(57)【要約】      （修正有）【課題】炉内のメンテナンスのために溶融炉を長時間停止させることなく容易に凝縮物等の除去を行うことができる溶融処理装置を提供する。【解決手段】コークス８を燃焼させるコークス燃焼部２１、焼却灰９を溶融させる焼却灰溶融部２２、および排ガスを燃焼させる排ガス燃焼部２３を有する溶融炉２を備えた焼却灰の溶融処理装置であって、溶融炉２および排ガスの煙道１５の内壁が鉄鋼材料で形成されているとともに、溶融炉２および煙道１５の外壁を冷却する水冷機構を備えている。【選択図】図２
2019066110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスを燃焼させるコークス燃焼部、焼却灰を溶融させる焼却灰溶融部、および排ガスを燃焼させる排ガス燃焼部を有する溶融炉を備えた焼却灰の溶融処理装置であって、
前記溶融炉および前記排ガスの煙道の内壁が鉄鋼材料で形成されているとともに、前記溶融炉および前記煙道の外壁を冷却する水冷機構を備えていることを特徴とする、焼却灰の溶融処理装置。
【請求項２】
前記水冷機構は、水冷ジャケットおよびシャワーリングのいずれかまたは両方であることを特徴とする、請求項１に記載の焼却灰の溶融処理装置。
【請求項３】
前記水冷機構は、供給する水の温度を制御する制御部を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の焼却灰の溶融処理装置。
【請求項４】
前記溶融炉は、炉底を構成するとともに出滓口が設けられており炉本体に着脱可能な炉床を有し、前記炉床の移動を可能とするスライド機構と、前記炉本体の下方において前記炉床の上下移動を可能とするジャッキ機構とを備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼却灰の溶融処理装置。
【請求項５】
前記溶融炉の炉底に耐火材が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焼却灰の溶融処理装置。
【請求項６】
炉底部に樋状に形成された出滓口と、前記出滓口の出口側において前記出滓口の周囲に設けられた出滓口押え部材と、前記出滓口の出口側から前記溶融炉の外側へ向けて設けられたＶ字型樋とを備えた出滓部を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼却灰の溶融処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却灰の溶融処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ゴミ焼却炉等から排出される焼却灰は、有害な物質を含んでいる場合があり、その場合には埋め立て地等で処分することはできない。従来、焼却灰の無害化及び減容化を図る溶融処理装置として、例えば、焼却灰を溶融させる溶融炉と、その溶融炉にコークス燃焼用エアを送るための溶融炉送風機と、溶融炉から排出される高温ガスを燃焼させる燃焼室と、その燃焼室からの熱で冷風を熱風に交換する熱交換器とを備えた溶融処理装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、このような溶融処理装置において、出滓口を有し円筒状炉本体の下方を施蓋する複数の炉床を備え、これらの炉床がスライド機構を有して切替可能とされた溶融炉の構造が開示されている。この溶融炉によれば、出滓口等が詰まった場合に、他の炉床に付け替えてメンテナンスを行うことが容易に行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４８３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている溶融炉では、溶融炉および排ガスの煙道の一部に耐火材が施工されているため、定期的に炉内の耐火材を解体、再施工するための長い工期を必要とし、その間、溶融炉を停止させなければならなかった。また、炉内および排ガスの煙道の内壁面にダストや凝縮物が付着固化することにより炉や煙道の閉塞を招きやすく、長期間の連続操業が困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、炉内のメンテナンスのために溶融炉を長時間停止させることなく容易に凝縮物等の除去を行うことができる溶融処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、コークスを燃焼させるコークス燃焼部、焼却灰を溶融させる焼却灰溶融部、および排ガスを燃焼させる排ガス燃焼部を有する溶融炉を備えた焼却灰の溶融処理装置であって、前記溶融炉および前記排ガスの煙道の内壁が鉄鋼材料で形成されているとともに、前記溶融炉および前記煙道の外壁を冷却する水冷機構を備えていることを特徴とする、焼却灰の溶融処理装置を提供する。
【０００８】
前記水冷機構は、水冷ジャケットおよびシャワーリングのいずれかまたは両方であることが好ましい。また、前記水冷機構は、供給する水の温度を制御する制御部を有してもよい。
【０００９】
前記溶融炉は、炉底を構成するとともに出滓口が設けられており炉本体に着脱可能な炉床を有し、前記炉床の移動を可能とするスライド機構と、前記炉本体の下方において前記炉床の上下移動を可能とするジャッキ機構とを備えていてもよい。また、前記溶融炉の炉底に耐火材が設けられていてもよい。
【００１０】
また、炉底部に樋状に形成された出滓口と、前記出滓口の出口側において前記出滓口の周囲に設けられた出滓口押え部材と、前記出滓口の出口側から前記溶融炉の外側へ向けて設けられたＶ字型樋とを備えた出滓部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、溶融炉のメンテナンス時に、溶融炉を長時間停止させることなく、容易に凝縮物等の除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶融処理装置の構成例の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる溶融炉の縦断面図である。
【図３】図２の溶融炉の側面図である。
【図４】図３の溶融炉の出滓部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態にかかる溶融炉を備えた焼却灰の溶融処理装置の概略を示す図である。溶融処理装置１は、溶融炉２と、溶融炉２で発生する高温ガスを燃焼させる燃焼室３と、燃焼室３からの高温ガスの熱で熱風を発生させる熱交換器４とを備え、溶融炉２にコークス燃焼用エアを送って、溶融炉２内で、コークスを燃料に用いて焼却灰を溶融させ、焼却灰の無害化及び減容化を行うものである。
【００１５】
溶融処理装置１は、メインブロワーである溶融炉送風機４１と、溶融炉送風機４１から熱交換器４にエアを送る第１配管４２と、熱交換器４から溶融炉２にコークス燃焼用エアを送るコークス燃焼用エア供給管４３と、第１配管４２から分岐してコークス燃焼用エア供給管４３に連結される第２配管４４と、第１配管４２から分岐した第３配管４５と、第３配管４５から炉本体１１の排ガス燃焼部２３（図２）に排ガス燃焼用エアを送る排ガス燃焼用エア供給管４６と、を備えている。さらに、燃焼室３に冷却エアを送る冷却エアファン５１、および、燃焼室３に燃焼用エアを送る燃焼エアファン５２が設けられている。
【００１６】
溶融炉２で溶融される焼却灰は、ゴミ焼却炉等から排出されるものであり、主灰と飛灰とからなる。溶融炉２には、例えば適宜寸法の略楕円体状に造粒した焼却灰がコークスとともに投入される。コークスに加えて、各種プラスチックの成形時に生じる廃プラスチックを燃料として用いてもよい。溶融炉２の上方には、コークス及び焼却灰を含む材料を投入するための材料投入手段５が設けられている。
【００１７】
材料投入手段５は、例えば図２に示すように、投入バケット１００からコークス８及び焼却灰９を含む材料が供給される材料投入用筒体１０１と、炉本体１１の上部開口に挿入される挿入部１０２とを有している。材料投入用筒体１０１内にはダンパ１０３が設けられ、ダンパ１０３は、コーン部１０４と、コーン部１０４を保持する鉛直保持ロッド１０５と、鉛直保持ロッド１０５を保持する水平保持ロッド１０６と、材料投入用筒体１０１の外周面に設置されて水平保持ロッド１０６を上下動させるシリンダ１０７と、を備えている。そして、例えば図３に示すように、シリンダ１０７のピストンロッド１０８が縮んだ状態では、材料投入用筒体１０１の下端がコーン部１０４で塞がれた状態になり、ピストンロッド１０８が伸びた状態では、材料投入用筒体１０１の下端が開かれた状態になる。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態にかかる溶融炉２の断面図であり、図３は溶融炉２の側面図である。溶融炉２は、下端部が順次縮径した略円筒状の炉本体１１と、炉本体１１の下部の開口部を塞ぐ炉床１２とを備えている。
【００１９】
炉本体１１の内部において、下部は、コークス８が燃焼されるコークス燃焼部２１であり、コークス燃焼部２１の上方は、例えば略楕円体状に小塊化された焼却灰９が溶融される焼却灰溶融部２２であり、さらにその上方は、排ガスＣＯを再燃焼させる排ガス燃焼部２３である。
【００２０】
コークス燃焼部２１には、炉内へ熱風を供給する第１の送風路３１の一端が連結され、第１の送風路３１は、炉本体１１の外周に沿って配置されている風箱３２と、風箱３２と炉本体１１とを連結する連通管３３を備えている。第１の送風路３１には、熱風供給源、例えば図１に示すように熱交換器４からコークス燃焼用エア供給管４３を介して、熱風が供給される。第１の送風路３１のコークス燃焼部２１側の開口である羽口３１ａは、炉床１２の傾斜面１３の近傍に配置される。このようにして、第１の送風路３１は、コークス燃焼部２１に、コークス燃焼用エアを供給する。
【００２１】
同様に、焼却灰溶融部２２には、熱風が供給される第２の送風路３４の一端が連結され、第２の送風路３４は、炉本体１１の外周に沿って配置されている風箱３５と、風箱３５と炉本体１１とを連結する連通管３６を備えている。さらに、排ガス燃焼部２３には、熱風が供給される第３の送風路３７の一端が連結され、第３の送風路３７は、炉本体１１の外周に沿って配置されている風箱３８と、風箱３８と炉本体１１とを連結する連通管３９を備えている。
【００２２】
炉本体１１の上部には、図１および図２に示すように、燃焼室３に連結された連通管４７に連結される煙道１５が設けられている。また、コークス燃焼部２１の外周側に、炉本体１１の外壁を冷却するための水冷機構として水冷ジャケット１７が設けられている。水冷機構の他の実施形態として、例えば、溶融炉２の焼却灰溶融部２２や排ガス燃焼部２３の外壁部分にシャワーリングを行い、且つ、溶融炉２の投入口や出滓口１４、煙道１５（炉頂付近から燃焼室３まで）の外壁に水冷ジャケットを配置してもよい。このような水冷機構により、従来設けられていた炉本体１１の内壁の耐火材を省いて、外壁側から冷却することで、内壁に付着する凝縮物等が減少し、メンテナンスに要する作業時間を短縮できる。
【００２３】
炉本体１１や煙道１５の内壁には、鉄鋼材料が用いられる。鉄鋼材料は、例えば一般構造用圧延鋼材とし、ＳＳ４００材が好適である。内壁を鉄鋼材料とすることにより、耐火材に比べて凝縮物の付着が抑制され、凝縮物が付着したときでもはつりやすくなる。
【００２４】
水冷機構としては、上述のように水冷ジャケットやシャワーリングを設置することが好ましく、この水冷機構には、水温を温度制御する制御部を設けることが好ましい。これにより、溶融炉２内の温度変化に応じて冷却能力を調整し、焼却灰を安定して溶融させることができる。なお、冷却された排ガス中の水分が結露すると水冷箇所の腐食が促進されるため、冷却水の水温は２５℃〜９０℃、更には５０℃〜６０℃に制御することが好ましい。２５℃未満では結露が発生しやすくなり、９０℃超では水冷ジャケット部の材質の耐熱温度を超えてしまうため、好ましくない。
【００２５】
そして、本実施形態では、炉床１２を複数、例えば２つ備え、各炉床１２は、前後移動可能なスライド機構６１を介して付け替えることができるようになっている。スライド機構６１は、例えば、ガイドレール６２と、ガイドレール６２上を走行する車輪６３と、車輪６３を回転駆動させる駆動部（図示省略）とを有しており、例えば車輪６３を動かすチェーンに連結した手動ハンドルで、ガイドレール６２を移動させることができる。このように複数の炉床１２を備えておくことにより、例えば出滓口１４が詰まった場合等に、容易に別の炉床１２に付け替えてメンテナンスを行うことができる。
【００２６】
さらに、炉本体１１の下方において、炉床１２は、ジャッキ機構６４により上下移動可能になっている。炉床１２がスライド機構６１によりガイドレール６２に沿って移動し炉本体１１の下方に配置された後、ジャッキ機構６４により炉本体１１の下端に密着するまで上昇させることで、炉床１２により炉本体１１の底部の開口が確実に塞がれ、炉本体１１の封止性を高めることができる。ジャッキ機構６４としては、例えば電動テーブルリフターを使用できる。
【００２７】
炉床１２は、炉本体１１の内部の底面を形成する内周側の上面が傾斜面１３とされ、傾斜面１３の下端側に、炉床１２の外周側に貫通する出滓口１４が形成されている。炉床１２は、耐火煉瓦などの耐火材を炉内側に被覆することが好ましい。この場合、炉床１２に凝縮物が形成されるものの、流下してくる溶体によって溶融されるため、凝縮物によって閉塞することはない。また、上述のスライド機構６１及びジャッキ機構６４を設けることで予備の炉床１２に速やかに交換できるので、溶融炉２を長時間停止させることなく、炉床１２から凝縮物を除去するメンテナンス作業を行うことができる。
【００２８】
炉本体１１の下端部は、作業床面１０を貫通して配置されている。作業床面１０に設けられた開口部１０ａの下方には、溶湯を収容する容器２０が配置され、出滓口１４を介して容器２０に溶湯を注入することができる。
【００２９】
出滓口１４は、図２に示すように炉床１２の傾斜面１３に樋状に形成される。溶湯の出滓部は、例えば、図２、図３に示すように、出滓口１４と、出滓口１４の出口側において出滓口１４の周囲に設けられる出滓口押え部材１８と、出滓口１４の出口側から溶融炉２の外側へ向けて設けられるＶ字型樋１９とを備えることが好ましい。出滓口押え部材１８は、例えば上半円形とされ、出滓口１４の出口側の上半分に出滓口押え部材１８を備えることで、出滓口１４の上方への侵食を抑制するとともに、溶湯の飛散を回避し、溶湯が接触する領域を制限できる。また、溶融炉２の外側へ向けて適宜長さを有するＶ字型樋１９を設けることで、溶融炉２から距離をあけて溶湯を排出できるので、容器２０までの溶湯の流れが安定し、スラグによる閉塞などの悪影響を受けにくくなる。出滓口押え部材１８およびＶ字型樋１９は、例えば図４に示すように、冷却水を通す配管１１０で支えられ、出滓口押え部材１８の周囲は粘土等により炉床１２に固定してもよい。なお、出滓口１４、出滓口押え部材１８、およびＶ字型樋１９は、容器２０のサイズに合わせて適宜設計すればよい。
【００３０】
次に、上記の溶融処理装置１を用いた焼却灰の溶融処理の工程を説明する。
【００３１】
先ず、炉床１２を炉本体１１の底部に取り付ける。複数の炉床１２のうちのいずれかを、スライド機構６１により炉本体１１の底部まで移動させ、ジャッキ機構６４で炉本体１１の底部に密着させて、ボルト等により炉床１２を固定する。
【００３２】
炉床１２の取り付けが完了したら、コークス８を投入バケット１００から溶融炉２内のコークス燃焼部２１に供給する。その後、造粒された焼却灰９や廃プラスチックを投入バケット１００から溶融炉２内の焼却灰溶融部２２に供給する。
【００３３】
そして、各送風路３１、３４、３７から、熱風をそれぞれコークス燃焼部２１、焼却灰溶融部２２、排ガス燃焼部２３に供給して、コークス燃焼部２１のコークス８を燃焼させ、焼却灰溶融部２２の焼却灰に予熱を与えるとともに廃プラスチックを燃焼させ、排ガス燃焼部２３の排ガス（ＣＯ）を再燃焼させる。この際、コークス燃焼部２１の上部は、例えば約１３００℃〜２０００℃とされる。
【００３４】
また、溶融炉２内の排ガスが、煙道１５から燃焼室３に供給（吸引）される。燃焼室３に吸引された排ガスは、燃焼室３で再び加熱される。これにより、排ガスがさらに無害化され、この排ガスの熱が熱交換器４で熱風に交換され、この熱風が各送風路３１、３４、３７に供給される。
【００３５】
溶融スラグは、炉床１２の出滓口１４から外部へ排出される。コークス８と焼却灰９および廃プラスチックは、順次投入バケット１００から溶融炉２内に補充され、焼却灰９を溶融させる。溶融炉２の連続運転により、出滓口１４が閉塞したり、炉床１２の耐火物が破損した場合には、溶融炉２の稼働を一旦停止し、炉床１２をジャッキ機構６４で下降させるとともにスライド機構６１で前後移動させ、メンテナンスを終えて待機中の炉床１２に付け替える。
【００３６】
本実施形態によれば、炉本体１１は水冷機構を有し耐火材が用いられていないので、炉の立ち上げまたは立ち下げ時に、耐火材への入熱に要する時間を省くことができ、効率的に焼却灰の溶融作業を行うことができる。
【００３７】
また、図２、図３に示すように、溶融炉２のコークス燃焼部２１が、下端に向かって順次断面積が減少していることにより、コークス燃焼部２１からの放散熱の発散を少なくして熱効率の向上を図ることができる。また、炉床１２の上面が傾斜面１３なので、溶融スラグを円滑に、連続して炉外へ排出させることができる。
【００３８】
さらに、本実施形態によれば、複数の炉床１２を有し、これらを容易に付け替えることができるので、溶融炉２を長時間停止させることなく、容易に出滓口の清掃や耐火煉瓦の張り替え等のメンテナンスを行うことができる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例】
【００４０】
（本発明例）
図２に示すように、溶融炉２の壁面を冷却可能な水冷ジャケット１７を設け、溶融炉２の内部は炉底のみに耐火煉瓦を設けた溶融処理装置で、焼却灰の溶融処理を行った。溶融炉２と煙道１５の内壁はＳＳ４００で構成した。溶融炉２の外壁を、常温の水によるシャワーリングで冷却し、煙道部分は、冷却水の水温を５０〜５５℃で制御した水冷ジャケットで冷却した。また、炉底に用いた耐火煉瓦は厚さ６５ｍｍ、耐火度１７５０℃、アルミナ４７％、炭化ケイ素４３％のものを用いた。
【００４１】
以上の仕様の溶融炉で溶融処理を行った結果、１ヶ月間の連続操業が可能であった。また、溶融炉の更新工事には工期２日間を要した。溶融炉及び煙道付着物の除去作業には３時間を要した。水冷ジャケットからは、１年間水漏れトラブルはなかった。
【００４２】
（比較例）
シャワーリングや水冷ジャケットによる水冷機構を設けない代わりに、溶融炉及び煙道の内壁に耐火煉瓦を設け、本発明例と同様に焼却灰の溶融処理を行った。
【００４３】
その結果、溶融炉及び煙道の閉塞により、連続操業は２日間しかできなかった。また、溶融炉の耐火煉瓦の更新工事には１ヶ月以上の工期が必要であった。溶融炉及び煙道付着物の除去作業には２４時間以上を要した。更に、更新工事後に溶融処理を再開したところ、処理期間１ヶ月経過時に減肉により煙道に穴が開き、水漏れが発生した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物などを焼却した際の焼却灰を溶融処理する溶融炉として適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１    溶融処理装置
２    溶融炉
３    燃焼室
４    熱交換器
８    コークス
９    焼却灰
１１  炉本体
１２  炉床
１３  傾斜面
１４  出滓口
１７  水冷ジャケット
１８  出滓口押え部材
１９  Ｖ字型樋
２１  コークス燃焼部
２２  焼却灰溶融部
２３  排ガス燃焼部
６１  スライド機構
６２  ガイドレール
６３  車輪
６４  ジャッキ機構
【図１】
2019066110.tif 000003
【図２】
2019066110.tif 000004
【図３】
2019066110.tif 000005
【図４】
2019066110.tif 000006