止信号を第 1 5図に示すプラズマトーチ電 源装置 6 0 3に送り、 プラズマトーチ 2の運転を直ちに停止させる。 前 記第 1比較手段 6 0 7からの信号が異常信号で、 前記第 2比較手段 6 0 8からの電圧降下信号でない場合には、 冷却水漏れが疑わしい状態で、 警報信号を簪報ランプ 6 1 0等に送り、 作業員の注意を促す。 前記第 1 比較手段 6 0 7からも異常信号が無く、 前記第 2比較手段 6 0 8からも 電圧降下信号がない場合には、 そのままプラズマトーチ 2の運転を統行 する。

このようなプラズマトーチの運転監視装置においては、 プラズマト一 チ 2から冷却水が炉内に漏れると、 炉内圧力の変動を圧力センサ 6 0 4 が検出し、 更にプラズマトーチ 2の電源電圧の変動を電圧センサ 6 0 5 が検出する。 そして、 積分手段 6 0 6が前記圧力センサ 6 0 4からの信 号波形を所定周波数帯域でスぺクトル積分し、 その積分値を第 1比較手 段 6 0 7が所定の第 1基準値と比較して大きい場合に異常信号を発する 。 また、 第 2比較手段 6 0 8が前記電圧センサ 6 0 5からの電圧信号を 所定の第 2基準値と比較して電源の電圧降下を検出する。 そして、 判断 手段 6 0 9が前記第 2比較手段 6 0 8からの電圧降下信号と前記第 1比 較手段 6 0 7からの異常信号を受けると、 プラズマトーチ 2の運転を停 止させる信号を発して、 運転中に起こるプラズマトーチの異常を即時に 検出する。

次に、 本発明のプラズマ溶融装置における他のプラズマトーチの運転 監視装置を第 2 0図により説明する。 プラズマトーチ 2は、 第 2 2図 （ a ) 、 第 2 2図 （b ) に示すように、 電極が中空円筒構造であるので、 この中空部分 6 5 6の圧力も炉内に冷却水が漏れると、 水蒸気により上 昇し変動する。 このプラズマトーチ 2内の圧力変動はプラズマガス供給 圧の変動により検出することができる。 そこで、 プラズマトーチ 2から の冷却水漏れによる異常を、 第 1 5図に示す実施例の如く炉内圧力の変 動により検出するのではなく、 ブラズマガス供給圧の変動により検出し ようとするの力 第 2 0図に示す本発明のプラズマ溶融装置における他 のプラズマトーチの運転監視装置である。

従って、 この本発明のプラズマ溶融炉における他のプラズマトーチの 運転監視装置において、 第 1 5図と異なるところは、 プラズマガスの供 給圧を測定する圧力計 6 1 7が、 プラズマガス供給装置 6 1 6とブラズ マトーチ 2との間に接続されている点である。 その圧力信号波形は、 炉 内に冷却水が漏れによる異常が積分を行う周波数带ゃ基準値が異なるだ けで、 第 1 5図に示すプラズマトーチの運転監視装置の場合と同様のパ ターンで現れるので、 圧力計 6 1 7からの信号波形の処理は、 積分を行 う周波数带ゃ基準値のみを変えて、 第 1 5図に示すプラズマトーチの運 転監視装置と同様に処理される。 そして、 判断手段 6 0 9が前記第 2比 較手段 6 0 8からの電圧降下信号と前記第 1比較手段 6 0 7からの異常 信号を受けると、 プラズマトーチ 2の運転を停止させる信号を発して、 運転中に起こるプラズマトーチの異常を即時に検出する。

このようにして、 本発明のプラズマ溶融炉におけるプラズマトーチの 運転監視装置は、 運転中に起こるプラズマトーチの異常を即時に発見で きるので、 プラズマトーチの劣化による冷却水漏れに気がつかずに運転 し続けることがなく、.多量の冷却水を炉内へ噴出して水蒸気爆発などの 災害を招くこともない。

産業上の利用可能性

以上詳細に説明した様に、 本発明のプラズマ溶融炉及びその運転方法 において、 スラグの排出孔から流出するスラグの流下方向に沿って排ガ スを誘導する耐火物製の誘導筒を配置し、 高温の排ガスの顕熱により流 下するスラグ及び排出孔の出口近傍を強制的に加熱し昇温するものは、 排出孔出口近傍でのスラグ固化による閉塞が生じにく くなり、 安定した 操業が可能なプラズマ溶融炉及びその運転方法として最適である。 更に、 プラズマトーチの傾動中心をスラグの排出孔入口と廃棄物の供 給孔出口との間の距離 Lとの間であつて廃棄物供給孔から 0. 2 L〜 0 . 4 5 Lの範囲にずらして設け、 プラズマ熱を廃棄物の供給孔近傍に与 えて廃棄物を高速溶融し、 スラグの排出孔がつまり始めたらプラズマト ーチを排出孔に向けて少し傾動させるものは、 プラズマトーチの運転を 最適化でき、 安定な出滓を確保しつつ、 電力原単位およびスラグ化率の 性能が良くなるブラズマ溶融炉及びその運転方法として最適である。 加えて、 空気等のガスをスラグ溜まりに向けて吹き込むガスノズルを 溶融炉の焼却灰の供給孔に同軸に設け、 プラズマトーチが駆動装置によ り傾動する場合は、 ガスノズルの吹き込み角度を前記プラズマトーチの 躯動装置と連動して変化させる駆動装置を镕融炉に備えさせ、 空気等の ガスを焼却灰の供給孔から、 常にプラズマトーチの照射先に位置するス ラグ溜まりに向けて吹き込んで運転するものは、 安定的なスラグの流出 及び効率の良い溶融スラグ化を確保しつつ、 焼却灰を確実にスラグ溜ま りに混入させるプラズマ瑢融炉及びその運転方法として最適である。 そして、 溶融炉の排ガス中に燃料を吹き込むことを基本として運転す るものは、 N O Xの発生を低減する運転方法として最適である。

更には、 有価物回収装置を備えたものは、 排ガス処理設備の通路を閉 塞することなく徘ガスに舍まれる有価物を効率良く回収するプラズマ溶 融伊及びその運転方法として最適である。

最後に、 プラズマトーチの運転監視装置が設けられたものは、 ブラズ マトーチの劣化による冷却水漏れに気がつかずに運転し続けて水蒸気爆 発などの災害を招くことのないプラズマ溶融炉として最適である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 内部に溶融状態のスラグを溜める炉本体と、

該炉本体に設けられ、 前記スラグに対してプラズマアークを発生させ るためのプラズマトーチと、

前記炉本体に設けられ、 前記スラグに廃棄物を供給する供給孔と、 前記炉本体に設けられ、 溢れた前記スラグを流下させる排出孔と、 該排出孔から前記スラグと共に流出する排ガスを上方に導くための煙 道と、

前記排出孔に設けられ、 前記煙道内で前記排ガスを前記スラグの流下 方向に ¾つて 導するための耐火物製の誘導筒と、

を備えたプラズマ溶融炉。

2 . プラズマアークで廃棄物を溶融して炉本体の内部にスラグの溜ま りを形成する工程と、

前記炉本体に設けられた排出孔から溢れた前記スラグを排ガスと共に 排出する工程と、

前記排出孔から流出する排ガスを前記スラグが流下する方向に強制的 に誘導する工程と、

高温の前記俳ガスにより、 流下する前記スラグおよび前記排出孔の出 口近傍を強制的に加熱し舁温させる工程と、

を含んでなるブラズマ溶融炉装置の運転方法。

3 - 内部に溶融状態のスラグを溜める炉本体と、

該炉本体に設けられ、 前記スラグに対してプラズマアークを発生させ るためのプラズマトーチと、

前記炉本休に設けられ、 前記スラグに廃棄物を供給する供給孔と、 前記炉本体に設けられ、 溢れた前記スラグを流下させる排出孔と、 該排出孔から前記スラグと共に流出する排ガスを上方に導くための煙 道と、

前記プラズマトーチをトーチの軸方向に移動可能にすると共に、 トー チの照射方向を前記供給孔と前記排出孔を結ぶ線に沿って傾劻可能とす る躯動装置と、

を備えたプラズマ溶融炉であって、

前記プラズマトーチの傾動中心が、 前記供給孔の出口と前記排出孔の 入口との距離 Lの間であって、 前記供給孔の出口から 0 . 2 L〜0 . 4 5 Lの位置に設けられているプラズマ瑢融炉。

4 . 請求項 3記載のプラズマ溶融炉を用 、、

間欠的に前記排出孔の入口、 又は、 廃棄物供袷孔の出口に向かって傾 動させるブラズマ溶融炉装置の運転方法。

5 . 内部に溶融状態のスラグを溜める炉本体と、

該炉本休に設けられ、 前記スラグに対してプラズマアークを発生させ るためのプラズマトーチと、

前記炉本体に設けられ、 前記スラグに廃棄物を供給する供袷孔と、 前記炉本体に設けられ、 溢れた前記スラグを流下させる排出孔と、 該排出孔から前記スラグと共に流出する排ガスを上方に導くための煙 道と、

該煙道から排ガスを抜き出す通路と、

該通路に接続され、 前記供給孔と同軸に設けられて、 前記排ガスを前 記炉本体内に吹き込むガスノズルと、

を備えたプラズマ溶融炉。

6 . 内部に溶融状態のスラグを溜める炉本体と、

該炉本体に設けられ、 前記スラグに対してプラズマアークを発生させ るためのプラズマトーチと、

前記炉本体に設けられ、 前記スラグに廃棄物を供給する供給孔と、 前記炉本体に設けられ、 溢れた前記スラグを流下させる排出孔と、 該排出孔から前記スラグと共に流出する俳ガスを上方に導くための煙 道と、

該煙道から排ガスを抜き出す通路と、

該通路に接続され、 前記供給孔と同軸に設けられて、 前記排ガスを前 記炉本体内に吹き込むガスノズルと、

前記プラズマトーチをトーチの軸方向に移動可能にすると共に、 トー チの照射方向を前記供給孔と前記排出孔を結ぶ線にぬって傾動可能とす る第 1の駆動装置と、

前記ガスノズルの吹き込み角度を可変する第 2の躯動装置と、 を備えてなるプラズマ溶融炉。

7. 請求項 6記載のプラズマ榕融炉において、

前記第 2の駆動装置と前記第 1の駆動装置とを同じ向きに連動させる 制御装置と、

を備えてなるブラズマ' it融炉。

8. 炉本体内にプラズマトーチでプラズマアークを発生させ、 前記炉 本体の供給孔から供給される焼却灰を溶融してスラグの溜まりを形成す る工程と、

前記溜まりから溢れた前記スラグを前記炉本体に設けられた排出孔か ら連統的に排出し冷却固化する工程とを有するブラズマ溶融伊の運転方 法であって、

前記供給孔と同軸に設けられたガスノズルからガスを前記炉本体に吹 き込み、 吹き込まれた前記ガスの流れによって、 前記焼却灰を前記ブラ ズマトーチの照射先に位置する前記スラグに向けて着床させる工程を舍 ませたブラズマ溶融炉の運転方法。

9. プラズマアークで廃棄物を镕融して炉本体の内部にスラグの溜ま りを形成する工程と、

前記伊本体に設けられた排気孔から排ガスを排出する工程と、 前記排ガス中に燃料を吹き込んで N 0 Xの発生を低減する工程と、 を含んでなるブラズマ溶融炉装置の運転方法。

1 0 . 前記排気孔に前記燃料を吹き込む請求項 9記載のプラズマ溶融 炉の運転方法。

1 1 . 前記燃料の吹き込み位置の前記排ガスの温度を 5 0 0 ° C以上 とする請求項 9記載のブラズマ溶融炉の運転方法。

1 2 . 前記プラズマアークにおけるプラズマガス量の変動と前記燃料 の吹き込み量とを連動させる請求項 9記載のブラズマ溶融炉の運転方法

1 3 . プラズマアークで廃棄物を溶融して炉本体の内部にスラグの溜 まりを形成する工程と、

前記炉本体に設けられた排気孔から排ガスを排出する工程と、 前記排気孔内の排ガス中に燃料を吹き込んで N 0 Xの発生を低缄する 工程と、

前記排気孔から排出された排気ガスに更に燃料を吹き込んで N O Xの 発生を低減する工程と、

を舍んでなるプラズマ溶融炉の運転方法。

1 4 . 前記排気孔から排出された排気ガスであって、 前記燃料の吹き 込み位置の前記排気ガスの温度を 8 0 0 ° C以上とする請求項 1 3記載 のプラズマ溶融炉の運転方法。

1 5 . 内部に溶融状態のスラグを溜める炉本体と、

該炉本体に設けられ、 前記スラグに対してプラズマアークを発生させ るためのプラズマトーチと、

前記炉本体に設けられ、 前記スラグに廃棄物を供給する供袷孔と、 前記炉本体に設けられ、 溢れた前記スラグを流下させる排出孔と、 該排出孔から前記スラグと共に流出する排ガスを上方に導くための煙 道と、

該煙道に接続され、 垂直方向に対して 3 0度以内に立ち上げられた水 冷管と、

を備えたプラズマ溶融炉。

1 6 . 前記水冷管の下流に設けられ、 前記水冷管内に溜まる有価物ダ ストを捕集する水冷サイクロンを

備えた請求項 1 5記載のブラズマ溶融炉。

1 7 . 前記水冷管の上流又は前記煙道の下流に希釈空気管を接続した 請求項 1 5記載のブラズマ瑢融炉。

1 8 . 前記水冷管の上流又は前記煙道の下流に前記水冷サイク口ンか らの有価物ダストの一部を戻すダスト循環路を接統した請求項 1 6記載 のプラズマ溶融炉。

1 9 . プラズマアークで廃棄物を溶融して炉本体の内部にスラグの溜 まりを形成する工程と、

前記炉本体に設けられた排出孔から溢れた前記スラグを排ガスと共に 排出する工程と、

前記排ガスを垂直軸に対して 3 0度以内に立ち上げた管を通して冷却 する工程と、

前記排ガスを更に冷却しながら有価物ダストを分離する工程と、 を含んでなるプラズマ溶融炉の運転方法。

2 0 . 有価物ダストの前記分離工程を経た排ガス温度を 6 5 0度以下 にする請求項 1 9記載のプラズマ瑢融炉の運転方法。

2 1 . 内部に溶融状態のスラグを溜める炉本体と、

該炉本体に設けられ、 プラズマガスを供給しつつ前記スラグに対して プラズマアークを発生させるためのプラズマトーチと、

前記炉本体に設けられ、 前記スラグに廃棄物を供給する供給孔と、 前記炉本体に設けられ、 溢れた前記スラグを流下させる排出孔と、 該排出孔から前記スラグと共に流出する排ガスを上方に導くための煙 道と、

前記炉本体の内部の圧力の变動または前記プラズマガスの供袷圧の変 動を検出する圧力センサと、

該圧力センサからの信号波形を所定周波数帯域でスぺク トル積分する 積分手段と、

該積分手段からの積分値を所定の基準値と比較してこの δ準値より大 きいと異常信号を発する比較手段と、

を備えてなるブラズマ溶融炉。

2 2 . 前記基準値が、 前記プラズマトーチから供給される前記プラズ マガスの流量によつて変化する請求項 2 1記載のプラズマ溶融炉。

2 3 . 内部に溶融状態のスラグを溜める炉本体と、

該炉本体に設けられ、 プラズマガスを供給しつつ前記スラグに対して プラズマアークを発生させるためのプラズマトーチと、

前記炉本体に設けられ、 前記スラグに廃棄物を供袷する供給孔と、 前記炉本体に設けられ、 溢れた前記スラグを流下させる排出孔と、 該排出孔から前記スラグと共に流出する排ガスを上方に導くための煙 道と、

前記炉本体の内部の圧力の変動または前記プラズマガスの供給圧の変 動を検出する圧力センサと、

該圧力センサからの信号波形を所定周波数带域でスぺク トル積分する 積分手段と、

該積分手段からの積分値を所定の基準値と比較してこの基準値より大 きいと異常信号を発する第 1比較手段と、

前記プラズマトーチの電源電圧の変動を検出する電圧センサと、 該電圧センサの電圧信号を所定の基準値と比較して電源の電圧降下を 検出する第 2比較手段と、

該第 2比較手段からの電圧降下信号と前記第 1比較手段からの異常信 号を受けた時に、 プラズマトーチの運転を停止させる信号を発する判断 手段と、

を備えたプラズマ溶融炉。