JPH0721329B2 - 都市ごみ焼却灰の処理方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、都市ごみ焼却灰の処理方法および装置に関
し、さらに詳しくは、都市ごみの焼却灰を溶融処理して
スラグ化し、減容（容積を減縮）して排出処理する方法
およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

都市ごみは従来、埋立によって処分されていたが、埋立
の用地確保が難しくなり、一旦焼却してから焼却灰を埋
立処分するようになってきている。最近では、都市ごみ
の70％近くが焼却処分されている。

しかし、ごみの焼却によっても約10〜15％の焼却灰が発
生し、灰の埋立処分用の用地す逼迫するような状況にな
ってきた。また、灰は埋立処分において、微粉状灰の飛
散、重金属類の浸出、未燃焼物による悪臭など環境上の
問題も生ずるのでその対策も必要である。

一方、都市ごみを加熱するためにプラズマトーチを用い
ることが知られており、塵芥乾留方法が特開昭51−1326
69の公報に開示されている。また、実公昭53−33424に
はプラズマアーク柱から直接輻射される熱および対流さ
れる熱を、金属などを含む、区分されない塵芥に与える
装置が記載されている。これらの技術は、プラズマを塵
芥処理そのものの熱源としており、プラズマエネルギー
原単位が高い。

〔発明が解決しようとする課題〕

都市ごみの熱却処理について処分すべき焼却灰を排出し
ないこと、その際、エネルギー消費量が少なく安定した
操業が可能で、自動運転が可能である技術が極めて望ま
しい。本発明はこのような要求を満足させるために研究
を重ね、焼却された都市ごみの焼却灰をプラズマを用い
て溶融処理することが目的達成のため好ましいことを見
出した。また、この焼却灰の溶融処理に当って、溶融ス
ラグの排出口の閉塞トラブルによって、連続操業をする
ことが困難であるという問題があったが、この点を解決
する装置を開発した。本発明はこのような装置の開発に
伴って可能となった都市ごみ焼却灰の処理方法およびそ
の装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、都市ごみの焼却炉から排出される焼却灰を溶
融処理してスラグ化し、減容するとともに環境上の問題
を一挙に解決することを狙ったものであり、都市ごみの
焼却処理にあたり、焼却炉から排出される焼却灰を、水
冷処理し、この処理灰を所定の含水比まで乾燥させた後
プラズマにより溶融すると共に、処理灰に含有される未
燃焼有機物と水分との水性ガス反応を還元性雰囲気下で
促進させてガス化し、溶融したスラグは排滓しつつ水砕
処理を施して、水砕スラグとして排出し、生成されたガ
スはごみ焼却燃料として回収することを特徴とする。

このような焼却灰の処理方法を好適に実施する装置とし
ては、都市ごみの焼却炉に、焼却灰を水冷処理する水槽
と、水槽から排出した焼却灰を所定の含水比まで乾燥す
る乾燥装置と、この乾燥焼却灰を溶融するプラズマ溶融
装置と、溶融装置から排出したスラグを水砕処理する水
砕装置とを設けたことを特徴とする都市ごみ焼却灰の処
理装置である。

〔作用〕

本発明においては、都市ごみの焼却とプラズマによる焼
却灰の溶融、水滓スラグ化の一連の工程に、焼却灰の水
冷工程と、乾燥工程を設けたので高温の焼却灰を一旦冷
却してその次工程への搬送を容易にした後、乾燥工程で
焼却灰を所定の水分含有量に乾燥させることができる。
従って、微粉状灰が飛散することなく溶融に要する電力
使用量を低減させると共に、焼却灰に残存する未燃焼有
機物と水分を空気プラズマによって還元性雰囲気下で水
性ガス反応を促進させて、多量のH₂およびCOからなる可
燃性のガスを発生させ、このガスを焼却炉または水冷処
理した焼却灰の乾燥炉側へリサイクルすることにより、
エネルギー効率を改善することができる。

〔実施例〕

第１図は通常の都市ごみ焼却工場の焼却灰処理に本発明
を適用した焼却工場の全体フローシートである。第１図
中符号１〜14については公知の通常実施されている都市
ごみ焼却のための清掃工場のレイアウトである。

先ずこれについて説明する。ごみ収集運搬車１により収
集されたごみはごみピット２中へ投棄される。ピット２
内のごみは天井クレーン３により焼却炉５の投入ホッパ
４へ供給される。ごみは焼却炉５内に逐次移送され、ス
トーカ（火格子）下部より供給される予熱空気によって
燃焼する。ごみは燃焼の進行とともにストーカ上を次第
に下方へ移動し、最後に焼却灰となって水槽13内に落ち
冷却される。水槽内の焼却灰は灰コンベアにより灰ピッ
ト14内に排出される。通常の清掃工場では、灰ピット14
内の焼却灰は天井クレーンによって灰運搬車に移されて
埋立地に運ばれ、埋立処分されている。

一方、焼却炉でごみの焼却により発生した燃焼ガスは煙
道を通って廃熱ボイラ６で熱交換され、電気集塵器10で
除塵され、さらに有害ガス除去装置11で清浄化された
後、煙突12から大気中に放出される。

また、廃熱ボイラ６によって発生した蒸気は蒸気ヘッダ
７に入り、冷暖房用に用いられたり蒸気タービンにより
発電機８を回し、工場内の必要設備用動力源としての電
力を発生する。使用済蒸気は復水器９を経由して再び廃
熱ボイラ６に送られる。

以上述べたシステムは、旧来の通常実施されている都市
ごみ処理方法であり、ここではごみ処理量の約10〜15％
の焼却灰が発生し、灰は埋立処分されなければならな
い。

本発明は灰ピット14内の灰をさらに灰コンベアにより搬
出すると同時に、灰溶融炉15の灰ホッパ21へフィードす
る。灰ホッパ21内に設置された灰自動切出し装置22によ
り灰ホッパ21内の灰は逐次連続して灰溶融炉15内に装入
される。灰溶融炉15の上方にはプラズマトーチ16が設置
されており、このプラズマトーチ16は炉内に装入された
灰を溶融する。溶融した灰はスラグ化して灰溶融炉15の
炉底にたまる。

灰溶融炉15の下部にはスラグ排出口23が設けられてお
り、灰溶融炉15の炉底に溜った溶融スラグは排出口23に
より連続して炉外に排出される。排出されたスラグは水
砕設備17により逐次水砕スラグ18として取出される。

第２図に灰溶融炉15を示した。

第２図（ａ）は水平断面図を示し、第２図（ｂ）はその
Ｂ−Ｂ矢視、第２図（ｃ）はそのＣ−Ｃ矢視である。

灰溶融炉15の炉底にはスラグ排出口23およびプラズマト
ーチの外部電極28が設けられている。排出口23は周縁部
が耐火物製の堰24により構成されていて炉底に溜ったス
ラグが直ちに排出口23から流出するのを抑止する。炉底
から所定の水準の高さの位置で、堰24の特定の方位に切
込み25を設け、炉底のスラグはこの切込みを溢流して排
出口23から炉外へ流出する。

排出口23のノズル26は炉底耐火物の厚さの途中で切れる
ように配設し、ノズル26の下端より下方は、排出口23の
径を拡大して末拡がり孔27を形成し、流出するスラグが
ノズル先端から周辺に接触することなく滴下するように
している。

連続排滓を実現するためには、少量の流出スラグをノズ
ル26を閉塞することなく排出することが重要であって、
本発明になる灰溶融炉15はこの目的を十分に達成するこ
とができる。すなわち本発明においてはスラグ排出口を
炉内において、最も温度の高い炉底に位置せしめたこ
と、さらに溢流したスラグが流下していき、ノズル先端
から離脱する位置を炉底耐火物の内部に設けたこと、の
２点によりノズル出口が炉内溶融スラグ溜りから極めて
近い距離にあって、ノズル出口温度を必然的に高温に保
持することが容易である。従って、炉の操業中は常にノ
ズル出口温度がスラグの凝固温度より高温に保持され、
ノズル内部のスラグによる閉塞が防止される。

また本発明において、スラグを溢流させるための堰の切
込み設置と切込みの設置方位の決定が重要である。も
し、切込みを設けなければ溶融スラグは排出口の周囲の
いずれの方位からも溢流が可能となる。第２図におい
て、焼却灰は灰供給口30から炉内に供給されるが、灰が
溶融するためには有限の時間を要するから灰は一定時間
炉内に滞留しなければならない。従って、切込みがなけ
れば未溶融の灰が堰を溢流して炉外に排出されたり、あ
るいは未溶融なるが故に低温であって、ノズル出口を閉
塞させる可能性も生ずる。堰に切込みを設け、かつ切込
みの設置方位を灰供給口から離隔する方位に調整するこ
とにより炉内に供給された焼却灰の滞留時間を必要な長
さだけ確保することができる。

以上の処理工程において、灰ピット14から搬出された焼
却灰の含水率は約40％とかなり高いので、このままの状
態で溶融すれば溶融炉での電力使用料が大きくなるの
で、灰ホッパ21に供給するに先立ち、予め乾燥装置を用
いて乾燥する必要がある。しかし、乾燥が過ぎると微粉
状灰が飛散するので焼却灰の水分含有率が10〜20％程度
となるように乾燥することが望ましい。なお、乾燥装置
は公知のものを使用すればよい。

一方、焼却灰は２〜５％程度の未燃焼有機物が含まれる
が、プラズマによる溶融時に熱分解してガス化する。プ
ラズマの特徴として極めて少量のガスによる加熱が可能
であり、かつプラズマガスの種類を選択して雰囲気調整
することが可能であるから、熱分解を還元性雰囲気下で
行い、すなわち、上記未燃焼有機物と上記の含有水分が
空気プラズマによって熱分解され、第２表に示すように
多量のH₂およびCOが発生する。このH₂およびCOを可燃性
のガスとして排ガス孔29より回収することができる。そ
こで灰溶融炉からの排ガスを回収して、回収ルート31を
介して焼却炉の２次燃焼室に戻して燃焼させればエネル
ギー効率を改善することも可能である。

プラズマ加熱に必要とする電力は、焼却灰の溶融に対し
ては、約600〜700KWH/tである。

150KWのプラズマトーチを用いた焼却炉に第１表の組成
を持ったごみ焼却灰約100kgを装入して溶融し、熱分解
ガスを除塵、冷却後に採取して組成分析し、さらに灰溶
融後にスラグを出滓して冷却し、組成分析を行った。

熱分解ガスならびにスラグの組成をそれぞれ第２表なら
びに第３表に示した。

第２表から明らかなように、分解ガスはH₂＋COを約60％
含有するのでH₂とCOの燃焼熱を考慮すると、分解ガスの
発熱量は約2000Kcal/m³で、燃料ガスとして使用するこ
とが十分に可能である。

〔発明の効果〕 本発明方法によれば、都市ごみの焼却によって生ずる焼
却灰を減容、無害化し、さらにこれを積極的に再利用す
ることができるので、埋立地の逼迫などの解決を図るこ
とができる。

また本発明装置は焼却灰を溶融処理し、溶融スラグの排
出口の閉塞を生ずることがなく、安定的な連続操業を可
能とするものである。

本発明は都市ごみ以外の産業廃棄物の処分に対しても適
用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すフローシート、第２図は
実施例の灰溶融炉の（ａ）水平断面図、（ｂ）そのＢ−
Ｂ矢視図、（ｃ）そのＣ−Ｃ矢視図である。 １……ごみ収集運搬車、２……都市ごみピット ３……天井クレーン、４……ごみ投入ホッパ ５……ごみ焼却炉、６……廃熱ボイラ ７……蒸気ヘッダ、８……タービン発電機 ９……復水器、10……電気集塵器 11……有害ガス除去装置 12……煙突、13……焼却灰冷却ピット 14……焼却灰ピット、15……灰溶融炉 16……プラズマトーチ 17……スラグ水砕設備 18……水砕スラグ、21……灰ホッパ 23……スラグ排出口、24……堰 25……切込み、26……ノズル 27……末拡がり孔、31……回収ルート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤秀 公造 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (72)発明者 長谷川 武久 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (72)発明者 山崎 健利 東京都千代田区内幸町１―１―３ 東京電 力株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−122812（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】都市ごみの焼却処理に当り、焼却炉から排
   出される焼却灰を、水冷処理し、この処理灰を所定の含
   水比まで乾燥させた後プラズマにより溶融すると共に、
   処理灰に含有される未燃焼有機物と水分との水性ガス反
   応を還元性雰囲気下で促進させてガス化し、溶融したス
   ラグは排滓しつつ水砕処理を施して、水砕スラグとして
   排出し、生成されたガスはごみ焼却燃料として回収する
   ことを特徴とする都市ごみ焼却灰の処理方法。
2. 【請求項２】都市ごみの焼却炉に、焼却灰を水冷処理す
   る水槽と、該水槽から排出した焼却灰を所定の含水比ま
   で乾燥する乾燥装置と、この乾燥焼却灰を溶融するプラ
   ズマ溶融装置と、該溶融装置から排出したスラグを水砕
   処理する水砕装置とを設けたことを特徴とする都市ごみ
   焼却灰の処理装置。