(57)【要約】【課題】溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができ、溶融スラグによる炉壁の浸食を防止することができ炉壁の耐久性を高めることができ耐久性に優れるとともに、耐スラグ腐食性に優れた高級耐火物を使用する必要がなくメンテナンス性に優れる溶融炉を提供することを目的とする。【解決手段】溶融炉１は、廃棄物や鉱石と炭素系可燃物質とを上部から装入し前記廃棄物や鉱石を溶融するシャフト炉型の溶融炉であって、シャフト部３と、シャフト部３の下部に形成された酸化物粒子装入口１０，１３と、酸化物粒子装入口１０，１３と連通し酸化物粒子投入口１０ａ，１３ａに対して酸化物粒子装入口１０，１３が下位になるように傾斜した分岐管１１，１４と、を備える。【選択図】図１
2008032361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物や鉱石と炭素系可燃物質とを上部から装入し前記廃棄物や鉱石を溶融するシャフト炉型の溶融炉であって、
シャフト部と、前記シャフト部の下部に形成された酸化物粒子装入口と、前記酸化物粒子装入口と連通し酸化物粒子投入口に対して前記酸化物粒子装入口が下位になるように傾斜した分岐管と、を備えていることを特徴とする溶融炉。
【請求項２】
前記分岐管に開口する酸素含有ガス吹込口を備えていることを特徴とする請求項１に記載の溶融炉。
【請求項３】
前記酸化物粒子装入口の上部の前記シャフト部の側面に形成された排ガス排出口を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融炉。
【請求項４】
前記シャフト部の底部に形成された溶融冷却物排出口を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に記載の溶融炉。
【請求項５】
前記溶融冷却物排出口から排出された溶融冷却物を分級する分級装置を備えていることを特徴とする請求項４に記載の溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融炉、特に、都市ゴミ，下水汚泥，回収アスベスト等の各種産業廃棄物、或いはそれらの脱水乾燥，焼却，破砕処理して得られた中間廃棄物、フェロアロイの原鉱やボーキサイト等の鉱石を溶融処理し、不燃物をスラグとして回収するシャフト炉型の溶融炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コークス等の炭素系可燃物質を添加した都市ゴミ等の廃棄物を頂部から装入し、炉内の予熱乾燥帯、ガス化帯及び溶融帯を順次降下させて処理するシャフト炉（ミニ高炉）がある。またシャフト炉は、廃棄物の処理だけでなく、フェロアロイの原鉱やボーキサイト等の鉱石を溶融してフェロアロイやアルミナセメントを生産する場合にも用いられる。シャフト炉は、羽口から送風された酸素含有ガスによって炭素系可燃物質を高温で燃焼させ、溶融帯に降下してきた不燃性物質を溶滓化させるものであり、一般に熱効率の良い炉とされている。
シャフト炉の熱効率をさらに高めるための発明として、例えば、（特許文献１）に「羽口及び出湯口を設け塊状炭素系可燃物質の充填域が形成された中空錐体と、下部が前記充填域に埋設され前記中空錐体内中央に形成される高温炉床に廃棄物と塊状炭素系可燃物質を装入する装入筒と、前記装入筒の上部に接続された装入筒排ガス管と、前記中空錐体の上部に接続された複数の塊状炭素系可燃性物質装入口及び周辺排ガス管と、を備えた廃棄物溶融炉」が開示されている。
（特許文献２）に「廃棄物と塊状炭素系可燃物質を上部から装入し前記廃棄物を溶融するシャフト炉と、前記シャフト炉の溶融帯部に接続され燃焼排ガスの一部を抜き出す燃焼排ガス管と、前記燃焼排ガス管に高融点物質を充填するため前記燃焼排ガス管に連通させた装入管と、を備えた廃棄物溶融炉」が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１９８６０９号公報
【特許文献２】特開平５−１４９５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、排ガスの一部を中空錐体の中央の廃棄物及び塊状炭素系可燃物質の中を通過させ、残りの排ガスを周辺の塊状炭素系可燃物質内を通過させるため、排ガスの二酸化炭素と塊状炭素系可燃物質中の炭素とが結合して一酸化炭素を発生する、いわゆるソリューションロスとよばれる吸熱反応が生じ、コークス等の塊状炭素系可燃物質の原単位が増加するとともに熱効率が低下するという課題を有していた。
（２）粒径の小さな粉状の廃棄物が含まれている場合には、廃棄物内を通過する排ガスの通気性が悪くなるため、通気圧力損失に打ち勝つために羽口からの送風圧力を上げる必要があり、送風機に過大な動力が必要になり省エネルギー性に欠けるという課題を有していた。
（３）羽口からの送風圧力が増すと、粉状の廃棄物が排ガスに吹き上げられ下流側へ吹き飛ばされ、後流側の設備、例えば空気予熱器，集塵機等でダスト閉塞が生じたりクリンカとなって内壁に付着したりするトラブルが生じ易いという課題を有していた。また、ダスト閉塞等を防止するためには、廃棄物を炉内に装入する前に篩い、粒度の小さな廃棄物を造粒する等の前処理が必要になり作業が煩雑化するという課題を有していた。また、羽口からの送風圧力が増すと、炉内ガスとともに出湯口から流出する廃棄物の溶融スラグの流動状態が不安定化するという課題を有していた。
（４）中空錐体内を排ガスが通過して廃棄物の一部が軟化されると、通気性が不均一になり、吹き抜け，棚吊り等の現象が発生し操業が不安定化するという課題を有していた。
（５）中空錐体に装入された廃棄物内を高温の排ガスが通過すると、廃棄物の乾燥収縮、部分的な溶融収縮（低融点物を混入した場合）、乾留ガス化や熱分解による収縮等、予測し難い減容が生じて排ガス量が変動するので、送風圧や燃焼温度等のシステム全体の運転状態に影響を与えることになる。このため、中空錐体に装入された廃棄物の上面位置を検出し、廃棄物の装入量を監視しておく必要があり制御が煩雑化するという課題を有していた。
（６）（特許文献２）に開示の技術は、燃焼排ガス管に充填された高融点物質が排ガス中のダストを捕捉してダストが後流側に飛散するのを防止するが、燃焼排ガス管内でダスト閉塞が生じ易く、定期的な炉の補修時に交換する必要がありメンテナンス性に欠けるという課題を有していた。
（７）（特許文献１）及び（特許文献２）に開示の技術は、廃棄物はシャフト炉の下部の溶融帯で溶融され溶融スラグとして出湯口から排出するので、溶融スラグを出湯口から安定に排出するため溶融スラグの流動状態の維持管理が必要であり、また出湯口にタッピング装置等の付帯設備を要し、さらに廃棄物の種類が変わるたびに溶融スラグの流動状態を制御しなければならず制御が煩雑化し装置が複雑化するという課題を有していた。
（８）溶融スラグの流動状態を維持するためには溶融助剤を予測添加し、さらに溶融スラグの温度維持が必要であるが、溶融スラグを高温に保つためには、コークス等の塊状炭素系可燃物質を多量に投入しなければならず、コークス等の原単位が増加するという課題を有していた。また、高温の溶融スラグと接触すると炉壁の耐火物は激しく浸食され早期に損傷するため、耐久性に欠けるという課題を有していた。また、炉壁の損傷防止のためには耐スラグ侵食性に優れた高級耐火物を用いなければならず、炉壁の交換のために多大なメンテナンスコストを要するという課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができ、溶融スラグによる炉壁の浸食を防止することができるので炉壁の耐久性を高めることができ耐久性に優れるとともに、耐スラグ腐食性に優れた高級耐火物を使用する必要がなくメンテナンスコストを抑えることができメンテナンス性に優れる溶融炉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】
【０００５】
上記従来の課題を解決するために本発明の溶融炉は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の溶融炉は、廃棄物や鉱石と炭素系可燃物質とを上部から装入し前記廃棄物や鉱石を溶融するシャフト炉型の溶融炉であって、シャフト部と、前記シャフト部の下部に形成された酸化物粒子装入口と、前記酸化物粒子装入口と連通し酸化物粒子投入口に対して前記酸化物粒子装入口が下位になるように傾斜した分岐管と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）シャフト部の下部に形成された酸化物粒子装入口と、酸化物粒子装入口と連通し酸化物粒子投入口に対して酸化物粒子装入口が下位になるように傾斜した分岐管と、を備えているので、シャフト部の下部で、酸化物粒子で包んだ状態で廃棄物や鉱石を溶融スラグ化することができるため、酸化物粒子で溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができ、溶融スラグによる炉壁の浸食を防止することができ炉壁の耐久性を高めることができる。
（２）溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができるため、耐スラグ腐食性に優れた高級耐火物を使用する必要がなくメンテナンスコストを抑えることができメンテナンス性に優れる。
【０００６】
ここで、シャフト部としては、水平方向の断面が略円形状、略矩形状等に形成されたものが用いられる。特に、水平方向の断面が略矩形状に形成されたシャフト部は、断面を縦長若しくは横長にしてシャフト部の断面積を広げてスケールアップが容易にできるため好適である。
シャフト部へは、廃棄物や鉱石と炭素系可燃物質を連続式に装入して溶融処理することができる。また、シャフト部の上部に装入筒を配設し、若しくはシャフト部の上部を延設して装入筒を形成し、装入筒内及びシャフト部内に廃棄物や鉱石と炭素系可燃物質とを貯留してバッチ式に溶融処理することもできる。
【０００７】
シャフト部の下部側面には酸素含有ガス吹込口（羽口）を配設し、送風された酸素含有ガスが酸化物粒子の粒子間を通過して炭素系可燃物質に到達し、炭素系可燃物質を高温で燃焼させ廃棄物や鉱石を溶滓化させる。
【０００８】
酸化物粒子装入口からシャフト部に装入する酸化物粒子としては、溶融温度が溶融スラグと同等かそれよりも高温で、傾斜した分岐管内に収容されたものが酸化物粒子装入口から流下するような流動性を有するものが用いられ、例えば、砂利等の砕石類、軽石等の岩石類、高炉スラグ等のスラグ，耐火煉瓦屑，耐火物粒子等の酸化物系の無機質粒子の１種若しくは複数種が用いられる。また、本発明の溶融炉で、廃棄物や鉱石を溶融して得られた溶融スラグを冷却固化させたスラグも用いることができる。
酸化物粒子の平均粒径は３〜５０ｍｍ好ましくは５〜２０ｍｍに整粒されたものが好適である。酸化物粒子の平均粒径が５ｍｍより小さくなるにつれ、酸素含有ガスが酸化物粒子間を通過する際の圧力損失が大きくなり通気性が低下し、また通気の分散効果が小さく廃棄物の溶融効率が低下する傾向がみられ、２０ｍｍより大きくなるにつれ断熱性が低下し熱損失が増加するとともに、酸化物粒子間の隙間から溶融スラグが漏れ出し易くなる傾向がみられる。特に、３ｍｍより小さくなるか５０ｍｍより大きくなると、これらの傾向が著しいため好ましくない。
【０００９】
溶融スラグが炉壁に直接接触するのを防ぐため、分岐管はシャフト部の上下に２段以上配設することができる。
分岐管は酸化物粒子投入口に対して酸化物粒子装入口が下位になるように傾斜しているので、酸化物粒子投入口から分岐管に収容された酸化物粒子は、重力流動によって酸化物粒子装入口からシャフト部内に装入させることができる。なお、分岐管に振動を与えて流下させる振動流動や機械的強制流動等によって、酸化物粒子装入口からシャフト部内に装入させることもできる。
【００１０】
処理される廃棄物としては、都市ゴミ，下水脱水汚泥，焼却灰，回収アスベスト等の各種産業廃棄物、或いはそれらの脱水乾燥，焼却，破砕処理して得られた中間廃棄物等が挙げられる。なお、回収アスベストは２次汚染を防ぐために２重容器に封入されており、そのままの荷姿で溶融炉内に装入して処理するのが好ましい。そのため、シャフト部内に廃棄物と炭素系可燃物質とを貯留してバッチ式に装入して溶融処理する溶融炉が、２次汚染を防ぐため特に有用である。
【００１１】
処理される鉱石としては、溶融アルミナの原料となるボーキサイト；フェロクロムの原料となるクロムテッ鉱、フェロマンガンの原料となるパイロルース鉱等の酸化マンガン鉱やリョウマンガン鉱等のフェロアロイの原鉱が挙げられる。これらの鉱石は、炭素系可燃物質の燃焼によって溶融又は還元・溶融され、アルミナセメントやフェロアロイの溶融塊を得ることができる。
廃棄物や鉱石とともにシャトル部に装入される炭素系可燃物質としては、コークス、木炭、ピッチ、タール、アスファルト類等の塊状の可燃性物質が用いられる。
鉱石の内、ボーキサイトは、炭素系可燃物質の燃焼によって溶融され、溶融スラグからアルミナセメントを生産することができる。ボーキサイトとともに、石灰石等のアルカリ剤を加えることもできる。また、クロムテッ鉱や酸化マンガン鉱等のフェロアロイの原鉱は、炭素系可燃物質の燃焼によって還元・溶融され、溶融スラグから鉱石の種類に応じたフェロアロイを生産することができる。鉱石とともに、溶融助剤を加えてもよい。
なお、鉱石を処理してフェロアロイやアルミナセメントをする場合、同じ種類の鉱石を溶融して得られたスラグを酸化物粒子として用いると、高純度のフェロアロイやアルミナセメント等を生産できるため好ましい。
【００１２】
廃棄物や鉱石を溶融して得られた溶融スラグは、シャトル部の下部に形成された出湯口から溶融状態で酸化物粒子とともに排出させることができる。また、シャトル部内で冷却した後、その溶融冷却物をシャトル部の底部に形成した溶融冷却物排出口から酸化物粒子とともに排出させることもできる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の溶融炉であって、前記分岐管に開口する酸素含有ガス吹込口を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）酸化物粒子が装入される分岐管に開口する酸素含有ガス吹込口を備えているので、分岐管内に収容された酸化物粒子の粒子間を酸素含有ガスが通過しシャフト部内に吹き込まれるため、廃棄物や鉱石、排ガスに含まれるダストが分岐管内の酸化物粒子間に入り込むことがないため閉塞や吹き抜けが生じることがなく廃棄物を安定に溶滓化できる。
（２）酸素含有ガスが酸化物粒子の間を通り抜ける間に熱交換し予熱されるため、省エネルギー性に優れる。
【００１４】
ここで、分岐管をシャフト部の上下に２段以上設けた場合は、酸素含有ガス吹込口は、少なくとも下段の分岐管に形成する。シャフト部の下段から酸素含有ガスを吹き込んでシャフト部を酸素富化させるためである。さらに、分岐管の各々に酸素含有ガス吹込口を形成すると、広くシャフト部を酸素富化させ昇温させることができるため、より好ましい。また、酸素含有ガス吹込口から吹き込まれる酸素含有量を調整することができるようにすると、炭素系可燃物質の燃焼状態や溶融スラグの冷却状態等を調整することができるため好ましい。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の溶融炉であって、前記酸化物粒子装入口の上部の前記シャフト部の側面に形成された排ガス排出口を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）排ガス排出口が、酸化物粒子装入口の上部のシャフト部の側面に形成されているので、排ガスが燃焼前の炭素系可燃物質の中をほとんど通過せずにシャフト部から排出されるため、ソリューションロス現象がほとんど生じることなく熱効率の低下を防止できるとともに、コークス等の炭素系可燃物質の原単位を削減できる。
（２）排ガスが廃棄物や鉱石の中を通過する時間が短いので、酸素含有ガス吹込口からの送風圧力を上げる必要がなく、送風機は小さな動力ですむため省エネルギー性に優れるとともに、シャフト部内に装入される廃棄物に吹き抜け，棚吊り等の現象が発生し難く操業が安定化できる。
（３）飛散し易いアスベスト等の微細な廃棄物が排ガスに吹き上げられて吹き飛ばされることがないため、吹き飛ばされた微細な廃棄物や鉱石の粉塵によるダスト閉塞や飛散したアスベスト等による二次汚染を防止でき、廃棄物や鉱石の種類が限定されたり廃棄物を造粒する等の前処理が必要になったりすることもなく汎用性に優れる。
（４）排ガスが廃棄物や鉱石の中を通過する時間が短いので排ガスの温度低下がほとんどなく、また分解途中の生ガスの含有量も少ないため、２次燃焼室や空気予熱器等の後流側の処理設備の負担が少なく、その熱エネルギーを有効に活用できる。
（５）廃棄物の中に乾留されるべき有機物等が多い場合は、廃棄物がシャフト部内で乾留され排ガス排出口から可燃性ガスを取り出すことができ、精製すると燃料ガスにできるので発電用や熱源として有効に利用できる。
（６）排ガス排出口が酸化物粒子装入口の上部のシャフト部の側面に形成されているので、高温の排ガスによって廃棄物が収縮するのは排ガス排出口の付近の狭い範囲であるため、廃棄物の収縮量が小さく、また排ガス量の変動量も少なくできるため、送風圧や燃焼温度等のシステム全体の運転状態にはほとんど影響を与えることがなく操業の安定性に優れる。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の溶融炉であって、前記シャフト部の底部に形成された溶融冷却物排出口を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）シャフト部の底部に形成された溶融冷却物排出口を備えているので、シャフト部の下部で、酸化物粒子で包んだ状態で溶融スラグを冷却した溶融冷却物を溶融冷却物排出口から炉外へ排出することができるため、溶融スラグの流動状態の維持管理が不要で操作性に優れるとともに、溶融スラグを排出するタッピング装置等の付帯設備が不要なため設備を簡素化できる。そのため、廃棄物や鉱石の種類毎に操業条件を細かく設定しなくても廃棄物や鉱石を溶滓化して処理でき汎用性に著しく優れる。
（２）溶融スラグの流動状態を維持する必要がないため、溶融助剤の予測添加やコークス等の炭素系可燃物質の多量投入が不要になり、コークス等の原単位を削減できるとともに、溶融スラグによって生じた熱を炉内で回収することができ熱効率を高めることができる。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の溶融炉であって、前記溶融冷却物排出口から排出された溶融冷却物を分級する分級装置を備えた構成を有している。
この構成により、請求項４で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）溶融冷却物排出口から排出された溶融冷却物を分級する分級装置を備えているので、溶融冷却物を分級して、酸化物粒子としてリユースするもの、廃棄物として再度溶融処理するもの、骨材等として活用するもの等に分けることができ、リサイクル性に優れる。
【００１８】
ここで、分級装置としては、バイブレーティングスクリーンやシフタ、振動グリズリ等の篩い分け機械が好適に用いられる。耐久性に優れるからである。
分級する粒子径としては、３〜５０ｍｍ好ましくは５〜２０ｍｍが用いられる。例えば、５ｍｍ若しくは３ｍｍより細かな粒子は廃棄物として再度溶融処理され、３〜５０ｍｍ好ましくは５〜２０ｍｍの粒子は酸化物粒子としてリユースされ、５０ｍｍ若しくは２０ｍｍより大きな粒子は、破砕して再度分級させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明の溶融炉によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）シャフト部の下部で、酸化物粒子で包んだ状態で廃棄物や鉱石を溶融スラグ化することができるため、酸化物粒子で溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができ、溶融スラグによる炉壁の浸食を防止することができ炉壁の耐久性を高めることができ耐久性に優れるとともに、耐スラグ腐食性に優れた高級耐火物を使用する必要がなくメンテナンスコストを抑えることができる溶融炉を提供できる。
（２）溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができるため、耐スラグ腐食性に優れた高級耐火物を使用する必要がなくメンテナンスコストを抑えることができメンテナンス性に優れた溶融炉を提供できる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）分岐管内に収容された酸化物粒子の粒子間を酸素含有ガスが通過しシャフト部内に吹き込まれるため、廃棄物や鉱石、排ガスに含まれるダストが分岐管内の酸化物粒子間に入り込むことがないため閉塞や吹き抜けが生じることがなく廃棄物を安定に溶滓化できる安定操業可能な溶融炉を提供できる。
（２）酸素含有ガスが酸化物粒子の間を通り抜ける間に熱交換し予熱されるため、省エネルギー性に優れた溶融炉を提供できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）排ガスが燃焼前の炭素系可燃物質の中をほとんど通過せずにシャフト部から排出されるため、ソリューションロス現象がほとんど生じることなく熱効率の低下を防止できるとともに、コークス等の炭素系可燃物質の原単位を削減できる溶融炉を提供できる。
（２）排ガスが廃棄物や鉱石の中を通過する時間が短いため、酸素含有ガス吹込口からの送風圧力を上げる必要がなく、送風機は小さな動力ですむため省エネルギー性に優れるとともに、シャフト部内に装入される廃棄物に吹き抜け，棚吊り等の現象が発生し難く操業が安定化できる溶融炉を提供できる。
（３）飛散し易いアスベスト等の微細な廃棄物や鉱石の粉塵が排ガスに吹き上げられて吹き飛ばされることがないため、吹き飛ばされた微細な廃棄物や粉塵によるダスト閉塞や飛散したアスベスト等による二次汚染を防止でき、廃棄物の種類が限定されたり廃棄物を造粒する等の前処理が必要になったりすることもなく汎用性に優れた溶融炉を提供できる。
（４）排ガスが廃棄物の中を通過する時間が短いので排ガスの温度低下がほとんどなく、また分解途中の生ガスの含有量も少ないため、２次燃焼室や空気予熱器等の後流側の処理設備の負担が少なく、その熱エネルギーを有効に活用できる溶融炉を提供できる。
（５）廃棄物の中に乾留されるべき有機物等が多い場合は、廃棄物がシャフト部内で乾留され排ガス排出口から可燃性ガスを取り出すことができ、精製すると燃料ガスにできるので発電用や熱源として有効に利用できる溶融炉を提供できる。
（６）排ガス排出口が酸化物粒子装入口の上部のシャフト部の側面に形成されているので、高温の排ガスによって廃棄物が収縮するのは排ガス排出口の付近の狭い範囲であるため、廃棄物の収縮量が小さく、また排ガス量の変動量も少なくできるため、送風圧や燃焼温度等のシステム全体の運転状態にはほとんど影響を与えることがなく操業の安定性に優れた溶融炉を提供できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の効果に加え、
（１）シャフト部の下部で、酸化物粒子で包んだ状態で溶融スラグを冷却した溶融冷却物を溶融冷却物排出口から炉外へ排出することができるため、溶融スラグの流動状態の維持管理が不要で操作性に優れるとともに、溶融スラグを排出するタッピング装置等の付帯設備が不要なため設備を簡素化できる。そのため、廃棄物や鉱石の種類毎に操業条件を細かく設定しなくても廃棄物を溶滓化して処理でき汎用性に著しく優れた溶融炉を提供できる。
（２）溶融スラグの流動状態を維持する必要がないため、溶融助剤の予測添加やコークス等の炭素系可燃物質の多量投入が不要になり、コークス等の原単位を削減できるとともに、溶融スラグによって生じた熱を炉内で回収することができ熱効率を高めることができる溶融炉を提供できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加え、
（１）溶融冷却物を分級して、酸化物粒子としてリユースするもの、廃棄物として再度溶融処理するもの、骨材等として活用するもの等に分けることができリサイクル性に優れた溶融炉を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における溶融炉の模式断面図であり、図２は実施の形態１における溶融炉を用いた廃棄物や鉱石の溶融方法を示す模式図である。
図中、１は実施の形態１における溶融炉、２は溶融炉１の炉体、３は炉体２の下部で水平方向の断面が略円形状，略矩形状等に形成された竪型のシャフト部、４はシャフト部３の上部に形成されたガス化帯、５はガス化帯４の下部に形成されたシャフト部３の溶融帯、６は溶融帯５の下部でシャフト部３の底部に形成された冷却帯、７はシャフト部３の上部に配設され廃棄物等の貯留帯となる装入筒、８は装入筒７の上端で炉体２の炉頂に形成され廃棄物や鉱石等をバッチ式に装入する装入口、８ａは装入筒７に装入口８から廃棄物や鉱石等を装入した後に装入口８を閉塞する蓋部、９はシャフト部３の底部に開閉自在に形成された溶融冷却物排出口、１０はシャフト部３の冷却帯６に形成された酸化物粒子装入口、１０ａは酸化物粒子投入口、１１は酸化物粒子装入口１０と連通し酸化物粒子投入口１０ａに対して酸化物粒子装入口１０が下位になるように傾斜した分岐管、１２は分岐管１１に開口する酸素含有ガス吹込口、１３はシャフト部３の溶融帯５に形成された酸化物粒子装入口、１３ａは酸化物粒子投入口、１４は酸化物粒子装入口１３と連通し酸化物粒子投入口１３ａに対して酸化物粒子装入口１３が下位になるように傾斜した分岐管、１４ａは上下２段に形成された分岐管１１と分岐管１４との仕切り壁、１５は分岐管１４に開口する酸素含有ガス吹込口、１６は酸化物粒子装入口１３の上部のシャフト部３のガス化帯４の側面に形成された排ガス排出口、１７は排ガス排出口１６に接続された２次燃焼室、１８は２次燃焼室１７の下流に接続された空気予熱器、１９は空気予熱器１８の下流に接続されたガス冷却器、２０はガス冷却器１９の下流に接続された集塵機、２１は集塵機２０の下流に接続された誘引型の送風機、２２は送風機２１の下流に接続された煙突、２３は送風機、２４は上流側が送風機２３に接続され空気予熱器１８を通って下流側が酸素含有ガス吹込口１５に接続された予熱空気が送風される予熱空気送風路、２５は上流側が送風機２３に接続され下流側が酸素含有ガス吹込口１２に接続された空気送風路、２６は予熱空気送風路２４に酸素を供給する酸素供給路、２７は空気送風路２５に酸素を供給する酸素供給路、２８は溶融冷却物排出口９から排出された溶融冷却物を分級する振動グリズリ等の分級装置、２９は分級装置２８で分級された大径の溶融冷却物を急冷する冷却水槽、３０は分級装置２８で分級された小径の溶融冷却物をさらに分級する振動グリズリ等の分級装置である。
なお、本実施の形態においては、分級装置２８では粒径５０ｍｍで分級され、分級装置３０では粒径３ｍｍで分級される。
【００２５】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における溶融炉について、以下、図１及び図２を参照しながら、廃棄物や鉱石の溶融方法を説明する。
まず、酸化物粒子投入口１０ａ，１３ａから分岐管１１，１４内に砂利等の砕石類、軽石等の岩石類、高炉スラグ等のスラグ，耐火煉瓦屑，耐火物粒子等の酸化物粒子Ｓを収容し分岐管１１，１４内を流下させ、酸化物粒子装入口１０，１３から酸化物粒子Ｓを装入し、シャフト部３の冷却帯６に敷設する。次いで、蓋部８ａを開けて炉頂の装入口８から、図２（ａ）に示すように、シャフト部３の炉底に敷設した酸化物粒子Ｓの上にコークス等の塊状の炭素系可燃物質Ｃを装入し、溶融帯５に炭素系可燃物質Ｃを堆積する。次に、廃棄物や鉱石、コークス等の塊状の炭素系可燃物質、石灰石，ドロマイト，アルカリ剤等の塩基度調整剤を、層が形成されるように装入口８から装入するとともに、酸化物粒子装入口１３から酸化物粒子Ｓをシャフト部３及び装入筒７内に充填する。廃棄物等の充填を終えたら、図２（ｂ）に示すように、蓋部８ａを閉じて装入口８を閉塞する。なお、廃棄物等はフレキシブルコンテナバッグ等の可燃性の袋体に収容して、装入口８からそのままの荷姿で装入するのが好ましい。回収アスベスト等の粉状の廃棄物が飛散するのを防止するためである。
次に、２次燃焼室１７，空気予熱室１８，ガス冷却器１９，集塵機２０，送風機２１を稼動させるとともに、送風機２３を稼動させて酸素含有ガス吹込口１２，１５から酸素含有ガス（空気）をシャフト部３内に送り込み、図示しないバーナ等の着火装置を用いて溶融帯５に堆積された炭素系可燃物質Ｃに着火する（図２（ｃ））。酸素含有ガス（空気）によって炭素系可燃物質Ｃが燃焼して高温のガスが発生し、この高温のガスによって溶融帯５は１４００〜１６００℃以上の高温に加熱され、廃棄物、ボーキサイト等の鉱石、塩基度調整剤等が溶融され、若しくはフェロアロイの原鉱の鉱石は還元・溶融されながら溶融スラグとなって冷却帯６に降下してくる（図２（ｄ））。冷却帯６に降下した溶融スラグは、冷却帯６内の酸化物粒子内で空気送風路２５に接続された酸素含有ガス吹込口１２からの酸素含有ガス（空気）によって冷却され固化される。
溶融帯５で発生した高温のガスは、下方から上昇してガス化帯４内の廃棄物等の間を通過し廃棄物等を加熱し、予熱・ガス化させる。ガス化帯４及び装入筒７内の廃棄物等は、溶融帯５で廃棄物等が溶融され減容されるので上方から降下し、溶融帯５及びガス化帯４に次々と到達し、ガス化・溶融され、最終的に１／１０〜１／３０程度に減容される。また、溶融帯５における廃棄物等の減容に伴い、分岐管１４内の酸化物粒子も流下し溶融帯５内に装入される（図２（ｅ））。ガス化帯４内の廃棄物等と熱交換した排ガスはガス化帯４の側面に形成された排ガス排出口１６からシャフト部３の外に排出され、２次燃焼室１７に導入される。
排ガスは２次燃焼室１７で可燃ガスや煤等が燃焼処理された後、空気予熱器１８によって酸素含有ガスと熱交換した後、ガス冷却器１９，集塵機２０，送風機２１を経て煙突２２から大気に排出される。
冷却帯６内で酸化物粒子に包まれて冷却され固化された溶融スラグ（溶融冷却物）は、定期的に酸化物粒子とともに溶融冷却物排出口９からシャトル部３の外に排出される。
溶融冷却物排出口９から排出された溶融冷却物は、分級装置２８で粒径が５０ｍｍより大きな塊と小さな粒子に分級される。大きな塊は冷却水槽２９に運ばれ急冷される。急冷された塊は亀裂が生じるため、図示しない破砕装置で容易に破砕させることができるようになる。分級装置２８で分級された小さな粒子は、さらに分級装置３０に運ばれて、３ｍｍより大きな粒子と小さな粒子に分級され、大きな粒子は酸化物粒子としてリユースされ、小さな粒子は廃棄物として溶融炉１で処理される。
【００２６】
以上のように、本発明の実施の形態１における溶融炉は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）シャフト部３の下部に形成された酸化物粒子装入口１０，１３と、シャフト部３の底部に形成された溶融冷却物排出口９と、を備えているので、シャフト部３の下部で、酸化物粒子で覆った状態で廃棄物や鉱石を溶融スラグ化し、酸化物粒子で覆った状態で溶融スラグを冷却した溶融冷却物を溶融冷却物排出口９からシャトル部３の外へ排出するので、溶融スラグの流動状態の維持管理が不要で操作性に優れるとともに、溶融スラグを排出するタッピング装置等の付帯設備が不要なため設備を簡素化でき、廃棄物や鉱石の種類毎に操業条件を細かく設定しなくても廃棄物や鉱石を溶滓化して処理でき汎用性に著しく優れる。
（２）溶融スラグの流動状態を維持する必要がないため、溶融助剤の予測添加やコークス等の炭素系可燃物質の多量投入が不要になり、コークス等の原単位を削減できるとともに、溶融スラグによって生じた熱を炉内で回収することができ熱効率を高めることができる。
（３）シャフト部３の下部に形成された酸化物粒子装入口１０，１３を備えているので、装入筒７に装入された廃棄物等と酸素含有ガス吹込口１２，１５との間に酸化物粒子が介在するため、シャフト部３の下部の溶融帯５や冷却帯６で廃棄物等の側面が安息角で広がって酸素含有ガス流を阻害するのを防止することができ、シャフト部３内のガス流の流れを活発化させて炭素系可燃物質の燃焼及びガス化を促進し廃棄物等の溶融を促進させる。
（４）シャフト部３の下部に形成された酸化物粒子装入口１０，１３と、酸化物粒子装入口１０，１３と連通し酸化物粒子投入口１０ａ，１３ａに対して酸化物粒子装入口１０，１３が下位になるように傾斜した分岐管１１，１４と、を備えているので、シャフト部３の下部で、酸化物粒子で包んだ状態で廃棄物を溶融スラグ化することができるため、酸化物粒子で溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができ、溶融スラグによる炉壁の浸食を防止することができ炉壁の耐久性を高めることができる。
（５）シャフト部３に吹き込まれる酸素含有ガスが、酸化物粒子の間を通り抜ける間に熱交換し予熱されるため、省エネルギー性に優れる。
（６）シャフト部３の底部に仕切り壁１４ａで分岐管１４と仕切られ酸素ガス吹込口１２が開口した分岐管１１が配設されており冷却帯６を形成しているので、シャトル部３内で溶融スラグを冷却し溶融冷却物を作成し固形物として溶融冷却物排出口９からシャトル部３の外へ排出することができ、溶融処理後の廃棄物の取扱性に優れる。
（７）酸化物粒子が装入される分岐管１１，１４に開口する酸素含有ガス吹込口１２，１５を備えているので、分岐管１１，１４内に収容された酸化物粒子の粒子間を酸素含有ガスが通過しシャフト部３内に吹き込まれるため、排ガスに含まれるダストが分岐管１１，１４内の酸化物粒子間に入り込むことがないため閉塞や吹き抜けが生じることがなく廃棄物を安定に溶滓化できる。
（８）排ガス排出口１６が、酸化物粒子装入口１３の上部のシャフト部３のガス化帯４の側面に形成されているので、排ガスが燃焼前の炭素系可燃物質の中をほとんど通過せずにシャフト部３から排出されるため、ソリューションロス現象がほとんど生じることなく熱効率の低下を防止できるとともに、コークス等の炭素系可燃物質の原単位を削減できる。また、高温の排ガスによって廃棄物が収縮するのは排ガス排出口１６の付近の狭い範囲であるため、廃棄物の収縮量が小さく、また排ガス量の変動量も少ないので、送風圧や燃焼温度等のシステム全体の運転状態にはほとんど影響を与えることがなく操業の安定性に優れる。
（９）排ガスを装入筒７内に充填された廃棄物や鉱石の中を通過させないため、酸素含有ガス吹込口１２，１５からの送風圧力を上げる必要がなく、送風機２４は小さな動力ですむため省エネルギー性に優れるとともに、シャフト部３に装入される装入筒７内の廃棄物に吹き抜け，棚吊り等の現象が発生し難く操業が安定化できる。
（１０）排ガスを装入筒７内に充填された廃棄物や鉱石の中を通過させないのと、装入口８が蓋部８ａで閉塞されているため、飛散し易いアスベスト等の微細な廃棄物や鉱石の粉塵が装入筒７内で排ガスに吹き上げられて吹き飛ばされることがないため、吹き飛ばされた微細な廃棄物や粉塵によるダスト閉塞や飛散したアスベスト等による二次汚染を防止でき、廃棄物や鉱石の種類が限定されたり廃棄物を造粒する等の前処理が必要になったりすることもなく汎用性に優れる。
（１１）排ガスが装入筒７内の廃棄物や鉱石の中を通過しないので排ガスの温度低下がほとんどなく、また分解途中の生ガスの含有量も少ないため、２次燃焼室１７や空気予熱器１８等の後流側の処理設備の負担が少なく、その熱エネルギーを有効に活用できる。
（１２）廃棄物の中に乾留されるべき有機物等が多い場合は、廃棄物がガス化帯４で乾留され排ガス排出口１６から可燃性ガスを取り出すことができ、これを精製すると燃料ガスにできるので発電用や熱源として有効に利用できる。なお、この場合は高温の２次燃焼室１７内に可燃性ガスの改質装置（精製装置）を配設するのが望ましい。
（１３）溶融冷却物排出口９から排出された溶融冷却物は、冷却帯６で冷却されるときに亀裂が生じるため容易に破砕することができるが、組成によっては亀裂が生じ難い場合がある。溶融冷却物排出口９から排出された溶融冷却物を分級する分級装置２８を備えているので、溶融冷却物を分級して大塊を分離して、冷却水槽２８で急冷させることで亀裂を生じさせ破砕し易くすることができ、酸化物粒子としてリユースするもの、廃棄物として再度溶融処理するもの、骨材等として活用するもの等に分けることができリサイクル性に優れる。
（１４）装入口８から、鉱石としてボーキサイト、クロムテッ鉱、酸化マンガン鉱、リョウマンガン鉱等のフェロアロイの原鉱を装入することで、アルミナセメントやフェロアロイの原料となる有用な溶融冷却物を、溶融冷却物排出口９から得ることができる。
【００２７】
ここで、シャトル部３内の溶融冷却物は、酸素含有ガス吹込口１２，１５から吹き込まれた燃焼用の酸素含有ガスによってある程度冷却されているが、溶融冷却物排出口９からシャトル部３の外に排出した溶融冷却物の蓄熱を利用して、予熱空気送風路２５や空気送風路２６内の酸素含有ガスとさらに熱交換させて、酸素含有ガスを予熱するのに用いることができる。
また、溶融スラグをシャトル部３内で冷却して溶融冷却物排出口９から排出する場合について説明したが、シャトル部３の下部に出湯口を設け、シャトル部３内で冷却固化させずに溶融状態のスラグを出湯口から酸化物粒子とともに排出する場合もある。
また、廃棄物等をバッチ式に処理する場合について説明したが、装入口８の上部にフィーダ等を設け、高炉等のように連続式に廃棄物等を装入して処理する場合もある。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
小塊状の石灰石１．１トン、ボーキサイト０．４トン、珪石０．１１トン、蛍石０．０１トン、塊状コークス０．５トンを混合し、フレキシブルコンテナに小分けして詰めた原料を準備した。次に、溶融アルミナセメント粒子からなる酸化物粒子を、酸化物粒子装入口から装入し、シャフト部の冷却帯に敷設した。次いで、炉頂の装入口からシャフト部の炉底に敷設した酸化物粒子の上に、塊状コークスからなる炭素系可燃物質（フレキシブルコンテナ入り）を装入し堆積した後、フレキシブルコンテナに詰めた石灰石やボーキサイト等の原料を装入口から装入して、シャフト部及び装入筒内に充填し蓋部を閉じた。
次に、酸素含有ガス吹込口（１２）から酸素含有ガス（空気）をシャフト部内に送り込みながら、着火装置を用いて炭素系可燃物質に着火し、次いで、酸素含有ガス吹込口（１５）から酸素を富化した酸素含有ガスを送入し、炉温を１４００〜１６００℃以上に昇温させ、原料を溶融させた。
原料の溶融が終了したら（排ガス排出口からの排ガス温度が降下したら）、酸素含有ガス吹込口（１２）から送入するガス量を増量し、溶融スラグを冷却し固化させた。固化させた溶融スラグ（溶融冷却物）を、酸化物粒子とともに溶融冷却物排出口からシャトル部の外に排出し、破砕、分級し、約１トンのアルミナセメント溶融塊を得ることができた。
なお、原料の鉱石種を代え、鉱石種に応じて塊状コークスの混合量を調整することで、ボーキサイトを用いた場合と同様にして、鉱石を還元・溶融させてフェロアロイの溶融塊を得ることができた。
また、鉱石に代えて、都市ゴミ，下水脱水汚泥，焼却灰，回収アスベスト等の廃棄物を溶融処理し、不燃物をスラグとして回収することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、溶融炉、特に、都市ゴミ，下水汚泥，アスベスト等の各種産業廃棄物、或いはそれらの脱水乾燥，焼却，破砕処理して得られた中間廃棄物、フェロアロイの原鉱やボーキサイト等の鉱石を溶融処理し、不燃物をスラグとして回収するシャフト炉型の溶融炉に関し、溶融スラグと炉壁との直接接触を防ぐことができ、溶融スラグによる炉壁の浸食を防止することができ炉壁の耐久性を高めることができ耐久性に優れるとともに、耐スラグ腐食性に優れた高級耐火物を使用する必要がなくメンテナンスコストを抑えることができメンテナンス性に優れる溶融炉を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施の形態１における溶融炉の模式断面図
【図２】実施の形態１における溶融炉を用いた廃棄物や鉱石の溶融方法を示す模式図
【符号の説明】
【００３１】
１  溶融炉
２  炉体
３  シャフト部
４  ガス化帯
５  溶融帯
６  冷却帯
７  装入筒
８  装入口
８ａ  蓋部
９  溶融冷却物排出口
１０，１３  酸化物粒子装入口
１０ａ，１３ａ  酸化物粒子投入口
１１，１４  分岐管
１４ａ  仕切り壁
１２，１５  酸素含有ガス吹込口
１６  排ガス排出口
１７  ２次燃焼室
１８  空気予熱器
１９  ガス冷却器
２０  集塵機
２１，２３  送風機
２２  煙突
２４  予熱空気送風路
２５  空気送風路
２６，２７  酸素供給路
２８，３０  分級装置
２９  冷却水槽
【図１】
2008032361.tif 000003
【図２】
2008032361.tif 000004