(57)【要約】【課題】都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣をプラズマ溶融炉により溶融処理するに際し、溶融メタルの排出および廃棄処分の不要化がはかれる焼却残渣の溶融処理方法を提供する。【解決手段】プラズマトーチを有するプラズマ溶融炉に都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣を供給し、プラズマトーチから酸素含有ガスを作動ガスとして供給して焼却残渣を溶融処理する焼却残渣の溶融処理方法であって、前記酸素含有ガスは、前記プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたりの量で、４２Ｎｍ３　以上の酸素を含有することを特徴とする焼却残渣の溶融処理方法。【選択図】　　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマトーチを有するプラズマ溶融炉に都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣を供給し、プラズマトーチから酸素含有ガスを作動ガスとして供給して焼却残渣を溶融処理する焼却残渣の溶融処理方法であって、前記酸素含有ガスは、前記プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたりの量で、４２Ｎｍ３　以上の酸素を含有することを特徴とする焼却残渣の溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却残渣の溶融処理方法に関する技術分野に属し、詳細には、都市ごみ及び／又は産業廃棄物を焼却した際に発生する焼却残渣をプラズマ溶融炉にて溶融処理する焼却残渣の溶融処理方法に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや産業廃棄物などの焼却炉から排出される焼却残渣（主灰、飛灰、および、これらの混合物等）は、従来埋立処分されてきたが、埋立用地のひっ迫に伴って、有害物質の分解・固定化、ならびに焼却残渣の資源化を目指して溶融処理技術が普及している。
【０００３】
溶融処理技術には種々の方式があるが、廃棄物焼却発電にて得られた電力を使用するプラズマ溶融炉による方法はその主なものの一つであり、炉内に溶融スラグ浴を設ける形式が一般に用いられている。
【０００４】
焼却残渣の主成分は、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよびアルミナであるが、その他に鉄をはじめとする金属分を含んでいる。
【０００５】
このような金属分を含む焼却残渣が溶融浴に投入されると、高温にて溶解され溶融メタルを生成する。
【０００６】
溶融メタルは、溶融スラグに比較して比重が大きいために溶融浴底に沈積し、溶融メタル層を形成する。
【０００７】
溶融メタル層が増加する（厚くなる）と、溶融スラグはその溶融メタル層の上層をショートパスすることになるので、十分な溶融スラグの滞留時間を確保できず、このため、良好なスラグが得られないという問題が生じる。即ち、焼却残渣は充分にスラグ化する間がなく、良好なスラグとならない状態で炉外へ排出されてしまうという問題が生じる。従って、何らかの方法で溶融メタルを排出することが必要となる。
【０００８】
溶融メタルを排出する方法は、これまでにも種々の方法が提示されており、代表的なものとして、特公平７−７４６９０　号公報に示されたもの、あるいは、特開平１１−２９９７２８　号公報に示されたものなどが知られている。
【０００９】
これらの方法の中、特公平７−７４６９０　号公報に記載の方法は、溶融炉本体を傾転させて溶融浴に滞留した溶融メタルを排出する方法である。この方法では、溶融炉を傾転させるためのジャッキ等大掛かりな装置が必要となる。
【００１０】
特開平１１−２９９７２８　号公報に記載の方法は、溶融炉底部レベルに溶融メタル排出孔を設け、これをマッド材にて封鎖して溶融浴を形成した後、溶融メタル排出の際にはドリルにて掘削することにより溶融メタルを排出するものである。この方法においても、ドリルを備えた開孔機やマッド材を圧入するためのマッドガンが必要となる。
【００１１】
一方、上記のような方法で排出した溶融メタルは、Ｆｅを主成分とするものの、Ｓｉ等の不純物を含有するため、製鉄原料とすることは不可能であり、従って、その多くは有効利用されることなく廃棄処分されてきた。
【００１２】
これに対して、溶融スラグは、焼却残渣の主成分を含むものであるので、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよびアルミナを主成分とするものであり、従って、砂や石の代替として建設工事等に広く用いることができるものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣をプラズマ溶融炉により溶融処理するに際し、溶融メタルの排出および廃棄処分の不要化がはかれる焼却残渣の溶融処理方法を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る焼却残渣の溶融処理方法は、請求項１記載の焼却残渣の溶融処理方法としており、それは次のような構成としたものである。
【００１５】
即ち、請求項１記載の焼却残渣の溶融処理方法は、プラズマトーチを有するプラズマ溶融炉に都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣を供給し、プラズマトーチから酸素含有ガスを作動ガスとして供給して焼却残渣を溶融処理する焼却残渣の溶融処理方法であって、前記酸素含有ガスは、前記プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたりの量で、４２Ｎｍ３　以上の酸素を含有することを特徴とする焼却残渣の溶融処理方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のようにして実施する。
プラズマトーチを有するプラズマ溶融炉に都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣を供給し、プラズマトーチから酸素含有ガスを作動ガスとして供給して焼却残渣を溶融処理する。
【００１７】
このとき、酸素含有ガスは、プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたりの量で、４２Ｎｍ３　以上の酸素を含有するようにする。即ち、プラズマトーチから供給される酸素含有ガス中の酸素量が、プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたりの量で、４２Ｎｍ３　以上となるようにする。つまり、プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量が酸素の量で４２Ｎｍ３　以上（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）となるようにする。より具体的には、プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣をＡトンとすると、プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量が酸素の量でＡ×４２Ｎｍ３　以上となるようにする、即ち、プラズマトーチから酸素含有ガスを酸素量がＡ×４２Ｎｍ３　以上となるように供給する。例えば、プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣が２ｔの場合、プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量が酸素の量で２×４２Ｎｍ３　（＝８４Ｎｍ３　）以上となるようにする。このようにすると、溶融メタル層の形成が抑制される。
【００１８】
前記プラズマトーチとしてノントランスファートーチを用いる。そうすると、溶融メタル層の形成が抑制されると共に溶融スラグの飛散も抑制される。
【００１９】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００２０】
本発明に係る焼却残渣の溶融処理方法は、前述の如く、プラズマトーチを有するプラズマ溶融炉に都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣を供給し、プラズマトーチから酸素含有ガスを作動ガスとして供給して焼却残渣を溶融処理する焼却残渣の溶融処理方法であって、前記酸素含有ガスは、前記プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたりの量で、４２Ｎｍ３　以上の酸素を含有するようにしている。即ち、前記プラズマトーチから供給される酸素含有ガス中の酸素量が、プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたりの量で、４２Ｎｍ３　以上となるようにしている。つまり、前記プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量が酸素の量で４２Ｎｍ３　以上（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）となるようにしている。
【００２１】
このようにプラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量が酸素量で４２Ｎｍ３　以上（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）となるようにする［即ち、プラズマトーチから酸素含有ガスを酸素量が４２Ｎｍ３　以上（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）となるように供給する］と、プラズマ溶融炉へ供給された焼却残渣の主成分の酸化物（酸化ケイ素等）は溶融スラグ化すると共に、プラズマトーチから噴出される酸素含有ガスが溶融浴内に取り込まれ、そのガス中の酸素により前記焼却残渣中の金属（鉄分等）が酸化されて酸化物すなわちスラグ（溶融状態のスラグ）となり、前記焼却残渣中主成分の酸化物の溶融スラグの中に取り込まれる。このため、溶融メタル層の形成が抑制される。ひいては、溶融メタルの排出および廃棄処分の不要化がはかれる。同時に、溶融メタル層の形成が抑制されることに起因して、十分に良好なスラグが得られる。このスラグは、砂や石の代替として建設工事等に用いることができる性状のものである。
【００２２】
従って、本発明に係る焼却残渣の溶融処理方法によれば、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣をプラズマ溶融炉により溶融処理するに際し、溶融メタル層の形成が抑制され、これにより、溶融メタルの排出および廃棄処分の不要化がはかれると共に、十分に良好なスラグが得られる。このため、溶融メタル排出作業が不要となり、また、溶融メタルの排出機構を不要とすることも可能となる。
【００２３】
本発明に係る焼却残渣の溶融処理方法において、プラズマトーチから供給される酸素含有ガスが含有する酸素を４２Ｎｍ３　以上、即ち、プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量を酸素量で４２Ｎｍ３　以上（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）としているのは、４２Ｎｍ３　未満にすると、焼却残渣中の金属（鉄分等）の酸化が不充分となり、このため、溶融メタル層が形成し、ひいては溶融メタルの排出および廃棄処分の不要化がはかれなくなるという不具合があるからである。
【００２４】
本発明は、前述の本発明の目的を達成すべく、種々の条件で実験を重ね、得られたデータを解析するという研究を鋭意行い、その結果、得られた知見に基づき完成されたものである。即ち、プラズマトーチを有するプラズマ溶融炉に都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣を供給し、プラズマトーチから酸素含有ガスを作動ガスとして供給して焼却残渣を溶融処理するに際し、プラズマトーチから供給される酸素含有ガスが含有する酸素を４２Ｎｍ３　未満、即ち、プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量を酸素量で４２Ｎｍ３　未満（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）とすると、前述のような不具合があるが、プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量を酸素量で４２Ｎｍ３　以上（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）とすると、焼却残渣中の金属（鉄分等）が酸化されて酸化物すなわちスラグとなり、焼却残渣中主成分の酸化物の溶融スラグ中に取り込まれ、このため、溶融メタル層の形成が抑制され、ひいては、溶融メタルの排出および廃棄処分の不要化がはかれると同時に、十分に良好なスラグが得られるという知見を得、かかる知見に基づき完成されたものである。
【００２５】
本発明において、プラズマトーチとしてトランスファートーチを用いた場合、溶融スラグの飛散が生じる可能性があり、特にプラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量が２００Ｎｍ３　以上において多いときに溶融スラグの飛散が生じる可能性があり、これが繰り返されると、その場合にはプラズマ溶融炉の耐火物が損傷する可能性がある。これに対して、ノントランスファートーチを用いた場合には、溶融スラグの飛散を防止することができ、ひいてはプラズマ溶融炉の耐火物の損傷を防止することができる。
【００２６】
前記プラズマトーチからの酸素含有ガスの供給量を酸素量で４２Ｎｍ３　以上（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）とすることにより、確実に溶融メタル層の形成を抑制することができる。このような溶融メタル層の形成の抑制をより確実なものとするためには、さらに酸素量で６３Ｎｍ３　以上とすることが望ましい。ただし、プラズマトーチとしてトランスファートーチを用いる場合には、このように酸素含有ガスの供給量を増大すると、溶融スラグの飛散の程度が大きくなるので、この点も考慮すると、酸素含有ガスの供給量は酸素量で４２〜４７Ｎｍ３　とすることが望ましい。
【００２７】
本発明において、プラズマトーチから供給する酸素含有ガスとしては、その種類や酸素濃度は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、空気、酸素富化空気を用いることができる。ただし、酸素富化空気を用いる場合には酸素富化のために酸素製造設備が必要となり、コスト高となる。この点からすると、空気を用いることが望ましい。
【００２８】
【実施例】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。比較例は本発明の実施例に対する比較のための例であり、従来技術の例に限定されるものではない。
【００２９】
〔実施例１、比較例１〕
図１に実施例および比較例に係る焼却残渣の溶融処理に用いた設備を示す。この設備においては、プラズマ溶融炉本体１にトランスファートーチ２またはノントランスファートーチ３を挿入することができ、これらのトーチへ電力を供給する電源装置４、空気を供給するコンプレッサ５、および、空気量を制御する調節弁６と空気流量計７が具備されている。都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣（灰）は、灰供給機１２によって溶融炉本体１へ供給・溶融され、内部に溶融浴８が形成される。溶融スラグ９は、この溶融浴８からオーバーフローして排出される。また、溶融浴底レベルには、溶融メタル発生の有無を確認するためのメタル排出孔１０と開孔機１１が設置されている。なお、このメタル排出孔１０および開孔機１１は、溶融メタル発生の有無の調査試験のためのものであり、上記設備が本発明に係る条件で使用される場合には、不要とすることができる。
【００３０】
このような設備を用い、プラズマ溶融炉１に都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣を供給し、プラズマトーチから酸素含有ガスを作動ガスとして供給して焼却残渣を溶融処理した。このとき、プラズマトーチとしてトランスファートーチ２を用い、酸素含有ガスとして空気を用い、このトランスファートーチ２からの空気の供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）をパラメータとして変化させた。即ち、酸素の供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）をパラメータとして変化させた。そして、溶融メタル発生の有無や量等の溶融メタル発生状況、溶融スラグの飛散状況を調べた。なお、溶融メタル発生状況の調査は、溶融処理の途中あるいは終了後に開孔機１１によりメタル排出孔１０を開孔し、溶融炉内物を炉外に出し、これを分析してメタル量を測定するという方法により行った。溶融スラグの飛散状況の調査は、溶融処理の途中に観察し、更に、溶融処理の終了後に溶融炉内壁（耐火物）を観察するという方法により行った。
【００３１】
この結果を試験運転条件とともに表１に示す。プラズマトーチとしては、前述のように、トランスファートーチ２の方を用いた。この表１において、プラズマ空気量は、プラズマトーチ（トランスファートーチ２）からの空気の供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）である。溶融メタル発生量（発生率）は、発生した溶融メタル量の溶融処理物量に対する割合（％）である。溶融メタル発生量（発生率）は、プラズマ空気量の増加に伴って減少し、空気量：２００Ｎｍ３　すなわち酸素量：２００×０．２１＝４２Ｎｍ３　で０％である。
【００３２】
図２に、プラズマ空気量すなわちプラズマトーチ（トランスファートーチ２）からの空気の供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）と、溶融メタル発生率（発生量）との関係をまとめたものを示す。図２に示すように、トランスファートーチ２からの空気の供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）を増加させるに伴って、溶融メタル発生率は低下し、この空気の供給量を２００Ｎｍ３　以上すなわち酸素量４２Ｎｍ３　以上にすると、溶融メタル発生率を０にできること、即ち、溶融メタルの発生を完全に防止できることが確認された。また、トランスファートーチ２からの空気の供給量の増加に伴い、溶融スラグが空気流れで飛散することもわかった。
【００３３】
図３は上記のような溶融メタル発生の防止機構を模式的に示したものである。この図３に示す如く、焼却残渣中に含まれる鉄分（Ｆｅ）は、トランスファートーチ２より噴出される空気が溶融浴内に取り込まれ該空気中の酸素１３により下記の反応を生じて酸化物（スラグ）となり、溶融状態で溶融スラグ中に取り込まれる。焼却残渣中に含まれるＦｅ以外の金属（Ｓｉ等）についても、Ｆｅの場合と同様に溶融浴内に取り込まれた空気中の酸素１３により酸化されて酸化物（スラグ）となり、溶融状態で溶融スラグ中に取り込まれる。このため、溶融メタル層の発生が防止される。なお、図３において、灰供給機１２の右で且つ溶融浴上に記載されたＦｅを○で囲んだもの１４は、灰供給機１２から溶融炉１へ供給された焼却残渣中のＦｅを示すものである。
【００３４】
２Ｆｅ＋３Ｏ２→　Ｆｅ２Ｏ３　
【００３５】
なお、溶融炉内の溶融浴深さは、それが浅いほうがトランスファートーチ２から噴出された空気が溶融浴の底付近にまでいき易く、この空気中の酸素１３により酸化される金属の量（割合）が増え、ひいては溶融メタル層が形成され難く、その量が減少し、得られるスラグの量（割合）が増える。従って、このような点からすると、溶融炉内の溶融浴深さは浅いほうが望ましく、定量的には、全量スラグ化（溶融メタル層を全く生じさせないこと）のためには４５０ｍｍ　以下とすることが望ましく、更には７０ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３６】
〔実施例２〕
前記実施例１に係る焼却残渣の溶融処理に際し、トランスファートーチ２からの空気の供給量が多い場合、前述のように溶融スラグが空気流れで飛散した。このような焼却残渣の溶融処理を繰り返して行うと、プラズマ溶融炉内の耐火物に若干の損傷がみられるようになった。
【００３７】
この損傷機構については、図４に示すようにトランスファートーチ２より噴出した空気により溶融スラグが飛散し、この飛散した溶融スラグ１５が耐火物に直接ぶつかったためと考えられた。
【００３８】
このような噴出空気による溶融スラグの飛散を防ぐためにはトーチ先端とスラグ浴面の距離を大きくすることが最も有効であるが、トランスファートーチ２ではトーチに陽極のみがあり、スラグ浴を陰極としてアークを形成しているため、トーチ先端とスラグ浴面の距離を大きくするとアークが消失してしまうという問題が浮上した。
【００３９】
そこで、本発明者らは、トーチ自身で陽極と陰極を持つためにアーク消失を招かずにトーチとスラグ浴面の距離を自由に大きくできるノントランスファートーチ３を用い、図５に示すようにトーチ３とスラグ浴面の距離を大きくして、前記実施例１および比較例１の場合と同様の焼却残渣溶融処理運転を行った。即ち、トランスファートーチ２に代えてノントランスファートーチ３を用い、トーチとスラグ浴面の距離を大きくした条件にし、この点を除き前記実施例１および比較例１の場合と同様の焼却残渣溶融処理運転を行った。
【００４０】
この結果を試験運転条件とともに表２に示す。この表２において、プラズマ空気量は、ノントランスファートーチ３からの空気の供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）である。溶融メタル発生量（発生率）は、表１の場合と同様である。
【００４１】
図６に、プラズマ空気量すなわちプラズマトーチ（ノントランスファートーチ３）からの空気供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）と、溶融メタル発生率（発生量）との関係をまとめたものを示す。図６に示す如く、ノントランスファートーチ３からの空気供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）を増加させるに伴って、溶融メタル発生率は低下し、この空気の供給量を２００Ｎｍ３　以上すなわち酸素量４２Ｎｍ３　以上にすると、溶融メタル発生率を０にできること、即ち、溶融メタルの発生を完全に防止できることが確認された。また、ノントランスファートーチ３からの空気供給量が２００Ｎｍ３　以上に増加しても、溶融スラグの飛散は発生せず、プラズマ溶融炉内の耐火物に損傷を与えないことが確認された。なお、この場合、図５に示すように、溶融スラグ浴から飛び上がる量は少なく、また、溶融スラグ浴から飛び上がった溶融スラグは落下して溶融スラグ浴に戻り、溶融炉内の耐火物にまで飛散するにはいたらないので、溶融炉内の耐火物に損傷を与えることはない。
【００４２】
なお、上記実施例および比較例（実施例１および比較例１、実施例２および比較例２）においては、プラズマトーチから作動ガスとして供給する酸素含有ガスとして空気を用いたが、これに代えて酸素富化空気等を用いた場合も上記実施例および比較例の場合と同様の傾向の結果が得られる。即ち、プラズマトーチからの空気供給量（プラズマ溶融炉へ供給される焼却残渣１ｔあたり）を増加させるに伴って、溶融メタル発生率は低下し、この空気の供給量を２００Ｎｍ３　以上すなわち酸素量４２Ｎｍ３　以上にすると、溶融メタル発生率を０にでき、溶融メタルの発生を完全に防止できる。また、プラズマトーチとしてノントランスファートーチ３を用いる場合には、そのトーチ３からの空気供給量が２００Ｎｍ３　以上に増加しても、溶融スラグの飛散は発生せず、プラズマ溶融炉内の耐火物に損傷を与えない。
【００４３】
【表１】
2004028539.tif 000003
【００４４】
【表２】
2004028539.tif 000004
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る焼却残渣の溶融処理方法によれば、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却残渣をプラズマ溶融炉により溶融処理するに際し、溶融メタル層の形成が抑制され、これにより、溶融メタルの排出および廃棄処分の不要化がはかれると共に、十分に良好なスラグが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例および比較例に係る焼却残渣の溶融処理に用いた設備の概要を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１および比較例１に係るプラズマ空気量と溶融メタル発生率との関係を示す図である。
【図３】本発明に係る焼却残渣の溶融処理方法における溶融メタル発生の防止機構を示す模式図である。
【図４】プラズマトーチとしてトランスファートーチを用いた場合の溶融スラグの飛散の状況を示す模式図である。
【図５】プラズマトーチとしてノントランスファートーチを用いた場合に溶融浴から飛び上がった溶融スラグが落下して溶融浴に戻る状況を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例２および比較例２に係るプラズマ空気量と溶融メタル発生量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・プラズマ溶融炉、　２・・・トランスファートーチ、
３・・・ノントランスファートーチ、　４・・・プラズマ電源装置、
５・・・空気圧縮機、　６・・・空気調節弁、　７・・・空気流量計、
８・・・スラグ浴、　９・・・溶融スラグ、　１０・・・メタル排出孔、
１１・・・開孔機、　１２・・・灰供給機、　１３・・・酸素、
１４・・・焼却残渣中のＦｅ、　１５・・・飛散スラグ。
【図１】
2004028539.tif 000005
【図２】
2004028539.tif 000006
【図３】
2004028539.tif 000007
【図４】
2004028539.tif 000008
【図５】
2004028539.tif 000009
【図６】
2004028539.tif 000010