JP2006153408A

JP2006153408A - 誘導加熱溶融炉

Info

Publication number: JP2006153408A
Application number: JP2004348804A
Authority: JP
Inventors: Ryukichi Endo; 隆吉遠藤
Original assignee: JIETSUTO RO KK
Current assignee: JIETSUTO RO KK
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】被溶融物の効率的な加熱及び放熱の低減を可能とすることで、効率的な溶融を実現し、各種有害物質の減容化、無害化を可能とする。
【解決手段】被溶融物を投入する投入口３と、投入口３から投入された被溶融物２を溶融させる溶融部４と、溶融部４内部に設けられ、所定の距離を有して相対向して配置され、溶融部４内部の被溶融物２を加熱する第１及び第２の加熱板５，６と、溶融部４で溶融された被溶融物２の溶融スラグを排出する排出口８と、溶融部４並びに第１及び第２の加熱板５，６を誘導加熱する電磁誘導コイル９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被燃焼物を焼却する際に発生する燃え殻や飛灰を溶融する誘導加熱溶融炉に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物のごみ焼却炉の集塵装置から回収された飛灰や、焼却炉下から排出される燃え殻（主灰）には、ダイオキシン類や有害な金属が含まれ、それらの灰の減容化、無害化の手段としてこれら灰等を溶融する溶融炉が注目されている。

灰等を溶融する溶融炉としては、酸素不足雰囲気下で加熱することによりごみの一部をガス化して分離し、そのガスを燃焼させ、残った灰を溶融させるガス化溶融炉、重油や燃料ガスを燃焼させその輻射熱で溶融する燃焼式溶融炉、アークやプラズマ等を利用する電気式溶融炉、またはコークスベッド型溶融炉等が知られている。

これらの溶融炉は、大量の被溶融物を連続的に処理するには適しているが、１日当りの処理量が数トンレベルの小型の溶融炉として使用するには問題がある。

小規模の溶融にも適する方式としては誘導加熱式の溶融炉がある。この誘導加熱式の溶融炉は、小型の溶融炉として適しているとともに制御しやすい等の利点がある。しかしながら、従来の誘導加熱式溶融炉は、加熱効率及び溶融効率が低く、温度保持が難しい、適切な運転を行うためには効率が低い、溶融スラグの排出が難しい等の問題があった。

特開２００１−３４３１０８号公報

本発明の目的は、被溶融物の効率的な加熱及び放熱の低減を可能とすることで、効率的な溶融を実現し、各種有害物質の減容化、無害化を可能とする誘導加熱溶融炉を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明に係る誘導加熱溶融炉は、被溶融物を投入する投入口と、投入口から投入された被溶融物を溶融させる溶融部と、溶融部内部に設けられ、所定の距離を有して相対向して配置され、溶融部内部の被溶融物を加熱する第１及び第２の加熱板と、溶融部で溶融された被溶融物の溶融スラグを排出する排出口と、第１及び第２の加熱板を誘導加熱する電磁誘導コイルと、溶融部の上部側に設けられ、溶融部で被溶融物が溶融する際に発生するガスを上方に排出する流路と、流路と溶融部との間に設けられ、ガスを燃焼させる燃焼部と、流路の上部側に設けられ、流路から流入したガスを燃焼させる再燃焼部と、燃焼部に空気を送風する第１の空気送風口と、再燃焼部に空気を送風する第２の空気送風口とを備える。

本発明は、第１及び第２の加熱板により、被溶融物を加熱するので、効率的な加熱を可能とするとともに放熱を低減できるので、効率的な溶融を可能とし、各種有害物質の減容化、無害化を可能とする。

以下、本発明が適用された誘導加熱溶融炉の実施の形態を図面を参照して説明する。この誘導加熱溶融炉は、主に、燃え殻、飛灰等の被溶融物を溶融して、スラグ化するものであるが、以下、特に、被溶融物を溶融するとともに、被溶融物に含有する未燃焼物、及び、溶融の際に発生する可燃ガスを燃焼することができる所謂誘導加熱溶融焼却炉について説明する。

本発明が適用された誘導加熱溶融炉１は、図１及び図２に示すように、燃え殻、飛灰等の被溶融物２を投入する投入口３と、投入口３から投入された被溶融物２を溶融させる溶融部４と、溶融部４内部に設けられ、所定の距離を有して相対向して配置され、溶融部４とともに被溶融物２を加熱する第１及び第２の加熱板５，６と、溶融部４で溶融された被溶融物２の溶融スラグ７を排出する排出口８と、溶融部４並びに第１及び第２の加熱板５，６を誘導加熱する電磁誘導コイル９とを備える。

また、この誘導加熱溶融炉１は、溶融部４の上部側に設けられ、溶融部４で被溶融物２が溶融する際に発生するガスＧを上方に排出する流路１１と、流路１１と溶融部４との間に設けられ、ガスＧを燃焼させる燃焼部１２と、流路１１の上部側に設けられ、流路１１から流入したガスを燃焼させる再燃焼部１３と、燃焼部１２に空気を送風する第１の空気送風口１４と、再燃焼部１３に空気を送風する第２の空気送風口１５と、第１の空気送風口１４及び第２の空気送風口１５に空気を送風する送風機１６とを有する。

第１の加熱板５と第１の空気送風口１４との間には、被燃焼物、すなわち、被溶融物に含有する未燃物を支持して堆積させるための火格子１０が略水平方向に設けられる。

さらに、誘導加熱溶融炉１は、溶融部４の上方に、溶融部４より内径の大きな略円筒状に形成され、被溶融物２を溶融部４の上部に保持して保留する本体部２１と、本体部２１の溶融部４側に設けられ、被溶融物２を溶融部４に導く傾斜面部２２と、炉内で発生したガス等及び未燃物が燃焼部１２又は再燃焼部１３で燃焼されることにより発生する排ガスを本体上部から上方側に排出する煙突２３と、本体部２１と傾斜面部２２を形成する壁面２４と、壁面２４の外側に設けられる耐火材２５と、耐火材２５の外側に設けられるシリカボード等の断熱材２６と、傾斜面部２２と耐火材２５との間、本体部２１の上面側、及び、後述するシュート５１の外側に設けられる保温材２７とを有する。また、誘導加熱溶融炉１は、被溶融物２が堆積される本体部２１の中間位置に配置される第１の点検口２８と、溶融部４に配置される溶融部用の第２の点検口２９と、第１の点検口２８の上部側に設けられるのぞき窓３０とを有する。

投入口３には、スクリュー３２を回転させることにより、略水平方向に堆積物を搬送するスクリュー投入機３１と、スクリュー投入機３１の炉外部の部分の上部に設けられ、スクリュー投入機３１に被溶融物２を導く投入ホッパ３３と、スクリュー投入機３１により炉内部の上方に搬入された被溶融物２を溶融部４側に落下させるための落し口３４とが設けられる。スクリュー投入機３１により投入口３から誘導加熱溶融炉１内部に搬入された被溶融物２は、スクリュー投入機３１に複数箇所設けられた落し口３４から溶融部４側に落下される。このとき、この被溶融物２には燃え殻、飛灰の他に、未燃物が含まれている。

溶融部４は、非磁性材料からなる略円筒状に形成されるルツボ４１と、ルツボ４１内部に配置される第１及び第２の加熱板５，６とからなる。第１及び第２の加熱板５，６は、電磁誘導コイル９が通電されることにより、誘導渦電流が誘起されて、そのジュール熱により炉内部を加熱することができる。

溶融部４の上部の壁面には、温度を管理するための第１の熱電対４２が設けられている。この誘導加熱溶融炉１の直上部にセットされた第１の熱電対４２は、溶融部４近傍の温度を測定する他に、作業終了後に下降する温度も測定し、溶融部４が溶解雰囲気から固形雰囲気に変わる時間が短くならないようにするための測定を行う。溶融部４の溶融雰囲気の温度は、物体温度が９５０〜１０００℃程度であり、運転を停止する際には、下降時間を１時間程度とする必要である。溶融部４の蓄熱中及び保温中においても、降下速度が速い時は、少量の通電により降下速度を遅くさせてスポーリング現象を防止する。

ここで、スポーリング現象とは、耐火物が亀裂や割れによって表面が剥落することをいうものであり、熱的スポーリング、機械的スポーリング又は構造的スポーリングがあり、ここでは、熱的スポーリングをいうものとする。また、熱的スポーリングは、耐火物を急熱、急冷に起因して発生するものであり、表面と内面の熱膨張、熱収縮の差による歪みが生じ、表面剥落が発生する現象である。上述のように、第１の熱電対４２により温度管理を行うことで、温度の降下速度を少なくするように制御してスポーリング現象を防止できる。

第１及び第２の加熱板５，６は、耐溶融スラグ性及び導電性を有した材料、例えば、モリブデン鉱を加工した板材、カーボンを主材料として成形された板材等からなり、火格子１０に対向して配置されるとともに、約２ｃｍ程度の距離を有して相対向して配置される。この第１及び第２の加熱板５，６は、被溶融物２を堆積することができ、上述のように誘導渦電流が誘起されることにより、溶融部４内部を加熱することができる。尚、ここでは、第１及び第２の加熱板５，６は、略水平方向に配置されるように構成したが、これに限られるものではなく、被溶融物を保持するとともに加熱できるように構成すればよく、所定の傾斜角を有して傾斜して配置されてもよい。

尚、誘導加熱溶融炉１に設ける加熱板は、１枚でもよいが、２枚の板を設けることで、上側の第１の加熱板５から放熱した熱を補うために下側の第２の加熱板６と、上側の第１の加熱板５の間を狭くしてあるので、この間の空間にある熱は、放熱がないから高温に保つことができる。したがって、上側の第１の加熱板５に熱の補充ができる。

第１及び第２の加熱板５，６は、図３に示すように、略中心を通る複数のスリット４５、４６、４７を有する。この複数のスリット４５，４６，４７は、それぞれ隣接する他のスリットとの間の角度が略等しくされている。ここでは、各スリット４５，４６，４７の間の角度は略６０°とされている。このスリット４５，４６，４７は、ジュール熱を外周だけでなく内部でも発生させることができ、第１及び第２の加熱板５，６全体が内外共に同一温度となるようにしてある。また、第１及び第２の加熱板５，６は、図３に示すように、被溶融物２を落下させる目的で５ｍｍφ程度の貫通孔４８を無数にあけてある。

第１及び第２の加熱板５，６は、加熱板上の略中心を通る複数のスリット４５，４６，４７が、隣接する他のスリットとの間の角度が略等しくされているので、第１及び第２の加熱板５，６の温度を均一化することができる。第１及び第２の加熱板５，６の複数の貫通孔４８は、被溶融物２が溶融されることにより発生する溶融スラグ７を排出口８側に落下させるものである。第１及び第２の加熱板５，６は、板間隔を所定の範囲としていることから、第２の加熱板６の放熱を防止し、高温を保持することができる。第１及び第２の加熱板５，６は、溶融部４全体を均一且つ効率的に加熱することができる。

排出口８は、溶融部４の下部に設けられており、十分に保温材２７で保温され、円錐形状で下方側に向けて断面形状が小さくなるように形成されたシュート５１と、シュート５１の下部に連結して案内板として設けられる傾斜部５２と、シュート５１の下方側に配置され、傾斜部５２と、シュート５１の一部を浸漬させる冷却水５４を貯留する冷却水槽５３と、冷却水槽５３に貯留される冷却水５４の液面を一定に保持するための液面保持手段５６とを有する。

冷却水槽５３は、シュート５１及び傾斜部５２を介して導かれた、溶融部４で溶融された溶融スラグ７を冷却して固形のスラグ５５とする。シュート５１は、円錐形状で下方側に向けて断面形状が小さくなるような、所謂漏斗（じょうご）の様な形状をしている。すなわち、シュート５１の下部は、溶融スラグ７が最初に接触する水面の面積を少なくするような形状とされているので、水蒸気の発生をし最小限に抑えることができる。排出口８は、溶融スラグ７が最初に接触する水面の面積を最小限に抑えることで、高温において非常に酸化反応しやすい第１及び第２の加熱板５，６の酸化を低減することができる。また、傾斜部５２は、シュート５１の下部の壁面の一部を曲げて、斜め下方側に向けることで形成されている。この傾斜部５２は、溶融スラグ７を落下地点から水平方向に移動させることができる。傾斜部５２は、溶融スラグ７を冷却する際に、発生する水蒸気をシュート４１を通って誘導加熱溶融炉１内部に流入するのを防止できる。また、落下場所の水面、すなわち、シュート５１内の水面には、水を含まない化繊製の布が小さなチップ状に形成された図示しない化繊製チップが浮かべてあり、水面を封鎖している。この化繊製チップは、水面を遮蔽することで、水蒸気がシュート５１を通って誘導加熱溶融炉１内部に流入することを防止する。

電磁誘導コイル９は、溶融部４のルツボ４１の周囲に巻き回される。また電磁誘導コイル９は、この電磁誘導コイル９に電気を供給する電源と、この電磁誘導コイル９と電源とを接続するケーブルと、電磁誘導コイル９に供給する電気量を制御する制御部と、この電磁誘導コイル９を冷却する冷却ポンプとを有する。電磁誘導コイル９は、電源及び制御部により通電されることにより、第１及び第２の加熱板５，６に誘導電流を誘起して発熱させることができる。

流路１１は、誘導加熱溶融炉１の壁面２４に沿って設けられた複数の略円筒状のパイプ６１からなる。本体の壁面２４が傾斜されている傾斜面部２２においても、壁面２４に沿うように折り曲げ部６２を有している。流路１１は、溶融部４で発生したガス及び第１の空気送風口１４から送風された空気を上部側に誘導して流出させることで、溶融部４及び燃焼部１２の圧力が過剰に高まるのを防止できるとともに、燃焼部１２の温度が上昇しすぎて、壁面２４に損傷を与えないように、温度を放出するものである。また、流路１１は、後述する溶融部４上部の空間で燃焼できなかった未燃ガスをパイプ６１内部で燃焼させながら上部側に流出させることができ、焼却部１２を構成する。

燃焼部１２は、流路１１下部側の端部１１ａと溶融部４との間の領域１２ａ及び流路１１内部の領域１２ｂに構成され、領域１２ａにおいては、溶融部４に投入される前の被溶融物２に含有される未燃物を燃焼し、また、領域１２ａ及び領域１２ｂにおいては、溶融部４で被溶融物２が溶融される際に発生する可燃性ガスを後述する送風された空気と混合して燃焼する。燃焼部１２は、溶融部４と隣接する場所で、第１の空気送風口１４から空気が送風されることにより、未燃物及び可燃性ガスを燃焼させることで第１及び第２の加熱板４，５からの放熱を防止することができる。

再燃焼部１３は、流路１１の上部側の端部１１ｂの上方の領域１３ａと、炉外部に燃焼後の気体を放出する煙突２３の下部の領域１３ｂとから構成される。再燃焼部１３は、溶融部４で被溶融物２が溶融される際に発生して、燃焼部１２で燃焼されなかった残留可燃性ガスが混入していた場合には、この可燃性ガスに第２の送風口１５から送風された空気と混合して完全に燃焼させる。

煙突２３の下部には、モリブデン合金製のコイル６６と、煙突２３から流出する空気の温度を検出するための第２の熱電対６７とが設けられる。このコイル６６は、十数本ランダム状態に配置されており、通電されることにより高温とされて、領域１３ｂに流入する上述の残留可燃性ガスを加熱して、再燃焼させて煙突２３より放出させる。

第１の空気送風口１４は、燃焼部１２に空気を送風することで、燃焼部１２で未燃物や可燃性ガスを燃焼させる。第１の空気送風口１４は、上側の第１の加熱板５から１０〜１５ｃｍの距離だけ離間してノズルにより本体に取り付けられている。第１の空気送風口１４は、第１の加熱板５から所定距離を有して配置されることで、送風する空気が燃焼する前に第１の加熱板５に接触することを防止しており、送風された空気は燃焼により昇温されているので上部側に上昇し、主に流路１１を通って上部側に導かれる。よって、第１の空気送風口１４から送風された空気は加熱板に触れられることはない。

第２の空気送風口１５は、再燃焼部１３に空気を送風することで、再燃焼部１３に流入された残留可燃性ガスを再燃焼させて、完全燃焼させることにより無害化して煙突２３を通って外部に排出させる。

以上のように構成された誘導加熱溶融炉１は、溶融部４と第１及び第２の加熱板５，６とにより、被溶融物を加熱するので、効率的な加熱を可能とするとともに放熱を低減できるので、効率的な溶融を可能とし、各種有害物質の減容化、無害化を可能とする。

また、誘導加熱溶融炉１は、溶融部４上部に設けられた燃焼部１２と、燃焼部１２に空気を送風する第１の空気送風口１４により、溶融部４に投入される被溶融物に含有される未燃物を燃焼するとともに、被溶融物の溶融により発生する可燃性ガスを燃焼することができるので、灰等の被溶融物の溶融の際に発生するガスを他の機器に搬入する必要がない。さらに、誘導加熱溶融炉１は、流路１１の上部に設けられた再燃焼部１３と、再燃焼部１３に空気を送風する第２の空気送風口１５と、再燃焼部１３内の領域を加熱するコイル６６とにより、燃焼部１２で燃焼されなかった残留可燃性ガスを完全燃焼することができるので、この誘導加熱溶融炉１の排ガス処理等の後処理をする機器等を必要とせず、排出する排ガスを無害化することができる。

次に、投入口３から投入された被溶融物２が誘導加熱溶融炉１で溶融される状態について説明する。

投入口３から投入された燃え殻、飛灰等の被溶融物２は、図示しない選別機により形状を整えられている。この被溶融物２は、投入ホッパ３３からスクリュー投入機３１により、炉内に投入され本体部２１内に堆積される。その量は、流路１１を構成するパイプ６１の下端切断面１１ａの近傍に設けた火格子１０上であって、第１及び第２の加熱板５，６からの熱と、第１の空気送風口１４から送風される空気とによって燃焼できる状態に堆積すればよい。

誘導加熱溶融炉１の壁面２４の複数箇所に流路１１として配置されたパイプ６１により、本体部２１の水平方向の断面の領域が分けられていることから炉内に堆積された被溶融物２に棚吊現象が発生することを防止できる。ここで、棚吊現象とは、被溶融物の堆積層の大部分が溶融温度よりもはるかに低温であるので、互いに絡み合った箇所で固化し、被溶融物が下部の溶融部に落下してこなくなる現象をいう。

第１及び第２の加熱板５，６及び溶融部４は、電磁誘導コイル９が通電されることにより誘導電流が誘起され、ジュール熱により１８００℃近傍まで加熱され、この熱により被溶融物２を溶融させる。第１及び第２の加熱板５，６及び溶融部４の温度は、高いほど被溶融物２の溶融量が増加する。

運転開始直後は、第１及び第２の加熱板５，６と接触している被溶融物２のみが溶融し、その上に堆積している被溶融物２が第１及び第２の加熱板５，６と接触するまでには多少の時間が必要である。このように、パイプ６１の下端切断面１１ａの上部迄のものが処理されるが、パイプ６１の下端切断面１１ａより上に堆積した固形状の被溶融物２は、第１及び第２の加熱板５，６上に落ちてこない。ここまでの時間は約５分程度かかる。

この状態で、燃焼部１２は、第１の空気送風口１４から空気が送風され、パイプ６１下端１１ａ近傍の火格子１０上に堆積した被溶融物２に含有した未燃物である有機物を燃焼させて、灰にすることで被溶融物間の摩擦を低減させることで、被溶融物２を落下させる。このような現象によって、第１及び第２の加熱板５，６上に被処理物が供給される。この時に発生する燃焼ガス及び溶融ガスの一部は、被溶融物の中に入るが、ほとんどのガスは、ガス抜き用のパイプ６１内で空気と反応しながら再燃焼部１３、すなわち、スクリュー投入機４１より上部側の空間に流入する。

この再燃焼部１３には、第２の空気送風口１５から再燃焼用の空気が供給されており、煙突２３下部に取り付けてある再燃焼用のヒーターとなるコイル６６で完全に燃焼して煙突２３より放出される。尚、煙突２３下部の領域１３ｂは、このコイル６６及び第２の熱電対６７により、常時８００℃以上保っているので、ダイオキシンの発生を防止できる。

一方、溶融部４で溶融された溶融スラグ７は、第１及び第２加熱板５，６に設けられた複数の貫通孔４８から幾筋もの柱を作って、直接又はシュート５１に当たって水中に落ちてスラグ５５となり、案内板として設けられた傾斜部５２によってシュート５１部の垂直方向から離れて堆積する。水槽５３内の水量はシュート部内でも発生する水蒸気を防ぐために多い程よく、蒸発した水を補充するために液面保持手段５６により注水され、常に同一液面とされている。

このように、本発明を適用した誘導加熱溶融炉１は、誘導電流により加熱される溶融部４と第１及び第２の加熱板５，６とにより、被溶融物を加熱するので、溶融部を均一且つ高温に保持することができ、有害物質の発生を防止できるとともに溶融スラグの排出性を高めることができる。よって、本発明を適用した誘導加熱溶融炉１は、効率的な加熱を可能とするとともに放熱を低減できるので、効率的な溶融を可能とし、各種有害物質の減容化、無害化を可能とする。

また、本発明を適用した誘導加熱溶融炉１は、溶融部４上部に設けられた燃焼部１２と、燃焼部１２に空気を送風する第１の空気送風口１４により、溶融部４に投入される被溶融物に含有される未燃物を燃焼するとともに、被溶融物の溶融により発生する可燃性ガスを燃焼することができるので、被溶融物の溶融の際に発生するガスを他の機器に搬入する必要がない。さらに、誘導加熱溶融炉１は、流路１１の上部に設けられた再燃焼部１３と、再燃焼部１３に空気を送風する第２の空気送風口１５と、再燃焼部１３内の領域を加熱するコイル６６とにより、燃焼部１２で燃焼されなかった残留可燃性ガスを完全燃焼することができるので、この誘導加熱溶融炉１の排ガス処理等の後処理をする機器等を必要とせず、排出する排ガスを無害化することができる。

本発明を適用した誘導加熱溶融炉の正面断面図である。本発明を適用した誘導加熱溶融炉の図１に示すＡ−Ａ´断面図である。本発明を適用した誘導加熱溶融炉を構成する加熱板の平面図である。

符号の説明

１誘導加熱溶融炉、２被溶融物、３投入口、４溶融部、５第１の加熱板、６第２の加熱板、７溶融スラグ、８排出口、９電磁誘導コイル、１０火格子、１１流路、１２燃焼部、１３再燃焼部、１４第１の空気送風口、１５第２の空気送風口、１６送風機、２１本体部、２２傾斜面部、２３煙突、２４壁面、２５耐火材、２６断熱材、２７保温材、２８第１の点検口、２９第２の点検口、３０のぞき窓、３１スクリュー投入機、４１ルツボ、４２第１の熱電対４５，４６，４７スリット、４８貫通孔、５１シュート、５３冷却水槽、６１パイプ

Claims

被溶融物を投入する投入口と、
上記投入口から投入された被溶融物を溶融させる溶融部と、
上記溶融部内部に設けられ、所定の距離を有して相対向して配置され、上記溶融部内部の被溶融物を加熱する第１及び第２の加熱板と、
上記溶融部で溶融された被溶融物の溶融スラグを排出する排出口と、
上記第１及び第２の加熱板を誘導加熱する電磁誘導コイルと、
上記溶融部の上部側に設けられ、上記溶融部で被溶融物が溶融する際に発生するガスを上方に排出する流路と、
上記流路と上記溶融部との間に設けられ、上記ガスを燃焼させる燃焼部と、
上記流路の上部側に設けられ、上記流路から流入したガスを燃焼させる再燃焼部と、
上記燃焼部に空気を送風する第１の空気送風口と、
上記再燃焼部に空気を送風する第２の空気送風口とを備える誘導加熱溶融炉。
上記第１の加熱板と上記第１の空気送風口との間に、上記投入口から投入される被溶融物に含有する被燃焼物を支持する火格子を有することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱溶融炉。
上記第１及び第２の加熱板は、略中心を通る複数のスリットを有し、
上記複数のスリットは、隣接する他のスリットとの間の角度が略等しくされていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱溶融炉。