(57)【要約】【課題】本発明は、安定した性状のスラグを製造可能な廃棄物溶融炉のスラグおよびメタルの排出に関わる廃棄物の溶融処理炉を提供する。【解決手段】溶融炉本体下部と後炉に各々高周波誘導コイルを設け、溶融炉本体内部に装入された導電性物質を誘導加熱して、装入された廃棄物を溶融処理すると共に、溶融物を、前記溶融炉本体底部と連通管を介し設けられている後炉を介して排出する如くなした廃棄物の溶融処理炉において、溶融炉本体底部と連通管と後炉の底部に連続した溶融メタルプールを形成し、該溶融炉本体底部に形成される溶融メタルプールの横断面積を溶融炉本体底部の横断面積より小さくすることを特徴とする廃棄物の溶融処理炉。【選択図】　　図１
2004069219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉本体下部に高周波誘導コイルを設け、溶融炉本体内部に装入された導電性物質を誘導加熱して、装入された廃棄物を溶融処理すると共に、溶融物を、前記溶融炉本体底部と連通管を介し設けられている後炉を介して排出する如くなした廃棄物の溶融処理炉において、溶融炉本体底部と連通管と後炉の底部に連続した溶融メタルプールを形成し、該溶融炉本体底部に形成される溶融メタルプールの横断面積を溶融炉本体底部の横断面積より小さくすることを特徴とする廃棄物の溶融処理炉。
【請求項２】
溶融炉本体下部に高周波誘導コイルを設け、溶融炉本体内部に装入された導電性物質を誘導加熱して、装入された廃棄物を溶融処理すると共に、溶融物を、前記溶融炉本体底部と連通管を介し設けられている後炉を介して排出する如くなした廃棄物の溶融処理炉において、後炉における溶融物の排出口の設置高さを、下記式を満足するような位置に設定すると共に、溶融炉本体底部に形成される溶融メタルプールの横断面積を溶融炉本体底部の横断面積より小さくすることを特徴とする廃棄物の溶融処理炉。
Ｍ×ｄ＝Ｓ（ｂ−ｃ）＋Ｍ×ｃ＝Ｓ×ａ＋Ｐ
ここで、Ｍ＝溶融メタルの比重
Ｓ＝溶融スラグの比重
ａ＝溶融炉内のスラグレベル（ｍｍ）
ｂ＝後炉のスラグ排出口レベル（ｍｍ）
ｃ＝後炉のスラグ排出口におけるメタルレベル（ｍｍ）
ｄ＝後炉のメタル排出口レベル（ｍｍ）
Ｐ＝溶融炉本体下部のガス圧力（ｍｍＨ２　Ｏ）
【請求項３】
後炉に堰を設け、溶融物を溶融スラグと溶融メタルとの分離して各々の排出口から排出するようにすると共に、後炉の炉底には誘導加熱装置を設け、かつ、後炉の炉底位置が、溶融炉本体の炉底部に形成されている溶融メタルプールの底部よりも低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の廃棄物の溶融処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥などの廃棄物を直接溶融してスラグを製造する方法、および廃棄物を一旦焼却して灰とした後に溶融してスラグを製造する廃棄物の溶融処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大半の廃棄物は焼却方式で処理されているが、焼却方式では焼却灰の処分場を必要とする等の欠点がある。特に大都市圈では焼却灰の処理場の確保が困難であり、廃棄物を直接溶融する方法、または廃棄物の焼却灰を溶融して減容化、さらには再資源化が可能な方式で処理する必要性が高まっている。廃棄物を溶融したスラグを再資源化するためには、天然の砂や砕石並の物理的および化学的性状を有し、かつ性状の変動が少ないことが必要である。さらに、スラグ中のメタルが混入しないこと、重金属が溶出しないこと等が必要な条件である。
【０００３】
安定した性状のスラグを作るためには、溶融状態のスラグの貯留部を設けて滞留時間を確保して完全に溶融し、かつ連続的に排出する必要がある。また、操業の観点からも、開孔・閉塞作業が必要ない溶融スラグを連続的に排出する方法が望ましい。従来、廃棄物を溶融したスラグおよびメタル（鉄などの金属類）を溶融炉から排出する方法としては、特開昭４９−９８０７０号公報に示すように、常時開放してある出滓口を通してスラグおよびメタルを連続的に放出する方法が知られている。また、溶融炉外の溶融物プールおよび出滓口を誘導加熱装置により加熱することにより、連続排出する方法が特願平７−２５３７５１号および特開平１０−１６０１３７号公報に示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開昭４９−９８０７０号公報に示す方法は、溶融したスラグおよびメタルは、炉内に滞留することなく放出されるため、未溶融物がスラグ中に混入するため有効利用に支障がある。また、特願平７−２５３７５１号の場合は、溶融炉および保熱炉に溶融物の貯留部を設けると共に加熱装置を設けているが、溶融炉本体と保熱炉を連通する部分に加熱手段を設けていないため、温度低下等で閉塞して操業不能となる等の欠点がある。特に、溶融炉本体と保熱炉を連通する通路が狭いために閉塞し易い。また、溶融炉の炉底部の溶融メタルが放散熱で温度が低下して凝固したメタルが徐々に成長するが、炉底部に加熱手段がないためそれを防止できない。さらに、特開平１０−１６０１３７号公報の場合は、保熱炉の底部と溶融炉本体の底部とを結ぶ連絡路を設け、連絡路の途中に加熱装置を設けているが、連絡路が長くなるため放熱による熱損失が多く、また閉塞などのトラブルが発生し易いこと、流路の形状が複雑で維持管理が困難なこと等の欠点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述したような課題を解決するための本発明の特徴は、次の通りである。
（１）溶融炉本体下部に高周波誘導コイルを設け、溶融炉本体内部に装入された導電性物質を誘導加熱して、装入された廃棄物を溶融処理すると共に、溶融物を、前記溶融炉本体底部と連通管を介し設けられている後炉を介して排出する如くなした廃棄物の溶融処理炉において、溶融炉本体底部と連通管と後炉の底部に連続した溶融メタルプールを形成し、該溶融炉本体底部に形成される溶融メタルプールの横断面積を溶融炉本体底部の横断面積より小さくすることを特徴とする廃棄物の溶融処理炉。
【０００６】
（２）溶融炉本体下部に高周波誘導コイルを設け、溶融炉本体内部に装入された導電性物質を誘導加熱して、装入された廃棄物を溶融処理すると共に、溶融物を、前記溶融炉本体底部と連通管を介し設けられている後炉を介して排出する如くなした廃棄物の溶融処理炉において、後炉における溶融物の排出口の設置高さを、下記式を満足するような位置に設定すると共に、溶融炉本体底部に形成される溶融メタルプールの横断面積を溶融炉本体底部の横断面積より小さくすることを特徴とする廃棄物の溶融処理炉。
Ｍ×ｄ＝Ｓ（ｂ−ｃ）＋Ｍ×ｃ＝Ｓ×ａ＋Ｐ
ここで、Ｍ＝溶融メタルの比重
Ｓ＝溶融スラグの比重
ａ＝溶融炉内のスラグレベル（ｍｍ）
ｂ＝後炉のスラグ排出口レベル（ｍｍ）
ｃ＝後炉のスラグ排出口におけるメタルレベル（ｍｍ）
ｄ＝後炉のメタル排出口レベル（ｍｍ）
Ｐ＝溶融炉本体下部のガス圧力（ｍｍＨ２　Ｏ）
【０００７】
（３）後炉に堰を設け、溶融物を溶融スラグと溶融メタルとの分離して各々の排出口から排出するようにすると共に、後炉の炉底には誘導加熱装置を設け、かつ、後炉の炉底位置が、溶融炉本体の炉底部に形成されている溶融メタルプールの底部よりも低くなるように形成されていることを特徴とする前記（１）または（２）記載の廃棄物の溶融処理炉である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、溶融炉内に隣接して溶融物を貯留する後炉を設け、溶融炉本体底部と後炉に貯留する溶融物を連通せしめる連通管を設け、後炉には溶融物の排出口を設ける。本発明では、後炉の溶融物の排出口を上記式を満足するような位置に設定することによって、溶融炉の炉底に溶融物の貯留部が形成され、溶融物を連続的に排出することができる。すなわち、後炉のメタル排出レベルｄに溶融メタルの比重Ｍを掛けた圧力Ｍ×ｄと溶融炉内のスラグレベルａに溶融スラグの比重Ｓを掛けた圧力Ｓ×ａに炉内圧力Ｐを加えた値がバランスするように溶融炉内の溶融スラグの貯留高さが定まる。同様に、後炉のスラグ排出口レベルｂに関しても、溶融スラグと溶融メタルの高さに各々の比重を掛けて合計した圧力Ｓ（ｂ−ｃ）＋Ｍ×ｃが溶融炉内の溶融スラグレベルとバランスするように定める。こうすることによって、後炉において、溶融メタルと溶融スラグの留まり部が形成されて、連続的に排出される。
【０００９】
前述のように、溶融状態のスラグの貯留部を設けて貯留時間を保持して完全に溶融し、かつ連続的に排出することによって、安定した性状のスラグを作ることができる。また溶融スラグを連続的に排出することによって、排出口の開口、閉塞作業も不要であり、操業も容易となる。連続的に溶融物を排出するためには、溶融物の温度を約１３５０℃以上に維持する必要がある。しかしながら、溶融処理する対象物の廃棄物は水分や発熱量等が変動するため、溶融物の温度も変動する。そのため、溶融物の温度変動に対応した加熱装置が必要となる。特に溶融炉の炉底と後炉の連通部分は流路が狭く、閉塞し易いため加熱装置が必要である。
【００１０】
また、溶融炉の炉底と後炉の炉底部では熱放散で溶融メタルの温度が低下し、凝固したメタルが徐々に成長するため、放散熱を補償するための加熱が必要である。本発明では、溶融炉には誘導加熱コイルが設けられており、廃棄物と共に装入されたコークス、黒鉛等の導電性物質を誘導加熱して廃棄物を溶融処理する。また、後炉の炉底に貯留した溶融メタルを加熱するための誘導加熱コイルを設ける。
【００１１】
コークス等の導電性物質を誘導加熱するためには、金属等と比較して電気抵抗が大きいため数１０ｋＨｚの高い周波数の交流電流で誘導加熱する必要がある。一方、高い周波数で溶融メタル等の金属を加熱した場合、誘導電流は表皮効果で金属の表面に集中して流れることになる。仮に、溶融炉の炉底の横断面全体に溶融メタルを貯留した場合、誘導電流は炉底断面の周辺のみを流れることになる。その影響で、誘導加熱コイルで誘起された磁束は溶融炉の周辺の壁側に集中し、その結果、コークス等の導電性物質も壁側のみ誘導加熱されて中心部分が加熱されない。この問題を解決するために、本発明では溶融炉の炉底にその横断面よりも小さい溶融メタルプールを形成することで解決した。
【００１２】
すなわち、溶融メタルプールの存在しない溶融炉の横断面の部分には磁束が誘起されて、コークス等の導電性物質は誘導加熱される。溶融メタルの存在する部分には磁束が誘起されないが、溶融メタルが溶融炉底の断面積に占める割合を５分の１程度以下とすることによって、溶融炉の中心部の加熱については、伝導伝熱や対流伝熱による温度の均一化効果もあり実用的には問題ない。また、溶融炉の底の溶融メタルプールの存在しない部分は、図１に示すように、すり鉢状に耐火物で形成している。そうすることによって、仮に溶融メタルが温度降下して炉底に固着した場合は、誘導加熱されて再び溶融してすり鉢の中心部にある溶融メタルプールに流れ落ちる。一般に誘導加熱では周波数が高い程小さな寸法の被熱物を加熱することができる。溶融炉では数１０ｋＨｚの高い周波数で誘導加熱するため、非常に小さな金属塊でも加熱されるため、炉底に大きな金属塊が成長することはない。
【００１３】
後炉において、溶融メタルを加熱するための誘導加熱コイルを設けている。溶融金属を加熱するために、誘導加熱用の電源の周波数は６０〜数ｋＨｚの低い周波数を採用する。溶融メタルが誘導加熱されることによって、接触している溶融スラグも加熱される。一般に、誘導加熱する被熱物の形状は直径に対して長さが長い方が加熱効率がよい。本発明では、後炉の炉底を溶融炉の炉底より低くして、深いメタルプールを形成し、そのメタルプールの部分を誘導加熱することによって、加熱効率が向上する。溶融金属の誘導加熱では攪拌効果があるため、深いメタルプールを形成しても温度は均一化される。連通部の溶融物は狭い通路であるため、温度降下等で閉塞し易いが、溶融炉と後炉の誘導加熱装置によって連通部の溶融メタルが加熱されるため、閉塞することはない。また、溶融炉と後炉をつなぐ連通管は直線形状で連絡しているため、長さは短く形状も単純なため、閉塞などのトラブルもなく維持管理が容易である。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例を図１および図２に示す。図１は、本発明に係る溶解炉全体の縦断面図であり、図２は、本発明に係る溶解炉炉底部の横断面図である。廃棄物および副原料としてコークスを装入装置２から溶融炉１に装入し、炉下部の羽口３から酸素富化空気を吹き込み、コークスおよび廃棄物中の可燃物を燃焼させ、燃焼熱によって廃棄物を溶融炉内で順次、予熱・乾燥・熱分解させてガス化する。溶融炉用誘導加熱コイル９に５０ｋＨｚの高周波電流を流して、導電性物質であるコークス８を誘導加熱し、その熱で廃棄物を溶融処理する。
【００１５】
溶融炉１に隣接して後炉４を設け、溶融炉１の炉底部と後炉４を連接せしめる連通管５を設ける。後炉には溶融スラグ排出口１１および溶融メタル排出口１２が設けられ、その高さレベルは、前述した式に従って、スラグ排出口レベルｂ＝２１３ｍｍおよびメタル排出口レベルｄ＝１１７ｍｍに設置した。その結果、溶融炉内の下部圧力Ｐ＝２００ｍｍＨ２　Ｏの場合、溶融炉の炉底部には溶融スラグレベルａ＝２５１ｍｍの高さで溶融スラグ７の貯留部が形成され、溶融スラグの下部には溶融炉から連通管および後炉への連続する溶融メタル６のプールが形成された。
【００１６】
溶融炉の炉底の溶融メタルプールの大きさは幅を連通管と同じとし、長さは溶融炉の中心までとした。溶融炉底の溶融メタルプールの横断面積は溶融炉の横断面積の約８分の１であり、溶融炉内の導電性物質の誘導加熱に関しては支障がなく、中心部まで加熱できた。後炉４に設置した後炉用誘導加熱コイル１０に交流電流を流すことによって溶融メタル６に誘導電流が流れて、溶融メタルは加熱される。同時に、溶融メタルは攪拌されて温度が均一になる。本実施例では後炉用誘導加熱コイルには６０ｋＨｚの電流を流した。
【００１７】
本実施例では、溶融炉炉底と連通管と後炉の炉殻を金属製のケースで製作し、ケースの外部に誘導加熱コイルを設置した。炉体の外部に誘導加熱コイルを設置することによって、電気的な絶縁が容易になる。また、金属製のケースはステンレス鋼などの非磁性材料で製作し、周方向に誘導電流が流れないように分割した。なお、誘導加熱用の交番電流の周波数は６０ｋＨｚと低周波数の電源を採用した。バーナ１３は後炉の始動時に耐火物等を予熱するためと、定常操業時に溶融スラグ排出口および溶融メタル排出口が閉塞しないように熱ガスを吐出させるために使用する。ガス吹き込み管１４から酸素を含むガスを溶融スラグ中に吹き込むことによって、鉛などの重金属を不溶性の酸化物に変えて溶出を低減できた。
【００１８】
本実施例では、後炉で溶融スラグと溶融メタルを分離するための堰１５を設け、溶融メタル排出口と溶融スラグ排出口を各々設けることによって、比重分離した溶融メタルと溶融スラグを分離した状態で排出した。その結果、スラグ中へのメタルの混入がなくなり、スラグの発錆がなくなり、土木資材として有効利用する場合有利であった。本実施例の方法で製造されたスラグはインターロッキングブロック等のコンクリート２次製品の骨材や土木資材として利用した。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によって、以下の効果を実現することができる。
（１）廃棄物溶融炉からスラグおよびメタルを排出する場合、炉底部に各種容量の溶融炉に適応した貯留量のスラグおよびメタルの貯留部を形成して、滞留時間を確保して完全に溶融し、スラグ中に未溶融物が混入することを防止できる。
（２）溶融炉の炉底に溶融炉の横断面より小さなメタルプールを形成することにより、溶融炉用誘導加熱コイルにより溶融メタルを誘導加熱し高温状態に安定的に維持すると共に、溶融炉底に堆積したコークス等の導電性物質を溶融炉の中心まで誘導加熱することができる。溶融炉の炉底の溶融メタルを誘導加熱することによって、ごみ質の変動や、放散熱によって溶融メタルの温度が低下して凝固することを防ぐことができる。
【００２０】
（３）溶融炉の炉底と連通管と後炉の炉底に貯留する溶融メタルを溶融炉用誘導加熱コイルと後炉用誘導加熱コイルによって誘導加熱することができるため、廃棄物の水分や発熱量が変動して溶融物の温度が低下して、連通管が閉塞するトラブルを防止することができる。また、連通管の形状が直線状で単純なため閉塞し難い。
（４）後炉の炉底を溶融炉より低くして深いメタル溜まりを形成することにより、溶融メタルを効率よく誘導加熱することができる。また、誘導加熱によって溶融メタルが攪拌されて均一な温度となる。
（５）後炉で溶融スラグおよび溶融メタルを比重分離して、各々の排出口を設けることによって、スラグとメタルを分離して排出することが出来るため、スラグとメタルの相互の混入がなく、スラグの品質がよい等の優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶解炉全体の縦断面図である。
【図２】本発明に係る溶解炉炉底部の横断面図である。
【符号の説明】
１　溶融炉
２　装入装置
３　羽口
４　後炉
５　連通管
６　溶融メタル
７　溶融スラグ
８　コークス
９　溶融炉用誘導加熱コイル
１０　後炉用誘導加熱コイル
１１　溶融スラグ排出口
１２　溶融メタル排出口
１３　バーナ
１４　ガス吹き込み管
１５　堰
【図１】
2004069219.tif 000003
【図２】
2004069219.tif 000004