JP2000028126A

JP2000028126A - 灰処理用電気溶融炉及びその操業方法

Info

Publication number: JP2000028126A
Application number: JP10192175A
Authority: JP
Inventors: Ryota Hidaka; 亮太日高; Teiji Hara; 禎治原; Shinji Iwamoto; 伸二岩本; Shuichi Matsumoto; 秀一松本
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】スラグの品質を向上させるとともに、溶融
塩層表面が冷えて固まり塩皮が形成されるのを防止する
灰処理用電気溶融炉及びその操業方法の提供。【解決手段】下部電極２と主上部電極１間に電力を印加
して、立上時にはアーク用電源９を使用してアーク熱に
より灰を溶融し、溶融した灰の抵抗値が電気抵抗溶融で
きるレベルに達した後に、アーク用電源９から電気抵抗
溶融用電源１０に切換えて灰を電気抵抗溶融して溶融物
を所定のレベルまで形成した後、主上部電極１と補助上
部電極１６間への電力の印加に切換えて加熱をし、塩と
溶融スラグとを比重分離させる灰処理用電気溶融炉の操
業。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ処理施設で発
生した焼却灰、集塵灰等の灰を溶融処理する灰処理用電
気溶融炉及びその操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ等の廃棄物は、ゴミ処理施設で
焼却処分され、発生した焼却灰や飛灰は埋立て処分され
ていたが、有害重金属類の溶出による地下水汚染等の問
題から、溶融炉で灰を溶融処理し、無害化処理した後、
最終処分するように推奨されている。溶融炉としては、
アーク炉、電気抵抗炉、プラズマ炉等の灰処理用電気溶
融炉が使用されている。例えば、特開平６−１５９６４
７号公報には上下に電極を配置した電気抵抗式灰溶融炉
により灰を溶融処理する方法が記載されている。図５は
従来の灰処理用電気抵抗溶融炉の概略図で、灰処理用電
気抵抗溶融炉は、焼却灰あるいは飛灰等の灰投入口４、
排気口５、溶融金属排出口６、溶融スラグ排出口７、溶
融塩排出口８を備えている。電極は炉天井から電極昇降
装置３で昇降する上部電極１が挿入されるとともに、上
部電極１の先端は溶融スラグ層内に浸漬しており、炉底
に下部電極２が設けられている。溶融スラグ層は、電気
の導体となり、電気抵抗によるジュール熱で灰を溶融す
る。焼却灰は、溶融スラグ層を被覆するように灰投入口
４から供給し、溶融して、生成した溶融メタル、溶融ス
ラグ及び溶融塩は、それぞれの排出口６，７，８から排
出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の灰処理用電気抵
抗溶融炉では、図３に示すように、熱対流により重金属
の塩化物等の溶融塩を溶融スラグ中に巻き込んでしまう
ため、スラグ品質が落ち、スラグの再利用に問題があっ
た。また、熱対流を和らげて塩とスラグの比重分離を促
進させるため、上下電極に印加する電圧を下げたり、あ
るいは切ったりした場合、比重分離が行われると同時
に、空気放熱している塩層上部表面が冷えて固まり、塩
皮が形成される。そのため、灰を供給しても灰が塩皮に
より溶解されず、再び操業することが困難な状態に陥い
る場合があった。

【０００４】また、溶融塩と溶融スラグが混合した状態
で煮沸させて、沸点の差で溶融塩のみ揮発させてスラグ
品質を向上させようとした場合、長時間を要し、且つ電
力量を非常に多く必要とする上に、スラグ品質をあまり
向上させることもできなかった。

【０００５】本発明は、スラグの品質を向上させるとと
もに、溶融塩層表面が冷えて固まり塩皮が形成されるの
を防止する灰処理用電気溶融炉及びその操業方法を提供
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の灰処理用電気溶
融炉は、請求項１に示す上下に移動可能な主上部電極お
よび補助上部電極と、下部電極と電気抵抗溶融用電源と
を備えた灰処理用電気溶融炉と、請求項２及び３に示す
上下に移動可能な主上部電極と補助上部電極、下部電極
とアーク用電源と電気抵抗溶融用電源とが並列に設けら
れてアーク用電源と電気抵抗加熱用電源の切換ができる
電源装置とを備えた灰処理用電気溶融炉とが、いずれも
２本の上部電極のうち、主上部電極は下部電極との間に
電圧が印加され、補助上部電極は、主上部電極との間に
電圧が印加されることを特徴とする。なお、補助上部電
極は、補助上部電極が炉の水平断面中心に配置された主
上部電極と溶融塩排出口側とを結ぶ直線上に設けられる
ことが好ましい。

【０００７】また、本発明の灰処理用電気溶融炉の操業
方法は、下部電極と主上部電極間に電圧を印加して、灰
を投入及び溶解させて、溶融物を所定のレベルまで形成
した後、主上部電極と補助上部電極間への電圧の印加に
切換えて加熱をし、塩と溶融スラグとを比重分離させる
ことを特徴とする。

【０００８】溶融塩の比重分離が進むと主上部電極と補
助上部電極間の抵抗値が低く飽和するので、その時に溶
融塩排出口より塩を出湯させる。その後、炉内に残留し
た溶融スラグを下部電極と主上部電極間を電気抵抗溶融
用電源にて再加熱して適切な温度で出湯すれば、品質の
高いスラグを得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、灰を溶融後、主上部電
極と補助上部電極間を電気抵抗加熱あるいはアーク加熱
することにより、溶融物上部がスポット的に加熱される
ので、熱対流による溶融塩の溶融スラグ中への巻き込み
が抑えられるとともに、さらに塩皮も形成されることが
ない。その結果、塩とスラグの比重分離が起こるので、
直ちに溶融塩を溶融塩排出口から出湯すれば、溶融スラ
グ中の塩濃度を大幅に下げることができる。そうすれ
ば、溶融スラグの少量となった溶融塩を揮発させるだけ
でよいので、従来の溶融成分の全量を通電加熱により揮
発させる方法よりは経済的となる。

【００１０】溶融塩の比重分離が十分に行われてくる
と、低抵抗の溶融塩層が形成されて上部電極間の抵抗値
が極端に下がるため、電気抵抗加熱用電源では過負荷に
なってしまうので、請求項１のシステムのように電気抵
抗加熱用電源しか備えていない場合には、電気抵抗加熱
用電源の過負荷耐量をアップした仕様にする必要があ
る。また、請求項３のシステムのようにアーク用電源と
電気抵抗加熱用電源を併設したシステムでは、アーク用
電源に切換えて溶融塩の加熱・揮発を行えば、設備に問
題なく操業することができる。また、溶融塩は、溶融ス
ラグに比べて比熱及び蒸発潜熱が小さく、且つ沸点も低
いので、溶融状態を保持する熱量は小さくてよく、アー
ク用トランスの容量は、電気抵抗加熱用トランスの容量
より小さくて済む。

【００１１】図１及び図２は本発明の請求項１に示す灰
処理用電気溶融炉の全体図である。灰処理用電気溶融炉
には、主上部電極１及び補助上部電極１６がそれぞれ電
極昇降装置３，１７により昇降自在に設けられている。
補助上部電極１６は、炉の水平断面中心に配置された主
上部電極１と溶融塩排出口側とを結ぶ直線上に設けられ
ている。炉底には主上部電極１に対向して下部電極２が
設けられている。炉体には、焼却灰あるいは飛灰等の灰
投入口４、排気口５、溶融金属排出口６、溶融スラグ排
出口７、溶融塩排出口８が設けられている。上部電極
１，１６と下部電極２に接続される電気抵抗溶融用電源
となる。電気抵抗溶融用トランス１０は、炉底用遮断器
１８及び塩加熱用遮断器１９を介して設けられている。
また、電気抵抗溶融用トランス１０の一次側には、電気
抵抗溶融用電源一次側遮断器１２を設けている。

【００１２】図３及び図４は本発明の請求項３に示す灰
処理用電気溶融炉の全体図である。灰処理用電気溶融炉
には、主上部電極１及び補助上部電極１６がそれぞれ電
極昇降装置３，１７により昇降自在に設けられている。
補助上部電極１６は、炉の水平断面中心に配置された主
上部電極１と溶融塩排出口側とを結ぶ直線上に設けられ
ている。炉底には主上部電極１に対向して下部電極２が
設けられている。炉体には、焼却灰あるいは飛灰等の灰
投入口４、排気口５、溶融金属排出口６、溶融スラグ排
出口７、溶融塩排出口８が設けられている。

【００１３】上部電極１，１６と下部電極２に接続され
るアーク用電源となるアーク用トランス９と電気抵抗溶
融用電源となる電気抵抗溶融用トランス１０は、炉底用
遮断器１８及び塩加熱用遮断器１９を介して並列に設け
られている。

【００１４】アーク用トランス９の一次側にはアーク用
電源一次側電源遮断器１１を、電気抵抗溶融用トランス
１０の一次側には電気抵抗溶融用電源一次側電源遮断器
１２をそれぞれ設けて、アーク用電源９と電気抵抗溶融
用電源１０とが切り換えできるように構成されている。

【００１５】また、アーク用電源の逆昇圧による破損を
防止するため、アーク用トランス９の二次側には、二次
側遮断器１３を設けている。電源の出側には電流計１４
及び電圧計１５が設けられている。

【００１６】次に、本発明の灰処理用電気溶融炉の操業
方法について説明する。

【００１７】請求項１記載のシステムの場合最初の炉立
上時や運転休止後の炉立上時には、１５００℃程度の液
状に溶けた溶融物がないために電気抵抗溶融が行えない
ので、炉立上時には本装置とは別の装置、例えばバーナ
等により種湯となる、電気抵抗加熱を行うのに適した抵
抗率の溶融物を一定量用意する。種湯を炉底に用意した
ら、主上部電極１と下部電極２との間に電圧を印加する
ため、塩加熱用遮断器１９は開放したままで炉底用遮断
器１８、電気抵抗溶融用電源一次側遮断器１２を投入す
る。そして、上部電極１を下降して種湯に浸した状態
で、逐次灰を投入すると、灰は、種湯が電気抵抗加熱さ
れた熱により溶融されていく。

【００１８】このようにして、溶融物を操業レベルまで
作成したら、電気抵抗溶融用電源一次側遮断器１２、炉
底用遮断器１８を開放して、塩加熱用遮断器１９，電気
抵抗溶融用電源一次側遮断器１２を投入して主上部電極
１と補助上部電極１６の間に電圧を印可する。その状態
で、主上部電極１と補助上部電極１６を操業レベルより
少し下に移動させると、溶融物上部がスポット的に加熱
されるため、図１に示すような熱対流が発生せず、溶融
塩と溶融スラグの比重分離が行われる。このとき上面付
近を加熱しているので、空気放熱や冷却による塩の凝固
によって、塩皮が発生することはない。

【００１９】このようにして、加熱を継続していると、
やがて溶融塩層の濃度が非常に濃くなって、上部電極
ｌ，１６間の抵抗値が著しく下がってしまうため、電気
抵抗溶融用電源は過負荷耐量をアップした仕様のものを
使っておく必要がある。

【００２０】この様に抵抗値が十分に低く変化した後
は、比重分離がほぼ完了した結果であるから、長時間継
続してもスラグ品質には殆ど影響せず、電力量が無駄に
なるだけなので、この状態でどの程度時間を掛ければス
ラグ品質が飽和してしまうかを試運転により予め測定し
ておき、その時間経過後に塩を溶融塩排出口より出湯す
る。なお、この状態では、塩の抵抗値が低いために電流
計１４及び電圧計１５による判断が困難なのでこの方法
を採用する。

【００２１】次に、炉内に残留したほぼクリーンなスラ
グを出湯させるのに適した粘度に調整するために温度を
上昇させるのと、スラグ内に残った僅かなＰｂ等の重金
属を酸化させて安定なＰｂＯ等の酸化物とするために、
電力の印加回路を主上部電極１と下部電極２間とすべ
く、電気抵抗溶融用電源一次側遮断器１２、塩加熱用遮
断器１９を開放して、炉底用遮断器１８、電気抵抗溶融
用電源一次側遮断器１２を投入して、残留スラグ全体の
抵抗加熱を実施する。

【００２２】汎用的な放射温度計等でスラグ表面温度を
監視して適切な温度となった時点で出滓口７よりスラグ
を出湯する。

【００２３】請求項３及び４のシステムの場合最初の炉
立上時や運転休止後の炉立上時には、１５００℃程度の
液状に溶けた溶融物がないために電気抵抗溶融が行えな
いので、炉立上時には電源回路のアーク用電源９の方を
使用して主上部電極１と下部電極２とにより灰を液状に
溶けた状態にする。

【００２４】アーク用電源９の使用は、炉底用遮断器１
８、アーク用電源二次側遮断器１３とアーク用電源一次
側遮断器１１を投入し、このとき電気抵抗溶融用電源一
次側電源遮断器１２及び塩加熱用遮断器１９は開放して
おく。なお、この状態で電気抵抗溶融用電源１０に逆昇
圧してしまうが、電気抵抗溶融用電源の二次側使用電圧
がアーク用電源９の二次側使用電圧よりも高いので、耐
電圧強度は問題ない。こうして上部電極１を電極昇降装
置３で下降させていくと、そのうち下部電極２とスパー
クしてアークが発生する。

【００２５】アーク用電源９により電極１，２間に電力
を供給し、アークが発生した状態で灰の投入を開始する
と、アーク熱により灰が溶解し、そのうち、アーク直接
の熱でなく、既に溶けた灰の熱が逐次投入される灰を溶
解させるという状況に移行し、液状に溶けた灰が炉底に
溜まっていく。

【００２６】炉底に溜まった液状に溶けた灰が電気抵抗
溶融できる抵抗率に達したことを電流計１４および電圧
計１５により確認すると、主上部電極１と下部電極２の
電極間距離を調整して、アーク用電源９から電気抵抗溶
融用電源１０に切り換えて電極１，２間に電力を供給
し、電気抵抗溶融する。

【００２７】電源を切り換える場合は、アーク用電源一
次側遮断器１１及びアーク用電源二次側遮断器１３を開
放する。これによりアーク用電源９の逆昇圧による破損
がなくなるので、電気抵抗溶融用電源一次側遮断器１２
を投入する。すると電気抵抗溶融用電源１０による電気
抵抗溶融が始まり、逐次灰を投入溶解しながら操業レベ
ルまで溶融物を溜める。

【００２８】なお、操業レベルまで溶融物を溜める間
は、補助上部電極１６は、未使用なので昇降装置１７に
よって上昇させておき、溶融物による損耗を避けること
が好ましい。

【００２９】溶融物が操業レベルに達したら、図４に示
すように、電気抵抗溶融用電源一次側遮断器１２を開放
した状態で炉底用遮断器１８を開放、塩加熱用遮断器１
９を投入し、それから電気抵抗溶融用電源一次側遮断器
１２を投入する。

【００３０】そして、主上部電極ｌ及び補助上部電極１
６を操業レベルの少し下に移動させた状態で電気抵抗溶
融用電源１０により電極１，１６間に電力を供給して通
電加熱を行うと、溶融物上部がスポット的に加熱される
ため、図３のような熱対流が発生せず、溶融塩と溶融ス
ラグの比重分離が行われる。このとき上面付近を加熱し
ているので、空気放熱や冷却による塩の凝固によって、
塩皮が発生することはない。

【００３１】このようにして、加熱を継続していると、
やがて溶融塩層の濃度が非常に濃くなって、電極ｌ，１
６間の抵抗値が著しく下がってしまうため、電気抵抗溶
融用電源１０では過負荷を引き起こしてしまう。そのた
め、電流計１４及び電圧計１５で監視してトリップする
前に、電気抵抗溶融用電源一次側遮断器１２を開放して
アーク用電源一次側遮断器１１及びアーク用電源二次側
遮断器１３を投入してアーク用電源９により抵抗加熱又
はアーク加熱を行う。

【００３２】この様に抵抗値が十分に低く変化した後
は、比重分離がほぼ完了した結果であるから、長時間継
続してもスラグ品質には殆ど影響せず、電力量が無駄に
なるだけなので、この状態でどの程度時間を掛ければス
ラグ品質が飽和してしまうかを試運転により予め測定し
ておき、その時間経過後に塩を溶融塩排出口より出湯す
る。なお、この状態では、塩の抵抗値が低いために電流
計１４及び電圧計１５による判断が困難なのでこの方法
を採用する。

【００３３】次に、炉内に残留したほぼクリーンなスラ
グを出湯させるのに適した粘度に調整するために温度を
上昇させるのと、スラグ内に残った僅かなＰｂ等の重金
属を酸化させて安定なＰｂＯ等の酸化物とするために、
電力の印加回路を主上部電極１と下部電極２間及び電源
を電気抵抗加熱用電源１０とすべくアーク用電源一次側
遮断器１１，アーク用電源二次側遮断器１３，塩加熱用
遮断器１９を開放して炉底用遮断器１８，電気抵抗溶融
用電源一次側遮断器１２を投入し、残留スラグ全体の抵
抗加熱を実施する。

【００３４】汎用的な放射温度計等でスラグ表面温度を
監視して適切な温度となった時点で出滓口７よりスラグ
を出湯する。このとき、スラグを全量排出せずに上下電
極間のスラグ抵抗値が電気抵抗加熱可能な値を確保でき
るだけの量を残しておき、次のバッチ処埋に備える。な
お、抵抗値の確認としては、予め主上部電極１を残した
い溶融スラグレベル、つまり抵抗負荷の位置より少し上
に移動しておき、スラグを出湯すれば、そのレベルをス
ラグレベルが切った瞬間に電極が空気絶縁されるため電
流がゼロとなるため電流計１４を監視しておけば、それ
が解る。

【００３５】そして、スラグの出湯が終了すれば、再び
逐次灰を投入溶解しながら操業レベルまで溶融物を溜め
る工程に戻り次の灰のバッチ処理が行える。この様にし
てバッチ処埋を繰り返せば従来よりもさらにクリーンな
スラグを低コストで排出することができる。

【００３６】以上の操業により、スラグ中の成分は、環
境基準値以下となり、クリーンなスラグが得られる。な
お、塩出湯後に炉内に残留したクリーンなスラグを加熱
する工程ではＰｂ等の重金属を酸化させるため、炉内に
空気等を積極的に取り込み酸化雰囲気とすることが望ま
しい。また、立上げから溶融物を操業レベルまで溜め
る、灰の溶融工程では、灰中の炭素分で溶融物中は還元
雰囲気となり、ＰｂＣｌ₂等の塩化物が還元されて揮発
が促進されるので、炉内を還元雰囲気とすることが望ま
しい。

【００３７】なお、操業を容易にするために塩を比重分
離させる工程で最初から電気抵抗加熱用電源でなくアー
ク用電源を使用しておけば、溶融塩の揮発効果は若干小
さくなるが、電気抵抗加熱用電源を過負荷に至らしめる
心配がないので操業上は容易であるため、どちらでもよ
い。

【００３８】

【発明の効果】本発明により、従来より短時間且つ低電
力量でクリーンなスラグを排出することができるため、
スラグ品質が向上してスラグの再利用が可能となり、環
境問題の解決に貢献できる。また、塩皮発生防止用加熱
バ−ナ等が不要であることや、請求項２に示すシステム
では、電気抵抗溶融用電源を過負荷耐量をアップさせる
必要がなく、設備費低減が計れると共に操業性も向上し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の灰処理用電気溶融炉の一実施例の全
体図である。

【図２】図１の主上部電極と補助電極との間に電圧を
印可する状態を示す図である。

【図３】本発明の灰処理用電気溶融炉の別実施例の全
体図である。

【図４】図３の主上部電極と補助電極との間に電圧を
印可する状態を示す図である。

【図５】従来の灰処理用電気抵抗溶融炉の概略図であ
る。

【符号の説明】

１：主上部電極２：下部電極３：電極昇降装置４：灰投入口５：排気口６：溶融金属排出口７：溶融スラグ排出口８：溶融塩排出口９：アーク用電源１０：電気抵抗溶融用電源１１：アーク用電源一次側電源遮断器１２：電気抵抗溶融用電源一次側電源遮断器１３：アーク用電源二次側遮断器１４：電流計１５：電圧計１６：補助上部電極１７：電極昇降装置１８：炉底用遮断器１９：塩加熱用遮断器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原禎治北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社エンジニアリング事業本部内 (72)発明者岩本伸二北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラント設計株式会社内 (72)発明者松本秀一北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラント設計株式会社内Ｆターム(参考） 3K061 NB01 NB02 NB21 NB30 4K045 BA07 DA02 RB02 RB04 RB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下に移動可能な主上部電極と補助上部
電極、下部電極と電気抵抗溶融用電源とを備えた灰処理
用電気溶融炉であって、２本の上部電極のうち、主上部
電極は下部電極との間に電圧が印加され、補助上部電極
は主上部電極との間に電圧が印加されることを特徴とす
る灰処理用電気溶融炉。
【請求項２】上下に移動可能な主上部電極と補助上部
電極、下部電極と、アーク用電源と電気溶融用電源とが
並列に設けられてアーク用電源と電気抵抗加熱用電源の
切換ができる電源装置とを備えた灰処理用電気溶融炉で
あって、２本の上部電極のうち、主上部電極は下部電極
との間に電圧が印加され、補助上部電極は主上部電極と
の間に電圧が印加されることを特徴とする灰処理用電気
溶融炉。
【請求項３】補助上部電極が炉の水平断面中心に配置
された主上部電極と溶融塩排出口側とを結ぶ直線上に設
けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の灰
処理用電気溶融炉。
【請求項４】請求項１記載の灰処理用電気溶融炉にお
いて、所定のレベルまで溶融物を形成する時は、主上部
電極と下部電極との間に電圧を印可して、その後主上部
電極と補助電極との間に電圧を印可して塩と溶融スラグ
とを比重分離させ、塩と溶融スラグを分離出湯すること
を特徴とする灰処理用電気溶融炉の操業方法。
【請求項５】請求項２記載の灰処理用電気溶融炉にお
いて、下部電極と主上部電極間に電圧を印加して、立上
げ時にはアーク用電源を使用してアーク熱により灰を溶
融し、溶融した灰の抵抗値が電気抵抗溶融できるレベル
に達した後に、アーク用電源から電気抵抗溶融用電源に
切換えて灰を電気抵抗溶融して溶融物を所定のレベルま
で形成した後、主上部電極と補助上部電極間への電圧の
印加に切換えて加熱をし、塩と溶融スラグとを比重分離
させることを特徴とする灰処理用電気溶融炉の操業方
法。
【請求項６】溶融塩の比重分離により主上部電極と補
助上部電極間の抵抗値が低くなり、抵抗加熱をするのに
不十分となったら、アーク用電源に切り換えて溶融物表
面の溶融塩層を加熱・揮発させ、抵抗値が低く飽和した
後、溶融塩排出口より塩を出湯させた後、炉内に残留し
た溶融スラグは下部電極と主上部電極間を電気抵抗溶融
用電源に切換えて再加熱した後に出湯することを特徴と
する請求項５記載の灰処理用電気溶融炉の操業方法。
【請求項７】溶融スラグを全量出湯せずに、下部電極
と主上部電極間に電気抵抗溶融用電源で抵抗加熱溶融が
可能となるだけの抵抗値を確保できる量の溶融スラグを
残しておき再度、灰を投入して電気抵抗溶融を行う請求
項４，５又は６記載の灰処理用電気溶融炉の操業方法。