JP3693874B2 - 産業廃棄物処理用リサイクル炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料として産業廃棄物を使用し、産業廃棄物を処理すると共に有用物を回収するための銅製錬用反射炉タイプの炉を使用した産業廃棄物処理用リサイクル炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、銅製錬用反射炉タイプの炉をリサイクル炉として使用し、このリサイクル炉に原料としてメッキスラッジなどを主体とする難溶性の産業廃棄物を装入し、産業廃棄物を処理して無害化すると共に、有用物を濃縮してマットとして回収することが行われている。図４に、斯かる産業廃棄物処理のためのリサイクルシステム１００の全体構成を示す。
【０００３】
リサイクルシステム１００は、産業廃棄物が装入される反射炉、即ち、リサイクル炉１と、リサイクル炉１に接続され、排ガスから熱を回収する廃熱ボイラー５０と、廃熱ボイラー５０にて冷却された排ガスからダストを回収するための電気集塵機６０とを有する。電気集塵機６０にてダストが回収された排ガスは、排ガスの性状に応じて湿式処理する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のリサイクル炉１では、炉本体２の炉短辺壁３の一端にバーナ１１を備えた燃焼装置１０を設置し、重油や灯油などの液体燃料、天然ガスなどの気体燃料、微粉炭などの固体燃料を燃焼させ、一方、原料としての産業廃棄物は、炉長辺壁に沿って火口端に近い天井壁６に設けられた原料投入口７から炉内へと装入されている。炉内に装入された産業廃棄物は、バーナ１１により直接に、或いは、炉天井壁６から反射した熱により溶解される。しかしながら、産業廃棄物は、高融点化合物を含んでおり、原料処理能力の更なる増強が希求されている。
【０００５】
本発明の主たる目的は、排ガス量を減少させ、燃焼火炎温度を上昇して輻射伝熱量を増加させ、原料溶解速度の上昇を図り、原料として高融点化合物を含んだ産業廃棄物の処理能力を飛躍的に向上させることのできる、銅製錬用反射炉タイプの産業廃棄物処理用リサイクル炉を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、大幅な炉改造を必要とすることなく、又、操作、メンテナンスも容易な、産業廃棄物を無害化処理することのできる、銅製錬用反射炉タイプの産業廃棄物処理用リサイクル炉を提供することである。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、従来に比べ、バーナで使用する燃料の使用量を低減することのできる銅製錬用反射炉タイプの産業廃棄物処理用リサイクル炉を提供することである。
【０００８】
上記目的は本発明に係る産業廃棄物処理用リサイクル炉にて達成される。要約すれば、本発明は、銅製錬用反射炉タイプの炉本体と、炉本体の一端に設けられた１基以上のバーナとを備え、原料投入口より産業廃棄物を炉本体内へと装入し、産業廃棄物を処理すると共に有用物を回収するリサイクル炉において、
前記少なくとも１基以上のバーナに隣接し且つこのバーナの水平より下方域に位置して酸素ランスを設置し、前記バーナの火炎領域に酸素を吹き込む構成とし、
前記バーナは前記炉本体の一側の短辺壁部に設置し、前記原料投入口は前記炉本体の長辺側壁に隣接した炉天井壁部に、前記バーナが設置された短辺壁部に隣接して設けられ、前記酸素ランスは、少なくとも前記原料投入口に隣接したバーナに付設され、
前記原料投入口に隣接したバーナに付設された前記酸素ランスは、前記原料投入口より装入された原料側へと前記バーナの水平より下方に設置角度（α）が４５°、前記バーナと前記酸素ランスの距離（Ｌ０）が５〜１５ｃｍの移動した位置に配置され、
前記酸素ランスは、酸素吹き出し口が前記バーナの先端よりも炉内へと５０〜６００ｍｍ突き出しており、
前記酸素ランスから炉内への酸素吹き込み速度は、１００〜１５０ｍ／秒であり、
前記バーナ及び前記酸素ランスを包囲してダクトが形成され、そして、このダクトには外部から炉内へと二次燃焼空気が供給される、
ことを特徴とする産業廃棄物処理用リサイクル炉である。
【００１２】
本発明の他の実施態様によると、前記酸素ランスには純度９０％以上の酸素を供給し、二次燃焼空気中の平均酸素濃度は、２３％から３０％に維持される。
【００１５】
本発明の更に他の実施態様によると、前記原料としての産業廃棄物は、少なくともメッキスラッジ、中和泥、焼却灰等を含み、これらに含まれる有用物を濃縮してマットとして回収される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る産業廃棄物処理用リサイクル炉を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１７】
実施例１
本発明に係る産業廃棄物処理用リサイクル炉１は、図４を参照して説明したリサイクルシステム１００にて使用され、炉本体２としては、銅製錬用反射炉タイプの炉が使用される。上記リサイクルシステム並びに銅製錬用反射炉の構造及びその機能は、当業者には周知であるので、詳しい説明は省略する。本発明の特徴とするところは、リサイクル炉１における原料として装入された産業廃棄物の燃焼態様にあるので、リサイクル炉１における産業廃棄物の燃焼装置構造について詳しく説明する。
【００１８】
図１は、本発明の産業廃棄物処理用リサイクル炉１の、銅製錬用反射炉とされる炉本体２の一部の概略構成を示す側面図である。炉本体２の一側短辺壁３の火口部８には、燃焼装置１０が設置される。図２は、リサイクル炉１の全体構成を示す平面断面図である。
【００１９】
図２にて理解されるように、リサイクル炉本体２の一側の短辺壁３には複数の、本実施例では３つの火口部８が形成され、火口部８にはそれぞれ燃焼装置１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）が取り付けられる。本実施例では、燃焼装置１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）はそれぞれバーナ１１を備えており、炉天井壁部６には、複数の原料投入口７が炉本体２の長手方向に沿って配置されている。原料投入口７は、本実施例では、炉本体の各側の長辺壁５に沿ってそれぞれ３個づつ形成される。炉本体２の他側短壁４には、図２に示すように、リサイクル炉１に隣接して配置されるボイラーに連通したアップテイク部９が形成されている。
【００２０】
上記構成のリサイクル炉１にて、本実施例では、図２に示すように、３基の燃焼装置１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）のバーナ１１のうち、原料投入口に隣接した外側の２基のバーナ１１には、原料側の火炎温度を上昇させ、原料溶解速度を増大させるために、酸素ランス１２が併設される。この酸素ランス１２は、図３に示すように、バーナ１１の下方に位置して、バーナ１１と平行に配置され、特に、原料投入口７より装入された原料により隣接する位置に設置される。バーナ１１に対する酸素ランス１２の設置角度は、火炎及び／又は原料の溶解状況によって任意に調整することができる。
【００２１】
本実施例では、図３に示すように、原料投入口７は、バーナ１１と炉長辺壁５との間に位置して配置されており、従って、酸素ランス１２は、炉長辺壁５側にて、バーナ１１の水平位置より下方へと設置角度（α）＝４５°だけ移動した位置に配置されている。この角度（α）は、酸素ランス１２の設置位置がバーナ１１の設置位置より下方に位置し、原料Ｓ側により近接して配置される限り、任意に設定することができる。バーナ１１と酸素ランス１２との距離（Ｌ０）は、５〜１５ｃｍとされ、本実施例では、Ｌ０＝８ｃｍとした。
【００２２】
上述のような酸素ランス１２をバーナ１１の下方領域に設置することは、従来使用されている反射炉を大幅に改造することなく実施することができる。又、バーナ１１は、従来と同様の構成のものを使用することが可能である。例えば、バーナ１１としては、中外炉工業株式会社製（ＭＢ型：内部混合高圧気流式）が好適に使用可能である。
【００２３】
上記構成にて、バーナ１１では、燃料が一次燃焼空気及び後述の二次燃焼空気と混合され燃焼される。本実施例では燃料として再生油を使用した。
【００２４】
又、本発明によれば、バーナ１１の下方領域に配置された酸素ランス１２から燃焼火炎２１中に純酸素２２が吹き込まれ、バーナ１１は、所謂、アンダーショット方式による酸素富化中にて燃料を燃焼させることとなる。これにより、図３に示すように、原料Ｓ側の火炎２１ａの温度が上昇し、原料溶解温度が増大する。
【００２５】
特に、酸素ランス１２の酸素吹き出し口とバーナのノズル先端との位置関係及び酸素ランスからの酸素吹き込み速度は重要である。つまり、本発明者らの研究実験の結果によると、原料側の燃焼火炎温度を上げるために、酸素ランス１２は、上述のように、バーナ１１と水平に、原料側へ角度（α）＝４５°となるように斜め下の位置に設置し（図３）、且つ、図１に示すように、酸素ランス１２の酸素吹き出し口は、バーナ１１のノズル先端から距離（Ｌ）＝５０〜６００ｍｍとなるように突き出して設置される。酸素ランス１２は、本実施例では、材質がＳＵＳ３１０、寸法が１５Ａ（Ｓｃｈ２０Ｓ）×１ｍＬのものを使用した。
【００２６】
又、酸素拡散速度を増加させ、短火炎化による強制対流伝達で原料を直接溶解する能力を増大させるために、酸素ランス１２からの酸素吹き込み速度はランス先端で１００〜１５０ｍ／秒とすることが重要である。本実施例では酸素ランス１２のバーナノズル先端からの突き出し量（Ｌ）を３００ｍｍ、酸素ランス１２からの酸素吹き込み速度をランス先端で約１３０ｍ／秒とすることにより良好な結果を得ることができた。
【００２７】
又、図１に示すように、本実施例では、バーナ１１及び酸素ランス１２をダクト１３で包囲し、これらバーナ１１及び酸素ランス１２の周りを流動するようにして、２００℃の温度とされる二次燃焼空気が炉内へと供給される。これにより、燃焼効率が向上すると共に、炉内（火炎）からの輻射熱によって酸素ランスが加熱されても二次燃焼空気によって酸素ランスが冷却されるため、酸素ランスが過熱されず、熱的な溶損、焼損を防止することができる。本発明ではこのような構成とすることにより、ランスの消耗がない。
【００２８】
本発明を実施するためには、上述したように、単に、酸素ランス１２をダクト１３内に設置すればよく、従来リサイクル炉として使用している反射炉に対する大幅な改造は必要とはされない。
【００２９】
次に、上記構成の本発明に係るリサイクル炉１に、種々の産業廃棄物を表１に示す割合で調合されたものを原料として装入し、有用物をマットとして得る実施例について説明し、本発明に係るリサイクル炉の作用効果について言及する。
【００３０】
なお、酸素ランス１２に供給する酸素は、純度９０％以上のものとし得るが、本実施例では、図示してはいないが、液体酸素を蒸発器で気化し、酸素圧力調整弁及び酸素流量調整弁などの制御機器を介して酸素ランス１２に純酸素を供給した。
【００３１】
【表１】

操業条件
（１）酸素富化条件
酸素富化は、バーナ３基のうち２基について行い、バーナ３基の二次燃焼空気の平均酸素濃度の水準は表２に示す３水準とした。表２にてバーナＮｏ．１、２、３は、図２のバーナ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに相当する。
【００３２】
尚、平均酸素濃度と原料調合割合は、表１に示す通りであった。
【００３３】
【表２】

（２）燃焼条件
燃焼条件は、以下のように設定した。
Ａ：通常操業時の空燃比１４．５Ｎｍ³・Ａｉｒ／ｋｇ・Ｏｉｌを前提とし、各酸素濃度における酸素量と燃焼空気量を設定する。
Ｂ：燃焼空気量と酸素量は、排ガス中のＣＯ、Ｏ₂濃度の管理基準となるように適宜微調整を行う。
Ｃ：再生油量はリサイクル炉のアップテイク部の排ガス温度を管理基準温度１４００℃より低い温度となるように調整し、それに伴って上記Ｂの燃焼空気量と酸素量の調整を行う。
【００３４】
上記燃焼条件下にて操業されている本発明に従って構成されるリサイクル炉内の燃焼火炎状況を、炉天井点検口から目視観察した炉内の燃焼火炎と原料溶解状況を表３に示す。
【００３５】
【表３】

表３から、燃焼火炎は、酸素濃度の上昇と共に赤色系から黄白色系へと変化し、特に、平均酸素濃度２４．７％以上になると輝度の高い火炎となり、火炎が高温化したことを示している。
【００３６】
原料表面をスジ状に流れる溶体量は、酸素濃度の上昇と共に増加するのが観察された。又、平均酸素濃度２６．５％の炉内状況では、原料装入３０分後の時点でバーナ側の近傍に溶体の存在が確認された。
【００３７】
以上の現象は、本発明に従ったアンダーショット法による酸素富化によって、燃焼火炎の高温化と短炎化が起こり、これらが原料の溶解促進に寄与したものと考えられる。
【００３８】
上記燃焼条件にて、酸素濃度と原料処理量比との関係を図５に示す。図５より、原料処理量は、平均酸素濃度の上昇と共に放物線状に増加し、平均酸素濃度約２５％で、従来の操業、即ち、酸素富化無しの操業に比較し、約１．２５倍の増処理が可能であることが分った。
【００３９】
図６は、平均酸素濃度に対する再生油量比を示すものであるが、図６に示すように、再生油量は平均酸素濃度約２５％で、酸素富化無しの操業に対して約１０％減少している。本発明の処理方法は熱効率が良いことが分る。
【００４０】
又、リサイクル炉１内の溶体、即ち、スラグ、マット温度の推移を図７に示すが、図７にて理解されるように、スラグ、マット温度は、それぞれ１４００℃、１０５０℃前後であり、いずれも酸素富化無し操業と顕著な差は見られない。
【００４１】
又、図７に示すように、リサイクル炉１のスラグ温度から状態図で判断すると、本発明のリサイクル炉１内においては、融点１５５２℃のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−２ＳｉＯ₂（Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ）と融点１１００〜１１５０℃のＦｅＯ−ＳｉＯ₂−ＣａＯ系スラグが反応して、１３５０℃前後の均一溶体を形成するものと考えられる。このように、酸素富化による燃焼火炎温度の上昇は、高融点化合物を含む原料の溶解と反応を促進する上で非常に有効である。
【００４２】
上記操業時の燃焼状態の指標となる炉内の排ガスの発生量比を図８に示す。図８に示すように、炉発生排ガス量は酸素濃度の上昇と共に減少し、従来操業に対し、平均酸素濃度２５％程度で約２０％の減少となっている。又、排ガス温度は、油量と燃焼空気量及び酸素量を適宜調整することにより管理基準温度１４００℃を維持することができる。
【００４３】
更に、上記燃焼条件においての炉の天井壁中央部のレンガ温度推移を図９に示す。図１０は、測定個所を示す。
【００４４】
図９にて理解されるように、本発明のリサイクル炉１では、レンガ温度は酸素濃度の増加と共に上昇してはいるが、溶損の可能性がない１２００℃以下に維持し得ることが理解される。
【００４５】
上述より、本発明に係るリサイクル炉によれば、排ガス量を減少させ、燃焼火炎温度を上昇して輻射伝熱量を増加させ、原料溶解速度の上昇を図り、原料処理能力を著しく増強させることができることが分った。しかも、更に、このように、原料処理能力の増大にも拘わらず、炉天井壁のレンガをいたずらに過熱することもないことが分った。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る銅製錬用反射炉タイプの産業廃棄物処理用リサイクル炉は、銅製錬用反射炉タイプの炉本体と、炉本体の一端に設けられた１基以上のバーナとを備え、原料投入口より産業廃棄物を炉本体内へと装入し、産業廃棄物を処理すると共に有用物を回収するリサイクル炉において、少なくとも１基以上のバーナに隣接し且つこのバーナの水平より下方域に位置して酸素ランスを設置し、バーナの火炎領域に酸素を吹き込む構成とし、バーナは炉本体の一側の短辺壁部に設置し、原料投入口は炉本体の長辺側壁に隣接した炉天井壁部に、バーナが設置された短辺壁部に隣接して設けられ、酸素ランスは、少なくとも原料投入口に隣接したバーナに付設され、原料投入口に隣接したバーナに付設された酸素ランスは、原料投入口より装入された原料側へとバーナの水平より下方に設置角度（α）が４５°、バーナと酸素ランスの距離（Ｌ０）が５〜１５ｃｍの移動した位置に配置され、酸素ランスは、酸素吹き出し口がバーナの先端よりも炉内へと５０〜６００ｍｍ突き出しており、酸素ランスから炉内への酸素吹き込み速度は、１００〜１５０ｍ／秒であり、バーナ及び酸素ランスを包囲してダクトが形成され、そして、このダクトには外部から炉内へと二次燃焼空気が供給される、構成とされるので、
（１）排ガス量を減少させ、燃焼火炎温度を上昇して輻射伝熱量を増加させ、原料溶解速度の上昇を図り、原料として高融点化合物を含んだ産業廃棄物の処理能力を飛躍的に向上させることができる。
（２）大幅な炉改造を必要とすることなく、又、操作、メンテナンスも容易な、産業廃棄物を無害化処理することができる。
（３）従来のリサイクル炉に比べ、バーナで使用する燃料の使用量を低減することができる。
といった効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るリサイクル炉の一部の側面断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るリサイクル炉の概略平面断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係るリサイクル炉の一部の正面断面図である。
【図４】リサイクルシステムの概略構成図である。
【図５】酸素濃度と原料処理量との関係を示す図である。
【図６】各酸素濃度における再生油量の関係を示す図である。
【図７】スラグ及びマット温度の推移を示す図である。
【図８】酸素濃度と排ガス量との関係を示す図である。
【図９】リサイクル炉の天井部壁部のレンガ温度の推移を示す図である。
【図１０】リサイクル炉の天井部壁部のレンガの温度測定位置を示す図である。
【符号の説明】
１ リサイクル炉
２ 炉本体
３ 短辺壁部
５ 長辺壁部
６ 天井壁部
７ 原料投入口
８ 火口部
１０ 燃焼装置
１１ バーナ
１２ 酸素ランス
１３ ダクト

Claims (3)

1. 銅製錬用反射炉タイプの炉本体と、炉本体の一端に設けられた１基以上のバーナとを備え、原料投入口より産業廃棄物を炉本体内へと装入し、産業廃棄物を処理すると共に有用物を回収するリサイクル炉において、
   前記少なくとも１基以上のバーナに隣接し且つこのバーナの水平より下方域に位置して酸素ランスを設置し、前記バーナの火炎領域に酸素を吹き込む構成とし、
   前記バーナは前記炉本体の一側の短辺壁部に設置し、前記原料投入口は前記炉本体の長辺側壁に隣接した炉天井壁部に、前記バーナが設置された短辺壁部に隣接して設けられ、前記酸素ランスは、少なくとも前記原料投入口に隣接したバーナに付設され、
   前記原料投入口に隣接したバーナに付設された前記酸素ランスは、前記原料投入口より装入された原料側へと前記バーナの水平より下方に設置角度（α）が４５°、前記バーナと前記酸素ランスの距離（Ｌ０）が５〜１５ｃｍの移動した位置に配置され、
   前記酸素ランスは、酸素吹き出し口が前記バーナの先端よりも炉内へと５０〜６００ｍｍ突き出しており、
   前記酸素ランスから炉内への酸素吹き込み速度は、１００〜１５０ｍ／秒であり、
   前記バーナ及び前記酸素ランスを包囲してダクトが形成され、そして、このダクトには外部から炉内へと二次燃焼空気が供給される、
   ことを特徴とする産業廃棄物処理用リサイクル炉。
2. 前記酸素ランスには純度９０％以上の酸素を供給し、二次燃焼空気中の平均酸素濃度は、２３％から３０％に維持されることを特徴とする請求項１の産業廃棄物処理用リサイクル炉。
3. 前記原料としての産業廃棄物は、少なくともメッキスラッジ、中和泥、焼却灰等を含み、これらに含まれる有用物を濃縮してマットとして回収されることを特徴とする請求項１又は２の産業廃棄物処理用リサイクル炉。

Images