JP4564901B2 - 電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼却灰や建設廃棄物などメタルを含有する廃棄物を電気炉式廃棄物溶融炉で溶融し、炉内に貯留される溶融メタルを出湯する電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法に関する。

従来、一般廃棄物や産業廃棄物などを焼却炉で焼却して排出された焼却灰や建設廃棄物などのメタル含有廃棄物の減容化及び無害化を図るために、例えば、廃棄物を、アーク式やプラズマ式の電気エネルギーを利用する電気炉式廃棄物溶融炉に投入して溶融し、水砕する方法が知られている（特許文献１、２参照）。

図５は従来の電気炉廃棄物溶融炉の概略を示す縦断面である。

図５において、灰３を処理する電気炉式廃棄物溶融炉１には灰ホッパ２が接続されており、灰ホッパ２へは灰３が装入される。灰３は灰ホッパ２の下部に設置されたプッシャー４により連続的に電気炉式廃棄物溶融炉１の炉内に投入される。

電気炉式廃棄物溶融炉１の上部には電極５が挿入されており、電極間に通電して電気エネルギーにより発熱させて炉内の灰３を溶融する。電気炉式廃棄物溶融炉１の炉底部には溶融により貯留された溶融スラグ６と灰３中に含まれるメタルの溶融により貯留された溶融メタル７が層状に存在する。廃棄物溶融の処理が進むにつれ、溶融スラグ６は連続スラグ排出口８からオーバーフローして連続的に排出されて水砕ピット１６内に貯留された水砕水１５の中に投入され、ノズル１２から排出される水流により分散、冷却、凝固して粒状の水砕スラグ１０となる。

連続スラグ排出口８の近傍には溶融スラグが固まらないようにバーナ２０により昇温されている。連続スラグ排出口８の周囲は熱ガスが周囲に漏洩しないようにスラグカバー１３により水封されている。

水砕ピット１６内に溜まった水砕スラグ１０はスクレーパコンベア１７により掻き上げられて系外に排出され、磁選によりスラグとメタルを分離する。

電気炉式廃棄物溶融炉では、投入された灰中にメタル分が混在しているため、比重差で炉内の底層に溶融メタルが貯留し、その上層に溶融スラグが分離して貯留されるが、操業が継続されるに従い、低層の溶融メタル量が増加してレベルが上昇する。この溶融メタルが連続スラグ排出口までに達すると溶融スラグ中にメタルが混じって排出されるため、一定期間ごとに炉内に貯留された溶融メタルを排出する必要が生じる。

図５に示す電気炉式廃棄物溶融炉では、廃棄物溶融が長期間連続操業されると、灰３中に含まれるメタル量が増大してレベルが上昇し、この溶融メタルが連続スラグ排出口８まで達するとスラグ中にメタルが混じって排出されるため、操業を中断し、炉全体を傾動装置１４により傾動させて、定期的に炉内に貯留した溶融メタル７を排出する。

また、電気炉式廃棄物溶融炉１の傾動を可能とするために、電極５へのケーブルを可撓とする他、排ガス口９を傾動中心に配置してロータリーシール機構の採用等が行われている。

炉内の貯留メタルを排出する方法としては、前述の炉本体を傾動させる傾動式のほか、炉側壁部に開口機で開口してメタルを排出した後、閉塞機で閉塞するものなどが提案されている（特許文献２参照）。
特開平１０−２４９３０１号公報 特開平８−２５４３０６号公報

特許文献１に示されている傾動式の電気炉式廃棄物溶融炉の場合、炉体の傾動によりメタルを全量排出するためには炉体を大きく傾動させなければならない。しかしながら、炉体には電極ケーブル、集じんダクト、スラグカバーなどが付属しており、炉体を大きく傾動させるためには、これらの付属装置を炉体から切り離すか、又はフレキシブルに接続すること等が必要となり、このため設備全体の構造が複雑となるという問題があった。

また、急激に炉体を傾動させて一時に大量の溶融メタルを水砕ピットに排出すると、水砕水の保有量が少なく且つノズルからの水量が少ない場合は溶融メタルの冷却能力が不足して、最悪の場合、水蒸気爆発を引き起こす可能性があるため、溶融メタルの排出時の傾動を数時間かけて非常にゆっくり行う必要があり、排出作業が効率的に実施できないという問題がある。

また、炉側壁部へ開口機で開口する方式では、大量のメタルが一気に排出されるため、取鍋で受ける場合は高熱ガスや粉じんが発生して作業環境が著しく悪くなり、あるいは水砕ピットに導く場合は水温上昇を抑えるために大量の貯流水が必要で大規模の装置となる問題があった。

そこで本発明は、電気炉式廃棄物溶融炉の炉内の貯留メタルを排出する際に炉体を傾動させることなく且つ一時に大量のメタルを排出するのを回避して安全かつ効率よく出湯作業を行うことができる電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法を提供するものである。

本発明の電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法は、メタルを含有する廃棄物を電気炉式廃棄物溶融炉にて溶融し、貯留された溶融スラグを連続スラグ排出口から排出し、溶融スラグの下に貯留された溶融メタルを出湯する電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法において、開口機で炉体側面に設けられている溶融メタル出湯口を開口し、開口レベルまでの溶融メタルを出湯した後、前記溶融メタル出湯口と別の位置の溶融メタル出湯口に順次開口レベルを下げて開口し、開口レベルまでの溶融メタルを出湯する工程を繰り返して貯留された溶融メタルを分割して出湯することを特徴とする。

本発明によれば、開口機で炉体側面を開口し、開口レベルまでの炉内のメタルを出湯した後、次いで、前回の出湯の開口位置より低いレベルに開口して出湯する作業を順次繰り返すことにより炉内のメタルを分割して排出できるので、炉体を傾動させる必要がなく、安全かつ効率よく出湯作業を行うことができるとともに、傾動のための傾動装置などが不要となるため設備を簡素化することができる。

また、水砕ピットの水砕水の容量は１回に排出されるスラグ・メタルの熱容量による水温上昇制約で決定されることから、仮に炉内の貯留メタルを、前回出湯時の水温上昇が冷却器により冷却して水温が元に戻ったのを確認しながら、十分な時間間隔をあけて、３回に分割して抜くことができれば、水砕ピットの水砕水容量は１／３にすることができ、設備がコンパクトとなり低廉な装置を供給できる。

また、溶融メタルを排出した後、その度ごとに閉塞機で開口を閉塞し、開口と閉塞を繰り返すことで、開口からの高温ガスの漏出を防止して、作業環境を良好に保つことが可能となる。

本発明を、廃棄物として焼却灰を溶融して出湯する例について図１〜図４を参照して説明する。

図１は本発明による電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯装置の断面図、図２は同平面図、図３は同側面図、図４（ａ）は溶融メタル出湯口の一例を示す断面図、（ｂ）はマッド材による閉塞状態を示す断面図である。

焼却灰３を溶融する電気炉式廃棄物溶融炉１は、電気炉式廃棄物溶融炉１から排出する溶融スラグ６及び溶融メタル７を冷却し水砕する水砕ピット１６、電気炉式廃棄物溶融炉１の炉体側面２５を開口して貯留された溶融メタル７の溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃを開口する開口機１８、出湯後に開口された溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃをマッド材２３で閉塞する閉塞機１９を備えている。

電気炉式廃棄物溶融炉１には灰ホッパ２が接続されており、灰ホッパ２へ装入された灰３は、灰ホッパ２の下部に設置されたプッシャー４により連続的に電気炉式廃棄物溶融炉１の炉内に投入される。

電気炉式廃棄物溶融炉１の上部には電極５が挿入されており、電極間に通電して、電気エネルギーにより発熱させて炉内の灰３を溶融する。電気炉式廃棄物溶融炉１の炉底部には溶融した溶融スラグ６と、灰３中に含まれるメタルが溶融して貯留される溶融メタル７が層状に存在する。廃棄物溶融の処理が進むにつれ、貯留スラグ６は連続スラグ排出口８からオーバーフローして排出されて水砕ピット１６内に貯留された水砕水１５の中に投入され、ノズル１２から排出される水流により分散、冷却、凝固して粒状の水砕スラグ１０となる。

連続スラグ排出口８の近傍にはスラグが固まらないようにバーナ２０により昇温されている。連続スラグ排出口８の周囲は熱ガスが周囲に漏洩しないようにスラグカバー１３により水封されている。

水砕ピット内に溜まった水砕スラグ１０はスクレーパコンベア１７により掻き上げられて系外に排出される。

連続スラグ排出口８の約１８０度反対側の炉体側面２５には、出湯の際に第１〜第３の溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃから流れ落ちる溶融メタル７を受ける樋２１が設置されている。第１〜第３の溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃはメタルを分散させるための衝突板２４が設置されている。

電気炉式廃棄物溶融炉１の炉体側面２５に対面して、炉体側面２５を開口して溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃを開口するする開口機１８、及び出湯後の開口した溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃにマッド材２３を充填して閉塞する閉塞機１９が台車２６に載置されている。開口機１８及び閉塞機１９は、炉体側面２５の上下方向に間隔をおいて設けられた第１〜第３の溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃを開口するので、シリンダ２９で昇降可能に設けられている。

図２に示すように、２基の電気炉式廃棄物溶融炉が設置されている場合には、開口機１８及び閉塞機１９が設けられた台車２６は、レール２７上を車輪で移動可能に配置される。

次ぎに溶融メタルの出湯方法について説明する。

電気炉式廃棄物溶融炉１内に投入された灰３は溶融され、廃棄物溶融の処理が進むにつれ、溶融スラグ６は連続スラグ排出口８からオーバーフローして連続的に排出されて水砕ピット１６内に貯留された水砕水１５の中に投入され、ノズル１２から排出される水流により分散、冷却、凝固して粒状の水砕スラグ１０となる。

さらに廃棄物溶融の処理が進んで、貯留される溶融メタル７のレベルが上昇してきたら、開口機１８を炉体側面２５側に寄せて、炉体側面２５の上部に位置する第１の溶融メタル出湯口２２ａを開口する。溶融メタル出湯口２２ａが開口すると、開口機１８を後退させる。

第１の溶融メタル出湯口２２ａの位置より上方の溶融スラグ６及び溶融メタル７は第１の溶融メタル出湯口２２ａより排出され、樋２１を通じて水砕ピット１６に投入され、ノズル１２からの水流により分散、冷却、凝固して水砕メタル１１となる。図４（ａ）に示すように、溶融メタル出湯口２２ａ内の下面は溶融メタル７が溶融メタル出湯口２２ａ内に残らないで流れるように炉外側に下向きの傾斜面を形成することが望ましい。

出湯後、第１の貯留メタル出湯口２２ａからのガス噴出などを防止するために、閉塞機１９でマッド材２３を溶融メタル出湯口２２ａに充填して閉塞する。マッド材２３は溶融メタル出湯口２２ａ内のマッド材２３表面に付着した溶融メタルの凝固層が形成されて開口機１８により開口できなくなるのを防ぐため、図４（ｂ）に示すように、マッド材２３が炉内面から膨出させた状態にして付着したメタルの凝固層が炉内の溶融メタルの熱で溶けるようにする。

出湯された溶融メタル７の熱容量により水砕ピット１６の水砕水１５の水温は上昇するが、冷却装置２８により、徐々に水温は低下してやがて元の温度（約２０〜７０℃）に戻る。

水温が元の温度に戻った時点で開口機１８を下降させた後、再び炉体側面２５側に走行させて、前回の第１の溶融メタル出湯口２２ａの位置より低い位置を開口し、第２のメタル出湯口２２ｂを形成し、溶融メタル出湯口２２ｂ位置より上方に貯留された溶融メタル７を排出する。

第２の溶融メタル出湯口２２ｂの出湯後、同様に、再び、前回の第２の溶融メタル出湯口２２ｂの位置より低い位置を開口し、第３のメタル出湯口２２ｃを形成し、溶融メタル出湯口２２ｃ位置より上方に貯留された溶融メタル７を排出する。

このように、順次開口レベルを下げて開口した溶融メタル出湯口２２ａ〜２２ｃから出湯を繰り返すことで炉内の溶融メタル７を分割して排出する。

本発明による電気炉式廃棄物溶融炉の出湯装置の断面図である。 本発明による電気炉式廃棄物溶融炉の出湯装置の平面図である。 本発明による電気炉式廃棄物溶融炉の出湯装置の側面図である。 （ａ）は溶融メタル出湯口の一例を示す断面図、（ｂ）はマッド材による閉塞状態を示す断面図である。 は従来の電気炉式廃棄物溶融炉の概略縦断面である。

符号の説明

１：電気炉式廃棄物溶融炉
２：灰ホッパー
３：灰
４：プッシャー
５：電極
６：溶融スラグ
７：溶融メタル
８：連続スラグ排出口
９：排ガス口
１０：水砕スラグ
１１：水砕メタル
１２：ノズル
１３：スラグカバー
１４：傾動装置
１５：水砕水
１６：水砕ピット
１７：スクレーパコンベア
１８：開口機
１９：閉塞機
２０：バーナ
２１：樋
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：溶融メタル出湯口
２３：マッド材
２４：衝突板
２５：炉体側面
２６：台車
２７：レール
２８：冷却装置
２９：シリンダ

Claims (5)

1. メタルを含有する廃棄物を電気炉式廃棄物溶融炉にて溶融し、貯留された溶融スラグを連続スラグ排出口から排出し、溶融スラグの下に貯留された溶融メタルを出湯する電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法において、
   開口機で炉体側面に設けられている溶融メタル出湯口を開口し、開口レベルまでの溶融メタルを出湯した後、前記溶融メタル出湯口と別の位置の溶融メタル出湯口に順次開口レベルを下げて開口し、開口レベルまでの溶融メタルを出湯する工程を繰り返して貯留された溶融メタルを分割して出湯することを特徴とする電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法。
2. 開口から出湯した溶融メタルを水砕ピットへ導くことを特徴とする請求項１記載の電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法。
3. 溶融スラグの連続スラグ排出口と反対側の炉体側面に開口して溶融メタルを出湯することを特徴とする請求項１又は２記載の電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法。
4. 溶融メタルを出湯した後、開口を閉塞機で閉塞し、開口、出湯、閉塞の工程を順に繰り返すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法。
5. 開口を閉塞するマッド材を電気炉内面から膨出させた状態で閉塞することを特徴とする請求項４に記載の電気炉式廃棄物溶融炉の溶融メタル出湯方法。

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