(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉底に設けた炉底電極と炉蓋から挿入した上部電極との間で通電して電気抵抗熱によって、アルカリ塩を含む灰を溶融する直流電気抵抗式灰溶融炉の運転方法であって、上記灰溶融炉に供給する灰の融点が最も低くなるように、灰の塩基度を０．９〜１．１の範囲に調節するとともに、溶融スラグ層の温度を、灰の融点〜１２５０℃の範囲に保ち、上記灰溶融炉内に下から上に向かって順に、溶融メタル層、溶融スラグ層、溶融スラグと固体の灰が共存する溶融遷移層、灰固体層を形成することにより、アルカリ塩の電気分解を活発に行わせて溶融塩層の発生を防ぐべく、炉の断面積あたりの電流密度が所要の値になるように電流値を制御することを特徴とする灰溶融炉の運転方法。
【請求項２】
上記炉の断面積あたりの電流密度が０．１〜５Ａ／ｃｍ２である請求項１記載の灰溶融炉の運転方法。
【請求項３】
上記炉の断面積あたりの電流密度が０．７〜１．３Ａ／ｃｍ２である請求項１記載の灰溶融炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食塩などのアルカリ塩を多く含む飛灰を、溶融炉処理する灰溶融炉に係り、特に灰溶融中に飛灰中に含まれるアルカリ塩を積極的に電気分解し、アルカリ塩による炉壁の耐火材の劣化を軽減することのできる、灰溶融炉の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥等の各種廃棄物は、焼却施設で焼却処理され、生じた焼却灰やばいじんは、従来埋め立て処分されていた。しかし、埋め立て処分地枯渇の問題や有害金属類の溶出による地下水汚染の問題があるため溶融による減量・減溶融化と無害化の必要性が高まってきている。
【０００３】
このような背景で灰中の残留炭素、コークス、灯油、電力を熱源とした溶融処理方式が提案され、一部で実処理が行われている。このうち、電力を熱源とした溶融炉としてプラズマアーク加熱方式や抵抗加熱方式などがある。
【０００４】
抵抗加熱方式の灰溶融炉は溶融スラグ内に対抗電極を配置し、直流または交流通電による電気抵抗熱（ジュール熱）により灰を加熱溶融するものであり、１）熱効率が高い、２）発生ガスが少ない、３）アークを生成しないためフリッカが発生しない、４）溶融スラグと溶融メタルとを分離した分割出滓ができる、という特徴がある。
【０００５】
かかる抵抗加熱方式の灰溶融処理方法として特開平７−７７３１８号に開示されたものがある。図２は上記公報に開示されたもので灰溶融炉の断面および前後設備のフローシートを示している。図において、ａは灰溶融炉、ｂは上部電極、ｃは炉底電極、ｄは電源装置、ｅは溶融メタル層、ｆは溶融スラグ層、ｇは溶融塩層、ｈはＣＯガス燃焼炉、ｉは集塵機、ｊは集塵ファン、ｋは煙突、ｍは電極埋没位置調節器である。上記発明の特徴は、ごみ焼却施設より発生する焼却灰、ばいじんあるいは二者の混合物からなる廃棄物を電気抵抗熱を熱源として溶融処理する方法であって、上部電極ｂの先端位置を溶融塩層ｇと溶融メタル層ｅの間の溶融スラグ層ｆ中に位置せしめ炉底電極ｃの間に、直流通電もしくは交流２相通電により垂直方向に通電することにより溶融塩を電気分解することなく、溶融スラグ層ｆの上方に溶融塩層ｇを安定的に形成し、有害な塩素ガス、塩化水素ガス等の発生を防止しようとするものである。
【０００６】
しかし、上述のように灰溶融炉ａ内に溶融塩層ｇを形成させるような操業をすると、溶融塩は炉壁材を侵触する性質が極めて強いので、侵触を防ぐため高価な炉壁材料を使う必要がある。また、電気の伝導性のよい溶融塩が炉壁中に浸透するので、短絡事故を起こしやすい。そこで本願出願人は、鋭意研究の結果、炉底の陰極と炉蓋から挿入された陽極との間で通電して、電気抵抗熱により灰を溶融する際に、食塩（ＮａＣｌ）などのアルカリ塩を積極的に電気分解する操業方法を採用することにした。かかる操業方法によれば、例えば食塩は、塩素ガスと金属ナトリウムに電気分解する。塩素ガスは、水蒸気と反応して塩化水素と次亜塩素酸になるが、次亜塩素酸は酸素を放出して塩化水素になる。また、金属ナトリウムは、蒸発し酸化雰囲気中で酸化ナトリウムとなる。そして、これらの物質は排ガス中に含まれて外部に放出される。なお、金属ナトリウムは一部溶融メタル層ｅ中に残る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本願の発明者等は、直流電気抵抗式灰溶融炉のパイロットプラントを用いて、種々の条件で運転したところ運転条件によって、アルカリ塩の電気分解が活発に行われる場合とほとんど行われない場合があることがわかった。実験による知見によれば、灰自身の融点を１２５０℃以下におさえることと、炉内に温度傾斜をつけて、溶融スラグ層の上部に灰固体層を維持し、溶融スラグ層と灰固体層の間に固体の灰と溶融スラグが共存する溶融遷移層を存在させることが重要であることがわかった。
【０００８】
本発明は、以上述べた問題点および知見に鑑み案出されたもので、直流電気抵抗式の灰溶融炉において、食塩等のアルカリ塩の電気分解が活発に行われる灰溶融炉の運転方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の灰溶融炉の運転方法は、炉底に設けた炉底電極と炉蓋から挿入した上部電極との間で通電して電気抵抗熟により灰を溶融する直流電気抵抗式灰溶融炉の運転方法であって、上記灰溶融炉に供給する灰の塩基度を０．９〜１．１の範囲に調節するとともに、上記灰溶融炉内に下から上に向って順に、溶融メタル層、溶融スラグ層、溶融スラグと固体の灰が共存する溶融遷移層、灰固体層を形成し、炉の断面積当りの電流密度が０．１〜５Ａ／ｃｍ2 、処理する灰の重量当りの電力消費量が５００〜１０００ＫｗＨ／ｔになるように電流・電圧値を制御するものである。なお、塩基度とは灰中の酸化カルシウム（Ｃa Ｏ）と２酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）との重量比（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を云う。
【００１０】
上記電流密度を０．７〜１．３Ａ／ｃｍ2 ，電力消費量を７００〜８００ＫｗＨ／ｔとするのが最も好ましい。
【００１１】
次に本発明の作用を説明する。先ず、灰溶融炉に投入する灰の塩基度を調節する。灰が飛灰である場合は、塩基度は１．３〜１．５なので２酸化ケイ素（ケイ砂）を添加することにより塩基度を０．９〜１．１の範囲にする。塩基度の調節は、例えば特願平８−１４２６３２号に開示されているように、蛍光Ｘ線分析装置などの塩基度測定装置により塩基度を連続的に測定し、ケイ砂または石灰の投入量を調節することにより行う。塩基度を０．９〜１．１にしたのは、このときに灰の融点が最も低く１１００℃程度になるからである。（石川島播磨技報  １９９７  Vol.３７  No. ３  Ｐ２１５〜２２０）。
【００１２】
炉内では下から上に向って順にメタル層、溶融スラグ層、溶融スラグと固体の灰が共存する溶融遷移層、灰固体層を形成する。このとき溶融スラグ層、溶融遷移層、灰固体層の順に温度が低下するような温度傾斜をつけた運転とする。溶融スラグ層の温度は、１１００〜１２５０℃とする。溶融遷移層の温度は灰の融点の温度に保たれている。
【００１３】
上記温度を達成するため、炉の断面積当りの電流密度は０．１〜５Ａ／ｃｍ2 、好ましくは０．７〜１．３Ａ／ｃｍ2 とし、灰の重量当りの電力消費量は５００〜１０００ＫｗＨ／ｔ、好ましくは７００〜８００ＫｗＨ／ｔとなるように電流・電圧値を制御する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施に使用する直流電気抵抗式灰溶融炉の断面図である。図において、１は灰溶融炉である。２は炉底１ａに設けられた炉底電極であり、３は炉蓋１ｂから挿入した上部電極である。炉底電極２と上部電極３は、それぞれ電源４の陰極と陽極とに接続されて直流通電されている。５は灰入口で焼却灰や飛灰７が供給される。灰７は塩基度が０．９〜１．１の範囲に調節されている。塩基度の調節は、例えば特願平８−１４２６３２号に開示されているように、灰供給機の前にケイ砂投入ホッパ、石灰投入ホッパを設け、灰供給機の出口に蛍光Ｘ線分析装置などの塩基度測定装置を取り付けて塩基度を連続的に計測し、ケイ砂または石灰の投入量を調節することにより行えばよい。なお、６はガス排出口、８は排ガスである。
【００１５】
灰溶融炉１内には、下から上に向って順に、溶融メタル層９、溶融スラグ層１０、溶融スラグと固体の灰が共存する溶融遷移層１１、灰固体層１２が形成されている。溶融スラグ層１０の温度は１１００〜１２５０℃に保たれている。
【００１６】
上記温度を達成するため、炉の断面積当りの電流密度は０．１〜５Ａ／ｃｍ2 、好ましくは０．７〜１．３Ａ／ｃｍ2 とし、灰の重量当りの電力消費量は５００〜１０００ＫｗＨ／ｔ、好ましくは７００〜８００ＫｗＨ／ｔになるように電源４の電流・電圧値を制御する。なお、１３はスラグ排出口、１４はメタル排出口、１５は排出される溶融スラグ、１６は排出される溶融メタルである。溶融メタル１６は、溶融メタル層９の厚さが厚くなりすぎたとき溶融スラグ１５を排出した後、アークを発生させて溶融メタル層９を溶かして排出される。
【００１７】
次に本実施形態の作用を説明する。
溶融スラグ層１０および溶融遷移層１１内で活発に電気分解が行われるためには、ナトリウムイオンなどの陽イオンおよび塩素イオンなどの陰イオンが活発に移動することによる通電であることが必要である。溶融スラグの温度が１２５０℃以下であればこのような通電であるのに対し、１２５０℃を越える温度では、溶融スラグ内を電子が移動することによる通電が主になるため、電気分解が活発に行われなくなる。本発明では、塩基度を１前後に調節して灰７の融点を下げるとともに、電流密度を低くすることにより、発熱量を少くして溶融スラグ層９内の温度を１２５０℃以下に保つようにしたものである。また、溶融遷移層１１内の温度は灰の融点に保たれており、この部分で最も活発に電気分解が行われる。
【００１８】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１９】
以上説明したように、本発明の灰溶融炉の運転方法は、灰溶融炉に供給する灰の塩基度を１前後にするとともに電流密度を低く押えることにより、溶融スラグ層の温度を１２５０℃以下に保つようにしたので、飛灰中に含まれるアルカリ塩の電気分解が活発に行われ、アルカリ塩による炉壁材の侵触が少く、長寿命を保つことができるなどの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施のための灰溶融炉の断面図である。
【図２】従来例として示される灰溶融炉の断面図である
【符号の説明】
１    灰溶融炉
２    炉底電極
３    上部電極
４    電源
９    メタル層
１０    溶融スラグ層
１１    溶融遷移層
１２    灰固体層
【図１】
0003918280.tif 000002
【図２】
0003918280.tif 000003