(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉蓋を貫通して設けた電極と炉底に設けた電極との間で直流通電して焼却灰や煤塵などの灰を溶融する灰溶融炉の炉内において灰を溶融する際灰に含まれるアルカリ塩を、溶融スラグ層上に溶融塩層が形成されないように積極的に電気分解し、電気分解で発生する可溶性の成分を含むとともに多量のダストを含む排ガスを処理する灰溶融炉の排ガス処理方法であって、上記灰溶融炉から排出される排ガスをＣＯガス燃焼器に導入して排ガス中のＣＯガスを燃焼させる工程と、ＣＯガス燃焼器から排出される排ガスをガス冷却器に導入して排ガス中に水を噴霧して冷却する工程と、ガス冷却器から排出される排ガスをＨＣｌ除去反応器に導入し、上から消石灰または消石灰スラリを降らせて排ガス中のＨＣｌガスを中和して除去するとともに、排ガス中のダストを消石灰に付着させて除去する工程と、ＨＣｌ除去反応器から排出される排ガスをバグフィルタに導入してダストを除去する工程とを有してなり、上記各ＣＯガス燃焼器、ガス冷却器、ＨＣｌ除去反応器およびバグフィルタは下方に縮径部を有しており、その下端には粉体排出装置が設けられていることを特徴とする灰溶融炉の排ガス処理方法。
【請求項２】
上記粉体排出装置は上下に連設された２連のウエート付バタフライ弁であり、弁はウエートにより常時閉まっていて、粉体が弁体上に溜まるとその重さでウエートに抗して開き粉体を排出するようになっている請求項１記載の灰溶融炉の排ガス処理方法。
【請求項３】
ＣＯガス燃焼器とガス冷却器とを連結する配管に、管壁の温度を１５０〜４５０℃に制御する蒸気ジャッケトを設けるとともに、管壁に付着したダストを除去するダスト除去装置を設けた請求項１または請求項２記載の灰溶融炉の排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉の排ガス処理装置に係り、特に直流抵抗式灰溶融炉の乾式排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥等の各種廃棄物は焼却施設で焼却処理され、生じた焼却灰やばいじんは、従来埋め立て処分されていた。しかし、埋め立て処分地枯渇の問題や有害重金属類の溶出による地下水汚染の問題があるため溶融による減量・減容化と無害化の必要性が高まってきている。
【０００３】
このような背景で灰中の残留炭素、コークス、灯油、電力を熱源とした溶融処理方式が提案され、一部で実処理が行われている。このうち、電力を熱源とした溶融炉としてプラズマアーク加熱方式や抵抗加熱方式などがある。
【０００４】
抵抗加熱方式の灰溶融炉は、溶融スラグ内に対抗電極を配置し、直流または交流通電による電気抵抗熱（ジュール熱）により灰を加熱溶融するものであり、１）熱効率が高い、２）発生ガスが少ない、３）アークを生成しないためフリッカが発生しない、４）溶融スラグと溶融メタルとを分離した分割出滓ができる、という特徴がある。
【０００５】
かかる抵抗加熱方式の灰溶融処理方法として特開平７−７７３１８号に開示されたものがある。図２は上記公報に開示されたもので灰溶融炉の断面および前後設備のフローシートを示している。図において、ａは灰溶融炉、ｂは上部電極、ｃは炉底電極、ｄは電源装置、ｅは溶融メタル層、ｆは溶融スラグ層、ｇは溶融塩層、ｈはＣＯガス燃焼炉、ｉは集塵機、ｊは集塵ファン、ｋは煙突、ｍは電極埋没位置調節器である。
【０００６】
上記発明の特徴は、ごみ焼却施設より発生する焼却灰、ばいじん（飛灰）あるいは二者の混合物からなる廃棄物を電気抵抗熱を熱源として溶融処理する方法であって、上部電極ｂの先端位置を溶融塩層ｇと溶融メタル層ｅの間の溶融スラグ層ｆ中に位置せしめ炉底電極ｃの間に、直流通電もしくは交流２相通電により垂直方向に通電することにより溶融塩を電気分解することなく、溶融スラグ層ｆの上方に溶融塩層ｇを安定的に形成し、有害な塩素ガス、塩化水素ガス等の発生を防止しようとするものである。
【０００７】
しかし、上述のように灰溶融炉ａ内に溶融塩層ｇを形成させるような操業をすると、溶融塩は炉壁材を侵触する性質が極めて強いので、侵触を防ぐため高価な炉壁材料を使う必要がある。また、電気の伝導性のよい溶融塩が炉壁中に浸透するので、短絡事故を起こしやすい。そこで本願出願人は、鋭意研究の結果、炉底の陰極と炉蓋から挿入された陽極との間で通電して、電気抵抗熱により灰を溶融する際に、食塩（ＮａＣｌ）などのアルカリ塩を積極的に電気分解する操業方法を採用することにした。かかる操業方法によれば、例えば食塩は、塩素ガスと金属ナトリウムに電気分解する。塩素ガスは水蒸気と反応して塩化水素と次亜塩素酸になるが、次亜塩素酸は酸素を放出して塩化水素になる。また、金属ナトリウムは蒸発し酸化雰囲気中で酸化ナトリウムとなる。そして、これらの物質は排ガス中に含まれて、外部に放出される。なお、金属ナトリウムは一部溶融メタル層ｅ中に残る。
【０００８】
しかし、これらの物質を含む排ガスを図２に示すように乾式処理すると、これらの物質は吸湿性が強く、吸湿するとバグフィルタや電気集塵機などの集塵機ｉまたは途中の配管やダクトにダストと共に付着し、払い落としが困難で目詰まりや性能劣化を起こしやすい。
【０００９】
そこで、本願出願人は湿式排ガス処理装置を開発し、特許出願を行った。例えば特願平８−１４２６３１号「灰溶融炉の排ガス処理装置」には、図３に示すように灰溶融炉から発生する排ガスを導いて、吸収液にダストおよび可溶性成分を吸収させるガス吸収塔と、ガス吸収塔からの排ガスをミストセパレータを介して導き排ガス中のＣＯガスを燃焼させるＣＯ燃焼器とを有する排ガス処理装置が開示されている。
【００１０】
また、特願平８−１４６１２４号「灰溶融炉の排ガス吸収装置」には、吸収液を収容するとともに、排ガスを吸収液内部に潜らせて発泡を起こさせるバブリングタンクと、円筒または逆円錐状の胴部を有するとともに、下方に縮径部を有しており、頂部から灰溶融炉の排ガスが流入するとともに、胴部上端にバブリングタンクからポンプを介して、接線方向に流入する循環吸収液により胴部内壁が洗浄されており、かつ、下端がバブリングタンク内の吸収液に没入しているバッファタンクとを有してなる排ガス吸収装置が開示されている。
【００１１】
さらに、第７回廃棄物学会研究発表会講演論文集１９９６には、上記の発明を含む灰溶融炉と排ガス処理装置のパイロットプラントのフローシートが開示されている。図４は上記フローシートである。灰溶融炉の上部電極には黒鉛を使用していて、ＣＯガスが発生するので、図に示すようにＣＯ燃焼室が設けられている。バブリングタンクは、外気をシールして灰溶融炉内を大気圧より高圧に保ち、外気が灰溶融炉内に逆流しないようにするために設けられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記湿式排ガス処理装置は、排水処理装置が必要であり、そのイニシャルコストおよびランニングコストがかかるため、ユーザによっては湿式排ガス処理装置を嫌う場合がある。
【００１３】
本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、灰溶融炉の排ガス処理装置の技術の多様化を図り、灰溶融中にアルカリ塩の電気分解によって生じる物質を含んだ排ガスを乾式で処理する灰溶融炉の排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の灰溶融炉の排ガス処理装置は、直流電気抵抗式灰溶融炉の排ガス処理装置であって、上記灰溶融炉から排出される排ガス中のＣＯガスを燃焼させるＣＯガス燃焼器と、ＣＯガス燃焼器から排出される排ガス中に水を噴霧して冷却するガス冷却器と、ガス冷却器から排出される排ガスを導入し、上から消石灰または消石灰スラリを降らせて、排ガス中のＨＣｌガスを中和して除去するとともに、排ガス中のダストを消石灰に付着させて除去するＨＣｌ除去反応器と、ＨＣｌ除去反応器から排出される排ガスを導入してダストを除去するバグフィルタとを有してなるものである。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＣＯガス燃焼器とガス冷却器を連結する配管に、管壁の温度を１５０〜４５０℃に制御する蒸気ジャケットを設けるとともに管壁に付着したダストを除去するダスト除去装置を設けるのがよい。
【００１６】
次に本発明の作用を説明する。
直流電気抵抗式灰溶融炉からの排ガス中には、１５０〜２００ｇ／ｍ3 のダスト、２〜３％のＣＯガスの他、ＨＣｌや重金属のガスなどが含まれている。また、直流電気抵抗式灰溶融炉からの排ガスは温度が４００〜６００℃と低いので、灰中に含まれるダイオキシンは排ガス中に移行し、分解されずにそのまま排出される。灰溶融炉からの排ガスはＣＯガス燃焼器内で吹込まれた空気によりＣＯガスが燃焼する。この際、ＣＯガスが低濃度で自燃しない場合には、空気とともに燃料を吹込んで燃焼させる。ＣＯガス燃焼器内では９００〜１０００℃の温度で、かつ、滞留時間を２〜４秒保持することにより、排ガス中に含まれるダイオキシンを完全に分解する。
【００１７】
ガス冷却器内では、水を噴霧して排ガス温度を２００℃程度に冷却する。ガス冷却器から排出された排ガスは、ＨＣｌ除去反応器に導入される。反応器内では消石灰または消石灰スラリを上から降らせ排ガス中のＨＣｌを中和して除去するとともに、ダストを消石灰または消石灰スラリに付着させて除去する。多量のダストがこの反応器で除去されるので、下流のバグフィルタの負荷が軽減される。排ガスは、バグフィルタによりダストが完全に除去され、煙突を通って外部に排出される。
【００１８】
ＣＯガス燃焼器とガス冷却器を連結する配管内は、特に管壁にダストが付着しやすいが、管壁の温度を１５０〜４５０℃、特に２５０℃前後に保つことにより、除去しやすい形で付着するので、この配管には蒸気ジャケットを設けるとともにブラシなどのダスト除去装置を取付ける。なお、灰溶融炉とＣＯガス燃焼器の間の配管についても、同様の装置を設けるのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の灰溶融炉の排ガス処理装置のフローシートである。図において、１は直流電気抵抗式灰溶融炉である。焼却灰や飛灰１１が投入され、主電極１ａと炉低電極１ｂとの間で直流通電してジュール熱により灰溶融を行う。灰溶融炉１内では、底部に鉄などのメタル層１ｄ、その上にスラッジ層１ｃが形成されており、スラッジ層１ｃ上に、灰が浮いた状態の固体灰層１ｅが形成される。スラッジ１ｃは、出滓口１ｆから排出され、排ガス１２はガス排出口１ｇから排出される。排ガス中には高濃度のダストが含まれるとともに、主電極がカーボン製なので、それが酸化されてＣＯガスが発生するのでそれも含まれる。また、食塩などのアルカリ塩が灰溶融炉内で電気分解されてＨＣｌガスが発生し、排ガス中に含まれる。さらに灰中に含まれるダイオキシンは、灰固体層１ｅ内で揮発し、排ガス１２の温度が４００〜６００℃と低いので分解されず排ガス１２中に含まれて排出される。
【００２０】
２はＣＯガス燃焼器である。ＣＯガス燃焼器２には上部にバーナ２ａ、下部に粉体排出装置１０が設けられている。粉体排出装置１０には種々の形式のものがあるが、ここでは２連のバタフライ弁が図示されている。弁はウェート１０ａにより常時閉っていて外気とシールしており、粉体が弁体上に溜るとその重さでウェート１０ａに抗して開き粉体を排出する。
【００２１】
３はガス冷却器であり、３ａはアトマイジングノズルである。アトマイジングノズルは図示しない水配管と圧縮空気配管が接続されていて、水を細い霧状に噴出する。ガス冷却器３の下部にも粉体排出装置１０が設けられている。灰溶融炉１とＣＯガス燃焼器２との間は、配管８で連結されており、ＣＯガス燃焼器２とガス冷却器３の間は、配管９で連結されている。配管９内は特にダストが付着しやすいが、配管の温度を２５０゜Ｃ前後に保つと容易に掃除可能なので、蒸気ジャケット９ｂにより囲繞していて、蒸気流量を調節することにより管壁の温度を制御する。９ａはダスト除去装置で、種々の形式のものがあるが、ここではブラシ式を図示している。ブラシは通常操業時は手前側に退避していて、管壁を掃除するときには、配管内をワイヤ等で移動させる。
【００２２】
４はＨＣＬ除去反応器である。反応器４の頂部には消石灰スラグのスプレーノズル４ａが設けられている。スプレーノズル４ａには図示しない消石灰スラリ配管と圧縮空気配管が接続されていて、消石灰スラリを噴霧状に噴射する。ＨＣｌ除去反応器４の下部には粉体排出装置１０が設けられている。５はバグフィルタ、６は誘引送風機、７は煙突である。
【００２３】
次に本実施形態の作用を説明する。
直流電気抵抗式灰溶融炉１の排ガス１２中には、高濃度のダスト、ＣＯガス、ＨＣｌガス、重金属ガスなどが含まれている。排ガス１２はＣＯガス燃焼器２内で吹込まれた空気により、排ガス中に含まれるＣＯガスが燃焼する。この際、ＣＯガスが低濃度で自燃しない場合には、空気とともに燃料をバーナ２ａから吹込んで燃焼させる。ＣＯガス燃焼器２内の温度は、９００℃以上とし、排ガスの滞留時間を２〜４秒になるように操業してダイオキシンを完全に分解する。
【００２４】
ガス冷却器３内では、アトマイジングノズル３ａから圧縮空気により水を細い霧状に噴霧し、排ガス１２を２００℃前後に冷却する。冷却された排ガス１２は、ＨＣｌ除去反応器４内に流入する。反応器４内では、頂部に設けられたスプレーノズル４ａから消石灰スラリが圧縮空気とともに噴霧され、霧状のスラリは反応器４内を下降する。排ガス１２と霧状のスラリとが反応器４内で接触し、排ガス１２中のＨＣｌが中和されるとともに、ダストがスラリに付着して除去される。消石灰スラリは水分が蒸発して粉体になり、下部から排出される。このように、排ガス１２中のダストの一部がＨＣｌ除去反応器４内で除去されるので、バグフィルタ５の負荷が軽減される。
【００２５】
排ガス１２は、バグフィルタ５で除塵された後、誘引送風機６、煙突７を経て外部に排出される。
【００２６】
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の灰溶融炉の排ガス処理装置は、乾式排ガス処理装置であるが、従来の乾式排ガス処理装置のようなバグフィルタの目詰りの問題がなく、従来の湿式排ガス処理装置に必要な水処理装置が不要であるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の灰溶融炉の排ガス処理装置のフローシートである。
【図２】従来の灰溶融炉の断面図および排ガス処理装置のフローシートを含む図面である。
【図３】従来の湿式排ガス処理装置のフローシートである。
【図４】従来の湿式排ガス処理装置のフローシートである。
【符号の説明】
１    直流電気抵抗式灰溶融炉
２    ＣＯガス燃焼器
３    ガス冷却器
４    ＨＣｌ除去反応器
５    バグフィルタ
【図１】
0003849287.tif 000002
【図２】
0003849287.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003849287.tif 000005