(57)【要約】【課題】廃棄物を経済的にしかも容易に溶融処理できるようにする。【解決手段】、廃棄物を焼却する焼却部１を設け、焼却部１から排出される焼却灰を溶融する溶融部２を設けた廃棄物処理設備であって、焼却部１で焼却灰に含まれる未燃物の炭素量を調整する未燃物調節手段を有し、溶融部２での溶融前に、焼却灰の含水量を水性ガス化反応に適した水分量になるように調整する水分量調節手段を設けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を焼却する焼却部を設け、
前記焼却部から排出される焼却灰を溶融する溶融部を設けた廃棄物処理設備であって、
前記焼却部で焼却灰に含まれる未燃物の炭素量を調整する未燃物調節手段を有し、
前記溶融部での溶融前に、焼却灰の含水量を水性ガス化反応に適した水分量になるように調整する水分量調節手段を設けてある
廃棄物処理設備。
【請求項２】
前記未燃物調節手段は、焼却灰の熱灼減量を基に未燃炭素量に換算して調節するものであり、
前記水分量調節手段は、前記未燃炭素量のモル数と同モル数以上に調整するものである
請求項１に記載の廃棄物処理設備。
【請求項３】
前記水分量調節手段による焼却灰の含水率は、１０〜４０％になるように調節するものである
請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備。
【請求項４】
前記未燃物調節手段は、焼却灰の熱灼減量を、１５〜３０％に調節するものである
請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物処理設備。
【請求項５】
廃棄物を焼却する焼却部を設け、
前記焼却部から排出される焼却灰を溶融する溶融部を設けた廃棄物処理設備において、
前記焼却部における廃棄物の焼却時に、排出する焼却灰に含まれる未燃炭素量を調節する第１工程と、
前記溶融部で前記焼却灰を溶融する前に、前記焼却灰の含水率を前記未燃炭素量のモル数と同モル数以上になるように水分量調整する第２工程とを有し、
前記焼却灰の含水率を１０〜４０％に調整する廃棄物処理方法。
【請求項６】
焼却灰の熱灼減量と未燃炭素量との相関関係を予め求めておいて、前記第１工程において焼却灰の熱灼減量を測定して、その熱灼減量を前記相関関係を基に前記焼却灰に含まれる前記未燃炭素量に換算する請求項５に記載の廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
廃棄物を焼却する焼却部を設け、前記焼却部から排出される焼却灰を溶融する溶融部を設けた廃棄物処理設備及び廃棄物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料の使用量を抑えて廃棄物を焼却及び溶融処理するのに、前記焼却部で焼却灰に含まれる未燃炭素量を調整する未燃物調節手段を有し、未燃炭素を含んだ焼却灰を溶融部で溶融処理することで、未燃炭素の発熱エネルギーを溶融エネルギーに利用することが考えられていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−７９５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の処理設備では、溶融部で未燃炭素を燃焼させるために大量の空気量が必要で、排ガス量が増えてしまう欠点があった。また、焼却灰の下部に埋もれた未燃炭素に酸素が到達せず、未燃炭素が燃焼しないで炭素の状態で溶融スラグと共に搬出されることがあった。炭素の発熱エネルギーを有効に利用することができないばかりか、溶融スラグの品質にも弊害を生じることになる。
【０００５】
本発明の目的は、焼却灰に含まれる未燃炭素を有効に利用し効率的に溶融する設備を提供することにあり、さらには燃料の消費量や排ガスの排出量を低減できる経済的な溶融設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴構成は、廃棄物を焼却する焼却部を設け、前記焼却部から排出される焼却灰を溶融する溶融部を設けた廃棄物処理設備であって、前記焼却部で焼却灰に含まれる未燃物の炭素量を調整する未燃物調節手段を有し、前記溶融部での溶融前に、焼却灰の含水量を水性ガス化反応に適した水分量になるように調整する水分量調節手段を設けてあるところにある。
【０００７】
本発明の第１の特徴構成によれば、水分量調節手段で、焼却灰の水分量を水性ガス化反応に適した水分量に調節してから溶融部に投入するので、未燃炭素の水性ガス化反応が誘発されやすくなり、水素ガスの生成量が増える。生成された水素ガスは直ちに燃焼するので、溶融が効率的に促進され、溶融部での燃料が節減できる。
また、水性ガス化反応は、酸素を焼却灰中の未燃炭素に到達させる必要がないため大量の空気を吹き込む必要が無く、排ガスの排出量も抑制することができる。
また、未燃炭素を燃焼させ補助燃料として利用する目的で溶融部に投入しても、焼却灰の下部に埋もれた部分は酸素と接触しないため燃焼できず、効果的に利用することができなかったが、水性ガス化反応を誘発させることで問題を解消することができる。
さらに、燃焼しない未燃炭素は焼却灰より融点が高いため、炭素の状態で溶融スラグと共に搬出される弊害もあるが、水性ガス化反応によりその問題も解消される。
【０００８】
本発明の第２の特徴構成は、前記未燃物調節手段は、焼却灰の熱灼減量を基に未燃炭素量に換算して調節するものであり、前記水分量調節手段は、前記未燃炭素量のモル数と同モル数以上に調整するものである。
【０００９】
本発明の第２の特徴構成によれば、未燃炭素量より測定の容易な熱灼減量を調節することによって未燃炭素量を調節することができるので運転管理が容易になる。熱灼減量と未燃炭素量との相関関係を予め求めておき、測定した熱灼減量から換算した未燃炭素量の
モル数と同モル数以上の水分量に調節すればよいので、水性ガス化反応の制御を容易で確実なものにできる。
【００１０】
本発明の第３の特徴構成は、前記水分量調節手段による焼却灰の含水率は、１０〜４０％になるように調節するものである。
【００１１】
本発明の第３の特徴構成によれば、焼却灰の溶融をより良好に行える。つまり、水分量調節手段によって水分量を調節した焼却灰は、含水率が１０％未満では飛散しやすく、４０％より多ければ、搬送が困難となったり溶融炉中でブリッジを形成して溶融処理に障害をきたすことがあるので、焼却灰の含水率の下限を１０％、上限を４０％とし、この範囲内で調節することによって、飛散やブリッジ形成のない状態で処理できるようになる。
【００１２】
本発明の第４の特徴構成は、前記未燃物調節手段は、焼却灰の熱灼減量を、１５〜３０％に調節するものである。
【００１３】
本発明の第４の特徴構成によれば、焼却部や溶融部での運転管理が容易になるばかりか、焼却部や排ガス処理設備を小さくできる。
従来から焼却灰の熱灼減量は５％以下にすることが当然のように行われてきたが、運転管理が難しく、焼却炉も効率の悪い運転をすることを余儀なくされてきた。焼却灰の熱灼減量を１５％以上の燃焼に留めることによって、運転管理が容易になるばかりでなく、焼却炉や排ガス処理設備を小さくすることができるので、建設費や維持管理費を大きく低減することができる。例えば、ストーカ炉では、後燃焼部を省略することが可能になる。逆に熱灼減量が３０％を超える値に燃焼を調節すると、焼却灰に粗大な未燃物が含まれ、溶融部での処理を阻害することがある。従って、焼却灰の熱灼減量を１５〜３０％に調節することで焼却部や溶融部での運転管理が容易になるのである。
【００１４】
本発明の第５の特徴構成は、廃棄物を焼却する焼却部を設け、前記焼却部から排出される焼却灰を溶融する溶融部を設けた廃棄物処理設備において、前記焼却部における廃棄物の焼却時に、排出する焼却灰に含まれる未燃炭素量を調節する第１工程と、前記溶融部で前記焼却灰を溶融する前に、前記焼却灰の含水率を前記未燃炭素量のモル数と同モル数以上になるように水分量調整する第２工程とを有し、前記焼却灰の含水率を１０〜４０％に調整する廃棄物処理方法にある。
【００１５】
本発明の第５の特徴構成によれば、前記第１及び第３の特徴構成と同様に、燃料の消費量や排ガスの排出量を低減し、焼却部や溶融部での運転管理を容易にできる。
【００１６】
本発明の第６の特徴構成は、第５の特徴構成に加えて、焼却灰の熱灼減量と未燃炭素量との相関関係を予め求めておいて、前記第１工程において焼却灰の熱灼減量を測定して、その熱灼減量を前記相関関係を基に前記焼却灰に含まれる前記未燃炭素量に換算することにある。
【００１７】
本発明の第６の特徴構成によれば、容易で確実な水性ガス化反応の制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態で説明する廃棄物処理設備の概略図
【図２】熱灼減量と未燃カーボン量の関係を示すグラフ
【図３】熱灼減量と含水率の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
本実施形態は、図１に示すように、一般廃棄物である都市ごみを焼却する焼却部１を設け、焼却部から排出される焼却灰を溶融する溶融部２を設けた廃棄物処理設備を構成してある。
【００２１】
焼却部１には、ストーカー式の都市ごみ焼却炉が設けてあり、従来の焼却炉とは異なって、後燃焼部を省いている。焼却部１には、焼却灰中の未燃炭素量を調節する未燃物調節装置３を設けてある。
【００２２】
未燃物調節装置３は、燃焼時間の調節装置、燃焼温度の調節装置、燃焼空気供給量の調節装置等で構成し、またこれらを組合せて使用することも可能である。
未燃物調節装置３による制御で、焼却灰の熱灼減量を５％以上に調節できるが、運転管理の容易さから１０％以上に調節するのが好ましい。さらに、焼却炉に後燃焼部のないストーカ炉を使用する場合は１５％以上に調節するのがより好ましい。
都市ゴミの焼却灰は、熱灼減量が４０％を超えると、水性ガス化反応に適した水分量に調節した後の含水率が４０％を超えることが多い。含水率が４０％を超える焼却灰は、搬送経路や溶融炉内でブリッジを形成して溶融処理に障害を起こすことがあるので、熱灼減量は４０％以下に調節するのが好ましい。さらに、熱灼減量が３０％を超えると、焼却灰に粗大な未燃物が含まれ、これが溶融処理を阻害する原因になるので、熱灼減量は３０％以下に調節するのがより好ましい。
【００２３】
焼却部１から取り出した焼却灰は、水分調節装置４へ移送され焼却灰の含水量が水性ガス化反応に適した水分量に調節されるが、含水率の下限を１０％、上限を４０％として調節される。焼却灰は含水率が１０％未満では飛散しやすく、４０％を超えると上述したとおり搬送や溶融炉内への供給が困難となるからである。
水分調節装置４によっては、焼却灰を溶融部２へ投入する前に水分を均等にすることで、後段の溶融部２での水性ガス化反応の効率が向上する。尚、水分調節装置４は焼却灰の消火設備を兼ねている。
【００２４】
含水量が調節された焼却灰は前処理装置９へ移送され、鉄くずやガラ等が除去されてから溶融部２に投入される。前処理装置９は、除去対象となる物質に応じて適宜配置され、公知の装置で良い。焼却炉の排ガスは、排ガス処理装置５で処理される。分離した焼却飛灰は溶融炉に投入される。
なお、溶融炉には、焼却灰が溶融したスラグの排出部６と、排ガス路７とが連設してあり、排ガス路７には、塩化物除去や集塵などの排ガス処理部８を設けてある。
【００２５】
次に、焼却灰の水分量を焼却灰中の未燃炭素のモル数と同モル数以上に調整する方法について説明する。焼却灰中の未燃炭素量を測定するのは手間がかかるので、焼却灰の熱灼減量を測定してその測定値を基に未燃炭素量に換算するのが日常の運転管理には適している。
焼却炉の運転立上げ時に、未燃物調節装置３で運転条件を変えて廃棄物を焼却し、それぞれの焼却灰の熱灼減量と未燃炭素量を測定して相関式を作成することになる。また、焼却灰の熱灼減量と未燃炭素量の相関は、ゴミの種類、収集時期、収集形態等によって変動するので、状況を考慮して適宜見直すことになる。
表１は都市ゴミの熱灼減量と未燃炭素量の分析結果である。
【００２６】
【表１】
2010216733.tif 000003
【００２７】
この分析結果では、熱灼減量より未燃炭素量が大きい箇所がある。これは分析誤差によるが、熱灼減量と未燃炭素量は同じ試料で同時に分析することができないので、試料のばらつき、つまり焼却灰中の未燃炭素量等のばらつきも分析結果に影響していると推測される。
横軸を熱灼減量、縦軸を未燃炭素量としたグラフに、分析値をプロットして近似直線あるいは近似曲線を引いて相関式を求めることになる。図２は表１に示した分析結果をプロットして、原点を通る直線を引いたものであり、傾きは１．１である。つまり相関式を
未燃炭素量（％）＝１．１×熱灼減量（％）・・・式１
と設定した例である。傾きが１．０以上になることは理論上あり得ないが、上述したとおり分析誤差等による影響を考慮して安全側で設定したものである。
式１より未燃炭素量を算出し、乾灰１ｋｇに含まれる未燃炭素量と同モル数の水分量（以下、熱灼減量より換算した未燃炭素と同モル数の水分量を必要水分量という。）と、必要水分量に調整した灰の含水率を求めた結果を表２に示す。また、含水率と熱灼減量の関係を示すグラフを図３に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
上記含水率の求め方は、例えば、熱灼減量が２％の場合、未燃炭素量は式１より２．２％（未燃カーボン量（％）＝１．１×熱灼減量（％））となる。乾灰１ｋｇ中の未燃炭素量は、１０００ｇ×２．２％＝２２ｇである。炭素２２ｇの必要水分量は、２２ｇ×１８/１２＝３３ｇ（＝０．０３３ｇ）で、含水率は、３３ｇ÷（１０００ｇ+３３ｇ）＝３．１９％となる。
【００３０】
このように、予め焼却灰の熱灼減量と未燃炭素量の相関や必要水分量、含水率を求めておけば、焼却炉の日常運転では熱灼減量を分析することで、容易に必要水分量や調節すべき含水率が求められる。
熱灼減量の測定は１日１回定期的に行う方法でもよいが、運転条件を変える時に分析すれば十分である。
熱灼減量と未燃炭素量の相関式を水分調整装置４の制御部に記憶させ、分析した熱灼減量を制御部に入力すると必要水分量を計算し、必要水分量が自動添加されるのである。
尚、熱灼減量は以下の方法で分析したが、これに限定されるものではない。熱灼減量と未燃炭素量の相関式を作成する際に使用した方法で統一すればよい。
（１）  準備する器具及び装置
（ａ）電気炉：８００℃±２５℃に調節できるもの。
（ｂ）るつぼ：磁器製のもの。８００℃±２５℃で約１時間強熱した後、デシケータ中で放冷し、質量を１ｍｇの桁まで測定する。
（２）  操作法
（ａ）乾燥した焼却灰５ｇ以上を磁器製のるつぼに１ｍｇの桁まではかりとる。
（ｂ）電気炉を用い８００℃±２５℃で約２時間強熱した後、デシケータ中で放冷し、質量を１ｍｇの桁まで測定する。
（ｃ）次式により熱灼減量（％）を算出する。
熱灼減量（％）＝（α-β）/α×１００
（α：分取した乾燥焼却灰の質量（ｇ）  β：強熱後の乾燥焼却灰の質量（ｇ））
【００３１】
〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。
【００３２】
〈１〉  熱灼減量と未燃炭素量の相関を求める際に、未燃物調節装置３の運転条件と熱灼減量の相関を予め求め、この相関を記憶させる制御部を未燃物調節装置３に備える構成としてもよい。この制御部は未燃物調節装置３の運転条件から熱灼減量を計算し、算出結果を水分調節装置４の制御部に出力する構成とする。このような設備にすることで、未燃物調節装置３の運転条件を基に、水分調節装置４は自動で必要水分量を添加することができる。
〈２〉  本実施例では水分調節装置４と消火設備を兼用しているが、それぞれ別途に設けても良い。例えば、焼却部１から取り出した焼却灰を消火設備で消火し、前処理装置９で鉄くずやガラを除去した後段に水分調節装置４を配置することも可能である。この場合、消火設備は窒素ガスを噴霧する装置のように、水以外の手段で消火する設備が使用できる。
〈３〉  本実施例では焼却飛灰を直接溶融炉に投入しているが、前処理装置９で処理した焼却灰と混合して水分調節装置４へ移送しても良い。焼却灰を水性ガス化反応に適した含水量に調節すると、含水率が４０％を超える熱灼減量で運転をする場合は、焼却飛灰を混合して焼却灰の含水率を下げることにより、焼却灰が搬送経路や溶融炉でトラブルを引き起こすことを回避することができる。
〈４〉  焼却部１と溶融部２とは、別々の炉で構成したが、一体化した一つの処理炉で構成してあっても良い。
〈５〉  水分量調節装置４には制御部を用いることなく、人為操作により必要水分量を添加する方法でも良い。
【００３３】
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の廃棄物処理設備では、一般廃棄物以外に産業廃棄物や下水汚泥の処理にも応用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１      焼却部
２      溶融部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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