【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ焼却残渣などのような塩類を含む焼却残渣を溶融処理する溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや産業廃棄物などを焼却した際に発生する焼却残渣の多くは埋め立て処分されているが、埋立地の確保が困難になるにしたがって、その減容化が要望されてきた。また、焼却残渣のうち、燃焼排ガスと共に飛散して集塵機で捕集された灰（飛灰）は、鉛やカドミウムなどの重金属類を含んでおり、特別管理一般廃棄物に指定されているので、その廃棄処分に際しては、重金属類を無害化する処理をしなければならない。このため、焼却炉から直接取り出された焼却残渣を減容化すると共に、飛灰を無害化する必要が生じている。
【０００３】
このような問題に対処し、焼却残渣の減容化と重金属類の不溶化・無害化を同時に行うことができる技術として、焼却残渣を溶融固化する処理方法が開発されている。そして、この溶融固化処理の一方法として、焼却残渣の溶融物を炉内に滞留させながら、装入された焼却残渣を順次溶融させる方法がある。このようにして焼却残渣を溶融する方法においては、生成した溶融物が炉内に滞留している間に、溶融物中の成分が比重差によって分離され、溶融スラグ層と溶融塩層に分かれるため、溶融物を溶融スラグと溶融塩とに分別して排出することができる。
【０００４】
しかし、上記の溶融処理方法においては、生成した溶融塩が常に炉内に残留しており、また、この溶融塩は沸点が低いＮａＣｌやＫＣｌなどのアルカリ金属の塩化物を多量に含んでいるので、これらの低沸点物質が多量に揮散すると言う問題が発生する。低沸点物質の揮散が起こると、揮散したアルカリ金属塩が排気系統の機器内で凝縮して付着し、この付着物が排気系統を詰まらせる原因物質になったり、あるいは機器類を腐食させたりして、溶融炉の安定操業が阻害される。
【０００５】
このような問題を解消するための技術として、特開平７−４２９２４号公報には、低沸点物質の揮散抑制が図られた溶融炉が示されている。この溶融炉は電気抵抗加熱式のものであって、この炉による溶融処理においては、炉内に滞留している焼却残渣の溶融物中に浸漬された電極間に通電して、それ自体の電気抵抗熱によって溶融物を加熱し、装入された焼却残渣を順次溶融する。
【０００６】
図６はその溶融炉を示す縦断面図である。３０は炉本体、３１は電極、５０は投入された焼却残渣、５２は焼却残渣が溶融して生成した溶融スラグ層、５１は焼却残渣中の塩類が溶融して生成した溶融塩層を示す。また、３２は焼却残渣の投入口、３３は排ガス排出口、３４は溶融物の排出口を示す。この溶融炉においては、炉本体３０の天井壁と溶融領域との間に設けられている仕切壁３５の内側の溶融塩層５１が投入された焼却残渣５０によって覆われ、仕切壁３５の外側の溶融塩層５１が、融点が炉内温度よりも高く、比重が溶融塩よりも小さいカーボンなどの粉末材３８によって覆われるようになっており、溶融塩層５１からの低沸点物質の揮散抑制が図られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、塩類を含む焼却残渣は、融点が１４００℃〜１６００℃の酸化物や、融点が７００℃〜８００℃の塩類などよりなる混合物であるが、焼却残渣の溶融処理は焼却残渣中のすべての成分を溶融してしまう処理であるので、その溶融炉の操業においては、すべての成分が溶融する高温域、すなわち酸化物の融点以上の温度になるまで加熱される。このため、融点が低い塩類は成り行きのままの状態で加熱されて高温の溶融塩になる。そして、上記塩類の沸点は１４００℃〜１６００℃程度であり、その蒸気圧は１１００℃を超える辺りから急激に高くなるので、炉内においては、低沸点物質が非常に揮散し易い状態になる。
【０００８】
この点について、上記従来技術においては、溶融塩上を焼却残渣やカーボンなどの粉末材で覆う処置をしているが、低沸点物質の揮散源である溶融塩の蒸気圧が抑えられる訳ではなく、焼却残渣やカーボンなどによる捕集効果を狙っただけの処置であるので、これによる低沸点物質の揮散抑制効果はあまり期待できない。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、低沸点物質の揮散を大幅に抑制することができる塩類を含む焼却残渣の溶融炉を提供することを目的とする。
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明に係る溶融炉は、塩類を含む焼却残渣を溶融させ、この溶融物を溶融炉内に滞留させて溶融スラグ層と溶融塩層に分離させ、溶融スラグと溶融塩を別々に排出させる電気抵抗加熱式の溶融炉において、炉内に挿入される電極棒と、炉底に備えられた炉底電極と、炉上部に設けられた焼却残渣装入管とを有し、炉本体が、溶融スラグを滞留させて加熱するスラグ滞留部と、このスラグ滞留部の上に延設された部位であって溶融塩を滞留させる塩類滞留部とに区分され、この塩類滞留部の外周部に溶融塩層の温度を７００℃〜１０００℃の範囲に調節する冷却手段が備えられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明に係る溶融炉は、請求項１の発明に係る溶融炉において、前記塩類滞留部の炉内横断面積が前記スラグ滞留部の炉内横断面積よりも縮小されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明に係る溶融炉は、請求項１又は請求項２の発明に係る溶融炉において、焼却残渣装入管の下端が溶融塩層が形成された際の湯面レベルよりも下に位置するように挿入されていることを特徴としている。
【００１４】
なお、本発明において、塩類を含む焼却残渣とは、都市ごみを焼却した際に発生する集塵灰（飛灰）などであって、これらの集塵灰単独のもの、およびこれらの集塵灰が混在するものの双方を指すものとする。
【００１５】
上記の各発明においては、溶融塩層の温度を下げて低沸点物質の蒸気圧を低下させることを基本的な要件とし、これによって低沸点物質の揮散を抑えることを図っている。
【００１６】
このため、本発明に係る溶融処理方法においては、溶融塩層の温度が所定の範囲に収まるように調節する。焼却残渣に含まれている低沸点物質は、主としてＮａＣｌ，ＫＣｌなどのアルカリ金属の塩化物であり、前述のように、その揮散が激しくなる温度が１１００℃付近であるので、その揮散を抑えるためには、溶融塩層の温度が１０００℃以下になるように管理しなければならない。ただし、溶融塩層の温度を約７００℃より低くすると、溶融物が固化する恐れがある。従って、溶融塩層の温度管理に際しては、７００℃〜１０００℃の範囲を所定管理温度とするのが適当である。
【００１７】
焼却残渣が溶融した際に生成した溶融塩層は、その下に接して存在している高温の溶融スラグ層からの伝熱によって加熱される。そして、この溶融塩層の温度が高くならないようにするためには、溶融スラグ層からの伝熱量を減少させるか、溶融塩層からの放熱量が多くなるようにするか、あるいは溶融塩層を人為的に冷却する等の処置が必要になる。このため、塩類を含む焼却残渣を溶融処理するために用いられる溶融炉は、溶融塩層の温度が適度の範囲に維持できるような考慮が払われた構造になっていることが望ましい。
【００１８】
まず、本発明においては、溶融スラグ層の温度を下げる手段の一つとして、塩類滞留部の外周部に溶融塩層を冷却する手段を備え、溶融塩層を強制冷却する。
【００１９】
そして、溶融スラグ層から溶融塩層への伝熱量を減少させるためには、幾つかの方策があるが、上記伝熱量の低減は焼却残渣を溶融塩層の中へ装入することによっても達成される。このため、本発明の溶融炉においては、焼却残渣装入管を、その下端が溶融塩層が形成された際の湯面レベルよりも下になるように配置し、焼却残渣装入管の下部が溶融塩層へ浸漬される状態になるようにしている。このような状態で焼却残渣を装入すると、焼却残渣は除々に沈降しながら溶融塩層中へ分散し、溶融塩層の下部に焼却残渣と溶融塩が混在している部分（以下、混在層と言う）ができる。この混在層は焼却残渣の粒子が懸濁している状態、あるいはスラリー状になっており、熱伝導性がよくない固体分が混じっているので、混在層の熱伝導の度合いは溶融塩単独の場合に比べて低下する。このため、混在層が熱移動を妨げる領域となり、溶融塩層の過度の温度上昇が抑えられる。
【００２０】
また、溶融スラグ層からの伝熱量を減少させるための他の手段の一つとしては、溶融塩層と溶融スラグ層との界面の面積を小さくすることが挙げられる。この点について、本発明に係る溶融炉においては、炉体の上部が縮小された形状になっており、この縮小された部位に溶融塩を滞留させ、その下の縮小されていない部位に溶融スラグを滞留させることができるようになっている。このため、上記両層間の界面の面積が小さくなって、溶融スラグ層から溶融塩層へ移動する熱量が減少し、溶融塩層の過度の温度上昇が抑えられる。
【００２１】
そして、縮小された部位に溶融塩を滞留させると、溶融塩の滞留量に対する炉壁面積の比率が大きくなって、溶融塩層からの放熱量が増加し、溶融塩層の過度の温度上昇が抑えられる。
【００２２】
また、縮小された部位に溶融塩を滞留させると、溶融塩の滞留量に対する炉壁外周の面積の比率が大きくなり、また、少量の溶融塩を滞留させただけで、溶融塩層の高さを高くすることができるので、炉壁の外側に冷却手段を備えて溶融塩層を強制冷却することが容易になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の溶融炉に係る実施の形態の一例を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。この溶融炉は直流方式による電気抵抗加熱式の炉であって、溶融炉本体１０、電極棒１３、炉底電極１４、および複数の焼却残渣装入管１５によって主要部が構成されている。図中、５０は投入された塩類を含む焼却残渣、５１は溶融塩層、５２は溶融スラグ層を示す。
【００２４】
溶融炉本体１０は溶融スラグを滞留させる部位と溶融塩を滞留させる部位とに区分され、溶融炉本体１０の下部の部位がスラグ滞留部１１、その上部の部位が塩類滞留部１２となっている。
【００２５】
スラグ滞留部１１は、その中に溶融したスラグを滞留させ、この溶融スラグ層５２中に浸漬された電極棒１３と炉底電極１４の間に通電して加熱し、溶融スラグ層５２を高温状態に維持しなから焼却残渣装入管１５を経由して送られてくる焼却残渣を溶融させる役目をなすものである。
【００２６】
上記塩類滞留部１２には３本の焼却残渣装入管１５が取り付けられており、この焼却残渣装入管１５は塩類滞留部１２の炉蓋を貫通し、その下端が溶融塩層５１が形成された際の湯面レベルよりも下に位置するように挿入されている。このため、投入された焼却残渣が溶融塩層５１の中へ装入されるようになっている。なお、上記焼却残渣装入管１４は投入された焼却残渣を降下させて溶融塩層５１の中へ入れるだけの機能を有するものであればよいので、その形状は円筒形のものに限定されるものではなく、角形や他の形状であってもよい。
【００２７】
また、塩類滞留部１２には、その外周部に冷却装置１６が備えられている。冷却装置１６は溶融塩層５１を強制冷却するために備えられたものであって、水冷管が耐火物内に埋め込まれた構造になっており、この水冷管は溶融塩層５１と溶融スラグ層５２との界面のレベル付近から溶融塩層５１のレベルに渡って設けられている。なお、溶融塩層５１の表面部は、逆に冷却され易く、過度の温度低下が起こった場合には、溶融塩の流動性が低下してその排出が困難になるので、塩類排出口１７の外周部またはその周辺に誘導加熱コイルなどよりなる加熱装置を備え、必要に応じて加熱することができるようにしておくことが望ましい。
【００２８】
上記の構成による溶融炉によって塩類を含む焼却残渣を溶融する場合の操業は、次のように行われる。
【００２９】
焼却残渣は、計量された後、溶融塩層５１中に浸漬されている焼却残渣装入管１５内へ投入され、その下部に充填された状態になる。この焼却残渣は、予熱されながら、それ自体の荷重によって焼却残渣装入管１５中を徐々に下降し、塩類滞留部１２内に形成されている溶融塩層５１中へ装入される。溶融塩層５１中へ装入された焼却残渣５０は徐々に沈降しながら分散し、焼却残渣が懸濁した状態の部分、すなわち混在層５１ａをつくる。この混在層５１ａは、前述のように、溶融スラグ層５２から溶融塩層５１への熱移動を妨げ、溶融塩層５１の過度の温度上昇を抑制する作用をなす。
【００３０】
溶融塩層５１中へ装入された焼却残渣５０は、その一部が溶融塩層５１中で溶融するが、残りは高温に維持されている溶融スラグ層５１との界面まで降下し、ここで溶融する。焼却残渣が溶融すると、その成分が比重差によって分離され、炉内には、溶融塩層５１、溶融スラグ層５２、溶融メタル層５３の３層が形成される。
【００３１】
スラグ滞留部１１内の溶融スラグ層５２は、電極間の通電によりそれ自体の電気抵抗熱によって加熱される。この溶融スラグ層５２の温度は投入電力の調節によって、１４００℃〜１６００℃の範囲に維持される。
【００３２】
一方、塩類滞留部１２内に形成されている溶融塩層５１の温度は、検出部が溶融塩層５１の中間部に配置された中間部測定用の温度計２２の測定値に基づく冷却装置１６の調節によって、適切な範囲に維持される。すなわち、温度計２２によって測定された溶融塩層５１の中間部の温度が低沸点物質の揮散が起こらない範囲（７００℃〜１０００℃）になるように、冷却装置１６への通水量を調節する。
【００３３】
そして、上記の各溶融物は、それぞれ別個に抜き出される。まず、溶融塩は塩類滞留部１２上部（焼却残渣装入管１５の下端より上の位置）の側壁に設けられた塩類排出口１７から抜き出されるが、この溶融塩は未溶融の焼却残渣などの固形分は殆ど含んでいないので、流動性が保たれている。このため、塩類排出口１７から溶融塩を小流量で抜き出すことが可能になり、その抜き出しにオーバーフロー方式を採用することができる。
【００３４】
上記のような望ましい状態で溶融塩が排出されるのは、焼却残渣装入管１５が溶融塩層５１中に浸漬されており、また、塩類排出口１７が焼却残渣装入管１５の下端より上に設けられ、焼却残渣が懸濁している混在層５１ａが形成されるレベルより上に位置しているので、塩類排出口１７から抜き出される溶融塩中に未溶融の焼却残渣が混入する現象は起こらないためである。
【００３５】
もしも、焼却残渣装入管１５が溶融塩層５１に浸漬されておらず、焼却残渣を溶融塩層５１の上へ装入したとすれば、溶融塩層全体に焼却残渣が懸濁し、溶融塩は焼却残渣が混入したままの状態で抜き出される。そして、溶融塩に焼却残渣の粉体が混入すると、その粘度が大幅に上昇して流動性が低下し、溶融塩の排出が困難になると言う問題が引き起こされる。
【００３６】
溶融スラグはスラグ滞留部１１上部の側壁に設けられたスラグ排出口１８から連続的あるいは間欠的に抜き出されるが、炉本体１０がスラグ滞留部１１と塩類滞留部１２とに区分された構成になっているので、その抜き出しに際しては、溶融塩層５１と溶融スラグ層５２の界面のレベルが塩類滞留部１２の下部に位置するようにし、且つそのレベルを変動させないようにしなければならない。
【００３７】
このため、溶融塩層５１と溶融スラグ層５２の界面のレベルを把握しながら溶融スラグを抜き出す必要がある。ところで、溶融塩層５１の高さ方向における温度は、その湯面から溶融スラグ層５２との界面に近づくに従って上昇するので、上記界面のレベルに近い位置の温度を連続的に測定すれば、上記界面の位置を把握することができる。従って、検出部が溶融塩層５１の下部に配置された下部測定用の温度計２３による測定値が所定値に維持されるように、溶融スラグの抜き出し量を調節すれば、溶融塩層５１と溶融スラグ層５２の界面は所定のレベルに維持される。
【００３８】
そして、溶融メタルはスラグ滞留部１１下部の側壁に設けられたメタル排出口１９から間欠的に抜き出される。また、溶融時に発生したガスは排ガス排出口２０から抜き出され、別途処理される。
【００３９】
図３は本発明の溶融炉に係る実施の形態の他の例を示す平面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ部の断面図である。図３および図４において、図１および図２に係る溶融炉と同じ構成による部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。この例においては、塩類滞留部１２が、その内径（炉体内部の横断面積）がスラグ滞留部１１の内径に対して大幅に縮小されて、スラグ滞留部１１上の中央部に延設されている。このため、溶融炉本体１０の側面形状が凸字状になっている。また、塩類滞留部１２には焼却残渣装入管１５が備えられており、この焼却残渣装入管１５は、その下端が溶融塩層５１が形成された際の湯面レベルよりも下に位置するように挿入されている。
【００４０】
この溶融炉を使用する操業においては、溶融塩層５１と溶融スラグ層５２の界面を適宜のレベルに形成させることができるが、上記界面をどこに形成するかによって、異なる効果が得られる。
【００４１】
まず、図４のように、溶融塩層５１と溶融スラグ層５２の界面を炉体の内径が縮小されている箇所に形成させれば、既述のように、上記界面を縮小することによって、溶融スラグ層５２から溶融塩層５１へ移動する熱量が減少し、炉壁からの放熱量も増加するので、溶融塩層の温度上昇が一層抑制される。このため、この操業方法によれば、溶融塩層の必要冷却熱量が非常に少なくなり、冷却装置１６の負荷が大幅に軽減される。そして、必要冷却熱量がさらに減少する小型の溶融炉においては、冷却装置１６を装備する必要がない場合もある。
【００４２】
また、図５のように、溶融塩層５１と溶融スラグ層５２の界面を炉体内径の縮小度合いが小さい箇所、または縮小されていない箇所に形成させた場合、上記界面の面積が図４に示した場合より大きくなり、溶融スラグ層５２から溶融塩層５１への伝熱量が多くなって、その分だけ冷却装置１６の負荷が増すが、焼却残渣の溶融は主として上記界面付近で行われるので、焼却残渣の溶融処理能力が大きくなる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明においては、炉本体が、溶融スラグを滞留させて加熱するスラグ滞留部と、その上に延設された部位であって溶融塩を滞留させる塩類滞留部とに区分され、この塩類滞留部の外周部に溶融塩層の温度を７００℃〜１０００℃の範囲に調節する冷却手段が備えられているので、溶融塩層の温度を低くして低沸点物質の蒸気圧を下げることが可能になり、これによって低沸点物質の揮散を抑えることができる。
【００４４】
そして、塩類滞留部がスラグ滞留部より縮小されている場合には、溶融塩層と溶融スラグ層の界面の面積を小さくすることができるので、溶融スラグ層から溶融塩層へ移動する熱量が減少し、また、炉壁からの放熱量も増加する。このため、溶融塩層の温度上昇が一層抑制され、低沸点物質の揮散が抑えられる。
【００４５】
また、塩類滞留部に備えられた焼却残渣装入管が、その下端が溶融塩層が形成された際の湯面レベルよりも下に位置するように挿入されている場合には、焼却残渣が溶融塩層の中へ装入され、溶融塩層の下部に溶融塩と焼却残渣が混じり合った混在層が形成されるので、溶融スラグ層から溶融塩層への熱移動が妨げられる。このため、溶融塩層の温度上昇抑制され、低沸点物質の揮散が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶融炉に係る実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【図３】本発明の溶融炉に係る実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ部の断面図である。
【図５】溶融塩層と溶融スラグ層の界面のレベルを変えた場合の状態を示す図である。
【図６】従来の低沸点物質の揮散防止が図られた溶融炉の一例を示す概略の縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 溶融炉本体
１１ スラグ滞留部
１２ 塩類滞留部
１３ 電極
１４ 炉底電極
１５ 焼却残渣装入管
１６ 冷却装置
１７ 溶融塩排出口
１８ スラグ排出口
１９ メタル排出口
２０ 排ガス排出口
２１，２２，２３ 温度計
５０ 塩類を含む焼却残渣
５１ 溶融塩層
５１ａ 混在層
５２ 溶融スラグ層
５３ 溶融メタル層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a melting furnace for melting and processing incineration residues containing salts such as municipal solid waste incineration residues.
[0002]
[Prior art]
Most of the incineration residues generated when incinerating municipal solid waste and industrial waste are disposed of in landfills. However, as it becomes more difficult to secure landfills, there has been a demand for a reduction in volume. Also, of the incineration residues, the ash (fly ash) scattered with the combustion exhaust gas and collected by the dust collector contains heavy metals such as lead and cadmium, and is designated as specially managed municipal waste. At the time of its disposal, it must be treated to render the heavy metals harmless. Therefore, there is a need to reduce the volume of incineration residues taken directly from the incinerator and to render fly ash harmless.
[0003]
As a technique capable of simultaneously reducing the volume of the incineration residue and insolubilizing and detoxifying heavy metals in response to such a problem, a treatment method for melting and solidifying the incineration residue has been developed. As one method of the melting and solidification treatment, there is a method of sequentially melting the charged incineration residues while keeping the incineration residue melt in the furnace. In the method of melting the incineration residue in this way, while the generated melt stays in the furnace, the components in the melt are separated by a difference in specific gravity, and separated into a molten slag layer and a molten salt layer. In addition, the molten material can be separated into a molten slag and a molten salt and discharged.
[0004]
However, in the above-mentioned melting treatment method, the generated molten salt always remains in the furnace, and the molten salt contains a large amount of a low-boiling alkali metal chloride such as NaCl or KCl. However, there is a problem that these low-boiling substances volatilize in large quantities. When low-boiling substances evaporate, the evaporated alkali metal salts condense and adhere in the exhaust system equipment, and these deposits may cause clogging of the exhaust system or corrode the equipment. Thus, stable operation of the melting furnace is hindered.
[0005]
As a technique for solving such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-42924 discloses a melting furnace in which volatilization of low-boiling substances is suppressed. This melting furnace is of an electric resistance heating type, and in the melting treatment by this furnace, electricity is supplied between the electrodes immersed in the melt of the incineration residue staying in the furnace, and the electric power of the melting furnace itself is reduced. The melt is heated by resistance heat, and the charged incineration residues are sequentially melted.
[0006]
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the melting furnace. Reference numeral 30 denotes a furnace body, 31 denotes an electrode, 50 denotes an incinerated residue, 50 denotes a molten slag layer generated by melting the incineration residue, and 51 denotes a molten salt layer generated by melting salts in the incineration residue. Reference numeral 32 denotes an incineration residue input port, 33 denotes an exhaust gas discharge port, and 34 denotes a melt discharge port. In this melting furnace, the molten salt layer 51 inside the partition wall 35 provided between the ceiling wall of the furnace main body 30 and the melting region is covered by the incineration residue 50 that has been injected, and the outside of the partition wall 35 is covered by the incineration residue 50. The molten salt layer 51 has a melting point higher than the furnace temperature and is covered with a powder material 38 such as carbon having a specific gravity smaller than that of the molten salt, so that volatilization of low-boiling substances from the molten salt layer 51 can be suppressed. It is planned.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the incineration residue containing salts is a mixture of oxides having a melting point of 1400 ° C. to 1600 ° C., salts having a melting point of 700 ° C. to 800 ° C., etc. In the operation of the melting furnace, the heating is performed until the temperature reaches a high-temperature region where all the components are melted, that is, a temperature equal to or higher than the melting point of the oxide. For this reason, the salts having a low melting point are heated as they are and become high-temperature molten salts. The salts have a boiling point of about 1400 ° C. to 1600 ° C., and their vapor pressures rapidly increase from around 1100 ° C., so that the low-boiling substances are very easily volatilized in the furnace.
[0008]
Regarding this point, in the above-mentioned prior art, a treatment is performed to cover the molten salt with a powder material such as incineration residue or carbon.However, the vapor pressure of the molten salt which is a volatile source of the low boiling point substance is not suppressed. However, since the treatment is merely aimed at the trapping effect of incineration residues and carbon, the effect of suppressing the volatilization of low-boiling substances cannot be expected.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a melting furnace for incineration residues containing salts that can significantly suppress the volatilization of low-boiling substances.
[0010]
In order to achieve the above object, a melting furnace according to the first aspect of the present invention melts incineration residues containing salts, and retains the melt in the melting furnace to separate it into a molten slag layer and a molten salt layer. In an electric resistance heating type melting furnace for discharging molten slag and molten salt separately, an electrode rod inserted into the furnace, a furnace bottom electrode provided on the furnace bottom, and an incineration residue device provided on the furnace upper part The furnace body has an inlet pipe, and the furnace body is divided into a slag retaining section for retaining and heating the molten slag, and a salt retaining section for extending the molten slag and extending above the slag retaining section for retaining the molten salt. Further, a cooling means for adjusting the temperature of the molten salt layer to a range of 700 ° C. to 1000 ° C. is provided on an outer peripheral portion of the salt retaining section .
[0011]
A melting furnace according to a second aspect of the present invention is the melting furnace according to the first aspect, wherein a cross-sectional area of the slag retaining section in the furnace is smaller than a cross-sectional area of the slag retaining section in the furnace. And
[0013]
The melting furnace according to the third aspect of the present invention is the melting furnace according to the first or second aspect, wherein the lower end of the incineration residue charging pipe is lower than the molten metal level when the molten salt layer is formed. It is characterized by being inserted so as to be positioned.
[0014]
In the present invention, the incineration residue containing salts is dust ash (fly ash) or the like generated when municipal waste is incinerated. Indicate both of the cases where are mixed.
[0015]
In each of the above inventions, the basic requirement is to lower the temperature of the molten salt layer to lower the vapor pressure of the low-boiling substance, thereby suppressing the volatilization of the low-boiling substance.
[0016]
For this reason, in the melting treatment method according to the present invention, the temperature of the molten salt layer is adjusted so as to fall within a predetermined range. The low-boiling substances contained in the incineration residue are mainly chlorides of alkali metals such as NaCl and KCl. As described above, since the temperature at which volatilization becomes intense is about 1100 ° C., the volatilization is suppressed. Must be controlled so that the temperature of the molten salt layer is 1000 ° C. or less. However, if the temperature of the molten salt layer is lower than about 700 ° C., the melt may be solidified. Therefore, when controlling the temperature of the molten salt layer, it is appropriate to set the predetermined control temperature in the range of 700 ° C to 1000 ° C.
[0017]
The molten salt layer generated when the incineration residue is melted is heated by heat transfer from a high-temperature molten slag layer that is in contact therewith. To prevent the temperature of the molten salt layer from increasing, the amount of heat transferred from the molten slag layer is reduced, or the amount of heat released from the molten salt layer is increased, or the molten salt layer is A measure such as artificial cooling is required. For this reason, it is desirable that the melting furnace used for melting the incineration residue containing salts has a structure in which consideration is given to maintain the temperature of the molten salt layer in an appropriate range.
[0018]
First, in the present invention, as one of the means for lowering the temperature of the molten slag layer, a means for cooling the molten salt layer is provided on the outer peripheral portion of the salt retaining section, and the molten salt layer is forcibly cooled.
[0019]
There are several measures to reduce the amount of heat transfer from the molten slag layer to the molten salt layer, but the reduction in the amount of heat transfer is also achieved by charging the incineration residue into the molten salt layer. Is done. For this reason, in the melting furnace of the present invention, the incineration residue charging pipe is disposed such that the lower end thereof is lower than the molten metal level when the molten salt layer is formed, and the lower part of the incineration residue charging pipe is disposed. Is immersed in the molten salt layer. When the incineration residue is charged in such a state, the incineration residue is gradually settled and dispersed into the molten salt layer, and a portion where the incineration residue and the molten salt are mixed at the lower portion of the molten salt layer (hereinafter, a mixed layer). Can be). This mixed layer is in a state where the particles of the incineration residue are suspended or in a slurry state, and a solid component having poor thermal conductivity is mixed. Lower than For this reason, the mixed layer becomes a region that hinders heat transfer, and an excessive rise in temperature of the molten salt layer is suppressed.
[0020]
Another method for reducing the amount of heat transfer from the molten slag layer is to reduce the area of the interface between the molten salt layer and the molten slag layer. In this regard, in the melting furnace according to the present invention, the upper part of the furnace body has a reduced shape, the molten salt is retained in the reduced portion, and the molten slag is stored in the unreduced portion thereunder. Can be retained. For this reason, the area of the interface between the two layers is reduced, the amount of heat transferred from the molten slag layer to the molten salt layer is reduced, and an excessive rise in temperature of the molten salt layer is suppressed.
[0021]
When the molten salt is retained in the reduced portion, the ratio of the furnace wall area to the retained amount of the molten salt increases, the amount of heat radiation from the molten salt layer increases, and the excessive temperature rise of the molten salt layer increases. Can be suppressed.
[0022]
In addition, when the molten salt is retained in the reduced portion, the ratio of the area of the outer periphery of the furnace wall to the retained amount of the molten salt becomes large, and the height of the molten salt layer is increased only by retaining a small amount of the molten salt. Therefore, it is easy to provide cooling means outside the furnace wall to forcibly cool the molten salt layer.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view showing an example of an embodiment of a melting furnace according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. This melting furnace is an electric resistance heating furnace using a direct current method, and its main part is constituted by a melting furnace main body 10, an electrode rod 13, a furnace bottom electrode 14, and a plurality of incineration residue charging pipes 15. In the drawing, reference numeral 50 denotes an incineration residue containing the added salts, 51 denotes a molten salt layer, and 52 denotes a molten slag layer.
[0024]
The melting furnace main body 10 is divided into a part for retaining molten slag and a part for retaining molten salt, and a lower part of the melting furnace main body 10 is a slag retaining part 11 and an upper part thereof is a salt retaining part 12. .
[0025]
The slag retaining section 11 retains the molten slag therein, energizes and heats the electrode rod 13 immersed in the molten slag layer 52 and the furnace bottom electrode 14 to heat the molten slag layer 52 to a high temperature state. While maintaining the incineration residue, it serves to melt the incineration residue sent via the incineration residue charging pipe 15.
[0026]
Three incineration residue charging pipes 15 are attached to the salt accumulation section 12, and the incineration residue charging pipes 15 penetrate the furnace lid of the salt accumulation section 12, and the lower end thereof forms a molten salt layer 51. It is inserted so that it is located below the level of the hot water when it was done. Therefore, the charged incineration residue is charged into the molten salt layer 51. The shape of the incineration residue charging pipe 14 is limited to a cylindrical shape because the incineration residue charging pipe 14 only needs to have a function of lowering the put incineration residue into the molten salt layer 51. Instead, the shape may be a square or another shape.
[0027]
Further, the salt retaining section 12 is provided with a cooling device 16 on an outer peripheral portion thereof. The cooling device 16 is provided for forcibly cooling the molten salt layer 51, and has a structure in which a water-cooled tube is embedded in a refractory. The water-cooled tube includes a molten salt layer 51 and a molten slag layer. It is provided from near the level of the interface with the molten salt layer 52 to the level of the molten salt layer 51. On the contrary, the surface portion of the molten salt layer 51 is easily cooled, and if the temperature is excessively lowered, the fluidity of the molten salt is reduced and its discharge becomes difficult. It is desirable that a heating device including an induction heating coil or the like be provided at or around the outer periphery so that heating can be performed as necessary.
[0028]
The operation for melting the incineration residue containing salts by the melting furnace having the above configuration is performed as follows.
[0029]
After the incineration residue is measured, the incineration residue is put into the incineration residue charging pipe 15 immersed in the molten salt layer 51, and is filled in the lower part. While being preheated, this incineration residue gradually descends in the incineration residue charging pipe 15 by its own load, and is charged into the molten salt layer 51 formed in the salt accumulation section 12. The incineration residue 50 charged into the molten salt layer 51 is dispersed while gradually settling to form a portion where the incineration residue is suspended, that is, a mixed layer 51a. As described above, the mixed layer 51a has a function of preventing heat transfer from the molten slag layer 52 to the molten salt layer 51 and suppressing an excessive rise in temperature of the molten salt layer 51.
[0030]
A part of the incineration residue 50 charged into the molten salt layer 51 is partially melted in the molten salt layer 51, but the rest drops to the interface with the molten slag layer 51 maintained at a high temperature, where Melts. When the incineration residue is melted, its components are separated by a difference in specific gravity, and three layers of a molten salt layer 51, a molten slag layer 52, and a molten metal layer 53 are formed in the furnace.
[0031]
The molten slag layer 52 in the slag stagnation section 11 is heated by its own electric resistance heat due to energization between the electrodes. The temperature of the molten slag layer 52 is maintained in the range of 1400 ° C. to 1600 ° C. by adjusting the input power.
[0032]
On the other hand, the temperature of the molten salt layer 51 formed in the salt accumulating portion 12 is determined by the cooling device 16 based on the measurement value of the thermometer 22 for measuring the intermediate portion, the detecting portion being disposed in the intermediate portion of the molten salt layer 51. Is maintained in an appropriate range. That is, the amount of water flowing to the cooling device 16 is adjusted such that the temperature of the intermediate portion of the molten salt layer 51 measured by the thermometer 22 falls within a range (700 ° C. to 1000 ° C.) in which low-boiling substances do not volatilize. .
[0033]
Then, each of the above-mentioned melts is separately extracted. First, the molten salt is extracted from a salt discharge port 17 provided on a side wall above the salt stagnation section 12 (a position above the lower end of the incineration residue charging pipe 15). Since almost no solid content is contained, fluidity is maintained. For this reason, it becomes possible to extract the molten salt from the salt discharge port 17 at a small flow rate, and it is possible to employ an overflow method for the extraction.
[0034]
The molten salt is discharged in the desirable state as described above because the incineration residue charging pipe 15 is immersed in the molten salt layer 51, and the salt discharge port 17 is located at the lower end of the incineration residue charging pipe 15. A phenomenon in which unmelted incineration residues are mixed in the molten salt extracted from the salt discharge port 17 because it is located above the level where the mixed layer 51a in which the incineration residues are suspended is formed. Is not to happen.
[0035]
If the incineration residue charging pipe 15 is not immersed in the molten salt layer 51 and the incineration residue is charged onto the molten salt layer 51, the incineration residue is suspended in the entire molten salt layer, and the molten salt is suspended. Is extracted while the incineration residue remains mixed. When the powder of the incineration residue is mixed into the molten salt, the viscosity of the powder is greatly increased, the fluidity is reduced, and a problem that the discharge of the molten salt becomes difficult is caused.
[0036]
The molten slag is continuously or intermittently extracted from a slag discharge port 18 provided on a side wall above the slag retaining section 11, and the furnace body 10 is divided into a slag retaining section 11 and a salt retaining section 12. Therefore, at the time of withdrawal, the level of the interface between the molten salt layer 51 and the molten slag layer 52 must be located below the salt stagnation section 12 and the level must not be fluctuated.
[0037]
Therefore, it is necessary to extract the molten slag while grasping the level of the interface between the molten salt layer 51 and the molten slag layer 52. By the way, the temperature in the height direction of the molten salt layer 51 increases as the temperature approaches the interface with the molten slag layer 52 from the molten metal surface. The position of the interface can be grasped. Therefore, if the detection unit adjusts the amount of molten slag withdrawn so that the measured value by the lower measuring thermometer 23 arranged below the molten salt layer 51 is maintained at a predetermined value, the molten salt layer 51 and The interface of the molten slag layer 52 is maintained at a predetermined level.
[0038]
Then, the molten metal is intermittently extracted from a metal outlet 19 provided in a side wall below the slag retaining portion 11. The gas generated during melting is extracted from the exhaust gas discharge port 20 and is separately processed.
[0039]
FIG. 3 is a plan view showing another example of the embodiment of the melting furnace of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 3 and 4, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the melting furnace shown in FIGS. 1 and 2, and the description thereof is omitted. In this example, the salt retaining portion 12 has its inner diameter (cross-sectional area inside the furnace body) greatly reduced with respect to the inner diameter of the slag retaining portion 11, and is extended to a central portion on the slag retaining portion 11. I have. For this reason, the side surface shape of the melting furnace main body 10 is convex. Further, the salt accumulation section 12 is provided with an incineration residue charging pipe 15, and the lower end of the incineration residue charging pipe 15 is located below the molten metal level when the molten salt layer 51 is formed. Has been inserted to be.
[0040]
In the operation using this melting furnace, the interface between the molten salt layer 51 and the molten slag layer 52 can be formed at an appropriate level, but different effects are obtained depending on where the interface is formed.
[0041]
First, as shown in FIG. 4, if the interface between the molten salt layer 51 and the molten slag layer 52 is formed at a location where the inner diameter of the furnace body is reduced, as described above, by reducing the interface, The amount of heat transferred from the molten slag layer 52 to the molten salt layer 51 decreases, and the amount of heat released from the furnace wall also increases, so that the temperature rise of the molten salt layer is further suppressed. For this reason, according to this operation method, the required amount of cooling heat of the molten salt layer becomes very small, and the load on the cooling device 16 is greatly reduced. In a small melting furnace in which the required amount of cooling heat is further reduced, it may not be necessary to equip the cooling device 16.
[0042]
Further, as shown in FIG. 5, when the interface between the molten salt layer 51 and the molten slag layer 52 is formed at a place where the degree of reduction of the inner diameter of the furnace body is small or at a place where it is not reduced, the area of the interface is as shown in FIG. In this case, the heat transfer from the molten slag layer 52 to the molten salt layer 51 increases, and the load on the cooling device 16 increases accordingly. However, since the melting of the incineration residue is mainly performed near the above-mentioned interface, In addition, the melting capacity of the incineration residue increases.
[0043]
【The invention's effect】
In the present invention, the furnace body is divided into a slag retaining portion for retaining and heating the molten slag and a salt retaining portion for extending the molten slag and retaining the molten salt. The cooling means for adjusting the temperature of the molten salt layer in the range of 700 ° C. to 1000 ° C. is provided on the outer peripheral portion of the substrate, so that the temperature of the molten salt layer can be lowered to lower the vapor pressure of the low-boiling substance. Thus, the volatilization of the low-boiling substance can be suppressed.
[0044]
And when the salt accumulation part is smaller than the slag accumulation part, since the area of the interface between the molten salt layer and the molten slag layer can be reduced, the amount of heat transferred from the molten slag layer to the molten salt layer is reduced. In addition, the amount of heat radiation from the furnace wall also increases. For this reason, the temperature rise of the molten salt layer is further suppressed, and the volatilization of the low boiling point substance is suppressed.
[0045]
In addition, when the incineration residue charging pipe provided in the salt retention section is inserted such that the lower end thereof is located below the level of the molten metal when the molten salt layer is formed, the incineration residue is removed. The molten salt is charged into the molten salt layer, and a mixed layer in which the molten salt and the incineration residue are mixed is formed below the molten salt layer, so that heat transfer from the molten slag layer to the molten salt layer is prevented. For this reason, the temperature rise of the molten salt layer is suppressed, and the volatilization of low-boiling substances is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an example of an embodiment according to a melting furnace of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing another example of the embodiment of the melting furnace of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a state when the level of the interface between the molten salt layer and the molten slag layer is changed.
FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a conventional melting furnace in which a low-boiling substance is prevented from volatilizing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Melting furnace main body 11 Slag accumulation part 12 Salt accumulation part 13 Electrode 14 Furnace bottom electrode 15 Incineration residue charging pipe 16 Cooling device 17 Molten salt discharge port 18 Slag discharge port 19 Metal discharge port 20 Exhaust gas discharge port 21, 22, 23 Temperature 50 incineration residue including salt 51 molten salt layer 51a mixed layer 52 molten slag layer 53 molten metal layer
