(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン発電設備と、ガスタービン発電設備からの高温排ガスにより灰を直接加熱して乾燥させる乾燥機と、乾燥した灰を溶融させる電気溶融炉とを備えた灰の乾燥・溶融装置に於いて、前記乾燥機から排出した排ガスの全量をガスタービン発電設備の燃焼装置の燃焼用空気内へ供給する構成としたことを特徴とする灰の乾燥・溶融装置。
【請求項２】
集塵器により処理した乾燥機からの排ガスをガスタービン発電設備の燃焼装置の燃焼用空気内へ供給する構成とした請求項１に記載の灰の乾燥・溶融装置。
【請求項３】
ガスタービン発電設備からの排ガスの一部を電気溶融炉の燃焼室の酸素源にした請求項１に記載の灰の乾燥・溶融装置。
【請求項４】
ガスタービン発電設備からの排ガスの一部を熱源にするボイラを設けると共に、ガスタービン発電設備の発生電力を電気溶融炉の電源とするようにした請求項１に記載の灰の乾燥・溶融装置。
【請求項５】
ボイラの蒸気を駆動源にする蒸気タービン発電設備を設けた請求項４に記載の灰の乾燥・溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば都市ごみ等の焼却炉から排出される焼却残滓等の灰を乾燥して溶融固化する際に用いられる灰の乾燥・溶融装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の灰の乾燥・溶融装置としては、例えば図２に示したものが知られている。
当該灰の乾燥・溶融装置５０は、灰を乾燥させる乾燥機５１と、乾燥された灰を溶融する電気溶融炉５２と、から構成されている。
【０００３】
乾燥機５１は、ロータリキルン方式のものが用いられ、熱源としては、通常、化石燃料を燃焼させた熱風で５００〜６５０℃程度とされる。乾燥機５１は、灰（湿灰）が含有している２０〜４０％の水分を５％以下に乾燥する。これは、水分を含んだ灰を扱う場合、輸送装置や貯槽で付着し、安定輸送が難しいこと、灰の含有水分が高くアルカリ性でかつ金属アルミニウムを含むと水素を発生するため安全対策が必要であること、また、そのまま電気溶融炉５２に投入すると、水分の急激な蒸発・膨張に依って炉内圧が大きく変動して運転操作を困難にし、さらに、余分な蒸発熱の必要性から電力原単位を上げると共に、電極消耗量が大きくなって経済性を悪くするからである。
【０００４】
電気溶融炉５２は、アークプラズマ溶融炉（直流アーク放電黒鉛電極式プラズマ溶融炉）が用いられ、灰コンテナ５３と、灰供給装置５４と、主電極５５と、炉底電極５６と、溶融スラグ流出口５７、スラグ水冷槽５８と、スラグ搬出コンベア５９と、スラグだめ６０と、燃焼室６１とを備えている。電気溶融炉５２から発生する排ガスは、未燃のダストを多量に含んで居り、これが燃焼室６１に送られてここに供給される燃焼用空気に依り完全燃焼される。完全燃焼された排ガスは、ガス冷却器６２に依り温度が下げられた後、集塵器（バグフィルタ）６３、誘引ファン６４、煙突６５を経て大気中に放散される。電気溶融炉５２の電源は、焼却プラントに発電設備を付設している場合には、そこから電力供給を受けると共に、発電設備を付設していない場合は、買電に依っている。
【０００５】
而して、この様なものは、乾燥機５１に依り灰が２０〜４０％含有していた水分を５％以下に乾燥される。乾燥機５１からの排ガスは、１５０℃程度の温度で、集塵器（バグフィルタ）６６で集塵された後、煙突６５を経て大気中に放散される。集塵器６６で収集されたダストは、乾燥した灰と一緒に電気溶融炉５２に投入されて溶融される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この様なものは、乾燥機５１内で灰が１２０〜６５０℃の温度領域で乾燥されると、灰に付着していた有害なダイオキシン類が乾燥ガス側に移行、或は灰に含まれる有機物と塩素が反応してダイオキシン類が合成され、乾燥機５１からの排ガス中に２〜３ｎｇ／ｍ３  Ｎ程度のダイオキシン類が存在する事が確認されている。
ところが、従来の技術では、ダイオキシン類の相当量が集塵器６６で捕捉されるものの、一部が排ガスと一緒に大気中に放散されていた。
【０００７】
つまり、灰の溶融処理に於て、その前処理として灰を乾燥するに当たり、灰に付着していたダイオキシン類が少なくとも乾燥ガス側に移行され、乾燥機からの排ガス中にダイオキシン類が含まれてこれが大気中に放散されるという問題があった。
【０００８】
本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その主たる目的は、乾燥機からの排ガスを直接大気拡散せずに、含有するダイオキシン類を分解できる様にした灰の乾燥・溶融装置を提供するにある。
本発明の他の目的は、乾燥機用の熱源と電気溶融炉用の電源とを一つのもので賄える様にした灰の乾燥・溶融装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本請求項１の発明は、ガスタービン発電設備と、ガスタービン発電設備からの高温排ガスにより灰を直接加熱して乾燥させる乾燥機と、乾燥した灰を溶融させる電気溶融炉とを備えた灰の乾燥・溶融装置に於いて、前記乾燥機から排出した排ガスの全量をガスタービン発電設備の燃焼装置の燃焼用空気内へ供給する構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１０】
灰は、乾燥機に依り乾燥される。乾燥された灰は、電気溶融炉に依り溶融されて固化される。乾燥機からの排ガスは、燃焼用空気の一部としてガスタービン発電設備に供給される。この時、乾燥機からの排ガスに含まれていたダイオキシン類は、ガスタービン発電設備内の１３００〜１５００℃の高温に晒されて完全分解される。従って、ダイオキシン類が大気中に放散される惧れがない。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、集塵器により処理した乾燥機からの排ガスをガスタービン発電設備の燃焼装置の燃焼用空気内へ供給する構成としたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、ガスタービン発電設備からの排ガスの一部を電気溶融炉の燃焼室の酸素源とするようにしたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、ガスタービン発電設備からの排ガスの一部を熱源にするボイラを設けると共に、ガスタービン発電設備の発生電力を電気溶融炉の電源とするようにしたものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明に於いて、ボイラの蒸気を駆動源にする蒸気タービン発電設備を設けるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の灰の乾燥・溶融装置を示す概要図である。
灰の乾燥・溶融装置１は、乾燥機２、電気溶融炉３、ガスタービン発電設備４、ボイラ５、蒸気タービン発電設備６とからその主要部が構成されている。
【００１６】
乾燥機２は、灰を乾燥させるもので、灰（湿灰）が含有している２０〜４０％の水分を５％以下に乾燥するロータリキルン方式のものが用いられている。乾燥機２の熱源は、ガスタービン発電設備４からの排ガスにされている。
【００１７】
乾燥機２には、これからの排ガス中のダストを除去する集塵器（バグフィルタ）７が接続されている。
【００１８】
電気溶融炉３は、乾燥した灰を溶融させるもので、アークプラズマ溶融炉（直流アーク放電黒鉛電極式プラズマ溶融炉）が用いられている。電気溶融炉３は、乾燥した灰を貯留する灰コンテナ８と、貯留した灰を電気溶融炉３内に供給する灰供給装置９と、炉頂部に垂設されて灰との間に一定の距離が開けられた黒鉛主電極（マイナス極）１０と、炉底に設置された炉底電極（プラス極）１１と、溶融スラグ流出口１２から溢出された溶融スラグを水冷して水砕スラグにするスラグ水冷槽１３と、水砕スラグを搬出するスラグ搬出コンベア１４と、これからの水砕スラグを貯留するスラグだめ１５と、溶融スラグ流出口１２に連通して形成されて炉内で発生したガス体の未燃分を完全燃焼させる燃焼室１６とを備えている。
【００１９】
電気溶融炉３の燃焼室１６には、これからの排ガスを水の噴射に依って急冷させる水噴射ガス急冷塔等のガス冷却器１７と、排ガス中のダストを除去する集塵器（バグフィルタ）１８と、誘引ファン１９と、煙突２０とが順次接続されている。
【００２０】
ガスタービン発電設備４は、乾燥機２の排ガスが燃焼用空気の一部にされるもので、都市ガスが燃料にされるガスタービン２１と、これに依り駆動される発電機２２とを備えている。ガスタービン発電設備４の排ガスは、乾燥機２の熱源にされると共に、電気溶融炉３の燃焼室１６の酸素源にされ、ガスタービン発電設備４の電力は、電気溶融炉３の電源にされる。
【００２１】
ボイラ５は、ガスタービン発電設備４の排ガスを熱源にするもので、スーパヒータ２３と、触媒脱硝装置２４と、エコノマイザ２５とを備えている。
【００２２】
蒸気タービン発電設備６は、ボイラ５の蒸気を駆動源にするもので、蒸気に依り回転される蒸気タービン２６と、これに依り駆動される発電機２７と、蒸気タービン２６からの蒸気を復水させる復水器２８とを備えている。
【００２３】
次に、この様な構成に基づいて、作用を述解する。
乾燥機２には、灰（湿灰）が供給されると共に、熱源としてガスタービン発電設備４からの排ガスが供給される。乾燥機２からの排ガスは、集塵器７に送られて集塵された後、ガスタービン発電設備４への燃焼用空気と混合されてガスタービン発電設備４のガスタービン２１に供給される。ガスタービン２１が駆動されると、発電機２２が回転されて発電される。
【００２４】
乾燥機２で乾燥された灰と集塵器７で収集されたダストは、灰コンテナ８に貯えられて灰供給装置９に依り電気溶融炉３に連続的に供給される。
電気溶融炉３の主電極９と炉底電極１０との間には、直流電圧が印加されてアークが発生されると共に、プラズマガスにされた窒素がアーク中に供給されてプラズマが発生され、この高温に依って灰が還元性雰囲気にて１４００〜１７００℃に加熱されて溶融状態のスラグにされる。
灰の溶融に依って、灰中にあった揮発成分や炭素が一部酸化した一酸化炭素等は、ガス体になると共に、鉄を始めとする金属、ガラス、砂等の不燃性成分は、溶融状態となる。
溶融スラグは、溶融スラグ流出口１２から連続的に溢出され、水が流されたスラグ水冷槽１３内に落下されて水砕スラグとなり、スラグ搬出コンベア１４に依ってスラグだめ１５に送られる。
【００２５】
一方、電気溶融炉３内で発生したガス体は、溶融スラグ流出口１２の上部から燃焼室１６に入り、ここで燃焼用空気の供給に依って未燃分が完全燃焼される。燃焼室１６に供給される燃焼用空気の一部又は全部に代わって、ガスタービン発電設備４からの排ガスの一部が供給される。ガスタービン発電設備４からの排ガスは、約１５％の酸素を保有しているので、燃焼室１６の酸素源にする事が可能となる。
完全燃焼したガスは、ガス冷却器１７に依って急冷され揮発した塩類や重金属類等は固体となり、集塵器１８で捕集され、排ガスは誘引ファン１９に依り煙突２０から大気中に放散される。
【００２６】
ガスタービン発電設備４からの排ガスの一部は、乾燥機２の熱源として用いられる。乾燥機２からの排ガス中には、蒸発した水分の他に有害なダイオキシン類が含まれている。この排ガスは、集塵器７及びガスタービン発電設備４のガスタービン２１の入口に設けられた吸気フィルタ（図示せず）に依り除塵された後、ガスタービン発電設備４のガスタービン２１の燃焼用空気の一部として還流される。
乾燥機２からの排ガス中に含まれているダイオキシン類は、集塵器７で大多数が捕捉されると共に、集塵器７を通過したダイオキシン類は、ガスタービン発電設備４のガスタービン２１内で高温に晒されて分解される。
【００２７】
ガスタービン発電設備４からの排ガスは、約５００℃の温度を有し、上述の様にその一部が乾燥機２の熱源として、又、電気溶融炉３の燃焼室１６の燃焼用空気つまり酸素源として使用される他、大多数の残余は、スーパヒータ２３、触媒脱硝装置２４、ボイラ５、エコノマイザ２５を経て熱供給の後、煙突２０から排出される。ガスタービン発電設備４からの排ガス中には、２０〜５０ｐｐｍ（１５％Ｏ２  換算）程度のＮＯｘが含まれているので、触媒脱硝装置２４が設けられている。
【００２８】
発生した蒸気（過熱蒸気）は、蒸気タービン発電設備６の蒸気タービン２６に送られた後、復水器２８、エコノマイザ２５、ボイラ５、スーパヒータ２３と循環される。蒸気タービン発電設備６の蒸気タービン２６が駆動されると、発電機２７が回転されて発電される。
【００２９】
ガスタービン発電設備４と蒸気タービン発電設備６で発生した電力は、電気溶融炉３の電源として使用される他、プラント内の補機器類や照明用に使用される。
【００３０】
図１に於ける各数値は、１００ｔ／日の能力を持つ電気溶融炉３に、４，０００ｋｗのガスタービン発電設備４を用いた場合の物質収支及び熱収支の一例を示している。この場合、ガスタービン発電設備４の４，０００ｋｗと、蒸気タービン発電設備６の１，５００ｋｗとの電力は、電気溶融炉３に３，６００ｋｗ、補機器類に１，０００ｋｗ、照明等に９００ｋｗが消費される。
【００３１】
尚、電気溶融炉３は、先の例では、プラズマアーク溶融炉であったが、これに限らず、例えばアーク溶融炉や電気抵抗溶融炉等であっても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上、既述した如く、本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１）  乾燥機と電気溶融炉とガスタービン発電設備とで構成し、とりわけ乾燥機の排ガスが燃焼用空気の一部として供給されるガスタービン発電設備を設けたので、乾燥機からの排ガス中に含有するダイオキシン類を分解できてこれが大気中に放散されるのを防止できる。
（２）  ガスタービン発電設備の排ガスを乾燥機の熱源にすると共に、ガスタービン発電設備の電力を電気溶融炉の電源にした場合には、乾燥機用の熱源と電気溶融炉用の電源を夫々別個に設ける必要がなく、一つのガスタービン発電設備で賄う事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の灰の乾燥・溶融装置を示す概要図。
【図２】従来の灰の乾燥・溶融装置を示す概要図。
【符号の説明】
１，５０…灰の乾燥・溶融装置、２，５１…乾燥機、３，５２…電気溶融炉、４…ガスタービン発電設備、５…ボイラ、６…蒸気タービン発電設備、７，１８，６３，６６…集塵器、８，５３…灰コンテナ、９，５４…灰供給装置、１０，５５…主電極、１１，５６…炉底電極、１２，５７…溶融スラグ流出口、１３，５８…スラグ水冷槽、１４，５９…スラグ搬出コンベア、１５，６０…スラグだめ、１６，６１…燃焼室、１７，６２…ガス冷却器、１９，６４…誘引ファン、２０，６５…煙突、２１…ガスタービン、２２，２７…発電機、２３…スーパヒータ、２４…触媒脱硝装置、２５…エコノマイザ、２６…蒸気タービン、２８…復水器。
【図１】
0003580663.tif 000002
【図２】
0003580663.tif 000003