JP4649256B2 - 焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉 - Google Patents
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- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
本発明は、都市ごみ焼却灰や焼却飛灰等（以下焼却灰と総称する）を経済的に効率よくより安全性の高い有価物に変換すると共に、焼却灰から発生した水素の回収利用を可能とした焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉に関するものである。
都市ごみ焼却炉等から排出される焼却灰中には、土壌汚染対策法等に示されている特定有害物質が多量に含有されており、特に鉛は、その溶出量及び含有量基準値を上回ることが多い。そのため、焼却灰をそのまま建築用資材等としてリサイクルすることは困難で、焼却灰の大部分は埋立により処分されて来た。
しかし、埋立処分場の確保が困難になって来たこと及び資源循環型社会の構築が要請されていること等の理由から、近年各方面で焼却灰を改質処理してこれを資源化し、その有効利用を図ることが行われている。
しかし、埋立処分場の確保が困難になって来たこと及び資源循環型社会の構築が要請されていること等の理由から、近年各方面で焼却灰を改質処理してこれを資源化し、その有効利用を図ることが行われている。
ところで、上記焼却灰の改質処理方法としては、イ．焼却灰を溶融又は焼成処理する方式、ロ．焼却灰をエージング処理する方式、ハ．焼却灰を水熱処理する方式等が多く利用されている。
しかし、上記イ．の焼却灰の溶融によるスラグ化や焼成によるエコセメント化の処理は、多くのエネルギー消費を伴うと共に高度な運転技術を必要とすると云う問題がある。
しかし、上記イ．の焼却灰の溶融によるスラグ化や焼成によるエコセメント化の処理は、多くのエネルギー消費を伴うと共に高度な運転技術を必要とすると云う問題がある。
これに対して、上記ロ．の方式は、焼却灰にＣＯ２を含有するガスを接触させ、焼却灰中のアルカリ成分を中和すると共に灰中の鉛を水に難溶性の炭酸鉛等にするものであり、土壌汚染対策法に規定されている所謂鉛溶出量基準を充足することができると云う特徴を有している。（特開２００２−０１８３９２号等）。
また、上記ハ．の方式は、１００℃〜３００℃の飽和水蒸気の下で焼却灰を養生することにより、アルミノケイ酸カルシウム水和物（例えばトバモライト）を合成し、その構造内に鉛を封じ込めることにより鉛の溶出量を低減させるものであり、前記ロ．の方式の場合と同様の特徴を有している（特許第３２６３０４５号等）。
しかし、上記ロ．及びハ．の方式は、前述の通り鉛の溶出量についての基準は充足することができるものの、炭酸塩やアルミノケイ酸カルシウム水和物は１規定濃度の塩酸に対して可溶であるため、塩酸抽出により計量される鉛含有量は減少せず、土壌汚染対策法に規定される塩酸抽出量基準を充足することができないと云う難点がある。その結果、上記ロ．及びハ．の方式により改質処理された焼却灰は、土木建築用資材としてリサイクル利用することが出来ないと云う問題がある。
また、上記ハ．の方式は、１００℃〜３００℃の飽和水蒸気の下で焼却灰を養生することにより、アルミノケイ酸カルシウム水和物（例えばトバモライト）を合成し、その構造内に鉛を封じ込めることにより鉛の溶出量を低減させるものであり、前記ロ．の方式の場合と同様の特徴を有している（特許第３２６３０４５号等）。
しかし、上記ロ．及びハ．の方式は、前述の通り鉛の溶出量についての基準は充足することができるものの、炭酸塩やアルミノケイ酸カルシウム水和物は１規定濃度の塩酸に対して可溶であるため、塩酸抽出により計量される鉛含有量は減少せず、土壌汚染対策法に規定される塩酸抽出量基準を充足することができないと云う難点がある。その結果、上記ロ．及びハ．の方式により改質処理された焼却灰は、土木建築用資材としてリサイクル利用することが出来ないと云う問題がある。
一方、都市ごみ焼却炉の焼却灰等には、水素の発生と云う特有の問題が付随的に発生する。即ち、都市ごみ焼却炉等で発生する焼却灰や灰溶融処理により生成されたスラグは、アルカリ性水溶液と接触することにより水素を発生する（特開２０００−２２０８１６号、特開平１１−１４１８４９号、特開平４−２６５１８８号等）。具体的には、通常の焼却灰の改質処理においては、焼却灰１トンから、７５ＶＯｌ％の水素を含むガスが約２３ｍ３ Ｎ程度発生することが確認されている。
これ等の発生水素は、最終的には灰ピットや灰シュート内に充満することになり、金属類同士の接触により生ずる火花や静電気等により、引火、爆発を起こすと云う問題がある。
本発明は、従前の焼却灰を資源として有効利用するための各種処理方式（以下、焼却灰の改質処理と呼ぶ）における上述の如き問題、即ちａ．エネルギー消費量が多大であり、高い運転技術を必要とすること、ｂ．構造内に封じ込めした鉛が塩酸等により溶出することになり、土木建築用資材としてのリサイクルが困難なこと、及びｃ．アルカリ性水溶液との接触により水素が発生し、ガス爆発等の危険があること等の問題を解決せんとするものであり、焼却灰をより少ない消費エネルギーでもって効率的に１規定濃度の塩酸に難溶な物質に改質すると共に、改質処理により発生した水素を回収することにより、焼却灰の土建用資材としての再利用と水素の分離回収とを可能とした焼却灰の改質装置を備えたごみ焼却炉を提供することを発明の主たる目的とするものである。
請求項１の発明は、廃熱ボイラと排ガス浄化装置とを備えたごみ焼却炉と、当該ごみ焼却炉からの燃焼排ガスを高酸素濃度ガスと高CO 2 濃度ガスとに分離する酸素分離装置と、前記ごみ焼却炉からの焼却灰と水分と前記酸素分離装置からの高CO 2 濃度ガスとを受け入れてこれ等を一定時間加熱状態下で撹拌混合する焼却灰改質装置と、当該焼却灰改質装置の内部で発生したガスから水素を分離する水素分離装置とから成り、焼却灰を酸に難溶な物質に改質することにより、焼却灰内の鉛等重金属類の外部への溶出を抑制する構成としたことを特徴とするものである。
請求項２の発明は、廃熱ボイラと排ガス浄化装置とを備えたごみ焼却炉と、当該ごみ焼却炉からの焼却灰にけい素とアルミニウムの何れか一方又は両方を加え、焼却灰内のけい素とアルミニウムの含有比を所定値に調整する灰質調整装置と、当該灰質調整装置からの灰質調整をした焼却灰と水分と前記ごみ焼却炉からの燃焼排ガスとを受け入れてこれ等を一定時間加熱状態下で撹拌混合する焼却灰改質装置と、当該焼却灰改質装置の内部で発生したガスから水素を分離する水素分離装置とから成り、焼却灰を酸に難溶な物質に改質することにより焼却灰内の鉛等重金属類の外部への溶出を抑制する構成としたことを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、水分として、廃熱ボイラから水蒸気を供給するようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、燃焼排ガスを、排ガス浄化装置の出口側から引き抜きした燃焼排ガスとするようにしたものである。
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、ごみ焼却炉をストーカ式ごみ焼却炉としたものである。
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、ごみ焼却灰を焼却灰選別装置により選別し、鉄片及び大型固形物を除いたごみ焼却灰を焼却灰改質装置へ供給するようにしたものである。
請求項７の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、焼却灰改質装置で混合物を５０℃〜６００℃の温度下で一定時間攪拌混合するようにしたものである。
請求項８の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、混合物を５０℃〜６００℃の温度下で３０分〜１０時間攪拌混合するようにしたものである。
請求項９の発明は、請求項１の発明に於いて、酸素分離装置で生じた高酸素濃度ガスをごみ焼却炉の二次燃焼空気内へ供給するようにしたものである。
請求項１0の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、焼却灰改質装置へ酸性薬剤或いはアルカリ性薬剤を供給し、改質処理をする焼却灰のＰＨを調整するようにしたものである。
本願発明においては、焼却灰に水分とＣＯ２ と熱を加えて焼却灰改質装置内で撹拌混合することにより、アルミノケイ酸カルシウム水和物等をアルミノケイ酸水和物等の酸に難溶性の鉱物質の物質、例えば鉱物性のものでアルミナとシリカから成る物質に変換し、その内部に鉛等の有害物質を封じ込めると共に、改質装置内で発生した発生ガスから水素を分離して回収する構成としている。その結果、従前の焼却灰の改質処理方式により改質した改質灰のように、酸に溶解されて内部の鉛等の重金属が外部へ溶出するようなことが殆どなくなり、焼却灰を土木建築用資材としてリサイクルすることができると共に、回収した水素を燃焼等に活用することができる。
また、灰の改質処理にごみ焼却炉の排熱や排ガスを利用するため、エネルギー消費が少なくなり、その結果処理費用の大幅な引下げが可能となる。
更に、ごみ焼却炉からの焼却灰を焼却灰改質装置へ受け入れするため、焼却灰の保有熱を有効に利用することができ、改質反応のみならず、焼却灰からの水素の発生も一層促進されることになる。
加えて、ごみ焼却炉と灰改質装置と酸素分離装置とを組み合せ使用する場合には、短時間で焼却灰の改質処理を効率よく行うことができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る焼却灰の改質装置を備えたごみ焼却炉の断面概要図であり、図２は、第２実施形態に係る焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉の断面概要図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る焼却灰の改質装置を備えたごみ焼却炉の断面概要図であり、図２は、第２実施形態に係る焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉の断面概要図である。
図１及び図２において、１はごみ焼却炉、２は焼却灰改質装置、３は水素分離装置、４は水素タンク、５は焼却灰選別装置、６は酸素分離装置であり、焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉は前記ごみ焼却炉１、焼却灰改質装置２、水素分離装置３等を有機的に連結することにより構成されている。
前記ごみ焼却炉１には主としてストーカ式ごみ焼却炉や流動層式ごみ焼却炉が用いられており、本実施形態においては公知のストーカ式ごみ焼却炉がごみ焼却炉１として使用されている。尚、ごみ焼却１としては、如何なる形式のものであってもよいことは勿論である。
即ち、図１及び図２において、Ａ１ は１次空気、Ａ２ は２次空気、Ｇは燃焼排ガス、Ｗはごみ、Ｓは水蒸気、ＧＯは排ガス、Ｇ１は燃焼ガス、Ｄは１次燃焼室と２次燃焼室との中間部分、７は焼却灰、８はＣＯ２又はＣＯ２含有ガス（燃焼排ガス）、９は改質物質（改質灰）、１０は鉄片等、１１はＮ２又はＣｏ２、１２は水素、１３は水素負荷、１４はごみ投入ホッパ、１５はごみ供給装置、１６は乾燥ストーカ、１７は燃焼ストーカ、１８は後燃焼ストーカ、１９は炉本体、２０は１次燃焼室、２１は２次燃焼室、２２は灰出口、２４は水分蒸気供給ライン、２４ａはバルブ、２５ａは１次空気供給ライン、２５ｂは２次空気供給ライン、２６は廃熱ボイラ、２７は排ガス浄化装置、２８は排ガス供給ライン、２８ａは排ガス送風機、２８ｂはダンパ、２９は誘引通風機、３０は煙突、３１は燃焼ガス吸引口、３２は送風機、３３は燃焼ガス供給ライン、３３ａはダンパ、３４は排出ガス搬送ラインである。
即ち、図１及び図２において、Ａ１ は１次空気、Ａ２ は２次空気、Ｇは燃焼排ガス、Ｗはごみ、Ｓは水蒸気、ＧＯは排ガス、Ｇ１は燃焼ガス、Ｄは１次燃焼室と２次燃焼室との中間部分、７は焼却灰、８はＣＯ２又はＣＯ２含有ガス（燃焼排ガス）、９は改質物質（改質灰）、１０は鉄片等、１１はＮ２又はＣｏ２、１２は水素、１３は水素負荷、１４はごみ投入ホッパ、１５はごみ供給装置、１６は乾燥ストーカ、１７は燃焼ストーカ、１８は後燃焼ストーカ、１９は炉本体、２０は１次燃焼室、２１は２次燃焼室、２２は灰出口、２４は水分蒸気供給ライン、２４ａはバルブ、２５ａは１次空気供給ライン、２５ｂは２次空気供給ライン、２６は廃熱ボイラ、２７は排ガス浄化装置、２８は排ガス供給ライン、２８ａは排ガス送風機、２８ｂはダンパ、２９は誘引通風機、３０は煙突、３１は燃焼ガス吸引口、３２は送風機、３３は燃焼ガス供給ライン、３３ａはダンパ、３４は排出ガス搬送ラインである。
尚、ストーカ式ごみ焼却炉そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略するが、本実施形態のごみ焼却炉１においては、後燃焼ストーカ１８上方の炉本体１９に燃焼ガス吸引口３１を設け、当該吸引口３１を介して吸引した後燃焼ストーカ１８の上方空間部の燃焼ガスＧ１を、送風機３２により燃焼ガス供給ライン３３を通して１次燃焼室２２と２次燃焼室２１との中間部（厳密には、２次燃焼空気Ａ２の供給位置より上流側の燃焼室内）Ｄへ供給するように構成されている。
そして、上記燃焼ガスＧ１ が中間部分Ｄへ供給されることにより、当該中間１９部分Ｄが所謂還元領域となり、その結果、当該還元領域を通過する燃焼排ガス内の窒素酸化物やダイオキシン類及びその前駆体物質の生成が抑制されると共に、燃焼排ガスの撹拌混合が促進され、未燃物の完全な燃焼が可能となる。
そして、上記燃焼ガスＧ１ が中間部分Ｄへ供給されることにより、当該中間１９部分Ｄが所謂還元領域となり、その結果、当該還元領域を通過する燃焼排ガス内の窒素酸化物やダイオキシン類及びその前駆体物質の生成が抑制されると共に、燃焼排ガスの撹拌混合が促進され、未燃物の完全な燃焼が可能となる。
前記焼却灰改質装置２は、ロータリキルン、流動層反応器等の焼却灰７を一定時間撹拌・混合し乍ら加熱するものである。尚、当該焼却灰改質装置２は、焼却灰７を一定時間撹拌・混合及び加熱できる構造のものであれば如何なる構造の装置であってもよい。
また、当該焼却灰改質装置２へは、廃熱ボイラ２６から水分供給ライン２４を通して所定量の蒸気（水分蒸気）Ｓが水分供給源として供給されると共に、排ガス浄化装置２７の出口側より引き抜いた排ガスＧｏがＣＯ２の供給源として供給される。
更に、図示されていないが、焼却灰改質装置２の本体へは、内部の被処理物（焼却灰７）を５０℃〜６００℃（好ましくは１００℃〜４００℃）に保持するのに必要な熱が加えられており、通常はごみ焼却炉からの排ガスの熱や加熱ガス発生炉（図示省略）により別途に発生した燃焼ガスの熱等が多く利用される。
また、当該焼却灰改質装置２へは、廃熱ボイラ２６から水分供給ライン２４を通して所定量の蒸気（水分蒸気）Ｓが水分供給源として供給されると共に、排ガス浄化装置２７の出口側より引き抜いた排ガスＧｏがＣＯ２の供給源として供給される。
更に、図示されていないが、焼却灰改質装置２の本体へは、内部の被処理物（焼却灰７）を５０℃〜６００℃（好ましくは１００℃〜４００℃）に保持するのに必要な熱が加えられており、通常はごみ焼却炉からの排ガスの熱や加熱ガス発生炉（図示省略）により別途に発生した燃焼ガスの熱等が多く利用される。
前記焼却灰改質装置２へは、後述する如く焼却灰選別装置５により予め鉄片や大型固形物１０を除いた焼却灰７が被処理物として供給される。
また、焼却灰改質装置２の運転上の安全性を高めるために、Ｎ２やＣＯ２等の不活性ガス１１が適宜に供給される。何故なら、焼却灰改質装置２の内部における発生水素ガス濃度が爆発限界濃度（４〜７５％）に達するのを防止する必要があるからである。
また、焼却灰改質装置２の運転上の安全性を高めるために、Ｎ２やＣＯ２等の不活性ガス１１が適宜に供給される。何故なら、焼却灰改質装置２の内部における発生水素ガス濃度が爆発限界濃度（４〜７５％）に達するのを防止する必要があるからである。
前記水素分離装置３は公知の装置であり、焼却灰改質装置２の内部より引き抜いた発生ガスから水素を分離し、分離した水素１２を水素タンク４へ貯留すると共に、水素以外の分離ガスを排ガスラインへ排出する。
前記焼却灰改質装置２内へ焼却灰７を投入し、これに廃熱ボイラ２６からの蒸気（又はは水蒸気）Ｓと排ガス（ＣＯ２又はＣＯ２ 含有ガス）Ｇｏを加え、これ等を撹拌混合し乍ら一定時間（約０．１〜１０時間）１５０〜６００℃、好ましくは１００℃〜４００℃の温度下に保持することにより、焼却灰改質装置２内では、例えば下記の如き反応が起生する。
４ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ（エピドート）＋４ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ→３（Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ・２Ｈ２Ｏ（カオリナイト）＋４ＣａＣＯ３
４ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ（エピドート）＋４ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ→３（Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ・２Ｈ２Ｏ（カオリナイト）＋４ＣａＣＯ３
即ち、焼却灰７内にはＡｌやＳｉ、ＣａＯやＣａＣＯ３等が多量残留している。これらが加熱下で水分と反応することにより、従前の水熱反応処理の場合と同様にアルミノケイ酸カルシウム水和物（例えばエピドート）が形成される。
また、焼却灰改質装置２内へは排ガスＧｏ内のＣＯ２が供給されているため、ＣＯ２ とＨ２ Ｏとが前記ケイ酸カルシウム水和物と反応することにより、ケイ酸カルシウム水和物（エピドート）からカルシウム成分が除去されて、アルミノケイ酸水和物（雲母、スメクタイト、カオリナイト等）が形成される。
また、焼却灰改質装置２内へは排ガスＧｏ内のＣＯ２が供給されているため、ＣＯ２ とＨ２ Ｏとが前記ケイ酸カルシウム水和物と反応することにより、ケイ酸カルシウム水和物（エピドート）からカルシウム成分が除去されて、アルミノケイ酸水和物（雲母、スメクタイト、カオリナイト等）が形成される。
この形成されたアルミノケイ酸水和物（雲母、スメクタイト、カオリナイト等）は、所謂鉱物性の物性を有する物質であり、塩酸に難溶性の物質である。その結果、その網目構造内に取り込まれた鉛は、規定濃度の塩酸溶液でも抽出されなくなり、環境省告示第１９号に規定されている検査方法により測定された鉛含有量は、大幅に低減する。即ち、本発明により改質した改質灰９は、土木・建築用資材として安全にリサイクルすることができる。
また、改質処理を行うことにより、焼却灰改質装置２内では焼却灰７内のＡｌやＺｎ等とアルカリ性水溶液との接触により水素１２が発生する。この発生した水素１２は、水素タンクに回収される。尚、焼却灰改質装置２内にはＣＯ２が充満しているため、焼却灰改質装置２内のＨ２濃度は約５％以下の爆発限界以下の濃度に保持されえおり、その結果、水素爆発が起生する虞れは皆無である。
前記、焼却灰７の加熱温度は５０℃以上を必要とする。５０℃以下になると、上記水和反応及び水和物の鉱物化反応が効率的に進行しないからである。
また、加熱温度が高温になるほど反応効率は向上するが、反応効率の上昇の飽和や熱消費量を考慮すると、３００℃〜４００℃位までの温度上昇で十分である。
また、加熱温度が高温になるほど反応効率は向上するが、反応効率の上昇の飽和や熱消費量を考慮すると、３００℃〜４００℃位までの温度上昇で十分である。
前記図１の実施形態では、焼却灰７を改質装置５内でバッチ方式により改質処理するようにしているが、焼却灰７の供給及び改質物質９の取出しを連続的に行うようにしてもよいことは勿論である。
また、前記図１の実施形態では、選別装置５により焼却灰７の破砕や含有する鉄分の除去を行ったあと、これを焼却灰改質装置２内へ供給するようにしているが、選別装置５を除いて、ごみ焼却炉からの焼却灰７をそのまま焼却灰改質装置２内へ供給するようにしてもよい。
更に、前記図１の実施形態では、焼却灰改質装置２内で焼却灰７と水蒸気Ｓと排ガス（ＣＯ２）Ｇｏとの混合を同時に行う構成としているが、別装置により予め焼却灰７と水蒸気Ｓとを加熱混合したあと、当該混合物と排ガス（ＣＯ２）Ｇｏとを別装置により加熱混合する分離混合方式とすることも可能である。
図２は、本発明の第２実施形態を示すものである。当該第２実施形態では、酸素分離装置６を用い、排ガス浄化装置２７の出口側から引き抜いた低温排ガス（１５０〜２００℃、ＣＯ２５〜１５％）ＧｏからＣＯ２を分離すると共に、分離した高ＣＯ２濃度ガスを燃焼灰改質装置２へ、また高酸素濃度ガスを２次燃焼空気Ａ２内へ混合する構成としている。尚、前記酸素分離装置６の使用を除くその他の構成は、第１実施形態の場合と同一であるため、ここではその説明を省略する。
図３は、ごみ焼却炉１からの焼却灰７を焼却灰改質装置２へ供給する前に、所謂灰質調整を行う場合の説明図である。
図３において、３５は灰質調整装置、３６はけい素化合物、３７はアルミ化合物、３８は調質焼却灰、３９はアルカリ剤である。
図３において、３５は灰質調整装置、３６はけい素化合物、３７はアルミ化合物、３８は調質焼却灰、３９はアルカリ剤である。
この図３の実施形態は、イ．灰質調整装置３５を用いて、被処理物である焼却灰７内のけい素とアルミニウムの含有比Ｓｉ／Ａｌが目的とする改質物質（改質灰）９のＳｉ／Ａｌ比と同一になるように、焼却灰７内へけい素化合物３６（例えばＳｉＯ２等）とアルミ化合物３７（例えばＡｌ２ Ｏ３ 等）の何れか一方又は両方を加え、調質焼却灰３８を形成するようにした点、及びロ．焼却灰改質装置２へ前記調質焼却灰３８を供給すると共に、アルカリ性薬剤（例えばＮａＯＨやＣａ（ＯＨ）２等）或いは酸性薬剤（例えばＨＣｌやＨ２ＳＯ４）３９を供給して被処理物のＰＨを調整するようにした点で、前記図１及び図２の実施形態と異なっており、その他の点は図１及び図２の場合と全く同一である。
尚、焼却灰７内のＳｉ／Ａｌ比を所定値に調整するのは、改質物９の品質を高める（即ち、鉱物化されたアルミノケイ酸水和物の含有量を高める）ためであり、改質反応をさせる原料灰をＳｉ／Ａｌ比を調整した調質焼却灰３８とすることにより、目的物質であるアルミノケイ酸水和物が効率的に生成され、改質物質９の品質がより一層向上するからである。
また、ｐＨの調整は、Ｓｉ／Ａｌの反応を促して鉱物化の促進・高効率化を図るためであり、焼却灰７と水分との反応により発生した水素１２は、水素分離装置３により水素タンク４内へ回収されたあと、燃焼電池等の水素燃焼負荷１３へ供給される。
図１を参照して、燃焼ストーカ１７、後燃焼ストーカ１８上で燃焼をされた焼却残渣は燃焼灰選別装置５を経て焼却灰改質装置２へ送られ、ここで廃熱ボイラ２６から水分蒸気が供給されることにより、焼却灰中に前記アルミノケイ酸カルシウム水和物（エピドート）が形成される。
また、焼却灰改質装置２へは、排ガス供給ライン２８を通して排ガス浄化装置２７出口から分岐したＣＯ２濃度が約５〜１５％の排ガスＧｏが供給されており、当該排ガスＧｏ内に含有されるＣＯ２と水分とが前記形成されたアルミノケイ酸カルシウム水和物（エピドート）と反応することにより、これが塩酸に対して難溶性のアルミノケイ酸水和物（カオリナイト）に変換される。
その結果、焼却灰改質装置２から排出されて来る改質灰９は、前記アルミノケイ酸水和物の濃度の極めて高い改質灰となり、アルミノケイ酸水和物内へとじ込められた鉛は、１規定濃度の塩酸溶液でも外部へ抽出されなくなる。
尚、前記焼却灰改質装置２内の灰の温度は５０℃〜６００℃位とするのが最適であり、そのためには、廃熱ボイラ２６からの１００℃以上の発生蒸気とするのが望ましいが、別途に形成した温度約５０℃以上の加熱水を供給するようにしてもよい。
また、前記排ガスＧｏとしては、排ガス浄化装置２７の出口側の１５０〜２００℃程度の排ガスＧｏが供給されている。そして、後燃焼ストーカ１８から排出されてくる灰の温度が４００〜７００℃の高温であること等により、前記排ガスＧｏを再加熱しなくても、焼却灰は水和反応等に必要な高温度（約５０℃〜６００℃）下に十分保持されることになり、熱経済性の点からも極めて有利である。
尚、焼却灰７の焼却灰改質装置２内での０．１〜１０時間に設定されるのが、３０分〜６０分程度の滞留時間とするのが望ましい。
また、反応温度の上昇を図るために、廃熱ボイラ２６の出口側に高温集じん器（図示省略）を設け、当該高温集じん器の出口側から高温排ガス（約３００℃〜４００℃）を焼却灰改質装置２へ供給する構成としてもよい。
更に、必要とする水蒸気Ｓや排ガスＧｏの供給量は、バルブ２４ａ、ダンパ２８ｂの開度や送風機２８ａの送風量等を調整することにより、所定量に制御される。
また、反応温度の上昇を図るために、廃熱ボイラ２６の出口側に高温集じん器（図示省略）を設け、当該高温集じん器の出口側から高温排ガス（約３００℃〜４００℃）を焼却灰改質装置２へ供給する構成としてもよい。
更に、必要とする水蒸気Ｓや排ガスＧｏの供給量は、バルブ２４ａ、ダンパ２８ｂの開度や送風機２８ａの送風量等を調整することにより、所定量に制御される。
一方、焼却灰改質装置２内で焼却灰７と供給された水蒸気Ｓとが反応することにより、前述の通り水素が発生する。この発生した水素は、供給された排ガスＧｏと共に焼却灰改質装置２内から水素分離装置３へ引き抜かれ、水素として回収される。
試験の結果によれば、５０℃以上の温度下で、焼却灰７にアルミノケイ酸カルシウム水和物やアルミノケイ酸水和物等の生成に必要且つ十分な量の水分とＣＯ２とを加えて少なくとも３０分以上反応させることにより、改質灰９の１規定濃度の塩酸に対する鉛溶出量が０．００１ｍｇ／Ｌ未満となり、改質前の焼却灰の鉛溶出量１７ｍｇ／Ｌに比較して、鉛溶出量が大幅に低減することが実証されている。
尚、土壌汚染対策法施行規則に定める基準においては、１規定濃度の塩酸による鉛抽出量が１５０ｍｇ／ｋｇ以下と規定されており、本願発明の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉においては、焼却灰７を、その鉛抽出量が上記土壌環境基準値を十分に下回る値となる安定化した焼却灰に改質できることが確認された。
本発明は、都市ごみ焼却灰や焼却飛灰等を安全で且つ安定した土木・建築用資材として再利用すると共に、改質工程において発生する水素を回収、利用する場合に広く利用されるものであり、特に都市ごみ等産業廃棄物の処理産業において主に利用されるものである。
Ａ１は１次空気、Ａ２は２次空気、Ｇは燃焼排ガス、Ｗはごみ、Ｓは水分蒸気、Ｇｏは排ガス、ＧＨは発生ガス、Ｇ１は燃焼ガス、Ｄは１次燃焼室と２次燃焼室との中間部分、１はごみ焼却炉、２は焼却灰改質装置、３は水素分離装置、４は水素タンク、５は焼却灰選別装置、６は酸素分離装置、７は焼却灰、８はＣＯ２含有ガス、９は改質物質（改質灰）、１０は鉄片等、１１はＮ２又はＣＯ２、１２は水素、１３は水素負荷、１４はごみ投入ホッパ、１５はごみ供給装置、１６は乾燥ストーカ、１７は燃焼ストーカ、１８は後燃焼ストーカ、１９は炉本体、２０は１次燃焼室、２１は２次燃焼室、２２は灰出口、２４は水分供給ライン、２４ａはバルブ、２５ａは１次空気供給ライン、２５ｂは２次空気供給ライン、２６は廃熱ボイラ、２７は排ガス浄化装置、２８は排ガス供給ライン、２８ａは排ガス送風機、２８ｂはダンパ、２９は誘引通風機、３０は煙突、３１は燃焼ガス吸引口、３２は送風機、３３は燃焼ガス供給ライン、３３ａはダンパ、３４は排出ガス搬送ライン、３５は灰質調整装置、３６はけい素化合物、３７はアルミ化合物、３８は調質焼却灰、３９はアルカリ剤。
Claims (10)
- 廃熱ボイラと排ガス浄化装置とを備えたごみ焼却炉と、当該ごみ焼却炉からの燃焼排ガスを高酸素濃度ガスと高CO 2 濃度ガスとに分離する酸素分離装置と、前記ごみ焼却炉からの焼却灰と水分と前記酸素分離装置からの高CO 2 濃度ガスとを受け入れてこれ等を一定時間加熱状態下で撹拌混合する焼却灰改質装置と、当該焼却灰改質装置の内部で発生したガスから水素を分離する水素分離装置とから成り、焼却灰を酸に難溶な物質に改質することにより、焼却灰内の鉛等重金属類の外部への溶出を抑制する構成としたことを特徴とする焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- 廃熱ボイラと排ガス浄化装置とを備えたごみ焼却炉と、当該ごみ焼却炉からの焼却灰にけい素とアルミニウムの何れか一方又は両方を加え、焼却灰内のけい素とアルミニウムの含有比を所定値に調整する灰質調整装置と、当該灰質調整装置からの灰質調整をした焼却灰と水分と前記ごみ焼却炉からの燃焼排ガスとを受け入れてこれ等を一定時間加熱状態下で撹拌混合する焼却灰改質装置と、当該焼却灰改質装置の内部で発生したガスから水素を分離する水素分離装置とから成り、焼却灰を酸に難溶な物質に改質することにより焼却灰内の鉛等重金属類の外部への溶出を抑制する構成としたことを特徴とする焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- 水分として、廃熱ボイラから水蒸気を供給するようにした請求項１又は請求項２に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- 燃焼排ガスを、排ガス浄化装置の出口側から引き抜きした燃焼排ガスとするようにした請求項１又は請求項２に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- ごみ焼却炉をストーカ式ごみ焼却炉とした請求項１又は請求項２に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- ごみ焼却灰を焼却灰選別装置により選別し、鉄片及び大型固形物を除いたごみ焼却灰を焼却灰改質装置へ供給するようにした請求項１又は請求項２に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- 焼却灰改質装置で混合物を５０℃〜６００℃の温度下で一定時間攪拌混合するようにした請求項１又は請求項２に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- 混合物を５０℃〜６００℃の温度下で３０分〜１０時間攪拌混合するようにした請求項７に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- 酸素分離装置で生じた高酸素濃度ガスをごみ焼却炉の二次燃焼空気内へ供給するようにした請求項１に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
- 焼却灰改質装置へ酸性薬剤或いはアルカリ性薬剤を供給し、改質処理をする焼却灰のＰＨを調整するようにした請求項１又は請求項２に記載の焼却灰改質装置を備えたごみ焼却炉。
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