JP3149726B2 - 電気抵抗式の焼却灰溶融炉およびその操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、都市ごみおよびその
他の廃棄物を焼却することによって生じる灰を、減量化
および灰中の重金属の不溶出化の目的で、電気抵抗加熱
によって溶融するための電気抵抗式の焼却灰溶融炉に関
し、詳しくは、耐スラグ性に優れた耐火構造の炉壁を有
する電気抵抗式の焼却灰溶融炉およびその操業方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみおよびその他の廃棄物（以下、
「ごみ」で総称する）を焼却する焼却プラントの中に
は、焼却後の灰を減量化および灰中の重金属類の不溶出
化の目的で、焼却灰溶融炉を用いて焼却灰を加熱・溶融
し、灰溶融スラグとして排出するプラントが使用されて
いる。ごみ焼却灰の溶融方式には、電気を熱源とするア
ーク加熱方式、プラズマ加熱方式および抵抗加熱方式等
がある。灰が溶融した溶融スラグは温度が約１５００℃
もあり、また、アーク加熱方式やプラズマ加熱方式で
は、高温のアークやプラズマおよび溶融スラグ面が炉内
に露出しているため、炉内雰囲気温度は９００℃以上に
なるため、溶融炉炉壁の内周面の側壁は耐火材からなる
層で構成されている。そして、定期的に耐火材の補修を
実施しながら操業を行っている。

【０００３】また、一般的に炉内雰囲気はＯ₂ を多量に
含む酸化雰囲気の場合が多く、耐スラグ性に優れたカー
ボン系の耐火材を側壁に使用できないため、スラグの浸
食による耐火材の寿命低下をもたらしており、溶融炉操
業におけるランニングコストを引き上げる要因になって
いた。このため、溶融炉炉壁の内周面の側壁の耐火材の
延命・保護対策については、様々な方式が考案されてい
る。

【０００４】上記の対策としては、特開平４−３６７５
１８号公報に、ロックウール用電気溶融炉の炉壁に関
し、溶融物と接する犠牲耐火物の内面に溶融物の熱で焼
成する真耐火壁を用いる技術が提案されている（以下、
「先行技術１」という）。

【０００５】更に、特開平５−１４１８６８号公報に
は、ロックウール用電気溶融炉に関し、浸食の最も激し
いとされる溶融物と雰囲気の境界面等に大きな熱伝導率
を有する高熱伝導層を具備し、耐火物全体の寿命を平均
化する技術（以下、「先行技術２」という）が提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先行技
術１、２の方法は、いずれも根本的な解決策でなく、ま
た、炉体の構造が複雑になる場合がある等の問題があっ
た。

【０００７】従って、この発明の目的は、上述したよう
な従来の問題点を解決することができる電気抵抗式の焼
却灰溶融炉およびその操業方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
焼却灰溶融炉の高さ方向中間部の炉壁に溶融スラグの出
滓口を設け、前記溶融炉底面近くの炉壁に溶融メタルの
排出口を設け、前記溶融炉内に焼却灰を投入し、その焼
却灰層を電極が貫通し前記焼却灰の溶融スラグ内に挿入
し、溶融スラグ中に電気を通すことにより電気抵抗加熱
により前記焼却灰を溶融するとともに前記焼却灰を溶融
スラグと溶融メタルとに比重分離して溶融スラグ層およ
びその下の溶融メタル層を形成し、前記溶融スラグを前
記出滓口から、前記溶融メタルは前記排出口からそれぞ
れ別々に出湯する電気抵抗式の焼却灰溶融炉であって、
前記炉壁は、Ｃ：６０ｗｔ．％以上８０ｗｔ．％以下、
且つ、ＳｉＯ₂：５ｗｔ．％以下を含有するカーボン系
の耐火材からなる層と、前記カーボン系の耐火材からな
る層の外側の、スタンプ材からなる層と、前記スタンプ
材からなる層の外側の、炉体鉄皮とからなり、前記炉体
鉄皮は水冷構造を有していることに特徴を有するもので
ある。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記カーボン系の耐火材からなる層と前記
スタンプ材からなる層との間に、ＳｉＣ：５５ｗｔ．％
以上、且つ、ＳｉＯ₂：５ｗｔ．％以下を含有するＳｉ
Ｃ系の耐火材からなる層を有することに特徴を有するも
のである。

【００１０】請求項３記載の発明は、焼却灰溶融炉の高
さ方向中間部の炉壁に溶融スラグの出滓口を設け、前記
溶融炉底面近くの炉壁に溶融メタルの排出口を設け、前
記溶融炉内に焼却灰を投入し、その焼却灰層を電極が貫
通し前記焼却灰の溶融スラグ内に挿入し、溶融スラグ中
に電気を通すことにより電気抵抗加熱により前記焼却灰
を溶融するとともに前記焼却灰を溶融スラグと溶融メタ
ルとに比重分離して溶融スラグ層およびその下の溶融メ
タル層を形成し、前記溶融スラグを前記出滓口から、前
記溶融メタルは前記排出口からそれぞれ別々に出湯する
電気抵抗式の焼却灰溶融炉であって、前記炉壁は、Ｃ：
６０ｗｔ．％以上、且つ、ＳｉＯ ₂ ：５ｗｔ．％以下を
含有するカーボン系の耐火材からなる層と、前記カーボ
ン系の耐火材からなる層の外側の、スタンプ材からなる
層と、前記スタンプ材からなる層の外側の、炉体鉄皮と
からなり、前記炉体鉄皮は水冷構造を有している電気抵
抗式の焼却灰溶融炉の操業方法において、前記電気抵抗
式の焼却灰溶融炉内に焼却灰を投入し、その焼却灰層を
電極が貫通し前記焼却灰の溶融スラグ内に挿入し、溶融
スラグ中に電気を通すことにより電気抵抗加熱により前
記焼却灰を溶融するとともに前記焼却灰を溶融スラグと
溶融メタルとに比重分離して溶融スラグ層およびその下
の溶融メタル層を形成し、前記溶融スラグを前記出滓口
から、前記溶融メタルは前記排出口からそれぞれ別々に
出湯するに際し、前記溶融炉内の溶融スラグ層の上に未
溶融の焼却灰層を形成することにより炉内雰囲気温度を
６００℃以下の温度に保持し、且つ、炉内の酸素濃度を
２．０％以下に保持し他のガス組成は還元性のガスと水
蒸気とからなすことに特徴を有する、電気抵抗式の焼却
灰溶融炉の操業方法である。

【００１１】

【作用】焼却灰溶融炉の灰溶融手段として電気抵抗式を
用い、その溶融炉炉壁の内周面の側壁にカーボン系の耐
火材を使用するとともに、その外側にＳｉＣ系の耐火材
を、その外側にスタンプ材を、更に、その外側の外周に
水冷構造を有する炉体鉄皮を使用した耐火構造とするこ
とにより、カーボン系の耐火材を焼却灰溶融炉の炉壁と
して使用することができる。

【００１２】焼却灰の溶融手段として、電気抵抗式の溶
融炉を用いることにより、炉内の溶融スラグの上にほぼ
連続的に焼却灰を投入して未溶融の灰層を形成させて炉
内雰囲気温度を６００℃以下の低温にすることができ
る。且つ、これとともに、炉内の酸素濃度を２．０％以
下で他のガス組成は還元性のガスと水蒸気とからなるよ
うに保つ。このようにして溶融炉内を前記の低温且つ還
元雰囲気に保持することにより、カーボン系の耐火材を
炉壁に使用した上記の耐火構造を有する炉壁の耐スラグ
性が向上し、溶融炉の寿命を延ばすことができ、溶融炉
操業におけるランニングコストの低下が図れる。

【００１３】カーボン系の耐火材としては、Ｃ：６０w
t.%以上、且つ、ＳｉＯ₂ ：５wt.%以下のものを使用す
る。Ｃ含有量が６０wt.%未満では、カーボンの耐スラグ
性が十分に発揮できない。ＳｉＯ₂ 含有量が５wt.%を超
えると、耐火材内部でＳｉＯ₂より遊離した酸素により
カーボンが酸化され耐火材の構造組織がもろくなる。

【００１４】また、炉内の還元雰囲気が崩れカーボン系
耐火材が酸化浸食されるような緊急時でも、その外側に
酸化雰囲気中でもいくらか使用できるＳｉＣ系の耐火材
をバックアップとして用いることにより、事故につなが
る前に炉壁温度および冷却水の温度上昇により炉内の状
態を検知することができ、安全が図れる。

【００１５】ＳｉＣ系の耐火材としては、ＳｉＣ：５５
wt.%以上、且つ、ＳｉＯ₂ ：５wt.%以下のものを使用す
る。ＳｉＣ含有量が５５wt.%未満では、ＳｉＣの耐スラ
グ性が十分に発揮できない。ＳｉＯ₂ 含有量が５wt.%を
超えると、耐火材内部でＳｉＯ₂ より遊離した酸素によ
りカーボンが酸化され耐火材の構造組織がもろくなる。
ＳｉＣのカーボンが耐火材内部でＳｉＯ₂ より遊離した
酸素によりカーボンが酸化され耐火材の構造組織がもろ
くなる。

【００１６】更に、炉体鉄皮の外周を溶融に必要な電力
が高くなり過ぎない程度に水冷することによって、溶融
スラグと接する耐火材面（work面）のスラグ流動性を小
さくできることによる延命効果があり、また、いくらか
でも酸素と接触する可能性のある、溶融スラグと接して
いない部分においても、炉内雰囲気が低温で還元性雰囲
気であることおよび外周からの冷却効果のため、酸化さ
れにくく延命が図れる。

【００１７】

【実施例】次に、この発明を図面を参照しながら説明す
る。

【００１８】図１および図２はこの発明の実施例に係る
電気抵抗式灰溶融炉を示す断面図である。図１に示すよ
うに、灰溶融炉１ａの炉壁は、Ｃ：６０wt.%以上、且
つ、ＳｉＯ₂ ：５wt.%以下を含有するカーボン系の耐火
材からなる層６と、カーボン系耐火材層６の外側の、Ｓ
ｉＣ：５５wt.%以上、且つ、ＳｉＯ₂ ：５wt.%以下を含
有するＳｉＣ系の耐火材からなる層７と、ＳｉＣ系耐火
材層７の外側の、スタンプ材からなる層８と、スタンプ
材層８の外側の、水冷ジャケット構造を有する炉体鉄皮
９とからなっている。また、図２は、図１のＳｉＣ系耐
火物層７を使用しない実施例であり、他は図１と同様
に、灰溶融炉１ｂの炉壁はカーボン系耐火材層６とその
外側にスタンプ材層８を設け、スタンプ材層８の外側に
は水冷ジャケット構造の炉体鉄皮９を有している。１３
は、炉壁の高さ方向中間部に設けられた溶融スラグ出滓
口、１４は、炉壁の炉床耐火材１０の近傍に設けられた
溶融メタル排出口、１１は炉蓋、１２は３本の電極であ
る。また、１５は出滓口用耐火材、１６はメタル排出口
用耐火材である。

【００１９】電極１２は、未溶融灰層５を貫通し、溶融
スラグ２内に挿入される。電気抵抗式灰溶融炉１に投入
された焼却灰４は、加熱・溶融され、溶融した焼却灰は
溶融スラグ２と溶融メタル３とに比重分離する。焼却灰
４を連続的または間欠的に投入し、溶融スラグ層２の上
に、未溶融灰層５を形成させてカバーリング層として機
能させ、炉内雰囲気温度を６００℃以下の低温に保持
し、更に、炉内雰囲気の酸素濃度を２．０％以下に保持
し、他のガス組成は還元性のガスと水蒸気とからなるよ
うな操業を行った。これにより、溶融炉内周面の側壁の
カーボン系の耐火材（Ｃ：６０wt.%以上、且つ、ＳｉＯ
₂ ：５wt.%以下を含有する）層６を有する本発明溶融炉
の耐スラグ性が向上した。また、炉内の還元雰囲気が崩
れカーボン系の耐火材層６が酸化浸食されるような緊急
時でも、図１においては、その次に酸化雰囲気中でもあ
る程度は使用できるＳｉＣ系の耐火材（ＳｉＣ：５５w
t.%以上、且つ、ＳｉＯ₂ ：５wt.%以下を含有する）層
７をバックアップとして用いたことにより、安全が保た
れた。

【００２０】本実施例において、使用された材質は下記
の通りであった。カーボン系耐火材層６を構成するカー
ボン系の耐火材の成分組成は、Ｃ：約８０wt.%、ＳｉＯ
₂ ：約２wt.%、（その他：１８wt.%）であった。ＳｉＣ
系の耐火材層７を構成するＳｉＣ系の耐火材の成分組成
は、ＳｉＣ：約８５wt.%、ＳｉＯ₂ ：約３wt.%、（その
他約：１２wt.%）であった。スタンプ材層８を構成する
スタンプ材の成分組成は、主にアルミナであった。炉床
耐火材層１０を構成する耐火材成分組成は、主にカーボ
ンであった。

【００２１】更に、炉体鉄皮の外周を水冷ジャケット構
造９で水冷することによって、溶融スラグ層と接する耐
火材面（work面）のスラグ流動性を小さくでき延命効果
があり、また、いくらかでも酸素と接触する可能性のあ
る、溶融スラグと接していない部分でも炉内雰囲気が低
温で還元性であることおよび外周からの冷却効果のた
め、酸化されにくく延命できる。このように、炉内雰囲
気を低温且つ還元性に保持することにより、耐スラグ性
に優れたカーボン系の耐火材を使用することが可能とな
り、灰溶融炉の延命が図れた。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の焼却灰
溶融炉は、電気抵抗式を採用し、溶融炉内の溶融スラグ
層の上に未溶融の焼却灰層を形成することにより炉内雰
囲気温度を６００℃以下の低温に保持し、且つ、炉内の
酸素濃度を２．０％以下とし他のガス組成は還元性のガ
スと水蒸気とからなるように保持することにより、耐ス
ラグ性に優れたカーボン系の耐火材を含む炉壁の構造が
使用可能となり、耐溶融スラグ性に優れた焼却灰溶融炉
を得ることができ、灰溶融炉の寿命が延長し、かくし
て、工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係る電気抵抗式焼却灰溶融
炉を示す断面図である。

【図２】この発明の別の実施例に係る電気抵抗式焼却灰
溶融炉を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 焼却灰溶融炉 ２ 溶融スラグ ４ 焼却灰 ３ 溶融メタル ５ 未溶融灰層（カバーリング層） ６ カーボン系耐火材層 ７ ＳｉＣ系耐火材層 ８ スタンプ材層 ９ 水冷ジャケット構造を有する炉体鉄皮 １０ 炉床耐火材層 １１ 炉蓋 １２ 電極 １３ 溶融スラグ出滓口 １４ 溶融メタル排出口 １５ 出滓口用耐火材 １６ メタル排出口用耐火材

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−135938（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23J 1/00 F23J 1/08 F23J 9/00 F23G 5/00 F23G 5/24 - 5/28 F23G 7/00 F23G 5/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焼却灰溶融炉の高さ方向中間部の炉壁に溶
   融スラグの出滓口を設け、前記溶融炉底面近くの炉壁に
   溶融メタルの排出口を設け、前記溶融炉内に焼却灰を投
   入し、その焼却灰層を電極が貫通し前記焼却灰の溶融ス
   ラグ内に挿入し、溶融スラグ中に電気を通すことにより
   電気抵抗加熱により前記焼却灰を溶融するとともに前記
   焼却灰を溶融スラグと溶融メタルとに比重分離して溶融
   スラグ層およびその下の溶融メタル層を形成し、前記溶
   融スラグを前記出滓口から、前記溶融メタルは前記排出
   口からそれぞれ別々に出湯する電気抵抗式の焼却灰溶融
   炉であって、 前記炉壁は、Ｃ：６０ｗｔ．％以上８０ｗｔ．％以下、
   且つ、ＳｉＯ₂：５ｗｔ．％以下を含有するカーボン系
   の耐火材からなる層と、前記カーボン系の耐火材からな
   る層の外側の、スタンプ材からなる層と、前記スタンプ
   材からなる層の外側の、炉体鉄皮とからなり、前記炉体
   鉄皮は水冷構造を有していることを特徴とする電気抵抗
   式の焼却灰溶融炉。
2. 【請求項２】前記カーボン系の耐火材からなる層と前記
   スタンプ材からなる層との間に、ＳｉＣ：５５ｗｔ．％
   以上、且つ、ＳｉＯ₂：５ｗｔ．％以下を含有するＳｉ
   Ｃ系の耐火材からなる層を有する請求項１記載の電気抵
   抗式の焼却灰溶融炉。
3. 【請求項３】焼却灰溶融炉の高さ方向中間部の炉壁に溶
   融スラグの出滓口を設け、前記溶融炉底面近くの炉壁に
   溶融メタルの排出口を設け、前記溶融炉内に焼却灰を投
   入し、その焼却灰層を電極が貫通し前記焼却灰の溶融ス
   ラグ内に挿入し、溶融スラグ中に電気を通すことにより
   電気抵抗加熱により前記焼却灰を溶融するとともに前記
   焼却灰を溶融スラグと溶融メタルとに比重分離して溶融
   スラグ層およびその下の溶融メタル層を形成し、前記溶
   融スラグを前記出滓口から、前記溶融メタルは前記排出
   口からそれぞれ別々に出湯する電気抵抗式の焼却灰溶融
   炉であって、 前記炉壁は、Ｃ：６０ｗｔ．％以上、且つ、ＳｉＯ ₂ ：
   ５ｗｔ．％以下を含有するカーボン系の耐火材からなる
   層と、前記カーボン系の耐火材からなる層の外側の、ス
   タンプ材からなる層と、前記スタンプ材からなる層の外
   側の、炉体鉄皮 とからなり、前記炉体鉄皮は水冷構造を
   有している電気抵抗式の焼却灰溶融炉の操業方法におい
   て、 前記電気抵抗式の焼却灰溶融炉内に焼却灰を投入し、そ
   の焼却灰層を電極が貫通し前記焼却灰の溶融スラグ内に
   挿入し、溶融スラグ中に電気を通すことにより電気抵抗
   加熱により前記焼却灰を溶融するとともに前記焼却灰を
   溶融スラグと溶融メタルとに比重分離して溶融スラグ層
   およびその下の溶融メタル層を形成し、前記溶融スラグ
   を前記出滓口から、前記溶融メタルは前記排出口からそ
   れぞれ別々に出湯するに際し、前記溶融炉内の溶融スラ
   グ層の上に未溶融の焼却灰層を形成することにより炉内
   雰囲気温度を６００℃以下の温度に保持し、且つ、炉内
   の酸素濃度を２．０％以下に保持し他のガス組成は還元
   性のガスと水蒸気とからなすことを特徴とする電気抵抗
   式の焼却灰溶融炉の操業方法。