(57)【要約】【課題】本発明は、処理炉１０ｂにおいて被処理物を溶融処理する燃焼装置５９を設けてある溶融処理設備１０において、被処理物からの低沸点重金属の揮発を充分に促進させると共に、安定的に、溶融スラグ中に残存する低沸点重金属を極めて少ないものとすることができる溶融技術を確立することを目的とする。【解決手段】処理炉内１０ｂを還元性雰囲気に維持するように燃焼装置５９を制御する制御機構５１を設けてある。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理炉内において被処理物を加熱して溶融処理する燃焼装置を設けてある溶融処理設備であって、
前記処理炉内を還元性雰囲気に維持するように前記燃焼装置を制御する制御機構を設けてある溶融処理設備。
【請求項２】
前記制御機構を、前記処理炉内から排出された燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出機構と、前記一酸化炭素濃度検出機構により検出された一酸化炭素濃度が所定濃度になるように前記燃焼装置への酸素含有ガスの供給量を調整する調整機構とで構成してある請求項１に記載の溶融処理設備。
【請求項３】
前記燃焼装置として、前記酸素含有ガスとしての酸素富化ガス又は純酸素ガスにより燃料を燃焼させ、前記被処理物を加熱する酸素バーナを採用すると共に、
前記処理炉にある前記被処理物に前記酸素富化ガス又は純酸素ガスを供給する酸素供給機構を設けてある請求項２に記載の溶融処理設備。
【請求項４】
前記燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出機構を設け、
前記酸素濃度検出機構の検出結果を用いて前記制御機構の異常状態の判定を行う異常判定機構を設けてある請求項１から３の何れか１項に記載の溶融処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理炉内において被処理物を加熱して溶融処理する燃焼装置を設けてある溶融処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる溶融処理設備は、廃棄物を焼却処理して排出された焼却灰や、廃棄物を乾留処理して排出された乾留残渣や、埋立処分場を再び掘り起こした再処理物等の被処理物を、処理炉内の燃焼装置により加熱溶融処理して減容化し、溶融スラグを排出する。
【０００３】
また、溶融処理設備から排出された溶融スラグは、アスファルトやセメント骨材の代替品として再利用することが検討及び実施されており、このように溶融スラグを再利用する場合には、溶融スラグから亜鉛、鉛、カドミウムなどの低沸点重金属の溶出を抑制するために、溶融処理において低沸点重金属の揮発性を向上し、溶融スラグに低沸点重金属を閉じ込めないことが重要である。
そこで、溶融処理設備において低沸点重金属の揮発を向上するために、処理炉内の温度を重金属の沸点よりも充分に高温化することに加えて、処理炉内の酸素分圧を低下させて還元雰囲気に維持することが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溶融処理設備において、処理炉の耐熱性等の問題から、処理炉内を高温化するには限度がある。また、耐熱性の問題を改善したとしても、処理炉内に燃焼用空気を供給することで、空気中に多く存在する窒素などの熱容量により、高温化することが阻害されることがある。
また、上記のように処理炉内を還元雰囲気とする方法としては、処理炉内において燃料を燃焼させて被処理物を加熱溶融処理するバーナにおける空気比を１以下の所定の低空気比範囲に設定する方法があるが、このような方法においては、被処理物中の可燃物の割合等の質の変化等により、処理炉内の酸素分圧が一定せず、例えば、処理炉内の酸素分圧が一時的に高くなって、低沸点重金属の揮発率が低下し、溶融スラグ中の低沸点重金属の残存量が増加することがあり、被処理物中の低沸点重金属の含有量によっては、溶融スラグの再利用性が低下してしまう。
【０００５】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、被処理物を溶融処理する溶融処理設備において、被処理物からの低沸点重金属の揮発を充分に促進させると共に、安定的に、溶融スラグ中に残存する低沸点重金属を極めて少ないものとすることができる溶融技術を確立することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る溶融処理設備の第一特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、前記処理炉内を還元性雰囲気に維持するように前記燃焼装置を制御する制御機構を設けてある点にある。
【０００７】
即ち、上記溶融処理設備の第一特徴構成によれば、上記制御機構により、処理炉内において燃料を燃焼させて被処理物を加熱溶融する上記燃焼装置を制御して、処理炉内を常時還元性雰囲気に維持することで、被処理物中の低沸点重金属の揮発を促進すると共に、安定的に、溶融処理後に排出される溶融スラグ中に残存する低沸点重金属を極めて少ないものとして、溶融スラグの再利用性をより向上することができる。
【０００８】
本発明に係る溶融処理設備の第二特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、上記第一特徴構成に加えて、前記制御機構を、前記処理炉内から排出された燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出機構と、前記一酸化炭素濃度検出機構により検出された一酸化炭素濃度が所定濃度になるように前記燃焼装置への酸素含有ガスの供給量を調整する調整機構とで構成してある点にある。
【０００９】
即ち、上記溶融処理設備の第二特徴構成によれば、上記一酸化炭素濃度検出機構により、処理炉から排出された燃焼排ガス中に所定濃度の一酸化炭素が存在するかを検出し、上記調整機構により、その燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定濃度に維持されるように、処理炉への空気等の酸素含有ガス供給量を調整することで、上記処理炉内を、所定濃度の一酸化炭素が存在する適度な還元性雰囲気に維持することができる。
【００１０】
本発明に係る溶融処理設備の第三特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、上記第二特徴構成に加えて、前記燃焼装置として、処理炉内に、前記酸素含有ガスとしての酸素富化ガス又は純酸素ガスにより燃料を燃焼させ、前記被処理物を加熱する酸素バーナを採用すると共に、前記処理炉にある前記被処理物に前記酸素富化ガス又は純酸素ガスを供給する酸素供給機構を設けてある点にある。
【００１１】
即ち、上記溶融処理設備の第三特徴構成によれば、空気よりも酸素の含有割合を増加させた酸素富化ガス又は酸素のみからなる純酸素ガスを用いて燃料を燃焼させ被処理物を加熱する上記酸素バーナを燃焼装置として設けることで、空気を用いて燃料を燃焼させるバーナを燃焼装置として設けた場合と比較して、処理炉への酸素以外の窒素等の不活性ガスの供給量を低減し、その不活性ガスの加熱のために熱が消費されることを抑制することができ、結果、処理炉を高温化することができる。
さらに、上記酸素供給機構を設けることにより、上記処理炉内にある被処理物に酸素富化ガス又は純酸素ガスを供給して、被処理物中の可燃物の自己燃焼を促進して、酸素バーナにおける燃料消費量を節約しつつ処理炉を高温化することができる。
そして、このように処理炉内を高温化することにより、低沸点重金属の揮発性を一層促進することができる。さらに、上記酸素バーナへの酸素富化ガス供給量又は純酸素ガス供給量を調整することにより処理炉内を還元性雰囲気に維持して、溶融スラグ中に閉じ込められる低沸点重金属を極めて少ないものとすることができる。
【００１２】
本発明に係る溶融処理設備の第四特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記第二又は第三特徴構成に加えて、前記燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出機構を設け、前記酸素濃度検出機構の検出結果を用いて前記制御機構の異常状態の判定を行う異常判定機構を設けてある点にある。
【００１３】
即ち、上記溶融処理設備の第四特徴構成によれば、上記異常判定機構により、処理炉から排出された燃焼排ガス中に処理炉が還元性雰囲気に維持されていれば殆ど検出されないはずである酸素が上記酸素濃度検出機構により検出されたときに、上記処理炉を還元性雰囲気に維持するための制御機構の例えば一酸化炭素濃度検出機構や調整機構等が異常状態であると判定することができ、早期に制御機構の修繕等の対応を実施し、上記制御機構の異常状態により多くの低沸点重金属が閉じ込められた溶融スラグが生成されることを抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記本発明の溶融処理設備の実施の形態について、以下に、図面を参照しながら説明する。
図１に示す溶融処理設備は、廃棄物を焼却処理して排出された焼却灰や、廃棄物を乾留処理して排出された乾留残渣や、埋立処分場を再び掘り起こした再処理物等の廃棄物（被処理物の一例）を溶融処理して溶融スラグとして回収する溶融処理炉１０と、溶融処理炉１０から排出された排ガスを冷却するガス冷却装置１３と、ガス冷却装置１３から排出された排ガス中の飛灰を捕集するダスト捕集装置１４と、ダスト捕集装置１４から排出された排ガスに同伴する粉塵を回収する排ガス濾過装置１６とを、溶融処理炉１０からの排ガスを煙突１９に導く煙道１１に順に設けてある。
【００１５】
溶融処理炉１０は、表面溶融炉１０Ａで構成してあり、処理炉内１０ｂで生成した燃焼排ガスを、スラグポート下空間１０ｃ及び誘導路１０ｄを介して後燃焼室１０ｅに導き、この後燃焼室１０ｅで二次空気を供給して完全燃焼させるように構成してある。
そして、後燃焼室１０ｅからの排ガスをガス冷却装置１３に導く煙道１１に、後述する溶融処理炉１０へ供給する純酸素ガスや後燃焼室１０ｅへ供給する二次空気を予熱する空気予熱器１２を配置して排ガスが保有する顕熱の回収を図っている。
【００１６】
詳しくは、図２に示すように、溶融処理炉１０は、周囲に内筒３７を立設した天井部３８と、底板４１にスラグポート４１ａを形成してある有底の外筒４０とを備え、外筒４０を内筒３７の外側に配して、外筒４０を内筒３７に対してスラグポート４１ａの回りに相対回転させるように駆動機構（図示せず）を設けておく。
【００１７】
内筒３７と外筒４０との間に形成される環状の空間を、供給機構３６からの廃棄物を天井部３８と底板４１との間の空間に形成される処理炉内１０ｂに供給する環状供給路４２に構成し、その環状供給路４２の上方を覆う環状板体からなる天井部４３を、内筒３７及び外筒４０とは別体に設け、内筒３７との間及び外筒４０との間に夫々シール機構４４を設けて前記環状供給路４２を気密に形成する。尚、供給機構３６へは、固形可燃物が含まれる廃棄物が送り込まれる。この構成により、内筒３７が前記外筒４０に対して相対的に上下移動可能になり、処理炉内１０ｂでの廃棄物の単位時間当たりの処理量を変化させることが可能となる。つまり、廃棄物の逆円錐面状に形成される処理炉内表面の面積を変化させ、表面の燃焼量並びにスラグ化の量を調節できるようになる。スラグポート４１ａの下方には下空間１０ｃを形成し、その下空間１０ｃからの燃焼ガスを誘導案内する誘導路１０ｄを後燃焼室１０ｅ接続すると共に、前記下空間１０ｃの下方にスラグ回収槽を配置して、前記処理炉内１０ｂで生成した溶融スラグを前記スラグポート４１ａから滴下させ、回収するように構成する。
【００１８】
前記天井部４３には、開口を設けて被処理物供給口３９を形成し、この供給口３９は外部の廃棄物供給機構に対して気密に連結されている。
【００１９】
また、天井部３８には、処理炉内１０ｂで供給された燃料を純酸素ガスにより燃焼させて火炎を形成する燃焼装置としての純酸素バーナ５９（酸素バーナの一例）が設けられ、バーナ５９には、燃料を燃焼させるための純酸素ガスが調整弁６０の流量調整を伴って供給される。
さらに、天井部３８には、前記処理炉内１０ｂの廃棄物に表面に純酸素ガスを直接吹き付けて廃棄物の自己燃焼を促進するための酸素ノズル６１（酸素供給機構の一例）が設けられている。
また、この酸素ノズル６１には、後述の制御装置５０により制御される調整弁５４により供給量が調整された純酸素ガスの内、上記酸素バーナ５９に供給されない純酸素ガスが供給される。
【００２０】
このように、処理炉内１０ｂに空気ではなく、純酸素ガスを供給することで、処理炉１０ｂへの酸素以外の窒素等の不活性ガスの供給を防止し、その不活性ガスの加熱のために熱が消費されることを抑制することができる。結果、処理炉内１０ｂは高温化され、廃棄物中の低沸点重金属の揮発性が促進される。
尚、本実施形態においては、処理炉内１０ｂに供給する酸素含有ガスとして純酸素ガスを供給したが、別に、酸素含有ガスとして、空気よりも酸素を富化させた酸素富化ガスを供給することでも、処理炉１０ｂへの不活性ガス供給量を低減させて、処理炉内１０ｂを高温化することができる。
【００２１】
また、上記処理炉内１０ｂの高温化により、上記天井部３８及び上記底板４１等が熱損傷することを防止するために、天井部３８及び上記底板４１内に冷却水ジャケット（図示せず）を形成し、その冷却水ジャケットに冷却水を流通させることで、上記天井部３８及び上記底板４１を強制冷却することができる。
【００２２】
次に、溶融処理設備の特徴構成について説明する。
溶融処理設備には、処理炉内１０ｂを還元性雰囲気に維持する制御機構５１と、制御機構５１の異常状態の判定を行う異常判定機構５２とが設けられている。また、これら制御機構５１及び異常判定機構５２における演算処理及び制御等はコンピュータからなる制御装置５０により行われる。
【００２３】
誘導路１０ｄに、処理炉内１０ｂから排出された燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出するための一酸化炭素濃度検出機構としての一酸化炭素センサ５６と、排ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出機構としての酸素センサ５７とが設けられており、これらセンサ５６，５７で検出された一酸化炭素濃度及び酸素濃度は、制御装置５０側に出力される。
【００２４】
また、前述の酸素バーナ５９及び酸素ノズル６１への純酸素ガス供給量を調整する調整機構としての調整弁５４が設けられている。
なお、このような調整機構は、純酸素ガスを供給するためのファンの動力を調整して、酸素バーナ５９及び酸素ノズル６１への純酸素ガス供給量を調整するように構成しても構わない。
【００２５】
そして、制御機構５１は、一酸化炭素センサ５６により検出された燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が比較的高い所定の設定一酸化炭素濃度となり、燃焼排ガスの還元度が適度なものとなるように、制御装置５０により調整弁５４を働かせて、処理炉内１０ｂへの純酸素ガス供給量を調整し、処理炉内１０ｂを適度な還元性雰囲気に維持して、処理炉内１０ｂにおいて廃棄物中の低沸点重金属の揮発を促進するように構成されている。
【００２６】
即ち、制御機構５１は、一酸化炭素センサ５６で検出された一酸化炭素濃度が上記設定一酸化炭素濃度よりも低下した場合には、調整弁５４により、処理炉内１０ｂへの純酸素ガス供給量を低下させて、処理炉内１０ｂの還元度を高めて重金属の揮発を促進させ、逆に、一酸化炭素センサ５６で検出された一酸化炭素濃度が上記設定一酸化炭素濃度よりも上昇した場合には、調整弁５４により、処理炉内１０ｂへの純酸素ガス供給量を上昇させて、処理炉内１０ｂの廃棄物の溶融を促進させて、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を所定の設定一酸化炭素濃度とする。
【００２７】
このように、制御機構５１により処理炉内１０ｂを還元性雰囲気に維持することで、誘導路１０ｄを流通する燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度は上記設定一酸化炭素濃度となり、その燃焼排ガス中の酸素濃度は殆ど０に等しくなっているはずである。しかし、もし、燃焼排ガス中に酸素が確認された場合には、上記制御機構５１自身又は制御機構５１で利用する一酸化炭素センサ５６又は調整弁５４の故障により、処理炉内１０ｂが還元性雰囲気に維持されていない可能性がある。
【００２８】
そこで、上記異常判定機構５２は、酸素センサ５７により検出された酸素濃度が０又は極めて０に近い値になっているかを制御装置５０により確認し、もし、酸素センサ５７で燃焼排ガス中の酸素濃度が所定の設定酸素濃度以上であることを検出した場合には、制御機構５１が異常状態であると判定するように構成されており、制御装置５０は、異常判定機構５２により制御機構５１が異常状態であると判定した場合には、警報の発呼等の異常通報等を行なうように構成されている。
【００２９】
よって、本溶融処理設備の管理者は、上記のように警報の発呼したことを認識することで、早期に制御機構５１等の修繕等の対応を実施し、制御機構５１の異常状態により低沸点重金属が多く閉じ込められた溶融スラグが生成されることを抑制することができる。
【００３０】
尚、上記一酸化炭素センサ５６は、上記一酸化炭素濃度を検出するものではなく、上記所定の設定一酸化炭素濃度以上の一酸化炭素が燃焼排ガス中に存在するかを検出するものであってもよく、この場合、制御機構５１は、上記一酸化炭素センサ５６により、燃焼排ガス中に設定一酸化炭素濃度以上の一酸化炭素が存在しないことを検出したときに、調整弁５４により、処理炉内１０ｂへの純酸素ガス供給量を低下させるように構成される。
【００３１】
次に、溶融処理設備における他の構成について、図１に基づいて説明する。
ガス冷却装置１３は、塔内を流通する排ガスに水を噴霧し、粉塵を沈降させると共に、苛性液等の酸性ガス中和剤を排ガスに噴霧供給して塩素分を除去するように構成されている。また、沈降した粉塵はロータリーバルブ等により外部に対して気密に維持した状態で、ダスト処理装置２２に排出される。
【００３２】
ダスト捕集装置１４は、導入された排ガス中の飛灰を沈降させて、排ガスから飛灰を捕集するように構成されており、捕集した飛灰はロータリーバルブ等により外部に対して気密に維持した状態で、ダスト処理装置２２に排出される。
【００３３】
また、前述の後燃焼室１０ｅ及び空気予熱器１２においても、沈降した飛灰が、ロータリーバルブ等により外部に対して気密に維持した状態で、ダスト処理装置２２に排出される。
そして、このようにダスト処理装置２２に排出された飛灰は、固体成分のダイオキシン類を含まない状態であり、飛灰中に含まれる重金属は、非鉄精練用原料として分離回収され、山元還元処理される。
また、上記のように排出された飛灰は、キレート処理により無害化し、廃棄処分しても構わない。
【００３４】
前記後燃焼室１０ｅからの燃焼排ガスは約９５０℃程度で煙道１１に排出され、空気予熱器１２では、導入された排ガスは、前記処理炉内１０ｂへの純酸素ガス及び前記後燃焼室１０ｅへの二次空気を加熱して６００℃程度に温度低下し、前記ガス冷却装置１３で前記水噴霧機構１３ｂからの水の蒸発潜熱を奪われて約２００℃まで冷却され、下流側の煙道１１に排出されて、前記ダスト捕集装置１４に至る。そして、ダスト捕集装置１４から排出された排ガス温度は約１５０℃にまで低下する。
【００３５】
そして、このように温度が低下した排ガスは排ガス濾過装置１６に供給され、排ガス中の粉塵が回収される。
また、排ガス濾過装置１６と溶融処理炉１０の被処理物投入部１０ａとの間には、前記排ガス濾過装置１６で回収した粉塵を、処理炉内１０ｂに循環供給する回収粉塵循環路２１を設けてある。前記排ガス濾過装置１６でダイオキシン類を捕集し、前記溶融処理炉１０に循環供給することで、前記捕集したダイオキシン類を再分解するのである。
【００３６】
また、ダスト捕集装置１４と排ガス濾過装置１６との間の煙道１１には、活性炭素粒を供給する活性炭供給機構１５を設ける。活性炭供給機構１５は、活性炭素粒として廃棄物を熱分解処理する熱分解炉２０から排出された炭素質熱分解固形物を煙道１１に供給する炭素質熱分解固形物供給路１５ａを設けて構成する。つまり、この溶融処理設備は、焼却灰等の焼却残渣を溶融処理すると同時に、可燃性廃棄物を熱分解炉２０で熱分解処理した後、その熱分解残渣を溶融処理炉１０で焼却すると共に、その焼却残渣を溶融処理するように構成するのである。
【００３７】
焼却残渣である炭素質熱分解固形物を、活性炭素粒として活用して、前記排ガス濾過装置１６の上流側の煙道１１に供給することで、前記煙道１１内の排ガス中に含有されるダイオキシン類を吸着させ、固体粒子に固定するのである。活性炭供給機構１５は、下流側の排ガス濾過装置１６で排ガスを濾過する濾布から捕集粉塵が剥離しやすくするための濾布コーティング剤（Ｃａ（ＯＨ）２、珪藻土等）を同時に供給するようにコーティング剤供給路１５ｂも備えており、濾布で捕集した粉塵を容易に回収できるようにしてある。
【００３８】
以上のように構成してあるから、溶融処理設備においては、仮に系内においてダイオキシン類が生成したとしても、排出ガスにはダイオキシン類の排出を防止でき、しかも、ダイオキシン類の含有量が極めて少ない飛灰を取り出して有害不純物質を殆ど含まない有価金属を回収できる。
【００３９】
尚、上記実施の形態に於いては、溶融処理炉１０を表面溶融炉で構成した例について説明したが、前記溶融処理炉１０は異なる形式の溶融処理設備であってもよく、例えば旋回溶融炉であってもよく、また、ロータリキルン炉形式の溶融処理設備であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融処理設備の全体構成図
【図２】溶融処理設備の部分構成図
【符号の説明】
１０ｅ：後燃焼室
１０：溶融処理炉
１０Ａ：表面溶融炉
１０ｂ：処理炉内
１０ｄ：誘導路
１９：煙突
５０：制御装置
５１：制御機構
５２：異常判定機構
５４：調整弁（調整機構）
５６：一酸化炭素センサ（一酸化炭素濃度検出機構）
５７：酸素センサ（酸素濃度検出機構）
５９：酸素バーナ（燃焼装置）
６１：酸素ノズル
【図１】
2004044907.tif 000003
【図２】
2004044907.tif 000004