JP2004154677A

JP2004154677A - 灰処理システム

Info

Publication number: JP2004154677A
Application number: JP2002322623A
Authority: JP
Inventors: Minoru Suzuki; 実鈴木; Takashi Noto; 隆能登; Teruo Tatefuku; 輝生立福; Yoshinari Fujisawa; 能成藤澤
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: JP3852394B2

Abstract

【課題】除塵装置で回収する飛灰に含まれる重金属類の含有率を飛躍的に高め、これらを高濃度で回収することが可能な灰処理システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る灰処理システムは、焼却灰の処理を行う灰処理炉１と、該灰処理炉１から排出された飛灰を含む排ガスの除塵を行う除塵装置２と、該除塵装置２で回収された排ガス中の飛灰を前記灰処理炉１内に供給する回収飛灰供給手段３とを備える。
ここで、前記灰処理炉１から排出された飛灰を含む排ガスを除塵装置２に導くためのダクトは１／４波長管であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉から排出された焼却灰及び飛灰の処理を行う灰処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ、下水汚泥、し尿汚泥、可燃性産業廃棄物等（以下、総称して「廃棄物」という。）を焼却炉で焼却処分する場合、焼却炉から排出された焼却灰は従来埋め立て処分されていた。しかし、埋め立て処分地確保の問題、及び、埋め立て処分された焼却灰に含まれるダイオキシン類類、重金属類などの有害物質による土壌汚染や地下水汚染等の環境に与える影響等が大きな社会問題となっている。
【０００３】
このような問題に対して、焼却炉から排出された焼却灰を無害化・減容化処理する方法が種々提案されている。この焼却灰を無害化・減容化処理する方法としては、例えば、灰溶融炉を用いて焼却灰の減容化を図ると共に焼却灰から重金属類を揮散させる方法（例えば、特開平１１−２６７６０１号公報参照）、或いは、重金属類を安定化処理して無害化する方法（例えば、特開平７−３９８４６号公報，特開２０００−１３４６号公報等参照）等が知られている。これらの方法により無害化・減容化処理された焼却灰は、安全なスラグとして路盤材などに有効利用される。
【０００４】
一方、バグフィルター等の除塵装置によって回収される焼却炉或いは灰処理炉等から排出された排ガス中に含まれる飛灰は、焼却灰と比べてより高濃度の重金属類を含有しているので、特別管理一般廃棄物に指定され、その無害化処理が義務づけられている。このような飛灰を対象として、その減容化を図ると共に資源の有効利用の観点から含有重金属類の回収を目的とした飛灰の処理方法が種々提案されている。例えば、特許文献１には、飛灰に水およびアルカリ性薬剤を添加してｐＨ１３以上とし、アルカリ浸出液とアルカリ不溶解残渣を得るアルカリ浸出工程と、該アルカリ浸出工程から濾別されたアルカリ不溶解残渣を水でリパルプした後、鉱酸を添加してｐＨ２〜５に調整し、鉱酸浸出液と鉱酸不溶解残渣を得る鉱酸浸出工程と、前記アルカリ浸出工程からのアルカリ浸出液に前記鉱酸浸出工程からの鉱酸浸出液を混合してｐＨ１０〜１３のｐＨ域において中和し、銅、亜鉛または鉛のうちの少なくとも１種の重金属を含む重金属含有産物とアルカリ中和液を得るアルカリ中和工程とからなる飛灰からの重金属回収方法が開示されている。また、特許文献２には、飛灰を分級して得られる細粒部に鉱酸を加えてスラリー化し、ｐＨを５以下に調整して塩素を溶解させる塩素溶解工程と、該塩素溶解工程のスラリーにアルカリ剤を添加してｐＨを８〜１２に調整した後、固液分離することにより重金属含有沈殿物を塩素含有濾液から分離して回収する重金属含有沈殿物回収工程とからなる重金属の回収方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４８６２７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−８７７３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バグフィルター等の除塵装置によって回収される飛灰中には、焼却灰と比較してより高濃度の重金属類が含有されているとはいえ、前記回収された飛灰の単位質量当りにおける重金属類の含有率では、前記従来技術に係る特許文献１及び特許文献２に開示されているような多種類の薬液等を用いた複雑な工程を伴う回収方法では経済的に見合うだけの重金属類を回収するのは難しいという問題がある。このため、実際には、除塵装置で回収された飛灰は主に重金属類が溶出しないように安定化処理を施して埋め立て処理或いは路盤材等に使用されているだけで、飛灰に含まれる重金属類を回収し有効活用されてはいなかった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、除塵装置で回収する飛灰に含まれる重金属類の含有率を飛躍的に高め、これらを高濃度で回収することが可能な灰処理システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
【００１０】
請求項１の発明は、焼却灰の処理を行う灰処理炉と、該灰処理炉から排出された飛灰を含む排ガスの除塵を行う除塵装置と、該除塵装置で回収された飛灰を前記灰処理炉内に供給する回収飛灰供給手段とを備えたことを特徴とする灰処理システムである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、灰処理炉が廃棄物焼却炉に連設されていることを特徴とする灰処理システムである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、灰処理炉から排出された飛灰を含む排ガスを除塵装置に導くためのダクトが１／４波長管であることを特徴とする灰処理システムである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、除塵装置での排ガスの圧損値を計測する圧損値計測手段と、該圧損値計測手段で計測された排ガスの圧損値に基づいて前記除塵装置で回収された飛灰を系外に搬出させることが可能な回収飛灰搬出手段とを備えたことを特徴とする灰処理システムである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、除塵装置で回収された飛灰の量を計量する回収飛灰計量手段と、該回収飛灰計量手段で計量された回収量に基づいて前記除塵装置で回収された飛灰を系外に搬出させることが可能な回収飛灰搬出手段とを備えたことを特徴とする灰処理システムである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項４に記載の灰処理システムを用いた灰処理方法であって、除塵装置での排ガスの圧損値が所定値をこえるまで、前記除塵装置で回収された飛灰を灰処理炉内に供給する操作を繰り返すことを特徴とする灰処理方法である。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項５に記載の灰処理システムを用いた灰処理方法であって、除塵装置で回収された所定時間当りの飛灰の量が所定値をこえるまで、前記除塵装置で回収された飛灰を灰処理炉内に供給する操作を繰り返すことを特徴とする灰処理方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る灰処理システムの一実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る灰処理システムを備えた廃棄物焼却炉の一実施形態を示す概略側断面図である。
【００１９】
ここで、前記灰処理システムは、焼却灰の処理を行う灰処理炉１と、該灰処理炉１から排出された飛灰を含む排ガスの除塵を行う除塵装置２と、該除塵装置２で回収された排ガス中の飛灰を前記灰処理炉１内に供給する回収飛灰供給手段３とを備えている。前記除塵装置２としては、例えば、バグフィルター方式、サイクロン方式、電気集塵方式等の除塵装置を用いることができる。図１ではバグフィルター方式の除塵装置を示している。排ガス中の飛灰は濾布で除塵され、バグフィルターの底部に落ち、スクリューフィーダ等により二重ダンパーを経て回収飛灰供給手段３に送られる。また、前記灰処理炉１としては、特にその形式が限定されるものではないが、例えば回転キルン式、固定床式等の炉を用いることができる。なお、図１に示すように、灰処理炉１を回転キルン式とし、下流側に向けて下向きに傾斜させることで、たとえ焼却灰中に処理不適物が介在した場合でも、これらを炉内に滞留させることなく、焼却灰を強制的に下流側に搬送することができる。さらに、灰処理炉１の内壁に付着したダストがある程度の大きさになると自重で離脱して下流側に搬送されるため、灰熱処理炉内の清掃は不要となり、省力化が実現できると共に、システムの稼働率を高めることができる。また、前記回収飛灰供給手段３としては、例えば、コンベア等を用いることができる。
【００２０】
図１に示す廃棄物焼却炉１０は火格子式の二回流炉であり、ホッパー１１に投入された廃棄物は、給塵器を介して焼却炉内の火格子１２上に送られ、火格子１２の下から供給される燃焼用空気と炉内の輻射熱により火格子１２上を移動しながら着火し、燃焼する。そして、燃焼後に残った焼却灰は、焼却炉１０のごみ搬送方向下流側の焼却灰出口１３に焼却炉１０と一体構造となって連設されている灰処理炉１内に送られる。灰処理炉１内では、加熱用バーナ又は灰中の未燃物の燃焼熱、及び炉内の輻射熱により焼却灰が溶融され、或いは熱処理されて無害な処理灰１４となって、処理灰排出用シュート１５から炉外に排出される。ここで、焼却炉１０と灰処理炉１とが直結されているため、焼却炉１０から排出された高温の焼却灰が冷却されずに灰処理炉１内に導かれるので、熱効率が高くなる。
【００２１】
前記灰処理炉１内で発生した排ガスは、前記焼却灰出口１３を通って焼却炉１０内に戻され、焼却炉１０内で発生した燃焼排ガスと共に廃熱ボイラ１６に送られる。前記廃熱ボイラ１６に送られた灰処理炉１内で発生した排ガス及び焼却炉１０内で発生した燃焼排ガスは廃熱ボイラ１６で熱回収された後、ダクト１７を通って除塵装置２に送られ、そこで前記排ガス及び燃焼排ガス中に含まれる飛灰の回収が行われる。前記除塵装置２で除塵された後の前記排ガス及び燃焼排ガスは、誘引ファン１８により誘引され、煙突１９から大気に放出される。なお、必要に応じて前記除塵装置２と煙突１９との間において第二の除塵装置等の排ガス処理設備を配置してもよい。
【００２２】
前記除塵装置２で回収された飛灰は、回収飛灰供給手段３により再び前記灰処理炉１内に供給される。前記除塵装置２で回収された飛灰中には、焼却炉１０内に投入された廃棄物中に含まれていた、例えば、亜鉛、水銀、鉛等の重金属類が、主に塩化物の形で含有されている。このような重金属類の塩化物は一般に低融点、低沸点のものが多く、前記除塵装置２で回収された飛灰を再び灰処理炉１内に投入することで、この飛灰中に含まれる前記重金属類の塩化物は揮散し、排ガスと共に焼却炉１０内に戻される。このとき、前記灰処理炉１内に投入された飛灰中に含まれる、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ等の高融点、高沸点の成分は灰処理炉１内で処理灰となって炉外に分離・排出されるので、灰処理炉１から焼却炉１０内に戻される排ガス中の飛灰に含まれる重金属類の含有率は上昇する。このように、除塵装置２で回収した飛灰を再び灰処理炉１に戻す、というサイクルを繰り返すことにより、灰処理炉１から焼却炉１０内に戻される排ガス中の飛灰に含まれる重金属類の含有率を徐々に上昇させることができる。なお、表１に、飛灰中に含まれる主な成分及び重金属類の塩化物の融点及び沸点（または昇華点）を示しておく。
【００２３】
【表１】

ここで、灰処理炉１内の温度は重金属類塩化物の揮散温度以上に制御することが好ましい。灰処理炉１内の温度を重金属類塩化物の揮散温度以上とすることにより、焼却灰と飛灰中に含まれるダイオキシン類類の分解及び重金属類の塩化物の揮発が促進され、灰処理炉１から排出される処理灰の無害化が図られ、排出された処理灰を有効利用することが可能となる。つまり、灰処理炉１内の温度は、非溶融処理の場合には少なくとも１０００℃以上、望ましくは１１００℃以上、溶融処理の場合には少なくとも１３００℃以上、望ましくは１４００℃以上に制御することが好ましい。
【００２４】
また、灰を非溶融処理する場合には、灰処理炉１内の温度を焼却灰の溶融温度以下に制御する必要がある。灰処理炉１内の温度を焼却灰の溶融温度以下に抑えることにより、灰処理炉１内での灰やダストの溶着・固化によるトラブルを回避することが可能となる。
【００２５】
前記焼却灰の溶融温度は、焼却灰中の成分組成（焼却灰の種類）により異なるが、一般に１２００〜１４００℃程度である。そのため、前記灰処理炉１内の温度としては１０００℃以上で１２００℃以下とすれば、焼却灰を溶融させることなく焼却灰中の主な重金属類の塩化物を揮散させることができるので好ましい。
【００２６】
実際の廃棄物焼却炉の焼却灰を灰処理炉内で還元雰囲気の下、炉内温度１０００℃で加熱した結果、灰処理炉内での加熱処理前に１０００〜２０００ｍｇ／ｋｇ含まれていた焼却灰中の鉛が、６００ｍｇ／ｋｇ以下に減少し、土壌環境基準値以下とすることができた。
【００２７】
また、前記灰処理炉１内に補助燃料供給装置を設けて灰処理炉１内に補助燃料を吹き込み、補助燃料の量を調整することにより灰処理炉１内の温度を調整するようにしてもよい。これにより、灰処理炉１内の温度が正確に制御できるようになるため、焼却炉側の炉況が急激に悪化した場合、あるいは何らかの原因で灰処理炉１の処理灰排出用シュート１５の出口が閉塞気味になった場合に、焼却炉側の運転条件を変更することなく、迅速に灰処理炉１内の温度を再調整できる。このため、焼却炉の稼働率を高いレベルに維持することができる。また、焼却炉側と独立に灰処理炉１内の温度調整ができるため、焼却炉の立ち上げや立ち下げの作業時間を短縮することができる。
【００２８】
また、図１において、廃熱ボイラ１６から排出された飛灰を含む排ガスを除塵装置２に導くためのダクト１７を、いわゆる１／４波長管（ＲｉｊｋｅＴｕｂｅ）とすることが好ましい。前記ダクト１７を１／４波長管とすることにより、ダクト内を通過する排ガスに強制的に脈動を起こさせることが可能となり、ダクト内壁への飛灰の付着抑制、飛灰の排出効果向上が図られる。これにより、ダクト内部の清掃やメンテナンス頻度を大幅に削減することが可能となり、設備の維持・管理費の削減、システムの稼働率向上を図ることができる。
【００２９】
図２に、ダクト１７を１／４波長管とする場合の構成の一例を示す。廃熱ボイラ１６の排ガス出口（音響学的開放端に相当）から除塵装置２の排ガス入口（音響学的開放端に相当）までのダクトの全長をＬとした場合に、廃熱ボイラ１６の排ガス出口から約Ｌ／４の距離離れたダクト内に火炎が来るようにバーナ２５を設置する。さらに、除塵装置２の排ガス入口から約Ｌ／４の距離離れたダクト１７の部分を水冷手段２６或いは空冷手段等により冷却する。つまり、ダクト１７内の排ガスの流れに対して上流側からダクトの全長４分の１の部分を加熱し、さらに、上流側からダクトの全長４分の３の部分を冷却することによりバーナの燃焼反応の変動とダクト内の気柱振動とが共鳴し、ダクト１７内を通過する排ガスに脈動を起こさせることが可能となる。
【００３０】
また、ダクト１７を下流に向って傾斜するように配設することにより、飛灰が排出されやすくなることは言うまでもない。
【００３１】
なお、本発明においては、除塵装置２で回収した飛灰を再び灰処理炉１に戻す、というサイクルを繰り返すため、除塵装置２に導入される排ガス中の飛灰の量は従来技術に比べて増加する。そのため、前記除塵装置２では、フィルター等に付着した飛灰を払い落とすための、例えば、パルスジェットクリーニングや高圧空気吹き付け等の頻度は従来に比べて増加させることが好ましい。さらに、本発明においては飛灰中の重金属類の含有率も増加するので除塵装置２前後での圧損値は大きくなる傾向にある。そのため、排ガスを誘引するための誘引ファン１８は必要に応じて容量を増やすことが好ましい。一方、本発明においては、上述したように排ガス中の飛灰の量が増えるため、その排ガス中の飛灰にダイオキシン類が吸着しやすくなる。そのため、排ガス中のダイオキシン類を吸着除去させるために添加される活性炭の使用量を大幅に削減できるという効果を有する。
【００３２】
また、前記除塵装置２には、除塵装置２での排ガスの圧損値、つまり除塵装置２入側と出側での排ガスの圧力差を計測する圧損値計測手段２０と、この圧損値計測手段２０で計測された圧損値に基づいて前記除塵装置２で回収された飛灰を系外に搬出させることが可能な回収飛灰搬出手段２１とを備えることが好ましい。
【００３３】
前記除塵装置２にバグフィルター方式のものを用いる場合、前記圧損値計測手段２０としては、バグフィルターを挟んで前後の差圧を計測する差圧計等を用いることができる。また、前記回収飛灰搬出手段２１としては、除塵装置２で回収した飛灰を灰処理炉１内に供給するための回収飛灰供給手段３の途中に、例えばダンパー等の飛灰搬出機構２２を設け、前記圧損値計測手段２０で計測された圧損値が予め設定された所定値以上となった場合に前記飛灰搬出機構２２を動作させて回収された飛灰を系外に搬出できる構成としたものを用いることができる。これにより、飛灰の系外への搬出を人手を介さずに自動化できると共に除塵装置２での圧損値が許容限度を超えることがないので誘引ファンのトラブル等を事前に回避することが可能となる。
【００３４】
また、前記除塵装置２には、除塵装置で回収された飛灰の量を計量する回収飛灰計量手段２３と、この回収飛灰計量手段２３で計量された回収量に基づいて前記除塵装置２で回収された飛灰を系外に搬出させることが可能な回収飛灰搬出手段２４とを備えることが好ましい。ここで、前記飛灰の量とは、計量された飛灰の重量又は体積をいう。
【００３５】
前記回収飛灰計量手段２３としては、例えば、除塵装置２で回収した飛灰を灰処理炉１内に供給するための回収飛灰供給手段３として飛灰コンベアを用いた場合には、この飛灰コンベアを計量コンベアとしたものを用いることができる。また、前記回収飛灰搬出手段２４としては、上述の回収飛灰搬出手段２１と同様に、除塵装置２で回収した飛灰を灰処理炉１内に供給するための回収飛灰供給手段３の途中に、例えばダンパー等の飛灰搬出機構２２を設け、前記回収飛灰計量手段２３で計量された所定時間当りの回収量が予め設定された回収量以上となった場合に前記飛灰搬出機構２２を動作させて回収された飛灰を系外に搬出できる構成としたものを用いることができる。
【００３６】
本発明においては、上述した構成とすることにより、除塵装置２で回収される飛灰中の重金属類の含有率を従来と比較して５倍以上と飛躍的に高めることが可能となる。これにより、従来技術に係る飛灰からの重金属類の回収方法を用いた場合においても、重金属類の濃度を大幅に増やすことができ、経済的にも充分な濃度で重金属類を回収することが可能となり、飛灰を重金属精錬原料として有価物とすることができる。
【００３７】
なお、上述の実施形態においては、灰処理炉１と焼却炉１０とが一体構造となって直結されている場合について記載したが、灰処理炉１と焼却炉１０との間に焼却灰を灰処理炉１へ供給する押出し機、スクリューフィーダーなどの供給機構や、焼却灰の灰処理炉１への供給量を制御するための装置等を設けてもよい。さらに、前記灰処理炉１が独立した炉として設置されている場合も同様に本発明を適用することができる。この場合、灰処理炉１から排出される飛灰を含む排ガスは直接ダクト１７を通って除塵装置２に送られることとなる。さらに、
また、上述したように除塵装置２での排ガスの圧損値に基づいて、或いは除塵装置２で回収された飛灰の量に基づいて回収された飛灰を系外に搬出するのではなく、所定時間、除塵装置２で回収した飛灰を再び灰処理炉１に戻すというサイクルを繰り返した後に飛灰を系外に搬出するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、除塵装置で回収する飛灰に含まれる重金属類の含有率を飛躍的に高め、これらを高濃度で回収することが可能な灰処理システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る灰処理システムを備えた廃棄物焼却炉の一実施形態を示す概略側断面図である。
【図２】本発明に係るダクトを１／４波長管とする場合の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１灰処理炉
２除塵装置
３回収飛灰供給手段
１０廃棄物焼却炉
１１ホッパー
１２火格子
１３焼却灰出口
１４処理灰
１５処理灰排出用シュート
１６廃熱ボイラ
１７ダクト
１８誘引ファン
１９煙突
２０圧損値計測手段
２１，２４回収飛灰搬出手段
２２飛灰搬出機構
２３回収飛灰計量手段
２５バーナ
２６水冷手段

Claims

焼却灰の処理を行う灰処理炉と、
該灰処理炉から排出された飛灰を含む排ガスの除塵を行う除塵装置と、
該除塵装置で回収された飛灰を前記灰処理炉内に供給する回収飛灰供給手段とを備えたことを特徴とする灰処理システム。
灰処理炉が廃棄物焼却炉に連設されていることを特徴とする請求項１に記載の灰処理システム。
灰処理炉から排出された飛灰を含む排ガスを除塵装置に導くためのダクトが１／４波長管であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の灰処理システム。
除塵装置での排ガスの圧損値を計測する圧損値計測手段と、該圧損値計測手段で計測された排ガスの圧損値に基づいて前記除塵装置で回収された飛灰を系外に搬出させることが可能な回収飛灰搬出手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の灰処理システム。
除塵装置で回収された飛灰の量を計量する回収飛灰計量手段と、該回収飛灰計量手段で計量された回収量に基づいて前記除塵装置で回収された飛灰を系外に搬出させることが可能な回収飛灰搬出手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の灰処理システム。
請求項４に記載の灰処理システムを用いた灰処理方法であって、除塵装置での排ガスの圧損値が所定値をこえるまで、前記除塵装置で回収された飛灰を灰処理炉内に供給する操作を繰り返すことを特徴とする灰処理方法。
請求項５に記載の灰処理システムを用いた灰処理方法であって、除塵装置で回収された所定時間当りの飛灰の量が所定値をこえるまで、前記除塵装置で回収された飛灰を灰処理炉内に供給する操作を繰り返すことを特徴とする灰処理方法。