JP2896562B2 - 廃棄物溶融炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物を溶融処理す
るための廃棄物溶融炉に係り、例えば都市ごみ焼却炉、
汚泥焼却炉及び産業廃棄物炉から排出される焼却灰、こ
れらを焼却する際に発生する飛灰、これらの焼却灰と飛
灰との混合物等に添加物を加えて溶融処理し、減容化し
て無害化し、溶融物を再利用するための再起物を溶融処
理するための廃棄物溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば都市ごみ焼却炉から排出さ
れる焼却灰を溶融固化させて、減容化及び無害化を図る
ためにはコークスベッド溶融炉、表面溶融炉、旋回流溶
融炉等の燃料焚溶融炉やプラズマ溶融炉、電気アーク
炉、電気抵抗炉、マイクロ波溶融炉等の電気溶融炉が使
用されている。

【０００３】ここで、燃料焚溶融炉としては、例えば特
開平６−１１１２７号公報（以下、第１従来例と称す）
に記載されているものがあり、電気溶融炉としては例え
ば特開平７−２９４１５６号公報（以下、第２従来例と
称す）や特開平７−４９１８５号公報（以下、第３従来
例と称す）に記載されているものがある。

【０００４】第１従来例には、灰を加熱用バーナで加熱
して溶融させる灰溶融炉を、炉本体内に形成した予熱室
とこれに連通する加熱用バーナを配設した溶融室とで構
成し、灰を貯蔵するホッパーから灰を予熱室を介して溶
融室に送給して、加熱用バーナで加熱溶融させ、次いで
冷却槽で固化させるようにした灰溶融炉が記載されてい
る。

【０００５】第２従来例には、皿状の炉本体とその上面
に被着された炉蓋とを有し、炉本体の上下中央部に開設
された溶融スラグ排出口と、炉蓋から炉内に装入された
電極と、炉蓋に開設された廃棄物投入口、空気供給口及
び廃棄口とを備えた三相交流アーク炉と、その溶融スラ
グ排出口に連通された溶融スラグ空冷装置とを備えた廃
棄物溶融処理装置が開示されている。

【０００６】第３従来例には、給電電極が配設された上
方に開口した炉体と、この炉体の内部に上下に積層状態
に充填された上層用抵抗発熱体と下層用抵抗発熱体とを
具備し、上層用抵抗発熱体は炭化微粒子と所定温度以上
で導電化する無機質耐熱材との混練焼成材を破砕分級し
て得た粉末状物で構成され、下層用抵抗発熱体は、木炭
等を破砕分級して得た平均粒度１ｍｍ乃至５ｍｍの炭素
粒状物で構成されて、これら抵抗発熱体で通電によって
３０００℃程度の高温加熱を行うようにした電気抵抗発
熱炉が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上記第１従
来例の灰溶融炉にあっては、灰を移動させながら予熱し
た後に加熱用バーナで溶融するようにしているので、灰
の移動速度が速すぎると、加熱用バーナの溶融能力を越
えた灰が溶融室に搬入され、溶融室における灰の滞留時
間を十分に確保できず、未溶融の灰が排出されてしま
い、再度溶融炉に投入し直さなければならないという問
題点がある。また、未溶融の灰が排出口を閉塞して炉操
業の停止を余儀なくされることもある。更に、ホッパー
から溶融室まで灰を移動させる間に灰が固着することも
生じる。これらの不具合によって、全体としての炉の稼
働効率が低下するという問題点がある。

【０００８】また、第２従来例にあっては、炉本体が皿
状であるため、設置面積が大きくなると共に、エネルギ
ー効率の面からも好ましいものではなく、更に溶融物を
湯面からのオーバーフローによって排出しているので、
溶融物の排出時に不溶解物が少量混入することは避けら
れず、溶融スラグの再利用に大きな問題となる等の未解
決の課題がある。

【０００９】更に、第３従来例にあっては、上層用抵抗
発熱体及び下層用抵抗発熱体で高温の熱源を構成してい
るので、これら発熱体の周囲が局部的に高温となり、耐
火物の溶損が起こることから、これを補修する必要があ
り、どうしても稼働率が低下するという問題点がある。
また、主成分である物質までも蒸発させ、溶融処理で発
生する集塵量が増し、その処理費用が嵩むという問題点
もある。更に、電極部分が高温の熱源になれば多量の冷
却水が使用され、この冷却水が持ち去る熱量が多くな
り、エネルギー効率が低下するという問題点もある。

【００１０】一方、斯かる従来の装置には灰等を溶融す
るための空気、キャリヤーガス及び電極と空気との反応
による発生ガス等の排ガスが多量となり、２次公害の発
生または排ガスの処理設備の大規模化が問題となってい
る。

【００１１】そこで、本発明は、上記従来例の未解決の
課題に着目してなされたものであり、排ガス量を少なく
すると共に、局部的な加熱による耐火物の溶損を防止
し、更にエネルギー効率を向上させ、且つ装置全体を小
型化すると共に、溶融スラグの再資源化を容易とするこ
とができる廃棄物溶融炉を提供することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決ための手段】上記目的を達成するために、
請求項１に斯かる廃棄物溶融炉は、上端を開放した炉本
体と、該炉本体の上端を開閉自在に閉塞する炉蓋とを備
え、前記炉本体には、その中央部に配設された縦型ルツ
ボと、該縦型ルツボの回りを所定空間を隔てて囲む断面
方形の耐火レンガ層と、該耐火レンガ層の内周面に当該
耐火レンガ層を貫通して支持されて井桁状に配設された
発熱電極と、該発熱電極の支持部に形成された不活性ガ
ス導入口と、前記縦型ルツボの下部側に配設された補助
加熱機構及び流量調整機構を有する溶融物排出部とが形
成され、前記炉蓋には側面側に配設された前記縦型ルツ
ボに溶融原料を供給する原料供給機構と、上面側に配設
された排ガス排出部及び前記縦型ルツボに投入された溶
融原料を溶融物内に強制的に浸漬させる攪拌機構とが形
成されていることを特徴とする。

【００１３】この請求項１に係る発明においては、縦型
ルツボに溶融原料が投入され、その周囲に井桁状に配設
された発熱電極で加熱するのでエネルギー効率が向上す
ると共に、発生する排ガスが炉蓋の上部に形成された排
ガス排出部から排出されるので、排ガスを速やかに排出
し、耐火レンガ等を浸食することを防止することができ
る。

【００１４】また、発熱電極の支持部に不活性ガス導入
口を形成したので、この導入口から不活性ガスが発熱電
極の回りに流れ込み、縦型ルツボの外周部上部側を外気
圧より高い正圧に維持することができ、発熱電極の酸化
を防止する一方、排ガスによる耐火レンガの浸食を防ぎ
廃棄物溶融炉の耐久性を向上させることができる。この
ため、排ガス量の殆どを原料から発生する排ガスのみと
して排ガス量を減少させることができ、排ガス量の持ち
去るダスト量も減少させることができ、更に排ガス中の
ＮＯｘ、ＳＯｘ等の規制値の厳しいガス組成の低減が可
能となり、２次公害の発生を抑制することができる。

【００１５】更に、縦型ルツボ内の溶融物の排出口が縦
型ルツボの下部側に配設されているので、不溶解物が混
入することなく、溶融物を炉外にスムーズに排出するこ
とができ、定量化が可能となり、再資源化を達成するこ
とができる。

【００１６】更にまた、原料攪拌機構を有するので、縦
型ルツボ内面近傍の温度上昇を招くことなく、投入され
た原料の溶け込み速度を向上させることができ、廃棄物
溶融炉の小型化を図ることができる。

【００１７】また、請求項２に係る廃棄物溶融炉は、請
求項１に係る発明において、前記溶融物排出部には、空
気の侵入を防止する不活性ガス導入口が形成されている
ことを特徴とする。

【００１８】この請求項２に係る発明においては、溶融
物排出部にも不活性ガスを導入することにより、この排
出部からの空気の侵入を確実に防止して排出部を構成す
る排出ノズル等の構成機器の酸化を確実に防止すること
ができ、耐久性を向上させることができる。

【００１９】更に、請求項３に係る廃棄物溶融炉は、請
求項１または２に係る発明において、前記溶融物排出部
は、縦型ルツボの最下部の側面に連通されていることを
特徴とする。

【００２０】この請求項３に係る発明においては、縦型
ルツボの最下部側面に溶融物排出部が連通されているの
で、溶融物に不溶解物が混入することなく、円滑に排出
することができる。

【００２１】更にまた、請求項４に係る廃棄物溶融炉
は、請求項１乃至３に係る発明の何れかにおいて、前記
攪拌機構は、設定位置の変更が可能で攪拌ストロークを
０〜５００ｍｍの範囲で調整可能とし、且つ１攪拌スト
ロークの所要時間が１０〜６０秒の範囲で調整可能に構
成されていることを特徴とする。

【００２２】この請求項４の発明においては、攪拌機構
による投入原料の溶融物への溶け込み速度を向上させな
がら縦型ルツボ内面近傍の温度上昇を抑制して適正な溶
融を行うことができる。

【００２３】尚更に、請求項５に係る廃棄物溶融炉は、
請求項１乃至４に係る発明の何れかにおいて、前記原料
供給機構で投入される溶融原料は、一般廃棄物焼却灰、
飛灰、産業廃棄物燃えがら、有機性汚泥、無機性汚泥、
石炭灰等の何れか１つまたはこれらの混合物に添加物を
加えて調整された物であることを特徴とする。

【００２４】この請求項５に係る発明においては、一般
廃棄物焼却灰、飛灰、産業廃棄物燃えがら、有機性汚
泥、無機性汚泥、石炭灰等の何れか１つまたはこれらの
混合物に添加物を加えて調整された物を確実に溶融処理
することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る廃棄物溶融炉を
図面を参照して詳述する。図１及び図２は本発明の実施
の形態を示す縦断面図及び横断面図である。

【００２６】図中、１は廃棄物溶融炉であって、有底角
筒状を呈して上面を開放した炉本体２と、その上面を開
閉自在に閉塞する炉蓋３とを備えている。

【００２７】炉本体２は、断面方形の角筒状の外皮４
と、その内周面及び下端面に配設されたＳｉＣでなる耐
火レンガ層５と、この耐火レンガ層５の内側における上
端より所定距離下端側位置から下端側に所定間隔で支持
されて井桁状に配設された３×ｎ本（ｎは正の整数）の
抵抗発熱体で構成される発熱電極６と、この発熱電極６
の内側にこれと近接して配設された上端が炉本体２の上
端と面一となる円筒状の縦型ルツボ７とを備えている。

【００２８】ここで、発熱電極６は、図２に示すよう
に、両端が耐火レンガ層５を貫通して外皮４に形成され
た電力導入支持部８で支持され、この電力導入支持部８
が支持部キャップ９によって密閉されている。

【００２９】そして、各発熱電極６は三本一組として電
力導入支持部８を介してスター接続或いはΔ接続され、
これらが図示しない三相交流電源に電源スイッチを介し
て接続されている。

【００３０】また、電力導入支持部８の空間部と発熱電
極６が配設されている耐火レンガ層５及び縦型ルツボ７
との間の空間部とに外皮４の下部に形成された不活性ガ
ス導入口１０から窒素ガス等の不活性ガスが供給され、
発熱電極６を含む全ての空間部の圧力がその上部側即ち
縦型ルツボ７の上端より上方の圧力よりも正圧となるよ
うに加圧され、後述するように溶融材料の溶融に伴う排
ガスが発熱電極６及び耐火レンガ層５に侵入することを
確実に阻止するようにしている。

【００３１】更に、縦型ルツボ７の最下端側側面部に外
皮４及び耐火レンガ層５を貫通する溶融物排出機構１２
が連通されている。

【００３２】この溶融物排出機構１２は、縦型ルツボ７
に一端が挿通された溶湯ノズル１３と、この溶湯ノズル
１３の他端に配設されたその開口面積を制御して流量制
御を行う流量調整部１４と、この流量調整部１４から流
下する溶融物を受ける受皿１５と、この受皿１５に連通
して下方に延長する流下通路１６に介挿されたタップ口
１７とで構成されている。

【００３３】ここで、溶湯ノズル１３の炉本体２外には
図２に示すように補助ヒータ１９が巻装され、この補助
ヒータ１９によって溶融物を固化することなくスムーズ
に、しかも定量が可能な状態で排出することができる。

【００３４】また、流下通路１６には不活性ガス導入口
１８が連通されて窒素ガス等の不活性ガスが導入される
ことにより、タップ口１７からの空気の侵入を防止して
いる。

【００３５】一方、炉蓋３には、その下端面に縦型ルツ
ボ７に対向してその内径と等しい直径の円形凹部２１が
形成され、この円形凹部２１の側壁に開口して炉蓋３を
貫通して原料供給機構２２が配設されていると共に、こ
の原料供給機構２２の開口部に対向する上部側位置に攪
拌機構２３が配設され、更に円形凹部２１の底部に開口
して炉蓋３を上方に貫通し且つ圧力調整弁２４を有する
排ガス排出路２５が連通されている。

【００３６】ここで、圧力調整弁２４は、炉内圧が１０
〜５０ｍｍＨ₂ Ｏに調整可能で、円形凹部２１内を正圧
に維持している。

【００３７】原料供給機構２２は、上部の原料供給路２
６及び上部スライドバルブ２７を介して供給される溶融
原料を貯留する原料ホッパー２８と、このホッパー２８
の下端側の切り出し口に配設された下部スライドバルブ
２９の下端側に連接された定量スクリューフィーダ３０
とを有する。

【００３８】ここで、ホッパー２８の底部側壁には溶融
原料が持ち込む空気を不活性ガスで除去するための不活
性ガス導入口３１が連通され、下部スライドバルブ２９
を閉じ、上部スライドバルブ２７を開放している状態で
不活性ガス導入口３１から窒素ガス等の不活性ガスを導
入することにより、ホッパー２８内の空気を不活性ガス
に置換することができる。

【００３９】また、原料供給路２６を通じて供給される
溶融原料としては、一般廃棄物焼却灰、飛灰、産業廃棄
物燃えがら、有機性汚泥、無機性汚泥、石炭灰等の何れ
か１つまたはこれらの混合物に添加物を加えて調整され
た物である。

【００４０】更に、攪拌機構２３は、炉蓋３に対する設
定位置が変更可能に配設され、シール部材３５でシール
され電動モータ等の駆動源に接続された駆動ローラ等で
構成されるアクチュエータ３６によって上下往復駆動さ
れる攪拌ロッド３８を有する。

【００４１】この攪拌ロッド３８は、その攪拌ストロー
クが０〜５００ｍｍの範囲で調整可能で且つ１攪拌スト
ロークの所要時間が１０〜６０秒の範囲に設定すること
ができる。

【００４２】以上が本発明の実施の形態の一例を示す構
成であるが、次にその動作を説明する。今、原料ホッパ
ー２８に所定量の溶融原料を投入し、その内部が不活性
ガス導入口３１からの不活性ガスで充満されている状態
で、下部スライドバルブ２９を開けて原料供給機構２２
の定量スクリューフィーダ３０で溶融原料を縦型ルツボ
７内の溶解物上に定量投入する。

【００４３】このとき、発熱電極６には三相交流源から
の三相交流が通電されて、発熱状態にあり、縦型ルツボ
７を所定温度に加熱することにより、投入される溶融原
料を溶融させている。

【００４４】そして、投入された溶融原料は、溶解物の
上に浮遊することになるが、攪拌機構２３の攪拌ロッド
３８が溶融原料の投下位置で上下方向に往復駆動されて
いるので、この攪拌ロッド３８によって投入された溶融
原料が溶解物内に侵漬されて溶解効率を向上させること
ができる。

【００４５】また、縦型ルツボ７内に長時間滞留して完
全に溶融した溶解物は縦型ルツボ７の下部に設けられた
溶解物排出機構１２の溶湯ノズル１３を通じて流量調整
部１４で流量調整しながらタップ口１７を介して外部に
不溶解物が混入することなく排出される。

【００４６】このとき、投入された溶融原料が長時間縦
型ルツボ７内に滞留することにより、溶融原料に含まれ
る有害物質の殆どは蒸発して排ガス中に含まれることに
なり、排ガス排出路２５を通じて系外に排出されて保集
されるので、排出される溶融物に不純物が混入されるこ
とが確実に阻止されて再利用が可能となる。

【００４７】そして、縦型ルツボ７から排出された溶解
物は溶湯ノズル１３の回りに巻装された補助ヒータ１９
によって加熱されることにより、固化することなく、円
滑に外部に排出されると共に、不活性ガス導入口１８か
らの不活性ガスが受皿１５及び溶湯ノズル１３の周囲が
充満されているので、外部からの空気の侵入を阻止して
溶解物排出機構１２の酸化を防止して、耐久性を向上さ
せている。

【００４８】更に、炉本体２の縦型ルツボ７の回りに配
設されている発熱電極６及び耐火レンガ層５は、不活性
ガス導入口１０から供給される不活性ガスによって縦型
ルツボ７の上部側が比較して正圧となるように維持され
ているので、縦型ルツボ７で発生する排ガスが発熱電極
６を含む空間内に侵入することが確実に阻止され、これ
によって、発熱電極６の酸化や耐火レンガ層５の浸食を
防ぐことができ、炉本体２の耐久性を従来例に比較して
大幅に向上させることができる。

【００４９】尚、上記の実施の形態においては、縦型ル
ツボ７の最下部の側壁に溶解物排出機構１２を連通させ
る場合について説明したが、これに限定されるものでは
なく、縦型ルツボ７の上下方向の中央部より下側で内部
の不溶解物が混入されない位置に溶解物排出機構１２を
連通させるようにしてもよい。

【００５０】また、上記の実施の形態では、原料供給機
構２２に定量スクリューフィーダ３０を適用する場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、ロ
ータリーフィーダを適用して定量切り出しを行うように
してもよく、更には、ベルトフィーダを適用するように
してもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、縦型ルツボに溶融原料が投入され、その周
囲に井桁状に配設された発熱電極で加熱するのでエネル
ギー効率が向上すると共に、発生する排ガスが炉蓋の上
部に形成された排ガス排出部から排出されるので、排ガ
スを速やかに排出し、耐火レンガ等を浸食することを防
止することができるという効果が得られる。

【００５２】また、発熱電極の支持部に不活性ガス導入
口を形成したので、この導入口から不活性ガスが発熱電
極の回りに流れ込み、縦型ルツボの外周部上部側を外気
圧より高い正圧に維持することができ、発熱電極の酸化
を防止する一方、排ガスによる耐火レンガの浸食を防ぎ
廃棄物溶融炉の耐久性を向上させることができる。この
ため、排ガス量の殆どを原料から発生する排ガスのみと
して排ガス量を減少させることができ、排ガス量の持ち
去るダスト量も減少させることができ、更に排ガス中の
ＮＯｘ、ＳＯｘ等の規制値の厳しいガス組成の低減が可
能となり、２次公害の発生を抑制することができる。

【００５３】更に、縦型ルツボ内の溶融物の排出口が縦
型ルツボの下部側に配設されているので、不溶解物が混
入することなく、溶融物を炉外にスムーズに排出するこ
とができ、定量化が可能となり、再資源化を達成するこ
とができる。

【００５４】更にまた、原料攪拌機構を有するので、縦
型ルツボ内面近傍の温度上昇を招くことなく、投入され
た原料の溶け込み速度を向上させることができ、廃棄物
溶融炉の小型化を図ることができる。

【００５５】また、請求項２に係る発明によれば、溶融
物排出部にも不活性ガスを導入することにより、この排
出部からの空気の侵入を確実に防止して排出部を構成す
る排出ノズル等の構成機器の酸化を確実に防止すること
ができ、耐久性を向上させることができる。

【００５６】更に、請求項３に係る発明によれば、縦型
ルツボの最下部側面に溶融物排出部が連通されているの
で、溶融物を不溶解物が混入することなく、円滑に排出
することができる。

【００５７】更にまた、請求項４に係る発明によれば、
攪拌機構による投入原料の溶融物への溶け込み速度を向
上させながら縦型ルツボ内面近傍の温度上昇を抑制して
適正な溶融を行うことができる。

【００５８】尚更に、請求項５に係る発明によれば、一
般廃棄物焼却灰、飛灰、産業廃棄物燃えがら、有機性汚
泥、無機性汚泥、石炭灰等の何れか１つまたはこれらの
混合物に添加物を加えて調整された物を確実に溶融処理
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る廃棄物溶融炉の縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【符号の説明】

１ 廃棄物溶融炉 ２ 炉本体 ３ 炉蓋 ５ 耐火レンガ層 ６ 発熱電極 ７ 縦型ルツボ ８ 電力導入支持部 １０ 不活性ガス導入口 １２ 溶解物排出機構 １３ 溶湯ノズル １４ 流量調整部 １７ タップ口 １８ 不活性ガス導入口 １９ 補助ヒータ ２２ 原料供給機構 ２３ 攪拌機構 ２５ 排ガス排出路 ２６ 原料供給路 ２７ 上部スライドバルブ ２８ 原料ホッパー ２９ 下部スライドバルブ ３０ 定量スクリューフィーダ ３１ 不活性ガス導入口 ３６ アクチュエータ ３８ 攪拌ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−47642（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−55687（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−171536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−288412（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−28837（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−96400（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23J 1/00 F23G 5/00 F23G 5/24 - 5/28 F23G 7/00 F23J 1/08 F27D 11/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上端を開放した炉本体と、該炉本体の上
   端を開閉自在に閉塞する炉蓋とを備え、前記炉本体に
   は、その中央部に配設された縦型ルツボと、該縦型ルツ
   ボの回りを所定空間を隔てて囲む断面方形の耐火レンガ
   層と、該耐火レンガ層の内周面に当該耐火レンガ層を貫
   通して支持されて井桁状に配設された発熱電極と、該発
   熱電極の支持部に形成された不活性ガス導入口と、前記
   縦型ルツボの下部側に配設された補助加熱機構及び流量
   調整機構を有する溶融物排出部とが形成され、前記炉蓋
   には側面側に配設された前記縦型ルツボに溶融原料を供
   給する原料供給機構と、上面側に配設された排ガス排出
   部及び前記縦型ルツボに投入された溶融原料を溶融物内
   に強制的に浸漬させる攪拌機構とが形成されていること
   を特徴とする廃棄物溶融炉。
2. 【請求項２】 前記溶融物排出部には、空気の侵入を防
   止する不活性ガス導入口が形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の廃棄物溶融炉。
3. 【請求項３】 前記溶融物排出部は、縦型ルツボの最下
   部の側面に連通されていることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の廃棄物溶融炉。
4. 【請求項４】 前記攪拌機構は、設定位置の変更が可能
   で攪拌ストロークを０〜５００ｍｍの範囲で調整可能と
   し、且つ１攪拌ストロークの所要時間が１０〜６０秒の
   範囲で調整可能に構成されていることを特徴とする請求
   項１乃至３の何れかに記載の廃棄物溶融炉。
5. 【請求項５】 前記原料供給機構で投入される溶融原料
   は、一般廃棄物焼却灰、飛灰、産業廃棄物燃えがら、有
   機性汚泥、無機性汚泥、石炭灰等の何れか１つまたはこ
   れらの混合物に添加物を加えて調整された物であること
   を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の廃棄物溶
   融炉。