(57)【要約】【課題】焼却灰の冷却の際にスカムが発生し難い性状とする焼却灰冷却装置及び焼却灰冷却方法を提供することを課題とする。【解決手段】廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を冷却する焼却灰冷却装置において、冷却水を貯留し焼却炉から焼却灰を受け冷却する灰冷却槽１０と、灰冷却槽の冷却水を冷却する冷却水冷却手段２０、３０と、灰冷却槽の冷却水温度を測定する冷却水温度測定手段１４と、冷却水温度測定手段により測定された冷却水温度測定値に基づき灰冷却槽の冷却水温度を所定温度以下に冷却するように冷却水冷却手段を制御する冷却水温度制御手段２４、３４とを備え、該所定温度は、冷却水温度と焼却灰からのスカム発生の抑制効果との対応関係から導く温度である６５℃に設定されていることを特徴とする焼却灰冷却装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を冷却する焼却灰冷却装置において、冷却水を貯留し焼却炉から焼却灰を受け冷却する灰冷却槽と、灰冷却槽の冷却水を冷却する冷却水冷却手段と、灰冷却槽の冷却水温度を測定する冷却水温度測定手段と、冷却水温度測定手段により測定された冷却水温度測定値に基づき灰冷却槽の冷却水温度を所定温度以下に冷却するように冷却水冷却手段を制御する冷却水温度制御手段とを備え、該所定温度は、冷却水温度と焼却灰からのスカム発生の抑制効果との対応関係から導く温度である６５℃に設定されていることを特徴とする焼却灰冷却装置。
【請求項２】
冷却水冷却手段は、灰冷却槽の冷却水を受け冷却して灰冷却槽に戻す冷却水循環冷却装置であることとする請求項１に記載の焼却灰冷却装置。
【請求項３】
冷却水冷却手段は、灰冷却槽内に備えられ冷却水を冷却する冷却部と、該冷却部へ冷却した冷媒を送り冷却部から昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置とで構成されることとする請求項１に記載の焼却灰冷却装置。
【請求項４】
冷却水冷却手段は、灰冷却槽の周囲に備えられ冷却水を冷却する冷却ジャケットと、該冷却ジャケットへ冷却した冷媒を送り冷却ジャケットから昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置とで構成されることとする請求項１に記載の焼却灰冷却装置。
【請求項５】
廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を冷却する焼却灰冷却方法において、冷却水を貯留する灰冷却槽で焼却灰を受け冷却し、冷却水冷却手段で灰冷却槽の冷却水を冷却し、冷却水温度測定手段により測定された冷却水温度測定値に基づき灰冷却槽の冷却水温度を所定温度以下に冷却するように冷却水温度制御手段で冷却水冷却手段を制御し、該所定温度は、冷却水温度と焼却灰からのスカム発生の抑制効果との対応関係から導く温度である６５℃に設定されていることを特徴とする焼却灰冷却方法。
【請求項６】
冷却水冷却手段を、灰冷却槽の冷却水を受け冷却して灰冷却槽に戻す冷却水循環冷却装置として形成し、該冷却水循環冷却装置で冷却された冷却水を灰冷却槽へ送入し、該灰冷却槽から昇温後の冷却水を受け冷却することとする請求項５に記載の焼却灰冷却方法。
【請求項７】
冷却水冷却手段を、灰冷却槽内に備えられ冷却水を冷却する冷却部と、該冷却部へ冷却した冷媒を送り冷却部から昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置として形成し、該冷媒循環冷却装置で冷却された冷媒を冷却部へ送入し、該冷却部から昇温後の冷媒を受け冷却することとする請求項５に記載の焼却灰冷却方法。
【請求項８】
冷却水冷却手段を、灰冷却槽の周囲に備えられ冷却水を冷却する冷却ジャケットと、該冷却ジャケットへ冷却した冷媒を送り冷却ジャケットから昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置として形成し、該冷媒循環冷却装置で冷却された冷媒を冷却ジャケットへ送入し、該冷却ジャケットから昇温後の冷媒を受け冷却することとする請求項５に記載の焼却灰冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を冷却する焼却灰冷却装置及び焼却灰冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物を焼却炉で焼却した際に発生する焼却灰は、焼却炉から排出されて灰冷却槽に投入され槽内の冷却水により消火冷却され、灰冷却槽から搬出され埋立処分されている。
【０００３】
焼却炉から排出される焼却灰を受け冷却水で冷却する灰冷却槽では、焼却灰から溶解又は分離した成分から発生したスカムと呼ばれる粒子状物質が上記冷却水の水面に浮遊堆積する。スカムは厚さが数十ｃｍで堆積することもあり、灰冷却槽からの冷却後の焼却灰の搬出などに支障が生じるため、散水スプレーやエアレーション等の設備により沈降させ消失させたり、人力作業により除去したりしている。
【０００４】
特許文献１そして特許文献２には、灰冷却槽に沈降した焼却灰を押出し排出する押出部材を有する灰押出装置が開示されており、該押出部材で焼却灰を槽外へ押し出すことにより、押出部材の動作に支障が生じる可能性のある領域にスカムが流入しないようにできると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４０３２３
【特許文献２】特開２００６−３１７１１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スカムを除去するため、スカム消失のための散水スプレーやエアレーション等を行うには、そのための設備の設置やその運転コストが必要になったり、人力作業によるスカム除去のために作業者の負担が大きくなったり、運転コストがかかるという問題がある。
【０００７】
また、灰冷却槽から焼却灰を搬出する際に、搬出用のコンベアにスカムが付着し、コンベアが運転不能となることや、灰冷却槽の水位レベルを測定する水位センサがスカムに埋まってしまい、測定不能となることなど、灰冷却槽の運転に支障が生ずるという問題が生じている。
【０００８】
このような状況のもとで、特許文献１、２では、記載された押出部材を用いることで、押出部材の操作に支障をきたす領域へスカムが流入することを防止できるが、スカムの発生自体を抑制することができない。
【０００９】
かかる事情に鑑み、本発明は、焼却炉で発生する焼却灰を、該焼却灰が灰冷却槽にもたらされた際にスカムが発生し難い性状とする焼却灰冷却装置及び焼却灰冷却方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、上述の課題は、次のような構成の焼却灰冷却装置そしてこれによる焼却灰冷却方法により解決される。
【００１１】
［焼却灰冷却装置］
廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を冷却する焼却灰冷却装置において、冷却水を貯留し焼却炉から焼却灰を受け冷却する灰冷却槽と、灰冷却槽の冷却水を冷却する冷却水冷却手段と、灰冷却槽の冷却水温度を測定する冷却水温度測定手段と、冷却水温度測定手段により測定された冷却水温度測定値に基づき灰冷却槽の冷却水温度を所定温度以下に冷却するように冷却水冷却手段を制御する冷却水温度制御手段とを備え、該所定温度は、冷却水温度と焼却灰からのスカム発生の抑制効果との対応関係から導く温度である６５℃に設定されていることを特徴とする焼却灰冷却装置。
【００１２】
本発明において、冷却水冷却手段は、灰冷却槽の冷却水を受け冷却して灰冷却槽に戻す冷却水循環冷却装置であることとすることができる。
【００１３】
本発明において、冷却水冷却手段は、灰冷却槽内に備えられ冷却水を冷却する冷却部と、該冷却部へ冷却した冷媒を送り冷却部から昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置とで構成されることとすることもできる。
【００１４】
本発明において、冷却水冷却手段は、灰冷却槽の周囲に備えられ冷却水を冷却する冷却ジャケットと、該冷却ジャケットへ冷却した冷媒を送り冷却ジャケットから昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置とで構成されることとすることもできる。
【００１５】
［焼却灰冷却方法］
廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を冷却する焼却灰冷却方法において、冷却水を貯留する灰冷却槽で焼却灰を受け冷却し、冷却水冷却手段で灰冷却槽の冷却水を冷却し、冷却水温度測定手段により測定された冷却水温度測定値に基づき灰冷却槽の冷却水温度を所定温度以下に冷却するように冷却水温度制御手段で冷却水冷却手段を制御し、該所定温度は、冷却水温度と焼却灰からのスカム発生の抑制効果との対応関係から導く温度である６５℃に設定されていることを特徴とする焼却灰冷却方法。
【００１６】
本発明において、冷却水冷却手段を、灰冷却槽の冷却水を受け冷却して灰冷却槽に戻す冷却水循環冷却装置として形成し、該冷却水循環冷却装置で冷却された冷却水を灰冷却槽へ送入し、該灰冷却槽から昇温後の冷却水を受け冷却することとすることができる。
【００１７】
本発明において、冷却水冷却手段を、灰冷却槽内に備えられ冷却水を冷却する冷却部と、該冷却部へ冷却した冷媒を送り冷却部から昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置として形成し、該冷媒循環冷却装置で冷却された冷媒を冷却部へ送入し、該冷却部から昇温後の冷媒を受け冷却することとすることもできる。
【００１８】
本発明において、冷却水冷却手段を、灰冷却槽の周囲に備えられ冷却水を冷却する冷却ジャケットと、該冷却ジャケットへ冷却した冷媒を送り冷却ジャケットから昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置として形成し、該冷媒循環冷却装置で冷却された冷媒を冷却ジャケットへ送入し、該冷却ジャケットから昇温後の冷媒を受け冷却することとすることもできる。
【００１９】
［発明の原理］
＜スカム発生の原因解析＞
以下に記載する焼却灰からのスカム発生の原因解析において、焼却炉として火格子式焼却炉について解析しているが、焼却炉の形式はこれに限定されず、他の形式の焼却炉から排出される焼却灰についても同様のメカニズムによりスカムが発生する。
（ｉ）灰冷却槽に廃棄物焼却炉から高温の焼却灰が投入され、焼却灰中に含まれていたり、焼却灰から反応により発生した小粒径粒子等が冷却水表面に浮遊堆積してスカムとなる。スカムの大部分は焼却灰に含まれる酸化カルシウムから冷却水中で発生する水酸化カルシウム粒子と、焼却灰成分から冷却水中で反応生成されるアルミネート系セメント水和物粒子であり、水酸化カルシウム粒子は冷却水に一部は溶解するが、不溶解分が浮遊し、アルミネート系セメント水和物粒子は水に溶解せず浮遊して、両者がスカムとなる。
【００２０】
（ii）火格子式廃棄物焼却炉において、廃棄物が燃焼火格子で燃焼した後に、後燃焼火格子では未燃分を後燃焼させる、熾燃焼が行われており、後燃焼火格子下部より微量の空気を通風することで未燃分を完全燃焼する。後燃焼火格子下部からの空気送風による冷却作用が小さいため、後燃焼火格子上の焼却灰は高温に保たれる。また、焼却灰に含まれているカルシウムは高温での燃焼により焼却灰中で酸化カルシウムの形態で存在し、焼却灰が灰冷却槽に排出され、灰冷却槽内で焼却灰の酸化カルシウムと水との反応により生成する水酸化カルシウムが存在するようになり、そのため、灰冷却槽の冷却水のｐＨは高く保たれている。
【００２１】
（iii）灰冷却槽の高ｐＨの冷却水に酸化カルシウムを多く含む焼却灰が投入されると、焼却灰中の酸化カルシウムと水との反応により発生した水酸化カルシウム粒子の大部分が水に溶解せず、水酸化カルシウム粒子の不溶解分が多量に発生し、浮遊してスカムとなる。
【００２２】
＜スカム発生の抑制＞
（１）灰冷却槽の冷却水温度が高いほど、水酸化カルシウム粒子の溶解度が小さくなり、水酸化カルシウム不溶解分として存在する量が多くなり、スカムが生じ易くなる。従来は８０℃以上の高温であった灰冷却槽の冷却水の温度を低下させ、好ましくは、灰冷却槽の冷却水の温度を６５℃以下とすることにより、冷却水への水酸化カルシウムの溶解度を増加させ、水酸化カルシウムの不溶解分として存在する量を低減してスカム発生を抑制する。
【００２３】
（２）アルミネート系セメント水和物の生成反応速度は温度依存性が高く、灰冷却槽の冷却水温度が高いほど、アルミネート系セメント水和物の生成反応速度が高くなり、スカムが生じ易くなる。灰冷却槽の冷却水の温度を低下させ、好ましくは、灰冷却槽の冷却水の温度を６５℃以下とすることにより、アルミネート系セメント水和物の生成反応速度を低下させ、生成量を低減してスカム発生を抑制する。
【００２４】
上記のように、灰冷却槽の冷却水温度とスカム発生の抑制効果との対応関係を明らかにすることができ、この対応関係から灰冷却槽の冷却水温度を所定温度として好適な６５℃以下に冷却することにより、スカム発生を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、灰冷却槽の冷却水の温度を降温し、好ましくは、６５℃以下とすることにより、冷却水への水酸化カルシウムの溶解度を増加させ、水酸化カルシウムの不溶解分として存在する量を低減してスカム発生を抑制することと、アルミネート系セメント水和物の生成反応速度を低下させ生成量を低減してスカム発生を抑制することができる。かくして、灰冷却槽でのスカム発生を抑制できるため、従来用いていた散水スプレーやエアレーション等設備が不要であり、設備の運転にかかる運転コストや作業者によるスカム除去作業コストを削減できる。また、冷却槽から焼却灰を搬出するコンベアが運転不能となることや水位センサが測定不能となることなどの問題が生じなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼却灰冷却装置の概要構成図であり、（Ａ）は一例、（Ｂ）は変形例、（Ｃ）はさらなる変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態としての焼却灰冷却装置の概要構成を示し、（Ａ）は一例、（Ｂ）は変形例、（Ｃ）は他の変形例を示す。本実施形態では、廃棄物を焼却する焼却炉と、該焼却炉から焼却灰を受け冷却する灰冷却槽とを有しているが、焼却炉は形式、構造に係りなく、単に焼却灰を排出するという点でのみ、本発明に係わりがあるので、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、焼却炉の図示は省略されている。
【００２８】
図１（Ａ）に示されている灰冷却槽１０は、冷却水ＷＡを貯留している焼却灰冷却部１１と、該焼却灰冷却部１１から上方に向け延び上方に開口する焼却灰受入部１２と、上記焼却灰冷却部１１の左上部で下方に開口して、焼却灰を冷却後に冷却灰として排出するための冷却灰排出部１３とを有し、上記焼却灰冷却部１１内には、冷却水ＷＡの温度を測定する冷却水温度計１４が配設されている。上記焼却灰受入部１２はその開口部が焼却炉（図示せず）の焼却灰排出部の下方に位置していて、焼却灰の落下供給を受ける。また、上記焼却灰冷却部１１は、上記冷却灰排出部１３に向けた槽底部が傾斜面をなしていて、該傾斜面に沿って、冷却灰を上記冷却灰排出部１３に向け搬送するコンベア（図示せず）が設けられている。
【００２９】
上記灰冷却槽１０の槽外には、冷却水冷却手段としての冷却水循環冷却装置２０が設けられている。該冷却水循環冷却装置２０は、上記灰冷却槽１０からの冷却水を受ける冷却水槽２１と、冷却水槽２１内に収容されていて冷却水を冷却する冷却部（図示せず）と、該冷却部により冷却された冷却水を配管２２を経て、上記灰冷却槽１０へ送り込み、該灰冷却槽１０で焼却灰との接触により昇温した冷却水を上記外部冷却水槽２１へ引き戻すように、冷却水を循環させるポンプ（図示せず）と冷却水流量を調整する調整弁（図示せず）を有している。また、冷却水温度制御手段として冷却水温度制御装置２４が設けられており、冷却水温度計１４により測定された冷却水温度測定値に基づき、灰冷却槽の冷却水温度を所定温度以下に冷却するように、冷却水循環冷却装置２０の冷却部の冷却能力、ポンプの流送能力及び調整弁の開度のうち少なくとも一つを制御する。
【００３０】
このような構成の本実施形態では、冷却水温度計１４で焼却灰冷却部１１内の冷却水の温度を測定し、焼却灰が落下し冷却水に接触した後に冷却水が昇温しても、冷却水温度測定値が適正な所定温度以下である６５℃以下に収まるように、上記冷却水循環冷却装置２０の冷却部、ポンプ及び調整弁のうち少なくとも一つを制御する。その結果、焼却灰はスカムが発生し難くなる。スカムが発生し難い性状となる理由は次のごとくである。
【００３１】
（１）灰冷却槽の冷却水温度が高いほど、水酸化カルシウム粒子の溶解度が小さくなり、水酸化カルシウム不溶解分として存在する量が多くなり、スカムが生じ易くなる。従来は８０℃以上の高温であった灰冷却槽内の冷却水の温度を低下させ、好ましくは、灰冷却槽の冷却水の温度を６５℃以下とすることにより、冷却水への水酸化カルシウムの溶解度を増加させ、水酸化カルシウムの不溶解分として存在する量を低減してスカム発生を抑制する。
【００３２】
（２）アルミネート系セメント水和物の生成反応速度は温度依存性が高く、灰冷却槽の冷却水温度が高いほど、アルミネート系セメント水和物の生成反応速度が高くなり、スカムが生じ易くなる。灰冷却槽の冷却水の温度を低下させ、好ましくは、灰冷却槽内の冷却水の温度を６５℃以下とすることにより、アルミネート系セメント水和物の生成反応速度を低下させ、生成量を低減してスカム発生を抑制する。
【００３３】
かくして、スカムを発生せず、あるいは発生を抑制した状態で、焼却灰は焼却灰冷却部１１で冷却された後に、冷却灰排出部１３から排出される。
【００３４】
図１（Ｂ）の例では、図１（Ａ）における冷却水の循環に代え、冷媒を循環することで、焼却灰冷却部１１内の冷却水ＷＡを所定範囲の温度に維持している点で図１（Ａ）の例と異なるだけで、灰冷却槽１０は図１（Ａ）と同じであるので、図１（Ａ）と共通部位には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
図１（Ｂ）では、図１（Ａ）における冷却水循環冷却装置２０に代え、灰冷却槽内に備えられ冷媒を受け冷却水を冷却する冷却部３３と、該冷却部３３へ冷却した冷媒を送り冷却部から昇温された冷媒を受け冷却する冷媒循環冷却装置３０を有している。該冷媒循環冷却装置３０は、上記冷却部３３からの冷媒を受ける冷媒槽３１と、冷媒槽３１内に収容されていて冷媒を冷却する冷却部（図示せず）と、該冷却部により冷却された冷媒を配管３２を経て、上記灰冷却槽１０内の冷却部３３へ送り込み、該灰冷却槽１０で冷却水との熱交換により昇温した冷媒を上記冷媒槽３１へ引き戻すように、冷媒を循環させるポンプ（図示せず）と、冷媒流量を調整する調整弁（図示せず）を有している。また、冷却水温度制御手段として冷却水温度制御装置３４が設けられており、冷却水温度計１４により測定された冷却水温度測定値に基づき、灰冷却槽の冷却水温度を所定温度以下に冷却するように冷媒循環冷却装置３０の冷却部の冷却能力、ポンプの流送能力及び調整弁の開度のうち少なくとも一つを制御する。
【００３６】
このような構成の本実施形態では、冷却水温度計１４で焼却灰冷却部１１内の冷却水の温度を測定し、焼却灰が落下し冷却水に接触した後に冷却水が昇温しても、冷却水温度測定値が適正な所定温度以下である６５℃以下に収まるように、上記冷媒循環冷却装置３０の冷却部の冷却部の冷却能力、ポンプの流送能力及び調整弁の開度のうち少なくとも一つを制御する。その結果、焼却灰はスカムが発生し難くなる。
【００３７】
図１（Ｃ）の例は、冷媒を用いて焼却灰冷却部１１内の冷却水を冷却する点では図１（Ｂ）の例と同じであるが、冷媒を循環する配管３２Ａが焼却灰冷却部１１内の冷却部３３に接続しておらず、焼却灰冷却部１１の槽外壁に設けられた冷却ジャケット１１Ａに接続されている点で図１（Ｂ）と異なり、他は図１（Ｂ）の場合と同じであるので、図１（Ｂ）と共通部位には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３８】
図１（Ｃ）において、焼却灰冷却部１１は、その槽外壁に冷媒が流通する冷却ジャケット１１Ａが設けられている。該冷却ジャケット１１Ａは、焼却灰冷却部１１の槽外壁を周回して広い面にわたり形成されていて、冷媒循環冷却装置３０の配管３２Ａが該冷却ジャケット１１Ａに接続されている。かくして、冷却水は上記焼却灰冷却部１１の外壁を介して冷却されることとなる。
【００３９】
このような構成の本実施形態では、冷却水温度計１４で焼却灰冷却部１１内の冷却水の温度を測定し、焼却灰が落下し冷却水に接触した後に冷却水が昇温しても、冷却水温度測定値が適正な所定温度以下である６５℃以下に収まるように、上記冷媒循環冷却装置３０の冷却部の冷却部の冷却能力、ポンプの流送能力及び調整弁の開度のうち少なくとも一つを制御する。その結果、焼却灰はスカムが発生し難くなる。
【００４０】
本実施形態では、灰冷却槽内の冷却水の温度を６５℃以下とすることが好ましく、この温度では、水酸化カルシウムの溶解度を増加させることと、アルミネート系セメント水和物の生成反応速度を低下させることに有効である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  灰冷却槽
１１Ａ  冷却ジャケット
２０  冷却水冷却手段（冷却水循環冷却装置）
２１  冷却水槽
３０  冷却水冷却手段（冷媒循環冷却装置）
３１  冷媒槽
３４  冷却水温度制御装置
【図１】
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