JP3453747B2 - 焼却灰と飛灰との混合物の溶融処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼却灰と飛灰との混合物
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、該焼却炉に接続された排ガス処理系で捕
捉される、主として該排ガス処理系に介装された集塵装
置で捕捉される飛灰とが発生する。これらの焼却灰や飛
灰は、これらを減容化及び無害化するため、アーク炉、
プラズマアーク炉、抵抗炉、誘導炉、バーナ炉等の溶融
炉で溶融処理される。本発明は上記のような焼却灰と飛
灰との混合物の溶融処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ところで、焼却炉に残る焼却灰は、その
飛散を防止して取扱い性を良くするため、加湿処理され
る。かかる加湿処理としては、焼却灰を水に浸漬する方
法、焼却灰に水を散布する方法等がある。いずれにして
も、焼却炉から取出した焼却灰は、上記のような加湿処
理により、相当量の水分、通常は３０〜７０重量％程度
の水分を含有している。

【０００３】従来、焼却灰と飛灰との混合物の溶融処理
方法として、上記のように相当量の水分を含有する焼却
灰をある程度乾燥した後、双方をそれぞれホッパに貯留
しておき、該ホッパの下部に形成した一定容積の空間に
落下させ、落下させたものをプッシャやロータリバルブ
で同一のコンベアに切り出し、切り出した双方を混合し
ながら搬送して溶融炉に投入することが行なわれてい
る。

【０００４】ところが、かかる従来法には次のような欠
点がある。 １）加湿処理した焼却灰をある程度乾燥しても、依然と
して相当量の水分を含有する焼却灰は粘着性が強く、そ
の安息角も大きい。かかる焼却灰はホッパやコンベア等
に付着し易く、ホッパ内でブリッジ現象やトンネル現象
を生じて、しばしば目詰まりを引き起こす。このような
目詰まりを防止するため、加湿処理により相当量の水分
を含有する焼却灰を充分に乾燥したり或は造粒すること
も考えられるが、このような乾燥や造粒には手間がかか
り、非経済的である。 ２）相当量の水分を含有する焼却灰はこれに含まれるナ
トリウム成分から水酸化ナトリウムが生じ、かかる焼却
灰と飛灰とを混合すると、水酸化ナトリウムが飛灰に含
まれる金属アルミニウムや亜鉛等と反応して水素ガスを
発生するので、誠に危険である。 ３）それぞれホッパに貯留しておいた焼却灰と飛灰とを
該ホッパの下部に形成されている一定容積の空間に落下
させ、落下させた焼却灰と飛灰とを切り出すという所謂
定容積法による切り出しであるため、焼却灰や飛灰の嵩
比重が変わったり、或はホッパ内におけるそれらの貯留
高さが変わったりすると、双方の切り出し重量が変化
し、溶融炉への投入重量も変化する。その結果、溶融炉
の運転が不安定になり、生成する溶融スラグの排出も不
安定になる。焼却灰と飛灰とはその物性及び組成が著し
く相違し、焼却灰に比べて飛灰は比重が軽く、揮散性成
分を多く含有する。したがって、双方の混合物の溶融炉
への投入重量が変化する場合にはいうまでもなく、仮り
に投入重量が同じであっても双方の重量割合が変化する
と、溶融炉の溶融温度が変動し、また炉圧も変動するの
であり、このように溶融炉の運転が不安定になると、生
成した溶融スラグがその排出口付近で滞ったり、或は溶
融スラグと共に未溶融の焼却灰や飛灰が排出されてしま
うのである。

【０００５】

【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、従来法には前述したような１）〜３）の欠
点があり、つまるところ従来法では、焼却灰と飛灰とを
結果的に安定して溶融処理できない点である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、焼却
炉から水分１０重量％以下で取出した焼却灰と該焼却炉
の排ガス処理系から加湿処理することなく取出した飛灰
とを別々に切り出し、各々の重量を秤量した後、双方を
同一の搬送装置に排出し、混合しながら搬送して溶融炉
に投入することを特徴とする焼却灰と飛灰との混合物の
溶融処理方法に係る。

【０００７】本発明において対象となる焼却灰は、都市
ごみ、下水処理汚泥、産業廃棄物等、各種の廃棄物を焼
却炉で焼却処理したときに該焼却炉に残る残渣である。
また本発明において対象となる飛灰は、上記のような廃
棄物を焼却炉で焼却処理したときに排ガスと共に飛散し
てその排ガス処理系で捕捉される、主として該排ガス処
理系に介装された集塵装置で捕捉される捕捉物である。
本発明では上記のような焼却灰と飛灰とを同時に溶融炉
で溶融処理する。溶融処理に用いる溶融炉はアーク炉、
プラズマアーク炉、抵抗炉、誘導炉、バーナ炉等であ
る。

【０００８】本発明では先ず、焼却炉から水分１０重量
％以下で焼却灰を取出す。焼却炉に残る焼却灰は、これ
を加湿処理しなければ、もともと水分５重量以下のもの
である。したがって本発明では、加湿処理することな
く、或は加湿処理する場合にはこれを軽く行ない、水分
１０重量％以下で焼却灰を取出す。水分が１０重量％を
超えると、焼却灰の粘着性が急激に高くなり、安息角も
急激に大きくなって、それだけホッパやコンベア等に付
着し易くなり、投入工程の各種で目詰まりする頻度が高
くなるからである。また水分が１０重量％以下であれ
ば、焼却灰の表面に遊離水はないので、これを飛灰と混
合しても、前述したように水素ガスを発生する危険がな
いからである。

【０００９】また本発明では、焼却炉の排ガス処理系か
ら加湿処理することなく飛灰を取出す。かかる飛灰は、
前述したように主として排ガス処理系に介装されている
集塵装置で捕捉されるものであるが、排ガス処理系の排
ガスダクト等に沈降して堆積するものも包含される。こ
のような飛灰は、もともと水分１重量％以下のものであ
り、非常に小さい粒度（１〜数十μｍ）を有し、再加熱
により有害物質を再揮散させ易い性質を持っていて、通
常は焼却処理の際に発生する塩酸ガスを中和するために
水酸化カルシウムや炭酸カルシウム等の中和剤が添加さ
れている。本発明では上記のような飛灰をそのまま取出
す。

【００１０】上記のように焼却炉から取出した焼却灰及
び排ガス処理系から取出した飛灰は水分含量が低いた
め、飛散し易い。したがって本発明では、投入工程の各
所で焼却灰や飛灰が飛散するのを防止するため、これら
の取出し口から溶融炉の投入口までの間を密閉化するの
が好ましい。詳しくは後述するように、焼却炉の焼却灰
取出口及び排ガス処理系の飛灰取出し口と溶融炉の投入
口との間に介装されるホッパ、計量機及び搬送装置等を
これら相互の接続部も含めて密閉化するのである。

【００１１】本発明では次に、取出した焼却灰と飛灰と
を別々に切り出し、各々の重量を秤量する。焼却灰及び
飛灰の各重量を秤量することにより、双方の切り出し重
量及び結果的にその混合物の溶融炉への投入重量を均一
安定化して、溶融炉における溶融温度及び炉圧等、並び
に溶融スラグの排出を安定化させることができるからで
ある。

【００１２】焼却炉から取出した焼却灰は焼却灰用のホ
ッパに貯留し、また排ガス処理系から取出した飛灰は飛
灰用のホッパに貯留する。焼却炉の焼却灰取出し口と焼
却灰用のホッパとの間は搬送装置で連絡し、該搬送装置
はその接続部を含めて密閉化する。同様に、排ガス処理
系の飛灰取出し口と飛灰用のホッパとの間も搬送装置で
連絡し、該搬送装置はその接続部を含めて密閉化する。
焼却炉の焼却灰取出し口と焼却灰用のホッパとの間には
篩分け機及び破砕機を介装するのが好ましい。塊状で取
出されることがある焼却灰を破砕機で破砕し、篩分け機
を通過した焼却灰だけを、好ましくは目開き２５mm以下
の篩を通過した焼却灰だけをホッパへ貯留することによ
り、後述する飛灰との混合をより均一に行ない、更にそ
の混合物の溶融処理をも効率的に行なうことができるか
らである。篩分け機及び破砕機を介装する場合には、こ
れらをその接続部も含めて密閉化する。

【００１３】各ホッパの下部には供給機構、例えばロー
タリバルブを取付け、供給機構の下部に計量機を装備し
て、計量機の下部に排出機構、例えば開閉ダンパを取付
ける。計量機は容器と該容器を受けるロードセルとを備
え、ロードセルは演算制御装置に接続して、該容器に一
定重量の焼却灰又は飛灰が充填されたときに、演算制御
装置から発せられる信号により、供給機構を停止させ、
その後に排出機構を作動させて、例えば開閉ダンパを開
いて、各容器に充填されている一定重量の焼却灰と飛灰
とを、後述するように同一の搬送装置へ排出する。した
がって計量機はホッパの重量がかからないようにロード
セルで受け、ホッパの下部と計量機との間は伸縮部材、
例えば蛇腹で密閉化する。

【００１４】飛灰用のホッパは外周に加熱源、例えばヒ
ータを備え、内部に撹拌羽根を備えるものが好ましい。
飛灰はもともとブリッジ現象を生じ易く、しかも吸湿し
易い性質を有し、吸湿すると、更にブリッジ現象を生じ
易くなり、しかも塊状を呈するようになるので、これら
の不都合を防止するためである。ホッパの内部に加熱源
を取付けることが考えられ、また撹拌羽根に代えてホッ
パに振動を加えることが考えられるが、このようにする
と、逆にブリッジ現象を促進することになってしまうの
で好ましくない。

【００１５】焼却灰用のホッパ及び飛灰用のホッパには
その上部空間に吸引ブロア及びバグフィルタを接続する
のが好ましい。これらのホッパの上部空間には焼却灰や
飛灰に含まれる微細な有害重金属及び有害有機塩素化合
物等が浮遊する。これらのホッパそれ自体及びその前後
を密閉化しても、上記のような有害物質が漏れ出るのを
完全に防止するのは難しい。そこで、ホッパの上部空間
の雰囲気を吸引ブロアで引き、有害物質をバグフィルタ
で捕捉すると共に、ホッパ内を負圧に維持して、有害物
質が漏れ出ないようにする。

【００１６】本発明では最後に、秤量した焼却灰と飛灰
とを同一の搬送装置に排出し、これらを混合しながら搬
送して、その混合物を溶融炉の投入口から炉内へ投入す
る。焼却灰と飛灰とを均一に混合し、混合物の組成を均
一化して、溶融炉において一時的に揮数分が多くなった
り、或は部分的に未溶融の焼却灰や飛灰が残ったりする
のを防止するためである。搬送装置はその前後を含めて
密閉化する。焼却灰と飛灰との混合物を溶融炉へ投入す
るに先立って、該混合物の重量を再秤量することもでき
る。

【００１７】焼却灰や飛灰の物性及び組成は、その発生
原料である廃棄物の種類、焼却灰に対する加湿処理の有
無及びその程度、飛灰の捕捉手段、飛灰に対する添加剤
の種類及びその量等によって変動する。したがって、双
方の好ましい混合割合を一様に定めることは難しいが、
一般に飛灰の混合割合が６０重量％を超えると、その混
合物を溶融処理するための温度が急激に上昇し、実際問
題として溶融処理し難くなるので、安全を見て飛灰の混
合割合を５０重量％以下にするのが好ましい。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施状態を示す工程図であ
る。焼却炉から水分１０重量％以下で取出した焼却灰を
篩分けし、残った粗大物を破砕後に再度篩分けして、通
過物を焼却灰用のホッパに貯留している。一方、焼却炉
の排ガス処理系から加湿処理することなく取出した飛灰
を飛灰用のホッパに貯留している。各ホッパに貯留した
焼却灰及び飛灰を計量機に供給し、その重量を秤量した
後、一定重量の焼却灰及び飛灰を同一の搬送装置に排出
している。そして、双方を搬送装置で混合しながら搬送
して、その混合物を溶融炉へ投入している。

【００１９】図２は図１の工程図において使用した装置
を示す部分縦断面図である。縦断面逆円錐形のホッパ１
１の上部にカバー１２が被着されており、カバー１２で
囲まれたホッパ１１の上部空間１３に飛灰投入用シュー
ト１４が挿入されている。上部空間１３にはバグフィル
タ２１が接続されており、バグフィルタ２１の下流側に
吸引ブロア２２が接続されている。上部空間１３の雰囲
気を吸引ブロア２２で引き、該雰囲気を負圧に維持する
と共に、該雰囲気に浮遊している有害物質等をバグフィ
ルタ２１で捕捉し、シュート１４へ返送するようになっ
ている。

【００２０】ホッパ１１の外周は保温材３１で覆われて
おり、該外周にはヒータ３２，３３が装備されていて、
またホッパ１１の内部には撹拌羽根３４，３５が装備さ
れている。ホッパ１１の下部にはロータリバルブ４１が
取付けられており、ロータリバルブ４１の下方には計量
機５１が装備されている。計量機５１は容器５２とロー
ドセル５３とを備え、容器５２はロードセル５３で受け
られている。ホッパ１１の下部と容器５２の上部との間
は蛇腹５４で密閉されており、容器５２の下部には開閉
ダンパ５５が取付けられている。

【００２１】重量変換器であるロードセル５３は演算制
御装置６１に接続されており、演算制御装置６１はロー
タリバルブ４１及び開閉ダンパ５５の各駆動部に接続さ
れている。容器５２に一定重量の飛灰が充填されたと
き、演算制御装置６１から発せられる信号により、ロー
タリバルブ４１を停止し、その後に開閉ダンパ５５を開
いて、一定重量の飛灰を排出するようになっている。図
示を省略する焼却灰用のホッパの下部にも同様に、ロー
タリバルブ及び計量機５１ａが装備されており、計量機
５１ａは容器５２ａとロードセル５３ａとを備え、容器
５２ａの下部には開閉ダンパ５５ａが取付けられてい
て、ロードセル５３ａは演算制御装置６１に接続されて
いる。

【００２２】開閉用ダンパ５５，５５ａの下方には搬送
用のスクレーパ付きコンベア７１が装備されている。ス
クレーパ付きコンベア７１はカバー７２で覆われてお
り、容器５２，５２ａの下部とカバー７２との間は蛇腹
７３，７３ａで密閉されていて、カバー７２の下流側に
開設された開口７４は図示しない溶融炉の投入口へと接
続されている。容器５２，５２ａから排出された一定重
量の飛灰及び焼却灰を、スクレーパ付きコンベア７１で
搬送しつつ混合し、その混合物を溶融炉へ投入するよう
になっている。

【００２３】実施例 図１に示した工程図にしたがい、図２に示した装置を用
いて、都市ごみをストーカ炉（火格子炉）で焼却処理し
たときの焼却灰と飛灰とを、三相交流アーク炉で溶融処
理した。焼却灰はストーカ炉の下部から加湿処理するこ
となく取出し、篩分け及び破砕処理して、目開き２５mm
の篩を通過したものを焼却灰用のホッパに貯留した。ま
た飛灰はストーカ炉の排ガス処理系に介装されている電
気集塵機の下部から加湿処理することなく取出し、その
まま飛灰用のホッパに貯留した。各ホッパに貯留直後の
焼却灰及び飛灰の分析結果を表１に示した。表１中の数
値は、嵩比重を除き、いずれも重量％である。各ホッパ
に貯留した焼却灰と飛灰とを、焼却灰／飛灰＝６０／４
０（重量比）の割合で秤量し、これらをスクレーパ付き
コンベアに排出した。

【００２４】

【表１】

【００２５】比較例 実施例と同じ都市ごみをストーカ炉で焼却処理したとき
の焼却灰と飛灰とを三相交流アーク炉で溶融処理した。
ストーカ炉の下部から取出した焼却灰は、取扱いの便宜
のため、冷却水槽に投入されており、水分が３０重量％
以上もあって、そのままでは溶融処理の対象物とするこ
とができなかったので、これを水分１５重量％まで乾燥
した後、以下実施例の場合と同様に、篩分け及び破砕処
理して、目開き２５mmの篩を通過したものを焼却灰用の
ホッパに貯留した。また飛灰は、実施例の場合と同様
に、飛灰用のホッパに貯留した。各ホッパに貯留した焼
却灰及び飛灰を、以下定容積法で搬送用のスクレーパ付
きコンベアに排出した。ここでは試験の便宜上、図２に
おいてロードセル及び演算制御装置を機能させず、一定
時間毎に、ロータリバルブを停止し、開閉ダンパを開い
て、容器に充填されている一定容積の焼却灰及び飛灰
（容量比で、焼却灰／飛灰＝６０／４０）をスクレーパ
付きコンベアに排出した。

【００２６】評価 図３は上記実施例及び比較例の溶融処理中における炉内
圧力の変化を示すグラフであり、また図４は炉内に生成
した溶融スラグの温度の変化を示すグラフである。図３
では横軸に時間（秒）を、縦軸に炉内圧力（mmAq）をと
っており、また図４では横軸に時間（時）を、また縦軸
に溶融スラグの温度（℃）をとっていて、共に実線が実
施例を示し、破線が比較例を示している。図３の破線で
示す比較例において、炉内圧力が０mmAqを超える部分で
は排ガスが炉外に吹き出した。また図４の破線で示す比
較例において、Ａ部では溶融スラグが炉外へ大量に排出
され、Ｂ部では溶融スラグが炉内に滞った。図３及び図
４からも明らかなように、かかる比較例に対して実施例
では、溶融炉の運転及び溶融スラグの排出を安定して行
なうことができる。尚、飛灰を焼却灰と同じ冷却水槽に
投入した場合、全体の水分量は５０重量％以上になり、
非常に乾燥し難い上に、乾燥時に飛灰の大部分が乾燥機
の排ガスに同伴して飛散するので、その排ガス処理系の
規模が大きくなって、著しく不経済であった。

【００２７】

【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、焼却灰と飛灰とを継続的に安定して且つ経済的
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】本発明の一実施状態を示す工程図。

【図２】本発明で使用される装置を示す部分縦断面図。

【図３】本発明の一実施例及びこれに対応する一比較例
において溶融処理中の炉内圧力の変化を示すグラフ。

【図４】本発明の一実施例及びこれに対応する一比較例
において溶融処理中の溶融スラグの温度の変化を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１１・・・ホッパ、２１・・・バグフィルタ、２２・・
・吸引ブロア、３２，３３・・・ヒータ、３４，３５・
・・撹拌羽根、４１・・・ロータリバルブ、５１，５１
ａ・・・計量機、５３，５３ａ・・・ロードセル、５
５，５５ａ・・・開閉ダンパ、６１・・・演算制御装
置、７１・・・スクレーパ付きコンベア

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−114383（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−232579（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−308650（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−187413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−108919（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−147452（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−18525（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−246550（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−81084（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B09B 3/00 - 5/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却炉から水分１０重量％以下で取出し
   た焼却灰と該焼却炉の排ガス処理系から加湿処理するこ
   となく取出した飛灰とを別々に切り出し、各々の重量を
   秤量した後、双方を同一の搬送装置に排出し、混合しな
   がら搬送して溶融炉に投入することを特徴とする焼却灰
   と飛灰との混合物の溶融処理方法。
2. 【請求項２】 焼却炉から取出した焼却灰と該焼却炉の
   排ガス処理系から取出した飛灰とを各々独立したホッパ
   に貯留し、該ホッパの下部に取付けた供給機構を介して
   計量機に供給して、該計量機で計量した一定重量の焼却
   灰と飛灰とを該計量機の下部に取付けた排出機構を介し
   て同一の搬送装置に排出する請求項１記載の焼却灰と飛
   灰との混合物の溶融処理方法。
3. 【請求項３】 焼却炉の排ガス処理系から取出した飛灰
   を、外周に加熱源を備え、内部に撹拌羽根を備えるホッ
   パに貯留する請求項２記載の焼却灰と飛灰との混合物の
   溶融処理方法。
4. 【請求項４】 焼却炉から取出した焼却灰と該焼却炉の
   排ガス処理系から取出した飛灰とを、上部空間に吸引ブ
   ロア及びバグフィルタが接続されたホッパに貯留する請
   求項２又は３記載の焼却灰と飛灰との混合物の溶融処理
   方法。