JPH07124536A - ゴミ焼却炉の飛灰中のダイオキシン類の除去方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼却炉の排ガスの飛灰中のダイオキシン類の
効率的な除去方法と装置の開発 【構成】 飛灰だけを相互に反対方向へ回転する薄板成
形機１の成形ロール間で挾圧搾出して薄板成形体とし、
これを解砕機２にかけて微粉を篩分けした偏平細片をロ
ータリーキルン３で低酸素雰囲気内で加熱する。 【効果】 ダイオキシン類の加熱による熱分解に際し、
微粉でないから溶融軟化による炉の内壁への付着がな
い。偏平であるから熱伝導によって迅速に中まで均熱さ
れ、微粉でないから炉内でのカスケード運動に空滑りが
なく相互によく攪拌されて熱効率もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はゴミ焼却炉、特に流動床
ゴミ焼却炉から回収される飛灰中のダイオキシン類の除
去に係る。

【０００２】

【従来の技術】一般にダイオキシンと総称されるポリ塩
素化ダイオキシンとポリ塩素化ジベンゾフランは強い発
癌性と催奇性を有し、人体に蓄積するときわめて有害な
物質である。実験報告（「都市ごみ焼却施設のダイオキ
シンの生成と防止技術」花井−安全工学Ｖol27．ＮO．
６．1988） によれば、ダイオキシン類の発生は焼却炉
ではなく、大部分が電気集塵機において生成されてい
る。これはゴミの焼却が炭素を含む高分子の固体が熱分
解して低分子化し、気化して空気中の酸素と結合して炭
酸ガスに変化する過程があるが、ここで酸素ではなく含
塩素のプラスチックから供給される塩素と結合すると有
機塩素化合物が生成される。ところが焼却炉内は高温の
ため熱分解によって気化した成分はすぐに酸化されるた
め塩素化反応は殆どないか、さらに酸化されるのに対
し、電気集塵機内は低温（約 300℃前後）で飛灰の滞留
時間も長いから、酸化反応でなく塩素化反応が進行する
ことを確認している。

【０００３】焼却炉の集塵機で回収される飛灰から有害
なダイオキシン類を除去する課題は当然環境問題の中で
も緊急を要する重要な主題であり、このため多くの従来
技術が開示されてきた。回収した飛灰を効率よく熱分解
する技術が中心であり、たとえば加熱下で不活性ガス処
理を行ないＶ／ＴｉＯ₂ を触媒として使用する特開平５
−１３８１５０号公報、ダイオキシンの加熱と冷却を均
等にする炉構造に係る特開平５−１４６７７２号公報、
高温の燃焼ガスを直接飛灰に接触して熱分解する特開平
５−１５４４６１号公報などがある。

【０００４】一方、特開平５−３３９１４号公報では回
収した飛灰に必要に応じて水または適当な結合剤を添加
した後、造粒装置に導入して加圧成形し、この粒体をゴ
ミ投入ホッパへゴミとともに投入して燃焼させることに
より、有機塩素化合物を熱分解させる。処理後の飛灰な
どを焼却炉の下底部から取り出し廃棄するという分解方
法を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に例示した従来技
術のうち、前三者はいずれも加熱、冷却の条件設定に工
夫を凝らした内容であり、それなりに熱分解効率の向上
に有効であると評価できるが、微粉である飛灰を含む回
収物をそのまま加熱することは別の課題を誘発する恐れ
が大きい。微粉と粒体が混合するとキルン内での滞留時
間分布の幅が広がり分解率にばらつきが生じて完全分解
を徹底するうえで不都合となる。また、300〜500℃の熱
風と接触することによって微粉の飛灰は溶融または軟化
して、キルン内壁に付着成長し、付着層が累積すると連
続運転に支障を来すようになるので、キルンを停止して
この付着物を取り除く作業を余儀なく強いられる。ま
た、微粉を含んだまま大量の熱風を通過させると粉塵の
飛散も激しく、排ガスの集塵機の捕集量も増加して再度
キルン内へ投入するという悪循環に悩まされることも予
想される。

【０００６】この点では四番目の従来技術は飛灰を造粒
機にかけて微粉を粒状に成形しているから前記の従来技
術におけるかなりの課題は解決される。しかし、都市ゴ
ミの焼却炉としてはストーカ（火格子）式と流動床式と
に大別され、ストーカ式の場合には集塵機で回収した飛
灰を粒状化して再度炉内へゴミとともに投入すれば、熱
分解して無害化した灰分を炉の下底部から回収すること
ができるが、流動床式の場合には燃焼によって生じた灰
分の大部分は電気集塵機で回収されるという特性があ
り、 300℃程度の運転条件で既に述べたようにダイオキ
シン類が生成するのであるから、仮に回収した飛灰を粒
状に固めて再度炉内へ投入しても再度電気集塵機内で同
じダイオキシン類生成反応を繰り返すだけで悪循環を続
けるに過ぎない。

【０００７】また、粒状に造粒したときは、飛灰のよう
に加熱によって溶融、軟化する恐れがない代りに同一温
度に粒子の内外が加熱されるまでに時間の浪費が多く、
完全に内部まで熱分解するための滞留時間を多く必要と
する。梅村の論文（「ごみ焼却炉飛灰中ダイオキシン類
の熱分解装置」産業機械1992年５月号）によれば、ダイ
オキシン類の熱分解処理の必須条件として 酸素欠乏状態の維持 一定温度（約 400℃）の維持 滞留時間（約１時間）の維持、ダイオキシン濃度によ
ってはさらに必要 滞留後 140℃以下で排出 を挙げているが、微粉のままでの熱分解には前記の課題
が残り、また固化造粒した場合にはの課題が残る。

【０００８】本発明は以上に述べた課題のすべてを解決
し、効率的に飛灰を処理して環境改善に貢献するダイオ
キシン類の除去方法とその装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るゴミ焼却炉
の飛灰中のダイオキシン除去方法は、ごみ焼却炉の排ガ
スから捕集した飛灰粉末だけを相互に反対方向へ回転す
る一対の成形ロール間で挾圧搾出して薄板状に成形し、
該薄板成形体を解砕して偏平細片に細分化し、さらに微
粉を取り除いた該偏平細片を低酸素雰囲気内の回転窯内
で加熱することによって前記の課題を解決した。

【００１０】より具体的には、薄板成形体の板厚は３〜
５ｍｍの範囲とし、偏平細片の大きさは0．5〜８ｍｍの
範囲で篩分けされていること、および加熱中の回転窯の
内部は酸素濃度が ５Vol％以下の雰囲気になっているこ
とがきわめて好ましい実施例である。

【００１１】前記の方法に使用する装置としては、互い
に平行な回転軸で軸支され所望の開度を隔てて反対方向
に回転する一対の成形ロール１１と、該成形ロール間に
ゴミ焼却炉の排ガスから捕集した飛灰粉末だけを供給さ
れるホッパ１２と、ホッパの下底部に連接した円筒状の
バレル１３と、バレルの中心軸上で回転するスクリュー
１４とを具えた飛灰粉末の薄板成形機１と、該薄板成形
体を偏平細片に細分化する解砕機２と、細分化した偏平
細片に含まれる微粉を篩分ける振動篩５と、横長筒状の
胴体へ前記偏平細片を装入し、胴体３１をほぼ水平に維
持して回転しつつ低酸素雰囲気中で加熱するロータリー
キルン３よりなる構成が要件である。

【００１２】この装置の構成において、薄板成形機１は
バレル１３の内周面上にバレル始端で最も深くはじまり
次第に浅く傾斜してバレルの終端から少なくともスクリ
ューの１ピッチ分以上残した中間点で消滅する複数の勾
配溝１５を具え、ロータリーキルン３は外的加熱方式で
あって、胴体３１の断面形状がほぼ正六角形で形成され
ていることが目的達成に最も有効である。

【００１３】

【作用】本発明の作用の特徴の一つは微粉状態の飛灰に
水分も結合剤も一切添加せず、乾燥状態の粉体だけを強
力にロール間で挾圧して成形する点にある。添加水分も
結合剤もなしで乾態成形すれば、目的の熱分解時にきわ
めて有利であることは当然であるが、実際にこのような
成形を可能とするには、成形ロール間で薄板状に挾圧搾
出する方法が抜群に優れている。次に薄板状の成形体を
解砕して偏平細片に細分し微粉を篩分けして取り除くこ
とも重要な意義がある。偏平であり細片であると、造粒
機による粒体と違って熱が全体に及んで均熱化するまで
の時間が短く、きわめて熱効率が高い成果に結びつく。
一般にダイオキシン類の熱分解は400℃ 前後が最適であ
り、全体を逸早くこの適正温度に加熱し、分解後 150℃
以下に急冷することが要諦とされている。その点、偏平
細片を急速に適正温度まで均熱化し、微粉の混合もない
から溶融、軟化して炉壁に付着する懸念もなく、効率的
に熱分解の反応が完結することはきわめて有利な作用と
言える。

【００１４】外熱式のロータリーキルンで加熱する時点
において、炉の胴体が回転するにつれ、被加熱物は炉壁
に沿って持ち上げられて、ある点で自重によって落下す
るというカスケード運動を繰り返すが、図６にその運動
の概念を示している。すなわち、カスケード運動は、Ａ
−回転上昇運動、Ｂ−ゆるやかな層の崩壊による方向転
換、Ｃ−なだれ運動、Ｄ−停留帯に分けて考えられる
が、微粉が主体である飛灰の場合には、炉壁に沿って持
ち上げられる部分で滑りが生じて上へ持ち上げられず、
その上部における雪崩運動を誘発することができないた
め、被加熱物同士の入れ替えがなくなって攪拌現象が衰
えて熱効率を著しく減退させることが多い。この点、偏
平細片であれば相互の摩擦係数が増加し絡み合って相互
に拘束するから、単体の微粉のような空滑りを発生する
ことは少なくて済む。これも有利な作用であるが、後述
の実施例のように装置を特定のものに限定すれば、この
作用はより効果的に昂進することができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の実施例のフローを示す正面概
略図でる。図の中で前工程として、流動床式ゴミ焼却炉
Ｆ、排ガスの冷却室Ｃ、空気予熱器Ｈ、電気集塵機Ｅと
誘引送風機Ｂが具えられて、飛灰が灰バンカ４、定量供
給機４１を経由して薄板成形機１のホッパ１２へ供給さ
れる。薄板成形機１は機種としてはローラコンパクタと
呼ばれる乾式の粉体成形機であり、その詳細は図２
（Ａ）に示すように漏斗形のホッパ１２の軸線にスクリ
ュー１４を回転させてバレル１３内へ飛灰を強制的に押
し込む。バレルの下方に相互に反対方向へ回転する一対
の成形ロール１１があり飛灰を挾圧して薄板状に搾出す
る。

【００１６】この機種は本来、摩擦係数が小さく成形し
難い粉体材料の成形に他の機種よりも優れているが、な
お、微粉の多い飛灰の成形に際しては、飛灰とバレルの
内周面との摩擦よりもスクリューの羽根表面との摩擦の
方が勝るため、滑りを生じて飛灰が羽根と共回りを起こ
して逃げる懸念も残る。そのために出願人自身の開発に
よる実公平３−１２４７８号公報の従来技術を流用し
て、図（Ｂ）で例示するようにバレルの内面の始端で始
まり終端から少なくともスクリュー１ピッチ分残した中
間点で消滅する複数の勾配溝１５を刻設した実施例が好
結果をもたらす。すなわちこの勾配溝１５に充填した飛
灰はその凹側面に捉えられて拘束係止を受け、共回りし
ようとする羽根周辺との間に剪断作用が働いて、飛灰の
送り作用が増進されるのである。この場合、成形に当っ
ては純粋に飛灰だけを供給し、その他の水分や結合剤な
ど一切の添加を行なわないことが本発明の特徴であり、
以後の熱分解工程での熱効率の向上を約束する要因であ
る。成形時の薄板の板厚は３〜５ｍｍ、特に４ｍｍ程度
に成形したものが好都合である。

【００１７】薄板状の成形体を偏平細片に細分化するの
は解砕機２であるが、その一例は図３（Ａ）（Ｂ）に示
す粗砕機２１（ブレーカ）と図４（Ａ）（Ｂ）に示す整
粒機２２（グラニュレータ）とを連結して形成されてい
る。粗砕機は投入口２６から供給される薄板成形体を投
入口部に取付けた固定歯２５と回転軸２３に植設した回
軸歯２４の間で破砕して適宜の大きさの偏平細片として
下方の整粒機２２へ送る。整粒機は中央へ水平に横架し
た断面が六角形の中空筒体２７の角コーナへ破砕刃２８
を配置し、この中空筒体の外周囲を金網または多孔板な
どのスクリーン２９を具備し、該中空筒体に供給された
適宜の大きさの偏平細片を破砕刃２８にて解砕し、スク
リーン目開き以下の大きさに整粒後、スクリーンの外部
に放出し、回収後さらに図１のように振動篩５にかけて
微粉を確実に取り除きロータリーキルン３へ供給する。

【００１８】本実施例で適用するロータリーキルン３
は、出願人自身の考案に係る実開昭６２−１４５０９８
号公報の従来技術を流用した。この従来技術は図５
（Ａ）（Ｂ）に示すように外熱炉３２を具えたロータリ
ーキルンの一形式であるが、その胴体３１がほぼ正六角
形を形成する断面からなり、ほぼ中央に飛灰の温度計３
３を具えている。先に述べたとおり図６に示した炉内で
の飛灰のカスケード運動が、微粉のままであれば炉の内
壁に沿った滑り現象が生じて材料間の攪拌作用が著しく
阻害されるため、本発明では偏平細片としてこの課題に
対処したのであるが、、炉壁内面が滑らかであれば、微
粉状態よりも遥かに滑り難い偏平細片といえども、な
お、滑り運動−Ｇの発生する懸念が残るので、念の為に
最も空滑り現象を防止できる角形の断面を具えた胴体か
らなるロータリーキルンとしたのである。この結果、炉
内におけるカスケード運動は図（Ｂ）のように滑りが殆
ど阻止されて細片同士の攪拌が十分に進行し、装入され
た飛灰の細片がほぼ均等に同時加熱を受け、迅速に熱分
解反応が進行する。

【００１９】図１に示すようにロータリーキルン３の一
端には窒素発生装置３２が連結して、加熱中は常に窒素
気流が炉内へ流入して非酸化性の雰囲気としている。ロ
ータリーキルン３から排出した熱分解処理済みの灰分は
冷却器３３へ送り込まれ、窒素雰囲気中で冷却されて
後、排出され最終的に灰バンカ３４へ貯溜され回収され
る。なお、ロータリーキルンの供給側には集塵機３５と
誘引送風機３６を具え、再度微粉を回収して薄板成形機
１へ戻す。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べたとおり本発明に係るゴミ焼
却炉の飛灰中のダイオキシン類の除去方法とその装置
は、従来技術の何れと比べてもダイオキシン類の熱分解
効率が高く、有害成分のほぼ完全な除去を実現すること
ができる。効果の一例を次の実施例で説明する。実施例
の試料作成の条件は、流動床焼却炉の排ガスを電気集塵
機で回収した飛灰を出発原料とする。このときの飛灰の
粒度は平均粒径が27μｍ、嵩比重が0.66であった。この
飛灰を回転数８ｒｐｍ、圧縮圧2.5ｔ／ｃｍ²のローラコ
ンパクタにかけて、板厚4.3ｍｍ、板幅60ｍｍの薄板に
成形し、さらに粗砕機、整粒機にかけた後、振動篩で微
粉と分離して 0.5〜８ｍｍの偏平細片として72.5％が回
収され、0.5ｍｍ以下の微粉は27.5％で、再びローラコ
ンパクタへ戻して飛灰とともに供給した。外熱式のロー
タリーキルンの内部の酸素濃度は１％、加熱温度は飛灰
の温度で410℃、 炉内の加熱部分の滞留時間は60分とし
た。この実施例に対してロータリーキルンにおける熱分
解条件はほぼ同一に揃え、前処理である偏平細片までの
工程を省き単なる微粉のままの飛灰を出発原料として比
較例とした。それぞれのダイオキシンの熱分解成績を表
１に列記する。

【００２１】

【表１】

【００２２】表からも明らかなとおり実施例と比較例と
をみれば、実施例は塩素化ダイオキシン（ＰＣＤＤ）も
塩素化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）もその除去率は優れ
ている。特に実施例のＴＥＱ（毒性等価濃度）の低減率
が抜群によく、実際の現地に操業した場合の環境問題に
及ぼす貢献の大きさが確かに予想される。除去率以外に
比較例ではロータリキルンの胴体の内壁面への微粉の溶
着，付着が発生し、付着物の成長のため長時間安定した
運転が出来なかったが実施例では溶着付着が全く発生せ
ず安定した運転が可能であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工程を示すフロー図である。

【図２】実施例のうち、薄板成形機の縦断正面図（Ａ）
とバレルの横断正面図（Ｂ）である。

【図３】粗砕機の縦断正面図（Ａ）と側面断面図（Ｂ）
である。

【図４】整粒機の縦断正面図（Ａ）と側面断面図（Ｂ）
である。

【図５】ロータリーキルンの正面図（Ａ）と胴体の断面
図（Ｂ）である。

【図６】従来技術における課題を示すロータリーキルン
の胴体の断面図である。

【符号の説明】

１ 薄板成形機 ２ 解砕機 ３ ロータリーキルン ４ 灰バンカ ５ 振動篩 11 成形ロール 12 ホッパ 13 バレル 14 スクリュー 15 勾配溝 21 粗砕機 22 整粒機 23 回転軸 24 回転歯 25 固定歯 26 投入口 27 筒体 28 破砕刃 29 スクリーン 31 胴体 32 窒素発生装置 33 冷却器 34 灰バンカ 35 集じん機 36 誘引送風機 Ｆ 流動床式ごみ焼却炉 Ｃ 排ガス冷却室 Ｈ 空気予熱機 Ｅ 電気集塵機 Ｂ 誘引送風機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌形 昌美 大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会社栗本鐵工所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみ焼却炉の排ガスから捕集した飛灰粉
   末だけを相互に反対方向へ回転する一対の成形ロール間
   で挾圧搾出して薄板状に成形し、該薄板成形体を解砕し
   て偏平細片に細分化し、さらに微粉を取り除いた該偏平
   細片を低酸素雰囲気内の回転窯内で加熱することを特徴
   とするゴミ焼却炉の飛灰中のダイオキシン類の除去方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１において、薄板成形体の板厚は
   ３〜５ｍｍの範囲とし、偏平細片の大きさは0．5〜８ｍ
   ｍの範囲で篩分けされていることを特徴とするゴミ焼却
   炉の飛灰中のダイオキシン類の除去方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、加熱中の回
   転窯の内部は酸素濃度が ５Vol％以下の雰囲気になって
   いることを特徴とするゴミ焼却炉の飛灰中のダイオキシ
   ン類の除去方法。
4. 【請求項４】 互いに平行な回転軸で軸支され所望の開
   度を隔てて反対方向に回転する一対の成形ロール１１
   と、該成形ロール間にゴミ焼却炉の排ガスから捕集した
   飛灰粉末だけを供給されるホッパ１２と、ホッパの下底
   部に連接した円筒状のバレル１３と、バレルの中心軸上
   で回転するスクリュー１４とを具えた飛灰粉末の薄板成
   形機１と、該薄板成形体を偏平細片に細分化する解砕機
   ２と、細分化された偏平細片に含まれる微粉を篩分けす
   る振動篩５と、横長筒状の胴体へ前記偏平細片を装入
   し、胴体３１をほぼ水平に維持して回転しつつ低酸素雰
   囲気中で加熱するロータリーキルン３よりなることを特
   徴とするゴミ焼却炉の飛灰中のダイオキシン類除去装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４において、薄板成形機１がバレ
   ル１３の内周面上にバレル始端で最も深く始まり次第に
   浅く傾斜してバレルの終端から少なくともスクリューの
   １ピッチ分以上残した中間点で消滅する複数の勾配溝１
   ５を具え、ロータリーキルン３が外的加熱方式であっ
   て、胴体３１の断面形状がほぼ正六角形で形成されてい
   ることを特徴とするゴミ焼却炉の飛灰中のダイオキシン
   類除去装置。