JP2002126691A - 焼却灰の溶融処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、焼却灰の溶融歩留りの向上を図ると
共に、溶融塩形成成分による操業トラブルが生じない焼
却灰の溶融処理方法を提供することを目的としている。 【解決手段】焼却灰を灰溶融炉へ装入、加熱して、溶融
処理するに際して、前記灰溶融炉内に形成された溶融ス
ラグ浴に、中空炭素質電極などの、先端部が、加熱可能
である中空筒の内部を介して溶融した焼却灰を吹き付け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼却灰の溶融処理
方法に係わり、詳しくは、炉内装入時に焼却灰を瞬時に
溶融し、該焼却灰の排ガスへの飛散による溶融歩留りの
低下を抑制すると共に、高揮発性の塩を蒸発して炉内で
の蓄積を防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ゴミを含む一般廃棄物、産業
廃棄物、下水スラッジ、シュレッダ・ダスト等の各種廃
棄物は、焼却処理され、その灰（焼却灰と称されてい
る）の多くは、埋め立て処分されている。しかしなが
ら、埋立地の確保が年々難しくなってきており、該埋立
地の延命化が強く叫ばれている。また、焼却灰には、重
金属等（例えば、Ｚｎ，Ｐｂ，Ｃｄ，Ｈｇ、Ａｓ等）の
人体へ有害な物質が含有されているので、埋め立て処分
したのでは、雨水で有害物質が周囲の土壌に流出した
り、地下水へ溶出して環境問題を起こす恐れがある。そ
のため、従来より、焼却灰の容積を小さくする「減容化
処理」や、重金属等の有害物質の流出、溶出を防止する
ための「無害化処理」が盛んに研究されている。さら
に、焼却灰を資源として再利用したり、リサイクルする
技術の開発も行なわれるようになっている。

【０００３】ところで、今迄に一般化している焼却灰の
「減容化処理」及び「無害化処理」技術の一つに、電気
炉を用いた溶融処理がある。例えば、特公昭５７−５５
４７６号公報は、「サブマージド・アーク炉内の溶融ス
ラグ上に焼却灰を順次投入して、溶融物からの熱影響を
受けない層高を有する焼却灰層を形成し、該層の焼却灰
を溶融スラグの電気抵抗熱により順次溶融すると共に、
この溶融処理時に焼却灰中から揮散する重金属類の揮発
性物質を上記焼却灰層において冷却捕捉するようにす
る」技術を提案している。また、特開平９−８７７２８
号公報は、「電気炉において金属精錬を行なうと同時に
焼却灰を処理する方法であって、金属精錬に使用する原
料の一部として前記焼却灰を使用する」技術を開示して
いる。これらの技術を利用すれば、確かに焼却灰の「減
容化」及び「無害化」は達成されると思われる。

【０００４】しかしながら、これら電気炉を用いる溶融
処理では、焼却灰の炉内装入を上添加、つまり投入で行
うため、投入された焼却灰のうち、細粒のもの（１ｍｍ
以下）の一部は、直ちに排ガスに伴われて炉内から持ち
去られ、そのままダストになってしまうことがある。そ
の結果、焼却灰の溶融歩留りが低下し、炉の処理能力が
低いという問題が生じている。また、一般的な焼却灰
（主灰）の組成を表１に示すが、焼却灰には比較的多量
のアルカリ金属、ハロゲン元素が含有されている。これ
らの成分は、炉内で溶融塩（例えば、ＮａＣｌ，ＫＣｌ
等）を形成して滞留することになるが、炉体に内張りし
た高価な耐火物の溶損を促進する。さらに、該溶融塩
は、流動性が良いので、耐火物に浸み込み、電気抵抗が
小さいので、漏電や短絡の原因になり、操業の安定化に
とって障害となっている。つまり、円滑な操業を妨害す
るばかりでなく、耐火物や電力の原単位を高め、経済的
なデメリットも生じさせる。

【０００５】

【表１】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、焼却灰の溶融歩留りの向上を図ると共に、溶融
塩形成成分による操業トラブルが生じない焼却灰の溶融
処理方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、焼却灰を電気炉へ装入するにあたり、細粒
を排ガスが持ち去る前に迅速に溶解させることに着眼し
て鋭意研究を進め、その成果を具現化した。

【０００８】すなわち、本発明は、焼却灰を灰溶融炉へ
装入、加熱して、溶融処理するに際して、前記灰溶融炉
内に形成された溶融スラグ浴に、先端部が加熱可能であ
る中空筒の内部を介して、溶融した焼却灰を吹き付ける
ことを特徴とする焼却灰の溶融処理方法である。好まし
くは、前記した先端部が加熱可能である中空筒が、中空
の電極である。

【０００９】また、本発明は、焼却灰を灰溶融炉へ装
入、加熱して、溶融処理するに際して、前記灰溶融炉内
に形成された溶融スラグの浴面に、酸素含有気体ととも
に、焼却灰及び炭材を吹き付けることを特徴とする焼却
灰の溶融処理方法である。

【００１０】さらに、好ましくは、前記焼却灰の粒度が
１５ｍｍ以下である。

【００１１】本発明では、焼却灰を中空の炭素質電極で
発生させたアークで溶融してから溶融金属浴へ直接吹き
込むようにしたり、あるいは炭材の燃焼で高温になった
ガスで焼却灰を溶融してからスラグに吹きつけるように
したので、焼却灰は従来より迅速に溶解され、確実にス
ラグあるいは溶融金属にトラップされる。その結果、焼
却灰の溶融歩留りが向上する。また、アルカリ金属やハ
ロゲン元素等の低沸点物質は、スラグや溶融金属にトラ
ップされる前に飛散して、排ガスと共に炉から排出され
集塵装置などで回収される。その結果、それら元素で形
成される溶融塩の炉内滞留量が減り、耐火物の溶損や通
電トラブルが解消され、耐火物や電力の原単位が従来よ
り著しく向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００１３】まず、本発明に係る焼却灰の溶融処理方法
の一つは、図１に示すように、中空の炭素質電極１を介
して、焼却灰９をスラグ浴面にガスで吹き付けるように
した。なお、中空電極先端はスラグ浴中に浸漬させても
かまわない。これによって、焼却灰９は、必ずアーク３
中を移動することになり、瞬時に溶融し、その大部分は
スラグ浴６にトラップされる。一方、低沸点のアルカリ
金属やハロゲン元素は蒸発し、排ガスに伴われて、炉か
ら排出され、その後集塵装置等（図示せず）で回収され
るようになる。

【００１４】焼却灰９の一種である主灰は、通常、表２
に示すような大きさである。しかし、かかる溶融方法に
は、ある程度小さい方が好ましいので、事前に破砕して
調整し、１５ｍｍ以下としたり、サイズの小さい所謂
「飛灰」を単独及び／又は混合して使用することが好ま
しい。発明者の研究によれば、１５ｍｍ超えでは、未溶
融物が残ることがあるからである。吹き付けにはガスを
用いることが好ましく、該ガスは、酸素含有ガス及び不
活性ガスのいずれでも良いが、中空電極１の消耗を抑制
するため、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスの使
用が好ましい。また、ガスの温度は、常温あるいは、事
前予熱を行って高温にしたもののいずれでも良い。予熱
ガスでなくてもアーク３により２０００℃程度の高温
は、容易に確保できるからである。

【００１５】

【表２】

【００１６】次に、発明者は、本発明の別形態も考え
た。それは、前記アーク３に代え、炭材の燃焼で、スラ
グ浴６面に焼却灰９が到達する前に、それを溶融させる
ものである。これは、図２に示すように、金属精錬では
所謂「フラッシュ・スメルティング法」として知られて
いる手法を応用したものであり、例えば、熱源の炭材１
０と焼却灰９とを混合し、該混合物を高温の酸素含有ガ
ス８（例えば、空気又は酸素ガス）で炉内へランス７を
介して噴射させるものである。これによって、焼却灰９
の大部分は、溶融されてからスラグ浴６に吹き付けら
れ、その中にトラップされる。また、溶融していないも
のも、高温であるためスラグ浴６中で直ちに溶融され
る。従って、この場合も、前記中空電極１の利用した方
法と同じ効果が得られることになる。

【００１７】なお、焼却灰９の粒度については、前記中
空電極１の場合と同様なので、説明を省略する。ただ
し、ガスについては、酸素を含有していることが必須で
ある。

【００１８】なお、焼却灰と炭材を混合したものをラン
スから酸素含有ガスとともに吹きつけることが好ましい
が、焼却灰と炭材を別々のランスから吹き出し、混合さ
せてから、溶融スラグ浴面に、吹き付けてもよい。この
場合、炭材のキャリアガスは、ランス内での爆発、燃焼
の危険を防止するために、不活性ガスとすることが好ま
しい。また、同一ランス中に焼却灰と炭材の通路を別々
に設けて、吹き付けてもかまわない。

【００１９】ランスの出口で炭材の燃焼を開始させるに
は、種火が必要であるが、連続操業においてその負荷は
小さい。本発明で使用するランス７は、その寿命を延長
させるため、耐火物で保護したものであることが好まし
く、既存のフラッシュ・スメルティング用ランスとして
使用されているものを借用すれば良い。

【００２０】また、以上述べた本発明を具体的に実施す
るには、灰溶融炉２内に予め高温の溶融したスラグ浴及
び溶融金属浴を形成してから、焼却灰９を吹き込むよう
にする。高温のスラグ浴６や溶融金属浴５を形成するに
は、別の炉で予め製造したものを単に注入するだけで良
い。この予め形成する溶融スラグ浴６や溶融金属浴５の
量は、灰溶融炉２の大きさ、1回の操業で処理する焼却
灰９の量、溶融スラグ６や金属浴５の温度によって決め
れば良い。これらの量が多すぎると、1回の操業で処理
可能な焼却灰９の量が減るし、本格的に溶融金属の精錬
を行うわけではないので、できるだけ少ないことが望ま
しい。実際には、溶融処理の事前に試験操業等でそれら
の数値を把握しておくのが好ましい。なお、焼却灰９
は、通常水分を２０％程度含有しているので、事前に安
価な方法（例えば、廃熱利用等）で乾燥しておくことが
熱効率の点で好ましい。

【００２１】炭材１０は、炭素を含有するものであれば
如何なるものでも良いが、経済的な見地からは、容易に
入手可能なコークス粉または粉炭の利用が好ましい。ま
た、焼却灰と同様にランス７を介して吹き込むので、そ
の粒度は同じ制約を受け、上記大きさの範囲であること
が好ましい。

【００２２】

【実施例】（実施例１） 図１に示すような上部に１本
の中空炭素電極１、炉底に１本の炉底電極（図示せず）
を備えた直流アーク電気炉２（生産能力８０トン）を用
いて、本発明に係る焼却灰の溶融処理を行った。予め、
冷銑を溶解すると共に、製鋼スラグを上のせし、３０ト
ンの溶銑浴５とスラグ浴６を形成した。そして、直ちに
該スラグ浴６面上へ上記中空電極１（内径１００ｍｍ
φ）を設置し、図１に示したように、焼却灰９を吹き付
けた。吹き込みには、キャリア・ガスとして窒素ガスを
用いた。

【００２３】溶銑の温度は、１３００℃、焼却灰の吹き
付け量は、５０トン／日である。焼却灰９は、表１に示
した組成で、予め乾燥し、大きさ１５ｍｍ以下に調整し
てあるものである。

【００２４】その結果、焼却灰がアークで迅速に溶融
し、何ら操業トラブルを生じることなく、炉容積が満た
されたので、スラグ及び溶融金属を炉から排出した。

【００２５】焼却灰（絶乾）の吹き付け量に対するスラ
グ量の比は、９７％であり、電力原単位は６８５ｋｗｈ
／ｔ灰であった。スラグ成分の分析値を表３に示す。
（実施例２）実施例１に用いた電気炉２に、通常の上部
電極及びランス７を設置し、本発明に係る焼却灰の溶融
方法を実施した。予め、溶融金属５とスラグ６の浴形成
は、実施例１と同じである。その後通電を開始すると共
に、焼却灰９を炭材１０と混合し、前記ランス７を介し
て空気で吹きこんだ。焼却灰９は、実施例１と同じもの
であり、吹きこみ量は、２トン／時間である。炭材１０
は、焼却灰９とほぼ同じ大きさのコークス粉であり、混
合比は、質量比で焼却灰の１に対して０．３〜０．６の
範囲で変化させた。その結果、何ら操業トラブルを生じ
ることなく、炉容積が満たされたので、スラグ及び溶融
金属を該炉から排出した。焼却灰（絶乾）の吹き付け量
に対するスラグ量の比は９６％であり、コークス原単位
は４４０ｋｇコークス／ｔ灰であった。スラグ成分の分
析値を表３に示す。

【００２６】（比較例１）実施例１と同じ型の電気炉に
３０ｔの溶銑浴とスラグ浴を形成させ、次に実施例１と
同じ焼却灰を炉上から投入した後、通電して灰の溶融処
理を行った。この処理中に灰が排気系へ（図示せず）排
出されるのが確認された。

【００２７】溶融処理完了後、スラグおよび溶融金属を
炉から排出した。

【００２８】焼却灰（絶乾）の投入量に対するスラグの
比は８７％であり、スラグ組成を表３に示す。実施例
１，２に比較して、比較例１では、灰のスラグ中への歩
留りが約１０％低下し、スラグ中のアルカリ金属やハロ
ゲン元素の含有量が多いことが分かる。

【００２９】

【表３】

【００３０】なお、上記実施例は、溶融金属を溶銑とし
た場合であるが、本発明は、これに限るものではない。
つまり、溶鋼、非鉄金属等であっても、本発明は適用可
能である。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、焼却
灰の溶融処理が従来より迅速になるばかりでなく、焼却
灰の溶融歩留りが向上した。また、本発明では、スラグ
中に含まれるアルカリ金属やハロゲン元素を低減できる
ので溶融塩形成成分による操業トラブルを減らすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に利用した直流アーク電気炉及び
中空電極を示す図である。

【図２】本発明の実施に利用した直流アーク電気炉及び
焼却灰吹き込みランスを示す図である。

【符号の説明】

１ 中空炭素質電極 ２ 電気炉 ３ アーク ５ 溶融金属浴（溶銑等） ６ スラグ浴 ７ ランス ８ キャリア・ガス（空気、酸素ガス等） ９ 焼却灰 １０ 炭材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 一 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内 Ｆターム(参考） 3K061 NB02 NB10 4D004 AA36 AB03 CA29 CB04 CB31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却灰を灰溶融炉へ装入、加熱して、溶
   融処理するに際して、前記灰溶融炉内に形成された溶融
   スラグ浴に、先端部が加熱可能である中空筒の内部を介
   して、溶融した焼却灰を吹き付けることを特徴とする焼
   却灰の溶融処理方法。
2. 【請求項２】 前記した先端部が加熱可能である中空筒
   が、中空の電極であることを特徴とする請求項１に記載
   の焼却灰の溶融処理方法。
3. 【請求項３】 焼却灰を灰溶融炉へ装入、加熱して、溶
   融処理するに際して、前記灰溶融炉内に形成された溶融
   スラグの浴面に、酸素含有気体とともに、焼却灰及び炭
   材を吹き付けることを特徴とする焼却灰の溶融処理方
   法。