JP2007010293A - 灰の溶融固化処理方法及び溶融固化処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、廃棄物焼却による残灰、石炭灰その他産業上生成した灰を溶融した後固化して、再使用できるようにすることを目的としたものである。
【解決手段】 この発明は、細長い溶融炉の一側上部へ溶融すべき灰を供給し、該灰の表面へ上から下へ傾斜角度をもって高温炎を吹きつけて前記灰を溶融させると共に、流動させて、潜路を通過させた後オーバーフローさせて、下方の水槽内へ落下させて固定し、該落下部の下方から排気することを特徴とした灰の溶融固化処理方法により、目的を達成した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、下水汚泥、都市ごみ又は廃棄物などの焼却により生じた焼却灰又は石炭の燃焼により生じた灰その他工業炉から生じた灰（以下「灰」という）を処理し、再生材として使用し、又は取扱いを容易にする為に処理することを目的とした灰の溶融固化処理方法及び溶融固化処理装置に関する。

従来廃棄物等を焼却して生じた灰又は工業廃棄物としての灰は、そのまま廃棄されていたが、微粉状では取扱い上困難を生じ易いのみならず、廃棄場所の確保が難しくなり、かつ二次公害を生じるおそれもあった。

また将来、廃棄物０を目指す場合には、微粒灰の再利用はできないので、その処理が検討されていた。
特公平５−１２６０７ 特公平８−１２９２ 特許第３１９５１４５号

前記従来の未処理廃棄は、取扱いが不便であり、かつ廃棄場所がなくなるのみならず、灰中の有害物が浸出して環境を汚染する問題点があった。また特許文献１の発明においては、溶融部における耐久性が不明である。明細書によれば、１５００℃で溶融すると記載されているが、１５００℃で連続運転すると、溶融部の炉壁が急速に損傷を受けると推定される。前記において、塩基度を調整し、温度を１３５０℃〜１４００℃にするとされているので、斯かる方法による炉壁低減はあり得る。

次に引用文献２は、灰を溶融し、スラグ化した後、冷却固化する灰の溶融固化処理装置及び溶融固化処理方法に関する発明であって、溶融炉の耐久性については記載がない。

前記のように、１３００℃〜１４００℃ならば損耗程度が少ないが、１５００℃以上にもなると、炉壁の損耗が激しく、高温連続溶融に耐え得る期間が著しく短縮される。この点に対する改善がむつかしい問題点があった。

次に引用文献３は、粉末灰の飛散を防止する発明であって、溶融炉の炉壁の損傷に関しては何等示唆がない問題点があった。

この発明は、細長い溶融炉の両内側壁に硬化スラグによる防護壁を作り、溶融炉の底部には、半硬化したスラグを介在させることにより、溶融炉の熱が、側壁及び底壁を損傷することなく、連続溶融における１５００℃以上の高温に耐え得るようにして、前記従来の問題点を解決したのである。

また、従来灰の溶融液が流動する場合には、出口付近において、一部固化するので補助加熱していたが、この発明においては、排気によって溶融液を覆うことにより前記問題点を解決し、補助加熱に要する熱消費の削減に成功したのである。

即ち方法の発明は、細長い溶融炉の一側上部へ溶融すべき灰を供給し、該灰の表面へ上から下へ傾斜角度をもって高温炎を吹きつけて前記灰を溶融させると共に、流動させて、潜路を通過させた後オーバーフローさせて、下方の水槽内へ落下させて固定し、該落下部の下方から排気することを特徴とした灰の溶融固化処理方法であり、溶融炉の内側壁に硬化スラグを生成付着させるものであり、溶融炉内の排気は、落下部の下端部から強制排気させるものである。

次に装置の発明は、細長い溶融炉の一側へ灰の供給手段を設けると共に、前記溶融炉へ１又は複数の加熱手段と側壁の冷却手段とを設け、前記溶融炉の他側へ溶湯の潜路を有する堰壁と、オーバーフロー壁を順次設け、該オーバーフロー壁の外側へ垂直方向の落下路を連設し、該落下路の下端部の側壁へ排気手段を連結すると共に、前記落下路の下端部の下方へ溶湯の固化手段を設けたことを特徴とする灰の溶融固化処理装置であり、冷却手段は、外側壁へ設けた冷却管としたものであり、加熱手段は、ゼットガスの高温炎放射装置としたものである。また、灰の供給手段は、灰を入れるホッパーと、その下部に一端を露出させたスクリューコンベアとしたものであり、排気手段は、排気管とこれに設けた排気ファンとしたものであり、溶融灰の固化手段は、水槽を設置して水で冷却固化するものである。

更に他の発明は、請求項４記載の溶融炉の４セットを平面視十字状に配置して、落下路、排気手段及び固化手段を共用したことを特徴とする複数炉を集合させた灰の溶融固化処理装置であり、各溶融炉は、オーバーフロー壁部において、他の溶融炉との遮断手段を設置したものであり、遮断手段は、オーバーフロー壁上へ遮断壁を取付け、取外し自在に設置したものである。

この発明によれば、１５００℃以上の高温炎で加熱しても、炉壁の表面は固形スラグで覆われ、底壁は半溶融灰で覆われているので、溶融熱は炉壁に伝わることなく、安全確実に灰を多量連続溶融させることができる。

前記発明によれば、溶融灰を溶融炉から直下の水中に落下させて、冷却固化させると共に、溶湯の表面を覆う高温気体（１４００℃〜１５００℃）を溶融灰の固化直前に分離し、排気するので、この排気が、灰の溶融、流動及び落下までの間を覆っているので、溶湯の冷却が確実に阻止される。

この発明は、４個の溶解炉を十字状に設置し、溶湯の落下場所を共有にしたので、合理化されると共に、各溶解炉の遮断が容易である。従って、各単体の溶融炉毎に独立させて、修理、点検できる利点がある。そこで、部分修理となり、全体の溶融炉の使用を中止させる必要がなく、修理をする溶融炉のみ休止させるという合理的取扱いができる。

前記発明においては、溶融炉の外側壁の適度の高さに冷却管を埋設して、側壁を冷却するので、溶融炉の内側壁上部（冷却管との対応する高さ）が冷却される為に、該部へ硬化スラグが生成されて、内側壁を保護する。また溶融炉の底部には半硬化スラグが溜まる（ゼットガス炎は上部のみを加熱するから）ことになり、底壁も保護される。従って、溶湯による溶融炉の内壁の損傷が著しく低減され、耐用期限を著しく増大することができる。

また溶湯は縦筒内を落下させ、排気は縦筒の下端部から排出されるので、溶湯の表面は常時高温（１４００℃位）の排気で覆われ、固化のおそれはない。従って、オーバーフローなどの位置で再加熱する必要はない。

この発明によれば、各種灰を１５００℃以上の高温度で連続的に溶融し、冷却固化し得る効果がある。また４個の溶融炉を十字状に配置すれば、その中央部で垂直方向に落下させ、落下点で冷却固化する方式により、冷却固化手段を共有化すると共に、高温排気も共有排気筒で排気し得る効果がある。この排気も１４００℃程度の高温であるから、これを固化時の高温水蒸気と混合し、蒸気タービン用過熱蒸気とすることができる効果がある。

また高温溶融するので、灰中に含まれた有害物質（例えばダイオキシンなど）は分解されて無害化し、重金属類は冷却固化し、有害金属は、無機溶融物（珪素その他の物）に包まれ（無機溶融物中へ点在する状態）、包含する状態となって無害化する効果がある。

また冷却固化を大粒な粒度の無機物とすれば、建材として使用し得ると共に、道路基盤材とすることもできる効果がある。従って、産業廃棄物、生活廃棄物その他を焼却し、残留した灰を前記のように有用化（建材として再利用）すれば、廃棄物０の理想的処理ができる効果がある。

この発明は、各種灰を連続かつ定量的に溶融炉に装入し、その表面にゼットガスの加熱炎を吹きつけて、灰を瞬間的に溶融する。この場合に灰１ｋｇ当り、ゼットガス０．４５ｍ^３を点火し、例えば１５００℃以上の温度のゼット炎として吹きつける。

ゼットガスは酸素と水素の混合ガスであって、表１のような特性を有しており、燃焼により水（蒸気）を生じるので、加熱蒸気は水蒸気であって無害である。

前記のように、瞬時に高温を発生し、灰を溶融する。ついで溶融灰は流動し、堰の潜路を通過してスラグの混入を防いだ後、オーバーフローして縦通路を落下して水槽に入り、小粒に固化するので、固形物を取り出す。一方溶融時に発生する高温排気（例えば１４００℃〜１５００℃）は、溶融物の落下後、分離して取り出し（例えば吸引ファンによる）、水槽で発生する多量の水蒸気と混合し、１０００℃程度の過熱蒸気とする。この過熱蒸気を蒸気タービンに導いて、発電機を動かして発電すれば、水の電気分解によるゼットガスの生成に使用することができる。

また溶融炉の側壁は水冷（又は空冷）することにより炉内の側壁の温度を若干（例えば５００℃位）低くして、スラグを硬化すれば、炉内壁面は硬化スラグで覆われることになるので、この硬化スラグで炉内壁面を保護することになり、炉の耐久性を向上させることができる。また炉底には、自然に半硬化スラグ層ができるので、炉底も保護され、溶融炉の寿命を著しく長くすることができる（例えば６ヶ月の補修期間を３〜５倍長くする）。

この発明の実施例を図１について説明すると、細長い溶融炉の一側上へ、スクリューコンベアなどの定量連続供給手段によって、処理すべき灰を供給すると共に、該灰の表面へゼットガス炎（例えば１５００℃以上）を吹きつけて急速に溶融する。この場合に、ゼットガス（水素と酸素の混合ガス）の量は、灰１ｋｇに対し、０．４５ｍ^３以上とする（灰の性質により異なるので、以上とした）。前記において、溶融炉が平面矩形の場合には、前記ゼットガスの吹出量を勘案して、ゼットガスバーナーの数を増加する。

前記のようにして、灰を１５００℃の溶湯としたならば、溶融炉の一側から他側へ流動させる（バーナーの吹出力及び湯面高さにより自動的に移動する）。ついで潜路を通過させてスラグを除去した後、オーバーフローして、縦筒を落下させて、水槽に入れ、水で急冷固化すると硝子状小粒ができる。この固化物を取り出し、整粒して建材の原材料とする。前記固化物を道路地盤の砂利などと混合して使用する際には整粒しない場合もある。

前記において、ゼットガス炎による排気は、溶湯と共に、縦筒を経て、水槽に入る直前に分岐した排気管より吸引ファンで強制排気する。前記水槽の水は急激な加熱により多量の水蒸気を発生するので、これを前記排気と混合して過熱蒸気とすることができる。

この過熱蒸気は９００℃〜１２００℃位になるので、これを高圧蒸気タービンに供給し、高圧蒸気タービンと連結した発電機により電気を生成する。前記高圧蒸気タービンの排気は８００℃〜６００℃位になるので、再びこの排気を低圧蒸気タービンに供給すれば、これにより発電機を回転して再び電気を生成することができる。前記低圧蒸気タービンの排気も３００℃〜２００℃位であるから、熱交換により暖房用空気又は温水を得て農業用その他に使用することができる。最後に１００℃位になった排気は大気中へ放出する。

この場合にゼットガスの燃焼によっては、有害排気は出ないし、溶融灰からも有害気体は出ないので、通常排気の無害化処理の必要なく、従って排気処理は著しく少なくすることができる。

前記溶融炉の炉壁を冷却する為に空気を加圧流動させると、炉壁を冷却することにより、炉壁の過熱を防止し、かつ炉内壁の冷却により、スラグ硬化物を付着させると、炉壁の損傷を有効に防止することができる。

この発明の装置の実施例を図２、３により説明すると、平面視矩形の４個の溶融炉１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを十字状に配置し、その交叉部に縦筒２を設置し、前記縦筒２の下端部に排気管３の基部を連結すると共に、排気管３の先端側に吸引ファン（図示せず）を介装する。また縦筒２の下端は水槽４の中央部へ対向させ、水槽４に固形物排出装置５を設ける。次に、水槽４にはカバー６を設け、カバー６の一側に排気管９を連設する。

前記炉１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにはゼットガスバーナー７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ、７ｉ、７ｊ、７ｋ、７ｌを夫々適所に設置して排気する。

前記排気管３、９は過熱器に連結して排気管９からの蒸気を過熱し、この過熱蒸気は、蒸気タービンに供給して発電に資するなど、再利用をする。

前記溶融炉１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、灰を供給する為のスクリューコンベア８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが設置されている。前記溶融炉の外側側壁には冷却管１１を埋設して、冷却用空気を流動させるようにしてある。

前記溶融炉１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの中央部前に、堰１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが設けてあり、この堰には夫々潜路２２が設けてあって、溶湯が通過するようになっている。また前記冷却管１１によって炉壁が冷却される結果、前記冷却管１１に対応する炉内壁に、硬化スラグ１２、１２ができる。従って、溶湯の流動による炉壁の損傷は著しく低減される。また炉底には半硬化スラグ１３が滞留するので、炉底の損傷も著しく低減される。従って、この種耐火炉内壁の耐用期間を大幅に長期化することができる（例えば従来の３〜５倍位）。

前記実施例において、ホッパー１４の灰をスクリューコンベア８ａにより矢示１５のように定量供給すると共に、ゼットガスバーナー７ａ、７ｂ、７ｃにより、ゼットガス炎を吹きつけると、灰は急速に溶融し、矢示１６の方向へ流動する。そこで堰１０ａにはばまれて、潜孔に入り、ついで矢示１７のようにオーバーフローして縦筒２を矢示１８のように落下し、水槽４の水中に入って冷却固化される。

また溶湯を覆っていた排気は矢示１９、２０、２１のように流動し、排気管３から外界へ放出される。

また水槽４で発生した蒸気は排気管９により矢示２３のように放出される。

この発明の実施例のブロック図。 同じく一部を省略した平面図。 同じく一部を省略した縦断正面図。 同じく一部を省略した縦断側面図。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 溶融炉
２ 縦筒
３ 排気管
４ 水槽
５ 固形物排出装置
６ カバー
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ、７ｉ、７ｊ、７ｋ、７ｌ ゼットガスバーナー
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ スクリューコンベア
９ 排気管
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 堰
１１ 冷却管
１２ 硬化スラグ
１３ 半硬化スラグ

Claims (12)

1. 細長い溶融炉の一側上部へ溶融すべき灰を供給し、該灰の表面へ上から下へ傾斜角度をもって高温炎を吹きつけて前記灰を溶融させると共に、流動させて、潜路を通過させた後オーバーフローさせて、下方の水槽内へ落下させて固定し、該落下部の下方から排気することを特徴とした灰の溶融固化処理方法。
2. 溶融炉の内側壁に硬化スラグを生成付着させることを特徴とした請求項１記載の灰の溶融固化処理方法。
3. 溶融炉内の排気は、落下部の下端部から強制排気させることを特徴とした請求項１記載の灰の溶融固化処理方法。
4. 細長い溶融炉の一側へ灰の供給手段を設けると共に、前記溶融炉へ１又は複数の加熱手段と側壁の冷却手段とを設け、前記溶融炉の他側へ溶湯の潜路を有する堰壁と、オーバーフロー壁を順次設け、該オーバーフロー壁の外側へ垂直方向の落下路を連設し、該落下路の下端部の側壁へ排気手段を連結すると共に、前記落下路の下端部の下方へ溶湯の固化手段を設けたことを特徴とする灰の溶融固化処理装置。
5. 冷却手段は、外側壁へ設けた冷却管としたことを特徴とする請求項４記載の灰の溶融固化処理装置。
6. 加熱手段は、ゼットガスの高温炎放射装置としたことを特徴とする請求項４記載の灰の溶融固化処理装置。
7. 灰の供給手段は、灰を入れるホッパーと、その下部に一端を露出させたスクリューコンベアとしたことを特徴とする請求項４記載の灰の溶融固化処理装置。
8. 排気手段は、排気管とこれに設けた排気ファンとしたことを特徴とする請求項４記載の灰の溶融固化処理装置。
9. 溶融灰の固化手段は、水槽を設置して水で冷却固化することを特徴とした請求項４記載の灰の溶融固化処理装置。
10. 請求項４記載の溶融炉の４セットを平面視十字状に配置して、落下路、排気手段及び固化手段を共用したことを特徴とする複数炉を集合させた灰の溶融固化処理装置。
11. 各溶融炉は、オーバーフロー壁部において、他の溶融炉との遮断手段を設置したことを特徴とする請求項１０記載の複数炉を集合させた灰の溶融固化処理装置。
12. 遮断手段は、オーバーフロー壁上へ遮断壁を取付け、取外し自在に設置したことを特徴とする請求項１１記載の複数炉を集合させた灰の溶融固化処理装置。

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