JP6999258B2

JP6999258B2 - 回転式廃棄物焼却炉、回転式廃棄物焼却炉の操業方法および保護層形成方法

Info

Publication number: JP6999258B2
Application number: JP2016172987A
Authority: JP
Inventors: 優毅平松; 光政星; 義昭鈴木
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: JP2018040508A

Description

本発明は、回転式廃棄物焼却炉、回転式廃棄物焼却炉の操業方法および保護層形成方法に関する。

電子基板、フレキシブル基板、ＩＣチップ、携帯電話、ＰＣ等の電子機器や、冷蔵庫等の電化製品、自動車等の廃棄物は、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等を含有している。そこで、このような廃棄物をリサイクル原料として再利用することが提案されている。例えば、リサイクル原料をロータリーキルン炉等の回転炉内に導入して焼却する処理方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５６２６４１８号公報

様々なリサイクル原料を、回転炉内を回転させながら焼却させるため、材料と耐火物とが擦れ合って耐火物が損耗しやすい。さらに、原料に水分が含まれている場合には、耐火物に水分が染み込んで耐火物が劣化し、より損耗しやすくなる。

本発明は上記の課題に鑑み、内面の耐火物の損耗を抑制することができる回転式廃棄物焼却炉、回転式廃棄物焼却炉の操業方法および保護層形成方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転式廃棄物焼却炉は、内面に耐火物を備える、焼却残渣を排出する回転式廃棄物焼却炉であって、Ｃａ，酸化していない金属ＡｌおよびＳｉを含有するリサイクル原料に由来し、前記金属Ａｌが溶融し、酸素によって酸化しつつ、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉを含むスラグを生成し、そのスラグを含む保護層を前記耐火物表面に有することを特徴とする。前記保護層がリサイクル原料の焼却過程で生成された層であってもよい。ストーカ炉を有していてもよい。前記保護層は、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉが化合した酸化物としてもよい。前記保護層におけるＡｌ含有量を１０ｍａｓｓ％～３５ｍａｓｓ％としてもよい。前記保護層の厚みは、１００ｍｍ～３００ｍｍとしてもよい。前記回転式廃棄物焼却炉は、前記内面から前記回転式廃棄物焼却炉の内部方向に突出するリフタを備えていてもよい。

本発明に係る回転式廃棄物焼却炉の操業方法は、上記いずれかの回転式廃棄物焼却炉を用いて、リサイクル原料を焼却することを特徴とする。本発明に係る保護層形成方法は、内面に耐火物を備える、焼却残渣を排出する回転式廃棄物焼却炉において、Ｃａ，酸化していない金属ＡｌおよびＳｉを含有するリサイクル原料に由来し、前記金属Ａｌが溶融し、酸素によって酸化しつつ、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉを含むスラグを生成し、そのスラグを含む保護層を前記耐火物表面に形成することを特徴とする。前記保護層がリサイクル原料の焼却過程で生成されてもよい。

本発明によれば、回転式廃棄物焼却炉の内面の耐火物の損耗を抑制することができる。

（ａ）は廃棄物の処理方法に用いられる廃棄物焼却炉の模式図であり、（ｂ）はロータリーキルンの鏡部の側面図である。（ａ）および（ｂ）は炉の断面図である。（ａ）および（ｂ）は炉の断面図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。

（実施形態）
図１（ａ）は、リサイクル原料の焼却に用いられる焼却炉１００の模式図である。図１（ｂ）は、後述する回転炉１０の鏡部１２の側面図である。図１（ａ）で例示するように、焼却炉１００は、概略として、第１の燃焼炉である回転炉１０と第２の燃焼炉であるストーカ炉２０とが互いに接続された構成を有する。

回転炉１０は、横置きの円筒状の炉１１を備えている。図１（ｂ）で例示するように、炉１１の一方端の鏡部１２に、廃棄物を投入するための投入口１４が設けられている。また、投入口１４の近傍には、バーナ１３が設けられている。バーナ１３は、重油や再生燃料などの燃料を燃焼させることによって炉１１内に向かって火炎を吹き出す。それにより、廃棄物を焼却することができる。投入口１４よりも上方には、複数の（例えば３つの）空気供給口１５が設けられている。投入口１４よりも下方には、複数の（例えば３つの）空気供給口１６が設けられている。炉１１の他端は、ストーカ炉２０に接続されている。炉１１は、ストーカ炉２０に向かって僅かに下方に傾斜するようにして配置されており、図示しないモータによって回転可能となっている。回転軸は、炉１１の形状をなす円筒の中心軸である。回転炉１０内の廃棄物は、徐々に移動し、ストーカ炉２０に排出される。

ストーカ炉２０は、回転炉１０との接続箇所よりも上方に、二次燃焼バーナ２１を備える。二次燃焼バーナ２１は、重油や再生燃料などの燃料を燃焼させることによってストーカ炉２０内に向かって火炎を吹き出す。それにより、廃棄物をさらに焼却することができる。また、ストーカ炉２０は、回転炉１０との接続箇所よりも下方に、格子部２２を備える。回転炉１０から排出される廃棄物は、格子部２２上に落下する。格子部２２は、排出部側に向かってわずかに下方に傾斜している。それにより、アルミニウム等の低融点金属が溶融しても、勾配に沿って排出部側に流れる。

本実施形態において、対象とするリサイクル原料は、少なくともＣａ，ＡｌおよびＳｉを含む。また、対象とするリサイクル原料は、酸化等をしていない金属Ａｌを含む。リサイクル原料は、例えば、自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）、廃家電スクラップ、廃プラスチック等の産業廃棄物である。自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）には様々な金属含まれ、特にＣａ，Ａｌ及びＳｉについては多く含まれている。一般廃棄物にも適用は可能であるが、焼却残渣からの有価金属の回収を念頭に置いている。そのため、焼却灰や燃え殻といった焼却残渣は非鉄精錬炉等で溶融処理され、有価金属成分を回収するのに適した成分として排出される。

自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）以外の産業廃棄物の具体例として、汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板屑、パット屑，廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダストなどが挙げられる。「汚泥」は脱水汚泥、めっき汚泥、研磨汚泥、下水汚泥などである。脱水汚泥はＣａ，Ｆｅを主成分とする。めっき汚泥はＣｕ，Ｆｅ，Ｓ，Ｃａを主成分とする。燃え殻は焼却残渣等である。プリント基板はＣｕとプラスチックから構成される。鉱滓はＡｌ_２Ｏ_３粉等、パット屑はブレーキパッド等である。廃ショットはショットブラスト用投射粒等の廃材である。ダストは煤塵である。なお、リサイクル原料は、金属Ａｌを多く含むことが好ましい。したがって、リサイクル原料は、プリント基板屑を含むことが好ましい。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、炉１１の断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ線断面に相当する。図２（ａ）および図２（ｂ）で例示するように、炉１１の内面には、耐火物１７が設けられている。耐火物１７は、特定の耐火物に限定されるものではなく、炉の目的に応じて耐火物を選択されればよいが、例えば、本発明では、Ａｌ_２Ｏ_３、を主体とするような一般的な耐火物で、プレキャストブロックがあげられる。

また、耐火物１７の表面には、リフタ１８が設けられている。リフタ１８は、耐火物１７の表面から炉１１の内部方向に突出する凸状部のことである。リフタ１８は、例えば、耐火物１７と同じ材料からなる。リフタ１８は、炉１１の前段部分において、炉１１の形状をなす円筒の延伸方向（以下、炉１１の延伸方向）に延びるように設けられている。また、リフタ１８は、複数設けられている。例えば、炉１１の形状をなす円筒の周方向において所定の間隔を空けて複数のリフタ１８が設けられている。

本実施形態において、キルン炉の大きさに限定されることはないが、一例としては、炉１１は、５０００ｍｍ～６０００ｍｍ程度の長さを有する。炉１１の内径は、２９００ｍｍ～３７００ｍｍ程度である。耐火物１７の厚みは、１００ｍｍ～２５０ｍｍ程度である。リフタ１８の厚み（耐火物１７からの突出高さ）は、１００ｍｍ～１５０ｍｍ程度である。また、本実施形態において、リフタが設置されていることがのぞましい。ただし、サイズや、設置位置に限定されないが、一例としては、炉１１の延伸方向において、リフタ１８の長さは、８００ｍｍ～２０００ｍｍ程度である。また、炉１１の延伸方向において、リフタ１８は、入口から１０００ｍｍ程度の箇所から３０００ｍｍ程度の箇所まで延びている。

リフタ１８を設けることで、炉１１内に投入されたリサイクル原料は、炉１１の回転に伴って持ち上げられ、落下し、これらを繰り返す。この際に、鏡部１２の下部の空気供給口１６から空気を供給することにより、リサイクル原料の下方から空気が供給される。落下するリサイクル原料に対して下方から空気が供給されることになり、リサイクル原料と空気とが混合されやすくなる。それにより、燃焼の均一化を図ることができる。鏡部１２の上部の空気供給口１５から空気を供給してもよいが、下部から空気を供給する方が燃焼に寄与する効果が高くなる。

炉１１内に設けられているリフタ１８は、４～６列設置されていると特に粉状や塊状のリサイクル原料に対して撹拌効果が高い。多数設置しすぎると持ち上げる粉体の量が減り、かつ大きめのリサイクル原料が持ち上げられずに物理破砕効果が減殺される。

リサイクル原料の焼却の過程で、リサイクル原料に含まれるＣａ，ＡｌおよびＳｉは、スラグを生成する。まず、金属Ａｌは低融点（６６０℃）を有することから、リサイクル原料に含まれる金属Ａｌが溶融し始める。溶融した金属Ａｌは、炉１１内の酸素によって酸化しつつ、Ｃａ，Ａｌなどと共に、比較的低融点のスラグを生成する。融体化したスラグは、炉１１の延伸方向に流動する。また、炉１１は回転するため、炉１１の周方向にも融体化スラグが流動する。その後、融体化したスラグは、固体化して耐火物１７の表面に鋳付きとして付着する。この鋳付きは、耐火物１７を保護する保護層１９としての役割を果たす。図３（ａ）および図３（ｂ）は、保護層１９が形成された後の炉１１の断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ線断面に相当する。

保護層１９が耐火物１７を覆うように形成されることから、耐火物１７の表面が炉１１内の高温環境に曝されることが抑制される。この場合、耐火物１７の高温化や急激な温度変動が抑制される。それにより、耐火物１７の損傷を抑制することができる。また、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉは、リサイクル原料に含まれるため、スラグ生成用の特別な原料などを必要としない。したがって、リサイクル原料の焼却を行う操業において、特別な工程も必要としない。また、金属Ａｌは低融点を有するため、炉１１内を高温にしなくても、保護層１９を生成することができる。

Ｃａ，ＡｌおよびＳｉを含むスラグは、例えば、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉが化合した酸化物である。Ｃａ，ＡｌおよびＳｉが化合した酸化物は、例えば、アノーサイト（ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）である。低融点の金属Ａｌが多いほど低温で保護層１９が生成しやすくなるため、保護層１９のＡｌ含有量が多い方が好ましい。具体的には、保護層１９のＡｌ含有量は、１０ｍａｓｓ％～３５ｍａｓｓ％であることが好ましい。リサイクル原料に含まれる金属Ａｌが多いほど金属Ａｌの溶融量が多くなるため、リサイクル原料中の金属Ａｌ含有量は、２ｍａｓｓ％～３０ｍａｓｓ％であることが好ましい。

保護層１９が薄すぎると、耐火物１７の損傷が十分に抑制されないおそれがある。一方、保護層１９が厚すぎると、部分的に過剰成長が生じて、焼却によって溶融したリサイクル原料の流動が阻害されるおそれがある。そこで、保護層１９の厚みには範囲を設けることが好ましい。例えば、保護層１９の厚みは、５０ｍｍ～４００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１００ｍｍ～３００ｍｍである。

炉１１内においては、後段ほどリサイクル原料の焼却が進むため、後段ほど温度が高くなる。したがって、炉１１の後段では保護層１９が形成されやすい。また、炉１１内にリフタ１８が設けられていれば、リサイクル原料の攪拌が進むため、燃焼効率が高くなる。それにより、リフタ１８が設けられた箇所以降では保護層１９が形成されやすい。例えば、炉１１の入口部分において６６０℃以上になっていれば、耐火物１７の全体にわたって保護層１９が形成されやすくなる。リフタ１８が設けられている場合には、リフタ１８が設けられている箇所またはそれよりも前段において６６０℃以上になっていることが好ましい。

なお、リサイクル原料の焼却を行う操業において、保護層１９を形成するための特別な工程は不要であるが、保護層１９を形成するための工程を事前に行うことで予め保護層１９を形成しておくことが好ましい。例えば、炉１１内にリサイクル原料を投入しつつ炉１１の入口部分から６６０℃以上となるように予備的に操業を行うことで、耐火物１７の広範囲にわたってスラグを形成することができる。その後、一時的に炉１１内の温度を低下させることで、耐火物１７の広範囲にわたって保護層１９を効率よく形成することができる。このように、耐火物１７の広範囲にわたって保護層１９を予め形成しておくことで、リサイクル原料の焼却の実操業の際に耐火物１７の損傷をより抑制することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０回転炉
１１炉
１２鏡部
１３バーナ
１４投入口
１５空気供給口
１６空気供給口
１７耐火物
１８リフタ
１９保護層
２０ストーカ炉
１００焼却炉

Claims

内面に耐火物を備える、焼却残渣を排出する回転式廃棄物焼却炉であって、
Ｃａ，酸化していない金属ＡｌおよびＳｉを含有するリサイクル原料に由来し、前記金属Ａｌが溶融し、酸素によって酸化しつつ、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉを含むスラグを生成し、そのスラグを含む保護層を前記耐火物表面に有することを特徴とする回転式廃棄物焼却炉。
前記保護層がリサイクル原料の焼却過程で生成された層であることを特徴とする請求項１に記載の回転式廃棄物焼却炉。
ストーカ炉を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転式廃棄物焼却炉。
前記保護層は、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉが化合した酸化物であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の回転式廃棄物焼却炉。
前記保護層におけるＡｌ含有量が１０ｍａｓｓ％～３５ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の回転式廃棄物焼却炉。
前記保護層の厚みは、１００ｍｍ～３００ｍｍであることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の回転式廃棄物焼却炉。
前記回転式廃棄物焼却炉は、前記内面から前記回転式廃棄物焼却炉の内部方向に突出するリフタを備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の回転式廃棄物焼却炉。
請求項１～７のいずれか一項に記載の回転式廃棄物焼却炉を用いて、リサイクル原料を焼却することを特徴とする回転式廃棄物焼却炉の操業方法。
内面に耐火物を備える、焼却残渣を排出する回転式廃棄物焼却炉において、Ｃａ，酸化していない金属ＡｌおよびＳｉを含有するリサイクル原料に由来し、前記金属Ａｌが溶融し、酸素によって酸化しつつ、Ｃａ，ＡｌおよびＳｉを含むスラグを生成し、そのスラグを含む保護層を前記耐火物表面に形成することを特徴とする保護層形成方法。
前記保護層がリサイクル原料の焼却過程で生成されることを特徴とする請求項９に記載の保護層形成方法。