JPH11253911A - 焼却飛灰の処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の小型化及び高熱効率化が可能な焼却飛
灰の処理方法及び装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 炉内で移動せる炉床の焼却飛灰を攪拌す
る攪拌装置１３と、炉体１に設けられ炉床１Ａ上の飛灰
Ｆを直接照射加熱する平面火炎輻射バーナー１２とを有
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、都市ごみ、下水、
その他各種廃棄物を対象とする焼却炉において、人体に
有害なダイオキシン類を高濃度で含有する焼却飛灰の無
害化処理方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】焼却飛灰の処理方法においては、容器内
で飛灰を攪拌移動させながら外部から間接的に加熱し、
２００℃以上に保持して、飛灰中のダイオキシン類を分
解して他の物質とすることにより無害化する技術が公知
である。

【０００３】例えば、ポリハロゲン化合物（ダイオキシ
ン）の分解方法について、特公平６−３８８６３に開示
されている方法が知られている。この公知例では、飛灰
の加熱を閉鎖系内で行なうことを前提にしており、その
ための加熱手段は閉鎖容器の外からの間接加熱を行なっ
ている。

【０００４】また、焼却灰処理方法として、特許第２５
２６３５０号に開示されている方法も知られている。こ
の方法によると、バーナーを有する加熱炉を水平方向に
貫通する、自転及び公転する加熱管に飛灰を導入し、間
接的加熱手段で飛灰を加熱処理している。

【０００５】これらの従来技術は、高温ガスあるいはバ
ーナーの燃焼ガスを加熱源にする間接加熱方式を用いて
いる。この間接加熱を用いる理由は、バーナーの激しい
燃焼による火炎を直接飛灰と接触せしめると、飛灰が粉
塵となり巻き上がる問題（再飛散）が発生するためであ
る。一方、直接加熱方式としては、上記の飛灰の巻き上
がりが生じないようにした、電気ヒーターを加熱源に用
いる場合にのみ、その例がある。

【０００６】上記直接加熱方式には、ごみ焼却炉から排
出される灰中のダイオキシンの熱分解方法として、特開
平５−１０３８４４に開示されている方法は、灰貯留ホ
ッパー内に電気ヒーターを配設し、直接飛灰を加熱して
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
公知の方式にあっては、間接加熱方式の場合には熱効率
を高くできないこと、また、直接加熱方式の場合では、
バーナーを用いると既述のごとく飛灰の巻き上がりが生
ずること、そして、これを回避する電気ヒーターによる
と高価となるということ等、それぞれ改善すべき点をか
かえている。

【０００８】本発明は、熱エネルギを安価なものとする
ためには、高価な電気を用いるよりも燃料を燃焼させた
バーナー加熱方式が有利であるということを考慮し、上
述の点を改善する焼却飛灰の処理方法及び装置を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、焼却飛灰の処理方法に関しては、炉床に供給され
た焼却飛灰を移動攪拌すると共に、この飛灰を平面火炎
輻射バーナーで直接照射加熱し、炉床出口で飛灰が３０
０℃以上になるようにすることによって達成される。

【００１０】この発明において、平面火炎輻射バーナー
による炉床上の飛灰の加熱後の排ガスが導入される予熱
熱交換器をも具備することとすると、投入飛灰を炉床へ
の供給前に予熱でき、この予熱後に、上記方法にもとづ
き平面火炎輻射バーナーにより該飛灰を加熱することと
すれば、さらに熱効率を高めて実施できる。

【００１１】予熱熱交換器における予熱は、炉床上の飛
灰の加熱後の排ガスと炉床への供給前の投入飛灰とが直
接接触して熱交換が行なわれることが好ましい。

【００１２】また、焼却飛灰は予め造粒されて予熱熱交
換器内で移動層をなし、該移動層内に排ガスを流通せし
めることにより予熱を行なうことができる。

【００１３】次に、上記目的は、焼却飛灰の処理装置に
関しては、炉内で移動せる炉床の焼却飛灰を攪拌する攪
拌装置と、炉体に設けられ炉床上の飛灰を直接照射加熱
する平面火炎輻射バーナーとを有することにより達成さ
れる。

【００１４】また、かかる本発明装置は、平面火炎輻射
バーナーの燃焼ガスによる炉床上の飛灰の加熱後の排ガ
スが導入されて、投入飛灰を炉床への供給前に予熱する
予熱熱交換器を有することが望ましい。

【００１５】上記予熱熱交換器は、炉床上の飛灰の加熱
後の排ガスと炉床への供給前の投入飛灰とが直接接触し
て熱交換が行なわれるようになっていることが好まし
い。

【００１６】ここで本発明で用いられる平面火炎輻射バ
ーナーについて説明を加えておく。

【００１７】平面火炎輻射バーナーとは、ステンレスそ
の他の耐熱性金属の繊維によって高空隙率を有するマッ
トを成形し、空気との予混合ガスをその片側から供給し
マット通過後着火させて面状に一様燃焼させるものであ
る。金属繊維のほかに、セラミックス繊維を板状に固め
た通気性板を用いることもある。この形式の平面火炎輻
射バーナーでは、燃焼面では火炎は伸びることなく、マ
ット全面がほぼ一様に９００〜１０００℃の温度で赤熱
する。その結果、このマット全面からは強い輻射熱が得
られる。通常、燃焼熱の３０％程度が輻射として外部に
放出されるので、迅速な加熱に優れた効果を発揮でき
る。

【００１８】本発明では、飛灰加熱炉の炉床に飛灰を平
面状に移動、分散させて、その直上からかかる平面燃焼
輻射バーナーを炊いて飛灰を直接照射加熱する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面にもとづき、本発
明の実施の形態について説明する。

【００２０】図１において、処理装置１は、供給部Ｉ、
予熱部II、 加熱部III そして冷却部IVを有している。

【００２１】予熱部IIを形成する予熱熱交換器は、炉本
体１から垂立せる耐熱円筒部２内に設けられた予熱筒３
を有し、該予熱筒３内に搬送手段としてのスクリューコ
ンベア４が設けられている。該スクリューコンベア４の
軸体４Ａは上記予熱筒３から上方へ突出しており、モー
タ５からの回転駆動力をスプロケット６Ａ，６Ｂに張設
されたチェーン６から受けて回転する。

【００２２】上記予熱筒３の上端部には、供給部Ｉの供
給管７が接続されており、該供給管７の上端に設けられ
たホッパ８内の焼却飛灰Ｆはロータリバルブ９を経て、
上記予熱筒３内へ供給されるようになっている。

【００２３】又、上記予熱筒３の下端は上記炉本体１の
燃焼空間１０に臨んでいる。上記予熱筒３と耐熱円筒部
２及び炉本体１の上壁部との間には、下方に開口せる熱
交換のための環状空間１１が上記予熱筒３の高さ方向中
間部まで延びており、該環状空間１１はその上部にて耐
熱円筒部２に設けられた排気部１２に連通している。該
排気部１２を経て上記環状空間１１内の排ガスは外部へ
吸引排出され、この環状空間１１内を上昇する高温の排
ガスは予熱筒３内の飛灰を昇温せしめ、自らは降温して
排気部１２へ至り飛灰との熱交換を行なうようになって
いる。なお、このように予熱熱交換器により形成される
予熱部を有することは本発明では好ましいことである
が、必須ではない。

【００２４】加熱部III は、炉本体１の上壁の両側内面
に平面火炎輻射バーナー１２が設置されている。該平面
火炎輻射バーナー１２は、燃焼面１２Ａが上記炉本体１
の底面で形成される炉床１Ａ上で層をなす焼却飛灰Ｆに
向くように位置づけられている。上記炉床１Ａには飛灰
Ｆを攪拌するための攪拌装置１３の攪拌棒１３Ａが上記
炉床１Ａに近接して位置している。

【００２５】該攪拌装置１３はモータ１４により、チェ
ーン１５等を介して駆動される軸体１３Ｂで該軸体１３
Ｂまわりに回転駆動を受ける。上記炉本体１は底部に飛
灰排出のための排出管１６が設けられている。

【００２６】冷却部IV は上記排出管１６に接続された
冷却器１７を有し、該排出管１６はロータリバルブ１８
を介して灰受箱１９に臨んでいる。

【００２７】かかる構成の本実施形態装置にあっては、
焼却飛灰は次の要領で処理される。

【００２８】先ず、ホッパ８内の焼却飛灰Ｆはロータリ
バルブ９により供給管７を経て予熱筒３へ定量供給され
る。該予熱筒３内では飛灰Ｆはスクリューコンベア４に
より炉床１Ａへ定量供給されるが、その際、環状空間１
１内では炉本体１の燃焼空間１０からの高温の排ガスが
排気部１２に向かって上昇しており、予熱筒３内を降下
する飛灰は上記排ガスとの熱交換により加熱され、例え
ば２００℃位まで昇温する。かくして予熱された飛灰Ｆ
が炉床１Ａ上に堆積する。

【００２９】炉床１Ａ上では攪拌棒１３Ａが軸体１３Ｂ
まわりにゆっくりと回転しており、上記の堆積せる飛灰
Ｆを攪拌する。飛灰Ｆは炉床１Ａ上を攪拌を受けて分散
し炉床１Ａ上を回転移動しながら、均等に平面火炎輻射
バーナー１２によって加熱されダイオキシン類の分解後
に排出管１６へ至る。

【００３０】上記平面火炎輻射バーナー１２は、本例で
は燃料としてプロパンガスと空気との予混合体の供給を
受けて燃焼している。その際、空気過剰率λは任意に設
定できるが、例えば本例ではλ＝１．７で運転されてい
る。そのときの平面火炎輻射バーナー１２の表面温度は
９５０℃程度となっている。この状況で炉床１Ａ上の飛
灰は回転攪拌されながら、円周方向に引き延ばされる間
に５００℃位まで加熱される。しかる後、上述のごと
く、飛灰は排出管１６から落下し冷却器１７で冷やさ
れ、灰受箱１６に収容される。

【００３１】平面火炎輻射バーナー１２における燃焼温
度は、本体１の出口（予熱筒３の下端開口近傍）で９０
０℃程度、環状空間１１の出口（上端）近傍で６００℃
〜７００℃程度である。全体としての熱回収率は約５０
％であって電力利用の場合よりも低操業コストである。

【００３２】飛灰中のダイオキシン類は、炉本体１の炉
床１Ａ上に滞留している間に分解される。分解されたダ
イオキシン類は、気体の形で排ガスと一緒に排気部１２
から排出される。平面火炎輻射バーナー１２の燃焼面か
らの燃焼ガスの噴き出し速度は低く、飛灰を直接照射加
熱しても飛灰の再飛散を起こさない。なお、排ガスには
水銀、その他の重金属も蒸気の形で含まれており、排気
部１２以降において大気放出する前に除去する必要があ
るが、その技術は従来技術で対応できるので、これにつ
いての記載は省略する。

【００３３】炉本体１内の燃焼空間１０内での燃焼飛灰
の攪拌移動の形式は図１のものには限定されない。例え
ば、図２に示されるように、コンベアフィーダ２０を用
いることもできる。なお、図２において、図１にものと
共通部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【００３４】上記コンベアフィーダ２０は、上記炉本体
１の飛灰入口から出口の範囲にわたりホイール２１に張
設されたコンベアベルト２２によって、飛灰Ｆを出口側
に搬送している。該コンベアベルト２２の搬送面の上方
位置には、攪拌ホイール２３が回転しており、コンベア
ベルト２２上の飛灰堆積層を攪拌しており、飛灰Ｆはこ
れによって均一に平面火炎輻射バーナー１２から加熱を
受ける。上記飛灰の攪拌に際し、コンベアベルト２２上
の飛灰層の厚さは薄いほどよいが、適度な攪拌を与えれ
ば３ｃｍ〜５ｃｍ程度の運転でもほぼ一様に加熱でき
る。このような形態では、飛灰出口側で５００℃程度、
冷却器１４のあとで２００℃程度とすることができる。

【００３５】次に、予熱熱交換器に関しては、図１のよ
うな間接的な熱交換の方式によらずとも、図３のごとく
直接接触式とすることもできる。この図３においても、
図１のものと共通部分には同一符号を付してその説明は
省略する。

【００３６】図３に示される予熱熱交換器３０は、直接
接触式の縦型多段炉形式となっていて、熱交換器の小型
化を図っている。この実施形態では、予熱筒３内に炉床
として二種の円板の固定床３１，３２が交互に多段に配
設されている。一方の固定床３１は中心部に開口部３１
Ａが、そして他方の固定床３２は外周部に開口部３２Ａ
が形成されている。かかる多段の固定床３１，３２の中
心位置には回転軸体３３が貫通しており、該軸体３３に
攪拌部材３４が固定床３１，３２の面に近接するよう半
径方向に延びて取りつけられている。上記軸体３３はモ
ータ３５により回転駆動を受ける。したがって、該軸体
３３に取りつけられた攪拌部材３４は回転しながら、固
定床３１，３２上の飛灰層を攪拌移動せしめる。そし
て、飛灰は上記開口部３１Ａ，３２Ａを通って、下方へ
落下する。

【００３７】燃焼空間１０から上昇する排ガスは、上記
開口部３１Ａ，３２Ａを通って排気部１２へ達する。そ
の際、高温の排ガスは各段の固定床３１，３２上で攪拌
され移動している飛灰を均一に直接加熱する。

【００３８】次に、予熱熱交換器は直接接触式とする
際、図３の方式によらず、他の方式も可能である。例え
ば、図４の例にあっては、造粒装置４１にて飛灰を造粒
した後にこの造粒飛灰を予熱熱交換器４０をなす予熱筒
３へ供給し、該予熱筒３へは下方から燃焼室１０内の排
ガスが上昇するようになっている。予熱筒３内では造粒
飛灰が堆積層を形成し、攪拌機４２によって凝集の防止
が図られながら降下し、上記排ガスが上昇して貫流す
る。堆積層は造粒飛灰の粒間空隙が形成されており、排
ガスとの直接接触が良好になされる。

【００３９】上記造粒飛灰の粒径は５ｍｍ〜２０ｍｍ程
度が適切である。あまり小さいと通ガス時の圧力損失が
高まる。大きすぎると、粒の中心部分の暖まりかたが悪
くなるとと共に、ダイオキシンの分解ガスの逃げ出しが
悪くなる。

【００４０】この図４の方式では上昇排ガスと造粒飛灰
の接触が良好で、図３の方式よりも予熱熱交換器を小型
に設計できるという利点がある。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、炉内での
焼却飛灰を平面火炎輻射バーナーで加熱することとした
ので、従来の間接加熱方式のような大きな伝熱面を介さ
なくとも効率よくしかも飛灰の再飛散なく直接該飛灰を
加熱でき、炉のコンパクト化そして低操業コスト化を図
れる。

【００４２】また、従来装置が有していたような加熱管
との接触面がないために、飛灰の融点（５５０℃程度）
近辺あるいはそれ以上の温度までも溶融飛灰の溶融によ
る付着の結果として生ずる閉塞といった問題もなく加熱
できる。

【００４３】さらには、従来の拡散燃焼バーナーを用い
る場合のような激しい燃焼火炎がなく、飛灰の再飛散を
発生させることなく直接照射加熱できるので、燃焼熱は
強力な輻射として飛灰に伝達でき、加熱炉を出る時点で
の排ガス温度は９００℃程度まで下げられる。

【００４４】かかる本発明で、予熱熱交換器を備えるこ
ととすると、輻射熱を放出したあとの排ガスで投入飛灰
の予熱を行なうことができ、全体としての熱効率が高ま
る。

【００４５】さらには、造粒飛灰を用いて直接接触熱交
換を行なうこととすれば、熱交換器のコンパクト化とラ
ンニングコストの低減がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態装置を示す断面図である。

【図２】図１装置の変形例を示す断面図である。

【図３】図１装置の他の変形例を示す断面図である。

【図４】図１装置のさらに他の変形例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 炉本体 １Ａ 炉床 ３ 予熱筒（予熱熱交換器） １２ 平面火炎輻射バーナー １３ 攪拌装置 ２３ 攪拌装置 ３０ 予熱熱交換器 ４０ 予熱熱交換器 ４１ 造粒装置 ４２ 攪拌部材（攪拌装置） II 予熱部 Ｆ 飛灰

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 隆 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 相沢 和夫 神奈川県横浜市鶴見区弁天町３番地 エヌ ケーケー総合設計株式会社内 (72)発明者 山岸 三樹 神奈川県横浜市鶴見区弁天町３番地 エヌ ケーケー総合設計株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉床に供給された焼却飛灰を移動攪拌す
   ると共に、この飛灰を平面火炎輻射バーナーで直接照射
   加熱し、炉床出口で飛灰が３００℃以上になるようにす
   ることを特徴とする焼却飛灰の処理方法。
2. 【請求項２】 平面火炎輻射バーナーによる炉床上の飛
   灰の加熱後の当該バーナー燃焼排ガスが導入される予熱
   熱交換器によって、投入飛灰を炉床への供給前に予熱
   し、しかる後、請求項１の方法により該飛灰を加熱する
   ことを特徴とする焼却飛灰の処理方法。
3. 【請求項３】 予熱熱交換器における予熱は、炉床上の
   飛灰の加熱後の排ガスと炉床への供給前の投入飛灰とが
   直接接触して熱交換が行なわれることとする請求項１に
   記載の焼却飛灰の処理方法。
4. 【請求項４】 焼却飛灰は予め造粒されて予熱熱交換器
   内で移動層をなし、該移動層内に排ガスを流通せしめる
   ことにより予熱を行なうこととする請求項２に記載の飛
   灰の処理方法。
5. 【請求項５】 炉内で移動せる炉床の焼却飛灰を攪拌す
   る攪拌装置と、炉体に設けられ炉床上の飛灰を直接照射
   加熱する平面火炎輻射バーナーとを有することを特徴と
   する焼却飛灰の処理装置。
6. 【請求項６】 平面火炎輻射バーナーによる炉床上の飛
   灰の加熱後の排ガスが導入されて、投入飛灰を炉床への
   供給前に予熱する予熱熱交換器を有することとする請求
   項５に記載の焼却飛灰の処理装置。
7. 【請求項７】 予熱熱交換器は、炉床上の飛灰の加熱後
   の排ガスと炉床への供給前の投入飛灰とが直接接触して
   熱交換が行なわれるようになっていることとする請求項
   ６に記載の焼却飛灰の処理装置。