(57)【要約】【課題】既存の設備を利用して小型で安価に製造でき、燃料消費を著しく低減でき、格別の保守を必要としないガス化溶融炉のダイオキシン分解装置を提供する。【解決手段】溶融炉３および二次燃焼室４から排ガスをスラグタップ９および樋１０を経て抜き出して灰加熱器１２に導き、排熱ボイラ５、節炭器６、冷却塔７および集塵装置８から収集した飛灰をダイオキシン類熱分解温度以上に加熱した後、間接冷却装置１３で１００°Ｃ以下の温度まで急速に冷却して無害化し、排ガスは溢流する飛灰を回収するための集塵器１５を介して通風機１７で二次燃焼室４に戻して本系統の排ガスに合流させるようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を熱分解させて生成した固形物と分解ガスを燃焼させた際に排出した排ガス中に含まれる微塵を回収して、該微塵中のダイオキシン類を分解除去するようにした微塵中ダイオキシン除去装置において、内部に前記微塵を投入して前記排ガスの一部を導き、該排ガスの保有熱で前記微塵を加熱して該微塵中に含まれるダイオキシン類を分解させる灰加熱器を具えたことを特徴とする微塵中ダイオキシン除去装置。
【請求項２】
灰加熱器を流動床式で構成すると共に、該流動床内に噴出させる流動ガスとして排ガスの一部を導入したことを特徴とする請求項１記載の微塵中ダイオキシン除去装置。
【請求項３】
灰加熱器を移動床式で構成すると共に、該移動床内に伝熱管を配管し、該伝熱管内に排ガスの一部を流通させて該伝熱管を介して前記流動床を構成する微塵を加熱したことを特徴とする請求項１記載の微塵中ダイオキシン除去装置。
【請求項４】
灰加熱室から排出された排ガスを、残りの排ガスを完全燃焼させる二次燃焼室に還流させたことを特徴とする請求項２または３記載の微塵中ダイオキシン除去装置。
【請求項５】
灰加熱室から排出された排ガスを冷却塔内に導いて排ガス中に含まれる水銀を固化させ回収することを特徴とする請求項２または３記載の微塵中ダイオキシン除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物を熱分解させた後、燃焼させた際に排出した排ガス中に含まれる微塵を回収してダイオキシン類を分解除去するようにした微塵中ダイオキシン除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等を焼却処分するごみ処理施設等で用いられるガス化溶融装置では不燃物である灰分を溶融炉中で溶融させて回収する。処理過程における不燃性の灰分を例えば、１３００°Ｃの高温で溶融、固化させているので、この過程で灰分中に含まれるダイオキシン類の有害物質は完全に熱分解する。しかし、溶融炉から逸流した灰分は燃焼ガス中に飛散して排熱ボイラ、ガス冷却塔、集塵装置等により捕塵される。これらの灰分は飛灰と呼ばれていて、一旦溶融された後、ほぼ常温にまで冷却する過程でダイオキシン再合成温度域を経るため、結果的にダイオキシン類の有害物質を含有することになる。
【０００３】
より具体的には、ごみ材中の灰分は約１０％含まれており、その中の１／４が飛灰となって飛散する。この飛灰中に含まれるダイオキシン類の含有量は０．１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）以下である。ごみ焼却処理の過程で、溶融スラグ、溶融炉底から排出される不燃物中に含まれるダイオキシン類の含有量は検出限界以下であり、排ガス中に含まれるダイオキシンの濃度も極めて低いことから、ごみ材のガス化溶融過程における全ダイオキシン類排出量の８〜９割あるいはそれ以上が飛灰中に含有するものである。
【０００４】
飛灰中に含まれるダイオキシン類を除去するための様々な技術開発が進められており、例えば、飛灰中のダイオキシン類無害化技術が下記の非特許文献１で、「飛灰中のダイオキシン類の分解挙動に関する研究」として公表されている。その中で、酸素濃度が１０％以上、４５０°Ｃの雰囲気中に飛灰を約６０分間保持した後、急冷することにより、９８％以上のダイオキシン類が分解した旨、報告されている。
【０００５】
この外に、実質的に無酸素雰囲気中で飛灰を加熱することによりダイオキシン類を分解させることができた、とする発表も為されている。何れにしても、通常、ダイオキシン類が分解する８００°Ｃ以上の高温ではなく、比較的低い温度で分解させることができたとする点に特徴がある。
【０００６】
【非特許文献１】
第９回廃棄物学会研究発表会    （１９９８）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術においては、一旦、冷却した飛灰を再度加熱しなければならず、しかも、ある程度以上の飛灰の滞留時間が必要となるため、処理装置が大型化し、既設設備を利用できないばかりでなく、既設建屋に収納することすらできない虞がある。これに加えて、飛灰の加熱装置、例えば、通常は外熱回転式キルン（炉）が用いられるが、熱容量と温度差が大きいため、多量の燃料を消費し、しかも、間接加熱のために生じた熱水の廃棄処理の問題も発生する。また、回転式キルンの気密封止部からのガス漏れが生じないように、頻繁に加熱装置の保守点検を行う必要がある。さらに、万一、装置が故障した場合には毒物の飛灰が充満した加熱装置を分解しなければならず、極めて危険な修復前を行わなければならない。  本発明は従来技術におけるかかる問題点を解消すべく為されたものであり、既存の設備を利用して小型で安価に製造でき、燃料消費を著しく低減でき、格別の保守を必要としないガス化溶融炉のダイオキシン分解装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、内部に微塵を投入して排ガスの一部を導き、該排ガスの保有熱で微塵を加熱して該微塵中に含まれるダイオキシン類を分解させる灰加熱器を具えたものであり、例えば、灰加熱器を流動床式で構成すると共に、該流動床内に噴出させる流動ガスとして排ガスの一部を導入したり、灰加熱器を移動床式で構成すると共に、該移動床内に伝熱管を配管し、該伝熱管内に排ガスの一部を流通させて該伝熱管を介して前記流動床を構成する微塵を加熱したものであり、さらに、灰加熱室から排出された排ガスを、残りの排ガスを完全燃焼させる二次燃焼室に還流させたり、冷却塔内に導いて排ガス中に含まれる水銀を固化させ回収したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係るごみ焼却装置の概略構成を工程図として示した図である。まず、ごみは給塵機１により流動床式のガス化炉２に投入される。ガス化炉２では、ごみは部分燃焼してチャー（固形炭素分）と瓦礫や金属等の不燃物を含む固形物と熱分解ガスとに分解する。これらのチャーと熱分解ガスは（サイクロンファーネス式）溶融炉３に導入され、酸素雰囲気中でチャーが１３００°Ｃ以上の温度で燃焼して灰分は溶融し、熱分解ガスは二次燃焼室４で完全燃焼する。溶融した灰分はスラグタップ９を経て流下し、樋（シュート）１０を経由して自重で水砕槽１１中に落下し、水砕スラグとなって安定化する。この水砕スラグ中のダイオキシン類も検出限界以下の含有量である。
【００１０】
二次燃焼室４から排出された排ガスは排熱ボイラ５および節炭器６で熱回収され、冷却塔７で所定温度まで冷却される。そして、集塵装置８で微塵が回収除去され、図示しない触媒装置でＮＯｘとダイオキシン類が完全除去された後、煙突から大気中に放出される。従って、排出される排ガス中のダイオキシン類濃度も限りなくゼロに近い。
【００１１】
排ガス中の飛灰は集塵装置８の外、排熱ボイラ５、節炭器６および冷却塔７でも回収され、灰加熱器１２に集められる。一方、溶融炉３および二次燃焼室４から排ガスをスラグタップ９および樋１０を経て抜き出すことにより、流下するスラグの冷却固化を防止して安定流下を確保している。そして、この抜き出した排ガスを灰加熱器１２に導き、収集した飛灰をダイオキシン類熱分解温度以上に加熱した後、間接冷却装置１３で１００°Ｃ以下の温度まで急速に冷却して無害化し、排ガスは溢流する飛灰を回収するための集塵器１５を介して通風機１７で二次燃焼室４に戻している。これにより、排ガス流の圧力バランスを保つと共に抜き出しガスの流量制御を行う。集塵器１５で回収した飛灰はキレート処理で安定化される。間接冷却装置１３はクーラー１４の水で冷やしている。集塵器１５としては、排ガスの圧力損失を少なくするには沈降槽を、飛灰の回収率を高めるにはメカニカルサイクロンを用いる等の工夫をすることができる。
【００１２】
このように、本実施例では排ガスの一部を流下スラグの流下経路を経て抜き出すことにより、流下スラグの冷却固化を防止して確実に流下できるようにすると共に、回収した飛灰を加熱して含有するダイオキシン類を熱分解させるようにしたので、ガス無害化処理を含めたごみ処理系全体の熱損失が少なく、熱効率を大幅に向上できる。また、処理した１００°Ｃ以下の温度まで急速に冷却するようにしたので、ダイオキシン類が再合成されるのを阻止して確実に無害化を実現できる。さらに、集塵器１５として飛灰の自重により回収する沈降槽を設ければ、排ガスと共に溢流する飛灰を回収できるから、系全体の飛灰の回収を担う集塵装置８の負荷を軽減することができる。
【００１３】
本実施例では比較的高温でダイオキシン類を熱分解させているので、飛灰の高温熱処理に必要な滞留時間は数分と短く、灰加熱器１２を縦型のものとすることができるから、装置の小型化、設置面積の縮小化が実現できる。
【００１４】
図２は灰加熱器１２の概略構成を示す縦断面図である。本実施例では灰加熱器１２は流動床で構成されている。同図において、１２１は収集樋に連設されて飛灰を導入する灰導入管、１２２は灰導入管１２１の終端近くに介装され、飛灰の流下の断続を行うための回転式のシール装置、１２３は灰加熱器１２で処理された飛灰の流下の断続を行うための回転式のシール装置、１２４は灰加熱器１２に嵌挿され、内部の流動層内に排ガスを導入するための散気管、１２５は灰加熱器１２の縦方向に所定間隔隔てて配置され、内部の流動層および排ガスの温度を計測する温度計である。図３は散気管の断面図である。同図において、１２４ａは散気管１２４の左右側面に多数穿設され、排ガスを外部に噴出させるための噴気孔である。
【００１５】
収集樋から灰導入管１２１を通り、シール装置１２２を経て灰加熱器１２内に投入された飛灰は散気管１２４を通って噴気孔１２４ａから噴出した排ガスと直接熱交換し、これによりダイオキシン類が熱分解する。無害化された飛灰は下部のシール装置１２３を通って下方に排出され、前述の間接冷却装置１３に移送される。温度計１２５は灰加熱器１２内部の上下数カ所の温度を計測していて、散気管１２４下で熱分解温度が所定の温度を保持していない場合は、散気管１２４の噴気孔１２４ａから噴出する排ガスの抜き出し量を増やして、灰加熱器１２内部の温度を上昇させる。また、温度計１２５は灰加熱器１２内部の飛灰の嵩レベル計としても機能していて、飛灰中の温度が排ガス中の温度より相対的に低いという事実を応用して、投入されるごみの供給量に応じてシール装置１２３の回転数を制御し、灰加熱器１２内部の飛灰の嵩レベルがほぼ一定になるように維持している。なお、シール装置１２２，１２３は過熱防止のため、水冷式のものが用いられており、比較的小型の回転式のものなので、安定操業できる。
【００１６】
ところで、投入されたごみ中に水銀が含まれている場合に、灰加熱器１２に投入される回収飛灰中に水銀も回収される。この水銀は通風機１７を通る帰還経路を経て本系統の二次燃焼室４に戻され、次第に循環濃縮されてしまう。従って、回収した飛灰中の水銀を抜き取る工程が必要になる。このように、ごみ中に水銀が含まれている場合でも、付加的な工程を必要としない構成とすることもできる。図４は上述の付加的な工程を必要としない、本実施例の変形例に係るごみ焼却装置の概略構成を工程図として示した図である。同図において、１６は灰加熱器１２の下流に配設され、沈降槽を具えた冷却塔であり、通風機１７の下流側は本系統の冷却塔７に接続されている。上述の実施例と異なるのは、灰加熱器１２から排出された排ガスは冷却塔１６で冷やした後、本系統の冷却塔７に還流させ、排ガス中の飛灰は沈降槽で回収した後、キレート処理するようになっている。このように構成したので、ごみ中に水銀が含まれていて回収した飛灰と共に回収された場合でも、沈降槽で飛灰と共に回収することができるから、循環濃縮の問題は生じない。
【００１７】
この変形例では通風機１７に流入する排ガスの温度が低いので、特別の高温対策を講じた装置を用いる必要がないから、設備費を低減できるという副次的効果がある。しかし、通風機１７により帰還経路を経て本系統に還流する排ガスは二次燃焼室４を経由しないので、煙突から大気中に放出される排ガス中の有害ガス濃度が相対的に高まる虞がある。そこで、本変形例では灰加熱器１２内に空気を導入して溶融炉３および二次燃焼室４から抜き出された排ガス中のＣＯやＮＯｘを燃焼させて無害化を図っている。なお、溶融炉３および二次燃焼室４から抜き出される排ガスの流量は全排ガスの流量の数％程度なので、格別の配慮を講じなくてもさ程問題はない。また、灰加熱器１２から排ガスと共に溢流する飛灰の量が少ない場合は、冷却塔１６を省略して、その儘、通風機１７により本系統の冷却塔７に還流させるより安価な構成としても良い。さらに、灰加熱器１２での圧力損失量が二次燃焼室４から節炭器６に至る過程の圧力損失量より小さくなるようにできれば、帰還経路を経て本系統に還流する排ガスは自然に冷却塔７内に吸い込まれるので、通風機１７を省略することができる。
【００１８】
図５は帰還経路を経て本系統に還流する排ガスの圧力損失を低減できると共に、排ガス中の飛灰の量を著しく低減できるようにした本実施例の変形例に係る灰加熱器１２の概略構成を示す縦断面図である。同図において、１２６は灰加熱器１２内に蛇行配管された伝熱管であり、この中を溶融炉３および二次燃焼室４から抜き出された排ガスが通過する過程で、灰加熱器１２内の移動床の飛灰を加熱するようになっている。このように、この変形例では、排ガスが灰加熱器１２内を通過する際に受ける圧力損失は伝熱管１２６を通過する際に受ける流れ抵抗だけなので、かなり小さなものとなる。また、灰加熱器１２から流出する排ガス中の飛灰の量は溶融炉３および二次燃焼室４から抜き出された排ガス中の飛灰の量に等しいので、極微量のものとなる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、灰加熱器の内部に微塵を投入して排ガスの一部を導き、該排ガスの保有熱で微塵を加熱して該微塵中に含まれるダイオキシン類を分解させるようにしたので、格別の保守を必要とせず、既存の設備を利用して小型で安価に製造でき、燃料消費を著しく低減することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、灰加熱器を流動床式で構成すると共に、該流動床内に噴出させる流動ガスとして排ガスの一部を導入したので、灰加熱器内部の温度管理が容易で、微塵中に含まれるダイオキシン類を確実に分解させることができる。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、灰加熱器を移動床式で構成すると共に、該移動床内に伝熱管を配管し、該伝熱管内に排ガスの一部を流通させて該伝熱管を介して流動床を構成する微塵を加熱したので、灰加熱器から排出される微塵の量を著しく少なくでき、灰加熱器中を通過する排ガスの圧力損失を低減できる。
【００２２】
請求項４記載の発明によれば、灰加熱室から排出された排ガスを、残りの排ガスを完全燃焼させる二次燃焼室に還流させたので、煙突から大気中に放出される排ガス中のダイオキシンの含有量を殆ど０にすることができる。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、灰加熱室から排出された排ガスを冷却塔内に導いて排ガス中に含まれる水銀を固化させ回収したので、排ガス中の水銀を有効に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るごみ焼却装置の概略構成を工程図として示した図である。
【図２】そのごみ焼却装置の灰加熱器の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】その灰加熱器の散気管の断面図である。
【図４】本発明の実施例の変形例に係るごみ焼却装置の概略構成を工程図として示した図である。
【図５】その変形例に係る灰加熱器の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２  ガス化炉
３  溶融炉
４  二次燃焼室
７，１６  冷却塔
８  集塵装置
１０  樋
１２  灰加熱器
１５  集塵器
１７  通風機
１２２，１２３  シール装置
１２４  散気管
１２５  温度計
１２６  伝熱管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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