廃棄物溶融処理方法および設備
【課題】生産性低下や処理コストの高騰をもたらすことのない、エネルギー効率の良い廃棄物溶融処理方法と処理設備を提供する。
【解決手段】アスベストなどの廃棄物を溶融処理する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに空気を供給し未燃分を完全燃焼させ、可燃分の無くなった排ガスの顕熱を回収し、高温空気を生成させて廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いる。
【解決手段】アスベストなどの廃棄物を溶融処理する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに空気を供給し未燃分を完全燃焼させ、可燃分の無くなった排ガスの顕熱を回収し、高温空気を生成させて廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アスベスト、ＰＣＢなど高温処理が必要な廃棄物を効率良く処理することのできる廃棄物溶融処理方法と処理設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アスベストは蛇紋岩などから取れる微細な鉱物繊維であり、吸音、断熱、防結露などの目的で、鉄骨材の耐熱被覆、機械室、空調機械室、学校の教室、実験室、音楽室、体育館などにおいて、建設資材として盛んに吹付け施工されていた。しかし、アスベストは、通常の環境下では半永久的に分解・変質せず、地表に沈降した場合でも容易に粉塵として舞い上がり、長い間一般環境に留まる。そして、空気中に浮遊するアスベストを吸引することにより、健康に重大な障害を生じさせることが明らかになっている。
【０００３】
こうしたアスベストの処理に関しては、溶融固化による中間処理が要請されており、その溶融固化に当たっては、炉内をアスベストの溶融に十分な１５００℃以上の高温に保つこと、処理に伴うアスベストの大気への飛散を防止すること等に十分留意しなければならないとされている。
このためにいくつかの技術が報告されており、基本的には溶融処理の前に何らかの処理（前処理）を行う方式と、電気で溶融するか、燃焼反応熱で溶融する方式に大別される。
【０００４】
前記前処理には、低温溶融のために融剤を使用する方式、金属系の混在物を選別する方式、既設設備の廃棄物供給条件に従う方式などがあるが、各々処理の方法は異なる。また、電気溶融方式には、抵抗加熱式とアーク加熱式があり、燃焼加熱には、酸素燃焼方式と高温空気燃焼方式がある。しかし、各方式とも課題が残されており、きめ手となる方式が無いのが現状である。
【０００５】
例えば、低温溶融のために融剤を使用する方式として、特開２００５−１６８６３２号公報(先行技術１)、特開２００５−２７９５８９号公報 (先行技術２) が提案されているが、それらは、アスベストに融剤を含浸させるか粉砕したアスベストを融剤と混錬し、その後、長時間加熱してアスベストを無害化するので、前処理コストが高いことと、生産性（処理能力）が極めて低いことが問題である。
【０００６】
電気抵抗式の溶融方式では、金属が混入するとアスベストへの入熱が急減するため、前処理で金属系の廃棄物を除去する必要がある。この除去は、系外への粉砕粒子の飛散を防止するため、外気から完全に隔離された状態で行う必要があり、このために処理コストが高くなる。また、未溶融アスベストは溶融アスベスト上に浮くため、抵抗発熱部からの伝熱が抑制され効率的な溶融が難しい問題もある。
【０００７】
既存の廃棄物溶融処理炉を一部改造してアスベストを溶融処理する方式は、本来がアスベスト以外の廃棄物を処理する炉であるため、色々な性状の廃棄物を処理する必要があり、例えば、水分含有率の高い廃棄物を処理しているような場合では、アスベストの溶融処理が困難な状況が起こる。
【０００８】
これに対して、高温の燃焼ガス炉で処理する場合は、基本的にアスベストの前処理は不要であり、酸素燃焼では高温場の形成は容易であるから、アスベストの溶融処理も容易である。しかし、酸化剤として酸素を用いることは非常に高価である。また、アスベスト装入時の侵入空気や不可避的に存在する隙間からの侵入空気により、局所的なＮＯｘ発生を避けがたく、このために排ガス処理コストも高くなる問題がある。
【０００９】
酸素燃焼と同様に高温場を形成しつつ、処理コストとＮＯｘ排出量を削減する方法として、特開平９−２１０３３７号公報（先行技術３）や特開２００４−２４５５２０号公報(先行技術４)のように、高温の酸化剤を用いた燃焼炉でのアスベスト処理方式が提案されている。
これらの方式は、リジェネ方式等による高温酸化剤発生部を持ち、この高温酸化剤を溶融炉内に供給するとともに、溶融炉内に燃料を供給し、発熱反応により高温場を形成する方式である。
【００１０】
先行技術３には、溶融処理を終了した排ガスで被溶融物を予熱することが記載されているが、溶融炉内からガスを吸引して予熱に使用する方式であり、溶融炉から排出されるガスは高温のまま捨てられている。また、この先行技術では、溶融炉の中で空気比がほぼ「１．０」になるように、すなわち供給された酸化剤中の酸素を消費するだけの燃料を投入するため、ＮＯｘの発生は避けがたく、このために排ガス処理コストも高くなる。
一方、先行技術４は、溶融炉内に未燃分が残るように酸化剤と燃料を供給し、後段で完全燃焼させる方式であるため、ＮＯｘの発生はほぼ完全に抑制されるが、完全燃焼させた後の高温ガスは熱回収されることなく冷却されているので、効率向上の観点での問題が残されている。
【特許文献１】特開２００５−１６８６３２号公報
【特許文献２】特開２００５−２７９５８９号公報
【特許文献３】特開平９−２１０３３７号公報
【特許文献４】特開２００４−２４５５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、生産性低下や処理コストの高騰をもたらすことのない、エネルギー効率の良い廃棄物溶融処理方法と処理設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため本発明の廃棄物溶融処理方法は、燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに空気を供給し未燃分を完全燃焼させ、可燃分の無くなった排ガスの顕熱を回収し高温空気を生成させて廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いることを特徴としている。(請求項１)
【００１３】
また、本発明の廃棄物溶融処理方法は、燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融・無害化する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに未燃分の完全燃焼に必要な量以上の空気を供給し、酸素を含む高温排ガスとし、この高温排ガスを廃棄物溶融用高温ガス発生のための酸化剤として循環使用することを特徴としている。(請求項２)
【００１４】
また、本発明の廃棄物溶融設備は、燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、バーナ装置を備え廃棄物を加熱して小片化する一次燃焼炉と、一次燃焼炉から落下した廃棄物の小片を加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う主室を有する二次燃焼炉と、二次燃焼炉の溶融スラグ化を行ったガスを完全燃焼させる三次燃焼炉とを有し、前記二次燃焼炉は、前記主室の溶融スラグ化を行ったガスを三次燃焼炉に給送する副室を有し、該副室の上流端開口部が、前記主室の炉壁に開口し、前記主室は、酸化剤を主室内に吹き込む酸化剤噴射装置と燃料を吹き込む燃料噴射装置を有し、前記酸化剤噴射装置の噴射口は、前記開口部に隣接して該開口部と交差するように前記主室の炉壁に配置されており、前記三次燃焼炉は排ガスダクトを介して冷却装置と集塵装置に接続されるとともに、前記排ガスダクトは排ガスから回収された顕熱を二次燃焼炉の高温酸化剤に与えるべく配管により前記酸化剤噴射装置と接続されていることを特徴としている。(請求項５)
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１によれば、破砕、融剤含浸・混錬、金属等の選別といった前処理が不要であり、また、高温空気を含む燃焼排ガスを廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いるため、１５００℃以上の高温場を容易に形成することができ、一次エネルギーの直接使用（燃料の直接使用）と排ガス顕熱による燃焼用空気予熱により高効率な廃棄物溶融処理が可能となり、また、未燃分が残るような条件で溶融炉を操業するため、ＮＯｘの発生がない。
したがって、これらの特徴により、高効率、高生産性、低コスト、高安全性およびクリーンな排ガスの好適な条件でアスベストなどの溶融処理を行えるというすぐれた効果が得られる。
【００１６】
請求項２によれば、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに未燃分の完全燃焼に必要な量以上の空気を供給し、酸素を含む高温排ガスとし、この高温排ガスを廃棄物溶融用高温ガス発生のための酸化剤として循環使用するので、二次燃焼炉を高温に維持するために供給する燃料を削減できるというすぐれた効果が得られる。
【００１７】
請求項５によれば、前記方法の実施に好適で、特に溶融工程に必要な高温の酸化剤を、燃焼排ガスを利用して連続的に生成して操業するので、経済的なコストの設備を提供できるというすぐれた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本処理方法において、好適には、循環させる高温排ガス中に空気あるいは酸素を吹き込み、循環高温排ガス中の酸素濃度を１０％以上とする。
これによれば、酸素濃度を１０％以上にすることにより、廃棄物の小片を加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う工程での室内圧力変動あるいは非常時（温度急降下等）に対しても安定な燃焼を確保することができ、常時完全溶融処理が可能になることから、未溶融分の発生にともなう再溶融処理を排除することができる効果が得られる。
【００１９】
好適には、排ガス熱回収に回転式熱交換器を用い、該回転式熱交換器に酸化剤噴射装置に対する配管が接続されている。
これによれば、１０００℃以上の高温の排ガスを廃棄物溶融処理の燃料燃焼用酸化剤として用いための熱交換を高い耐久性のもとで安定的に行えるという効果が得られる。
また、本発明設備おいて、好適には、二次燃焼炉の副室の出口側と三次燃焼炉の入口側との間に水冷炉壁サイクロンを配置している。
これによれば、長時間の連続運転が可能になり、停止・始動に伴うエネルギーロスを避け、設備のエネルギー効率向上と生産性向上を図ることができるという効果が得られる。
【実施例１】
【００２０】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１ないし図４は本発明による廃棄物処理方法と設備の第１実施例を示しており、概略的には、図１のように、回収したアスベストなどの廃棄物Ａを小片化する一次燃焼炉１と、小片化した廃棄物を溶融スラグ化する二次燃焼炉２と、溶融スラグ化ガスを完全燃焼させる三次燃焼炉３とを備え、三次燃焼炉３は排気ダクト４を介して急冷装置５に接続され、急冷装置５は排気ファン７による吸引力が作用する集塵装置６に接続されている。８は煙突である。
【００２１】
前記一次燃焼炉１の炉体は、垂直の燃焼室１ａとこの燃焼室に所定の角度をなして傾斜する廃棄物導入ダクト１ｂを有している。この廃棄物導入ダクト１ｂは、図１のように二重ダンパ装置１７及びバーナ装置１８を備えている。二重ダンパ装置１７は、同時開放を禁止した一対のダンパ１７ａ、１７ｂと、一対のダンパ間の中間室１７ｃとを有し、廃棄物Ａを収容した廃棄物容器Ｂは、一対のダンパの開閉制御と関連して、リフター等の供給装置（図示せず）から中間室１７ｃ内に導入され、中間室１７ｃを経て一次燃焼室１ａに投入される。
なお、設備設置上の制約がある場合には、一次燃焼炉の燃焼室１ｂと廃棄物導入ダクト１ａを入れ替える設計も可能である。この場合は、一次燃焼炉の炉体は、垂直の廃棄物導入ダクトとダクトに所定の角度をなして傾斜する燃焼室を持つ。
【００２２】
二次燃焼炉２は一次燃焼炉の燃焼室１ａの下方に設けられ、燃焼室１ａから落下した廃棄物Ａの小片ａを加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う垂直な縦型主室２ａと、前記主室２ａの溶融スラグ化を行ったガスを三次燃焼炉に給送する水平または適度な傾斜角度を有する横型副室２ｂとからなる。
【００２３】
前記二次燃焼炉２の主室２ａは、図３のように、長軸を二次燃焼炉副室２ｂの炉軸方向に向けた楕円形横断面を有しており、楕円形横断面の反副室側に偏して廃棄物小片の落下口１ｃが開口していることにより、廃棄物小片を高温の主室２ａの燃焼ガスと十分熱交換することなしに副室２ｂに導かれることを防止することができる。副室２ｂの開口部２０は、主室２ａの上部且つ長軸端に配置されている。
【００２４】
前記二次燃焼炉２の主室２ａ下部は固形分の溶融スラグａ´が溜められるスラグポット９を有しており、該スラグポット９は前記主室２ａと連続する主室下部を構成するように有底容器状の耐火物からなっている。
スラグポット９は接続手段９０によって前記二次燃焼炉２の主室炉体下部に着脱可能に接続されている。接続手段９０は、例えば図２のようにボルト・ナットにより締結・解体可能なフランジ構造を有する。
【００２５】
溶融スラグａ´は、基本的に連続的に排出され、冷却・固化されることが好ましいので、スラグポット９は溶融スラグの連続排出装置９ａを有している。この連続排出装置９ａは、図２のように、完全に溶融したスラグだけを排出し、半溶融のスラグが排出されないように、ポット底部のスラグから順に静かに排出する機構９１と、ポット内に一定量の溶融スラグを確保するためのオーバーフロー機構９２を設けており、取出し部９３から抽出された溶融スラグａ´は、スラグ固化排出容器９ｃに収容されるようになっている。
【００２６】
前記二次燃焼炉２の主室２ａは、高温酸化剤の高速噴流を主室２ａ内に吹き込む高温酸化剤噴射装置１０と、燃料を吹き込む燃料噴射装置１１とを備えている。
ここで「高温酸化剤」は、５００℃以上の温度を有し且つ１〜３０%の酸素濃度を有する気体からなり、前記高温酸化剤噴射装置１０の噴射口(ノズル)１０ａは、通常、複数所定間隔で配置され、前記主室２ａに対する副室２ｂの開口部２０に隣接しかつ該開口部２０と交差するように所要角度で挿設されている。
これは、主室２ａから副室２ｂに流出しようとする気流及び浮遊物を主室２ａの下部に差し向けるように高温空気の高速噴流を下向きに噴射するためであり、好ましくは、噴射口１０ａの先端部は、高温空気噴射流を５０〜１５０ｍ/sec.に高速化し得るように適切な開口面積及び寸法に設計され、所望によりオリフィスまたは縮径部を有する。
【００２７】
高温酸化剤噴射装置１０は前記噴射口１０ａへの酸化剤供給量を制御する調整部１０ｂを有しており、該調整部１０ｂはバルブや送風機を含んでいる。
高温酸化剤噴射装置１０は図示しないが炉内監視装置を備える。炉内監視装置は、噴射口１０ａを介して主室２ａ内の火炎、溶融スラグレベル及び炉内雰囲気等を目視観察する覗き窓を有している。所望により、炉内の状態を撮像する撮像装置を炉内監視装置に配設してもよい。
【００２８】
燃料噴射装置１１は、ＬＰＧなどの燃料を主室２ａ内に供給可能なバーナ１１ａと、前記バーナ１１ａを作動し、燃料供給量を主室２ａの炉温と関連して制御する調整部１１ｂを備えており、該調整部１１ｂはバルブや送風機を含んでいる。バーナ１１ａは前記高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａと異なる所定位置たとえば図１のように反開口部側に配置され、所要の傾斜角度で主室下部に臨んでいる。
【００２９】
三次燃焼炉３は、二次燃焼炉２の溶融スラグ化を行ったガスを完全燃焼させるためのもので、炉体はその炉軸が垂直に配向され、底部が連通路３０を介して前記副室２ｂと連通し、溶融スラグ化を行ったガスが連続的に給送されるようになっており、炉体頂部は排ガスダクト４に接続されている。
前記三次燃焼炉３は断面円筒状をなし、炉体を水平状に貫く噴射口１２ａが上下に所定間隔を隔てて配置された燃焼用空気噴射装置１２と、噴射口１２ａに対する空気供給量を制御するためにバルブや送風機を含む調整部１２ｂを有している。
【００３０】
前記三次燃焼炉３は排気ダクト４を介して急冷装置５に接続されているが、三次燃焼炉３から出たガスは１０００℃以上の高温であるため、蒸気発生、原料予熱、乾燥、反応・分解促進等多目的に使用することができる。しかし、本発明は、高効率の溶融処理を達成すべく、前記ガスの顕熱を積極的に回収し、顕熱を前記二次燃焼炉２の高温酸化剤に与えるようにしている。すなわち、高温空気を生成させ、この空気を廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いるのである。
排気ダクト４は横筒状をなし、長手方向の一端に近い下部に前記三次燃焼炉３の頂部が接続され、この実施例では、排気ダクト４の長手方向端部と前記高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａを廃熱回収・供給配管(酸化剤供給配管)１３で結んでいる。
【００３１】
前記廃熱回収・供給配管１３には、三次燃焼炉３から一部の排ガスを吸引して廃棄物溶融用高温ガス(酸化剤)として循環使用するためにエジェクターや誘引通風機などの送風手段１３ａを有している。二次燃焼炉２は室温が１５００℃以上であり、ガスの酸素濃度を２〜５％と低くしても燃焼性には何ら問題を生じない。
循環使用するガス量を低減する必要がある場合には、吸引した三次燃焼炉排ガス中に空気あるいは酸素を吹き込むことが好ましいので、前記廃熱回収・供給配管１３には空気あるいは酸素などの気体取り入れ部１３ｂが設けられている。気体取り入れ部１３ｂには流量調整弁類を含んでいる。このようにすれば、酸化剤として使用する三次燃焼炉排ガスの酸素濃度を１０％以上とすることができ、酸素濃度を１０％以上にすることにより、二次燃焼炉２の室内圧力変動あるいは非常時（温度急降下等）に対しても安定な燃焼を確保することができる。
【００３２】
前記排気ダクト４の長手方向他端側には急冷装置５が接続されている。この急冷装置５は冷媒噴霧ノズル１４を多段に有する縦筒からなり、下端部付近に集塵装置６が接続されガス中の粒子を捕集して、煙突８から排気するようになっている。
【００３３】
図４は本発明による廃棄物処理方法を模式的に示しており、廃棄物Ａを収納した可搬容器Ｂは、２重ダンパー装置１７を備えた廃棄物導入ダクト１ｂを通して間歇的あるいは連続的に一次燃焼室１ｂに装入される。バーナ装置１８をＬＰＧ等の燃料及び燃焼用空気の供給により燃焼作動させることにより、一次燃焼室１ｂ内の廃棄物Ａを加熱し、容器Ｂを焼却し、または解体して小片化するとともに、容器内廃棄物Ａの小片化を促す。
【００３４】
一次燃焼炉の下部には落下口１ｃが形成されているので、容器及び廃棄物の小片ａが、落下口１ｃから二次燃焼炉２の主室２ａ内に落下する。落下口の形状及び開口面積の適切な設計により、適当なサイズの小片を落下させることができる。
前記落下口１ｃは、図３のように、長軸を二次燃焼炉副室２ｂの炉軸方向に向けた楕円形横断面の主室２ａの反副室側に臨んでいるので、廃棄物小片ａは高温の主室２ａの燃焼ガスと十分熱交換することが可能となる。
【００３５】
二次燃焼炉２の主室２ａにおいては、燃料噴射装置１１のバーナ１１ａからＬＰＧなどの燃料が落下しつつあるあるいは落下した廃棄物小片に連続的に噴射され、それと同時に、高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａから高温酸化剤の高速噴流が主室２ａ内に噴射されており、それにより、廃棄物小片ａは、主室内に滞留し且つ撹拌され、高温酸化剤と燃料との反応熱により形成された高温雰囲気により半溶融スラグ化する。
前記高温酸化剤は副室２ｂの開口部２０の近くでこれの軸線と交差する方向に噴射されるので、未溶融飛散固体粒子が前記主室２ａを通過して前記開口部２０に吹き抜けるのが防止されるとともに、未溶融飛散固体粒子を主室２ａの底部に向って再循環することができる。こうして主室２ａの炉内領域は、前記廃棄物の発熱により１５００℃以上の温度を維持する。
【００３６】
半溶融スラグは主室２ａの底部を構成するスラグポット９に残留し、高温雰囲気から熱が伝えられることにより、完全に溶融スラグ化される。溶融スラグａ´は、廃棄物処理装置の休止後に冷却・固化し、装置外に排出されてもよいが、図２のような構造を採用した場合には、廃棄物処理装置の運転中に連続的又は断続的に排出することができる。
すなわち、半溶融のスラグが排出されないように排出機構９１で制御され、溶融スラグａ´だけが静かに排出され、固化排出容器９ｃに収容される。廃棄物溶融処理装置の休止時に、スラグポット９は接続手段９０の解放により取外される。なお、未溶融の金属片等は、スラグ固化物内に埋入した状態で廃棄される。
【００３７】
主室２ａ内のガスは、排気ファン７の排気誘引圧力により開口部２０から副室２ｂに流入し、副室２ｂから連通路３０を介して第三燃焼炉３に流入する。副室２ｂから第三燃焼炉３に流入するガスは、比較的多量の一酸化炭素等を含有しており、この第三燃焼炉３には、複数の噴射口１２ａが上下に所定間隔を隔てて配置された燃焼用空気噴射装置１２ａを備えているので、ガス中の可燃分は、前記噴射口１２ａから噴射された燃焼用空気により完全燃焼し、酸素濃度２〜５％程度の排ガスとなる。
第三燃焼炉３の炉内温度は、部分的には１５００℃以上の温度に達し、頂部流出口の排ガスは１０００〜１２００℃のガス温度を維持する。前記燃焼用空気量は、好ましくは未燃分の完全燃焼に必要な量以上とするものであり、これにより、未燃分を含む溶融スラグ化ガスは確実に完全燃焼し、酸素を含む高温ガスとなる。
【００３８】
この高温ガスは排気ダクト４から冷却装置５に供給されるが、本発明においては、排気ダクト４と高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａの吸い込み側を廃熱回収・供給配管１３で結んでおり、その廃熱回収・供給配管１３に送風手段１３ａが設けられているので、排ガスは熱回収されるとともに一部が循環使用のために吸引され、噴射口１０ａから５００℃以上の温度の高温空気として、前記のように主室２ａに高速噴射され、後続の廃棄物小片ａに連続的に噴射される。このときに、調整部１３ｂにより排ガス酸素濃度を調整することができる。
以下、落下口１ｃから主室内に順次落下した廃棄物小片ａは、高温空気の高速噴流とバーナ装置に供給された燃料との反応熱で溶融し、溶融スラグａ´として主室２ａの底部に堆積する。燃料と反応し高温となった高速噴流は、主室底部の溶融スラグａ´に接し、スラグ中の未溶融分の完全溶融を促す。この時、高温空気供給量あるいは燃料供給量は、主室内で未燃分が残るように制御される。
【００３９】
循環使用されない残りの三次燃焼炉の高温排ガスは排気ダクト４から急冷装置５に供給され、水スプレーにより瞬時に２００℃以下の温度に急冷される。その後、バグフィルター等の集塵装置６により除塵され、排気ファン７及びスタックを介して大気に放出される。本廃棄物溶融処理設備は十分にシールされ、系内は負圧で操業されるので、未溶融廃棄物粒子が系外にリークすることが防止される。
【００４０】
なお、始業時には、常温の空気で燃焼させ、炉内が高温になるまで待つ。二次燃焼炉主室２ａには燃料と空気が別の場所から供給されるが、一次燃焼炉１のバーナ１８を最大負荷にして燃焼させることにより、この高温ガスがパイロットバーナの役割を果たし、炉内が高温になっていなくても、また、空気と燃料が別の場所から供給されていても燃焼が維持される。このようにして、ある程度炉内温度が高く例えば１０００℃以上になってから、前記配管１３を介して三次燃焼炉３からの高温排ガスの一部を高温酸化剤噴射装置１０に供給し、この後、炉内温度が１５００℃以上と十分高くになってから廃棄物Ａを一次燃焼炉１に供給する。
【実施例２】
【００４１】
図５は本発明の第２実施例を示しており、この実施例においては、排気ダクト４に熱交換器１５が設けられており、廃熱回収・供給配管１３によって二次燃焼炉２の高温酸化剤噴射装置１０と接続されている。
熱交換器としてはプレート式、蓄熱式、シェルアンドチューブ式等、各種の熱交換器の使用が可能であるが、ユングストローム式熱交換機器で代表されるより高温でも対応が可能で耐久性に優れたセラミックス製の回転式熱交換器を用いることが好ましい。前記熱交換器１５は排気ダクト４に内在され、排気ダクト４内の高温ガスにより熱を与えられ、矢印で示す気体取り入れを通して外部から供給される空気に熱を与えるセラミック製蓄熱体１５ａを有している。
なお、廃熱回収・供給配管１３には第一実施例と同じように送風手段１３ａを介在させ、さらに酸素などの気体取り入れ部１３ｂを設けてもよい。もちろん前記セラミック製蓄熱体１５ａの気体取り入れ部に酸素の供給系を接続してもよい。
他の構成は第一実施例と同様であるから、説明は援用するものとし、同じ部分に同符号を付し、説明は省略する。
【００４２】
この実施例においては、三次燃焼炉３の排ガスは、三次燃焼炉３の後段に設けられたユングストローム式などの熱交換器１５のセラミック製蓄熱体１５ａに熱を与え、この蓄熱体１５ａは外部から供給される空気に熱を与える。これにより空気は８００℃以上、更には１０００℃以上の温度となり、配管１３により二次燃焼炉２の高温酸化剤噴射装置１０に導かれ、廃棄物溶融処理のための酸化剤として用いられる。したがって、より効率よく経済的に廃棄物の溶融処理を行うことが可能になる。
【実施例３】
【００４３】
図６は本発明の第３実施例を示しており、この実施例においては、二次燃焼炉２の副室２ｂの後段すなわち副室２ｂの出口と三次燃焼炉３の入口との境界部位に水冷壁サイクロン１６が設けられている。
なお、この第３実施例と第２実施例の併用も推奨されるので、仮想線で示す。
他の構成は第一実施例と同様であるから、説明は援用するものとし、同じ部分に同符号を付し、説明は省略する。
【００４４】
廃棄物を溶融処理する際には必然的にダストが発生するため集塵機が必須であるが、可能な限り連続運転をして停止・始動に伴うエネルギーロスを避け、設備のエネルギー効率向上と生産性向上を図るために、長時間無手入れの集塵システムが要求される。
前記のように、水冷壁サイクロン１６を介在させるならば、溶融状態の粒子の約９０％を除去することが可能となり、かつ、サイクロンの壁を水冷することにより、溶融状態の粒子が壁に付着・成長することなく急冷・固化し、集塵される。したがって、この集塵システムにより、バグフィルターのごとき集塵装置６の清掃頻度を約１／１０（連続運転時間は１０倍）に低減することが可能となる。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
１）例えば、上記実施例では、高温空気を高温酸化剤として使用したが、ＣＯ2 、Ｎ２、Ａｒ、水蒸気等の気体中に酸素を一定濃度含み、５００℃以上の高温に加熱した任意の混合気体を高温酸化剤として用いてもよい。これらを高温酸化剤に使用する場合には、これらの酸素濃度を分析し、当量比（燃料の完全燃焼に必要は酸素量／供給酸素量）一定となるように、この酸素濃度から酸化剤供給量を決定し、前記配管１３の気体取り入れ部１３ｂから送入しあるいは高温酸化剤噴射装置１０の調整部１０ｂから別途送入する方法をとればよい。
２）第１実施例と第２実施例において、高温排ガスを第二燃焼炉主室２ａの高温空気噴射装置１０に供給しているが、第１燃焼炉１にも導いて廃棄物Ａの乾燥・予熱に使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明はアスベストのほか、人と環境に対して有害な物質の溶融処理に適用でき、その例としては、ＰＣＢすなわち１９７２年までに製造された高圧トランス、高圧コンデンサ及び安定器の絶縁油類、あるいは医療機関から排出される各種の感染性廃棄物の溶融処理が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による廃棄物溶融処理方法および設備の第１実施例を示す部分切欠側面図である。
【図２】図１における第２燃焼炉の下部構造の詳細を示す断面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】第１実施例による廃棄物溶融処理方法を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す部分切欠側面図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す部分切欠側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 一次燃焼炉
２ 二次燃焼炉
２ａ 主室
２ｂ 副室
３ 三次燃焼炉
４ 排気ダクト
５ 急冷装置
６ 集塵装置
９ スラグポット
１０ 高温酸化剤噴射装置
１０ａ 噴射口
１３ 廃熱回収・供給配管
１５ 熱交換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アスベスト、ＰＣＢなど高温処理が必要な廃棄物を効率良く処理することのできる廃棄物溶融処理方法と処理設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アスベストは蛇紋岩などから取れる微細な鉱物繊維であり、吸音、断熱、防結露などの目的で、鉄骨材の耐熱被覆、機械室、空調機械室、学校の教室、実験室、音楽室、体育館などにおいて、建設資材として盛んに吹付け施工されていた。しかし、アスベストは、通常の環境下では半永久的に分解・変質せず、地表に沈降した場合でも容易に粉塵として舞い上がり、長い間一般環境に留まる。そして、空気中に浮遊するアスベストを吸引することにより、健康に重大な障害を生じさせることが明らかになっている。
【０００３】
こうしたアスベストの処理に関しては、溶融固化による中間処理が要請されており、その溶融固化に当たっては、炉内をアスベストの溶融に十分な１５００℃以上の高温に保つこと、処理に伴うアスベストの大気への飛散を防止すること等に十分留意しなければならないとされている。
このためにいくつかの技術が報告されており、基本的には溶融処理の前に何らかの処理（前処理）を行う方式と、電気で溶融するか、燃焼反応熱で溶融する方式に大別される。
【０００４】
前記前処理には、低温溶融のために融剤を使用する方式、金属系の混在物を選別する方式、既設設備の廃棄物供給条件に従う方式などがあるが、各々処理の方法は異なる。また、電気溶融方式には、抵抗加熱式とアーク加熱式があり、燃焼加熱には、酸素燃焼方式と高温空気燃焼方式がある。しかし、各方式とも課題が残されており、きめ手となる方式が無いのが現状である。
【０００５】
例えば、低温溶融のために融剤を使用する方式として、特開２００５−１６８６３２号公報(先行技術１)、特開２００５−２７９５８９号公報 (先行技術２) が提案されているが、それらは、アスベストに融剤を含浸させるか粉砕したアスベストを融剤と混錬し、その後、長時間加熱してアスベストを無害化するので、前処理コストが高いことと、生産性（処理能力）が極めて低いことが問題である。
【０００６】
電気抵抗式の溶融方式では、金属が混入するとアスベストへの入熱が急減するため、前処理で金属系の廃棄物を除去する必要がある。この除去は、系外への粉砕粒子の飛散を防止するため、外気から完全に隔離された状態で行う必要があり、このために処理コストが高くなる。また、未溶融アスベストは溶融アスベスト上に浮くため、抵抗発熱部からの伝熱が抑制され効率的な溶融が難しい問題もある。
【０００７】
既存の廃棄物溶融処理炉を一部改造してアスベストを溶融処理する方式は、本来がアスベスト以外の廃棄物を処理する炉であるため、色々な性状の廃棄物を処理する必要があり、例えば、水分含有率の高い廃棄物を処理しているような場合では、アスベストの溶融処理が困難な状況が起こる。
【０００８】
これに対して、高温の燃焼ガス炉で処理する場合は、基本的にアスベストの前処理は不要であり、酸素燃焼では高温場の形成は容易であるから、アスベストの溶融処理も容易である。しかし、酸化剤として酸素を用いることは非常に高価である。また、アスベスト装入時の侵入空気や不可避的に存在する隙間からの侵入空気により、局所的なＮＯｘ発生を避けがたく、このために排ガス処理コストも高くなる問題がある。
【０００９】
酸素燃焼と同様に高温場を形成しつつ、処理コストとＮＯｘ排出量を削減する方法として、特開平９−２１０３３７号公報（先行技術３）や特開２００４−２４５５２０号公報(先行技術４)のように、高温の酸化剤を用いた燃焼炉でのアスベスト処理方式が提案されている。
これらの方式は、リジェネ方式等による高温酸化剤発生部を持ち、この高温酸化剤を溶融炉内に供給するとともに、溶融炉内に燃料を供給し、発熱反応により高温場を形成する方式である。
【００１０】
先行技術３には、溶融処理を終了した排ガスで被溶融物を予熱することが記載されているが、溶融炉内からガスを吸引して予熱に使用する方式であり、溶融炉から排出されるガスは高温のまま捨てられている。また、この先行技術では、溶融炉の中で空気比がほぼ「１．０」になるように、すなわち供給された酸化剤中の酸素を消費するだけの燃料を投入するため、ＮＯｘの発生は避けがたく、このために排ガス処理コストも高くなる。
一方、先行技術４は、溶融炉内に未燃分が残るように酸化剤と燃料を供給し、後段で完全燃焼させる方式であるため、ＮＯｘの発生はほぼ完全に抑制されるが、完全燃焼させた後の高温ガスは熱回収されることなく冷却されているので、効率向上の観点での問題が残されている。
【特許文献１】特開２００５−１６８６３２号公報
【特許文献２】特開２００５−２７９５８９号公報
【特許文献３】特開平９−２１０３３７号公報
【特許文献４】特開２００４−２４５５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、生産性低下や処理コストの高騰をもたらすことのない、エネルギー効率の良い廃棄物溶融処理方法と処理設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため本発明の廃棄物溶融処理方法は、燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに空気を供給し未燃分を完全燃焼させ、可燃分の無くなった排ガスの顕熱を回収し高温空気を生成させて廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いることを特徴としている。(請求項１)
【００１３】
また、本発明の廃棄物溶融処理方法は、燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融・無害化する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに未燃分の完全燃焼に必要な量以上の空気を供給し、酸素を含む高温排ガスとし、この高温排ガスを廃棄物溶融用高温ガス発生のための酸化剤として循環使用することを特徴としている。(請求項２)
【００１４】
また、本発明の廃棄物溶融設備は、燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、バーナ装置を備え廃棄物を加熱して小片化する一次燃焼炉と、一次燃焼炉から落下した廃棄物の小片を加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う主室を有する二次燃焼炉と、二次燃焼炉の溶融スラグ化を行ったガスを完全燃焼させる三次燃焼炉とを有し、前記二次燃焼炉は、前記主室の溶融スラグ化を行ったガスを三次燃焼炉に給送する副室を有し、該副室の上流端開口部が、前記主室の炉壁に開口し、前記主室は、酸化剤を主室内に吹き込む酸化剤噴射装置と燃料を吹き込む燃料噴射装置を有し、前記酸化剤噴射装置の噴射口は、前記開口部に隣接して該開口部と交差するように前記主室の炉壁に配置されており、前記三次燃焼炉は排ガスダクトを介して冷却装置と集塵装置に接続されるとともに、前記排ガスダクトは排ガスから回収された顕熱を二次燃焼炉の高温酸化剤に与えるべく配管により前記酸化剤噴射装置と接続されていることを特徴としている。(請求項５)
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１によれば、破砕、融剤含浸・混錬、金属等の選別といった前処理が不要であり、また、高温空気を含む燃焼排ガスを廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いるため、１５００℃以上の高温場を容易に形成することができ、一次エネルギーの直接使用（燃料の直接使用）と排ガス顕熱による燃焼用空気予熱により高効率な廃棄物溶融処理が可能となり、また、未燃分が残るような条件で溶融炉を操業するため、ＮＯｘの発生がない。
したがって、これらの特徴により、高効率、高生産性、低コスト、高安全性およびクリーンな排ガスの好適な条件でアスベストなどの溶融処理を行えるというすぐれた効果が得られる。
【００１６】
請求項２によれば、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに未燃分の完全燃焼に必要な量以上の空気を供給し、酸素を含む高温排ガスとし、この高温排ガスを廃棄物溶融用高温ガス発生のための酸化剤として循環使用するので、二次燃焼炉を高温に維持するために供給する燃料を削減できるというすぐれた効果が得られる。
【００１７】
請求項５によれば、前記方法の実施に好適で、特に溶融工程に必要な高温の酸化剤を、燃焼排ガスを利用して連続的に生成して操業するので、経済的なコストの設備を提供できるというすぐれた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本処理方法において、好適には、循環させる高温排ガス中に空気あるいは酸素を吹き込み、循環高温排ガス中の酸素濃度を１０％以上とする。
これによれば、酸素濃度を１０％以上にすることにより、廃棄物の小片を加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う工程での室内圧力変動あるいは非常時（温度急降下等）に対しても安定な燃焼を確保することができ、常時完全溶融処理が可能になることから、未溶融分の発生にともなう再溶融処理を排除することができる効果が得られる。
【００１９】
好適には、排ガス熱回収に回転式熱交換器を用い、該回転式熱交換器に酸化剤噴射装置に対する配管が接続されている。
これによれば、１０００℃以上の高温の排ガスを廃棄物溶融処理の燃料燃焼用酸化剤として用いための熱交換を高い耐久性のもとで安定的に行えるという効果が得られる。
また、本発明設備おいて、好適には、二次燃焼炉の副室の出口側と三次燃焼炉の入口側との間に水冷炉壁サイクロンを配置している。
これによれば、長時間の連続運転が可能になり、停止・始動に伴うエネルギーロスを避け、設備のエネルギー効率向上と生産性向上を図ることができるという効果が得られる。
【実施例１】
【００２０】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１ないし図４は本発明による廃棄物処理方法と設備の第１実施例を示しており、概略的には、図１のように、回収したアスベストなどの廃棄物Ａを小片化する一次燃焼炉１と、小片化した廃棄物を溶融スラグ化する二次燃焼炉２と、溶融スラグ化ガスを完全燃焼させる三次燃焼炉３とを備え、三次燃焼炉３は排気ダクト４を介して急冷装置５に接続され、急冷装置５は排気ファン７による吸引力が作用する集塵装置６に接続されている。８は煙突である。
【００２１】
前記一次燃焼炉１の炉体は、垂直の燃焼室１ａとこの燃焼室に所定の角度をなして傾斜する廃棄物導入ダクト１ｂを有している。この廃棄物導入ダクト１ｂは、図１のように二重ダンパ装置１７及びバーナ装置１８を備えている。二重ダンパ装置１７は、同時開放を禁止した一対のダンパ１７ａ、１７ｂと、一対のダンパ間の中間室１７ｃとを有し、廃棄物Ａを収容した廃棄物容器Ｂは、一対のダンパの開閉制御と関連して、リフター等の供給装置（図示せず）から中間室１７ｃ内に導入され、中間室１７ｃを経て一次燃焼室１ａに投入される。
なお、設備設置上の制約がある場合には、一次燃焼炉の燃焼室１ｂと廃棄物導入ダクト１ａを入れ替える設計も可能である。この場合は、一次燃焼炉の炉体は、垂直の廃棄物導入ダクトとダクトに所定の角度をなして傾斜する燃焼室を持つ。
【００２２】
二次燃焼炉２は一次燃焼炉の燃焼室１ａの下方に設けられ、燃焼室１ａから落下した廃棄物Ａの小片ａを加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う垂直な縦型主室２ａと、前記主室２ａの溶融スラグ化を行ったガスを三次燃焼炉に給送する水平または適度な傾斜角度を有する横型副室２ｂとからなる。
【００２３】
前記二次燃焼炉２の主室２ａは、図３のように、長軸を二次燃焼炉副室２ｂの炉軸方向に向けた楕円形横断面を有しており、楕円形横断面の反副室側に偏して廃棄物小片の落下口１ｃが開口していることにより、廃棄物小片を高温の主室２ａの燃焼ガスと十分熱交換することなしに副室２ｂに導かれることを防止することができる。副室２ｂの開口部２０は、主室２ａの上部且つ長軸端に配置されている。
【００２４】
前記二次燃焼炉２の主室２ａ下部は固形分の溶融スラグａ´が溜められるスラグポット９を有しており、該スラグポット９は前記主室２ａと連続する主室下部を構成するように有底容器状の耐火物からなっている。
スラグポット９は接続手段９０によって前記二次燃焼炉２の主室炉体下部に着脱可能に接続されている。接続手段９０は、例えば図２のようにボルト・ナットにより締結・解体可能なフランジ構造を有する。
【００２５】
溶融スラグａ´は、基本的に連続的に排出され、冷却・固化されることが好ましいので、スラグポット９は溶融スラグの連続排出装置９ａを有している。この連続排出装置９ａは、図２のように、完全に溶融したスラグだけを排出し、半溶融のスラグが排出されないように、ポット底部のスラグから順に静かに排出する機構９１と、ポット内に一定量の溶融スラグを確保するためのオーバーフロー機構９２を設けており、取出し部９３から抽出された溶融スラグａ´は、スラグ固化排出容器９ｃに収容されるようになっている。
【００２６】
前記二次燃焼炉２の主室２ａは、高温酸化剤の高速噴流を主室２ａ内に吹き込む高温酸化剤噴射装置１０と、燃料を吹き込む燃料噴射装置１１とを備えている。
ここで「高温酸化剤」は、５００℃以上の温度を有し且つ１〜３０%の酸素濃度を有する気体からなり、前記高温酸化剤噴射装置１０の噴射口(ノズル)１０ａは、通常、複数所定間隔で配置され、前記主室２ａに対する副室２ｂの開口部２０に隣接しかつ該開口部２０と交差するように所要角度で挿設されている。
これは、主室２ａから副室２ｂに流出しようとする気流及び浮遊物を主室２ａの下部に差し向けるように高温空気の高速噴流を下向きに噴射するためであり、好ましくは、噴射口１０ａの先端部は、高温空気噴射流を５０〜１５０ｍ/sec.に高速化し得るように適切な開口面積及び寸法に設計され、所望によりオリフィスまたは縮径部を有する。
【００２７】
高温酸化剤噴射装置１０は前記噴射口１０ａへの酸化剤供給量を制御する調整部１０ｂを有しており、該調整部１０ｂはバルブや送風機を含んでいる。
高温酸化剤噴射装置１０は図示しないが炉内監視装置を備える。炉内監視装置は、噴射口１０ａを介して主室２ａ内の火炎、溶融スラグレベル及び炉内雰囲気等を目視観察する覗き窓を有している。所望により、炉内の状態を撮像する撮像装置を炉内監視装置に配設してもよい。
【００２８】
燃料噴射装置１１は、ＬＰＧなどの燃料を主室２ａ内に供給可能なバーナ１１ａと、前記バーナ１１ａを作動し、燃料供給量を主室２ａの炉温と関連して制御する調整部１１ｂを備えており、該調整部１１ｂはバルブや送風機を含んでいる。バーナ１１ａは前記高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａと異なる所定位置たとえば図１のように反開口部側に配置され、所要の傾斜角度で主室下部に臨んでいる。
【００２９】
三次燃焼炉３は、二次燃焼炉２の溶融スラグ化を行ったガスを完全燃焼させるためのもので、炉体はその炉軸が垂直に配向され、底部が連通路３０を介して前記副室２ｂと連通し、溶融スラグ化を行ったガスが連続的に給送されるようになっており、炉体頂部は排ガスダクト４に接続されている。
前記三次燃焼炉３は断面円筒状をなし、炉体を水平状に貫く噴射口１２ａが上下に所定間隔を隔てて配置された燃焼用空気噴射装置１２と、噴射口１２ａに対する空気供給量を制御するためにバルブや送風機を含む調整部１２ｂを有している。
【００３０】
前記三次燃焼炉３は排気ダクト４を介して急冷装置５に接続されているが、三次燃焼炉３から出たガスは１０００℃以上の高温であるため、蒸気発生、原料予熱、乾燥、反応・分解促進等多目的に使用することができる。しかし、本発明は、高効率の溶融処理を達成すべく、前記ガスの顕熱を積極的に回収し、顕熱を前記二次燃焼炉２の高温酸化剤に与えるようにしている。すなわち、高温空気を生成させ、この空気を廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いるのである。
排気ダクト４は横筒状をなし、長手方向の一端に近い下部に前記三次燃焼炉３の頂部が接続され、この実施例では、排気ダクト４の長手方向端部と前記高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａを廃熱回収・供給配管(酸化剤供給配管)１３で結んでいる。
【００３１】
前記廃熱回収・供給配管１３には、三次燃焼炉３から一部の排ガスを吸引して廃棄物溶融用高温ガス(酸化剤)として循環使用するためにエジェクターや誘引通風機などの送風手段１３ａを有している。二次燃焼炉２は室温が１５００℃以上であり、ガスの酸素濃度を２〜５％と低くしても燃焼性には何ら問題を生じない。
循環使用するガス量を低減する必要がある場合には、吸引した三次燃焼炉排ガス中に空気あるいは酸素を吹き込むことが好ましいので、前記廃熱回収・供給配管１３には空気あるいは酸素などの気体取り入れ部１３ｂが設けられている。気体取り入れ部１３ｂには流量調整弁類を含んでいる。このようにすれば、酸化剤として使用する三次燃焼炉排ガスの酸素濃度を１０％以上とすることができ、酸素濃度を１０％以上にすることにより、二次燃焼炉２の室内圧力変動あるいは非常時（温度急降下等）に対しても安定な燃焼を確保することができる。
【００３２】
前記排気ダクト４の長手方向他端側には急冷装置５が接続されている。この急冷装置５は冷媒噴霧ノズル１４を多段に有する縦筒からなり、下端部付近に集塵装置６が接続されガス中の粒子を捕集して、煙突８から排気するようになっている。
【００３３】
図４は本発明による廃棄物処理方法を模式的に示しており、廃棄物Ａを収納した可搬容器Ｂは、２重ダンパー装置１７を備えた廃棄物導入ダクト１ｂを通して間歇的あるいは連続的に一次燃焼室１ｂに装入される。バーナ装置１８をＬＰＧ等の燃料及び燃焼用空気の供給により燃焼作動させることにより、一次燃焼室１ｂ内の廃棄物Ａを加熱し、容器Ｂを焼却し、または解体して小片化するとともに、容器内廃棄物Ａの小片化を促す。
【００３４】
一次燃焼炉の下部には落下口１ｃが形成されているので、容器及び廃棄物の小片ａが、落下口１ｃから二次燃焼炉２の主室２ａ内に落下する。落下口の形状及び開口面積の適切な設計により、適当なサイズの小片を落下させることができる。
前記落下口１ｃは、図３のように、長軸を二次燃焼炉副室２ｂの炉軸方向に向けた楕円形横断面の主室２ａの反副室側に臨んでいるので、廃棄物小片ａは高温の主室２ａの燃焼ガスと十分熱交換することが可能となる。
【００３５】
二次燃焼炉２の主室２ａにおいては、燃料噴射装置１１のバーナ１１ａからＬＰＧなどの燃料が落下しつつあるあるいは落下した廃棄物小片に連続的に噴射され、それと同時に、高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａから高温酸化剤の高速噴流が主室２ａ内に噴射されており、それにより、廃棄物小片ａは、主室内に滞留し且つ撹拌され、高温酸化剤と燃料との反応熱により形成された高温雰囲気により半溶融スラグ化する。
前記高温酸化剤は副室２ｂの開口部２０の近くでこれの軸線と交差する方向に噴射されるので、未溶融飛散固体粒子が前記主室２ａを通過して前記開口部２０に吹き抜けるのが防止されるとともに、未溶融飛散固体粒子を主室２ａの底部に向って再循環することができる。こうして主室２ａの炉内領域は、前記廃棄物の発熱により１５００℃以上の温度を維持する。
【００３６】
半溶融スラグは主室２ａの底部を構成するスラグポット９に残留し、高温雰囲気から熱が伝えられることにより、完全に溶融スラグ化される。溶融スラグａ´は、廃棄物処理装置の休止後に冷却・固化し、装置外に排出されてもよいが、図２のような構造を採用した場合には、廃棄物処理装置の運転中に連続的又は断続的に排出することができる。
すなわち、半溶融のスラグが排出されないように排出機構９１で制御され、溶融スラグａ´だけが静かに排出され、固化排出容器９ｃに収容される。廃棄物溶融処理装置の休止時に、スラグポット９は接続手段９０の解放により取外される。なお、未溶融の金属片等は、スラグ固化物内に埋入した状態で廃棄される。
【００３７】
主室２ａ内のガスは、排気ファン７の排気誘引圧力により開口部２０から副室２ｂに流入し、副室２ｂから連通路３０を介して第三燃焼炉３に流入する。副室２ｂから第三燃焼炉３に流入するガスは、比較的多量の一酸化炭素等を含有しており、この第三燃焼炉３には、複数の噴射口１２ａが上下に所定間隔を隔てて配置された燃焼用空気噴射装置１２ａを備えているので、ガス中の可燃分は、前記噴射口１２ａから噴射された燃焼用空気により完全燃焼し、酸素濃度２〜５％程度の排ガスとなる。
第三燃焼炉３の炉内温度は、部分的には１５００℃以上の温度に達し、頂部流出口の排ガスは１０００〜１２００℃のガス温度を維持する。前記燃焼用空気量は、好ましくは未燃分の完全燃焼に必要な量以上とするものであり、これにより、未燃分を含む溶融スラグ化ガスは確実に完全燃焼し、酸素を含む高温ガスとなる。
【００３８】
この高温ガスは排気ダクト４から冷却装置５に供給されるが、本発明においては、排気ダクト４と高温酸化剤噴射装置１０の噴射口１０ａの吸い込み側を廃熱回収・供給配管１３で結んでおり、その廃熱回収・供給配管１３に送風手段１３ａが設けられているので、排ガスは熱回収されるとともに一部が循環使用のために吸引され、噴射口１０ａから５００℃以上の温度の高温空気として、前記のように主室２ａに高速噴射され、後続の廃棄物小片ａに連続的に噴射される。このときに、調整部１３ｂにより排ガス酸素濃度を調整することができる。
以下、落下口１ｃから主室内に順次落下した廃棄物小片ａは、高温空気の高速噴流とバーナ装置に供給された燃料との反応熱で溶融し、溶融スラグａ´として主室２ａの底部に堆積する。燃料と反応し高温となった高速噴流は、主室底部の溶融スラグａ´に接し、スラグ中の未溶融分の完全溶融を促す。この時、高温空気供給量あるいは燃料供給量は、主室内で未燃分が残るように制御される。
【００３９】
循環使用されない残りの三次燃焼炉の高温排ガスは排気ダクト４から急冷装置５に供給され、水スプレーにより瞬時に２００℃以下の温度に急冷される。その後、バグフィルター等の集塵装置６により除塵され、排気ファン７及びスタックを介して大気に放出される。本廃棄物溶融処理設備は十分にシールされ、系内は負圧で操業されるので、未溶融廃棄物粒子が系外にリークすることが防止される。
【００４０】
なお、始業時には、常温の空気で燃焼させ、炉内が高温になるまで待つ。二次燃焼炉主室２ａには燃料と空気が別の場所から供給されるが、一次燃焼炉１のバーナ１８を最大負荷にして燃焼させることにより、この高温ガスがパイロットバーナの役割を果たし、炉内が高温になっていなくても、また、空気と燃料が別の場所から供給されていても燃焼が維持される。このようにして、ある程度炉内温度が高く例えば１０００℃以上になってから、前記配管１３を介して三次燃焼炉３からの高温排ガスの一部を高温酸化剤噴射装置１０に供給し、この後、炉内温度が１５００℃以上と十分高くになってから廃棄物Ａを一次燃焼炉１に供給する。
【実施例２】
【００４１】
図５は本発明の第２実施例を示しており、この実施例においては、排気ダクト４に熱交換器１５が設けられており、廃熱回収・供給配管１３によって二次燃焼炉２の高温酸化剤噴射装置１０と接続されている。
熱交換器としてはプレート式、蓄熱式、シェルアンドチューブ式等、各種の熱交換器の使用が可能であるが、ユングストローム式熱交換機器で代表されるより高温でも対応が可能で耐久性に優れたセラミックス製の回転式熱交換器を用いることが好ましい。前記熱交換器１５は排気ダクト４に内在され、排気ダクト４内の高温ガスにより熱を与えられ、矢印で示す気体取り入れを通して外部から供給される空気に熱を与えるセラミック製蓄熱体１５ａを有している。
なお、廃熱回収・供給配管１３には第一実施例と同じように送風手段１３ａを介在させ、さらに酸素などの気体取り入れ部１３ｂを設けてもよい。もちろん前記セラミック製蓄熱体１５ａの気体取り入れ部に酸素の供給系を接続してもよい。
他の構成は第一実施例と同様であるから、説明は援用するものとし、同じ部分に同符号を付し、説明は省略する。
【００４２】
この実施例においては、三次燃焼炉３の排ガスは、三次燃焼炉３の後段に設けられたユングストローム式などの熱交換器１５のセラミック製蓄熱体１５ａに熱を与え、この蓄熱体１５ａは外部から供給される空気に熱を与える。これにより空気は８００℃以上、更には１０００℃以上の温度となり、配管１３により二次燃焼炉２の高温酸化剤噴射装置１０に導かれ、廃棄物溶融処理のための酸化剤として用いられる。したがって、より効率よく経済的に廃棄物の溶融処理を行うことが可能になる。
【実施例３】
【００４３】
図６は本発明の第３実施例を示しており、この実施例においては、二次燃焼炉２の副室２ｂの後段すなわち副室２ｂの出口と三次燃焼炉３の入口との境界部位に水冷壁サイクロン１６が設けられている。
なお、この第３実施例と第２実施例の併用も推奨されるので、仮想線で示す。
他の構成は第一実施例と同様であるから、説明は援用するものとし、同じ部分に同符号を付し、説明は省略する。
【００４４】
廃棄物を溶融処理する際には必然的にダストが発生するため集塵機が必須であるが、可能な限り連続運転をして停止・始動に伴うエネルギーロスを避け、設備のエネルギー効率向上と生産性向上を図るために、長時間無手入れの集塵システムが要求される。
前記のように、水冷壁サイクロン１６を介在させるならば、溶融状態の粒子の約９０％を除去することが可能となり、かつ、サイクロンの壁を水冷することにより、溶融状態の粒子が壁に付着・成長することなく急冷・固化し、集塵される。したがって、この集塵システムにより、バグフィルターのごとき集塵装置６の清掃頻度を約１／１０（連続運転時間は１０倍）に低減することが可能となる。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
１）例えば、上記実施例では、高温空気を高温酸化剤として使用したが、ＣＯ2 、Ｎ２、Ａｒ、水蒸気等の気体中に酸素を一定濃度含み、５００℃以上の高温に加熱した任意の混合気体を高温酸化剤として用いてもよい。これらを高温酸化剤に使用する場合には、これらの酸素濃度を分析し、当量比（燃料の完全燃焼に必要は酸素量／供給酸素量）一定となるように、この酸素濃度から酸化剤供給量を決定し、前記配管１３の気体取り入れ部１３ｂから送入しあるいは高温酸化剤噴射装置１０の調整部１０ｂから別途送入する方法をとればよい。
２）第１実施例と第２実施例において、高温排ガスを第二燃焼炉主室２ａの高温空気噴射装置１０に供給しているが、第１燃焼炉１にも導いて廃棄物Ａの乾燥・予熱に使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明はアスベストのほか、人と環境に対して有害な物質の溶融処理に適用でき、その例としては、ＰＣＢすなわち１９７２年までに製造された高圧トランス、高圧コンデンサ及び安定器の絶縁油類、あるいは医療機関から排出される各種の感染性廃棄物の溶融処理が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による廃棄物溶融処理方法および設備の第１実施例を示す部分切欠側面図である。
【図２】図１における第２燃焼炉の下部構造の詳細を示す断面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】第１実施例による廃棄物溶融処理方法を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す部分切欠側面図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す部分切欠側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 一次燃焼炉
２ 二次燃焼炉
２ａ 主室
２ｂ 副室
３ 三次燃焼炉
４ 排気ダクト
５ 急冷装置
６ 集塵装置
９ スラグポット
１０ 高温酸化剤噴射装置
１０ａ 噴射口
１３ 廃熱回収・供給配管
１５ 熱交換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに空気を供給し未燃分を完全燃焼させ、可燃分の無くなった排ガスの顕熱を回収し、高温空気を生成させて廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いることを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
【請求項２】
燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融・無害化する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに未燃分の完全燃焼に必要な量以上の空気を供給し、酸素を含む高温排ガスとし、この高温排ガスを廃棄物溶融用高温ガス発生のための酸化剤として循環使用することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
【請求項３】
廃棄物溶融処理設備の排ガス熱回収に回転式熱交換器を用いる請求項１または２に記載の廃棄物溶融処理方法。
【請求項４】
循環させる高温排ガス中に酸素濃度が10％以上となるように空気あるいは酸素を吹き込むことを特徴とする請求項２に記載の廃棄物溶融処理方法。
【請求項５】
燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、バーナ装置を備え廃棄物を加熱して小片化する一次燃焼炉と、一次燃焼炉から落下した廃棄物の小片を加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う主室を有する二次燃焼炉と、二次燃焼炉の溶融スラグ化を行ったガスを完全燃焼させる三次燃焼炉とを有し、前記二次燃焼炉は、前記主室の溶融スラグ化を行ったガスを三次燃焼炉に給送する副室を有し、該副室の上流端開口部が、前記主室の炉壁に開口し、前記主室は、酸化剤を主室内に吹き込む酸化剤噴射装置と燃料を吹き込む燃料噴射装置を有し、前記酸化剤噴射装置の噴射口は、前記開口部に隣接して該開口部と交差するように主室の炉壁に配置されており、前記三次燃焼炉は排ガスダクトを介して冷却装置と集塵装置に接続されるとともに、前記排ガスダクトは排ガスから回収された顕熱を二次燃焼炉の高温酸化剤に与えるべく配管により前記酸化剤噴射装置と接続されていることを特徴とする廃棄物溶融処理設備。
【請求項６】
前記排ガスダクトが回転式熱交換器を備え、該回転式熱交換器に前記酸化剤噴射装置に対する供給配管が接続されている請求項５に記載の廃棄物溶融処理設備。
【請求項７】
二次燃焼炉の副室の出口側と三次燃焼炉の入口側との間に水冷炉壁サイクロンを配置している請求項５または６に記載の廃棄物溶融処理設備。
【請求項１】
燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに空気を供給し未燃分を完全燃焼させ、可燃分の無くなった排ガスの顕熱を回収し、高温空気を生成させて廃棄物溶融処理のための燃料燃焼用酸化剤として用いることを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
【請求項２】
燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融・無害化する設備において、溶融処理炉では未燃分が残るように燃料と酸化剤を供給するとともに、溶融炉の後段で廃棄物溶融に用いられた未燃分を含むガスに未燃分の完全燃焼に必要な量以上の空気を供給し、酸素を含む高温排ガスとし、この高温排ガスを廃棄物溶融用高温ガス発生のための酸化剤として循環使用することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
【請求項３】
廃棄物溶融処理設備の排ガス熱回収に回転式熱交換器を用いる請求項１または２に記載の廃棄物溶融処理方法。
【請求項４】
循環させる高温排ガス中に酸素濃度が10％以上となるように空気あるいは酸素を吹き込むことを特徴とする請求項２に記載の廃棄物溶融処理方法。
【請求項５】
燃料と酸素を含む高温ガスを異なる位置から炉内へ供給・反応させ、生成されたガスにより投入口より供給される廃棄物を溶融処理する設備において、バーナ装置を備え廃棄物を加熱して小片化する一次燃焼炉と、一次燃焼炉から落下した廃棄物の小片を加熱し、可燃分の燃焼、熱分解可能な固形分の分解および熱溶融可能な固形分の溶融スラグ化を行う主室を有する二次燃焼炉と、二次燃焼炉の溶融スラグ化を行ったガスを完全燃焼させる三次燃焼炉とを有し、前記二次燃焼炉は、前記主室の溶融スラグ化を行ったガスを三次燃焼炉に給送する副室を有し、該副室の上流端開口部が、前記主室の炉壁に開口し、前記主室は、酸化剤を主室内に吹き込む酸化剤噴射装置と燃料を吹き込む燃料噴射装置を有し、前記酸化剤噴射装置の噴射口は、前記開口部に隣接して該開口部と交差するように主室の炉壁に配置されており、前記三次燃焼炉は排ガスダクトを介して冷却装置と集塵装置に接続されるとともに、前記排ガスダクトは排ガスから回収された顕熱を二次燃焼炉の高温酸化剤に与えるべく配管により前記酸化剤噴射装置と接続されていることを特徴とする廃棄物溶融処理設備。
【請求項６】
前記排ガスダクトが回転式熱交換器を備え、該回転式熱交換器に前記酸化剤噴射装置に対する供給配管が接続されている請求項５に記載の廃棄物溶融処理設備。
【請求項７】
二次燃焼炉の副室の出口側と三次燃焼炉の入口側との間に水冷炉壁サイクロンを配置している請求項５または６に記載の廃棄物溶融処理設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２７５１８０（Ｐ２００８−２７５１８０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９８１７２（Ｐ２００６−２９８１７２）
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（５０６３６７２２７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（５０６３６７２２７）
【Ｆターム（参考）】
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