(57)【要約】    【課題】廃棄物処理工程の効率を向上させ、技術性及び経済性が優秀な各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置を提供する。    【解決手段】高温加熱層１１１、軽質溶融物層１１２及び重質溶融物層１１３が形成され、一方側に軽・重質溶融物が排出される出湯排出口１１４が形成された溶融炉１１０と、高温加熱層１１１に流入される灰分中の未燃焼残留物を完全燃焼させ、非可燃性無機物を溶融させる燃焼加熱手段と、軽・重質溶融物層１１２，１１３が収容されるルツボ炉１４０と、ルツボ炉１４０に軽・重質溶融物が生成され次第、自動排出させることで、ルツボ炉１４０内の溶融物の液位を一定に維持させる自動分離排出手段と、ルツボ炉１４０の下部に溶融物が凝固しないように補助熱源を提供する補助熱源提供手段と、を包含して溶融装置を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助燃料ガスの酸素による燃焼により高温加熱層が形成され、土砂類の軽質溶融物層及び金属類の重質溶融物層が溶融形成されて、それら軽質溶融物及び重質溶融物を排出するための出湯排出口が一方側に穿孔形成された溶融炉と、
該溶融炉の高温加熱層に所定温度以上の燃焼熱を発生させることで、予熱された状態で前記高温加熱層に流入される灰分中の未燃焼残留物を酸素により完全燃焼させると共に、非可燃性無機物を溶融させる燃焼加熱手段と、
前記軽質溶融物層及び重質溶融物層を収容するために耐火材の内側下部に設置されたルツボ炉と、
該ルツボ炉の一方側を通して前記軽質溶融物層及び重質溶融物層を前記出湯排出口に連通させ、前記ルツボ炉に収容された軽質溶融物及び重質溶融物をサイフォンの原理により自動的に排出させることで、前記ルツボ炉内の溶融物の液位を一定に維持させる溶融物の自動分離排出手段と、
前記ルツボ炉の下面及び側面の外側に設置され、該ルツボ炉の下部に溶融物が凝固しないように所定温度の補助熱源を提供する補助熱源提供手段と、
を包含して構成されることを特徴とする各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置。
【請求項２】
前記ルツボ炉は、外側面に耐酸化性に優れた炭化ホウ素を主成分とする被覆材が被覆された黒鉛塊、または、該被覆材物質に黒鉛、モリブデン及びタングステン中何れか一つを混合して形成製作されることを特徴とする請求項１記載の各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置。
【請求項３】
前記溶融物の自動分離排出手段は、
前記ルツボ炉の一方側を通して前記軽質溶融物層と前記出湯排出口とを連通させる軽質溶融物排出路と、前記ルツボ炉の他方側を通して前記重質溶融物層と前記出湯排出口とを連通させる重質溶融物排出路と、を包含し、
前記軽質溶融物及び重質溶融物は、生成され次第サイフォンの原理によりそれぞれ自動的に分離排出されることで、前記ルツボ炉の内部の溶融物の液位が一定に維持されることを特徴とする請求項１記載の各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置。
【請求項４】
前記補助熱源提供手段は、
前記ルツボ炉の下面及び側面の外側に設置され、該ルツボ炉の内部の溶融物が凝固しないように所定温度の補助熱源を提供する発熱体が配設された補熱炉と、
該補熱炉の発熱体の温度を計測する温度計測センサと、
該温度計測センサにより設定温度を自動的に制御することで前記補熱炉の温度を制御する補熱炉制御装置と、
から構成されることを特徴とする請求項１記載の各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置。
【請求項５】
前記補熱炉は、大気の流出入が最小化されるように密封され、内部に窒素ガスが充填されることを特徴とする請求項４記載の各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置。
【請求項６】
溶融物の物理・化学的物性を調節するため、前記溶融炉に廃ガラスを投入する手段が更に包含されることを特徴とする請求項１記載の各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置。
【請求項７】
前記燃焼加熱手段は、
前記溶融炉の高温加熱層に高濃度酸素を供給しながら、補助燃料ガスを燃焼させて１７００℃以上の燃焼熱を発生させることで、予熱された状態で前記高温加熱層に流入される灰分中の未燃焼残留物を完全燃焼させ、非可燃性無機物を溶融させるための酸素バーナであることを特徴とする請求項１記載の各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の全量を無公害資源化するための廃棄物処理装置に係るもので、詳しくは、廃棄物中、有機物は部分的に燃焼させて残りを熱分解により燃料ガスとして資源化し、無機物は１５００℃以上の高温で溶融させ無公害の骨材として資源化することで、各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般の廃棄物処理工程は、空気による廃棄物の燃焼時に発生する熱量をできるだけ回収し、有害物質を法的基準値以下に除去させて燃焼ガスを大気中に放出し、廃棄物の燃焼により生成された非可燃性灰分(焼却灰)及び飛灰を固形化する工程を包含している。この場合、前記大気中に放出された燃焼ガス内に残留する有害物質による大気汚染、及び固形化された焼却灰の埋立による土壌汚染などの二次的環境汚染が大きな問題となるため、その廃棄物処理に関する新技術の開発が要求されている。
【０００３】
このような要求に応じて、本発明者らは、各種廃棄物の殆ど全量を無公害資源化する技術として廃棄物の処理工程及び装置を開発し(韓国特許出願第００６１０５７号、２００２年１０月７日出願)、該処理工程及び装置中最も核心的な技術は、溶融装置に係る技術である。
【０００４】
現在公知の溶融装置の一例として、新日本製鉄株式会社が１９７０年代後半から開発して現在商用化された溶融装置があるが、該溶融装置は、溶融層にコークスを投入し、これを高濃度酸素と空気との混合ガスを利用して燃焼させることで、溶融に必要な高温の熱量を得ることを特徴としている。
【０００５】
その他、公知の他の例として、１９９０年代初めから開発して現在商用化されたサーモセレクトプロセス(Thermoselect  Process)があるが、これは、廃棄物自体及び補助燃料を純粋な酸素のみを利用して燃焼させ、約２０００℃の高温で溶融させることを特徴としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
然るに、このような従来の廃棄物処理工程においては、通常、溶融炉の底部に溶融物が凝固しやすいため、運転を円滑に行い得ずに不安定であり、凝固防止のため超高温運転により炉材の寿命が短縮されて稼働率を低下させるという不都合な点があり得る。
【０００７】
この他にも、プラズマを利用した溶融処理工程、ブラウンガス(水素と酸素との混合ガス)を利用した溶融処理工程、電力による抵抗加熱方式を利用した溶融処理工程などが提案されているが、現在、満足する水準に至ってはいない実情である。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、廃棄物中、無機物の全量を溶融させた後水砕して無公害の骨材として再資源化すると共に、有機物の全量を燃料ガスとして再資源化させる全体処理工程中、核心装置である溶融装置の新しい構成及び製作技術の開発により、廃棄物処理の全体工程の効率を向上し、技術性及び経済性が優秀な各種廃棄物の全量を無公害資源化し得る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】
【０００９】
このような目的を達成するため、本発明に係る各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置においては、補助燃料ガスの燃焼により高温加熱層が形成され、土砂類の軽質溶融物層及び金属類の重質溶融物層が溶融形成され、それら軽質溶融物及び重質溶融物を排出するための出湯排出口が一方側に穿孔形成された溶融炉と、該溶融炉の高温加熱層に所定温度以上の燃焼熱を発生させることで、予熱された状態で前記高温加熱層に流入される灰分中の未燃焼残留物を酸素により完全燃焼させると共に、非可燃性無機物を溶融させる燃焼加熱手段と、前記軽質溶融物層及び重質溶融物層を収容するために耐火材の内側下部に設置されたルツボ炉と、該ルツボ炉の一方側を通して前記軽質溶融物層及び重質溶融物層を前記出湯排出口に連通させ、前記ルツボ炉に収容された軽質溶融物及び重質溶融物をサイフォン(siphon)の原理により自動的に排出されるようにすることで、前記ルツボ炉内の溶融物の液位を一定に維持させる溶融物の自動分離排出手段と、前記ルツボ炉の下部及び側面の外側に設置され、該ルツボ炉の下部に溶融物が凝固しないように所定温度の補助熱源を提供する補助熱源提供手段と、を包含して構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る各種廃棄物の全量を無公害資源化するための溶融装置においては、空気の代わりに酸素を使用するため高温を容易に得て、燃焼・熱分解性能が卓越になり、従来の空気を使用する焼却炉に比べて生成ガス量を１/６以下に減少させ、窒素酸化物の生成源を根本的に封鎖して建設費、運転費及び設置面積を大幅に減少し得るという効果がある。また、酸素による完全燃焼でない部分燃焼・熱分解を行って、有用な製品の燃料ガス、無公害の骨材及び金属類を同時に生産し得るため、結果的に廃棄物の全量を資源化し得るという効果がある。
また、補熱炉により、溶融物を自動分離流出させ、ルツボ炉及びその保護手段により、卓越した安定性、操業の容易性及び高温耐火材の耐久性を与えることで、操業率の向上及び操業人力の減縮を画期的に図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る廃棄物の全量を無公害資源化するための全体工程を示した概略構成図、図２は、本発明に係る溶融装置を示した概略構成図である。
【００１２】
図示されたように、本発明に係る廃棄物処理全体工程においては、前処理工程を通して適正な大きさに破砕された廃棄物中、非可燃性無機物を溶融炉に提供し、可燃性有機物を熱分解してガスを発生させる熱分解炉１０と、該熱分解炉１０の下部から排出される廃棄物中非可燃性無機物を溶融させるための溶融装置１００と、前記熱分解炉１０の上部から排出される熱分解ガスを完全に熱分解させる改質炉２０と、該改質炉２０から排出されるガスを精製処理して清浄燃料ガスを生産する精製処理工程部３０と、該精製処理工程部３０で生成された廃水を再生処理する廃水再生処理工程部４０と、を包含して構成される。ここで、前記精製処理工程部３０で生産された清浄燃料ガスは、廃棄物処理装置自体の工程に使用することができるし、且つ、前記清浄燃料ガスは、必要に応じて外部に送出して活用することができるが、例えば、水蒸気を発生させるためのガスボイラ５０の燃料源として用いられ、若しくは、電力を発生するためのガスエンジン発電機６０の燃料源として活用することができる。
【００１３】
次に、前記溶融装置１００の構成について、図２に基づいて詳細に説明する。
本発明に係る溶融装置１００においては、補助燃料ガスの燃焼により形成された高温加熱層１１１と、土砂類の軽質溶融物層１１２及び金属類の重質溶融物層１１３が比重の差により形成される空間を有し、一方側に軽質溶融物及び重質溶融物を排出するための出湯排出口１１４が穿孔形成された溶融炉１１０と、前記高温加熱層１１１に高濃度酸素を供給して補助燃料ガスを燃焼させ、１５００℃以上の燃焼熱を発生させることで、予熱状態で前記高温加熱層１１１に流入される灰分中の未燃焼残留物を完全燃焼させ、非可燃性無機物を溶融させるための燃焼加熱手段としての酸素バーナ１２０と、該酸素バーナ１２０の挿入部分の前記溶融炉１１０の内側周壁に包囲された高温耐火材１３０と、該高温耐火材１３０により包囲されて、耐火性、熱伝導性及び溶融物に対する耐食性が優秀で、外側壁面に耐酸化性に優れた炭化ホウ素(B4C)を主成分とする被覆材が被覆された黒鉛塊(graphite block)、または前記被覆材物質に黒鉛(graphite)、モリブデン及びタングステン中何れか一つを混合した金属系の物質からなり、継ぎ目のない塊(solid block)により加工製作された前記軽質溶融物層１１２及び重質溶融物層１１３が形成されるルツボ炉１４０と、該ルツボ炉１４０の一方側を通して前記軽質溶融物層１１２と前記出湯排出口１１４とに連通されて、軽質溶融物をサイフォンの原理により排出させる軽質溶融物排出路１５０と、前記ルツボ炉１４０の他方側を通して前記重質溶融物層１１３と前記出湯排出口１１４とに連通されて、重質溶融物をサイフォンの原理により排出させる重質溶融物排出路１６０と、前記ルツボ炉１４０の下面及び側面の外側に設置され、該ルツボ炉１４０の下部に溶融物が凝固しないように補助熱源を提供する複数の発熱体１７１を有する補熱炉１７０と、前記高温加熱層１１１の温度を計測する第１温度計測センサ１９０と、前記補熱炉１７０の発熱体１７１の温度を計測する第２温度計測センサ２００と、該第２温度計測センサ２００により設定温度を自動的に制御することで前記補熱炉１７０の温度を制御する補熱炉制御装置２１０と、を包含して構成される。また、前記溶融炉１１０の出湯排出口１１４の下方側には、排出される溶融物を急冷・破砕させることでガラス質化された無公害の骨材を生産する水砕槽１８０を設置することができる。
【００１４】
このとき、前記軽質溶融物排出路１５０及び重質溶融物排出路１６０の位置は、それぞれ前記軽質溶融物層１１２の上面及び前記重質溶融物層１１３の上面より更に高い位置に、好ましくは、各上面より５０〜２００mm高い位置を通るように設置することで、溶融物が生成され次第、サイフォンの原理によりそれぞれ自動的に分離して排出されるようにし、これにより、前記ルツボ炉１４０の内部で溶融物の液位が一定に維持される溶融物の自動分離排出手段が形成されている。
【００１５】
また、前記補熱炉１７０、発熱体１７１、第２温度計測センサ２００及び補熱炉制御装置２１０は、前記ルツボ炉１４０の内部の溶融物が凝固しないように、前記ルツボ炉１４０の下面及び側面から所定温度の補助熱源を提供する補助熱源提供手段であって、前記発熱体１７１は、最高１８００℃に耐えられる材質により形成されて、運転中何れの発熱体１７１も容易に交替し得るように補熱炉１７０に設置されている。
【００１６】
また、前記補熱炉制御装置２１０は、前記第２温度計測センサ２００で温度を計測することにより、前記ルツボ炉１４０の内部及びその流出通路の温度を自動的に制御することで、安定した溶融・流出状態を維持させる。
【００１７】
また、前記発熱体１７１が配設された前記補熱炉１７０は、大気の流出入が最小化されるように密封され、前記溶融装置１００は、乾燥した窒素ガスまたは所定量の湿気を有する窒素ガスを前記補熱炉１７０の内部に充填させるための窒素ガス注入装置を更に包含して構成することができる。
【００１８】
また、溶融物の融点が常に適正な温度範囲に維持されるようにして、溶融物の流動性を良好状態に保つとともに、耐火材に対する溶融物の侵食を抑制するなどの目的で、所定の添加剤を投入することができる。前記添加剤は、廃棄物の一種の廃ガラスであって、前記熱分解炉１０に廃棄物を注入するとき、適正割合で混合して一緒に投入する。その添加量は、廃棄物中に含有された無機物量の５０%程度を原則とするが、流出される溶融物の流動性をチェックして加減することができる。このとき、前記添加剤は、廃棄物中に含有されている砂質(砂；主にSiO2)の融点を低下させ、廃棄物の溶融物が周辺の耐火材を化学的に侵食することを抑制する役割もする。
【００１９】
次に、このように構成された本発明に係る溶融装置の各種廃棄物の全量を無公害資源化するための処理工程について説明する。
まず、前処理工程を通して適正な大きさに破砕された各種廃棄物は、熱分解炉１０の上部に投入される。次いで、該投入された廃棄物は、溶融炉１１０の上方で酸素バーナ１２０から供給される高濃度酸素により燃料ガス及び廃棄物が燃焼して生成された１５００℃以上の高温の熱気流と接触して下降する間に、一連の蒸発・乾燥・熱分解・燃焼の過程を経るようになる。この過程で、全ての可燃性有機物は、部分燃焼・熱分解された気体となって上昇気流と合流して再び上昇し、非可燃性無機物は、溶融されて前記溶融炉１１０のルツボ炉１４０の内部に溜まるようになる。
【００２０】
このような過程で、前記溶融炉１００の上部から排出された高温熱気流は、熱分解炉１０を上昇しながら廃棄物に含有された水分の蒸発及び乾燥、並びに廃棄物の熱分解に必要な熱量を提供した後、廃棄物の部分燃焼及び熱分解されたガスと共に、６００℃前後の温度に下降される。この温度では熱分解が完全に行われず、分解されないカーボン微粒子などの煤煙、重質炭化水素、ダイオキシン(dioxin)などが相当量含有されている。
【００２１】
従って、このような分解されない物質は、改質炉２０で、再び適正量の酸素を注入して熱分解ガスに含有された水素及び一酸化炭素などの可燃性ガスの一部を燃焼させることで、発生された燃焼熱により最高１２００℃まで昇温させ、完全熱分解に必要な適正時間の間維持させた後、次の工程に送る。
【００２２】
このとき、前記改質炉２０で完全に熱分解されたガスの主成分は、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、炭酸ガス(CO2)及び水蒸気であり、ダイオキシン、重質炭化水素及び煤煙などは殆ど全てが分解された状態である。然し、廃棄物と一緒に流入された微量の塩素(Cl)、硫黄(S)、極微量の重金属類などの有害成分は、塩酸ガス(HCl)、硫化水素(H2S)、二酸化硫黄(SO2)、重金属類の蒸気などの有害ガスに転換されて前記改質炉２０から排出ガスと一緒に排出される。
【００２３】
次いで、前記改質炉２０から排出された有害ガスを包含する排出ガスは、精製処理工程部３０及び廃水再生処理工程部４０で、分解されたダイオキシンの再生成の防止、並びに前記有害ガスの中和、分離、回収及び除去などの精製処理工程が行われる。
【００２４】
このような精製処理により、廃棄物中に含有された有機物は、有用な資源の清浄燃料ガスに再生され、このように生産された清浄燃料ガスは、前記廃棄物処理装置の工程に使用することができる。しかも、前記清浄燃料ガスは、必要に応じて水蒸気を発生させるためのガスボイラ５０の燃料源として、または電力を発生させるためのガスエンジン発電機６０の燃料源として活用することができる。
【００２５】
一方、前記熱分解炉１０の下部から前記溶融炉１１０の上部に流入する無機物は、図２に示したように、前記溶融炉１１０の上部に設置された前記酸素バーナ１２０により、高温耐火材１３０及び高温断熱材で包囲された高温加熱層１１１の燃焼空間で約１７００℃前後の温度で完全に溶融されて、前記ルツボ炉１４０の内部に流入する。
【００２６】
このとき、比重の大きい金属類の重質溶融物と比重の小さい土砂類の軽質溶融物とが自然に上下層に分離されることで、軽質溶融物層１１２及び重質溶融物層１１３が形成される。
【００２７】
また、前記軽質溶溶物層１１２と重質溶融物層１１３とに分離された前記軽質溶融物及び重質溶融物は、その液位が一定になるように、生成され次第、サイフォンの原理により前記ルツボ炉１４０の側面に形成された軽質溶融物排出路１５０及び重質溶融物排出路１６０を通してそれぞれ自動的に流出される。このように流出された溶融物は、前記出湯排出口１１４を経て常温の水が貯留された各水砕槽１８０に落下して急冷・水砕されることで、金属類及びガラス質化された有用な無公害の骨材の形態に資源化される。
【００２８】
このとき、前記補熱炉１７０の発熱体１７１は、前記制御装置２１０により、前記ルツボ炉１４０に流入される溶融物が絶対に凝固することなく流動性の良い溶融状態に安定に維持するようになっており、もしも溶融物が凝固した場合は迅速に溶融されるようになっている。
【００２９】
また、前記高温加熱層１１１の温度は、第１温度計測センサ１９０により計測制御され、前記発熱体１７０による前記ルツボ炉１４０の温度は、第２温度計測センサ２００により計測制御される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る廃棄物の全量を無公害資源化するための全体工程を示した概略構成図である。
【図２】本発明に係る溶融装置を示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：熱分解炉                    ２０：改質炉
３０：精製処理工程部              ４０：廃水再生処理工程部
５０：ガスボイラ                  ６０：ガスエンジン発電機
１００：溶融装置                  １１０：溶融炉
１１１：高温加熱層                １１２：軽質溶融物層
１１３：重質溶融物層              １１４：出湯排出口
１２０：酸素バーナ                １３０：高温耐火材
１４０：ルツボ炉                  １５０：軽質溶融物排出路
１６０：重質溶融物排出路          １７０：補熱炉
１７１：発熱体                    １８０：水砕槽
１９０、２００：温度計測センサ    ２１０：制御装置
【図１】
2004167477.tif 000003
【図２】
2004167477.tif 000004