(57)【要約】【課題】誘導加熱で焼却灰（金属を含んでいる）を加熱溶融させる場合において、発生する磁束の中心軸を焼却灰に向けて加熱効率を高めることができ、かつ連続的に焼却灰を加熱して加熱効率を高めることができる焼却灰の溶融装置を提供する。【解決手段】コイル１の長手中心軸を溶融管１１の長手中心軸に対して、ブロック状焼却灰３ａの投入側が溶融管１１内の下面側を向くように傾斜させたことにより、コイル１の長手中心軸に対して下半分側で発生している磁束Ｂはもちろん、コイル１の長手中心軸に対して上半分側で発生している磁束Ｂも効果的に溶融管１１内の下面上を移動するブロック状焼却灰３ａ中の金属に対して貫通させることによって、ブロック状焼却灰３ａに対する加熱効率を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被燃焼物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理する焼却灰の溶融装置であって、
前記焼却灰が加熱溶融される横方向に長く、前記焼却灰が投入される先端側から前記焼却灰の溶融スラグが排出される後端側に向けて下がるように傾斜している溶融室と、
前記溶融室の外周側に該溶融室の長手方向に沿って連続的に巻き回され、高周波電流の印加により前記溶融室内の下面上に投入される前記焼却灰に含まれる金属を誘導加熱して前記焼却灰全体を加熱する誘導加熱用コイルとを備え、
前記誘導加熱用コイルの長手中心軸を前記溶融室の長手中心軸に対して、前記焼却灰の投入側が前記溶融室内の下面側を向くように傾斜させた、
ことを特徴とする焼却灰の溶融装置。
【請求項２】
前記誘導加熱用コイルは、前記焼却灰が投入される前記溶融室の先端側から前記焼却灰の溶融スラグが排出される後端側に向けて巻き状態が疎から密になるように連続して螺旋状に巻かれている、
ことを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被燃焼物を焼却処理した後に残った焼却灰を誘導加熱方式により加熱して溶融処理する焼却灰の溶融装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭ごみや産業廃棄物等の大部分は焼却処理され、その後に残る灰（以下、焼却灰という）の殆どは埋め立て処理されているが、近年、この焼却灰を溶融して再利用可能な資源として回収する処理の必要性が高まっている。
【０００３】
焼却灰（金属を含んでいる）を溶融させる技術として、運転コスト、温度制御等の観点から誘導加熱方式が注目されており、焼却灰を誘導加熱により溶融させる溶融炉も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、誘導加熱する場合に、誘導加熱用のコイルを横長の焼却炉の長手方向に沿って多段に配置することにより、各コイルの出力を変えて被燃焼物を効果的に燃焼させるようにすることも行なわれている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００５】
上記特許文献１においては、スラグ抜出口の長手方向に沿って均一に巻かれたコイルに高周波電流を流すと、このコイルの内側ではその長手中心軸に対して略平行方向に磁束が発生し、この磁束がコイル内に置かれた金属（溶融スラグ中の金属（主に鉄））を貫通することによって渦電流が誘導され、この渦電流による抵抗加熱（ジュール熱）により前記金属が加熱されて溶融スラグ全体が加熱される。
【０００６】
また、上記特許文献２、３においては、金属製の燃焼筒の外周にその長手方向に沿って一定の間隔で配置されたコイルに高周波電流を流すと、このコイルの内側ではその長手中心軸に沿って磁束が発生し、この磁束が燃焼筒を貫通することによって渦電流が誘導され、この渦電流による抵抗加熱（ジュール熱）により燃焼筒が加熱されて、燃焼筒内の被燃焼物（廃棄物）が加熱燃焼される。
【特許文献１】特開平８−３２７０４２号公報
【特許文献２】特開２００２−３４９８１５号公報
【特許文献３】特開２００２−３４９８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１における誘導加熱用のコイルは、筒状のスラグ抜出口の中心軸に対して直交するように巻かれているので、コイルの内側での磁束はスラグ抜出口の長手中心軸に沿って発生する。しかしながら、加熱される鉄（溶融スラグ中の金属）はスラグ抜出口内の下側しか載っていないので、スラグ抜出口内でその長手中心軸より上半分側に発生している磁束は、前記鉄（溶融スラグ中の金属）の誘導加熱に寄与しておらず、加熱効率が悪かった。
【０００８】
また、焼却灰に金属、炭素が多く含まれる場合、直流／交流抵抗加熱方式を用いると、導電性が高くなり、ショートするおそれがある。そのため、熱の発生源としては不適である。
【０００９】
また、上記特許文献２、３における誘導加熱用のコイルは、燃焼筒の外周にその長手方向に沿って一定の間隔で断続的に配置されているので、燃焼筒の長手方向において各コイル間のコイルが無い領域では燃焼筒の加熱が促進されず、コイルがない領域で被燃焼物の加熱効率が低下するおそれがある。
【００１０】
そこで本発明は、誘導加熱で焼却灰（金属、炭素を含んでいる）を加熱溶融させる場合において、発生する磁束の中心軸を焼却灰に向けて加熱効率を高めることができ、かつ連続的に焼却灰を効率よく加熱することができる焼却灰の溶融装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、被燃焼物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理する焼却灰の溶融装置であって、前記焼却灰が加熱溶融される横方向に長く、前記焼却灰が投入される先端側から前記焼却灰の溶融スラグが排出される後端側に向けて下がるように傾斜している溶融室と、前記溶融室の外周側に該溶融室の長手方向に沿って連続的に巻き回され、高周波電流の印加により前記溶融室内の下面上に投入される前記焼却灰に含まれる金属、残留炭素を誘導加熱して前記焼却灰全体を加熱する誘導加熱用コイルとを備え、前記誘導加熱用コイルの長手中心軸を前記溶融室の長手中心軸に対して、前記焼却灰の投入側が前記溶融室内の下面側を向くように傾斜させたことを特徴としている。
【００１２】
また、前記誘導加熱用コイルは、前記焼却灰が投入される前記溶融室の先端側から前記焼却灰の溶融スラグが排出される後端側に向けて巻き状態が疎から密になるように連続して螺旋状に巻かれていることを特徴としている。
【００１３】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、誘導加熱コイル内で発生する磁束の中心軸が溶融室の長手中心軸に対して下方に傾斜して向くことになり、誘導加熱コイルの長手中心軸に対して上半分側で発生している磁束も効果的に溶融室内の下面に投入される焼却灰に対して貫通させることができ、焼却灰の加熱効率を高めることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明によれば、焼却灰中に残存する可燃性ガス及び飛灰を除去した後、その焼却灰全体を溶融室の後端近傍まで効率よく加熱熔融することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、誘導加熱用コイルの長手中心軸を溶融室の長手中心軸に対して、焼却灰の投入側が溶融室内の下面側を向くように傾斜させたことにより、発生する磁束の中心軸を溶融室の長手中心軸に対して下方に傾斜して向けることができるので、誘導加熱コイルの長手中心軸に対して上半分側で発生している磁束も効果的に溶融室内の下面に投入される焼却灰に対して貫通させることができ、焼却灰に対する加熱効率を高めることができる。
【００１６】
また、誘導加熱用コイルを、焼却灰が投入される溶融室の先端側から焼却灰の溶融スラグが排出される後端側に向けて巻き状態が疎から密になるように連続して螺旋状に巻いているので、焼却灰の加熱を連続的にかつ溶融スラブが排出される溶融室の後端近傍まで効率よく加熱することができ、より純度よく分離できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る焼却灰を加熱溶融処理する溶融装置の構成を示す一部破断断面図である。
【００１８】
本実施形態に係る溶融装置は、内部に誘導加熱用コイル（以下、コイルという）１を配置した横長で円筒状の溶融炉２と、焼却灰３が貯留されるホッパ４と、ホッパ４内に貯留された焼却灰３を圧縮しブロック状に固めて溶融炉２内に投入する焼却灰固形化装置５と、溶融炉２内でコイル１による誘導加熱で焼却灰３を加熱溶融して得られる溶融物（溶融スラグ）６を回収する回収容器７とを備えている。
【００１９】
溶融炉２の先端側（図の左側）の上部には、焼却灰固形化装置５に一端側が接続された導入管８の他端側（先端側）が溶融炉２内に位置するようにして接続されている。溶融炉２は、導入管８が接続された先端側がその後端側（図の右側）に対して上方に位置するように傾けて設置されている。溶融炉２の下部には、その長手方向に沿って溶融炉２を設置面９に対して傾斜させて保持させるため保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが設置面９との間に設けられている。溶融炉２の後端側の保持部材１０ｄは溶融炉２を上下方向に回動自在に支持し、溶融炉２の先端側の保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは上下方向に伸縮自在であり、保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃの伸縮によって溶融炉２の傾斜角を所定角度（例えば３°〜５°程度）の範囲で調整することができる。
【００２０】
溶融炉２内の中央部には、その長手方向に沿って横長で円筒状の溶融管１１が設けられており、溶融管１１も溶融炉２と同様の傾斜角度で傾斜している。溶融管１１の先端側（図の右側）の上部には、導入管８の先端が連結されており、焼却灰固形化装置５でブロック状に固化されたブロック状焼却灰３ａが導入管８を通して溶融管１１内に投入される。また、溶融管１１の導入管８が連結されている先端部には、導入管８を通して投入されたブロック状焼却灰３ａを溶融管１１の後側（図の右側）に向けて送り込む焼却灰送り機構２２が設けられている。
【００２１】
溶融管１１の後端は、溶融炉２の後端内壁に接続されており、この位置における溶融炉２の後端面には排出口２ａが形成されている。溶融炉２の後端面の外側には、排出口２ａから排出される溶融物６を回収容器７内に送るための送り板１２が設けられている。
【００２２】
コイル１は、溶融管１１の外周上にその長手方向に沿って、ブロック状焼却灰３ａの移動方向（図の左側から右側）に対して上流側から下流側に向けて巻き状態が疎から密になるように、溶融管１１の略中央近傍から後方（排出口２ａ側）に向けて排出口２ａ近傍まで連続して螺旋状に巻かれており、コイル１を水冷冷却するコイル冷却容器１３内に設置されている。即ち、コイル１の長手中心軸は、溶融管１１の長手中心軸に対してコイル１の上流側（排出口２ａと反対側）が下方に傾斜しており、コイル１内で発生する磁束Ｂの中心軸が溶融管１１の長手中心軸に対して下方に傾斜して向くことになる。なお、コイル１の一巻きの傾斜は、下流（後端）側に向かい傾斜している。
【００２３】
これにより、コイル１の長手中心軸に対して下半分側で発生している磁束Ｂはもちろん、コイル１の長手中心軸に対して上半分側で発生している磁束Ｂも効果的に溶融管１１内の下側を移動するブロック状焼却灰３ａに対して貫通させることができ、ブロック状焼却灰３ａを効率よく加熱溶融することができる。
【００２４】
また、コイル１は、溶融管１１の長手中心軸に対して下流側（排出口２ａ側）での巻き状態が密となっており、かつコイル１の排出口２ａに近接する最下流側が溶融管１１の下面に位置しているので、コイル冷却容器１３内において最後までブロック状焼却灰３ａを効率よく加熱溶融することができる。
【００２５】
溶融管１１の略中央付近（ブロック状焼却灰３ａの移動方向（図の左側から右側）に対してコイル１の上流側）の上部には、ブロック状焼却灰３ａ中に残存している可燃性ガスや飛灰を回収して燃焼させる２次燃焼器１４が接続されている。２次燃焼器１４には、配管１５を介して２次燃焼器１４の燃焼によって排出される排ガス中の灰を回収するバグフィルター１６が接続されている。なお、バグフィルター１６の先には、ブロック状焼却灰３ａ中に残存している可燃性ガスや飛灰を２次燃焼器１４に吸引させるブロア（不図示）等が接続されている。
【００２６】
ホッパ４内に貯留される焼却灰３は、本実施形態では廃車からエンジン、車体等のリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りのインパネ、シート、タイヤ、ガラス等の廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕して得られたシュレッダーダストに含まれる樹脂成分を減容処理した後に残った残渣を、燃焼炉（不図示）で焼却処理した後に残る焼却灰である。この焼却灰３中には、金属類（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂ等）と炭素が含まれており、質量％ではＦｅ、Ｃｕが多く含まれている。
【００２７】
また、ホッパ４には、貯留される焼却灰３に炭素源とシリコン源とカルシウム源の全て又はシリコン源のみを添加するための供給口１７が設けられている。
【００２８】
次に、本実施形態に係る溶融装置による焼却灰の溶融処理について説明する。
【００２９】
上記したシュレッダーダストに含まれる樹脂成分を減容処理した後に残った残渣を燃焼炉（不図示）で焼却処理した後に残る焼却灰３をホッパ４に投入して貯留する。この際、供給口１７から焼却灰３に炭素源とカルシウム源（消石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ3）等）とシリコン源（ＳｉＯ2等）の両方又はシリコン源のみをそれぞれ所定の割合で添加して攪拌し、コイル１の誘導加熱による焼却灰３の加熱溶融後に得られるスラブの塩基度（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／（ＳｉＯ2）が１．１〜１．６となるように調整する。本実施形態では、炭素源として石油タール、オイルピッチを用い、カルシウム源として貝殻を粉状に粉砕した物を用い、シリコン源として砂を用いた。なお、カルシウム源が焼却灰３中に既に含有されている場合には、焼却灰３にシリコン源のみを添加すればよい。
【００３０】
本願発明者の実験によれば、焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して炭素源が３〜４％程度、カルシウム源が４〜５％程度、シリコン源が１．５％程度未満となるように成分調製することによって、溶融される焼却灰３中のＦｅとＣｕとを効率よく分離することができた。
【００３１】
即ち、本願発明者の実験によれば、カルシウム源が焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して約４％未満であると、カルシウム源がほとんど焼却灰３中の鉄に関与してしまい、焼却灰３中の銅に関与すべきカルシウム源がなくなってしまった。また、カルシウム源が焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して約５％を超えると、カルシウム源の一部が溶融せずに、溶融する焼却灰の中を浮遊し、更に、カルシウム源が二酸化炭素を発生し易くする。また、本願発明者の実験によれば、シリコン源が焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して約１．５％を超えると、カルシウム源とシリコン源が関与し、セラミクス（ＳｉＣ）が発生してしまう。
【００３２】
そして、焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して、カルシウム源が４〜５％程度、シリコン源が１．５％程度未満となるように、カルシウム源（本実施形態では貝殻を粉状に粉砕した物）とシリコン源（本実施形態では砂）を添加した焼却灰３を、焼却灰固形化装置５に供給して圧縮し、ブロック状に固化する。この際、焼却灰固形化装置５は焼却灰３を硬く固める必要はなく、作業者が手で解せる程度のブロック状焼却灰３ａに固めればよい。
【００３３】
焼却灰固形化装置５で固化されたブロック状焼却灰３ａは、導入管８を通して溶融炉２内の溶融管１１の前側（図の左側）に順次投入される。溶融管１１内の下面に投入されたブロック状焼却灰３ａは、焼却灰送り機構２２によって溶融管１１の後側（図の右側）に押し込まれ、後方に向けて下方に傾斜している溶融管１１内を滑るようにして溶融管１１の後側にゆっくり移動していく。なお、ブロック状焼却灰３ａの滑りが悪いときには、保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃを伸ばして溶融管１１の傾斜角を少し大きくする。この際、溶融炉２内の溶融管１１と２次燃焼器１４間に接続されている排ガス管１８が、溶融管１１の傾斜に伴う高さ変位に応じて伸縮する。
【００３４】
この際、高周波電源（不図示）から接続されているコイル１に高周波電流を印加し、コイル１内でその中心軸方向に沿って磁束（磁界）Ｂを発生させ、この磁束Ｂが溶融管１１内の下面上を後側（排出口２ａ側）に移動するブロック状焼却灰３ａ中の金属（主に鉄）を貫通することによって渦電流が誘導され、この渦電流による抵抗加熱（ジュール熱）により前記金属が加熱（高周波誘導加熱）されて、ブロック状焼却灰３ａ全体が加熱される。
【００３５】
即ち、磁束Ｂはコイル１の先端側（導入管８側）の前方（溶融管１１の中央付近より少し前方側）まで発生しており、導入管８から投入されて後方側に移動するブロック状焼却灰３ａは、コイル１内に入る前の溶融管１１の中央付近から連続的に加熱される（予備加熱）。この予備加熱時には、ブロック状焼却灰３ａはまだ完全に溶融していない。
【００３６】
この加熱（予備加熱）によってブロック状焼却灰３ａは少しずつ溶融されながら移動していき、これに伴ってブロック状焼却灰３ａ内に残存していた可燃性ガスが発生する。
【００３７】
発生した可燃性ガス及び飛灰は、ブロア（不図示）の駆動によって排ガス管１８を介して２次燃焼器１４内に吸引され、２次燃焼器１４内で加熱したパンチングメタル（不図示）によって燃焼される。このときのパンチングメタルの温度は１２００℃程度であり、発生した可燃性ガス及び飛灰をほぼ完全に燃焼させる。
【００３８】
２次燃焼器１４で可燃性ガス及び飛灰を燃焼させた後に発生する排ガスは、配管１５で水冷されながらバグフィルター１６に導入される。バグフィルター１６は、導入される排ガス中から飛煤を回収する。飛煤が回収された排ガスは、蒸気洗浄塔（不図示）等に送り込まれて洗浄され、排ガス中に僅かに残留している粉塵を吸着除去した後に、ブロア（不図示）の駆動によって煙突から大気中に排出される。
【００３９】
そして、上記予備加熱状態にあるブロック状焼却灰３ａが溶融管１１の傾斜によって更に後方側に移動していくと、高周波電流が印加されたコイル１によってコイル１内ではその長手中心軸方向に沿って磁束（磁界）Ｂが発生しており、この磁束Ｂがコイル１内に位置する溶融管１１内の下面上を移動するブロック状焼却灰３ａ中の金属（主に鉄）を貫通することによって渦電流が誘導され、この渦電流による抵抗加熱（ジュール熱）により前記金属が加熱（高周波誘導加熱）されて、ブロック状焼却灰３ａ全体が加熱溶融される。
【００４０】
ところで、本実施形態では、上記したようにコイル１は螺旋状に巻かれているので、コイル１の長手中心軸は、溶融管１１の長手中心軸に対してコイル１の上流側（排出口２ａと反対側）が下方に傾斜しており、コイル１内で発生する磁束Ｂの中心軸が溶融管１１の長手中心軸に対して下方に傾斜している。
【００４１】
よって、コイル１の長手中心軸に対して下半分側で発生している磁束Ｂはもちろん、コイル１の長手中心軸に対して上半分側で発生している磁束Ｂも効果的に溶融管１１内の下面上を移動するブロック状焼却灰３ａ中の金属（主に鉄）に対して貫通させることができ、ブロック状焼却灰３ａに対する加熱効率を高めることができる。
【００４２】
また、上記したようにコイル１は、溶融管１１の長手中心軸に対して下流側（排出口２ａ側）での巻き状態が密となっており、かつコイル１の排出口２ａに近接する最下流側が溶融管１１の下面に位置している（コイル１の一巻きの傾斜は、下流側に向かい傾斜している）ので、コイル１の下流側近傍における溶融管１１内の下面上を移動する溶融状態の焼却灰（溶融スラグ）は、含有している鉄が溶融する温度より若干高い１７５０℃程度まで加熱される。
【００４３】
そして、加熱溶融された焼却灰は溶融物（溶融スラグ）６となって排出口２ａから排出され、送り板１２を通して回収容器７内に回収される。回収容器７内に回収された溶融スラブは比重分離され、下から銅１９、鉄２０、スラグ２１の順に積層状態に堆積する。
【００４４】
そして、回収容器７の側壁に設けた各取出し口（不図示）から高純度に分離された溶融状態の鉄２０と銅１９をそれぞれ流出させ、専用の容器（不図示）に回収する。また、最上層のスラグ２１は、すくって専用の容器（不図示）に回収し、取出したスラグ２１を所定の成形鋳型（不図示）に注入して形成された鋳造スラグ（不図示）を、炉内で所定温度（例えば１０００℃程度）で所定時間（例えば１時間程度）加熱し、その後冷やすことによって人工岩石を生成することができる。
【００４５】
ところで、本実施形態では、予め焼却灰３中に炭素源（本実施形態では石油タール、オイルピッチ）とカルシウム源（本実施形態では貝殻を粉状に粉砕した物）とシリコン源（本実施形態では砂）をそれぞれ所定の割合で添加して、スラグ２１の塩基度が１．１〜１．６となるように調整しているので、スラグ２１の融点が高くなり、溶融した焼却灰（溶融スラグ）中のＣｌ、Ｎａ、Ｋ等の低融点化合物のスラグ２１中への溶出を大幅に低減することができる。
【００４６】
また、上述した実施形態では、廃車からエンジン、車体等のリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りのインパネ、シート、タイヤ、ガラス等の廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕して得られたシュレッダーダストに含まれる樹脂成分を減容処理した後に残った残渣を焼却処理した後に残る焼却灰を溶融処理する例について説明したが、生活ごみや産業廃棄物等を焼却処理した後の焼却灰についても同様に本発明を適用することができる。
【００４７】
なお、前記コイル１により発生する磁力線が、コイル１の位置より、焼却灰３の投入側にある溶融炉２内の下面側を貫くように、コイル１を形成・配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶融処理方法によって焼却灰の溶融処理を行う溶融装置を示す一部破断した概略断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１        コイル
２        溶融炉
３        焼却灰
７        回収容器
１１      溶融管（溶融室）
１４      ２次燃焼器
１６      バグフィルター
１９      銅
２０      鉄
２１      スラグ
Ｂ        磁束
【図１】
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