(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般ごみ等の廃棄物の焼却炉から回収される微粉物を溶融して、重金属は気化後に冷却固化により回収し、その他の物質は溶融後に固化して回収する微粉物の分離回収を行う溶融装置において、
溶融炉の下部に設けられた炉底電極および溶融物を蓄積させる溶融池と、
前記溶融炉の上部に設けられたトーチ電極と、該トーチ電極の外側に前記微粉物および加熱用プラズマガス送入用のノズルとからなるプラズマトーチと、
前記炉底電極と前記トーチ電極との間に移行形アークプラズマを発生せしめるための電源部と、
前記溶融炉の上部に設けられた排気用ダクトと、
該排気用ダクトに設けられた前記重金属回収用の排気ガス冷却部とを備え、
前記微粉物を前記加熱用プラズマガスとともに前記プラズマトーチの前記ノズルから前記溶融炉に供給した際、当該微粉物を前記移行形アークプラズマによる高温にて溶融せしめ、この溶融により気化した前記重金属を前記排気ガス冷却部で回収するようにしたことを特徴とするプラズマ溶融装置。
【請求項２】
一般ごみ等の廃棄物の焼却炉から回収される微粉物を溶融して、重金属は気化後に冷却固化により回収し、その他の物質は溶融後に固化して回収する微粉物の分離回収を行う溶融装置において、
溶融炉の下部に設けられた炉底電極および溶融物を蓄積させる溶融池と、
前記溶融炉の上部に設けられたトーチ電極と、該トーチ電極の外側にトーチ電極保護用プラズマガス送入用の第１ノズルと、該第１ノズルの外側に前記微粉物および加熱用プラズマガス送入用の第２ノズルとからなるプラズマトーチと、
前記炉底電極と前記トーチ電極との間に移行形アークプラズマを発生せしめるための電源部と、
前記溶融炉の上部に設けられた排気用ダクトと、
該排気用ダクトに設けられた前記重金属回収用の排気ガス冷却部とを備え、
前記微粉物を前記加熱用プラズマガスとともに前記第２ノズルから前記溶融炉に供給する際、前記トーチ電極保護用プラズマガスを前記第１ノズルから供給して前記トーチ電極を保護せしめながら、前記微粉物を前記移行形アークプラズマによる高温にて溶融せしめ、この溶融により気化した前記重金属を前記排気ガス冷却部で回収するようにしたことを特徴とするプラズマ溶融装置。
【請求項３】
前記加熱用プラズマガスとして、アルゴンガス，窒素ガスまたは水素ガス、これらの混合ガスもしくは空気を用いた請求項１または請求項２に記載のプラズマ溶融装置。
【請求項４】
前記トーチ電極保護用プラズマガスとして、アルゴンガスまたは窒素ガスを用いた請求項２に記載のプラズマ溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般ごみ等の廃棄物の焼却炉から回収される微粉物を溶融して、重金属は気化後に冷却固化により回収し、その他の物質は溶融後に固化して回収する微粉物の分離回収を行うプラズマ溶融装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般ごみ等の廃棄物の焼却に伴い発生する煤塵としての微粉物（集塵ダスト）の発生量は極めて多大となっている。そしてこの微粉物は、表面層に低融点の重金属やダイオキシンなどの有害物質を含んでおり、この微粉物をそのままの状態で埋め立て処分したのでは、生体系への影響が心配され、そのためこの微粉物を高温にて溶融して、重金属は蒸発等により気化したのち急速に冷却して固化し、またその他の物質は溶融後冷却し砂状或いはブロック状に固形化して分離し、重金属は再利用に供し、その他の物質の砂状或いはブロック状の固形物は建築資材等に利用するなど、微粉物処理の検討が進められている。
【０００３】
そして、これら微粉物の溶融装置としての従来の装置の一例としては、熱源に電気抵抗を用いたものがある。即ち、図３に示すように溶融炉１内に熱源として電気抵抗を用いた加熱エレメント２を設け、ホッパー３から溶融炉１内に供給される微粉物４を加熱溶融し、溶融炉１の底部に溶融状態で蓄積される。この蓄積された溶融物５は、溶融物取出口６からパイプ７を通して回収容器８に取り込まれ、溶融物５は冷却されてガラス状固形物９として回収される。
一方、前述した溶融の過程で低融点の重金属１０は蒸発し、気化されて上方に設けられた取出口１１から加熱炉１外に導出されるが、その導出部に設けられた冷却空気等による冷却部１２によって急速に冷却され固化されて、重金属回収部１３において回収される。重金属１０が回収された排気ガスは、送風ファン１４によりダクト１５を介して放出されるようになっている。
また、その他の従来例としては、熱源としてガスバーナを用いるものもあるが、原理的には前述した溶融装置と大差ないため省略する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な熱源として電気抵抗を用いた加熱エレメントによる加熱は、間接加熱であるため熱効率が低く、加熱温度の高温化にも限度あり、また微粉物の性質による効果的加熱雰囲気の選択が出来ないなどの問題がある。
また、熱源としてガスバーナを用いるものも、前記した熱源として電気抵抗を用いた溶融装置における問題点のほか、燃焼に伴う排気ガス処理の問題があり、これら従来技術は微粉物の溶融装置とし種々の問題があった。
本発明は、微粉物の溶融装置としてのこのような問題を解決したもので、熱効率の向上、加熱温度の高温化、微粉物の性質による効果的加熱雰囲気の選択等を行い得る溶融装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によるプラズマ溶融装置は、一般ごみ等の廃棄物の焼却炉から回収される微粉物を溶融して、重金属は気化後に冷却固化により回収し、その他の物質は溶融後に固化して回収する微粉物の分離回収を行う溶融装置において、溶融炉の下部に設けられた炉底電極および溶融物を蓄積させる溶融池と、前記溶融炉の上部に設けられたトーチ電極と、該トーチ電極の外側に前記微粉物および加熱用プラズマガス送入用のノズルとからなるプラズマトーチと、前記炉底電極と前記トーチ電極との間に移行形アークプラズマを発生せしめるための電源部と、前記溶融炉の上部に設けられた排気用ダクトと、該排気用ダクトに設けられた前記重金属回収用の排気ガス冷却部とを備え、
前記微粉物を前記加熱用プラズマガスとともに前記プラズマトーチの前記ノズルから前記溶融炉に供給した際、当該微粉物を前記移行形アークプラズマによる高温にて溶融せしめ、この溶融により気化した前記重金属を前記排気ガス冷却部で回収するようにしたものである。
【０００６】
本願の第２の発明によるプラズマ溶融装置は、一般ごみ等の廃棄物の焼却炉から回収される微粉物を溶融して、重金属は気化後に冷却固化により回収し、その他の物質は溶融後に固化して回収する微粉物の分離回収を行う溶融装置において、溶融炉の下部に設けられた炉底電極および溶融物を蓄積させる溶融池と、前記溶融炉の上部に設けられたトーチ電極と、該トーチ電極の外側にトーチ電極保護用プラズマガス送入用の第１ノズルと、該第１ノズルの外側に前記微粉物および加熱用プラズマガス送入用の第２ノズルとからなるプラズマトーチと、前記炉底電極と前記トーチ電極との間に移行形アークプラズマを発生せしめるための電源部と、前記溶融炉の上部に設けられた排気用ダクトと、該排気用ダクトに設けられた前記重金属回収用の排気ガス冷却部とを備え、前記微粉物を前記加熱用プラズマガスとともに前記第２ノズルから前記溶融炉に供給する際、前記トーチ電極保護用プラズマガスを前記第１ノズルから供給して前記トーチ電極を保護せしめながら、前記微粉物を前記移行形アークプラズマによる高温にて溶融せしめ、この溶融により気化した前記重金属を前記排気ガス冷却部で回収するようにしたものである。
【０００７】
【実施例】
本発明による第１の実施例を図１に示す。図１は溶融装置の縦断面の模式図で、２０は溶融炉、２１は溶融炉２０の底部に設けられている炉底電極、２２は微粉物が溶融された溶融ダスト２３が蓄積される溶融池、２４は溶融炉２０の上部に設けられたタングステンなどが用いられているトーチ電極、２５はトーチ電極２４の外側に下方が狭められた円筒状に形成されたトーチノズルで、このトーチ電極２４とトーチノズル２５は、プラズマトーチ３１として形成されている。そして、このトーチノズル２５には微粉物２６の送り口２７と加熱プラズマガス２８の送り口２９とに接続されている供給パイプ３０から、微粉物２６と加熱プラズマガス２８とが供給される。なお、トーチ電極２４の外周に設けられたトーチノズル２５から、ほぼ均等に微粉物２６と加熱プラズマガス２８とが溶融炉２０に供給されるように、ノズル２５部分に網目状の分散フィルターなどを用いてその均一化を図ることが望ましい。
【０００８】
３２は炉底電極２１とトーチ電極２４との間に移行形アークプラズマ３３を発生させるための直流電源、３４は溶融池２２の溶融ダスト２３を取出す取出パイプ、３５は取出パイプ３４に設けられたバルブで溶融ダスト２３の取出量を調節するものである。３６は取出された溶融ダスト２３を冷却固化して収容する容器で、容器３６内にはガラス状固形物３７が回収される。
３８は微粉物２６を溶融する過程で発生する、或いは溶融池から蒸発する気化状の低融点重金属３９を含む排気ガスを回収するためのダクトで、そのダクト３８には排気ガス冷却用送風機４０よりなる排気ガス冷却部４１と重金属３９を回収する回収部４２が設けられている。４３は排気ガス放出部である。
【０００９】
次に本装置の動作および作用等を説明する。本発明も表面に低融点の重金属が付着している微粉物２６を溶融して、重金属４４と重金属を含まない溶融ダスト２３を冷却しガラス状固形物３７とに分離し回収するものであるが、炉底電極２１とトーチ電極２４との間に電圧が印加される前は、微粉物２６と加熱プラズマガス２８が供給されておらず、溶融池２２には溶融ダスト２３がなく、炉底電極２１が露出している。
溶融装置の動作は、前記両電極に直流電圧を印加すると共に、加熱用ブラズマガス送口２９からノズル２５を通して溶融炉１に加熱プラズマガス２８として例えば窒素ガスを供給する。これにより、トーチ電極２４と炉底電極２１との間に移行形アークプラズマが発生する。次に微粉物２６をその送り口２７から供給し、供給パイプ３０で加熱プラズマガス２８と混合し、ノズル２５から溶融炉２０に供給される。供給された微粉物２６は、窒素プラズマ流によって加熱され、溶融・蒸発しながら溶融ダスト２３は炉底電極２１に送られる。
【００１０】
溶融炉２０内のアークプラズマ３３中は５０００〜１００００℃高温であると共に、その周辺に比べ数倍以上の粘性を有しているため、アークプラズマ３３中の微粉物２６は、周辺に拡散せずに炉底電極２１に達する。炉底電極２１に達した微粉物２６は、少なくともその表面は溶融状態であり、炉底電極２１の表面に付着し溶融され、微粉体として飛散しない状態となる。溶融炉２０内に供給される微粉物２６は、アークプラズマにより次々に炉底に溶融状態で蓄積され溶融池２２ができる。そして低融点の重金属は、微粉物２６がアークプラズマ３３中で加熱・溶融する過程と、溶融池２２で溶融ダスト２３が加熱される過程で蒸発・気化する。この時、溶融池２２の温度は溶融ダスト２３の流動性が確保できる１３００℃〜１５００℃まで、アークプラズマ３３の熱出力、即ち電源３２の出力電圧を調整して上昇させることができる。
【００１１】
また、このアークプラズマ３３による加熱状態で、加熱プラズマガス２８を低流量化し、溶融ダスト２３等から蒸発・分離したダイオキシが分解するまで、１０００℃以上の溶融炉１中に滞留させ、その後気化された重金属３９を含む排気ガスは排気ガス冷却部４１に導入される。そして排気ガス冷却用送風機４０によって送風される冷却空気により、３００℃以下に急速に冷却される。そのため気化していた重金属３９は固化し、ダイオキシンの分解で生じた塩素は再びダイオキシンを生じることなく回収部４２で回収される。重金属３９を除去した排気ガスは、排気ガス放出部４３から大気へ放出される。この排気ガス中には溶融炉２０の窒化雰囲気で加熱することによって、ＮＯｘ  は殆ど発生しない。
【００１２】
次に本発明の他の実施例を図２に基づいて説明する。なお、図２も溶融装置の縦断面の模式図で、図１と同一部分は同一符号で示してある。
前記した第１の実施例と相違する所は、トーチ電極２４とトーチノズル２５との間にトーチ電極２４を保護するためのガスを送込むノズルを更に設けたものである。
即ち、４５はトーチ電極２４の外側に下方が狭められた円筒状に形成されたノズル（第１のノズル）で、このノズル４５は電極保護用プラズマガス４６の送り口４７に接続されている供給パイプ４８から、例えばアルゴンガスが供給される。この電極保護用のプラズマガス４６も、ノズル４５からトーチ電極２４部分を通うして溶融炉１内にほぼ均等に供給されるように、ノズル４５部分に網目状の分散フィルターなどを用いてその均一化を図ることが望ましい。
そしてこのノズル４５（第１のノズル）の外側に下方が狭められた円筒状に形成されたノズル４９（第２のノズル）が設けられている。そして、この第２のノズル４９に微粉物２６の送り口２７と加熱プラズマガス２８の送り口２９とに接続されている供給パイプ３０を通して、微粉物２６と加熱プラズマガス２８とが溶融炉２０に供給される。
なお、トーチ電極２４、第１のノズル４５および第２のノズル４９とはプラズマトーチ５１として形成されている。
【００１３】
この実施例の動作および作用は、電極保護用プラズマガス４６を第１のノズル４５に供給することによって、トーチ電極２４を加熱用プラズマガス２８として供給される、例えば窒素ガスから影響を受けないように保護するものである。
この電極保護用プラズマガス４６が第１のノズル４５から供給された後、或いは同時に加熱用プラズマガス２８が供給され、トーチ電極２４と炉底電極２１との間に窒素・アルゴンプラズマ流が発生し、その後供給される微粉物２６はこの窒素・アルゴンプラズマ流によるアークプラズマ５０によって加熱され、溶融・蒸発しながら溶融ダスト２３は炉底電極２１に送られる。
このように第２の実施例は、加熱用プラズマガス２８からトーチ電極２４を保護するようにしたもので、加熱用プラズマガス２８供給のノズル４９（第２のノズル）の内側に電極保護用プラズマガス４６を供給するノズル４５（第１のノズル）を設けたものである。
従って、微粉物２６の性質により選択した加熱用プラズマガス２８が、トーチ電極２４に悪影響を及ぼすものであっても、電極保護用プラズマガス４６により保護されるものであるため、トーチ電極２４の長寿命化が図れるものである。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、微粉物をアークプラズマ中と溶融池で高温度で加熱でき、高効率で溶融させることができ、かつ、微粉物の性質により加熱用プラズマガスを選択することによって、加熱雰囲気を酸化、窒化、不活性に制御できるものである。
また、プラズマガスを低流量化することによって、ガスコストの低減と、排気ガス損失の低減による熱効率の向上、ダイオキシンの高温溶融炉中の滞留時間の長期化による分解が可能となり、公害発生の抑制が可能になると共に急速冷却装置の簡易化が図れるものである。プラズマガスの低流量化による低速化やアークプラズマ長の増大による微粉物のアークプラズマ中の滞留時間の増大によって、微粉物の表面が十分に溶融・蒸発し、表面層に付着しているダイオキシンの分離・分解ならびに重金属の蒸発が促進できる。さらに、微粉物は表面が融溶し、炉底への着床が確実となる。
更に、排気ガス冷却部は急速に３００℃以下に冷却することによって、ダイオキシンを再生成することなく、排気ガス中の低融点の重金属を固形化して回収し、かつ溶融ダストは一部重金属を含むものの、溶融後の処分や利用に適した形状に固化することで、ダストの無害化、資源化、減容などを可能とし、微粉物の処理を行う溶融装置として優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す溶融装置の縦断面の模式図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す溶融装置の縦断面の模式図である。
【図３】従来例の溶融装置の縦断面の模式図である。
【符号の説明】
１，２０  溶融炉
２  加熱エレメント
３  ホッパー
４，２６  微粉物
５，２３  溶融ダスト
６  溶融ダスト取出口
７，３４  溶融ダスト取出パイプ
８，３６  溶融ダスト回収容器
９，３７  溶融ダストの砂状固形物
１０  排気ガス取出口
１１，４１  排気ガス冷却部
１２，４２  重金属回収部
１３  送風ファン
１４，４３  排気ガス放出部
２１  炉底電極
２２  溶融池
２４  トーチ電極
２５  トーチノズル
２７  微粉物の送り口
２８  加熱プラズマガス
２９  加熱プラズマガスの送り口
３０  供給パイプ
３１，５１  プラズマトーチ
３２  電源
３３，５０  アークプラズマ
３５  バルブ
３８  ダクト
３９  低融点重金属
４０  冷却用送風機
４４  重金属
４５  第１のノズル
４６  電極保護用プラズマガス
４７  電極保護用プラズマガスの送り口
４８  電極保護用プラズマガスの供給パイプ
４９  第２のノズル
【図１】
0003582603.tif 000002
【図２】
0003582603.tif 000003
【図３】
0003582603.tif 000004