JPH0355410A - 焼却灰の溶融処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、都市ごみ、下水汚泥、或いはその他の廃棄
物を焼却炉で焼却することによって発生する焼却灰を溶
融炉において溶融処理する焼却灰の溶融処理方法に関す
る． （従来の技術〕 一般に、都市ごみ、下水汚泥、或いはその他の廃棄物を
廃棄物焼却炉で焼却することによって発生する焼却灰は
、多くの場合、埋立処理されているのが現状である．し
かし、埋立地の確保が年々困難になっているため、埋立
てられる焼却灰の容積を小さくする方法、即ち、減容化
処理が要望されている．また、焼却灰を処理することな
くそのままの状態で埋立地に埋立てた場合には、焼却灰
自体には種々の重金属等の有害物質が含まれているため
、焼却灰から有害物質が雨水、地下水等に溶出したり、
或いは、焼却灰中の未燃有機物質が腐敗し、これらの現
象が二次公害を引き起こす原因になっている．そこで、
焼却炉から排出される焼却灰の無公害処理化が要望され
ている．そこで、従来から種々の焼却灰の処理方法が開
発されている．例えば、焼却灰をセメントと混合して焼
却仄をセメントで固化する処理方法、アスファルトと混
合して焼却灰を固化する処理方法、或いは粘土等と混合
して焼却灰を焼結固化する処理方法等が開示されている
．しかしながら、これらの処理方法は、処理コストが高
価となり、焼却灰の処理状態に対して技術的信頼性に欠
ける問題がある． また、焼却灰め別の処理方法として、バーナ炉、電気炉
即ちオーブンアーク炉に焼却灰を投入して咳焼却灰を溶
融処理する方法がある．例えば、製鋼用のオーブンアー
ク炉を用いた処理方法として、特開昭５２−８６９７６
号公報にスラッジの燃焼溶解方法が開示されている．該
方法は、１！極と溶融金属との間に常時アークを発生さ
せた密閉式アーク炉にスランジを装入し、このスランジ
中の有機物は上記アークのアーク熱により分解してガス
として炉外に取り出し、上記スランジ中の無機物は上記
アークのアーク熱により溶解して上記溶融金属に溶け込
ませるか溶融スラグとして炉外に取出すことを特徴とし
ている． 或いは、特開昭５５−１１４３８３号公報には、焼却灰
の溶融処理方法が開示されている．該ｆ＠融処理方法は
、サブマージドアーク炉内の溶融スラグ上に焼却灰を順
次投入して焼却灰層を形成し、咳層の焼却灰を溶融スラ
グの電気抵抗熱により順次溶融するものである。この場
合に、焼却灰として、焼却炉で焼却排出される灰と、集
塵器で捕集される集塵灰との混合灰を用いたものである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前掲特開昭５２−８６９７６号公報に開
示されたスラソジの燃焼溶解方法は、黒鉛電極を用いた
オーブンアーク炉を用いたものであるため、十分な高温
が得られず、そのため、焼却灰、特に都市ごみ焼却灰に
あっては含有される融点の高い（例えば、１５００℃以
上）土砂、陶器、金属等の高融点物質を完全に溶融させ
ることができない．そこで、該オーブンアーク炉で溶融
できる物質のみを該オーブンアーク炉に投入するため、
焼却炉から高融点物質を事荊に選別した後、炉内に投入
するか、或いは、石灰、ホタル石等の融点降下剤を焼却
灰に添加して溶融処理する必要があった． また、オーブンアーク炉では、電極と溶融金属との間に
アークを発生させるため、焼却灰のように、スラグ戒分
として含まれている酸化物を主戒分とする廃棄物を処理
するためには、事前に鉄等の金属を炉内で溶解し、いわ
ゆるベースメタルを作威しておく必要が生じる。更に、
ベースメタル上に酸化物等の組成が不均一な焼却灰が投
入されると、アーク電力の変動が大きく、また、アーク
が消滅する現象が発生した．しかも、アークが消滅した
場合は、ベースメタル上に電導性のない焼却灰が覆った
状態となるため、再度焼却灰を処理するため、焼却灰に
再着火を行うことができなくなるという問題がしばしば
生じた． また、バーナ炉の場合は、オーブンアーク炉よりも更に
高温が得られず、しかも、燃料の燃焼用空気を多量に使
用するため、俳ガス量が膨大となり、その結果、大がか
りな排ガス処理装置が必要となる等、種々の問題が生じ
た． 一般に、プラズマとは、原子から電子が飛び出してイオ
ン化した状態であり、原子から電子が飛び出す時に発生
する高エネルギーであり、プラズマの付近は高温度雰囲
気となる．このプラズマを発生させるため、プラズマア
ーク炉が提供されている。このプラズマアーク炉にはプ
ラズマトーチが設けられている。また、焼却炉から発生
する焼却仄、及び燃焼排ガスを電気集じん器等の集じん
器で清浄化し、清浄された排ガスは誘引ファンを通って
煙突から排出される． この発明の目的は、上記種々の問題点を解決することで
あり、焼却灰の種類及び組戒を問わず、例えば、焼却灰
中に金属、陶器、土砂等の高融点物質が含まれていても
、それらの高融点物質を焼却灰から予め選別除去するこ
となく、該焼却灰をそのまま溶融炉に直接投入して、該
溶融炉に設け．たプラズマ発生装置であるプラズマトー
チを用いてプラズマを発生させ、該プラズマの高エネル
ギーによって焼却灰を溶融して常に安定して処理するこ
とができる焼却灰の溶融処理方法を提供することである
． 〔課題を解決するための手段〕 この発明は、上記目的を達成するため、次のように構或
されている．即ち、この発明は、焼却炉から排出される
高融点物質を含む焼却灰を溶融炉に順次直接投入し、該
溶融炉に設けたプラズマトーチにプラズマ形威ガスとし
て空気を用いてブラズマアークを発生させ、該プラズマ
アークの熱エネルギーによって前記焼却灰を溶融するこ
とを特徴とする焼却灰の溶融処理方法に関する．〔作用
〕 この発明による焼却灰の溶融処理方法は、上記のように
構威されており、次のように作用する．即ち、この焼却
灰の溶融処理方法は、焼却炉から排出される高融点物質
を含む焼却灰を溶融炉に順次直接投入し、該溶融炉に設
けたプラズマトーチにプラズマ形戒ガスとして空気を用
いてプラズマアークを発生させ、該プラズマアークの熱
エネルギーによって前記焼却灰を溶融するので、該プラ
ズマトーチによってプラズマアークを持続的に安定して
得ることができ、高温のプラズマの熱エネルギーを焼却
灰に輻射或いは伝導で与えることによって、咳焼却灰を
溶融することができる．更に、焼却灰の溶融処理時に、
焼却灰中に含まれている重金属は、プラズマ形戒ガスで
ある空気と強力に酸化反応を起こし、該酸化作用により
揮発性の低い酸化物に変化して重金属の大部分は溶融ス
ラグ中に溶融固定される．また、空気を用いることによ
り、焼却灰中に残留している通常５％〜１０％の有機物
等の未燃物も完全に分解できる．〔実施例〕 以下、図面を参照して、この発明による焼却灰の溶融処
理方法の一実施例について説明する。

この発明による焼却灰の溶融処理方法は、焼却炉で廃棄
物等を焼却することで発生する焼却灰、或いは、排ガス
処理における集じん器で捕集されたダストと前記焼却灰
を混合してプラズマアーク炉内に投入し、咳プラズマア
ーク炉において、該焼却灰を溶融処理する方法である． 第１図において、この焼却灰の溶融処理方法を達或する
ためのプラズマ焼却灰溶融装置が示されている．このプ
ラズマ焼却灰溶融装置は、都市ごみ、下水汚泥、或いは
その他の廃棄物を焼却炉で焼却することによって発生す
る焼却灰を溶融炉即ちプラズマアーク炉５において溶融
処理するものであり、主として、プラズマアーク炉５、
該プラズマアーク炉５に設けたプラズマトーチ８、及び
該プラズマトーチ８にプラズマを発生させるプラズマシ
ステム１から構威されている． 第１図に示すように、プラズマアーク炉５は、炉体の上
部に水冷式の固定型の炉蓋を設けている。

この炉体は、カーボン、マグネシア、アルξナ等の耐火
材で構築され且つ出湯口２５を備えている．また、炉董
には、トーチ昇降装置、焼却灰の投入シュート９及び排
ガスの排ガスダクトを取付けている．プラズマトーチ８
は、トーチ昇降装置によって炉蓋に設置可能に設けられ
る． また、このプラズマ焼却灰溶融装置に使用されるプラズ
マトーチ８には、アーク放電の形式として、第２図に示
すような移送式、又は第３図に示すような非移送式のも
のを使用することができる．即ち、移送式のプラズマト
ーチ８は十極である後部電極８Ａとコリメータ８Ｂで構
威され、また、非移送式のプラズマトーチ８は十極の後
部電極８Ａと一極の前部電極８Ｃで構或されている．移
送式のアーク放電の形式のプラズマトーチ８を用いる場
合には、炉体の炉底部に黒鉛電極から或る対極ｌＯを埋
め込む構造にＩ或することにより、プラズマアーク炉５
において、プラズマトーチ８に内蔵された後部電極８Ａ
（十極）と炉体の炉底部に設けた対極１０　（一極〉と
の間にプラズマアークを発生させる．非移送式のアーク
放電の形式のプラズマトーチ８を用いる場合には、対極
１ｏを埋め込む必要はなく、プラズマトーチ８内に内蔵
された後部電極８Ａと前部電極８Ｃの間でプラズマアー
クを発生させる．プラズマトーチ８にプラズマを発生さ
せるためには、移送式の場合は、プラズマシステム１の
作動によって、電源供給装置４から十極はケーブル１７
を通してプラズマトーチ８に内蔵された後部電極８Ａへ
接続し、一極はケーブル２２を通じて対極１０へ接続し
、後部電極８Ａと対極１０との間に電圧を印加して達威
される．非移送式の場合は、十極の接続は樟送式と同様
であるが、一極はケーブル１８を通じて前部電極８Ｃへ
接続し、後部電極８Ａと前部電極８Ｃとの間に電圧を印
加して達戒される． プラズマシステム１は、主として、移送式又は非移送式
のプラズマアークトーチ８、交流を直流に切り替えて直
流をプラズマトーチ８に供給する電力供給装置４、プラ
ズマトーチ８によってプラズマ−アークを発生させ且つ
該プラズマアークを安定供給のための制御を行う制御装
置２６、電極及びトーチ本体を冷却するための冷却水供
給装置２７、及びプラズマ形成ガスとなる空気を供給す
るための空気供給装置２８を有している．更に、冷却水
供給装置２７における冷，却水ポンブ２９を稼動し、冷
却水を水タンク３０から熱交換器３３へ送り込み、該熱
交換器３３において熱交換した後に、該熱交換器３３か
らマニホールド３４、次いで冷却水パイプ１９．２０を
通じてプラズマトーチ８へ供給し、プラズマトーチ８及
び炉蓋を冷却する． また、空気供給装置２８のエアコンブレソサを稼動し、
矢印Ａに示すように、圧縮空気をマニホールド３４から
プラズマ形戊空気バイブ２１を通じてプラズマトーチ８
に供給する． この発明による焼却灰の溶融処理方法は、上記の焼却灰
溶融装置を用いることによって達戒される。この焼却灰
溶融装置において、焼却炉から発生した焼却灰或いは集
じん器から捕集゛された焼却灰は、灰ホ７バ１２に投入
される．灰ホッパｌ２に投入された焼却灰は、シュート
９を通して連続的或いは間欠的にプラズマアーク炉５に
投入される．プラズマアークを放電させる所定の設定条
件の下で、プラズマトーチ８をプラズマアーク炉５内へ
降下させる．非移送式にあっては、プラズマトーチ８を
対極１０に対して所定の距離に設定すると共に、プラズ
マ形成ガスである空気をプラズマトーチ８にイ共給した
後、後部電極８Ａとコリメータ８Ｂとの間に高エネルギ
ーのパルスを与え、パイロットアークを発生させる．次
いで、プラズマトーチ８を所定の高さまで上昇させ、メ
インアークが発生した後、所定の電流（例えば、２００
〜３００Ａ）、所定の電圧（例えば、４００〜５００ｖ
）を設定することにより、プラズマアークの熱エネルギ
ーを被加熱物である焼却灰に輻射或いは伝導によって与
える．一方、非移送式の場合は、後部電極８Ａと前部電
極８Ｃとの間にパルスを与えてパイロットアークを発生
させる操作以外は、移送式と同様な操作で焼却灰に熱エ
ネルギーを与える。即ち、プラズマアーク放電とプラズ
マ形戒ガスによってプラズマアークが発生し、該プラズ
マアークの熱エネルギーにより酸化物、高溶融物質等を
含んだ焼却灰は溶融状態の溶融スラグ１３となり、金属
は溶融金属として、炉体の出湯口２５より連続的或いは
間欠的に流出し、スラグとしてスラグ受けＩＳへと外部
へ取り出される。

また、焼却灰が溶融することによって発生する燃焼ガス
は、排ガス出口ｌ６から排ガスダクト２３を通って、例
えば、徘ガス処理装置に送り込まれ、燃焼ガスは処理さ
れて煙突等から大気へ排気される． この時、電流はＰＩＤＩＩＩ１１とし、電圧は移送式の
プラズマトーチ８の場合は、対１ｉ極間の距離とアーク
ガス圧の変動サイクルによって決定される．また、非移
送式のプラズマトーチの場合は、アークガス圧の変動サ
イクルによって決定されるものである．更に、非移送型
のプラズマトーチを用いる場合には、該プラズマトーチ
に内蔵された十極と一極の電極間でプラズマアークを発
生させ、そのアーク熱即ちプラズマエネルギーにより焼
却灰を溶融させる。

〔発明の効果〕

この発明による焼却灰の溶融処理方法は、上記のように
構戒されており、次のような効果を有する．即ち、この
発明は、焼却炉から排出される高融点物質を含む焼却灰
を溶融炉に順次直接投入し、該溶融炉に設けたプラズマ
トーチにプラズマ形成ガスとして空気を用いてプラズマ
アークを発生させ、咳プラズマアークの熱エネルギーに
よって前記焼却灰を溶融するので、従来の通常アークの
代わりにプラズマアークを用いるため、持続的に安定し
た高温が得られ、加熱部分が狭い範囲に集中でき、炉全
体の温度上昇は少なく、炉体表面からの熱損失が少なく
て済み、電力の変動がほとんどないので電源に及ぼす影
響も少ない．また、プラズマトーチの点火及び消火を瞬
時に操作でき、運転及び保守管理が容易である。

更に、プラズマ形戒ガスとして空気を用いることにより
、必要空気量は少なく、排ガス量が少ないため、溶融炉
を小型化でき、しかも、焼却灰中に残留している未燃物
（通常５％〜１０％の有機物が残留している）も完全に
分解でき、オーブンアーク炉のように、排ガス中にＣＯ
、炭化水素、ダイオキシン等の有害な未燃ガスが含まれ
て排気されることはなく、安全性に富んだ焼却灰の処理
方法を提供できる。

特に、この発明による焼却灰の溶融処理方法は、プラズ
マアークを使用しているので、高熱エネルギーを得るこ
とができ、土砂、陶器、金属等の高融点物質を含む焼却
灰を直接溶融炉に投入してそのままの状態で迅速に溶融
することができ、従来のバーナ方式、電気炉方式等のよ
うに、磁選機、振動コンベヤ等を用いて焼却灰から該高
融点物賞を選別除去する必要がなく、作業工程が少なく
なるだけでなく設備そのものが簡素化し且つコンパクト
に構或することができる。また、焼却灰中に含まれてい
る重金属は通常揮発性の高い塩化物の形態であるが、こ
の発明では、プラズマ形威ガスに空気を用いているため
、該空気の強い酸化作用により揮発性の低い重金属酸化
物に変化させることができ、そのため重金属の大部分は
溶融スラグ中に溶融固定され、排ガス中に揮敗すること
はなく、更に、生或したスラグからそれら重金属が溶出
するような現象は発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による焼却灰の溶融処理方法を達戒す
るための焼却灰溶融装置の一例を示す説明図、第２図は
第１図の焼却灰溶融装置に利用される移送式のプラズマ
トーチを説明する説明図、及び第３図は第１図の焼却灰
溶融装置に利用される非移送式のプラズマトーチを説明
する説明図である． １・−・・・・−プラズマシステム、５・一・・・・・
プラズマアーク炉、８・一・・・プラズマトーチ、１０
−・−・対極、１３・・・・−・一溶融スラグ． 第 ２ 図 ８ 第 ３ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼却炉から排出される高融点物質を含む焼却灰を溶融炉
   に順次直接投入し、該溶融炉に設けたプラズマトーチに
   プラズマ形成ガスとして空気を用いてプラズマアークを
   発生させ、該プラズマアークの熱エネルギーによって前
   記焼却灰を溶融することを特徴とする焼却灰の溶融処理
   方法。