JP3798270B2

JP3798270B2 - 溶融炉内への被溶融物の投入方法

Info

Publication number: JP3798270B2
Application number: JP2001221469A
Authority: JP
Inventors: 三男山田; 恒夫岩水; 斉小川; 勝美福岡; 岳夫金子; 芳隆佐藤
Original assignee: Kyowa Exeo Corp
Current assignee: Kyowa Exeo Corp
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: JP2003090523A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却灰を主体とする被溶融物を溶融処理する際に用いられる溶融炉内への被溶融物の投入方法および投入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ等の一般廃棄物や産業廃棄物は、これまで埋立によって処理されていたが、埋立地の枯渇や環境破壊等の問題から、現在では一般に焼却処理されている。しかし、当該焼却処理によっても、処理生成物である焼却灰に、重金属類やダイオキシン類等の有害物質が含まれているために、これをそのまま埋立処理するには問題がある。
このため、近年、焼却灰を溶融炉に投入し、溶融状態になるまで高温で加熱することにより、有害物質の無害化および処理生成物の減容化を図ることが行われている。
【０００３】
ところで、この種の溶融炉に焼却灰を投入する従来の投入装置として、例えば、特許第３０６５２１２号に見られる押出供給装置が知られている。この押出供給装置は、溶融炉に付設されたホッパの底部に、当該溶融炉内に連通するシリンダを形成し、このシリンダ内に複数のプッシャーを設けて、当該プッシャーの往復動作を所定のタイムサイクルで行うことにより、シリンダ内の被溶融物を順次上記炉内に投入するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の溶融炉内への被溶融物の投入方法にあっては、プッシャ−を一定時間ごとに駆動して、溶融すべき被溶融物を炉内に投入しているので、被溶融物における水分含有率や可燃性の度合いといった性状や、その投入量が変化すると、炉内温度が一定しなくなり、この結果焼却灰が完全に溶融されずに排出されてしまう場合が発生するという問題点があった。
【０００５】
一方、従来より、この種の溶融炉として、テルミット式溶融炉が知られている。この溶融炉は、炉内に設けられたバーナーによる化石燃料（灯油、軽油等）の燃焼熱と、焼却灰に混在されたテルミット剤によるテルミット反応とを利用して、効率よく焼却灰を加熱して溶融させようとするものである。ここで、上記テルミット反応とは、アルミニウムと酸化鉄の粉末を混ぜて、一定の高温（約１１００℃）に加熱することにより、
Ｆｅ₂Ｏ₃＋２Ａｌ＝２Ｆｅ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋８２９ｋＪ
２Ｆｅ＋３／２Ｏ₂＝Ｆｅ₂Ｏ₃＋８２３ｋＪ
で表されるように、酸化鉄の還元および鉄の酸化によるテルミット反応を生じさせ、この際発生する大量の熱（８２９ｋＪおよび８２３ｋＪ）を利用して上記焼却灰の溶融に必要な１３００℃〜１５００℃の高温雰囲気を得るものである。
【０００６】
このため、上記テルミット式溶融炉へ焼却灰およびテルミット剤を投入するに際して、上記従来の溶融炉内への被溶融物の投入方法を使用すると、炉内温度の変動により、上記テルミット反応自体が不安定になり、よって焼却灰を円滑に溶融処理することが難しくなるという問題点が生じことから、安定的な溶融処理を可能とする被溶融物の投入方法およびその装置の開発が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被溶融物の性状等や投入量が変化した場合においても、常に炉内の温度雰囲気を溶融処理に最適な状態に保持することができ、よって焼却灰の溶融処理を連続して円滑に実施することが可能となる溶融炉内への被溶融物の投入方法および投入装置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】
請求項１に記載の本発明に係る溶融炉内への被溶融物の投入方法は、焼却灰を主体とするとともに、テルミット反応を生じさせるためのテルミット溶融剤を上記焼却灰に対して所定割合含む被溶融物を、投入手段によって加熱手段を有するテルミット式溶融炉内へ投入する方法であって、上記炉内温度として上記被溶融物の溶融領域における温度を検出し、この温度が１２００℃〜１４００℃の範囲の中から選択した設定値に達した際に、上記投入手段を駆動して上記被溶融物を上記溶融炉内へ投入することを特徴とするものである。なお、上記設定値は、好ましくは、１２５０℃〜１３５０℃の範囲（すなわち、１３００℃±５０℃の範囲）の中から選択した値とするとよい。
【００１２】
請求項１に記載の本発明によれば、投入手段によって溶融炉内に被溶融物を投入すると、炉内温度が一旦低下し、次いで炉内における加熱によって当該炉内温度が上昇することにより、上記被溶融物に対する溶融処理が行われる。そして、上記炉内温度が所定の温度に達した際に、上記投入手段を駆動して再び被溶融物を溶融炉内に投入する動作を順次繰り返すことにより、上記溶融炉内を、常に溶融処理に最適な雰囲気下に保持することができ、この結果焼却灰を主体とする被溶融物の溶融処理を連続して円滑に実施することが可能となる。
【００１３】
したがって、確実に炉内温度をテルミット反応が生じる温度以上にまで上昇させて、所望の溶融処理が行われた後に、新たな被溶融物を投入することができる。この際に、炉内温度を検出する位置を、被溶融物の溶融領域とし、かつ設定温度を１２００℃〜１４００℃の範囲、好ましくは１２５０℃〜１３５０℃の範囲の中から炉の形式、被溶融物の性状等により選択した値としているので、上記テルミット式溶融炉内における焼却灰を主体とする被溶融物の定常的かつ連続的な溶融処理を、確実に制御することができる。
【００１４】
ところで、本発明のように、炉内温度に対応させて投入手段により被溶融物を炉内に投入する場合には、従来のような一定の間隔で被溶融物を炉内に投入する場合と比較して、溶融炉に付設されて被溶融物を蓄えるホッパ内の被溶融物のレベルが一定の速度で低下するとは限らない。このため、常時ホッパ内のレベルを目視などして人手によって当該ホッパ内に被溶融物を供給する場合は問題無いものの、上記ホッパに搬送手段を用いて自動的に被溶融物を供給しようとすると、上記搬送手段を一定の速度で運転したり、あるいは一定の間隔で間欠的に運転すると、ホッパ内の被溶融物のレベルに大きな変動を来たし、甚だしい場合には、上記ホッパから被溶融物が溢れたり、あるいは投入手段によって投入すべき被溶融物に不足を生じたりする虞がある。
【００１５】
この場合は、上記ホッパ内の上記被溶融物のレベルによって上記被溶融物を搬送する搬送手段を起動停止させる第２の制御手段を設ければ、上記ホッパ内の被溶融物のレベルを検出し、上記第２の制御手段によって、上記レベル信号に基づいて上記搬送手段を起動停止させることができるために、投入手段の動作が不規則になった場合においても、常に上記ホッパ内に所望の量の被溶融物を蓄えておくことが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の溶融炉内への被溶融物の投入装置を、テルミット式溶融設備に適用した一実施形態を示すものである。
図中符号１は、このテルミット式溶融設備におけるテルミット式溶融炉であり、符号２は、この溶融炉１に一体的に併設されて溶融対象物である被溶融物を貯留するホッパである。このホッパ２の底部には、溶融炉１内に連通する開口部３が形成されており、この開口部３に対向する位置には、ホッパ２内の被溶融物を溶融炉１内へと投入するプッシャー（投入手段）４が設けられている。なお、符号５は、油圧モータ６から供給される作動油によってプッシャー４を往復駆動するシリンダである。
【００１７】
他方、ホッパ２の上部には、被溶融物の搬送手段が設けられている。
この搬送手段は、溶融処理される焼却灰（被溶融物）を貯留する供給ホッパ７と、この供給ホッパ７から排出された焼却灰を搬送するコンベヤ８と、このコンベヤ８によって搬送されてくる焼却灰に対して、所定割合でテルミット溶融剤を供給する供給装置９と、コンベヤ８から送られてくる一定割合のテルミット溶融剤を混在させた焼却灰の重量を計量するスクリューコンベヤ１０とから概略構成されたもので、スクリューコンベヤ１０の排出側が、上記ホッパ２の上部に導入されている。
【００１８】
ここで、テルミット剤の供給装置９は、アルミニウム成分としてのアルミニウムドロス粉末が蓄えられたアルミニウム容器１１と、酸化鉄成分としての廃棄酸化鉄粉末が蓄えられた酸化鉄容器１２と、これら容器１１、１２から供給されるアルミニウムドロス粉末および廃棄酸化鉄粉末を、前述した反応式に対応する２：１のモル比となる割合でビニール袋に詰めて封じてテルミット溶融剤とした後に、これをコンベヤ８上に供給する袋詰供給装置１３とを備えた構成のものであり、スクリューコンベヤ１０の重量検出信号に基づいて、焼却灰に対して一定の割合で上記テルミット溶融剤を供給するように制御されている。
【００１９】
これに対して、ホッパ２の側壁には、上記搬送手段によって供給される被溶融物のレベルを検出する、超音波等を用いた非接触のレベル検出器１４が取付けられている。そして、このレベル検出器１４からの検出信号に基づいて、図示されない第２の制御手段により、コンベヤ８、テルミット剤の供給装置９およびスクリューコンベヤ１０を同時に起動し、同時に停止する制御がされるようになっている。
【００２０】
また、上記溶融炉１は、上記開口部３に連続して被溶融物が供給される底部が傾斜面１ａによって形成され、当該傾斜面１ａの下部には、溶融物の排出部１ｂが形成されている。さらに、上記傾斜面１ａに対応して傾斜する天井部１５には、複数本（図では４本）のバーナー（加熱手段）１６が配設されるとともに、これらバーナー１６に囲まれた中心部に、熱電対式の温度検出器１７が配設されている。ちなみに、この温度検出器１７は、傾斜面１ａを下方に向けて移動する被溶融物の溶融領域における雰囲気温度を検出する位置に取付けられている。そして、この温度検出器１７からの検出信号に基づいて油圧モータ６を起動停止することにより、シリンダ５を介してプッシャー４を往復駆動させる制御手段１８（第１の制御手段）が設けられており、この制御手段１８における制御設定値は、１２００℃〜１４００℃の範囲、好ましくは１２５０℃〜１３５０℃の範囲の中から炉の形式、被溶融物の性状等により選択した値とされている。
【００２１】
また、溶融炉１の排出部１ｂの下方には、底部に水を蓄えたスラグ排出コンベヤ２０が配設され、このコンベヤ２０によって移送されたスラグが、スラグバンカ２１に蓄えられるようになっている。
他方、溶融炉１から排出された排気ガスは、２次燃焼室２２において再燃焼され、ダイオキシン類が分解された後、排ガス冷却装置２３において水の潜熱を利用した直接冷却により、少なくとも５５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に急冷され、その後廃熱ボイラ、バーナー１６の燃焼用などに使用される空気の予熱器、白煙防止用空気加熱器等の熱回収手段２４において熱回収され、さらにバグフィルター等のろ過集塵機などにより別途無害化処理されて煙突から排出されるようになっている。
【００２２】
次に、上記構成からなるテルミット式溶融炉内への被溶融物の投入装置を用いて、本発明に係る溶融炉内への被溶融物の投入方法の一実施形態について説明する。
先ず、コンベヤ８によって供給ホッパ７内の焼却灰（被溶融物）を移送しつつ、スクリューコンベヤ１０の荷重に基づいて、供給装置９から焼却灰の一定割合ごとにテルミット剤を供給し、当該テルミット剤を混在させた焼却灰を、スクリューコンベヤ１０からホッパ２内へ供給する。他方、溶融炉１内においては、バーナー１６によって炉内温度を上昇させるとともに、当該炉内温度を温度検出器１７によって連続的に検出する。そして、図３に示すように、上記炉内温度が１２００℃〜１４００℃の範囲、好ましくは１２５０℃〜１３５０℃の範囲の中から選択した設定値に達すると、制御手段１８（第１の制御手段）によって油圧モータ６を駆動し、シリンダ５によってプッシャー４を往復動させることにより、ホッパ２底部の被溶融物を開口部３から溶融炉１の傾斜面１ａへと投入する。
【００２３】
すると、炉内温度は、新たな被溶融物の投入によって一旦低下するが、バーナー１６による加熱によって、炉内温度が上昇して約１１００℃まで達すると、テルミット剤がテルミット反応を起こすことにより、上記バーナー１６による加熱とテルミット反応によって発生する熱量とによって焼却灰が溶融される。そして、溶融された焼却灰は、傾斜面１ａに沿って流下し、底部の排出部１ｂから、スラグ排出コンベヤ２０へと排出されて行く。
このようにして、溶融炉１内の温度が上昇し、炉内温度が上記設定値に達すると、温度検出器１７および制御手段１８によって再びプッシャー４が往復動し、新たな被溶融物が溶融炉１内へと投入され、以上の工程が順次繰り返される。
【００２４】
また、これと並行して、ホッパ２内における被溶融物のレベルが所定のレベルまで達すると、これを検出したレベル検出器１４からの信号により、第２の制御手段によってコンベヤ８、テルミット剤の供給装置９およびスクリューコンベヤ１０の運転が同時に停止する。そして、上記プッシャー４による投入によって、被溶融物のレベルが所定値以下に下がると、上記レベル検出器１４からの検出信号により、再びコンベヤ８、供給装置９およびスクリューコンベヤ１０の運転が同時に再開される。
【００２５】
このように、上記溶融炉内への被溶融物の供給装置およびこれを用いた供給方法によれば、温度検出器１７によって常時溶融炉１内の温度を検出し、検出された炉内温度が１２００℃〜１４００℃の範囲、好ましくは１２５０℃〜１３５０℃の範囲の中から選択した設定値に達した際に、制御手段１８によりプッシャー４を駆動して、被溶融物を溶融炉１内に投入しているので、溶融炉１内を、常に溶融処理に最適な雰囲気下に保持することができ、よって被溶融物の溶融処理を連続して円滑に実施することができる。
【００２６】
この際に、温度検出器１７によって炉内温度を検出する位置を、被溶融物の溶融領域とし、かつ設定温度を１２００℃〜１４００℃の範囲、好ましくは１２５０℃〜１３５０℃の範囲の中から選択した値としているので、テルミット式の溶融炉１内において確実にテルミット反応を発生させることにより、確実に焼却灰の定常的かつ連続的な溶融処理を制御することができる。
【００２７】
加えて、上述した被溶融物の投入と並行して、レベル検出器１４によってホッパ２内の被溶融物のレベルを検出し、第２の制御手段によって、上記レベル信号に基づいて上記搬送手段を起動停止させることができるために、プッシャー４による被溶融物の投入が、等間隔でない場合においても、常にホッパ２内に所望の量の被溶融物を蓄えておくことができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態においては、本発明をテルミット式溶融炉１内に、焼却灰に対して所定割合のテルミット反応を生じさせるためのテルミット溶融剤を含む被溶融物を投入するための投入方法および投入装置に適用した場合に付いてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、同様の焼却灰を主体とする被溶融物を酸素富化雰囲気中において溶融処理する溶融炉等の他の形式の溶融炉に対しても、同様に適用することが可能である。
【００２９】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、投入手段による溶融炉内への被溶融物を投入を、炉内温度に基づいて行っているので、上記溶融炉内を、常に溶融処理に最適な雰囲気下に保持することができ、この結果焼却灰を主体とする被溶融物の溶融処理を連続して円滑に実施することが可能となる。したがって、確実に炉内温度をテルミット反応が生じる温度以上にまで上昇させて、所望の溶融処理が行われた後に、新たな被溶融物を投入することができる。
【００３０】
また、上記ホッパに被溶融物を搬送する搬送手段が設けられている場合には、当該ホッパ内の被溶融物のレベルを検出し、第２の制御手段によって、上記レベル信号に基づいて上記搬送手段を起動停止させることができるために、投入手段による被溶融物の投入が、等時間間隔でない場合においても、常時上記ホッパ内に所望の量の被溶融物を蓄えておくことが可能になるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体の概略構成図である。
【図２】上記実施形態における温度検出手段の配置を示す溶融炉の平面図である。
【図３】上記実施形態における制御フロー図である。
【符号の説明】
１溶融炉
２ホッパ
３開口部
４プッシャー（投入手段）
８コンベヤ
９テルミット剤の供給装置
１０スクリューコンベヤ
１４レベル検出器
１６バーナー
１７温度検出器
１８制御手段（第１の制御手段）

Claims

焼却灰を主体とするとともに、テルミット反応を生じさせるためのテルミット溶融剤を上記焼却灰に対して所定割合含む被溶融物を、投入手段によって加熱手段を有するテルミット式溶融炉内へ投入する方法であって、上記炉内温度として上記被溶融物の溶融領域における温度を検出し、この温度が１２００℃〜１４００℃の範囲の中から選択した設定値に達した際に、上記投入手段を駆動して上記被溶融物を上記溶融炉内へ投入することを特徴とする溶融炉内への被溶融物の投入方法。