JP4121796B2 - Melting method and melting furnace using oxidation exothermic material - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、一般廃棄物又は都市ごみを焼却する際に発生した焼却灰を溶融する溶融方法に係り、特に、酸化発熱材料からの発熱を利用して溶融を行う溶融方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、都市ごみを含む一般廃棄物はごみ収集車により一般家庭から集められ、各自治体等が運営する大型の都市ごみ焼却設備に運ばれて、焼却設備内の焼却炉で重油等の化石燃料を主熱源とした方法により焼却処分されている。
【0003】
焼却処分後に発生する焼却灰にはクロムや鉛等の有害な重金属が大量に含まれているため、焼却灰の処分方法としては、密閉式廃棄物処分場に埋めるか、化石燃料を利用した高炉タイプの溶融炉又は電気エネルギーを熱源としたアーク式溶融炉等で焼却灰を溶融スラブにして無害化し、道路の骨材等に再利用する等の方法が取られている。
【0004】
例えば、アーク式溶融炉を用いて焼却灰を処理する場合、図6に示すように、焼却灰1を粉砕装置100で定められた大きさに粉砕して後、ホッパー200及びコンベア300を介して投入装置400に搬送し、供給装置500から溶融炉800内の溶融スラグピット900に投入する。その後、電源600から主電極700と溶融炉800の間に通電すると、投入された焼却灰1と主電極700との間でアーク現象が発生してアーク発熱が始まり、このアーク発熱により焼却灰が溶融して1500℃以上の溶融スラグになる。そして、溶融スラグは溶融スラグピット900に溜まり、溶融スラグピット900からオーバーフローした溶融スラグは、水ノズル1000から吹き付けられた冷水により水砕スラグになる。この水砕スラグはコンベア300で搬送されてスラグピット1100に貯蔵され、定期的にスラグピット出口1200を通じて排出装置1300から排出されて道路の骨材等に有効利用される。
【0005】
また、溶融炉800から発生した排ガスは、排ガスファン1600の吸引力により減温機1400に流れ50℃以下の温度まで冷やされた後、集塵機1500に流れて粉塵とガスとに分離される。分離された粉塵は集塵機1500の底に溜まりホッパー200に戻される。ガスは排ガスファン1600を通って煙突1700から大気中に放出される。この際、ガスに可燃成分がある場合は焼却炉等の燃料として再利用し、有毒成分がある場合は有毒成分を除去して無害化したのち大気中に放出される。
【0006】
最近では、上述の焼却灰の他、一般廃棄物を直接溶融炉に投入する方法も行われ始めている。その溶融装置並びに方法は、上記したものとほぼ同様である。
【0007】
現在、上述のような溶融炉によって処理されている焼却灰の量は、毎年発生している焼却灰約770万トンの内の約5%程度で、大半の焼却灰は密閉式廃棄物埋め立て処分場に埋められているのが現状である。しかし近年、環境問題がクローズアップされ、処分場用の用地確保が難しく、数年以内に埋め立て処分が出来なくなることが予想されており、溶融炉の数を増やして焼却灰のスラグ化を進め、埋め立て処分量を減らすことが急務となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような溶融炉は1500℃以上という高温度を効率的に発生・維持しながら24時間の連続運転を行うため、必然的に大型設備にならざるを得ず、一基の溶融炉を建設するためには多大の費用と長い時間が必要となるという問題点があった。
このため、上述のような溶融炉が設置されているのは大都市圏の一部の自治体だけで、いずれも大型都市ごみ焼却設備に隣接して設置されており、隣接した焼却設備で発生した焼却灰の溶融を主に行っているのが現状である。また、これらの溶融炉では、有害物質拡散防止の立場から他所の焼却炉から発生した焼却灰の受け入れはしていない。
【0009】
なお、現在、自治体及び企業は、1000基を越す中小の焼却炉を保有しており、これらの焼却炉から発生した焼却灰は埋め立て処分する方法しかないのが現状である。したがって、既存の各焼却炉に隣接してその焼却灰を効率的に溶融する方法の開発が望まれていた。
【0010】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、酸化発熱材料の反応熱と誘導加熱の熱を利用することで、中小規模の溶融炉において一般廃棄物又は焼却灰を溶融してスラグ化することが可能な溶融方法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1の発明は、酸化発熱材料による発熱に注目し、次の各工程を含むことを特徴としている。
第1の工程として、一般廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰を直径50mm以下に粉砕して処理物を形成する。
第2の工程として、該処理物を溶解炉内に投入し誘導加熱により300℃まで加熱して水分を除去する。
第3の工程として、着火温度が前記誘導加熱による上昇温度である300℃よりも高く設定された点火剤が組み込まれ且つ比重が4g/cm3以上の固形化した酸化発熱材料を前記処理物上部に被せる。
第4の工程として、前記酸化発熱材料を300℃より高い誘導加熱により加熱することで前記点火剤を着火させ、点火剤から発生する1300℃以上の熱により、着火温度1100℃以上の酸化発熱材料に化学反応を開始させて2000℃以上の温度を発生させることにより前記処理物を1600℃以上に加熱して溶融する。
【0012】
請求項2の発明方法は、点火剤が組み込まれておらず且つ比重が4g/cm 3 以上の固形化した酸化発熱材料の追加投入を行うことにより、溶解炉内を1600℃以上の温度に維持する第5の工程を有することを特徴としている。
【0016】
本発明方法によれば、誘導加熱で一般廃棄物又は焼却灰の水分を除去した後、誘導加熱で酸化発熱材料の発熱反応を開始させその熱を用いて一般廃棄物又は焼却灰を溶融するので、酸化発熱材料を使用することにより中小規模の溶融炉でも大型規模の溶融炉と同じように、高温で溶融スラグを連続的に生成することが可能となる。
【0017】
また、酸化発熱材料の発熱反応によって生じた1600℃以上の温度を持つ溶融スラグの溶融状態を、誘導加熱の継続及び酸化発熱材料を追加投入することで維持することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明に係る中小型溶融炉による一般廃棄物又は焼却灰の溶融処理について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の溶融処理で使用される中小型溶融炉設備を示すもので、溶融処理を行う溶融炉10と、この溶融炉10に焼却灰を投入する焼却灰投入ホッパー30及び酸化発熱材料を投入する酸化発熱材料投入ホッパー40と、焼却灰投入ホッパー30に焼却灰を供給する焼却灰ホッパー50とを主要部として構成されている。
【0019】
焼却灰ホッパー50には、焼却灰が溶融炉10内に投入された際に誘導加熱により水分が除去され易いように、焼却灰粉砕装置51により50mm以下の大きさに粉砕された焼却灰(処理物)1aが供給されるようになっている。
【0020】
焼却灰投入ホッパー30を介して溶融炉10に投入される焼却灰の比重は1.5g/cm3以上が誘導加熱に適している。この比重の焼却灰中には鉄やアルミニウム等の金属屑片が20%以上含まれていることから、これら金属が誘導加熱により効率的に加熱され易い性質を有しているからである。
したがって、焼却灰粉砕装置51により粉砕された焼却灰の比重が1.5g/cm3以下の場合、比重が1.5g/cm3以上になるように適量の金属屑片2が金属屑片ホッパー52より焼却灰ホッパー50内に添加され、混合用の回転翼50aにより混合される。なお、添加する金属屑片2aの大きさは、焼却灰粉砕装置51により粉砕された焼却灰1aの大きさと同じ50mm以下としている。
すなわち、焼却灰ホッパー(混合手段)50には、焼却灰粉砕装置51により粉砕された焼却灰1a及び金属屑片ホッパー52により金属屑片2aがそれぞれ投入され、焼却灰ホッパー50内に装着された回転翼50aの回転動作により焼却灰ホッパー50内の物質を混合するようになっている。焼却灰ホッパー50の投入口には焼却灰の比重測定器53が装備され、焼却灰粉砕装置51から供給される焼却灰1aの比重を測定するようになっている。
【0021】
比重測定器53は一定の容量を持つ箱形の容器で、その中に入れられた焼却灰1aの重量が測定できるように底部に重量計が装着されて構成されている。焼却灰粉砕装置51から供給された焼却灰1aでこの容器が一杯になった時、焼却灰粉砕装置51から比重測定器53への焼却灰1aの供給は止められ、重量計により比重測定器に投入された焼却灰の重量が測定される。そして、測定された重量を比重測定器53の容量で除した値を焼却灰の比重値としている。重量測定後、比重測定器53から焼却灰ホッパー50に焼却灰が投入される。
【0022】
比重測定器53は金属屑片ホッパー52に連動しており、比重の測定値に応じて金属屑片ホッパー52から金属屑片が焼却灰ホッパー50に投入され、前記回転翼50aにより焼却灰と金属屑片を混合する。
【0023】
焼却灰ホッパー50で生成された焼却灰混合物(粉砕された焼却灰のみで比重が1.5以上の場合は焼却灰、金属屑片を添加混合した場合は焼却灰と金属屑片との混合物。以下、焼却灰混合物と記した場合はこの混合物を示す)は随時コンベア54から焼却灰投入ホッパー(焼却灰供給手段)30に運ばれて一旦貯蔵される。
【0024】
焼却灰投入ホッパー30は先細形状に形成され、その傾斜面内壁に焼却灰混合物の水分含有率を測定するための水分含有率測定器31が装着されている。
焼却灰投入ホッパー30に隣接する位置には、酸化発熱材料投入ホッパー(発熱材供給手段)40が設置されている。酸化発熱材料投入ホッパー40内は二つの室に区画形成され、一方側に点火剤が組み込まれた酸化発熱材料41が、他方側に点火剤が組み込まれていない酸化発熱材料43がそれぞれ貯蔵されている。酸化発熱材料投入ホッパー40の上方には、酸化発熱材料4を補充するための酸化発熱材料予備ホッパー45が設置されている。
【0025】
溶融炉10内で溶融処理を開始する場合、焼却灰混合物及び酸化発熱材料は焼却灰投入ホッパー30と酸化発熱材料投入ホッパー40に挟まれた下端位置に設置されている供給装置32から溶融炉10内の溶融スラグピット11に投入されようになっている。
【0026】
溶融炉10の溶融スラブピット11の周囲には高周波コイル12が配置されており、高周波電源13から高周波コイル12に電気が流れることにより焼却灰への誘導加熱が行われる。
【0027】
溶融炉10の側壁には、溶融スラグピット11内の焼却灰の温度を非接触で測定できる赤外線放射温度計14が装着され、のぞき窓15を介して温度の確認が行えるようになっている。
しかし、赤外線放射温度計14では溶融スラグの温度を測定することはできない。これは、溶融スラグから立ち上がる炎が溶融スラグ表面を覆っているため、直接溶融スラグ表面を見ることができないためである。
【0028】
この理由から赤外線放射温度計14は、300℃の温度確認のみに使用される。なお、この赤外線放射温度と供給装置32は連動しており、赤外線放射温度が300℃の温度を測定した時点で、赤外線放射温度14から供給装置32に酸化発熱材料41の投下信号が送られる。また、300℃の温度確認後、のぞき窓15の保護のためのぞき窓は閉じられる。
【0029】
溶融炉10の下方位置には、オーバーフローした溶融スラグを排出するための排出通路16が設けられ、排出通路16下端に装着された水ノズル17により溶融スラグに冷水を吹き付けて水砕スラグとし、コンベア18を介して水砕スラグピット19に貯蔵されるようになっている。貯蔵された水砕スラグは、定期的に水砕スラグピット出口20を通じて排出装置21から送り出され、道路の骨材等に有効利用される。
【0030】
溶融炉10の上方位置には、発生した排ガスを排出するための装置を構成する減温機22、集塵機23、排ガスファン24,煙突25が装着されている。減温機22は排ガスの温度を下げるもので、排ガスファン24は排ガスを吸引力により減温機22に流すもので、集塵機23は排ガスを粉塵とガスとに分離するものである。集塵機23の底面には、分離された紛塵を焼却灰投入ホッパー30に戻す通路(図示せず)が連結され、ガスは排ガスファン24を通って煙突25から大気中に放出されるようになっている。
この際、ガスに可燃成分がある場合は焼却炉等の燃料として再使用し、有害成分がある場合には有害成分を除去して無害化した後に大気中に放出される。
【0031】
図2(a)(b)は、本発明の溶融処理で使用される酸化発熱材料の構造を示す構造説明図である。
図2(a)は、点火剤42が組み込まれた酸化発熱材料41を示すもので、円柱形状に形成された酸化発熱材料41の上面の中央部に点火剤42が組み込まれている。点火剤42としては、市販の玩具煙火が使用されている。
図2(b)は、点火剤が組み込まれていない酸化発熱材料43を示すもので、円柱形状に形成されている。
【0032】
酸化発熱材料41,43は、酸素に対するアルミニウムや珪素の強い親和力を利用した自己発熱材料で、これらの8メッシュ以下の粉体をプレスによる加熱成形により固形化して比重を4g/cm3以上にしたものである。
【0033】
固形化して比重を4g/cm3以上にした酸化発熱材料は、固形物全体を1100℃以上の温度に加熱しなければ化学反応を開始しないという特性を有している。この特性は、固形化する前の粉体の状態では、紛体の一部だけを1100℃に加熱すれば化学反応が連鎖的に発生するため取り扱いに注意が必要であったのに比較して優れている。
また、反応が開始しても20〜30秒の時間をかけて除々に発熱反応を起こし、2000℃以上の温度を発生する特性も有している。
【0034】
なお、固形化して比重を4g/cm3以上にした酸化発熱材料は、その成形方法によりいろいろな形状にすることが可能であり、固形品を機械加工して希望の形状にすることもできる。
【0035】
次に、上述した溶融設備を使用して焼却灰を溶融する手順について、図1及び図3を参照しながら説明する。図3は、中小型溶融炉において誘導加熱と酸化発熱材料を組み合わせて使用した場合の加熱時間と処理物温度の関係図である。
先ず、焼却灰粉砕装置51で焼却灰1を50mm以下の大きさに粉砕する。これは、溶融炉10内での誘導加熱の際に焼却灰から水分が除去され易くするためである。粉砕された焼却灰は焼却灰ホッパー50及びコンベア54を介して焼却灰投入ホッパー30に運ばれ、供給装置32から溶融炉10内の溶融スラブピット11に投入される。
【0036】
高周波電源13から高周波コイル12に電気が流れると、焼却灰への300℃までの誘導加熱が始まる。この際、鉄やアルミニウムなどの金属屑片の含有割合が20%以上の焼却灰は誘導加熱に適している。しかし、これより少ない割合の場合は、誘導加熱の効率が悪くなる。
【0037】
このため、金属屑片の割合が少ない焼却灰の場合は、金属屑片2が金属屑片ホッパー52から焼却灰ホッパー50に添加され、焼却灰ホッパー50の中で金属屑片が焼却灰の20%以上の割合になるように混合される。なお、添加する金属屑片2の大きさは粉砕された焼却灰の大きさと同じ50mm以下となっている。
【0038】
焼却灰混合物が誘導加熱により300℃まで加熱されてその中の水分が完全に除去された後、その上に点火剤が組み込まれている酸化発熱材料41が供給装置32から投入される。
なお、投入される点火剤が組み込まれている酸化発熱材料41の量は、水分を除いた後の焼却灰混合物の予想重量と比熱を元に供給装置32に組み込まれた計算機により自動的に算出できるようになっている。
【0039】
例えば、酸化発熱材料41として比重4g/cm3以上の酸化鉄とアルミニウムとのテルミット剤を使用し、2000℃の溶融スラグを得る場合は、酸化発熱材料自体を300℃から2000℃の温度まで上げた時、更に生じる余分な発熱量は3100J/gである。また、焼却灰混合物の300℃から2000℃間の平均比熱はいずれも約0.9J/gなので、これを300℃から2000℃まで温度を上げるためには、0.9×1700=1530J/gの熱量が必要である。これより、水分を除いた焼却灰混合物と酸化発熱材料との適正な重量割合は、約1:0.5(1530/3100)となる。
【0040】
また、投入される酸化発熱材料41の大きさは、焼却灰混合物の中に入り込まないように、それより大きいものが使用される。
【0041】
焼却灰混合物の水分含有率は、水分含有率測定器31を使用することにより焼却灰投入ホッパー30内で容易に測定できる。これらの理由から、供給装置32から溶融炉10に投入される焼却灰混合物の全重量は、その水分含有重量分だけ多くなっている。なお、実際に投入される酸化発熱材料41の量は、溶融スラグが1600℃以上で2000℃以下の温度になるのに見合った量である。
【0042】
酸化発熱材料41の投入後も誘導加熱を継続することにより、酸化発熱材料41の点火剤42の温度が350℃に達した時点で点火剤42が着火して1300℃以上の温度が瞬時に発生する。酸化発熱材料41の着火温度は1100℃以上なので、点火剤42の着火とともに酸化発熱材料41の反応が開始する。この反応により、投入した酸化発熱材料41と同重量の2000℃以上の温度を持つ溶融金属が発生して、焼却灰混合物の中に浸透して行きこれを溶融する。
【0043】
更に誘導加熱を継続することにより、溶融スラグに熱が加わり溶融が助長される。また、誘導加熱の特徴として、誘導電流が鉄などの金属を含む溶融物に作用すると、その溶融金属を対流攪拌させる働きをする。これが相俟って溶融炉10内の溶融スラブピット11には、1600℃以上で2000℃以下の焼却灰混合物と、酸化発熱材料41などが溶融した溶融スラグが溜まる。
【0044】
溶融スラブピット11に溶融スラグが出来た時点から、焼却灰混合物を順次連続的に投入する。この投入により、溶融スラグの温度は徐々に下がる。この温度が1600℃になった段階で2000℃まで再び温度を上げるために必要な量の酸化発熱材料43を一度に投入する。この時に投入される酸化発熱材料43は 点火剤が組み込まれていないものを使用する。この投入された酸化発熱材料43の反応開始温度は酸化発熱材料41と同じ1100℃以上なので、1600℃の溶融スラグの表面に接触した瞬間に反応が開始する。
なお、酸化発熱材料43の投入量は、溶融スラグピット11内で1600℃になった溶融スラグの温度を400℃上げるのに必要な熱量に見合う量である。これを繰り返すことにより、連続運転を行うことが可能となる。
また、溶融炉10内の溶融スラグピット11に溶融スラグが十分溜まれば、金属屑片を添加していない焼却灰や一般廃棄物の投入でも連続運転を行うことができる。
【0045】
上述した酸化発熱材料43の投入量は、酸化発熱材料として比重4g/cm3以上の酸化鉄とアルミニウムとのテルミット剤を使用する場合には次のようになる。
酸化発熱材料自体を1600℃から2000℃の温度まで上げた時に生じる余分な発熱量は3800J/gである。また、1600℃から2000℃間の溶融スラグの平均比熱は約1.1J/gであるので、これを400℃だけ温度を上げるためには1.1×400=440J/gの熱量が必要である。したがって、溶融炉内の溶融スラグの重量を100000gとすると、必要な酸化発熱材料の重量は、440×100000/3800=11579gとなる。
これらのデータは予め供給装置32にインプットされており、必要とされる投入量の酸化発熱材料43は供給装置32により自動的に行われる。
【0046】
なお、順次連続的に投入される焼却灰混合物中の水分は1600℃以上の高温の溶融炉10では瞬時に酸素と水素に分解され、その後に投入される酸化発熱材料43の化学反応に影響を与えることはない。
【0047】
また、焼却灰混合物の溶融温度は約1500℃であるが、溶融スラグに十分な流動性を与える目的で本溶融炉内の溶融スラグは1600℃以上の温度に保たれている。
この温度は高周波電源制御装置13で測定することができる。すなわち、溶融スラグ中に対流が始まると導電率が変化し、この導電率の変化は誘導電流の値に変化を与える。導電率は溶融スラグの温度によって決まるので、予め溶融スラグの温度と誘導電流の変化値との関係を測定しておけば、容易に溶融スラグの温度を高周波電源装置13から知ることができる。
【0048】
高周波電源制御装置13と供給装置32とは連動しており、溶融スラグの温度が1600℃に低下した時点で供給装置32に酸化発熱材料43の投入信号が送られるように構成されている。
そして、溶融スラグの温度が2000℃以上の場合は、高周波電源制御装置13から高周波コイル12への通電は止められる。これは溶融スラグを2000℃以上に加熱する必要がないためである。
【0049】
また、供給装置32は制御部を有しており、予め入力されたデータに基づいて溶融炉10内の温度を上昇させるのに必要な量の酸化発熱材料43が自動的に溶融炉に投入されるようになっている。
【0050】
溶融炉10からオーバーフローした溶融スラグは、水ノズル17から吹き付けられた冷水により水砕スラグになって水砕スラグピット19に貯蔵され、定期的に水砕スラグピット出口20を通じて排出装置21から搬出されて道路の骨材等に有効利用される。
【0051】
また、溶融炉10から発生した排ガスは、排ガスファン24の吸引力により減温機22に流れ、50℃以下の温度まで冷やされた後、集塵機23に流れて粉塵とガスとに分離される。分離された紛塵は集塵機23の底に溜まり焼却灰投入ホッパー30に戻される。ガスは排ガスファン24を通って煙突25から大気中に放出される。この際、ガスに可燃成分がある場合は、焼却炉等の燃料として再使用し、有毒成分がある場合には有毒成分を除去して無害化したのち大気に放出される。
【0052】
上述の溶融方法によれば、誘導加熱と酸化発熱材料の反応熱とを組み合わせた溶融方法としているので、焼却灰混合物を誘導加熱のみで1600℃まで加熱する必要がなく、小型の電源設備で溶融処理を可能とすることができる。
すなわち、溶融炉内を350℃まで誘導加熱で加熱し、それ以後は点火剤が着火することで酸化発熱材料から反応熱を生じさせることにより、焼却灰混合物を加熱して溶融を行うので、誘導加熱のみで1600℃まで加熱しなければならないような大きな電源設備が不要である。
【0053】
また、この溶融方法によれば、誘導加熱で350℃まで温度を上げ、酸化発熱材料の化学反応を起こせば短時間で溶融が終了する。ここで、焼却灰等が誘導加熱により300℃に温度が上がった時点で酸化発熱材料を投入するのは、焼却灰等の水分の影響を酸化発熱材料が受けないようにするためである。また、点火剤の着火温度を300℃より50℃高い350℃に設定したのは、供給装置を保護するため、投入中に酸化発熱材料が反応を起こさないようにするためである。
【0054】
上述した溶融方法に対して、中小型溶融炉の誘導加熱のみ使用の場合の加熱時間と処理物温度の関係図を図4に示す。
誘導加熱だけで溶融を行う場合は、所定の溶融温度まで温度を上げる必要があるため、焼却灰中に金属屑が20%含まれている場合で、12時間の加熱時間が必要である。
また、温度上昇後に大量の焼却灰を投入すると温度が下がるために、焼却灰の投入量を多くすることはできない。このため、大きな電気量を長時間使用する割には少ない量の溶融しか出来なかった。
【0055】
図5は、上記例で使用した中小型溶融炉において、酸化発熱材料のみ使用の場合の加熱時間と処理物温度の関係図である。酸化発熱材料だけで溶融を行う場合は、2000℃以上の温度が短時間で得られるが、焼却灰等を構成する耐火材料等には必ず水分が数パーセント含まれているため、事前にこれらのもの全ての水分除去が必要となる。これは、酸化発熱材料の化学反応の際、水分が僅かでも存在するとその水分が急膨張を起こして沸騰現象が生じ溶融炉を損傷する場合があるためである。この理由により、酸化発熱材料だけでの溶融は困難である。
【0056】
本発明方法によれば、誘導加熱を効率的に常温から350℃まで行える装置と、酸化発熱材料を組み合わせれば溶融炉を形成することができるので、誘導加熱のみで行う場合のように1600℃まで加熱しなければならないような大きな電源設備が不要である。
また、短時間で溶融スラブが生成でき、溶融スラブの温度が低下した場合でも酸化発熱材料を投入することにより短時間で高温に戻すことができるので、小さな溶融炉においても大量の溶融スラグを連続的に生成することができ、酸化発熱材料を多く使用すれば焼却灰の処理量を増加させることができる。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、誘導加熱で焼却灰の水分を除去した後、酸化発熱材料を反応させて反応熱により溶融処理を行うので、誘導加熱で高温まで加熱する必要がなく、大型の高周波電源が不要な小型の溶融炉で焼却灰の溶融処理を効率良く行うことができ、大型溶融炉と同じ高温で溶融スラブを生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の中小型溶融炉の設備内容を示す設備構成説明図である。
【図2】本発明方法で使用される酸化発熱材料を示すもので、(a)は点火剤が組み込まれた酸化発熱材料の斜視説明図、(b)は点火剤が組み込まれていない酸化発熱材料の斜視説明図である。
【図3】中小型溶融炉において本発明方法による誘導加熱と酸化発熱材料を組み合わせて溶融処理を行った場合の時間と処理物温度との関係図である。
【図4】中小型溶融炉において誘導加熱のみを使用して溶融処理を行った場合の時間と処理物温度との関係図である。
【図5】中小型溶融炉において酸化発熱材料のみを使用して溶融処理を行った場合の時間と処理物温度との関係図である。
【図6】従来の電気エネルギーを熱源としたアーク式溶融炉設備の設備構造説明図である。
【符号の説明】
1…焼却灰、 1a…焼却灰(処理物)、
2…金属屑片、 2a…金属屑片、
10…溶融炉、 11…溶融スラグピット、
12…高周波コイル、 13…高周波電源制御装置、
30…焼却灰投入ホッパー(焼却灰供給手段)、 32…供給装置、
40…酸化発熱材料投入ホッパー(発熱材供給手段)、
41…酸化発熱材料、 42…点火剤、
50…焼却灰ホッパー(混合手段)、 51…焼却灰粉砕装置、
52…金属屑片ホッパー、 53…比重測定器[0001]
The present invention relates to a melting method for melting incineration ash generated when incinerating general waste or municipal waste, and in particular, melting is performed using heat generated from an oxidation heat generating material.In the melting methodRelated.
[0002]
[Prior art]
At present, municipal solid waste including municipal waste is collected from ordinary households by garbage trucks, transported to large municipal waste incineration facilities operated by local governments, etc., and fossil fuels such as heavy oil are used in incinerators within the incineration facilities. Incinerated by the main heat source.
[0003]
The incineration ash generated after incineration contains a large amount of harmful heavy metals such as chromium and lead, so the incineration ash can be disposed of in a closed-type waste disposal site or using a fossil fuel blast furnace. Incineration ash is made harmless by using molten slab in a melting furnace of a type or an arc type melting furnace using electric energy as a heat source and reused for road aggregates.
[0004]
For example, when incineration ash is processed using an arc melting furnace, the
[0005]
Further, the exhaust gas generated from the
[0006]
Recently, in addition to the above-mentioned incineration ash, a method of directly injecting general waste into the melting furnace has begun. The melting apparatus and method are substantially the same as those described above.
[0007]
Currently, the amount of incineration ash being processed by the melting furnace as described above is about 5% of the approximately 7.7 million tons of incineration ash generated every year. The current situation is buried in the field. However, in recent years, environmental problems have been highlighted, it is difficult to secure land for disposal sites, and landfill disposal is expected to be impossible within a few years. There is an urgent need to reduce landfill disposal.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the melting furnace as described above performs continuous operation for 24 hours while efficiently generating and maintaining a high temperature of 1500 ° C. or higher. There was a problem that it took a great deal of money and a long time to build the building.
For this reason, only some municipalities in the metropolitan area are equipped with melting furnaces such as those mentioned above, both of which are installed adjacent to large municipal waste incineration facilities, and occurred in adjacent incineration facilities. Currently, incineration ash is mainly melted. These melting furnaces do not accept incinerated ash generated from other incinerators from the standpoint of preventing the diffusion of harmful substances.
[0009]
Currently, local governments and companies have more than 1000 small and medium-sized incinerators, and the current situation is that incineration ash generated from these incinerators can only be disposed of in landfills. Therefore, it has been desired to develop a method for efficiently melting the incineration ash adjacent to each existing incinerator.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and by utilizing the reaction heat of the oxidation heat generating material and the heat of induction heating, the general waste or the incinerated ash is melted into slag in a small and medium-sized melting furnace. Is possibleMelting methodIt is intended to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of
As a first step, the incinerated ash generated when the general waste is incinerated is pulverized to a diameter of 50 mm or less to form a treated product.
As a second step, the processed product is put into a melting furnace and heated to 300 ° C. by induction heating to remove moisture.
As a third step, the ignition temperature rises due to the induction heating.300 ° CHigher igniter is incorporated and the specific gravity is 4 g / cm3The above solidified oxidation exothermic material is placed on the upper part of the treatment object.
As a fourth step, the oxidation exothermic material isHigher than 300 ℃The ignition agent is ignited by heating by induction heating, and the heat of 1300 ° C. or higher generated from the igniter initiates a chemical reaction on the oxidation heat generating material having an ignition temperature of 1100 ° C. or higher to generate a temperature of 2000 ° C. or higher. Accordingly, the processed product is heated to 1600 ° C. or more and melted.
[0012]
The invention method of claim 2No igniter incorporated and specific gravity 4g / cm 3 Solidified oxidation exothermic materialIt is characterized by having the 5th process of maintaining the inside of a melting furnace at the temperature of 1600 degreeC or more by performing additional addition of.
[0016]
According to the method of the present invention, after removing moisture from the general waste or incinerated ash by induction heating, the exothermic reaction of the oxidation exothermic material is started by induction heating and the general waste or incinerated ash is melted using the heat. By using an oxidation heat generating material, it becomes possible to continuously generate molten slag at a high temperature in a small-scale melting furnace as in a large-scale melting furnace.
[0017]
In addition, the molten state of the molten slag having a temperature of 1600 ° C. or more generated by the exothermic reaction of the oxidizing exothermic material can be maintained by continuing induction heating and additionally adding the oxidizing exothermic material.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The melting treatment of general waste or incinerated ash by the small and medium melting furnace according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a medium- and small-sized melting furnace equipment used in the melting process of the present invention, a
[0019]
The
[0020]
The specific gravity of the incinerated ash charged into the melting
Therefore, the specific gravity of the incineration ash crushed by the
That is, the incineration ash hopper (mixing means) 50 is charged with the
[0021]
The specific
[0022]
The specific
[0023]
Incineration ash mixture generated by the incineration ash hopper 50 (incineration ash only when pulverized incineration ash has a specific gravity of 1.5 or more, or a mixture of incineration ash and metal debris when metal debris is added and mixed. Hereinafter, the incinerated ash mixture indicates this mixture) and is transported from the
[0024]
The incinerated
At a position adjacent to the incinerated
[0025]
When the melting process is started in the
[0026]
A
[0027]
An
However, the
[0028]
For this reason, the
[0029]
A
[0030]
A
At this time, if there is a combustible component in the gas, it is reused as a fuel for an incinerator or the like, and if there is a harmful component, the harmful component is removed and rendered harmless before being released into the atmosphere.
[0031]
2 (a) and 2 (b) are structural explanatory views showing the structure of the oxidation heat generating material used in the melting process of the present invention.
FIG. 2A shows the oxidation
FIG. 2B shows an oxidation
[0032]
Oxidation
[0033]
Solidified to a specific gravity of 4g / cm3The oxidation exothermic material described above has a characteristic that the chemical reaction does not start unless the entire solid is heated to a temperature of 1100 ° C. or higher. This characteristic is that in the state of powder before solidification, if only a part of the powder is heated to 1100 ° C., the chemical reaction is chained.OccurrenceTherefore, it is superior compared to the need for handling.
Moreover, even if reaction starts, it has the characteristic which raise | generates exothermic reaction gradually over time for 20 to 30 second, and generate | occur | produces the temperature of 2000 degreeC or more.
[0034]
In addition, it solidifies and the specific gravity is 4g / cmThreeThe oxidation heat generating material described above can be formed into various shapes depending on the molding method, and a solid product can be machined into a desired shape.
[0035]
Next, a procedure for melting incineration ash using the above-described melting equipment will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the heating time and the treatment object temperature when a combination of induction heating and oxidation exothermic material is used in a small and medium melting furnace.
First, the
[0036]
When electricity flows from the high-
[0037]
For this reason, in the case of incineration ash with a small proportion of metal scrap pieces, the
[0038]
After the incinerated ash mixture is heated to 300 ° C. by induction heating and moisture therein is completely removed, an oxidizing
The amount of the oxidation
[0039]
For example, the specific heat of the oxidation
[0040]
The size of the oxidizing
[0041]
The moisture content of the incinerated ash mixture can be easily measured in the incinerated
[0042]
By continuing induction heating after the oxidation
[0043]
Further, by continuing the induction heating, heat is applied to the molten slag to promote melting. Further, as a feature of induction heating, when an induced current acts on a melt containing a metal such as iron, it functions to convectively stir the molten metal. Combined with this, the
[0044]
From the time when molten slag is formed in the
It should be noted that the amount of the oxidizing
In addition, if the molten slag is sufficiently accumulated in the
[0045]
The amount of the oxidizing
The extra heat generated when the oxidation heat generating material itself is raised from 1600 ° C. to 2000 ° C. is 3800 J / g. Moreover, since the average specific heat of the molten slag between 1600 ° C and 2000 ° C is about 1.1 J / g, in order to raise the temperature by 400 ° C, a heat quantity of 1.1 x 400 = 440 J / g is required. is there. Therefore, if the weight of the molten slag in the melting furnace is 100000 g, the necessary weight of the oxidation heat generating material is 440 × 100,000 / 3800 = 1579 g.
These data are input to the
[0046]
In addition, the water in the incinerated ash mixture that is sequentially added is instantaneously decomposed into oxygen and hydrogen in the high-
[0047]
Moreover, although the melting temperature of the incinerated ash mixture is about 1500 ° C., the molten slag in the melting furnace is kept at a temperature of 1600 ° C. or higher for the purpose of giving sufficient fluidity to the molten slag.
This temperature can be measured by the high frequency power
[0048]
The high-frequency power
And when the temperature of molten slag is 2000 degreeC or more, electricity supply from the high frequency power
[0049]
Further, the
[0050]
The molten slag overflowed from the melting
[0051]
Further, the exhaust gas generated from the melting
[0052]
According to the above-described melting method, since the melting method is a combination of induction heating and the reaction heat of the oxidation exothermic material, it is not necessary to heat the incineration ash mixture to 1600 ° C. only by induction heating, and it can be melted with a small power supply facility. Processing can be enabled.
That is, the inside of the melting furnace is heated to 350 ° C. by induction heating, and thereafter the igniter is ignited to generate reaction heat from the oxidation exothermic material, thereby heating and melting the incinerated ash mixture. A large power supply facility that needs to be heated up to 1600 ° C. only by heating is unnecessary.
[0053]
Further, according to this melting method, melting is completed in a short time if the temperature is raised to 350 ° C. by induction heating and a chemical reaction of the oxidation heat generating material occurs. Here, the reason why the oxidizing heat generating material is added when the temperature of the incinerated ash and the like is increased to 300 ° C. by induction heating is to prevent the oxidizing heat generating material from being affected by moisture such as the incinerated ash. The reason why the ignition temperature of the igniter is set to 350 ° C., which is 50 ° C. higher than 300 ° C., is to prevent oxidation exothermic material from reacting during charging in order to protect the supply device.
[0054]
FIG. 4 shows the relationship between the heating time and the treatment object temperature when only the induction heating of the small and medium melting furnace is used for the melting method described above.
When melting is performed only by induction heating, it is necessary to raise the temperature to a predetermined melting temperature. Therefore, when incineration ash contains 20% of metal scrap, a heating time of 12 hours is required.
In addition, if a large amount of incinerated ash is added after the temperature rises, the temperature drops, so the amount of incinerated ash input cannot be increased. For this reason, only a small amount of melting was possible for using a large amount of electricity for a long time.
[0055]
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the heating time and the treatment object temperature when only the oxidizing heat generating material is used in the small and medium melting furnace used in the above example. When melting only with an exothermic oxidation material, a temperature of 2000 ° C. or higher can be obtained in a short time. However, since the refractory material that constitutes the incinerated ash and the like always contains several percent of moisture, All of the water needs to be removed. This is because, in the chemical reaction of the oxidation exothermic material, if even a small amount of water is present, the water rapidly expands and a boiling phenomenon may occur, which may damage the melting furnace. For this reason, it is difficult to melt only the oxidation heat generating material.
[0056]
According to the method of the present invention, a melting furnace can be formed by combining an apparatus that can efficiently perform induction heating from room temperature to 350 ° C. and an oxidation heat generating material, so that it is 1600 ° C. as in the case of performing only induction heating. A large power supply facility that needs to be heated up to is not necessary.
In addition, a molten slab can be generated in a short time, and even if the temperature of the molten slab is lowered, it can be returned to a high temperature in a short time by introducing an oxidizing heat generating material, so a large amount of molten slag can be continuously produced even in a small melting furnace. The amount of incinerated ash treated can be increased if a large amount of oxidation heat-generating material is used.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, after removing moisture from the incinerated ash by induction heating, the oxidation exothermic material is reacted and the melting treatment is performed by reaction heat. The incineration ash can be efficiently melted in an unnecessary small melting furnace, and a molten slab can be generated at the same high temperature as the large melting furnace.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram of equipment configuration showing the equipment content of a medium and small melting furnace of the present invention.
FIGS. 2A and 2B show an oxidation heat generating material used in the method of the present invention, in which FIG. 2A is a perspective explanatory view of an oxidation heat generating material in which an ignition agent is incorporated, and FIG. It is a perspective view of material.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the time and the temperature of the object to be treated when a melting process is performed by combining induction heating according to the method of the present invention and an oxidizing heat generating material in a small and medium melting furnace.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the time and the temperature of a processed product when a melting process is performed using only induction heating in a small and medium melting furnace.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the time and the temperature of a processed product when a melting process is performed using only an oxidizing exothermic material in a small and medium melting furnace.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the structure of an arc melting furnace facility using conventional electric energy as a heat source.
[Explanation of symbols]
1 ... incineration ash, 1a ... incineration ash (processed product),
2 ... metal scrap, 2a ... metal scrap,
10 ... melting furnace, 11 ... molten slag pit,
12 ... high frequency coil, 13 ... high frequency power supply control device,
30 ... Incineration ash charging hopper (incineration ash supply means), 32 ... Supply device,
40 ... Oxidation exothermic material charging hopper (heating material supply means),
41 ... Oxidation exothermic material, 42 ... Ignition agent,
50 ... Incineration ash hopper (mixing means), 51 ... Incineration ash crusher,
52 ... Metal scrap hopper, 53 ... Specific gravity measuring instrument
Claims (2)
該処理物を溶解炉内に投入し誘導加熱により300℃まで加熱して水分を除去する第2の工程と、
着火温度が前記誘導加熱による上昇温度である300℃よりも高く設定された点火剤が組み込まれ且つ比重が4g/cm3以上の固形化した酸化発熱材料を前記処理物上部に被せる第3の工程と、
前記酸化発熱材料を300℃より高い誘導加熱により加熱することで前記点火剤を着火させ、点火剤から発生する1300℃以上の熱により、着火温度1100℃以上の酸化発熱材料に化学反応を開始させて2000℃以上の温度を発生させることにより前記処理物を1600℃以上に加熱して溶融する第4の工程と
を具備する酸化発熱材料を使用する溶融方法。A first step of pulverizing incinerated ash generated when incinerating general waste into a diameter of 50 mm or less to form a treated product;
A second step of putting the treated product into a melting furnace and heating to 300 ° C. by induction heating to remove moisture;
Third step of covering an upper portion of the treatment object with a solid oxidation exothermic material in which an igniter whose ignition temperature is set higher than 300 ° C. which is a rise temperature by the induction heating is incorporated and whose specific gravity is 4 g / cm 3 or more. When,
The oxidation exothermic material is ignited by heating the oxidation exothermic material by induction heating higher than 300 ° C., and the heat of 1300 ° C. or higher generated from the igniter initiates a chemical reaction to the oxidation exothermic material having an ignition temperature of 1100 ° C. or higher. And a fourth step of heating the treated product to 1600 ° C. or higher and melting it by generating a temperature of 2000 ° C. or higher.
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