(57)【要約】【課題】乾留ガス化のための非酸化性ガスを容易に得ることができ、且つ乾留残さから容易に金属を分離することができる。【解決手段】ごみ焼却処理及び再資源化システムは、電気抵抗加熱方式を採用し、炭化物を用いてごみ焼却灰中の酸化金属を還元溶融して金属とスラグとを分離するごみ焼却灰溶融炉１と、ごみ焼却灰溶融炉１で金属とスラグとを分離することで得られるガスを非酸化性ガスとして利用して乾留する乾留装置２と、少なくとも金属類と炭化物を含んで乾留装置２で得られる乾留残さ２０７をごみ焼却灰溶融炉１に送り込む乾留残さ送出制御装置８と、を備える。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗加熱方式を採用し、炭化物を用いてごみ焼却灰中の酸化金属を還元溶融して金属とスラグとを分離するごみ焼却灰溶融炉と、
前記ごみ焼却灰溶融炉で金属とスラグとを分離することで得られるガスを非酸化性ガスとして利用して乾留する乾留装置と、
少なくとも金属類と炭化物を含んで前記乾留装置で得られる乾留残さを前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さ送出装置と、
を備えたことを特徴とするごみ焼却処理及び再資源化システム。
【請求項２】
前記乾留残さ送出装置は、前記ごみ焼却灰溶融炉における条件又は前記乾留残さの条件の少なくとも一方の条件に基づいて、前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さの量を制御することを特徴とする請求項１記載のごみ焼却処理及び再資源化システム。
【請求項３】
電気抵抗加熱方式を採用し、炭化物を用いてごみ焼却灰中の酸化金属を還元溶融して金属とスラグとを分離するごみ焼却灰溶融炉と、
非酸化性ガスにより乾留する乾留装置と、
少なくとも金属類と炭化物を含んで前記乾留装置で得られる乾留残さを前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さ送出装置と、
を備えたことを特徴とするごみ焼却処理及び再資源化システム。
【請求項４】
前記乾留残さ送出装置は、前記ごみ焼却灰溶融炉における条件又は前記乾留残さの条件の少なくとも一方の条件に基づいて、前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さの量を制御することを特徴とする請求項３記載のごみ焼却処理及び再資源化システム。
【請求項５】
ごみ焼却灰中の酸化金属を金属とスラグとに分離するごみ焼却灰溶融炉と、
前記ごみ焼却灰溶融炉で金属とスラグとを分離することで得られるガスを非酸化性ガスとして利用して乾留する乾留装置と、
を備えたことを特徴とするごみ焼却処理及び再資源化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物・産業廃棄物焼却灰、下水汚泥焼却灰或いは汚染土壌焼却灰等のごみ焼却灰から金属とスラグとを分離するごみ焼却灰溶融炉と、非酸化性ガスにより乾留する乾留装置とを備え、乾留装置で得た乾留ガスを燃焼させることにより高温ガスと燃焼熱をボイラーで熱回収し発電するごみ焼却処理及び再資源化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用済みの自動車等のシュレッダーダストを酸化雰囲気で一気に燃焼を完結させる直接燃焼系技術と、そのようなシュレッダーダストを一旦乾留して乾留ガスと乾留残さとに分けて焼却する熱分解、乾留ガス化系技術とに分類される。そして、熱分解、乾留ガス化系技術は、酸化燃焼を伴わずにプラスチック等から可燃ガスを取り出す技術であり、例えば、高温の非酸化性ガスにより乾留する方式と、電気誘導加熱により乾留する方式とがある。例えば、乾留技術は特許文献１や特許文献２などで開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０８−２９０１４８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０７７３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この乾留ガス化系技術では、乾留ガス化や乾留残さの再資源化に次のような問題が発生している。
（１）乾留ガス化のためには高温の非酸化性ガスをつくる必要がある。
（２）乾留残さを再資源化しようとした場合、乾留残さからメタルを分離するには高度な精錬技術が必要になる。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、乾留ガス化のための非酸化性ガスを容易に得ることができ、且つ乾留残さから容易にメタルを分離することができるごみ焼却処理及び再資源化システムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、請求項１記載の発明に係るごみ焼却処理及び再資源化システムは、電気抵抗加熱方式を採用し、炭化物を用いてごみ焼却灰中の酸化金属を還元溶融して金属とスラグとを分離するごみ焼却灰溶融炉と、前記ごみ焼却灰溶融炉で金属とスラグとを分離することで得られるガスを非酸化性ガスとして利用して乾留する乾留装置と、少なくとも金属類と炭化物を含んで前記乾留装置で得られる乾留残さを前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さ送出装置と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明に係るごみ焼却処理及び再資源化システムは、請求項１記載の発明に係るごみ焼却処理及び再資源化システムにおいて、前記乾留残さ送出装置が、前記ごみ焼却灰溶融炉における条件又は前記乾留残さの条件の少なくとも一方の条件に基づいて、前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さの量を制御することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３記載の発明に係るごみ焼却処理及び再資源化システムは、電気抵抗加熱方式を採用し、炭化物を用いてごみ焼却灰中の酸化金属を還元溶融して金属とスラグとを分離するごみ焼却灰溶融炉と、非酸化性ガスにより乾留する乾留装置と、少なくとも金属類と炭化物を含んで前記乾留装置で得られる乾留残さを前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さ送出装置と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４記載の発明に係るごみ焼却処理及び再資源化システムは、請求項３記載の発明に係るごみ焼却処理及び再資源化システムにおいて、前記乾留残さ送出装置が、前記ごみ焼却灰溶融炉における条件又は前記乾留残さの条件の少なくとも一方の条件に基づいて、前記ごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さの量を制御することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５記載の発明に係るごみ焼却処理及び再資源化システムは、ごみ焼却灰中の酸化金属を金属とスラグとに分離するごみ焼却灰溶融炉と、前記ごみ焼却灰溶融炉で金属とスラグとを分離することで得られるガスを非酸化性ガスとして利用して乾留する乾留装置と、を備えたことを特徴としている。
ここで、例えば、使用済みの自動車等のシュレッダーダストを乾留することで、金属類と炭化物を含んだ乾留残さが得られる。このようなことから、請求項１及び３記載の発明では、乾留装置で得られるそのような乾留残さをごみ焼却灰溶融炉に送り込むことで、乾留残さ中の炭化物を還元剤として利用して、ごみ焼却灰を還元溶融により金属とスラグとを分離するとともに、その乾留残さ中の金属類についても金属とスラグとに分離する。
【００１１】
また、ごみ焼却灰溶融炉を最適に機能させることや還元溶融に必要な還元剤の量等を考慮する必要があり、このようなことから、請求項２及び４記載の発明では、そのような点を考慮してごみ焼却灰溶融炉に送り込む乾留残さの量を制御している。
また、請求項１及び５記載の発明では、乾留装置が、ごみ焼却灰溶融炉で金属とスラグとを分離することで得られるガスを非酸化性ガスとして利用して乾留している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態であるごみ焼却処理及び再資源化システムの構成を示す。このごみ焼却処理及び再資源化システムは、使用済みの自動車等のシュレッダーダストを一旦乾留して乾留ガスと乾留残さとに分けて焼却する熱分解、乾留ガス化系であり、高温の非酸化性ガスにより乾留する方式を採用して構成したシステムである。
【００１３】
図１において、１はごみ焼却灰溶融炉であり、２は乾留装置であり、３は加熱装置であり、４は一次燃焼塔であり、５はボイラであり、６は発電機であり、７はバルブ制御装置であり、８は乾留残さ送出制御装置であり、９は誘導炉であり、１０は二次燃焼塔であり、１１は冷却塔であり、１２はバグフィルタであり、１３は活性炭吸着塔である。
【００１４】
このような構成をなすごみ焼却処理及び再資源化システムは次のようにごみ焼却処理及び再資源化を行う。
ごみ焼却灰溶融炉１は、ごみ焼却灰を電気抵抗により還元溶融する方式のごみ焼却灰電気抵抗式還元溶融炉である。このごみ焼却灰溶融炉１には、燃焼灰１０１及び原料１０２が投入されるとともに、乾留残さ送出制御装置８を介して乾留装置２から乾留残さ２０７が送り込まれている。
【００１５】
後で詳述するが、乾留装置２の乾留残さには、金属類と炭化物とが含まれており、このごみ焼却灰溶融炉１では、その乾留残さ中の炭化物を還元剤として利用した還元溶融によって、メタル１０８とスラグ１０９とが分離されて取り出される。さらに、乾留装置２の乾留残さが金属類を含んでいることから、ごみ焼却灰１０１と同様に還元溶融される。よって、ごみ焼却灰溶融炉１にて取り出すことができるメタル１０８とスラグ１０９には、もともと乾留残さ中に含まれていた金属類であったものも含まれている。
【００１６】
その一方で、ごみ焼却灰溶融炉１では、この溶融処理においてＣＯ（一酸化炭素）ガスを主成分とする還元性排気ガスが大量に発生する。例えば、高温還元性排気ガスのガス温度は６００℃程度ある。ごみ焼却灰溶融炉１は、その上部で乾留装置２とダクトにより接続されており、ごみ焼却灰溶融炉１で発生するこの還元性排気ガス２０１をこのダクトを介して乾留装置２に送出する。
【００１７】
乾留装置２には、例えば使用済み自動車等のシュレッダーダスト１０３が投入されており、ごみ焼却灰溶融炉１から送り込まれてくる還元性排気ガス２０１を非酸化性ガスとして乾留する。このとき乾留を無酸素状態で行う。これにより、乾留装置２では、還元性排気ガス２０１によりシュレッダーダストが乾留ガス化される。乾留装置２は、この乾留ガス２０２を、この乾留ガス化に使用した還元性排気ガス２０１と混合した状態で一次燃焼塔４に送出する。
【００１８】
一次燃焼塔４では、乾留ガス中の可燃ガスを燃焼させて、ボイラ５で熱回収し、発電機６による発電等が行われる。ここで、例えば、乾留ガス中の可燃ガスとしては、ＣＨ４，Ｃ２Ｈ６，Ｃ３Ｈ８，ｔ−Ｃ４Ｈ１０，ｎ−Ｃ４Ｈ１０が挙げられる。
一方、一次燃焼塔４は、その排ガス２０３を予熱装置３に送出する。予熱装置３は、その排ガス２０３の熱を利用して、乾留装置２を予熱する。予熱装置３は、例えば排ガス２０３を乾留装置２の周囲を循環させることで、当該乾留装置２を予熱するように構成されている。
【００１９】
バルブ制御装置７は、このように乾留装置２を予熱する予熱装置３への排ガス２０３の供給を制御する。具体的には、一次燃焼塔４は、乾留装置２や冷却塔１１との間を供給路でそれぞれ接続されており、バルブ制御装置７は、各供給路の途中に設けた各バルブ１４，１５の開閉を制御することで、予熱装置３への排ガス２０３への供給を制御している。
【００２０】
ここで、一般的に、ＣＯガスの燃焼温度は７００℃〜８００℃程度とされており、その一方で、前述したように、ごみ焼却灰溶融炉１から乾留装置２に送られてくる還元性排気ガス２０１はその主成分がＣＯガスである。よって、乾留装置２で非酸化性ガスとして利用する還元性排気ガス２０１が燃焼しないようにするためには、その燃焼反応する温度以下に還元性排気ガス２０１のガス温度を保つ必要がある。例えば、還元性排気ガス２０１のガス温度を、４００℃から６００℃程度、或いはそれ以下にする必要がある。
【００２１】
このようなことから、バルブ制御装置７により、各供給路の途中に設けた各バルブ１４，１５の開閉を適宜制御することで、予熱装置３への排ガス２０３への供給を制御し、還元性排気ガス２０１のガス温度を４００℃から６００℃程度、或いはそれ以下にしている。
例えば、バルブ制御装置７の制御により、一次燃焼塔４から予熱装置３に供給する排ガス２０３を減少させれば、還元性排気ガス２０１のガス温度の加熱を抑えることができ、一次燃焼塔４から予熱装置３に供給する排ガス２０３を増加させれば、還元性排気ガス２０１のガス温度を、高温で加熱することができる。また、ごみ焼却灰溶融炉１から乾留装置２に送り込まれてきた時点での還元性排気ガス２０１のガス温度が、４００℃から６００℃程度、或いはそれ以下である場合には、一次燃焼塔４から予熱装置３に排ガス２０３を供給しないようにすれば、乾留装置２での還元性排気ガス２０１のガス温度を４００℃から６００℃程度、或いはそれ以下で維持することができる。このような関係を利用して、バルブ制御装置７の制御により、還元性排気ガス２０１のガス温度を４００℃から６００℃程度、或いはそれ以下にしている。
【００２２】
予熱装置３は、予熱に利用した排ガス２０３を二次燃焼塔１０に送出する。二次燃焼塔１０では、送り込まれてくる排ガス２０３を完全燃焼させて、さらに、ダイオキシン分解のために８００℃以上に上昇させる。二次燃焼塔１０は、その排ガス２０４を冷却塔１１に送出する。
なお、予熱装置３に一次燃焼塔４からの排ガス２０３を供給する必要がなければ、乾留装置２の温度制御のことを考慮する必要がないことから、一次燃焼塔４で、排ガスを完全燃焼させて、ダイオキシン分解のために８００℃以上にすることもできる。よって、このような場合には、予熱装置３や二次燃焼塔１０の設置が不要になる。
【００２３】
冷却塔１１では、二次燃焼塔１０或いは一次燃焼塔４から送り込まれてくる排ガス２０３，２０４を２００℃以下に急冷却する。冷却塔１１でこのような急冷却処理をすることで、排ガス２０中のダイオキシンの再合成が防止される。そして、この冷却塔１１で冷却された排ガス２０５に消石灰１０４を添加して塩素を除去する。
【００２４】
バグフィルタ１２では集じんを行い、飛灰１０５を捕集している。そして、このように捕集したして飛灰１０５を山元還元する。一方、バグフィルタ１２での集じん後の排ガス２０６は、活性炭吸着塔１３でダイオキシンを除去した上で煙突から大気に放出される。
一方で、前記乾留装置２の乾留処理により得られた乾留残さは、乾留残さ送出制御装置８に送出される。ここで、乾留残さは、例えば、炭化物、鉄、銅等の金属や灰からなる。
【００２５】
乾留残さ送出制御装置８は、ごみ焼却灰溶融炉１や誘導炉９への乾留残さの送出量を制御している。
前述したように、ごみ焼却灰溶融炉１では、電気抵抗による還元溶融によりメタル１０８とスラグ１０９とが分離しており、その還元溶融に使用する還元剤としての乾留残さを乾留残さ送出制御装置８を介して乾留装置２から得ている。その一方で、ごみ焼却灰溶融炉１で還元溶融するには、最適な乾留残さの量が存在する。例えば、ごみ焼却灰電気抵抗式還元溶融炉であるごみ焼却灰溶融炉１の場合、電気抵抗を利用して還元溶融していることから、導電性の金属類をも含む乾留残さが過剰に供給されてしまうと、その電導性により電気抵抗が得られなくなり、ごみ焼却灰溶融炉１として最適に機能しなくなる。
【００２６】
このようなことから、ごみ焼却灰溶融炉１における条件又は乾留残さ２０７の条件、具体的には、ごみ焼却灰溶融炉１の処理特性、或いは投入される燃焼灰１０１の量、供給する乾留残さ（乾留装置２で得られる乾留残さ）の成分（例えば、導電性の金属類、炭化物の成分割合）に応じて、乾留残さ送出制御装置８により、乾留装置２からごみ焼却灰溶融炉１に供給する乾留残さの量を制御している。
【００２７】
ごみ焼却灰溶融炉１で還元溶融により得る導電性の金属類、炭化物の量を１％〜５％以下に抑えて操業するような場合、ごみ焼却灰溶融炉１への乾留残さの混入率を焼却灰１０１に対し１％〜５％に抑えることが肝要で、具体的には、ごみ焼却灰溶融炉１での被溶融物に含まれるＦｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｐｂ等の重金属酸化物総含有量に対し乾留残さ中の炭化物の量が３０％〜６０％になるように、乾留残さ送出制御装置８により、ごみ焼却灰溶融炉１に供給する乾留残さの量を制御する。
【００２８】
このようにごみ焼却灰溶融炉１に供給する乾留残さの量を制御することで、ごみ焼却灰溶融炉１が最適状態で処理できるようになる。
一方、誘導炉９では、乾留残さ送出制御装置８から送り込まれた乾留残さ２０７を溶融しメタル１０６とスラグ１０７とに分離する。
このようなごみ焼却処理及び再資源化システムにおける効果は次のようになる。
【００２９】
前述したように、ごみ焼却灰溶融炉１で還元溶融により得られる還元性排気ガス２０１を、乾留装置２にて非酸化性ガスとして利用し、乾留しているので、乾留ガス化のために特別に高温の非酸化性ガスをつくる必要もない。よって、経済的なシステムを提供することができるとともに、ごみ焼却灰溶融炉１の廃熱回収をすることができる。
【００３０】
また、前述したように、金属類や炭化物からなる乾留残さをごみ焼却灰溶融炉１を投入することで、乾留残さ中の炭化物を還元剤として乾留残さを利用するとともに、乾留残さ中の金属類もごみ焼却灰と一緒に還元溶融してメタルとスラグとを取り出し、それぞれ再資源化することができる。
すなわち、乾留残さ中からメタルを分離するために高度な精錬技術を要することなく、ごみ焼却灰溶融炉１の還元溶融を利用して、乾留残さからメタルを取り出し、再資源化することができる。
【００３１】
そして、ごみ焼却処理及び再資源化システムは、ごみ焼却灰溶融炉１で還元溶融により得られる還元性排気ガス２０１を非酸化性ガスとして利用し乾留装置２で乾留し、さらには、乾留装置２で得た乾留残さをごみ焼却灰溶融炉１で還元剤として利用する、といったように、物質を有効利用することで外部にそれら物質を放出しないサイクル的なシステムを提供することができる。
【００３２】
また、前述したように、ごみ焼却灰溶融炉１での被溶融物に含まれるＦｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｐｂ等の重金属酸化物総含有量に対し乾留残さ中の炭化物の量が３０％〜６０％になるように、ごみ焼却灰溶融炉１に供給する乾留残さの量を制御している。これにより、重金属酸化物がほとんど還元されることにより、最終的にスラグと重金属とを比重分離させることができる。さらに、次のような効果もある。
【００３３】
例えば、還元溶融炉の炉壁耐火物にはカーボン材を使用し、また電気抵抗炉の場合、電極として黒鉛を使用している。このような装置環境下で、カーボン（炭化物）添加量が少ない場合、重金属の還元反応によりこれらカーボンが反応するようになるため、耐火物や電極が損傷してしまう。また、カーボン添加量がかなり少ない場合、重金属の還元反応が十分に行われなくなり、重金属とスラグの比重分離が難しくなり、スラグ中に重金属が残留してしまう。
【００３４】
その一方で、カーボン添加量が過剰である場合、炉内の被溶融物抵抗値が低くなりジュール加熱（ＲＩ２；Ｒは抵抗値、Ｉは電流値）の発熱量が少なくなり、溶融がうまくできなくなる。また、カーボン添加量がさらに過剰な場合、炉表面にカーボンが凝集し、炉表面で短絡が発生してしまう。そして、このような場合には、電気の供給を停止しなければならなくなり、これにより、運転を中止しなければならなくなる。
【００３５】
よって、重金属酸化物総含有量に対して乾留残さ中の炭化物の量が３０％〜６０％になるようにごみ焼却灰溶融炉１に供給する乾留残さの量を制御する、というように、最適量の炭化物を供給することで、前述したような問題が発生してしまうことを防止できる。
なお、前述の実施の形態では、本発明を具体的に説明したが、これに限定されないことはいうまでもない。
【００３６】
すなわち、ごみ焼却灰溶融炉１に送り込む乾留残さの量については、上述の実施の形態に限定されないことはいうまでもない。
また、ごみ焼却処理及び再資源化システムの構成は、前述の実施の形態に限定されないことはいうまでもない。すなわち例えば、ごみ焼却処理及び再資源化システムは、少なくともごみ焼却灰溶融炉１及び乾留装置２、さらには乾留残さ送出制御装置８を備えていればよく、他の部分は違う構成となってもよい。
【００３７】
また、前述の実施の形態では、乾留装置２からごみ焼却灰溶融炉１に供給する乾留残さの量の制御を、ごみ焼却灰溶融炉１における条件及び乾留残さ２０７の条件に基づいて行っている。しかし、ごみ焼却灰溶融炉１における条件又は乾留残さ２０７の条件の少なくとも一方の条件に基づいて、乾留装置２からごみ焼却灰溶融炉１に供給する乾留残さの量の制御を行うようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び３記載の発明によれば、少なくとも金属類と炭化物を含んで乾留装置で得られる乾留残さをごみ焼却灰溶融炉に送り込むことで、乾留残さ中の炭化物を還元剤として利用して、ごみ焼却灰を還元溶融により金属とスラグとを分離するとともに、乾留残さ中の金属類についても金属とスラグとに分離することができる。よって、ごみ焼却灰溶融炉で金属を還元溶融するために必要な還元剤として乾留装置で得られる乾留残さを利用することができるとともに、高度な精錬技術を要することなく乾留残さ中から金属を取り出し、再資源化することができる。
【００３９】
また、請求項１及び５記載の発明によれば、ごみ焼却灰溶融炉で金属とスラグとを分離することで得られるガスを非酸化性ガスとして利用して乾留ガス化しているので、乾留ガス化のために特別に高温な非酸化性ガスをつくる必要もない。これにより、経済的なシステムを提供することができるとともに、ごみ焼却灰溶融炉の廃熱回収をすることができる。
【００４０】
さらに、請求項１記載の発明によれば、ごみ焼却灰溶融炉で還元溶融により得られる還元ガスを非酸化性ガスとして利用して乾留装置で乾留したり、さらには、乾留装置で得た乾留残さをごみ焼却灰溶融炉で還元剤として利用する、といったように、物質を有効利用することで外部にそれら物質を放出しないサイクル的なシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるごみ焼却処理及び再資源化システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１　ごみ焼却灰溶融炉
２　乾留装置
３　加熱装置
４　一次燃焼塔
５　ボイラ
６　発電機
７　バルブ制御装置
８　乾留残さ送出制御装置
９　誘導炉
１０　二次燃焼塔
１１　冷却塔
１２　バグフィルタ
１３　活性炭吸着塔
１０１　ごみ焼却灰
１０８　メタル（金属）
１０９　スラグ
２０１　還元性排気ガス（非酸化性ガス）
２０７　乾留残さ
【図１】
2004122078.tif 000003