JPH02309188A - 廃棄物等加熱溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加熱溶融炉に係り、特に金属酸化物を主成分と
する廃棄物や鉱物、セラミックス等に熱を加えて溶融す
るだめの炉に関する。

〔従来の技術〕

従来この種の装置にはマイクロ波を加熱源とする溶融炉
が用いられてきた。マイクロ波加熱は被加熱物の内部か
ら発熱させるため熱伝導の悪い物質の加熱や含水率の多
−い物質の加熱には熱効率及び昇温時間の短縮の面で効
果が認められていた。

マイクロ波加熱による廃棄物の溶融炉の従来型を第３図
に示す。第３図において、溶融容器１は主としてステン
レスなどの金属製で断熱材２で覆われ下部炉体３を構成
している。下部炉体３は昇降機４により上部炉体６に着
脱可能となっている。昇降機で着脱する下部炉体は被加
熱物７の投入や取出しのため移動機５に取付られている
。

運転方法は予め被加熱物を溶融容器に入れてからマイク
ロ波を印加する方法と、適宜被加熱物供給ノズルより供
給する方法、又は両者の組合せによる方法などがある。

マイクロ波加熱の欠点は溶融容器が金属製の場合、マイ
クロ波は容器表面近傍で電界強度が非常に小さくなる為
この部分での物質の加熱が出来なくなる。このため溶融
容器をマイクロ波が反射しにくい材料に換えたり、被加
熱物をかきまぜたりして対処しているのが実情である。

しかし、放射性廃棄物の溶融固形化のごとき溶融容器の
破損が大きな事故に結びつき兼ねない場合は金属以外の
材料への変更が難かしいこと、また被加熱物をかきまぜ
る場合、装置が複雑となる上に容器近傍にある被加熱物
を溶融するという基本的な問題の解決には結びつかない
。

□〔発明が解決しようとする課題〕 上記のように、マイクロ波加熱は局部加熱を起し易く、
マイクロ波により発熱しやすい物質にあっては表層に近
い部分しか加熱されずまた、金属製溶融容器を用いる場
合マイクロ波は容器表面で反射され溶融容器表面近傍の
被加熱体は、加熱されないなどマイクロ波加熱だけでは
実質的に均一な溶融体を得ることが困難であった。

そこで、本発明は、上記欠点を解消し、装置の運転操作
が容易で、短時間に均一な溶融体を得るための装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、廃゛棄物等を
加熱溶融せしめる炉−において、マイクロ波加熱手段と
電気ヒータ加熱手段を併用設置したものであり、そして
、該加熱溶融炉は、マイクロ波加熱手段を設けた上部炉
体と電気ヒータ加熱手段を設けた下部炉体からなってい
る。

また、本発明の加熱溶融炉において、上部炉体は、炉支
持体に固定され、マイクロ波導波管、排ガス出口管、廃
棄物等供給口及び添加剤投入口等を備え、下部炉体は、
溶融容器及び該溶融容器を加熱するための電気ヒータを
内蔵する炉本体より構成され、下部炉体と上部炉体に着
脱するための昇降機構及び溶融容器を下部炉体に着脱す
るための移動機構を備えている。

次に、本発明の詳細な説明する。

第１図に本発明の加熱溶融炉を示す。装置の基本的な構
成は第３図の従来型と同じであるが、下部炉体に電気ヒ
ータ８を組込んでいるところが大きな違いである。溶融
容器は電気ヒータにより側面及び底面が、上部はマイク
ロ波によりそれぞれ加熱される。溶融容器は容器支持体
９で保持される。容器支持体は納めている溶融容器と同
形状で溶融容器の加熱体であり下部炉体の構成要素でも
ある。容器支持体はステンレス、インコネル等耐熱鋼が
使用されるべきである。

溶融容器中の被加熱物は上層部はマイクロ波により加熱
され底部及び側壁より電気ヒータで加熱される。

加熱温度は溶融容器外表面及び被加熱物上層部で監視制
御される。第２図の温度検出針座１０．１１がそれで検
出計は例えば溶融容器外表面は熱電対、被加熱物上層部
は赤外線で検出出来る。

被加熱物は、外周部全域に渡り溶融が進行し、溶融体の
対流が活発となり、被加熱物の全溶融所要時間はマイク
ロ波加熱及び電気ヒータ加熱個々の加熱効果を合計した
以上の、短時間で可能となり顕著な相乗効果が達成され
た。装置の運転操作も極めて容易でかつ合理的に行うこ
とができる。

尚、上記説明では、電気ヒータを代表的に行ったが、誘
導加熱であれば、電気ヒータと同様に同一の目的が達成
できる′も−のである。

〔作　用〕

本発明はマイクロ波加熱に電気ヒータ加熱を併用するこ
とにより、従来のマイクロ波加熱では困難であった完全
溶融を可能ならしめた。溶融容器内の被加熱物を全域に
渡り均一に溶融出来ない従来のマイクロ波加熱法はその
用途が著るしく限定される為、実用化はまったく進んで
いないのが実情である。マイクロ波加熱の強い被加熱物
上層部の溶融が、始まり、その溶融物が被加熱物層の空
隙を落下する間に冷却され凝固し中間層で凝固物が隔壁
を形成して二重層となり、隔壁より上層部は時間をかけ
ることによりほぼ完全に溶融するが、隔壁より下層部は
まったく溶融されない。この対策として被加熱物を少量
づつ間欠的に供給する方法が取られることになるが最低
部はマイクロ波で加熱されない為、溶融容器が間接的に
加熱され熱伝導により容器底板に伝わるまで長時間加熱
しつづけなければならない。この為現実には均一溶融が
必要なプロセスには実用化されていない。

これらの欠点を完璧に解決したのが本発明である。電気
ヒータ出力を可変にすることにより効率の最適化が図れ
ること、一般的に金属酸化物や鉱物、ガラス材等は低温
域ではマイクロ波の発熱効果が悪いので、電気ヒータで
の予熱はマイクロ波加熱の熱効率を高めることまた、マ
イクロ波放電の発生しやすい物質においてはマイクロ波
単独加熱ではまったく溶融が不可能な物質でもマイクロ
波出力とヒータ出力の調整により溶融が可能となり、飛
躍的に用途が拡大するものである。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１ 実施した装置を第２図に示す。溶融炉構造は第１図に示
した。装置には温度検出針座１０．１１、被加熱物レベ
ル検出針座１２、被加熱物上層部１３、排ガス出力座１
４、マイクロ波−導波管１５、固形化添加剤ホッパ１６
、固形化添加剤ホッパ１７が取付けられている。

表１に示す模擬廃棄物および固形化添加剤の粉状混合物
３　ｋｇを予め溶融容器に入れ次の３通りの方法で溶融
試験を行った。

■　マイクロ波単独での加熱 ■　電気ヒータ単独での加熱 ■　マイクロ波加熱及び電気ヒータ併用加熱マイクロ波
発振機２４５０　Ｍｔ（ｚ　、最大出力的５ｋｉｌｌ、
電気ヒータ５　ｋＷ０試験出力はマイクロ波平均出力３
．５ｋＷ、電気ヒータ平均４　ｋｉｌｌ、溶融容器外壁
温度は最高約１０００℃であった。

尚、電気ヒータ加熱は試験前に予熱を行い溶融容器外壁
温度を７００℃とした。

表１　　被　　加　　熱　　物 試験結果を表２に示す。

表２　試験結果 実施例２ 第２図の装置において液状廃棄物１９と造粒した固形化
添加剤をそれぞれ適量溶融容器に供給し、加熱して蒸発
・溶融せし、める。再び適量の液状廃棄物と固形化添加
剤を溶融物上に供給し蒸発・溶融せしめる。この操作を
繰返し溶融容器内に溶融固化体を形成せしめる。

液状廃棄物の組成を表３に示す。

表　　　３ 固形化添加剤の組成を表４に示す。

表　　　　４ 液状廃棄物１　ｋｇ供給に対し、固形化添加剤を約２３
０ｇ加えた。計算上では廃棄物１ｋｇ、固形化添加剤２
３０ｇが完全溶融すると約２９０ｇの溶融固化体となる
。このように１回の操作で約２９０ｇの溶融固化体が造
られ２回目の操作で更に約２９０ｇが積層される。この
様な操作を９回試み約１１固化体を作成する試験を行っ
た。１回の操作時間は１５〜６０分とし温度針座１１に
取付た覗窓より内部を観察し、時間を調整した。マイク
ロ波及び電気ヒータの使用は実施例１にほぼ同じ。

試験結果を表５に示す。

表　　　　５ 尚、試験時間の＋３０分は最終回規定時間経過後見に３
０分間加熱を加えたもの。

〔効　果〕

本発明によれば、従来型のマイクロ波単独加熱での欠点
、すなわち、 ■　市販されている工業用マイクロ波発振機は通常５　
ｋＷ／　１基でありそれより小型のものは１〜１．５ｋ
Ｗ／　１基、大型は２５ｋｌ’！／　１基と容量が離な
れている為、わずかな熱量の不足が発振機を１基増設し
なければならず、設置が過剰となりがちである。

■　マイクロ波で溶融出来る範囲は被加熱物の上層部の
みである。このため、被加熱物の溶融容器への投入量は
少量に限られ溶融したらまた少量投入するといった手間
のかかる運転方法をとらざるを得ない。

■　均一な固化体が作成されにくい。

■の結果より投入される被加熱物の組成のわずかな変化
や運転条件の変動から固化体が層状に変化し、均一性、
強度、浸出性、等の溶融固化体としての基本的に具備す
べき物性が低下し良質な固化体が得られない。

■　固化体の冷却（徐冷）に別途徐冷専用炉が必要であ
る。溶融固化体は冷却時の熱歪を取除く為、徐冷処理が
必要である。この為、徐冷専用炉を必要とする。

等を、次のようにすべて解決できるのである。

■に対して ヒータは下部炉体に組込まれている為、設置スペースは
従来型と大差ない。ヒータはマイクロ波に比べ出力制御
が容易でかつ正確な為（マイクロ波は被加熱物の誘電損
失係数ε・ｔａｎδや整合の程度により反射電力／入射
電力が変化し任意の有効電力を制御して加えることは非
常に困難）マイクロ波出力を無理のない範囲で安定な制
御が可能となる。ヒータ加熱容量はマイクロ波加−熱容
量に対して１〜２倍が適当がある。

■に対して 全量溶融が容易の為投入に関しては特に制限はない。

■に対して ■同様全量溶融が容易なことがら固化体は均一となる。

■に対して 電気ヒータで徐冷が出来るため設備は簡素化出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加熱溶融炉の断面図、第２図は本発明
の一実施例を示す概略図、第３図は、従来型の加熱溶融
炉の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、廃棄物等を加熱溶融せしめる炉において、マイクロ
   波加熱手段と電気ヒータ加熱手段が併用設置されている
   加熱溶融炉。 ２、請求項１記載の加熱溶融炉が、マイクロ波加熱手段
   を設けた上部炉体と電気ヒータ加熱手段を設けた下部炉
   体からなることを特徴とする加熱溶融炉。 ３、請求項２記載の加熱溶融炉において、上部炉体は、
   炉支持体に固定され、マイクロ波導波管、排ガス出口管
   、廃棄物等供給口及び添加剤投入口等を備え、下部炉体
   は、溶融容器及び該溶融容器を加熱するための電気ヒー
   タを内蔵する炉本体より構成されていることを特徴とす
   る加熱溶融炉。 ４、請求項３記載の加熱溶融炉において、下部炉体は上
   部炉体に着脱するための昇降機構及び溶融容器を下部炉
   体に着脱するための移動機構を備えたことを特徴とする
   加熱溶融炉。