JPH10274407A - 誘導加熱式焼却灰溶融炉及び焼却灰溶融処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】誘導加熱式焼却灰溶融炉において、溶融スラグ
が排出口に固着するのを防止する。 【解決手段】炉内に配置された導電性発熱体１０が誘導
加熱されることによって、焼却灰を溶融し、溶融スラグ
を炉底面よりも炉内に突き出して設けられたスラグ出滓
口７から排出し、スラグ出滓口と炉底面との間に溶融ス
ラグ溜りを作る。 【効果】溶融スラグの温度効果を防止でき、またスラグ
の出滓時に外気と接触して温度効果するのを防止でき
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，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，無害化するための焼却灰溶融炉及び焼却
灰溶融処理方法に係り、特に電磁誘導加熱によって焼却
灰を溶融する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、都市ごみ等は、そのまま埋め
立て処分されてきたが、二次的公害の原因になることか
ら、近年は、焼却後に廃棄処分されるようになった。し
かし、焼却により、ごみの体積が１／１０に減容される
とはいえ、埋め立て地の不足や確保の困難さ、埋め立て
た灰からの有害物の溶出或いは未燃焼物による環境再汚
染の発生が懸念され、さらなる無害化処理が望まれてい
る。

【０００３】無害化処理方法としては、厚生省告示にあ
るように、溶融固化法，セメント固化法，薬剤混練法，
溶媒溶出法等が一般的であるが、それぞれ一長一短があ
り、決め手がないのが現状である。その中では、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る
溶融固化法が注目されだした。焼却灰溶融固化方法に
は、「廃棄物学会誌」Vol.５，No.１，第４６−５９頁
(１９９４）に記載されているように、燃焼熱利用のバ
−ナ燃焼加熱式，アーク放電加熱式，プラズマ加熱式，
電磁誘導加熱式等があり、その加熱方式により様々な構
造を有する溶融炉が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】バーナ燃焼加熱式によ
る焼却灰溶融処理は、燃料と助燃材（例えば空気）との
燃焼によるために、多量の排気ガスが生成し、その排ガ
ス処理の負荷増大を伴う。アーク放電加熱式において
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り、構造的に複雑となり、電極の
消耗も激しい。

【０００５】電磁誘導加熱式に関しては、炉底に溶融鉄
等をプールし、それを誘導加熱して熱源にし、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の問題がある。また、炭素材例
えば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知られているが、容
器の消耗，損傷が生じ易い。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に補助的な熱体を配備す
る等、装置が複雑化しかねない。

【０００６】いずれの方式においても、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
炉構造上の工夫が必須課題である。

【０００７】本発明の目的は、電磁誘導加熱方式の焼却
灰溶融炉において、高温領域からのスラグの出滓を達成
し、スラグ出滓口の閉塞を防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による焼却灰溶融
炉は、電磁誘導加熱される炉内に導電性発熱体を配置
し、該導電性発熱体を誘導加熱することによって該炉内
に投入された焼却灰を溶融し、焼却灰の溶融によって生
じた溶融スラグを炉底部のスラグ出滓口から排出するよ
うにした誘導加熱式焼却灰溶融炉において、前記スラグ
出滓口を炉底面よりも炉内側に突き出し、該スラグ出滓
口と炉底面との間に溶融スラグ溜りを形成するようにし
たことにある。

【０００９】本発明による焼却灰溶融炉の好適な例で
は、炉内に導電性発熱体を積層配置し、その積層高さに
沿う炉側壁に誘導加熱コイルを配設し、これに通電して
導電性発熱体を自己発熱させる。炉上部の焼却灰投入口
から炉内に焼却灰を投入して、接触加熱して溶融する。
導電性発熱体が消耗減少したときには、炉上部の発熱体
搬入口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。

【００１０】溶けた焼却灰すなわち溶融スラグは、導電
性発熱体表面を流下して炉底部に溜まる。スラグ出滓口
は炉底部よりも炉内に突き出ており、この突き出た分だ
け溶融スラグが滞留する。そして、スラグ出滓口の頂点
から溢流した溶融スラグは、炉外へ排出され、水槽等に
落下して冷却され、水砕スラグ等として固形化する。炉
内で発生する高温ガスは、その一部を炉上部の排気口か
ら排出し、他の一部のガスは溶融スラグとともにスラグ
出滓口から排出させる。

【００１１】炉内で発生した高温ガスの一部と溶融スラ
グをスラグ出滓口から共に排出することにより、溶融ス
ラグと外気との接触を回避でき、スラグの温度を一定に
保持することが可能になる。また、スラグの粘度増大を
防止し安定な流動性を確保でき、スラグ出滓口における
スラグの固着を防止できる。更に、炉内への外気の侵入
を抑制できる。

【００１２】炉壁に設ける台座及びスラグ出滓口は、炭
素材、特に黒鉛で構成することが好ましく、これにより
スラグがスラグ出滓口に固着するのを防止できる。ま
た、炉底に開閉機能を備えた止栓を取り付けることによ
り、炉底に停滞する溶融スラグを間歇して抜き出すこと
もでき、また、炉内に滞留する溶融スラグの量を調整す
ることが可能になる。

【００１３】本発明において使用される導電性発熱体
は、炭素材、特に黒鉛或いは無定形炭素からなるものが
好ましい。これらの導電性発熱体の材質消耗の主たる原
因は、酸素との反応による。そこで、炉上部の炉蓋構造
を工夫して外気の炉内への侵入を防止することが望まし
い。スラグ出滓口に密封蓋を取り付けることは、外気の
侵入防止効果を持たせる上から有効である。

【００１４】焼却灰の溶融反応によって導電性発熱体が
消耗減少した場合には、新たな導電性発熱体の追加投与
によって、焼却灰を溶融するのに必要な熱容量を確保維
持することが必要になる。炉上部に発熱体搬入口を設け
て炉内へ発熱体を供給することで必要な熱容量を確保で
きる。

【００１５】発熱体の供給時に外気が同伴して炉内に侵
入するのを防止するために、発熱体搬入口をゲート等で
区切られた投入室で構成することは好ましい。また、導
電性発熱体の追加投与に当たっては、スラグ出滓口から
の溶融スラグ排出量又は炉上部の灰投入口から供給でき
る灰量の低下をみて炉内に投入するのがよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、図面に従って詳細に説明
する。図１は本発明による誘導加熱式焼却灰溶融炉の一
実施例を示す断面図である。この電磁誘導加熱炉は、炉
体１，炉体１の上部を閉じる炉蓋２及び３，炉体１の上
部の灰投入口４，発熱体搬入口５，炉蓋２に連結された
上部排気口６，炉体１の下部の炉壁を貫通し炉内に突き
出したスラグ出滓口７及び止栓８，炉体外周に巻かれた
誘導加熱コイル９を具備し、炉内には導電性発熱体１０
が積層配置されている。

【００１７】導電性発熱体１０は、炭素材であって、特
に黒鉛又は無定形炭素からなり、柱状又は球状等に成形
したものが規則的又は不規則に積層されている。

【００１８】炉蓋２は、炉体１と連結し、炉内への外気
の侵入を防ぎ上部を密閉する。炉蓋３は、炉蓋２の一部
を開閉可能にしたものであり、同様に密閉構造にし、点
検等に使われる。炉内部の改修等にあっては炉蓋２を取
り外せばよい。

【００１９】炉体１の上部の灰投入口４は、灰供給装置
（図示省略）と連結し、焼却灰を炉内に機械的に押し込
んで供給する。その供給速度を調整することにより、焼
却灰の供給量を変えることができる。溶融炉を大型化す
る場合には、複数個の灰投入口を設けて灰の供給量を平
均化すればよい。灰投入口４は、炉体１に連結している
が、炉蓋２に連結してもよい。

【００２０】炉上部の発熱体搬入口５は、導電性発熱体
１０を炉内に供給するものであり、発熱体搬入口５に送
り装置（図示省略）を連結して機械的に操作することも
できる。図１では、導電性発熱体１０を予めゲート５
１，５２で区切られた投入室５０に待機させ、炉内側の
ゲート５１を開けて機械的に押し込むようにしている。
これにより、外部と遮断して作業が可能になり、炉内へ
の外気の侵入を抑制できる。なお、図１では、発熱体搬
入口５を炉蓋に設けているが、炉体側に設置しても差し
支えない。

【００２１】炉上部の上部排気口６は、炉内で発生する
ガスを排出するもので、外部に設けるガス処理設備（図
示省略）に連絡しており無害化処理される。そして、上
部排気口６の排気系統中に絞り機構（例えば、ダンパな
ど。図示省略）を設け、その絞り機構によりガス排出量
を調整する。残りの炉内ガスは、炉下部のスラグ出滓口
７から溶融スラグとともに炉外に排出する。

【００２２】炉体１の下部に配置されたスラグ出滓口７
は、炉内に滞留した溶融スラグを溢流によって炉外へ排
出するものであり、止栓８の取付け位置よりも上位に配
置する。

【００２３】図２は、図１の炉下部のスラグ出滓口７及
び止栓８の取り付け周りの一部切欠き断面図であり、該
スラグ出滓口７の外部先端を密封蓋７３で塞いだ状態を
示す。スラグ出滓口７の形状は、上部を狭く、下部を広
く開口し、段差或いは下部にテーパーをつけ、上部開口
部から溢流する溶融スラグの下部への付着なしにスラグ
を落下させる。スラグ出滓口７の頂点に頂部溝７１を切
ることによってスラグの流れを安定にすることができ
る。

【００２４】スラグ出滓口７の取り付けは、炉体に埋め
込んだ台座７２に外部から差し込み、押え締結具（図示
省略）で固定する。スラグ出滓口７と台座７２は、溶融
スラグとの剥離性が良い炭素材、特に黒鉛で構成するこ
とが望ましい。これによりスラグ出滓口７の着脱取換え
が容易になり、スラグ出滓口７の内面へのスラグ付着を
防止できる。

【００２５】図１，図２においては、炉の外部から着脱
可能な場合を示しているが、スラグ出滓口７及び台座７
２の嵌め合い部分を逆テーパー状にして、スラグ出滓口
７を炉内から差し込むこともできる。また、スラグ出滓
口７の外部先端に開閉自在に密封蓋７３を設置し、起
動，停止時等の溶融スラグ又は炉内高温ガスの排出がな
い運転状態時にスラグ出滓口７を閉じて外気の侵入を防
止する。

【００２６】炉下部に配置される止栓８には、開口が設
けてあり、止栓８を回してその開口から炉底の滞留する
溶融スラグを適宜に排出する。例えば、焼却灰中の金属
分が溶けて、滞留する溶融スラグの金属質が多量に含ま
れた場合に炉底から適宜に抜き出す。また、停止時に炉
底の溶融スラグを抜き去り、発熱体の除去作業等を実施
できる。この際、スラグ出滓口７の排出スラグとは別に
回収できる。止栓８と台座８１は、溶融スラグとの剥離
性の良い炭素材、特に黒鉛であることが好適であり、そ
の嵌め合い部分をテーパー状等にして漏洩を防止するの
がよい。止栓８は、スラグ出滓口７より下方に設置す
る。正確には、炉内に突き出したスラグ出滓口７の頂点
又は頂部溝７１のスラグ溢流位置より下位である。従っ
て、常時の溶融スラグの排出は、スラグ出滓口７の頂点
又は頂部溝７１を始点に炉外に落下させることができ
る。

【００２７】スラグ出滓口７と台座７２及び止栓８と台
座８１の差し込み部分或いは嵌め合い部分に、剥離材
（例えば、黒鉛粉）等を塗布しておけば着脱や動作を容
易にできる。また、それらの形状や外気に触れる部分の
覆い構造等を適当に設計可能であり、炭素材の耐久性を
増すことができる。密封蓋７３や止栓８の動作を遠隔操
作するように設計してもよい。

【００２８】図１及び図２は、炉体の底部を平らにした
場合のスラグ出滓口７及び止栓８の取付け位置関係をし
めしているが、底部を湾曲形状或いは段差形状にしてス
ラグ出滓口７を高位に、止栓８を低位に配置することも
容易である。

【００２９】スラグ出滓口７の狙いは、溶融スラグと炉
内の発生ガスの同時排出である。図１では、スラグ出滓
口７の真下に位置してダクト６１を連結し、ダクト６１
の途中に下部排気口６０を設けてある。下部排気口６０
は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。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６と下部排気口６０とから回収され、ス
ラグ出滓口７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ものである。溶融スラグはスラグ出
滓口７の下方にある冷却水槽等（図示省略）で冷却し固
形化処理される。

【００３０】次に、本発明を実施する運転方法を実施例
を含め説明する。まず、起動工程は、誘導加熱コイル９
に通電することにより導電性発熱体１０を発熱させ、炉
内の温度をあげる。そして、焼却灰を炉内に投与して焼
却灰を溶かし始める。溶融スラグは発熱体の積層間を滴
下し、炉底に溜まり、やがて、スラグ出滓口７から溢流
し、炉内の高温ガスとともに炉外に排出する。

【００３１】このスラグ出滓直前に、スラグ出滓口７の
密封蓋７３を開放すればよい。スラグ出滓口７からの高
温ガスは、炉内の焼却灰の存在によりガスが発生するか
ら、溶融スラグが溢流しない状態でもスラグ出滓口７排
出するので、外気の侵入なしに運転できる。

【００３２】この温度操作は、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。
このように、焼却灰を溶融する工程において、高温領域
に突き出したスラグ出滓口７から安定に連続してスラグ
出滓を達成できるが、焼却灰中の金属分が溶け、炉底に
停滞してくる。この場合には、止栓８を開閉して間歇的
に停滞するスラグを排出する。さらに、焼却灰を溶融す
る工程において、炉内に積層された導電性発熱体１０が
消耗した場合は、発熱体搬入口５から新たに投入する。

【００３３】図３は、出力３５ｋＷの本発明の電磁誘導
加熱式焼却灰溶融炉により焼却灰を溶融処理した場合の
試験結果を示す。横軸は炉内の発熱体充填量であり、所
定の発熱体仕込み量を１としている。縦軸は、スラグ出
滓口からのスラグ排出量であり、所定の発熱体仕込み量
(発熱体充填量１.０）に対する該スラグ排出量を１とし
て示した。

【００３４】図３から、発熱体充填量の低下すなわち発
熱体消耗によりスラグ排出量が低下し、発熱体充填量の
増加すなわち発熱体の投与によりスラグ排出量が増加す
ることが明らかである。従って、スラグ出滓口からのス
ラグ排出量の変化を知ることにより、発熱体搬入口５を
作動し、炉内の溶融状態を安定に持続できる。また、ス
ラグ排出量は、灰投入口４から供給される焼却灰量に平
衡するから、灰投入口４に連結する灰供給装置で計量し
てその焼却灰供給量の変化により発熱体搬入口５を作動
してもよい。

【００３５】炉の停止時には、焼却灰供給をやめ、炉内
の溶融スラグを止栓８を開閉して排出し、スラグ出滓口
７の密封蓋７３を閉じて外気の侵入なしに炉体を冷却す
る。以上から、発熱体の消耗を防止し、安定な連続出滓
を達成する炉構造を提供できるばかりでなく、灰供給
部，発熱体搬入部，スラグ出滓部等を遠隔操作して制御
する運転方法を提供できる。また、本発明では、燃料等
を使用しないこと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炉を提供でき
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明の誘導加熱焼却灰溶融炉及び焼却
灰溶融処理方法によれば、下記の効果が得られる。

【００３７】（１）スラグ出滓口を炉底よりも高くする
ことにより、溶融スラグが炉底に滞留し熱容量が高まる
ので、溶融スラグの温度降下を防止できる。また、炉内
で発生した高温ガスが溶融スラグと同時に排出されるの
で、スラグ出滓時に外気が接触するのを防止でき、これ
によるスラグ温度の低下を防止できる。

【００３８】（２）炉内に積層配置した発熱体を誘導加
熱することにより、焼却灰を容易に溶融でき、しかも、
発熱体が消耗しても新たに追加投入することにより焼却
灰の溶融熱量を確保できる。また、炉内への外気の侵入
を抑えて発熱体の消費を削減できる。

【００３９】（３）スラグ出滓口におけるスラグの固着
を防止し、安定且つ連続したスラグの排出を達成すると
ともに、その交換を容易にし、作業性の向上，使い勝手
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による誘導加熱式焼却灰溶融炉の一実施
例を示す断面図。

【図２】図１の一部切欠き断面であって、炉体下部の断
面図。

【図３】発熱体充填量とスラグ排出量との関係図。

【符号の説明】

１…炉体、２，３…炉蓋、４…灰投入口、５…発熱体搬
入口、６…上部排気口、７…スラグ出滓口、８…止栓、
９…誘導加熱コイル、１０…導電性発熱体、５０…投入
室、５１，５２…ゲート、６０…下部排気口、６１…ダ
クト、７１…頂部溝、７３…密封蓋、７２，８１…台
座。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２７Ｄ 11/06 Ｆ２７Ｄ 11/06 Ａ (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 (72)発明者 安田 健 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 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁誘導加熱される炉内に導電性発熱体を
   配置し、該導電性発熱体が誘導加熱されることによって
   該炉内に投入された焼却灰を溶融し、焼却灰の溶融によ
   って生じた溶融スラグを炉底部のスラグ出滓口から排出
   するようにした誘導加熱式焼却灰溶融炉において、前記
   スラグ出滓口を炉底面よりも炉内に突き出し、該スラグ
   出滓口と炉底面との間に溶融スラグ溜りが形成されるよ
   うにしたことを特徴とする誘導加熱式焼却灰溶融炉。
2. 【請求項２】請求項１に記載の誘導加熱式焼却灰溶融炉
   において、前記スラグ出滓口を炭素材によって形成した
   ことを特徴とする誘導加熱式焼却灰溶融炉。
3. 【請求項３】請求項１に記載の誘導加熱式焼却灰溶融炉
   において、前記炉底面に溶融スラグを排出する開口とそ
   の開口を開閉する止栓とを備え、該開口を前記スラグ出
   滓口よりも低位置に設けたことを特徴とする誘導加熱式
   焼却灰溶融炉。
4. 【請求項４】電磁誘導加熱式の炉内に導電性発熱体を配
   置し、該導電性発熱体を誘導加熱することによって該炉
   内に投入した焼却灰を溶融し、該焼却灰の溶融によって
   生じた溶融スラグを炉底部のスラグ出滓口から排出する
   焼却灰溶融処理方法において、前記スラグ出滓口を炉底
   面よりも炉内に突き出すことによって溶融スラグを炉底
   部に滞留させ、該スラグ出滓口より溢流した溶融スラグ
   を炉外へ排出するようにしたことを特徴とする焼却灰溶
   融処理方法。