JPH09280533A - ごみ焼却灰の溶融処理装置及びごみ焼却灰の溶融処理装置における焼却灰投入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却灰を容易に溶融スラグに混入させて溶融
効率を高めること。また、溶融塩のレベルを容易に制御
できるようにすること。 【解決手段】 灰ホッパ１内のごみ焼却灰２を溶融処理
炉７に投入し、溶融処理炉７の炉内に間隔を空けて配置
された一対の電極９，１０間に通電することにより発生
する熱で焼却灰２を溶融させて溶融スラグ１４と溶融塩
１５とを生成し、溶融スラグ１４と溶融塩１５をそれぞ
れ高さの異なる排出口１２，１１から排出するようにし
たごみ焼却灰の溶融処理装置において、灰ホッパ１内の
焼却灰２を溶融処理炉７に投入する経路中に、焼却灰２
を粒状のペレット５に成形する造粒機４を設けた。炉内
に投入されたペレット５は、溶融スラグ１４の上に堆積
している粉体状の被覆灰１６を通過して溶融スラグ１４
に達し、溶融スラグ１４と混合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有害物質を含む都
市ごみ等の焼却灰を溶融してスラグ化する溶融処理装置
及びこの溶融処理装置における焼却灰投入方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみの焼却灰中には、重金属等の有
害物質が多量に含まれている。このため、都市ごみの焼
却灰を直接埋立て処理したり投棄処理したりすることは
安全上問題がある。

【０００３】このため、都市ごみの焼却灰を溶融処理し
てスラグ化することが提案されている。また、特開昭５
８−３０３８２号公報には、成分に応じた再利用或いは
処理を容易に行なうことができるように、直接通電式溶
融処理炉を使用して焼却灰の溶融処理を行なうに際し
て、上下２段に残滓排出口を設け、上層の可水溶性の成
分と下層の難水溶性の成分を分別出滓することが記載さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような溶融処
理炉において、都市ごみ焼却炉から発生する焼却灰、特
に、集塵灰を混合して或いは単独で処理する場合には、
従来は、焼却灰をそのまま炉内に投入している。しかし
ながら、焼却灰、特に集塵灰中には、ＮａＣｌやＫＣｌ
のような低融点低比重の溶融塩が多く含まれており、こ
の溶融塩は、比重が２．５〜２．７である溶融スラグ上
に浮遊した状態で堆積される。この溶融塩の比重は１．
６〜２．１程度あるのに対して、浮遊物の上に投入され
る焼却灰の比重は０．３〜１．０程度しかないので、焼
却灰は浮遊物の上に浮いてしまい、焼却灰を容易に溶融
スラグに混入させることができない。このため、焼却灰
を効率よく溶融させることができないという問題があっ
た。

【０００５】また、炉内で焼却灰を溶融させることによ
り溶融スラグと溶融塩が生成され、溶融スラグは炉底近
傍に設けられたスラグ排出口から排出され、溶融塩は炉
壁の中間レベルに設けられた溶融塩排出口から排出され
る。したがって、溶融スラグは任意の時点で排出するこ
とができるが、溶融塩は溶融塩排出口に対応するレベル
に堆積していなければ排出することができない。このた
め、溶融塩を排出するためには、溶融塩のレベルを制御
する必要があるが、従来は、溶融塩のレベルを制御する
ための有効な手段は知られておらず、操業中に、溶融塩
が溶融塩排出口に対応するレベルになったときに、溶融
塩を排出するか、或いは、焼却灰を炉内に投入して溶融
スラグの量を増やすか、溶融スラグを排出して溶融塩の
レベルを溶融塩排出口のレベルに一致させて溶融塩を排
出するという方法が採用されていた。しかしながら、こ
れらの方法は、手間がかかるとともに溶融塩のレベルを
容易に制御することができないという不都合があった。

【０００６】本発明は、焼却灰を容易に溶融スラグに混
入させて溶融効率を高めることを課題とする。また、本
発明は、溶融塩のレベルを容易に制御できるようにする
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、灰ホッパ内の
ごみ焼却灰を溶融処理炉に投入し、該溶融処理炉の炉内
に間隔を空けて配置された少なくとも一対の電極間に通
電することにより発生する熱で焼却灰を溶融させて溶融
スラグと溶融塩とを生成し、溶融スラグと溶融塩をそれ
ぞれ高さの異なる排出口から排出するようにしたごみ焼
却灰の溶融処理装置において、前記灰ホッパ内の焼却灰
を前記溶融処理炉に投入する経路中に、焼却灰を粒状に
成形する造粒機を設けたことを特徴とする。前記灰ホッ
パと前記造粒機との間に、焼却灰と造粒助剤例えば水ガ
ラスや水とを混合する混合機を設けてもよい。また前記
造粒機の下流側にヒーターを設けてもよい。

【０００８】また本発明は、前記造粒機の上流側に焼却
灰に対して塩基度調整剤を添加する手段を設けたことを
特徴とする。前記塩基度調整剤を添加する手段は、前記
混合機に連結された塩基度調整装置であってもよい。

【０００９】また本発明は、灰ホッパ内のごみ焼却灰を
溶融処理炉に投入し、該溶融処理炉の炉内に間隔を空け
て配置された少なくとも一対の電極間に通電することに
より発生する熱で焼却灰を溶融させて溶融スラグと溶融
塩とを生成し、溶融スラグと溶融塩をそれぞれ高さの異
なる排出口から排出するようにしたごみ焼却灰の溶融処
理装置における焼却灰投入方法において、焼却灰を粒状
に成形して炉内に投入することを特徴とする。

【００１０】本発明においては、焼却灰が粒状に成形さ
れるので、粉体状の場合に比べて焼却灰の比重が大きく
なる。従って、炉内に投入された粒状の焼却灰は、溶融
スラグの上に堆積している粉体状の焼却灰を通過して溶
融スラグに達する。

【００１１】また、焼却灰を粒状に成形する際には水等
が混合されるので、焼却灰が粘性を帯び容易に粒状に成
形することができる。

【００１２】また、焼却灰を粒状に成形した後でヒータ
ーで乾燥させることにより、焼却灰を溶融するのに必要
な電力が低減し、また、粒状の焼却灰の表面が固化す
る。

【００１３】また、塩基度調整剤が焼却灰に予め混合さ
れた状態で炉内に投入されるので、適正な塩基度環境の
もとで熱効率よく焼却灰が溶融される。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のごみ焼却灰の溶
融処理炉を含む溶融処理装置の実施例を示す概略断面図
である。

【００１５】灰ホッパ１内には、焼却灰、飛灰、或いは
これらの混合物（以下、単に焼却灰２という）が貯えら
れている。灰ホッパ１の下端部には定量切り出し装置１
ａを介して混合機３の入口端が連結されており、混合機
３において灰ホッパ１から供給された焼却灰２と造粒用
の水が混合される。混合機３の出口端には造粒機４が連
結されており、加湿状態の焼却灰２が粒状に成形されて
ペレット５が形成される。このペレット５は供給装置６
を介して溶融処理炉７に投入される。

【００１６】溶融処理炉７の炉体８の側面下部には、炉
壁を左右方向に貫通して一対の電極９，１０が設けられ
ている。また、炉体６の側面の中間レベル位置に溶融塩
排出口１１が形成され、下部にスラグ排出口１２が形成
されている。また、炉体６の上面には、先端に集塵機
（図示せず）が連結された排気管１３が連結されてい
る。炉体８においては、灰ホッパ１から投入された焼却
灰２或いはペレット５が加熱溶融されて、溶融スラグ１
４と溶融塩１５が生成される。また、溶融塩１５の表面
は、被覆灰１６で覆われる。

【００１７】操業状態においては、一対の電極９，１０
は、溶融スラグ１４の層の中に存在しており、両電極間
に溶融電源１７から溶融電圧が印加される。

【００１８】次に、上述した溶融処理装置の動作につい
て説明する。

【００１９】先ず、混合機３における造粒助剤の添加と
造粒機４における造粒作用を停止させた状態で、図示し
ていない別の初期溶融スラグ剤ホッパーより初期溶融ス
ラグ剤を投入する。初期溶融スラグ剤としては、溶融塩
となる物質を含まない分離排出されたスラグ粒や、川
砂、ガラス片（カレット）等及び金属片のダライ粉等を
混合して用いる。

【００２０】次に、電極９，１０を互いに接近させ、溶
融電源１７から溶融電圧を印加すると、電極９、初期溶
融スラグ剤、電極１０の経路で電流が流れ、アーク放電
が発生するとともに初期溶融スラグ剤が溶融する。次
に、電極９，１０の間隔を広げることで、溶融スラグ内
で発生するジュール熱で初期溶融スラグ剤が次々に溶融
し溶融スラグ１４を形成する。ここまでの初期溶融スラ
グ剤の溶融には、溶融塩１５の層の形成はおきない。

【００２１】次に、灰ホッパー１の灰を造粒機４で造粒
し、炉内に投入する。投入された造粒灰は、溶融スラグ
の熱を受けて溶融するが溶融塩成分も溶融し、溶融塩１
５の層を形成する。造粒機４による灰の造粒には未造粒
の灰が一部発生し、炉内に造粒灰と一緒に投入される。
この粉状の未造粒の灰が溶融塩１５の上に浮遊し被覆灰
１６を形成する。

【００２２】操業の際には、灰ホッパ１から供給された
粉体状の焼却灰２と加湿用の水が混合機３において混合
される。加湿状態の焼却灰２は、造粒機４に供給され、
粒状に成形されてペレット５が形成される。特に、焼却
灰２が集塵灰である場合には灰が微粒子であるため、少
量の水で造粒固化が可能である。焼却灰を粒状に成形す
ることにより、ペレット５の比重は、粉体状の焼却灰に
比べて大きくなる。ペレット５の比重は、１．４〜２．
５とすることが望ましい。また、１個のペレット５の重
量は、２０〜８０ｇとすることが望ましい。このペレッ
ト５は、供給装置６を介して溶融処理炉７に投入され、
図１に示すように、被覆灰１６の上に落下する。ペレッ
ト５の比重は、被覆灰１６の比重０．３〜１．０よりも
大きいので、ペレット５は被覆灰１６の中に沈んで溶融
塩１５の層に到達する。ペレット５の比重は、溶融塩１
５の比重１．６〜２．１とほぼ同等か少し大（たとえ
ば、１．４〜２．５）であるが、炉上部からの投入落下
効果により、図２に示すように、更に溶融塩１５の層の
中に沈んで比重２．５〜２．７の溶融スラグ１４の上に
堆積される。したがって、ペレット５は、溶融スラグ１
４に直接接触することになり、溶融スラグ１４の流動に
伴って溶融スラグ１４内に混入し、ペレット５の構成成
分である焼却灰は容易に溶融スラグ１４に溶解する。

【００２３】一方、上述した焼却灰の溶解処理におい
て、焼却灰中のＮａＣｌ，ＫＣｌ等の低融点揮散物質
は、高温の溶融スラグ１４との接触面で溶融或いは揮散
する。しかしながら、被覆灰１６の上部は、溶融スラグ
１４に比べて低温度であるので、炉内の空気により冷却
されて、この溶融物或いは揮散物は被覆灰１６中で固化
して固形物層が形成される。このため、従来のように粉
体状の焼却灰を炉内に投入する場合には、粉体状の焼却
灰は固形物層の上に堆積してしまい溶融スラグ１４に到
達しない。これに対して、本実施例においては、焼却灰
２を粒状のペレット５に成形して、一つの粒を重く且つ
固くし、炉内に投入しているので、ペレット５の落下エ
ネルギによりペレット５は固形物層を突き破って溶融塩
１５の層に侵入し、溶融スラグ１４の上面に到達する。
したがって、被覆灰１６の内部に低融点揮散物質の固形
物層が形成されているような場合でも、焼却灰を効率よ
く溶解させることができる。

【００２４】次に、上述した溶融処理炉において、溶融
塩１５を排出する作業について説明する。たとえば、い
ま図３（ａ）に示すように、溶融塩１５の層のレベルが
溶融塩排出口１１の高さよりも低い場合には、ペレット
５を多量に投入することにより、ペレット５の一部が溶
融して溶融スラグ１４と溶融塩１５が生成されるととも
に、図３（ｂ）に示すように、未溶融のペレット５が占
める容積の分だけ溶融塩１５の層のレベルが上昇し、溶
融塩１５を溶融塩排出口１１から排出することができ
る。すなわち、ペレット５の投入量を変えることによ
り、溶融塩１５の層のレベルを容易に調整することがで
き、任意の時点で溶融塩１５を排出することが可能にな
る。

【００２５】図４は、本発明のごみ焼却灰の溶融処理炉
を含む溶融処理装置の他の実施例を示す概略断面図であ
る。なお、図１に示す実施例と対応する部材には同一符
号を付している。図４に示す実施例は、図１に示す実施
例と比較して供給装置６にコイル状のヒーター１８が設
けられている点が異なっている。

【００２６】図４に示す実施例においては、造粒機４に
よりペレット５を形成した後で、ヒーター１８によりペ
レット５を乾燥させている。これにより、ペレット５に
含まれる水分が減少し、ペレット５を炉内に投入した際
に、ペレット５を溶融するのに必要な電力を低減するこ
とができる。粉体を確実に粒状化するためには、粉体に
加湿した状態で圧力を加えて固形化する必要があるが、
一旦固形化した後には、水分がなくても粉体間の結合力
は維持されるので、ペレット５の強度が弱くなることは
ない。逆に、ペレット５の表面が加熱されることによ
り、表面が更に固化し強度が増加する。

【００２７】図５は、本発明のごみ焼却灰の溶融処理炉
を含む溶融処理装置の更に他の実施例を示す概略断面図
である。なお、図１に示す実施例と対応する部材には同
一符号を付している。

【００２８】図５に示す実施例は、図１に示す実施例と
比較して混合機３に塩基度調整装置１９が設けられてい
る点が異なっている。

【００２９】塩基度調整装置１９は、塩基度調整剤２０
を収納した塩基度調整剤ホッパ２１と、ホッパ２１の中
の塩基度調整剤２０を一定量づつ切り出して混合機３に
供給する定量切り出し装置２１ａを備えている。塩基度
調整剤２０としては、ＳｉＯ₂成分を含む材料、たとえ
ば、ガラス片（カレット）、川砂等が使用される。

【００３０】図５に示す実施例においては、灰ホッパ１
から混合機３に粉体状の焼却灰２が供給され、この焼却
灰２に水が添加されながら混合される。次に、加湿状態
の焼却灰２に対して塩基度調整装置１９から塩基度調整
剤２０が添加されながら、加湿状態の焼却灰２と塩基度
調整剤２０の混合が行なわれる。焼却灰２と塩基度調整
剤２０の混合物は、造粒機４に供給され、粒状に成形さ
れてペレット５が形成される。このようにして形成され
たペレット５は、溶融処理炉７に投入される。焼却灰の
溶融する際には、焼却灰の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）
によって、熱効率が異なってくることが知られている。
すなわち、焼却灰の塩基度が適正であると焼却灰の溶流
点が低くなり、溶融に要する熱エネルギが減少する。そ
こで、溶融処理の際に、焼却灰と塩基度調整剤を混合し
て使用することが知られている（たとえば、特開平４−
３１３６１５号公報参照）。また、焼却灰が難溶融性で
ある場合に、塩基度調整剤を混合して塩基度を適正に調
整することにより、焼却灰が容易に溶融できる。但し、
焼却灰と塩基度調整剤を別々に炉内に投入すると、溶融
しやすい塩基度調整剤が先に溶けて、難溶融性の焼却灰
が残り、溶融がうまくいかない。したがって、本実施例
のように、焼却灰と塩基度調整剤をペレットとして一体
化することは、塩基度調整の観点からも有効である。

【００３１】図５に示す実施例においては、焼却灰と塩
基度調整剤とを混合するに際して混合機３において予め
十分混合して分布を均一にした状態で溶融処理炉に投入
することができるので、塩基度調整剤を十分機能させる
ことができる。また、焼却灰と塩基度調整剤の混合比
は、それぞれの切り出し量を正確に設定できるので、焼
却灰の性状に合わせて容易に適正量の塩基度調整剤を混
合することができる。

【００３２】なお、塩基度調整装置１９を設けるのでは
なく、灰ホッパ１内に予め塩基度調整剤を投入しておい
てもよい。

【００３３】なお、上述した実施例においては、炉壁を
貫通して水平方向に対向して設けられた一対の電極を有
する溶融処理炉を例に挙げて説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、一方の電極が炉底に設けら
れ、他方の電極が炉底電極に対向して垂直方向に配置さ
れた溶融処理炉、或いは、溶融スラグの上方に垂直方向
に配置された一対の電極を設け、溶融スラグを介して一
対の電極間でアーク放電を発生させる溶融処理炉、或い
は、溶融スラグの上方にその先端が溶融スラグと接触す
るように配置された複数の電極を設け、溶融スラグで発
生するジュール熱を使用する溶融処理炉等に対しても適
用することができる。

【００３４】

【発明の効果】

（１）焼却灰を粒状に成形して炉内に投入したので、焼
却灰が溶融スラグまで確実に到達し、焼却灰を効率よく
溶融させることができる。実験によれば、溶融時間が２
／３に短縮され、更に、電力投入量も２／３〜４／５に
削減できた。

【００３５】（２）炉内に投入する粒状の焼却灰の量を
変えることにより、溶融塩のレベルを変えて任意に溶融
塩を排出することができる。

【００３６】（３）塩基度調整剤を焼却灰の性状に合わ
せて任意に調整することができ、また、均一に配合され
るので、難溶融性の焼却灰でも容易に溶融できる。

【００３７】（４）加湿状態で成形した焼却灰を乾燥し
て炉内に投入したので、焼却灰を溶融するのに必要な電
力を低減することができるとともに粒状の焼却灰の表面
を固化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のごみ焼却灰の溶融処理炉を含む溶融
処理装置の実施例を示す概略断面図である。

【図２】 ペレット状の焼却灰の沈降状態を示す概略断
面図である。

【図３】 溶融塩の排出作業を説明するための概略断面
図である。

【図４】 本発明のごみ焼却灰の溶融処理炉を含む溶融
処理装置の他の実施例を示す概略断面図である。

【図５】 本発明のごみ焼却灰の溶融処理炉を含む溶融
処理装置の更に他の実施例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１…灰ホッパ、１ａ…定量切り出し装置、２…焼却灰、
３…混合機、４…造粒機、５…ペレット、６…供給装
置、７…溶融処理炉、８…炉体、９，１０…電極、１１
…溶融塩排出口、１２…スラグ排出口、１３…排気管、
１４…溶融スラグ、１５…溶融塩、１６…被覆灰、１７
…溶融電源、１８…ヒーター、１９…塩基度調整装置、
２０…塩基度調整剤、２１…塩基度調整剤ホッパ、２１
ａ…定量切り出し装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長里 武治 北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラ ント設計株式会社内 (72)発明者 長谷川 佳史 北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラ ント設計株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 灰ホッパ内のごみ焼却灰を溶融処理炉に
   投入し、該溶融処理炉の炉内に間隔を空けて配置された
   少なくとも一対の電極間に通電することにより発生する
   熱で焼却灰を溶融させて溶融スラグと溶融塩とを生成
   し、溶融スラグと溶融塩をそれぞれ高さの異なる排出口
   から排出するようにしたごみ焼却灰の溶融処理装置にお
   いて、 前記灰ホッパ内の焼却灰を前記溶融処理炉に投入する経
   路中に、焼却灰を粒状に成形する造粒機を設けたことを
   特徴とするごみ焼却灰の溶融処理装置。
2. 【請求項２】 前記造粒機の上流側に焼却灰に対して塩
   基度調整剤を添加する手段を設けたことを特徴とする請
   求項１記載のごみ焼却灰の溶融処理装置。
3. 【請求項３】 灰ホッパ内のごみ焼却灰を溶融処理炉に
   投入し、該溶融処理炉の炉内に間隔を空けて配置された
   少なくとも一対の電極間に通電することにより発生する
   熱で焼却灰を溶融させて溶融スラグと溶融塩とを生成
   し、溶融スラグと溶融塩をそれぞれ高さの異なる排出口
   から排出するようにしたごみ焼却灰の溶融処理装置にお
   ける焼却灰投入方法において、 焼却灰を粒状に成形して炉内に投入することを特徴とす
   るごみ焼却灰の溶融処理炉における焼却灰投入方法。