JP6279617B2 - ガラス繊維容器および廃棄物焼却方法 - Google Patents

Description

本発明は、炉における酸化物、ガラス、リン酸塩、および金属など、多かれ少なかれ有毒の金属、有機、および無機の材料および廃棄物の融解および焼却に関する。

いくつかの方法が、金属、有機、および無機の廃棄物の混合物を連続供給炉で焼却および／またはガラス状にするために現在用いられている。廃棄物は、最初に粉砕され、続いて炉へと送られる。この解決策は、焼却炉の連続運転という利点を有し、炉の大きさとガスの処理とを最小限にする。しかしながら、この解決策は、実際には困難であり得る廃棄物の事前の粉砕を必要とする。

第２の解決策は、粉砕されていない廃棄物を小塊（packets）で、炉の内部雰囲気を外部雰囲気から分離するロック（lock）を通して導入することから成る。この第２の解決策は、粉砕を回避するが、以下のいくつかのリスクと問題とを提起する。
１） 炉側のロックの扉が開いているときの温度上昇の後でのロックにおける有機物質の融解または流れのリスクのある、入口ロックにおける廃棄物小塊の取り扱いの困難性。
２） ロックにおける有機物質の点火、および、このロックとその閉システムとにおける過熱のリスク。
３） 追加の廃棄物小塊が炉に導入されたときの、廃棄物小塊の過剰に速い燃焼のリスク。これは、酸化ガス供給およびガス処理設備を大型にすることを必要とする。
４） 廃棄物小塊の素早い燃焼の最中における飛灰および有毒物質の機械的な取り込みのリスク。

技術的な現在の状況では、廃棄物を収容する金属容器が、廃棄物を炉へと運ぶためのシャトルとして、使用できる。この場合、金属容器は、燃焼速度を制限するために、炉において徐々に切断され得るが、再利用はもはやできず、また、最終的な廃棄物のうちの無視できない割合を占める。

例えば炉に設置されたプラズマトーチを用いた切断システムも、複雑であり、かつ高価である。ある代替品は、シャトルとして機能する段ボール箱に廃棄物小塊を入れることから成る。この解決策は、ロックのリスクを制限するが、段ボール箱が燃えるとすぐに廃棄物小塊の燃焼速度の問題を解決しない。

仏国特許出願公開第２２９３７６９号明細書

そのため、本発明の目的は、廃棄物を炉へと加えるための別の方法および別の装置を提示することで、先に記載した解決策に関連する前述の不利益を回避することである。

さらに、特許文献１によって、容器がその内容物と共に燃やされ、かつこの容器が数ある材料の中でもガラス繊維から作られる、放射性廃棄物を廃棄体化（conditioning）するプレスが意図された設備が知られている。

本発明の第１の主な目的は、焼却炉へと挿入されて焼却炉で焼却される廃棄物を収容するバスケットである。

本発明によれば、このバスケットは、数ある材料の中でもガラス繊維包体から構成される。燃焼による灰が、溶融ガラス浴内で、炉で融解され得る。この場合、廃棄物からの灰または燃焼残留物を収容するガラス繊維包体によって具体的に形成されたバスケットは、ガラス浴で溶解されることになる。

第１実施形態は、バスケットの剛性を高めるために、軽量金属構造体を用いる。この金属構造体は、好ましくは、メッシュから構成される。

第１実施形態によれば、前記軽量金属構造体は、外部にあり、かつガラス繊維から構成される内部包体は、軽量金属構造体の内側に配置される。

第２実施形態では、ガラス繊維から構成されるこの包体（envelope）は外部にあり、かつ軽量金属構造体は、内部にあるため、ガラス繊維包体の内側に配置される。

包体を形成するガラス繊維は織られてもよく、織り（weaving）は、この廃棄物の熱分解速度が熱化学的に制御できるように、廃棄物の種類に適合された間隙率を規定するメッシュサイズを有する。

この場合、軽量金属構造体は、ワイヤが繊維の織りに含まれることで単一の包体（envelope）を形成するメッシュから構成され得ることが、考えられる。

本発明の第２の主な目的は、廃棄物ガラス化焼却炉で廃棄物のガラス化のための方法である。

本発明によれば、方法は、少なくとも２つの段階、すなわち
先に定められたものなどのようなガラス繊維バスケットで焼却される廃棄物を、溶融ガラス浴の上のガス雰囲気中に保たれるように配置するステップと、
完全燃焼が、焼却炉排気ガス中に一酸化炭素が存在せずに達成され得るように、バスケットのない廃棄物の熱分解および燃焼よりも長い持続時間の間（焼却時間は、バスケットに応じて、３倍さらには１０倍の倍数で増加される）、熱分解および燃焼を行うステップとから成る。

好ましくは、廃棄物の完全燃焼の後、廃棄物燃焼残留物を含んでいるガラス繊維バスケットは、ガラス浴で溶解される。

本発明およびその技術的特性は、以下に表しているいくつかの図を伴う記載を読んだ後、より良く理解されることになる。

本発明にかかるバスケットの第１実施形態の断面図である。 本発明にかかるバスケットの第２実施形態の断面図である。 本発明にかかるバスケットの第３実施形態の断面図である。 本発明にかかる方法のオペレーションを示すグラフである。 本発明にかかるバスケットの第４実施形態の断面図である。

本発明による概念は、焼却される廃棄物小塊（waste packet）を、織られていないガラス繊維、または、多かれ少なかれ目を詰めて織られたガラス繊維から、大まかに構成されたバスケットへと入れることから成る。ガラス繊維の目を詰めることは、収容されている廃棄物と、焼却炉の内側の熱くて酸化した雰囲気との間の接触を管理することを可能にし、織りが変更可能な熱およびガスの交換を可能にする。バスケットは、好ましくは、軽量金属構造体によって補強される。

高い融点を有する非可燃性ガラス繊維の使用は、廃棄物入口ロック（lock）から焼却領域へと廃棄物バッグの機械的な移送を可能にし、そのため、移送の間にバスケットの内容物を失うことを防止する。

バスケットを作るためにガラス繊維を用いることの本質は、このガラス繊維が廃棄物バスケットを包囲し、そのためその温度上昇を遅延させることである。これは、特に入口ロックから焼却炉への移送の間に、有機廃棄物の過剰に速い溶融および／または熱分解を防止する。

炉（または、焼却炉）では、バスケットの内容物、つまり廃棄物が、次第に加熱される。この温度上昇は、有機材料の熱分解をもたらす。熱分解ガスは、バスケットから抜け出して、炉の酸化雰囲気中で燃える。バスケットを部分的に形成しているガラス繊維包体の選択、その間隙率、および、その織りの目の詰まり（tightness of its weaving）が、バスケットの内部に向かう熱移動と、外側へと向かうガス移動とを減速できる。したがって、織られたメッシュのサイズは、廃棄物の種類に適合される。そのため、これは、バスケットに収容されている廃棄物の熱分解および燃焼速度を管理できる。したがって、これは、焼却炉への一式の廃棄物バッグの連続的な投入によって生成されるガスの突風の規模を最小限にする。

さらに、多かれ少なかれより目の詰まった織りでバスケットを形成するガラス繊維包体の間隙率は、焼却炉の内部でガスに含まれる灰および不揮発性の有毒物質を失うことを最小限にするのに役立つ。そのため、この間隙率は、ガスに同伴されてはならない固体の有毒粒子の大きさに適合され得る。

図１を参照すると、本発明にかかるバスケットの第１実施形態によれば、ガラス繊維から構成された包体１０は、軽量金属構造体１２の内側に配置されている。軽量金属構造体は、包体１０の下に配置されたドリップパン１８から有利に構成されているバスケットの底部に溶接されている。軽量金属構造体１２を有利に形成しているメッシュは、好ましくは円筒形であり、かつその上部でメッシュを補強する金属チューブ１６に溶接されている。バスケットの底部を形成しているドリップパン１８の機能は、例えば入口ロックで尚早に融解する可能性があるといった、低い融点の種類の物質を廃棄物が含む場合、任意の金属の滴下または他の溶融物質の滴下を回収することにある（他の種類の実施形態では、ドリップパンは、実質的に液体の漏れのない非常に目を詰めて織られたガラス繊維から作られ得る）。この実施形態では、バスケット全体は、金属チューブ１６の上方において金属チューブ１６に固定されたグリップハンドル１４によって、完成されている。

この実施形態の一例では、ガラス繊維から作られた包体１０の内径は約５００ｍｍに等しく、その高さは約７５０ｍｍである。この場合、６００ｇ／ｍ^２に等しい単位面積当たりの質量で４５°で織られたガラス繊維に関して、包体の重量はおおよそ１ｋｇである。ドリップパン１８は、好ましくは、ステンレス鋼から作られ、その厚さはおおよそ１ミリメートルである。軽量金属構造体１２を形成しているメッシュは、２〜５ｍｍの直径を有するステンレス鋼ワイヤである。

この第１実施形態では、ロックおよび焼却領域におけるバスケットの取り扱いのための大きな外径が、使用される軽量金属構造体１２によって固定されている。

図２を参照すると、開示された本発明にかかる第２実施形態は、軽量金属構造体２２の外側に配置されたガラス繊維包体２０を用いている。この軽量金属構造体も、グリップハンドル２４が上方にある金属チューブ２６に上部で溶接されている円筒形メッシュから構成されている。組立体の基部は、好ましくは、ガラス繊維包体２０の内側に設置され得るドリップパン２８から構成される。この実施形態では、これは、バスケットを廃棄物で満たすことをより容易にしている。

図５を参照すると、軽量金属構造体５２を形成しているメッシュワイヤが、包体５０を形成しているガラス繊維の織りに一体とされている。そして、ドリップパン５８は、ガラス繊維包体５０の内側または外側に設置できる。示した実施形態では、包体を形成しているガラス繊維が、軽量金属構造体５２を形成しているメッシュワイヤの両側を交互に通っている。この形式は、作るのが難しいが、先に開示した２つの実施形態の利点を組み合わせている。

図３を参照すると、第３実施形態によれば、バスケットは、一方が他方の内側に配置されている２つのガラス繊維層３０Ａおよび３０Ｂを備えている。外側層３０Ａの機能は、埃を除去するために熱分解ガスを濾過することである。内側層３０Ｂの機能は、適切な機械的強度特性で廃棄物を収容することである。２つの層の機能または位置が逆にされてもよいことは留意されたい。これらの２つの層３０Ａおよび３０Ｂは、好ましくは分離している。そして、軽量金属構造体３２は、これらの２つの層３０Ａと３０Ｂとの間に配置されている。これら３つの要素３０Ａ、３０Ｂ、および３２は、ガラス繊維または金属ワイヤで縫うことにより、互いに付着されてもよい。

そのため、本発明にかかる焼却方法は、バスケットのない廃棄物の熱分解および燃焼に関してより長い少なくとも１５分間の持続時間の間、焼却炉の内側で廃棄物を焼却するために、先に言及したバスケットを用いる（焼却時間は、バスケットに応じて、３倍さらには１０倍の倍数で増加される）。したがって、廃棄物は、アルゴンで希薄化されると共に２つの電極の間で伝えられるアークプラズマによって加熱される酸素の雰囲気中の燃焼領域が上方にある溶融ガラス浴の上方に配置される。

図４は、ガラス化焼却炉からの出口ガス中の水、二酸化炭素、および一酸化炭素の含有量を、時間の関数として示している。水は破線で示されており、二酸化炭素は太線で示されており、一酸化炭素は細線で示されている。

廃棄物が、１６時４５分で示された時間において、溶融ガラス浴の表面に直接的に送られる場合、熱分解および燃焼の持続時間は、非常に短く、言い換えればおおよそ３分間であり、加えられた酸素が、熱分解ガスの突風の完全な燃焼を保証するには不十分であることが、見て取れる。反応炉からの出口でガス中には、おおよそ３〜４％の一酸化炭素の残留含有量がある。

特にガラス繊維包体と共に、本発明にかかるバスケットが用いられた場合、廃棄物は、１５時４２分で記された時間において、融解ガラス浴の上方に吊り下げられたままとされている。その燃焼時間は、１５時５９分で記された時間まで、１７分間に増加されている。これは、反応炉出口ガス中に一酸化炭素の存在しない完全燃焼を提供できる。

この結果は、燃焼１の開始を遅らせるように、および、熱分解／燃焼を遅延させるように作用するガラス繊維包体によって得られる。これは、特に酸化ガスの供給およびガス処理といった、設備を大型にすることなく、廃棄物の完全な燃焼をもたらす。また、設備からの出口で燃焼ガスの存在を非常に最小限にもする。

１０ 包体
１２ 軽量金属構造体
１４ グリップハンドル
１６ 金属チューブ
１８ ドリップパン
２０ ガラス繊維包体
２２ 軽量金属構造体
２４ グリップハンドル
２６ 金属チューブ
３０Ａ ガラス繊維層（外側層）
３０Ｂ ガラス繊維層（内側層）
３２ 軽量金属構造体
５０ 包体
５２ 軽量金属構造体
５８ ドリップパン

Claims (11)

1. 焼却炉へと挿入されて焼却炉で焼却される廃棄物の支持バスケットであって、
   数ある材料の中でもガラス繊維から作られた包体（１０、２０、３０Ａ、３０Ｂ）から構成されていることを特徴とする支持バスケット。
2. 前記包体（１０、２０、３０Ａ、３０Ｂ）を形成する繊維は、廃棄物の熱分解速度が熱化学的に制御できるように、前記廃棄物の種類に適合された間隙率を規定するメッシュサイズで織られていることを特徴とする請求項１に記載のバスケット。
3. 軽量金属構造体（１２、２２、３２）により補強されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバスケット。
4. 前記軽量金属構造体（１２）が、外部にあり、かつガラス繊維から作られた前記包体（１０）が、前記軽量金属構造体の内側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のバスケット。
5. ガラス繊維から作られた前記包体（２０）が外部にあるとともに、前記軽量金属構造体（２２）がガラス繊維包体の内側に配置されていることとを特徴とする請求項３に記載のバスケット。
6. 前記軽量金属構造体を形成するメッシュワイヤが、前記包体を形成する繊維の織りに一体とされていることを特徴とする請求項３に記載のバスケット。
7. 前記包体が、熱分解ガスを濾過する第１外側層（３０）、および、廃棄物を含む第２内側層（３０Ｂ）である、２つのガラス繊維層（３０Ａ、３０Ｂ）から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバスケット。
8. 軽量金属構造体（３２）が、ガラス繊維包体の層（３０Ａ、３０Ｂ）同士の間に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のバスケット。
9. 前記軽量金属構造体（１２、２２、３２）が、メッシュから構成されていることを特徴とする請求項３に記載のバスケット。
10. 廃棄物ガラス化焼却炉で廃棄物を焼却する方法であって、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のバスケットで焼却される廃棄物を、溶融ガラス浴の上のガス雰囲気中に保たれるように配置するステップと、
    熱分解および燃焼を実施し、完全燃焼が達成され得るように、バスケットのない廃棄物の熱分解および燃焼よりも長い持続時間の間、前記バスケットに有毒粒子を閉じ込めるステップと、
    から成ることを特徴とする方法。
11. 前記廃棄物の完全燃焼の後、廃棄物燃焼残留物を収容しているガラス繊維バスケットが、溶融ガラス浴で溶解されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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