JP3576468B2 - 電気式灰溶融炉と電気式灰溶融炉の固化物除去方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ等の焼却灰を溶融処理し、スラグ化した焼却灰を資源化若しくは減量化する電気式灰溶融炉において、出滓口及び出滓樋にスラグ及びメタル等が固化しないようにした電気式灰溶融炉及びその灰溶融炉に付着する固化物の除去方法。
【０００２】
【従来の技術】
灰溶融炉は、ごみ焼却灰の有効利用を図るためのものであり、灰溶融炉により溶融した焼却灰は、低沸点の揮散物や、金属類及びその他成分のスラグに分け、無害化するとともに、そのリサイクルを図っている。こうした焼却灰の溶融炉のニーズが増加してきている。これらの灰溶融炉には、焼却灰の溶融のために重油等を燃料にするバーナ式灰溶融炉や、電気を加熱源とする抵抗式灰溶融炉及びプラズマ式灰溶融炉等が知られている。
【０００３】
図５は、従来の電気式の灰溶融炉本体５１の出滓口近傍を示している。この溶融炉本体５１の側壁５２には、炉底壁５３よりやや高い位置に出滓口５４が配設されている。炉底壁５３には焼却灰を加熱して溶融したスラグ５５及び焼却灰中の金属成分が溶融したメタル５９が溜まり、出滓口５４は、炉底に溜まったスラグ５５がオーバフローすることによりそれを排出させる役割を果たす。出滓口５４は出滓樋５６に接続され、スラグ５５は出滓樋５６の先端部から図示しない出滓コンベア上に載置されているモールド５７に供給されて冷却され、作業中に発生したガスは、排気口５８から排出され、次工程により無害化処理される。
【０００４】
溶融炉本体５１は、炉室６０が高温状態となることから、内壁の表面部は耐火レンガ６１等の耐火物により形成されている。そして、出滓口５４も同様に高熱に耐えるべく耐火レンガ６２で形成され、出滓樋５６の表面はキャスタブル６３により形成されている。また、溶融炉本体５１及び出滓樋５６には、耐火物を保護すべく水冷ジャケット６４，６５が配設されている。また。出滓樋５６の長手方向における中間部の直上方部には、出滓樋５６に向けて出滓樋バーナ６６を配設し、出滓樋５６のスラグ５５の流路面をスラグが円滑に流れるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、出滓樋５６に水冷ジャケット６５を配設しているのは、そのキャスタブル６３が高温状態になるのを防止するためである。そのため、出滓口５４を流れるスラグ５５が出滓樋５６上で、水冷ジャケット６５を介して冷やされても、スラグ５５が円滑にモールドへ流下できなくなることがある。よって、スラグ５５の流れが悪くなると、バーナ６６を点火してスラグ５５の流れをよくしている。
しかしながら、従来の出滓樋バーナ６６は、出滓樋６６の全体を効果的に加熱するため、出滓樋５６の中央側に配設されている。そのため、出滓口５４及びこの出滓口５４と出滓樋５６の接続部周辺及び出滓樋５６の先端部では、スラグが固化した固化スラグ６７，６８が付着してしまう。また、出滓口５４の上部及びこの出滓口５４程ではないが出滓樋５６の上部には、ガスが反応して溶融塩６９，７０が付着する。
【０００６】
固化スラグ６７，６８の発生は、出滓樋５６におけるスラグ５５の流れを間欠的にすることから、モールド５７に大量のスラグ５５が流下し、モールド５７を損傷させることがある。また溶融炉本体のスラグ温度が上昇し、耐火物の寿命が短くなる。溶融塩６９，７０が付着するとガスの流れを阻害し、効率良くガスを排気することができない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、出滓口からスラグを円滑に排出することができる電気式灰溶融炉及びその溶融炉の固化スラグの除去方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、炉室に供給された焼却灰を加熱してスラグ化する溶融炉本体と、上記炉室の炉壁に配設され炉底に溜まるスラグを炉室外へ排出させる出滓口と、該出滓口に接続され上記スラグを溶融炉本体外に排出する出滓樋とを備えた電気式灰溶融炉において、上記出滓口の上方に出滓口加熱バーナを設け、該出滓口加熱バーナの噴出口を上記出滓口の表面部に向けて配置している。
上記発明は、上記出滓樋の先端部の近傍に出滓樋加熱バーナを設け、該出滓樋加熱バーナの噴出口を上記出滓樋の先端部に向けて配置することができ、また、上記出滓樋加熱バーナを酸素富化バーナとすることができる。さらに、上記出滓樋から排出するスラグを水冷処理することができ、上記出滓口加熱バーナが酸素富化バーナとすることができる。
また、本発明は、焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し上記焼却灰を加熱して溶融することによりスラグ化し、上記溶融炉本体の炉底部に溜まるスラグを、上記溶融炉本体の出滓口を通り出滓樋へ排出させる電気式灰溶融炉において、上記出滓口の表面部及び出滓樋を加熱することにより、それらの出滓口及び出滓樋に付着して固化したスラグを溶融し、上記出滓樋から排出するようにした。この発明は、上記スラグを上記出滓樋から排出させる際に、上記溶融炉本体を傾倒させてスラグ及びメタルを排出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態による電気式灰溶融炉及びその灰溶融炉に付着する固化物の除去方法について図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明に係る傾倒可能なプラズマアーク式灰溶融炉１を示し図１は灰溶融炉１を直立させた状態であり、図２はそれを傾倒させた状態を示す。灰溶融炉１には、耐火レンガ１１に囲まれた炉室６を設け、この灰溶融炉１には、炉室６側に配設される主電極４、炉室６の炉底壁５側に配設される炉底電極７及びこれらに電気を供給する直流電源８等を備えたプラズマ装置が設けられている。主電極４は、溶融炉本体２の天井壁３を貫通して垂下されるとともに、昇降装置１５に支持されることにより炉室６を上下動できるように構成されている。
【０００９】
主電極４は、金属または黒鉛製であり、内部にプラズマガスを発生させる通路を形成した円筒形状のものを用いている。主電極４の下端部には、その先端と対向する炉底壁５に炉底電極７を設置し、これらの電極４，７間に、プラズマ発生用の直流電源８を接続している。直流電源８は、炉底電極７側に＋を接続し、主電極４側に−を接続している。
溶融炉本体２は、耐火レンガ１１の周りに該耐火レンガ１１を冷却する冷却ジャケット１３を配設している。溶融炉本体２の下壁部には、溶融スラグ２３の排出口である出滓口１８が配設され、出滓口１８には、出滓樋１９が接続されている。
【００１０】
図３は、出滓口１８近傍の拡大断面図である。図に示すように、出滓口１８の下側面は出滓口レンガ２５で形成され、出滓樋１９は表面側がキャスタブル２６で形成され、その下部にはキャスタブル２６を冷却する水冷ジャケット１４が樋に沿って配設されている。出滓樋１９の通路の上部壁１７には、傾斜面２７が形成され、傾斜面２７は出滓口レンガ２５に対向させている。また、傾斜面２７には凹部２９が設けられ、この凹部２９には、重油、ガス等を燃料とする出滓口バーナ２８を配設している。そして、出滓口バーナ２８の先端部は出滓口１８の出滓口レンガ２５の面部に向くように配設されている。また、凹部２９の開口部は該開口部が裾広がりとなるテーパ形状若しくは斜面状に形成されている。
【００１１】
出滓樋１９の先端部には、連通路３０が配設され、連通路３０の上部側はガスの排気口が設けられ、その下部側は出滓コンベアに連通している。また、出滓樋１９の先端部に対向する連通路３０の壁部３１には、凹所３２が設けられこの凹所３２には、ガス又は重油等を燃料とする加熱バーナ３３が配設されている。加熱バーナ３３の先端部は、出滓樋１９の先端部に向けて配設されている。加熱バーナ２８，３３は、高温加熱ができるように酸素富化バーナを用いている。
【００１２】
図１に示すように、溶融炉本体２の炉底の一端には油圧シリンダ２０が設置され、シリンダ２０の伸縮ロッド２１の先端部が溶融炉本体２の炉底に枢支されている。また、このシリンダ２０の取付部に対向して炉底の他端側には回転軸２２が設けられている。溶融炉本体２は、油圧シリンダ２０の伸縮ロッド２１を伸縮させることにより、回転軸２２を軸として溶融炉本体２を傾倒させ、出滓口１８側を低くすることができる。
灰溶融炉１の側壁９には、ホッパー等から供給された焼却灰を炉室６内に投入する灰供給装置１０が設けられている。なお、灰溶融炉１には、プラズマ等を制御する図示しない制御装置や、プラズマを発生させるガス供給設備、その他装置類が多数配設されているが、それらの詳細な説明は省略する。
【００１３】
次に、本発明の実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、灰溶融炉１の炉室６には、灰供給装置１０から炉底壁上に焼却灰が投入され、灰溶融炉１の炉室６を還元雰囲気にした状態で、直流電源８により電圧を電極４，７間に印加する。すると、該電極４，７間にプラズマアークが発生し、炉室６内が１０００℃以上の雰囲気となり、焼却灰の溶融が開始される。なお、プラズマアークの起動前に、図３に示す出滓口１８や出滓樋１９に固化スラグ（図の固化スラグ６７，６８を参照）が付着しているようであれば、出滓口用加熱バーナ２８及び連通路用加熱バーナ３３を着火させながら、図２に示すように、油圧シリンダ２０を作動させることによりロッド２１を上方に伸ばし、溶融炉本体２を出滓口１８の位置が下がるように傾動させる。そして、溶融した固化スラグを除去する。
【００１４】
焼却灰の溶融作業では、プラズマアークの熱により焼却灰が加熱され溶融して溶融スラグ２３となり、同様に焼却灰中に含まれているメタル成分が溶融して溶融メタル２４となり、比重の軽いスラグ２３は上部に浮上し、それよりも比重の重いメタル２４はスラグ２３の下部に沈む。スラグ２３が炉底に溜まり出滓口１８の高さに達すると、スラグ２３が出滓口１８から溢れでて出滓樋１９を通って、図示しない出滓コンベアに配設されているモールドに供給され、スラグ２３は冷却処理される。
【００１５】
炉室６からスラグ２３を排出する際に、出滓口用加熱バーナ２８の先端は、出滓口１８に向けられているので、出滓口１８を流れるスラグ２３の固化を防ぐことができ、たとえスラグ２３がそこに固化してもバーナ２８の加熱で除去することができる。また、連通路用加熱バーナ３３の先端が、出滓樋１９の先端部に向けられているので、その先端部を流れるスラグ２３の固化を防ぐことができ、スラグ２３がたとえ固化してもバーナ３３の加熱で除去することができる。特に、スラグ２３を水冷処理（本実施形態では空冷処理である）する場合、すなわち水砕スラグを生成させるような場合は水蒸気の発生により、出滓樋１９の先端部に氷柱状にスラグが固化するので、それを除去することができる。
【００１６】
また、上述した溶解塩（図５の溶融塩６９，７０を参照）が出滓口１８の上部に生成するのは、燃焼ガス等からＮａＣｌ、ＫＣｌが生成され、それらの塩が耐火材に付着すると、シリカ、アルミナ、ＣａＯ等のスラグ成分がさらに付着するからである。従来の溶融炉では、出滓口１８の上部は、プラズマ熱の影響を受けにくく温度が低くなる環境にあるので、溶解塩が発生しやすい。本実施形態では、加熱バーナ２８を傾斜させて配置するとともに、傾斜面２７を主電極４側に向けているので、プラズマ及びバーナ２８の熱の影響を受けやすく、出滓口１８の上部の温度が上昇し、溶解塩の発生を防止することができる。同様に、付着する量は少ないが、出滓樋１９の上部に付着する溶解塩についても、連通路用加熱バーナ３３の加熱により、出滓樋１９の通路の温度が上昇し、溶解塩の付着を防止することができる。
【００１７】
溶融炉本体２の炉底に沈んでいるメタル２４を排出する場合は、図２に示すように油圧シリンダ２０を作動させることにより、溶融炉本体２を出滓口１８の位置が下がるように傾倒させる。こうして、出滓口１８から溶融炉本体２の外にスラグ２３及びメタル２４を排出する。スラグ２３及びメタル２４の排出が終了したら、油圧シリンダ２０のロッド２１を縮めることにより、溶融炉本体２の傾斜をなくして、次の作業にかかる。なお、溶融炉本体２が直立姿勢でスラグ２３がオーバフローしている状態でも、溶融炉本体２を傾倒させスラグ２３及びメタル２４が排出されている状態においても、加熱バーナ２８，３３は連続的に出滓口１８及び出滓樋１９の先端部を加熱する。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施形態について図４を参照しながら説明する。なお、上記の第１の実施形態と同じ部分については同一の符号を付して説明する。
図４は、溶融炉本体２の出滓口１８近傍の拡大断面図である。出滓口１８の下部面は出滓口レンガ２５で形成され、出滓樋１９は表面側がキャスタブル２６で形成され、その下部にはキャスタブル２６を冷却する水冷ジャケット１４が樋にそって配設されている。
【００１９】
図に示すように、本実施形態では溶融炉本体２の出滓口１８に対して、側壁９を炉室６の内方側に移動させている。そして、出滓口１８から出滓樋１９に亘る通路の上部壁１７はほぼ水平に延在し、出滓口１８の出滓口レンガ２５の直上方に凹部２９を設け、この凹部２９には重油、ガス等を燃料とする出滓口バーナ２８を配設している。出滓口バーナ２８の先端部は、炎が直下に向くように出滓口１８の流路、すなわち出滓口レンガ２５の表面部に向くように配設されている。また、凹部２９の開口部は該開口部が裾広がりとなるテーパ形状若しくは斜面状に形成されている。
【００２０】
出滓樋１９の先端部は、連通路３０が配設され、連通路３０の上部側はガスの排気口が設けられ、下部側は出滓コンベアに連通している。また、出滓樋１９の先端部に対向する連通路３０の壁部３１には、凹所３２が設けられこの凹所３２には、重油、ガス等を燃料とする加熱バーナ３３が配設されている。加熱バーナ３３の先端部は、出滓樋１９の先端部に向けて配設されている。
本実施の形態では、上記実施の形態と同様に出滓口１８及び出滓樋１９の先端部にスラグの固化がなくなる。よって、炉室６からオーバフローするスラグ２３が間欠的にモールドに流下することがなくなる。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、プラズマ式の灰溶融炉を例にあげたが、抵抗式の他の電気灰溶融炉でもよく、電気式の灰溶融炉であれば本発明は適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によれば、溶融炉本体の炉室に供給された焼却灰を加熱してスラグ化する電気加熱手段と、上記炉室の炉壁に配設され炉底に溜まるスラグを炉室外へ溢れ出させる出滓口と、該出滓口に接続され該スラグを冷却する出滓コンベアに連通する出滓樋とを備えた電気式灰溶融炉において、上記出滓口の近傍に第１加熱バーナを設け、該第１加熱バーナの噴出口を上記出滓口に向けて配置し、該出滓口を直接加熱するようにしたので、出滓口を流れるスラグ及びメタルが上記加熱バーナの加熱により出滓口に固化しなくなり、また、出滓口に固化して付着したスラグ及びメタルも加熱により除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるプラズマアーク式灰溶融炉を示し、溶融炉本体が直立している状態を示す概略断面図である。
【図２】図１のプラズマアーク式灰溶融炉の溶融炉本体を傾倒させた状態を示す概略断面図である。
【図３】図１のプラズマアーク式灰溶融炉の出滓口近傍の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるプラズマアーク式灰溶融炉の出滓口近傍の拡大断面図である。
【図５】従来のプラズマアーク式灰溶融炉の出滓口近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ プラズマアーク式灰溶融炉
２ 溶融炉本体
３ 天井壁
４ 主電極
５ 炉底壁
６ 炉室
７ 炉底電極
８ 直流電源
９ 側壁
１１ 耐火レンガ
１５ 昇降装置
１７ 上部壁
１８ 出滓口
１９ 出滓樋
２０ 油圧シリンダ
２１ 伸縮ロッド
２２ 回転軸
２３ 溶融スラグ
２４ メタル
２５ 出滓口レンガ
２６ キャスタブル
２７ 傾斜面
２８ 出滓口用加熱バーナ
２９ 凹部
３０ 連通路
３２ 凹所
３３ 連通路用加熱バーナ

Claims (7)

1. 炉室に供給された焼却灰を加熱してスラグ化する溶融炉本体と、上記炉室の炉壁に配設され炉底に溜まるスラグをオーバフローによって排出させる出滓口と、該出滓口に接続され上記オーバフローしたスラグを溶融炉本体外に排出する出滓樋とを備え、上記出滓口の下部に水冷ジャケットを配設した電気式灰溶融炉において、
   上記出滓樋の上部壁に出滓口加熱バーナを設け、該出滓口加熱バーナの噴出口を上記出滓口の表面部に向けて配置し、出滓口加熱バーナによりスラグを加熱するようにしたことを特徴とする電気式灰溶融炉。
2. 炉室に供給された焼却灰を加熱してスラグ化する溶融炉本体と、上記炉室の炉壁に配設され炉底に溜まるスラグをオーバフローによって排出させる出滓口と、該出滓口に接続され上記オーバフローしたスラグを溶融炉本体外に排出する出滓樋とを備え、上記出滓樋の下部に沿って出滓樋を冷却する水冷ジャケットを配設した電気式灰溶融炉において、
   上記出滓樋の上部壁に出滓口加熱バーナを設け、該出滓口加熱バーナの噴出口を上記出滓口の表面部に向けて配置するとともに、上記出滓樋の先端部の近傍に出滓樋加熱バーナを設け、該出滓樋加熱バーナの噴出口を上記出滓樋の先端部に向けて配置し、出滓口加熱バーナと出滓樋加熱バーナとによりスラグを加熱するようにしたことを特徴とする電気式灰溶融炉。
3. 上記出滓樋加熱バーナが酸素富化バーナであることを特徴とする請求項２に記載の電気式灰溶融炉。
4. 上記出滓樋から排出するスラグを水冷処理するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の電気式灰溶融炉。
5. 上記出滓口加熱バーナが酸素富化バーナであることを特徴とする請求項２に記載の電気式灰溶融炉。
6. 焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し上記焼却灰を加熱して溶融することによりスラグ化し、上記溶融炉本体の炉底部に溜まるスラグを、オーバフローにより上記溶融炉本体の出滓口を通り、水冷ジャケットで冷却された出滓樋へ排出させる電気式灰溶融炉において、上記出滓口の表面部及び出滓樋を流れるスラグを加熱することにより、それらの出滓口及び出滓樋に付着して固化したスラグを溶融し、上記出滓樋から排出するようにしたことを特徴とする電気式灰溶融炉の固化物除去方法。
7. 焼却灰を溶融炉本体の炉室内に投入し上記焼却灰を加熱して溶融することによりスラグ化し、上記溶融炉本体の炉底部に溜まるスラグを、オーバフローにより上記溶融炉本体の出滓口を通り、水冷ジャケットで冷却された出滓樋へ排出させる電気式灰溶融炉において、上記出滓口の表面部及び出滓樋を流れるスラグを加熱することにより、それらの出滓口及び出滓樋に付着して固化したスラグ及びメタルを溶融し、上記スラグ及びメタルを上記出滓樋から排出される際に、上記溶融炉本体を傾倒させてスラグ及びメタルを排出するようにしたことを特徴とする電気式灰溶融炉の固化物除去方法。

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