(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉出口の排ガスに対し、該排ガス中に含まれる溶融飛灰が液化を始める前に冷却ガスを吹き付け、
前記排ガスの冷却部位以後の排ガスダクトであって排ガスの流れ方向が変わる部位に相当する排ガスダクトの内壁に、熱伝導率の大きい耐火物であって排ガス流路側の表面温度が３００°Ｃ以下となるような厚みに加工されたものを張りつけたことを特徴とする溶融炉排ガスダクトの閉塞防止方法。
【請求項２】
被溶融物を溶融する溶融炉の下部に溶融スラグ及び排ガスを同時に出滓する出滓部が設けられた溶融設備において、前記出滓部の直後に出滓部から下方に向かう排ガスダクトを連設すると共に、前記排ガスダクト壁面を貫く冷却ガス吹き出しノズルを前記出滓部における出滓口の高さより低い位置に設け、さらに前記冷却ガス吹き出しノズルに冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段を設けたことを特徴とする溶融設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融炉排ガスダクトの閉塞防止方法及び溶融設備に関し、特に都市ゴミ焼却灰等の各種産業廃棄物を高温で溶融固化する設備に適した溶融炉排ガスダクトの閉塞防止方法及び溶融設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ、下水汚泥、その他の廃棄物を焼却することによって発生する焼却灰は、大部分が埋立処理されている。しかし、埋立地の確保が年々困難になっているため、埋め立てられる焼却灰の容積をできるだけ小さくすること、即ち減容化処理が要望されている。
【０００３】
また、焼却灰をそのままの状態で埋立てた場合には、焼却灰自体に含まれる種々の重金属等の有害物質が雨水や地下水等に溶け出し、いわゆる二次公害を引き起こすおそれがある。このため、埋め立てる前の段階で焼却灰を無公害処理化することも強く望まれている。このような状況の下、焼却灰の減容，無害化処理を実現すべく高温で溶融固化する方法が採用されつつあり、その方法の実施には、一般に溶融炉が使用されている。
【０００４】
ところで、溶融炉の出口付近の排ガス中には、飛散灰や低沸点のガス状物質（以下「溶融飛灰」と総称する）が含まれている。このため、炉出口排ガスの温度及び流速条件によっては、溶融飛灰が排ガスダクトの内壁に付着，堆積し、ついには排ガスダクトが閉塞するという事態にまで至ることがある。
【０００５】
そこで、排ガスダクトの閉塞を防止するための技術の開発が急がれており、これまでにも提案例がある。即ち、図８に示すように排ガスダクトの構成として、排ガスダクト１の内側に、発砲セラミック等の耐熱性多孔体２を配置し、多孔体２と排ガスダクト１との間に風室３を設けると共に、排ガスダクト１に気体供給ノズル４を取付け、そのノズル４から風室３内に空気等の気体９を送り、この気体９を多孔体２からダクト内側へ噴射させるようにしたものである。
【０００６】
そして、この気体の噴射によって、多孔体２近傍の低沸点ガス状物質を速やかに冷却，固化してパージするのみならず、排ガス中の飛散灰をパージし、これら溶融飛灰を排ガスダクトに直接付着，堆積させないようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記提案による排ガスダクトの閉塞防止技術にも問題点がある。即ち、図７は温度上昇とともに溶融飛灰が揮散し重量減少していく様子を示したものである。
【０００８】
この図から明らかなように温度が約１０００°Ｃを下回った時点で早くも急速に凝縮が進んでおり、溶融飛灰が液化する温度領域は非常に広範囲であることが分かる。溶融飛灰は、揮散した気体の状態から凝縮したときに煙道である排ガスダクトの内壁に付着すると考えられ、従って、そのような付着現象が生じる温度領域も広範囲であるといえる。
【０００９】
一方、溶融炉から排出された直後の排ガスは約１２００°Ｃ前後の高温状態にあり、煙道を通過する間に冷却されていく。従って、上記の如く溶融飛灰が凝縮点以下となる温度領域が広範囲な分だけ、溶融飛灰が付着する煙道内の排ガス流路面積及び流路長も大きくなってしまう。このため、提案例の閉塞防止技術では、溶融飛灰の捕集効率を高めようとする限り、排ガスダクトは、勢い長大なものにならざるを得ない。
【００１０】
また、溶融炉からの排ガス中では、３００〜４００°Ｃ付近の領域で有害なダイオキシンが発生することが多い。この対策として、一般的には煙道に接続して設けられる排ガス後処理工程内のバグフィルターでダイオキシンの除去を行っているが、バグフィルターによる処理の前に排ガスをダイオキシンの発生しやすい温度以下にまで冷却するための冷却工程を設けることにより、ダイオキシンの除去効率を高めることができる。
【００１１】
そこで、本発明のうち第１の発明の目的とするところは、排ガスダクトの長大化を避け、排ガス出口近くのより小さな空間内で溶融飛灰の付着，堆積防止策を施すと共に、この防止策にダイオキシン発生抑制効果をも併有させうるものとして、排ガス後処理工程までの煙道部の構造を簡素化し、また従来の排ガス冷却工程からバグフィルターにつながる排ガス後処理装置の規模の縮小化を図り、溶融炉ひいては焼却・溶融設備全体としての設備コストの大幅な低減化に寄与できるような溶融炉排ガスダクトの閉塞防止方法を提供する点にある。
【００１２】
また、第２の発明の目的は、第１の発明の目的に加えて、排ガスの冷却部位以後の、排ガスダクト分岐部のような排ガス流れの停滞しやすい部位への溶融飛灰の付着，堆積の防止を可能として溶融炉の安定した連続運転を確実に確保できるような溶融炉排ガスダクトの閉塞防止方法を提供する点にある。
【００１３】
また、第３の発明の目的は、第１の発明の目的を有効に実現できる溶融設備を提供する点にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明のうちで第１の発明は、溶融炉出口の排ガスに対し、該排ガス中に含まれる溶融飛灰が液化を始める前に冷却ガスを吹き付けることを特徴としたものである。また、第２の発明は、上記排ガスの冷却部位以後の排ガスダクトであって排ガスの流れ方向が変わる部位に相当する排ガスダクトの内壁に、熱伝導率の大きい耐火物であって排ガス流路側の表面温度が３００°Ｃ以下となるような厚みに加工されたものを張りつけたことを特徴としたものである。
【００１５】
ここで、「溶融炉出口の排ガス」とは、出滓口を通り過ぎた空間内にある液化前の高温排ガスを意味する。溶融飛灰が液化を始める前に、排ガスへ冷却ガスを吹き付けることとしたのは、溶融飛灰を排ガス出口直後のより小さな空間内で積極的に凝縮、凝固，さらに飛散させ、出滓口から後に続く排ガスダクトの内壁に溶融飛灰が付着し、堆積するのを最大限防止するためである。
【００１６】
また、出滓口直後から排ガス冷却部までの空間内の排ガスの温度は１０００〜１２００°Ｃの高温状態にあるが、この温度を保持することが好ましい。これは、出滓口でのスラグによる閉塞を防ぐためである。図７に示すように１０００〜１２００°Ｃの高温領域では溶融飛灰は気化しているため、耐火物表面への付着が問題となることはない。
【００１７】
なお、前述したように、溶融炉からの排ガス内で発生するダイオキシンの除去はすべてバグフィルターにより行っているが、バグフィルターでの除去効率を高めるためには、排ガスがバグフィルターに至る前の段階で排ガス温度を大規模に水冷制御する必要がある。
【００１８】
本発明では、溶融飛灰が液化する前に施す冷却ガスの排ガスへの吹き付け手段に、従来の水冷温度制御と同様の役目をも併有させている。即ち、溶融飛灰の付着，堆積防止効果に加えてダイオキシン発生抑制効果をも発揮させるために、排ガス冷却部では、約１０００°Ｃの高温ガスを２００°Ｃ程度まで急冷する。
【００１９】
これは、溶融飛灰の排ガスダクト内壁への付着防止だけを企図するのであれば、図７から分かるように６００°Ｃ程度までの冷却で十分であるが、ダイオキシンが形成されやすい温度領域は３００〜４００°Ｃ付近にあるため、２００°Ｃ程度まで一挙に冷却を行うのがダイオキシンの発生を抑制する上で効果的だからである。
【００２０】
また、排ガス冷却部以後では、冷却ガスの吹き付けによる排ガス温度制御が不安定となる場合もあることを予想して対策を立てておくべきである。即ち、排ガス温度制御が不安定になると、溶融飛灰が排ガスダクト内壁に付着する温度雰囲気になることもある。特に排ガス冷却部以降でダクトの向きが変わりガス流の停滞が発生しやすいような部位、例えは排ガスダクトの分岐部や曲がり部では溶融飛灰が堆積しやすい。
【００２１】
この点に鑑み、本発明者等は、耐火物の施工内容につき種々実験したところ、熱伝導率の大きい耐火物を薄めに加工し、排ガス流路側の耐火物表面温度ができるだけ低くなるようにすれば、溶融飛灰の付着はほとんど発生しないことを確認することができた。そこで、第２の発明として、排ガス冷却部以降では排ガスダクトの内壁に、熱伝導率の大きい耐火物であって排ガス流路側の表面温度が３００°Ｃ以下となるような厚みに加工されたものを張りつけるとの特有の解決手段を採用し得たものである。これにより、溶融炉の安定した連続運転を確実に確保することができる。
【００２２】
また、第３の発明は、被溶融物を溶融する溶融炉の下部に溶融スラグ及び排ガスを同時に出滓する出滓部が設けられた溶融設備において、前記出滓部の直後に出滓部から下方に向かう排ガスダクトを連設すると共に、前記排ガスダクト壁面を貫く冷却ガス吹き出しノズルを前記出滓部における出滓口の高さより低い位置に設け、さらに前記冷却ガス吹き出しノズルに冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段を設けたことを特徴とする。
【００２３】
ここで、「出滓口の高さより低い位置に設け」とは、ダクト内の温度が１０００〜１２００°Ｃ程度の高温状態にある中で冷却ガスを吹き出せるように冷却ガス吹き出しノズルを設けることを意味する。例えば、排ガスダクト内が０．３〜０．５ｍ2 程度の断面積を有する筒状空間である場合は、出滓口の高さ位置から下方（排ガス流れ方向）へ垂直距離にして０．５〜１．０ｍ程度の範囲内に冷却ガス吹き出しノズルを設けることが望ましい。
【００２４】
上記の構成により、溶融炉の排ガス出口付近のより小さな空間内に溶融飛灰の付着，堆積防止策が施された溶融設備とすることができる。また、その防止策はダイオキシン発生抑制効果をも発揮させうるものである。従って、排ガス後処理工程までの煙道部の構造を簡素化し、また従来の排ガス後処理装置の規模の縮小化を図り、溶融炉の安定した連続運転を確保しうる経済的な溶融設備とすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の閉塞防止方法及び溶融設備を、プラズマ溶融炉の排ガスダクトに適用した例を示す概略説明図である。プラズマ溶融炉１の出滓口２からは、溶融スラグと共に溶融飛灰の混じった排ガスが排出される。溶融炉１の炉内ガス温度は１２００°Ｃ以上の高温であるためスラグは完全に液状であるが、出滓口２を流下するときの温度低下による溶融スラグの固化による閉塞を防ぐため出滓口２に向けて都市ガスＥを供給できる構造として、出滓口２出口付近のダクト内温度を、１０００〜１２００°Ｃ程度の高温に保持できるようにしている。
【００２６】
排ガス冷却部においては、冷却ガス供給手段９より吹き出しノズル７を経て供給される冷却ガスＡの吹き付けにより約１０００°Ｃの高温ガスを一挙に２００°Ｃ程度まで急冷するが、ダクト内壁の耐火物４には、図２（排ガスダクト部のみを拡大した図）に示すように冷却ガスＡの吹出ノズル７周辺の排ガス流の停滞部分に、斜線で示すように溶融飛灰がわずかづつではあるがつらら状に堆積，成長する。しかし、溶融飛灰のある程度以上の堆積，成長は防ぐことができ、溶融飛灰はスラグ水砕槽６へ落下する。
【００２７】
ここで問題となるのは、冷却ガスＡの吹き出しノズル７周辺での溶融飛灰の堆積，成長を確実に抑制できるかどうかということであり、かつその条件を把握しておくことである。溶融飛灰がある程度堆積，成長して自重又は冷却ガスの吹き付けにより落下するときの条件は、冷却ガスＡの吹き出し流速や吹き込み角度、または冷却ガス吹き出しノズル７の配設ピッチといったパラメータに支配される。
【００２８】
図３及び図４によりそれらパラメータの適用範囲を明らかにする。図中の○印は、溶融飛灰の堆積，成長が溶融炉の安定連続運転に何ら影響を与えない程度に収束した場合を示し、×印は溶融飛灰の堆積，成長が収束しても堆積量が大きいために、あるいはほとんど閉塞状態となったため、溶融炉の連続運転に悪影響が出た場合を示している。
【００２９】
図３は、冷却ガス吹き出しノズル７を一方向側に３点設けて吹き出し角度αを変化させることにより、冷却ガス吹き出し流速と吹き出し角度が溶融飛灰の堆積，成長に及ぼす影響を調べた結果を示す図である。この図から明らかなように、排ガス流に垂直な方向と冷却ガスの吹き出し方向とのなす角度αが大きい程、冷却ガスＡの吹き出し速度を大きくしなければならないことが分かる。
【００３０】
吹き出し角度α＝０°の場合が吹き出し速度が最小となり理想的だと考えられるが、実際の溶融炉設備で使用する場合、冷却ガスの流量によっては排ガスが溶融炉方向へ逆流し、溶融炉の運転に悪影響を及ぼすことがあるので好ましくない。
【００３１】
図４は、冷却ガス吹き出し角度αを３０°に設定し吹き出しノズル７の配設ピッチを変化させた場合の溶融飛灰の堆積，成長に及ぼす影響を調べた結果を示す図である。吹き出し口が少ないほどその間に溶融飛灰が付着，成長しやすくなり、冷却ガスの吹き出し速度を大きくしなければならないことが分かる。
【００３２】
排ガス冷却部以後には排ガス処理設備が設置される。図１において、排ガスダクトの分岐部周辺、即ち、排ガス処理設備へ通ずる煙道８と排ガス冷却部との接続部周辺の、排ガス流が停滞しやすいがために溶融飛灰が付着しやすい箇所（図中一点鎖線で示す部分）に対しては、ダクト内壁に、熱伝導率の大きい耐火物
であって排ガス流路側の表面温度が３００°Ｃ以下となるような厚みに加工されたものを張りつけて、溶融飛灰の堆積，成長が起こりにくくしている。
【００３３】
なお、凝固した溶融飛灰については、通常のバグフィルター等を使用してその捕集を行う。このようにして、溶融飛灰の付着，堆積による排ガスダクトの閉塞を防ぎ、溶融炉の安定した連続運転を可能としている。
【００３４】
なお、図５は、他の実施形態を示す概略説明図であり、排ガス冷却部の内壁構造として、上述した煙道８との接続部周辺の内壁構造と同様に、熱伝導率の大きい耐火物を薄く施工した例を示している。このように水冷による耐火物表面の冷却効果により、冷却ガス吹き出しノズル７周辺への溶融飛灰の付着を一層抑制し、溶融飛灰の堆積防止効果を一層高めるようにすることも可能である。
【００３５】
また、図６は、さらに他の実施形態を示す概略説明図である。図１，図５に示す排ガスダクトの構成は、いずれも溶融スラグと排ガスが同一の排出ラインをたどるものであるが、このような構成では、排ガス中の有害成分（塩化水素等）や溶融飛灰がスラグ搬出槽６中に混入するため、固化スラグの品質やスラグ搬出槽６を水砕槽とした場合の水質を低下させるおそれもある。
【００３６】
そこで、図６に示すように、出滓口付近で出滓ライン９と排ガスライン１０を別々に構成し、排ガスライン１０の方に本発明の排ガスダクト閉塞防止方法を適用することにより、かかる事態に対処することも可能である。なお、この形態の場合は、出滓ライン９と排ガスライン１０との接合空間部をできるだけ小さくするように構成することが、出滓口出口周辺の高温を保持する上で好ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち第１の発明は、排ガスダクトの長大化を避け、排ガス出口近くのより小さな空間内で溶融飛灰の付着，堆積を防止できるようにすると共に、この防止策にダイオキシン発生抑制効果をも併有させうるものとして、排ガス後処理工程までの煙道部の構造を簡素化し、また従来の排ガス冷却部からバグフィルターにつながる排ガス後処理装置の規模縮小化を図り、溶融炉ひいては焼却・溶融設備全体としての設備コストの大幅な低減化を可能とした。
【００３８】
また、第２の発明は、第１の発明の効果に加えて、排ガス冷却部位以後の、排ガスダクトの分岐部や曲がり部のような排ガス流の停滞しやすい部位への溶融飛灰の付着，堆積の防止を可能として溶融炉の安定した連続運転を確保できるようにした。
【００３９】
さらに、第３の発明は、要するに溶融設備における溶融炉の排ガス出口直後の煙道部の構成を、溶融飛灰の付着，堆積の防止及びダイオキシンの発生抑制を可能とするものとしたので、排ガス後処理工程までの煙道部の構造を簡素化し、また従来の排ガス後処理装置の規模の縮小化を図り、溶融炉の安定した連続運転を確保しうる経済的な溶融設備とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略説明図である。
【図２】排ガスダクト部分のみを拡大した図である。
【図３】冷却ガス吹き出し流速と吹き出し角度が溶融飛灰の堆積，成長に及ぼす影響を調べた結果を示す図である。
【図４】冷却ガス吹き出し流速と吹き出し口の配設ピッチが溶融飛灰の堆積，成長に及ぼす影響を調べた結果を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す概略説明図である。
【図７】溶融飛灰について温度変化に伴う重量減少の様子を示すグラフである。
【図８】従来の溶融炉排ガスダクトの閉塞防止構造を示す要部断面模式図である。
【符号の説明】
１ プラズマ溶融炉
２ 出滓口
３ 都市ガス供給口
４ 耐火物
５ 水冷鉄皮
６ スラグ搬出槽
７ 冷却ガス吹き出しノズル
８ 煙道
Ａ 冷却ガス
Ｅ 都市ガス
【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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