JP3595485B2 - 溶融炉の排ガス処理装置および排ガス処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマアーク式溶融炉の排ガス処理装置および処理方法に関し、さらに詳しくは、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰及び事業用火力発電プラント等の燃焼炉から排出される焼却灰を溶融するプラズマアーク式溶融炉の排ガス処理装置および処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰（粉体無機物）は、その資源化、減容化及び無害化を図るために、例えば、図８に示すようなプラズマアーク式溶融炉３１によって溶融され、スラグとして取り出される一方、排ガスが排出される。
すなわち、このような溶融炉３１を使用して炉本体内で焼却灰を溶融するには、ごみ焼却炉から排出された焼却灰を乾式灰出装置よりスクリーン、磁選器、焼却灰サイロ、計量器及び灰供給コンベヤ等の前処理系を経て、灰供給ホッパー３２から炉本体内に投入し、投入された焼却灰を高温プラズマ４０で溶融する。この際、上記焼却炉から排出される焼却灰には、同様に焼却炉から排出される飛灰を、飛灰サイロや計量器を経て混合し、灰供給コンベアから供給する。
【０００３】
溶融炉３１内で発生した溶融スラグ４１は、出滓口４３から出滓樋４４を通って乾式出滓装置に排出され、スラグコンベヤを介してスラグ排出系に導かれ、種々の利用に供される。炉本体３１の上下部には、直流電源装置３３に接続されるプラズマ電極の主電極３８及び電極が配設され、炉本体の上部には窒素ガス発生装置から窒素ガスが送給されるようになっている。また、プラズマアーク式溶融炉３１の炉本体は、図８に示す如く、耐火物３６とその外側を覆う水冷ジャケット（冷却構造）３５の鉄皮とによって構成されている。なお、通常、ごみ焼却炉はバグフィルタを介して煙突に連通されている。
【０００４】
一方、溶融炉本体３１内で発生した排ガスは出滓口カバー４６を経て、バグフィルタ、湿式洗煙塔および煙突等からなる排ガス処理系に導かれようになっている。灰溶融炉から二次燃焼室、冷却部を経て排出される排ガスの流れを示せば、図７のようになる。そして、排ガス処理装置４６には燃焼空気ファンより空気が送給され、バグフィルタは溶融飛灰処理装置等に接続されている。
このような排ガスは、有害物質（ダイオキシン等）の低減や再合成回避の観点から、排ガス処理装置にて、通常８００℃以上、２秒以上の高温処理を行った後に、急速に冷却して排出することが望ましい。
【０００５】
従来、出滓口カバー４６にて、二次燃焼工程および冷却工程を同室内の一部重複する箇所で行っていたため、二次燃焼工程が冷却工程の冷却空気によって阻害される等の非効率な側面を有していた。このため、例えば二次燃焼工程における温度が十分に上昇せず、有害物質の分解・除去等を確実に行うことが困難な場合もあった。
そこで、近年では、図６に示すように、二次燃焼室３および冷却室５が分割された設備も用いられている。このような設備では、二次燃焼室３にて排ガスを高温で滞留後、ライニングダクトを通って冷却室５に排ガスを導き、冷却剤管６から放出される冷却水又は冷却ガス等により、２００℃以下にまで温度を低下させる。
【０００６】
しかしながら、プラズマ溶融炉１からの排ガスには、重金属化合物を多量に含有する溶融飛灰が含まれており、これらの重金属化合物が凝固付着することでダクト４が閉塞してしまい、連続して運転できなくなるという問題点があった。
また、二次燃焼室３で発生するダストが、スラグコンベア２内に落下してスラグピットに導入されて、スラグの品質を低下させてしまう問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記問題点に鑑み、冷却剤による二次燃焼の阻害が低レベルに抑制され、二次燃焼工程において安定して高温処理が可能であると同時に、ダクトの閉塞等の運転阻害の問題が生じず、また、得られるスラグの品質を維持することも容易な溶融炉からの排ガス処理方法を開発すべく、鋭意検討した。
その結果、本発明者らは、二次燃焼工程を行う二次燃焼ゾーンと、冷却工程を行う冷却ゾーンと、を平行ダクトを介さずに分割すること、あるいは、ダクトの閉塞解除手段を設けること等によって、上記問題点が解決されることを見い出した。本発明は、かかる見地より完成されたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、プラズマアーク式溶融炉の後段に設けられる排ガス処理装置であって、冷却剤管からの冷却剤導入口の前段（排ガスの流れ方向に対して前流側）に狭幅部を設けることによって二次燃焼室と冷却室とに分割されており、該分割部分を含めて、二次燃焼室入口から冷却室出口に至る排ガス流路が下部から上部へ略垂直方向になるように配置されていることを特徴とする溶融炉の排ガス処理装置を提供するものである。このような構成にすることにより、ダストが閉塞して運転停止を起こしやすい、地上と平行に延びる配管（平行ダクト）を廃することができる。ここで、前記二次燃焼室と冷却室とは、それぞれの排ガス流路の中心部を偏芯させて配置することが好適であり、このような態様によれば、二次燃焼工程と冷却工程とがそれぞれ確実に実施可能となり、ダイオキシン等の有害物の低減・除去が確実に行える。
【０００９】
また、本発明は、プラズマアーク式溶融炉の後段に設けられる排ガス処理装置であって、ライニングダクトを介して二次燃焼室と冷却室とに分割されており、該ライニングダクトにダスト除去装置が配置されていることを特徴とする溶融炉の排ガス処理装置を提供するものである。ダスト除去装置としては、例えば加熱バーナ、開口部材、スートブロアなどが好ましい。開口部材としては軸の先端にカッター状の刃を配したものなどが挙げられ、軸を空冷することや、出口に窒素ガスパージ、スライドゲートを設けることが好適である。
さらに、本発明は、プラズマアーク式溶融炉の後段に設けられる排ガス処理装置であって、排ガス導入部に二次燃焼室が設けられており、溶融炉後段に設けられるスラグ排出系のスラグコンベア入口とは異なる軸を中心に該二次燃焼室入口が配置され、二次燃焼室から垂直方向に落下するダストを排出するダスト排出コンベアが設置されていることを特徴とする溶融炉の排ガス処理装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、プラズマアーク式溶融炉の後流における排ガス処理方法であって、二次燃焼室と冷却室とに分割された排ガス処理装置に溶融炉からの排ガスを導入し、該二次燃焼室にて８００℃以上で２秒以上滞留させるとともに、冷却剤によって急冷し、該冷却室にて１５０〜２５０℃にしてから排出することを特徴とする排ガス処理方法をも提供するものである。ここで、排ガス処理装置としては上述したように、冷却剤管からの冷却剤導入口の前段に狭幅部を設けることによって二次燃焼室と冷却室とに分割されており、該分割部分を含めて、二次燃焼室入口から冷却室出口に至る排ガス流路が下部から上部への略垂直方向になるように配置されている装置、前記二次燃焼室と冷却室とが、それぞれの排ガス流路の中心部を偏芯させて配置されている装置、あるいは、前記二次燃焼室と冷却室とがライニングダクトを介して分割されており、該ライニングダクトにダスト除去装置が配置されている装置、などを用いることができる。
【００１１】
本発明の排ガス処理装置によれば、二次燃焼が冷却剤によって阻害されることを低いレベルにまで抑制して、二次燃焼工程において安定して高温処理が可能であるため、排ガスからの有害物質の低減・除去あるいは再合成回避が効果的に行われる。また、ダクトの閉塞等の運転阻害の問題が生じず、溶融炉と共に連続して運転することができる。さらに、得られるスラグに落下ダストが混入しないので、スラグの品質を維持することが容易である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１〜図５は、プラズマアーク式溶融炉の後段に設けられる排ガス処理装置であって、本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置を示す図である。
図１に示す実施の形態は、冷却剤管６からの冷却剤導入口の前段（排ガス流れに対して前流側）に狭幅部８を設けることによって、二次燃焼室３と冷却室５とに分割されている。この分割部分（狭幅部８）を含めて、下方の二次燃焼室３入口から上方の冷却室５出口に至る排ガス流路は、下部から上部への略垂直方向になるように配置されている。つまり、水平方向の流れを起こすような配管はされていない。また、狭幅部８は、通過するガスの流速が１０ｍ／ｓ以下になるような断面積とすることが望ましい。
二次燃焼室９と冷却室８とを分割するための狭幅の部分も設けられていない。
図１のような構成にすることにより、ダストが閉塞して運転停止を起こしやすい、地上と平行に延びる配管（図６のライニングダクト４）を設ける必要がなくなり、連続的に運転が可能となる。
【００１３】
また、図２に示すような実施の形態では、二次燃焼室９と冷却室８とは、それぞれの排ガス流路の中心部を偏芯させて配置する。中心部の偏心の程度は適宜定められるが、例えば、二次燃焼室３の垂直方向の中心が冷却室５の外壁付近もしくは外壁の外側になるように配置する態様が考えられる。このような配置によれば、管６からの冷却剤の流れ込みによる燃焼工程の温度低下の問題が有効に防止され、二次燃焼工程と冷却工程とがそれぞれ確実に実施可能となり、ダイオキシン等の有害物の低減・除去が確実に行える。
【００１４】
図３に示す実施の形態は、ライニングダクト４を介して二次燃焼室３と冷却室５とに分割されている。そして、ライニングダクト４にはダスト除去装置が配置されている。ダスト除去装置としては、例えば加熱バーナ１０、開口部材１１、スートブロアなどが好ましく挙げられる。
開口部材１１としては、軸の先端にカッター状の刃を配したものなどが用いられ、１つ又は２以上配置することができる。２以上配置させる場合には、交互に開口作業を行うことにより、常にダクト部分の開口を維持することができる。また、開口部材については、その軸を二重構造にして内側から空冷するもの、あるいは、部材の出口に窒素ガスパージを行う態様や、スライドゲートを設ける態様などが好適である。
図３のような形態を用いることにより、従来の装置で問題とされていた平行ダクト（ライニングダクト４）中におけるダストの閉塞を防止することが可能となる。これによって、溶融炉の連続運転に合わせて、排ガス処理を連続的に行うことができる。
【００１５】
図４に示す実施の形態は、溶融炉１後段の上方に設けられる排ガス導入部には、二次燃焼室３が設置されている。一方、溶融炉１後段の下方には、スラグ排出系のスラグコンベアが設置されている。そして、二次燃焼室３入口が、スラグコンベア２に至る排出系入口とは異なる軸を中心に配置されている。また、二次燃焼室３から垂直方向に落下するダストは、二次燃焼室３入口の下方に設置されたダスト排出コンベア７に落ちる。よって、スラグコンベア２に落下してスラグに混入されてしまうダストは著しく減少する。
ここで、ダスト排出コンベア７の入口部１２には、ダブルフラップダンパやロータリーバルブ等を設置するのがよい。また、ダスト排出コンベア７には、スクレーパコンベア、チェーンコンベア、スクリューコンベア等が用いられる。
図４の形態の装置を用いることにより、二次燃焼室３で発生するダストが、スラグコンベア２内に落下してスラグピットに導入されてしまうことを回避でき、スラグの品質を安定して維持することができる。
【００１６】
図５に示す実施の形態は、排ガス導入部の二次燃焼室３と冷却室５とに分割されており、溶融炉１後段に設けられるスラグ排出系のスラグコンベア入口とは異なる軸を中心に二次燃焼室３入口が配置されている。さらに、二次燃焼室３から垂直方向に落下するダストを排出するダスト排出コンベア７が、その後段で冷却室下部と接続されて冷却室５からのダストも同時に排出する。つまり、二次燃焼室３下部のダスト排出コンベアと、冷却室５下部のダスト排出コンベアとを、同一にすることによって、システムの一層の効率化を達成するものである。
【００１７】
本発明の実施の形態においては、二次燃焼室の入口に排ガス加熱用のバーナを備えるとともに、二次燃焼室入口から冷却室出口まで（二次燃焼室入口、二次燃焼室出口、冷却室入口、冷却室出口など）のいずれかの箇所に温度検知器を設置して運転制御することもできる。
【００１８】
一方、プラズマアーク式溶融炉の後流における本発明の排ガス処理方法では、二次燃焼室と冷却室とに分割された排ガス処理装置に、溶融炉からの排ガスを導入し、二次燃焼室にて８００℃以上で２秒以上滞留させる。次いで、冷却剤によって急冷し、冷却室にて１５０〜２５０℃にしてから排出する。
このような排ガス処理方法に用いられる排ガス処理装置としては、冷却剤管からの冷却剤導入口の前段に狭幅部を設けることによって二次燃焼室と冷却室とに分割されており、分割部分を含めて、二次燃焼室入口から冷却室出口に至る排ガス流路が下部から上部への略垂直方向になるように配置されている装置、二次燃焼室と冷却室とがそれぞれの排ガス流路の中心部を偏芯させて配置されている装置、あるいは、二次燃焼室と冷却室とがライニングダクトを介して分割されており、ライニングダクトにダスト除去装置が配置されている装置、などを用いることができる。
【００１９】
なお、本発明に係る排ガス処理装置の前段に設けられるプラズマアーク式溶融炉３１は、図８に示す如く、有底円筒状に形成された炉本体３１を有しており、該炉本体の下部側面には、溶融されたスラグ及び排ガスを抜き出す出滓口４３が設けられている。また、炉本体３１の上部には、直流電源装置に接続されるプラズマ電極の主電極３８が内部に垂下して配設されていると共に、主電極３８には窒素ガス発生装置から窒素ガスが送給されるように構成されており、投入された廃棄物の焼却灰を高温プラズマで加熱して溶融するようになっている。
この溶融スラグ４１は、出滓口４３から出滓樋４４を通って排出され、コンベアに落下してスラグ排出系にて回収される一方、炉本体内で発生した排ガスは、同じく出滓口４３から抜き出され、排ガス処理装置４６、排ガスダクト等を経て排ガス処理系に導かれる。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び変更を加え得るものである。
【００２１】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の排ガス処理装置によれば、二次燃焼が冷却剤によって阻害されることを最小限に防止し、二次燃焼工程において安定して高温処理が可能であるため、排ガスからの有害物質の低減・除去あるいは再合成回避が効果的に行われる。また、ダクトの閉塞等の運転阻害の問題が生じず、溶融炉と共に連続して運転することができる。さらに、得られるスラグに落下ダストが混入しないので、スラグの品質を維持することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の一例を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の他の一例を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の他の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の他の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る排ガス処理装置の他の一例を示した図である。
【図６】従来の排ガス処理装置の一例を示した図である。
【図７】溶融炉から後流の排ガスの流れの一例を表したフロー図である。
【図８】プラズマアーク式溶融炉およびそれに付随するシステムの概略を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 溶融炉
２ スラグコンベア
３ 二次燃焼室
４ ライニングダクト
５ 冷却室
６ 冷却剤管
７ ダスト排出コンベア
８ 狭幅部
１０ バーナ
１１ 開口部材
１２ ダブルフラップダンパ
１３ 出滓口カバー
３１ 溶融炉
３２ 灰ホッパ
３３ 電源
３４ 灰投入口
３５ 冷却構造
３６ 耐火物
３７ スリーブ
３８ 主電極
４０ プラズマアーク
４１ 溶融スラグ
４２ 溶融メタル
４３ 出滓口
４４ 出滓樋
４５ 出滓口クリーナ
４６ 出滓口カバー

Claims (4)

1. プラズマアーク式溶融炉の後段に設けられる排ガス処理装置であって、溶融炉の後段の上方に設けられる排ガス導入部に二次燃焼室が設けられており、溶融炉後段の下方に出滓口から出滓樋を介して設けられるスラグ排出系のスラグコンベア入口とは異なる軸を中心に該二次燃焼室入口が配置され、二次燃焼室から垂直方向に落下するダストを排出するダスト排出コンベアが設置されるとともに、該スラグコンベア入口に隣接して該ダスト排出コンベアの入口部が設けられ、かつ、該ダスト排出コンベアの入口部にはダブルフラップダンパ若しくはロータリーバルブが設置されていることを特徴とする溶融炉の排ガス処理装置。
2. 前記二次燃焼室の入口に排ガス加熱用のバーナを備えるとともに、二次燃焼室入口から冷却室出口までのいずれかの箇所に温度検知器が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融炉の排ガス処理装置。
3. プラズマアーク式溶融炉の後段に設けられる排ガス処理装置であって、溶融炉の後段の上方に設けられる排ガス導入部の二次燃焼室と冷却室とに分割されており、溶融炉後段の下方に出滓口から出滓樋を介して設けられるスラグ排出系のスラグコンベア入口とは異なる軸を中心に該二次燃焼室入口が配置され、かつ、該二次燃焼室から垂直方向に落下するダストを排出するダスト排出コンベアが、その後段で冷却室下部と接続されて冷却室からのダストを排出するとともに、該スラグコンベア入口に隣接して該ダスト排出コンベアの入口部が設けられ、その入口部にはダブルフラップダンパ若しくはロータリーバルブが設置されていることを特徴とする溶融炉の排ガス処理装置。
4. 前記二次燃焼室と冷却室とがライニングダクトを介して分割されており、該ライニングダクトにダスト除去装置が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の溶融炉の排ガス処理装置。

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