JPH0210342B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、都市ゴミや下水汚泥を焼却したとき
に生ずる焼却残渣の溶融処理炉に関するものであ
る。

［従来の技術及びその課題］ ここで焼却残渣とは、下水汚泥の場合は無機物
の酸化物および炭酸化合物そして集塵装置により
捕集されたHg、Pb、Cd、Zn等の重金属を含む
ダストからなる微細な残渣であり、都市ゴミの場
合は更に粗大物が混ざつた残渣であり、また集塵
装置により捕集された重金属を含むダストのみの
場合もある。

この様な都市ゴミや下水汚泥を焼却した後に生
ずる焼却残渣は、従来、埋め立てにより処分され
ていたが、埋め立て用地の確保が次第に困難にな
つてきており、現在の社会情勢や環境保全の面か
らみて必ずしも満足すべき処分方法とは言えな
い。

そこで近年、燃却残渣を高温で溶融固定する方
法が提案されている。例えば電気アーク炉によつ
て固定する方法はその一つである。この方法は黒
鉛電極を設けた製鋼用のアーク炉をベースにした
電気アーク炉に1450〜1550℃程度の高温溶融状態
にしたベースメタル（例えば鉄よりなる金属湯）
を入れ、前記燃却残渣をこれに添加して含有され
る重合属類をベースメタル中に溶解捕促し、一
方、無機質成分は前記重金属成分を一部含有した
溶融スラグとしてベースメタル上に浮遊分離せし
め炉外に取り出し冷却固化するものである。この
方法は高温のアーク熱を利用するので、燃却残渣
の溶融が完全に行なわれ組織の均一なスラグが得
られるとともに、ベースメタルを使用しているの
で重金属類をこれに捕捉してスラグと分離できる
とか、燃焼炉を用いる場合に比べて発生ガスが少
ないので、排ガス処理設備はコンパクトで済み、
又、排ガスによる熱損失が小さいために熱効率が
良いといつた利点がある。

しかし、その反面、炉の上部からの熱の放散が
大で、黒鉛電極の消耗量が大きく、その黒鉛電極
の補充作業が厄介であるばかりでなく消費電力が
大きいという難点がある。又、電極位置制御機構
が必要でそのため設備自体が大型になるという問
題がある。

また、近年、焼却残渣をジユール熱を用いて溶
融して処理する装置が提案されているが、その様
な装置は電極を炉本体の上方から挿入する構成で
あるので、電極が溶融物と未溶融物との界面に接
して消耗が大きいこと、有害な重金属が蒸発揮散
すること、及び熱効率が悪いこと等の問題があつ
た。

［課題を解決するための手段］ 即ち前記目的を達するためになされた本発明の
は、 都市ゴミの燃却又は下水汚泥の焼却によつて生
じた焼却残渣を投入処理する溶融処理炉におい
て、該溶融処理炉を都市ゴミの焼却設備又は下水
汚泥の焼却設備に直結して設置し、且つ、前記溶
融処理炉の炉壁には溶融スラグ排出口を設けると
ともに炉底部には溶融金属排出口を設け、更に前
記溶融スラグ排出口より下方の炉壁には、交流通
電を行うことにより溶融物自体にジユール熱を発
生させて溶融状態を維持するモリブデン電極を、
水平方向に出没自在に設けたことを特徴とする焼
却残渣の溶融処理炉を要旨とする。

［作用］ 溶融処理炉中の焼却残渣の溶融物に、炉壁に取
り付けられたモリブデン電極を没入させる。この
モリブデン電極は水平方向に出没自在に取り付け
られているので、焼却残渣の未溶融物や空気を介
さずに、溶融処理炉の側面から溶融物中に直接に
入れることができる。この焼却残渣の溶融物は電
気の導体であるので、モリブデン電極に交流電流
を流すことによつてジユール熱が発生し、ジユー
ル熱によつて持続的でかつ効率よく溶融物を加熱
して溶融状態を維持する。そして、モリブデン電
極の上方に設けられた溶融スラグ排出口から溶融
スラグを取り出し、一方、炉底部に設けられた溶
融金属排出口から溶融した重金属をそれぞれ分離
して取り出す。

［実施例］ 以下に本発明を一実施例を示す図面に基づいて
説明する。

第１図は本発明の焼却残渣の溶融処理炉及び付
帯装置の配置を示す概略図である。１は都市ゴミ
又は下水汚泥の焼却炉、２はその投入ホツパであ
る。３は焼却炉１の排気ダクトで焼却後の排ガス
は煙突４より排気されるが、途中には、排ガスの
持つエネルギを利用する廃熱ボイラ５、排ガス中
に同伴される粉塵を捕捉する電気集塵機６、排ガ
スを誘引する吸引ブロワ７がそれぞれ設けられて
いる。８は本実施例の主体である溶融処理炉で、
前記焼却炉１の直下に位置して設置され、粗大残
渣セパレータ９を途中に備えた焼却残渣投入経路
１０を介して焼却炉１と直結しており、そこで生
じた粒子の小さい燃却残渣のみが直接投入される
ようになつている。尚前記粗大残渣セパレータ９
で分別された粗大残渣はコンベア１１より系外へ
取り出され図示しない破砕機などにより破砕され
て、溶融処理炉８へ焼却残渣投入経路１０を通し
て投入されるようになつている。この場合、粗大
残渣セパレータ９で分離された主として無機物の
酸化物および炭酸化合物からなる粒子の小さい焼
却残渣のみが溶融され、一方、分離選別された粗
大残渣は溶融されず、破砕したり又は破砕されず
そのまま回収される場合もある。

溶融処理炉８は例えばZrの含有量の多いSiO₂
−Al₂O₃−ZrO₂系の耐火材料で構築された密閉容
器からなつており、前記焼却炉１の投入口１０ａ
のほかに次のような付属設備が取り付けられてい
る。

即ち、１２は投入された焼却残渣を加熱して溶
融物１３とするための初期加熱装置で、具体例と
しては図示しない燃料供給源から配管１２ａによ
り供給される燃料ガスのバーナ、油バーナ、或は
電気ヒータなどがあげられる。１４は焼却残渣の
溶融スラグの排出口で、溶融処理炉８の炉壁に設
けられ排出された溶融スラグを受け入れ固化させ
るコンベア式のスラグ固化装置１９に開口してい
る。このスラグ固化装置１９は粗骨材を製造する
のに適しており、微細骨を製造する場合は図示外
の水砕装置、風砕装置を用いる。１５は底部に設
けられる前記溶融スラグの下層に沈降する溶融金
属類の排出口でコンベア式のメタル固化装置１６
に開口している。更に、溶融処理炉８には炉本体
に水平方向に出没自在のモリブデン電極１７が設
けられている。このモリブデン電極１７は電圧調
製用電源トランス１８を通して交流が流されてお
り、これによつて導体である溶融物１３はジユー
ル熱が発生して内部加熱されて溶融状態が維持さ
れる。このモリブデン電極１７は、黒鉛電極に比
べ十数倍の耐蝕性があり強度も高い。更に電流密
度も大きく比表面積も小さくできるのでコンパク
トな電極となる。

第２図は他の実施例の溶融処理炉及び付帯装置
を示す概略図である。

図において、２は下水汚泥の湿潤ケーキを入れ
るホツパ、２０はその切り出しコンベア、１は焼
焼装置２１を備えた下水汚泥ケーキの多段床焼却
炉で両者は導管２３により連結されており、更に
前記焼却炉１の真下には、焼却炉１と焼成した焼
却残渣の投入経路１０を介して直結する第１図に
示すものと同一形式の溶融処理炉８が設けられ
る。即ち、本実施例の場合は、湿潤状態の下水汚
泥ケーキの多段床焼却炉１を設けた点のみが第１
図の例と異なる。

以上のような構成よりなる溶融処理炉８を用い
て都市ゴミ焼却残渣は又は下水汚泥焼却残渣を処
理するには、焼却炉１で生じた焼却残渣を、焼却
炉１に焼却残渣投入経路１０を介して直結する溶
融処理炉８へ直接投入する。この場合、焼却残渣
は含熱状態であるので、加熱溶融のための必要熱
源を少なくすることができる。溶融処理炉８へ投
入された焼却残渣は初期加熱装置１２により通電
可能な状態にまで加熱する。この場合の温度は計
市ゴミ、下水汚泥等の性質にもよるが、およそ
1000〜1100℃の範囲である。次に炉壁に取り付け
てあるモリブデン電極１７を炉本体内に突出し、
前記生成した溶融物１３中に没入せしめて交流電
流を通し、これを導体として発生するジユール熱
により溶融状態を維持する。この状態で、前記焼
却残渣を焼却炉１から連続的に添加し、溶融化し
て、生成溶融物を排出口１４より逐次排出してコ
ンベア式のスラグ固化装置１９上に析出固化せし
め、下層として溶融沈降する金属類を底部排出口
１５から排出する。この場合における電力量は、
都市ゴムや下水汚泥の性質により異なるが、約
650〜750KVA／ｔ−被処理物の範囲である。な
お溶融層上部は低温なので、一度蒸発した重金属
はこの低温層で捕集（コールドトラツプ）され
る。

従つて、上述した実施例の溶融処理炉８は、従
累の燃焼式溶融炉、電気アーク式溶融処理炉又は
ジユール熱を利用した溶融処理炉に比べて次のよ
うな点に優れている。

特に、電極を炉の上方より焼却残渣に入れ、ジ
ユール熱によつて溶融する構成従来の溶融処理炉
と比較し、次の２つの大きな長所がある。

(1) 電極は炉壁から水平方向に配置されて、燃却
残渣の溶融物中に埋没しているので、強い酸化
作用を有する未溶融物と溶融物との界面に接し
ない。従つて、電極は酸化されにくく消耗が少
ない耐久性に優れている。

(2) 焼却残渣の内部から加熱が行われ、かつ新し
い焼却残渣が上部から補給されるので、焼却残
渣の表面は未溶融物で覆われ比較的低温であ
る。従つて、ダスト類に多量に含まれる揮発性
成分、例えばHg、Pb、Cd、Znなどの有害な
重金属は、この低温の層で捕集（コールドトラ
ツプ）されるので蒸発輝散しにくい。

更に、本実施例の溶融処理炉は上記効果に加え
て次の効果を奏する。

(3) 従来の様に電極の先端だけでなく、電極全体
が燃却残渣内に埋没するので、熱効率が高い。

(4) 電極は溶融物中に埋没し水平方向に伸びてい
るので、従来の垂直方向に伸びる電極に比べて
溶融物の対流が生じやすく、溶融物の均一加熱
ができる。また対流が生じやすいのであるか
ら、この点からも熱効率が優れている。

(5) 電極は溶融物の表面の未溶融物を突き抜ける
構成ではなく、溶融物中に埋没しているので、
未溶融物は隙間なく溶融物を覆つて効果的に断
熱材の役割を果たす。従つて、熱が逃げにくい
ので高温を維持することが容易である。

(6) 電極は、溶融物中に埋没しているので、炉本
体の上方から焼却残渣を連続的に投入しても、
これによつて電極が浸蝕され耐久性が劣化する
ことがない。

(7) 溶融スラグ排出口は電極の取り付け位置より
も上方に設けられている。従つて、溶融スラグ
排出口から溶融物を排出しても、溶融物の表面
が一定以上低下することがない。従つて、電極
が前記界面に接触して消耗したり、或は表面上
に露出することがない。

(8) 炉壁の溶融スラグ排出口と炉底部の溶融金属
排出口とは完全に分離している。従つて、溶融
スラグ排出口から取り出される溶融物には溶融
金属の含有量は少ない。即ち、各排出口から取
り出される時点で溶融物の分離選別が行われる
ので物質の再利用が容易である。例えば副生す
る固化スラグは、道路用或は建築用の骨材とし
て十分利用できる。

(9) ガラス製造に使用される溶融物と比較する
と、溶融物の比抵抗が本実施例の方が大きいの
で電圧を高く電流を低く設定することができ
る。従つて、送電ケーブルの電線径を細くする
ことができ設備を簡単な構成にすることができ
る。

また、従来のアーク式溶融処理炉に比べて次
のような長所がある。

(10) 加熱が焼却残渣の溶融物の内部から行われる
ので、溶融物の対流効果によつて、均一加熱が
できる。また焼却炉から順次投下される焼却残
渣により溶融物の表面が低温度でカバーされる
ので、アーク熱による外部加熱方式の溶融処理
炉にみられるような、炉上部からの熱放散が少
なく熱効率がよい。例えばアーク式溶融処理炉
と本実施例の溶融処理炉とについて、熱効率を
比較した場合、前者が65〜75％であるのに対
し、後者は75〜85％と極めて高い。

(11) 電極消耗量が少なく、またその補充のための
接続が容易である。例えばアーク式溶融処理炉
における黒鉛電極の消耗量は７ｇ／kwh、補充
頻度は1.2ｍの長さの電極で1.9日／本であるの
に対し、本実施例の溶融処理炉に取り付けられ
るモリブデン電極の消耗量は0.1〜0.15ｇ／
kwh、補充頻度は１ｍの長さの電極で30〜40
日／本である。

(12) アーク式溶融処理炉に用いられる黒鉛電極と
比べて、本実施例の溶融処理炉のモリブデン電
極は小型のものを用いることができる。例えば
アーク式溶融処理炉の黒鉛電極の比重が約1.6、
電流密度が0.3〜0.7A／cm²であるのに対して、
モリブデン電極の比重は約10、電流密度は
2A／cm²であるので、電極周りの設備をコンパ
クトにすることができる。また溶融に投入した
電力はそのまま溶融保持熱となり蓄積されるの
で、溶融温度を高くすることが一層容易であ
る。

(13) アーク式溶融処理炉では、電圧−電圧制御
のために電極連続昇降装置のような複雑な電極
位置制御機構を必要とするが、本実施例の溶融
処理炉では、電力制御は電圧制御のみで行な
い、かつ電極は半固定式であるので、電極の位
置変更は把持装置を緩め押し込めるだけでよ
く、その構造が簡単で運転操作が容易である。

次に燃焼式焼却炉に比べると、排ガスが短時間
しか発生しないので次のような長所を有する。

(14) 排気設備、熱回収設備などの大型装置を必
要とせずに初期加熱装置のための小型の排出装
置を設けるだけでよい。

(15) 燃焼用送風機、排風機などの騒音発生設備
が不用で作業環境がよい。

(16) 燃焼排ガスによるNOx、SOxなどの発生が
なく、公害防止のための大気汚染防止装置を必
要としない。

［発明の効果］ 本発明の燃却残渣の溶融処理炉は、炉壁に溶融
スラグ排出口を設けるとともに炉底部に溶融金属
排出口を設け、更に溶融スラグ排出口より下方の
炉壁には、ジユール熱により溶融状態を維持させ
るためのモリブデン電極を水平方向に出没自在に
設けている。従つて、電極が未溶融物に接するこ
となく溶融物に埋没するので、酸化作用による電
極自体の消耗がなく耐久性に優れている。また、
有害な重金属の蒸発揮散を防止できる。更に排出
されたスラグの再利用が容易である等の各種の効
果があり、都市ゴミや下水汚泥の焼却により生ず
る焼却残渣の処理設備として極めて有用なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焼却残渣の溶融処理炉及び周
辺設備を示す全体概略図、第２図は同じく本発明
の他の焼却残渣の溶融処理炉及びその周辺設備を
示す全体構成図である。 １……焼却炉、２……ホツパ、３……排気ダク
ト、４……煙突、５……廃熱ボイラ、６……電気
集塵機、７……吸引ブロワ、８……溶融処理炉、
９……粗大残渣セパレータ、１０……焼却残渣投
入経路、１１……コンベア、１２……初期加熱装
置、１３……溶融物、１４……溶融スラグ排出
口、１７……電極、１８……電源トランス、２０
……切り出しコンベア、２１……燃焼装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 都市ゴミの焼却又は下水汚泥の焼却によつて
   生じた焼却残渣を投入処理する溶融処理炉におい
   て、該溶融処理炉を都市ゴミの焼却設備又は下水
   汚泥の焼却設備に直結して設置し、且つ、前記溶
   融処理炉の炉壁には溶融スラグ排出口を設けると
   ともに炉底部には溶融金属排出口を設け、更に前
   記溶融スラグ排出口より下方の炉壁には、交流通
   電を行うことにより溶融物自体にジユール熱を発
   生させて溶融状態を維持するモリブデン電極を、
   水平方向に出没自在に設けたことを特徴とする焼
   却残渣の溶融処理炉。