JP3721569B2 - 灰溶融炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ焼却炉や各種焼却装置から排出される焼却灰などを溶融処理する灰溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の都市ごみ，下水汚泥などの廃棄物は、都市ごみ焼却炉や各種焼却装置などの焼却施設で焼却処理され、その焼却施設で生じた焼却灰やばいじん（以下、灰という）は、灰溶融炉を有する灰溶融処理施設により溶融処理され、減容化，無害化されている。とくに抵抗加熱方式の溶融炉は、溶融スラグ内に対向電極を配置して直流または交流通電し、溶融スラグを抵抗体として発生する電気抵抗熱（ジュール熱）により灰を加熱して溶融するものであり、熱効率が高い、発生ガスが少ない、アークを生成しないためフリッカが発生しない、溶融スラグと溶融メタルとを分離して出滓ができる、などの特徴を有している。
【０００３】
この抵抗加熱方式の溶融炉を使用した灰溶融処理施設として、特開平７−７７３１８「廃棄物の溶融処理方法及び装置」などが提案されている。その公開特許公報に記載された灰溶融炉を図３に示す。この図に示す灰溶融炉は、炉蓋１および炉体２から構成される溶融炉であり、上部電極３，下部電極４，灰投入口５，排気口６，スラグ出滓口７，メタル出滓口８などを有するものである。上部電極３は、炉蓋２を貫通して設けられ、電極昇降装置９で垂直方向に昇降自在に支持され、その先端位置が溶融スラグ１１に埋没されるように、図示しない電極位置制御装置により制御されている。下部電極４は炉体２の底部に設けられ、上部電極３と下部電極４の間には電源が接続され、その電極間に通電することにより、溶融スラグ１１を抵抗体として電気抵抗熱を発生させて溶融スラグ１１の溶融状態を維持している。なお、図示していないが、上部電極３は複数本の同電位の電極で構成されることもある。灰投入口５は、図示しない灰供給装置に接続されており、その灰供給装置は灰貯留層から排出された灰をコンベアおよびホッパを介して灰投入口５に供給するものである。排気口６は、図示しない排ガス処理装置に接続されており、その排ガス処理装置は炉内で発生した排ガスを無害化して大気に排出するものである。スラグ出滓口７およびメタル出滓口８は、それぞれ一定量に達した溶融スラグ１１，溶融メタル１２を連続的または間欠的に排出するものであり、排出された溶融スラグ１１および溶融メタル１２は、徐冷コンベア１３，１３などにより所定の位置に搬送され、その後、再利用などに使用されている。一般に、炉内に投入された灰１０は、溶融して溶融スラグ１１および溶融メタル１２に分離し、その比重の違いにより、溶融スラグ１１は上層に積層し、溶融メタル１２は下層に積層する。そして、ある一定量に達した溶融スラグ１１は、オーバーフローまたはスライドゲートバルブによる開閉によりスラグ出滓口７から外部に排出され、ある一定量に達した溶融メタル１２は、図示しない傾動装置により溶融炉を傾動させてメタル出滓口８から外部に排出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような灰溶融炉では、次のような問題点があった。
（１）上部電極にはカーボンからなる電極を使用しているため、加熱時には酸化され、灰１ｔを溶融処理するのに対して電極は４〜５ｋｇも消耗してしまうように、上部電極の消耗が激しく、電極を継ぎ足す必要があった。
（２）上部電極が消耗して短くなってしまうため、電極昇降装置および電極位置制御装置により、上部電極が常に溶融スラグに埋没するように制御する必要があった。
（３）上部電極を昇降させているため、溶融炉（炉蓋）との間にシール装置を設けて、炉内の気密性を維持するとともに、上部電極を円滑に昇降できるようにする必要があった。
（４）上部電極は溶融スラグに直接的に浸漬されるため、カーボン電極を使用する必要があり、その電極が酸化されることによりＣＯガスが発生し、排ガス処理装置でＣＯガスを無害化する必要があった。
【０００５】
一方、灰溶融処理を行った後の溶融炉を発明者らが調査した結果、炉底に設けられた下部電極および炉底に設けられた耐火材は、積層された溶融メタルにより覆われることにより保護され、ほとんど消耗していなかった。本発明は、この事実に鑑み、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、電気抵抗熱を発生させるすべての電極を炉底に設け、それらを積極的に溶融メタルで保護することにより、電極の消耗およびＣＯガスの発生を抑制することができ、簡易な構造で、安全かつ安定した灰溶融処理を行うことができる灰溶融炉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】
本発明の構成によれば、炉内に投入された灰を電気抵抗加熱により加熱して溶融し、生じた溶融スラグ，溶融メタルおよび排ガスを、スラグ出滓口，メタル出滓口および排気口からそれぞれ排出する灰溶融炉において、絶縁性および耐火性を有し炉底を複数に分割する敷居と、その分割された炉底の各領域に設けられた複数の電極と、それらの電極間に接続された電源と、を有するし、、ことを特徴とする灰溶融炉が提供される。
【０００７】
上述した本発明によれば、炉底を複数に分割する敷居を設けたことにより、炉底に複数の領域を形成することができ、溶融メタルをそれらの領域に区分して積層させることができる。そして、その分割された領域に対となる電極を設けることにより、各電極は溶融メタルにより保護されるとともに、領域間で電流を流すことができ、溶融スラグを抵抗体として電気抵抗熱を発生させることができる。したがって、従来の上部電極が不要となり、電極昇降装置，電極位置制御装置およびシール装置が不要となる。さらに、各電極は溶融メタルにより保護されているため、ほとんど消耗することがなく、ＣＯガスが発生することがない。したがって、ＣＯガスを無害化する処理行程も不要となる。このように電極の消耗およびＣＯガスの発生を抑制することにより、簡易な構造で、安全かつ安定した灰溶融処理を行うことができる。
【０００８】
また、本発明の実施の形態によれば、上記メタル出滓口は上記敷居の高さよりも上方の炉壁に設けられていることが好ましい。
【０００９】
上述した本発明の実施の形態によれば、メタル出滓口を敷居の高さよりも上方の炉壁に設けたことにより、溶融メタルが敷居を越えて積層された場合でも、メタル出滓口が固化することがなく、余剰の溶融メタルを最小限の傾動で排出することができる。
【００１０】
さらに、本発明の実施の形態によれば、上記敷居は、炉底を二分割するように設けられ、その一方の領域には、単数または複数の同電位の第一電極が設けられ、他方の領域には、第一電極と逆電位であって、単数または複数の同電位の第二電極が設けられていることが好ましい。
【００１１】
上述した本発明の実施の形態によれば、炉底を二分割し、各領域に対となる電極を設けるだけで、その領域間で通電させることができる。したがって、各領域の容積が大きいため、各領域において積層される溶融メタルの量が多く、溶融メタルが敷居を越えて電極間の電位差がなくなるまでの操業時間を長くすることができる。すなわち、溶融メタルの排出作業の間隔を長くすることができ、より安定した灰溶融処理を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１および図２を参照して説明する。なお、従来と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
図１は本発明の灰溶融炉の構成を示す側面断面図であり、図２（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図を示し、図２（Ｂ）は他の実施の形態を示す図２（Ａ）と同様な図である。なお、図２（Ａ）および（Ｂ）では、溶融スラグ１１および溶融メタル１２を省略している。
これらの図に示すように、本発明の灰溶融炉は、絶縁性および耐火性を有し炉底を二分割する敷居１４と、その分割された炉底の各領域１５ａ，１５ｂに設けられた第一電極１６および第二電極１７と、その電極１６，１７間に接続された電源と、敷居１４の高さよりもわずかに上方の炉壁に設けられたメタル出滓口１８と、を有している。また、この灰溶融炉は、炉蓋１および炉体２から構成されており、炉蓋１には灰投入口５および排気口６が設けられ、それぞれ灰供給装置および排ガス処理装置に接続されている。炉体２には、メタル出滓口１８よりも上方の炉壁に溶融スラグ１１を排出するためのスラグ出滓口７が設けられている。なお、ここでは電源として直流電源を使用し、第一電極１６を正極（＋）に、第二電極１７を負極（−）に接続している。
【００１４】
上述した本発明の灰溶融炉は、炉底に敷居１４を設け、その敷居１４，炉底および炉壁により囲まれた領域１５ａ，１５ｂを構成し、各領域１５ａ，１５ｂに区分して溶融メタル１２を積層させることにより、第一電極１６および第二電極１７を溶融メタル１２で保護するとともに、逆電位の電極１６，１７を炉底に設けることができるようにしたものである。このように、炉底を区分して溶融メタル１２を積層させることにより、炉底に逆電位の電極１６，１７を設けても電極１６，１７間の電位差を維持することができ、各電極１６，１７間で通電させることができ、溶融スラグ１１を抵抗体として電気抵抗熱を発生させることができ、炉内に投入された灰１０を溶融することができる。なお、始動時には、まだ溶融メタル１２が形成されていないため、コークスや鉄のスクラップなどの導電性金属を投入してから灰１０を投入して溶融炉を始動させる。
【００１５】
上記敷居１４は、図１および図２（Ａ）に示すように、絶縁性および耐火性を有する板形状部材であって、炉壁間に連結されており、炉底からある高さを有する隔壁を構成するものである。したがって、溶融メタル１２がこの敷居１４を越えるほどに積層された場合には、電極１６，１７間の電位差がなくなり、灰１０を加熱することができなくなってしまう。この電極１６，１７間の電位差を計測することにより、溶融メタル１２の積層レベルを検知することができ、電極１６，１７間の電位差がなくなったときには、図示しない傾動装置により溶融炉を傾動させ、メタル出滓口１８から余剰の溶融メタル１２を排出する。このとき、電極１６，１７は溶融メタル１２で覆うことにより保護する必要があるため、積層された溶融メタル１２を全部排出する必要はなく、事実、積層された溶融メタル１２の下の部分では、既に固化してしまっているため、溶融炉を傾動させても固化した部分は残存し、上の部分の溶融した部分のみが排出される。また、メタル出滓口１８は、敷居１４の高さよりも低い位置に設けられていると、積層した溶融メタル１２に埋没してしまい、固化してしまうおそれがある。そのため、敷居１４よりも高い位置に設ける必要があり、さらに、溶融メタル１２を排出するときの傾動を最小限にするためには、できるだけ敷居１４の高さに近い方がよく、メタル出滓口１８は敷居１４よりもわずかに高い位置に設けられている。このメタル出滓口１８から各領域１５ａ，１５ｂの余剰な溶融メタル１２を均等に排出するためには、図２（Ａ）に示すように、敷居１４と同一直線上に設けるようにしてもよいし、各領域１５ａ，１５ｂごとにメタル出滓口１８を設けて交互に傾動させるようにしてもよい。
【００１６】
上記各領域１５ａ，１５ｂには、図２（Ａ）に示すように、単数の第一電極１６および第二電極１７を設けるようにしてもよいし、領域１５ａには正極（＋）の電極を、領域１５ｂには負極（−）の電極を、それぞれ対となるように複数設けるようにしてもよい。また、図２（Ｂ）に示すように、敷居１４を円形状部材で構成し、領域１５ａ，１５ｂを敷居１４の内外に区分してもよい。この場合には、例えば、内側の領域１５ｂに負極（−）となる第二電極１７を単数だけ設け、外側の領域１５ａに正極（＋）となる第一電極１６を複数（図では４個）設けるようにしてもよい。図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、炉底を二分割すると各領域１５ａ，１５ｂの容積が大きいため、各領域１５ａ，１５ｂにおいて積層される溶融メタル１２の量が多く、溶融メタル１２が敷居１４を越えて電極１６，１７間の電位差がなくなるまでの操業時間を長くすることができ、溶融メタル１２の排出作業の間隔を長くすることができ、より安定した操業を行うことができる。さらに、図示していないが、複数の敷居１４を設けて炉底を３つ以上の領域に区分するようにしてもよい。３つ以上の領域を炉底に構成した場合には、通電させる対となる電極を任意に選択することができるため、スラグ出滓口７の近傍を重点的に加熱したり、溶融スラグ１１の温度分布を変化させたりすることができる。したがって、溶融スラグ１１を円滑に排出したり、溶融スラグ１１を均一攪拌して均質な溶融スラグ１１を製造したりすることもできる。
【００１７】
上述した本発明の灰溶融炉によれば、電気抵抗熱を発生させる電極１６，１７が直接的に溶融スラグ１１に浸漬しないため、カーボン電極を使用する必要がなく、導電性セラミックスなどで代用することができ、さらに操業中は溶融メタル１２により常に保護されている。したがって、電極１６，１７がほとんど消耗することがなく、ＣＯガスも発生しない。すべての電極１６，１７を炉底に設け、電極１６，１７の消耗を抑制したことにより、電極昇降装置，シール装置および電極位置制御装置などを設ける必要がない。したがって、灰溶融炉を簡易化，軽量化することができ、溶融炉の傾動や据え付けなどが容易になり、安定した操業を行うことができる。また、炉蓋１に電極を設けていないため、灰投入口５や排気口６を自由に設けることができ、例えば、図１に示すように、灰投入口５を炉蓋１の中心に設けて炉内にほぼ均等に灰１０を投入させたり、排気口６を大きくして効率よく排ガスを排気させたりすることができる。また、溶融メタル１２の積層レベルを電極１６，１７間の電位差を計測するだけで検知することができるため、そのレベルを容易に検知でき、しかも、特別なレベル計測装置を設ける必要もない。さらに、ＣＯガスの発生を抑制したことにより、排ガス処理装置において、有害なＣＯガスを無害化するためのＣＯガス処理行程を設ける必要がなく、安全な操業を行うことができる。
【００１８】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、電源として交流電源を使用するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
上述した本発明の灰溶融炉によれば、炉底に区分された領域を構成し、各領域に電極を設けるとともに、各領域ごとに溶融メタルを積層させ、各領域間で通電させているため、電気抵抗熱を発生させるすべての電極を炉底に設け、それらの電極を溶融メタルにより保護することができる。したがって、電極の消耗およびＣＯガスの発生を抑制することができ、簡易な構造で、安全かつ安定した灰溶融処理を行うことができる。また、メタル出滓口を敷居の高さよりもわずかに上方の炉壁に設けたことにより、溶融メタルが敷居を越えて積層された場合でも、メタル出滓口が固化することがなく、余剰の溶融メタルを最小限の傾動で排出することができ、より安定した灰溶融処理を行うことができる、などの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の灰溶融炉の構成を示す側面断面図である。
【図２】（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図を示し、（Ｂ）は他の実施の形態を示す図２（Ａ）と同様な図である。
【図３】特開平７−７７３１８「廃棄物の溶融処理方法及び装置」の公開特許公報に記載された灰溶融炉を示す図である。
【符号の説明】
１ 炉蓋
２ 炉体
３ 上部電極
４ 下部電極
５ 灰投入口
６ 排気口
７ スラグ出滓口
８ メタル出滓口
９ 電極昇降装置
１０ 灰
１１ 溶融スラグ
１２ 溶融メタル
１３ 徐冷コンベア
１４ 敷居
１５ 領域
１６ 第一電極
１７ 第二電極
１８ メタル出滓口

Claims (3)

1. 炉内に投入された灰を電気抵抗加熱により加熱して溶融し、生じた溶融スラグ，溶融メタルおよび排ガスを、スラグ出滓口，メタル出滓口および排気口からそれぞれ排出する灰溶融炉において、
   絶縁性および耐火性を有し炉底を複数に分割する敷居と、その分割された炉底の各領域に設けられた複数の電極と、それらの電極間に接続された電源と、を有する、ことを特徴とする灰溶融炉。
2. 上記メタル出滓口は上記敷居の高さよりも上方の炉壁に設けられている、請求項１に記載の灰溶融炉。
3. 上記敷居は、炉底を二分割するように設けられ、その一方の領域には、単数または複数の同電位の第一電極が設けられ、他方の領域には、第一電極と逆電位であって、単数または複数の同電位の第二電極が設けられている、請求項１または請求項２に記載の灰溶融炉。

Images