JP6620014B2 - 焼却灰処理システムおよび方法 - Google Patents

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Description

本発明は、石炭焚きボイラなどから排出される石炭灰などの焼却灰を含む原料を処理して造粒物や混錬物といった混合物を製造するための焼却灰処理システムおよび方法に関する。
従来、石炭火力発電所の石炭焚きボイラなどから大量に発生する石炭灰などの焼却灰について、資源の有効活用の観点から、これらの灰にセメント材料等の固化剤と水を加えて混練して造粒物等を製造し、路盤材等の建築・土木資材として利用されている。
ここで、適正な品質の造粒物を製造するためには、混練の対象である原料(灰等)、固化材および水の混合物に含まれる水分(割合)を適正な量に厳格に調整する必要がある。造粒物は、水分が多いと大きな塊状となり、水分が少ないと微粉末状となり、いずれの場合も土木資材等としての利用に適さないからである。
このため、従来の造粒物製造においては、灰等の原料に含有される水分を水分計により測定し、測定された水分量に基づいて、追加すべき水の量を決定し、固化材とともに灰に加えることとしていた。
例えば、特許文献1においては、原料受入れホッパから原料計量装置に、原料である湿灰(運搬等の際の飛散防止のためにフライアッシュを加湿したもの)を搬送するベルトコンベア上にて赤外線水分計により原料の水分を測定している。
ところで、例えば、石炭炊きボイラにおいて排出される石炭灰は、大別すると、フライアッシュ(飛灰)とクリンカアッシュであり、それらの一部は土木資材や農業用資材として利用されており、特に、フライアッシュは、セメント材料などとしての適性が高いために、路盤材等の土木資材等として利用されていたが、従来は、焼却灰の多くが、有効利用されずに埋立て処分されることが多かった。
しかし、近年の石炭火力発電の見直しによる石炭灰の発生量の増加に加え、過去に埋立て処分された既成灰の有効活用の観点から、既成灰の路盤材などの土木資材等への活用が求められている。この場合、既成灰単独ではなく、従来は、盛り土や農業用土壌等の活用が主であったクリンカアッシュについても、既成灰と混合して造粒物を製造することが望まれている。
このような状況において、例えば、特許文献1においては、いずれも単一の種類の湿灰(原料)に対して、固化材や水を加えて混練して造粒物を製造するものであるため、この従来技術を、複数種類の灰の混合物としての造粒物の製造に適用するとした場合には、複数の異なる種類ごとの受入れホッパまたは搬送コンベアに水分計を設置して水分を測定しなければならず、コストが増大し、運転操作等も煩雑となる。
特開2008−289965号公報
本発明は、従来技術の前記問題点に鑑みなされたものであって、焼却灰を含む2種類以上の原料を処理して造粒物や混錬物といった混合物を製造する際に、2種類以上の原料を含む集合物に含有される水分を精度良く測定することができる焼却灰処理システムおよび方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、焼却灰を含む2種類以上の原料を処理して混合物を製造するための焼却灰処理システムであって、前記2種類以上の原料を含む集合物を搬送するための搬送手段と、前記搬送手段における搬送経路の途中で前記2種類以上の原料を含む集合物に含有される水分を測定するための水分測定手段と、を備えた、ことを特徴とする。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記搬送手段は、前記2種類以上の原料を、種類ごとに層をなす積層状態にて搬送するように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第3の態様は、第1または第2の態様において、前記2種類以上の原料は、第一の原料と第二の原料とを含み、前記搬送手段は、前記第一の原料を搬送するための第一の搬送手段と、前記第二の原料を搬送するための第二の搬送手段とを含み、前記水分測定手段は、前記第一の搬送手段の搬送経路の途中で前記集合物に含有される水分を測定するように構成されており、前記第二の搬送手段は、前記水分測定手段による測定位置よりも上流側にて前記第二の原料を前記第一の搬送手段に供給するように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第4の態様は、第3の態様において、前記第一の搬送手段は、ベルトコンベアを有する、ことを特徴とする。
本発明の第5の態様は、第4の態様において、前記第二の搬送手段は、ベルトコンベアを有する、ことを特徴とする。
本発明の第6の態様は、第5の態様において、前記第二の搬送手段を構成する前記ベルトコンベアは、前記第一の搬送手段を構成する前記ベルトコンベアの上方に配置されている、ことを特徴とする。
本発明の第7の態様は、第3乃至第6のいずれかの態様において、前記第一の搬送手段は、前記第二の原料が供給される位置の上流側近傍に、前記第一の原料を検知するための第一の原料検知手段を有し、前記第二の搬送手段は、その搬送経路の終了位置の直前に、前記第二の種類の原料を検知するための第二の原料検知手段を有する、ことを特徴とする。
本発明の第8の態様は、第7の態様において、前記第一の原料検知手段および前記第二の原料検知手段の両方が原料を検知した後に、前記第二の搬送手段から前記第一の搬送手段への前記第二の原料の供給を開始するように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第9の態様は、第7または第8の態様において、前記第一の搬送手段は、前記第一の原料検知手段による検知位置よりも上流側に、搬送中の前記第一の原料の層厚を調整するための第一の層厚調整手段を有し、前記第二の搬送手段は、前記第二の原料検知手段による検知位置よりも上流側に、搬送中の前記第二の原料の層厚を調整するための第二の層厚調整手段を有する、ことを特徴とする。
本発明の第10の態様は、第3乃至第9のいずれかの態様において、前記第一の搬送手段は、前記第二の原料が供給される位置よりも下流側であって前記水分測定手段による測定位置よりも上流側に、前記集合物を検知するための集合物検知手段を有する、ことを特徴とする。
本発明の第11の態様は、第10の態様において、前記水分測定手段は、前記集合物検知手段が前記集合物を検知した後に測定を開始するように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第12の態様は、第1乃至第11のいずれかの態様において、前記2種類以上の原料は、湿灰および/または既成灰を含む、ことを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の第13の態様は、焼却灰を含む2種類以上の原料を処理して混合物を製造する焼却灰処理方法であって、前記2種類以上の原料を含む集合物を搬送手段によって搬送する集合物搬送工程と、前記搬送手段における搬送経路の途中で前記2種類以上の原料を含む集合物に含有される水分を水分測定手段によって測定する水分測定工程と、を備えた、ことを特徴とする。
本発明の第14の態様は、第13の態様において、前記搬送手段は、前記2種類以上の原料を、種類ごとに層をなす積層状態にて搬送するように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第15の態様は、第13または第14の態様において、前記2種類以上の原料は、第一の原料と第二の原料とを含み、前記搬送手段は、前記第一の原料を搬送するための第一の搬送手段と、前記第二の原料を搬送するための第二の搬送手段とを含み、前記水分測定手段によって、前記第一の搬送手段の搬送経路の途中で前記集合物に含有される水分を測定し、前記第二の搬送手段によって、前記水分測定手段による測定位置よりも上流側にて前記第二の原料を前記第一の搬送手段に供給する、ことを特徴とする。
本発明によれば、焼却灰を含む2種類以上の原料を処理して混合物を製造する際に、2種類以上の原料を含む集合物に含有される水分を精度良く測定することができる焼却灰処理システムおよび方法を提供することができる。
本発明の一実施形態による焼却灰処理システムの構成を模式的に示す図。 図1に示した焼却灰処理システムにおける原料の供給等の概略手順フローを示す図。 図1に示した実施形態の一変形例による焼却灰処理システムの構成を模式的に示す図。
以下、本発明の一実施形態による焼却灰処理システムについて、図面を参照して説明する。
本実施形態による焼却灰処理システムにおいては、2種類の原料を使用する。2種類の原料としては、例えば、湿灰とクリンカアッシュが使用され、或いは、既成灰とクリンカアッシュでも良く、さらに、異なる湿灰同士でも良い。ここで、湿灰とは、典型的には、運搬等の際の飛散防止のためにフライアッシュを加湿したものである。既成灰とは、典型的には、埋立て処分された石炭灰である。クリンカアッシュとは、典型的には、石炭を燃焼させたときに、ボイラの底部に落下した石炭灰の塊を破砕等により調整した砂状の石炭灰である。
図1に示したように、本実施形態による焼却灰処理システム1は、第一の原料を受入れて一時保管する第一のホッパ2、第二の原料を受入れて一時保管する第二のホッパ3、第一のホッパ2から払い出された第一の原料を原料計量ホッパ12に向けて搬送する第一のコンベア8、および第二のホッパ3から払い出された第二の原料を第一のコンベア8に向けて搬送する第二のコンベア9を備えている。
第一のコンベア8は、第二のコンベア9の下方に配置されており、第二のコンベア9の終端部に到達した第二の原料が、第一のコンベア8により搬送されている第一の原料の上に直接または漏斗等の器具を介して落下して、第一の原料とともに原料計量ホッパ12に向けて搬送される。
焼却灰処理システム1は、さらに、第一のコンベア8により搬送されてきた、第一の原料と第二の原料の集合物を収容し、混練機16に供給される1バッチ分の原料集合物の質量を計量する原料計量ホッパ12、固化材(添加剤)を貯蔵する添加剤サイロ13、混練機16に供給される1バッチ分の固化材の質量を計量する添加剤計量ホッパ14、混練機16に供給される1バッチ分の水の質量を計量する水計量器15、および原料計量ホッパ12、添加剤計量ホッパ14および水計量器15から供給された1バッチ分の原料の集合物、固化材および水を混合して造粒する混練機16を備えている。
なお、混練機16に供給される1バッチ分の水の質量は、第一のコンベア8により搬送されている原料の集合物について水分計7により取得された水分に基づいて1バッチごとに設定される(その詳細については後記する)。
原料計量ホッパ12における原料の集合物、添加剤計量ホッパ14における固化材および水計量器15における水の質量は、それぞれ、原料計量ホッパ12、添加剤計量ホッパ14および水計量器15に備えられたロードセルにより測定される。
混練機16は、円筒状の容器の内部に回転する回転翼を備えており、この回転翼を回転させることにより、供給された原料の集合物、固化材および水を混合し、造粒を行い、例えば、粒径5ないし10mm程度の造粒物を製造するものである。
適正な造粒物の製造のためには、第一の原料と第二の原料とに含まれる水分の全体量を取得して、取得された水分量に基づき、混合する水の量を設定することが必要である。
そこで、本実施形態においては、第一の原料を搬送する第一のコンベア8において、第二のコンベア9から供給された第二の原料が第一の原料の上に積載されて2層となった状態の原料(第一の原料と第二の原料との集合物)の水分を、第一のコンベア8による搬送途上で測定するものとしている。
すなわち、図1に示されるように、水分計7が、第一のコンベア8において第二の原料が供給される位置よりも後流側の位置に配置され、第一の原料と第二の原料とが2層状態となった原料の集合物に含有される水分が測定される。
水分を含んだ原料(例えば湿灰)は、ホッパ等による保管中に乾燥等により水分が変化することがあり、また乾いた原料(例えば乾灰)は、逆に周囲の環境や保管状態により保管中に水分を吸収することがあるため、適正な造粒物製造のための水量調節は、可能な限り、混練する直前で取得された原料の水分に基づいてなされることが好ましい。このような観点から、本実施形態においては、原料を混練機16に供給する直前で原料(の集合物)の水分を測定しており、これにより、水量調節を最適化して適正な造粒物を製造することができる。
また、本実施形態においては、測定対象物の内部の水分量を正確に測定できる体積水分計を使用している。例えば、高速中性子がほぼ同一質量の水素原子との衝突を繰り返すことにより低速の熱中性子に変化する現象を利用して、測定対象物に高速中性子を照射して熱中性子の量を測定することにより水分量を測定する中性子水分計、測定対象物に交流電流を流し、その電気容量の変化から水分量を測定する電気容量式水分計、マイクロ波の水分による減衰などの電気的変化量などから水分量を測定するマイクロ波式水分計などを使用することができる。
なお、比較的厚い層の測定ができ、厚みや比重を別途測定する必要がないことから、中性子水分計が好ましい。ちなみに、電気容量式水分計の測定範囲は表面から最大数センチ程度であり、マイクロ波式水分計では、別途比重、厚みを測定する必要がある。
水分計7により取得された原料の集合物の水分に基づき、制御系(図示省略)により混練機16に供給すべき1バッチ分の適正な水が算出されて設定され、その設定水量に基づき水計量機12により1バッチ分の水量が計量される。
第一のコンベア8には、第二の原料が供給される直前の位置に原料検知器5aが、その上流に層厚調整器11aが備えられている。層厚調整器11aは、第一のホッパ2から第一のコンベア8上に積載された第一の原料の表面高さを一定に揃えて原料の層厚を一定に調整するためのものである。層厚調整器11aは、例えば、第一のコンベア8の両側から支持された板状部材であって、その下端が第一のコンベア8の原料の積載面に平行に配置され、その下端と積載面との間の空間を原料が通過できるようにされた板状部材で構成することができる。原料の層の厚さは、第一のコンベア8の積載面表面と板状部材の下端との距離を変更することにより変更することができる。
原料検知器5aは、第一のホッパ2から払い出されて第一のコンベア8上に積載された第一の原料が、第二の原料が供給される位置の直前の位置まで到達したことを確認するためのものである。原料検知器5aは、例えば、レバー付きのリミットスイッチを備えた機構で構成され、積載された原料によりレバーが押されて動作することによりリミットスイッチを作動させて積載物の有無を検知するもの(機械式検知器)を使用することができる。また、特定波長の光を積層面に照射し、反射光の強度等の変化により積載物の有無を検知するもの(光学式検知器)を使用することもできる。
第一のコンベア8には、さらに、第二の原料が供給された位置よりも後流側であって、水分計7が配置されている位置の直前に、集合物検知器6が配設されている。集合物検知器6は、第一の原料と第二の原料の集合物が、水分計7の直前の位置に到達したことを検知するためのものであり、第二の原料が供給される直前に配置されている原料検知器5aと同様なものである。
第二のコンベア9には、搬送経路の終端部に原料検知器5bが、その上流に層厚調整器11bが備えられている。層厚調整器11bは、第二のホッパ3から第二のコンベア9上に積載された第二の原料の表面高さを一定に揃えて原料の層厚を一定に調整するためのものであり、第一のコンベア8に備えられた層厚調整器11aと同様なものである。
原料検知器5bは、第二のホッパ3から払い出されて第二のコンベア9上に積載された第二の原料が、第一のコンベア8に供給される直前の位置まで到達したことを確認するためのものであり、第一のコンベア8に備えられた原料検知器5aと同様なものである。
第一のコンベア8と第二のコンベア9は、原料の集合物を原料計量ホッパ12に向けて搬送する機能のみでなく、第一の原料と第二の原料の混合割合を設定する機能も有している。以下に、その機能も含めて、第一のコンベア8と第二のコンベア9の作動手順等について説明する。
図2は、本実施形態による焼却灰処理システムおける原料の供給等の概略手順フローを示す図である。
図2に示したように、第二のコンベア9を起動し、第二のホッパ3より第二の原料を第二のコンベア9上に落下し積載を開始する(S1)。第二の原料(の先頭部)が原料検知器5bにより検知されたら(S2)、第二のコンベア9を停止する(S3)。
次に、第一のコンベア8を起動し(S4)、第一のホッパ2より第一の原料を第一のコンベア8上に落下し積載を開始し、第一の原料(の先頭部)が原料検知器5aにより検知されたら(S5)、第二のコンベアを起動し(S6)、第二の原料を第二のコンベア9から順次(連続的に)落下させ、第一のコンベア8に供給する。
そして、集合物検知器6が第一の原料と第二の原料の集合物を検知したら(S7)、水分計7による水分測定を開始する(S8)。なお、水分量を正確に測定するためには、原料が水分計7の測定可能範囲に存在していることが必要であるため、集合物検知器6と水分計7との距離、第一のコンベア8の搬送速度、水分計7の測定可能範囲等を考慮して、集合物検知器6による原料の検知から所定の時間を経過した後に開始することが好ましい。
なお、原料検知器5a、b、cは、運転中も連続して原料の有無を検知しており、コンベアへの原料の積載異常などの検知にも使用され、例えば、原料の搬送中に原料検知器5aが原料の検知をしなくなった場合には、積載異常などのトラブルがあったものとして運転の一時中断等を行う。
水分計7により測定された水分量に基づき、混練機16に供給される水の量が算出、設定される。
また、第一のコンベア8と第二のコンベア9の搬送速度は、混練機16に供給する第一の原料と第二の原料との混合比に基づいて設定される。例えば、第一の原料と第二の原料の混合比が5:1であれば、第一のコンベア8と第二のコンベア9の搬送速度は、両者の比が5:1に設定される。第一のコンベア8および第二のコンベア9は、前記のとおり、それぞれ層厚調整器により、搬送される原料の層の厚さを一定に調整されているため、それぞれのコンベアによる搬送流量がそれぞれ一定であり、第一の原料および第二の原料の質量を個別に測定することなく、搬送速度比の設定により原料の混合比を定めることができ、原料の計量が容易となる。
原料の搬送は、原料計量ホッパ12に予め設定された質量の原料が供給されるまで実行され、予め設定された質量の原料が供給されたら(S9)、第一のコンベア8と第二のコンベア9の運転および水分測定が停止される(S10、S11)。なお、原料計量ホッパ12に供給された原料の質量は、原料計量ホッパ12に備えられているロードセルにより測定される。
なお、造粒の原料となる2種類の原料が、湿灰(または既成灰)とクリンカアッシュである場合には、通常、クリンカアッシュの方が、(湿灰(または既成灰)よりも必要供給量が少なく、第一のコンベア8へ落下させて積載するのが容易であるため、第一の原料を湿灰(または既成灰)とし、第二の原料をクリンカアッシュとすることが好ましい。
以上述べたように、本実施形態による焼却灰処理システム1によれば、焼却灰を含む2種類以上の原料を使用して造粒物を製造するに際して、個別の原料ごとの水分を測定することなく、使用する2種類以上の原料を含む集合物の水分を一括して測定することができる。
また、本実施形態によれば、原料ごとの重量を計量することなく所定の割合で混合することができるため、焼却灰処理システムの構成を非常に簡素化することができる。
次に、上述した実施形態の一変形例による焼却灰処理システムについて、図3を参照して説明する。
図1に示した上記実施形態においては2種類の原料を使用しているが、本例においては、3種類の原料を使用する。3種類の原料としては、例えば、既成灰、フライアッシュ、およびクリンカアッシュである。
すなわち、本例における焼却灰処理システムは、3種類の原料(第一の原料、第二の原料、および第三の原料)の集合物に、固化材および水を加えて混練して造粒物を製造するものである。
図3に示したように、本例による焼却灰処理システムは、第三の原料を受入れて一時保管する第三のホッパ4、第三のホッパ4から払い出された第三の原料を第一のコンベア8に向けて搬送する第三のコンベア10およびそれに関連する機器等が追加されて備えていることを除き、基本的な構成は第一の実施形態と同様である。
第三のコンベア10は、第一のコンベア8よりも上方に配設され、第三のコンベア10の終端部に到達した第三の原料が、第一のコンベア8により搬送されている第一の原料の上に直接または漏斗等の器具を介して落下して、第一の原料および第二の原料とともに原料計量ホッパ12に向けて搬送される。なお、図3では、第一のコンベア8に供給される位置は、第二の原料の方が上流であるが、第三の原料の方が上流であってもよい。
また、第三のコンベア10には、第二のコンベア9と同様に、搬送部の終端部に原料検知器5cが、その上流に層厚調整器11cが備えられている。原料検知器5cおよび層厚調整器11cの構造、機能等は、第二のコンベア9における原料検知器5bおよび層厚調整器11bと同様である。
本例による焼却灰処理システムにおいても、図1に示した上記実施形態による焼却灰処理システムと同様の優れた効果を得ることができる。
なお、上述の実施形態においては、造粒物の製造を例として説明したが、本発明は、2種類以上の原料を含む混合物の製造に適したものであり、造粒物以外にも、例えば混錬物の製造に適している。
また、処理対象の焼却灰としては、上述したもの以外にも、バイオマス灰、PS(ペーパースラッジ)灰などでも良い。
1 焼却灰処理システム
2 第一のホッパ
3 第二のホッパ
4 第三のホッパ
5a、b、c 原料検知器
6 集合物検知器
7 水分計(水分計測手段)
8 第一のコンベア
9 第二のコンベア
10 第三のコンベア
11a、b、c 層厚調整器
12 原料計量ホッパ
13 添加剤サイロ
14 添加剤計量ホッパ
15 水計量器
16 混練機

Claims (13)

  1. 焼却灰を含む2種類以上の原料を処理して混合物を製造するための焼却灰処理システムであって、
    前記2種類以上の原料を含む集合物を搬送するための搬送手段と、
    前記搬送手段における搬送経路の途中で前記2種類以上の原料を含む集合物に含有される水分を測定するための水分測定手段と、を備え、
    前記搬送手段は、前記2種類以上の原料を、種類ごとに層をなす積層状態にて搬送するように構成されている、焼却灰処理システム。
  2. 前記2種類以上の原料は、第一の原料と第二の原料とを含み、
    前記搬送手段は、前記第一の原料を搬送するための第一の搬送手段と、前記第二の原料を搬送するための第二の搬送手段とを含み、
    前記水分測定手段は、前記第一の搬送手段の搬送経路の途中で前記集合物に含有される水分を測定するように構成されており、
    前記第二の搬送手段は、前記水分測定手段による測定位置よりも上流側にて前記第二の原料を前記第一の搬送手段に供給するように構成されている、請求項記載の焼却灰処理システム。
  3. 前記第一の搬送手段は、ベルトコンベアを有する、請求項記載の焼却灰処理システム。
  4. 前記第二の搬送手段は、ベルトコンベアを有する、請求項記載の焼却灰処理システム。
  5. 前記第二の搬送手段を構成する前記ベルトコンベアは、前記第一の搬送手段を構成する前記ベルトコンベアの上方に配置されている、請求項記載の焼却灰処理システム。
  6. 前記第一の搬送手段は、前記第二の原料が供給される位置の上流側近傍に、前記第一の原料を検知するための第一の原料検知手段を有し、
    前記第二の搬送手段は、その搬送経路の終了位置の直前に、前記第二の種類の原料を検知するための第二の原料検知手段を有する、請求項乃至のいずれか一項に記載の焼却灰処理システム。
  7. 前記第一の原料検知手段および前記第二の原料検知手段の両方が原料を検知した後に、前記第二の搬送手段から前記第一の搬送手段への前記第二の原料の供給を開始するように構成されている、請求項記載の焼却灰処理システム。
  8. 前記第一の搬送手段は、前記第一の原料検知手段による検知位置よりも上流側に、搬送中の前記第一の原料の層厚を調整するための第一の層厚調整手段を有し、
    前記第二の搬送手段は、前記第二の原料検知手段による検知位置よりも上流側に、搬送中の前記第二の原料の層厚を調整するための第二の層厚調整手段を有する、請求項またはに記載の焼却灰処理システム。
  9. 前記第一の搬送手段は、前記第二の原料が供給される位置よりも下流側であって前記水分測定手段による測定位置よりも上流側に、前記集合物を検知するための集合物検知手段を有する、請求項乃至のいずれか一項に記載の焼却灰処理システム。
  10. 前記水分測定手段は、前記集合物検知手段が前記集合物を検知した後に測定を開始するように構成されている、請求項記載の焼却灰処理システム。
  11. 前記2種類以上の原料は、湿灰および/または既成灰を含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の焼却灰処理システム。
  12. 焼却灰を含む2種類以上の原料を処理して混合物を製造する焼却灰処理方法であって、
    前記2種類以上の原料を含む集合物を搬送手段によって搬送する集合物搬送工程と、
    前記搬送手段における搬送経路の途中で前記2種類以上の原料を含む集合物に含有される水分を水分測定手段によって測定する水分測定工程と、を備え、
    前記搬送手段は、前記2種類以上の原料を、種類ごとに層をなす積層状態にて搬送するように構成されている、焼却灰処理方法。
  13. 前記2種類以上の原料は、第一の原料と第二の原料とを含み、
    前記搬送手段は、前記第一の原料を搬送するための第一の搬送手段と、前記第二の原料を搬送するための第二の搬送手段とを含み、
    前記水分測定手段によって、前記第一の搬送手段の搬送経路の途中で前記集合物に含有される水分を測定し、
    前記第二の搬送手段によって、前記水分測定手段による測定位置よりも上流側にて前記第二の原料を前記第一の搬送手段に供給する、請求項12記載の焼却灰処理方法。
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