JPH0882408A - 廃棄物溶融方法および廃棄物溶融設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価な黒鉛質発熱体ブロックを発熱体として
これを誘導加熱することにより小形で設備費が安く、ダ
ストや排ガスの発生量も少なく、その上、任意に操業で
きるので連続運転する必要がなく管理する運転員の確保
が容易で、しかも電気的に誘導加熱するので融解温度の
制御も容易でブロックの消耗が少ない。 【構成】 溶解室17の内部に黒鉛質発熱体ブロック24を
挿入すると共に、溶解室17の外周に巻回した加熱コイル
20ａ、20ｂに高周波電流を通電して、前記黒鉛質発熱体
ブロック24を誘導加熱した状態で、溶解室17の上部に形
成した廃棄物投入口22から溶融する焼却灰５を投入し
て、発熱した黒鉛質発熱体ブロック24に接触させて溶融
し、この溶融したスラグ７を黒鉛質発熱体ブロック24の
間を流下させて、溶解室17の底部に設けた溶融物排出口
23から排出した後、直ちに水冷して砂状スラグ11を形成
するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼却灰や金属小片などの
廃棄物を誘導加熱により溶融する方法と、これに使用す
る溶融設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に可燃性のゴミは、焼却や埋め立て
によって処分されているが、ゴミの増大と共に処分場が
不足してきている。このため多くの地方自治体や事業所
では、焼却炉でゴミを焼却してその容積を減量させ、残
渣物として残った焼却灰を埋立地に運んで最終処分して
いる。しかしながらこの焼却灰は減容率が１／10程度に
はなるが、焼却炉の構造上、完全な焼却が困難なため、
焼却灰の中には多量の不燃物や末燃物が含まれており再
利用できるものではなかった。このため大都市ではこの
減容した焼却灰ですらその廃棄処分が困難となってきて
おり、更に減容固化処理をする必要性が高まってきてい
る。このような焼却灰を更に処理する方式としては、現
在アーク炉方式と、キューポラ型の燃焼方式とがある。

【０００３】アーク炉方式は図２に示すようにレンガで
築炉された溶解室１の天井面に黒鉛電極棒２を可動自在
に取付け、溶解室１内に金属３を投入して、黒鉛電極棒
２と金属３との間に高温のアーク４を発生させて金属３
を溶融させた状態で、溶解室１の上部から焼却灰５を炉
内に投入する。投入された焼却灰５は溶融した金属３の
表面に浮いた状態で1400℃程度に加熱溶融されてスラグ
状となり、排出口６から流出したスラグ７は水噴射スプ
レー８により急冷され、更に水砕水槽９に落下して砂状
スラグ11となる。一方、アーク放電により激しく燃焼す
る焼却灰５から発生したダストやガスは、集塵機10に送
られてここで捕集されるようになっている。

【０００４】しかしながらこのアーク炉方式では、設備
費が高く、激しいアーク放電音の発生や、黒鉛電極棒２
の消耗が早く、アーク燃焼に伴う排煙公害の問題があり
大型の集塵機10を設備するなど付帯設備にも大掛かりな
費用がかかる問題がある。

【０００５】またキューポラ型の燃焼方式は図３に示す
ようにレンガで築炉された縦型の溶解室12の上部から焼
却灰５と共にコークス13と石灰石14を連続的に投入し、
溶解室12の下部側に設けた羽口15から熱風と共に酸素を
吹き込むと、コークス13が高温で燃焼してこの熱によっ
て、焼却灰５と石灰石14は加熱溶融されてスラグ状とな
り、底部に設けた排出口６から流出したスラグ７は水砕
水槽９に落下して砂状スラグ11になる。

【０００６】しかしながら、このキューポラ型の燃焼方
式はコークス13や石灰石14を同時に投入しなければなら
ず、このコークスや石灰石の保管スペースや管理が面倒
であり、また排出されるスラグ７の量も多くなるので減
容効果はアーク炉方式に比べて悪い。しかも従来のアー
ク炉方式やキューポラ型の燃焼方式は、何れも操業中に
は炉を停止することができないので昼夜連続運転とな
り、このための運転員の確保が難しく、また定期的な炉
材レンガの張り替え作業を専門の業者に依頼して行なわ
なければならずその保守も面倒で、長期間操業を停止し
なければならなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を除
去し、安価な黒鉛質発熱体ブロックを発熱体として、こ
れを誘導加熱することにより廃棄物を溶融するので、小
形で設備費が安く、ダストや排ガスの発生量も少なく、
その上、任意に操業できるので連続運転する必要がなく
管理する運転員の確保が容易で、しかも電気的に誘導加
熱するので融解温度の制御も容易で、黒鉛質発熱体ブロ
ックの消耗が少なく保守も容易な廃棄物溶融方法および
これに使用する廃棄物溶融設備を提供することを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
産業廃棄物溶融方法は、溶解室の内部に黒鉛質発熱体ブ
ロックを挿入すると共に、溶解室の外周に巻回した加熱
コイルに交番電流を通電して、前記黒鉛質発熱体ブロッ
クを誘導加熱した状態で、溶解室の上部に形成した廃棄
物投入口から溶融する廃棄物を投入して、発熱した黒鉛
質発熱体ブロックに接触させて溶融し、この溶融物を黒
鉛質発熱体ブロックの間を流下させて、溶解室の底部に
設けた溶融物排出口から排出した後、直ちに水冷して砂
状化させることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２記載の産業廃棄物溶融方法
は、廃棄物投入口から溶融する廃棄物と共に、廃棄物と
低融点化合物を形成する添加剤を同時に添加することを
特徴とするものである。

【００１０】本発明の請求項３記載の産業廃棄物溶融設
備は、耐火材で形成された溶解室の上部を開口して廃棄
物投入口を形成すると共に、溶解室の底部に溶融物排出
口を設け、前記溶解室の外周に誘導加熱コイルを巻回す
ると共に、溶解室の内部に黒鉛質発熱体ブロックを挿入
し、前記溶融物排出口の下方に、冷却装置を配置したこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また請求項４記載の産業廃棄物溶融設備
は、溶解室内壁が焼成スリーブで形成されていることを
特徴とするものである。更に請求項５記載の産業廃棄物
溶融設備は、溶解室の廃棄物投入口を形成した上部側の
内径が、溶融物排出口を形成した下部側の内径より大き
く形成されていることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明の廃棄物溶融方法は、黒鉛質発熱体ブロ
ックを溶解室内に挿入した状態で、高周波電源から加熱
コイルに高周波電流を通電すると、黒鉛質発熱体ブロッ
クが誘導加熱される。溶解室の黒鉛質発熱体ブロックが
高温に誘導加熱された状態で、廃棄物を廃棄物投入口か
ら溶解室内に投入すると、廃棄物は高温に加熱された黒
鉛質発熱体ブロックに接触して加熱され、廃棄物中の可
燃物は燃焼し、水分は蒸発し、残った無機質は溶融され
る。更に温度が上昇しながら黒鉛質発熱体ブロックの間
を流下していく間にスラグ状となる。この場合、廃棄物
と低融点化合物を形成する添加剤を同時に添加すれば、
更に溶融を促進させることができる。また溶解室の上部
側内径を下部側に比べて大きく形成した構造のものは、
投入された廃棄物と黒鉛質発熱体ブロックとの接触面積
が広く効率よく加熱・溶融して処理能力を高めることが
できる。

【００１３】黒鉛質発熱体ブロックの間を流下したスラ
グは昇温ゾーンで更に加熱されて流動性を増し、溶解室
の底部に設けた溶融物排出口から出湯させる。出湯され
たスラグは、水冷却装置で急速に水冷されて砂状スラグ
になる。この後、砂状スラグと冷却水を分離して土木建
築用のコンクリート用の細骨材や埋め戻し材として有効
利用することができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１を参照して詳細
に説明する。図において17は溶解室で、この溶解室17
は、上部側の内径が大きく下部側の内径が小さい、るつ
ぼ形状に耐火断熱材18で形成され、この上部内側に焼成
した大径の焼成スリーブ19ａが設けられ、下部内側に小
径の焼成スリーブ19ｂが設けられている。また溶解室17
の上部外周には加熱コイル20ａが巻回されて、これは高
周波電源21ａに接続されている。更に溶解室17の下部外
周には加熱コイル20ｂが巻回されて、これは高周波電源
21ｂに接続されている。

【００１５】また溶解室17の上部は開口して、ここを廃
棄物投入口22とし、底部に溶融物排出口23が設けられて
いる。更に溶解室17の内部には黒鉛質発熱体ブロック24
が挿入されている。この黒鉛質発熱体ブロック24として
は、炭素を基本としたもので黒鉛（カーボン）や炭化け
い素等で形成され、電気的固有抵抗が数百〜数千ηΩー
cmで誘導加熱が可能であり、他の物質と化学反応を起こ
しにくい物性を持ったものを選択し、通常は安価で入手
し易い、電気炉用電極カーボンの端材を塊状にしたもの
が良い。

【００１６】また廃棄物投入口22の上方には、焼却灰５
を搬入するベルトコンベアー26が設置され、溶融物排出
口23の下方には水砕水槽９が設置されている。更にこの
水砕水槽９の排出口27の下方にはメッシュコンベアー28
が水平に配置され、この下方に水槽29が設けられている
と共に、メッシュコンベアー28の一端側には砂状スラグ
11を搬出する運搬台車30が設けられている。

【００１７】上記構成の廃棄物溶融設備では、黒鉛質発
熱体ブロック24を溶解室17内に挿入した状態で、高周波
電源21ａ、21ｂから加熱コイル20ａ、20ｂに高周波電流
を通電すると、黒鉛質発熱体ブロック24が誘導加熱され
る。誘導加熱の原理は黒鉛質発熱体ブロック24に流れる
誘導電流と黒鉛質発熱体ブロック24の固有抵抗により発
生するジュール熱によって加熱昇温される。この場合、
黒鉛質発熱体ブロック24を流れる誘導電流は、固有抵抗
と電源周波数によって定まる電流浸透深さで表面に集中
する性質があるので、効率よく加熱できるためには、黒
鉛質発熱体ブロック24の材質や寸法、形状によって高周
波電源21ａ、21ｂの電源周波数を適切に選択する必要が
ある。

【００１８】このように溶解室17の上部側は加熱・溶融
ゾーン32として、黒鉛質発熱体ブロック24が約1500℃程
度まで加熱された状態で、ベルトコンベアー26で焼却灰
５を廃棄物投入口22から溶解室17内に投入する。投入さ
れた焼却灰５は高温に加熱された黒鉛質発熱体ブロック
24に接触して加熱され、焼却灰５中の可燃物は燃焼し、
水分は蒸発し、残った無機質は溶融してスラグ７とな
る。更にスラグ７の温度が上昇しながら黒鉛質発熱体ブ
ロック24の間を流下していく。

【００１９】この場合、焼却灰５は誘導加熱された黒鉛
質発熱体ブロック24からの熱伝達と熱伝導により加熱さ
れる間接加熱方式であるので、上部側の加熱・溶融ゾー
ン32の内径を大きく形成して、投入された焼却灰５との
接触面積を広くとることにより効率よく加熱・溶融して
処理能力を高めることができる。また焼却灰５の主成分
は、砂やガラス等の無機質で、これに金属と有機物が若
干含まれている。このため、焼却灰５と低融点化合物を
形成する炭酸ナトリウムやカルシュウムなどの添加剤を
同時に添加すれば、更に溶融温度が下がって溶融を促進
することができる。

【００２０】溶融した焼却灰５は更に温度が上昇しなが
ら黒鉛質発熱体ブロック24の間を流下していくが、加熱
・溶融ゾーン32では、外部からの空気流入が極めて少な
くなるため、黒鉛質発熱体ブロック24の酸化消耗が抑制
され、黒鉛質発熱体ブロック24の追加補充は一定期間過
ぎてからで良い。

【００２１】加熱・溶融ゾーン32を流下したスラグ７
は、加熱コイル20ｂにより誘導加熱された下段の昇温ゾ
ーン33の黒鉛質発熱体ブロック24に接触して更に加熱さ
れ、流動性を増して溶解室17の底部に設けた溶融物排出
口23からスラグ７を流出させる。このように高周波電源
21ａ、21ｂは各々独自に電力印加レベルを調整し、昇温
ゾーン33では加熱・溶融ゾーン32より高温にして、スラ
グ７が溶融物排出口23から速やかに出湯できるように必
要な温度に保持する。

【００２２】溶融物排出口23から出湯されたスラグ７
は、水砕水槽９に落下してここで急速に水冷されて砂状
スラグ11になる。この砂状スラグ11は冷却水34と共に、
排出口27からメッシュコンベアー28の上に供給され、冷
却水34はここを通過して水槽29に溜められる。また砂状
スラグ11はメッシュコンベアー28に搬送されて、その一
端側から運搬台車30に落下して集められる。

【００２３】この砂状スラグ11は、焼却灰５に含まれて
いた多量の末燃物が完全に燃焼すると共に、金属は溶解
して細かい砂状となり、焼却灰５の１／３以下に減容す
ることができ、しかも廃棄物として無害なので埋め立て
る場合にはどこにでも捨てることができる。またこのよ
うに処理された砂状スラグ11は、土木建築用の原料とし
て、例えばコンクリート用の細骨材や埋め戻し材、土壤
改良材として広く利用することができる。

【００２４】従って本発明では、黒鉛質発熱体ブロック
24を誘導加熱して、間接加熱により焼却灰５を溶融する
ので、必要な時にだけ電源を投入して任意に操業でき、
従来のように昼夜連続運転する必要がなく、管理する運
転員の確保も容易であり、特に処理量の少ない焼却場に
好適である。

【００２５】また溶解室17は、耐火断熱材18でるつぼ状
に形成された炉体の内側に、耐熱性に優れた焼成スリー
ブ19ａ、19ｂを組み合わせた構造であり、炉壁が消耗し
た場合には、予め製造しておいた焼成スリーブ19ａ、19
ｂだけを交換すれば良いので、従来のアーク炉やキュー
ポラ型の燃焼炉のように、長期間かかって耐火レンガの
張り替え作業を行なう必要がなく、操業停止時間や補修
コストを大幅に低減することができる。

【００２６】なお上記実施例では、溶解室17の廃棄物投
入口22を形成した上部側の内径を、溶融物排出口23を形
成した下部側の内径より大きく形成した場合について示
したが、ほぼ同一内径に形成したものでも良い。また本
発明は静かに誘導加熱されるのでダストや排ガスの発生
量も少ないが、必要に応じて溶解室17の上方にダストや
ガスを吸収する集塵機を取付けても良い。また上記実施
例では焼却灰５を溶融する場合について示したが、ガラ
スファイバーやガラスウールなど他の鉱物材や、金属切
削粉、シュレッダー材、電線コードなどの金属小片の溶
解にも広く適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した如く本発明によれば、安価
な黒鉛質発熱体ブロックを発熱体として、これを誘導加
熱してこれと接触させることにより間接的に廃棄物を加
熱溶融するので、小形で設備費が安く、ダストや排ガス
の発生量も少ない。その上、任意に操業できるので連続
運転する必要がなく管理する運転員の確保が容易で、し
かも電気的に誘導加熱するので融解温度の制御も容易
で、ダストの発生や黒鉛質発熱体ブロックの消耗が少な
く保守も容易な廃棄物溶融方法およびこれに使用する廃
棄物溶融設備を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による廃棄物溶融設備を示す
断面図である。

【図２】従来のアーク炉方式による溶融設備を示す断面
図である。

【図３】従来の示すキューポラ型の溶融設備を示す断面
図である。

【符合の説明】

１ 溶解室 ２ 黒鉛電極棒 ３ 金属 ４ アーク ５ 焼却灰 ６ 排出口 ７ スラグ ８ 水噴射スプレー ９ 水砕水槽 10 集塵機 11 砂状スラグ 12 縦型の溶解室 13 コークス 14 石灰石 15 羽口 17 溶解室 18 耐火断熱材 19ａ 焼成スリーブ 20ａ 加熱コイル 21ａ 高周波電源 22 廃棄物投入口 23 溶融物排出口 24 黒鉛質発熱体ブロック 28 メッシュコンベアー 30 運搬台車 32 加熱・溶融ゾーン 33 昇温ゾーン

フロントページの続き (72)発明者 浜津 祐吉 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解室の内部に黒鉛質発熱体ブロックを
   挿入すると共に、溶解室の外周に巻回した加熱コイルに
   交番電流を通電して、前記黒鉛質発熱体ブロックを誘導
   加熱した状態で、溶解室の上部に形成した廃棄物投入口
   から溶融する廃棄物を投入して、発熱した黒鉛質発熱体
   ブロックに接触させて溶融し、この溶融物を黒鉛質発熱
   体ブロックの間を流下させて、溶解室の底部に設けた溶
   融物排出口から排出した後、直ちに水冷して砂状化させ
   ることを特徴とする産業廃棄物溶融方法。
2. 【請求項２】 廃棄物投入口から溶融する廃棄物と共
   に、廃棄物と低融点化合物を形成する添加剤を同時に添
   加することを特徴とする請求項１記載の産業廃棄物溶融
   方法。
3. 【請求項３】 耐火材で形成された溶解室の上部を開口
   して廃棄物投入口を形成すると共に、溶解室の底部に溶
   融物排出口を設け、前記溶解室の外周に誘導加熱コイル
   を巻回すると共に、溶解室の内部に黒鉛質発熱体ブロッ
   クを挿入し、前記溶融物排出口の下方に、冷却装置を配
   置したことを特徴とする産業廃棄物溶融設備。
4. 【請求項４】 溶解室内壁が焼成スリーブで形成されて
   いることを特徴とする請求項３記載の産業廃棄物溶融設
   備。
5. 【請求項５】 溶解室の廃棄物投入口を形成した上部側
   の内径が、溶融物排出口を形成した下部側の内径より大
   きく形成されていることを特徴とする請求項３または４
   記載の産業廃棄物溶融設備。