(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般ごみや産業廃棄物等の処理用ごみを適宜のサイズに破砕した破砕物を加熱して熱分解ガスと可燃性固形分とを生成させるロータリキルンと、該ロータリキルンの出口側に連なり、ロータリキルン内で発生した熱分解ガスを燃焼させ、ごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気を加熱するための燃焼ガスを発生させる火炉と、該火炉中の可燃性固形分が後燃焼装置を経て高温状態のまま投入され、可燃性固形分から金属溶湯上に金属類を含まない溶融スラグを生成する還元溶融炉とを備えるごみ処理設備において、  前記ロータリキルンには、
低酸素状態において処理用ごみを加熱すべく、前記破砕物に炉殻を貫通して粉炭を供給するスクープフィーダと、
ごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気を加熱して生成された高温ガスを、破砕物が投入される投入シュートの下方から破砕物堆積層に吹きつけ、処理用ごみを乾燥および予熱する多段式環状通路を形成した予熱用空気供給装置と、
上記高温ガスをさらに熱風炉により８００℃以上に昇温して得た熱ガスを、前記多段式環状通路の外周側通路から破砕物堆積最下層に着火用高温ガスとして供給するため、その開口部を内周側通路の開口部よりもロータリキルン内の下流側であって粉炭供給域の手前に位置させた着火用空気供給装置と、
が備えられ、
前記後燃焼装置は、前記火炉の下部に位置してロータリキルンから排出された直後の可燃性固形分中の熱分解カーボン量を低減させることができるようにしていることを特徴とするごみ処理設備。
【請求項２】
前記多段式環状通路を形成する各段通路は、ロータリキルンの周方向に並べられた複数個の金属製円弧状通路ブロックからなっていることを特徴とする請求項１に記載されたごみ処理設備。
【請求項３】
前記円弧状通路ブロックには、ロータリキルンの長手方向に延びて周方向に複数のセルが並ぶように画成する仕切壁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載されたごみ処理設備。
【請求項４】
前記円弧状通路ブロックには環状通路各段の境界をなす内周壁が形成され、前記仕切壁は該内周壁からロータリキルンの半径方向外方へ延びていることを特徴とする請求項３に記載されたごみ処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はごみ処理設備に係り、詳しくは、ごみ等の廃棄物を熱分解し、熱分解ガスと共に発生した可燃性固形分を高温で還元溶融することにより重金属を含まないクリーンな溶融スラグを得て、一般ごみや産業廃棄物等から天然岩石の組成に近い無害化されたコンクリート用人工骨材等を製造することができるごみの一貫処理技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
既存のごみ焼却設備から出るごみ焼却灰は、埋め立て処分するか単に投棄するしか方法がないのが現状である。しかし、焼却灰には有害物質や重金属類はもちろんのこと最近特に注目されている猛毒のダイオキシンが含まれることもあり、環境破壊や健康被害を招くことが頻繁に指摘されている。さらには投棄場も手狭となってきており、そのうえ新たな処分場の確保も困難となりつつある。
【０００３】
そこで、この焼却灰の減容化と共にごみの再資源化の試みが多方面で検討されるようになり、その打開策の一つとして、焼却灰の溶融化が注目を浴びている。ごみに溶融操作を施して生成されたスラグをガラス状に固化させれば、有害不純物や重金属類をスラグの結晶格子間に封じ込めることができ、これを土木資材として再利用することができるという点で大きな期待が寄せられている。
【０００４】
しかしながら、化学的に安定したガラス質スラグに封じ込められたとはいえども有害不純物元素または重金属類が残存していることには変わりがなく、高々路盤材といった程度の人目につきにくい土木資材としての限定的な用途に供し得るにすぎない。ましてや、大量のごみが今後も発生することを考慮すれば、路盤材の過剰供給は十分に予測されるところであり、いずれは再利用の途も狭められることになる。
【０００５】
それのみならず、最近の研究や実地調査等によれば、上記したごとくの処理によって有害物質等をスラグに固定しておけば安全であるという神話は薄れつつある。それは、無害化処理されたはずの重金属等とりわけ鉛が経年変化したスラグから溶出するといった例が報告されるようになってきているからである。したがって、路盤材として大量に使用されることになれば、身近な生活環境が著しく損なわれる事態の発生は目に見えるところにまで来ているといって過言でない。
【０００６】
一方、上記した焼却灰を後処理する以前の技術的課題として、焼却時にプラスチック廃材等を混入させていると、これが不完全燃焼する際にごみ中の金属化合物を触媒として塩素系物質からダイオキシンが生成されるという問題がある。それが大量に直接大気中へ放出されているという事実も判明し、大きな社会問題となってきている。
【０００７】
これは、焼却炉内での不完全燃焼操業やダイオキシンを分解させ得ない８００℃以下の低温焼却操業が放置されていたり、高温焼却に耐える炉構造への改善や転換が追いついていないことに原因している。とりわけごみ発生量の少ない地域に立地する焼却炉では不連続操業が余儀なくされることから、この問題がひときは大きくとり挙げられていることは周知のとおりである。
【０００８】
このような問題の解決は急務であり、その解決策の一つとして注目を浴びてきているのがごみのガス化溶融処理技術である。これは、ごみの焼却と焼却灰の溶融とを連続的に処理する一貫設備としたものであり、低酸素状態でごみを熱分解し、発生した可燃性ガスおよび可燃性の固形分を高温燃焼させることにより、無機物を溶融させるという思想に基づいている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような熱分解式のガス化溶融処理炉においては、ごみの焼却処理と１，３５０℃以上の高温燃焼による焼却灰の溶融スラグ化処理とを密閉された炉内で行うことになるので、ダイオキシンが生成されても焼却排ガスが大気に放出されるまでに分解しておくことができ、ダイオキシン問題を一気に解決することができる。
【００１０】
しかし、その一方で、生成された溶融スラグを急冷して水砕スラグを製造しても、元々ごみに含まれていた有害不純物元素や重金属類は依然として内在しており、前述したごとく無害化された再資源として活用するにはほど遠く、恒久的には実用に供しがたい。
【００１１】
これは、溶融操作時に可燃性有害物質を焼却することができても、不燃性の有害な重金属分を溶融スラグから分離する操作が施されておらず、もちろん分別排出する方式も採用されていないからである。それは、炉体構造や溶融方式にも基因して、分離するための処理操作が不可能であるからに外ならない。それゆえに有価物を回収するということもなく、ごみの減容化と目先の再利用を促すにとどまる。
【００１２】
ところで、本発明者は、ごみ焼却炉から発生した焼却灰に後処理を施し、クリーンなスラグを生成する方法や装置を、特開平９−１５６９９１号公報において提案し、その実証も既に成功裏に済ませている。これによれば、焼却灰から揮発性物質や有害不純物元素を除去する一方で、有価物である金属類を無酸化状態で生成して金属資源の回収を可能にする。同時に溶融スラグの無害化を図り、そのスラグを再結晶させることによって天然砂利等と同等の組成や性質を有した緻密なコンクリート用人工骨材といった極めて有用な建築土木資材を提供できるようにしている。
【００１３】
この処理技術を、以下簡単に紹介する。焼却設備から持ち込まれた焼却灰は溶融のために電気溶融炉へ投入される。このとき、天然石等と同様の組成を有した人工砂利等を生成させるに必要な量の副資材例えばドロマイトも添加される。リサイクル品としての人工砂利等には有害な重金属が含まれないようにしておく必要がありかつ有用な金属資源を回収できるように、コークスブリーズも適量が追加される。これらが混合された原料を１，５００℃以上で加熱して残存可燃物を燃焼させると共に溶融してスラグを生成し、同時に還元反応を進行させると、焼却灰に含まれていた金属元素が可及的に溶融スラグから分離される。
【００１４】
ところで、還元反応を伴う溶融操作は、炉内を静かな状態に保っておかなければならない。電気溶融炉で原料を加熱するためにアークを飛ばすと、粉粒状の原料がアークによって攪乱され、均一な溶融は実現されがたい。また還元された金属元素が原料に混入するなどし、一つの空間をなす炉から金属分と非金属分とを分離して取り出すことができなくなるからである。
【００１５】
そこで、電気溶融炉においては還元反応により発生するＣＯガスでフォーミングスラグを形成させ、電極下部周囲を覆うことによってアークの発生を可及的に抑え、原料を電気抵抗熱により加熱するようにしている。このようにしておけば焼却灰等を静かに溶融することができる一方、原料と共に投入されるコークスなどにより原料中の金属酸化物が還元され、金属を分離することができる。
【００１６】
還元された金属成分は比重が大きく原料層内を滴下するが、原料中の金属分の多くは鉄系金属であるので、炉底には溶融銑鉄層が形成される。溶融された原料は副資材によって適度なＭｇＯを含むように成分調整されており、金属分を可及的に含まずＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 の三元系化された原料がＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯの四元系に改質され、再結晶させれば天然石と同等の組成や組織を有した固化スラグとなる溶融スラグが生成される。これは比重が金属のそれより低いために、スラグ層をなして溶融銑鉄上に浮遊する。
【００１７】
生成されたスラグは溶融銑鉄層より上に設けられた出滓口から取り出されて鋳型で鋳造され、それを所望サイズに破砕して熱処理炉に投入される。鋳造時の一次再結晶操作と熱処理炉における二次再結晶操作により、スラグからは緻密な組織を有すると共に重金属分を可及的に含まない無害化された人工砂利等が得られる。一方、溶融銑鉄も炉底に近い出銑口から適宜取り出され、別途鋳物用原料銑等として使用することができる。
【００１８】
このようにして製造されたスラグは単に路盤材などとして利用できるにとどまらず、コンクリート用人工骨材といった高級な建築土木資材への積極的な用途拡大を可能にする。なぜなら、この固化スラグは前記した水砕スラグのように急冷によってガラス化した非晶質なものとは異なり、再結晶物であって組織は緻密で天然岩石のように恒久的安定性を有する。ましてや重金属などの有害物質を含まないためコンクリート製建造物に適用しても生活環境が汚染されることもない。これから分かるように、天然砂利や河川砂の代替品として有用な資材を提供することができ、また砂利採取による自然環境の破壊や天然資源の枯渇を抑制することにもおおいに寄与する。
【００１９】
上記の処理に供される原料の大部分は、ごみ焼却炉等から発生する焼却灰であること前述したとおりである。ごみ焼却灰は概して粉粒化しているが、そのまま電気溶融炉に投入すると還元溶融操作に支障をきたす。すなわち、装入物に水分が含まれていると加熱開始時点でガスや水分が大量に放出され、溶融前に装入物が激しく流動し静かな状態での還元溶融が阻害されるからである。そのため焼却灰には予め乾燥させたり含有揮発物質を除去する処理を施しておき、その後に電気溶融炉において時間をかけて還元溶融するという工程を採用している。
【００２０】
しかし、あくまでも持ち込まれた焼却灰を溶融処理の対象としたものであり、生ごみ等からクリーンなスラグを一貫的に製造するものとはなっていない。それゆえに、ごみ焼却中に発生した多大の熱を焼却灰の溶融に利用するに至っていないというエネルギ多消費の問題や、ごみ焼却炉で発生するダイオキシンの不完全分解による問題は解決されないまま残っており、前述したガス化溶融処理技術のようなごみの焼却と焼却灰の溶融とを連続的に処理する一貫設備の新たな技術の出現が待ち望まれる。
【００２１】
ちなみに、現在までに提案されているガス化溶融処理技術においては、製造されたスラグが路盤材程度の再利用にとどまることのほかに、最近では操業上に以下のような問題が出てきている。それは各自治体においてごみの分別収集が進んでいることである。分別収集は可燃ごみ、不燃ごみ、再利用可能ごみに大別されるが、地域によってはさらに細分化した収集形態が採用されている。すなわち、可燃ごみを生ごみとプラスチック系ごみとに分け、プラスチック系ごみはごみ焼却することなく別途利用するという傾向にある。
【００２２】
プラスチック廃材をごみ焼却の対象から外すようになってきているのは、ダイオキシンの発生を低減させる目的とプラスチックの再資源化技術の発展によるものであるが、それがためにガス化溶融処理においては、次のような予期し得なかった事態に直面している。一つはごみの自地区内収集・自地区内処理体制を敷いている現在のごみ処理行政を維持すると、ごみ焼却に供されるごみ量がプラスチック系ごみの分だけ少なくなることである。他には、発熱量の高いプラスチック系廃材が混在しないことから、生ごみ等が主をなす場合のようにごみの発熱量低下が進みつつあることである。
【００２３】
とういうのは、ガス化溶融処理技術の実施にあたっては、炉内温度を極めて高く保持しておく必要があること、それがためにできるだけ炉内温度の低下や立ち上げ運転の機会を減らして連続操業も常態としておかなければならない。その意味からすると、収集量の少ない自治体における処理対象ごみ量の減少は設備稼働上致命的な影響を与えることになる。
【００２４】
一方、ごみの低カロリー化が進んでいると、ガス化溶融処理技術自体の欠陥が現れる。ガス化溶融処理技術の原理は、前記したごとく、低酸素状態でごみを熱分解すなわちごみを蒸し焼きする方式であり、それによって生じた炭化物を同時に発生した可燃性ガスの高温燃焼により溶融するものであって、ごみ中の可燃性固形分を無機物化する操作がその主を占める。ということは、ごみ自体に例えば１，７００Ｋｃａｌ／Ｋｇ以上の発熱量を保有していることが前提となる。
【００２５】
いま発熱量が上記以下のごみを対象としていると、熱分解時にごみの灰化が進み、結局は発生した可燃性ガスを燃焼させても灰からの発熱が極めて少なく、灰は溶融されることなくそのまま残る。したがって、溶融させること自体不可能となる。すなわち、低カロリーのごみでは、低酸素状態でごみを熱分解して生じた可燃性ガスおよび可燃性固形分を燃焼させても溶融に必要となる高温雰囲気は得られず、溶融スラグは得られないという結果となる。それゆえに、分別収集の細分化が進みプラスチック廃材の別途利用を図っている自治体では、本溶融システムを導入することができないという事態が起こる。
【００２６】
ごみの分別収集で成果をあげてきたドイツ国でさえ、ごみの溶融処理技術を導入するにあたり大きな社会問題を誘起しつつある。例えばミュンヘン市では分別収集で極めて大きな成果をあげてきているが、その結果ごみの発熱量が低下してダイオキシン問題を解消可能とするガス化溶融設備の導入が不可能となってきている。そのために分別収集推進論と分別収集反対論とが持ち上がり、市民を巻き起こんでの当市のごみ処理行政に混乱が生じ始めているという事実からも、この種の難題の存在が裏づけられる。
【００２７】
ところで、熱分解ガス化溶融処理においてごみの焼却にロータリキルンを採用している例がある。ロータリキルンは一般的にはバーナを焚くなどして、酸化性雰囲気で投入物を焼成する長い回転炉である。しかし、バーナは入口側もしくは出口側に設けられるので炉内温度のコントロールが難しい。すなわち、炉内の温度分布が不均一となることは避けられず、そのままではごみをスラグ化することは不可能に近い。ましてや、上記したような低酸素雰囲気を形成させて熱分解することや、その後さらに熱分解可燃性ガスや可燃性固形分を高温燃焼させるといったことはする術もない。
【００２８】
そのために、幾つかの実証段階に入っているガス化溶融法において使用されているロータリキルンは、酸化性雰囲気とならない特殊な構造となっている。その一つは、図８の（ａ）に示すように、内部に熱ガスを流通させる加熱用ガスパイプ５５を多数放射状および周方向に配置したものや、（ｂ）のように内周面に配置した炉体となっている。いずれにしても酸素を炉内に供給しないようにする意図から、間接加熱方式が採用されている。
【００２９】
それゆえに熱交換率が低くなることは避けられず、ごみが加熱用ガスパイプに付着したり絡みついたりして局部的な加熱となったり、ごみの流れが悪くなる。その結果、投入ごみ全体に対して均一なガス化溶融処理がなされにくいという構造上の問題を抱えている。ましてや、前述したごとく分別収集を積極的に推進している自治体ではごみの低カロリー化が進行し、そのようなごみを上記したキルンに導入すると、発熱不足に基因してスラグの溶融化が図られず、キルン内に灰が溜まって操業不可能となる事態が生じやすくなる。
【００３０】
上記の説明から分かるようにキルンを用いたガス化溶融法においては、ごみの性状、形状、大きさを整えておくことが必要となるが、何よりもキルン内温度を維持しておくことが不可欠であって不連続操業は大きな熱損失を招く。そのためにも少なくとも１００トン／日といった規模のごみ収集能力のあることが要求され、そのような地域では連続稼働体制が整うが、それでも発熱量の高いごみをも焼却処理する施策をとる地域での使用に限られることになる。そういう意味からすれば、上記した構造のロータリキルンを用いてガス化溶融処理の大部分の工程を行わせることには無理のあることが分かる。
【００３１】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、ごみの投入から建築土木資材としての天然石に極めて近い緻密な組織のスラグを得る一貫製造設備を可能にすること、ごみを処理するうえで発生したダイオキシンの完全な分解を図り得ること、ごみの熱分解に必要となる投入エネルギを低減すると共に発生熱エネルギの消散を可及的に抑え、還元溶融操作においてはホットチャージを可能にして電力消費量を少なくできること、分別収集等によってごみの発熱量が低くても溶融スラグの生成を可能にすること、ごみの収集量が例えば５０トン／日といったように少ない場合でも不連続運転することなく炉内温度の安定を維持できること、ロータリキルン形式の回転炉を使用しても、既存のガス化溶融技術で遭遇する問題を回避できること、を実現したごみ処理設備を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般ごみや産業廃棄物等の処理用ごみを適宜のサイズに破砕した破砕物を加熱して熱分解ガスと可燃性固形分とを生成させるロータリキルンと、該ロータリキルンの出口側に連なり、ロータリキルン内で発生した熱分解ガスを燃焼させ、ごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気を加熱するための燃焼ガスを発生させる火炉と、該火炉中の可燃性固形分が後燃焼装置を経て高温状態のまま投入され、可燃性固形分から金属溶湯上に金属類を含まない溶融スラグを生成する還元溶融炉とを備えるごみ処理設備に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、ロータリキルン１には、低酸素状態において処理用ごみを加熱すべく、破砕物に炉殻を貫通して粉炭９を供給するスクープフィーダ１０と、ごみ受入ピット２０で発生した臭気を含む空気を加熱して生成された高温ガスを、破砕物が投入されるごみ投入シュート７の下方から破砕物堆積層に吹きつけ、処理用ごみを乾燥および予熱する多段式環状通路を形成した予熱用空気供給装置８Ａと、高温ガスをさらに熱風炉３２により８００℃以上に昇温して得た熱ガスを、多段式環状通路の外周側通路から破砕物堆積最下層に着火用高温ガスとして供給するため、その開口部を内周側通路の開口部よりもロータリキルン内の下流側であって粉炭供給域の手前に位置させた着火用空気供給装置８Ｂとが備えられ、後燃焼装置２は、火炉４の下部に位置してロータリキルン１から排出された直後の可燃性固形分中の熱分解カーボン量を低減させることができるようにしたごみ処理設備としたことである。
【００３３】
多段式環状通路を形成する各段通路は、図４のようにロータリキルン１の周方向に並べられた複数個の金属製円弧状通路ブロック８ｍからなる。その円弧状通路ブロックには、図６に示すようにロータリキルンの長手方向に延びて周方向に複数のセル８ｃが並ぶように画成する仕切壁８ｐが設けられる。ちなみに、円弧状通路ブロック８ｍは環状通路各段の境界をなす内周壁８ｗを有し、仕切壁８ｐは内周壁からロータリキルン１の半径方向外方へ延ばされている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、多段式環状通路の外周側通路の開口部を内周側通路のそれよりもロータリキルン内の下流側に位置させておくので、投入された直後の処理用ごみと分散された高温ガスとの接触が段階的になされると共に、処理用ごみからの高温ガスの急激な脱気を抑制しておくことができる。処理用ごみ層がロータリキルンの回転につれて下流側で薄くなっても、その部分での乾燥や予熱が維持されやすくなる。多段式環状通路をごみ受入ピットで発生の臭気が含まれる空気を加熱して生成された予熱用高温ガスを砕物堆積層に吹きつける予熱用空気供給装置として使用され、高温ガスの分散と処理用ごみ層における乾燥や予熱を効率よく行うことができる。多段式環状通路の最外通路を、破砕物堆積最下層に着火用高温ガスを供給して処理用ごみに着火させる着火用空気供給装置として機能させることにして、空気供給装置を予熱用と着火用とに併用するので、空気供給装置のコンパクト化が図られる。しかも、着火用高温ガスを乾燥および予熱された処理用ごみに向けられ、着火も容易となる。
【００３５】
着火用空気供給装置に供給される着火用高温ガスを、ごみ受入ピットで発生した臭気の含まれる空気を熱風炉において８００℃以上に生成した熱ガスとしておけば、処理用ごみの着火は確実になされる。しかも、臭気成分の分解は完全になされると共に、予熱用高温ガスを加熱して生成するので熱風炉における投入エネルギも可及的に少なくしておくことができる。高温ガスとはいえ温度の低い乾燥・予熱用のガスはあくまでも乾燥・予熱ゾーンに、熱風炉で８００℃以上に加熱された着火用高温ガスは熱分解ゾーンの入口前後までとし、熱分解ゾーンの全域にわたることがないので、熱分解ゾーンの還元性雰囲気を損ねるようなこともない。
【００３６】
予熱用高温ガスを処理用ごみに吹きつけると共に、予熱中の最下層に着火用高温ガスを供給して処理用ごみに着火させることができ、破砕物の乾燥および予熱のみならず、その後ごみに着火させて燃焼雰囲気の昇温を早めると共に、低酸素状態でのごみの熱分解すなわちごみの蒸し焼きを促進することができる。破砕されている処理用ごみを乾燥および予熱するための高温ガスを堆積層の上中下の各層部に供給すると共に、最下層には着火用高温ガスを導入するから、乾燥および予熱が迅速かつ均一になされやすく、また早期にごみに着火させることが可能となる。したがって、低酸素状態における熱分解ガスと可燃性固形分との生成が促される。
【００３７】
上記したように、スクープフィーダを備えるロータリキルンを採用するので、実証段階にある既設のガス化溶融設備で採用されているようなキルンよりも構造が著しく簡素化される。ロータリキルン形式の回転炉を使用した場合の既存のガス化溶融技術で遭遇する問題、すなわち不完全溶融を起こすことも目詰まりを発生させることもなく、キルンの連続運転が保証される。空気供給装置はロータリキルンの円筒形炉体への装着がふさわしい多段式環状通路を形成しているので、高温ガスの分散が図られる。投入されたごみの乾燥や予熱操作も十分になされて熱分解が速やかとなり、所望する熱分解ガスと可燃性固形分の生成を促すことができる。
【００３８】
ロータリキルンの出口側に連なりロータリキルン内で発生した熱分解ガスを燃焼させる火炉が設けられていることから、ごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気を予熱するための燃焼ガスを発生させることができる。この火炉における熱分解ガスの燃焼は発熱反応であり、残留ダイオキシンや臭気成分の分解は完全になされ、生活環境を脅かさないごみ処理設備となる。もちろん、ごみの処理量に見合った溶融装置の導入が可能となり、熱分解工程における処理量の多少は問題とならず、ごみ処理規模の大小に応じた処理設備を実現することができる。そして、火炉の下部に位置してロータリキルンの直後に後燃焼装置を設けておくから、ロータリキルンから排出された直後の可燃性固形分中の熱分解カーボン量を調整でき、還元溶融工程での処理が円滑なものとなる。
【００３９】
可燃性固形分に高温ガスを供給して含有カーボンを燃焼させ、可燃性固形分中の灰分に対する熱分解カーボン量を低減させた後に、高温状態のまま副原料と共に還元溶融するようにしておくので、溶融スラグの生成と金属資源の回収が効率よくなされる。なお、一般ごみや産業廃棄物を適宜のサイズに破砕した破砕物に、ごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気を加熱して生成された高温ガスを吹きつけ、その高温ガスを直接的に接触させることにより破砕物を乾燥および予熱するようにしているので、乾燥ならびに予熱に必要となる熱を自設備内で発生した熱エネルギでもって賄うことができ、省エネが図られる。ごみ受入ピットで発生した臭気成分も同時に熱分解され、臭い公害の発生も回避される。
【００４０】
予熱された乾燥物に粉炭と適量空気とを供給し、低酸素状態において熱分解して熱分解ガスと可燃性固形分とを生成させるガス化溶融法に準じた処理が可能となり、発生ダイオキシンの分解も図られる。分別収集等が浸透しごみの発熱量が低くなっていても、粉炭の投入により熱分解することができる一方、不完全溶融によるガス化溶融上の問題も回避される。なお、粉炭の供給によってキルン内の余剰酸素をＣＯにすることができ、還元性雰囲気の醸成も達成される。ごみの収集量が５０トン／日というように少ない場合でも、不連続運転することなく炉内温度の安定を維持できる。低酸素状態においてごみを熱分解したとき発生する熱分解ガスは、これを燃焼させることにより発電するなどしてエネルギの回収が図られる。最終的には、可燃性固形分を高温状態のまま副原料と共に還元溶融し、金属溶湯上に金属類を含まない溶融スラグを生成させるようにしているので、溶融工程における投入エネルギの大幅な節減が図られる。生成されたスラグは無害化されており、天然岩石の組成に近い緻密なコンクリート用人工骨材が得られる。
【００４１】
多段式環状通路を形成する各段通路を、ロータリキルンの周方向に並べられた複数個の円弧状通路ブロックによって形成させておけば、一見複雑な多段式環状通路もロータリキルン内に容易に装着することができる。また、円弧状通路ブロックを鋳鋼品等として簡単に製作しておくことができるようになる。このように円弧状通路ブロックが金属製であれば、各段を通過する高温ガスの熱エネルギをブロックに蓄えることにもなり、噴流に接触しないごみも伝熱作用で加熱することができる。
【００４２】
円弧状通路ブロックにロータリキルンの長手方向に延びて周方向に複数のセルが並ぶように画成する仕切壁を設けるようにすれば、多段式環状通路の各段において高温ガスを所定位置まで拡散を防いで案内することができる。したがって、高温ガスを集中して処理用ごみに接触させることができるようになる。
【００４３】
円弧状通路ブロックには環状通路各段の境界をなす内周壁が形成され、仕切壁がその内周壁からロータリキルンの半径方向外方へ延びるようにしておくと、鋳造が容易な形状となる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るごみ処理設備を、その実施の形態を表した図面を基にして詳細に説明する。図１は、ごみ処理設備の還元溶融工程に至るまでの主要構成装置等を含んだ概略系統図を示す。これは、ごみ等の廃棄物を熱分解し、熱分解ガスと共に発生した可燃性固形分を高温溶融することができるようになっている。そして、天然岩石の組成に近いコンクリート用人工骨材等を製造するための溶融スラグを得ることができる一貫処理設備を構成している。
【００４５】
ここで処理されるごみには生ごみをはじめとした一般ごみのほかに各種産業廃棄物等も含まれるが、これらが混ざっている場合には、相対的に発熱量が低いものとなっている。しかも、サイズも整っていないのが通常であり、そのために先ず例えば２０ないし５０ｍｍ径程度にまで予め破砕され、以後の処理の容易化が図られる。
【００４６】
本発明においては、このように砕かれたごみを熱分解し、生成された可燃性固形分（チャー）を還元溶融して所望する組成のスラグに溶融すると共に有価物を回収することができる。その一方で、熱分解により発生したＣＯを主成分とした熱分解ガスの燃焼熱を利用して、ごみ処理設備におけるエネルギ消費の抑制を図る。加えて、可燃性固形分の赤熱状態を保持しておくことにより、還元溶融操作時の電気溶融炉での電力消費を可及的に低減できるようにもしている。
【００４７】
図１を参照して、ごみ処理設備における主要な構成としてごみを乾燥しかつ熱分解させるロータリキルン１、その出口側に連なって配置されキルンから排出された可燃性固形分をさらに燃焼させる後燃焼装置２、可燃性固形分をホットチャージして省エネを図りながら溶融スラグを生成する還元溶融装置としてのサイドチャージ式直流電気溶融炉３といったごみを溶融するための各種装置が設けられる。加えて、ロータリキルン１の出口側に連なり熱分解ガスを燃焼させる火炉４や、この火炉での燃焼ガスと熱交換させた高温ガスを発生させるガス式空気予熱器５も設置される。
【００４８】
ロータリキルンとしては、公知のＥＫ式キルンを改良した炉が採用される。ここで採用されるキルン１は単に処理用ごみである装入物を焼却するという機能にとどまらず、装入物を予熱する乾燥ゾーンと、引続いて乾燥物を熱分解し可燃性固形分と熱分解ガスとを生成する熱分解ゾーンとを有し、それぞれの作用を炉内での一連の操作によって達成することができるようになっているものである。その反面、従来技術のところで述べたガス化溶融技術で使用されるキルンとは異なり、可燃性固形分の燃焼操作を行うにしても溶融スラグの生成までは行わない機能にとどめられている。
【００４９】
詳しく述べると、このキルン１は図２に示すように耐火物１ａでライニングされているが、一般的なキルンやＥＫ式キルンとは異なり、積極的に装入物を燃焼させるためのバーナは備えられていない。炉体の一端には破砕されたごみ６を投入するごみ投入シュート７と、そのシュートの下方から高温ガスを装入物６Ａに吹きつける空気供給装置８とが設けられる。なお、この高温ガスは後述するごとく、ごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気が前記したガス式空気予熱器５において予熱されたものなどである。
【００５０】
炉体の上流側は前述した乾燥ゾーンが形成されるが、中間部から下流側にかけては熱分解ゾーンを形成させることができるように、炉殻を貫通して粉炭９を供給するスクープフィーダ１０と、適量の空気をスクープフィーダの出口周囲から供給するエア供給管１１とが配置される。
【００５１】
このスクープフィーダ１０は炉体と共に回転し、スクープフィーダから供給される例えば１ないし３ｍｍ程度の大きさの粉炭の燃焼によって、炉内後半部の温度分布が二点鎖線１２のごとく略一定の高い温度となるように機能させるものである。これによって発熱量の低いごみが混じっていても所望する熱分解を行うことができ、またごみや粉炭に含まれる揮発成分を焼却することができる。
【００５２】
この粉炭の供給効果として、キルン内の余剰酸素をＣＯにすることによる還元性雰囲気の醸成も達成されることになる。しかも、炉底内は少なくとも８００℃を越える還元性雰囲気となることによって、ダイオキシンも生成されにくい状態となる。
【００５３】
このスクープフィーダ１０やエア供給管１１は図３の（ａ）や（ｂ）に示すようにパイプ構造であって炉体の半径方向へ延び、周方向および長手方向に適度な間隔をおいて複数本配置される。炉体の下半部を覆うようにトラフ１３が設置され、その中の粉炭９を炉外側の開口部１０ａからすくい取ることができる。その開口部の近傍に設けたバルブ１０ｖの開閉時期を適宜制御して、粉炭が短時間に炉内へ装入される。なお、リターン時にバルブ１０ｖを閉じておけば、炉内側の開口部１０ｂから進入する熱気によりスクープフィーダ内に付着した粉炭が発火するのを防止しておくことができる。
【００５４】
エア供給管１１は粉炭９が供給される領域であれば何処に設置しておいてもよいが、本例では、燃焼を高めるためにスクープフィーダの管体の周囲を取り巻くような二重管構造で形成されている。図２のように、その外面は耐火材１１ａで熱保護されており、押込送風機１４によって積極的に外気を供給することができる。このようにしておくと、所望空間を粉炭の燃焼とごみの燃焼とによる発熱によって８００ないし１，０００℃の雰囲気に調整しておくことができるようになる。したがって、ロータリキルン内でダイオキシンが生成されても、分解したり焼却することができる。なお、必要があれば、出口側に温度コントロール用の補助バーナ１５を設けておいてもよい。
【００５５】
このような構成のロータリキルン１の出口側には、図１に示したように、その出口側に連なり広い空間をなす火炉４が設置される。ロータリキルンから排出される熱分解ガスにはＣＯが多く含まれており、これに空気を供給し昇温バーナ１６から火炎を発生させればＣＯが燃焼し、ＣＯ2 が発生する過程で５，４３０Ｋｃａｌ／ｋｇの大きな発熱が得られる。この１，３００℃にもなる燃焼ガスが廃熱ボイラ１７へ導かれ、スチームを発生させればタービン１８を介して発電機１９を駆動でき、このごみ発電によって本処理設備で必要となる電力の一部もしくは全部を賄うことができる。もちろん、ロータリキルン１内で熱分解しきれなかったダイオキシンが残存していても、この火炉４において完全に分解される。
【００５６】
スチームを発生させた後の廃ガスはガス式空気予熱器５に導入され、ごみ受入ピット２０で発生した臭気を伴う空気を予熱するために供される。このようにして熱交換された５００℃前後の高温ガスは前述した空気供給装置８からキルン１に導入され、その保有する熱エネルギによってキルンに投入された装入物６Ａを予熱することができる。同時にキルン内を流通する間に臭気成分が分解され、悪臭が系外に出るのを防止しておくこともできる。
【００５７】
この火炉４の下部に位置してロータリキルン１から排出された直後の可燃性固形分すなわち赤熱灰に含まれる熱分解カーボン量を低減させるために、後燃焼装置２が設けられる。この装置は、溶融スラグを生成する際の還元溶融工程において、その還元作用に必要となる程度のカーボン量を残存させるために使用されるものである。
【００５８】
すなわち、熱分解工程で生じた可燃性固形分中のカーボン含有量は、ロータリキルンに粉炭を投入していることもあって２０％前後にも及ぶことがある。そこで、この後燃焼装置２において可燃性固形分を再燃焼させ、５ないし１０％程度となるように調整される。これは、ロータリキルンに投入されたごみに産業廃棄物や生ごみが多く含まれ発熱量が低い場合に、投入粉炭量が多くなることにも基因する。しかし、発熱量の高いごみである場合には残留カーボン量が少なくなることもあるので、本装置の採否はごみの品質等に応じて決定すればよい。ちなみに、後燃焼装置としては例えば移動式ストーカ炉もしくは回転グレート炉といったものが使用される。
【００５９】
ところで、前述した空気供給装置８は、以下に記す独特の構造となっている。これは図４に示すようにロータリキルン１の円筒形炉体への装着にふさわしい多段式環状通路を形成しているものであり、図５のように投入シュート７の下方から高温ガスを装入物６Ａの堆積層に吹きつけることができるように配慮されている。これは高温ガスを装入物の表層のみを加熱しがちな流れとならないようにするための配慮である。
【００６０】
そして、高温ガスの適度な分散を図ることができ、投入されたごみの乾燥や予熱操作も均一になされて熱分解が速やかとなり、所望する熱分解ガスと可燃性固形分の生成を促進させることができる。すなわち、多段式環状通路になっていると、処理用ごみを乾燥および予熱するための高温ガスを堆積層の上中下の各層部に供給することができるからである。
【００６１】
この多段式環状通路の外周側通路の開口部ｃは、内周側通路の開口部ｂよりもロータリキルン１内の下流側に位置していることが図５から分かる。このように開口部ａ，ｂ，ｃ，ｄをずらせた配置にしておくと、投入された直後の装入物６Ａと分散された高温ガスとの接触が段階的になされる。このとき、装入物の堆積層から高温ガスが急激に脱気することも抑制される。すなわち、高温ガスが堆積層を突き破って直ちに上部空間に抜けることが少なくなり、ごみ層がロータリキルンの回転につれて下流側へ移動し、その部分で層が薄くなった状態においても乾燥や予熱作用が維持されやすくなる。
【００６２】
この多段式環状通路を形成する空気供給装置８は、ごみ受入ピットで発生の臭気を含む空気をガス式空気予熱器５（図１を参照）で加熱して生成された５００℃前後の予熱用の高温ガスを噴出させるものである。なお、多段式環状通路は予熱用空気供給装置８Ａのみを構成するものであってもよいが、本例においては、多段式環状通路の最外通路が、破砕物堆積最下層に着火用の高温ガスを供給して破砕物に着火させる着火用空気供給装置８Ｂとして供されている。
【００６３】
このようにしておけば、破砕物の乾燥および予熱のみならず、その後にごみに着火させて燃焼雰囲気の昇温を早めると共に、低酸素状態でのごみの熱分解すなわちごみの蒸し焼きを早めることができる。空気供給装置を予熱用と着火用とに併用していると、この装置の小型化が図られるうえに、着火用高温ガスを乾燥および予熱されたごみに集中して向けることができ、着火も円滑に進む。
【００６４】
多段式環状通路を形成する各段通路は、図４のようにロータリキルンの周方向に並べられた複数個の円弧状通路ブロック８ｍからなる。これは、一見複雑な多段式環状通路をロータリキルン内に容易に装着することができるものである。その単体は図６のごとくのもので、鋳鋼品等である。
【００６５】
円弧状通路ブロック８ｍには仕切壁８ｐが設けられ、ロータリキルンの長手方向に延びて周方向に並ぶ複数のセル８ｃが多段式環状通路の各段に多数画成される。図４のような蜂の巣のような各セルに供給された高温ガスは、この仕切壁８ｐによって各段内で所定の噴出位置まで無用の拡散が防止されつつ案内され、高温ガスを集中して装入物に接触させることができる。
【００６６】
円弧状通路ブロックには環状通路各段の境界をなすために外周壁を形成させてもよいが、図６のごとく内周壁８ｗを形成しておき、各仕切壁８ｐをその内周壁からロータリキルンの半径方向外方へ延びるような形状としておく。各セルを形成する左右の仕切壁は外方に向かって開いた恰好となり、鋳造も容易となる利点がある。なお、この円弧状通路ブロックは炉体に対してボルト等によって固定される。
【００６７】
例えば最外周部のブロック８ｍ1 は図４のように耐火物１ａと鉄皮１ｂを貫くボルト８ａにより固定され、内周側のブロック８ｍ2 ，８ｍ3 ，８ｍ4 はそれぞれ外周側に位置するブロックにねじ８ｂで止められる。なお、ブロックの隣りあう隙間を小さくしておく場合には、図６の左部のようにフランジ８ｆ，８ｆを重ねるようにしておけばよく、固定用のボルト等の数も少なくしておくことができる。
【００６８】
ちなみに、図５に示した着火用空気供給装置８Ｂに供給される着火用高温ガスはフレッシュエアでもよいが、予熱用空気供給装置８Ａに導入される高温ガスの一部を熱風炉において８００℃以上に生成した熱ガスとしておけば、図１に示した熱風炉３２におけるエネルギ消費が可及的に少なくなることも述べるまでもない。この着火用高温ガスによれば酸素を積極的に供給しなくてもごみの着火は確実になされ、同時に臭気成分も完全に分解なされる。
【００６９】
このような各空気供給装置８Ａ，８Ｂに高温ガスを送り出すため、ガス導入口が図５に示すキルン１の上流側端を閉止している蓋板１ｃに開口される。このガス導入口は予熱用空気供給装置８Ａに高温ガスを供給するための第一導入口１Ａと着火用空気供給装置８Ｂに熱ガスを供給する第二導入口１Ｂとからなり、いずれも図４に示すように横に長い例えば矩形状となっている。
【００７０】
次に、上記した各種装置により、ごみを処理して天然石の組成に近い緻密で無害なコンクリート用人工骨材を製造する工程を説明する。図１を参照して、ごみ受入ピット２０に集められた各種廃棄物はクレーン２１によって適宜受入ホッパ２２に移される。ごみを乾燥したり熱分解させるためには、サイズを揃えたり採取可能な鉄屑等の磁着物を取り除いておく必要がある。先ず、第一破砕機２３において５０ｍｍ程度に砕かれ、破砕し得ない粗大物はスクリーン２４によって、また磁着物は図示しない磁石によって取り除かれる。
【００７１】
さらに、第二破砕機２５によって２０ないし３０ｍｍ程度に砕かれ、これがロータリキルンの上流側に設けた投入ホッパ２６に貯えられる。図２に示す投入シュート７の下部に設けたプッシャ７Ａにより、破砕物６が炉内に投入される。この破砕物には空気供給装置８から高温ガスが吹きつけられ、直接接触によってごみが乾燥および予熱される。この高温ガスは前述したように、ごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気を予熱して生成された４５０ないし５００℃程度となっている。
【００７２】
第一導入口１Ａから供給された高温ガスは図４のように多段式環状通路のうち内側の三段に送り出され、図５に示したａ，ｂ，ｃの各開口部から噴出される。各段の通路はセルを形成するように仕切られているので、高温ガスが各段において第一導入口１Ａに直面したセルのみを通過して装入物６Ａに向かう。キルンは例えば１〜３ｒｐｍ程度で回転しているので、ごみは投入直後からに周壁に沿って上昇しては崩れる現象を繰り返す。したがって、開口部ｂにおいては開口部ａにおいて高温ガスを浴びることができなかったごみに高温ガスを接触させることができる。
【００７３】
このようにして、順次各開口部から噴出される高温ガスが、下流側へ向かう装入物６Ａを可及的均一に加熱する。図４を参照して、円弧状通路ブロック８ｍも高温ガスによって加熱され、各内周壁８ｗ上のごみを伝熱加熱する。各段の円弧状通路ブロック８ｍは装入物の載る面すなわち内周壁の内側面が滑らかであることから、ごみが付着したり絡みついたりして局部的な加熱となったり、ごみの流れが悪くなることはない。一方、各円弧状通路ブロック８ｍは常に高温ガスに曝されているわけではなく、炉体の回転に伴って第一導入口１Ａから離れた後は放熱するので、熱変形をきたしたりすることもない。
【００７４】
第二導入口１Ｂから供給された８００℃の高温ガスも予熱用空気供給装置の場合と同様に挙動する。とりわけ、第二導入口１Ｂの幅は小さく設定されているので、円弧状通路ブロック８ｍ1 の一つのセルが高熱に曝される時間は短くなる。この熱ガスは乾燥したごみに火をつけて燃やすことを目的としているが、火炎を送り出すものではないから、燃焼用の空気を積極的に供給する必要もない。これによっても低酸素状態におけるごみの熱分解を妨げることもなくなる。
【００７５】
この着火用空気は熱風炉３２で生成されることはすでに述べたが、熱風炉においては圧力を掛けた状態にしておけば、最外周部のブロック８ｍ1 を通過する高温ガスはジェット状となる。予熱中にごみの堆積層内に漂う水蒸気が吹き払われることにもなり、着火がより一層円滑に進む。
【００７６】
以上のような操作による予熱や乾燥によってごみに含まれた水分が蒸発することは言うまでもないが、ごみ中の揮発成分もガス化する。このとき高温ガスによって持ち込まれた臭気成分の大部分も焼却されるが、完全に消失し得なかったとしてもロータリキルン内に閉じ込められたままとなる。同時に、ごみに含まれるプラスチック等が燃焼する際にダイオキシンの発生することは避けられないが、これもまたキルン内にあって外部に放出されることはない。
【００７７】
図１のごとく下向き勾配に設置されかつ常時回転する炉体によって、予熱された装入物は下流側に向かって移動する。炉体の中間部以降には粉炭を供給するスクープフィーダ１０が幾つもあり、装入物を蒸し焼きするに適した量の空気が押込送風機１４の風量制御により、エア供給管１１を介してスクープフィーダの開口部１０ｂの近傍から供給される。このようにして装入物６Ａは低酸素状態において熱分解されると共に粉炭に含まれる揮発分も燃焼し、熱分解ガスと可燃性固形分とが生成される。
【００７８】
熱分解ガスの大部分は水分であるが、ＣＯ2 のほかにかなりの量のＣＯが含まれる。このような還元性雰囲気において装入物は加熱されるが、その可燃性固形分は粉炭から揮発成分の抜けたカーボンの含まれたものとなる。カーボン含有量は５ないし２０％となるが、エア供給管１１から供給される空気の量に制限を加えているので装入物に対する攪乱作用が抑えられ、飛灰の発生は可及的に少なくなる。
【００７９】
この可燃性固形分はキルン１から出ると直ちに図１の移動式ストーカ炉２もしくは回転グレート炉に赤熱状態で移される。赤熱灰には上記したように多量のカーボンが含まれているので、後の還元溶融工程における処理にふさわしい量としておくために赤熱灰を火格子やグレートに載せ、下方から空気を供給してカーボン分が燃やされる。その空気は外気でもよいが、ロータリキルンに供給される予熱用ガスと同じものとしておいてもよい。
【００８０】
カーボンが燃えると赤熱灰上に炎が上がるが、移動端に到達する時点で炎が大きく立たないように、ＩＴＶ２７で観察しながら灰の移動速度が火格子やグレートの駆動速度の制御によって調整される。すなわち、炎が大きい間は多くのカーボンが燃焼しており、移動につれて炎が小さくなれば灰に含まれるカーボンが減少していることになる。これによって移動端においては所望するカーボン含有量の灰となる。
【００８１】
この後燃焼操作においてもＣＯが発生するが、これが火炉４に向けて上昇すれば、キルン１で発生したＣＯと同様に燃焼される。火炉４には新気またはごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気もしくはそれを昇温させた高温ガスが空気供給口から導入されるので、ＣＯ2 の生成の際の発熱で火炉内雰囲気が１，３００℃にもなる。ＣＯは無くなり、同時に残留ダイオキシンや残留臭気成分も完全に熱分解される。
【００８２】
燃焼ガスは廃熱ボイラ１７に供され、ごみ発電される。その廃ガスは誘引送風機２８でバグフィルタ２９へ導かれて煙突３０から放出されるが、その過程において煙道に設けたガス式空気予熱器５を通過する。このガス式空気予熱器には押込送風機３１によってごみ受入ピット２０の臭気を含んだ空気が導入され、４５０ないし５００℃程度の高温ガスとなるように熱交換される。このガスは上記したごとくロータリキルン等に供給され、熱エネルギの系外への逸散を可及的に少なくしている。
【００８３】
後燃焼装置２を経た可燃性固形分は、火炉４の下端から赤熱状態のまま排出される。この焼却残渣は一旦保温サイロ３５に貯えられるが、その際に２０ないし３０ｍｍ径となるように篩分けられる。耐火物で保温の図られたサイロの上部には回転するホットスクリーン３６が配置され、還元溶融操作にふさわしくない粗粒が除去される。粗粒は別途空冷するなどした後に第二破砕機２５等へ戻され、ごみと共に破砕される。
【００８４】
篩下は保温サイロ３５から定量切り出しされて残渣コンテナ３７に投入され、副原料であるドロマイト３８や適宜の量のコークス３９も秤量して混ぜられる。なお、ドロマイトは溶融される焼却残渣にＭｇＯを添加し、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯの四元系相平衡状態における共晶凝固によって再結晶させたときに、天然岩石とほぼ同じ組成のスラグが得られるように溶融スラグの成分を調整するためのものである。そして、コークスは還元反応に必要なカーボン量を最終調整するためのものである。いずれの添加量も予め把握されているごみの組成を考慮したうえで決定される。
【００８５】
このようにして調整された原料は、６００ないし７００℃といった高温のまま電気溶融炉３の炉頂サイロ４０に投入される。これをホットチャージした後の処理は、従来技術の項にも記載したとおりである。なお、電気溶融炉は次に簡単に触れるサイドチャージ式のサブマージドアーク直流抵抗炉が好適であるが、装入形態は如何にあれサブマージドアーク直流抵抗炉であれば、原料を円滑に溶融して溶融スラグが生成される。
【００８６】
同時に、原料中の鉄系酸化物がフォーミングスラグ層において還元され、Ｃが３．０％以上、Ｓｉが４ないし８％の溶融銑鉄も生成される。原料に含まれる他の重金属類Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｏ等および還元可能なＰ2 Ｏ5 やＡｓ酸化物等を還元して生じた元素Ｐ，Ａｓ等は溶銑滴に溶け込む。
【００８７】
図７を参照して、図では詳細に表されていないが炉床に広がる炉底電極４３から可動マイナス電極棒４４に電気が流されると、その電気抵抗熱で鉄系金属が還元され、溶銑滴がフォーミングスラグ層４５や溶融スラグ４６の層中を落下し、比重の大きい溶融銑鉄４７が炉底に貯溜される。この溶融銑鉄は例えば鋳物用原料銑等として利用することができ、ごみからの金属資源の回収が実現される。
【００８８】
炉内の高い温度で溶けた比重の小さな溶融スラグ４６は重金属類等を可及的に含まず、１，５００℃前後に維持されて溶融銑鉄４７の上方に滞留する。その滞留時間を十分に確保すれば、溶融スラグが脱泡される。この溶融スラグはガス含有率が極めて低く重金属等を含まない純粋なスラグであるので、固化させれば重金属類や有害物質が溶出することのない人工砂利等を得ることができる。
【００８９】
溶融スラグ４６はその層高ヘッドを利用して出滓されるが、溶融スラグをスラグ凝固設備に移す際の降温を防止しておく必要のある場合が多い。そのために前炉４８が付設されており、還元溶融炉内のスラグレベルを保って効率のよい還元溶融作用を維持させ、また溶融スラグ層の最下部からスラグを抜き出してより一層純粋なスラグが出滓される。
【００９０】
以上のような操業の間に原料が溶融してスラグ化すると、フォーミングスラグ層上の粉粒状原料が減少する。そのために原料がサイドチャージ口４９から補給される。各サイドチャージ口から炉内に装入された原料は可動マイナス電極棒に向かって略扇状に広がる。原料はサラサラした粉粒状であるゆえに崩れて末広がりとなった先端部分では層厚が薄くなる。
【００９１】
原料にはガスが残存するが、混在するカーボンやコークスによって原料が還元溶融されると、原料中の残留ガスや還元反応によりＣＯが生成される。この量は一般の電気炉の場合よりも少ないが、サイドチャージによる意図的な厚薄の生じた原料堆積層の薄層部から円滑に排気され、静かな還元溶融が維持される。
【００９２】
炉床に溜まった溶融銑鉄４７は意図的に少量を残して、出銑口５０から一日または二日ごとに図示しない取鍋等に出湯される。原料はほとんど揮発分や水分を含まず、還元溶融時に多量の水蒸気を発生させることがなく、揮発性物質の燃焼による燃焼ガスが大量に発生することもない。したがって、静かな還元溶融が実現されること、原料のホットチャージによって原料の流動性が極めてよいことから、プッシャによるサイドチャージ方式よる適量の原料供給とあいまって、炉操業の無人化や自動化運転が実現される。
【００９３】
出滓口５１から直接もしくは前炉４８を経て溶融銑鉄とは独立して出滓された溶融スラグ４６は清澄なものであり、以後の固化操作さらには破砕や熱処理操作に適したように加工しやすくなり、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯの四元系相平衡状態における共晶凝固によって再結晶したリサイクル品は金属類を含まない鉱物質となる。このようにして天然石や砂に極めて近い無害化の図られた人工岩石等を得ることができる。その一方で金属資源が回収され、廃棄物の利用度が著しく高められる。
【００９４】
このようなごみ処理設備によれば、ロータリキルンならびに火炉においてはダイオキシンの発生を防止し、品質の高い建築土木資材を提供することができる。ロータリキルンにおける処理には溶融操作を含まないこと、また溶融装置としてキルンとは独立して設けた電気炉が採用されているので、キルンにおける不完全溶融といた事態の発生はなく、収集ごみ量に応じた処理能力をそれぞれの装置に与えておくことができる。したがって、地区のごみ収集行政やごみ発生量に合わせた設備規模を自由に選定することが可能となり、５０トン／日といった小規模な処理にも対応させることができるようになる。
【００９５】
ロータリキルンにおいては粉炭が供給されるので、分別収集によって低発熱量のごみだけであっても、所望する低酸素状態でのごみの熱分解と、発生した可燃性ガスおよび可燃性の固形分を高温燃焼させることができる。キルンへはごみ受入ピットで発生した臭気を含む空気を火炉で発生させた燃焼ガスで熱交換した高温ガスが導入され、排熱の回収とキルンへの投入エネルギの節減が図られる。ごみ受入ピットで発生した臭気成分も焼却によって分解しておくことができ、におい公害も併せて防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るごみ処理設備における還元溶融工程までを表したごみ処理系統概略図。
【図２】  本発明で採用されるロータリキルンの縦断面図。
【図３】  （ａ）は図２中のII−II線矢視断面図、（ｂ）は III−III 線矢視断面図。
【図４】  図２中におけるIV−IV線矢視拡大断面図。
【図５】  図２中の多段式環状通路を形成する空気供給装置の装着部分の拡大断面図。
【図６】  多段式環状通路を形成する円弧状通路ブロック単体の斜視図。
【図７】  還元溶融工程で採用される電気溶融炉の一例であって、サイドチャージ式のサブマージドアーク直流抵抗炉の断面図。
【図８】  間接加熱式ロータリキルンにおける加熱用ガスパイプの配置を示した断面図。
【符号の説明】
１…ロータリキルン、２…後燃焼装置、３…電気溶融炉、４…火炉、５…ガス式空気予熱器、６…ごみ（破砕物、処理用ごみ）、７…ごみ投入シュート、８…空気供給装置、８Ａ…予熱用空気供給装置、８Ｂ…着火用空気供給装置、８ｃ…セル、８ｍ…円弧状通路ブロック、８ｍ1 …最外周部のブロック、８ｍ2 ，８ｍ3 ，８ｍ4 …内周側のブロック、８ｐ…仕切壁、８ｗ…内周壁、９…粉炭、１０…スクープフィーダ、１１…エア供給管、２０…ごみ受入ピット、２３…第一破砕機、２５…第二破砕機、３２…熱風炉、３８…ドロマイト（副原料）、３９…コークス（副原料）、４６…溶融スラグ、４７…溶融銑鉄（金属溶湯）、ａ，ｂ，ｃ，ｄ…多段式環状通路の各出口開口部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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