JP2001263642A

JP2001263642A - 灰処理方法および灰供給装置

Info

Publication number: JP2001263642A
Application number: JP2000077479A
Authority: JP
Inventors: Keita Inoue; 敬太井上; Tetsuo Sato; 鉄雄佐藤; Minoru Ike; 稔池
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融炉内壁の耐火物および電極の劣化を効果
的に抑制するとともに、劣化による耐火物等の交換・補
修等を回避して、耐火物および電極の耐久性向上を可能
とする焼却灰の前処理方法およびその装置を提供する。【解決手段】プラズマアーク式溶融炉の前段における
焼却灰の処理方法であって、該溶融炉前段にて灰に窒素
ガスを吹き込み、さらにその前段にて吹き込まれた窒素
および酸素を含む混合ガスを抜き出す灰処理方法、並び
に、溶融炉の前段における焼却灰の供給装置であって、
該溶融炉の前段に窒素供給ノズルを備え、さらにその前
段に窒素および酸素の混合ガスを抜き出す排気口を有す
ることを特徴とする灰供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマアーク式
溶融炉の前段における焼却灰の前処理方法および灰供給
装置に関し、さらに詳しくは、電気プラズマにより溶融
するプラズマアーク式溶融炉の前段にて、下水汚泥、都
市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰及び事業用火力発電
プラント等の燃焼炉から排出される焼却灰等を前処理す
る方法、並びに、かかる方法を実施するのに好適な灰供
給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、下水汚泥、都市ごみ及び産業
廃棄物などの焼却灰（粉体無機物）は、その資源化、減
容化及び無害化を図るために、例えば、図３に示すよう
なプラズマアーク式溶融炉１１によって溶融され、スラ
グとして取り出されている。このような溶融炉１１を使
用して炉本体内で焼却灰を溶融するには、ごみ焼却炉か
ら排出された焼却灰を乾式灰出装置よりスクリーン、磁
選器、焼却灰サイロ、計量器及び灰供給コンベヤ等の前
処理系を経て、灰供給ホッパー１２から炉本体内に投入
し、投入された焼却灰を高温プラズマ２０で溶融する。
この際、上記焼却炉から排出される焼却灰には、同様に
焼却炉から排出される飛灰を、飛灰サイロや計量器を経
て混合し、灰供給コンベアから供給する。

【０００３】溶融炉１１内で発生した溶融スラグ２１
は、出滓口２３から出滓樋２４を通って乾式出滓装置に
排出され、スラグコンベヤを介してスラグ排出系に導か
れ、種々の利用に供される。炉本体１１の上下部には、
直流電源装置１３に接続されるプラズマ電極の主電極１
８及び電極が配設され、炉本体の上部には窒素ガス発生
装置から窒素ガスが送給されるようになっている。ま
た、プラズマアーク式溶融炉１１の炉本体は、主に耐火
物とその外側を覆う水冷ジャケット（冷却構造１５）の
鉄皮とによって構成されている。なお、通常、ごみ焼却
炉はバグフィルタを介して煙突に連通され、一方、溶融
炉本体１１内で発生した排ガスは出滓口カバー２６で覆
われる二次燃焼室およびその上部の冷却ゾーンを経て、
バグフィルタ、湿式洗煙塔および煙突等からなる排ガス
処理系に導かれようになっている。

【０００４】ところで、通常、溶融炉の内壁には図３に
示すように、溶融スラグや溶融メタルが存在する下部で
は、耐火物１６であるレンガ等が垂直方向に積み上げら
れている。溶融炉１１の内壁を構成するレンガ等は、通
常、炉の外側から中心部に向かって幅（厚さ）が薄くな
る形状のものを外壁に沿って円形に並べてあり、レンガ
相互が内側には動かないような形状（アーチ形状）に組
まれている。このような溶融炉１１内の内壁面を構成す
る耐火物には、ＳｉＣ系レンガおよびカーボン系レンガ
等の非酸化物系レンガが広く用いられている。

【０００５】一方、図２に示すように灰投入ホッパ１下
部から、灰投入コンベア２および灰投入口を経て溶融炉
５内に入ってくる焼却灰は、乾式灰出装置よりスクリー
ン、磁選器、焼却灰サイロ、計量器等の前処理系を経て
いる。しかしながら、灰投入ホッパ１内の漏洩空気がス
クリューコンベア２を通過して炉内に混入し、上記レン
ガ等の炉内耐火物および黒鉛等からなる電極について、
それらの酸化損傷や摩耗を進行させる問題が生じてい
た。例えば、耐火物であるレンガ等は、ＳｉＣ成分が酸
素と反応してＳｉＯ₂となり、レンガが劣化してしま
う。

【０００６】そして、溶融炉の運転を長時間行っていく
と、レンガが著しく劣化してしまい、頻繁に炉内の補修
によってレンガの交換を行わなければならなかった。ま
た、電極についても、酸素の存在による黒鉛の酸化劣化
によって、短時間に劣化が進行してしまっていた。上記
の理由から、溶融炉内を構成する耐火物や電極の耐久性
に関しては、灰とともに投入される漏洩空気の存在によ
って、大幅に寿命が短くなっていた。それによって、長
期間の安定した溶融炉の運転が困難になり、耐火物の補
修点検を頻繁に行わなければならない問題や、電極の補
修・交換の際にかかるコスト負担の問題などが生じてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、溶融炉内壁の耐火物および電極の劣化を効
果的に抑制するとともに、劣化による耐火物等の交換・
補修等を回避して、耐火物および電極の耐久性向上を可
能とする焼却灰の前処理方法およびその装置を開発すべ
く、鋭意検討した。その結果、本発明者らは、溶融炉の
前段において、焼却灰に対して効果的に窒素ガスを吹き
込むことにより、含有する酸素ガスを効率よく置換する
ことによって、上記問題点が解決されることを見い出し
た。本発明は、かかる見地より完成されたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プ
ラズマアーク式溶融炉の前段における焼却灰の処理方法
であって、該溶融炉前段にて灰に窒素ガスを吹き込み、
さらにその前段にて吹き込まれた窒素および酸素を含む
混合ガスを抜き出す灰処理方法を提供するものである。
この灰処理方法では、混合ガスを、プラズマアーク式溶
融炉の後段における二次燃焼工程後の冷却工程にて、冷
却ガスとして吹き込むことができる。また、本発明は、
プラズマアーク式溶融炉の前段における焼却灰の供給装
置であって、該溶融炉の前段に窒素供給ノズルを備え、
さらにその前段に窒素および酸素の混合ガスを抜き出す
排気口を有する灰供給装置を提供するものである。この
ような灰供給装置としては、例えば、垂直方向に焼却灰
を流す灰投入ホッパを含み、前記窒素供給ノズルを灰投
入ホッパの下部に備え、前記排気口を灰投入ホッパの上
部に有する装置が好適である。そして、前記窒素供給ノ
ズルは、排気口における焼却灰の混入を防止するため、
灰投入ホッパ出口の方向に向いている態様が好ましく、
また、噴き出しノズル自体は少なくとも２以上設けられ
ている態様が好ましい。

【０００９】ここで、灰供給装置には、通常、溶融炉の
前段に設けられる灰投入ホッパや灰投入コンベアなどが
含まれる。また、混合ガスを、二次燃焼工程後の冷却工
程にて冷却空気として吹き込む前記灰処理方法は、灰供
給装置および二次燃焼室（冷却ゾーンを含む）を組み込
んだプラズマアーク式溶融炉システムに好適に用いるこ
とができる。本発明によれば、灰投入ホッパ内の漏洩空
気を、窒素ガスを吹き込んで置換することにより、その
後段の溶融炉内へ入る漏洩空気を減少させ、炉内耐火物
の酸化損傷や電極の磨耗を有効に防止することができ
る。これにより、灰溶融炉の炉内耐火物の耐久性が向上
して、耐火物自体の交換・補修等を回避して、溶融炉の
運転を安定して長期間にわたり継続できる。また、消耗
材である電極の寿命が長くなり、電極コストの低減や継
足回数の低減が図れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した実施の形
態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
の形態に係る灰供給装置および溶融炉周辺のシステム構
成を示す図であり、灰供給装置の一部を構成する灰投入
ホッパ１に、窒素供給ノズル４および混合ガス排気口を
備えている。本実施の形態のプラズマアーク式溶融炉
は、図１に示す如く、有底円筒状に形成された炉本体５
を有しており、該炉本体５下部側面には、溶融されたス
ラグ７及び排ガスを抜き出す出滓口が設けられている。
また、上記溶融炉５は、内壁面を形成する耐火物と、耐
火物の外側を覆う冷却ジャケットによる冷却構造によっ
て構成されている。溶融炉５内の内壁面を構成する耐火
物には、ＳｉＣ系レンガおよびカーボン系レンガ等の非
酸化物系レンガが広く用いられる。

【００１１】炉本体５の上部には、直流電源装置に接続
されるプラズマ電極の主電極６が内部に垂下して配設さ
れており、投入された廃棄物の焼却灰を高温プラズマで
加熱して溶融するようになっている。また、その上部中
央には、主電極の貫通部（貫通孔）が穿設されており、
貫通部には絶縁スリーブ及びシールガス（窒素ガス）の
吹き込みノズル（風箱）が設けられている。付随する出
滓樋８からは、スラグを排出する場合にはオーバーフロ
ーして順次排出される。

【００１２】このようなプラズマアーク式溶融炉５へ
は、通常の焼却によって生じた主灰、および排ガスの中
に残った塵などの飛灰を混合してから投入する。混合さ
れた灰は灰供給ホッパ１から、ホッパ下部のスクリュー
式コンベア２を介して、そこから灰投入口を経て溶融炉
内に供給される。本実施の形態の灰供給装置では、プラ
ズマアーク式溶融炉５の前段に設けられた灰投入ホッパ
１に窒素供給ノズル４を備え、さらにその前段に窒素お
よび酸素の混合ガスを抜き出す排気口を有する。垂直方
向に焼却灰を流す灰投入ホッパ１には、窒素供給ノズル
４がホッパ下部に備えられ、排気口がホッパ上部に備え
られている。ここで、他の実施の形態においては、例え
ば、同じく灰供給装置の一部を構成する灰投入コンベア
２に、窒素供給ノズル４が備えられていても良い。

【００１３】そして、前記窒素供給ノズルは、図１のよ
うに灰投入ホッパ出口の方向に向いていることが好まし
い。溶融炉で溶融処理されるべき焼却灰が、排気口に詰
まるのを防止するためである。また、窒素ガスノズルは
１又は２以上設けられているが、ホッパ内で均一かつ効
果的に酸素ガスを除去する観点からは、少なくとも２以
上のノズルが設けられていることが好ましい。灰投入ホ
ッパ１の最上部は、通常、ロータリーバルブ３等でシー
ルできる構造が望ましい。このシール構造による抵抗に
よって、酸素を含むガスを抜くことができる。排気口か
ら抜き出される混合ガスは、必要に応じて設けられるフ
ァン（図示せず）等によって吸引される。本発明に係る
灰供給装置を用いれば、炉内に混入する酸素の量につい
て、通常約３％程度であるのを、約０．１〜１％程度に
まで低下させることができる。

【００１４】灰が供給される溶融炉内は、約１０００℃
程度の窒素雰囲気になっている。灰を溶解させる際に
は、炉内の主電極（上部）がマイナス、下部にプラス極
が配置されており、電流が流れてプラズマが発生し、溶
融メタルやスラグにも電流が流れる（移送式プラズ
マ）。プラズマの温度は約１万度程度であり、電極は継
続的な運転によって消耗していく。電極は足りなくなる
と上部からねじ込む構造になっており、通常、長さ約
１．５〜１．８ｍの電極を用いる。炉内には、主灰と飛
灰とが溶けた溶融スラグ層があり、供給された灰もその
上に堆積する。溶融スラグの温度は、約１６００℃程度
である。溶融スラグは出滓口から出滓樋８に排出され、
発生した排ガスは出滓口から二次燃焼室１０（二次燃焼
工程）へと導かれる。

【００１５】排ガスは二次燃焼工程によって、有害物質
（例えばダイオキシン等）の処理等を行った後、排ガス
処理系に送られるために、冷却が行われる。この冷却工
程は、二次燃焼室１０内の後流側の冷却ゾーンで行われ
ても良いし、冷却効率を考慮して、別に冷却用室を設け
て、そこで冷却が行われても良い。本実施の形態では、
かかる冷却工程に用いる冷却用のガスとして、溶融炉前
段において排気口から排出された窒素および酸素の混合
ガスを用いる。つまり、灰投入ホッパ１上部の排気口か
ら排出した窒素および酸素を含む混合ガスを、配管を介
して溶融炉後段の二次燃焼室１０の冷却ゾーンに導き、
溶融炉を経た排ガスと混合して冷却する。

【００１６】本実施の形態のように、上記混合ガスを二
次燃焼工程後の冷却ガスとして用いる場合、抜き出した
混合ガスと他のガス（空気等）とを混ぜて使用してもよ
い。二次燃焼工程後に冷却されるべきガスの量は一定で
はない場合もあるので、その都度、適切な必要量を供給
できるように、他のガスと混合して供給量を制御するこ
とが有効である。以上、本発明の実施の形態につき述べ
たが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の
変形及び変更を加え得るものである。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、灰投入ホッパ内の漏洩
空気を、窒素ガスを吹き込んで置換することにより、そ
の後段の溶融炉内へ入る漏洩空気を減少させ、炉内耐火
物の酸化損傷や電極の磨耗を有効に防止することができ
る。これにより、灰溶融炉の炉内耐火物の耐久性が向上
して、耐火物自体の交換・補修等の回数を減少させるこ
とができる。また、消耗材である電極の寿命が長くな
り、電極コストの低減や継足回数の低減が図れる。この
ようなことから、本発明によればプラズマアーク式溶融
炉内の溶融処理を、長期間にわたり連続的かつ安定して
実施することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶融炉への灰供給装置およびその
周辺システムの一例を示した図である。

【図２】従来の灰供給装置およびその周辺システムの一
例を示した図である。

【図３】プラズマアーク式溶融炉およびそれに付随する
システムの概略を示す構成図である。

【符号の説明】

１灰投入ホッパ２灰投入コンベア３ロータリーバルブ４窒素ガス供給ノズル５溶融炉６主電極７スラグライン８出滓樋９排出コンベア１０二次燃焼室１１溶融炉１２灰ホッパ１３電源１４灰投入口１５冷却構造１６耐火物１７スリーブ１８主電極２０プラズマアーク２１溶融スラグ２２溶融メタル２３出滓口２４出滓樋２５出滓口クリーナ２６出滓口カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池稔神奈川県横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 3K061 AA18 AA23 AB03 AC03 BA05 BA10 CA14 DA01 DB06 DB19 DB20 NB02 NB06 4D004 AA36 AB07 CA29 CA32 CA43 CB31 CB42 CC01 4K045 AA01 BA10 CA02 RB02 RC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマアーク式溶融炉の前段における
焼却灰の処理方法であって、該溶融炉前段にて灰に窒素
ガスを吹き込み、さらにその前段にて吹き込まれた窒素
および酸素を含む混合ガスを抜き出すことを特徴とする
灰処理方法。
【請求項２】前記混合ガスを、プラズマアーク式溶融
炉の後段における二次燃焼工程後の冷却工程にて、冷却
ガスとして吹き込むことを特徴とする請求項１記載の灰
処理方法。
【請求項３】プラズマアーク式溶融炉の前段における
焼却灰の供給装置であって、該溶融炉の前段に窒素供給
ノズルを備え、さらにその前段に窒素および酸素の混合
ガスを抜き出す排気口を有することを特徴とする灰供給
装置。
【請求項４】垂直方向に焼却灰を流す灰投入ホッパを
含む灰供給装置であって、前記窒素供給ノズルを灰投入
ホッパの下部に備え、前記排気口を灰投入ホッパの上部
に有することを特徴とする請求項３記載の灰供給装置。
【請求項５】前記窒素供給ノズルが、灰投入ホッパの
出口方向に向いていることを特徴とする請求項３又は４
に記載の灰供給装置。
【請求項６】前記窒素供給ノズルが、少なくとも２以
上設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいず
れかに記載の灰供給装置。