JP3567614B2

JP3567614B2 - 灰溶融炉の排ガス処理装置

Info

Publication number: JP3567614B2
Application number: JP14263196A
Authority: JP
Inventors: 順也西野; 十次郎梅田; 賢一田原; 克明松澤; 直明安田
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: JPH09324910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみ焼却炉をはじめ各種焼却炉から排出される灰を溶融処理する際に発生する排ガスを無害化すると共に排ガス中に含まれる成分を再利用しやすい形態にする灰溶融炉の排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥等の各種廃棄物は焼却施設で焼却処理され、生じた焼却灰やばいじんは、従来埋め立て処分されていた。しかし、埋め立て処分地枯渇の問題や有害重金属類の溶出による地下水汚染の問題があるため溶融による減量・減容化と無害化の必要性が高まってきている。
【０００３】
このような背景で灰中の残留炭素、コークス、灯油、電力を熱源とした溶融処理方式が提案され、一部で実処理が行われている。このうち、電力を熱源とした溶融炉としてプラズマアーク加熱方式と抵抗加熱方式とがある。プラズマアーク加熱方式の溶融炉は上部炉蓋を貫通する中空黒鉛電極を設け、その先端を溶融スラグ上面近くに位置させ、電極の中空部分にＡｒガスあるいはＮ_２ガスを上から流し、上部の黒鉛電極と炉底電極との間に直流通電して、プラズマ化ガス流によりアークを継続し、灰を加熱溶融するものである。電極が長寿命で溶融速度が大きく、炉をコンパクトにできるという特徴がある反面、溶融に至る前に、焼却灰やばいじんがガス流により飛散し、集塵機に大きな負担がかかるという問題がある。
【０００４】
抵抗加熱方式の灰溶融炉は溶融スラグ内に対抗電極を配置し、直流または交流通電による電気抵抗熱（ジユール熱）により灰を加熱溶融するものであり、１）熱効率が高い、２）発生ガスが少ない、３）アークを生成しないためフリッカが発生しない、４）溶融スラグと溶融メタルとを分離した分割出滓ができる、という特徴がある。
【０００５】
かかる抵抗加熱方式の灰溶融処理方法として特開平７−７７３１８号に開示されたものがある。図２は上記公報に開示されたもので灰溶融炉の断面および前後設備のフローシートを示している。図においてａは灰溶融炉、ｂは上部電極、ｃは炉底電極、ｄは電源装置、ｅは溶融メタル層、ｆは溶融スラグ層、ｇは溶融塩層、ｈはＣＯガス燃料炉、ｉは集塵機、ｊは集塵ファン、ｋは煙突、ｍは電極埋没位置調節器である。上記発明の特徴はごみ焼却施設より発生する焼却灰、ばいじんあるいは二者の混合物からなる廃棄物を電気抵抗熱を熱源として溶融処理する方法であって、上部電極の先端位置を溶融塩層と溶融メタル層との間の溶融スラグ層中に位置せしめ炉底電極との間に、直流通電もしくは交流２相通電により垂直方向に通電することにより溶融塩を電気分解することなく、溶融スラグ層ｆの上方に溶融塩層ｇを安定的に形成し、有害な塩素ガス、塩化水素ガス等の発生を防止しようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように灰溶融炉ａ内に溶融塩層ｇを形成させるような操業をすると、溶融塩は炉壁材を侵触する性質が極めて強いので、侵触を防ぐため高価な炉壁材料を使う必要がある。また電気の良導性のよい溶融塩が炉壁中に浸透するので、短絡事故を起こしやすい。そこで本願出願人は、鋭意研究の結果、炉底の陰極と炉蓋から挿入された陽極との間で通電して、電気抵抗熱により灰を溶融する際に、食塩（ＮａＣｌ）などのアルカリ塩を積極的に電気分解する操業方法を採用することにした。かかる操業方法によれば例えば食塩は、塩素ガスと金属ナトリウムに電気分解する。塩素ガスは水蒸気と反応して塩化水素と次亜塩素酸になるが、次亜塩素酸は酸素を放出して塩化水素になる。また金属ナトリウムは蒸発し酸化雰囲気中で酸化ナトリウムとなる。そしてこれらの物質はすべて排ガス中に含まれて、外部に放出される。なお、ナトリウムは一部溶融メタル層ｅに残こる。
【０００７】
しかし、これらの物質を含む排ガスを図２に示すように乾式処理すると、これらの物質は吸湿性が強く、吸湿するとバグフィルタや電気集塵機などの集塵機ｉまたは途中の配管やダクトにダストと共に付着し、払い落としが困難で目詰まりや性能劣化を起こしやすい。また、塩化水素は乾式処理が困難である。
【０００８】
本発明は上述した問題点に鑑み案出されたもので、溶融塩の分解物質を含む排ガスを、目詰まりを起こさずに安定的に処理すると共に有害な重金属を処理しやすい形で取り出すことのできる灰溶融炉の排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の灰溶融炉の排ガス処理装置は炉底に設けた陰極と、炉蓋を貫通して挿入した陽極との間で通電し、電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉から発生する排ガスを導いて、吸収液にダストおよび可溶性成分を吸収させるガス吸収塔と、ガス吸収塔からの排ガスをミストセパレータを介して導き排ガス中のＣＯガスを燃焼させるＣＯ燃焼器とを有する。
【００１０】
次に本発明の作用を説明する。灰溶融炉は直流電流を通電する直流溶融炉で、炉底側が陰極、炉蓋を貫通して挿入される電極が陽極となっている。陽極と陰極との間に通電すると発生するジュール熱により灰が溶融する。なお、灰は固体の状態では電気の不良導体なので灰中に鉄などの金属粉を混ぜておき、初期通電する。初期通電により灰が溶融し、溶融スラグ層になると電気の良導体となり、連続溶融が可能となる。灰溶融炉中では比重差により、下部の鉄などの溶融メタル層と、上部の溶融スラグ層に分離しており、それぞれ別に排出する。灰中に含まれる食塩などの塩は溶融中に電気分解し、陽極側で塩素ガス、陰極側で金属ナトリウムが発生する。塩素ガスは炉上部のフリーボード中で水蒸気と反応し、塩化水素と次亜塩素酸になるが、次亜塩素酸は酸素を放出して塩化水素になる。
【００１１】
金属ナトリウムは沸点が低いので直ちに一部が蒸発し、炉上部のフリーボード中で酸化され酸化ナトリウムガスになる。塩化水素や酸化ナトリウムは水に可溶な可溶性成分である。これらの可溶性成分とダストを含む排ガスは灰溶融炉から排出されて、ガス吸収塔に導入される。なお、ガス吸収塔は上部から吸収液を散水するスプレイ方式でもよいが、排ガスを吸収液中に潜らせるバブル方式でもよい。灰中には未然炭素、炭酸塩として含まれる炭素があり、陽極として使用される黒鉛も炭素である。これらの炭素は、灰溶融炉のフリーボード中では酸素が不足状態となっているので、燃焼して一酸化炭素（ＣＯ）となる。従ってこれをそのまま外部に排出させることはできないので、ガス吸収塔を出たガスはミストセパレータにより水滴を除去した後、ＣＯ燃焼器により燃焼して炭酸ガスとした後外部に排出する。
【００１２】
このように排ガスを湿式処理するようにしたので、排ガス中にアルカリ塩が電気分解した可溶性の成分が含まれていても、排ガス処理装置の目詰まりを起こすことがなくて、安定的な操業が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の灰溶融炉の排ガス処理装置のフローシートである。図において、１は直流式の灰溶融炉で炉底に陰極１ａ，炉蓋１ｉを貫通して陽極１ｂがそれぞれ設けられている。なお、陰極１ａは導電性の煉瓦、陽極１ｂは黒鉛がそれぞれ用いられている。１ｆは直流電源装置である。灰１ｊは炉蓋１ｉを通して投入される。灰溶融炉１内では陽極１ｂと陰極１ａ間で通電することにより電気抵抗熱（ジュール熱）が発生し灰１ｊが溶融する。溶融した灰１ｊは比重差により上部の溶融スラグ層１ｄと下部の溶融メタル層１ｃに分離し、溶融スラグ層１ｄの上部には未溶融の灰１ｊが浮遊した状態の灰カバー層１ｅが生じる。
【００１４】
陽極１ｂと陰極１ａとの間に印加される電圧は７０〜８０Ｖであり、溶融スラグ層１ｄ内の温度は１１００°〜１２００°Ｃに制御されている。溶融スラグ層１ｄの抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）はρ＝０．１〜０．５であるのに対し、溶融メタル層１ｃの抵抗率はρ＝１０^−６〜１０^−８なのでジュール熱はほとんど全て溶融スラグ層１ｄ内で発生する。従って溶融メタル層１ｃは、上部の表面のみが溶融した状態であり、内部は固体となっており、全体が陰極の役割をする。灰１ｊ中に含まれる食塩などのアルカリ塩は、溶融スラグ層内で電気分解され、アルカリ塩が食塩である場合には塩素ガスと金属ナトリウムになる。塩素ガスは陽極１ｂ側で発生するが、フリーボード１ｋ中で水蒸気と反応し、塩化水素と次亜塩素酸になる。次亜塩素酸は酸素を放出して塩化水素になる。金属ナトリウムは陰極側に発生するが陰極は沸点（８８０°Ｃ）以上の温度となっているので一部は直ちに蒸発する。蒸発した金属ナトリウムガスはフリーボード１ｋ中で酸素と反応し酸化ナトリウムになる。
【００１５】
２は排ガスであり、炉蓋１ｉに設けられた排出口に接続された連絡配管１３を通って炉外に排出される。排ガス２の中には上述の塩化水素や酸化ナトリウムなどの水に可溶性の成分の外、ダストやＣＯガスが含まれる。灰中に含まれる未燃炭素、陽極１ｂとして使用される黒鉛棒、灰１ｊ中に炭酸塩として存在する炭素などが、炉内では酸素不足状態なのでＣＯガスとなる。１ｇは溶融スラグであり、１ｈは溶融メタルである。溶融スラグの主成分はけい砂および酸化カルシウムであり、溶融メタルの主成分は鉄である。溶融スラグは間歇的又は連続的に排出される。溶融メタルは溶融スラグ排出後、陽極１ｂと溶融メタル層１ｃとの間にアーク放電を発生させ、メタルを溶融させて排出する。
【００１６】
３はガス吸収塔である。本実施形態ではスプレイ式のものとして説明するが、吸収液中に排ガスを潜らせるバブル式でもよい。排ガス２はガス吸収塔３下方に設けられたガス入口３ａから塔内に入り、上方に設けられたガス出口３ｂから排出される。３ｃは吸収液を噴出させるノズルである。吸収液は細かい水滴となって塔内を下降するのに対し、排ガス２が塔内を上昇し、吸収液の中にダストと共に可溶性成分が吸収される。排ガス２はガス吸収塔３から連絡配管１４を介してミストセパレータ４に導かれる。ミストセパレータ４内には邪魔板や充填物などが設けられており、排ガス２をこれらに衝突させて、水滴を分離する。ミストセパレータ４を出た排ガス２は連絡配管１５を経てＣＯ燃焼器５に流入する。ＣＯ燃焼器は酸化触媒を担持したものやパイロットバーナを有し、直接燃焼させるものなどがある。６は吸引ファンであり連絡配管１６を介してＣＯ燃焼器に接続されている。７は煙突である。
【００１７】
８はガス吸収塔３からの吸収液を受け入れる吸収液タンクである。吸収液タンク８から吸収液の一部は循環ポンプ９を経て吸収塔に循環し、残りは溶解槽１０に送られる。なお、１７はメークアプ用の水である。溶解槽１０を出た吸収液は濾過槽１１に送られ、ここで分離されてスラッジ１８は灰溶融炉１に再び送られ、濾液１９は水処理装置１２に送られる。水処理装置は反応槽、濾過槽、沈殿槽などを有し、濾過槽１１から排出される吸収濾液１９の中和や溶解している重金属（鉛、亜鉛、水銀、クロームなど）の固定化を行う。
【００１８】
次に本実施形態の作用を説明する。以上説明したようにアルカリ塩の電気分解により生じた塩化水素や酸化ナトリウムなどの可溶性の成分は排ガス２中にダストと共に含まれて炉外に排出される。ダストや可溶性成分、さらに蒸発した重金属はすべて吸収塔で吸収液中に吸収される。従って排ガスの乾式処理で起こるような集塵機の目詰まりや性能の劣化は起こらず、安定した操業が可能である。さらに重金属も吸収液に溶解しているので、不溶化して埋立処理するにしても、抽出して有効利用するにしても取り扱いが容易となる。
【００１９】
本発明は以上述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は灰溶融炉でアルカリ塩の電気分解を積極的に行って、排ガス中にアルカリ塩の電気分解により発生する可溶性成分を含有させ、その排ガスを湿式で処理するようにしたので、
（１）排ガスを乾式で処理する場合に比べて、目詰まりなどのトラブルが起きない。
【００２１】
（２）アルカリ塩を積極的に電気分解するので、炉内には溶融塩層が存在せず、炉壁の煉互の材質は特殊で高価なものを使用しなくてもよく、安価になる。
（３）排ガス中に含まれる重金属のガスは処理水に溶解するので、不溶化して埋立処理するにしても、抽出して再資源化するにしても、取り扱いが容易となる。
【００２２】
などの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の灰溶融炉の排ガス処理装置の全体フローシートである。
【図２】従来の灰溶融炉および排ガス処理装置のフローシートである。
【符号の説明】
１灰溶融炉
１ａ陰極
１ｂ陽極
２排ガス
３ガス吸収塔
４ミストセパレータ
５ＣＯ燃焼器

Claims

炉底に設けた陰極と、炉蓋を貫通して挿入した陽極との間で通電し、電気抵抗熱により灰を溶融する灰溶融炉から発生する排ガスを導いて、吸収液にダストおよび可溶性成分を吸収させるガス吸収塔と、ガス吸収塔からの排ガスをミストセパレータを介して導き排ガス中のＣＯガスを燃焼させるＣＯ燃焼器とを有することを特徴とする灰溶融炉の排ガス処理装置。