(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体(10)と、
前記炉本体(10)の一端側の壁部に設けられ前記炉本体(10)内部へ火炎を放射するバーナ(11)と、
前記一端側の天井部の側部に設けられ前記炉本体(10)内部へ製錬原料を供給するための１又は２以上の原料供給口(12)と、
前記一端側の天井部の中央部に設けられた１又は２以上の燃料及び酸化性ガス供給口(13)と、
前記燃料及び酸化性ガス供給口(13)に立設された主供給管(14)と、
前記主供給管(14)の内部に設けられ圧縮された酸化性ガスを前記炉本体(10)に供給する第１給気管(16)と、
前記主供給管(14)に接続され前記燃料及び酸化性ガス供給口(13)を介して前記炉本体(10)内部にシュレッダーダストを供給するダスト供給管(17)と
を備えた炉において、
前記シュレッダーダストの燃焼手段として前記主供給管(14)の内部に圧縮された酸化性ガスを供給する第２給気管(18)が垂設され、
前記第２給気管(18)はその先端が前記炉本体(10)内部に落下したシュレッダーダストに酸化性ガスを吹付けるように設けられたことを特徴とするシュレッダーダストの燃焼用炉。
【請求項２】
第２給気管(18)がワイヤ(18d)等により上下動可能に吊下げられた請求項１記載の炉。
【請求項３】
炉本体(10)の一端側の壁部に設けられ圧縮された酸化性ガスを前記炉本体(10)内部に落下したシュレッダーダストに吹付けるように供給する第３給気管を更に備えた請求項１記載の炉。
【請求項４】
第２給気管(18)又は第３給気管(19)が鉄又はステンレス製の管本体(18a)と、前記管本体(18a)の周囲を被覆した耐火層(18b)とにより構成された請求項１ないし３いずれか記載の炉。
【請求項５】
炉本体(10)が反射炉、溶鉱炉、自溶炉、溶解炉、溶融炉、分離炉、流動床炉、シャフト炉、ロータリーキルン炉又はストーカー炉である請求項１ないし４いずれか記載の炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種廃棄物等を破砕したシュレッダーダストを炉本体に供給して燃焼させるための炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、膨大に排出される産業廃棄物の処理が重大な社会問題となっている。廃棄物を埋立てることは現在では厳しく制限されており、かつ、廃棄物に含まれる塩素含有プラスチックを加熱処理することにより発生するダイオキシンを生成しないために、焼却方法も規制されている。
この産業廃棄物を有効に処理するため、廃棄された家電製品や自動車等の粗大ゴミから再利用できる部分を取外し、残余の部分を小さい破片に破砕してシュレッダーダストとし、更に有価物を回収した後、残余のダストを焼却して処分したり、燃料資源として利用するリサイクル技術の開発が実用段階に達し、金属の製錬においても燃料資源として活用され始めている。
【０００３】
シュレッダーダストを燃料として金属の製錬を行う炉は、例えば反射炉では、図７に示すように、先ず、炉本体１の一端側の壁部に設けられた石炭や重油を燃料としたバーナ２から火炎が放射され、炉本体１内部が加熱される。次いで、炉本体１の一端側の天井部の両側部に設けられた図示しない原料供給口から製錬原料が炉本体１内部に供給される。また、炉本体１内部には、その一端側の天井部の中央部に設けられ燃料及びガス供給口３に立設した主供給管４に接続されたダスト供給管７よりシュレッダーダストが燃料及びガス供給口３を介して供給される。シュレッダーダストの燃焼を補うため、その一端側の天井部の中央部に設けられ燃料及びガス供給口３に立設した主供給管４の内部に設けられた第１給気管６より圧縮した酸化性ガスが吹込まれる。この炉本体１内部に供給された製錬原料はバーナ２から放射された火炎の輻射熱及びシュレッダーダストの燃焼により発生する燃焼熱により加熱溶解され、溶解した製錬原料はその比重差によりマットとスラグに分離される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のシュレッダーダストを燃料として金属の製錬を行う炉の構造では、バーナの火炎による燃焼排ガスや、既に供給されたシュレッダーダストの燃焼で生じた排ガスにより炉本体内部の雰囲気が酸素不足になると、新たにシュレッダーダストを炉本体内部に供給しても、容易に燃焼せず炉内部に堆積してしまう問題があった。
その改善策として上方の第１給気管６からの酸化性ガスの供給量を増加させて炉本体１内部の雰囲気の酸素不足を解消する方法も採られているが、酸化性ガスの供給量を増加しても堆積したシュレッダーダストに酸化性ガスが到達する割合は少なく、未反応の酸化性ガスとして炉外へ排出されるため、非常に効率が悪い。
【０００５】
また、炉本体内部に供給したシュレッダーダストのうち、細かく破砕された部分は気相中で燃焼するが、例えば、タイヤの破片等の大きなものは燃え切らずに未燃焼シュレッダーダストとして炉内部の製錬原料が溶融した溶融体の湯面に堆積して小さな丘状部を形成してしまう。この丘状部が大きくなると、炉本体の天井部との間隔が小さくなるため、その上に新たなシュレッダーダストが供給されて燃焼したときに、この燃焼による火炎が直上のシュレッダーダスト供給用の燃料及びガス供給口から炉外に吹出してしまうおそれがある。従って、丘状部が大きくなった場合は、炉内部に堆積した丘状部がなくなるまでシュレッダーダストの供給を停止しなければならないため、燃焼効率が極端に悪くなる。
特に、この大きな丘状部がバーナに近い位置に形成されてしまうとバーナの火炎が丘状部により遮られ、バーナの火炎を製錬原料の溶解に有効に利用することができなくなる。
【０００６】
本発明の目的は、炉本体内部にシュレッダーダストを供給したときに、シュレッダーダストの堆積が抑制されるシュレッダーダストの燃焼用炉を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、炉本体１０と、炉本体１０の一端側の壁部に設けられ炉本体１０内部へ火炎を放射するバーナ１１と、一端側の天井部の側部に設けられ炉本体１０内部へ製錬原料を供給するための１又は２以上の原料供給口１２と、一端側の天井部の中央部に設けられた１又は２以上の燃料及び酸化性ガス供給口１３と、燃料及び酸化性ガス供給口１３に立設された主供給管１４と、主供給管１４の内部に設けられ圧縮された酸化性ガスを炉本体１０に供給する第１給気管１６と、主供給管１４に接続され燃料及び酸化性ガス供給口１３を介して炉本体１０内部にシュレッダーダストを供給するダスト供給管１７とを備えた炉において、シュレッダーダストの燃焼手段として主供給管１４の内部に圧縮された酸化性ガスを供給する第２給気管１８が垂設され、第２給気管１８はその先端が炉本体１０内部に落下したシュレッダーダストに酸化性ガスを吹付けるように設けられたことを特徴とするシュレッダーダストの燃焼用炉である。
請求項１に係る発明では、シュレッダーダストの燃焼手段として主供給管１４の内部に第２給気管１８を垂設し、第２給気管１８は、その先端が炉本体１０内部に落下したシュレッダーダストに圧縮した酸化性ガスを吹付けるように設けられたので、酸化性ガスがシュレッダーダストに到達する割合を増加させることでシュレッダーダストが堆積することなく燃焼され、仮に堆積しても第２給気管１８より供給する圧縮した酸化性ガスにより飛散されるため、燃焼効率が改善される。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図６に示すように、第２給気管１８がワイヤ１８ｄにより上下動可能に吊下げられた炉である。
【０００９】
請求項２に係る発明では、第２給気管１８をワイヤにより上下動可能に吊下げたので、第２給気管１８の先端の炉床からの高さを調整できる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図１に示すように、炉本体１０の一端側の壁部に設けられ圧縮された酸化性ガスを炉本体１０内部に落下したシュレッダーダストに吹付けるように供給する第３給気管１９を更に備えた炉である。
請求項３に係る発明では、炉本体１０の一端側の壁部に落下したシュレッダーダストに圧縮された酸化性ガスを吹付ける第３給気管１９を更に設けたので、より燃焼効率が向上する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る発明であって、図４に示すように、第２給気管１８又は第３給気管１９が鉄又はステンレス製の管本体１８ａと、管本体１８ａの周囲を被覆した耐火層１８ｂとにより構成された炉である。
請求項４に係る発明では、第２給気管１８又は第３給気管１９の構成を鉄又はステンレス製の管本体１８ａと、管本体１８ａの周囲を被覆した耐火層１８ｂの２層にしたため、耐久性に優れる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれかに係る発明であって、炉本体が反射炉、溶鉱炉、自溶炉、溶解炉、溶融炉、分離炉、流動床炉、シャフト炉、ロータリーキルン炉又はストーカー炉である炉である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のシュレッダーダストは、廃棄された家電製品や自動車等の粗大ゴミから再利用できる部分を取外し、残余の部分を小さい破片に破砕した破砕物から更に有価物を回収した残余のダストである。
【００１４】
次に本発明の実施の形態について反射炉を一例として、図面に基づいて説明する。
先ず、図１に示すように、平たく浴深さが浅い炉床を有する炉本体１０には、この一端側の壁部に炉本体１０内部へ火炎を放射するバーナ１１が設けられる。バーナ１１から放射する火炎の燃料としては、石炭、重油等が挙げられる。この炉はバーナの火炎の熱を直接又は炉の天井部に反射させ装入物（製錬原料）を溶解するような構造を有する。また、炉本体１０の他端側には炉本体１０内部で燃焼したガスを炉外へ排出する燃焼ガス排気口１０ａが設けられる。図３に示すように、炉本体１０の一端側の天井部の両側部に炉本体１０内部へ製錬原料を供給するための原料供給口１２が設けられる。原料供給口１２には製錬原料を炉本体１０内部に供給する図示しないホッパーが炉本体の長手方向に延びる壁部に沿って並ぶように配設されている。図１に戻って、炉本体１０の一端側の天井部の中央部には１又は２以上の燃料及び酸化性ガス供給口１３が設けられる。図１では、燃料及び酸化性ガス供給口１３の数を４つとしたが、炉本体１０の寸法や形状、製錬原料の種類、シュレッダーダストの品質等により、燃料及び酸化性ガス供給口１３の数を増減することができる。
【００１５】
燃料及び酸化性ガス供給口１３には主供給管１４が立設され、この主供給管１４の内部には、圧縮された酸化性ガスを炉本体１０内部に供給する第１給気管１６が設けられる。第１給気管１６には図示しないコンプレッサが接続され、このコンプレッサにより炉本体１０内部に圧縮された酸化性ガスを供給している。酸化性ガスとしては空気、酸素を含むガス、空気中の酸素比率を増やした酸素富化空気等が挙げられる。酸素を含むガスや酸素富化空気は酸素プラントのような酸素源から供給される。また、主供給管１４にはダスト供給管１７が接続される。このダスト供給管１７は炉本体１０内部に燃料及び酸化性ガス供給口１３を介してシュレッダーダストを供給する。ダスト供給管１７には、シュレッダーダストを炉本体内部に供給する図示しないダスト供給装置が接続される。ダスト供給装置の直上にはシャトルコンベアが配設され、フィードホッパーからベルトコンベアを介して搬送されたシュレッダーダストが、このシャトルコンベアから供給装置に投入されることにより炉本体内部に供給可能となっている。
【００１６】
本発明の特徴ある構成は、シュレッダーダストの燃焼手段として主供給管１４の内部に圧縮された酸化性ガスを供給する第２給気管１８が垂設され、第２給気管１８はその先端が炉本体１０内部に落下したシュレッダーダストに酸化性ガスを吹付けるように設けられることにある。図４に示すように、第２給気管１８の構造は鉄又はステンレス製の中空の管本体１８ａと、その管本体１８ａの周囲を被覆する耐火層１８ｂからなり、上部には吊下げるための吊下げフック１８ｃが設けられている。図５は図４のＣ−Ｃ線断面図を示す。図６に示すように、従来は主供給管１４の蓋部に設けられていた覗き窓の位置から第２給気管１８は垂設される。第２給気管１８の吊下げフック１８ｃにはワイヤ１８ｄが繋がれ、ワイヤ１８ｄはロータを介して主供給管１４の上端に接続されて第２給気管１８が上下動可能に吊下げられている。
【００１７】
本実施の形態では、第２給気管１８は、管本体１８ａの内径が２５．４ｍｍ、管本体１８ａの厚さが５ｍｍ、耐火層１８ｂの厚さが１０〜２０ｍｍである。耐火層１８ｂとしてはＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等の酸化物が挙げられる。第２給気管１８の長さは反射炉の規模によって異なるが、炉本体１０の天井部から伸ばした第２給気管が落下したシュレッダーダストに酸化性ガスを吹付けることができる位置にその先端がくる程度の長さを有していればよい。第２給気管１８には、第１給気管１６と同様に図示しないコンプレッサが接続され、炉本体１０内部に圧縮された酸化性ガスを供給している。第２給気管１８より炉本体１０内部に供給する酸化性ガスは、第１給気管１６より炉本体内部に供給する酸化性ガスと同じ種類のガスでもよいし異なった種類のガスでもよい。
【００１８】
次に、このような構造を有する反射炉を用いた製錬について説明する。
先ず、炉本体１０の一端側の壁部に設けられたバーナ１１から火炎が放射され、炉本体１０内部が加熱される。次いで、炉本体１０の一端側の天井部の両側部に設けられた原料供給口１２から製錬原料が図示しないホッパーにより炉本体１０内部に供給される。また、炉本体１０内部には、その一端側の天井部の中央部に設けられた第１給気管１６より圧縮した酸化性ガスが吹込まれ、ダスト供給管１７よりシュレッダーダストが供給される。この炉本体１０内部に供給された製錬原料はバーナ１１から放射された火炎の輻射熱及びシュレッダーダストの燃焼により発生する燃焼熱により加熱され溶解する。
【００１９】
ダスト供給口１７より炉本体１０内部に供給したシュレッダーダストは、細かく破砕されたものは炉床に到達する前に燃焼するが、タイヤの破片等の大きなものは燃え切らずに未燃焼シュレッダーダストとして炉内部の製錬原料が溶解した溶融体の湯面に堆積して小さな丘状部を形成する。この未燃焼シュレッダーダストからなる丘状部に対して主供給管１４の内部に垂設された第２給気管１８より圧縮された酸化性ガスが供給される。第２給気管１８の先端は炉床から０．３〜３ｍ上方（例えば、製錬原料が溶解して形成された溶融体の湯面より０．３〜３ｍ上方）に位置するように設置され、炉本体１０内部に落下したシュレッダーダストに酸化性ガスを吹付けるように設けられる。未燃焼シュレッダーダストからなる丘状部は、第２給気管１８より供給された圧縮された酸化性ガスにより飛散し、酸化性ガスを供給しているため、燃え易くなり再び堆積することなく燃焼される。また、既に堆積したシュレッダーダストだけでなく、天井部より供給した落下中のシュレッダーダストにも酸化性ガスを吹付けるので、従来よりもシュレッダーダストの燃焼効率が向上する。
【００２０】
第２給気管１８からの酸化性ガスの吹出し圧力は、酸化性ガスが空気の場合は６．０ｋｇ／ｃｍ2、酸化性ガスが酸素含有ガスや酸素富化空気の場合は３．５ｋｇ／ｃｍ2である。第２給気管１８はその先端より酸化性ガスを吹出しているため、先端から徐々に熔損してしまう。そのため、第２給気管１８を炉本体内部に垂設して、製錬炉を連続操業させる場合は、その先端が常に落下したシュレッダーダストに酸化性ガスを吹付けるように、第２給気管１８に繋がれたワイヤーを駆動して第２給気管１８を下げる必要がある。第２給気管１８を連続して炉本体１０内部に設けた場合、その先端が徐々に熔損して、欠け落ちてしまうため、第２給気管１８は約２日程度で交換する必要がある。
【００２１】
図２に示すように、炉本体の一端側は燃焼による輻射熱等で製錬原料を溶かす領域（図２中の領域I）であり、炉本体の他端側はマット、スラグ等溶かした製錬原料を分離する領域（図２中の領域II）である。マットはかわとも呼ばれ、硫化物の鉱石から溶融製錬で金属を採取する場合に中間生成物として形成されるもので、多種類の硫化物が溶け合った融体である。また、スラグはカラミとも呼ばれ、金属の精錬において、鉱石から目的とする金属成分を取り出した後の、鉱石中不純物の主として酸化物からなる融体である。マットとスラグはそれぞれの比重の差により製錬炉内で分離することができる。図２中の破線で示される領域は従来未燃焼シュレッダーダストが堆積していた領域である。
【００２２】
燃焼した排ガスは燃焼ガス排気口１０ａより炉外へ排出され、図示しない廃熱ボイラーにより熱を回収して冷却され、電気集塵機において、ダストが回収された上で、ガス中のＳＯ2が排脱石膏プラントにおいて石膏として回収される。
【００２３】
また、本発明のシュレッダーダストの燃焼手段を有する炉では、炉本体の一端側の壁部に圧縮した酸化性ガスを供給する第３給気管１９を設け、シュレッダーダストを燃焼させてもよい。この第３給気管１９により圧縮した酸化性ガスを落下したシュレッダーダストに吹き付けるように供給することにより、バーナの燃焼を遮るおそれのあるシュレッダーダストの丘状部の形成を抑制することができるため、更なる燃焼効率の向上が図れる。この第３給気管１９は前述した第２給気管１８と同様の構造を有し、鉄又はステンレス製の中空の管本体１９ａと、その管本体１９ａの周囲を被覆する耐火層１９ｂからなる。
【００２４】
本発明の実施の形態では、シュレッダーダストの燃焼用炉として反射炉を一例として挙げたが、反射炉以外の溶鉱炉、自溶炉、溶解炉、溶融炉、分離炉、流動床炉、シャフト炉、ロータリーキルン炉、ストーカー炉、産業廃棄物処理炉等を用いても同様の効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のシュレッダーダストの燃焼用炉は、シュレッダーダストの燃焼手段として主供給管の内部に圧縮された酸化性ガスを供給する第２給気管を垂設し、先端が炉本体内部に落下したシュレッダーダストに酸化性ガスを吹付けるように第２給気管を設けたため、炉本体内部にシュレッダーダストを燃料として供給したときに、シュレッダーダストの堆積を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のシュレッダーダストの燃焼手段を有する反射炉の概略図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】第２給気管の拡大図。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図。
【図６】図１のＤ領域の部分拡大図。
【図７】従来の炉本体にシュレッダーダストを供給した反射炉の概略図。
【符号の説明】
１０  炉本体
１１  バーナ
１２  原料供給口
１３  燃料及び酸化性ガス供給口
１４  主供給管
１６  第１給気管
１７  ダスト供給管
１８  第２給気管
１９  第３給気管
【図１】
0004596691.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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