JP4776541B2 - 加熱処理装置及び加熱処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、加熱処理装置及び加熱処理方法に関し、より詳しくは、廃棄物を加熱処理して有価金属などを回収するのに好適な加熱処理装置及び加熱処理方法に関する。
都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物を燃焼するための装置として、一次燃焼室及び二次燃焼室を備えた燃焼装置が従来から知られている。この二室構造の燃焼装置は、一次燃焼室において廃棄物を燃焼させた後、未燃ガスを二次燃焼室においてアフターバーナーにより燃焼させるものであり、廃棄物の完全燃焼を目的とするものである。
ところが、近年の産業廃棄物等の増加に伴い、貴金属、銅、アルミニウムのような有価金属を高品位且つ高歩留まりで回収することが求められており、上述した燃焼装置は、不要物以外に金属自体も完全に酸化されてしまうため、必ずしもこのような用途に適するものではない。そこで、資源回収型の加熱処理装置として、特許文献１には、ポリエステル等のプラスチックとアルミニウム等の金属をラミネート状に積層した包装材料、缶材、電線、基板材等の廃棄物から、金属のみを酸化されない状態で回収するための構成が開示されている。
特許文献１に開示された加熱処理装置は、熱分解炉に堆積された高温の砂などの熱媒体内に熱交換チューブが設けられており、この熱交換チューブの内部にポリエステル・アルミニウム等の積層体廃棄物を供給することにより、プラスチック分のみが無酸素下で速やかに熱分解される一方、アルミなどが酸化を受けない状態でチューブに残留するように構成されている。
特開平９−３２３０７５号公報
ところが、上記特許文献１に開示された加熱処理装置は、廃棄物を予め細断した上で、空気を断った状態で熱交換チューブ内に供給する必要があるため、廃棄物の供給作業が煩雑であるという問題があった。また、熱媒体として砂などを使用するため、廃棄物に応じた加熱温度の的確な制御が困難であり、作業性が良好でないという問題があった。
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、処理中に発生する排出ガスをクリーンに保つことができると共に、廃棄物中に有価金属が含まれる場合にはこれを効率良く回収することができる加熱処理装置及び加熱処理方法の提供を目的とする。
本発明の前記目的は、燃焼室を有する装置本体と、前記燃焼室に加熱気体を供給する燃焼バーナと、前記燃焼室で発生した燃焼ガスを外部に排出する煙道と、前記燃焼室に収容される加熱容器とを備え、前記加熱容器は、有底で上部に開口を有し、該開口が蓋体により開閉自在とされており、前記蓋体を閉じた状態で前記燃焼室の上部と前記加熱容器の側壁上部のみを介して連通する連通部が形成されており、前記燃焼バーナは、燃焼ガスが前記加熱容器の周囲を旋回するように、前記加熱容器の接線方向に向けて配置されている加熱処理装置により達成される。
この加熱処理装置によれば、燃焼バーナの作動により、加熱容器に収容された廃棄物を還元雰囲気で加熱することができるので、加熱容器内に高品位の有価金属を残留させて回収することができる。また、加熱容器で発生した未燃ガスは、連通部から排出されて燃焼室内で完全燃焼させることができ、排気ガスをクリーンに維持することができる。
この加熱処理装置を用いた加熱処理方法は、廃棄物が、例えば、アルミ、銅、亜鉛などの金属廃棄物に、油、塗料、プラスチック、ゴム、布、紙、木材などの可燃性廃棄物を伴う場合、可燃性廃棄物を伴う金属廃棄物を前記加熱容器に収容するステップと、前記燃焼バーナにより前記燃焼室を加熱して、前記金属廃棄物を溶融すると共に、前記連通部を介して排出された前記可燃性廃棄物の未燃ガスを前記燃焼室において燃焼させるステップとを備えることができる。この加熱処理方法に適した廃棄物の具体例として、アルミ飲料缶、アルミの油付切粉・屑材、プラスチック等がコーティング又は複合されたサッシ材スクラップ等を挙げることができ、特に、前記金属廃棄物が金属製の注射針を含む場合に効果的である。
また、廃棄物が、例えば、金、銀、白金等を含む電気・電子基板類やこれらを含む製品（パソコン、携帯電話など）、有機物被覆銅線、銀ペーストを拭き取った廃布類などの場合、前記加熱処理装置を用いた加熱処理方法は、可燃性廃棄物を伴う金属廃棄物を前記加熱容器に収容するステップと、前記燃焼バーナにより前記燃焼室を加熱して、前記金属廃棄物が溶融しない状態で前記加熱容器を加熱すると共に、前記連通部を介して排出された前記可燃性廃棄物の未燃ガスを前記燃焼室において燃焼させるステップとを備えることができる。
また、前記加熱処理装置が前記加熱容器の内部に燃焼用空気を供給する第１の補助給気手段を更に備える場合、この加熱処理装置を用いた加熱処理方法は、食品ゴミ、廃プラ、ペットボトル、紙、木材、コーヒーかすなどの可燃性廃棄物を前記加熱容器に収容するステップと、前記第１の補助給気手段から燃焼用空気を供給しながら前記燃焼バーナにより前記燃焼室を加熱し、前記加熱容器内において前記可燃性廃棄物を燃焼させると共に、前記連通部を介して排出された前記可燃性廃棄物の未燃ガスを前記燃焼室において燃焼させるステップとを備えることができる。
本発明の一実施形態に係る加熱処理装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の他の実施形態に係る廃棄物燃焼装置の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る廃棄物燃焼装置の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る廃棄物燃焼装置の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る廃棄物燃焼装置の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る廃棄物燃焼装置の断面図である。
符号の説明
１ 加熱処理装置
１０ 装置本体
１３ 燃焼室
１３１ 排気口
１３２ 給気口
１４ 支持台
１４１ 通気部
１５ 加熱容器
１５３ 連通部
１５４ 排出部
２５１ 連続出湯部
２５２ 出湯口
２５５ 予熱タワー
２６２ 耐熱カメラ
１６ 蓋体
１７ 第１の補助給気パイプ
１７２ 制御弁
２０ 燃焼バーナ
３０ 煙道
３１ 拡径部
３１１ 邪魔板
３２ 第２の補助給気パイプ
３２２ 制御弁
４０ 塵埃分離装置
５０ 支持部材
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る加熱処理装置の平面図である。また、図２及び図３は、それぞれ図１のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
図１から図３に示すように、加熱処理装置１は、装置本体１０と、この装置本体１０に取り付けられた燃焼バーナ２０及び煙道３０とを備えている。
装置本体１０は、図２及び図３に示すように、鉄製のケーシング１１に耐火材１２が内張りされて構成されており、この耐火材１２で囲まれた空間が燃焼室１３となっている。燃焼室１３は、下部に排気口１３１が形成されており、この排気口１３１に煙道３０が接続されている。燃焼室１３の床面には支持台１４が設置されており、この支持台１４に加熱容器１５が載置されている。また、燃焼室１３の側壁には、外部から燃焼用空気を導入するための給気口１３２が形成されている。給気口１３２は、本実施形態においては、平面視円形状の燃焼室１３に対し周方向に沿って略等間隔に３カ所形成され、且つ、それぞれの箇所において上下３段に形成されており、各給気口１３２から導入される空気の流量は、給気口１３２に接続されるパイプ内に設置されたバルブ１３２ａの開度調整により個別に制御可能である。また、給気口１３の形成方向は、本実施形態においては燃焼室１３の径方向に略一致させているが、燃焼室１３の内部で旋回流が生じ易くするために、燃焼室１３の接線方向に沿って給気口１３を形成してもよい。
給気口１３２から導入される空気は、常温のものに限られず、例えば、排気口１３１を介して排出される燃焼ガスや他の廃熱と熱交換する等して、予め加熱した空気を導入してもよい。また、給気口１３２の形成位置や個数などは本実施形態に限定されるものではなく、必要な空気導入量などによって適宜設定可能である。更に、後述する燃焼バーナ２０から十分な空気を導入することができる場合には、必ずしも給気口１３２を設ける必要はない。
支持台１４は、筒状に形成され、側壁に通気部１４１を有しており、端面が加熱容器１５の底面と当接することにより加熱容器１５を支持している。通気部１４１は、本実施形態においては、支持台１４の上下両端にそれぞれ等間隔に４カ所形成された溝部からなる。
加熱容器１５は、有底で上部に開口を有しており、熱伝導性が良好な材料からなることが好ましく、本実施形態においては、その主要部が、黒鉛坩堝からなる容器本体１５１により構成されている。黒鉛坩堝は、非鉄金属溶解用の坩堝炉に多用されており、鱗状黒鉛及び炭化珪素を主成分とし、熱伝導率が高く、かつ優れた耐酸化性、耐熱性及び耐熱衝撃性を有し、低温から高温までの広い温度範囲で優れた耐久性を発揮する。容器本体１５１の上部には１又は複数の溝部が形成されており、容器本体１５１の上端が、セラミックファイバなどのクッション材（図示せず）を介して円板状の保持部１５２の下面と当接することにより、前記溝部が連通部１５３として機能する。保持部１５２は、装置本体１０の上面に固定されており、上方に突出する部分の上端面が傾斜面とされている。加熱容器１５を、このように一部が燃焼室１３から上方に突出すように構成することで、容量を増大することができ、廃棄物の処理効率を高めることができる。
連通部１５３の大きさや数は特に限定されないが、加熱容器１５で生成された塵や灰などが排出されないように、なるべく小さいことが好ましく、その数も必要最小限であることが好ましい。また、連通部１５３にフィルタを設けることによって、塵や灰などの排出を確実に防止してもよい。フィルタとしては、セラミックファイバなどからなるバルク状、フェルト状、シート状、メッシュ状の通気性部材を例示することができる。また、燃焼室１３で生じる燃焼ガスの流れによって加熱容器１５内の塵灰などが飛散しないように、連通部１５３の周囲近傍に、必要に応じて邪魔板などを取り付けてもよい。
連通部１５３は、燃焼室の上部と連通するように形成されていることが好ましく、その形状は必ずしも本実施形態のように溝部である必要はない。例えば、加熱容器１５の側壁に形成した貫通孔を連通部１５３とすることもできる。また、保持部１５２の下面に突部を設け、この突部が容器本体１５１の上端面と当接することにより形成された当該突部間の隙間を連通部１５３としてもよい。
蓋体１６は、保持部１５２の上端にヒンジなどで回動自在に取り付けられた平板状の部材であり、蓋体１６の回動操作により加熱容器１５の上部開口が開閉可能とされている。尚、蓋体１６には、加熱容器１５が閉じられた状態で所定の圧力まで上昇した場合に圧力を開放する安全弁１６３が設けられている。
保持部１５２には、ブロワなどの加圧空気供給源（図示せず）に接続された第１の補助給気パイプ１７が挿通されており、この第１の補助給気パイプ１７の先端は加熱容器１５の内部に延びている。第１の補助給気パイプ１７の先端部には１又は複数の給気口１７１が形成されており、第１の補助給気パイプ１７の途中に介在された制御弁１７２の開度調整により、燃焼用空気を加熱容器１５に所望の流量で供給することができる。尚、第１の補助給気パイプ１７は、不要時に邪魔にならないように、フランジ部１７３において取り外し可能に構成されている。
燃焼バーナ２０は、予備燃焼を行うパイロットバーナと、本燃焼を行うメインバーナとを備える公知の構成であり、燃料パイプ２１及び燃焼用給気パイプ２２を介してそれぞれ供給する燃料及び燃焼用空気の流量（空気比）を適宜調整することにより、燃焼負荷や燃焼温度を制御することができる。燃焼バーナ２０は、燃焼室１３の上部において連通部１５３よりも下方位置に設けられており、生成された燃焼ガスが、加熱容器１５の周囲を旋回しながら排気口１３１から排出されるように、加熱容器１５の接線方向で且つ水平方向よりも僅かに下方に向けて配置されている。燃焼バーナ２０及び排気口１３１の配置は、必ずしも本実施形態のものに限定されないが、燃焼バーナ２０から燃焼室１３に供給された燃焼ガスが、燃焼室１３内において十分撹拌され、且つ、排気口１３１から排出されるまでの燃焼時間を十分確保することができるような配置であることが好ましい。このような観点から、本実施形態においては、排気口１３１から燃焼バーナ２０までの高さをなるべく大きくしており、更に、燃焼バーナ２０から排気口１３１への旋回方向の長さがなるべく大きくなるように、図１に示すように、燃焼バーナ２０と排気口１３１とを平面視において近接するように配置している。なお、燃焼室１３の内部に必要に応じて撹拌板などを設け、燃焼ガスの撹拌・混合を促すようにしてもよい。
煙道３０は、排気口１３１から水平に延びた配管が屈曲して鉛直上方に延びるように形成されており、煙道３０の一部には断面積が拡大された拡径部３１が形成されている。排気口１３１と拡径部３１との間（すなわち、拡径部３１の上流側）には、ブロワなどの加圧空気供給源（図示せず）から燃焼用空気を供給可能な第２の補助給気パイプ３２が設けられている。第２の補助給気パイプ３２の先端部には１又は複数の給気口３２１が形成されており、第２の補助給気パイプ３２の途中に介在された制御弁３２２の開度調整により、燃焼用空気を煙道３０に所望の流量で供給することができる。尚、煙道３０の屈曲部には、清掃用の密閉式開閉扉３０１が設けられている。
拡径部３１には、図３に示すように、複数の邪魔板３１１が上下方向に沿って複数配置されており、排気口１３１から導入される燃焼ガスと、第２の補助給気パイプ３２から導入される燃焼用空気とが、拡径部３１の内部において十分混合・撹拌されると共に、滞留時間が確保されるように構成されている。
また、燃焼室１３の給気口１３２、第１の補助給気パイプ１７、燃焼バーナ２０の燃焼用給気パイプ２２及び第２の補助給気パイプ３２は、それぞれ工場エアやブロワなどの加圧空気供給源に接続される。それぞれ複数の加圧空気供給源に個別に接続するようにしてもよく、或いは、同一の加圧空気供給源から分岐して接続するようにしてもよい。本実施形態においては、第１のブロワ（図示せず）を燃焼用給気パイプ２２に接続すると共に、第２のブロワ（図示せず）を給気口１３２、第１の補助給気パイプ１７及び第２の補助給気パイプ３２に分岐接続している。
以上のように構成された加熱処理装置によれば、加熱容器１５に廃棄物を収容し、蓋体１６を閉じた後、燃焼バーナ２０から燃焼室１３に高温の燃焼ガスを供給することにより、加熱容器１５内の廃棄物が加熱される。加熱容器１５は、上部開口が蓋体１６により閉じられているために、内部が無酸素状態又は低酸素状態となるので、加熱容器１５内の廃棄物は還元雰囲気で燃焼される。本実施形態においては、加熱容器１５を支持する支持台１４に通気部１４１が形成されているので、燃焼ガスは、加熱容器１５の側壁だけでなく底部とも接触し、加熱容器１５の全体を効率よく加熱することができる。このような加熱容器１５の伝熱を利用した間接加熱により廃棄物を還元燃焼させることで、後に詳述するように、廃棄物に有価金属が含まれる場合にこの有価金属を効率よく回収することができる。
燃焼室１３の内部は、高温の燃焼ガスが排気口１３１を介して煙道３０を上昇することによって負圧になり、加熱容器１５の加熱により廃棄物から発生した水蒸気や有機系物質等の未燃ガスは、連通部１５３から燃焼室１３に導出される。この未燃ガスは、燃焼室１３において燃焼ガスと混合して燃焼され、煙道３０から排出される。本実施形態においては、燃焼バーナ２０が排気口１３１よりも上方に配置されており、燃焼バーナ２０から噴射される燃焼ガスが燃焼室１３の壁面に沿って旋回するため、未燃ガスを燃焼室１３内において十分撹拌できると共に、燃焼室１３内における未燃ガスの燃焼時間を十分確保することができる。この結果、燃焼室１３における未燃ガスの完全燃焼を促すことができ、煙道３０から排出される排気クリーンな状態に維持し、煙、臭気、塵灰などの排出を防止することができる。
また、本実施形態においては、給気口１３２から燃焼用空気を燃焼室１３に導入することができるので、燃焼バーナ２０から燃焼室１３に導入される空気量が不足する場合に、この不足分を補って、燃焼室１３内における完全燃焼を確実にすることができる。
更に、本実施形態においては、第２の補助給気パイプ３２から煙道３０に燃焼用空気を供給することができるので、煙道３０を通過する排気に未燃ガスが万一含まれていたとしても、煙道３０内で燃焼を完結させることができるので、排気ガスがクリーンな状態を確実に維持することができる。
燃焼バーナ２０から供給される燃焼ガスの温度は、未燃ガスやダイオキシン類などの完全燃焼を促す観点から８００℃以上であることが好ましく、８５０℃以上であることがより好ましい。燃焼温度の上限は、使用材料の耐熱性などを考慮して決定されるが、例えば、本実施形態のように黒鉛坩堝を使用する場合には、約１５００℃の高温使用も可能である。
加熱容器１５が十分加熱されて、加熱容器１５から燃焼室１３に未燃ガスが連続的に供給される状態になると、燃焼バーナ２０の燃焼量を低減することができる。例えば、燃焼バーナ２０のメインバーナを停止し、パイロットバーナのみを燃焼させるようにしてもよく、或いは、燃焼バーナ２０への燃料の供給を停止し、燃焼バーナ２０からは常温の空気のみを供給するようにしてもよい。この際、給気口１３２のバルブ１３２ａの開度を調整して、燃焼室１３の内部が最適な空燃比となるように制御することができる。特に、ＰＥＴ樹脂や塩化ビニル樹脂などのように熱量が高い材料からなる廃棄物や木屑などのバイオマスが含まれる場合、或いは、廃棄物中に含まれる可燃性物質の割合を意識的に増やした場合には、大きな自己燃焼熱が得られるので、サーマルリサイクルにより、燃焼バーナ２０の消費燃料を低減できると共に煙道３０から排出される高温の排気ガスをボイラや乾燥などに有効利用することができる。このように、本実施形態の加熱処理装置は、廃棄物から有価金属を効率よく回収できるだけでなく、可燃性廃棄物の燃焼熱も資源として有効回収でき、熱エネルギの創成による応用展開も可能である。
燃焼室１３の温度は、温度センサ（図示せず）などでモニタリングしながら燃焼バーナ２０におけるメインバーナ及びパイロットバーナのオン／オフ制御や、給気口１３２のバルブ１３２ａの開度調整などにより、燃焼量や空気比を調節して所望の温度に設定可能である。
本実施形態の加熱処理装置は、加熱容器１５の内部を還元雰囲気にすることで、廃棄物に含まれる可燃性有機物質を燻燃して炭化させることができるが、燃焼バーナ２０の空気比を高めたり、給気口１３２からの導入空気量を増加させたりすることで、加熱容器１５の内部において徐々に酸化させて灰化させることもできる。更に、本実施形態の構成によれば、第１の補助給気パイプ１７を介して加熱容器１５に燃焼用空気を供給することができるので、制御弁１７２の開度調整により、加熱容器１５の内部を速やかに酸化雰囲気にすることができる。このように、加熱容器１５における可燃廃棄物の処理状態を、炭化又は灰化のいずれにすることも可能であり、廃棄物の種類や処理目的などに応じて自由に選択することができる。
本実施形態においては、燃焼室１３の給気口１３２から燃焼用空気を導入するようにしているが、酸素など他の支燃性ガスを給気口１３２から導入することにより、燃焼室１３内における完全燃焼を促すようにしてもよい。例えば、支燃性ガスとして酸素を導入した場合には、生ゴミや医療廃棄物など炭化し易い可燃廃棄物を、確実に灰化することができる。
また、本実施形態においては、第１の補助給気パイプ１７から加熱容器１５の内部に燃焼用空気を供給可能に構成しているが、第１の補助給気パイプ１７から加熱容器１５に他の気体が供給されるように構成してもよい。例えば、酸素など他の支燃性ガスを供給して、加熱容器１５の内部における燃焼を積極的に促すようにしてもよい。或いは、第１の補助給気パイプ１７から加熱容器１５に窒素やアルゴンなどの不活性ガスを供給することにより、加熱容器１５内における不要な酸化物の発生を抑制することができる。
次に、上記のように構成された加熱処理装置を用いて、廃棄物を加熱処理する方法を具体的に説明する。例えば、アルミ、銅、亜鉛などの非鉄金属を含む金属廃棄物に、油、有機塗料、プラスチック、ゴム、布、紙、木材などの可燃性廃棄物を伴う廃棄物を加熱処理する場合、本実施形態の加熱処理装置を用いて、以下に示すように金属廃棄物を溶融させて有価金属として回収することができる。
まず、上述したような可燃性廃棄物を伴う金属廃棄物を加熱容器１５に収容した後、燃焼バーナ２０により燃焼室１３を加熱する。燃焼室１３の内部温度は、加熱容器１５の内部で金属廃棄物が溶融するように、収容する金属廃棄物の溶融温度を考慮して適宜設定すればよい。例えば、金属廃棄物がアルミ飲料缶やアルミ切粉等のようなアルミニウム材の場合、燃焼室１３の温度を約９００℃に設定することができる。
加熱容器１５の内部は、還元雰囲気下で加熱されることが好ましい。すなわち、燃焼バーナ２０の空気比を通常の範囲（例えば、１．１〜１．３程度）に設定し、第１の補助給気パイプ１７の制御弁１７２は閉じた状態にしておくことが好ましい。また、必要に応じてヤシの実やプラスチックなどの炭化を促進する材料を加熱容器１５に導入し、還元雰囲気を強化するようにしてもよい。このように、金属廃棄物を還元雰囲気で溶融することにより、溶融金属の酸化を防ぎ、有価金属としての回収を容易に行うことができる。なお、金属の種類などによって酸化が特に問題とならない場合には、第１の補助給気パイプ１７から加熱容器１５に空気を導入して、加熱容器１５の内部における酸化燃焼を促すようにしてもよい。
加熱容器１５において金属廃棄物の溶融が開始された後は、第１の補助給気パイプ１７から窒素やアルゴンなどの不活性ガスを供給してもよい。これにより、加熱容器１５内におけるスラグ等の発生を防止して、溶融金属の品質・歩留まりを高めることができる。
加熱容器１５で発生した可燃性廃棄物の未燃ガスは、連通部１５３を介して燃焼室１３に導出され、燃焼バーナ２０からの燃焼ガスの旋回流、及び、必要に応じて導入される給気口１３２からの燃焼用空気と混合されて燃焼室１３において燃焼した後、排気口１３１から煙道３０を経て外部に排出される。
このような加熱処理方法の実施例として、水や油が多量に付着したアルミ飲料缶、アルミダイカストリターン材、アルミ切粉などのスクラップからなる廃棄物約２０ｋｇを加熱容器１５に収容し、燃焼バーナ２０の作動及び給気口１３２からの空気の導入により、実際に加熱処理を行った。燃焼室１３の温度は９００℃に設定し、加熱時間は１時間とした。加熱処理中に煙道３０から排出される排気ガスはクリーンであり、煙、臭気、塵灰などの排出は全くなかった。加熱処理の終了後に加熱容器１５の内部を確認したところ、溶融したアルミニウムが底に残留し、溶湯表面には少量のアルミ酸化物を中心とするスラグが存在した。ついで、この残留物に通常のフラックス処理を施してスラグを除去した後、冷却することにより、アルミニウム地金を得た。
坩堝炉や直火焚煉瓦炉のような従来の非鉄金属溶解炉を用いた加熱処理の場合は、材料が直接空気にさらされるため、溶融したアルミニウムの酸化によるロスが大きくなり、高品位のアルミニウム地金を高い歩留まりで回収することが困難であった。また、油、塗料、プラスチックなどの可燃物がアルミニウム材に付着している場合には、溶融時に黒煙、臭気、有害物を多量に発生するため、実際に燃焼させること自体が困難であった。これに対し、本実施形態の加熱処理装置は、アルミニウム材に油などが付着していても、煙や臭気などの排出が全くない状態で、高歩留まりで高品位のアルミニウム地金を回収することができ、金属廃棄物の汚れを意識する必要がない新しいタイプの溶解炉として使用することができた。
また、他の実施例として、プラスチックやゴム部品が付いたままの注射針や、点滴用のプラスチック容器、ガーゼ、脱脂綿、包帯などの医療系廃棄物を加熱容器１５に収容し、更に、少量のアルミ飲料缶やアルミ廃地金などのアルミニウム材を収容し、燃焼バーナ２０の作動及び給気口１３２からの空気の導入により、実際に加熱処理を行った。燃焼室１３の温度は１０００℃に設定し、加熱時間は１時間とした。また、この場合の加熱処理においては、加熱中に制御弁１７２を開放して第１の補助給気パイプ１７から加熱容器１５に空気を導入した。
この加熱処理においても、煙道３０から排出される排気ガスはクリーンであり、煙、臭気、塵灰などの排出は全くなかった。加熱処理の終了後、加熱容器１５の底部には、アルミ缶や地金と共に注射針が溶融して残留しており、その他には白灰が残留するのみであった。注射針が混入したアルミニウム塊は、例えば、鉄鋼精錬プロセスにおいて脱酸剤用のアルミニウム材として、有効利用することができる。
このように、本実施形態の加熱処理装置を用いることにより、廃棄注射針のような取り扱いが困難な廃棄物を含む場合であっても、これを無害化して有価物として回収することができる。
以上の説明は、金属廃棄物を溶融して回収する方法に関するものであるが、廃棄物の種類によっては、金属廃棄物を溶融させなくても他の廃棄物から分離回収することができる。すなわち、可燃性廃棄物を伴う金属廃棄物を加熱容器１５に収容した後、金属廃棄物が溶融しない状態を維持しながら燃焼バーナ２０により燃焼室１３を加熱し、完全燃焼のため必要に応じて給気口１３２から燃焼用空気を導入して、加熱処理を行ってもよい。このような加熱処理に適した廃棄物としては、金、銀、白金などの貴金属を含む電気・電子基板類や、これらを含むパソコン、携帯電話などの廃品、或いは、有機物被覆銅線や、銀ペーストが付着した廃ウェスなどを挙げることができる。この場合も、加熱容器１５の内部が還元雰囲気下で加熱されることが好ましいが、必要に応じて、第１の補助給気パイプ１７から空気を供給してもよい。燃焼バーナ２０の燃料流量や空気比の制御、或いは給気口１３１からの空気導入量は、加熱容器１５の内部を金属廃棄物の溶融温度より低い温度に維持しつつ、加熱容器１５で発生した未燃ガスを燃焼室１３で燃焼可能なように行われることが好ましい。
この加熱処理方法の実施例として、約２０ｋｇの有機物被覆銅線を加熱容器１５に収容し、本実施形態の加熱処理装置を用いて実際に加熱処理を行った。燃焼室１３の温度は９００℃に設定し、加熱時間は１時間とした。加熱処理中に煙道３０から排出される排気ガスはクリーンであり、煙、臭気、塵灰などの排出は全くなかった。加熱処理の終了後に加熱容器１５の内部を確認したところ、被覆銅線の被覆物はほとんど炭化し、一部が銅線に付着していたものの容易に剥離可能であり、裸銅線が溶融することなく元の線形状のまま残留していた。
また、本実施形態の加熱処理装置は、上述したような金属廃棄物の回収に好適に用いられるだけでなく、一般的な可燃性廃棄物の燃焼装置としても好ましく用いることができる。可燃性廃棄物としては、例えば、コーヒー・茶・焼酎用の芋・醤油かす、食品などの生ゴミ類、ペットボトル・袋、シート類などの樹脂製品、ゴム製品、漁業用の廃網類、木屑、廃木材、もみ殻、トマトの茎、紙、ダンボール、有機塗料、廃油類などを挙げることができる。
このような可燃性廃棄物を加熱容器１５に収容した後、加熱中に制御弁１７２を開放して第１の補助給気パイプ１７から加熱容器１５に空気を導入すると、可燃性廃棄物は加熱容器１５の内部で一部が燃焼する。加熱容器１５で燃焼しなかった未燃ガスは、連通部１５３を介して燃焼室１３に導出され、燃焼バーナ２０からの燃焼ガスの旋回流、及び、給気口１３２から導入された燃焼用空気と混合されて、燃焼室１３において燃焼した後、排気口１３１から煙道３０を経て外部に排出される。このように、可燃性廃棄物を、加熱容器１５の内部及び燃焼室１３の内部の双方において燃焼させることができ、燃焼効率を高めることができると共に、煙道３０からの排気ガスをクリーンに維持することができる。この場合、可燃性廃棄物の自己燃焼により、燃焼バーナ２０に供給する燃料を低減することができ、可燃性廃棄物の種類によっては、燃焼バーナ２０に空気のみを供給し、燃料を供給しない場合であっても、サーマルリサイクルによって燃焼を継続することができる。煙道３０から排出される燃焼ガスは、熱エネルギとしての利用が可能である。
この加熱処理方法の実施例として、コーヒーかす、ペットボトルやプラスチック製の弁当容器に、スチール缶などの不燃ごみを含む一般雑介廃棄物を加熱容器１５に収容し、実際に加熱処理を行った。燃焼室１３の温度は１１００℃に設定し、加熱時間は１時間とした。加熱処理中に煙道３０から排出される排気ガスはクリーンであり、煙、臭気、塵灰などの排出は全くなかった。加熱処理の終了後に加熱容器１５の内部を確認したところ、残留物は、可燃物が完全に除去されたスチール缶と白灰のみであった。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、容器本体１５１が黒鉛坩堝により構成されているが、亜鉛や低融点アルミニウム合金材などのように溶融温度が低い金属廃棄物を溶融させる場合や、金属廃棄物を溶融させずに分離回収するような場合には、安価で熱伝導性が良好な鉄製の容器からなる容器本体１５１を使用することもできる。なお、容器本体１５１としては、その他に、耐火セラミック製や鉄以外の金属製の容器などを使用することもできる。
また、上記実施形態においては、加熱容器１５を容器本体１５１と保持部１５２とから構成し、保持部１５２が燃焼室１３の上方に突出した構成にすることで加熱容器１５の容積増大を図っているが、保持部１５２を設けずに、蓋体１６を燃焼室１３及び加熱容器１５の双方を閉じる蓋体として兼用してもよい。
また、図４に示すように、上記実施形態の加熱処理装置１において、遠心分離などにより気体中の塵や灰を分離する公知のサイクロン装置などの塵埃分離装置４０を煙道３０に接続し、流路切替弁４１，４２の開閉により、煙道３０を通過する排気ガスが塵埃分離装置４０を経て外部に排出されるように構成してもよい。尚、図４において、図１から図３と同様の構成部分には同一の符号を付している（以下の図面についても同様）。
上述したように、本発明の加熱処理装置は、可燃性廃棄物を燃焼室１３において完全に燃焼させることができるので、塵埃分離装置４０を特に設けなくても塵灰を含む排気ガスが外部に排出されるおそれはほとんどないが、塵埃分離装置４０を設けることにより、煙道３０に導かれた排気ガスに塵灰が万一含まれていたとしても、塵灰を分離して外部への塵灰の排出を確実に防止することができる。なお、分離された塵灰は、開閉板４３を開放して回収することができる。
また、図５（ａ）に示すように、上記実施形態における加熱処理装置１の装置本体１０を、支持部材５０により傾斜自在に支持する構成にしてもよい。
支持部材５０は、三角状に形成された一対の支持枠５１（図では一方のみを示している）を備えており、各支持枠５１の頂部において装置本体１０の胴部を回転自在に軸支している。装置本体１０を支持する回転軸の一方には、傾動用のハンドル（図示せず）が連結されている。また、装置本体１０と煙道３０との連結部は、ロック機構（図示せず）の解除により、煙道３０がもとの状態のまま装置本体１０のみが回転するように構成されている。
この構成によれば、加熱処理が終了して加熱容器１５に残留する有価金属等を回収する際に、ハンドル（図示せず）の操作により、図５（ｂ）に示すように装置本体１０を傾斜させることができるので、加熱容器１５の残留物の回収作業を容易に行うことができる。特に、金属廃棄物を溶融させて分離回収する場合には、加熱処理の終了後、装置本体１０を傾斜させることにより、金属を溶融状態ですぐに取り出すことができるので、処理能力や作業効率を向上させることができる。
装置本体１０の傾斜手段は、本実施形態のようなハンドル等の操作による手動式であってもよく、或いは、油圧シリンダなどを用いる自動式であってもよい。また、加熱容器１５の残留物の回収を容易にするため、加熱容器１５の開口部に注ぎ口を設けた構成にしてもよい。
また、図６に示すように、加熱容器１５における容器本体１５１の下部に、燃焼室１３の側壁を介して装置本体１０の外部と連通する排出部１５４を設け、この排出部１５４が密閉式の開閉蓋１５５により開閉となるように構成してもよい。
この構成によれば、加熱処理の終了後、開閉蓋１５５を開放することにより、装置本体１０を傾斜させることなく排出部１５４から加熱容器１５の残留物を掻き出すことができるので、廃棄物の処理効率を高めることができる。特に、廃棄物がコーヒーかすや感染性医療廃棄物などの可燃性廃棄物を主とする場合には、上述した加熱処理により加熱容器１５の残留物を完全に灰化させることができるので、排出部１５４を介してこの残留物を容易に取り出すことができ、効果的である。また、廃棄物に含まれる金属を溶融させずに加熱処理する場合においても、加熱容器１５の残留物を排出部１５４から容易に取り出すことができる。
また、図６に示すように、排出部１５４の開閉蓋１５５にバルブ１５６ａ付きの導入口１５６を設け、加熱処理中に加熱容器１５内が負圧になることで導入口１５６から加熱容器１５内に外気が導入されるように構成してもよい。これにより、廃棄物中に含まれる可燃物の酸化燃焼が促され、可燃性廃棄物の完全灰化をより容易に実現することができる。
また、図６に示す排出部１５４に代えて、図７に示すように、加熱容器１５の下部から水平方向に延びて装置本体１０の外部において鉛直上方に延びるように屈曲した配管からなる連続出湯部２５１を備えた構成にしてもよい。この構成は、金属廃棄物を含む廃棄物処理に特に適しており、金属廃棄物の処理中は連続出湯部２５１の内部を溶融金属で常時満たした状態にすることができるので、加熱容器１５の内部を外気に触れさせることなく、出湯口２５２から溶融金属を連続的に供給することができる。
図７に示す構成において、連続出湯部２５１は、メンテナンスを容易にするため、途中の嵌合部２５３において着脱可能に構成されている。また、連続出湯部２５１が装置本体１０から露出する部分にタップ２５４が設けられており、タップ２５４の開放により連続出湯部２５１内の溶湯を排出（抜湯）することができる。尚、タップ２５４から溶湯が排出された後に加熱容器１５の底部に残留する溶湯は、アルミなど金属製の棒材の先端部を残留溶湯の中に浸しておき、溶湯が冷却固化された後に棒材を引き抜くことにより、容易に取り出すことができる。
また、このように連続的な廃棄物処理においては、加熱容器１５に大量の廃棄物を収容できるように構成して、廃棄物の投入回数を少なくすることが好ましい。このため、図７に示す構成においては、図１に示す保持部１５２の上端面を水平面として、保持部１５２の上端に固定可能な円筒状の予熱タワー２５５を設けている。
予熱タワー２５５の上端は蓋体１６で覆われており、油圧シリンダによる駆動機構２５６により開閉可能に構成されている。予熱タワー２５５は、下部にローラ２５７が設けられ、装置本体１０の上面に沿って配置されたレール２５８上を、図面の貫通方向に移動可能とされており、保持部１５２の上方に移動させて固定手段（図示せず）により密着固定することができる。
このように、装置本体１０への予熱タワー２５５の取り付けを移動密閉式とすることにより、予熱タワー２５５を保持部１５２の上方から待避させて、加熱容器１５内の溶湯液面に浮遊する不純物などの除去作業を容易に行うことができ、連続運転時において特に有効である。
出湯口２５２は、加熱容器１５への連続出湯部２５１の取り付け位置よりも上方において上向き（斜め上向きを含む）に開口していればよく、例えば、加熱容器１５から斜め下方に延びて、装置本体１０の外部において上方に延びるように屈曲した構成してもよい。この場合、連続出湯部２５１が装置本体１０から露出する部分の最下部にタップ２５４を設けることが好ましい。或いは、連続出湯部２５１を、加熱容器１５から斜め上方に延びる直管から構成することもできる。
また、燃焼室１３の内部に耐熱カメラを設置して、内部の燃焼状態を目視により観察できるように構成してもよい。図８に示すように、蓋体１６には、加熱容器１５の内部を外部と連通する観察筒２６１が設けられており、観察筒２６１には、上部から挿入された耐熱カメラ２６２が螺合により装着される。耐熱カメラ２６２は、例えばＣＣＤカメラであり、加熱容器１５の内部を撮像する。観察筒２６１には、第３の補助給気パイプ２６３を介して、酸素や空気などの支燃性ガスや不活性ガスなどの気体を導入可能とされており、導入された気体は、観察筒２６１の内壁面と耐熱カメラ２６２との間を通過して、加熱容器１５内に供給される。尚、図８において、図７と同様の構成部分には同一の符号を付している。
この構成によれば、第３の補助給気パイプ２６３からの気体の導入により、耐熱カメラ２６２の撮像方向に沿って筒状のエアカーテンが掲載される。これにより、耐熱カメラ２６２のレンズの曇りや汚れの付着を防止することができ、加熱容器１５内における廃棄物の残量確認や、溶解・ガス発生など状況確認を確実に行うことが可能になる。耐熱カメラ２６２を使用しない場合には、観察筒２６１に耐熱ガラスの蓋などを取り付けて、加熱容器１５内を直接目視で確認できるようにしてもよい。
また、図８に示すように、連続出湯部２５１は、加熱容器１５の下部から上方に延びる貯湯部２５１ａと、貯湯部２５１ａから装置本体１０の外部へ向けて下方に延びる排湯部２５１ｂとを備えた構成にしてもよい。この構成によれば、出湯口２５２から溶融金属を連続的に供給した後、連続出湯部２５１の内部で保持される溶融金属全体を、装置本体１０の内部に留めておくことができるので、溶融金属の冷却を防止することができる。装置本体１０の壁面における排湯部２５１ｂが貫通する部分には、内壁側に切り欠き１２１を形成して、装置本体１０の内部における燃焼ガスにより排湯部２５１ｂが効率よく加熱されるように構成することが好ましい。
本発明によれば、処理中に発生する排出ガスをクリーンに保つことができると共に、廃棄物中に有価金属が含まれる場合にはこれを効率良く回収することができる加熱処理装置及び加熱処理方法を提供することができる。

Claims (25)

  1. 燃焼室を有する装置本体と、前記燃焼室に加熱気体を供給する燃焼バーナと、前記燃焼室で発生した燃焼ガスを外部に排出する煙道と、前記燃焼室に収容される加熱容器とを備え、
    前記加熱容器は、有底で上部に開口を有し、該開口が蓋体により開閉自在とされており、前記蓋体を閉じた状態で前記燃焼室の上部と前記加熱容器の側壁上部のみを介して連通する連通部が形成されており、
    前記燃焼バーナは、燃焼ガスが前記加熱容器の周囲を旋回するように、前記加熱容器の接線方向に向けて配置されている加熱処理装置。
  2. 前記燃焼室は、外部から支燃性ガスを導入する給気口を備える請求項１に記載の加熱処理装置。
  3. 前記煙道は、前記燃焼室の下部に形成された排気口に接続されており、
    前記燃焼バーナは、前記排気口よりも上方に配置されている請求項１又は２に記載の加熱処理装置。
  4. 前記加熱容器の内部に気体を供給する第１の補助給気手段を更に備える請求項１から３のいずれかに記載の加熱処理装置。
  5. 前記第１の補助給気手段による気体の供給を制御する制御弁を更に備える請求項４に記載の加熱処理装置。
  6. 前記煙道の内部に支燃性ガスを供給する第２の補助給気手段を更に備える請求項１から５のいずれかに記載の加熱処理装置。
  7. 前記煙道は、流路の一部が断面積の大きい拡径部とされ、該拡径部の内部に邪魔板が配置されて構成されており、
    前記第２の補助給気手段は、前記拡径部よりも上流側に支燃性ガスを導入する請求項６に記載の加熱処理装置。
  8. 前記加熱容器を支持する支持台を更に備え、
    前記支持台は、端面が前記加熱容器の底面と当接するように筒状に形成されており、側壁に複数の通気部が形成されている請求項１から７のいずれかに記載の加熱処理装置。
  9. 前記加熱容器は、前記燃焼室の上方に突出しており、前記連通部が側壁に形成されている請求項１から８のいずれかに記載の加熱処理装置。
  10. 前記連通部にフィルタが設けられている請求項１から９のいずれかに記載の加熱処理装置。
  11. 前記加熱容器が黒鉛坩堝を含む請求項１から１０のいずれかに記載の加熱処理装置。
  12. 前記加熱容器が鉄製の容器を含む請求項１から１０のいずれかに記載の加熱処理装置。
  13. 前記煙道に連結された塵埃分離装置を更に備える請求項１から１２のいずれかに記載の加熱処理装置。
  14. 前記装置本体を傾斜自在に支持する支持手段を更に備える請求項１から１３のいずれかに記載の加熱処理装置。
  15. 前記加熱容器は、下部が前記燃焼室の側壁を介して前記装置本体の外部と連通する排出路を備え、該排出路が開閉蓋により密閉可能に構成されている請求項１から１４のいずれかに記載の加熱処理装置。
  16. 前記加熱容器の下部に取り付けられ、前記燃焼室の側壁を介して前記装置本体の外部と連通し、先端に出湯口が形成された連続出湯部を備え、
    前記出湯口は、前記加熱容器への前記連続出湯部の取り付け位置よりも上方において上向きに開口する請求項１から１４のいずれかに記載の加熱処理装置。
  17. 前記加熱容器の下部に取り付けられ、前記燃焼室の側壁を介して前記装置本体の外部と連通し、先端に出湯口が形成された連続出湯部を備え、
    前記連続出湯部は、前記加熱容器から上方に延びる貯湯部と、該貯湯部から前記装置本体の外部に向けて下方に延びる排湯部とを備える請求項１から１４のいずれかに記載の加熱処理装置。
  18. 前記加熱容器は、前記燃焼室の上方に突出する筒状の予熱タワーを備え、該予熱タワーの上端が前記蓋体により開閉自在とされており、
    前記予熱タワーは、前記加熱容器に対して移動可能に構成され、前記加熱容器の上方位置において前記加熱容器に密閉可能に取り付けられる請求項１から１７のいずれかに記載の加熱処理装置。
  19. 前記加熱容器の内外を連通する観察筒と、前記観察筒に挿入される耐熱カメラと、前記観察筒と耐熱カメラとの間に気体を供給する第３の補助給気手段とを備える請求項１から１８のいずれかに記載の加熱処理装置。
  20. 燃焼室を有する装置本体と、前記燃焼室に加熱気体を供給する燃焼バーナと、前記燃焼室で発生した燃焼ガスを外部に排出する煙道と、前記燃焼室に収容される加熱容器とを備え、前記加熱容器は、有底で上部に開口を有し、該開口が蓋体により開閉自在とされており、前記蓋体を閉じた状態で前記燃焼室の上部と前記加熱容器の側壁上部のみを介して連通する連通部が形成されており、前記燃焼バーナは、燃焼ガスが前記加熱容器の周囲を旋回するように、前記加熱容器の接線方向に向けて配置されている加熱処理装置を用いた加熱処理方法であって、
    可燃性廃棄物を伴う金属廃棄物を前記加熱容器に収容するステップと、
    前記燃焼バーナにより前記燃焼室を加熱して、前記金属廃棄物を溶融すると共に、前記連通部を介して排出された前記可燃性廃棄物の未燃ガスを前記燃焼室において燃焼させるステップとを備える加熱処理方法。
  21. 前記金属廃棄物は、金属製の注射針を含む請求項２０に記載の加熱処理方法。
  22. 前記金属廃棄物は、アルミニウム材を更に含む請求項２１に記載の加熱処理方法。
  23. 燃焼室を有する装置本体と、前記燃焼室に加熱気体を供給する燃焼バーナと、前記燃焼室で発生した燃焼ガスを外部に排出する煙道と、前記燃焼室に収容される加熱容器とを備え、前記加熱容器は、有底で上部に開口を有し、該開口が蓋体により開閉自在とされており、前記蓋体を閉じた状態で前記燃焼室の上部と前記加熱容器の側壁上部のみを介して連通する連通部が形成されており、前記燃焼バーナは、燃焼ガスが前記加熱容器の周囲を旋回するように、前記加熱容器の接線方向に向けて配置されている加熱処理装置を用いた加熱処理方法であって、
    可燃性廃棄物を伴う金属廃棄物を前記加熱容器に収容するステップと、
    前記燃焼バーナにより前記燃焼室を加熱して、前記金属廃棄物が溶融しない状態で前記加熱容器を加熱すると共に、前記連通部を介して排出された前記可燃性廃棄物の未燃ガスを前記燃焼室において燃焼させるステップとを備える加熱処理方法。
  24. 燃焼室を有する装置本体と、前記燃焼室に加熱気体を供給する燃焼バーナと、前記燃焼室で発生した燃焼ガスを外部に排出する煙道と、前記燃焼室に収容される加熱容器と、前記加熱容器の内部に気体を供給する第１の補助給気手段とを備え、前記加熱容器は、有底で上部に開口を有し、該開口が蓋体により開閉自在とされており、前記蓋体を閉じた状態で前記燃焼室の上部と前記加熱容器の側壁上部のみを介して連通する連通部が形成されており、前記燃焼バーナは、燃焼ガスが前記加熱容器の周囲を旋回するように、前記加熱容器の接線方向に向けて配置されている加熱処理装置を用いた加熱処理方法であって、
    可燃性廃棄物を前記加熱容器に収容するステップと、
    前記第１の補助給気手段から支燃性ガスを供給しながら前記燃焼バーナにより前記燃焼室を加熱し、前記加熱容器内において前記可燃性廃棄物を燃焼させると共に、前記連通部を介して排出された前記可燃性廃棄物の未燃ガスを前記燃焼室において燃焼させるステップとを備える加熱処理方法。
  25. 燃焼室を有する装置本体と、前記燃焼室に加熱気体を供給する燃焼バーナと、前記燃焼室で発生した燃焼ガスを外部に排出する煙道と、前記燃焼室に収容される加熱容器と、前記加熱容器の内部に気体を供給する第１の補助給気手段とを備え、前記加熱容器は、有底で上部に開口を有し、該開口が蓋体により開閉自在とされており、前記蓋体を閉じた状態で前記燃焼室の上部と前記加熱容器の側壁上部のみを介して連通する連通部が形成されており、前記燃焼バーナは、燃焼ガスが前記加熱容器の周囲を旋回するように、前記加熱容器の接線方向に向けて配置されている加熱処理装置を用いた加熱処理方法であって、
    可燃性廃棄物を伴う金属廃棄物を前記加熱容器に収容するステップと、
    前記燃焼バーナにより前記燃焼室を加熱して、前記金属廃棄物を溶融すると共に、前記連通部を介して排出された前記可燃性廃棄物の未燃ガスを前記燃焼室において燃焼させるステップと、
    前記金属廃棄物の溶融開始後に、前記第１の補助給気手段から不活性ガスを供給するステップとを備える加熱処理方法。
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