JPH08312938A - 焼却飛灰の溶融処理方法 - Google Patents

焼却飛灰の溶融処理方法

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JPH08312938A
JPH08312938A JP7145521A JP14552195A JPH08312938A JP H08312938 A JPH08312938 A JP H08312938A JP 7145521 A JP7145521 A JP 7145521A JP 14552195 A JP14552195 A JP 14552195A JP H08312938 A JPH08312938 A JP H08312938A
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oxygen burner
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徹夫 岡本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、焼却飛灰を安定して且つ完全に溶融
処理できる、焼却飛灰の溶融処理方法を提供するもので
ある。 【構成】本発明は、焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処
理するに当たり、焼却飛灰を下向きで燃焼する酸素バー
ナの高温火炎中へ気体搬送により供給して溶融し、生成
する溶融物を炉側壁下部の排出口から排出する一方、発
生する排ガスを炉側壁上部の排気口から排気して排ガス
中の溶融飛灰をバグフィルタにより捕集することを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼却飛灰の溶融処理方法
に関する。都市ごみ、下水処理汚泥、産業廃棄物等、各
種の廃棄物を焼却処理すると、焼却炉に残る焼却灰と焼
却炉の排ガス処理系で捕捉される焼却飛灰とが発生す
る。焼却炉の排ガス処理系では、排ガスに同伴する各種
の酸性ガスやダイオキシン等の有害物質を中和するた
め、通常は排ガス中に石灰を吹込むので、結果的に排ガ
ス処理系で捕捉される焼却飛灰中には相当量の石灰中和
物や未反応石灰が含まれてくる。このような焼却飛灰
は、これを減容化及び安定化するため、アーク炉や抵抗
炉等の電気炉或はバーナ炉を用いて溶融処理される。本
発明は上記のような焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処
理する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、廃棄物をバーナ炉を用いて溶融処
理する方法として、空気を燃焼用ガスとするバーナの火
炎に対し横方向或は斜め方向から廃棄物を供給する方法
が行なわれている(特開昭63−70015)。ところ
が、かかる従来法には次のような欠点がある。 1)バーナの燃焼用ガスとして空気を用いるため、その
火炎温度が低く、また排ガス量が大きい。火炎温度が低
いと、前述したような相当量の石灰中和物や未反応石灰
を含む焼却飛灰は融点が高いため、これを充分に溶融処
理できない。また排ガス量が大きいと、これに伴う熱損
失が大きく、しかも大型の排ガス処理設備が必要であ
る。 2)バーナの火炎に対して廃棄物を横方向或は斜め方向
から供給するため、双方の接触時間が短く、また供給し
た廃棄物のなかにはバーナの火炎から外れるものがあ
る。バーナの火炎と供給した廃棄物との接触時間が短い
と、また供給した廃棄物がバーナの火炎から外れると、
その溶融処理が不完全になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来法ではつまるところ焼却飛灰を確実に
溶融処理できない点である。
【0004】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、焼却
飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理するに当たり、焼却飛
灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎中へ気体搬
送により供給して溶融し、生成する溶融物を炉側壁下部
の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁上
部の排気口から排気して排ガス中の溶融飛灰をバグフィ
ルタにより捕集することを特徴とする焼却飛灰の溶融処
理方法に係る。
【0005】本発明では焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶
融処理する。バーナ炉は少なくともその内周が耐火物で
構築されており、耐火物で囲まれた炉内空間部におい
て、焼却飛灰を酸素バーナの高温火炎により溶融する。
本発明で用いるのは酸素バーナである。酸素バーナは、
その燃焼用ガスとして酸素濃度を富化したガスを用いる
ので、燃焼用ガスとして空気を用いる場合に比べ、高温
火炎が得られ、融点の高い焼却飛灰でもこれを確実に溶
融できるからであるが、焼却飛灰をより確実に溶融する
ためには、酸素濃度90容量%以上の燃焼用ガスを用い
るのが好ましい。燃焼用ガスの酸素濃度を高くするほ
ど、高温火炎が得られ、したがって焼却飛灰をより確実
に溶融できるが、同時に排ガス量が小さくなるため、こ
れに伴う熱損失が小さくなり、排ガス処理設備も小型の
ものにすることができる。
【0006】酸素バーナは、少なくともその先端部が鉛
直下向きとなるように炉内空間部へ挿入する。したがっ
て通常は、酸素バーナを炉蓋から炉内空間部へ鉛直方向
に挿入する。このように酸素バーナを挿入すると、下向
きで燃焼する高温火炎が得られる。先端部が上向きで酸
素バーナを挿入すると、生成する溶融物が先端部のノズ
ルを閉塞する恐れがあり、また先端部が横向き或は斜め
向きで酸素バーナを挿入すると、その高温火炎が対向す
る炉壁を局部的に著しく損なう。
【0007】本発明では、焼却飛灰を下向きで燃焼する
酸素バーナの高温火炎中へ気体搬送により供給して溶融
する。焼却飛灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火
炎中へ気体搬送により直接供給するのである。このよう
な直接供給は、例えば酸素バーナの先端部におけるノズ
ルを、中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、焼
却飛灰(被処理物)供給ノズル及び燃焼用ガス供給ノズ
ルの順で全体として同心円状に配列することにより達成
できる。酸素バーナの高温火炎が下向きで燃焼していて
も、かかる高温火炎に対し焼却飛灰を横方向或は斜め方
向から気体搬送により供給すると、双方の接触時間が短
く、しかも焼却飛灰のなかには高温火炎から外れるもの
もあるため、その溶融が不完全になる。
【0008】酸素バーナは、先端部におけるノズルが、
中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、一次燃焼
用ガス供給ノズル、焼却飛灰(被処理物)供給ノズル及
び二次燃焼用ガス供給ノズルの順で全体として同心円状
に配列されたものを用いるのが好ましい。中心部に燃料
供給ノズルを設け、またその外周において、燃焼用ガス
供給ノズルを内側の一次燃焼用ガス供給ノズルと外側の
二次燃焼用ガス供給ノズルとに分け、双方のノズルをこ
れらが焼却飛灰(被処理物)供給ノズルを両側から挟む
ように設けるのである。各ノズルをこのように配列する
と、中心部に燃料過剰の燃焼安定帯を形成することがで
き、また焼却飛灰を最も高温の火炎中に供給できると共
に供給した焼却飛灰が未溶融のまま高温火炎から飛び出
してしまうのを防止できるため、焼却飛灰をより確実に
溶融できる。
【0009】本発明では、生成する溶融物を炉側壁下部
の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁上
部の排気口から排気して排ガス中の溶融飛灰をバグフィ
ルタにより捕集する。本発明で用いるバーナ炉は、炉側
壁下部に溶融物の排出口が開設されており、また炉側壁
上部に排ガスの排気口が開設されているもので、排気口
にはダクトを介してバグフィルタが接続されていて、通
常はダクトの途中で冷却用空気が導入され、バグフィル
タの下流側には吸引ブロアが接続される。排ガスには焼
却飛灰に含まれている低沸点重金属類や塩類の蒸気が同
伴し、これらは排ガスの温度低下により析出するが、そ
の粒度が非常に小さいので、これらを安定して確実に除
去するためにはバグフィルタが最も有効なのである。
【0010】バーナ炉は、排出口よりも下方における炉
底部に溶融物の貯留部が形成されており、また酸素バー
ナの先端部よりも上方における炉側壁上部に排気口が開
設されたものを用いるのが好ましい。炉底部に溶融物の
貯留部を形成すると、貯留部に一時的に貯留される溶融
物により下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎から炉
底壁を保護できると共に、溶融物の有効利用に備えてそ
のガス抜きをも行なうことができる。また焼却飛灰の溶
融開始或は再開に際しては、バーナ炉全体を所定の高温
に予熱しておく必要があるが、酸素バーナの先端部より
も上方における炉側壁上部に排気口を開設すると、バー
ナ炉全体が排ガスにより予熱されるため、予熱の手間が
かからず、しかも酸素バーナの火炎周囲を上昇する排ガ
スによりその火炎を高温に保つことができる。
【0011】またバーナ炉は、炉蓋から炉内へ耐火物製
の保護筒が挿入されており、保護筒で囲まれた空間部に
水冷の酸素バーナが挿入されていて、保護筒と酸素バー
ナとの間の隙間にパージガスの流路が形成されたものを
用いるのが好ましい。酸素バーナそれ自体が高温加熱さ
れると、酸素バーナの燃料供給ノズルにおける供給途中
の燃料が蒸発して所謂ベーパーロック現象を引き起こし
たり、或は燃料が熱分解して生成するカーボンにより燃
料供給ノズルの閉塞を引き起こしたりするが、その外周
に冷却水を流すようにした水冷の酸素バーナを用いる
と、これらの不都合を防止できる。しかし、水冷の酸素
バーナをそのまま炉内空間部に露出させると、熱損失が
大きく、また焼却飛灰が溶融する際に生成する酸性ガス
により酸素バーナが腐食されて水漏れを引き起こす危険
があるので、水冷の酸素バーナを耐火物製の保護筒で囲
み、双方の間の隙間にパージガスを流して、熱損失を軽
減し、腐食による水漏れを防止する。
【0012】本発明では、焼却飛灰を単独で溶融処理す
ることもできるが、焼却飛灰とガラス廃棄物及び/又は
焼却灰との混合物を溶融処理するのが好ましい。CaO
を多量に含む焼却飛灰は融点が高いが、これにSiO2
を多量に含むガラス廃棄物や焼却灰を混合してCaOと
SiO2との共融物が生成するようにすると、その融点
が低くなり、溶融処理し易くなるからである。この場
合、ガラス廃棄物や焼却飛灰は水分3重量%以下に乾燥
し且つ平均粒径0.1mm以下に粉砕したものを用い、ま
た焼却飛灰とガラス廃棄物及び/又は焼却灰とはこれら
の成分中におけるCaO/SiO2(重量比)=0.3
〜1.2となるように混合する。ガラス廃棄物や焼却飛
灰を水分3重量%以下に乾燥するのはこれらが気体搬送
途中で目詰まりするのを防止し、併せて溶融時における
熱損失の原因となるのを防止するためである。またこれ
らを平均粒径0.1mm以下に粉砕するのは、もともと焼
却飛灰の平均粒径が0.05〜0.2mm程度であるの
で、かかる焼却飛灰とガラス廃棄物及び/又は焼却灰と
をできるだけ同じ速度で溶融させて、CaOとSiO2
との共融物を生成させ易くするためである。そして焼却
灰とガラス廃棄物及び/又は焼却灰とをこれらの成分中
におけるCaO/SiO2(重量比)=0.3〜1.2
となるように混合するのは、CaO/SiO2(重量
比)が0.3未満であると、生成する溶融物の粘性が大
きくなって、かかる溶融物はバーナ炉の排出口から排出
し難くなるためであり、逆にCaO/SiO2(重量
比)が1.2超であると、生成する溶融物中に遊離Ca
Oが含まれてくるようになり、溶融物の有効利用に不都
合をきたすためである。
【0013】
【実施例】図1は本発明の一実施状態を略示する全体
図、図2は図1のバーナ炉における酸素バーナの挿入部
を示す拡大縦断面図、図3は図1の酸素バーナの先端部
を示す拡大底面図である。バーナ炉11は炉本体12と
炉本体12に被着された炉蓋13とを備えており、これ
らの内周は耐火物で構築されている。
【0014】炉蓋13から耐火物で囲まれた炉内空間部
へ耐火物製の保護筒21が鉛直方向に挿入されており、
保護筒21で囲まれた空間部に水冷の酸素バーナ31が
挿入されていて、保護筒21と酸素バーナ31との間の
隙間にパージガスの流路22が形成されている。
【0015】酸素バーナ31は多重構造になっており、
その先端部におけるノズルが、中心部から外周部に向か
って燃料供給ノズル32a、一次燃焼用ガス供給ノズル
33a、被処理物供給ノズル34a及び二次燃焼用ガス
供給ノズル35aの順で全体として同心円状に配列され
ており、二次燃焼用ガス供給ノズル35aの更に外周に
冷却水の流路36aが形成されている。
【0016】酸素バーナ31の燃料供給ノズル32aと
連通する燃料供給口32bには燃料供給系41が接続さ
れており、また一次燃焼用ガス供給ノズル33aと連通
する一次燃焼用ガス供給口33bには一次燃焼用ガス供
給系42が接続されていて、更に被処理物供給ノズル3
4aと連通する被処理物供給口34bには被処理物供給
系43が接続され、更にまた二次燃焼用ガス供給ノズル
35aと連通する二次燃焼用ガス供給口35bには二次
燃焼用ガス供給系44が接続されている。被処理物供給
系43はその上流側で焼却飛灰供給系45とガラス廃棄
物供給系46とに分岐されており、焼却飛灰供給系45
にはロータリバルブ51を介しホッパ53が装備され、
またガラス廃棄物供給系46にはロータリバルブ52を
介しホッパ54が装備されていて、ホッパ53には焼却
飛灰Aが貯留され、ホッパ54には粉砕し、乾燥して、
篩分けしたガラス廃棄物Bが貯留されている。
【0017】炉本体12の炉側壁下部には溶融物の排出
口61が開設されており、排出口61の下方における炉
底部に溶融物Cの貯留部62が形成されていて、酸素バ
ーナ31の先端部(下端部)よりも上方における炉側壁
上部に排ガスの排気口63が開設されている。炉外には
排出口61を上方に臨んで空冷パン71が設置されてお
り、排出口61と空冷パン71との間はカバー72で密
閉されている。排気口63にはダクト73が接続されて
おり、ダクト73の下流側にはバグフィルタ74及び吸
引ブロア75が接続されている。
【0018】酸素バーナ31の流路36aへ冷却水を流
しつつ、酸素バーナ31のそれぞれ相当する各ノズルへ
燃料、一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガスを供給して燃
焼させると、酸素バーナ31の先端部からは下向きで燃
焼する高温火炎が形成される。この状態で、保護筒21
と酸素バーナ31との間の流路22へパージガスを流し
つつ、搬送用ガスを用いた気体搬送により、酸素バーナ
31の被処理物供給ノズル34aへホッパ53に貯留さ
れている焼却飛灰Aとホッパ54に貯留されているガラ
ス廃棄物Bとの混合物を供給する。この際、ロータリバ
ルブ51,52の開度を調節して、混合物の成分中にお
けるCaO/SiO2(重量比)=0.3〜1.2とな
るように双方の切り出し量を調節する。混合物は、下向
きで燃焼する酸素バーナ31の高温火炎中に直接供給さ
れ、溶融される。
【0019】生成した溶融物Cは貯留部62に一時的に
貯留された後、排出口61からオーバーフローで空冷パ
ン71へと自重落下し、ここで冷却される。一方、発生
した排ガスは空気で冷却されつつダクト73を介してバ
グフィルタ74へと吸引され、ここで排ガス中の溶融飛
灰を取り除かれた後、放出される。
【0020】実施例1 図1〜図3について前述した一実施状態にしたがい、下
記の条件下で焼却飛灰とガラス廃棄物との混合物を溶融
処理した。 条件 焼却飛灰:都市ごみを焼却炉で焼却処理したときに、そ
の排ガス処理系の集塵装置で捕捉した焼却飛灰(水分
0.5重量%、平均粒径0.08mm) ガラス廃棄物:ガラス製造工場で発生した製造残渣で、
これを粉砕し、乾燥して、目開き0.1mmの篩を通過し
たもの(水分2重量%、平均粒径0.08mm) 混合物:焼却飛灰とガラス廃棄物とをこれらの成分中に
おけるCaO/SiO2(重量比)=0.8となるよう
に混合したもの(融点約1350℃) 燃料:プロパンガス 一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガス:酸素濃度93容量
%のガス(残部は殆どが窒素ガス) 搬送用ガス:空気 上記の条件下で混合物を溶融処理したところ、下向きで
燃焼する酸素バーナの高温火炎は約1800℃が得ら
れ、混合物を安定して完全溶融することができた。尚、
焼却飛灰を単独で溶融処理した場合も、その融点は約1
500℃であったが、同様に完全溶融することができ
た。
【0021】
【発明の効果】既に明らかなように、以上説明した本発
明には、焼却飛灰を安定して且つ完全に溶融処理できる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施状態を略示する全体図。
【図2】図1のバーナ炉における酸素バーナの挿入部を
示す拡大縦断面図。
【図3】図1の酸素バーナの先端部を示す拡大底面図。
【符号の説明】
11・・・バーナ炉、12・・・炉本体、13・・・炉
蓋、21・・・保護筒、31・・・酸素バーナ、32a
・・・燃料供給ノズル、33a・・・一次燃焼用ガス供
給ノズル、34a・・・被処理物供給ノズル、35a・
・・二次燃焼用ガス供給ノズル、53,54・・・ホッ
パ、61・・・排出口、62・・・貯留部、63・・・
排気口、74・・・バグフィルタ、A・・・焼却飛灰、
B・・・ガラス廃棄物、C・・・溶融物
【手続補正書】
【提出日】平成8年2月1日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項】 焼却飛灰と水分3重量%以下に乾燥し且
つ平均粒径0.1mm以下に粉砕したガラス廃棄物及び/
又は焼却灰とをこれらの成分中におけるCaO/SiO
2(重量比)=0.3〜1.2となるように混合した物
を酸素バーナの高温火炎中へ供給する請求項1又は2記
載の焼却飛灰の溶融処理方法。
【請求項】 酸素バーナの燃焼用ガスとして酸素濃度
90容量%以上のものを用いる請求項1、2又は3記載
の焼却飛灰の溶融処理方法。
【請求項】 排出口よりも下方における炉底部に溶融
物の貯留部が形成され、酸素バーナの先端部よりも上方
における炉側壁上部に排気口が開設されたバーナ炉を用
いる請求項1、2、3又は4記載の焼却飛灰の溶融処理
方法。
【請求項】 先端部におけるノズルが、中心部から外
周部に向かって燃料供給ノズル、一次燃焼用ガス供給ノ
ズル、被処理物供給ノズル及び二次燃焼用ガス供給ノズ
ルの順で全体として同心円状に配列された酸素バーナを
用いる請求項記載の焼却飛灰の溶融処理方法。
【請求項】 炉蓋から炉内へ耐火物製の保護筒が挿入
されており、保護筒で囲まれた空間部に水冷の酸素バー
ナが挿入されていて、保護筒と酸素バーナとの間の隙間
にパージガスの流路が形成されたバーナ炉を用いる請求
記載の焼却飛灰の溶融処理方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、焼却
飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理するに当たり、焼却飛
灰を下向きで燃焼する酸素バーナの高温火炎中へ気体搬
送により供給して溶融し、生成する溶融物を炉側壁下部
の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁上
部の排気口から排気することを特徴とする焼却飛灰の溶
融処理方法に係る。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】本発明では、生成する溶融物を炉側壁下部
の排出口から排出する一方、発生する排ガスを炉側壁上
部の排気口から排気するが、好ましくは排気口から排気
した排ガス中の溶融飛灰をバグフィルタにより捕集す
る。本発明で用いるバーナ炉は、炉側壁下部に溶融物の
排出口が開設されており、また炉側壁上部に排ガスの排
気口が開設されているものであるが、好ましくは排気口
にダクトを介してバグフィルタが接続されているもので
ある。排気口にダクトを介してバグフィルタを接続する
場合、通常はダクトの途中で冷却用空気が導入され、バ
グフィルタの下流側には吸引ブロアが接続される。排ガ
スには焼却飛灰に含まれている低沸点重金属類や塩類の
蒸気が同伴し、これらは排ガスの温度低下により析出す
るが、その粒度が非常に小さいので、これらを主体とす
る溶融飛灰を安定して確実に除去するためにはバグフィ
ルタが最も有効なのである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼却飛灰をバーナ炉を用いて溶融処理す
    るに当たり、焼却飛灰を下向きで燃焼する酸素バーナの
    高温火炎中へ気体搬送により供給して溶融し、生成する
    溶融物を炉側壁下部の排出口から排出する一方、発生す
    る排ガスを炉側壁上部の排気口から排気して排ガス中の
    溶融飛灰をバグフィルタにより捕集することを特徴とす
    る焼却飛灰の溶融処理方法。
  2. 【請求項2】 焼却飛灰と水分3重量%以下に乾燥し且
    つ平均粒径0.1mm以下に粉砕したガラス廃棄物及び/
    又は焼却灰とをこれらの成分中におけるCaO/SiO
    2(重量比)=0.3〜1.2となるように混合した物
    を酸素バーナの高温火炎中へ供給する請求項1記載の焼
    却飛灰の溶融処理方法。
  3. 【請求項3】 酸素バーナの燃焼用ガスとして酸素濃度
    90容量%以上のものを用いる請求項1又は2記載の焼
    却飛灰の溶融処理方法。
  4. 【請求項4】 排出口よりも下方における炉底部に溶融
    物の貯留部が形成され、酸素バーナの先端部よりも上方
    における炉側壁上部に排気口が開設されたバーナ炉を用
    いる請求項1、2又は3記載の焼却飛灰の溶融処理方
    法。
  5. 【請求項5】 先端部におけるノズルが、中心部から外
    周部に向かって燃料供給ノズル、一次燃焼用ガス供給ノ
    ズル、被処理物供給ノズル及び二次燃焼用ガス供給ノズ
    ルの順で全体として同心円状に配列された酸素バーナを
    用いる請求項4記載の焼却飛灰の溶融処理方法。
  6. 【請求項6】 炉蓋から炉内へ耐火物製の保護筒が挿入
    されており、保護筒で囲まれた空間部に水冷の酸素バー
    ナが挿入されていて、保護筒と酸素バーナとの間の隙間
    にパージガスの流路が形成されたバーナ炉を用いる請求
    項5記載の焼却飛灰の溶融処理方法。
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