JP3271476B2 - 焼却飛灰の溶融処理方法 - Google Patents

焼却飛灰の溶融処理方法

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JP3271476B2 JP14552195A JP14552195A JP3271476B2 JP 3271476 B2 JP3271476 B2 JP 3271476B2 JP 14552195 A JP14552195 A JP 14552195A JP 14552195 A JP14552195 A JP 14552195A JP 3271476 B2 JP3271476 B2 JP 3271476B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼却飛灰の溶融処理方法
に関する。都市ごみ、下水処理汚泥、産業廃棄物等、各
種の廃棄物を焼却処理すると、焼却炉に残る焼却灰と焼
却炉の排ガス処理系で捕捉される焼却飛灰とが発生す
る。焼却炉の排ガス処理系では、排ガスに同伴する各種
の酸性ガスやダイオキシン等の有害物質を中和するた
め、通常は排ガス中に石灰を吹込むので、結果的に排ガ
ス処理系で捕捉される焼却飛灰中には相当量の石灰中和
物や未反応石灰が含まれてくる。このような焼却飛灰
は、これを減容化及び安定化するため、アーク炉や抵抗
炉等の電気炉或はバーナ炉を用いて溶融処理される。本
発明は上記のような焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処
理する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、廃棄物をバーナ炉を用いて溶融処
理する方法として、空気を燃焼用ガスとするバーナの火
炎に対し横方向或は斜め方向から廃棄物を供給する方法
が行なわれている(特開昭63−70015)。ところ
が、かかる従来法には次のような欠点がある。 1)バーナの燃焼用ガスとして空気を用いるため、その
火炎温度が低く、また排ガス量が大きい。火炎温度が低
いと、前述したような相当量の石灰中和物や未反応石灰
を含む焼却飛灰は融点が高いため、これを充分に溶融処
理できない。また排ガス量が大きいと、これに伴う熱損
失が大きく、しかも大型の排ガス処理設備が必要であ
る。 2)バーナの火炎に対して廃棄物を横方向或は斜め方向
から供給するため、双方の接触時間が短く、また供給し
た廃棄物のなかにはバーナの火炎から外れるものがあ
る。バーナの火炎と供給した廃棄物との接触時間が短い
と、また供給した廃棄物がバーナの火炎から外れると、
その溶融処理が不完全になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来法ではつまるところ焼却飛灰を確実に
溶融処理できない点である。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する請
求項1の本発明に係る焼却飛灰の溶融処理方法は、焼却
飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理するに当たり、生成す
る溶融物の排出口よりも下方における炉底部に溶融物の
貯留部が形成されており、炉内へ挿入された酸素バーナ
の先端部よりも上方における炉側壁上部に排ガスの排気
口が開設されたバーナ炉を用いて、焼却飛灰を下向きで
燃焼する酸素バーナの高温火炎中へ気体搬送により供給
して溶融し、生成する溶融物を炉側壁下部の排出口から
排出する一方、発生する排ガスを炉側壁上部の排気口か
ら排気して排ガス中の溶融飛灰をバグフィルタにより捕
集することを特徴とする。
【0005】また請求項2の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法は、焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理す
るに当たり、炉蓋から炉内へ耐火物製の保護筒が挿入さ
れており、保護筒で囲まれた空間部に水冷の酸素バーナ
が挿入されていて、保護筒と酸素バーナとの間の隙間に
パージガスの流路が形成されたバーナ炉を用いて、焼却
飛灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎中へ気体
搬送により供給して溶融し、生成する溶融物を炉側壁下
部の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁
上部の排気口から排気して排ガス中の溶融飛灰をバグフ
ィルタにより捕集することを特徴とする。
【0006】更に請求項3の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法は、焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理す
るに当たり、炉蓋から炉内へ耐火物製の保護筒が挿入さ
れており、保護筒で囲まれた空間部に水冷の酸素バーナ
が挿入されていて、保護筒と酸素バーナとの間の隙間に
パージガスの流路が形成され、且つ生成する溶融物の排
出口よりも下方における炉底部に溶融物の貯留部が形成
されており、酸素バーナの先端部よりも上方における炉
側壁上部に排ガスの排気口が開設されたバーナ炉を用い
て、焼却飛灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎
中へ気体搬送により供給して溶融し、生成する溶融物を
炉側壁下部の排出口から排出する一方、発生する排ガス
を炉側壁上部の排気口から排気して排ガス中の溶融飛灰
をバグフィルタにより捕集することを特徴とする。
【0007】請求項1〜3の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法では、焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理
する。バーナ炉は少なくともその内周が耐火物で構築さ
れており、耐火物で囲まれた炉内空間部において、焼却
飛灰を酸素バーナの高温火炎により溶融する。本発明で
用いるのは酸素バーナである。酸素バーナは、その燃焼
用ガスとして酸素濃度を富化したガスを用いるので、燃
焼用ガスとして空気を用いる場合に比べ、高温火炎が得
られ、融点の高い焼却飛灰でもこれを確実に溶融できる
からであるが、焼却飛灰をより確実に溶融するために
は、酸素濃度90容量%以上の燃焼用ガスを用いるのが
好ましい。燃焼用ガスの酸素濃度を高くするほど、高温
火炎が得られ、したがって焼却飛灰をより確実に溶融で
きるが、同時に排ガス量が小さくなるため、これに伴う
熱損失が小さくなり、排ガス処理設備も小型のものにす
ることができる。
【0008】酸素バーナは、少なくともその先端部が鉛
直下向きとなるように炉内空間部へ挿入する。したがっ
て通常は、酸素バーナを炉蓋から炉内空間部へ鉛直方向
に挿入する。このように酸素バーナを挿入すると、下向
きで燃焼する高温火炎が得られる。先端部が上向きで酸
素バーナを挿入すると、生成する溶融物が先端部のノズ
ルを閉塞する恐れがあり、また先端部が横向き或は斜め
向きで酸素バーナを挿入すると、その高温火炎が対向す
る炉壁を局部的に著しく損なう。
【0009】請求項1〜3の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法では、焼却飛灰を下向きで燃焼する酸素バー
ナの高温火炎中へ気体搬送により供給して溶融する。焼
却飛灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎中へ気
体搬送により直接供給するのである。このような直接供
給は、例えば酸素バーナの先端部におけるノズルを、中
心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、焼却飛灰
(被処理物)供給ノズル及び燃焼用ガス供給ノズルの順
で全体として同心円状に配列することにより達成でき
る。酸素バーナの高温火炎が下向きで燃焼していても、
かかる高温火炎に対し焼却飛灰を横方向或は斜め方向か
ら気体搬送により供給すると、双方の接触時間が短く、
しかも焼却飛灰のなかには高温火炎から外れるものもあ
るため、その溶融が不完全になる。
【0010】酸素バーナは、先端部におけるノズルが、
中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、一次燃焼
用ガス供給ノズル、焼却飛灰(被処理物)供給ノズル及
び二次燃焼用ガス供給ノズルの順で全体として同心円状
に配列されたものを用いるのが好ましい。中心部に燃料
供給ノズルを設け、またその外周において、燃焼用ガス
供給ノズルを内側の一次燃焼用ガス供給ノズルと外側の
二次燃焼用ガス供給ノズルとに分け、双方のノズルをこ
れらが焼却飛灰(被処理物)供給ノズルを両側から挟む
ように設けるのである。各ノズルをこのように配列する
と、中心部に燃料過剰の燃焼安定帯を形成することがで
き、また焼却飛灰を最も高温の火炎中に供給できると共
に供給した焼却飛灰が未溶融のまま高温火炎から飛び出
してしまうのを防止できるため、焼却飛灰をより確実に
溶融できる。
【0011】請求項1〜3の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法では、生成する溶融物を炉側壁下部の排出口
から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁上部の排気
口から排気して排ガス中の溶融飛灰をバグフィルタによ
り捕集する。本発明で用いるバーナ炉は、炉側壁下部に
溶融物の排出口が開設されており、また炉側壁上部に排
ガスの排気口が開設されているもので、排気口にはダク
トを介してバグフィルタが接続されていて、通常はダク
トの途中で冷却用空気が導入され、バグフィルタの下流
側には吸引ブロアが接続される。排ガスには焼却飛灰に
含まれている低沸点重金属類や塩類の蒸気が同伴し、こ
れらは排ガスの温度低下により析出するが、その粒度が
非常に小さいので、これらを安定して確実に除去するた
めにはバグフィルタが最も有効なのである。
【0012】請求項1〜3の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法では、焼却飛灰を単独で溶融処理することも
できるが、焼却飛灰とガラス廃棄物及び/又は焼却灰と
の混合物を溶融処理するのが好ましい。CaOを多量に
含む焼却飛灰は融点が高いが、これにSiO2を多量に
含むガラス廃棄物や焼却灰を混合してCaOとSiO2
との共融物が生成するようにすると、その融点が低くな
り、溶融処理し易くなるからである。この場合、ガラス
廃棄物や焼却飛灰は水分3重量%以下に乾燥し且つ平均
粒径0.1mm以下に粉砕したものを用い、また焼却飛灰
とガラス廃棄物及び/又は焼却灰とはこれらの成分中に
おけるCaO/SiO2(重量比)=0.3〜1.2と
なるように混合する。ガラス廃棄物や焼却飛灰を水分3
重量%以下に乾燥するのはこれらが気体搬送途中で目詰
まりするのを防止し、併せて溶融時における熱損失の原
因となるのを防止するためである。またこれらを平均粒
径0.1mm以下に粉砕するのは、もともと焼却飛灰の平
均粒径が0.05〜0.2mm程度であるので、かかる焼
却飛灰とガラス廃棄物及び/又は焼却灰とをできるだけ
同じ速度で溶融させて、CaOとSiO2との共融物を
生成させ易くするためである。そして焼却灰とガラス廃
棄物及び/又は焼却灰とをこれらの成分中におけるCa
O/SiO2(重量比)=0.3〜1.2となるように
混合するのは、CaO/SiO2(重量比)が0.3未
満であると、生成する溶融物の粘性が大きくなって、か
かる溶融物はバーナ炉の排出口から排出し難くなるため
であり、逆にCaO/SiO2(重量比)が1.2超で
あると、生成する溶融物中に遊離CaOが含まれてくる
ようになり、溶融物の有効利用に不都合をきたすためで
ある。
【0013】以上、請求項1〜3の本発明に係る焼却飛
灰の溶融処理方法について説明したが、請求項1の本発
明に係る焼却飛灰の溶融処理方法では、バーナ炉とし
て、排出口よりも下方における炉底部に溶融物の貯留部
が形成されており、また酸素バーナの先端部よりも上方
における炉側壁上部に排気口が開設されたものを用い
る。炉底部に溶融物の貯留部を形成すると、貯留部に一
時的に貯留される溶融物により下向きで燃焼する酸素バ
ーナの高温火炎から炉底壁を保護できると共に、溶融物
の有効利用に備えてそのガス抜きをも行なうことができ
る。また焼却飛灰の溶融開始或は再開に際しては、バー
ナ炉全体を所定の高温に予熱しておく必要があるが、酸
素バーナの先端部よりも上方における炉側壁上部に排気
口を開設すると、バーナ炉全体が排ガスにより予熱され
るため、予熱の手間がかからず、しかも酸素バーナの火
炎周囲を上昇する排ガスにより保熱できるため、その火
炎を高温に保つことができる。
【0014】また請求項2の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法では、バーナ炉として、炉蓋から炉内へ耐火
物製の保護筒が挿入されており、保護筒で囲まれた空間
部に水冷の酸素バーナが挿入されていて、保護筒と酸素
バーナとの間の隙間にパージガスの流路が形成されたも
のを用いる。酸素バーナそれ自体が高温加熱されると、
酸素バーナの燃料供給ノズルにおける供給途中の燃料が
蒸発して所謂ベーパーロック現象を引き起こしたり、或
は燃料が熱分解して生成するカーボンにより燃料供給ノ
ズルの閉塞を引き起こしたりするが、その外周に冷却水
を流すようにした水冷の酸素バーナを用いると、これら
の不都合を防止できる。しかし、水冷の酸素バーナをそ
のまま炉内空間部に露出させると、熱損失が大きく、ま
た焼却飛灰が溶融する際に生成する酸性ガスにより酸素
バーナが腐食されて水漏れを引き起こす危険があるの
で、水冷の酸素バーナを耐火物製の保護筒で囲み、双方
の間の隙間にパージガスを流して、熱損失を軽減し、腐
食による水漏れを防止する。
【0015】更に請求項3の本発明に係る焼却飛灰の溶
融処理方法では、バーナ炉として、炉蓋から炉内へ耐火
物製の保護筒が挿入されており、保護筒で囲まれた空間
部に水冷の酸素バーナが挿入されていて、保護筒と酸素
バーナとの間の隙間にパージガスの流路が形成され、且
つ生成する溶融物の排出口よりも下方における炉底部に
溶融物の貯留部が形成されており、酸素バーナの先端部
よりも上方における炉側壁上部に排ガスの排気口が開設
されたものを用いる。請求項1の本発明に係る焼却飛灰
の溶融処理方法で用いるバーナ炉及び請求項2の本発明
に係る焼却飛灰の溶融処理方法で用いるバーナ炉につい
て前記したことと同じ理由である。
【0016】
【実施例】図1は本発明に係る焼却飛灰の溶融処理方法
の一実施状態を略示する全体図、図2は図1のバーナ炉
における酸素バーナの挿入部を示す拡大縦断面図、図3
は図1の酸素バーナの先端部を示す拡大底面図である。
バーナ炉11は炉本体12と炉本体12に被着された炉
蓋13とを備えており、これらの内周は耐火物で構築さ
れている。
【0017】炉蓋13から耐火物で囲まれた炉内空間部
へ耐火物製の保護筒21が鉛直方向に挿入されており、
保護筒21で囲まれた空間部に水冷の酸素バーナ31が
挿入されていて、保護筒21と酸素バーナ31との間の
隙間にパージガスの流路22が形成されている。
【0018】酸素バーナ31は多重構造になっており、
その先端部におけるノズルが、中心部から外周部に向か
って燃料供給ノズル32a、一次燃焼用ガス供給ノズル
33a、被処理物供給ノズル34a及び二次燃焼用ガス
供給ノズル35aの順で全体として同心円状に配列され
ており、二次燃焼用ガス供給ノズル35aの更に外周に
冷却水の流路36aが形成されている。
【0019】酸素バーナ31の燃料供給ノズル32aと
連通する燃料供給口32bには燃料供給系41が接続さ
れており、また一次燃焼用ガス供給ノズル33aと連通
する一次燃焼用ガス供給口33bには一次燃焼用ガス供
給系42が接続されていて、更に被処理物供給ノズル3
4aと連通する被処理物供給口34bには被処理物供給
系43が接続され、更にまた二次燃焼用ガス供給ノズル
35aと連通する二次燃焼用ガス供給口35bには二次
燃焼用ガス供給系44が接続されている。被処理物供給
系43はその上流側で焼却飛灰供給系45とガラス廃棄
物供給系46とに分岐されており、焼却飛灰供給系45
にはロータリバルブ51を介しホッパ53が装備され、
またガラス廃棄物供給系46にはロータリバルブ52を
介しホッパ54が装備されていて、ホッパ53には焼却
飛灰Aが貯留され、ホッパ54には粉砕し、乾燥して、
篩分けしたガラス廃棄物Bが貯留されている。
【0020】炉本体12の炉側壁下部には溶融物の排出
口61が開設されており、排出口61の下方における炉
底部に溶融物Cの貯留部62が形成されていて、酸素バ
ーナ31の先端部(下端部)よりも上方における炉側壁
上部に排ガスの排気口63が開設されている。炉外には
排出口61を上方に臨んで空冷パン71が設置されてお
り、排出口61と空冷パン71との間はカバー72で密
閉されている。排気口63にはダクト73が接続されて
おり、ダクト73の下流側にはバグフィルタ74及び吸
引ブロア75が接続されている。
【0021】酸素バーナ31の流路36aへ冷却水を流
しつつ、酸素バーナ31のそれぞれ相当する各ノズルへ
燃料、一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガスを供給して燃
焼させると、酸素バーナ31の先端部からは下向きで燃
焼する高温火炎が形成される。この状態で、保護筒21
と酸素バーナ31との間の流路22へパージガスを流し
つつ、搬送用ガスを用いた気体搬送により、酸素バーナ
31の被処理物供給ノズル34aへホッパ53に貯留さ
れている焼却飛灰Aとホッパ54に貯留されているガラ
ス廃棄物Bとの混合物を供給する。この際、ロータリバ
ルブ51,52の開度を調節して、混合物の成分中にお
けるCaO/SiO2(重量比)=0.3〜1.2とな
るように双方の切り出し量を調節する。混合物は、下向
きで燃焼する酸素バーナ31の高温火炎中に直接供給さ
れ、溶融される。
【0022】生成した溶融物Cは貯留部62に一時的に
貯留された後、排出口61からオーバーフローで空冷パ
ン71へと自重落下し、ここで冷却される。一方、発生
した排ガスは空気で冷却されつつダクト73を介してバ
グフィルタ74へと吸引され、ここで排ガス中の溶融飛
灰を取り除かれた後、放出される。
【0023】実施例1 図1〜図3について前述した一実施状態にしたがい、下
記の条件下で焼却飛灰とガラス廃棄物との混合物を溶融
処理した。 条件 焼却飛灰:都市ごみを焼却炉で焼却処理したときに、そ
の排ガス処理系の集塵装置で捕捉した焼却飛灰(水分
0.5重量%、平均粒径0.08mm) ガラス廃棄物:ガラス製造工場で発生した製造残渣で、
これを粉砕し、乾燥して、目開き0.1mmの篩を通過し
たもの(水分2重量%、平均粒径0.08mm) 混合物:焼却飛灰とガラス廃棄物とをこれらの成分中に
おけるCaO/SiO2(重量比)=0.8となるよう
に混合したもの(融点約1350℃) 燃料:プロパンガス 一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガス:酸素濃度93容量
%のガス(残部は殆どが窒素ガス) 搬送用ガス:空気 上記の条件下で混合物を溶融処理したところ、下向きで
燃焼する酸素バーナの高温火炎は約1800℃が得ら
れ、混合物を安定して完全溶融することができた。尚、
焼却飛灰を単独で溶融処理した場合も、その融点は約1
500℃であったが、同様に完全溶融することができ
た。
【0024】
【発明の効果】既に明らかなように、以上説明した本発
明には、焼却飛灰を安定して且つ完全に溶融処理できる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る焼却飛灰の溶融処理方法の一実施
状態を略示する全体図。
【図2】図1のバーナ炉における酸素バーナの挿入部を
示す拡大縦断面図。
【図3】図1の酸素バーナの先端部を示す拡大底面図。
【符号の説明】
11・・・バーナ炉、12・・・炉本体、13・・・炉
蓋、21・・・保護筒、31・・・酸素バーナ、32a
・・・燃料供給ノズル、33a・・・一次燃焼用ガス供
給ノズル、34a・・・被処理物供給ノズル、35a・
・・二次燃焼用ガス供給ノズル、53,54・・・ホッ
パ、61・・・排出口、62・・・貯留部、63・・・
排気口、74・・・バグフィルタ、A・・・焼却飛灰、
B・・・ガラス廃棄物、C・・・溶融物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−39362(JP,A) 特開 平6−159639(JP,A) 特開 平6−317316(JP,A) 特開 平6−26629(JP,A) 特開 平5−66004(JP,A) 特開 平3−91608(JP,A) 実開 昭59−170729(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23J 1/00 F23G 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理す
    るに当たり、生成する溶融物の排出口よりも下方におけ
    る炉底部に溶融物の貯留部が形成されており、炉内へ挿
    入された酸素バーナの先端部よりも上方における炉側壁
    上部に排ガスの排気口が開設されたバーナ炉を用いて、
    焼却飛灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎中へ
    気体搬送により供給して溶融し、生成する溶融物を炉側
    壁下部の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉
    側壁上部の排気口から排気して排ガス中の溶融飛灰をバ
    グフィルタにより捕集することを特徴とする焼却飛灰の
    溶融処理方法。
  2. 【請求項2】 焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理す
    るに当たり、炉蓋から炉内へ耐火物製の保護筒が挿入さ
    れており、保護筒で囲まれた空間部に水冷の酸素バーナ
    が挿入されていて、保護筒と酸素バーナとの間の隙間に
    パージガスの流路が形成されたバーナ炉を用いて、焼却
    飛灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎中へ気体
    搬送により供給して溶融し、生成する溶融物を炉側壁下
    部の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁
    上部の排気口から排気して排ガス中の溶融飛灰をバグフ
    ィルタにより捕集することを特徴とする焼却飛灰の溶融
    処理方法。
  3. 【請求項3】 更に生成する溶融物の排出口よりも下方
    における炉底部に溶融物の貯留部が形成されており、酸
    素バーナの先端部よりも上方における炉側壁上部に排ガ
    スの排気口が開設されたバーナ炉を用いる請求項2記載
    の焼却飛灰の溶融処理方法。
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