JPH08254307A - 廃棄物処理方法および廃棄物処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒素酸化物の生成を減少させると共に、炉外
に公害物質を飛散させるといった問題点の発生が防止で
きるようにすること。 【構成】 コンベア５〜７によって廃棄物２と、塩基度
調整剤３と、熱源としての炭素系可燃物質４が縦型炉１
のホッパ１ａ，１ｂに順次投入される。そしてホッパ１
ａ，１ｂより自然落下により炉床部１ｇに蓄積し、給気
用羽口１ｉによって吹き込まれる純酸素によって燃焼さ
れる。燃焼熱によって得られる廃棄物中の不燃物は溶融
スラグとなって出湯口１ｊより流出され、冷却水槽１９
において急激に冷却され、粒子状の固形物として凝固さ
れる。燃焼用気体として純酸素を用いるため、大気を用
いる場合に比較すると、窒素酸化物の生成を減少させる
ことができ、燃焼に寄与する酸素以外の気体が炉内で吹
き抜け現象を発生させて、炉外に公害物質を飛散させる
といった問題の発生を阻止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、廃棄物処理方法および
廃棄物処理装置に関し、更に詳しくは、焼却された都市
ゴミ、下水汚泥、各種産業廃棄物などの焼却灰の処理方
法およびその方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大都市圏におけるゴミ収集量は現状は日
々増加傾向にあり、特に、首都圏の家庭から出るゴミは
全国のほぼ３割を占め、一年間に埋め立てられる最終処
分量は約４７０万トン前後という膨大な量となってい
る。しかし、１９８６年度から１９９０年度にかけこの
最終処分量はほぼ一定の値を示している。これは埋め立
て処理されていたものの一部が焼却処理されているため
であり、ゴミの量が減少したためではない。今度は、焼
却処理された後に残される灰の処理が問題になってい
て、この灰が占める割合（処理対象となるゴミの量に対
して）は急増しているのである。ちなみに、８６年度に
おいて焼却処理された灰等の占める割合は約４０％足ら
ずであったが、９０年度においては約４８％余りにまで
上昇している。これは、ゴミを焼却処理すると、直接埋
め立てる場合と比べ容積で約１５分の１、重量では約４
分の１にまで減量できることから後処理の問題が見かけ
上減少するため広く採用されるに至っているのである。
しかし、処理後に残される灰のも埋め立て処理すること
が必要であって、これとて、このままではゴミの最終処
分場を確保することが次第に困難になりつつあり、首都
圏での残余容量はわずか２．６年となっている。

【０００３】この最終処分量を更に減量するために、焼
却により中間処理された後に出る焼却灰などを溶融炉で
二次処理し、減量することが採用されている。この処理
のために用いられる焼却灰溶融施設では、焼却灰を１２
００〜１３００度の高温で溶かすことから、容積を半分
から三分の一程度までに減らすことができる。さらに、
焼却灰を溶かした物質を冷却すると、重金属類など有害
物質がでるのを防ぐガラス質の鉱物「スラグ」ができる
が、コンクリート製品用資材や配管埋め戻し材、テニス
コート用水はけ用材などにも使用でき、再資料として活
用できる。

【０００４】一般に廃棄物を溶融処理するには、縦型溶
融炉の上部開口より廃棄物を炭素系の可燃物質と共に投
入し、炉床部に大気を吹き込むことで、燃焼反応を起こ
させるようにしている。この時の燃焼反応によって、順
次投入される廃棄物は縦型溶融炉の燃焼ガスの上昇対向
流との熱交換によって乾燥および予熱され、高温の炉床
部に到達した時点で羽口より吹き込まれる空気によって
燃焼される。この時、廃棄物と可燃物質とが燃焼反応を
起こす高温の炉床部の上面レベルが一定値より高くなる
と、燃焼域の上方に大量の炭素系の可燃物質が未燃焼状
態で堆積するために、燃焼域からのＣＯ₂ がＣで還元さ
れて大量のＣＯが発生して高温炉床よりも上方で燃焼
し、エネルギーロスが膨大になる。このために、高温炉
床の上面レベルが高くなった場合には、羽口より吹き込
まれる大気の量を増大させて可燃物質の消費量を増大さ
せることで、高温炉床の上面レベルが適性値となるよう
に制御するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の縦型溶融炉による廃棄物の処理手段においては、炉
床部において効率よく燃焼反応を起こさせるために、羽
口より大気を吹き込むように成されており、また高温炉
床の上面レベルに応じて大気の吹き込み量を制御するよ
うになっている。周知のとおり、大気は体積比で概ね２
５％の酸素と、７５％の窒素により構成されており、従
って前記羽口より高温炉床に吹き込まれて燃焼反応に寄
与する酸素以外の７５％の窒素は、高温炉床において窒
素酸化物ＮＯｘを生成し、大気汚染の原因を起こす可能
性を有している。また窒素は高温炉床において熱せられ
て膨張し、これが縦型溶融炉中を高速度で上昇するため
に、炉内において粉粒状の廃棄物または灰を吹き上げる
吹き抜け現象が発生し、炉外にこれらを飛散させるスモ
ッグの原因なるなどの問題が発生している。

【０００６】実際、燃焼に用いる大気の窒素成分は燃焼
には寄与するところがなく、ただ塵埃を吹き散らすだけ
の厄介ものである。本発明は、このような従来のものの
問題点に着目して成されたものであり、処理過程におけ
る窒素酸化物の過剰な発生を抑制し、また粉粒状の廃棄
物または灰を飛散させることのない廃棄物処理方法およ
び廃棄物処理装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に成された本発明の廃棄物処理方法は、廃棄物と、熱源
としての炭素系可燃物質とを、高温雰囲気中に順次投入
し、高温雰囲気中に吹き込まれる純酸素によって燃焼反
応を起こさせる工程と、燃焼反応によって得られる不燃
物の溶融スラグを取り出して水中に落とすことで、溶融
スラグを粒子状の固形物として凝固させる工程とを備え
たことを特徴とする。そして、好ましくは前記廃棄物
と、熱源としての炭素系可燃物質に対し、さらに塩基度
調整剤が加えられる。この場合、塩基度調整剤としては
石灰石、珪石等が採用され、また前記炭素系可燃物質と
してはコークス、練炭、黒鉛電極屑等が使用される。

【０００８】また本発明の廃棄物処理装置は、供給設備
によって廃棄物と、熱源としての炭素系可燃物質が順次
投入される上部開口部と、前記開口部に投入された廃棄
物および炭素系可燃物質とが燃焼反応を起こす炉床部
と、前記炉床部に配置され、炉床部に対して純酸素を吹
き込むための羽口と、前記炉床部の下方に配置され、燃
焼反応によって得られる不燃物の溶融スラグが流出され
る出湯口と、前記出湯口のさらに下方に配置され、出湯
口より流出された溶融スラグを粒子状の固形物として凝
固させるための冷却水槽とが具備されていることを特徴
とする。

【０００９】

【作用】前記した工程から成る廃棄物処理方法において
は、廃棄物と、炭素系可燃物質とが、高温雰囲気中にお
いて純酸素によって燃焼反応が成される。従って燃焼用
気体として大気を用いる場合に比較して窒素酸化物の生
成を減少させることができる。また前記構成による廃棄
物処理装置においては、炉床部において純酸素により燃
焼が行われるため、燃焼用気体として大気を用いる場合
に比較すると燃焼に寄与する酸素以外の気体が炉内で吹
き抜け現象を発生させるといった問題の発生が防止でき
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係る廃棄物処理方法および廃
棄物処理装置について、図に示す実施例に従って説明す
る。まず図１は、本発明に係る廃棄物処理方法について
の処理ルーチンについて説明するものである。すなわち
ステップＳ１として都市ゴミ、下水汚泥、または各種産
業廃棄物等を乾燥および焼却した中間処理物である焼却
灰（以下これを廃棄物と称する）と、炭素系可燃物質と
してのコークス、および塩基度調整剤としての石灰石と
が用意される。そして、これらはステップＳ２において
高温雰囲気中に投入される。これらの廃棄物、炭素系可
燃物質、塩基度調整剤は高温雰囲気中において熱せら
れ、ステップＳ３において、高温雰囲気中に純酸素が吹
き込まれることにより燃焼反応が生ずる。

【００１１】この燃焼反応において、廃棄物における有
機質は炭素系可燃物質としてのコークスと共に燃焼し、
廃棄物における主に無機質から成る不燃物は燃焼熱によ
り溶融（ステップＳ４）されてスラグ状態となる。そし
て塩基度調整剤としての石灰石は、前記溶融スラグの塩
基度（Ｃ2 Ｏ／ＳｉＯ2 ）を例えば０．８〜１．２の間
に調整する。こうして溶融された廃棄物中における無機
質から成るスラグは、水中へ投下（ステップＳ５）さ
れ、急激に冷却される結果、それ自身の収縮作用により
１ｍｍ径程度の粒子状の固形物として凝固される（ステ
ップＳ６）。

【００１２】図２は前記した処理方法を実現するための
廃棄物処理装置の実施例を示したものである。図２にお
いて縦型炉１の上部には、廃棄物２、塩基度調整剤３、
炭素系可燃物質４をそれぞれ貯留するホッパ５、６、７
が配置されている。廃棄物２を貯留するホッパ５の下部
にはベルトコンベア８が配置され、ホッパ５より順次落
下される廃棄物２を受けて、縦型炉１の頂部に設けられ
た第１ホッパ１ａに投入される。また塩基度調整剤３、
および炭素系可燃物質４をそれぞれ貯留するホッパ６，
７にはスクリュー式のコンベア９，１０がそれぞれ配置
されており、塩基度調整剤としての石灰石３および炭素
系可燃物質としてのコークス４が、それぞれコンベア
９，１０によって縦型炉１の頂部に設けられた第１ホッ
パ１ａおよび第２ホッパ１ｂに対してそれぞれ投入され
るよう構成されている。

【００１３】前記第１ホッパ１ａの下底部には二重ダン
パにより構成される投入量調整弁１ｃが配置されてお
り、この投入量調整弁１ｃによって、廃棄物２と石灰石
３とが縦型炉１の中央炉体１ｄ内に対して順次投入され
るよう成されている。また第２ホッパ１ｂの下底部には
二重ダンパにより構成される投入量調整弁１ｅが配置さ
れており、この投入量調整弁１ｅによって、コークス４
が縦型炉１の外側炉体１ｆ内に対して順次投入されるよ
う成されている。

【００１４】前記縦型炉１は中央炉体１ｄと、この中央
炉体１ｄを取り囲む外側炉体１ｆにより構成されてお
り、外側炉体１ｆはその下底部で円錐台形状に絞り込ま
れて炉床部１ｇを構成している。また中央炉体１ｄは前
記炉床部１ｇの手前で下端部を構成し、炉床部１ｇにお
いて中央炉体１ｄ、外側炉体１ｆの上部より投入される
廃棄物２、石灰石３、コークス４が互いに炉床部１ｇに
蓄積されて余熱されるよう成されている。

【００１５】炉床部１ｇには点火用バーナ１ｈおよび給
気用羽口１ｉが配置されており、給気用羽口１ｉは、給
気管１１および給気量調整弁１２を介して酸素タンク１
３に接続されている。酸素タンク１３には純酸素が蓄積
されており、給気量調整弁１２によって適度な供給量に
調整された純酸素は、給気用羽口１ｉより炉床部１ｇに
吹き込まれ、廃棄物２、石灰石３はコークス４によって
燃焼されるよう成されている。

【００１６】縦型炉１の下底部には出湯口１ｊが配置さ
れており、燃焼反応によって得られる廃棄物２に含まれ
る不燃物の溶融スラグが流出されるよう成されている。
なお前記縦型炉１における外側炉体１ｆの上部は、二次
燃焼炉１４に接続されており、この二次燃焼炉１４に
は、二次燃焼用の例えば石油を霧状にして噴出する供給
管１５および一端にブロア１６を備えた二次燃焼用空気
を送り込むための空気供給管１７が配置されている。そ
して二次燃焼炉１４の上部は煙突１８に接続されてい
る。

【００１７】一方、前記縦型炉１における出湯口１ｊの
下方には、出湯口１ｊより流出される溶融スラグを受け
て、これを粒子状の固形物として凝固させるための冷却
水槽１９が配置されている。冷却水槽１９には、冷却水
槽１９に対する給水量を制御する制御弁２０を備えた給
水管２１および冷却水槽１９内に貯留された水を排出す
るための配水管２２が接続されている。

【００１８】以上の構成において、供給設備としての前
記コンベア８乃至１０によって廃棄物２、石灰石３、コ
ークス４が縦型炉１の上部開口部を構成するホッパ１
ａ，１ｂに対して投入される。そしてそれぞれのホッパ
１ａ，１ｂの下底部に配置された投入量調整弁１ｃ，１
ｅによって縦型炉１に供給される廃棄物２および石灰石
３と、コークス４との割合が調整され、これらは炉床部
１ｇに向かって自然落下により供給される。

【００１９】炉床部１ｇは連続的な燃焼反応によって高
温度に保持されており、また羽口１ｉより炉床部１ｇに
対して純酸素が吹き込まれるため、廃棄物２は可燃物質
としてのコークス４と共に一時燃焼が成される。この燃
焼反応においては、燃焼用気体として純酸素が使用され
ている。従って燃焼用気体として大気を用いる場合に比
較して、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が減少され、酸素
以外に７５％の容積を有する窒素等の気体の熱膨張によ
る炉内の吹き抜け現象の発生が防止できる。よって、炉
外に公害物質を飛散させるといった問題の発生が阻止さ
れる。そして縦型炉１における一時燃焼において未燃焼
となったガスは二次燃焼炉１４に誘導されてさらに燃焼
され、煙突１８によって大気中に排出される。

【００２０】前記縦型炉１における一時燃焼により、廃
棄物に含まれる主に無機質から成る不燃物は、燃焼熱に
よって溶融されてスラグ状態となる。そして塩基度調整
剤としての石灰石は、前記溶融スラグの塩基度を適正な
値に調整する。前記炉床部１ｇにおいて溶融されたスラ
グは、出湯口１ｊより炉外に流出し、冷却水槽１４内に
落下する。冷却水槽１４内に落下した溶融スラグは、急
速に温度が低下されるために急激な収縮作用を生じ、例
えば１ｍｍ径程度の粒子状の固形物として凝固される。

【００２１】なお、以上の説明においては、炭素系可燃
物質としてコークスを用いた例を示しているが、炭素系
可燃物質としては他に練炭、黒鉛電極屑等を使用するこ
とができる。また同様に塩基度調整剤として石灰石を用
いた例を示しているが、塩基度調整剤としては、他に珪
石等を使用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなとおり、本発明の
廃棄物処理方法によれば、廃棄物と炭素系可燃物質と
が、高温雰囲気中において純酸素によって燃焼反応が成
されるため、燃焼用気体として大気を用いる従来の場合
に比較して、燃焼反応において窒素酸化物の生成を大幅
に減少させることができる。また、本発明の廃棄物処理
装置によれば、炉床部において純酸素により燃焼が成さ
れるため、燃焼用気体として大気を用いる場合に比較す
ると燃焼に寄与する酸素以外の気体が炉内で吹き抜け現
象を発生させて、炉外に公害物質を飛散させるといった
問題の発生が阻止される。また燃焼反応によって溶融さ
れた無機質は溶融スラグとなって出湯口から流出され、
冷却水槽おいて粒子状の固形物として凝固されるため、
この粒子状の固形物を建築資材等に有効に利用すること
ができる。したがって、焼却後に残されるいわゆる焼却
灰の処理に苦慮することがなくなり、都市が抱える問題
のひとつを解決することができる画期的な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る廃棄物処理方法の処理ルーチンを
示したフローチャートである。

【図２】本発明に係る廃棄物処理装置の実施例を示した
構成図である。

【符号の説明】

１ 縦型炉 １ａ，１ｂ ホッパ １ｃ，１ｅ 投入量調整弁 １ｇ 炉床部 １ｉ 給気用羽口 １ｊ 出湯口 ２ 廃棄物 ３ 塩基度調整剤 ４ 炭素系可燃物質 ５，６，７ ホッパ ８，９，１０ コンベア １１ 給気管 １２ 給気量調整弁 １３ 酸素タンク １４ 二次燃焼炉 １５ 供給管 １６ ブロア １７ 大気供給管 １８ 煙突 １９ 冷却水槽 ２０ 制御弁 ２１ 給水管 ２２ 配水管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｃ 11/00 ３１０ Ｆ２３Ｌ 7/00 ＺＡＢＡ Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ Ｆ２３Ｌ 7/00 ＺＡＢ ３０３Ｋ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物と、熱源としての炭素系可燃物質
   とを、高温雰囲気中に順次投入し、高温雰囲気中に吹き
   込まれる純酸素によって燃焼反応を起こさせる工程と、
   燃焼反応によって得られる不燃物の溶融スラグを取り出
   して水中に落とすことで、溶融スラグを粒子状の固形物
   として凝固させる工程とを備えたことを特徴とする廃棄
   物処理方法。
2. 【請求項２】 前記廃棄物と、熱源としての炭素系可燃
   物質に対し、塩基度調整剤を加えることを特徴とする請
   求項１記載の廃棄物処理方法。
3. 【請求項３】 前記炭素系可燃物質はコークス、練炭、
   黒鉛電極屑であり、また塩基度調整剤は石灰石、珪石で
   あることを特徴とする請求項１または２記載の廃棄物処
   理方法。
4. 【請求項４】 供給設備によって廃棄物と、熱源として
   の炭素系可燃物質が順次投入される上部開口部と、前記
   開口部に投入された廃棄物および炭素系可燃物質とが燃
   焼反応を起こす炉床部と、前記炉床部に配置され、炉床
   部に対して純酸素を吹き込むための羽口と、前記炉床部
   の下方に配置され、燃焼反応によって得られる不燃物の
   溶融スラグが流出される出湯口と、前記出湯口の下方に
   配置され、出湯口より流出される溶融スラグを粒子状の
   固形物として凝固させるための冷却水槽とが具備されて
   いることを特徴とする廃棄物処理装置。