JPH08131986A

JPH08131986A - 焼却炉の灰処理装置

Info

Publication number: JPH08131986A
Application number: JP6281779A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Ono; 滋美小野; Hiromichi Fujiwara; 弘道藤原; Manabu Yamamoto; 学山本; Naoki Fujiwara; 直機藤原
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1994-11-16
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】煙道中の重金属の析出トラブルや腐食を回避
した飛灰または焼却灰の溶融処理を行うこと。【構成】焼却炉１内で得られる灰はバグフィルタ６で
回収され、高温間接熱交換器であるキルン型の分解炉９
に供給される。分解炉９外套の加熱管２３には溶融炉１
０の排ガスの一部が導入され、必要なら補助バーナ１８
による加熱も行い、灰中の有害重金属、塩化物などを揮
散させる。また、溶融炉１０の排ガスの一部は高温ダク
ト２２を経由して直接分解炉９に導入され、パージガス
として分解炉９中を流れ、灰から揮散した濃厚な重金属
などを含む少量の分解炉９の排ガスを分解炉排ガス処理
装置１５に向けて排出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は都市ごみあるいは産業廃
棄物の焼却炉から発生する灰の処理装置である溶融装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】焼却炉から発生する焼却灰の処理のため
に電気、化石燃料などを熱源とする各種の溶融炉を備え
た溶融装置が開発されている。従来の溶融装置の共通課
題として、焼却灰を直接溶融炉に投入して溶融するた
め、次のような問題点があった。（１）溶融エネルギーを多く必要とするため溶融排ガス
量を多く発生する。（２）溶融排ガス中に重金属や塩化物などが共存し、温
度降下に伴い煙道中で重金属が析出したり、煙道に腐食
が発生する。また、焼却炉から発生する焼却灰の処理用に、電気、化
石燃料などの熱源とする各種の溶融炉が提案されている
が、大部分は焼却灰の溶融を対象とするものであり、流
動床ごみ焼却炉の飛灰を対象とした溶融炉は殆どなかっ
た。

【０００３】流動床ごみ焼却炉の飛灰は焼却灰と異な
り、塩素（Ｃｌ）イオンおよびナトリウム（Ｎａ）イオ
ンなどのアルカリイオンの含有量が高いために腐食性が
高いこと、およびカドミニウム（Ｃｄ）や鉛（Ｐｂ）な
どの有害金属の含有量が高い。したがって、飛灰を溶融
した場合、溶融炉の腐食が著しいとともに、排ガスの処
理が難しいために飛灰は溶融処理に適していないとされ
てきた。しかし、廃棄物の処理及び清掃に関する法律
（廃棄物処理法）の改正に伴い、飛灰の中間処理が不可
欠になった。さらに都市部を初めとして埋め立て地の確
保が困難になってきた。そのため、灰の無害化のほかに
減容化が可能な溶融処理が飛灰を対象としても考えら
れ、旋回流溶融炉などが提案されている。

【０００４】図２に従来法の流動床ごみ焼却炉の飛灰の
処理装置の一例のフローを示した。焼却炉１から排出す
る飛灰は排ガスダクト２０からガス冷却塔２、熱交換器
３、ガス冷却塔４を経由した後、バグフィルタ６で集塵
され、煙突７から排出される。バグフィルター６で捕集
された飛灰は均一な組成の灰である。焼却炉１には空き
缶や釘他の金属や不燃物などの異物の混入は無いが、Ｎ
ａＣｌやＣｄ、Ｐｂなどの低沸点の有害重金属の含有量
が高い。また、ＨＣｌの除去を目的としてホッパ５から
Ｃａ（ＯＨ）₂あるいはＣａＣＯ₃を煙道あるいは炉内に
吹き込んでいるため、それらがＨＣｌと反応してできた
ＣａＣｌ₂の含有量も高い。また、バグフィルタ６で回
収された飛灰は灰抜き出しライン２６から灰ホッパ８を
経由して溶融炉１０に供給される。溶融炉１０からはス
ラグ２７が取り出される。

【０００５】ここで、上記ＮａＣｌやＣｄ、Ｐｂなどの
低沸点の有害重金属の含有量が高い飛灰を溶融した場
合、第１に溶融炉１０の腐食が焼却灰の場合よりはるか
にひどくなり、第２にＮａＣｌなどの塩化物が溶融過程
で灰中の水分と反応して生成した高濃度のＨＣｌとＮ
ａ、Ｃｄ、Ｐｂなどの大部分が排ガス中に移行するた
め、溶融炉排ガスは高温で、かつ腐食成分や有害成分の
濃度が高くなり、その処理が難しく、高温の溶融炉排ガ
スの廃熱の効率の良い熱回収も不可能となる。

【０００６】溶融炉排ガスは焼却炉本体の排ガスライン
２０に戻して、焼却炉排ガスとともに処理する方法が考
えられる。しかし、飛灰の場合は、上述したように排ガ
ス中の有害金属や塩化物イオンが系内に蓄積し、高濃度
のこれらの成分が系内を循環することになる。したがっ
て、溶融炉排ガスを対象とした排ガス処理装置１４を焼
却炉とは別に設置せざるを得ない。また、排ガス処理装
置１４に溶融炉排ガスを導入する前に、ガス冷却塔１
１、熱交換器１２およびガス冷却塔１３を順次経由させ
て冷却した後、排ガス処理を行う。また、溶融炉排ガス
中のＨＣｌの除去を目的としてホッパ５からライン２５
を経由させてＣａ（ＯＨ）₂あるいはＣａＣＯ₃を煙道に
導入する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記焼却灰の溶融装置
および飛灰の溶融装置における共通の課題は、焼却灰溶
融装置で焼却灰を直接溶融する過程で重金属や塩化物な
どが焼却灰の溶融中に揮散するため、あるいは飛灰中に
重金属や塩化物などが含まれるため、これらの重金属や
塩化物などを含む溶融排ガスの温度が降下すると煙道中
で重金属などが析出することがあった。この析出重金属
などは煙道内部や溶融装置制御部に付着してトラブルや
塩化物による煙道の腐食が発生することがあり、これが
前記焼却灰の溶融装置および飛灰の溶融装置の連続運転
を阻害する要因となっていた。また、前記溶融装置では
飛灰または焼却灰（以下、単に灰と言うことがある。）
を直接溶融炉へ投入して溶融するため、溶融エネルギー
を多く必要とし、溶融排ガス量が多く発生することも解
決すべき問題点としてあった。本発明の目的は、煙道中
の重金属の析出トラブルや腐食を回避した飛灰または焼
却灰の溶融処理を行うことである。また、本発明の目的
は飛灰または焼却灰の溶融排ガス量を減少させることで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、次
の構成によって達成される。すなわち、焼却炉から排出
する飛灰または焼却灰を溶融して固形化処理する溶融炉
を備えた焼却炉の灰処理装置において、溶融炉の前段に
飛灰または焼却灰を予熱して飛灰または焼却灰中の重金
属、塩化物を揮散させる間接熱交換器を設けた焼却炉の
灰処理装置である。本発明の上記焼却炉の灰処理装置に
おいて、間接熱交換器には飛灰または焼却灰が導入され
る分解炉と溶融炉から排出する排ガスを導入して飛灰ま
たは焼却灰を間接加熱する分解炉加熱管を設けた構成を
採用することができる。

【０００９】本発明の上記目的は、次の構成によって達
成される。すなわち、焼却炉から排出する飛灰または焼
却灰を溶融して固形化処理する溶融炉を備えた焼却炉の
灰処理装置において、溶融炉の前段に焼却灰を予熱して
飛灰または焼却灰中の重金属、塩化物を揮散させる間接
熱交換器を設け、該間接熱交換器には溶融炉排ガスの一
部をパージガスとして導入して飛灰または焼却灰から揮
散した重金属、塩化物を取り出す分解炉を設けると同時
に、溶融炉から排出する溶融炉排ガスの他の一部を導入
して飛灰または焼却灰を間接加熱する分解炉加熱管を設
け、さらに分解炉から取り出した揮散重金属、塩化物を
処理する分解炉排ガス処理装置を設けた焼却炉の灰処理
装置である。上記本発明の焼却炉の灰処理装置におい
て、間接熱交換器の分解炉加熱管には補助バーナを設け
ることができる。また、前記間接熱交換器で飛灰または
焼却灰を８００〜１１００℃に加熱することが望まし
い。

【００１０】

【作用】飛灰または焼却灰の溶融過程で発生するＨＣｌ
などによる腐食を防ぎ、低沸点のＣｄ、Ｐｂなどの有害
重金属が揮散することにより生ずる排ガス処理の難しさ
を防ぐ方法としては、これらの元素が揮散しないように低い温度で溶融を行
う。添加剤を加えてこれらの元素を溶融スラグに固定す
る。飛灰または焼却灰中のこれらの元素を予め除去した後
の灰を溶融する。などの方法が考えられ、これらの方法を検討した。

【００１１】の低い温度で焼却灰を溶融する方法はＣ
ｄ、Ｐｂなどの元素が揮散する温度が低いため、その揮
散する温度以下で溶融するためにはかなり多量の融剤が
必要であり、溶融の利点の一つである減容が不可能であ
り、実用には適さないことが分かった。また、のスラ
グに有害な重金属を固定する方法の検討のために、灰と
混合して溶融するための各種の添加剤を試験した。しか
し、添加剤を加えてスラグへの固定化率を向上させるた
めには多量の添加剤を使用する必要があり、この場合も
減容化はできず、実用的でないことが分かった。

【００１２】の飛灰または焼却灰中の有害重金属など
を予め除去した後に灰を溶融する方法について、湿式お
よび乾式の処理方法を検討した結果、灰を８５０〜１２
００℃で加熱することにより塩化物や問題の元素が灰か
ら分離できることが分かった。この方法について検討を
加えた結果、灰溶融の前処理として加熱分解処理を行う
方法が、上記の目的を解決する手段として有効であるこ
とが分かり、本発明に至ったものである。上記したよう
に、本発明は飛灰または焼却灰中の重金属または塩化物
を高温（８５０〜１２００℃）に加熱すると前記重金属
や塩化物が短時間で蒸発する特性があるため、その特性
を利用して溶融炉前段に高温に加熱する間接熱交換器を
設置し、ここに飛灰または焼却灰を通すことにより灰中
の重金属や塩化物を蒸発除去するものである。

【００１３】本発明の特徴は溶融炉前段に高温に加熱す
る熱交換器として間接熱交換器を利用することと熱交換器の加熱源として溶融炉排ガスを利用することである。本発明では溶融炉前段での飛灰または焼却灰の
高温加熱処理に用いるガスとして重金属、塩化物などの
有害物質を除去した後の灰の溶融炉からの排出ガスを用
い、これを循環再利用し、しかも灰の溶融炉からの排出
ガスの熱エネルギーをそのまま灰の溶融熱エネルギーを
有効利用できる。

【００１４】また、本発明の間接熱交換器内で発生する
重金属を含むガスは、熱交換器内を負圧にするだけの最
小限の量が置換される。また、発生ガスは重金属を回収
する装置へ導かれ、該装置で重金属が回収される。一
方、灰は高温のまま、重金属が除去された状態で溶融炉
に投入されて溶融される。溶融する際に灰は高温状態で
あり、溶融に必要な補助燃料（石油、石炭など）が大幅
に低減可能となり、これにより溶融排ガスも大幅に減少
し、ガス処理設備もコンパクトとなる。さらに、前段で
重金属および塩化物が除去されているため、ガス処理設
備に重金属の析出や塩酸による煙道の腐食のトラブルも
回避できる。

【００１５】また、特開平６−１７４２２３号公報にも
焼却灰の溶融炉前段に焼却灰を高温に加熱する熱交換器
を設けて重金属を回収する発明が記載されている。しか
し、上記公報記載の発明は本発明のように焼却灰溶融炉
排ガスを熱交換器の加熱源としていないので、熱エネル
ギーコスト的に本発明より不利である。また、上記公報
記載の発明は４００℃程度の温度に焼却灰を加熱するだ
けであるので、ダイオキシンは分解できても、本発明の
ように十分重金属、塩化物などの除去ができるものとは
考えられない。

【００１６】また、特開平３−１９６８８７号公報には
溶融炉前段に飛灰または焼却灰を高温に加熱する直接熱
交換器を設けて前記灰から重金属を回収する発明が記載
されている。しかし、上記発明では焼却炉の高温排ガス
を熱交換器に直接導入して、灰と混合するものであり、
灰を加熱して有害成分を揮散させるためには、多量の高
温排ガスを必要とする。すなわち、灰を１０００℃程度
に加熱するためおよび揮散した有害成分を溶融炉の反対
側に排出させるために多量の高温排ガスが必要となる。
その上、灰は飛散しやすいため、これに高温排ガスを直
接当てると熱交換器中でのダスト量が増えることにな
る。これに対して、本発明では灰の加熱を溶融炉排ガス
で主に行うが、加熱不足分は補助バーナで行い、これで
１０００℃程度の温度に灰を加熱できる。そして、揮散
した有害成分を溶融炉の反対側に排出させるためのパー
ジガスとしてわずかな流量の灰溶融炉排ガスを分解炉に
導入するだけで良い。また、パージガスとしての溶融炉
排ガス流量は分解炉中の灰から発生した有害重金属、塩
化物などを分離できる範囲で、その流量はいくらでも下
げることができる。このため前記直接熱交換器を用いる
発明に比較して本発明の灰加熱用の溶融炉排ガス量は少
量ですむ。また、本発明は間接的に灰を加熱するので、
灰は飛散しないので、分解炉からの排出ダスト量を増加
させるおそれはない。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例を図面とともに説明する。
本実施例の溶融装置を用いた焼却システムの例を図１に
示した。焼却炉１内で焼却されたごみの一部は飛灰とし
て排ガスダクト２０からガス冷却塔２、熱交換器３、ガ
ス冷却塔４を経由した後、バグフィルタ６で集塵され、
煙突７から排出される。バグフィルタ６で回収された灰
は灰抜き出しライン２６から灰ホッパ８を経由して高温
間接熱交換器であるキルン型の分解炉９に供給される。
分解炉９では灰の加熱を溶融炉排ガスで主に行うが、加
熱不足分は加熱管２３に設けられた補助バーナ１８で加
熱される。こうして分解炉９内の灰は、１０００℃程度
の温度に加熱される。そして、これらの加熱で有害重金
属、塩化物などが灰中から揮散して除去される。分解炉
９で重金属などが除去された灰は溶融炉１０に供給され
る。溶融炉１０からはスラグ２７が取り出されるが、溶
融炉１０からの排ガスの一部は焼却炉１、溶融炉１０に
供給される空気を熱交換器３と熱交換器１６で加熱する
ために使用される。なお、溶融炉１０にはバーナ１７を
介して加熱空気が供給される。また、溶融炉１０からの
排ガスの他の一部は分解炉９外套の加熱管２３に導入さ
れる。加熱管２３に設けられた補助バーナ１８は、必要
な場合には随時使用される。また、高温ダクト２１内の
溶融炉１０からの排ガスの一部は高温ダクト２２を経由
して直接分解炉９に導入される。分解炉９内に直接導入
される排ガスはパージガスとして、分解炉排ガスライン
２８に設けた図示していない吸引ファンにより導かれ、
分解炉９中を流れ、灰から揮散した濃厚な重金属などを
含む少量の分解炉排ガスは溶融炉１０とは反対側に位置
する出口から分解炉排ガス処理装置１５に向けて排出さ
れる。このパージガスは有害金属、塩化物などを灰から
分離できる範囲で、その流量はいくらでも下げることが
できる。

【００１８】分解炉９で塩化物、有害重金属などを除去
された灰は、溶融炉１０に供給され、溶融されるが、こ
の溶融炉１０内の排ガスは腐食性が極めて低いため、そ
のまま高温ダクト２１で分解炉９の加熱管２３に導入さ
れ、分解炉９の加熱に使用されるとともに、分解炉９の
パージガスとして高温ダクト２２から分解炉９内に導入
され、残りは熱交換器１６にて溶融炉燃焼ガスの加熱に
利用された後、そのまま焼却炉１側の排ガスライン２０
に戻される。溶融炉１０から取り出さたスラグ２７は有
害重金属、塩化物などを含まない灰の固化物であり、ま
た、灰の容積が減容したものであるので取り扱いが容易
になる。

【００１９】図１では、分解炉９としては外熱式のキル
ンの例を示したが、溶融炉排ガスを高温ダクト２１を経
由させて加熱管２３に導き、さらにガスあるいは油バー
ナーからなる補助バーナ１８で分解炉９内の灰を補助的
に加熱し、分解に必要な温度８００〜１１００℃を得
る。分解炉９は前記タイプの外熱式キルンに限るもので
はなく、電気加熱式キルン、あるいは必要最小限のガス
あるいは油バーナーで加熱する内熱式のキルンであって
もよい。

【００２０】溶融炉１０は、灰の穏やかな全体的な加熱
が可能なガスあるいは油バーナーを用いた反射炉などが
用いられるが、電気抵抗炉、あるいはプラズマ炉のよう
な電気方式の溶融炉であっても構わない。分解炉９に導
入するパージガスとして溶融炉排ガスの外に灰の加熱が
十分可能ならば、空気あるいは窒素ガスのような不活性
ガスを用いても良い。

【００２１】上記本発明の実施例において、焼却炉１と
して流動床ごみ焼却炉からの飛灰を一定時間加熱し、加
熱後の飛灰の分析値から求めたＮａ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｌ
の揮散率の一例を表１に示す。

【表１】

【００２２】ＣｄやＰｂは１０００℃でほぼ定量的にガ
ス側に移行することが分かる。Ｎａも１０００℃では５
０％以上がガスに移行する。これらの元素の移動に伴っ
て、Ｃｌも９００℃から減少を始め、１０００℃では大
部分が灰に残っていないことが確認できた。したがっ
て、灰を８００〜１２００℃、好ましくはこれら有害物
が除去でき、しかも灰が溶融しない温度である９００〜
１１００℃に加熱することにより、飛灰中のこれらの元
素を灰から除去するという目的が達成できる。なお、灰
の溶融を考えないで塩化物および有害重金属などを揮散
させることだけを考えると１２００℃またはそれ以上の
温度に加熱することができる。

【００２３】分解炉９中の灰から気化した有害金属、塩
化物などは、このパージガスとともに分解炉９から排出
され、有害金属、塩化物などを除去されたクリーンな灰
が後段の溶融炉１０に供給される。分解炉９のパージガ
スは分解炉９専用の排ガス処理装置１５を設けて処理す
るが、溶融炉排ガスを処理する場合と比較すると、分解
炉排ガスは溶融炉排ガスより３００℃程度低温であり、
排ガス処理装置１５の腐食が低減できる。また処理すべ
き排ガス量が比較的少量であるため、処理が容易になる
点もメリットである。この方法で有害元素を除去した灰
を溶融炉１０で溶融する場合、溶融炉１０の腐食は著し
く低減される。また、溶融炉排ガスの処理のために排ガ
ス処理装置を設置する必要がなく、焼却炉１側の処理系
にそのまま戻しても問題がないとともに、高温排ガスか
らの効率の良い熱回収も可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、焼却炉灰中の有害重金属、
塩化物などを予め分解除去することができ、焼却炉灰の
溶融後の排ガス処理系の腐食の低減が可能である。さら
に処理すべき排ガスの量が予め前記有害物を分解除去し
ないで、焼却炉灰の溶融処理する場合の排ガス量より少
ないため、焼却炉の灰処理系をコンパクトなものにする
ことが可能になる。また、溶融処理される灰はクリーン
になっており、溶融炉の腐食や、排ガスによるダクト、
熱交換機のほかの腐食も少なく、溶融炉の安定な運転、
溶融炉排ガスからの効率よい熱回収などを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の焼却炉の灰処理装置の系
統図である。

【図２】従来技術の焼却炉の灰処理装置の系統図であ
る。

【符号の説明】

１…焼却炉、２、４…ガス冷却塔、３、１６…熱交換
器、６…バグフィルタ、８…灰ホッパ、９…分解炉、１
０…溶融炉、１５…分解炉排ガス処理装置、１８…補助
バーナ、２０…排ガスダクト、２１、２２…高温ダク
ト、２３…加熱管、２６…灰抜き出しライン、２７…ス
ラグ、２８…分解炉排ガスライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｄ 53/64 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３６ＡＢ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ (72)発明者山本学広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者藤原直機広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却炉から排出する飛灰または焼却灰を
溶融して固形化処理する溶融炉を備えた焼却炉の灰処理
装置において、溶融炉の前段に飛灰または焼却灰を予熱して飛灰または
焼却灰中の重金属、塩化物を揮散させる間接熱交換器を
設けたことを特徴とする焼却炉の灰処理装置。
【請求項２】間接熱交換器には飛灰または焼却灰が導
入される分解炉と溶融炉から排出する排ガスを導入して
飛灰または焼却灰を間接加熱する分解炉加熱管を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の焼却炉の灰処理装置。
【請求項３】焼却炉から排出する飛灰または焼却灰を
溶融して固形化処理する溶融炉を備えた焼却炉の灰処理
装置において、溶融炉の前段に焼却灰を予熱して飛灰または焼却灰中の
重金属、塩化物を揮散させる間接熱交換器を設け、該間
接熱交換器には溶融炉排ガスの一部をパージガスとして
導入して飛灰または焼却灰から揮散した重金属、塩化物
を取り出す分解炉を設けると同時に、溶融炉から排出す
る溶融炉排ガスの他の一部を導入して飛灰または焼却灰
を間接加熱する分解炉加熱管を設け、さらに分解炉から
取り出した揮散重金属、塩化物を処理する分解炉排ガス
処理装置を設けたことを特徴とする焼却炉の灰処理装
置。
【請求項４】間接熱交換器の分解炉加熱管には補助バ
ーナを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の焼却炉の灰処理装置。
【請求項５】間接熱交換器で飛灰または焼却灰を８０
０〜１１００℃に加熱することを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の焼却炉の灰処理装置。