JPH09236239A

JPH09236239A - 焼却灰溶融方法及びその溶融炉

Info

Publication number: JPH09236239A
Application number: JP8039289A
Authority: JP
Inventors: Isao Okochi; 功大河内; Ryokichi Yamada; 良吉山田; Hiroshi Miyadera; 博宮寺; Hisao Yamashita; 寿生山下; Toshiaki Arato; 利昭荒戸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】焼却灰の溶融熱量を確保でき、その溶融スラグ
を炉底に滞留させてより熱容量を高め安定な溶融作用を
発揮し、溶融スラグの温度降下を抑えその出滓を安定に
持続し、焼却灰を効率良く溶融してガラス化し、その容
積の減容と無害化を図ることができる。【解決手段】電磁誘導加熱炉の内部に、導電性発熱体を
積層配置し、前記導電性発熱体を誘導加熱し、炉内に投
与した焼却灰を前記導電性発熱体と接触させて溶融し、
炉底に滞留する溶融スラグ中の高温領域を始点に前記溶
融スラグを連続又は間歇して出滓させることを特徴とす
る焼却灰溶融方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ，下水汚
泥、その他の廃棄物を焼却することにより発生する焼却
灰を減容固化，無害化するための溶融方法及びその溶融
炉に関し、特に、焼却灰を安定して且つ連続して溶融
し、その溶融スラグを出滓するに好適な焼却灰溶融方法
及びその溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、都市ごみ等は、そのまま埋立
て処分されてきたが、二次的公害の原因ともなり、近年
は、焼却後に廃棄処分することが一般的である。しか
し、焼却によりごみの体積の１／１０に減容されるとは
いえ、埋立て地の不足，確保の困難や埋立てた灰からの
有害物の溶出及び未燃焼物等による環境再汚染等の発生
が懸念され、さらなる無害化処理が望まれている。この
無害化処理方法は、厚生省告示にもあるように、溶融固
化法，セメント固化法，薬剤混練法，溶媒溶出法等が提
示されているが、それぞれ一長一短があり未だ決め手が
ない情勢である。この中で、焼却灰を溶融し、ガラス質
に固形化して重金属類を閉じ込め得る前記溶融固化法が
注目されだした。かかる焼却灰の溶融方法は、燃焼熱利
用のバーナ燃焼加熱式(特開平3−263513号），アーク放
電加熱式（特開平2−99184号），プラズマ加熱式（特開
昭63−101360号），電磁誘導加熱式（特開昭53−100673
号，特開昭61−210998号公報）等に見られるように、そ
の加熱方式により様々な溶融炉が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の溶融方
法、その溶融炉では、バーナ燃焼加熱式にみられるよう
に、燃料，助燃材（例えば空気）との燃焼によるため廃
棄ガスの多量な排出やそのガス処理の負荷増大を伴う。
また、アーク放電加熱式等では、焼却灰を溶融するため
の熱源として溶融鉄等を炉内にプールする必要がある等
構造的に複雑となる上、その電極の消耗も激しい等の欠
点を伴う。また、電磁誘導加熱式にあっては、炉底に溶
融鉄等をプールし、それを誘導加熱して熱源に、焼却灰
を溶融する方法が提案されているが、溶融鉄の変質や十
分な加熱度が得られない等支障が多い。更に、同法で、
炭素材，黒鉛を成形した容器を誘導コイルの磁場中に配
置し、その発熱により溶融するものもあるが、前記容器
の消耗，損傷によっては全体を取り替える等容易でな
い。また、焼却灰との接触面も限定され、その接触面積
を増やすため補助的加熱体を配備する等複雑化しかねな
い。

【０００４】また、いずれの方式にあっても、溶融した
焼却灰すなわち溶融スラグを固着することなく炉外に取
り出す工夫が必須課題である。

【０００５】本発明の目的は、電磁誘導加熱方式で、第
一に、導電性発熱体を炉内に積層配置し、それを誘導加
熱して焼却灰を溶融し、前記導電性発熱体の消耗減少に
対し、追加投入もしくは交換して熱源の低下を防止する
こと、第二に、溶融スラグの流動を安定に維持できるよ
うに、高温領域からの出滓を達成し、更に、そのスラグ
の温度低下を防止する等して、連続且つ間歇して安定に
溶融スラグを出滓できる溶融方法及びその溶融炉を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による焼却灰溶融
方法は、炉内に導電性発熱体を積層配置し、その積層高
さに沿う炉側壁に配設した誘導加熱コイルに通電して前
記導電性発熱体を自己発熱させ、炉上部に構成した投入
口から投与した焼却灰を接触加熱して溶融する。そし
て、前記導電性発熱体が消耗減少した場合には炉上部に
構成した開閉蓋から新たな導電性発熱体を追加投与して
炉内の溶融状態を維持する。更に、溶けた焼却灰すなわ
ち溶融スラグは、前記導電性発熱体表面を流下するが、
炉下部の炉底側壁周縁又は炉底壁を貫通し炉内に突き出
て構成される出滓口を頂点として炉底に滞留し、前記出
滓口の頂点から溢流させ、水槽等に落下させて冷却し、
水砕スラグ等として固形化処理する。この時、炉内で発
生する高温ガスを、炉上部に構成した上部排気口から、
その一部の量に調節して排出してガス処理を施し、他の
前記高温ガスを前記溶融スラグとともに前記出滓口から
排出する。また、前記出滓口の入口部分すなわち前記の
炉内に突き出させた出滓口に、導電性材からなる着脱可
能な加熱体を備え、前記加熱体を始点として溶融スラグ
を出滓する。また、炉底に止栓を設け、前記した炉底に
滞留する溶融スラグを間歇して抜き出すこと、又は、停
止時に同様に抜き出す機能を備えている。

【０００７】以上から、溶融スラグを連続又は間歇して
出滓して、焼却灰を溶融処理するものである。

【０００８】このように電磁誘導加熱炉内に投入された
焼却灰は、炭素材もしくは炭素材が黒鉛で成形された導
電性発熱体で加熱／溶融し、その積層間を流下する。そ
して、導電性発熱体が消耗減少した場合にも新たな導電
性発熱体の追加投与によって焼却灰を溶融するに必要な
熱容量を確保維持することができる。また、炉内に突き
出して構成される出滓口は、炉内の高温領域に位置して
おり、溶融スラグの温度降下なしに溢流して出滓でき、
炉底に溶融スラグを滞留させて、炉内の熱容量を増加さ
せるばかりか、出滓口の加熱を促進し、溶融スラグの固
着を防止する。さらに、炉内で発生した高温ガスと溶融
スラグとを出滓口から排出させることにより、溶融スラ
グと外気との接触を回避でき、よりスラグの温度を保持
することが可能になるので、スラグの粘度増大を防止し
安定な流動性を確保できる。その上、炉内への外気の侵
入も抑制できる。また、出滓口の外周又は内周に導電性
材からなる着脱可能な加熱体の設置は、誘導加熱コイル
の磁界中に置かれ自己発熱して溶融スラグを加熱でき
る。したがって、スラグが冷えることなく、そこを始点
として溢流し、溶融スラグを炉外に効果的に落下させ得
る。このことは、出滓口ヘのスラグの固着を防止し、補
助的な予熱なしに安定な出滓を繰り返すことができる。
また、炉底に設ける止栓は、炉底に滞留する溶融スラグ
が焼却灰の溶融によりその灰中の金属質等が多量に含ま
れた時に間歇的に抜き出し、出滓する溶融スラグの組成
を維持する。さらに、停止時で炉底に滞留する溶融スラ
グを同様に抜き出し得る。以上から、本発明で、焼却灰
の加熱／溶融に必要な熱容量の向上及び溶融スラグの温
度降下，粘度増大を抑制するに作用し、安定に連続した
焼却灰の溶融処理を実施できるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明につき図面に従っ
て詳細に説明する。図１は本発明による焼却灰溶融炉の
一実施例を示す基本構成及びその断面図である。電磁誘
導加熱炉の炉体１，炉体１の上部を閉じる開閉蓋２，炉
体１の下部を閉じる炉底３，炉体１の上部側壁に焼却灰
の投入口４及び上部排気口５を設け、炉体１の下部側壁
と炉底３を貫通し炉内に突き出させた出滓口６及び炉底
３に止栓７を設け、炉体外周に巻かれた誘導加熱コイル
８を構成し、炉内に導電性発熱体９を積層配置する。導
電性発熱体９（以下、単に発熱体と呼称）は、炭素材で
あって、それが黒鉛又は無定形炭素の少なくも一種から
なり、柱状又は球状等に成形したものを規則又は不規則
に積層する。それらが消耗減少した場合に、適宜、開閉
蓋２を開けて新たな発熱体を炉内に投与する。この際、
開閉蓋２の開閉及び導電性発熱体９の炉内への投与作業
は、自動操作機構、ハンドリング機構等を備え付けて行
える（図示省略）。溶融処理すべき焼却灰は、投入口４
から炉内に導く。投入口４には、機械的に押し込む機能
を持つ灰供給装置（図示省略）を連結して自動化した作
業を行うこともでき、その供給速度を調整することも可
能である。また、出滓口６の出口に位置して、防護壁１
０を構成し、防護壁１０の途中に下部排気口１１を設け
てある。焼却灰の溶融により炉内に発生する高温ガス
は、上部排気口５と下部排気口１１とから回収され、
外部に設けるガス処理設備（図示省略）に導いて無害化
できる。この際、上部排気口５に連結される排気系統中
に絞り機構（例えば、ダンパ等。図示省略）を設け、上
部の排出量を調整することにより、下部の出滓口６から
炉内の高温ガスを調整して溶融スラグとともに排出でき
る。

【００１０】図２は本発明による焼却灰溶融炉の他の一
実施例を示す基本構成及びその断面図である。図１で
は、上記したように、出滓口６が炉体１の下部側壁と炉
底３とを貫通し炉内に突き出させるので傾斜して配置さ
れる。これに対して、図２の出滓口２０は、炉底３を貫
通し炉内に突き出して配置し、傾斜又は垂直に連結する
ものである。これによれば、本発明の主旨である炉内に
滞留する溶融スラグを出滓口２０の頂点から溢流し炉外
に落下させるにより好適である。その他は、上記した図
１とその構成，機能共に同一であり、重複するので説明
を省略する。また、図１及び図２は、本発明の基本構成
を示しており、炉の枠体部材，補強部材等は省略する。

【００１１】図３及び図４は、図２の出滓口周りの一部
切欠き図面を示す。図３は、出滓口２０の外周に加熱体
２１を差し込むものであり、図４は出滓口２０の内周に
加熱体２２を差し込むものである。加熱体２１，２２は
炭素材又はその炭素材を黒鉛等で形成し、電磁誘導によ
り自己発熱させる。したがって、溶融時に炉底３に滞留
する溶融スラグを加熱体を始点にスラグの固着なしに溢
流させることができる。加熱体２１，２２はその上部に
切欠き部分を施工して、その始点を限定する等種々の形
状に設計可能である。また、差し込み部分に、剥離材
(例えば、黒鉛粉)等を塗布しておけば着脱が容易で取替
えも可能であり、出滓口の耐久性を増すことができる。

【００１２】このように本発明による焼却灰の溶融方法
は、誘導加熱コイル８に通電することにより導電性発熱
体９を発熱させ、炉内に投与された焼却灰を溶かし、発
熱体の積層間を溶融スラグが滴下し、炉底３に滞留して
出滓口６，２０又は加熱体２１，２２から高温ガスとと
もに溶融スラグを排出する。そして、投入口４から焼却
灰を供給して溶融スラグを連続的に抜き取る操作を繰り
返す。この操作温度は、供給される焼却灰の融点以上に
保つことが望ましく、１３００〜１６００℃程度が好適
である。

【００１３】前記した本発明の処理方法で、印加電力３
５ｋＷの電磁誘導加熱炉を使用し焼却灰を溶融処理した
ところ、表１の結果を得た。

【００１４】

【表１】

【００１５】同表には、供試した焼却灰及び出滓した溶
融スラグ（冷水を流動させた水槽で得た水砕スラグ）の
代表的な組成と比容積を示す。この比容積から、焼却灰
が１／３〜１／５に減容されたことが確かめられる。こ
の時の溶融スラグの温度（非接触温度計による）は、１
４００±５０℃に維持でき、滞ることなく溶融スラグを
出滓できた。また、得られた溶融スラグを浸透法により
溶出試験を実施した結果を表２に示す。

【００１６】

【表２】

【００１７】酸性雨等の影響を考慮して溶液のｐＨを変
えたデータにあっても埋立て基準以下であり、十分に無
害化できるものであることが確認できた。

【００１８】

【発明の効果】本発明の焼却灰溶融方法及び溶融炉によ
れば、発熱体の加熱により焼却灰の溶融熱量を確保で
き、その溶融スラグを炉底に滞留させてより熱容量を高
め安定な溶融作用を発揮し、溶融スラグの温度降下を抑
えその出滓を安定に持続し、焼却灰を効率良く溶融して
ガラス化し、その容積の減容と無害化を図ることができ
る。また、本発明では、燃料等を使用しないから焼却灰
中の少量の未燃分等からの発生ガス量ですみ、排ガス量
の少ない溶融方法及び溶融炉を提供できることを付記す
る。かかる本発明の溶融炉を新設又は既存のごみ焼却設
備に連結して一体化できることは勿論のこと、別置して
種々な焼却灰を溶融処理可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である焼却灰溶融炉の断面
図。

【図２】本発明の第二実施例である焼却灰溶融炉の断面
図。

【図３】図２の一部切欠き断面であって、本発明の一実
施例である加熱体の断面図。

【図４】図２の一部切欠き断面であって、本発明の第二
実施例である加熱体の断面図。

【符号の説明】

１…炉体、２…開閉蓋、３…炉底、４…投入口、５…上
部排気口、６，２０…出滓口、７…止栓、８…誘導加熱
コイル、９…導電性発熱体、１０…防護壁、１１…下部
排気口、２１，２２…加熱体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下寿生茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者荒戸利昭茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁誘導加熱炉の内部に、導電性発熱体を
積層配置し、前記導電性発熱体を誘導加熱し、炉内に投
与した焼却灰を前記導電性発熱体と接触させて溶融し、
炉底に滞留する溶融スラグ中の高温領域を始点に前記溶
融スラグを連続又は間歇して出滓させることを特徴とす
る焼却灰溶融方法。
【請求項２】請求項１において、加熱された前記導電性
発熱体と前記焼却灰との接触による溶融時に発生した炉
内の高温ガスの一部を炉上部の排気口より排出し、他の
高温ガスを前記溶融スラグを回収する出滓口から前記溶
融スラグと共に排出させる焼却灰溶融方法。
【請求項３】請求項１において、前記炉体の側壁又は炉
底を貫通し、炉内に突き出して前記出滓口を構成し、炉
底に滞留する溶融スラグを前記出滓口から溢流して排出
させ、前記炉底に止栓を構成し、前記止栓の開閉により
炉底に滞留する溶融スラグを適宜に抜き出す焼却灰溶融
方法。
【請求項４】請求項１，２または３において、炉内に突
き出させた前記出滓口の周囲又はその内部に挿入した炭
素材もしくは前記炭素材が黒鉛で構成した発熱手段を備
え、その部分を始点として炉内の溶融スラグを溢流して
連続又は間歇して出滓させる焼却灰溶融方法。
【請求項５】請求項１において、前記導電性発熱体は炭
素材であって、前記炭素材を黒鉛及び無定形炭素の少な
くとも一種で構成し、炉体上部の開閉により適宜に追加
投与及び交換する焼却灰溶融方法。
【請求項６】電磁誘導加熱炉の内部に、導電性発熱体を
積層配置し、前記導電性発熱体を誘導加熱するものであ
って、前記導電性発熱体を誘導加熱する誘導加熱コイル
がその積層高さに沿う炉側壁に配設され、炉上部に、炉
内の発生ガスを排出する上部排気口，焼却灰を炉内に導
入する投入口及び開閉蓋を配置し、炉下部の炉底側壁周
縁又は炉底壁を貫通し炉内に突き出した出滓口を配置
し、前記炉底に止栓を配設してなることを特徴とする焼
却灰溶融炉。
【請求項７】請求項６において、前記出滓口の炉内に突
き出した外周又は内周に炭素材もしくは前記炭素材が黒
鉛からなる加熱体を装着し、前記加熱体が着脱可能に構
成した焼却灰溶融炉。
【請求項８】請求項６において、前記出滓口の炉外部分
を囲んで防護壁を連結し、前記防護壁に下部排気口を設
け、前記出滓口から排出する高温ガスすなわち炉内の発
生ガスを炉体外部に吸引する焼却灰溶融炉。