JPH06265129A - 灰の溶融固化処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 旋回流溶融炉１の排ガス流出孔17に排ガス冷
却手段31及び排ガス処理手段32，33をこの順に管接続
し、旋回流溶融炉１の下方にスラグの搬送手段を有する
灰の溶融固化処理装置であって、前記排ガス冷却手段31
が、排ガス流出孔17から導入される排ガスへの噴霧水の
供給機構を有し、該排ガスを770 ℃以下に冷却する金属
製クーリングチャンバーからなることを特徴とするも
の。 【効果】 旋回流溶融炉１の排ガス流出部17以降の排ガ
ス流路上流部（排ガス冷却手段31）での灰の付着を安定
して抑制し得ると共に、排ガス流路下流部（熱交換器等
の排ガス処理手段32，33）でのダスト類の凝縮付着を生
じ難くし得、その結果、長期間にわたって排ガス流路閉
塞等のトラブルを生じることなく、連続運転を安定して
行い得るようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、灰の溶融固化処理装置
に関し、詳細には、下水汚泥，都市ゴミ，廃棄物等の処
理物の加熱乾燥処理等により生じる灰分含有混合体ある
いは該処理物の焼却炉から排出される焼却灰の如き灰分
含有体、又は、石炭を燃料とするボイラ，キルン，工業
炉等から排出される石炭灰（以降、灰という）を溶融
し、スラグ化した後、冷却固化する灰の溶融固化処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記灰は主に海洋埋立てに利用し
て廃棄処理されていたが、近年では埋立て地の確保の困
難化、及び、海洋汚染防止に係る廃棄基準の厳格化に伴
い、海洋埋立てに利用し難くなってきた。更に、灰の溶
融固化が法制度化されてきた。そこで、灰の処分量の減
容化及び重金属等の有害物質の固定化を狙いとして種々
検討され、その結果、灰を旋回流溶融炉にて溶融しスラ
グ化した後、冷却固化する方法（灰の溶融固化処理方
法）が開発されている。この方法には図６に示す如き溶
融固化処理装置が使用される。この装置は、灰を旋回し
ながら溶融スラグ化する溶融部６を上部に有し、該溶融
スラグを排出する出滓部８を下部に有し、排ガス流出孔
17を側壁に有する旋回流溶融炉１と、出滓部８からの溶
融スラグの搬送手段12とを備え、排ガス流出孔17には煙
道管（図示していない）あるいは更に排ガス処理手段
〔排熱回収のための熱交換器、排ガスの無公害化処理装
置〕（図示していない）が管接続されている。

【０００３】この装置では、先ず、旋回流溶融炉１上部
の主バーナ２から燃料を噴出し、管９，10から燃料用空
気を吹き込み、炉１内部及び炉壁を灰が溶融し且つ流下
し得る温度（以降、灰の溶流温度という）以上の温度に
加熱する。次いで、ホッパー３内の灰をテーブルフィー
ダ４により定量的に切り出し、弁５を介して管９内に落
下させ、管９内を流れる空気と共に炉１内に吹き込む
と、灰と空気とからなる固気二相流が炉１内の炉壁面上
で旋回しながら加熱され、灰は溶融しスラグ化する。こ
の溶融スラグＳは、炉壁に沿って流下し、絞り部７から
出滓部８の傾斜部に落下し、そこからモールド13内に流
下し、コンベア14により搬送され、その途中で冷却され
て固化スラグＣとなり、コンテナ16に落とされて回収さ
れる。ここで、溶融炉１に供給された灰の約90％は溶融
して流下するが、残10％程度は灰，半溶融状の灰あるい
は溶融スラグの蒸発物質即ち蒸発スラグ（以降、排出物
という）の状態で排ガスと共に排ガス流出部17から煙道
管を通過し炉外に出る。このとき、排出物が煙道管に付
着し、炉圧増大や煙道管閉塞が生じる問題がある。

【０００４】そこで、その解決策が検討され、その結
果、図７及び８に示す如く排ガス煙道管Ｅの一部を水冷
ダクトＷで構成したことを特徴とする改良型の灰の溶融
固化処理装置が開発された（特開平4-062312号公報、特
願平4-028333号）。この改良型装置によれば、高温の排
ガスと共に排ガス流出部17から傾斜煙道部18に流入する
排出物の一部は溶融して該傾斜煙道部18を流下し、残部
は金属製水冷ダクトＷに流入し冷却される。このとき、
排ガスの温度が水冷ダクトＷの入口部で灰の溶流温度以
上、同時に水冷ダクトＷの出口部で 900℃（灰が付着性
を発揮する下限温度）以下になるように調整すれば、傾
斜煙道部18及び水冷ダクトＷでの灰の付着は生じ難くな
り、従って炉圧増大や煙道管閉塞が生じ難くなる。又、
水冷ダクトＷ以降の排ガス処理手段での灰の付着も生じ
難くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記開発さ
れた改良型の灰の溶融固化処理装置においては、次のよ
うな問題点がある。 水冷ダクトＷの出口部での排ガスの温度を 900℃以
下にしたとしても、かなり高温の排ガス（例えば 850〜
900℃の高温排ガス）が水冷ダクトＷ下流側の排ガス処
理手段に導入され、その排熱回収部の熱交換器やダクト
内等で冷却される。ここで、上記のかなり高温の排ガス
中には、 900℃以下となった非付着性の灰と共に、溶融
状態の塩化物〔主にCaCl₂(融点:772℃), NaCl(融点:800
℃) 〕等の低温揮散金属、スラグミスト、ダスト等（以
降、ダスト類という）が含まれている。従って、これら
溶融状態のダスト類は、前記熱交換器等での冷却によ
り、その部位で凝縮付着し、その結果、熱交換器の性能
低下、閉塞、破損や、ダクトの圧損上昇、閉塞等が起こ
り、引いては連続運転できなくなるという問題点があ
る。即ち、煙道管Ｅの一部を水冷ダクトＷで構成するこ
とにより、煙道管（排ガス流路の上流部）での閉塞を生
じ難くしているものの、この水冷ダクトＷでは排ガス温
度を上記下流側の排ガス処理手段（排ガス流路の下流
部）でのダスト類の凝縮付着を防止するに充分な温度
（770 ℃以下）にまで下げ得ず、その凝縮付着によるト
ラブルを解消し得ない。 排ガス流出部17から排出される高温排ガスの温度は
1300〜1400℃前後である。この排ガスの温度を水冷ダク
トＷの入口部で灰の溶流温度以上、同時に水冷ダクトＷ
の出口部で 900℃以下にすれば、煙道管Ｅでの灰の付着
を生じ難くし、引いては煙道管閉塞を防止し得る。しか
しながら、設備上設け得る水冷ダクトＷの長さには自ず
と限界があり、冷却能が限られることもあって、水冷ダ
クトＷの入口部及び出口部での排ガス温度を同時に上記
の如き温度にすることはかなり難しく、例えば排ガスの
温度を水冷ダクトＷ入口部で灰の溶流温度以上にする
と、水冷ダクトＷの出口部では 900℃より少し高い温度
になることがある。そのため、煙道管Ｅ（排ガス流路上
流部）での灰の付着を完全に抑制することは難しく、不
安定であるという問題点がある。

【０００６】本発明は、この様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は前記改良型装置が有する問
題点を解消し、旋回流溶融炉の排ガス流出部以降の排ガ
ス流路上流部での灰の付着を安定して抑制し得ると共
に、排ガス流路下流部でのダスト類の凝縮付着を生じ難
くし得、その結果、長期間にわたって排ガス流路閉塞等
のトラブルを生じることなく、連続運転を安定して行い
得る灰の溶融固化処理装置を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明に係る灰の溶融固化処理装置は次のような構成
としている。即ち、請求項１記載の装置は、被処理物の
灰分含有体又は石炭灰を旋回しながら溶融スラグ化する
溶融部を上部に有し、上記溶融スラグを排出する出滓部
を下部に有し、排ガス流出孔を側壁に有する旋回流溶融
炉と、該排ガス流出孔に管接続された排ガス冷却手段
と、該排ガス冷却手段に管接続された排ガス処理手段
と、上記出滓部からの溶融スラグを搬送する手段とを備
えた灰の溶融固化処理装置であって、前記排ガス冷却手
段が、前記排ガス流出孔から導入される排ガスへの噴霧
水の供給機構を有し、該排ガスを770 ℃以下に冷却する
金属製クーリングチャンバーからなることを特徴とする
灰の溶融固化処理装置である。

【０００８】請求項２記載の装置は、前記クーリングチ
ャンバーが、チャンバー内への噴霧水の供給機構を有す
ると共にチャンバー壁の水冷ジャケットを有する請求項
１記載の灰の溶融固化処理装置である。請求項３記載の
装置は、前記クーリングチャンバーが、チャンバー内壁
に沿って水又は蒸気を流す機構を有する請求項１又は２
記載の灰の溶融固化処理装置である。請求項４記載の装
置は、前記排ガス流出孔とクーリングチャンバーとの接
続管が金属管よりなると共に水冷ジャケットを有する請
求項１、２又は３記載の灰の溶融固化処理装置である。
請求項５記載の装置は、前記排ガス流出孔とクーリング
チャンバーとの接続管が、その内壁に沿って水又は蒸気
を流す機構を有する請求項１、２、３又は４記載の灰の
溶融固化処理装置である。

【０００９】

【作用】本発明に係る灰の溶融固化処理装置は、前記の
如く、旋回流溶融炉の排ガス流出孔に排ガス冷却手段及
び排ガス処理手段をこの順に管接続し、そして該排ガス
冷却手段が、排ガス流出孔から導入される排ガスを770
℃以下に冷却する金属製クーリングチャンバーからなる
ので、排ガス流出孔から排出された高温排ガスは、先
ず、上記チャンバーにより、770 ℃以下まで確実に冷却
される。この排ガス温度は灰が付着性を発揮する下限温
度(900℃）よりも低い。故に、上記チャンバー（排ガス
流路上流部）での灰の付着は極めて起こり難く、灰の付
着を安定して抑制し得る。

【００１０】次に、上記チャンバーで冷却された排ガス
は、その下流側にある排ガス処理手段（排熱回収部の熱
交換器等）に導入される。この排ガスの温度は770 ℃以
下であり、排ガス処理手段の熱交換器等でのダスト類の
凝縮付着を防止するに充分な温度（770 ℃以下）にまで
下がっている。即ち、比較的低融点で溶融状態のダスト
類は、チャンバーでの冷却により770 ℃以下となるの
で、固化（粒状化）して非凝縮付着性となる。故に、上
記排ガス処理手段（排ガス流路下流部）でのダスト類の
凝縮付着は生じ難くなる。

【００１１】従って、本発明に係る灰の溶融固化処理装
置によれば、旋回流溶融炉の排ガス流出部以降の排ガス
流路上流部での灰の付着を安定して抑制し得ると共に、
排ガス流路下流部でのダスト類（低温揮散金属、スラグ
ミスト、ダスト等）の凝縮付着を生じ難くし得、その結
果、長期間にわたって排ガス流路閉塞等のトラブルを生
じることなく、連続運転を安定して行い得るようにな
る。

【００１２】前記金属製クーリングチャンバーとして
は、水を蒸気や空気等によりアトマイズし、噴霧水とし
てチャンバー内へ供給する機構を有するものを使用でき
る。かかるチャンバーによれば、噴霧水は排ガス流出孔
から排出されてチャンバー内へ導入された高温排ガスと
接触し、該高温排ガスを770 ℃以下の温度まで冷却し得
る。このような温度まで排ガスを確実に冷却するには、
排ガスと噴霧水との接触がよくなるような条件にすれば
よい。かかる条件を実現するための指標の一つとして
は、排ガスと気化した噴霧水との混合ガスの流速があ
り、この流速を３ｍ／秒以下にすれば高温排ガスを770
℃以下の温度まで確実に冷却し得る。チャンバー径等の
形状寸法は、かかる観点から自ずと決められることにな
る。

【００１３】ここで、前記チャンバーにチャンバー壁の
水冷ジャケットを付設すると、冷却能が向上するため、
高温排ガスを冷却し易くなる他、さらに低い温度に冷却
し得るので、上流部（チャンバー）での灰の付着及び下
流部でのダスト類の凝縮付着をより生じ難くし得、又、
排ガスによるチャンバー壁（金属壁）の損傷を起こり難
くし得る。又、これらのクーリングチャンバーにチャン
バー内壁に沿って水又は蒸気を流す機構を付設すると、
チャンバー内壁と排ガスとの間に境膜を生成し得、その
結果、より一層、冷却能が向上するために前記の如き付
着が生じ難くなると共に、境膜によりチャンバー内壁が
保護されるために排ガスによるチャンバー壁の損傷、チ
ャンバー壁へのダスト類付着も起こり難くなる。

【００１４】前記排ガス流出孔とクーリングチャンバー
との接続管が金属管よりなると共に水冷ジャケットを有
するようにすると、該接続管の高温排ガスによる損傷が
生じ難くなると共に、該接続管部で高温排ガスは予備的
に冷却されるためにチャンバーでより一層低温に冷却さ
れる。又、接続管の内壁に沿って水又は蒸気を流すよう
にすると、接続管内壁と排ガスとの間に境膜を生成し
得、その結果、接続管内壁への灰及びダスト類の付着を
防止できる。

【００１５】前記チャンバーにおいて高温排ガスは770
℃以下まで冷却する必要があるが、冷却し過ぎないよう
にすることが望ましい。即ち、排ガス処理手段（排ガス
流路下流部）で排ガス中の塩化水素や水分が結露する
と、腐食が生じる恐れがあるので、かかる結露が生じる
温度まで冷却しないことが望ましい。又、下流部での排
熱回収も重要である。従って、チャンバーでの排ガスの
冷却温度の下限値は、上記塩化水素等の結露防止、及
び、排熱回収を考慮して設定することが望ましい。この
ような下限値は灰の溶融固化処理条件により異なり、例
えば350 ℃である。

【００１６】尚、前記金属製クーリングチャンバー内へ
供給する噴霧水として、中性のものを用いると、噴霧水
は排ガス中のHCl 等の酸性物質により酸性化し、チャン
バー内壁において金属腐食を生じさせる恐れがある。そ
のため、噴霧水として苛性ソーダ等の添加によりアルカ
リ性にしたものを用いることが望ましい。排ガス中の酸
性物質との中和反応により中性化し、金属腐食を生じ難
くし得るからである。又、噴霧水中にアンモニアを含有
させておくと、金属腐食が抑制される他、排ガス中のNO
_X の低減が図れる。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）図１に実施例１に係る灰の溶融固化処理装
置を示す。該装置は、旋回流溶融炉１の排ガス流出孔17
に、該排ガス流出孔17から導入される排ガスへの噴霧水
の供給機構を有する金属製クーリングチャンバー31、熱
交換器よりなる排熱回収部32、バグフィルター、脱硝装
置等の排ガス無公害化処理装置33をこの順に管接続し、
旋回流溶融炉１の出滓部の下には溶融スラグ搬送手段34
を設けている。上記クーリングチャンバー31は、水を蒸
気や空気等によりアトマイズし噴霧水としてチャンバー
頂部よりチャンバー内へ供給し、排ガス流出孔17からチ
ャンバー内に導入された高温排ガスを770 ℃以下の温度
に冷却する能力を有するものである。尚、図１において
35はロータリバルブを示すものである。

【００１８】上記装置によれば、溶融スラグ化した灰は
旋回流溶融炉１の出滓部から溶融スラグ搬送手段34に流
下し搬送される一方、排ガス流出孔17から排出されてク
ーリングチャンバー31内へ導入された高温排ガスは噴霧
水により770 ℃以下の温度に冷却される。この冷却後の
排ガスは排熱回収部32に導入されて排熱回収され、次い
で排ガス無公害化処理装置33に導入されて無公害化処理
された後、大気中に放出される。その結果、クーリング
チャンバー31（排ガス流路上流部）での灰の付着、並び
に、排熱回収部32及び無公害化処理装置33（排ガス流路
下流部）でのダスト類（低温揮散金属、スラグミスト、
ダスト等）の凝縮付着を安定して抑制し得、排ガス流路
閉塞等のトラブルを生じることなく、長期の連続運転を
安定して行い得た。

【００１９】（実施例２）図２に実施例２に係る溶融固
化処理装置のクーリングチャンバー36を示す。この装置
は、チャンバー36の外壁に水冷ジャケット37を有し、か
かる点を除き、実施例１に係る装置と同様の構造を有す
るものである。この装置によれば、実施例１の場合に比
し、クーリングチャンバーの冷却能が向上するため、灰
等の付着が生じ難くて長期の連続運転を行うことがで
き、又、排ガスによるチャンバー壁（金属壁）の損傷も
起こり難くなる。

【００２０】（実施例３）図３に実施例３に係る溶融固
化処理装置の要部を示す。この装置は、旋回流溶融炉１
の排ガス流出孔17とクーリングチャンバー36との金属製
接続管38に水冷ジャケット39を設けており、かかる点を
除き、実施例２に係る装置と同様の構造を有するもので
ある。この装置によれば、実施例２の場合に比し、高温
排ガスによる接続管38の損傷が生じ難くなり、又、該接
続管部で排ガスの予備冷却が行われ、チャンバー36での
排ガス温度は低くなる。

【００２１】（実施例４）図４に実施例４に係る溶融固
化処理装置の要部を示す。この装置は、クーリングチャ
ンバー40の内壁に沿って水又は蒸気を流す機構を有し、
かかる点を除き、実施例２に係る装置と同様の構造を有
するものである。この装置によれば、チャンバー40の内
壁面と排ガスとの間に境膜を生成し得るので、実施例２
の場合に比し、冷却能が向上するため、灰等の付着が生
じ難くて長期の連続運転を行うことができ、又、排ガス
によるチャンバー壁（金属壁）の損傷も起こり難くな
る。ここで、水を流す場合は、水をチャンバー40の上部
から内壁に沿って排ガスと対向流にさせ且つ内壁全体が
均一に濡れるように供給する。蒸気を流す場合は、蒸気
をチャンバー40の下部から内壁に沿って排ガスと並向流
にさせ且つ内壁全体に均一に触れるように供給する。

【００２２】（実施例５）図５に実施例５に係る溶融固
化処理装置の要部を示す。この装置は、前記金属製接続
管38の内壁に沿って水又は蒸気を流す機構を付設し、か
かる点を除き、実施例３に係る装置と同様の構造を有す
るものである。この装置によれば、接続管38の内壁と排
ガスとの間に境膜を生成し得るので、実施例３の場合に
比し、接続管38内壁への灰及びダスト類の付着が生じ難
く、又、排ガスによる接続管38の損傷も起こり難くな
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る灰の溶融固化処理装置によ
れば、旋回流溶融炉の排ガス流出部以降の排ガス流路上
流部（排ガス冷却手段）での灰の付着を安定して抑制し
得ると共に、排ガス流路下流部（熱交換器等の排ガス処
理手段）でのダスト類の凝縮付着を生じ難くし得、その
結果、長期間にわたって排ガス流路閉塞等のトラブルを
生じることなく、連続運転を安定して行い得るようにな
る。又、そのために、排ガス流路の熱交換器や配管等の
クリーニング作業が殆ど不要になり、その頻度を大幅に
低減できるようになるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１に係る溶融固化処理装置の概要を示
す正面図である。

【図２】 実施例２に係る溶融固化処理装置におけるク
ーリングチャンバーの概要を示す側断面図である。

【図３】 実施例３に係る溶融固化処理装置の要部の概
要を示す側断面図である。

【図４】 実施例４に係る溶融固化処理装置におけるク
ーリングチャンバーの概要を示す側断面図である。

【図５】 実施例５に係る溶融固化処理装置における旋
回流溶融炉の排ガス流出孔とクーリングチャンバーとの
接続管部の概要を示す側断面図である。

【図６】 従来の溶融固化処理装置の概要を示す側断面
図である。

【図７】 従来の改良型溶融固化処理装置の一例を示す
側断面図である。

【図８】 従来の改良型溶融固化処理装置の他の例を示
す側断面図である。

【符号の説明】

１--旋回流溶融炉、12，34--スラグの搬送手段、15--補
助バーナ、17--排ガス流出孔、19--排ガス放出部、20A,
22A, 20B, 22B，27A, 27B -- 水冷ダンパー、21，26--
金属製水冷ダクト、21A, 21B，26A, 26B -- 水冷ダク
ト、23A-- 灰の排出口、24A-- 弁、25A, 35-- ロータリ
バルブ、30--断熱フード、Ｅ--排ガス煙道管、Ｗ ---金
属製水冷ダクト、31，36，40--クーリングチャンバー、
32--排熱回収部、33--排ガス無公害化処理装置、37--水
冷ジャケット、38--金属製接続管、39--水冷ジャケッ
ト。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物の灰分含有体又は石炭灰を旋回
   しながら溶融スラグ化する溶融部を上部に有し、上記溶
   融スラグを排出する出滓部を下部に有し、排ガス流出孔
   を側壁に有する旋回流溶融炉と、該排ガス流出孔に管接
   続された排ガス冷却手段と、該排ガス冷却手段に管接続
   された排ガス処理手段と、上記出滓部からの溶融スラグ
   を搬送する手段とを備えた灰の溶融固化処理装置であっ
   て、前記排ガス冷却手段が、前記排ガス流出孔から導入
   される排ガスへの噴霧水の供給機構を有し、該排ガスを
   770 ℃以下に冷却する金属製クーリングチャンバーから
   なることを特徴とする灰の溶融固化処理装置。
2. 【請求項２】 前記クーリングチャンバーが、チャンバ
   ー内への噴霧水の供給機構を有すると共にチャンバー壁
   の水冷ジャケットを有する請求項１記載の灰の溶融固化
   処理装置。
3. 【請求項３】 前記クーリングチャンバーが、チャンバ
   ー内壁に沿って水又は蒸気を流す機構を有する請求項１
   又は２記載の灰の溶融固化処理装置。
4. 【請求項４】 前記排ガス流出孔とクーリングチャンバ
   ーとの接続管が金属管よりなると共に水冷ジャケットを
   有する請求項１、２又は３記載の灰の溶融固化処理装
   置。
5. 【請求項５】 前記排ガス流出孔とクーリングチャンバ
   ーとの接続管が、その内壁に沿って水又は蒸気を流す機
   構を有する請求項１、２、３又は４記載の灰の溶融固化
   処理装置。