JP2002303416A

JP2002303416A - 誘導加熱式連続溶融炉

Info

Publication number: JP2002303416A
Application number: JP2001105044A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Maeno; 裕史前野; Katsumi Azuma; 勝美東; 幸治 ▲あべ▼松; Koji Abematsu
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】小規模の溶融に最適で、しかも炉の操作が簡単
で特別な知識や熟練を必要とせず、かつ連続的に溶融処
理できる誘導加熱式連続溶融炉を提供する。【解決手段】被溶融物が炉の一端から入り内部で溶融さ
れて炉の別の一端から排出される誘導加熱式連続溶融炉
であって、ＺｒＢ₂を５０質量％以上含む管状の発熱体
１を有し、該発熱体の管の長さが管の内径の５倍以上で
あり、かつ該発熱体の内壁面で被溶融物を溶融すること
を特徴とする誘導加熱式連続溶融炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物などの溶融
炉、特には小規模で連続処理に適する灰溶融炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般廃棄物や産業廃棄物のごみ焼却炉の
集塵装置から回収された飛灰や、焼却炉下から排出され
る燃え殻(主灰)には、ダイオキシン類や有害な金属が含
まれ、それらの灰の減容化、無害化の手段として灰溶融
炉が注目されている。

【０００３】灰溶融炉としては、酸素不足雰囲気下で加
熱することによりごみの一部をガス化して分離し、その
ガスを燃焼させることで灰を溶融させるガス化溶融炉、
重油や燃料ガスを燃焼させその輻射熱で溶融する燃焼式
溶融炉、アークやプラズマ等を利用する電気式溶融炉、
またはコークスベッド型溶融炉等が知られている。

【０００４】これらの溶融炉は大量の被溶融物を連続的
に処理するには適しているが、１日当りの処理量が数ト
ンレベルの小型の溶融炉として使用するには問題があ
る。例えば、燃焼式溶融炉には排気ガスが大量に排出さ
れ、その処理をするための設備コストや運用コストが増
えるなどの問題があり、また、ガス化溶融炉、プラズマ
式溶融炉、アーク式溶融炉などは設備上小規模のものを
作りにくい、コークスベッド型溶融炉も副原料として、
コークスを必要とするため、小規模では現実的ではない
等である。

【０００５】小規模の溶融にも適する方式としては誘導
加熱式溶融炉がある。誘導加熱式溶融炉は制御がしやす
い利点があるものの、焼却灰などの電気絶縁体を誘導加
熱で溶融するには、炭素や炭素−ＳｉＣ複合体などの発
熱体を炉内に投入する必要がある。このような炉内に投
入される発熱体の損耗は早くランニングコストがかかる
問題がある。さらに、発熱体を炉内に投入するには炉の
構造がルツボ形状に限定されるため連続溶融は難しく、
処理量の面でも問題があった。

【０００６】炉内への発熱体の投入問題を解消するた
め、特開平９−２０６７９７号には炉本体を導電性セラ
ミックスで耐食性もあるＺｒＢ₂製とし、炉本体を発熱
体とする誘導加熱方式を利用した汚泥の溶融固化方法が
提案されている。

【０００７】しかし、提案された装置では、発熱体が筒
状ではなくルツボ形状であるため連続溶融ができず処理
量の面で問題があるほか、昇温、温度保持、排出等の各
工程で目視による確認作業が必要となり、人件費などの
運用コスト面での問題もある。さらに連続処理ではなく
バッチ処理であるため１回毎の昇温のための熱量がロス
になり、被溶融物当りの電力消費量が多くなる問題もあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、小規模の溶
融に最適で、しかも炉の操作が簡便で特別な知識や熟練
を必要とせず、かつ連続的に溶融処理ができる、管状の
発熱体からなる誘導加熱式連続溶融炉の提供を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、被溶融物が炉
の一端から入り内部で溶融されて炉の別の一端から排出
される誘導加熱式連続溶融炉であって、ＺｒＢ₂を５０
質量％以上含む管状の発熱体を有し、該発熱体の管の長
さが管の内径の５倍以上であり、かつ該発熱体の内壁面
で被溶融物を溶融することを特徴とする誘導加熱式連続
溶融炉を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の誘導加熱式連続溶融炉
（以下、単に本溶融炉という）は、ＺｒＢ₂を５０質量
％（以下、単に％と略す）以上含む管状の発熱体を有
し、該発熱体の内壁面で被溶融物を溶融することを特徴
とする。

【００１１】管状の発熱体のＺｒＢ₂の含有量が５０％
未満であると導電性が不充分となるおそれがある。Ｚｒ
Ｂ₂の含有量が５０〜９９．５％であると好ましい。さ
らに好ましくはＺｒＢ₂の含有量が７０〜９９％であ
る。ＺｒＢ₂としては、耐食性、導電性、機械的強度な
どの点から焼結体が好ましく、キャスタブルなどを併用
してもよい。

【００１２】本溶融炉の基本的な構成を図１に示す。図
１は本溶融炉の縦断面図の概略図である。図中、１はＺ
ｒＢ₂を５０％以上含有する管状の発熱体（以下、本発
熱体という）、２は被溶融物である主灰や飛灰の投入方
向、３は溶融物の排出方向、４は銅管などからなる誘導
コイルで、通例、銅管内部には冷却水が流れる。５は断
熱材、６は外部炉体である。なお、主灰や飛灰などの被
溶融物は図示しない供給装置により一定量ずつ供給され
る。なお、図１では本発熱体は軸方向に４分割されてい
る場合を示す。

【００１３】溶融は誘導コイル４に電流を流すことによ
り本発熱体１に誘導電流が流れて被溶融物を１３００〜
１５００℃に加熱する。なお、灰中のダイオキシンは分
解され、有害な金属はガラスに固溶し無害化される。ま
た溶融物は、排出された後に必要に応じて水で急冷・固
化されてスラグとなる。なお、灰中の未燃分は溶融過程
で燃焼して排気ガスが発生するが、排気ガスは下流に向
けて排気される。

【００１４】本発熱体は、管の長さが管の内径の５倍以
上である。管の長さが管の内径の５倍未満であると、管
の表面で溶融した灰と、管の中央付近の未溶融灰との混
合がされにくく、未溶融の灰が排出されるおそれがあ
り、それを防止するために必要以上に長時間溶融しなけ
ればならない。

【００１５】本発熱体は、おおむねストレートな管であ
ると管内部での滞留防止などの点で好ましいが、必ずし
もこれに限定されるものではない。本発熱体において、
管の内径は２０〜１６０ｍｍであると好ましい。さらに
好ましくは、４０〜１００ｍｍである。管の内径が２０
ｍｍ未満になると処理量が少なくなりその分発熱体の本
数が必要となり、灰の投入装置が複雑になり、また溶融
物の凝集の問題などがある。一方、内径が１６０ｍｍを
超えると管の製作が難しくなるため、それぞれ好ましく
ない。

【００１６】また、本発熱体は全体を一体物としてもよ
いが熱応力を緩和するためと、発熱体の製作コストを下
げるために発熱体を分割してもよい。発熱体を分割する
場合には、図１に例示するように管を軸と直角方向にリ
ング状（輪切り状）に分割すると周方向に流れる誘導電
流に影響を与えないため好ましい。また、あらかじめ軸
と直角方向に分割しておけば、万一そのうちの一部が軸
と平行な方向に破断して誘導電流が流れなくなり発熱し
なくなってもその影響は全体に及ばないため好ましい。
分割している場合の管の長さは、それらを合わせた長さ
をいう。

【００１７】本発熱体の内径が大きい場合には、発熱体
を周方向にも複数に分割してもよい。一例を図２に示
す。図２では、棒状の導電性耐火物７を平行に並べて筒
を形成し、非導電性耐火物８で取り囲んでいる。導電性
耐火物７はＺｒＢ₂を５５％以上含むのが好ましく、導
電性耐火物７と非導電性耐火物８を合わせたときＺｒＢ
₂が５０％以上含まれる必要がある。なお、この場合、
必要に応じて軸と直角方向に分割してもよい。

【００１８】溶融を効率的に行うために、本発熱体の内
面に凹凸や邪魔板のようなものを設けると、溶融物と未
溶融の被溶融物との混合が促進され、未溶融の被溶融物
の残留を防止できるため好ましい。

【００１９】なお、本発明において、本発熱体の本数は
１本に限定されるものではなく、処理量に応じて２本以
上を平行に組み合わせて使用してもよい。この場合、図
３と図４に示すように１個の誘導コイル内に複数の本発
熱体を配置することもできる。図３と図４は本発熱体の
本数が４本の場合で、図３は本溶融炉の横断面図の概略
図であり、図４は本溶融炉の縦断面図の概略図である。

【００２０】本発熱体を複数本並べて使用する場合に
は、誘導コイルの周波数や電圧を適切に選らぶと複数本
を同時に均一な温度で加熱できる。また複数の発熱体を
誘導コイルから等距離、すなわち同一周上に配列すると
発熱体間の温度の違いを少なくできるため好ましい。

【００２１】本発明において、発熱体は水平に近い状態
で使用されるが、溶融物の粘性や灰の流動性により、下
り勾配または上り勾配など、任意に選定される。また、
本発明では、炉内に発熱体を投入する必要のないもので
あるが、補助的な目的で被溶融物にカーボンや金属など
の発熱体を一部混入させてもよい。

【００２２】さらに、本溶融炉を運転するにあたり、被
溶融物の発熱体に対する流速を早くすると、被溶融物と
発熱体との間の熱交換が促進されるため好ましい。な
お、発熱体の外側の断熱材としては特に制限はないが、
炭化ケイ素、窒化ケイ素、カーボン、高ジルコニア質電
鋳耐火物、アルミナ系耐火物、マグネシア系耐火物など
が例示される。

【００２３】また、断熱材の外側の外部炉体としては特
に制限はないが炭化ケイ素質キャスタブル、アルミナ質
キャスタブル、アルミナムライト質キャスタブル、断熱
シャモット質キャスタブル、断熱レンガなどが例示され
る。

【００２４】

【実施例】ホウ化ジルコニウム製(ＺｒＢ₂９８％を含
む)の、外径１００ｍｍ、内径７８ｍｍ、長さ１５０ｍ
ｍのパイプ４本を直列に接続し、長さ６００ｍｍの発熱
体を準備した。なお、パイプのつなぎ目から溶融物が漏
れないように、軸方向に圧縮力がかかるようにした。こ
の管状の発熱体をほぼ水平に保持し、片端から産業廃棄
物の焼却灰を１５ｋｇ／ｈ投入し、残りの片端から溶融
物を溶融スラグ(約４００℃)として排出した。なお、誘
導コイルには周波数３ｋＨｚの高周波電流を流した。

【００２５】比較のため、同じ材質で内径２００ｍｍ、
外径２２４ｍｍ、深さ２４０ｍｍのルツボを製作した。
なお、ルツボの内面表面積とパイプの内面表面積はほぼ
同じようにしてある。

【００２６】残留物の影響をみるため、溶融物の一部を
残留させて、起動停止、再加熱を５回繰り返した。その
結果、パイプを使用した場合は特に問題なく再加熱でき
た。しかし、ルツボを使用した場合では、中心付近の残
留物が溶融するのに時間がかかったほか、５回目の加熱
時に小さなクラックが数箇所ルツボに入った。なお、両
方の装置を５時間ずつ運転して処理量を比較したとこ
ろ、ルツボの処理量を１とした場合のパイプの処理量は
約３であった。

【００２７】

【発明の効果】本発明において、発熱体はＺｒＢ₂を５
０％以上含むため耐食性に優れ、導電性もあるため管状
の発熱体として溶融炉を構成できる。したがって、誘導
加熱方式による連続溶融処理ができ、処理量も大きい。

【００２８】さらに、管状の発熱体の長さを内径の５倍
以上にするため、被溶融物と発熱体との熱交換を促進
し、効率的に加熱溶融できる。溶融炉内に残留する溶融
物の量も少なくできる。また、溶融物を連続的に排出で
きるのでルツボ方式のように被溶融物の投入、排出作業
の度に容器を傾動させる必要がなく生産性も高い。

【００２９】また、発熱体を軸方向に分割することによ
り、熱応力などで破損することを防ぎ、また万一破損し
てもその影響を局所的なものとし、炉全体が誘導加熱で
きなくなることを防ぐ。

【００３０】また、溶融方式が誘導加熱式のため制御盤
の出力調整で簡単に溶融状態を制御できるため、これま
でのように運転操作に特別な知識や熟練を必要とせず、
簡便な操作で運転できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】分割した発熱体を使用した本溶融炉の概略断面
図。

【図２】周方向に分割した発熱体の概略斜視図。

【図３】分割していない発熱体を使用した本溶融炉の横
断面の概略断面図。

【図４】分割していない発熱体を使用した本溶融炉の縦
断面の概略断面図。

【符号の説明】

１：管状の発熱体２：灰(被溶融物)の投入方向３：溶融物の排出方向４：誘導コイル５：断熱材６：外部炉体７：導電性耐火物８：非導電性耐火物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 6/10 ３７１Ｈ０５Ｂ 6/10 ３７１Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AB16 AD03 AD32 AD40 3K061 AB03 AC03 NB01 4K050 AA07 BA06 CA05 CD07 CD08 CF01 CF11 CG27 4K063 AA04 AA12 AA19 BA13 CA08 FA36 FA43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被溶融物が炉の一端から入り内部で溶融さ
れて炉の別の一端から排出される誘導加熱式連続溶融炉
であって、ＺｒＢ₂を５０質量％以上含む管状の発熱体
を有し、該発熱体の管の長さが管の内径の５倍以上であ
り、かつ該発熱体の内壁面で被溶融物を溶融することを
特徴とする誘導加熱式連続溶融炉。
【請求項２】管状の発熱体が分割されていることを特徴
とする請求項１記載の誘導加熱式連続溶融炉。