JPH09280534A - ごみ焼却灰の溶融処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融電流が溶融塩に流れるのを防止して、溶
融スラグに対する溶融効率を高めること。また、溶融塩
の排出を容易に行なえるようにすること。 【解決手段】 炉体１内に溶融すべき焼却灰１５と焼却
灰の溶融により生成された溶融塩１４と溶融スラグ１３
とが堆積され、炉底３に設けられその先端が溶融スラグ
１３に接触する下部電極９と、下部電極９に対向して上
下方向に移動可能に設けられた上部電極１０との間に通
電することにより発生する熱で焼却灰１５を溶融させる
ごみ焼却灰の溶融処理炉において、炉体１を、それぞれ
金属部材から構成され、互いに電気的に絶縁された炉壁
２と炉底３とから構成するとともに、炉壁２と下部電極
９との間に、溶融塩の排出時にオンとされるスイッチ１
２を設け、溶融塩の排出時に、上部電極１０と炉壁２の
間で溶融塩１４を介して電流を流し溶融塩１４を加熱
し、半溶融の塩を十分に溶融して排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみをごみ焼
却炉で焼却した際にごみ焼却炉から発生する焼却灰、特
に飛灰を含む焼却灰を溶融してスラグ化する溶融処理炉
に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみの焼却灰中には、重金属等の有
害物質が多量に含まれている。このため、都市ごみの焼
却灰を直接埋立て処理したり投棄処理したりすることは
安全上問題がある。

【０００３】このため、都市ごみの焼却灰を、電気抵抗
法等により溶融処理してスラグ化することが提案されて
いる。たとえば、電気抵抗法においては、溶融スラグに
電極から電流を流し、溶融スラグの電気抵抗に基づくジ
ュール熱により溶融スラグを加熱し、炉内に投入される
焼却灰を溶融するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、都市ご
みの焼却灰を溶融処理する場合には、鉄等の一般の金属
を溶融処理する場合には存在しないいくつかの問題が発
生する。

【０００５】ごみ焼却炉から発生する飛灰中にはＫＣ
ｌ，ＮａＣｌ等の塩類が大量に含まれているため、焼却
灰を溶融する際には溶融スラグとともに溶融塩が生成さ
れる。この溶融塩は、耐火物を激しく損傷するため、溶
融処理炉の寿命が短くなるという問題がある。

【０００６】また、溶融塩は導電度が高いので、電位差
を有するを複数の電極が、溶融塩の層を上下方向に横切
るような形態で配置された場合には、電極からの電流が
低抵抗部分の溶融塩の層に集中して流れて、溶融スラグ
において発生するジュール熱が減少し、溶融スラグが十
分加熱されなくなるという問題もある。

【０００７】これに対して、特開平４−２４１１９号公
報に記載されているように、炉壁を水平方向に貫通して
互いに対向する一対の電極を設けた場合には、溶融塩の
層以外の位置に電極を配置することができるので、溶融
塩の電気的な影響を避けることができる。

【０００８】しかしながら、一対の電極を水平方向に対
向して配置する場合には、溶融スラグが均一に加熱され
るようにするためには、電極の高さは溶融スラグの層の
中間近傍に設けることが必要であり、電極を炉底近傍に
配置することができない。このため、操業開始の際に
は、電極が埋まるまで、塩を含まないスラグ粒を投入
し、スラグ粒の導電性を利用して初期加熱を行い、その
後、焼却灰を加熱溶融するという操作手順が必要であ
り、操業開始に手間がかかるという問題がある。更に、
全ての電極に対してシール構造を設ける必要があり、構
造が複雑化するという問題がある。また、上記公報に記
載の溶融処理炉の炉体は耐火物から構成されているの
で、溶融塩により損傷を受けるという問題は依然残って
いる。

【０００９】また、溶融塩の表層は外気に触れて冷却さ
れて流動性が低下するので、排出するのが困難であると
いう問題がある。なお、溶融スラグの排出に関しては、
排出口に補助電極を挿入し、この補助電極と主電極との
間に通電して溶融スラグを加熱する技術が特開平２−１
７２５８３号公報に記載されているが、同公報に記載の
方法は、そのまま溶融塩の排出に適用することはできな
い。すなわち、溶融塩の排出口に補助電極を挿入したと
しても、溶融塩の層は主電極に直接接触していないの
で、溶融塩の層に集中して電流を流すことはできない。

【００１０】そこで、上述した問題を解決するために、
溶融処理炉の炉体を金属部材から構成し、炉底に下部電
極を設けるとともに、下部電極に対して上下方向に対向
する上部電極を設け、上部電極の先端位置を溶融スラグ
中に位置させ、上部電極と下部電極との間で通電するこ
とにより、焼却灰を溶融スラグの電気抵抗熱により溶融
させることが考えられる。

【００１１】しかしながら、この場合には、炉壁が下部
電極と同電位になり、上部電極と炉壁との間には低抵抗
の溶融塩が存在するため、電極からの電流が溶融塩の層
に集中して流れて、溶融スラグにおいて発生するジュー
ル熱が減少し、溶融スラグが十分加熱されなくなるとい
う問題が生じる。

【００１２】そこで本発明は、溶融電流が溶融塩に流れ
るのを防止して、溶融スラグに対する溶融効率を高める
ことを課題とする。また、本発明は、溶融塩の排出を容
易に行なえるようにすることを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、炉体内に溶融
すべき焼却灰と該焼却灰の溶融により生成された溶融塩
と溶融スラグとが堆積され、炉底に設けられその先端が
溶融スラグに接触する下部電極と、該下部電極に対向し
て上下方向に移動可能に設けられた上部電極との間に通
電することにより発生する熱で前記焼却灰を溶融させる
ごみ焼却灰の溶融処理炉において、前記炉体を金属部材
から構成するとともに、前記炉体内の溶融塩と溶融スラ
グが固形物となって前記炉体の壁面に付着して前記溶融
塩と前記炉体との間に電気的な絶縁層を形成する程度に
前記炉体を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１４】また、本発明は、炉体内に溶融すべき焼却
灰と該焼却灰の溶融により生成された溶融塩と溶融スラ
グとが堆積され、炉底に設けられその先端が溶融スラグ
に接触する下部電極と、該下部電極に対向して上下方向
に移動可能に設けられた上部電極との間に通電すること
により発生する熱で前記焼却灰を溶融させるごみ焼却灰
の溶融処理炉において、前記炉体を、それぞれ金属部材
から構成され、互いに電気的に絶縁された炉壁と炉底と
から構成するとともに、前記炉壁と前記下部電極との間
に、溶融塩の排出時にオンとされるスイッチを設けたこ
とを特徴とする。

【００１５】本発明においては、炉体を金属部材から構
成し、炉体を冷却することにより、炉体内の溶融塩と溶
融スラグが固形物となって炉体の壁面に付着して溶融塩
と炉体との間に電気的な絶縁層を形成する。これによ
り、炉体が金属部材であっても、溶融塩を介して炉壁に
電流が流れることがなく、溶融スラグを効率よく加熱す
ることができる。

【００１６】また、本発明においては、炉体の炉壁と炉
底をそれぞれ電気的に絶縁された金属部材から構成し、
炉壁と下部電極との間に、溶融塩の排出時にオンとされ
るスイッチを設けたので、溶融塩の排出時に、上部電極
と炉壁の間で溶融塩を介して電流が流れて溶融塩が加熱
され、半溶融の塩も十分に溶融し排出が容易となる。但
し、溶融塩排出口近傍も冷却され電気抵抗の大きな固形
塩類が存在するため、溶融塩排出初期は、この固形塩類
を突き破る必要がある場合がある。固形塩類は簡単に突
き破れるものであり、一旦溶融塩の排出が始まれば電流
が積極的に流れて発熱するため、半溶融の塩も容易に排
出が可能となる。

【００１７】更に、溶融塩排出口にはカーボン材質のス
リーブを差し込んだ構造にすることで、導電を保ちつつ
溶融塩による排出口の溶融損失を防止できるため、排出
口の耐久性が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のごみ焼却灰の溶
融処理炉の実施例を示す概略断面図である。本実施例に
おける溶融処理炉の炉体１は、筒状の炉壁２とこの炉壁
２の底部を塞ぐ炉底３とから構成されている。炉壁２と
炉底３は接合部４において連結されている。炉壁２及び
炉底３は、いずれも銅、銅合金、普通鋼、合金鋼、或い
は、これらの組合せ等からなる金属部材から構成されて
おり、それぞれの内部には、冷却水を流すための水冷部
５，６が設けられている。また、炉壁２と炉底３は電気
的に導通している。

【００１９】また、炉壁２の中間高さ位置近傍に溶融塩
排出口７が形成され、炉壁２の下部近傍にスラグ排出口
８が形成される。

【００２０】炉底３には上下方向に貫通して下部電極９
が設けられている。下部電極９の上端は、炉底３から上
方に若干突出している。また、下部電極９に対向して上
部電極１０が配置される。この上部電極１０は、図示し
ない昇降装置により上下移動可能に支持されている。そ
して、下部電極９と上部電極１０との間には、単相の溶
融電源１１が接続されている。なお、上部電極は、溶融
処理炉の大きさに応じて並列的に複数本設けてもよい。

【００２１】次に、上述したごみ焼却灰の溶融処理炉の
動作について説明する。

【００２２】まず、下部電極９の先端を覆うように、ス
ラグ粒等の通電開始材料（図示せず）を投入した後、上
部電極１０を下降させ上部電極１０の先端を通電開始材
料に接触させる。次に、上部電極１０の先端を覆うよう
に焼却灰を投入し、この状態で溶融電源１１から電圧を
印加すると、上部電極１０の先端と通電開始材料との間
にアークが生じて通電開始材料が溶融するとともに周囲
の焼却灰も溶融して、図１に示すように溶融スラグ１３
の層が形成され電気抵抗溶融が開始される。

【００２３】溶融開始後、上部電極１０は引き上げら
れ、溶融スラグ１３を介して下部電極９と上部電極１０
との間に電流ｉが流れ、溶融スラグ１３は内部で発生す
るジュール熱により加熱される。

【００２４】操業時においては、溶融処理炉１に焼却灰
１５が投入され、この焼却灰１５は溶融スラグ１３から
の熱を受けて溶融し、溶融スラグ１３と溶融塩１４が生
成される。溶融塩１４の比重は１．９〜２．１であり、
溶融スラグ１３の比重２．５〜２．７よりも小さいの
で、溶融スラグ１３の層の上に溶融塩１４の層が形成さ
れる。また、焼却灰１５は、比重が０．３〜１．０であ
るので、溶融塩１４の上に層状に堆積する。また、投入
された焼却灰１５の一部は溶融せずに残り、未溶融灰１
６として炉底３及び炉壁２の近傍に付着する。

【００２５】このとき、本実施例においては、炉壁２が
水冷されているので、図２に示すように、溶融スラグ１
３の炉壁２の近傍の一部が固化して未溶融灰１６の内側
にスラグ固化層１３ａが形成される。また、溶融塩１４
の炉壁２の近傍の一部が固化して未溶融灰１６の層の内
側に凝固塩１４ｃの層が形成される。また、溶融塩１４
の下層部は高温の溶融スラグ１３と接触して完全溶融塩
層１４ａを形成し、上層は外気で冷却されて半溶融塩層
１４ｂを形成する。

【００２６】未溶融灰１６は電気的に高抵抗であり、ま
た、スラグ固化層１３ａ及び凝固塩１４ｃも高抵抗であ
るので、未溶融灰１６、スラグ固化層１３ａ、凝固塩１
４ｃは電気的な絶縁層を形成する。たとえば、溶融塩と
凝固塩の抵抗比は、１：６０００〜３００００である。
したがって、溶融塩１４の層と炉壁２の間は電気的に絶
縁されることになり、炉壁２の電位と炉底３に取り付け
られた下部電極９の電位が同電位であったとしても、上
部電極１０から溶融塩１４を介して炉壁２に電流が流れ
込むことはない。したがって、上部電極１０と下部電極
９との間の電流は全て溶融スラグ１３の内部を流れるこ
とになり、溶融スラグ１３を効率よく加熱することがで
きる。その結果、溶融処理炉１における熱効率を高める
ことができる。

【００２７】また、一旦、未溶融灰１６、スラグ固化層
１３ａ、凝固塩１４ｃからなる絶縁層が形成されると、
この絶縁層は断熱材としても機能するので、溶融スラグ
１３や溶融塩１４が必要以上に冷却されることがなくな
る。

【００２８】上述した絶縁層の形状は、溶融物の性状や
水冷の程度で変わってくるが、ここでは、炉壁２及び炉
底３を、炉体内の溶融塩と溶融スラグが固形物となって
炉体の壁面に付着して溶融塩と記炉体との間に電気的な
絶縁層を形成する程度に冷却するものとする。

【００２９】また、図１に示す実施例においては、溶融
塩１４によるバイパス電流を防止できるので、炉体を金
属部材とした溶融処理炉１でありながら、上下方向に配
置した電極９，１０を使用することができる。これによ
り、溶融開始位置を炉底３近傍とすることができ、溶融
直後から焼却灰１５を投入することができる。

【００３０】図３は、本発明のごみ焼却灰の溶融処理炉
の他の実施例を示す概略断面図である。なお、図１に示
す実施例と対応する部材には同一符号を付している。

【００３１】図３に示す実施例においては、炉壁２と炉
底３とは絶縁体４ａを介して接合されており、炉壁２と
炉底３とは電気的に絶縁されている。また、下部電極９
と炉壁２との間にスイッチ１２が接続されている。

【００３２】図３に示す実施例においても、操業開始時
の動作は、図１に示す実施例と同様であるので説明は省
略する。なお、操業開始時及び通常の溶融処理時には、
スイッチ１２はオフとされている。

【００３３】操業時においては、図１に示す実施例と同
様に、溶融処理炉１に焼却灰１５が投入され、溶融処理
炉２内に、下から、未溶融灰１６、溶融スラグ１３、溶
融塩１４、焼却灰１５の層が順次形成される。また、こ
のとき、溶融塩１４の上層部は外気に触れて半溶融塩層
１４ｂ（図２参照）が形成される。

【００３４】このとき、炉壁２と炉底３とは電気的に絶
縁されており、また、スイッチ１２はオフとされている
ので、炉壁２は電気的に浮いた状態にある。したがっ
て、上部電極１０と炉壁２との間に低抵抗の溶融塩１４
が存在していても、この溶融塩１４に電流が流れること
はない。したがって、上部電極１０と下部電極９との間
の電流は全て溶融スラグ１３の内部を流れることにな
り、溶融スラグ１３を効率よく加熱することができる。
その結果、溶融処理炉１における熱効率を高めることが
できる。

【００３５】次に、溶融処理炉１の中の溶融塩１４を排
出する場合には、図４に示すように、スイッチ１２をオ
ンとする。これにより、炉壁２の電位と炉底３に取り付
けられた下部電極９の電位が同電位になり、上部電極１
０と炉壁２との間に溶融塩１４を介して電流Ｉが流れ
る。溶融塩と溶融スラグの抵抗比は、１：３５〜３５０
であるので、上部電極１０と下部電極９との間の電流
は、殆ど溶融塩１４の層を流れる。したがって、溶融塩
１４はジュール熱により内部加熱され、半溶融状態の塩
が完全溶融状態の塩となる。すなわち、溶融塩１４の流
動性が大となるので、溶融塩排出口７の近傍の溶融塩の
みならず、排出口７とは反対側の溶融塩も溶融塩排出口
７から容易に排出することができる。

【００３６】なお、溶融塩１４に電流を流す場合には、
図４に示すように、上部電極１０の先端が溶融スラグ１
３の層まで達していると、上部電極１０の中間部分に電
流が流れて、その部分が損耗してくびれを生じる恐れが
あるので、図５に示すように、上部電極１０を若干引き
上げて、上部電極１０の先端が溶融塩１４の層に接する
ようにすることが望ましい。

【００３７】

【発明の効果】

（１）炉体を金属部材から構成するとともに炉体を冷却
するようにしたので、炉体が、焼却灰を溶融する際に生
成される溶融塩で損傷を受けることがない。また、溶融
物の一部が炉壁により冷却されて絶縁性の固形物が生成
されるため、炉体が金属部材であっても、溶融塩を介し
て炉壁に電流が流れることがなく、溶融スラグを効率よ
く加熱することができ、溶融処理炉における熱効率を高
めることができる。

【００３８】（２）操業時において、溶融塩に流れる電
流を防止できるので、炉体を金属部材で構成した溶融処
理炉でありながら、上下方向に配置した電極を使用する
ことができる。これにより、溶融開始位置を炉底近傍と
することができ、溶融直後から焼却灰を投入することが
できる。

【００３９】（３）溶融塩の排出の際には、溶融塩の導
電性を利用して溶融塩を加熱することができ、溶融塩を
十分に溶融させて容易に排出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の都市ごみ焼却灰の溶融処理炉の実施
例を示す概略断面図である。

【図２】 固形化した溶融物による絶縁作用を示す説明
図である。

【図３】 本発明の都市ごみ焼却灰の溶融処理炉の他の
実施例を示す概略断面図である。

【図４】 図３に示す実施例における溶融塩の排出処理
を示す概略断面図である。

【図５】 図３に示す実施例における溶融塩の排出処理
の他の例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１…炉体、２…炉壁、３…炉底、４…接合部、４ａ…絶
縁体、５，６…水冷部、７…溶融塩排出口、８…スラグ
排出口、９…下部電極、１０…上部電極、１１…溶融電
源、１２…スイッチ、１３…溶融スラグ、１３ａ…スラ
グ固化層、１４…溶融塩、１４ａ…完全溶融塩層、１４
ｂ…半全溶融塩層、１４ｃ…凝固塩、１５…焼却灰、１
６…未溶融灰

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長里 武治 北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラ ント設計株式会社内 (72)発明者 長谷川 佳史 北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラ ント設計株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体内に溶融すべき焼却灰と該焼却灰の
   溶融により生成された溶融塩と溶融スラグとが堆積さ
   れ、炉底に設けられその先端が溶融スラグに接触する下
   部電極と、該下部電極に対向して上下方向に移動可能に
   設けられた上部電極との間に通電することにより発生す
   る熱で前記焼却灰を溶融させるごみ焼却灰の溶融処理炉
   において、 前記炉体を金属部材から構成するとともに、前記炉体内
   の溶融塩と溶融スラグが固形物となって前記炉体の壁面
   に付着して前記溶融塩と前記炉体との間に電気的な絶縁
   層を形成する程度に前記炉体を冷却する冷却手段を設け
   たことを特徴とするごみ焼却灰の溶融処理炉。
2. 【請求項２】 炉体内に溶融すべき焼却灰と該焼却灰の
   溶融により生成された溶融塩と溶融スラグとが堆積さ
   れ、炉底に設けられその先端が溶融スラグに接触する下
   部電極と、該下部電極に対向して上下方向に移動可能に
   設けられた上部電極との間に通電することにより発生す
   る熱で前記焼却灰を溶融させるごみ焼却灰の溶融処理炉
   において、 前記炉体を、それぞれ金属部材から構成され、互いに電
   気的に絶縁された炉壁と炉底とから構成するとともに、
   前記炉壁と前記下部電極との間に、溶融塩の排出時にオ
   ンとされるスイッチを設けたことを特徴とするごみ焼却
   灰の溶融処理炉。