第５章

エネルギー回収施設の処理方式

本章では、エネルギー回収施設の処理方式を選定した。
１

エネルギー回収施設の炉形式
エネルギー回収施設の炉形式は次の形式がある。
①全連続燃焼式（24 時間/日稼働）②准連続燃焼式（16 時間/日稼働）③機械化バッチ式（8 時間/日稼働）
これらの炉形式のうち、本計画では、次の理由により全連続燃焼式の 焼却炉とする。
1) ダイオキシン類削減対策「ごみ処理に係るダイオキシン類発生防止等ガイドライン」（ダイオキシン類削減プ
ログラム：平成 9 年 1 月）において「3-2-2 焼却施設における対策：新設炉」では、「燃焼の安定化、高度な排ガス処理等によるダイオキシン類の排出削減の実施可能性、熱エネルギーの有効利用等の観点から、全連続炉による焼却が適切。」とされており、周辺環境の保全には、全連続燃焼式が適切である。
2) 余熱利用
本計画では、余熱利用としてボイラを備え、発電を行うこととしているため、焼却炉が毎日停止する准連続燃焼式または機械化バッチ式の焼却炉では毎日のボイラの立ち上げ及び立ち下げがあるため、安定した蒸気の発生及び発電はできない。
そのため、余熱利用の観点からも全連続燃焼式にする必要がある。
3) 施設の面積及び建設費
准連続燃焼式炉は、16 時間運転のため、1 時間当たりの焼却量は、全連続式焼却炉に比べて（24h÷16h＝）1.5 倍の焼却量となる。焼却炉の面積当たりの焼却量は 設計計算
上、一定の値であるため、焼却炉面積は大きくなる。
また、排ガス処理設備等も 1 時間当たりの排ガス量は 1.5 倍となるため、設備が大きくなり、建築面積も大きくなることで建設費が高くなる 。
そのため、全連続燃焼式にすることが適している。
炉形式は、周辺環境の保全及び適正な余熱利用等の観点から、「全連続燃焼式」とする。

- 30 -

２

エネルギー回収施設の処理方式
可燃ごみの焼却、溶融方式及び過去 10 年の建設実績件数を図 5-1 に示す。
なお、下記の方式以外に「流動床方式＋灰溶融」及び「キルン方式」があるが、いずれも過去 10 年の建設実績がないため、図 5-1 には含めていない。
また、バイオマス方式（メタン発酵＋焼却方式）は、実績件数が少なく、建設費・運営費ともに高くなると予想されるため、比較は行わなかった。
エネルギー回収施設の方式の概要を、図 5-2 に示す。

大区分方式

H20～H29の うち50～100
実績件数ｔ/日施設

ストーカ方式

124

28

流動床方式

21ストーカ＋溶融炉

81シャフト炉方式

141

流動ガス化方式80

メタン発酵＋焼却

21焼却方式

焼却＋溶融方式

ガス化溶融方式

バイオマス方式

図 5-1

焼却及び溶融方式の種類

メタン発酵＋焼却方式：生ごみなどを嫌気性で発酵させ、発生したメタンガスを熱利用する方式
で、熱効率は良いが、次の問題がある。
①生ごみを個別に収集するための体制が必要であり、量の少ない生ごみ収集は困難である。臭気の発生を防止するため、可燃ごみと同様に、週 2 回 の収集とすると、エネルギー回収に対する費用の発生が大きく、現実的ではない。
②メタン発酵後に発生する残渣（中間液及び汚泥）の 処理が必要で、特に中間液は液肥としての利用先があることが必要だが、本区域では利用先の確保は難しい。
③生ごみ以外の可燃ごみ及びメタン発酵の汚泥処理として、焼却施設が必要である。そのため、メタン発酵施設と焼却施設の 2 施設の建設費及び運営 費がかかる。

- 31 -

焼却及び焼却溶融方式の概要

焼却方式（従来方式）

ごみを焼却して灰は最終処分場に埋め立てる方式のため、埋め立て量が多い。
灰をセメント原料などに使う場合は、１ｔあたり４～5万円かかる。

従 来 方 式 (焼 却 )＋ 灰
溶融方式

溶融方式

※焼却炉の方式としては最も一般的な方式※北茨城市清掃センターがこの方式である。
※ただし、焼却灰の量が１２～１４％程度あるため、最終処分費がかかる。

ストーカ式焼却炉※以前は、８時間や16時間運転炉に多く用いられていた方式だが、現在はほとんど建設実績はない。
※県内では牛久市がこの方式である。
※焼却灰の最終処分費がかかる。

流動床式焼却炉

ストーカ式焼却炉＋溶融炉
流動床式焼却炉＋溶融炉※上記の従来方式の後に電気または灯油を使って高温（1,400℃程度）で 焼却灰を溶融する方式。
※電気や油の使用量が非常に多くＣＯ２ 発生も多いため、現在はほとんど 建設実績はない。

- 32 -

焼却して冷えた灰を高温で溶融するため、大きなエネルギーを使う。

焼却灰を高温で溶融してガラス質にするため、再利用でき、最終処分量が大幅に減る。

※溶鉱炉の原理を使ってごみをそのまま溶融する方式※溶融温度は1,700℃程度で、鉄を含めてほとんどの物質を溶かすため、不燃ごみや不燃性粗大ごみも同時に処理することが可能である。
※高温でできるスラグのため、強度や安定性に優れる。
※ごみ量に対して３～４％のコークスを使う。
※県内はエコフロンティアかさまがこの方式である

シャフト炉式
溶融炉

ガス化溶融方式
ごみの持つエネルギーを利用して溶融するため、エネルギー効率がよい。

流動床式ガス化
溶融炉

二次空気i

キルン式ガス化溶融炉

図 5-2

エネルギー回収施設の処理方式※ごみを流動床炉で蒸し焼きにし、発生したガスと炭素分を使って溶融炉で溶融する方式。
※溶融温度は1,300～1,400℃程度で、鉄は溶融しないため、不燃ごみや不燃性粗大ごみの同時処理はできない。
※比較的低温でできるスラグのため、強度や安定性は高温スラグより劣る。
※鉄の微粒子も含まれるため、スラグをコンクリート２次製品に多く使用した場合、赤く変色する場合がある。
※県内は、さしま環境管理事務組合に施設がある。

※ごみをロータリーキルンで蒸し焼きにし、発生したガスと炭素分を使って溶融炉で溶融する方式。
※溶融温度は1,300～1,400℃程度で、鉄は溶融しない。
※その他は、流動床式ガス化溶融炉とほぼ同じである。
※県内は、常総地方広域市町村圏組合がこの方式である。

1) 焼却処理(1) ストーカ炉
ストーカ方式は、炉内のごみを撹拌しながら移送できる機械式火格子（ストーカ）に可燃ごみを投入し、火格子の下方から空気を吹き込みながら乾燥・燃焼・後燃焼までの工程を行う。最も多く採用されている方式である。
(2) 流動床炉
流動床方式は、砂を入れた流動床の下部から熱風を送り、上部からごみを投入して高熱の砂とごみとの接触により、むらなく短時間に燃焼させる方式である。 過去には准連続式燃焼炉に多く用いられてきたが、最近の建設実績は非常に少ない。
2) 灰溶融及びガス化溶融(1) 焼却＋灰溶融炉
焼却＋灰溶融は、焼却後の灰を熱源を用いて溶融し、焼却灰をスラグとして再利用する方式で、熱源としては灯油による燃料溶融方式及び電気による電気溶融方式があるが、いずれの方式も冷えた灰を燃料や電力を使用して溶融するため、建設費、運営費ともに高価である。
(2) シャフト炉方式
シャフト炉は、溶鉱炉の原理を応用した方式で、上部のホッパからごみとともにコークスなどの副資材を投入する。ごみ及び副資材は、炉の下方に移動し、乾燥・分解し、炉の最下層では、炭化したごみとコークスに酸素を吹き込むことで、1,700℃程度の高温で溶融し、スラグ及びメタルとして再利用する。
(3) 流動ガス化方式
流動ガス化方式は既存の技術である流動床炉でごみを蒸し焼きにしてガス化し、旋回溶融炉に送り、ガスの燃焼熱を利用して 1,400℃程度で灰の溶融を行う。
過去には大手メーカーも流動ガス化方式を研究・建設していたが、最近は 流動ガス化方式の建設に参入するメーカーは少なくなっている。
スラグ：焼却灰を 1,400℃以上に熱し、ガラス化して内部の重金属類の溶出を 、ほぼ完全に防止することで、路盤材やコンクリート二次製品の材料として利用する。

３

焼却方式の検討
焼却方式の検討を行うに当たって、最も基本的な条件をまとめた。これらの基本事項をもとに処理方式を選定した。
1) 基本的条件
施設計画に当たっての基本的条件を次のように設定する。
(1) エネルギー回収施設の規模は、80ｔ/24ｈとする。
(2) 焼却炉形式は、全連続燃焼式（24h 運転）とする。

- 33 -

(3) 公害防止設計基準は、法令以下とすることはもとより、自主規制値以下とする。
(4) 効率的な資源化等が可能で、適正な建設費、維持管理費及び点検整備費が可能な方式とする。
2) 施設計画の比較要素
処理方式選定の比較要素は次のとおりとする。
(1) 過去 10 年の建設実績（建設件数）
計画施設と同程度またはそれ以上の規模の建設実績が多いこと。
（過去 10 年の建設実績で比較）(2) 建設費及び運営費
計画施設と同程度の能力及び仕様では、建設費及び運営費が安価であることが望ましい。特に運営費は全額一般財源であり、20 年以上継続して使用するため、安価であることが望ましい。
(3) 安定運転と外部エネルギーの必要性
計画施設の運転管理は、特異な専門知識が不要で、委託する場合も管理が可能な業者が多い方が、望ましい。また、焼却に外部エネルギーが必要な方式は、運営費が高くなるため、望ましくない。
(4) 熱利用（発電量に対する電気使用量）
電気使用量が少なく、発電出力が多い方がＣＯ ２ 発生は少ない。また、燃料等の使用量の少ない方が周辺環境、地球環境にやさしい。
(5) 処理残渣と資源化
処理残渣量が少ないことが経済的かつ循環型社会形成に望ましい。
(6) 施設解体費
施設使用終了後に解体をする場合、解体費用が安価なことが望ましい。
４

検討を行った方式
比較検討を行ったエネルギー回収施設の処理方式は、次のとおりとした。
1) 比較対象とした方式(1) ストーカ方式(2) 流動床方式(3) シャフト炉方式(4) 流動ガス化方式2) 比較対象としなかった方式
検討の比較対象としなかった方式を理由と共に次に示す。
(1) 焼却＋灰溶融方式
この方式は、焼却（ストーカ又は流動床炉）＋灰溶融炉で構成する。平成 10 年度- 34 -

頃は、最終処分場の残余容量が逼迫していたことから 、溶融によりスラグ化を図り資源化をすることが推奨されてきた。近年では、最終処分場残余容量の確保ができていることや、焼却灰のセメント原料化などの方法が確立され、また、灰溶融炉の建設には多額の費用がかかり、運営費も高額であることなどから、検討対象から除外した。
(2) キルン方式
キルン方式は過去 10 年の建設実績がなく、平成 10 年度から平成 13 年度には実績があったが、初期の一時的な稼働停止や処理性能の未達などのトラブルが続いた経緯がある。そのため、この方式は検討対象から除外した。
５選定の結果エネルギー回収施設（焼却施設）の処理方式は、過去 10年の他自治体等の採用実績から、ストーカ方式、流動床方式、シャフト炉式ガス化溶融方式及び流動床式ガス化溶融方式を選定し、これらの方式の「実績・安定性」、「エネルギー・環境配慮」、「経済性」について、比較・評価を行った。その結果について、表 5-1に示す。

表5-1

処 理方式の評価結果

ストーカ方式

流動床方式

シャフト炉式
ガス化溶融方式

流動床式
ガス化溶融方式

実績・安定性◎△○△

エネルギー・環境配慮◎

◎△

○

経済性

◎

△○

○

評価項目

凡例；

◎；優れている○；普通△；やや劣る

×；劣る◇本計画による処理方式
処理方式は、①比較的近郊に民間の最終処分場があり灰の処分先が確保できる状
況にあること、②長い歴史と豊富な実績による処理技術の信頼性（安全性・安定性）から圧倒的な採用実績がある方式であること、③建設費及び運営費など経済性に優れていることから、現在の北茨城市清掃センターと同じ方式である「ストーカ方式」とする。

- 35 -

表 5-2 エネルギー回収施設の処理方式の比較（１）
項

焼却方式

目

ガス化溶融方式

ス ト ーカ式

流動床式

シャフト 炉式

煙突
給じん装置

排ガス

ごみ
コークス
石灰石

排ガス

流動ガス 化式
溶融炉
バーナ

廃熱ボイラへ
処理物
熱分解ガス
熱分解ガス

処理フロー
散気管
不燃物
振動篩

砂
循
環
コン
ベヤ

高温
還
元
雰
囲
気

酸素

不燃物搬送
コンベヤ

- 36 -

整備実績
平成20年度～
平成29年度契約
最小規模
平成20年度～実
平成29年度契約
績・ 運転管理安
定性 処理対象物の量・質の変動への対応

評 価

ガス化炉
バーナ

溶融炉
バーナ

1300 ～1450 ℃

550 ～630 ℃

熱分解ガス化帯(300～1000℃)

酸素

不燃物搬出
コンベヤ

処理の概要

乾燥・予熱帯(約300℃)

燃焼・溶融帯(1700～1800℃)

流動砂
不燃物
有価金属

流動空気

流動砂
不燃物
有価金属

スラグ

スラグ・メタル・代表的な炉内構造は、ごみを乾燥させる ・炉内に熱砂が入っており、この砂による流 ・高炉技術が基礎で、竪型シャフト炉で、乾 ・流動床炉内で、ごみを450～600℃で熱し、ための乾燥段、焼却するための燃焼段、未 動層に破砕したごみを投入し、乾燥、燃焼、 燥、ガス化、溶融を同一炉内で行う。
熱分解を継続して行う。
燃焼分を完全に焼却するための後燃焼段 後燃焼をほぼ同時に行う方式で、ごみは流 ・ごみは炉上部からコークス等の副資材とと ・アルミ、鉄、がれき等の不燃物はガス化流の３段構造となり、可動する火格子上でごみ 動層内で攪拌され、短時間で燃える。
もに投入し、炉底に向けて下降する過程で 動床炉底部より抜き出す。
を移動させながら、火格子下部から空気を ・アルミ、鉄、がれき等の不燃物は、流動床 乾燥し、可燃分は熱分解してガス化、不燃 ・ガス化炉の後段に設置される溶融炉で熱送入し、燃焼させる。（現在は、流動床のよう 炉底部より抜き出され、資源化等を行う。
分は炉底部で溶融し、スラグとなる。
分解ガスと炭素分（チャー）を熱源として不な竪型ストーカ炉もある。）
・灰は、高温排ガスとともに炉上部から排出 ・熱分解ガスは、炉上部から後段の燃焼室 燃物の溶融を行い、スラグが排出される。
・焼却灰は、不燃物とともに炉の下部から排 され、排ガス処理設備(集じん機)で飛灰とし で完全燃焼し、溶融飛灰は排ガス処理設備 ・熱分解ガスは、炉上部から後段の燃焼室出される。て捕集する。
（集じん機）で捕集する。
で完全燃焼し、溶融飛灰は排ガス処理設備
・高温排ガス中に含まれる飛灰は、排ガス（集じん機）で捕集する。
処理設備（集じん機）で捕集する。
・124件
・2件
・他の方式に比べて、国内に数多くの実・最近の採用実績は極めて少ない。
績があり、信頼性は高い。
6 ｔ／日（ 60～90ｔ／日規模 ：13件）

・14件
・8件
・ガス化炉の中では、最も多い実績を有 ・流動床炉から流動床式ガス化溶融炉へしている。の移行が強い。

150 ｔ／日

95 ｔ／日117 ｔ／日・運転が容易なため、管理可能な業者が多 ・運転は比較的容易なため、管理可能な業 ・専門知識を有するため、運転管理を行う業 ・専門知識を有するため、運転管理を行う業
い。
者が多い。
者が限られる。
者が限られる。
・供給量に対して、マス燃焼（時間をかけて ・瞬時燃焼のため、燃焼状態がごみ質等に ・ごみ質に関わらず副資材（コークスなど）が・前処理等により処理機能の安定化を図っ燃焼する）のため、量、質の変動には影響を 左右され易かったが、近年では、前処理で 必要であり、運転管理面で副資材の投入量ている。
受けにくい。
燃焼変動を抑制し、安定化を図っている。 等に留意を要する。
◎

最も実績が多く、燃焼特性から安全・安定性の面で信頼性は高い。

△

近年は前処理にて安定化が図られているが、採用実績は少ない。

〇

ガス化溶融の中では、実績も多く運転面での安定性は高い。

△

ごみを熱分解、溶融する際、炉内温度が変動しやすいが、近年は前処理等により安定化が図られている。

表 5-3 エネルギー回収施設の処理方式の比較（２）
項

エネ
ル
ギー・環
境
配慮

外部
エ使
ネ用
ル量
ギー

焼却方式

目
電

ガス化溶融方式

ス ト ーカ式
気流動床式

使用量（ｋWｈ/ｔ）*1

約 150 ～ 200

約 150 ～ 200

助燃燃料

・炉の立上げ、立下げ以外は、燃料（灯油等）は、ほぼ使用しない。

・炉の立上げ、立下げ以外は、燃料（灯油等）は、ほぼ使用しない。

使用量（MJ/ｔ)*1

約 50 ～ 100

約 50 ～ 100

評 価- 37 -

建設費割合*2
平成20年度～
平成29年度契約
80～120 ｔ/日の平均※ストーカ を100とし比較◎

ガス化溶融方式に比べ、エネルギー使用量が少ない。

◎

ガス化溶融方式に比べ、エネルギー使用量が少ない。

100

流動ガス 化式・焼却方式に比べ、電気使用量は多い。

約 280 ～ 410

約 280 ～ 410

・コークスベット方式は、コークスを多く使用 ・ごみ質により燃料（灯油等）を使用するが、する。
焼却方式に比べ使用量が多い。
約 1,500 ～ 2,500△113

焼却方式に比べ、電気・燃料使用量とも多い。

約 400 ～ 1,000〇

シャフト炉式に比べ燃料使用量は少ないが、焼却方式に比べ、電気・燃料使用量とも多い。

113

106

（参考）H27～30年度の建設単価
平成27年度から平成30年度の100ｔ/日未満の施設の建設単価は 約102,000千円/ｔ であり、近年は毎年10％程度増加している傾向にある。

運営費(H20～H29のデータ)*3※ごみ１ｔ当たり・年額

約 18,200 円/ｔ

約 35,000 円/ｔ

焼却灰等
0.10 t ／ごみ1ｔ
飛 灰
0.03～0.04 ｔ ／ごみ1ｔ
灰等の処理・資源化に
経 係る費用 *4
済性シャフト 炉式

・ガス化溶融方式に比べ、溶融しない分、電 ・ガス化溶融方式に比べ、溶融しない分、電・焼却方式に比べ、電気使用量は多い。
気使用量は少ない。
気使用量は少ない。

焼却灰等
飛 灰

0.01 t ／ごみ1ｔ
0.08 ｔ ／ごみ1ｔ

1 . 埋立処分費 （北茨城市現状：運搬含む）
9,500 円／灰ｔ
※灰を埋立以外で処理する場合
2 . 灰資源化処理 （セメント化）
40,000～50,000 円／灰ｔ
3 . 灰資源化処理 （外部溶融化）
45,000～60,000 円／灰ｔ

約 24,100 円/ｔ

約 19,700 円/ｔ

飛 灰
0.03 ｔ ／ごみ1ｔ飛 灰
0.03～0.04 ｔ ／ごみ1ｔ
溶融スラグ 0.10 t ／ごみ1ｔ
溶融スラグ 0.07～0.10 t ／ごみ1ｔ
溶融メタル 0.01 t ／ごみ1t
メタル0.01 t ／ごみ1t
1 . 埋立処分費 （北茨城市現状：運搬含む）
9,500 円／灰ｔ
2 . 飛灰資源化処理
45,000～50,000 円／灰ｔ
・スラグは50～100円／ｔで買い取られ、土木資材等に利用される。
・メタルは50～100円／ｔで買い取られ、重機のカウンターウエイト等に利用される。

・金属類は、資源化される

定期整備補修費（年額）（千円／施設規模）*1

約 400 ～ 900

約 400 ～ 900

約 900 ～ 1,500

約 1,300 ～ 2,300

運転管理委託費（年額）（千円／施設規模）*1

約 300 ～ 800

約 300 ～ 800

約 1,000 ～ 2,100

約 1,000 ～ 1,500

処理方式により施設面積が変わり、溶融方式が大きな面積を必要とするため、解体費も焼却方式に比べ、ガス化溶融方式が高額となる。
（参考）*1 建築面積 ： ストーカなど焼却方式 18～35㎡／（ｔ/日） ・ ガス化溶融方式 25～55㎡／（ｔ/日）

施設解体費

評 価

◎

焼却灰等の処分費が必要となるが、建設・補修・運営等の費用は最も少ない。

△

ガス化溶融方式に比べ、焼却灰等の処分費が必要となるが、補修・管理委託費等は少ない。

〇

溶融スラグ化による埋立量の減容、再利用効果はあるが、建設費や補修・管理委託費等が高い。

〇

溶融スラグ化による埋立量の減容、再利用効果はあるが、建設費や補修・管理委託費等が高い。

項目

総合評価

表 5-4 エネ ルギー 回 収 施 設 の 処 理 方 式 の比 較
（３）
焼却方式
ストーカ式

流動床式

ガス化溶融方式
シャフト炉式

流動ガス化式

燃焼の特性や最終処分形態の違いにより、方式ごとに長所・短所が見られるが、比較的近郊に最終処分場があり灰の処分先を確保できること、豊富な採用実績があること、建設費及び運営費など経済性に優れていること、他方式と比べ幅広いごみ質に対応し安定性があることなどを踏まえ、当計画施設の処理方式は、焼却方式のストーカ式が総合的に有利と評価する。

*1 出典1 ： 北海道大学廃棄物処分工学研究室 一般廃棄物全連続式焼却施設の物質 収支・エネルギー収支・コスト分析（2012年3月）*2 建設費は、平成20年度から平成29年度までの建設実績を調査し、１ｔ当たりの建設単価を求めてストーカ炉を100とした場合の建設費を算定した。
*3 運営費は、平成20年度から平成29年度までの運営費及び処理量を調査（行政アンケート及び一般廃棄物実態調査：環境省）し、１ｔ当たりの運営費を求め、100円未満を四捨五入した。
なお、流動床炉、シャフト炉及び流動ガス化炉は、110ｔ/日から150ｔ/日の各々2件ずつであるため、ストーカ炉は、80ｔ/日～170ｔ/日（平均125ｔ/日）の平均金額とした。
*4 灰の処分費：セメント化は、千葉県のエコセメント（現在休止中）の実績金額で、外部溶融化は、民間溶融施設の受入費用を調査した結果で、溶融の飛灰資源化処理は、山元還元（飛灰中の有価メタルを抽出利用する）の聞き取り調査結果である。また、スラグ及びメタルの引取価格は、実績調査結果による。

- 38 -

灰出し設備を含むストーカ炉の概要を右の図に示す。