(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰を炉内に供給する灰供給孔と灰を溶融するバーナと該バーナからの火炎により灰を溶融させて炉外に流下させる羽口と溶融した灰より揮散した揮散物を含むガスを炉外に抜き出すガス抜出し管と該ガス抜出し管から抜き出される前記揮散物の濃度より薄い濃度の炉内の溶融灰より揮散した揮散物含有ガスを抜き出す高温ガス抜出し出口部を壁面に設けた灰溶融炉と、ガス抜出し管から抜き出したガス中の揮散物を回収処理する揮散物回収処理装置を備えた灰の溶融固化装置において、
灰溶融炉には、灰供給孔を一方の側壁に設け、該一方の側壁に相対する側面又は灰供給孔から供給されて炉内に形成される灰層の斜め上方の側面にバーナを設け、さらに、ガス抜出し管を溶融前の炉内の灰層を貫通させて設け、該ガス抜出し管のガス入口を炉内空間に配置し、バーナを中心としてガス抜出し管の反対側に高温ガス抜出し出口部を設け、
揮散物回収処理装置には、ガス抜出し管より抜き出した灰溶融炉の灰より揮散した揮散物含有ガスを冷却し、ガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理する装置を設けたことを特徴とする灰の溶融固化装置。
【請求項２】
前記揮散物回収処理装置として湿式ガス洗浄方式の揮散物回収処理装置を用い、該揮散物回収処理装置での洗浄後の排ガスを、溶融炉の高温ガス抜出し出口部に接続して設けられた溶融炉排ガス処理系に合流させる構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の灰の溶融固化装置。
【請求項３】
前記揮散物回収処理装置として高温ガスを冷却後、ガス中に脱塩剤等を吹き込む乾式ガス洗浄方式の揮散物回収処理装置を用い、該揮散物回収処理装置での洗浄後の排ガスを、溶融炉の高温ガス抜出し出口部に接続して設けられた溶融炉排ガス処理系に合流させる構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の灰の溶融固化装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の溶融固化装置における灰溶融炉のガス抜出し管より抜出した灰から揮散した、高温ガス抜出し出口部から抜き出したガス中の揮散物より濃い揮散物含有ガスを冷却し、ガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理することを特徴とする灰の溶融固化方法。
【請求項５】
ガス抜出し管より抜出した灰から揮散した揮散物含有ガスを冷却し、ガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理する方法として湿式ガス洗浄方式を用い、洗浄後の排ガスを溶融炉排ガス処理系に合流させることを特徴とする請求項４記載の灰の溶融固化方法。
【請求項６】
ガス抜出し管より抜出した灰から揮散した揮散物含有ガスを冷却し、ガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理する方法として高温ガスを冷却後、ガス中に脱塩剤等を吹き込むことにより、ガス中の塩素を固体のカルシウム化合物とし、液化あるいは固体化した溶融炉揮散物とともにフィルタにより捕集することを特徴とする請求項４記載の灰の溶融固化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却炉の灰の溶融固化設備に関し、特に信頼性向上による灰処理コストの低減に役立つ灰溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来技術による灰溶融炉を示す。
溶融炉３の一端に設けた灰ホッパ２により溶融炉３の灰供給孔１９からプッシャ１で炉内に供給された灰層４を炉の他端の上方に設けたバーナ５により加熱し、その表面より溶融する。灰層４の表面の溶融灰は灰層表面の斜面を流下し、羽口１８より滴下し、スラグ水槽６に入り急冷、水砕される。燃焼ガスは溶融炉３の煙道７より煙道８を通じてガス冷却塔９、空気予熱器１０およびバグフィルタ１１を経て、誘引送風機１４により誘引されて煙突１６から排煙される。
【０００３】
空気予熱器１０には押込送風機１５からの空気が供給され、予熱された空気はバーナ５に燃焼用空気として供給される。またバグフィルタ１１上流部にはホッパ１２より配管１３を通じて煙道８に消石灰などの脱塩剤が吹き込まれ、灰の溶融時に発生したＨＣｌガスをＣａＣｌ2の固体となし、バグフィルタ１１でばいじんと共に捕集する。
【０００４】
ごみ焼却炉の燃焼灰中には数１０％程度の塩素（Ｃｌ2）が含まれている。また、Ｐｂ、ＮａＣｌ、ＫＣｌなどの低沸点物質も含まれている。これらはいずれも１０００℃程度の温度域で気化（揮散）する。図４に示したように灰供給孔１９とバーナ５の火炎で囲まれた空間には、循環流２９が生じている。この循環流２９に取り込まれた灰層４からの揮散物は、バーナ火炎のガス流れとの接触時に生じる乱流による拡散でバーナ火炎ガスに混じって、この循環流領域を抜け出して燃焼ガスと共に溶融炉より煙道７を通じて排出される。
【０００５】
従って、溶融炉３の排ガス中にはこれらの揮散物が含まれており、これらが溶融炉３の下流部で冷却される際、煙道８の内部、ガス冷却塔９、空気予熱器１０などの熱回収伝熱面に付着し、閉塞の原因となったり、伝熱管材料腐食の原因となったりする。また、これらの低沸点物質はアルカリ金属類が多く、これらアルカリ金属類は高温の炉壁（耐火材）を構成するシリカ、アルミナなど酸性物質と反応するため炉材、特にスラグ溜及び羽口といった高温部を激しく侵蝕させる。
【０００６】
更に、排ガス中のＨＣｌ濃度は数百〜数千ｐｐｍ程度と濃度が低く、排ガス中に消石灰を吹き込んでも接触効率が低く、反応率は３０〜５０％程度である。すなわち、反応に必要な量の２〜３倍の消石灰を必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来技術による灰の溶融システムには下記の問題点がある。
（ａ）炉内高温部で揮散した低沸点物質が煙道下流の低温部に析出し、伝熱管および煙道に付着し、煙道閉塞または伝熱管の腐食をもたらす。
（ｂ）灰中のアルカリ金属類を中心とした低沸点物質が高温で炉材と反応し、侵食するため溶融炉の寿命を低下させる。
【０００８】
（ｃ）ＨＣｌ濃度が低いため消石灰とＨＣｌとの接触効率が悪く、大量の消石灰を必要とする。
（ｄ）供給灰層４は粉体であり、熱伝達率が低いため、炉内の輻射および対流伝熱による灰の予熱は灰層４の表面のみに留まり、内部まで予熱が出来ない。
【０００９】
本発明の課題は灰中に含まれる塩素、ナトリウムまたはカリウムなどの低沸点化合物に起因する溶融炉を構成する耐火剤の侵蝕減肉防止と煙道部への低沸点化合物の凝縮付着による閉塞トラブルを防止することである。
また、本発明の課題は粉体で熱伝達率が低い灰の予熱を効率良くした溶融炉を備えた灰の溶融固化装置を提供することである。
さらに、本発明の課題は溶融炉排ガス中の濃度の低い揮散成分をコンパクトな設備で処理を行うことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は次の構成によって解決される。
すなわち、灰を炉内に供給する灰供給孔（１９）と灰を溶融するバーナ（５）と該バーナ（５）からの火炎により灰を溶融させて炉外に流下させる羽口（１８）と溶融した灰より揮散した揮散物を含むガスを炉外に抜き出すガス抜出し管（２０）と該ガス抜出し管（２０）から抜き出される前記揮散物の濃度より薄い濃度の炉内の溶融灰より揮散した揮散物含有ガスを抜き出す高温ガス抜出し出口部（７）を壁面に設けた灰溶融炉（３）と、ガス抜出し管（２０）から抜き出したガス中の揮散物を回収処理する揮散物回収処理装置を備えた灰の溶融固化装置において、灰溶融炉（３）には、灰供給孔（１９）を一方の側壁に設け、該一方の側壁に相対する側面又は灰供給孔（１９）から供給されて炉内に形成される灰層の斜め上方の側面にバーナ（５）を設け、さらに、ガス抜出し管（２０）を溶融前の炉内の灰層を貫通させて設け、該ガス抜出し管（２０）のガス入口を炉内空間に配置し、バーナ（５）を中心としてガス抜出し管（２０）の反対側に高温ガス抜出し出口部（７）を設け、揮散物回収処理装置には、ガス抜出し管（２０）より抜き出した灰溶融炉（３）の灰より揮散した揮散物含有ガスを冷却し、ガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理する装置（２２，２４，３１）を設けた灰の溶融固化装置である。
【００１１】
本発明は上述のように灰の溶融時の揮散物を溶融炉排ガス中に混合する前に別途設けた抜出しガス管を通じて溶融炉排ガスとは別に抜出して処理するものである。
【００１２】
灰溶融炉の一側面より灰を供給し、これと相対する側面（又は灰層の斜め上方の側面）にバーナを配置し、灰を加熱溶融する溶融炉構造とすることにより、溶融炉に供給された灰は徐々に熱せられ、その表面が溶融しつつし、灰の加熱熱源の配置されている側面に押し出されるようにする。
【００１３】
灰中の低沸点化合物は１０００〜１２００℃程度の温度、すなわち、灰が溶融スラグになる前に大半が揮散する。従って、循環流領域から少量のガスを抜き出すと灰層より揮散したガスは、この少量のガスに高濃度で含まれた状態で灰溶融炉より排出される。灰が溶融流下する側から抜き出す大量の排ガス中には揮発物が含まれない様にする。こうすることにより、灰溶融時の揮発物を小量の抜出しガス中に濃縮した状態で取り出して別途、小型の排ガス処理設備で効率良く揮発物を処理でき、又、主煙道を通じて排出される大量の排ガス中の揮発物の濃度は低いため、揮発物に起因するトラブルを軽減できる。
【００１４】
循環流領域中の灰層より揮散したガスは、ガス抜出管から抜き出すことにより、灰溶融炉の構成材料である耐火材の侵蝕、および溶融炉排ガスの煙道の閉塞の原因である低沸点揮散物を予め除去できる。また、抜出したガス中には少量で、かつ低沸点揮散物、ＨＣｌなどが高濃度に含まれているため、その排ガス処理は非常に容易である。
【００１５】
さらに、高温の揮散ガスの抜出し管を灰層を貫通して複数本設けることにより、高温揮散ガスにより熱せられた抜出し管による灰層の撹拌作用により効率的に灰層の内部まで予熱が可能となる。
【００１６】
上記した方法により、溶融炉耐火材の侵蝕、排ガス煙道の閉塞の原因である低沸点揮散物を灰の予熱段階で除去できるため、灰溶融炉の耐久性、信頼性を高めることができる。
【００１７】
高温の抜出し管群を灰層が通過する際、灰はその流れが乱され、灰は高温の抜出し管と効率良く接触することにより灰の予熱を効率的に行うことができる。
また、本発明の上記課題は次の構成によって解決される。すなわち、上記本発明の灰溶融炉のガス抜出し管より抜出したガスを冷却し、ガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理する灰の溶融固化方法である。
【００１８】
本発明の灰の溶融固化装置には、灰溶融炉のガス抜出し管より抜出したガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理する前記揮散物回収処理装置として湿式ガス洗浄方式の回収処理装置を用い、該回収処理装置での洗浄後の排ガスを溶融炉排ガス処理系に合流させる構成を採用することができる。
【００１９】
この場合、ガス抜出し管より定常的にガスを抜出しているため、灰溶融炉内部の排ガス内の揮散物の大部分は前記ガス抜出し管より揮散ガスとして回収され、溶融炉排ガスよりも濃縮された形で揮散物が含まれる。そのため、本発明の灰の溶融固化装置または方法では従来技術の全量排ガス処理するガス処理装置と比較し、数十分の一から数分の一の排ガス処理設備を追加するのみで良い。
【００２０】
また本発明の灰の溶融固化装置には、灰溶融炉のガス抜出し管より抜出したガス中の揮散物を凝縮、液化および固化して回収処理する前記揮散物回収処理装置としてガス抜出し管より抜出したガスを冷却後、ガス中に脱塩剤を吹き込む乾式ガス洗浄方式の回収処理装置を用い、該回収処理装置での洗浄後の排ガスを溶融炉排ガス処理系に合流させる構成を採用することができる。
【００２１】
この場合は溶融炉排ガス中のＨＣｌ濃度が低くても、灰溶融炉のガス抜出し管より抜出した揮散ガス中に高濃度でＨＣｌが含まれるため、これに消石灰等の脱塩剤を吹き込んで接触効率よく塩素成分を固定化処理でき、排ガス中の塩素成分の除去に大量の消石灰を必要としない利点が加わる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による灰溶融炉の系統を図１に示す。
溶融炉３の一端に設けた灰ホッパ２より油圧シリンダ１７により作動するプッシャ１で炉内に供給された灰層４を溶融炉３の他端の上方に設けたバーナ５により灰層４を加熱し、表面より溶融する。灰層４表面の溶融灰は灰層斜面を流下して羽口１８より滴下し、スラグ水槽６に入り、急冷、水砕される。バーナ５の燃焼ガスは煙道７より煙道８を通じてガス冷却塔９、空気予熱器１０およびバグフィルタ１１を経て、誘引送風機１４により誘引されて煙突１６から排煙される。灰供給孔１９とバーナ５の火炎で囲まれた炉内空間には、循環流２９が生じていて、灰層４の表面より揮散したガスは、この循環流２９の帯域に滞留する。図１の系統図において、上記説明に無い部材、装置について、図４に示したものと同一機能を奏するものは同一番号を付してその説明は省略する。
【００２３】
また、灰供給孔１９とバーナ５の間に揮散ガス抜出し管２０を設け、該揮散ガス抜出し管２０より常時、一定量のガスを抜き出す。図１のＡ−Ａ断面図を図２に示すが、揮散ガス抜出し管２０は灰供給孔１９（図１参照）側に複数個設けることで、揮散ガス抜出しと揮散ガス抜出し管２０による灰の予熱が効果的に行われる。
【００２４】
揮散ガス抜出し管２０からの抜出しガス量は灰溶融炉３の燃焼ガス量の数％〜数十％程度である。本実施例では揮散ガス抜出し管２０より定常的にガスを抜出しているため、循環域２９内の揮散物の大部分は揮散ガス中に濃縮された形で含まれ、溶融炉排ガス中の揮散物濃度は非常に低い。そのため、本実施例のガス処理装置は従来技術の全量排ガス処理するガス処理装置と比較し、数十分の一から数分の一の排ガス処理設備を追加するのみで良い。
【００２５】
一方、灰溶融炉３の煙道７を通じて排出される燃焼排ガス中には極く少量の揮散ガスが含まれるのみであり、揮散ガスに起因する煙道７以下のガス流路の閉塞、伝熱管の腐食、耐火材の侵蝕といったトラブルは従来技術に比べて大幅に軽減される。
【００２６】
更に、揮散ガスは通常１０００℃以上の高温であるため、揮散ガス抜出し管２０は赤熱状態となる。プッシャ１により灰溶融炉３内に押し込まれた灰は、この赤熱管群に強制的に押し込まれる。その際、管群により灰層が撹拌され、揮散ガス抜出し管２０の赤熱管群と効率良く接触することにより、灰が効率良く予熱され、かつ、抜出しガスの方は冷却される。このようにして、熱の不良導体である粉体（灰）層を内部まで撹拌することにより、十分な予熱が可能となる。
【００２７】
揮散ガス抜出し管２０より抜き出された抜出しガスは煙道２１を通り湿式のガス洗浄塔２２に入り、水スプレーにより洗浄される。揮散物の組成（重量％）の一例を表１に示す。
【表１】
0004176165.tif 000002
【００２８】
表１に示すように、揮散物の大半は塩化物であり水溶性である。洗浄水は配管２３を通じて固液分離装置２４に送られ、固液分離装置２４で固形分と液が分離され、液は配管２７を通じて補給される水と共に配管２６を通じて洗浄塔２２に戻され、再使用され、固体は配管２５から排出される。固形分は回収し、セメントあるいは薬剤を加えて安定化処理するか図示していない金属回収設備に送り、有価金属を回収する。また、抜出しガス中の水スプレーに吸収されなかったガスは、洗浄塔２２の頂部からは煙道２８を経由してバクフィルタ１１前流側の煙道８に送られる。さらに、灰溶融炉３の底部の灰出し管３０から灰を取り出す。
【００２９】
本発明のその他の実施例として図３に示すような揮散ガス抜出し管２０より抜出したガスの処理設備として乾式法すなわち、ガス冷却塔３１により冷却したガス中にホッパ１２より配管１３を通じて消石灰などの脱塩剤を吹き込む方法により、抜出し管２０からのガス中の塩素をＣａＣｌ2として固体化した後、煙道２８を通じてバグフィルタ１１の上流に戻しても同様な効果を得る事が出来る。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、アルカリ金属類、塩類などを含む灰の溶融炉において、灰層より揮散した少量で、かつ低沸点揮散物、ＨＣｌなどを高濃度に含むガスを予め灰溶融炉から抜き出すことにより、小型の排ガス処理設備で効率良く揮発物を処理でき、耐火材の侵蝕、煙道部の閉塞といったトラブルを軽減し、灰溶融炉の信頼性を改善すると共に灰の予熱効率を高め運転経費を節減できる。
また、灰溶融炉の灰より揮散した濃い揮散物含有ガスをガス抜出し管から抜き出して、低沸点揮散物が揮散物回収処理装置に回収されるため、従来技術の全量排ガス処理するガス処理装置と比較し、数十分の一から数分の一の排ガス処理設備を追加するのみで良い。
さらに、主煙道を通じて排出される大量の排ガス中の揮発物の濃度は低いため、揮散ガスに起因する煙道以下のガス流路の閉塞、伝熱管の腐食、耐火材の侵蝕といったトラブルは従来技術に比べて大幅に軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による一実施例の灰溶融炉の系統図である。
【図２】  図１に示したガス抜出し管の平面的な配置を示した図である。
【図３】  本発明による他の実施例の灰溶融炉の系統図である。
【図４】  従来技術による灰溶融炉の系統図である。
【符号の説明】
１  プッシャ                          ２  灰ホッパ
３  溶融炉                            ４  灰層
５  バーナ                            ６  スラグ水槽
９  ガス冷却塔                        １０  空気予熱器
１１  バグフィルタ                    １２  脱塩剤ホッパー
１７  油圧シリンダ                    １８  羽口
１９  灰供給孔                        ２０  揮散ガス抜出し管
２２  洗浄塔                          ２４  固液分離装置
２９  循環流                          ３０  灰出し管
３１  ガス冷却塔
【図１】
0004176165.tif 000003
【図２】
0004176165.tif 000004
【図３】
0004176165.tif 000005
【図４】
0004176165.tif 000006