JP3077756B2 - 廃棄物処理装置 - 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、廃棄物に含まれる
灰を燃焼熱によって効果的にスラグ化すると共に、ダイ
オキシンの発生を低減できる廃棄物処理装置および廃棄
物の熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ等の廃棄物には、塩素化合物が
塩素に換算して約１重量％混入している。この塩素化合
物は燃焼によって塩化水素ガスを発生し、未燃炭素や燃
焼灰と反応してダイオキシンを発生する。

【０００３】ダイオキシンは発癌性の有毒物質である。
厚生省はダイオキシンの排出濃度をガイドラインにおい
て設定した。それによると、廃棄物の大規模な処理設備
においては、燃焼排ガス中のダイオキシン濃度を０.１
ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ³以下に低減しなければならない。こ
うしたダイオキシンは１２００℃以上で分解する。

【０００４】一方、廃棄物に含まれる灰は燃焼熱によっ
て溶融する。最近の燃焼炉では、ダイオキシンの低減
と、灰の溶融減容を兼ね備えた燃焼方式を採用してい
る。このような燃焼方法の代表的なものに特開平１−４
９８１６号公報、特開平９−１１２８５５号公報があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】都市ごみに代表される
廃棄物は水分、可燃物、石やカレットや陶磁器片のよう
な不燃物、アルミ箔や釘などの金属類で構成される。

【０００６】廃棄物の処理装置には、金属類と不燃物の
分離、不燃物の溶融並びにそのスラグ化を必要とする。

【０００７】第１の課題は、不燃物と金属類を簡単な手
段で分離後、不燃物と可燃物を溶融炉で燃焼し、燃焼し
た熱で不燃物を溶融し、水砕スラグとして取り出すこと
ができることである。廃棄物の性状は、曜日、季節、地
域の経済状態等によって異なり、その燃焼状態は廃棄物
の性状の変動に影響される。廃棄物の性状は、元素組
成、発熱量、水分含有率および灰分含有率である。

【０００８】第２の課題は、廃棄物の性状に依存されに
くい廃棄物処理装置を提供することである。例えば、燃
焼によって灰をスラグ化して減容固化する場合、燃焼炉
はスラグタップを燃焼室に有し、溶融灰はスラグタップ
から回収される。溶融灰を炉外に安定に排出するために
は、スラグタップ周辺の雰囲気は灰の流動点以上の温度
に保持されねばならない。

【０００９】第３の課題は、廃棄物の性状変化に影響さ
れにくいスラグタップを提供することである。例えば、
廃棄物の発熱量が低い場合、燃焼ガス温度は低下し、ス
ラグタップ近傍の温度も低下する。灰の温度が流動点よ
り低くなると、溶融灰の粘度は急激に上昇し、スラグタ
ップは炉底に滞留した溶融灰で閉塞される。これは廃棄
物処理装置にとって致命的である。溶融炉を、燃焼ガス
の温度変動を見込んで燃焼温度を高めて運転すると、溶
融炉内面の耐火壁は耐熱温度に近い条件となり、廃棄物
処理装置の耐用年数が短くなる。

【００１０】廃棄物に混入する塩素は燃焼排ガスにおい
ては、主に塩化水素の形で存在する。金属材料は５００
℃〜７００℃で塩化水素と燃焼灰に暴露されると、腐食
が急激に進行し、その減肉量は年間に換算して４〜６ｍ
ｍになる。この腐食は溶融塩腐食と呼称される。排ガス
の温度が５００℃よりも低いと、排熱蒸気発生装置は溶
融塩腐食から回避される。しかし、これでは排熱蒸気発
生装置で得る蒸気温度と圧力を高くできないため、その
発電効率は低い。

【００１１】第４の課題は、溶融塩腐食を起こしにくい
廃棄物処理装置を提供することにある。ダイオキシンは
燃焼排ガスの冷却過程で再び生成する。再生成量は塩素
濃度のみならず燃焼排ガスの温度や含有成分に依存す
る。ダイオキシンの生成を抑制するには、粉塵濾過装置
と排ガス浄化装置を燃焼排ガス温度や燃焼排ガス含有物
を調整した状態で、煙道に設置しなければならない。

【００１２】第５の課題はダイオキシンの再生成を抑制
する粉塵濾過装置と排ガス浄化装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の要旨は次のとおりである。

【００１４】〔１〕 廃棄物を低温乾留ガス５４と不揮
発性の熱分解残留物５５に変換する熱分解炉９と、該熱
分解炉９に接続され、前記低温乾留ガス５４と熱分解残
留物５５を分離する分離塔１０と、前記低温乾留ガス５
４を導入する熱分解ガス燃焼室１３、および、前記熱分
解残留物の溶融を行う溶融炉２８を備えた廃棄物処理装
置であって、 （ａ）前記熱分解炉９が、熱分解ガス燃焼室１３からの
熱分解ガス燃焼排ガスを加熱ジャケット１１内に導入す
ることによって加熱されるよう構成され、 （ｂ）粉砕器２２が前記分離塔１０の熱分解残留物排出
側に接続され、 （ｃ）分別機２３が前記粉砕器２２の排出側に接続さ
れ、 （ｄ）前記分別機２３が、主として金属成分を含む粗い
粒分５７を、主として可燃成分を含む細かい粒分から分
離するよう構成され、 （ｅ）分離した主として可燃成分を含む細かい粒分を搬
送用空気６３が前記溶融炉２８に供給するよう構成さ
れ、 （ｆ）前記溶融炉２８が、供給される搬送用空気６３と
燃焼用空気６４との旋回流によって高温還元燃焼域７９
と完全燃焼域８０の燃焼領域を形成し、 （ｇ）前記高温還元燃焼域７９は、可燃成分を含む細か
い粒分を理論空気量よりも少ない空気量で燃焼して、溶
融流動性スラグを生成し、 （ｈ）前記溶融流動性スラグを、溶融炉２８外に排出す
るスラグタップ３３を有し、 （ｉ）前記完全燃焼域８０は、可燃成分を含む細かい粒
分を理論空気量よりも多い空気量で燃焼する、ように構
成されていることを特徴とする廃棄物処理装置。

【００１５】〔２〕 前記溶融炉２８から煙突４２に至
る煙道中に排熱蒸気発生装置３７、空気加熱器３８、粉
塵濾過装置３９、煙道ガス浄化装置４０および排気ファ
ン４１が配置されている前記の廃棄物処理装置。

【００１６】〔３〕 粉砕器２２は、熱分解残留物５５
に含まれる可燃物、石、カレット、陶磁器片を粉砕する
が金属類は粉砕せずに排出する前記の廃棄物処理装置。

【００１７】〔４〕 前記溶融炉２８の高温還元燃焼域
７９の壁面温度が１２００℃以上に設定され、燃焼ガス
は１２００℃以上になって完全燃焼域８０に供給される
前記の廃棄物処理装置。

【００１８】〔５〕 粉塵濾過装置３９は４００℃以上
の燃焼排ガス６５を流入し、その後段に設けた煙道ガス
浄化装置４０には３００℃以下に冷却した燃焼排ガス６
５を流入すると共に、前記粉塵濾過装置３９により燃焼
排ガス６５から分離された濾過粉塵を、主として可燃成
分を含む細かい粒分を溜めるホッパ２４へ戻すように構
成した前記の廃棄物処理装置。

【００１９】〔６〕 排熱蒸気発生装置３７と粉塵濾過
装置３９に、熱分解ガス燃焼排ガス６１の供給導管を設
けて排熱蒸気発生装置３７への燃焼ガス温度を調整でき
るよう構成した前記の廃棄物処理装置。

【００２０】〔７〕 熱分解炉９の前段に設けた乾燥炉
５は、乾燥空気５２で廃棄物中の水分を蒸発させ、該水
分含有空気は空気乾燥器１６で乾燥後、熱分解ガス燃焼
室１３で低温乾留ガス５４を燃焼するよう構成した前記
の廃棄物処理装置。

【００２１】〔８〕 廃棄物を低温乾留ガス５４と不揮
発性の熱分解残留物５５に変換する熱分解炉９と、該熱
分解炉９に接続され、前記低温乾留ガス５４と熱分解残
留物５５を分離する分離塔１０と、前記低温乾留ガス５
４を導入する熱分解ガス燃焼室１３、および、前記熱分
解残留物の溶融を行う溶融炉２８を備えた廃棄物処理装
置であって、前記溶融炉２８は、（ａ）炉を昇温するた
めの昇温バーナと、炉の下端に溶融灰を排出するスラグ
タップ３３と、炉の上端に燃焼排ガスを排出する出口絞
り３２を有し、（ｂ）スラグタップから絞り部に向い順
次取付けられて炉内に旋回流を形成する、主として可
燃成分を含む細かい粒分を供給する１次ノズル、空気
を供給する２次ノズル、２次ノズルよりも高速の空気
を供給する３次ノズルを有し、（ｃ）炉内壁面の少なく
ともスラグタップ部から２次ノズル配置部までの壁面が
断熱性耐火材で被覆され、（ｄ）スラグタップの下部に
生成するスラグを水砕スラグとして排出するスラグ排出
手段を有することを特徴とする廃棄物処理装置。

【００２２】

〔９〕 スラグ排出塔はスラグタップを介
して燃焼室内部の燃焼ガスを吸引する吸引ノズル８４
と、吸引ノズルの下流に接続された粉塵捕集装置８１を
有し、前記の粉塵捕集装置８１で捕捉した捕集粉塵を、
熱分解残留物を溜めるホッパ２４へ戻すよう構成されて
いる前記の廃棄物処理装置。

【００２３】〔１０〕 （ａ）廃棄物の含有水分量を約
１０％に乾燥する工程、（ｂ）乾燥後の廃棄物を酸素の
遮断下で低温乾留して低温乾留ガスと熱分解残留物を生
成する工程、（ｃ）熱分解残留物を粉砕し、主として金
属成分を含む粗い粒分と、主として可燃成分を含む細か
い粒分とに分離する工程、（ｄ）主として可燃成分を含
む細かい粒分を理論空気量より少ない空気量で燃焼し、
溶融流動性のスラグを形成する工程、（ｅ）可燃ガスを
含む燃焼ガスと可燃物を理論空気量よりも多い空気量で
燃焼する工程、を含むことを特徴とする廃棄物の熱処理
方法。

【００２４】また、スラグ排出塔は、熱分解燃焼室の燃
焼排ガス、低温乾留ガス、気体燃料、もしくは液体燃料
のいずれかによる加熱手段を備えている。

【００２５】また、スラグ排出塔はスラグタップを介し
て燃焼室内部の燃焼ガスを吸引する手段と、吸引ノズル
の下流に接続された粉塵捕集手段と、前記の粉塵捕集手
段で捕捉した捕集粉塵を熱分解残留物を溜めるホッパへ
戻す手段を備えている。

【００２６】さらにまた、本発明は燃焼排ガスから重金
属酸化物で富化された煙道塵を分離して、重金属酸化物
のリサイクル用原料、および、溶融流動性スラグを冷却
後建材として使用することである。

【００２７】

【発明の実施の形態】〔実施例 １〕図１は本発明の廃
棄物処理装置の一実施例のフロー図である。廃棄物１は
破砕機２により破砕ごみ５０に裁断する。破砕ごみ５０
は、含有する金属を磁選機３で除去した後、廃棄物ホッ
パ４を経て、乾燥炉５へ供給される。乾燥炉５に供給さ
れた破砕ごみ５０には、乾燥空気５２が供給される。

【００２８】乾燥空気５２は、空気加熱器１５を介して
乾燥炉空気ファン１７で供給され、乾燥炉５の内部温度
は８０〜１５０℃となる。乾燥炉５内の破砕ごみ５０
は、含有水分１０％まで乾燥され、乾燥炉５に接続され
た分離塔６で、乾燥空気５２と乾燥ごみ５１とに分離す
る。

【００２９】乾燥ごみ５１は、分離塔６に接続された乾
燥廃棄物ホッパ７に供給される。乾燥廃棄物ホッパ７に
は捕集ごみ５３も供給される。捕集ごみ５３は分離塔６
から排出された乾燥空気５２に含有する粉塵である。乾
燥廃棄物ホッパ７は乾燥ごみ５１と捕集ごみ５３を混合
し、乾燥ごみ５１を排出する。

【００３０】乾燥廃棄物ホッパ７はプッシャー８を介し
て熱分解炉９に接続される。該熱分解炉９は分離塔１０
に接続される。熱分解炉９はその外周に加熱ジャケット
１１を備えている。

【００３１】上記プッシャー８は２つの機能を有する。
第１の機能は、乾燥ごみ５１を熱分解炉９へ供給する機
能である。第２の機能は、負圧で運転される熱分解炉９
への空気の漏れ込みを防ぐ機能である。なお、プッシャ
ー８は、例えば、シリンダーとピストンを組合せたもの
である。乾燥ごみ５１はシリンダーに詰められ、ピスト
ンで熱分解炉９へ圧入される。

【００３２】熱分解炉９は乾燥ごみ５１を低温乾留す
る。低温乾留には２つの条件がある。第１の条件は、金
属の酸化温度よりも低温で乾燥ごみ５１を保持すること
である。第２の条件は、酸素を遮断した雰囲気を作るこ
とである。

【００３３】上記低温乾留は約３００℃〜６００℃、約
０.５〜１.５時間の条件で行う。熱分解炉９は乾燥ごみ
５１から揮発成分と不揮発成分を分離する。揮発成分は
低温乾留ガス５４である。不揮発成分は熱分解残留物５
５である。乾燥ごみ５１は塩素分を含有する。この塩素
分は廃棄物中の塩化ビニール樹脂もしくは食塩等中に存
在する。食塩類は低温乾留処理において熱分解残留物５
５中に存在する。

【００３４】一方、塩化ビニール樹脂からの塩素は、ま
ず熱分解炉９内の前段部の低温乾留ガス５４に放出され
る。その気相中の塩素は熱分解炉９内の後段部で熱分解
残留物５５に吸着する。なお、塩素分はその起源によら
ず熱分解残留物５５へ移行する。従って、低温乾留ガス
５４は熱分解炉９の後段の分離塔１０においては塩素分
をほとんど含有していない。熱分解炉９の一例にはロー
タリーキルンがある。

【００３５】分離塔１０は、低温乾留ガス５４と熱分解
残留物５５とを分離する。低温乾留ガス５４は熱分解ガ
ス燃焼室１３へ供給される。また、熱分解残留物５５は
冷却器２０へ供給される。

【００３６】図１から分かるように、乾燥空気５２，低
温乾留ガス５４および補助燃料６０が、熱分解ガス燃焼
室１３に流入する。なお、乾燥空気５２は、乾燥炉サイ
クロン４６から乾燥炉循環ファン１８と空気加熱器１６
を介して熱分解ガス燃焼室１３に到達する。

【００３７】熱分解ガス燃焼室１３は、熱分解燃焼排ガ
ス６１を排出する。低温乾留ガス５４の燃焼によって熱
分解ガス燃焼排ガス６１は１１００℃より高い温度にな
り、加熱ジャケット１１へ供給される。加熱ジャケット
１１は、熱分解ガス燃焼排ガス６１の熱で加熱され、熱
分解炉９の内部を約３００〜６００℃に加熱できるよう
設定される。

【００３８】加熱ジャケット１１は加熱器１４に接続さ
れる。熱分解ガス燃焼排ガス６１は、加熱器１４の出口
において燃焼排ガス６１ａと６１ｂとに二分される。燃
焼排ガス６１ａは、空気加熱器１５で乾燥空気５２を加
熱する。燃焼排ガス６１ｂは、空気加熱器１６で乾燥炉
５を通過した乾燥空気５２を加熱する。熱分解ガス燃焼
排ガス排気ファン１９は、燃焼排ガス６１ａと燃焼排ガ
ス６１ｂを合流して熱分解ガス排ガス６１に昇圧する。
熱分解ガス排ガス６１は、燃焼排ガス６５へ混合する。

【００３９】熱分解残留物５５は分離塔１０から冷却器
２０へ供給される。冷却器２０には、ホッパ２１、粉砕
器２２、分別機２３、ホッパ２４が順次接続される。熱
分解残留物５５は冷却器２０によって冷却される。この
際の冷却温度は熱分解残留物２０が空気雰囲気下で発火
しない温度にする。

【００４０】粉砕器２２で砕かれた熱分解残留物５５
は、可燃物、石、カレット、陶磁器片を含むが、熱分解
残留物５５に含まれる金属の大きさは変えない。なお、
粉砕器２２としては、振動ロットミルが用いられる。

【００４１】分別機２３は、主として金属成分を含む粗
い粒分５７を、主として可燃成分を含む細かい粒分５６
から分離する。１ｍｍ以上の粒子は金属成分を含む粗い
粒分５７である。１ｍｍ未満の粒子は主として可燃成分
を含む細かい粒分５６である。上記粗い粒分５７は、金
属類を除去し、回収ホッパ４４に回収され、ホッパ２１
へ戻す。

【００４２】ホッパ２４は、主として可燃成分を含む細
かい粒分５６と、粉塵濾過装置３９の濾過粉塵５９とを
貯蔵する。

【００４３】ホッパ２４は定量供給器２５を介して溶融
炉２８に接続される。溶融炉２８は熱分解ガス燃焼室１
３とは別個に設けられている。定量供給器２５は粉体５
８を溶融炉２８に供給する。

【００４４】溶融炉空気ファン２７は、空気６２をヘッ
ダ２６へ供給する。ヘッダ２６は空気６２を搬送用空気
６３と燃焼用空気６４とに分割する。燃焼用空気６４
は、空気加熱器３８で加熱される。一方、搬送用空気は
６３は、１次ノズル３１を介して粉体５８を溶融炉２８
へ気流搬送する。

【００４５】燃焼用空気６４は、燃焼用空気６４ａと６
４ｂに分割される。空気６４ａは２次ノズル３０を介し
て溶融炉２８へ供給される。同じく空気６４ｂは３次ノ
ズル２９を介して溶融炉２８へ供給される。

【００４６】溶融炉２８は、（ａ）〜（ｆ）の構成上の
特徴を有する。

【００４７】（ａ） 炉の一端に溶融灰を排出するスラ
グタップ３３を有する。

【００４８】（ｂ） 炉の多端は燃焼排ガスを排出する
出口絞り３２を有する。

【００４９】（ｃ） スラグタップ３３から出口絞り３
２へ向かう順に取付けられた１次ノズル３１、２次ノズ
ル３０、３次ノズル２９を有する。

【００５０】（ｄ） 溶融炉内壁面の少なくともスラグ
タップ３３から２次ノズル３０までの壁面を断熱性の耐
火材６９が覆っている。

【００５１】（ｅ） スラグタップ３３を挟んで可燃物
の燃焼空間との対向する位置に、溶融灰を水砕スラグと
するスラグ排出塔３４を有する。

【００５２】（ｆ） 溶融炉２８を昇温するための昇温
バーナ４７を備えている。

【００５３】図３に示すように、１次ノズル３１は、溶
融炉２８の内壁に対して接線方向に粉体５８と搬送空気
６３を供給するよう構成されている。２次ノズル３０お
よび３次ノズル３３は、溶融炉２８の内壁に対して接線
方向に燃焼用空気６４ａおよび空気６４ｂを供給するよ
う構成されている。

【００５４】本実施例の廃棄物処理装置が特開平９−３
２９３１１号公報記載のものと異なる点は下記のとおり
である。

【００５５】本実施例の廃棄物処理装置は、乾燥炉５、
熱分解炉９、熱分解ガス燃焼室１３、溶融炉２８を備え
ており、上記熱分解ガス燃焼室１３に導入される低温乾
留ガス５４は塩素成分を含まないので、熱分解ガス燃焼
排ガス６１も塩素成分を含まない。従って、廃熱蒸気発
生装置３７が塩素成分により腐食される心配が無く、蒸
気タービン発電機４３を高温で運転することができる。

【００５６】また、本実施例の構成とすることにより二
つの効果を生ずる。その一つは、熱分解残留物５５の燃
料性状を一定にできることである。燃料性状とは含有水
分量と燃料比である。乾燥炉５は、廃棄物１の水分を１
０％まで乾燥する。熱分解炉９は乾燥ごみ５１の熱分解
温度を一定に設定することができる。廃棄物１の性状に
よらず熱分解残留物５５の水分と燃料比が一定になる。
燃料比とは、比較的低温で揮発する可燃成分と、固体燃
料として残存する可燃成分の比率である。燃料比が大き
くなると、熱分解残留物５５は燃えにくくなる。

【００５７】スラグ排出塔３４は、水槽３５に接続さ
れ、溶融灰を水砕スラグにする。スラグ排出コンベア３
６は水砕スラグを回収ホッパ４５へ供給する。

【００５８】溶融炉２８から煙突４２に至る煙道は、排
熱蒸気発生装置３７、空気加熱器３８、粉塵濾過装置３
９、煙道ガス浄化装置４０および排気ファン４１を有す
る。蒸気タービン発電機４３は排熱蒸気発生装置３７と
加熱器１４とで生成した蒸気で発電する。

【００５９】もう一つの効果は、溶融炉２８の炉内温度
を一定にできることである。廃棄物処理装置は、溶融炉
２８と熱分解ガス燃焼室１３の二つの燃焼室を有する。

【００６０】乾燥ごみ５１のプラスチック含有量は変動
するので、低温乾留ガス５４の発熱量変動は熱分解残留
物５５より大きい。溶融炉２８は熱分解残留物５５のみ
を燃焼する。熱分解残留物５５は発熱量がごみ組成によ
らず安定しているので、溶融炉２８の入熱量は変動しに
くい。これは溶融炉２８の炉内温度を一定にできること
を示すので、溶融灰は安定にスラグ化される。

【００６１】次に、図１の実施例の廃棄物処理装置は、
粉砕器２２の後段に分別器２３を有する。この構成とす
ることで第３の効果を有する。それは金属類のみの回収
と不燃物の減容固化である。粉砕器２２は熱分解残留物
５５に含まれる可燃物、石、カレット、陶磁器片を小さ
くする。但し、金属類は転延性を有するため、粉砕器２
２では金属類は粉砕できない。

【００６２】分別器２３は主として金属成分を含む粗い
粒分５７を、主として可燃成分を含む細かい粒分５６か
ら分離する。両者を分離する粒径は０.５〜２ｍｍであ
る。分離粒径１ｍｍは分級効率の観点で優れている。

【００６３】本実施例の第４の効果は、スラグタップ３
３の温度変動を小さくすることによる溶融灰の安定排出
である。これは以下の作用によって生ずる。

【００６４】図２に示すように、溶融炉２８では搬送用
空気６３と燃焼用空気６４の旋回流が形成される。旋回
流は高温還元燃焼域７９と完全燃焼域８０を形成する。
主として可燃成分を含む細かい粒分５６は高温還元燃焼
域７９において理論空気量よりも少ない空気で燃焼す
る。

【００６５】高温還元燃焼域７９では１２００℃以上の
壁面温度に設定する。高温還元燃焼域７９を一定の温度
水準に保つことによって溶融流動性のスラグを生成す
る。溶融流動性のスラグは溶融炉２８に設けたスラグタ
ップ３３を経て排出され、冷却後ガラス化する。

【００６６】燃焼ガスは１２００℃以上になって完全燃
焼域８０へ供給される。完全燃焼域８０は可燃成分を含
む細かい粒子を理論空気量よりも多い空気で燃焼する。

【００６７】次に、本実施例の第５の効果は、図１の燃
焼排ガス６５に含まれるダイオキシンとＮＯｘの濃度を
同時に低減できることである。一般に、ダイオキシンを
低減するために燃焼率を高くすると、ＮＯｘ濃度は上昇
する。

【００６８】上記の効果は、溶融炉２８の中に二つの燃
焼域を形成することによって実現できる。図２の溶融炉
２８は高温還元燃焼域７９と完全燃焼域８０を形成す
る。高温還元域７９はＮＯｘ濃度を低減し、窒素分の中
間生成物を生成する。粉体５８が、低酸素濃度，１２０
０℃以上の高温雰囲気で反応すると窒素分の中間生成物
を生成する。

【００６９】アンモニアは窒素分の中間生成物の代表例
である。窒素分の中間生成物は高温還元燃焼域７９でＮ
Ｏｘと反応して、燃焼排ガス６５のＮＯｘ濃度を低減す
る。一方、完全燃焼域８０は炉内温度を１２００℃以上
にすることで、ダイオキシンの前駆物質の濃度を低減す
ると共に、ダイオキシンをも熱分解する。

【００７０】次に、本実施例の第６の効果は蒸気タービ
ン発電機４３を高効率で運転できることである。その効
果は本実施例における二つの特徴によって得られる。

【００７１】第１の特徴は、加熱器１４を加熱ジャケッ
ト１１の後段に配置した点である。加熱器１４は排熱蒸
気発生装置３７の蒸気を加熱する。塩素分の大多数は熱
分解残留物５５へ移行し、低温乾留ガス５４は塩素分を
ほとんど含有しない。これは熱分解ガス燃焼排ガス６１
の塩素濃度を低くし、金属の塩素腐食を軽減する効果が
ある。これによって、加熱器１４の操作温度条件を高く
設定できるので、蒸気タービン発電機４３を発電効率３
５％以上に設定することができる。

【００７２】第２の特徴は、熱分解ガス燃焼排ガス６１
用の二つの導管を煙道に配置した点である。第１の導管
は排熱蒸気発生装置３７の上流側に設けられ、第２の導
管は粉塵濾過装置３９の上流側に設けられている。

【００７３】上記二つの導管は、熱分解燃焼排ガス６１
の流量調節機能を有する。第１の導管は熱分解燃焼排ガ
ス６１の流量を調節する。燃焼排ガス６５の温度は排熱
蒸気発生装置３７の前段において、溶融炉２８の燃焼負
荷とは独立に制御できる。これにより、排熱蒸気発生装
置３７は熱効率を最大とする条件で運転できる。

【００７４】本実施例の第７の効果は、溶融炉２８の燃
焼排ガス６５の冷却過程で、再生成するダイオキシンを
低減できることである。燃焼排ガスの粉塵濾過装置３９
は濾過粉塵５９をホッパ２４へ戻し、主とし可燃成分を
含む細かい粒分５６と混合する。

【００７５】燃焼排ガスの粉塵濾過装置３９は、少なく
とも５００℃〜８００℃の燃焼排ガス６５の煙道に設置
される。燃焼灰は金属成分を含有し、粉塵濾過装置３９
は溶融炉２８において、以下の特性を示す灰中の金属成
分を捕捉する。

【００７６】上記の金属成分は、溶融炉の温度条件で揮
発性を示すので溶融灰に取り込まれない。この金属成分
は５００℃〜８００℃で凝固して燃焼排ガス中の灰に付
着する。こうした特性を示す代表的な金属成分はＮａ，
Ｋ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｐｂ等である。

【００７７】濾過粉塵５９は、その一部を廃棄物処理装
置から抜き出す。濾過粉塵５９はＮａとＫを除く重金属
を含有する。ダイオキシンはＣｕやＦｅの塩化物を触媒
として再生成する。この再生成反応は４００℃以下で進
行するが、粉塵濾過装置３９は５００℃〜８００℃で重
金属を捕捉するので、ダイオキシンの再生成反応を抑制
できる。

【００７８】煙道ガス浄化装置４０は、燃焼排ガス６５
を３００℃以下に急冷する。この急冷は煙道におけるダ
イオキシン再生成を抑制する。粉塵濾過装置３９は、灰
と、ダイオキシン生成触媒作用のある重金属酸化物を除
去するので、ダイオキシンは生成されない。なお、煙道
ガス浄化装置４０は、活性炭や水酸化カルシウムを浄化
剤として用い、塩化水素，フッ化水素，水銀，二酸化硫
黄等を除去する。

【００７９】本実施例の第８の効果は、濾過粉塵５９を
重金属酸化物のリサイクル原料として使用することがで
きることである。濾過粉塵５９の一部は系外へ抜き出
し、他の濾過粉塵５９はホッパ２４へ戻す。その結果、
濾過粉塵５９の重金属の濃度は高くなるが、この濃度は
系外へ抜き出す濾過粉塵５９の割合で定まる。濾過粉塵
５９は重金属酸化物の濃度を高めるので、重金属酸化物
の原料とし用いることができる。

【００８０】〔実施例 ２〕次に、本発明の溶融炉２８
の構成について説明する。図２は本発明の溶融炉の一実
施例を示す模式縦断面図で、炉内のガスの流れ状態と燃
焼領域を示す。図２に示す流れ方向（７１〜７５）は、
溶融炉２８の軸方向と半径方向の速度を合成して得た流
れ方向である。また、溶融炉２８の燃焼領域（７９，８
０）は右側に示す。図３は溶融炉２８の模式横断面図
で、図４はノズルの取付け部構造の説明図である。

【００８１】溶融炉２８は、円筒状の燃焼炉で炉底にス
ラグタップ３３を有する。一方、出口絞り３２はスラグ
タップ３３と対向する炉上に位置する。１次ノズル３
１、２次ノズル３０および３次ノズル２９は、溶融炉２
８の側壁に開口している。

【００８２】１次ノズル３１は、粉体５８と搬送用空気
６３とを供給し、２次ノズル３０は燃焼用空気６４ａを
供給し、３次ノズル２９は燃焼用空気６４ｂを供給す
る。燃焼用空気６４ａと６４ｂは、空気加熱器３８で２
００〜４００℃に昇温される。

【００８３】１次ノズル３１は、図３に示すように、炉
壁の接線方向に取付けられる。２次ノズル３０と３次ノ
ズル２９も、同様に溶融炉内壁の接線方向に取付けられ
る。

【００８４】図３は、１次ノズル３１を２本配置した溶
融炉２８の一実施例である。２次ノズル３０と３次ノズ
ル２９も同様に複数のノズルで構成できる。同じ種類の
ノズルが複数本配置される場合、これ等のノズルは同じ
断面に位置することが好ましい。このように配置するこ
とで噴流が干渉され、旋回流の強度が高くなる。また、
旋回流の強度はノズルの取付け位置によっても変わる。

【００８５】この取付け位置は、ノズルの中心軸が接す
る円の直径Ｄ（ノズル位置と云う）と、溶融炉２８の炉
直径Ｄ₀の比＝Ｄ／Ｄ₀で定まる。Ｄ／Ｄ₀が１に近づく
ほど、同一の噴出速度における旋回流の強度は高くな
る。図３に示す１次ノズル３１と溶融炉２８の位置関係
は最も高い旋回強度を得るものである。なお、Ｄ／Ｄ₀
は０.５〜０.９に設定することが好ましい。

【００８６】角運動量は流量と密度と噴出速度とノズル
位置Ｄとから算出できる。１次ノズル３１の流体密度
は、搬送空気６３の密度と、粉体５８の密度と重量濃度
から算出できる。粉体５８が溶融炉２８に滞留する時間
は、溶融炉２８の性能に影響する。この滞留時間は３次
ノズル２９の角運動量と、全てのノズルの角運動量を合
計した値の比率（以下、角運動量比）に依存する。角運
動量比を０.４よりも大きな値に設定すると、粉体５８
の滞留時間は長くなる。

【００８７】図４において、昇温バーナ４７の燃料噴出
方向を溶融炉２８の中心軸方向に向けると、溶融炉２８
は最も安定に昇温する。昇温バーナ４７は気体燃料や油
を燃料として用いる。溶融炉２８の昇温が終了したなら
ば、昇温バーナ４７の先端を断熱材７０の位置まで移動
する。これは昇温バーナ４７の溶損を抑制する上で有効
である。

【００８８】昇温バーナ４７を休止する場合、昇温バー
ナ４７にパージ用の気体を流す。この操作は昇温バーナ
の先端が溶融灰によって閉塞するのを避ける点で優れて
いる。

【００８９】図２に示す流れ方向は、角運動量比を０.
５に設定した場合である。この操作条件において、１次
ノズル流体７１と２次ノズル流体７２は、溶融炉２８の
内周面を旋回しながらスラグタップ３３の方向へ流下す
る。この流体はスラグタップ３３の近傍で流れ方向を反
転した後、溶融炉２８の中心軸上を経て出口絞り３２へ
到達する。

【００９０】３次ノズル２９から出た流体は、３次ノズ
ル流体７３と３次ノズル流体７４に分岐する。３次ノズ
ル流体７３は、２次ノズル流体７２と１次ノズル流体７
１をスラグタップ３３の方向へ流下させる。３次ノズル
流体７３は２次ノズル３０の位置まで下降した後、１次
ノズル流体７１と２次ノズル流体７２の上昇流と合流す
る。その一部は出口絞り３２からスラグタップ３３の方
向へ流れる循環流７５となる。３次ノズル流体７４は、
溶融炉２８の内壁に沿って出口絞り３２の方向へ流れ、
循環流７５によってスラグタップ３３の方向へ戻され
る。

【００９１】溶融炉２８は、その内壁面が耐火材６９で
形成される。耐火材６９はその外周に断熱材７０と伝熱
管４８を有する。伝熱管４８は断熱材７０からの放熱を
吸収する。

【００９２】伝熱管４８により、断熱材７０の最外周の
温度を４００℃以下に設定する。これは耐火材６９や断
熱材７０の溶損を抑制する点で優れている。溶融炉の内
壁面はその一部を水冷壁で構成することもできる。特
に、水冷壁は３次ノズル２９と出口絞り３２の間に設置
するのがよく、高温還元燃焼域７９の温度を灰溶融温度
に保つ点で優れている。

【００９３】スラグタップ３３は耐火材６９と断熱材７
０で構成される。断熱材７０はスラグタップ３３からス
ラグ排出塔３４へ放射される熱の損失量を低減する。こ
れは溶融灰のスラグタップ３３への固着を防止する。

【００９４】スラグ排出塔３４には、低温乾留ガス５４
または熱分解ガス燃焼排ガス６１を供給するガスノズル
を備えることもできる。これにより低温乾留ガス５４を
スラグ排出塔３４で燃焼させることもできる。このよう
にスラグ排出塔３４へ高温ガスを供給することで、溶融
灰の流動性を保ったままスラグ排出塔へ排出することが
できる。

【００９５】スラグ排出塔３４には吸引ノズル８４を設
けて、スラグタップ３３を介して溶融炉２８の燃焼ガス
をスラグ排出塔３４へ供給する。この燃焼ガスはスラグ
タップ３３を加熱して、溶融灰の流動に適した温度にす
る。吸引ノズル８４を設けることにより、スラグ排出塔
３４を加熱する前記補助バーナ（低温乾留ガス５４また
は熱分解ガス燃焼排ガス６１）の出力を小さくできる。

【００９６】吸引ノズル８４は、上記燃焼ガスを吸引ガ
ス８３として排出する。吸引ノズル８４の後段には粉塵
捕集装置８１が接続される。吸引ガス８３に含有する粉
体は、捕集粉塵８２として捕集される。捕集粉塵８２は
ホッパ２４へ戻され、粉体５６に混合される。

【００９７】図４は１次ノズル３１の配置を示す模式横
断面図である。１次ノズル３１の取付ポートは円筒７７
と円筒７８で構成される。円筒７８は１次ノズル３１と
の隙間を塞ぐ構造を有する。円筒７８の他端は円筒７７
に接続するように構成されている。そして、円筒７７は
耐火材６９に埋め込まれ、１次ノズル３１が移動できる
よう構成されている。

【００９８】本実施例の第１の効果は、スラグ化率を８
０％以上にできることである。スラグ化率は溶融炉２８
でスラグ化される溶融灰の比率で、溶融炉２８と粉塵濾
過装置３９で捕集される灰量を１００としたときの相対
的な比率で定まる。

【００９９】上記第１の効果は二つの作用によって達成
される。第１の作用は遠心力によって１次ノズル３１か
ら供給される粉体５８を内壁近傍に集めることである。
図２に示した流れ模様は、高温還元燃焼域７９と完全燃
焼域８０とを形成する。

【０１００】高温還元燃焼域７９は、スラグタップ３３
と１次ノズル３１との間に形成され、粉体５８を１次ノ
ズル流体７１と２次ノズル流体７２で燃焼する。

【０１０１】搬送用空気６３と燃焼用空気６４ａの流量
と流速を調整すれば、高温還元燃焼域７９は理論空気量
よりも少ない空気で粉体５８を燃焼する。そして、高温
還元燃焼域７９は１２００℃以上に設定された壁面温度
で、粉体５８を燃焼する。

【０１０２】また、粉体５８は旋回流による遠心力によ
って溶融炉２８の内壁近傍に集まる。粉体５８に含まれ
る灰は１２００℃以上の温度で溶融する。溶融灰は遠心
力によって溶融炉２８内壁に付着するが、溶融炉２８内
壁を下降後、溶融灰はスラグタップ３３から排出され
る。

【０１０３】重金属酸化物は溶融灰に内包されるが、溶
融灰はガラス状に固化しているので、重金属類が溶出す
る恐れはない。

【０１０４】第２の作用は１次ノズル流体７１と２次ノ
ズル流体７２の流れをスラグタップ３３の直上で反転さ
せることである。前記流れが方向を変えても、灰粒子は
慣性によって気流に追随できず、従って、灰粒子は反転
流から分離される。

【０１０５】本実施例の第２の効果は、粉体５８の燃焼
率を９８％以上にできることである。高温還元燃焼域７
９は２種の未燃成分を完全燃焼域８０へ供給する。

【０１０６】その一つの未燃成分は粉体５８に含まれ、
主に粒径２０μｍ以下の粉体５８に含まれる。この粒径
よりも大きな粉体５８は高温燃焼域７９に滞留して燃焼
する。

【０１０７】もう一つの未燃成分は一酸化炭素や水素の
ような不完全燃焼ガスである。完全燃焼域８０は３次ノ
ズル流体７４によって２種の未燃成分を燃焼する。粉体
５８は完全燃焼域８０内に２〜３秒間滞留するので、そ
の可燃成分の９８％以上を燃焼することができる。不完
全燃焼ガスも３次ノズル流体７４によって燃焼する。従
って、一酸化炭素の濃度は燃焼排ガス６５において３０
ｐｐｍ以下に低減された。

【０１０８】

【発明の効果】本発明により以下の効果が得られる。

【０１０９】(ａ) 廃棄物に含有する灰は廃棄物の組成
変動にかかわらず溶融スラグ化できる。

【０１１０】(ｂ) 燃焼排ガス中のダイオキシンの濃度
は０.１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ³下になる。

【０１１１】(ｃ) 金属類のみが廃棄物から分離回収で
き、石やカレットや陶磁器片は溶融スラグ化される。

【０１１２】(ｄ) 蒸気タービン発電機の効率を３５％
以上向上できる。

【０１１３】(ｅ) 排熱蒸気発生装置の塩素腐食が抑制
できる。

【０１１４】(ｆ) 廃棄物に含まれる重金属を資源とし
て、また、溶融スラグを建材等に利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物処理装置の一実施例を示すフロ
ー図である。

【図２】本発明の廃棄物処理装置の溶融炉の模式縦断面
図である。

【図３】本発明の廃棄物処理装置の溶融炉の模式横断面
図である。

【図４】溶融炉のノズル取付け状態を示す模式横断面図
である。

【符号の説明】

１…廃棄物、２…破砕機、３…磁選機、４…廃棄物ホッ
パ、５…乾燥炉、６…分離塔、７…乾燥廃棄物ホッパ、
８…プッシャー、９…熱分解炉、１０…分離塔、１１…
加熱ジャケット、１２…補助燃料、１３…熱分解ガス燃
焼室、１４…加熱器、１５，１６…空気加熱器、１７…
乾燥炉空気ファン、１８…乾燥炉循環ファン、１９…熱
分解ガス燃焼ガス排気ファン、２０…冷却器、２１…ホ
ッパ、２２…粉砕器、２３…分別機、２４…ホッパ、２
５…定量供給器、２６…ヘッダ、２７…溶融炉空気ファ
ン、２８…溶融炉、２９…３次ノズル、３０…２次ノズ
ル、３１…１次ノズル、３２…出口絞り、３３…スラグ
タップ、３４…スラグ排出塔、３５…水槽、３６…スラ
グ排出コンベア、３７…排熱蒸気発生装置、３８…空気
加熱器、３９…粉塵濾過装置、４０…煙道ガス浄化装
置、４１…排気ファン、４２…煙突、４３…蒸気タービ
ン発電機、４４，４５…回収ホッパ、４６…乾燥炉サイ
クロン、４７…昇温バーナ、４８…伝熱管、５０…破砕
ごみ、５１…乾燥ごみ、５２…乾燥空気、５３…捕集ご
み、５４…低温乾留ガス、５５…熱分解残留物、５６…
主として可燃成分を含む細かい粒分、５７…主として金
属成分を含む粗い粒分、５８…粉体、５９…濾過粉塵、
６０…補助燃料、６１…熱分解ガス燃焼排ガス、６２…
空気、６３…搬送用空気、６４…燃焼用空気、６５…燃
焼排ガス、６６…水蒸気、６７…冷却液、６８…助燃
剤、６９…耐火材、７０…断熱材、７１…１次ノズル流
体、７２…２次ノズル流体、７３，７４…３次ノズル流
体、７５…循環流、７６…シュラウド、７７，７８…円
筒、７９…高温還元燃焼域、８０…完全燃焼域、８１…
粉塵捕集装置、８２…捕集粉塵、８３…吸引ガス、８４
…吸引ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｂ 15/00 15/00 Ｚ (72)発明者 久保田 昌良 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 岡崎 輝幸 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 宇津野 英明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 平10−246420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−162308（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−57674（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−213316（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−89650（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/027 B09B 3/00 302 F23G 5/00 115 F23G 5/14 F23J 1/00 F23J 15/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物を低温乾留ガスと不揮発性の熱分
   解残留物に変換する熱分解炉と、該熱分解炉に接続さ
   れ、前記低温乾留ガスと熱分解残留物を分離する分離塔
   と、前記低温乾留ガスを導入する熱分解ガス燃焼室、お
   よび、前記熱分解残留物の溶融を行う溶融炉を備え、前
   記溶融炉から煙突に至る煙道中に排熱蒸気発生装置、空
   気加熱器、粉塵濾過装置、煙道ガス浄化装置および排気
   ファンが配置された廃棄物処理装置であって、 （ａ）前記熱分解炉が、熱分解ガス燃焼室からの熱分解
   ガス燃焼排ガスを加熱ジャケット内に導入することによ
   って加熱されるよう構成され、 （ｂ）粉砕器が前記分離塔の熱分解残留物排出側に接続
   され、 （ｃ）分別機が前記粉砕器の排出側に接続され、 （ｄ）前記分別機が、主として金属成分を含む粗い粒分
   を、主として可燃成分を含む細かい粒分から分離するよ
   う構成され、 （ｅ）分離した主として可燃成分を含む細かい粒分を搬
   送用空気が前記溶融炉に供給するよう構成され、 （ｆ）前記溶融炉が、供給される搬送用空気と燃焼用空
   気との旋回流によって高温還元燃焼域と完全燃焼域の燃
   焼領域を形成し、 （ｇ）前記高温還元燃焼域は、可燃成分を含む細かい粒
   分を理論空気量よりも少ない空気量で燃焼して、溶融流
   動性スラグを生成し、 （ｈ）前記溶融流動性スラグを、溶融炉外に排出するス
   ラグタップを有し、 （ｉ）前記完全燃焼域は、可燃成分を含む細かい粒分を
   理論空気量よりも多い空気量で燃焼し、 前記粉塵濾過装置は４００℃以上の燃焼排ガスを流入
   し、その後段に設けた煙道ガス浄化装置には３００℃以
   下に冷却した燃焼排ガスを流入すると共に、前記粉塵濾
   過装置により燃焼排ガスから分離された濾過粉塵を、主
   として可燃成分を含む細かい粒分を溜めるホッパへ戻す
   ように構成されていることを特徴とする廃棄物処理装
   置。
2. 【請求項２】 廃棄物を低温乾留ガスと不揮発性の熱分
   解残留物に変換する熱分解炉と、該熱分解炉に接続さ
   れ、前記低温乾留ガスと熱分解残留物を分離す る分離塔
   と、前記低温乾留ガスを導入する熱分解ガス燃焼室、お
   よび、前記熱分解残留物の溶融を行う溶融炉を備え、前
   記溶融炉から煙突に至る煙道中に排熱蒸気発生装置、空
   気加熱器、粉塵濾過装置、煙道ガス浄化装置および排気
   ファンが配置された廃棄物処理装置であって、 （ａ）前記熱分解炉が、熱分解ガス燃焼室からの熱分解
   ガス燃焼排ガスを加熱ジャケット内に導入することによ
   って加熱されるよう構成され、 （ｂ）粉砕器が前記分離塔の熱分解残留物排出側に接続
   され、 （ｃ）分別機が前記粉砕器の排出側に接続され、 （ｄ）前記分別機が、主として金属成分を含む粗い粒分
   を、主として可燃成分を含む細かい粒分から分離するよ
   う構成され、 （ｅ）分離した主として可燃成分を含む細かい粒分を搬
   送用空気が前記溶融炉に供給するよう構成され、 （ｆ）前記溶融炉が、供給される搬送用空気と燃焼用空
   気との旋回流によって高温還元燃焼域と完全燃焼域の燃
   焼領域を形成し、 （ｇ）前記高温還元燃焼域は、可燃成分を含む細かい粒
   分を理論空気量よりも少ない空気量で燃焼して、溶融流
   動性スラグを生成し、 （ｈ）前記溶融流動性スラグを、溶融炉外に排出するス
   ラグタップを有し、 （ｉ）前記完全燃焼域は、可燃成分を含む細かい粒分を
   理論空気量よりも多い空気量で燃焼し、 前記 排熱蒸気発生装置と粉塵濾過装置に、熱分解ガス燃
   焼排ガスの供給導管を設けて排熱蒸気発生装置への燃焼
   ガス温度を調整できるよう構成されていることを特徴と
   する廃棄物処理装置。
3. 【請求項３】 廃棄物を低温乾留ガスと不揮発性の熱分
   解残留物に変換する熱分解炉と、該熱分解炉に接続さ
   れ、前記低温乾留ガスと熱分解残留物を分離する分離塔
   と、前記低温乾留ガスを導入する熱分解ガス燃焼室、お
   よび、前記熱分解残留物の溶融を行う溶融炉を備えた廃
   棄物処理装置であって、 前記溶融炉は、（ａ）炉を昇温するための昇温バーナ
   と、炉の下端に溶融灰を排出するスラグタップと、炉の
   上端に燃焼排ガスを排出する出口絞りを有し、 （ｂ）スラグタップから絞り部に向い順次取付けられて
   炉内に旋回流を形成する、主として可燃成分を含む細
   かい粒分を供給する１次ノズル、空気を供給する２次
   ノズル、２次ノズルよりも高速の空気を供給する３次
   ノズルを有し、 （ｃ）炉内壁面の少なくともスラグタップ部から２次ノ
   ズル配置部までの壁面が断熱性耐火材で被覆され、 （ｄ）スラグタップの下部に生成するスラグを水砕スラ
   グとして排出するスラグ排出手段を有することを特徴と
   する廃棄物処理装置。
4. 【請求項４】 スラグ排出手段はスラグタップを介して
   燃焼室内部の燃焼ガスを吸引する吸引ノズルと、吸引ノ
   ズルの下流に接続された粉塵捕集装置を有し、前記粉塵
   捕集装置で捕捉した捕集粉塵を、熱分解残留物を溜める
   ホッパへ戻すよう構成されている請求項３に記載の廃棄
   物処理装置。