JPH0942627A - 廃棄物の焼却処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却残滓の溶融処理を低コストに実施し得る
廃棄物の焼却処理方法及び装置を提供する。 【解決手段】 廃棄物を所定の大きさの廃棄物片に破砕
する破砕機１と、酸素富化ガスが供給されて所定の高温
状態に保持された炉内において廃棄物片を焼却すると同
時に溶融する焼却溶融炉２と、該焼却溶融炉から排出さ
れた燃焼ガスの一部を循環ガスとして該焼却溶融炉に環
流する燃焼ガス循環手段７と、燃焼ガスから回収された
廃熱を電力に変換する発電手段３〜５と、該電力を利用
して酸素富化ガスを空気から生成する酸素生成手段６と
を有するものとする。特に、酸素富化ガスが、空気から
窒素を略全量除去したものとする。さらに、焼却溶融炉
が、廃棄物供給口と、酸素富化ガス並びに循環ガスを噴
出して炉内に旋回流を発生させるガス吹き出し口とが設
けられた旋回焼却溶融室を有するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物を焼却する
と共にこのとき生成される残滓を溶融処理する廃棄物の
焼却処理方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物の焼却処理において多量に発生す
る残滓（焼却灰）は、埋め立て処分するのが一般的であ
るが、近年、埋め立て処分場が安定型から管理型・遮断
型、つまりより遮蔽性の高い施設へ移行するのに従っ
て、埋め立て処分に係る費用が高騰してきている。この
ため、焼却残滓の処分に要する費用が、焼却処理費用全
体を押し上げる大きな要因となっている。そこで、この
残滓処分費用を低減し得る有効な方法として、残滓を溶
融・凝固させる溶融処理方法が種々発案されている。こ
れらによると、減容化によって処分量が削減される他、
そのままでは溶出の危険性のある有害物を固定して安定
化し得るため、埋め立て処分が容易になるといった利点
が得られる上に、適切に溶融処理すれば建設骨材や建材
等として再資源化することが可能になる。

【０００３】このような溶融処理方式としては、例え
ば、アークやプラズマを発生させて焼却残滓を溶融する
電気溶融方式、バーナで残滓層の表面を加熱溶融する表
面溶融方式、並びに焼却残滓とコークスと石灰石との混
合層内に高温の酸素富化空気を送り込んで溶融するコー
クスベッド方式が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらのうち、電気溶
融方式は、アークやプラズマを発生させるための電力が
焼却炉から排出される高温の燃焼ガスの熱回収によって
得られるという利点があるが、その反面、電極等の消耗
品が多いため、全体的には処理費用が嵩みがちとなると
いった不都合があった。一方、表面溶融方式やコークス
ベッド方式は、溶融エネルギー源として灯油やコークス
といった燃料を使用するため、燃焼ガスの熱回収によっ
て系内で調達し得る電力を有効利用することができな
い。このため、得られた電力を売電することで処理費用
を低減するにしても経済的に不利であり、運転費が嵩む
といった不都合があった。また、化石燃料を追加時に使
用する必要があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
焼却残滓の溶融処理を低コストに実施し得る廃棄物の焼
却処理方法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、廃棄物を所定の大きさの廃棄物片に破砕す
る破砕工程と、酸素富化ガスが供給されて所定の高温状
態に保持された炉内において前記廃棄物片を焼却すると
同時に溶融する焼却溶融工程と、該焼却溶融工程におい
て排出された燃焼ガスの一部を循環ガスとして該焼却溶
融工程に環流する燃焼ガス循環工程と、前記燃焼ガスか
ら回収された廃熱を電力に変換する発電工程と、該電力
を利用して前記酸素富化ガスを空気から生成する酸素生
成工程とを有することを特徴とする廃棄物の焼却処理方
法を提供することにより達成される。特に、前記酸素富
化ガスが、空気から窒素を略全量除去したものであると
好ましい。

【０００７】或いは、廃棄物を所定の大きさの廃棄物片
に破砕する破砕機と、酸素富化ガスが供給されて所定の
高温状態に保持された炉内において前記廃棄物片を焼却
すると同時に溶融する焼却溶融炉と、該焼却溶融炉から
排出された燃焼ガスの一部を循環ガスとして該焼却溶融
炉に環流する燃焼ガス循環手段と、前記燃焼ガスから回
収された廃熱を電力に変換する発電手段と、該電力を利
用して前記酸素富化ガスを空気から生成する酸素生成手
段とを有し、前記焼却溶融炉が、縦置き円筒状内壁を有
する本体に、前記廃棄物片を炉内に投入する廃棄物供給
口と、前記酸素富化ガス並びに前記循環ガスを内壁の接
線方向に噴出して炉内に旋回流を発生させるガス吹き出
し口とを設けてなる旋回焼却溶融室を有することを特徴
とする廃棄物の焼却処理装置を提供することにより達成
される。

【０００８】特に、前記旋回焼却溶融室の下段に、該旋
回焼却溶融室との連通孔から降下してきた溶融物を滞留
させる二次溶融室を設けると好ましい。その上、前記二
次溶融室にバーナを設けると良い。これに加えて、前記
廃棄物供給口が、前記ガス吹き出し口を兼ね、前記酸素
富化ガス並びに前記循環ガスのいずれか一方或いは両方
の混合気によって気流搬送された前記廃棄物片を噴出す
るものであると好ましい。

【０００９】

【作用】このようにして酸素富化ガスが導入された炉内
では、燃焼作用が加速されて燃焼温度が上昇する。この
燃焼温度は、空気から窒素を略全量除去した酸素富化ガ
スのみを炉内に供給することで、最高、２，０００〜
２，４００℃にまで上昇させることが可能である。この
ように炉内が高温になると、焼却残滓、すなわち廃棄物
片のうちの可燃物の灰や不燃物は溶融を始める。一方、
この炉内温度は、炉内の酸素濃度を調整することで制御
し得ることから、酸素富化ガスの酸素濃度、或いは循環
ガスとの混合割合を適宜調整することで、炉壁が損傷せ
ず、かつ廃棄物片を溶融し得る最適な高温状態（例え
ば、１，２５０〜１，４００℃）に保持し得る。このよ
うにして酸素富化ガスを用いて炉内を高温に保持する
と、所定の大きさまで破砕された廃棄物片は、焼却と同
時に容易に溶融することができる。そして、この焼却溶
融工程で使用される酸素富化ガスを、この焼却溶融工程
から排出される燃焼ガスの熱回収によって得られた電力
を用いて空気から生成するようにすると、系外から溶融
エネルギー源を供給する必要がなく、低コストに溶融処
理することができる。

【００１０】特に、窒素を略全量除去した酸素富化ガス
と循環ガスとを用いると、燃焼ガス中には窒素が含まれ
ないため、排出される燃焼ガス量が大幅に削減される上
に、燃焼作用に不要な窒素が炉内を流通しないため、有
害な窒素酸化物の生成が抑制される。したがって、排煙
処理装置を小型化し得ると共に、高度な排煙処理を低コ
ストに行うことが可能となる。こうして得られた浄化処
理ガスは極めて清浄であることから、有害物質の拡散手
段としての煙突が不要になり、生活環境への影響等の立
地上の制約条件を大幅に緩和し得る。さらに、燃焼ガス
量の減少に伴って放出熱損失が少なくなり、発電工程に
おける熱回収効率が向上する。

【００１１】また、このようにして酸素富化雰囲気で焼
却と溶融とを同時に行うにあたり、廃棄物片を旋回させ
て焼却・溶融する旋回焼却溶融室を備えた焼却溶融炉を
用いると良い。この旋回焼却溶融室においては、投入さ
れた廃棄物片が、旋回流に乗って螺旋を描いて落下し、
その大半が途中で側壁内面に衝突・付着する。このと
き、可燃物は旋回中に瞬時に燃焼し、残った難燃性のチ
ャーや灰と不燃物とが、壁面に付着する。壁面では、付
着した廃棄物片が溶融し始め、この溶融物がさらに飛来
した廃棄物片を次々に捕捉して、溶融物と未溶融物とが
混在した層が形成される。この層をなす溶融物と未溶融
物とは、重力の作用で壁面に沿って徐々に流下しながら
未溶融物の溶融が進行する。廃棄物の破砕寸法や種類に
応じて旋回焼却溶融室の高さを適宜設定すれば、十分な
滞留時間が確保されるため、溶融を促進させることがで
きる。

【００１２】このような旋回焼却溶融室においては、廃
棄物片と酸素との接触効率が向上することから、極めて
高い燃焼負荷率が達成されるため、ストーカ方式や流動
層方式といった従来の焼却炉に比較して容積を数十分の
一程度に縮小化し得る。その上、従来の焼却炉に比較し
て酸素過剰率を小さくできる。したがって、酸素富化ガ
スの供給量の低減並びにこれに伴う燃焼ガス量の低減と
なり、酸素富化ガス生成並びに排煙処理に要する費用を
削減し得る。しかも、内壁に沿って流下してきた溶融物
を下部から回収すれば良く、室内に複雑な溶融物の回収
機構を設けずとも溶融物の回収を円滑になし得る。

【００１３】特に、この旋回焼却溶融室の下段に二次溶
融室を設けて溶融物を滞留させるようにすると、滞留時
間がより一層長く確保されるため、未溶融物の溶融が促
進される。その上、この二次溶融室にバーナを設けて、
滞留している溶融物の表面を加熱するようにすると、よ
り一層溶融が促進される。このようにバーナを設ける
他、旋回焼却溶融室並びに二次溶融室の滞留時間や廃棄
物の破砕寸法等を適宜設定すれば、溶融を完結させるこ
とが可能である。溶融を完結させて生成された溶融スラ
グは、品質が高く全量再資源化されるため、埋め立て処
分費用が不要になる。

【００１４】これに加えて、廃棄物片を気流搬送して旋
回焼却溶融室に投入するようにすると、種類や大きさの
異なる雑多な廃棄物片を効率よく搬送・投入し得るよう
になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
形態に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明による廃棄物の焼却処理方
法を実施するための焼却処理場の概略構成を示してい
る。この焼却処理場は、廃棄物を焼却と同時に溶融して
再資源化するものであり、廃棄物を所定の大きさに破砕
する破砕機１と、破砕されてできた廃棄物片を焼却と同
時に溶融する焼却溶融炉２と、これから排出された燃焼
ガスから熱回収する廃熱ボイラ３と、この廃熱を電力に
変換するタービン４並びに発電機５と、この電力を用い
て焼却溶融炉２に供給する酸素富化ガスを空気から生成
する酸素生成装置６と、焼却溶融炉２から排出された燃
焼ガスを一部環流させる循環ファン７と、燃焼ガスを浄
化する排煙処理装置８とを有している。

【００１７】この焼却処理場においては、まず、ごみピ
ット９に貯留された廃棄物が、図示しない破袋機を経て
コンベア上で危険物や比較的大きな金属物等が除去され
た後、１次破砕機１ａにて粗破砕される。次いで、風力
選別、磁力選別並びに高周波選別等で紙類、プラスチッ
ク類、鉄類、アルミ類並びにガラス類等に大別分類され
た後、再資源化可能なものを回収した上で、二次破砕機
１ｂに送られて適当な粒径（例えば１０ｍｍ程度）まで
破砕される。特に金属等の難溶融物は細かく破砕され
る。

【００１８】所定の大きさに破砕されてできた廃棄物片
は、定量に計量された後、可燃物と難燃物とを適当な割
合で配合した上でごみ搬送管１０に送り込まれ、酸素生
成装置６からの酸素富化ガスと循環ファン７からの循環
ガスとの混合気によって気流搬送されて、焼却溶融炉２
に投入される。

【００１９】焼却溶融炉２では、後に詳述するように焼
却と溶融とが同時に行われ、ここから回収された溶融物
は、水冷方式或いは空冷方式の冷却器１１でガラス状に
凝固される。このようにして生成された溶融スラグは、
道路の路盤材料等の建設骨材、或いは壁や床等の建材に
利用される。

【００２０】焼却溶融炉２において廃棄物が焼却・溶融
される過程で発生する燃焼ガスは、主に炭酸ガス、水蒸
気、余剰の酸素並びにアルゴンガスであるが、この他に
煤塵並びにガス状の塩化水素や硫黄酸化物等を含んでい
る。そこで、この燃焼ガスは、まず、サイクロン１２に
送られて比較的大きな煤塵が捕集される。この捕集煤塵
は、回収された後、廃棄物片のごみ搬送管１０に合流し
て再度焼却溶融炉２で処理される。

【００２１】サイクロン１２で除塵された燃焼ガスは、
次に廃熱ボイラ３に送られて熱回収される。ここで燃焼
ガスとの熱交換で得られたスチームは、タービン４に供
給されて発電器５を駆動する。このとき得られた電力
は、酸素生成装置６を始めとした場内の電気設備に供給
される。なお、場内の需要を上回る電力が得られる場合
には売電するようにしても良い。

【００２２】廃熱ボイラ３を流通して降温した燃焼ガス
の多く（例えば５０〜６０％）は、循環ファン７に吸引
され、循環ガスとして酸素生成装置６からの酸素富化ガ
スと混合された上で焼却溶融炉２に環流される。この循
環ガスと酸素富化ガスとの混合気の一部は、ごみ搬送管
１０に供給されて廃棄物片の気流搬送に使用される。酸
素生成装置６は、空気から窒素を一定量或いは略全量除
去して酸素富化ガスを得るものである。この窒素の分離
法としては、ＰＳＡ（Pressure Swing Absorption）法
や深冷分離法、或いは膜分離法が挙げられ、処理場の規
模等を勘案して最適な方式が選定される。酸素生成装置
６で分離回収された窒素は、シール用ガス等として場内
で利用される他、大気に放出される。

【００２３】このようにして循環ガスとして焼却溶融炉
２に環流される燃焼ガスの残りは、排煙処理装置８に送
られ、石灰法等による脱塩・脱硫処理が行われ、塩化水
素や硫黄酸化物が除去される。また、必要に応じて、脱
硝処理を行って窒素酸化物が除去され、バグフィルタ等
を用いて微小な煤塵やダイオキシンが除去される。さら
に、活性炭等による吸着処理が施され、極めて清浄な浄
化処理ガスを得る。

【００２４】この浄化処理ガスは、水蒸気として多量の
水分を含んでおり、冷却器１３を流通して水分が除去さ
れた後、白煙化を防止するために酸素生成装置６からの
窒素等と混合した上で、ベントから大気中に放出され
る。一方、冷却器１３で生成した水は、水処理装置１４
で浄化した後、処理場内で再利用されるか或いは放流さ
れる。

【００２５】焼却溶融炉２は、図２に示すように、縦置
き円筒状の内壁を有する旋回焼却溶融室２１と、その下
段に方形箱形状の内壁を有する二次溶融室２２とを有し
ており、両室は連通孔２３によって互いに連絡されてい
る。

【００２６】旋回焼却溶融室２１の内周面２１ａには、
ガス吹き出し口２４〜２９が円周の接線方向を臨んで開
口している。これらのうちの上段のガス吹き出し口２４
には、ごみ搬送管１０が接続されており、酸素富化ガス
と循環ガスとの混合気で気流搬送されてきた廃棄物片
が、室内頂部に投入されるようになっている。その他の
ガス吹き出し口２５〜２９からは、酸素富化ガスと循環
ガスとの混合気が噴出して、室内の全域に渡って旋回流
を発生させるようになっている。この混合気の酸素濃度
を調整することで、室内は、温度が焼却灰の融点より５
０〜１００℃高い１，２５０〜１，４００℃に保持され
ると共に、最適な還元・酸化雰囲気が形成される。

【００２７】なお、ガス吹き出し口２５〜２９の各々
で、酸素富化ガスと循環ガスとの混合割合、すなわち酸
素濃度の異なる混合気を噴出させるようにしても良い。
こうして、室内の高さ方向で酸素濃度を変えて燃焼・溶
融に適した温度分布を形成することで、効率的に溶融し
得る。さらに、溶融を効率化するため、廃棄物片を投入
するガス吹き出し口を複数にして、廃棄物の種類毎に、
或いは異なる配合割合でそれぞれ調製された複数種の配
合物毎に、異なる高さ位置から投入するようにしても良
い。

【００２８】旋回焼却溶融室２１の下端に設けられた連
通孔２３は、二次溶融室２２の一端側の天井面に開口し
ている。この二次溶融室２２の他端側の床面２２ａに
は、溶融物を回収する出湯口３１が形成されている。ま
た、二次溶融室２２の側面には、燃焼ガスを排出する煙
道３０が開口しており、熱回収部に接続されている。こ
の煙道３０は、旋回焼却溶融室２１の上部に設けるよう
にしても良い。出湯口３１の側方には、バーナ３２が設
けられている。このバーナ３２の形式は特に限定され
ず、火炎温度等溶融に適した特性を有する公知のものか
ら適宜選定すれば良い。

【００２９】このような焼却溶融炉２において、旋回焼
却溶融室２１のガス吹き出し口２４から投入された廃棄
物片は、旋回流に乗って螺旋を描きながら燃焼しつつ落
下し、その多くが遠心力で旋回焼却溶融室２１の内周面
２１ａに衝突付着する。そして、内周面２１ａを流下し
ながら十分な滞留時間を与えられて大半が溶融し、連通
孔２３を経て二次溶融室２２の床面２２ａ上に滴下す
る。このとき、細かく破砕されそこなった不燃物や特に
溶融温度の高いものは、一部溶融を完結しない状態のま
まで二次溶融室２２に送られる。また、旋回焼却溶融室
２１の内周面２１ａで捕捉されなかったものは、下方に
向かう燃焼ガスに随伴して、燃焼・溶融しながら連通孔
２３から二次溶融室２２に導入される。二次溶融室２２
に送られた溶融物並びに未溶融物の混合物は、出湯口３
１に向かって床面２２ａ上を徐々に移動しながら十分な
滞留時間を与えられ、さらにバーナ３２の火炎で表面を
加熱されて溶融が完結し、出湯口３１から回収される。

【００３０】

【発明の効果】このように本発明によれば、廃棄物を焼
却・溶融処理することで、再資源化可能な高品質な溶融
スラグを低コストに生成し、埋め立て処分にかかる経費
を削減できるため、廃棄物の焼却処理費用を低減する上
で極めて大きな効果がある。しかも、発生する燃焼ガス
が大幅に低減することから、高度な排煙処理を低コスト
に実施可能になり、無煙突方式を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による廃棄物の焼却処理方法を実施する
ための焼却処理場の概略を示すブロック図。

【図２】本発明に基づき構成された焼却溶融炉を鉛直面
で分断して示す概略的な鳥瞰図。

【符号の説明】

１ 破砕機 ２ 焼却溶融炉 ３ 廃熱ボイラ ４ タービン ５ 発電機 ６ 酸素生成装置 ７ 循環ファン ８ 排煙処理装置 ９ ごみピット １０ ごみ搬送管 １１ 冷却器 １２ サイクロン １３ 冷却器 １４ 水処理装置 ２１ 旋回焼却溶融室 ２１ａ 内周面 ２２ 二次溶融室 ２２ａ 床面 ２３ 連通孔 ２４〜２９ ガス吹き出し口 ３０ 煙道 ３１ 出湯口 ３２ バーナ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物を所定の大きさの廃棄物片に破
   砕する破砕工程と、酸素富化ガスが供給されて所定の高
   温状態に保持された炉内において前記廃棄物片を焼却す
   ると同時に溶融する焼却溶融工程と、該焼却溶融工程に
   おいて排出された燃焼ガスの一部を循環ガスとして該焼
   却溶融工程に環流する燃焼ガス循環工程と、前記燃焼ガ
   スから回収された廃熱を電力に変換する発電工程と、該
   電力を利用して前記酸素富化ガスを空気から生成する酸
   素生成工程とを有することを特徴とする廃棄物の焼却処
   理方法。
2. 【請求項２】 前記酸素富化ガスが、空気から窒素を
   略全量除去したものであることを特徴とする請求項１に
   記載の廃棄物の焼却処理方法。
3. 【請求項３】 廃棄物を所定の大きさの廃棄物片に破
   砕する破砕機と、酸素富化ガスが供給されて所定の高温
   状態に保持された炉内において前記廃棄物片を焼却する
   と同時に溶融する焼却溶融炉と、該焼却溶融炉から排出
   された燃焼ガスの一部を循環ガスとして該焼却溶融炉に
   環流する燃焼ガス循環手段と、前記燃焼ガスから回収さ
   れた廃熱を電力に変換する発電手段と、該電力を利用し
   て前記酸素富化ガスを空気から生成する酸素生成手段と
   を有し、 前記焼却溶融炉が、縦置き円筒状内壁を有する本体に、
   前記廃棄物片を炉内に投入する廃棄物供給口と、前記酸
   素富化ガス並びに前記循環ガスを内壁の接線方向に噴出
   して炉内に旋回流を発生させるガス吹き出し口とを設け
   てなる旋回焼却溶融室を有することを特徴とする廃棄物
   の焼却処理装置。
4. 【請求項４】 前記旋回焼却溶融室の下段に、該旋回
   焼却溶融室との連通孔から降下してきた溶融物を滞留さ
   せる二次溶融室を設けたことを特徴とする請求項３に記
   載の廃棄物の焼却処理装置。
5. 【請求項５】 前記二次溶融室にバーナを設けたこと
   を特徴とする請求項４に記載の廃棄物の焼却処理装置。
6. 【請求項６】 前記廃棄物供給口が、前記ガス吹き出
   し口を兼ね、前記酸素富化ガス並びに前記循環ガスのい
   ずれか一方或いは両方の混合気によって気流搬送された
   前記廃棄物片を噴出するものであることを特徴とする請
   求項３乃至請求項５のいずれかに記載の廃棄物の焼却処
   理装置。