JP2950754B2 - ごみ焼却灰の溶融処理方法及び溶融処理設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般廃棄物や産業
廃棄物を焼却するごみ焼却施設において、該ごみ焼却施
設から排出されるごみ焼却灰の溶融処理方法及び溶融処
理設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】平成４年１０月施行の改正廃棄物処理法
により、ごみ焼却施設の集じん設備で捕集される飛灰
は、重金属類を含んでいるために、溶融、セメント固
化、薬剤処理、酸抽出の４方法の何れかで安定化処理す
ることが規定された。

【０００３】そのため、排出される焼却灰の容積低減化
と併せて、含有する重金属類の封入化を目的として、上
記飛灰と共に焼却灰を溶融固化する方法が脚光を浴びて
きた。

【０００４】現在、実用に供されている灰溶融炉の形式
としては、焼却炉との関係位置による分類では、焼却灰
排出口に直接結合される直結形と、焼却炉から排出され
た湿灰を一旦灰ホッパ等に貯留したのち処理する別置形
とがあり、熱源による分類では、バーナを使用する表面
溶融炉（内部溶融型）と、プラズマ炉、アーク炉や電気
抵抗炉等の電気を熱源とする方式に大別できる。

【０００５】以下、図６にその概略構造を示す直結形表
面溶融炉と、図７にその概略構造を示す別置形プラズマ
溶融炉とを、従来の代表例として説明する。

【０００６】図６の直結形表面溶融炉において、ホッパ
ａから投入された通常のごみｂ１は、回転キルンｃ内に
おいて、図示しない燃焼用空気予熱器により昇温された
燃焼用空気ｄ１によって乾燥・燃焼され、発生する排ガ
スｅ１は再燃焼室ｆに上昇し、金属等の不燃物を含む焼
却残渣ｂ２は、後燃焼火格子ｇ上を送られながら、同じ
く燃焼用空気ｄ１により、残存する未燃物が更に乾燥・
燃焼されて焼却灰ｈとなり、溶融装置Ｍに落下する。

【０００７】後燃焼火格子ｇ上で後燃焼されたとはい
え、上述の燃焼灰ｈ中には、なお、１２〜１５％程度の
遊離炭素を含む可燃物が残存する（熱灼減量換算３０〜
６０％）ように制御されており、この可燃分が溶融時の
内部熱源となる。

【０００８】セラミックス等の耐火材で構成された炉床
Ｍ１に堆積された焼却灰ｈは、プッシャＭ２で少量ずつ
押出されながら前進し、天井部に配設されたバーナＭ３
による加熱と、後述する炉床下部から圧送される高温の
溶融用燃焼空気ｄ２とにより、前述の残存可燃分が着火
燃焼を始め、１２００〜１５００℃に昇温して表面から
溶融する。

【０００９】溶融した溶融スラグＳ１は、落下管Ｍ４か
ら水封コンベアｊ中に滴下し、急冷破砕されて水砕スラ
グＳ２となり、図示しない場外に搬出されるようになさ
れている。

【００１０】ここで、溶融装置Ｍ内で発生した高温の排
ガスｅ２は、排ガスファンｋ１により落下管Ｍ４部から
吸引されて、溶融炉送風機ｋ２を備えた高温空気加熱器
ｋ３において熱交換され、常温空気ｄ３と混合して更に
減温されたのち、排ガスファンｋ１を経て再燃室ｆへと
排出される。

【００１１】また、前述の溶融用燃焼空気ｄ２は、燃焼
用空気ｄ１を溶融炉送風機ｋ２で吸引し、高温空気加熱
器ｋ３により、５００℃前後まで昇温されたものであ
る。

【００１２】次に、図７に示す別置形プラズマ溶融炉に
おいて、溶融装置Ｍは、水冷ジャケットＭ５に囲繞さ
れ、後述のプラズマ装置Ｐを装備した耐火物製の溶融槽
Ｍ６と、出滓口Ｍ７及び灰供給口Ｍ８、並びに図６と同
様の落下管Ｍ４とで構成されている。

【００１３】また、プラズマ装置Ｐは、トランスファー
方式の例を示し、主体となるプラズマトーチＰ１（＋
極）、下部電極Ｐ２（−極）と冷却水配管Ｐ３（＋荷
電）、Ｐ４（−荷電）及びプラズマガス供給口Ｐ５並び
に図示しない点火装置やトーチ移動装置等からなり、各
電極は電源装置ｑに接続されている。

【００１４】まず、磁選及び粉砕等の前処理をして、灰
ホッパｎ１に貯留された水分を保有する焼却灰ｈは、灰
供給フィーダｎ２により、灰供給口Ｍ８を経て溶解槽Ｍ
６に供給される。ここで、焼却灰ｈ中には、図示しない
主煙道用集じん装置により捕集された飛灰を混入せしめ
ることもある。

【００１５】次に、プラズマトーチＰ１の外周を冷却水
で冷却しつつ、プラズマガス供給口Ｐ５から不活性ガス
を供給し、プラズマトーチＰ１と下部電極Ｐ２との間に
直流電圧を印荷すれば、１万℃以上にも達するプラズマ
が発生し、溶融槽Ｍ６内の焼却灰ｈを溶融する。

【００１６】溶融した溶融スラグＳ１は、溶融槽Ｍ６の
一部を切欠き、落下管Ｍ４側に傾斜した出滓口Ｍ７から
滴下し、落下管途中から噴出する常温の冷却空気ｄ３に
より急冷されることにより破砕され、落下管Ｍ４の下方
に位置するスラグコンベアｒ内で冷却されて空冷スラグ
Ｓ３となり、図示しない場外に搬出されるようになされ
ている。ここで溶融スラグＳ１の冷却方式を図６に示す
ような水噴射方式とし、水砕スラグＳ２として搬出する
方式もある。

【００１７】また、溶融装置Ｍ内で発生した高温の排ガ
スｅ２は、図示しない排ガスファンにより落下管Ｍ４部
から吸引されて、図示しないガス冷却装置及び溶融炉ガ
ス集じん装置を経て大気中に放出される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように直結形表
面溶融炉は、焼却灰中に残存する可燃分の燃焼熱とバー
ナの加熱により、焼却炉から排出された高温の焼却灰を
そのまま溶融する方式である。

【００１９】従って、熱効率が高く、不燃物も一括して
溶融が可能であるという利点はあるが、残存可燃物量が
一定せず安定した高温が得にくいために、溶融スラグの
特性が不安定になるだけでなく、燃料費が増大するほ
か、高温の溶融用燃焼空気を必要とするために、高温空
気加熱器の高温腐食が避けられない。さらに、溶融装置
故障時には、ごみ焼却施設全体が停止するだけでなく、
復旧するまでは焼却灰の完全燃焼が期待できず、公害発
生のおそれがあるために、予備溶融装置等の非常時対策
が必要となるという問題があった。

【００２０】これに対して、別置形プラズマ溶融炉は、
焼却施設から排出された湿灰中の鉄分を除去し、粉砕し
た細粒灰を灰ホッパ等に一旦貯留したのち、別置の溶融
炉のプラズマ熱により溶融する方式である。

【００２１】従って、プラズマ出力調整等の操作性が良
く、安定した高温が得られるために、溶融スラグの特性
が向上する反面、湿灰乾燥と溶融のために多大の電力を
消費するうえに、建設費が高価であるために、ごみ発電
設備を有しない施設には不向きであり、さらに前処理装
置のみでなく、除去した鉄分や排ガスの処理装置が別途
に必要であるという問題があった。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
ごみ焼却灰の溶融処理方法は、高発熱量の廃棄物を分別
除去した通常ごみ焼却炉と、高発熱量の廃棄物を専焼す
る高温焼却炉とを併設し、高温焼却炉で発生する高温の
ガス体の放射熱を利用し、通常ごみ焼却炉及び高温焼却
炉から排出される焼却灰を溶融処理するものである。

【００２３】本発明の請求項２記載のごみ焼却灰の溶融
処理方法は、前記ガス体を、２次燃焼用の酸素または２
次空気量の制御により所定範囲の温度に保持する。

【００２４】本発明の請求項３記載のごみ焼却灰の溶融
処理設備は、高発熱量の廃棄物を分別除去した通常ごみ
焼却炉と、高発熱量の廃棄物を専焼する高温焼却炉とを
併設したごみ焼却灰の溶融処理設備であって、前記通常
ごみ焼却炉の下流に溶融装置が設けられ、該溶融装置の
上方に前記高温焼却炉の２次燃焼室が設けられたもので
ある。

【００２５】本発明の請求項４記載のごみ焼却灰の溶融
処理設備は、請求項３記載のごみ焼却灰の溶融処理設備
において、前記高温焼却炉から排出される焼却灰を前記
通常ごみ焼却炉に搬入する搬出手段が設けられたもので
ある。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２７】図１は、本発明に係るごみ焼却灰の溶融処
理設備の概要を示す断面図であり、図２は溶融装置周辺
の概要を示す拡大断面図である。

【００２８】図１及び図２において、符号１は通常ごみ
焼却炉であり、通常の築炉構造である焼却炉本体１１
と、ごみ投入ホッパ１２、乾燥火格子１３、燃焼火格子
１４、後燃焼火格子１５、各火格子下ホッパ群１６及び
反射壁１７並びに２次空気吹込孔１８と、冷却空気ノズ
ル１９とにより構成されている。

【００２９】通常ごみ焼却炉１のガス排出口には、整流
壁２１、再燃焼室２２及びガス冷却室２３より成るガス
冷却設備２が連接され、上述の反射壁背部に形成される
再燃焼室底部には、後燃焼火格子１５上に位置する如く
飛灰落下孔２４が貫通されている。

【００３０】後燃焼火格子１５の前方には溶融装置３が
連接されている。溶融装置３は、図２に示すように、Ｌ
字形断面の耐火物製で、水平部の中央部表面が前方に傾
斜した溶融段３１と、溶融段水平部を摺動するプッシャ
３２及び、上端に冷却ノズル３３を備えた水冷ジャケッ
トから成る落下管３４で構成され、溶融段３１の前端は
溶融灰滴下部３５となる。

【００３１】符号４は、廃プラスチック等の高発熱量ご
みの専焼炉としての高温焼却炉であり、炉本体４１、プ
ラスチックホッパ４２、火格子４３及び、輻射壁４４と
２次燃焼ノズル４５とを有し、上述の溶融装置３の上方
に位置する２次燃焼室４６とから構成されている。

【００３２】つまり、通常ごみ焼却炉１と高温焼却炉４
とは溶融装置３及び２次燃焼室４６で連通された状態で
併設されている。

【００３３】前記落下管３４の下方には、スラグコンベ
ア５１を内蔵する湿式の灰搬出装置５２が配設され、落
下管３４の下端を水封するようになされている。

【００３４】また、火格子下ホッパ群１６の下方には、
各ホッパからの落じんを排出する落じんコンベア５３が
配設され、高温焼却炉４の火格子４３の下方には、排出
される焼却灰を輸送する焼却灰コンベア５４が接続され
ており、落じんコンベア５３と焼却灰コンベア５４の終
端は、夫々灰コンベア５５に接続されている。

【００３５】灰コンベア５５は、焼却炉本体１１の側壁
に沿って上方に搬送物を搬送し、終端が後燃焼火格子１
５の上方に開口する灰落下口５６（図２参照）に接続さ
れている。

【００３６】上述した焼却灰コンベア５４と灰コンベア
５５とによって、高温焼却炉４から排出される焼却残渣
を通常ごみ焼却炉１に搬入する搬出手段を構成してい
る。

【００３７】次に、上述のように構成されたごみ焼却灰
の溶融処理設備によって行う溶融処理方法について説明
する。

【００３８】図３及び図４は、本設備におけるごみ、排
ガス、空気及び灰とスラグの概略の流れを示す説明図で
ある。

【００３９】プラスチック類等の高発熱量ごみ６１は、
プラスチックホッパ４２から炉本体４１に投入され、図
示しないバーナで着火されるとともに、図示しない空気
予熱器で予熱された高温炉燃焼空気７１を供給されて激
しく燃焼して、不完全燃焼状態の高温炉排ガス６２（未
燃焼ガス）を発生し、２次燃焼室４６に向う。該高温炉
排ガス６２は、２次燃焼室４６上部の２次燃焼ノズル４
５から供給される酸素または図示しない空気予熱器で昇
温された２次空気７２により２次燃焼を起こして溶融装
置ガス６３となり、発生する高熱を輻射壁４４で溶融段
３１に放射したのち、後燃焼火格子１５上を焼却炉本体
１１へと流入する。

【００４０】この際、図示しない制御装置で酸素または
２次空気７２の供給量を制御することにより、溶融装置
ガス６３は焼却灰溶融に必要な約１４００℃以上に保持
される。このように、溶融装置ガス６３の温度を制御す
ることで、溶融装置３の温度が所定範囲に保持され、こ
のために直結形表面溶融炉の如く焼却灰中の残存可燃物
量に左右されることなく、安定した高温が得られ、後述
する溶融スラグの特性を安定させることができる。

【００４１】一方、収集段階において、上述の高発熱量
廃棄物のほか、瓶、缶類も分別除去された通常ごみ６４
は、ホッパ１２から通常ごみ焼却炉１内に投入され、乾
燥火格子１３及び燃焼火格子１４上を順次下方に送られ
る。そこで、図示しない空気予熱器で予熱された通常炉
燃焼空気７３を供給され、前述の溶融装置ガス６３と焼
却炉本体１１が保有する燃焼熱とを受けることにより、
乾燥・燃焼されて排ガス６５を発生させ、残余は焼却灰
８１となって、後燃焼火格子１５上に落下する。

【００４２】次に、後燃焼火格子１５の前段では、焼却
灰８１は、その中に残存する難燃物を上記と同様の状態
でおき燃焼されたのち、後燃焼火格子１５の後段に移送
され、該後段下部には火格子下ホッパからの空気の流通
がないために冷却されることなく、前述の溶融装置ガス
６３の照射を受けて昇温し、溶融段３１に落下する。

【００４３】溶融段３１に落下した高温の焼却灰８１
は、上述の溶融装置ガス６３の高熱により溶融状態とな
り、プッシャ３２により、少量ずつ前方に押出されなが
ら、溶融段３１の傾斜に沿って流下し、溶融灰８２とな
って溶融灰滴下部３５から落下管３４内に滴下する。

【００４４】この滴下する溶融灰８２を、冷却ノズル３
３から噴出するスラグ冷却用の水または空気７４で急冷
・破砕して冷却スラグ８３とし、冷却スラグ８３は灰搬
出装置５２内に落下してさらに冷却された後、スラグコ
ンベア５１により装置外に搬出される。

【００４５】また、各火格子から火格子下ホッパ１６に
落下した落じん８４は、落じんコンベア５３により移送
される。また、炉本体４１内で燃焼された高発熱量ごみ
６１の残渣である高温焼却灰８５は、火格子４３を開閉
することにより高温焼却炉４から排出され、焼却灰コン
ベア５４で移送されたのち、前述の落じん８４と共に、
灰コンベア５５によって持上げられ、後燃焼火格子１５
の上方に位置する灰落下口５６から、焼却炉本体１１内
に投下され、落じん８４及び高温焼却灰８５中の未燃物
が、前述の焼却灰８１上で完全に焼却される。このよう
に、高温焼却灰８５を焼却炉本体１１内に投下するの
は、溶融装置ガス６３が十分な高熱を保つためには、高
温炉排ガス６２は未燃焼状態でなければならないため、
高発熱量ごみ６１は不完全燃焼となり、この結果、高温
焼却灰８５中の未燃物が増加するからである。つまり、
高温焼却灰８５中の未燃物を減少させるように高温焼却
炉４を燃焼制御すれば、焼却灰の溶融を行うに十分な溶
融装置ガス６３を生成することができない。このため、
高温焼却灰８５を焼却炉本体１１内に投下して高温焼却
灰８５の未燃物を燃焼させる必要がある。

【００４６】一方、溶融段３１の上方に位置する２次燃
焼室４６に吹込まれ、焼却灰８１の溶融を行った高温の
溶融装置ガス６３は、冷却空気ノズル１９から炉内に吹
込まれる冷却空気７５及び反射壁１７を冷却後、同じく
焼却炉本体１１内に吹込まれる反射壁冷却空気７６によ
り冷却されたのち、ごみ層から発生する排ガス６５と混
合して混合ガス６６となる。

【００４７】混合ガス６６は、その後、通常炉２次空気
７７で２次燃焼されたのち、再燃焼室２２に送られ、残
存する未燃ガスの再燃焼を完了して、ガス冷却室２３に
送られる。

【００４８】また、焼却炉本体１１及び再燃焼室２２内
に浮遊する飛灰のうち、比較的重いものは、再燃焼室２
２内でのガス反転の際にガス流から分離し、落下飛灰８
６として、飛灰落下孔２４から後燃焼火格子１５上に落
下して、前述の落じん８４、高温焼却灰８５と共におき
燃焼される。

【００４９】図５は、上述と別の形態を示し、上述と同
様の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

【００５０】図５において、上述との主なる相違点は、
溶融段３１の次に後述する溶解槽９１を設置するととも
に、高温焼却炉４からでる高温炉排ガス６２を煙道９２
を介して送入する点である。

【００５１】溶解槽９１は、耐火物製で上部が解放さ
れ、底部にはメタル滞積用傾斜部を有し、上端の一方に
は出滓口９３が切欠かれている。

【００５２】溶解槽９１内においては、鉄分等は底部の
メタル滞積用傾斜部に分離沈澱し、比較的軽量のＳｉ，
Ｃａ，Ａｌ等の酸化物は上層に浮上し、溶融灰８２が一
定レベルに到達すれば、出滓口９３から落下管３４側に
滴下するようになされている。

【００５３】この溶解槽９１は、前述した図１乃至図４
に示す溶融処理設備に設けることもできる。

【００５４】なお、本説明において、高温焼却炉４は、
固定炉型の物を図示したが、型式は何れでもよく、スラ
グ冷却は２次燃焼室の温度及び、スラグの再利用形態に
よって方式を決定すればよく、灰搬出装置５２は湿式で
説明したが、乾式でもよい。

【００５５】また、通常ごみ焼却炉１から排出される図
示しない排ガス処理装置で捕集された飛灰を同時処理し
てもよく、落じん８４、高温焼却灰８５を上記捕集飛灰
と共に別途処理する方式でも差支えない。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載のごみ
焼却灰の溶融処理方法によれば、焼却炉から排出された
乾灰を高温のまま溶融する方式であるために、熱効率が
高く、別途処理すべき高発熱ごみの燃焼熱を溶融に利用
する有効利用法であり、電力使用量が少ない経済的な方
法を提供することができる。また、高温の溶融装置ガス
にさらされる部位は溶融装置内のみであり、高熱対策を
要する範囲が局限できるだけでなく、溶融装置ガスは、
通常ごみ焼却炉側で処理できるために、特別の排ガス処
理装置を必要としない。

【００５７】請求項２記載のごみ焼却灰の溶融処理設備
によれば、ガス体を、２次燃焼用の酸素または２次空気
量の制御により所定範囲の温度に保持することで、直結
形表面溶融炉の如く焼却灰中の残存可燃物量に左右され
ることなく、安定した高温が得られ、溶融スラグの特性
も安定する。

【００５８】請求項３記載のごみ焼却灰の溶融処理設備
によれば、焼却炉から排出された乾灰を高温のまま溶融
する方式であるために、熱効率が高く、別途処理すべき
高発熱ごみの燃焼熱を溶融に利用する有効利用法であ
り、電力使用量が少ない経済的な設備を提供することが
できる。また、高温の溶融装置ガスにさらされる部位は
溶融装置内のみであり、高熱対策を要する範囲が局限で
きるだけでなく、溶融装置ガスは、通常ごみ焼却炉側で
処理できるために、特別の排ガス処理装置を必要としな
い。さらに、高温空気加熱器等を使用しないために、金
属部の高温腐食が排除できるだけでなく、簡単な設備で
済むために故障の発生が少なく、万一の高温焼却炉側の
故障時、或いは休止時には、完全焼却を終えた焼却灰を
そのまま排出することができ、ごみ焼却施設全体の停止
にはつながらない。

【００５９】請求項４記載のごみ焼却灰の溶融処理設備
によれば、高温焼却炉から排出される焼却灰を前記通常
ごみ焼却炉に搬入する搬出手段を設けたことで、不燃物
や落じん等も完全燃焼後、一括溶融処理が可能であり、
廃棄物による２次公害発生のおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るごみ焼却灰の溶融処理設備の概要
を示す断面図である。

【図２】溶融装置周辺の概要を示す断面図である。

【図３】本発明に係るごみ焼却灰の溶融処理設備の各物
質の概略の流れを示す説明図である。

【図４】本発明に係るごみ焼却灰の溶融処理設備の各物
質の概略の流れを示す一部拡大の説明図である。

【図５】溶融装置の他の形態を示す断面図である。

【図６】従来の直結形表面溶融炉の概要を示す図面であ
る。

【図７】従来の別置形プラズマ溶融炉の概要を示す図面
である。

【符号の説明】

１ 通常ごみ焼却炉 ３ 溶融装置 ４ 高温焼却炉 ４６ ２次燃焼室 ５４ 焼却灰コンベア ５５ 灰コンベア ６２ 高温炉排ガス（未燃焼ガス） ６３ 溶融装置ガス

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高発熱量の廃棄物を分別除去した通常ご
   みを専焼する通常ごみ焼却炉と、高発熱量の廃棄物を専
   焼する高温焼却炉とを併設し、高温焼却炉で発生する高
   温のガス体の放射熱を利用し、通常ごみ焼却炉及び高温
   焼却炉から排出される焼却灰を溶融処理することを特徴
   とするごみ焼却灰の溶融処理方法。
2. 【請求項２】 前記ガス体は、２次燃焼用の酸素または
   ２次空気量の制御により所定範囲の温度に保持すること
   を特徴とする請求項１記載のごみ焼却灰の溶融処理方
   法。
3. 【請求項３】 高発熱量の廃棄物を分別除去した通常ご
   みを専焼する通常ごみ焼却炉と、高発熱量の廃棄物を専
   焼する高温焼却炉とを併設したごみ焼却灰の溶融処理設
   備であって、 前記通常ごみ焼却炉の下流に溶融装置が設けられ、該溶
   融装置の上方に前記高温焼却炉の２次燃焼室が設けられ
   たことを特徴とするごみ焼却灰の溶融処理設備。
4. 【請求項４】 請求項３記載のごみ焼却灰の溶融処理設
   備において、前記高温焼却炉から排出される焼却灰を前
   記通常ごみ焼却炉に搬入する搬出手段が設けられたこと
   を特徴とするごみ焼却灰の溶融処理設備。