廃棄物の焼却・溶融処理装置

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【発明の名称】	廃棄物の焼却・溶融処理装置
【発明者】	【氏名】山田洋輔
【要約】	【課題】ダイオキシンの発生がなく、また灰分は減容・無公害化されるにも拘らず、消費エネルギは小さく、しかも低コストで建設できる、廃棄物の焼却・溶融処理装置を提供する。【解決手段】廃棄物（Ｈ）を焼却するための焼却炉（３０）と、焼却灰（Ｋ）を溶融するための溶融炉（１）とから構成し、焼却炉（３０）は、溶融炉（１）の上に設置する。そして焼却炉（３０）で得られる焼却灰（Ｋ）は溶融炉（１）に直接供給し、溶融炉（１）で得られる熱風は、熱風プレナム室（３６）を介して焼却炉（３０）に直接的に供給する。熱風プレナム室（３６）には、焼却炉（３０）の排熱で予熱（６１）された加熱空気（６３）と、予熱されていない空気（６７）とを供給できるようにする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】廃棄物（Ｈ）を焼却するための焼却炉（３０）と、焼却灰（Ｋ）を溶融するための溶融炉（１）とからなる廃棄物の焼却・溶融処理装置であって、前記焼却炉（３０）は、前記溶融炉（１）の上方に位置していると共に、前記焼却炉（３０）で得られる焼却灰（Ｋ）は前記溶融炉（１）に直接的に供給され、前記溶融炉（１）で得られる熱風は、熱風プレナム室（３６）を介して前記焼却炉（３０）に供給されるようになっている、ことを特徴とする廃棄物の焼却・溶融処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の熱風プレナム室（３６）は、複数個の透孔（４、４、…）が設けられている溶融炉（１）の上壁（３）と、焼却炉（３０）に設けられている火格子（３５）とから構成され、前記火格子（３５）の熱風噴出孔（４６、４６、…）は、廃棄物（Ｈ）あるいは焼却灰（Ｋ）の移送方向を向いている、廃棄物の焼却・溶融処理装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の熱風プレナム室（３６）には、焼却炉（３０）の排熱で予熱された加熱空気も供給されるようになっている、廃棄物の焼却・溶融処理装置。
【請求項４】請求項１または２に記載の熱風プレナム室（３６）には、焼却炉（３０）の排熱で予熱された加熱空気と共に、予熱されていない空気も供給されるようになっている、廃棄物の焼却・溶融処理装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物を焼却するための焼却炉と、焼却灰を溶融するための溶融炉とからなる廃棄物の焼却・溶融処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】産業廃棄物、一般家庭から排出される生活廃棄物等の中には、可燃物の有機物、プラスチック、非可燃物の金属、土石等の雑多の物が含まれている。このような廃棄物が、種類毎に分別されて排出されると、種類毎に処理ができ、また種類毎に再利用も容易にできる。しかしながら、現実には不十分な分別状態で排出されているのが実状である。このような雑多の物質を含んだ未分別の廃棄物も処理工場等で、簡単に分離できると、問題は少ないが、これらの廃棄物は物理的にも化学的にも性質は異なっていて、分離は容易のようにみえるが、物理的に低コストで分離することは困難で、これらの雑多の物質を含んだ廃棄物は、周知のように分別することなく一括して埋立あるいは焼却により処理されている。埋立処理方法は、単に投棄するだけで処理できるので、コストの点からみれば有効な処理方法といえる。しかしながら、都市近郊で投棄場所を確保することは困難な状況にあり、また埋め立てた後地は建設用地としては不適であり、後地の利用に制限を受ける欠点もある。さらに有害物質の漏出の問題もある。そこで、可燃物を含んだ廃棄物は、焼却処理の方が優れていると言える。
【０００３】焼却処理方法によれば、多量の排熱を利用できる利点はあるが、焼却炉の設備費用の問題、運転するエネルギの問題、さらに焼却時に発生する猛毒のダイオキシンの問題もある。また、焼却の残害である灰の公害の問題もある。そこで、これらの問題を解消することを目的とした焼却炉あるいは焼却方法が、従来から色々提案されている。特に、高温が得られる廃棄物処理炉が、例えば特開平８ー６１６２５号により提案されている。この廃棄物処理炉は、蓄熱炉と溶融炉とを備えている。したがって、蓄熱炉において発生した熱を一旦蓄熱炉に蓄熱し、そして蓄熱した熱を廃棄物処理炉に供給し、廃棄物を燃焼あるいは溶融することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開平８ー６１６２５号により提案されている廃棄物処理炉は、上記のように、蓄熱炉を備えているので、蓄熱炉の熱を利用して廃棄物を高温で焼却あるいは溶融することができる。したがって、猛毒のダイオキシンの問題は、一応解決されている。また、燃焼残骸あるいは灰分は、溶融・固化されているので、焼却灰から発生する公害の問題も解決されている。しかしながら、熱の有効利用という点からみると、改良の余地がある。すなわち、溶融炉内は、１７００°Ｃ程度の高温に加熱されているが、この熱が必ずしも有効に利用されているとはいえない。したがって、燃料費等によりランニングコストが高くなることが予想される。また、蓄熱炉を備えているので、広い設置スペースも必要とし、建設コストも高くなると思われる。本発明は、上記したような焼却処理に伴う従来の問題点あるいは欠点を解消した、焼却・溶融処理装置を提供することを目的とし、具体的にはダイオキシンの発生がなく、また灰分は減容・無公害化されるにも拘らず、消費エネルギは小さく、しかも低コストで建設できる、廃棄物の焼却・溶融処理装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、燃焼炉と溶融炉とを備え、溶融炉で生じる熱風を焼却に利用するように構成される。また、焼却炉で燃焼した廃棄物の残骸である灰が冷却される前に溶融炉に供給するように構成される。すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、廃棄物を焼却するための焼却炉と、焼却灰を溶融するための溶融炉とからなる廃棄物の焼却・溶融処理装置であって、前記焼却炉は、前記溶融炉の上方に位置していると共に、前記焼却炉で得られる焼却灰は前記溶融炉に直接的に供給され、前記溶融炉で得られる熱風は、熱風プレナム室を介して前記焼却炉に供給されるように構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱風プレナム室は、複数個の透孔が設けられている溶融炉の上壁と、焼却炉に設けられている火格子とから構成され、前記火格子の熱風噴出孔は、廃棄物あるいは焼却灰の移送方向を向いているように、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱風プレナム室には、焼却炉の排熱で予熱された加熱空気も供給されるように、そして請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱風プレナム室には、焼却炉の排熱で予熱された加熱空気と共に、予熱されていない空気も供給されるように構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図１、２により本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係わる焼却・溶融処理装置は、図１に示されているように、概略的には溶融炉１と焼却炉３０とから構成されている。そして、溶融炉１と焼却炉３０の配置関係は、焼却炉３０が溶融炉１の上に載置されるようになっている。この配置により、溶融炉１の排熱あるいは熱風は、廃棄物の焼却に有効に利用され、そして焼却灰は高温状態で溶融炉１に直接的に供給されることになる。
【０００７】溶融炉１は、焼却灰を溶融する溶融室２から構成されている。そして、この溶融室２に付随して、溶融室２の温度を１４００°Ｃ程度に加熱するための溶融バーナ１０、溶融室２に焼却灰を供給するための灰供給装置１４、溶融物すなわちスラグを冷却固化し排出するための冷却排出装置２０等が設けられている。溶融室２は、耐火・耐食レンガのような耐火物から上壁３、後壁５、側壁６（６）および斜壁７とにより密閉状に形成されている。この溶融室２を構成している斜壁７は、灰供給装置１４の方から冷却排出装置２０に向かって下り勾配に設けられ、その傾斜角度は、半溶融状態のスラグＳ’および溶融したスラグＳが自重で滑り落ちる程度に選定されている。また、上壁３には、複数個の透孔４、４、…が明けられ、これらの透孔４、４、…が明けられている部分を覆うようにして、後述する焼却炉３０が配置されている。
【０００８】溶融バーナ１０は、従来周知のように、重油のような液体燃料あるいは天然ガスのような気体燃料と空気とを混合する混合機１１を備えている。そして、この混合機１１に空気供給管１２から空気を供給すると、空気と混合された燃料は、後壁５に設けられている噴射口１３から溶融室２内へ直接的に噴射されるようになっている。灰供給装置１４は、斜壁７の上端部が水平になっている部分に設けられている。灰供給装置１４は、本実施の形態では、断面形状が例えば方形の供給シリンダ１５と、この供給シリンダ１５内で図１において左右方向に往復駆動されるピストン状の押部材１６と、この押部材１６を駆動するピスト・ンシリンダユニットとから構成されている。供給シリンダ１５の上方部分は、一部明けられ、この明けられた部分が焼却灰の供給口１９と補助供給口１９’とに連通している。
【０００９】押部材１６は、前述したようにピスト・ンシリンダユニットのロッド１８により、図１において左右方向に駆動されるが、図１に示されている第１位置に駆動されると、押部材１６の先端面１７は、溶融室２内を密封し、後退した第２位置へ駆動すると、その先端面１７は焼却灰の供給口１９よりも、あるいは必要なときには補助供給口１９’よりも、図１において左方へ退避するようになっている。このように、押部材１６が第１位置と第２位置とをとるので、後述する焼却炉３０からの、高温状態の焼却灰Ｋも、他の焼却炉で得られた冷めた焼却灰Ｋ’も溶融炉１へ供給することができる。
【００１０】冷却排出装置２０は、溶融室２の最下方の位置に設けられている。すなわち、冷却排出装置２０は、後壁５、側壁６（６）および斜壁７の下方端に気密的に連続して設けられている水槽２１と、この水槽２１内に設けられているコンベア２２とから構成されている。水槽２１は、本実施の形態では、図２の（イ）に示されているように、後壁（６）の後方に設けられている補助水槽２１’を有する。水槽２１と補助水槽２１’は、後壁（６）で仕切られた形になっているが、後壁（６）の下端部は潜り堰のようになって、底壁８との間に所定の間隔がある。したがって、水槽２１内の水Ｗは、補助水槽２１’内にも達し、同じ水位を保つことになる。また、コンベア２２も水槽２１と補助水槽２１’との間を移動できることになる。なお、水槽２１内の水位は所定高さに調節されるが、そのための装置は図には示されていない。コンベア２２は、キャタビラ（登録商標名）のような屈曲可能な例えばパンコンベアから構成され、水槽２１と補助水槽２１’との間で、水没状態で設けられ、補助水槽２１’から後壁６’の上端部を通って大気中へ出ている。このように、本実施の形態によると、溶融室２は気密が保たれた状態で、コンベア２２は水槽２１から外部へ出ている。
【００１１】焼却炉３０は、図１に示されているように、焼却室３１を備えている。そして,この焼却室３１に関連して廃棄物供給装置５０、補助バーナ５５、排熱回収装置６０等が設けられている。焼却室３１は、比較的大径の燃焼部３２、この燃焼部３２の上方の小径の排熱回収部３３、この排熱回収部３３に連なっている排気部３４等からなり、これらは従来周知のように耐火物から構成されている。燃焼部３２内には、その中央よりも下方よりに、火格子３５が廃棄物供給口から焼却灰排出口に向かって一方向に傾斜して設けられている。そして、燃焼部３２の下端周円部が前述した溶融炉１の上壁３に気密状態で乗っている。このように、燃焼部３２の下端周円部が溶融炉１の上壁３に乗っているので、火格子３５と溶融炉１の上壁３とにより熱風プレナム室３６が形成されている。
【００１２】火格子３５は、本実施の形態では、図２の（ロ）、（ハ）に拡大して示されているように、複数個のブロック３７、３７、…から構成されている。ブロック３７は、上端部に前方へ庇状に突出した突出部３８を有するが、全体としては、前面３９、側面４０、４０、後面４１、上面４２および下面４３を有する略直方体を呈している。そして、図２の（ロ）、（ハ）に示されているように、前面３９には、下面４３から突出部３８に達する所定幅の凹溝４４が形成されている。したがって、１個のブロック３７の突出部３８の下面と、隣合う他のブロック３７の上面４２との間に所定の間隔ｈをおいて、前面３９に後面４１が接するように配置すると、凹溝４４は立て方向の所定幅の溝４５となる。この溝４５は、突出部３８の下方の隙間に開口する。これにより、火格子３５の熱風噴出孔４６、４６、…が形成される。これらの熱風噴出孔４６、４６、…は、水平方向を向き、全体としてはブロック３７、３７、…が階段状になっているので、廃棄物Ｈあるいは焼却灰Ｋは、火格子３５上を熱風により押し送りされることになる。また、熱風噴出孔４６、４６、…が水平方向を向いているので、あるいは突出部３８が設けられているので、廃棄物Ｈ、焼却灰Ｋ等が熱風噴出孔４６、４６、…に落下するようなこともない。
【００１３】廃棄物供給装置５０は、図１に示されているように、廃棄物が一時的に貯えられるホッパ５１、供給シリンダ５２、この供給シリンダ５２内に往復駆動されるように設けられているピストン状の押部材５３、この押部材５３を駆動するピストン・シリンダユニット５４等から構成されている。したがって、押部材５３を退避させ、そしてホッパ５１から供給シリンダ５２へ廃棄物を落とし、押部材５３をピストン・シリンダユニット５４により前方へ駆動すると、廃棄物は焼却室３１内へ供給される。補助バーナ５５は、従来周知のように、液体あるいは気体燃料と空気とを混合する混合機５６を備え、空気供給管５７から空気を供給すると、空気と混合された燃料が、噴射口５８から焼却室３１内へ噴射されるようになっている。
【００１４】排熱回収装置６０は、焼却室３１の排熱回収部３３の内周壁に螺旋状に配置されている予熱管６１から構成されている。予熱管６１の一方には、空気供給管６２が接続され、予熱管６１に酸素を含んだ空気が所定の圧力で供給されるようになっている。予熱管６１の他方には、加熱空気供給管６３が接続され、この加熱空気供給管６３は、分流制御弁６４を介して、熱風プレナム室３６に設けられている空気噴出管６６に接続されている。空気噴出管６６の周囲には複数個の小透孔が明けられているので、予熱された空気は、この空気噴出管６６から均一に熱風プレナム室３６に噴射され、溶融炉１から供給される高温の熱風と混合される。また、分流制御弁６４には、予熱されない空気を供給するための空気管６７が接続されている。したがって、予熱された高温の空気と予熱されない低温の空気との供給割合を分流制御弁６４により制御することにより、焼却室３１内の温度を調節することができる。
【００１５】次に、上記実施の形態の作用について説明する。冷却排出装置２０の水槽２１に所定量の水を満たす。空気コンプレッサ等を起動し、補助バーナ５５により焼却室３１を加熱する。また、溶融バーナ１０により溶融室２を１３５０～１４００°Ｃ程度に加熱する。溶融室２内は、密封状態になっているので、溶融バーナ１０から供給される空気、燃焼排ガス等により正圧になっている。したがって、溶融室２内の１０００°Ｃ程度の熱風が上壁３の透孔４、４、…を通って熱風プレナム室３６に達する。この熱風プレナム室３６には、排熱回収装置６０で予熱された酸素を含んだ空気が空気噴出管６６から噴射、混合され、そして火格子３５の熱風噴出孔４６、４６、…から焼却室３１内へ噴射される。
【００１６】このような状態の時、廃棄物供給装置５０から廃棄物Ｈを適宜供給する。可燃性の廃棄物Ｈは、燃焼して灰Ｋになる。そうして、熱風噴出孔４６、４６、…から噴出する熱風により、非可燃物と共に徐々に供給口１９の方へ移送される。燃焼した排気ガスは、排熱回収装置６０の予熱管６１中の空気を予熱して、排気部３４から集塵装置等を経て大気中に放出される。供給口１９に達した燃焼灰Ｋは、供給装置１４の押部材１６を第２位置へ退避させると、押部材１６の前方の供給シリンダ１５内に落下する。押部材１６を第１位置へ駆動する。これにより、燃焼灰Ｋは溶融室２に供給される。供給された燃焼灰Ｋは、半溶融状態のスラグＳ’から完全に溶融されたスラグＳとなり、斜壁７上を重力により滑り下り、そして水槽２１へ落下する。水槽２１中へ落下したスラグＳは、冷却されガラス状のスラグＧＳとなる。そして、コンベア２２上に落ちる。コンベア２２を駆動することにより、水槽２１外へ搬出される。
【００１７】上記のようにして、廃棄物Ｈを焼却し、そして燃焼灰Ｋを溶融しているときは、溶融室２から熱風プレナム室３６に供給される熱風の温度は、１０００°Ｃにもなる。したがって、起動時以外は補助バーナ５５は停止することができる。また、焼却室３１の温度が高くなりすぎるときは、空気管６７から低温の空気を適宜供給する。本実施の形態によると、溶融室２に供給される焼却灰Ｋは５００～８００°Ｃ程度に保たれているので、他の焼却炉で焼却された灰Ｋ’も補助供給口１９’から溶融室２に供給し、混合して溶融することもできる。
【００１８】本発明が上記実施の形態に限定されることなく、色々な形で実施できることは明らかである。例えば、灰供給装置１４、廃棄物給装置５０等は、スクリュあるいはロータリーのような回転式供給装置で実施できる。また、冷却排出装置２０の連続的に駆動されるコンベア２２に代えて、スクレーパのような掻き取り装置で間欠的に取り出すことができることも、さらには溶融バーナ１０、補助バーナ５５の構造および取り付け位置が図示の実施の形態に限定されないことも明らかである。
【００１９】実施例：図１に示されているような実験炉を作成して、テストした。この時使用した産業廃棄物の組成（重量％）は、表１の通りであった。
表１廃プラ紙屑木屑繊維屑ゴム屑金属屑１.１ダストに含む４.５鉱滓に含む鉱滓に含む１０.０ガラス，陶磁器建築廃材無極性汚泥動物性残査廃油，廃酸２.１２１.２２０.８０.２１.１ダスト類鉱滓その他合計３.５３１.５４.０１００溶融炉の温度は１３９０°Ｃ、焼却炉の温度は６１０°Ｃ、熱風プレナム室の温度は８５０°Ｃであった。得られたスラグの抽出試験結果は表２の通りであった。このときの灯油の消費量は焼却灰１トン当たり約７３.５リットル／ｈであった。
表２計量対象計量結果単位許容値総水銀Ｎ.Ｄｍｇ／リットル０.００５以下カドミウム及びその化合物Ｎ.Ｄｍｇ／リットル０.３以下鉛及びその化合物Ｎ.Ｄｍｇ／リットル０.３以下六価クロム化合物Ｎ.Ｄｍｇ／リットル１.５以下ヒ素及びその化合物Ｎ.Ｄｍｇ／リットル０.３以下シアンＮ.Ｄｍｇ／リットル１.０以下アルキル水銀Ｎ.Ｄｍｇ／リットル不検出有機燐Ｎ.Ｄｍｇ／リットル１.０以下ＰＣＢＮ.Ｄｍｇ／リットル０.００３以下溶出液ＰＨ７.０（２０°Ｃ）
上記表２より、ガラス状に固化したスラグＧＳは、無害化されていることが判る。なお、焼却炉３０で焼却された焼却灰は、溶融炉１に直接供給し、溶融炉１で生じる熱風も直接的に焼却炉３０に供給するので、灯油よりもカロリーの低い廃油、重油、ＬＰＧ、廃プラスチック液化燃料も使用できた。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、廃棄物を焼却するための焼却炉と、焼却灰を溶融するための溶融炉とからなる廃棄物の焼却・溶融処理装置の、焼却炉は溶融炉の上方に位置しているので、焼却・溶融処理装置をコンパクトに安価に建設することができる。また、焼却炉で得られる焼却灰は、溶融炉に直接的に供給され、溶融炉で得られる熱風は、熱風プレナム室を介して焼却炉に供給されるようになっているので、熱効率がよく、カロリーの低い安価な燃料で低コストで廃棄物を処理できる。しかも、溶融炉で得られる高温の熱風が、熱風プレナム室を介して焼却炉に供給されるようになっているので、廃棄物の燃焼温度が高く、ダイオキシンの発生もない。さらには、焼却灰は溶融され無害化されるので、環境を汚染するようなこともない。請求項２に記載の発明によると、熱風プレナム室は、複数個の透孔が設けられている溶融炉の上壁と、焼却炉に設けられている火格子とから構成され、火格子の熱風噴出孔は、廃棄物あるいは焼却灰の移送方向を向いているので、上記効果に加えて、火格子の傾斜角度がたとえ小さくても、格別の移送手段を使用することなく、廃棄物あるいは焼却灰を移送することができる。また、火格子の傾斜角度を小さくすることにより、焼却炉の容積を大きくすることもできる。請求項３に記載の発明によると、熱風プレナム室には、焼却炉の排熱で予熱された加熱空気も供給されるようになっているので、さらに熱効率が向上し、請求項４に記載の発明によると、熱風プレナム室には、焼却炉の排熱で予熱された加熱空気と共に、予熱されていない空気も供給されるようになっているので、焼却炉の温度を燃料を使用することなく簡単に制御できる効果が付加される。

【出願人】	【識別番号】０００００４２１５【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所
【出願日】	平成１０年（１９９８）１月１４日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】杉谷嘉昭（外１名）
【公開番号】	特開平１１－２０１４３３
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月３０日
【出願番号】	特願平１０－１７６６４