JP3960275B2 - 灰溶融炉の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼却残渣を溶融処理するための灰溶融炉の運転方法に関する。

都市ごみ等の一般廃棄物や産業廃棄物は、これまで埋立処理されていたものでも、埋立地の枯渇や環境破壊等の問題から、次第に焼却処理されるようになってきている。しかし、焼却処理を行っても、例えばストーカ炉や流動床炉等の焼却炉の炉底から排出される主灰（焼却灰）や、当該焼却炉の排ガス等からフィルタ等で捕集される飛灰（これらの主灰および飛灰を焼却残渣と定義する）に、重金属類やダイオキシン類等の含れる率が高いため、これらをそのまま埋立処理するには問題がある。

このため、近年、焼却残渣を灰溶融炉に投入し、高温雰囲気下において溶融処理することにより、ダイオキシン類等の有害物質の無害化を図るとともに、焼却残渣の減容化を図ることが行われている。

このような灰溶融炉の一つとして、化石燃料（例えば灯油）の燃焼によって加熱する方式のバーナ（加熱手段）を備え、かつ補助加熱手段としてテルミット剤を投入することによって、焼却残渣を内外から効率よく加熱して溶融処理する灰溶融炉が開発されている。

従来、上記テルミット剤を投入する方式の灰溶融炉においては、最初に行う焼却残渣に関する溶融実験によって、その溶融に最適なバーナへの燃料の供給量やテルミット剤の投入量を決定している。このため、主灰と飛灰の混合比が変わることにより、溶融温度が実験の時と異なる焼却残渣が供給されると、その焼却残渣を溶融処理する上で問題が生じることになる。

例えば、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ （質量比））が高く、したがって溶融温度の高い飛灰の混合割合が大きくなった場合には、バーナへの燃料の供給量を増加することによって、焼却残渣を溶融処理するための熱量を即座に確保することができるものの、そのままでは燃料の消費量の増加により溶融処理コストが増加するとともに、灰溶融炉内の雰囲気温度をいたずらに高める結果となり、当該灰溶融炉における耐熱材の劣化を早めることになる。

一方、塩基度の低く、したがって溶融温度の低い主灰の混合割合が大きくなった場合には、バーナへの燃料の供給量を低減することによって、焼却残渣を溶融処理するための熱量を即座に削減することができるものの、それだけではテルミット剤の供給量が過剰になる場合があり、効率の良い溶融運転を行うことができなくなる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、塩基度の変化に応じてテルミット剤の投入量を決定することにより、効率の良い溶融処理や、耐熱材の劣化の進行を抑えることのできる灰溶融炉の運転方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、加熱手段を備えた灰溶融炉で焼却残渣を溶融処理する灰溶融炉の運転方法であって、上記加熱手段による加熱によって発熱する補助加熱手段としてのテルミット剤の上記灰溶融炉への供給量を、上記焼却残渣中に含まれるＣａＯとＳｉＯ₂ との質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ₂ としての塩基度の増加に応じて増加させるとともに、上記灰溶融炉の昇温効率の増加に応じて減少させることを特徴としている。

なお、テルミット剤とは、粉末状の酸化鉄と、粉末状のアルミニウムとを一定の割合（酸化鉄とアルミニウムとのモル比が１：２となる割合）で混合したものであり、所定の高温（１０５０〜１１００℃）に加熱することにより、下記の式（１）に示すテルミット反応による発熱を生じるものである。テルミット反応式は下記の通りである。
Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋２Ａｌ＝２Ｆｅ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ＋１９８．３kcal …（１）
このテルミット反応においては、酸化鉄１モルと、アルミニウム２モルから、１９８．３kcalの反応熱を得ることができる。なお、この反応熱のうち、焼却残渣の溶融に寄与する熱量は、１５〜３５％である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記テルミット剤を１０〜４００ｇ毎に上記灰溶融炉に投入することを特徴としている。

上記請求項１又は２に記載の発明においては、加熱手段によって灰溶融炉内が高温の雰囲気下となり、当該灰溶融炉内に供給されたテルミット剤が１０５０〜１１００℃に加熱されると、当該テルミット剤が反応を開始して発熱を始める。このため、灰溶融炉内に供給された焼却残渣は、上記加熱手段による高温の雰囲気下において外側から加熱されるとともに、焼却残渣に混在するテルミット反応熱によって内側から加熱されて溶融することになる。

また、主灰と飛灰との混合比が変化することによって焼却残渣の塩基度が変化し、これによって当該焼却残渣の溶融温度が変化することになる。すなわち、塩基度の高い飛灰の混合割合が大きくなるにしたがって、全体の塩基度が増加し、焼却残渣の溶融温度が上昇することになるが、この焼却残渣の塩基度の増加に応じて、テルミット剤の灰溶融炉への供給量を増加するようになっているので、当該焼却残渣を溶融させるのに適した量のテルミット剤を供給することができる。

なお、焼却残渣の溶融温度は、当該焼却残渣の塩基度の増加にほぼ対数比例して増加することになる（図３参照）。このため、焼却残渣の塩基度によって焼却残渣の溶融温度を間接的に知ることができる。また、焼却残渣の塩基度は、主灰および飛灰の塩基度がすでに明らかになっていることから、当該主灰と飛灰の混合比によって推定できる。

したがって、テルミット剤の供給量を焼却残渣の塩基度の増加に応じて増加させることにより、焼却残渣の溶融に適する量のテルミット剤を供給することができるので、効率の良い溶融処理を行うことができるとともに、耐熱材の劣化の進行を抑えることができる。

さらには、テルミット剤の供給量を灰溶融炉の昇温効率の増加に応じて減少させることにより、昇温効率の異なる各種の灰溶融炉において、テルミット剤を過不足なく供給して焼却残渣を確実に溶融することができる。

すなわち、灰溶融炉の昇温効率が高い場合には、テルミット剤の反応熱が焼却残渣に伝達される割合が多くなるので、当該テルミット剤の供給量を低減しても焼却残渣を十分溶融するまで加熱することができる。また、灰溶融炉の昇温効率が低い場合には、テルミット剤の反応熱が焼却残渣に伝達されずに灰溶融炉外に逃げる割合が多くなるので、テルミット剤の供給量を増加させることによって、焼却残渣を確実に溶融させることができる。

そして、昇温効率の違いによって、テルミット剤が過剰に供給されるのを防止することができるので、溶融処理コストの低減を図ることができる。

また、テルミット剤の灰溶融炉への供給量を、０．３〜２．０の範囲の塩基度に対して、焼却残渣に対する質量割合（テルミット剤供給割合）で０％〜４０％の範囲で変化させるようにした場合には、昇温効率が１５％以上の灰溶融炉において、上記塩基度の範囲の焼却残渣の溶融に適する量のテルミット剤を供給することができる。

例えば、塩基度が０．３の場合は、焼却残渣の溶融温度の推定値（融点推定値）が図３に示すように１２００℃以下と低いことから、表２に示すように５％以下のテルミット剤を投入することによって余裕をもって焼却残渣を溶融することができる。
なお、テルミット反応は、通常１０５０〜１１００℃に上昇することによって開始するが、焼却残渣内部への熱伝達を考慮すると、このテルミット反応を生じさせるためには、溶融炉の炉内雰囲気温度で１２００〜１３００℃程度まで加熱する必要がある。

また、塩基度が１．０〜２．０の場合は、焼却残渣の溶融温度の推定値（融点推定値）が図３に示すように１３００℃以上と高温になるため、テルミット剤の供給量を増加させることによって対応することができる。この場合、テルミット剤で加熱するという条件のもとで、テルミット剤の焼却残渣に対する質量割合（テルミット剤供給割合）と、焼却残渣の温度上昇推定値との関係を計算により求めると、表２および表３の通りになる。表３から、テルミット剤の焼却残渣に対する質量割合（テルミット剤供給割合）を４０％とすることにより、焼却残渣の温度を炉内温度に対し２００〜４７０℃上昇させることができるので、炉内温度を１３００℃に設定することにより、塩基度が２．０で溶融温度の最大値（融点推定値）が１５００℃と推定される焼却残渣を溶融させることができることがわかる。

したがって、テルミット剤を０〜４０％の範囲で供給することにより、塩基度が０．３〜２．０の焼却残渣を溶融することができる。しかも、灰溶融炉内の雰囲気温度を１３００℃以下に抑えることができるので、耐熱材の劣化が早まるのを確実に防止することができる。

以上説明したように、請求項１又は２に記載の発明によれば、テルミット剤の供給量を焼却残渣の塩基度の増加に応じて増加させることにより、焼却残渣の溶融に適する量のテルミット剤を供給することができ、効率の良い溶融運転を可能にすることができる。

また、上述のようにテルミット剤によって焼却残渣を適切な温度に加熱することができることから、加熱手段によって灰溶融炉内の雰囲気温度を過度に高めることがなくなる。よって、加熱手段への例えば燃料や電力の過剰供給により溶融処理コストが上昇するのを防止することができるとともに、灰溶融炉内の耐熱材の劣化が早まるのを防止することができる。

なお、焼却残渣の塩基度は、例えば灰溶融炉に供給前の焼却残渣の成分を分析することにより求められる。また、焼却残渣として提供される主灰および飛灰のそれぞれの塩基度がほぼ一定の値となることから、これらの主灰および飛灰の混合割合から焼却残渣の塩基度を推定することもできる。

以上の結果、溶融温度の異なる焼却残渣が供給されることによって、溶融処理の効率が低下したり、耐熱材の劣化が早まったりするのを簡単に防止することができる。

加えて、テルミット剤の供給量を灰溶融炉の昇温効率の増加に応じて減少させることにより、昇温効率の異なる各種の灰溶融炉においても、テルミット剤を過不足なく供給して焼却残渣を確実に溶融することができる。よって、テルミット剤が過剰に供給されるのを防止することができるので、溶融処理コストの低減を図ることができる。

また、テルミット剤の灰溶融炉への供給量を、０．３〜２．０の範囲の塩基度に対して、焼却残渣に対する質量割合（テルミット剤供給割合）で０％〜４０％の範囲で変化させるようにした場合には、昇温効率が１５％以上の灰溶融炉において、上記塩基度の範囲の焼却残渣の溶融に適する量のテルミット剤を供給することができる。

以下、この発明の一実施の形態としての灰溶融炉の運転方法について、その方法の実施に直接使用するテルミット式溶融設備とともに、図面を参照しながら説明する。

この実施の形態で示すテルミット式溶融設備は、図１に示すように、計量手段１と、袋詰装置２と、制御手段３と、焼却残渣ホッパ４と、搬送コンベヤ５と、投入コンベヤ６と、灰溶融炉７とを備えた構成になっている。

計量手段１は、焼却残渣ホッパ４と灰溶融炉７との間に配置されたものであって、灰溶融炉７に投入する焼却残渣の質量を計量するようになっている。
この計量手段１は、計量コンベヤ１１と、この計量コンベヤ１１を下から支えるロードセル（荷重変換器）１２とを備えた構成になっている。計量コンベヤ１１は、円筒状のケーシング１１ａと、搬送用のスクリュ１１ｂと、このスクリュ１１ｂを回転駆動する電動モータ１１ｃとを備えている。ケーシング１１ａには、基端側に投入口１１ｄが設けられ、先端側に搬出口１１ｅが設けられている。電動モータ１１ｃは、その起動および停止が制御手段３によって制御されるようになっている。

ロードセル１２は、例えばひずみ量を電気的な信号に変換する方式のもので構成されており、この信号を制御手段３で検出することにより、計量コンベヤ１１の全体の質量を検出するようになっている。

すなわち、ケーシング１１ａ内のデッドスペースに焼却残渣が充填された状態を前提とし、スクリュー１１ｂで焼却残渣を搬送している状態の計量コンベヤ１１の全質量をロードセル１２で測定し、この質量からスクリュー１１ｂによって焼却残渣をはき出した後の計量コンベヤ１１の全質量を差し引くことにより、計量コンベヤ１１が搬送している焼却残渣の質量を検出し、さらにスクリュー１１ｂの回転数を加味することにより、焼却残渣の供給量（単位時間当たりの供給質量）を算出できるようになっている。この計算は、制御手段３によってなされることになる。

なお、図１においては、２つのロードセル１２で計量コンベヤ１１を下から支えるように構成したが、直線上にない３つのロードセル１２によって計量コンベヤ１１を下から支えるように構成してもよい。

上記焼却残渣は、一般廃棄物や産業廃棄物を焼却処理した後の主灰および飛灰が混合されたものである。この焼却残渣は、粉砕、乾燥、磁選による鉄分等の磁性物の排除、篩い分けによる粗大物の排除等の前処理がなされた後のものが焼却残渣ホッパ４内に投入されて一時的に蓄えられることになる。

焼却残渣ホッパ４は、その底部に設けられたロータリーバルブ等の排出計量手段４１によって、内部に蓄えられた焼却残渣を古いものから順に外部に排出するようになっている。排出計量手段４１は、その回転数等が制御手段３によって制御されるようになっており、これにより焼却残渣の排出量が調整されるようになっている。

排出計量手段４１から排出された焼却残渣は、フライトコンベヤ、スクレーパコンベヤ、エンマッセコンベヤ、ディスクコンベヤ、バケットコンベヤ、ケースコンベヤ、スクリューコンベヤ、ベルトコンベヤ等の搬送コンベヤ（搬送手段）５によって計量手段１の投入口１１ｄまで搬送されるようになっている。

搬送コンベヤ５は、その駆動手段５１の起動および停止が制御手段３によって制御されるようになっており、計量手段１に供給すべき焼却残渣の量が調整可能になっている。

計量コンベヤ１１の搬出口１１ｅから搬出された焼却残渣は、搬送コンベヤ５と同じ型式の投入コンベヤ（搬送手段）６によって灰溶融炉７の投入ホッパ７１に搬送されるようになっている。投入コンベヤ６は、その駆動手段６１の起動および停止が制御手段３によって制御されるようになっており、投入ホッパ７１への搬送量が調整可能になっている。

上記袋詰装置２は、テルミット剤の成分である酸化鉄が１モル、アルミニウムが２モルの割合となるように、それぞれ粉末状にされた酸化鉄含有廃棄物およびアルミニウム含有廃棄物を、燃焼可能なポリエチレン等の樹脂製の袋に充填して密封するようになっている。なお、この実施の形態においては、アルミニウム含有廃棄物として、いわゆるアルミドロスを用い、酸化鉄含有廃棄物として、いわゆる赤泥を用いている。

すなわち、袋詰装置２は、図２に示すように、アルミドロスを蓄えるアルミホッパ２１と、赤泥を蓄える酸化鉄ホッパ２２と、第１計量ターンテーブル２３と、第２計量ターンテーブル２４と、供給ターンテーブル２５と、密封装置２６とを備えている。

第１計量ターンテーブル２３は、回転円板部２３０と、固定円板部２３１とを上下に積層させたもので構成されている。回転円板部２３０は、水平に設置された固定円板部２３１上を軸心回りに回転駆動されるようになっており、その軸心を中心とする円周上には６つの円形貫通孔からなる定量升（定量孔部）２３ａが等間隔に備えられている。各定量升２３ａは、その下端開口部が通常は固定円板部２３１によって塞がれており、固定円板部２３１における第１供給ステージ２３ｂの位置に移動した際に、固定円板部２３１に形成された図示しない貫通孔を介して第１供給パイプ２８ａに連通するようになっている。

また、アルミホッパ２１は、その下端供給部が各定量升２３ａが配置された円周と同一の円周上の位置に配設されており、回転円板部２３０が所定の角度（この実施の形態の場合は６０度）回転するごとに、アルミドロスを各定量升２３ａに供給するようになっている。なお、回転円板部２３０上から盛り上がるように過剰に供給されたアルミドロスは、スクレーパ２７によって取り除かれるようになっている。すなわち、各定量升２３ａには常に一定量のアルミドロスが供給されるようになっている。

第２計量ターンテーブル２４は、第１計量ターンテーブル２３と同様に構成された回転円板部２４０、固定円板部２４１、定量升２４ａ及びスクレーパ２７を備えている。ただし、各定量升２４ａは、固定円板部２４１における第２供給ステージ２４ｂの位置に移動した際に、固定円板部２４１に形成された図示しない貫通孔を介して第２供給パイプ２８ｂに連通するようになっている。また、酸化鉄ホッパ２２は、その下端供給部が各定量升２４ａが配置された円周と同一の円周上の位置に配設されており、回転円板部２４０が所定の角度（この実施の形態の場合は６０度）回転するごとに、赤泥を各定量升２４ａに供給するようになっている。

また、第１計量ターンテーブル２３の定量升２３ａと、第２計量ターンテーブル２４の定量升２４ａの容積は、それぞれアルミニウム成分が２モル、酸化鉄成分が１モルとなるような比率に設定されている。そして、定量升２３ａ、２４ａで計量されるアルミドロスと赤泥の合計質量は、１０〜４００ｇの範囲に設定されている。
すなわち、１０ｇ未満であると、テルミット反応が不安定になるおそれがあり、４００ｇ超ではテルミット反応が激しくなって局部的に高温になり過ぎる部分が生じ、灰溶融炉７の例えば床面７ａの耐熱材に悪影響を及ぼすことがあり得るからである。

供給ターンテーブル２５も、第１及び第２計量ターンテーブル２３、２４と同様に、回転円板部２５０と固定円板部２５１とを備えたもので構成されている。回転円板部２５０は、固定円板部２５１によって水平方向に支持された状態で軸心回りに回転駆動されるようになっており、その軸心を中心とする円周上には６つの円形貫通孔からなる収容孔部２５ａが等間隔に設けられている。

各収容孔部２５ａは、回転円板部２５０が一定の方向に所定角度回転して第１角度位置２５ｂに移動した際に第１供給パイプ２８ａの真下に位置して定量升２３ａからアルミドロスの供給を受け、更に回転円板部２５０が同一方向に所定角度（この実施の形態では１８０度）回転して第２角度位置２５ｃに移動した際に第２供給パイプ２８ｂの真下に位置して定量升２４ａから赤泥の供給を受けるようになっている。これにより、各収容孔部２５ａには、上述した割合のアルミニウム成分と酸化鉄成分とからなるテルミット剤が収容された状態になる。

また、供給ターンテーブル２５の上記固定円板部２５１には、上記第２角度位置２５ｃから所定角度（この実施の形態では１２０度）回転した第３角度位置２５ｄに、収容孔部２５ａと供給流路２５ｅとを連通する図示しない貫通孔が設けられている。
すなわち、固定円板部２５１は、各収容孔部２５ａの下端開口部を通常は塞いだ状態になっているが、各収容孔部２５ａが第３角度位置２５ｄの位置に移動した際には、貫通孔を介して収容孔部２５ａと供給流路２５ｅとを連通させ、収容孔部２５ａ内のテルミット剤を供給流路２５ｅに供給するようになっている。

密封装置２６は、ロール状に巻かれた状態から繰り出されるポリエチレン製の包装フィルム２６ａによって袋２６ｂを形成し、当該袋２６ｂに上記テルミット剤を順次充填して密封することにより、袋詰めテルミット剤２６ｆを製造するようになっている。この密封装置２６は、主要工程部として、山折り部２６ｃと、Ｌ字ヒートシール部２６ｄと、切断部２６ｅと、図示しない排出ダクトとを備えた構成になっている。

山折り部２６ｃは、帯状に形成された包装フィルム２６ａの長手方向に沿う一方の縁と他方の縁とを合わせるように折り重ねようになっている。
Ｌ字ヒートシール部２６ｄは、包装フィルム２６ａの互いに重ねられた上記一方の縁部と他方の縁部を熱溶着により貼り合わせると共に、袋２６ｂの底部に相当する部分を熱溶着により貼り合わせることによって、全体としてＬ字状の溶着部を形成し、これにより、上部が開口する袋２６ｂを形成するようになっている。
また、アルミドロスおよび赤泥からなるテルミット剤は、袋２６ｂが形成された直後に、当該袋２６ｂ内に供給されることになる。

すなわち、上述した回転円板部２３０、２４０、２５０のそれぞれの回転のタイミングと、山折り部２６ｃおよびＬ字ヒートシール部２６ｄによる袋２６ｂを製造するタイミングとが制御手段３によって制御され、袋２６ｂが製造されるごとに、供給流路２５ｅから袋２６ｂ内にテルミット剤が供給されるようになっている。

なお、上記袋２６ｂの底部に相当する部分を熱溶着することによって、その直下に位置する袋２６ｂの開口部に相当する頂部が密封された状態になる。したがって、Ｌ字ヒートシール部２６ｄの下側では、テルミット剤が密封された袋詰めテルミット剤２６ｆが順次製造されることになる。

切断部２６ｅは、各袋２６ｂにおける頂部と底部との間のほぼ中央の位置で切断することにより、個々に分割された袋詰めテルミット剤２６ｆを得るようになっている。
個々に分割された袋詰めテルミット剤２６ｆは、排出ダクト（図示せず）から投入コンベア６に供給されることになる。

また、投入コンベヤ６に供給される袋詰めテルミット剤２６ｆの量は、焼却残渣ホッパ４から供給される焼却残渣の量に対して質量割合で所定の量となるように制御手段３によって制御されるようになっている。なお、袋詰めテルミット剤２６ｆの投入量は、焼却残渣の供給量に対して質量割合で、０〜４０％の範囲に設定することが好ましい。

投入コンベヤ６から供給される焼却残渣及び袋詰めテルミット剤２６ｆは、図１に示すように、一度、灰溶融炉７に一体的に併設された投入ホッパ７１内に蓄えられることになる。
投入ホッパ７１の底部には、灰溶融炉７内に連通する開口部７１ａが形成されており、この開口部７１ａに対向する投入ホッパ７１側の位置には、投入ホッパ７１内の焼却残渣およびテルミット剤２６ｆを灰溶融炉７内へと投入するプッシャ７２が設けられている。なお、プッシャ７２による灰溶融炉７への投入量も制御手段３によって制御されるようになっている。
また、投入ホッパ７１には、蓄積された焼却残渣等のレベルを検知する図示しない下限レベルスイッチ及び上限レベルスイッチが設けられている。

他方、灰溶融炉７には、開口部７１ａから下方に傾斜する床面７ａが形成され、当該床面７ａの下方に、溶融スラグの排出口７ｂが形成されている。さらに、床面７ａに対向する天井部には、バーナ（加熱手段）７ｃが設けられている。このバーナ７ｃは、灯油（化石燃料）を燃焼させることによって、床面７ａに供給された焼却残渣およびテルミット剤２６ｆを加熱するようになっている。また、灰溶融炉７内の温度を検知する温度センサ（図示せず）が設けられており、この温度センサで検知された温度情報が制御手段３に入力されるようになっている。さらに、バーナ７ｃへの灯油の供給量が制御手段３によって制御されるようになっている。

また、上記灰溶融炉７の排出口７ｂの下方には、スラグ排出コンベヤ（図示せず）を備えた水槽（図示せず）が設置されている。この水槽においては、排出口７ｂから滴下する溶融スラグが急冷されて水砕スラグとなり、この水砕スラグが上記スラグ搬送コンベアによって水槽から排出されることになる。また、水槽から排出された水砕スラグは、図示しないスラグバンカに蓄えられた後、ダンプカー等の搬送手段によって溶融設備から搬出されることになる。

次に、この発明の一実施の形態としての灰溶融炉の運転方法について説明する。
この灰溶融炉の運転方法は、バーナ７ｃを備えた灰溶融炉７で焼却残渣を溶融処理する方法であり、焼却残渣中に含まれるＣａＯとＳｉＯ₂ との質量比で示されるＣａＯ／ＳｉＯ₂ としての塩基度の増加に応じて、補助加熱手段としての袋詰めされたテルミット剤２６ｆの灰溶融炉７への供給量を増加させる方法である。すなわち、テルミット剤２６ｆの供給量を、塩基度の増加に比例して増加させる方法を用いている。

特に、テルミット剤２６ｆの供給量は、０．３〜２．０の範囲の塩基度に対して、焼却残渣に対する質量割合で０％〜４０％の範囲で変化させるようになっている。ここで、テルミット剤２６ｆの焼却残渣に対する質量割合とは、下記の式（２）によって計算される値である。

(テルミット剤２６ｆの焼却残渣に対する質量割合)
＝((テルミット剤２６ｆの質量)／(焼却残渣の質量))×１００％ …（２）
なお、テルミット剤２６ｆの焼却残渣に対する質量割合を、以下の説明、表および図においてテルミット剤供給割合の名称で示す。

次に、上記のように構成されたテルミット式溶融設備および灰溶融炉の運転方法における作用効果について説明する。

焼却残渣の塩基度と溶融温度（融点）との関係についての実験データおよび文献データを表１に記載する。

また、表１の塩基度と溶融温度（融点）との関係を散布図で示したのが図３である。この図３から、塩基度の増加にしたがって焼却残渣の溶融温度も直線的に増加し、塩基度と溶融温度とが強い比例関係にあることがわかる。この比例関係を最小自乗法による近似式で示すと、
ｙ＝１８３Ｌｎ（ｘ）＋１３００ …（３）
となる。なお、ｘは塩基度であり、ｙは溶融温度である。上記式（３）は、図３の実線で示す直線に対応する。

上記式（３）および図３から、塩基度が０．３〜０．５、０．５〜１．０、１．０〜２．０のときの焼却残渣の溶融温度推定値（融点推定値）を計算すると、下記の表２のようになる。

一方、テルミット剤２６ｆのテルミット反応によって生じる発熱量から焼却残渣の温度上昇推定値を計算すると、下記の表３のようになる。

この場合、酸化鉄１モルとアルミニウム２モルとの合計量である２１４ｇに対して上述した１９８．３kcalの熱量が発生することから、所定の質量のテルミット剤２６ｆによって生じるテルミット発熱量Ｑ（kcal）は、下記の式（４）によって計算することができる。
Ｑ＝１９８．３×テルミット剤の質量／０．２１４ …（４）
ただし、質量の単位としてkgを用いる。

そして、焼却残渣およびテルミット剤２６ｆを混合したものの比熱を
０．２kcal／kg・℃とすると、上記テルミット発熱量Ｑによる焼却残渣の温度上昇推定値ΔＴ（℃）は下記の式（５）によって計算することができる。
ΔＴ＝Ｑ／(０．２×(焼却残渣の質量＋テルミット剤の質量)) …（５）

上記式（４）、（５）によってテルミット剤供給割合に対するテルミット発熱量や焼却残渣の温度上昇推定値を計算することができる。なお、表３において、昇温効率とは、灰溶融炉７内に供給された熱量Ｑ１に対する当該灰溶融炉７に残留する熱量Ｑ２の割合であり、下記の式（６）で示すことができる。
η＝（Ｑ２／Ｑ１）×１００（％） …（６）
ただし、ηは昇温効率である。

この昇温効率は、灰溶融炉の実証運転等において確認されている（赤外線カメラの温度測定により測定できる）が、通常１５〜３５％である。なお、表３には、昇温効率が１５％、２５％、３５％のときの焼却残渣の温度上昇推定値を示した。また、図４は、表３におけるテルミット剤供給割合と焼却残渣の温度上昇推定値との関係をグラフにしたものである。

ここで、バーナ７ｃによって灰溶融炉７内が高温の雰囲気下となり、焼却残渣と混在した状態で灰溶融炉７内に供給されたテルミット剤２６ｆが１０５０〜１１００℃に加熱されると、当該テルミット剤２６ｆが反応を開始し、大量の熱を発することになる。このため、灰溶融炉７内に供給された焼却残渣は、上記バーナ７ｃによる高温の雰囲気下において外側から加熱されるとともに、テルミット反応熱によって内側から加熱されることになる。

また、焼却残渣の溶融温度は、図３に示すように、当該焼却残渣の塩基度の増加にほぼ対数比例して増加することになることから、焼却残渣の塩基度を知ることによって焼却残渣の溶融温度を間接的に知ることができる。この場合、塩基度に対する溶融温度は、表２に示すように、塩基度が０．３〜０．５の範囲において１２００℃以下になり、０．５〜１．０の範囲において１２００〜１３００℃になり、１．０〜２．０の範囲において１３００〜１５００℃になると推定できる。

ここで、１２００〜１３００℃までは、バーナ７ｃによって加熱し、この１２００〜１３００℃を超えて加熱するのに要する熱量をテルミット剤２６ｆによって賄うという条件のもとで、テルミット剤２６ｆの供給量を計算すると、表２のようになる。

なお、灰溶融炉７内の雰囲気温度が１３００℃以下であれば、灰溶融炉７の耐熱材の劣化が早まるのを十分に防止することができる。

また、昇温効率が２５％の場合は、表３から、テルミット剤供給割合を０〜５％に設定することによって、温度上昇推定値が１２００〜１２６０℃（バーナ７ｃで１２００℃まで加熱した場合）ないし１３００〜１３６０℃（バーナ７ｃで１３００℃まで加熱した場合）となり、溶融温度推定値が１２００℃以下（表２における塩基度が０．３〜０．５の場合）の焼却残渣を十分溶融処理することができる。さらに、テルミット剤供給割合を０〜１０％に設定することによって、温度上昇推定値が１２００〜１３１０℃（バーナ７ｃで１２００℃まで加熱した場合）ないし１３００〜１４１０℃（バーナ７ｃで１３００℃まで加熱した場合）となり、溶融温度推定値が１２００〜１３００℃（表２における塩基度が０．５〜１．０の場合）の焼却残渣を十分溶融処理することができる。さらにまた、テルミット剤供給割合を０〜４０％に設定することによって、温度上昇推定値が１２００〜１５３０℃（バーナ７ｃで１２００℃まで加熱した場合）ないし１３００〜１６３０℃（バーナ７ｃで１３００℃まで加熱した場合）となり、溶融温度推定値が１３００〜１５００℃（表２における塩基度が１．０〜２．０の場合）の焼却残渣を十分溶融処理することができる。

昇温効率が１５％と低い場合は、表３から、上記テルミット剤供給割合を０〜５％に設定することによって、温度上昇推定値が１２００〜１２３０℃（バーナ７ｃで１２００℃まで加熱した場合）ないし１３００〜１３３０℃（バーナ７ｃで１３００℃まで加熱した場合）となり、溶融温度推定値が１２００℃以下（表２における塩基度が０．３〜０．５の場合）の焼却残渣を十分溶融処理することができる。さらに、テルミット剤供給割合を０〜１０％に設定することによって、温度上昇推定値が１２００〜１２６０℃（バーナ７ｃで１２００℃まで加熱した場合）ないし１３００〜１３６０℃（バーナ７ｃで１３００℃まで加熱した場合）となり、溶融温度推定値が１２００〜１３００℃（表２における塩基度が０．５〜１．０の場合）の焼却残渣を十分溶融処理することができる。さらにまた、テルミット剤供給割合を０〜４０％に設定することによって、温度上昇推定値が１２００〜１４００℃（バーナ７ｃで１２００℃まで加熱した場合）ないし１３００〜１５００℃（バーナ７ｃで１３００℃まで加熱した場合）となり、溶融温度推定値が１３００〜１５００℃（表２における塩基度が１．０〜２．０の場合）の焼却残渣を溶融処理することができる。

以上より、灰溶融炉７の昇温効率が１５％以上であれば、テルミット剤２６ｆを０〜４０％の範囲で供給することにより、塩基度が０〜２．０の焼却残渣を溶融することができる。しかも、灰溶融炉７内の雰囲気温度が１２００〜１３００℃となるようにバーナ７ｃによる加熱を抑えることができるので、灯油の過剰供給によって溶融処理コストが上昇するのを防止することができるとともに、灰溶融炉７内の耐熱材の劣化が早まるのを確実に防止することができる。なお、灰溶融炉７の昇温効率が２５％以上であれば、上記塩基度が０〜２．０の焼却残渣をより確実に溶融することができる。

また、焼却残渣の塩基度の増加に比例して、テルミット剤２６ｆの灰溶融炉７への供給量を増加するようになっているので、溶融温度の異なる焼却残渣が供給された場合でも当該焼却残渣を溶融させるのに最適な量のテルミット剤２６ｆを供給することができる。

焼却残渣の塩基度は、灰溶融炉７に投入される焼却残渣の成分を分析することにより求めることができる。また、焼却残渣として供給される主灰および飛灰のそれぞれの塩基度がほぼ一定の値となることから（表１参照）、これらの主灰と飛灰との混合割合から焼却残渣の塩基度を推定できる。

また、焼却残渣を１２００〜１３００℃まで加熱する手段として灯油を燃焼させる構造のバーナ７ｃを用いた例を示したが、このバーナ７ｃとしては灯油以外の燃料を燃焼させる構造のものであってもよい。また、この種の燃料を燃焼させる構造の加熱手段に代えて、電気式の加熱手段を用いてもよい。

この発明の実施に直接使用する装置の一例として示したテルミット式溶融設備のブロック図である。 同テルミット式溶融設備における袋詰手段を示す概念図である。 この発明の一実施の形態として示した灰溶融炉の運転方法における塩基度と溶融温度（融点）との関係を示す散布図である。 同灰溶融炉の運転方法におけるテルミット剤供給割合と焼却残渣の温度上昇推定値との関係を示すグラフである。

符号の説明

７ 灰溶融炉
７ｃ バーナ（加熱手段）
２６ｆ テルミット剤（補助加熱手段）

Claims (2)

1. 加熱手段を備えた灰溶融炉で焼却残渣を溶融処理する灰溶融炉の運転方法であって、
   上記加熱手段による加熱によって発熱する補助加熱手段としてのテルミット剤の上記灰溶融炉への供給量を、
   上記焼却残渣中に含まれるＣａＯとＳｉＯ₂ との質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ₂ としての塩基度の増加に応じて増加させるとともに、上記灰溶融炉の昇温効率の増加に応じて減少させることを特徴とする灰溶融炉の運転方法。
2. 上記テルミット剤は、１０〜４００ｇ毎に上記灰溶融炉に投入することを特徴とする請求項１に記載の灰溶融炉の運転方法。

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