JPH0639363A

JPH0639363A - 都市ごみ焼却飛灰焼結方法および焼結装置

Info

Publication number: JPH0639363A
Application number: JP5078271A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yamamoto; 芳宏山本; Jiro Terukina; 二郎照喜名
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1994-02-15

Abstract

(57)【要約】【目的】都市ごみ焼却飛灰原料とする生ペレットを安
価に焼結して、しかもダイオキシン類の飛散や溶出を抑
止し、環境保全に役立てる。【構成】乾燥予熱室と着火室との内壁面に、焼成室５
のように、電気式発熱体５ｃを埋設した耐火物５ｂを設
ける一方、熱風供給ダクト７内に熱風加熱用の電気式発
熱体７ｃを設置し、飛灰に水、カーボン、セメントまた
はベントナイトを所定量混入して混練・成形した生ペレ
ットＰを火格子２で搬送し、カーボンの着火と循環熱風
以外に、都市ごみ焼却設備の廃熱ボイラの蒸気により自
家発電した電力の一部を上記それぞれの電気式発熱体５
ｃ、７ｃに供給して放熱量を補うことにより、小型でか
つ連続・間欠運転自在な焼結装置が実現され、これによ
り安価にしかもダイオキシン類の含有量が少ない焼結ペ
レット成品を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼結装置に係り、より詳
しくは都市ごみ焼却設備から排出される都市ごみ焼却灰
の中の飛灰を原料として、これを造粒・焼結して焼結ペ
レットを製造する都市ごみ焼結飛灰焼結方法および焼結
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、都市ごみ焼却灰のうち、
フライアッシュ（以下、飛灰という）は、バグフィルタ
ー等の集じん装置により粉じん状態で捕集されて回収さ
れる。

【０００３】上記回収された飛灰中には各種の重金属を
はじめ、微量有害物質であるダイオキシン類がかなりの
量で含まれている。そのため、例えば飛灰を最終処分場
で埋め立てる前に、その中に含まれている重金属やダイ
オキシン類の飛散および溶出防止処理が施されている。

【０００４】そして、上記飛散および溶出防止処理とし
ては、例えばセメント固化方式と呼ばれる処理方法が知
られている。このセメント固化方式にはパン型ペレタイ
ザーで球形（直径１０〜２０ｍｍ）のペレットを製造す
る方式と、混練押出成形機で円筒（直径２０ｍｍ×長さ
２０〜３０ｍｍ）に成形する方式と、振動造粒機で粒径
にばらつきのある塊状（直径５〜５０ｍｍ）に造粒する
振動造粒方式の三方式がある。

【０００５】一方、都市ごみではなく、ボイラなど石炭
を燃料として用いる燃焼設備から捕集された飛灰を処理
する石炭飛灰焼結装置が、特開昭６２−２５６７４７号
公報に開示されている。そしてこの公報では、図５に示
すような焼結装置１を用いて、石炭飛灰を造粒・焼結し
て軽量骨材を製造する方法が提案されている。

【０００６】以下上記公報に開示された焼結装置１の概
要を説明する。焼結装置１は水平ロッドがキャタピラ式
に循環移動するように構成された火格子２を備えてい
る。この火格子２の上部には、火格子２に積載されて搬
送されてきた生ペレットＰを予熱する乾燥予熱室３と、
上記生ペレットＰを着火させる図略の着火バーナを備え
た着火室４と、着火した生ペレットＰを焼結する焼成室
５とが設けられている。また、焼成室５の下流側には焼
結ペレットＰ１を冷却する冷却ゾーン６が設けられてい
る。

【０００７】また、上記火格子２の上流側には、ダスト
サイロ２２および石炭灰サイロ２５と、これらから供給
されるダストおよび石炭を混練する混練機２６ａと、こ
の混練機２６ａから供給された混練物を造粒するパン型
造粒機２６とが設けられている。さらに、上記火格子２
の下流側には焼結ペレットＰ１を砕く解砕機１１と、砕
かれた焼結ペレットＰ１を篩い分ける振動篩１２とが設
けられている。

【０００８】そして、上記石炭灰サイロ２５に貯蔵され
ている石炭灰およびダストは、混練機２６ａに供給され
て混練され、つぎのパン型造粒機２６に供給されて造粒
され、生ペレットＰとなってホッパー２６ｂを介して火
格子２の乾燥予熱室３よりも上流側に供給される。

【０００９】上記火格子２に供給された生ペレットＰ
は、火格子２によって搬送されている間に、乾燥予熱室
３で乾燥および予熱され、着火室４で着火され、焼成室
５で焼結されて焼結ペレットＰ１になる。この焼結ペレ
ットＰ１は、つぎの冷却ゾーン６において冷却されると
ともに、上記解砕機１１および振動篩１２を経て所定の
粒度の成品ペレットＰ２だけが軽量骨材になり、振動篩
１２の篩目から落下したものは上記ダストサイロ２２に
戻されるようになっている。また、火格子２から下方に
落下した落鉱やダストは、上記振動篩１２からのダスト
に同伴してダストサイロ２２に返送されるようになって
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、都市ごみの
焼却飛灰の場合、セメント固化方式により飛灰を成形固
化すれば、ほぼ重金属の溶出を防止することができる。
しかし、飛灰中にはダイオキシン類も含まれているの
で、たとえセメント固化方式によって飛灰を固化したと
しても、最も有害なダイオキシン類は分解しないまま成
形固化物の中に残留した状態になる。また、飛灰中に
は、表１の飛灰の成分一覧表に示すように、都市ごみに
起因する各種の塩類も相当多く含まれているため、たと
え固化しても高強度のペレットが得られず、このペレッ
トを長期間貯蔵しておくと塩類が溶出し、この溶出した
塩類に起因したペレットの崩壊現象によって粉化し、ダ
イオキシン類等の有害物質が再度飛散する恐れがある。

【００１１】

【表１】

【００１２】なお、都市ごみ焼却灰（飛灰）中のダイオ
キシン類の毒性は、第６図に示すように、飛灰中のダイ
オキシン類の濃度が上昇すれば、それに比例して上昇す
るのである。

【００１３】因に図６は、都市ごみ焼却灰のダイオキシ
ン類の濃度と、それの毒性等価換算値との関係を示すグ
ラフであり、両対数グラフ用紙の横軸に飛灰中のダイオ
キシン類の濃度を設定し、縦軸に毒性等価換算値を設定
している。そして実測されたダイオキシン類の濃度に対
応する毒性等価換算値がそれぞれプロットされている
（廃棄物学会誌Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．１、Ｐ２０−３７、
１９９０の図１２より転載）。ここにいう毒性等価換算
値とは、飛灰中に存在する全ダイオキシン類の濃度（ｗ
ｔ％）を、毒性を有するダイオキシン類の濃度（ｗｔ
％）に換算した値であり、約２１０種類が存在するダイ
オキシン類の同族体の内、最高の毒性を示す２，３，
７，８ＴＣＤＤ（Tetra Chlorinated Dibenzo Dioxin）
に比較して、それ以外のダイオキシン類の毒性がその毒
性の強さに応じて１以下の数値で重み付けがされたもの
の平均値（すなわち加重平均値）として表現されてい
る。

【００１４】また、都市ごみ焼却設備には、飛灰の灼熱
減量が３％以下になる程に都市ごみが完全燃焼すること
が求められ、事実都市ごみはそのように完全燃焼してい
るため、上記飛灰中にはほとんど残存カーボンが含まれ
ておらず、かつ前述のように塩類が多いものになってい
る。また、飛灰そのものの融点等の性状は石炭灰と異な
るため、そのまま石炭灰の焼結方法および条件を採用し
て容易に軽量骨材を製造することができない。

【００１５】さらに、石炭飛灰焼結装置は通常２００〜
３００ｔ／日（７ないし１２ｔ／ｈ）と大規模な処理を
行う設備であるのに対して、都市ごみ焼却設備から排出
される飛灰を処理する装置の場合は、１０〜５０ｔ／日
（０．４〜２ｔ／ｈ）程度の小規模な設備で充分賄える
のである。

【００１６】また、飛灰焼結装置の運転時間は、都市ご
み焼却設備の一般的な運転形態である８〜２４ｈ／日の
運転に合わせて、２４ｈ未満の断続運転や２４ｈ／日の
連続運転が要求され、何れに対しても柔軟に対応するこ
とができるものでなくてはならない。

【００１７】そのため、大型でありかつ連続運転を基本
とする石炭飛灰焼結装置を都市ごみ飛灰焼結装置として
転用することはできない。そこで、石炭飛灰焼結装置を
寸法的に大幅なスケールダウンしたものを都市ごみよう
のものにすることが考えられるが、大型装置に比較し
て、放熱等の熱ロスが過大になり、経済的な焼結装置に
することができないという問題点を有している。

【００１８】特に、都市ごみ焼却灰を処理する場合に
は、処理コストの高低が設備採否の重要な判断ポイント
になっており、設備投資額および運転コストがともに安
価で、かつ安定した成形品を製造することができる焼結
装置が希求されている。

【００１９】本発明は、上記のような問題点を解決し上
記希求に応えるためになされたものであり、都市ごみ焼
却設備の運転形態に合わせて２４時間未満の８ｈ／日や
１６ｈ／日等の断続運転から２４ｈ／日の連続運転への
切り替えや、逆に２４ｈ／日の連続運転から２４ｈ／日
未満の断続運転への切り替えを容易に行うことができ、
しかも安定した成形品を製造することができるととも
に、設備投資額および運転コストが安価な都市ごみ焼却
飛灰焼結方法および焼結装置を提供することを目的とし
ている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
都市ごみ焼却飛灰焼結方法は、都市ごみ焼却設備から排
出される都市ごみ焼却飛灰に、自燃材としてのカーボン
と、結合材としてのセメントおよび／またはベントナイ
トと、混練材としての水とを添加・混練して生ペレット
を成形した後、この生ペレットを焼結処理することによ
って生ペレット中のダイオキシンを熱分解することを特
徴とするものである。

【００２１】本発明の請求項２記載の都市ごみ焼却飛灰
焼結方法は、都市ごみ焼却設備から排出される７５重量
％以上の都市ごみ焼却飛灰に、５重量％以下のカーボン
と、１０重量％以下のセメントおよび／またはベントナ
イトと、適量の水とを添加・混練して生ペレットを成形
した後、この生ペレットを９００〜１３００℃で１分以
上保持することによって生ペレット中のダイオキシンを
熱分解することを特徴とするものである。

【００２２】本発明の請求項３記載の都市ごみ焼却飛灰
焼結装置は、被焼結材を積載して水平方向に循環駆動す
る火格子が設けられ、この火格子の上部には、搬送中の
被焼結材を乾燥し予熱する乾燥予熱室と、上記被焼結材
を着火させる着火室と、上記被焼結材を焼結する焼成室
とが設けられ、これら乾燥予熱室、着火室および焼成室
に熱風を送り込む熱風供給ダクトが配設されてなる都市
ごみ焼却飛灰焼結装置において、上記乾燥予熱室、着火
室および焼成室の内部ならびにダクトの内部の内のいず
れか一方または双方に電気式発熱体が設けられているこ
とを特徴とするものである。

【００２３】本発明の請求項４記載の都市ごみ焼却飛灰
焼結装置は、請求項３記載の都市ごみ焼却飛灰焼結装置
において、上記乾燥予熱室、着火室および焼成室の内部
ならびにダクトの内部にはそれらの内壁面を覆う耐火物
が配設され、乾燥予熱室、着火室および焼成室の内壁面
を覆う耐火物には電気式発熱体が埋設され、上記ダクト
の内部にはダクトを横断するように電気式発熱体が設け
られていることを特徴とするものである。

【００２４】

【作用】上記請求項１記載の都市ごみ焼却飛灰焼結方法
によれば、都市ごみ焼却飛灰に、自燃材としてのカーボ
ンと、結合材としてのセメントおよび／またはベントナ
イトと、混練材としての水とが添加・混練されて生ペレ
ットが成形され、この生ペレットを焼結処理することに
よって生ペレットが得られるため、上記カーボンの自燃
による生ペレット自信の発熱と、上記結合材の結合作用
とによって上記飛灰は良好な焼結ペレットになるととも
に、上記焼結温度を相当の高温に維持することによって
飛灰中のダイオキシンは有効に熱分解する。

【００２５】上記請求項２記載の都市ごみ焼却飛灰焼結
方法によれば、７５重量％以上の飛灰に、５重量％以下
のカーボンと、１０重量％以下のセメントおよび／また
はベントナイトと、適量の水とが加えられているため、
製造時にはこのセメントあるいはベントナイトの粘着力
によって安定した造粒が可能になり、貯蔵時にはセメン
ト等の結合力によって造粒されたペレットが崩壊するこ
とを有効に抑止する。

【００２６】そして、重くかつ高価なセメントやベント
ナイトの添加量が１０重量％以下に設定されているた
め、得られた焼結ペレットが重くなることが回避され、
運搬等の取り扱いが容易になるとともに、製造コストの
上昇を回避することができる。

【００２７】また、飛灰には５重量％以下のカーボンも
加えられているため、製造時にこのカーボンが燃焼する
ことによる発熱が寄与して良好な焼結ペレットが得られ
る。

【００２８】そして、カーボンの添加量が５重量％以下
に設定されているため、大量に含まれたカーボンが燃焼
してその分焼結ペレットの融着やポーラスになることが
回避され、強度の大きい焼結ペレットを得ることができ
る。

【００２９】さらに、造粒された生ペレットは、９００
〜１３００℃で１分以上保持されて焼結されるので、飛
灰中のダイオキシン類は全て熱分解され、かつ重金属も
焼結ペレット内に固定される。

【００３０】上記請求項３記載の都市ごみ焼却飛灰焼結
装置によれば、乾燥予熱室、着火室および焼成室の内部
ならびにダクトの内部の内のいずれか一方または双方に
電気式発熱体が設けられているため、上記電気式発熱体
で火格子上の生ペレットおよびダクト内の熱風を加熱す
ることができ、この加熱で焼結装置の小型化に伴う保熱
効果の低下を補うことができる。

【００３１】また、焼成温度の制御は電気式発熱体への
通電量を調節することによって容易に行うことができ、
温度制御の精度を上昇させることができる。

【００３２】さらに、電気式発熱体によって強制加熱さ
れるため焼結装置の運転初期の昇温速度が早くなり、装
置の立上りを迅速に行うことが可能になる。その結果操
業上のロスタイムが低減し運転効率が上昇するため、立
上り回数が多くなる間欠運転を効率的に実施することが
できる。

【００３３】また、上記電気式発熱体に供給する電力と
して、都市ごみ焼却設備内に設けられた廃熱利用の自家
発電々力を利用することにより、飛灰の処理コストを大
幅に低減させることが可能になる。

【００３４】上記請求項４記載の都市ごみ焼却飛灰焼結
装置によれば、乾燥予熱室、着火室および焼成室の内壁
面を覆う耐火物には電気式発熱体が埋設され、上記ダク
トの内部にはダクトを横断するように電気式発熱体が設
けられているため、上記耐火物の断熱効果によって電気
式発熱体の発する熱が有効に乾燥予熱室、着火室および
焼成室内に保持され、良好な熱効率を得ることができ
る。

【００３５】

【実施例】図１は本発明に係る都市ごみ飛灰焼結装置の
一例を示す模式的説明図であり、図２はそのＡ−Ａ線断
面図である。また、図３は熱エネルギーの利用説明図で
あり、図４は処理条件（温度×処理時間）と飛灰中のダ
イオキシン類の量との関係を例示するグラフである。以
下これらの図を基に、本発明の実施例について詳細に説
明する。

【００３６】焼結装置１は、図１に示すように、キャタ
ピラ状に循環駆動する火格子２と、この火格子２上に配
設される乾燥予熱室３と、この乾燥予熱室３の下流側に
設けられた着火室４と、この着火室４の下流側にさらに
配設された焼成室５とから基本構成されている。火格子
２上であって、焼成室５の下流側には冷却ゾーン６が形
成されている。

【００３７】上記火格子２は左右一対のスプロケットに
掛装され、図略の駆動手段の回転駆動によってスプロケ
ットを介して循環駆動するようになっている。そして、
後述するペレット成形手段２０から供給される生ペレッ
トＰを上記循環駆動によって移送するように構成されて
いる。

【００３８】上記乾燥予熱室３、着火室４および焼成室
５は、いずれも火格子２の上部を覆うようにフード状に
形成されており、これらの下を生ペレットＰが移動する
ようになっている。そして、上記乾燥予熱室３は火格子
２上を移動中の生ペレットＰを乾燥し、着火室４は上記
乾燥予熱室３によって乾燥された生ペレットＰに着火
し、焼成室５は上記着火室４で着火した生ペレットＰを
焼結する役割をそれぞれ荷っている。この焼成室５を通
過した生ペレットＰは焼結されて焼結ペレットＰ１にな
る。

【００３９】上記乾燥予熱室３、着火室４および焼成室
５の天井部には、各室に熱風を送り込む熱風供給ダクト
７が設けられている。

【００４０】また、生ペレットＰおよび焼結ペレットＰ
１が移送される上側の火格子２の背面部には、上流側か
ら順次下流側に向かって複数の風箱８が配設され、その
下部には排気ダクト９が設けられ、この排気ダクト９は
誘引送風機１０に連通している。そして、乾燥予熱室
３、着火室４および焼成室５内の空気や燃焼排ガスは生
ペレットＰや焼結ペレットＰ１の層を通過し、上記火格
子２、風箱８および排気ダクト９を介して誘引送風機１
０によって吸引されるようになっている。上記誘引送風
機１０によって吸引された燃焼排ガスの一部は熱風供給
ダクト７を介して乾燥予熱室３、着火室４、および焼成
室５に再供給されて循環することも可能であり、この循
環により熱の有効利用がさらに図られるようになってい
る。

【００４１】また、火格子２の冷却ゾーン６の下流に
は、解砕機１１が配設され、この解砕機１１に引き続い
て振動篩１２が配設されている。そして、火格子２の冷
却ゾーン６から供給された焼結ペレットＰ１は、必要に
応じて上記解砕機１１で砕かれるとともに、つぎの振動
篩１２で篩い分けられる。この振動篩１２の篩目から下
方に落下した小粒ペレット、および前記火格子２から落
下した落鉱石やダストは合流されてペレット成形手段２
０のダストサイロ２２に返送され、再利用することがで
きるようになっている。

【００４２】上記振動篩１２の篩い上に残ったものは、
成品である成品ペレットＰ２になり、振動篩１２の下流
に設けられた成品バンカ１３に供給され、そこに一旦貯
蔵されるようになっている。そして一旦成品バンカ１３
に貯蔵された成品ペレットＰ２は、適宜トラック等の搬
出手段に切り出され、系外に搬出される。

【００４３】上記ペレット成形手段２０は、混練用の水
を貯蔵する水タンク２１と、上記小粒ペレットおよび火
格子２から落下したダスト等を貯蔵するダストサイロ２
２と、生ペレットＰの自燃用の燃料であるカーボンを貯
蔵するカーボンサイロ２３と、バインダーとしてのセメ
ントやベントナイトを貯蔵するセメントサイロ２４と、
都市ごみ焼却設備Ｈの集じん設備等で回収された飛灰を
貯蔵する飛灰サイロ２５と、所定の形状およびサイズの
生ペレットＰを成形する成形機２６と、この成形機２６
によって成形された生ペレットＰを上記火格子２の最上
流側に供給する養生コンベア２７とから構成されてい
る。

【００４４】上記水タンク２１には図略の制御弁が設け
られており、この制御弁の開度を調節することによって
水の供給量が調節可能になっている。また、上記ダスト
サイロ２２、カーボンサイロ２３、セメントサイロ２４
および飛灰サイロ２５の底部には図略のテーブルフィー
ダが設けられており、このテーブルフィーダの回転数を
制御することによってそれらの中に貯蔵されている内容
物の切り出し量を調節することができるようになってい
る。

【００４５】上記水タンク２１からは予め設定された量
の水が成形機２６に供給されるとともに、ダストサイロ
２２からはダストが、カーボンサイロ２３からはカーボ
ンが、セメントサイロ２４からはセメントあるいはベン
トナイトが、飛灰サイロ２５からは飛灰がそれぞれ予め
設定された量で切り出されて成形機２６に供給されるよ
うになっている。成形機２６に供給された上記ダスト
と、カーボンと、セメントあるいはベントナイトと、飛
灰とは、同時に供給された混練用の水の存在下で混練さ
れ、生ペレットＰになる。

【００４６】そして、本発明においては、火格子２の上
部に設けられた乾燥予熱室３、着火室４および焼成室５
の内壁面と、それぞれの熱風供給ダクト７の内壁面とに
電気式発熱体５ｃが配設されている。

【００４７】上記乾燥予熱室３、着火室４および焼成室
５の構成は略同じであるため、以下、図２に例示した焼
成室５を代表させてそれらの構成について説明する。焼
成室５は耐火物５ｂで形成され、その外周面は鉄皮５ａ
で被覆されている。この耐火物５ｂは火格子２の両側部
に覆い被さるように垂下して側壁部が形成され、この側
壁部および天井部の内壁面に電気式発熱体５ｃが埋設さ
れている。焼成室５の下部は上記鉄皮５ａが延設された
ホッパー状の風箱８が形成され、この風箱８の下部は上
記排気ダクト９に連通している。

【００４８】上記焼成室５の上部は耐火物７ｂで形成さ
れた熱風供給ダクト７に連なっており、この熱風供給ダ
クト７の外周面も鉄皮７ａで被覆されている。そして熱
風供給ダクト７には同ダクト７を水平方向に貫通した棒
状の電気式発熱体７ｃが設けられている。なお、本実施
例においては上記としては棒状のいわゆるラジアントチ
ューブが適用されている。ラジアントチューブは加熱機
器の内部で燃料を燃焼させることができない場合に適用
される加熱源であり、耐熱金属チューブの内側で燃料を
燃焼させたり、通電発熱体に通電したりして熱を得、こ
の熱をチューブの外表面から放射熱として加熱機器の内
部に供給するものである。特に棒状に限定されるもので
はなく、熱風の加熱効率に留意したうえで、ラジアント
チューブの外周面に放熱用のフィンを付設した放射体型
のものや、ラジアントチューブを立体的に折り曲げて形
成した多面体型のものを適用することもできる。

【００４９】なお、本実施例においては、熱風供給ダク
ト７および各室３、４、５の双方に電気式発熱体７ｃを
設けるようにしているが、双方に設けることに限定され
るものではなく、いずれか一方にのみ電気式発熱体７ｃ
を設けるようにしてもよい。また、熱風供給ダクト７に
はそれを横断するように電気式発熱体７ｃが設けられて
いるが、それに限定されるものではなく、電気式発熱体
７ｃを壁内に埋設してもよい。さらに、熱風供給ダクト
７と上記各室３、４、５とは別々に形成されているが、
特に別々に形成することに限定されるものではなく、熱
風供給ダクト７と上記各室３、４、５とを一体に構成し
てもよい。

【００５０】つぎに、図３を基に、本発明における熱エ
ネルギーの利用状況を説明する。従来は、焼結装置１に
着火用重油と焼結用のカーボンとが供給され、それらの
燃焼熱のみによって生ペレットを焼結していたが、本発
明においては、これらの熱エネルギーの他に、都市ごみ
焼却設備Ｈの廃熱ボイラから発生する蒸気によって自家
発電設備で自家発電を行い、得られた自家発電々力を機
器運転用電力と加熱用電力とに分けて焼結装置１に供給
するようにしている。

【００５１】そして、機器運転用電力で焼結装置１内の
各種駆動機器を駆動させるとともに、加熱用電力を上記
各電気式発熱体５ｃ、７ｃに供給して図２に示す焼成室
５および熱風供給ダクト７の内部を加熱し、焼結装置１
の小型化に伴う熱効率の悪さを補うようにしている。特
に、焼成室５内の温度が予め設定された所定の温度にな
るように各電気式発熱体５ｃ、７ｃに供給する電力量を
調節する自動制御を行うことによって、焼結装置１の稼
働初期の立ち上げを迅速に行うことができるとともに、
焼成室５内の温度の微調整も可能になる。

【００５２】つぎに、本発明で使用されるカーボンにつ
いて説明する。カーボンは焼結処理の際に生ペレットＰ
が内部で自燃してそれが効果的に焼結するために生ペレ
ットＰに混入されるものであり、相当の炭素成分が含有
されているものであれば、どのようなものでも使用可能
であるが、本実施例においては、ボールミルで１００μ
ｍ以下に微粉砕された石炭を使用している。

【００５３】石炭の品位は、表２に例示するように、揮
発分が２５〜４５％、固定炭素が３２〜５７％で、発熱
量が６３００〜７０００ｋｃａｌ／ｋｇと適当であり、
生ペレットＰに添加されるカーボンとして優れている。
このような石炭が、カーボンとして生ペレットＰに水を
除いた割合で５重量％以下、好ましくは１〜３重量％が
添加される。５重量％以下とされる理由は、それよりも
多いと石炭の燃焼による生ペレットＰが融着したりポー
ラスになり、そのために強度の大きい焼結ペレットＰ１
が得られなくなるからである。

【００５４】

【表２】

【００５５】つぎに、本発明で使用されるセメントおよ
び粘度鉱物の代表であるベントナイトについて説明す
る。これらセメントやベントナイトは、その結合機能に
よって硬い焼結ペレットＰ１をつくるために生ペレット
Ｐに混入されるものである。なお、生ペレットＰにはセ
メントおよびベントナイトのいずれか一方のみが添加さ
れてもよいし、それらの混合物が混入されてもよい。

【００５６】そして、セメントは市販されている通常の
いわゆるポルトランドセメントでよく、ベントナイトに
ついてもとくに特定される銘柄はなく、またナトリウム
系のものでもよいしカルシウム系のものでもよい。な
お、ベントナイトは、火山が噴火したときに海底などに
堆積した火山灰等の鉱石が変質してできたものであり、
極めて大きな吸水性能を有し、吸水すると糊状になって
膨張するという性質をもっている。参考のためにポルト
ランドセメントおよびベントナイトの化学組成の例を表
３に掲げる。

【００５７】

【表３】

【００５８】この表３に示すように、ポルトランドセメ
ントとベントナイトとは、その組成において、前者はカ
ルシウムリッチであるのに対し、後者はシリカリッチで
あることを除いては、構成する成分はほぼ同等であり、
いずれも結合材またはバインダーとしての機能を備えて
いることから、焼結ペレットＰ１を強固に結合する助剤
として適用されている。

【００５９】以下本発明に係る焼結装置の実施例につい
て、再度図１および図２を基にさらに詳細に説明すると
ともに、併せて作用についても説明する。

【００６０】上記成形手段２０においては、飛灰サイロ
２５からはごみ焼却設備Ｈから回収した主原料である飛
灰が、またダストサイロ２２からは焼結装置１で発生す
る回収屑である副原料としてのダストが、またカーボン
サイロ２３からは１００μｍ以下の粒度に微粉砕された
自燃材としての石炭（カーボン）が、さらにセメントサ
イロ２４からはバインダーとしてのセメントあるいはベ
ントナイトが、それぞれのサイロに設けられた図略のテ
ーブルフィーダを稼働させることによって成形機２６に
切り出され、それらに加えて水タンク２１からは混練媒
体としての水が成形機２６に供給される。

【００６１】そして、カーボンサイロ２３から成形機２
６に切り出される石炭の量は、成形機２６への水を除い
た全供給量の５重量％以下、好ましくは１〜３重量％に
設定されており、セメントサイロ２４から切り出される
セメントあるいはベントナイトの量は、同水を除いた全
供給量の１０重量％以下、好ましくは１〜５重量％に設
定されている。また、水タンク２１から供給される水の
量は、成形機２６における混練処理が良好に行える適切
な量に設定されている。

【００６２】本実施例においては、図１に示すように、
成形機２６は公知の二軸スクリュー式のものが採用され
ている。成形機２６に供給された原料は、スクリューの
回転に伴って出口側に高圧で加圧されながら押し出され
る。成形機２６の出口側には、直径約２０ｍｍの排出孔
を多数備えたダイスが設けられており、混練された原料
がこの排出孔を通過することによって、直径約２０ｍ
ｍ、長さ３０〜５０ｍｍの生ペレットＰになる。異なる
サイズの生ペレットＰをつくるときは他の孔径の排出孔
が設けられたダイスと交換すればよい。

【００６３】なお、本実施例では、成形機２６として二
軸スクリュー式の押出成形機を用いたが、二軸スクリュ
ー式押出成形機に限定されるものではなく、球状に造粒
する場合には公知のパン型造粒機を適用すればよく、粒
径をランダムになるように造粒する場合は公知の振動造
粒機を適用すればよい。これら成形機の機種の選択は、
最終の成品ペレットの用途によって決定される。

【００６４】そして、成形機２６で成形された生ペレッ
トＰは、養生コンベア２７上に排出され、この養生コン
ベア２７上で約１０〜３０分の時間をかけて搬送され、
この搬送時に自然乾燥が行われる。

【００６５】このようにして成形され搬送された生ペレ
ットＰは、焼結装置１の火格子２の上に積み上げられる
ように供給される。なお、火格子２の最上流側の上部に
は床敷用ペレットサイロ２８が設けられており、このサ
イロ２８には焼結ペレットを篩い分けて得られる振動篩
１２の篩上品が貯蔵されている。そして、上記篩上品で
ある床敷ペレットが、生ペレットＰが火格子２上に積み
上げられる前に供給される。そのため、火格子２の載置
面上は、図２に示すように、上記床敷ペレットによる床
敷ペレット層の上に生ペレット層が積層された状態にな
っている。このように火格子２上を二層構造にするの
は、生ペレットＰの焼結時の高熱から火格子２を保護す
るためである。

【００６６】火格子２の具体的な仕様は、例えば１ｔ／
ｈ程度の焼結能力を有する焼結装置１の場合は、火格子
２の幅は６００ｍｍに設定し、生ペレットＰの層厚は２
００ｍｍ程度にするのが適切である。なお、焼結装置１
の生産能力は、火格子２の幅×生ペレットＰの層厚×火
格子２の移動速度によって決定されるが、どのような状
況であっても生ペレットＰの層厚は２００〜３００ｍｍ
程度に設定するのが好ましい。

【００６７】そして、火格子２上に供給された生ペレッ
トＰは、まず乾燥予熱室３において、電気式発熱体５
ｃ、７ｃで加熱された熱風によって乾燥され、つぎの着
火室４で容易に着火される温度、すなわち２００〜４０
０℃まで予熱される。従来、この乾燥予熱室３において
は、循環使用される間に高温の生ペレットＰから熱を得
て温度が上昇した熱風が乾燥予熱室３に送風されるだけ
であったが、本発明においては、積極的に温度制御が可
能な状態で熱風供給ダクト７内に配設された電気式発熱
体７ｃにより加熱された熱風が供給されるとともに、焼
成室５内に配設された電気式発熱体５ｃによって生ペレ
ットＰは直接加熱されるため、焼結装置１の立上り時や
間欠運転にも迅速かつ適切に対応することができる。

【００６８】つぎの着火室４には着火バーナＢが設けら
れており、この着火バーナＢの点火によって、２００〜
４００℃に予熱され移動してきた生ペレットＰは着火燃
焼する。この着火室４にも電気式発熱体５ｃ、７ｃが設
けられており、この電気式発熱体５ｃ、７ｃによっても
生ペレットＰは加熱されるため、生ペレットＰの着火燃
焼を助けるとともに、生ペレットＰは従来にも増して均
一に着火されることになる。

【００６９】そして、さらにつぎの焼成室５において
は、前工程で着火された生ペレットＰは可燃成分である
カーボン（微粉炭）の燃焼によって自燃し、約９００〜
１３００℃になる。生ペレットＰはこの温度に約１分間
さらされて焼結が進行し焼結ペレットＰ１になる。この
焼成室５にも電気式発熱体５ｃ、７ｃが設けられてお
り、これらの助けを借りて生ペレットＰの焼結が効率よ
く進行する。

【００７０】なお、電気式発熱体５ｃ、７ｃは、それに
供給する電力量を調節することによって容易に発熱温度
を制御することが可能である。従って、上記各室３、
４、５やダクト７内に温度センサーを設け、この温度セ
ンサーが検出した温度に基づいて上記電力供給量を調節
することによって各室３、４、５やダクト７内の温度を
予め設定された所定の温度に制御することは容易であ
り、この面からも電気式発熱体５ｃ、７ｃの付設は有用
である。

【００７１】このようにして得られた焼結ペレットＰ１
は、つぎの火格子２上の冷却ゾーン６において、誘引送
風機１０の吸引力によって吸引された大気と熱交換させ
られ冷却される。冷却された焼結ペレットＰ１は、飛灰
の性状によっては相互に融着している場合があるので、
火格子２の次工程の解砕機１１で独立した粒子にほぐさ
れる。その後、必要に応じて振動篩１２に供給されて篩
い分けられる。

【００７２】すなわち、焼結ペレットＰ１を骨材等とし
て使用する場合には、粒径を揃える必要があることか
ら、振動篩１２の篩上品を成品ペレットＰ２として分離
し、成品バンカ１３に送出され、篩下の小粒ペレットは
前記ダストサイロ２２を介して成形機２６に戻し、再度
原料の一部として使用される。しかし、飛灰中のダイオ
キシン類等の微量有害物質の処理のみを目的とする場合
には、振動篩１２で篩い分けることなく、全量を成品と
することができる。

【００７３】また、火格子２から落下した落鉱やダスト
は、風箱８および排気ダクト９を介して回収コンベア９
ａに集められ、上記小粒ペレットに同伴してダストサイ
ロ２２に返送され、原料の一部として再使用される。

【００７４】そして、焼結装置１の乾燥予熱室３、着火
室４、焼成室５および冷却ゾーン６における生ペレット
Ｐ、Ｐ１の滞留時間、温度等の運転条件および生産量の
コントロールは、火格子２の搬送速度と生ペレットＰの
層厚とが勘案されて適宜設定されるが、例えば、前述の
１ｔ／ｈ程度の焼結能力を有する焼結装置１の場合に
は、表４に示す運転条件が標準的なものとして採用され
る。

【００７５】

【表４】

【００７６】また、都市ごみ焼却設備Ｈの排ガス処理部
で、塩酸等の有毒ガスを除去するために、消石灰粉や消
石灰スラリーを大量に使用する場合には、原料飛灰中に
多量の消石灰およびその化合物が存在しているため、こ
れらの成分がセメントやベントナイトの代用として機能
を発揮し、その結果セメント等の添加量を少なくするこ
とができる。

【００７７】さて、都市ごみ焼却設備Ｈから得られる飛
灰中には、多量のダイオキシン類が含まれているが、図
４に示すグラフによって判るように、飛灰中のダイオキ
シン類の含有量は、飛灰に与えた熱の量、すなわち処理
温度と処理時間との積に反比例して減少し、例えば５２
５℃で１０分間処理すれば、当初約７０００ｎｇ／ｇも
あったダイオキシン類が、約５００ｎｇ／ｇにまで低下
している。本発明においては、飛灰は着火室４で９００
〜１３００℃の高温に曝されるため、ダイオキシン類は
確実に分解されてしまい、焼結ペレットＰ１あるいは成
品ペレットＰ２が環境に悪影響を与えることはない。

【００７８】また、飛灰中の重金属類については、生ペ
レットＰを高温で処理することにより、各重金属が粉体
の粒子表面で溶融し、焼結した部分で固定されるため、
焼結ペレットＰ１の内部に閉じ込められた状態になり、
その溶出が有効に抑止される。特に、有害な６価のＣｒ
については、生ペレットＰ中のカーボンの燃焼により、
ペレット内が還元雰囲気に保持されるため、無害な３価
のＣｒに還元されるなど、各種重金属をより安全な形態
で安定化することができる。

【００７９】なお、都市ごみ焼却設備Ｈから得られた飛
灰中には、各種の塩類も数多く含まれているため、重金
属類とも併せて飛灰の溶融温度（融点）を低下させる。
従って、従来のように成品ペレットＰ２に添加されるカ
ーボンの量を多くすると、焼結温度が高くなりすぎ、飛
灰の溶融によって焼結ペレットＰ１が互いに融着して大
塊になり、良好な成品ペレットＰ２を得ることができな
くなる。

【００８０】そこで、本発明においては、生ペレットＰ
内のカーボンの添加量を５重量％以下と少なめに設定
し、生ペレットＰの自燃による温度上昇を抑止して焼結
ペレットＰ１相互の融着が起こらないようにしている。

【００８１】また、本発明においては、前述のように、
電気式発熱体５ｃ、７ｃに廃熱ボイラを利用した自家発
電の無料の電力を供給することによって得られる熱を利
用するようにしているため、生ペレットＰの自燃熱を少
なくすることができ、その結果生ペレットＰ中の自燃熱
発生成分であるカーボン量を低減させることが可能にな
るとともに、着火バーナＢに供給される重油の量を低減
させることも可能になる。この自家発電の電力を利用す
ることによる経済的な効果は絶大であり、従来の運転コ
ストの１／３〜２／３にすることができる。従って、本
発明の飛灰焼結装置を適用することにより、特に従来の
都市ごみ焼却飛灰の溶融固化方式に比べて運転コスト面
で確実に有利である。

【００８２】さらに、焼結装置１の運転操作の面におい
ても、自家発電で得られた電力を用いて電気式発熱体５
ｃ、７ｃを発熱させ、この熱を熱風と併用して生ペレッ
トＰを加熱するようにしているため、上記電気式発熱体
５ｃ、７ｃへの電力の供給量を調節することによって容
易に適切な温度制御が可能となる。その結果、焼結装置
１の起動時の昇温が従来の１／２（約３０分）になり、
焼結装置１の立上り運転が迅速に行われるため、多くの
立上り運転が必要な間欠運転にも効率よく対応すること
ができる。

【００８３】さらに、焼結ペレットＰ１には約２０〜４
０（ｋｇ／ペレット１個）の一軸圧縮強度が付与され、
長期間に亘ってその形状が安定して保持されるため、最
終処分場に悪影響を及ぼさない状態で安心して投棄し得
る。また、コンクリート用骨材、路盤材、埋め戻し材、
あるいは花壇の水捌け促進材等多くの用途に適用するこ
とができる。

【００８４】（試験例）本発明方法および装置によって
得られる焼結ペレットの性能を調べるために、１ｔ／ｈ
の生産能力を有する実規模の焼結装置１を用いて焼成試
験を実施した。主原料としては、都市ごみ焼却設備の集
じん機に捕捉された飛灰のみを使用し、焼結装置１の系
内で発生したダストや落鉱は使用していない。

【００８５】上記飛灰に結合用の添加材と自燃用の添加
材をそれぞれ添加割合を変えて添加し、飛灰と添加材と
の複数の混合物を調製した。この混合物と、混練助材と
しての水とを成形機に供給して球形の生ペレットＰを成
形した。なお、本試験においてはペレットを応用範囲の
広い球形とするため、上記二軸スクリュウー式成形機２
６に替えてパンペレタイザー式の成形機を使用してい
る。上記混合物は原料全体の８４重量％に、水は原料全
体の１６重量％になるように設定している。また、上記
結合用の添加材としてはベントナイトを使用し、自燃用
の添加材としては１００μｍ以下に微粉砕された微粉炭
を使用している。

【００８６】このように設定された原料のサンプルは１
１種類であった。表５に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．５の原料
サンプルは、添加材がまったく混入されていない比較例
のものである。また、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８の原料サンプ
ルは、ベントナイトが水を除いた原料当たり２重量％添
加されているが、微粉炭は添加されていない。Ｎｏ．９
の原料サンプルはベントナイトが水を除いた原料当り２
重量％、微粉炭が４．５重量％に設定され、Ｎｏ．１０
の原料サンプルはベントナイトが水を除いた原料当り５
重量％、微粉炭が３重量％に設定され、Ｎｏ．１１の原
料サンプルはベントナイトが水を除いた原料当り最大限
の１０重量％、微粉炭が３重量％に設定されている。焼
成条件（焼成時間と焼成温度）は、表５に示すようにそ
れぞれ若干づつ異ならせて設定している。なお、上記焼
成時間は生ペレットＰが乾燥予熱室３、着火室４および
焼成室５に滞留している合計時間であり、焼成温度は着
火室４における温度である。

【００８７】以上のような原料サンプルを成形機に供給
して成形するとともに、得られた生ペレットＰを火格子
２に連続的に供給して焼結ペレットＰ１を製造し、焼成
状態が安定したところで振動篩１２の篩上の成品ペレッ
トＰ２をサンプリングして成品性状（２４ｈｒ吸水率、
一軸圧縮強度）を測定した。

【００８８】上記２４ｈｒ吸水率は、成品ペレットＰ２
を２４時間水中に浸した場合の吸水前と吸水後との重量
差を吸水後の重量で除した値であり、一軸圧縮強度は、
成品ペレットＰ２を１個づつプレス間で破壊するまで圧
力を加え、破壊したときの圧縮力の値である。２４ｈｒ
吸水率および一軸圧縮強度とも複数の成品ペレットＰ２
について試験した結果の平均値をデータとして採用して
いる。試験結果は表５に示すとおりであった。

【００８９】

【表５】

【００９０】この表から判る通り、比較例であるＮｏ．
１〜Ｎｏ．５の原料は、いずれも一軸圧縮強度が、目標
値である５（ｋｇ／ペレット１個）には到達しておら
ず、このような圧縮強度では、この成品ペレットＰ２を
土壌改良材や農園芸用材として使用した場合に、野積み
や土中の埋設およびその掘り起こしに耐えることはでき
ず、割れてしまうことが多いため商品価値は低い。な
お、２４ｈｒ吸水率は、いずれの焼成条件においても目
標値である３０％を超えている。

【００９１】これに対して本発明に係るＮｏ．６〜Ｎ
ｏ．１１の原料については、すべて一軸圧縮強度の上記
目標値をクリアしており、添加材の量が増加するに従っ
て上記圧縮強度は上昇しているのが判る。そして、ベン
トナイトで代表されるバインダーは水を除いた原料当り
２〜５重量％、微粉炭で代表される自燃材（カーボン）
は水を除いた原料当り０〜５重量％になるような組み合
わせが好適であるのが判る。なお、２４ｈｒ吸水率につ
いては、いずれも目標値である３０％を超えている。

【００９２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の請求項１記
載の都市ごみ焼却飛灰焼結方法によると、都市ごみ焼却
飛灰に、自燃材としてのカーボンと、結合材としてのセ
メントおよび／またはベントナイトと、混練材としての
水とが添加・混練されて生ペレットが成形され、この生
ペレットを焼結処理することによって生ペレットが得ら
れるため、上記カーボンの自燃による生ペレット自信の
発熱と、上記結合材の結合作用とによって上記飛灰は良
好な焼結ペレットになるとともに、上記焼結温度を相当
の高温に維持することによって飛灰中のダイオキシンは
焼結処理段階で有効に熱分解し、系外へのダイオキシン
の排出が防止され、環境保全上好都合である。

【００９３】本発明の請求項２記載の都市ごみ焼却飛灰
焼結方法によると、７５重量％以上の飛灰に、５重量％
以下のカーボンと、１０重量％以下のセメントあるいは
ベントナイトと、適量の水とを加えることにより、安上
がりで、かつ、重くなり過ぎずに取り扱いが容易な状態
の良好な焼結ペレットが得られるとともに、５重量％以
下のカーボンを加えるように設定されていることにより
可燃成分であるカーボンの燃焼による焼結ペレットのポ
ーラス化が抑制され、良質の成品が得られる。

【００９４】また、成形により得られた生ペレットは、
９００〜１０００℃で１分以上保持されて焼結されるた
め、飛灰中のダイオキシン類はすべて熱分解され、重金
属も固定されるので、従来のセメント固化方式のよう
に、ペレット崩壊時に重金属やダイオキシン類の飛散、
溶出の恐れがなくなり、環境保全に対して多大の効果が
ある。

【００９５】また、本発明の請求項３記載の都市ごみ焼
却飛灰焼結方法によると、乾燥予熱室、着火室および焼
成室の内部ならびにダクトの内部の内のいずれか一方ま
たは双方に電気式発熱体が設けられているため、上記電
気式発熱体で火格子上の生ペレットおよびダクト内の熱
風を加熱することができ、この加熱で焼結装置の小型化
に伴う保熱効果の低下を補うことができる。

【００９６】また、電気式発熱体への通電量を調節する
ことによって焼成温度の制御が容易になり、温度制御の
精度を上昇させることができる。

【００９７】さらに、電気式発熱体によって強制加熱さ
れるため焼結装置の運転初期の昇温速度が早くなり、装
置の立上りを迅速に行うことが可能になる。その結果操
業上のロスタイムが低減し運転効率が上昇するため、立
上り回数が多くなる間欠運転を効率的に実施することが
できる。

【００９８】また、上記電気式発熱体に供給する電力と
して、都市ごみ焼却設備内に設けられた廃熱利用の自家
発電々力を利用することにより、飛灰の処理コストを大
幅に低減させることが可能になる。

【００９９】加えて、本発明の請求項４記載の都市ごみ
焼却飛灰焼結装置によると、乾燥予熱室、着火室および
焼成室の内壁面を覆う耐火物には電気式発熱体が埋設さ
れ、上記ダクトの内部にはダクトを横断するように電気
式発熱体が設けられているため、上記耐火物の断熱効果
によって電気式発熱体の発する熱が有効に乾燥予熱室、
着火室および焼成室内に保持され、良好な熱効率を得る
ことができる。

【０１００】以上のように本発明の都市ごみ焼却飛灰焼
結装置は、従来問題になっていた飛灰に同伴の有害なダ
イオキシン類の系外への排出が有効に抑止されるととも
に、飛灰の処理コストを大幅に低減させることができる
のであり、結果として都市ごみ焼却設備の運転コストの
低減に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の都市ごみ焼却飛灰焼結装置の構成の一
例を示す模式的説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】熱エネルギーの利用説明図である。

【図４】処理温度と飛灰中のダイオキシン類の量との関
係を示すグラフである。

【図５】従来の石炭飛灰焼結装置を例示する模式的構成
説明図である。

【図６】都市ごみ焼却飛灰中のダイオキシン類の濃度説
明図である。

【符号の説明】

１焼結装置１１解砕機１２振動篩１３成品バンカ２火格子２１水タンク２２ダストサイロ２３カーボンサイロ２４セメントサイロ２６成形機２７養生コンベア２８床敷用ペレットサイロ３乾燥予熱室４着火室５焼成室５ｃ、７ｃ耐火物５ｃ電気式発熱体６冷却ゾーン７熱風供給ダクト８風箱Ｐ生ペレットＰ１焼結ペレットＰ２成品ペレット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】都市ごみ焼却設備から排出される都市ご
み焼却飛灰に、自燃材としてのカーボンと、結合材とし
てのセメントおよび／またはベントナイトと、混練材と
しての水とを添加・混練して生ペレットを成形した後、
この生ペレットを焼結処理することによって生ペレット
中のダイオキシンを熱分解することを特徴とする都市ご
み焼却飛灰焼結方法。
【請求項２】都市ごみ焼却設備から排出される７５重
量％以上の都市ごみ焼却飛灰に、５重量％以下のカーボ
ンと、１０重量％以下のセメントおよび／またはベント
ナイトと、適量の水とを添加・混練して生ペレットを成
形した後、この生ペレットを９００〜１３００℃で１分
以上保持することによって生ペレット中のダイオキシン
を熱分解することを特徴とする都市ごみ焼却飛灰焼結方
法。
【請求項３】被焼結材を積載して水平方向に循環駆動
する火格子が設けられ、この火格子の上部には、搬送中
の被焼結材を乾燥し予熱する乾燥予熱室と、上記被焼結
材を着火させる着火室と、上記被焼結材を焼結する焼成
室とが設けられ、これら乾燥予熱室、着火室および焼成
室に熱風を送り込む熱風供給ダクトが配設されてなる都
市ごみ焼却飛灰焼結装置において、上記乾燥予熱室、着
火室および焼成室の内部ならびにダクトの内部の内のい
ずれか一方または双方に電気式発熱体が設けられている
ことを特徴とする都市ごみ焼却飛灰焼結装置。
【請求項４】請求項３記載の都市ごみ焼却飛灰焼結装
置において、上記乾燥予熱室、着火室および焼成室の内
部ならびにダクトの内部にはそれらの内壁面を覆う耐火
物が配設され、乾燥予熱室、着火室および焼成室の内壁
面を覆う耐火物には電気式発熱体が埋設され、上記ダク
トの内部にはダクトを横断するように電気式発熱体が設
けられていることを特徴とする都市ごみ焼却飛灰焼結装
置。