JP3755055B2 - 溶融処理装置及びそれを備える廃棄物処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばゴミ焼却時に排出される焼却灰、アルミニウム、鉄、銅等の金属の精錬時又は鋳物の鋳造時に発生する金属スケール等のような廃棄物を加熱溶融するための溶融処理装置及びそれを備える廃棄物処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような溶融処理装置は、廃棄物を溶融させるための溶融炉を備えている。この溶融炉は、その内部に廃棄物を貯留するための溶融室が区画形成されるとともに、溶融室内には燃料を燃焼させたときに生ずる燃焼熱で溶融室に貯留された廃棄物を溶融するための溶融バーナーが配設されている。この溶融バーナーの燃料としては、化石燃料より得られる可燃性ガス等が用いられ、これを燃焼させることにより、約１３００℃以上の高い燃焼熱を得ることができるようになっている。また、さらに高い燃焼熱を得る必要があるならば、例えばテルミット剤等のような溶融促進剤が廃棄物とともに投入され、この溶融促進剤が溶融バーナーからの炎で着火されることにより、高い燃焼熱を得ることができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の溶融処理装置によれば、溶融バーナーの燃料として、化石燃料より得られる可燃性ガス等を用いるため、これを燃焼させるために溶融室内に空気を供給する必要がある。しかし、このような燃料を空気中で燃焼させると、空気中の窒素が酸化されて窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されたり、燃焼時に大量の一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等が生成されたり等して、これらが装置の外部に排ガスとして排気されてしまうという問題があった。
【０００４】
この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、燃料に空気を供給することなく、廃棄物の溶融処理を行うことができる溶融処理装置及びそれを備える廃棄物処理システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の溶融処理装置の発明は、廃棄物を堆積して溶融するための溶融室と、水素及び酸素ガスをモル比が水素：酸素で２：１となるように混合してなるブラウンガスを燃料として用い、ブラウンガスを燃焼させて廃棄物を溶融するための溶融バーナーと、前記溶融室への外部からの空気の流入を遮断するための遮断手段とを備えるとともに、前記溶融バーナーを廃棄物の対向位置に配設し、ブラウンガスの燃焼によって生じる炎を廃棄物に向け、その燃焼熱で廃棄物を溶融するとき、前記遮断手段により溶融室に外部から空気が流入することを遮断するように構成する。
そして、前記の溶融処理装置において、前記溶融室の後方上部には廃棄物を投入するための投入口を設け、溶融室の前方下部には溶融された廃棄物を排出するための排出口を設け、溶融室の内部において廃棄物を投入口から排出口に向かって傾斜するように堆積させるとともに、前記溶融バーナーを溶融室に対して進退可能に構成し、溶融バーナーが廃棄物の表面から一定の距離を保持しながら溶融室に進出することにより、堆積した廃棄物をその表面から所定厚さだけ溶融させた後、溶融バーナーが溶融室から後退し、前記投入口から廃棄物を溶融室に堆積された廃棄物の表面に溶融した分量だけ投入するように構成してなることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に記載の溶融処理装置の発明は、請求項１に記載の発明において、前記溶融室の後方下部には供給口を設け、溶融バーナーで堆積した廃棄物をその表面から溶融させながら、該供給口を介して堆積された廃棄物の後方から溶融室内に廃棄物を連続して供給することにより、廃棄物を連続して溶融可能に構成することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３に記載の溶融処理装置の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記溶融室より下流側には、該溶融室で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスを移送するため、溶融室と連通された排気路を有する排ガス処理部を設けるとともに、当該排ガス処理部には前記ブラウンガスを燃料として用い、ブラウンガスの燃焼によって生じる燃焼熱で排気路を移動する排ガスを燃焼させて熱分解するためのバーナーを設けることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４に記載の廃棄物処理システムの発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置と、外部より供給された熱エネルギーを利用して内部に収容された被対象物を燃焼又は加熱するための熱エネルギー利用設備とを備え、当該溶融処理装置の溶融室より下流側に設けられた排ガス処理部と熱エネルギー利用設備との間を熱媒体供給管で接続し、溶融処理装置の溶融室で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスを熱媒体供給管を介して熱エネルギー利用設備に供給し、この排ガスを被対象物を燃焼又は加熱させるための熱エネルギーとして利用するように構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項５に記載の廃棄物処理システムの発明は、請求項４に記載の発明において、前記熱エネルギー利用設備と、排ガス処理部との間を排ガス移送管で接続し、熱エネルギー利用設備で被対象物を燃焼又は加熱させた後に生じる排ガスを排ガス移送管を介して排ガス処理部の排気路に送り込み、この排ガスを排ガス処理部に備えるバーナーを用いて熱分解するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、この発明の第１実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図３に示すように、廃棄物処理システムは溶融処理装置４１を備え、この溶融処理装置４１にガス発生装置４２と、熱エネルギー利用設備としての焼却炉４３とが接続されて構成されている。溶融処理装置４１は、廃棄物に溶融処理を施すための溶融炉１０と、廃棄物を溶融したときに生じる溶融スラグを回収するためのスラグ回収部２０と、廃棄物を溶融したときに生じる排ガスを処理するための排ガス処理部３０とから構成されている。
【００１２】
前記ガス発生装置４２はその原料に水を用いてこれを電気分解又は熱分解することにより、水素及び酸素ガスをモル比が水素：酸素で２：１となるように混合してなるブラウンガスを発生させるようになっている。ガス発生装置４２で発生したブラウンガスは、溶融処理装置４１の溶融炉１０、スラグ回収部２０及び排ガス処理部３０に供給され、それぞれで廃棄物又は排ガスを処理するための燃料として使用されている。
【００１３】
前記焼却炉４３はその内部に収容された、例えば紙くず、木くず、布屑、プラスチック屑、可燃ゴミ等のような被対象物としての燃焼物を焼却するように構成されている。焼却炉４３には溶融処理装置４１の排ガス処理部３０から廃棄物を溶融したときに生じる排ガスが供給されており、この排ガスが燃焼物を焼却するための熱エネルギーとして利用されている。また、燃焼物を焼却したときに生じる排ガスは、溶融処理装置４１の排ガス処理部３０へと送られ、ここで処理されている。さらに、燃焼物を焼却したときに生じる焼却灰は溶融処理装置４１の溶融炉１０へと送られ、廃棄物として溶融処理を施されるように構成されている。
【００１４】
次に、前記溶融処理装置４１の構成について説明する。まず、溶融炉１０について説明する。図１及び図２に示すように、溶融炉１０は溶融処理装置４１の左側上部に配設され、その内部にジルコニア製の耐熱壁６０によって区画形成された溶融室１１を有している。溶融炉１０の後方側となる左側壁において、その上部には投入口１２が溶融室１１の後方上部で開口するように透設されている。この投入口１２よりも装置の外部には筒状の投入部１５が配設されている。この投入部１５の内部にはプッシャー１３が投入部１５の内部と投入口１２の間を往復動可能に設けられるとともに、投入部１５の上部にはホッパー１４が取り付けられている。
【００１５】
図１のホッパー１４近傍の矢印で示すように、投入部１５にはホッパー１４からその内部に廃棄物７０が供給される。この廃棄物７０としては、前記焼却炉４３で燃焼物を焼却したときに生じる焼却灰等の焼成残滓が挙げられる。その他にも、例えばゴミ処理場等でゴミ焼却時に排出される焼却灰等の焼成残滓、アルミニウム、鉄、銅等の金属の精錬時又は鋳物の鋳造時に発生する金属スケール等のような水分をほとんど含有しないもの、あるいは汚泥、廃棄薬剤等のような水分を含有するものが挙げられる。
【００１６】
図２で示すように、投入部１５の内部に廃棄物７０が供給された状態で、プッシャー１３が投入口１２に向かって移動することにより、投入部１５内の廃棄物７０が投入口１２を介して溶融室１１に上方から投入される。また、プッシャー１３の先端には遮断手段を構成するシール部１３ａが設けられており、プッシャー１３が投入口１２に向かって移動した状態で投入口１２はシール部１３ａにより閉塞されている。
【００１７】
溶融炉１０の底壁において、前方側となる右側部には排出口１６が溶融室１１の前方下部で開口するように透設されるとともに、溶融室１１の底面１７は、この排出口１６に接近するに従って高くなるように傾斜されている。溶融室１１に投入された廃棄物７０は、傾斜した底面１７により、その底面１７上において投入口１２側に偏って堆積されている。そして、廃棄物７０は、その表面７０ａが排出口１６に向かうに従って低くなる斜面状、つまり投入口１２から排出口１６に向かって傾斜するように堆積されている。また、底面１７の排出口１６側となる端部には、堆積された廃棄物７０が崩れた際、これをせき止めて排出口１６からこぼれ落ちることを防止するストッパ１６ａが突設されている。
【００１８】
溶融炉１０の上部には溶融バーナー１８が堆積された廃棄物７０と対向する位置となるように配設されている。この溶融バーナー１８は、その先端面１８ｃが廃棄物７０の表面７０ａと略平行状になるように、基端部においてシリンダ１９により支持されている。さらに、このシリンダ１９が伸縮することにより、溶融バーナー１８は、図２中に実線及び二点鎖線で示すように、溶融室１１に対して進退可能となっている。
【００１９】
溶融バーナー１８の基端部にはガス供給管１８ａを介して前記ガス発生装置４２が接続されており、このガス発生装置４２から溶融バーナー１８に燃料としてブラウンガスが供給されている。ブラウンガスは、溶融バーナー１８の先端部で燃焼されることにより、その炎が溶融バーナー１８の先端面１８ｃから廃棄物７０の表面７０ａに向かって延びるように構成されている。そして、ブラウンガスが燃焼されて生じる炎の燃焼熱により、廃棄物７０がその表面７０ａから溶融されるようになっている。また、ブラウンガスは燃焼後には水蒸気となる。
【００２０】
ブラウンガスの燃焼により生じる炎は、その周囲の温度が直近位置では２０００〜２５００℃と非常に高く、近傍に溶融物がないか、あるいは直近から遠ざかると温度が１０００〜１５００℃と急激に低くなる性質を有している。このため、溶融バーナー１８の先端面１８ｃと廃棄物７０の表面７０ａとの間の距離Ｌは、ブラウンガスが燃焼されて生じる炎の燃焼熱が最も高い温度となる位置になるように、約１００ｍｍに保持されている。また、溶融バーナー１８の内部には、先端面１８ｃの直近位置を通るように溶融バーナー１８の外方から延びる冷却管１８ｂが配設されている。この冷却管１８ｂ内には水、空気等の冷媒が流されており、冷却管１８ｂ内を流れる冷媒によって溶融バーナー１８の先端面１８ｃが冷却され、２０００〜２５００℃と非常に高いブラウンガスの燃焼熱による溶融バーナー１８の溶融が防止されている。
【００２１】
溶融バーナー１８は、廃棄物７０をその表面７０ａから溶融させながらシリンダ１９の伸張により約１５０ｍｍ移動するように設定されている。これにより廃棄物７０は、その表面７０ａから約１５０ｍｍの厚さまでの範囲が溶融されるようになっている。このため、表面７０ａから約１５０ｍｍより内奥に堆積された廃棄物７０は、溶融されることなく溶融室１１に残留し、その周囲の耐熱壁６０をブラウンガスの炎から保護するようになっている。そして、溶融された廃棄物７０は、液状の溶融スラグ７０ｂとなり、ストッパ１６ａを乗り越えて溶融室１１から排出口１６へ排出されるようになっている。
【００２２】
溶融室１１で廃棄物７０を溶融した際に生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスは、ブラウンガスの燃焼による２０００〜２５００℃という高温度の炎でそのほとんどが燃焼し、分解されて無害なものとなる。また、ブラウンガスが燃焼して生じる水蒸気もブラウンガスの高温度の炎で燃焼し、分解されて水素及び酸素ガスの混合ガスとなる。そして、この混合ガスに燃え残った若干の有毒ガスが混合したものが排ガスとして、液状の溶融スラグ７０ｂとともに溶融室１１から排出口１６へ排出されている。
【００２３】
次に、前記スラグ回収部２０について説明する。図１に示すように、スラグ回収部２０は溶融炉１０よりも装置の下流側となるように溶融炉１０の下方に配設されており、その内部には耐熱壁６０によって区画形成された回収室２０ａを有している。前記排出口１６はこの回収室２０ａの上端で開口されており、排出口１６を介して回収室２０ａが溶融室１１に連通されている。さらに、回収室２０ａの下半部には回収漕２１が耐熱壁６０によって区画形成されている。スラグ回収部２０の下部において、回収漕２１の右側部には回収室２０ａと装置の外部とを連通するように第１吐出路２２が設けられている。第１吐出路２２の下方位置には第１冷却漕２３が配設されるとともに、第１冷却漕２３内には水等の冷却用液体が貯留されている。
【００２４】
回収漕２１の底壁には第２吐出路２４が装置の下方に開口するように設けられるとともに、第２吐出路２４の下方位置には水等の冷却用液体が貯留された第２冷却漕２５が配設されている。加えて、第１吐出路２２及び第２吐出路２４の装置の外部への開口端にはそれぞれ遮断手段を構成するバルブ２６が設けられている。これらバルブ２６を操作することにより、第１吐出路２２及び第２吐出路２４を開放及び閉塞することができるようになっている。
【００２５】
スラグ回収部２０の回収室２０ａには、排出口１６を介して前記溶融炉１０の溶融室１１から液状の溶融スラグ７０ｂ及び排ガスが送り込まれている。それらのうち液状の溶融スラグ７０ｂは、排出口１６から回収室２０ａの回収漕２１内に流れ込み、貯留されている。また、図１の回収漕２１及び第１吐出路２２の間の矢印で示すように、回収漕２１内に貯留された液状の溶融スラグ７０ｂは所定量を越えると回収漕２１から第１吐出路２２へとオーバーフローするようになっている。この状態でバルブ２６を操作し、第１吐出路２２を開放することにより、液状の溶融スラグ７０ｂは第１冷却漕２３内に滴下される。この際、冷却用液体によって液状の溶融スラグ７０ｂは固化され、固体のスラグとして第１冷却漕２３で回収される。また、メンテナンス等の場合には第２吐出路２４が開放され、溶融スラグ７０ｂが第２冷却漕２５にて固体のスラグとして回収される。
【００２６】
スラグ回収部２０の回収室２０ａにおいて、回収漕２１よりも上方位置には第２溶融バーナー４４が配設されるとともに、第２溶融バーナー４４には前記ガス発生装置４２から燃料としてブラウンガスが供給されている。この第２溶融バーナー４４でブラウンガスを燃焼させ、炎を生じさせることにより回収室２０ａは１０００〜２０００℃に加熱されている。また、第２溶融バーナー４４は、溶融スラグ７０ｂ及び排ガスが排出口１６から回収室２０ａへ排出される方向と直交する方向にその炎を延ばすように位置固定されている。
【００２７】
排出口１６から回収室２０ａへ排出される溶融スラグ７０ｂ及び排ガスは、第２溶融バーナー４４から延びるブラウンガスの炎中を通過するように構成されている。ブラウンガスの高温の炎中を通過し、回収漕２１内に貯留される溶融スラグ７０ｂは、その内部に含まれる未溶融の廃棄物７０の粒子、有毒ガス等の不純物が加熱分解されて取り除かれるようになっている。また、回収室２０ａの排ガスは、第２溶融バーナー４４から延びるブラウンガスの高温の炎により、これに若干量含まれる有毒ガスがほぼ完全に分解され、取り除かれている。
【００２８】
次いで、前記排ガス処理部３０について説明する。排ガス処理部３０を構成する排気部３１ａは、スラグ回収部２０よりも装置の下流側となる右側方に配設されている。排気部３１ａの内部には前記回収室２０ａを介して溶融室１１と連通する排気路３１が区画形成されるとともに、一側部には排気路３１と連通し、装置の外部に開口する排気口３２が設けられている。この排気口３２には装置の外部から排煙塔３５が接続されるとともに、この排煙塔３５の上端には排気ダクト３６が接続されている。これら排気部３１ａ、排煙塔３５及び排気ダクト３６により、排ガス処理部３０が構成されている。
【００２９】
溶融炉１０から回収室２０ａへ送られた排ガスは、回収室２０ａから排気路３１へと流れ込み、排気路３１を排気口３２へ向かって進むようになっている。この排気路３１には複数の障壁３３が設けられており、排ガスはこれら障壁３３に衝突しながら排気口３２へと進むことにより、気体中に含まれる煤等の不純物を除去されるようになっている。排気口３２から排気された排ガスは、排煙塔３５を介して排気ダクト３６から外部へと排気される。
【００３０】
排煙塔３５の内部には遮断手段を構成するファン３４が設けられている。このファン３４は、回転時には排煙塔３５内の排ガスを排気ダクト３６へと送るとともに、回転していないときには排煙塔３５と排気ダクト３６の間の空気の流れを遮断するようになっている。排気ダクト３６の内部には前記溶融バーナー１８へと延びる冷却管１８ｂの一端が波状に配設されており、冷却管１８ｂ内を流れる冷媒は、排気ダクト３６内で排ガスにより予熱されている。このように冷媒を予熱することにより、急激な温度変化で溶融バーナー１８が破損することを防止することが可能となる。
【００３１】
排気部３１ａの排気路３１には複数のバーナー４５が配設されるとともに、これらバーナー４５には前記ガス発生装置４２からブラウンガスが供給されている。これらのバーナー４５でブラウンガスを燃焼させることにより、その炎によって排気路３１は８５０〜１５００℃に加熱されている。排気路３１を通過する排ガスはブラウンガスの炎の燃焼熱により、含まれる有毒ガスが完全に熱分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなる。
【００３２】
水素及び酸素ガスの混合ガスは、排気口３２から排煙塔３５を通って排気ダクト３６へ達するまでに４５０±５０℃まで冷やされて再び水蒸気に戻る。そして、水蒸気は、排気ダクト３６内で冷却管１８ｂを介して冷媒に熱を伝達することによって約１００℃に冷やされ、排気ダクト３６から外部へと排気される。
【００３３】
回収室２０ａと排気路３１との境界部にはチャンバー４６が設けられており、このチャンバー４６には装置の外部から熱媒体供給管４７の一端が接続されている。この熱媒体供給管４７の他端は前記焼却炉４３に接続されている。回収室２０ａから排気路３１へ送られる排ガスは、チャンバー４６を通過する際、少なくともその一部が熱媒体供給管４７を介して焼却炉４３に送られている。溶融室１１から回収室２０ａを通過してチャンバー４６に到った排ガスはその温度が９００〜２０００℃であり、焼却炉４３内の燃焼物を焼却するに足る十分な熱エネルギーを有している。
【００３４】
また、焼却炉４３と排気部３１ａとの間には排ガス移送管４８が接続されている。この排ガス移送管４８は、前記熱媒体供給管４７よりも装置の下流側で排気路３１と連通するように接続されている。焼却炉４３で燃焼物を焼却した際に生じる有毒ガスを含む排ガスは排ガス移送管４８を介して排気部３１ａの排気路３１へ送られている。そして、焼却炉４３から排気部３１ａへ送られた排ガスは、排気路３１において複数のバーナー４５で加熱されることにより、有毒ガスを分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなって排煙塔３５へ送られるように構成されている。
【００３５】
上記の溶融炉１０、スラグ回収部２０及び排気部３１ａから構成される溶融処理装置４１内において、廃棄物７０は、ブラウンガスの燃焼により生じる高温度の炎によって迅速かつ確実に溶融される。また、廃棄物７０の燃焼時に生じるおそれのある有毒ガスも、２０００〜２５００℃という高温度の炎によって燃焼し、さらに分解されて無害なものとなる。
【００３６】
溶融処理装置４１はブラウンガスの燃焼により生じる炎を高温度に維持するため、溶融炉１０のプッシャー１３のシール部１３ａ、スラグ回収部２０のバルブ２６及び排気部３１ａのファン３４より構成される遮断手段を操作することにより、その外部から溶融室１１への空気の流れを遮るように構成されている。これらプッシャー１３のシール部１３ａ、バルブ２６及びファン３４による空気の流れの遮断は、溶融炉１０に設けられた複数の温度センサ１０ａによる溶融室１１内の温度の検出に基づいて行われる。具体的には、温度センサ１０ａでの測定による溶融室１１内の温度が２０００〜２５００℃の場合、ブラウンガスに不純物が混じることによって燃焼温度が低下することを抑制するため、装置の外部と溶融室１１の間の空気の流れが遮断される。
【００３７】
前記廃棄物処理システムの作用について以下に記載する。
【００３８】
さて、図１に示すような廃棄物処理システムの溶融処理装置４１を使用するときには、まずスラグ回収部２０のバルブ２６及び排気部３１ａのファン３４から溶融室１１への空気の流れが遮られる。この状態で溶融バーナー１８、第２溶融バーナー４４及び各バーナー４５にガス発生装置４２からブラウンガスが供給され、着火される。この後、温度センサ１０ａで溶融室１１の温度が１５００℃まで上昇したことを確認した後、投入部１５から溶融室１１内へ廃棄物７０が投入される。このとき、廃棄物７０はその一部が投入口１２を出た直後に溶融されながら投入される。
【００３９】
その後、プッシャー１３のシール部１３ａで投入口１２を閉塞し、装置の外部から溶融室１１への空気の流れが完全に遮られる。そして、溶融室１１の温度が２０００℃まで上昇したことを温度センサ１０ａで確認した後、図２に示すように溶融バーナー１８がシリンダ１９の伸張により廃棄物７０の表面７０ａから約１００ｍｍの位置まで移動し、堆積された廃棄物７０を溶融し始める。溶融された廃棄物７０は、液状の溶融スラグ７０ｂとなって堆積された廃棄物７０の表面７０ａを下方へと流れ落ち、排出口１６及び回収室２０ａを介して回収漕２１で回収される。
【００４０】
次いで、溶融バーナー１８は、廃棄物７０を溶融させながら約１５０ｍｍ移動した位置で停止する。堆積された廃棄物７０がその表面７０ａから約１５０ｍｍの厚さまでほぼ完全に溶融されると、周囲に溶融物がなくなることにより、溶融室１１の温度が低下し始める。この温度の低下が温度センサ１０ａによって検知されると、溶融バーナー１８がシリンダ１９の収縮により溶融室１１から後退する。また、これとほぼ同時に、スラグ回収部２０ではバルブ２６が開放され、第１吐出路２２を介して第１冷却漕２３内に溶融スラグ７０ｂが滴下され、回収される。
【００４１】
溶融室１１で廃棄物７０を溶融するときに生じる有毒ガスは、まず溶融バーナー１８でブラウンガスが燃焼時に発生させる炎の燃焼熱が２０００〜２５００℃と非常に高温度であるため、溶融室１１でそのほとんどが燃焼されて分解される。また、溶融室１１で燃え残った有毒ガスは、回収室２０ａにおいて、第２溶融バーナー４４でブラウンガスが燃焼時に発生させる炎の燃焼熱によりほぼ完全に燃焼されて分解される。さらに、ブラウンガスが燃焼した後に生じる水蒸気はブラウンガスの炎の燃焼熱により分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなる。
【００４２】
この混合ガスは、排ガスとして回収室２０ａから排気部３１ａの排気路３１へと送られるときにチャンバー４６内を通過する。このとき、排ガスの温度が９００℃未満の場合には、この排ガスはチャンバー４６から排気路３１へと送られる。また、排ガスの温度が９００℃以上の場合には、この排ガスは熱媒体供給管４７を介して焼却炉４３へ供給され、焼却炉４３内の燃焼物を燃焼させるための熱エネルギーとして利用される。そして、焼却炉４３内で燃焼物を燃焼させたときに生じる有毒ガスを含む排ガスは、排ガス移送管４８を介して排気部３１ａの排気路３１へ送られ、チャンバー４６内を通過した排ガスに合流される。そして、排気路３１の排ガスは、複数のバーナー４５からのブラウンガスの炎で含有する有毒ガスを分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなって排煙塔３５へと送られる。
【００４３】
排ガスである混合ガスはファン３４が停止している間、排煙塔３５内に保持される。溶融炉１０における溶融処理が一旦停止され、ファン３４が回転し始めると、混合ガスはファン３４の回転により、排煙塔３５から排気ダクトへ送られる。このとき、水素及び酸素ガスの混合ガスは、排気ダクト３６へ達するまでに４５０℃程度まで冷やされて水蒸気となる。その後、排気ダクト３６内で水蒸気は、冷却管１８ｂを介して冷媒に熱を伝達することによって約１００℃に冷やされ、排気ダクト３６から外部へと排気される。
【００４４】
スラグ回収部２０でのスラグの回収及び排ガス処理部３０からの水蒸気の排気が行われ、温度センサ１０ａで溶融室１１の温度が約１５００℃まで下降したことが確認された後、投入部１５から溶融室１１内へ新たな廃棄物７０が上記操作で溶融された分量と等量となるように投入される。この新たな廃棄物７０としては、焼却炉４３で生じた焼成残滓が主に使用される。そして、上記操作が繰り返されることにより廃棄物７０の溶融処理が行われる。
【００４５】
前記の第１実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 第１実施形態の溶融処理装置４１によれば、廃棄物７０を溶融させるため、燃料としてブラウンガスが使用されている。このブラウンガスは空気を供給することなく燃焼させることができるとともに、燃焼時には高温度の燃焼熱を発生させることができる。さらに、ブラウンガスの燃焼時には遮断手段を構成する溶融炉１０のプッシャー１３のシール部１３ａ、スラグ回収部２０のバルブ２６及び排気部３１ａのファン３４により、装置外部から溶融室１１への空気の流入が遮断されている。これにより、ブラウンガスに不純物が混じり、燃焼温度が低下することを防止することができる。加えて、ブラウンガスの燃焼温度が２０００〜２５００℃と非常に高温度であるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等をも燃焼させ、分解させることができ、これらが装置外に排出されることを防止することができる。
【００４６】
・ この溶融処理装置４１は、溶融バーナー１８が溶融室１１に対して進退可能に構成されている。そして、廃棄物７０の溶融時には溶融バーナー１８を進出させ、廃棄物７０を所定量溶融した後には一旦溶融バーナー１８を後退させ、廃棄物７０の溶融を一時的に停止する、いわゆるバッチ式処理により溶融処理が行われている。このため、廃棄物７０の投入時に溶融バーナー１８に廃棄物７０が付着し、溶融バーナー１８が破損することを防止することができるとともに、廃棄物７０の溶融処理を確実に行うことができる。
【００４７】
・ 溶融処理装置４１の排ガス処理部３０を構成する排気部３１ａの排気路３１には複数のバーナー４５が配設されている。このバーナー４５は、ガス発生装置４２から供給されたブラウンガスを燃焼させることにより、排気路３１を通過する排ガスを燃焼させるように構成されている。このため、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスを燃焼し、分解することができ、これらが装置外に排出されることを確実に防止することができる。
【００４８】
・ 廃棄物処理システムは、上記のような溶融処理装置４１に熱エネルギー利用設備としての焼却炉４３を接続して構成されている。そして、焼却炉４３で燃焼物を燃焼させるための熱エネルギーには溶融処理装置４１で廃棄物７０を溶融処理したときに生じる高温度の排気ガスを利用している。このため、廃棄物７０を溶融処理した後の余剰エネルギーを無駄にすることなく、効率的に利用することができ、燃焼物の燃焼処理における省エネルギー化を図ることができる。
【００４９】
・ さらに、廃棄物処理システムは焼却炉４３で生じた排ガスを排ガス移送管４８を介して溶融処理装置４１の排ガス処理部３０に送り、ここで廃棄物７０を溶融処理したときに生じる排ガスとともに処理するように構成されている。このため、排ガス処理においては、廃棄物処理システム全体で窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスが外部に排出されないクローズドシステムを構成することができ、有毒ガスの排出を確実に防止することができる。加えて、溶融処理装置４１及び焼却炉４３のそれぞれで排ガスを無害なものとするための処理を行うことと比較して、排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【００５０】
・ 焼却炉４３で生じた焼成残滓は、溶融処理装置４１の溶融炉１０に送られ、廃棄物処理システムの外部に排出されることなく、ここで溶融処理されてスラグとされるように構成されている。従って、この廃棄物処理システムにより、ゴミ等の燃焼物の焼却からその焼却後の焼成残滓の溶融までの処理は、排ガス処理を含め、外部に有毒物、有毒ガス等を排出することなく、１つのシステム内で行うことができるクローズドシステムを構成することができる。このため、外部に焼成残滓等の廃棄物、有毒ガス等といった産業廃棄物の処理を高効率で行うことができるとともに、外部にこのような産業廃棄物を一切出すことのない、いわゆるゼロ・エミッションを達成することができる。
【００５１】
・ 排ガス移送管４８は、熱媒体供給管４７よりも装置の下流側で排気路３１と連通するように接続されている。従って、焼却炉４３で生じた排ガスが熱媒体供給管４７から焼却炉４３に再び戻されることを防止することができ、焼却炉４３と排ガス処理部３０との間で有毒ガスが循環されることを防止することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
以下、この発明の第２実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
図４（ａ）に示すように、第２実施形態の溶融処理装置４１を構成する溶融炉１０には、溶融室１１の後方下部に開口する供給口１２ａが透設されている。この供給口１２ａよりも装置の外部には筒状の第２投入部１５ａが配設されている。第２投入部１５ａと投入部１５との間には連通管１５ｂが接続されており、この連通管１５ｂを介して第２投入部１５ａの内部と投入部１５の内部とが連通されている。
【００５４】
第２投入部１５ａの内部には、その先端に遮断手段を構成するシール部１３ａが取着された第２プッシャー１３ｂが第２投入部１５ａの内部と供給口１２ａの間を往復動可能に設けられている。そして、投入部１５のプッシャー１３がそのシール部１３ａで投入口１２を閉塞した状態で、廃棄物７０はホッパー１４から連通管１５ｂを介して第２投入部１５ａに投入され、ここから第２プッシャー１３ｂにより溶融室１１へと供給される。
【００５５】
第２プッシャー１３ｂにより溶融室１１へ廃棄物７０を供給する際、新たな廃棄物７０は溶融室１１に堆積された廃棄物７０の後方下部に押し出される。そして、第２プッシャー１３ｂによる溶融室１１への新たな廃棄物７０の供給を複数回繰り返すと、やがて図４（ｂ）に示すように、廃棄物７０の表面７０ａの傾斜角度が変化する。この廃棄物７０の表面７０ａの傾斜角度の変化に対応することができるように、溶融バーナー１８はシリンダ１９に対して揺動可能に構成されている。
【００５６】
すなわち、溶融バーナー１８はシリンダ１９の先端に回動軸１８ｄを介して回動可能に取り付けられるとともに、図示しない駆動機構を備えている。そして、溶融バーナー１８は廃棄物７０の表面７０ａの傾斜角度の変化に応じ、駆動機構によってシリンダ１９の先端で回動軸１８ｄを中心に回動し、先端面１８ｃが廃棄物７０の表面７０ａと略平行状になるように揺動するように構成されている。また、図示してはいないが、この第２実施形態の溶融バーナー１８も第１実施形態のものと同様にガス供給管及び冷却管を有している。
【００５７】
さて、上記の溶融処理装置４１で溶融処理を行うときには、まず投入部１５から廃棄物７０が投入された後、溶融バーナー１８により溶融が行われる。一旦廃棄物７０の溶融が終わった後の溶融室１１内への廃棄物７０の供給は、次のように供給口１２ａを介して第２投入部１５ａから行われる。すなわち、まず第２投入部１５ａにはホッパー１４から連通管１５ｂを介して廃棄物７０がその内部に投入される。温度センサ１０ａにより溶融室１１内の温度が下降し始めたことが検知されると、第２プッシャー１３ｂの供給口１２ａへの移動により、堆積された廃棄物７０の後方から新たな廃棄物７０が溶融室１１の内部に供給される。
【００５８】
このとき、新たな廃棄物７０が溶融室１１内で堆積された廃棄物７０の内部に押し込まれることにより、その表面７０ａの傾斜角度が変化し、溶融バーナー１８の先端面１８ｃが廃棄物７０の表面７０ａと略平行状とならず、溶融室１１内の温度が上昇しない。すると、温度センサ１０ａにより溶融室１１内の温度が上昇していないことが検知され、駆動機構が操作されて溶融バーナー１８が揺動される。
【００５９】
溶融バーナー１８が揺動され、堆積された廃棄物７０がその表面７０ａから再び溶融され始めると、溶融室１１内の温度が上昇し始め、駆動機構による溶融バーナー１８の揺動が停止されて、溶融バーナー１８は廃棄物７０の表面７０ａと略平行状となった状態で固定される。そして、第２投入部１５ａ内にはホッパー１４を介して廃棄物７０が投入されるとともに、溶融室１１の温度の下降が検知される毎に第２プッシャー１３ｂが往復動を繰り返し、溶融室１１に連続して廃棄物７０を投入され、溶融処理が行われる。また、第２投入部１５ａからの廃棄物７０の供給量は、堆積された廃棄物７０の溶融量と等量となるように調整される。
【００６０】
前記の第２実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 第２実施形態の溶融処理装置４１によれば、温度センサ１０ａにより溶融室１１の温度の下降が検知される毎に、第２投入部１５ａから供給口１２ａを介して廃棄物７０を溶融室１１に連続して供給することができる。従って、廃棄物７０の溶融処理を連続して行うことができ、溶融処理の効率を向上させることができる。
【００６１】
・ 第２投入部１５ａからの廃棄物７０の供給量を堆積された廃棄物７０の溶融量と等量となるように調整することにより、廃棄物７０の処理効率の向上及び処理時間の短縮化を図ることができる。
【００６２】
・ 第２プッシャー１３ｂの先端には遮断手段を構成するシール部１３ａが設けられている。そして、第２投入部１５ａからの廃棄物７０の投入後、供給口１２ａを第２プッシャー１３ｂのシール部１３ａで閉塞することにより、溶融室１１への空気の流入を確実に遮断することができる。
【００６３】
なお、本発明の実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００６４】
・ 第１実施形態において、例えば投入口１２と溶融バーナー１８との間に投入された廃棄物７０が溶融バーナー１８に付着することを防止するシールド壁を設け、溶融バーナー１８の溶融室１１に対する位置を固定してもよい。
【００６５】
・ 第１実施形態では堆積された廃棄物７０は、その表面７０ａが投入口１２から排出口１６に向かうように傾斜されているが、これに限定されず、例えば廃棄物７０をその表面７０ａが水平面状をなすように堆積させ、これに対応して溶融バーナー１８をその先端面が水平面状をなすように配設してもよい。
【００６６】
・ 各実施形態において、焼却炉４３の焼成残渣を取り出すための取出口と、溶融炉１０のホッパー１４との間に移送手段として、例えばコンベア、台車等を設けてもよい。そして、この移送手段により、焼却炉４３の焼成残渣を溶融炉１０のホッパー１４へ自動又は手動により供給するように構成してもよい。このように構成した場合、焼却炉４３の残渣を溶融炉１０へ容易かつ迅速に移送することができ、作業効率を向上させ、処理時間の短縮化を図ることができる。
【００６７】
・ 各実施形態において、熱エネルギー利用設備は焼却炉４３に限らず、熱エネルギーを利用して、内部に収容された被対象物を燃焼又は加熱するものであれば、例えば火力発電所の発電機としてもよい。この場合、被対象物は化石燃料が混合された混合気となる。その他にも、被対象物としてのボイラ水を加熱するボイラー装置、化石燃料が混合された混合気を燃焼させるガスタービン装置等としてもよい。
【００６８】
・ 第２実施形態において、連通管１５ｂを省略し、第２投入部１５ａの上部に第２のホッパーを設け、この第２のホッパーから第２投入部１５ａの内部に廃棄物７０を投入してもよい。
【００６９】
・ 各実施形態において、溶融バーナー１８を冷却する冷媒として水を用いた場合には溶融バーナー１８を冷却した後の水をガス発生装置４２に送り、この水からブラウンガスを発生させることによって、水をブラウンガスの原料として再利用するように構成してもよい。このように構成した場合、廃棄物処理システムを運用する際に必要とする水の総使用量の低減を図り、省エネルギー化を図ることができる。
【００７０】
・ 排気ダクト３６から排気される水蒸気を回収し、溶融バーナー１８を冷却する冷媒として利用してもよい。他にも、この水蒸気を回収した後、液化させて水とし、これをガス発生装置４２に供給し、ブラウンガスの原料としたり、溶融バーナー１８を冷却する冷媒として利用したり等してもよい。さらには、排気ダクト３６から排気される水蒸気を、例えばボイラー装置、水耕栽培等といった蒸気利用設備に供給するように構成してもよい。このように構成した場合、エネルギー効率をさらに高めることができる。
【００７１】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記熱エネルギー利用設備と、溶融処理装置の溶融炉との間には、熱エネルギー利用設備で被対象物を燃焼又は加熱した後に生じる残滓を溶融炉へ移送するための移送手段を設け、当該移送手段によって溶融炉へ移送された残滓を廃棄物として溶融室に投入し、溶融処理を施すように構成したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の廃棄物処理システム。このように構成した場合、被対象物を燃焼又は加熱からその後の残滓の溶融処理までのサイクルを全て１つのシステム内で行うクローズドシステムを構成することができ、システム外に廃棄物、有毒ガス等が排出されることを防止することができるとともに、それらの処理を高効率で行うことができる。
【００７２】
・ 前記排ガス処理部は、溶融炉で廃棄物を溶融するときに排気路を介して外部から溶融室へ空気が流れ込むことを遮るための遮断手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、ブラウンガスの燃焼時において、排気部から溶融室に空気が流入することを遮断することができる。
【００７３】
・ 前記溶融バーナーの内部には冷却管を配設し、当該冷却管内に冷媒を流すことによって溶融バーナーを冷却するように構成するとともに、この冷却管の一端部を前記排ガス処理部の内部に配設し、排ガス処理部で排ガスを熱分解したときに生じる余剰熱で冷却管内の冷媒を予熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、急激な温度変化による溶融バーナーの破損を防止することができるとともに、排ガスが有する熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００７４】
・ 前記投入口よりも装置の外部には、この投入口を介して溶融室に廃棄物を投入するためのプッシャーを備える投入部を配設するとともに、このプッシャーの端部にシール部を設けて遮断手段を構成し、廃棄物の投入後、プッシャーのシール部により投入口を閉塞することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、投入口から溶融室への空気の流入を確実に遮断することができる。
【００７５】
・ 前記熱エネルギー利用設備を焼却炉とし、被対象物を焼却炉の内部に収容された燃焼物とし、焼却炉で燃焼物を燃焼させた後に生じる焼却灰を廃棄物として溶融処理装置を構成する溶融炉の溶融室に投入するとともに、燃焼物を燃焼させた後に生じる排ガスを排ガス処理部の排気路に送り込むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の廃棄物処理システム。このように構成した場合、例えば紙くず、木くず、布屑、プラスチック屑、可燃ゴミ等のような燃焼物の焼却処理からその焼却灰の溶融処理までを１つのシステムで行うことができる。さらに、これら燃焼物を焼却したときに生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の排ガスが外部へ排出されることを防止することができる。
【００７６】
・ 前記廃棄物を溶融するとき、溶融室の温度が２０００〜２５００℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、廃棄物を溶融するときに発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスを燃焼させることができ、これらを分解させることができる。
【００７７】
・ 前記溶融炉で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスの温度が９００〜１５００℃であり、この９００〜１５００℃の排ガスを熱エネルギー利用設備に供給することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の廃棄物処理システム。このように構成した場合、熱エネルギー利用設備に収容された被対象物を確実に燃焼又は加熱することができる。
【００７８】
・ 前記バーナーを用いて排気路の温度を８５０〜１５００℃とし、この雰囲気下で排ガスを熱分解させることを特徴とする請求項３に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、廃棄物を溶融するときに発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスを確実に燃焼させて分解することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、燃料に空気を供給することなく、廃棄物の溶融処理を行うことができる。
【００８０】
また、この請求項１の発明によれば、前記の効果に加えて、溶融バーナーの破損を防止することができるとともに、廃棄物の溶融処理を確実に行うことができる。
【００８１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、溶融処理の処理効率の向上及び処理時間の短縮化を図ることができる。請求項３に記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等を燃焼させ、分解させることができる。従って、これらの成分が装置外に排出されることを防止することができる。
【００８２】
請求項４に記載の発明によれば、燃料に空気を供給することなく、廃棄物の溶融処理を行うことができるとともに、廃棄物を溶融処理した後の余剰エネルギーを無駄にすることなく効率的に利用し、省エネルギー化を図ることができる。
【００８３】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、熱エネルギー利用設備で生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等が外部に排出されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の溶融処理装置の断面を示す概念図。
【図２】 溶融炉の断面を示す概念図。
【図３】 廃棄物処理システムの全体構成を示すブロック図。
【図４】 （ａ）は第２実施形態の溶融炉の断面を示す概念図、（ｂ）は第２実施形態の溶融炉の断面を示す概念図。
【符号の説明】
１１…溶融室、１２…投入口、１２ａ…供給口、１３ａ…遮断手段を構成するシール部、１６…排出口、１８…溶融バーナー、２６…遮断手段を構成するバルブ、３０…排ガス処理部、３１…排気路、３４…遮断手段を構成するファン、４１…溶融処理装置、４３…熱エネルギー利用設備としての焼却炉、４５…バーナー、４７…熱媒体供給管、４８…排ガス移送管、７０…廃棄物、７０ａ…廃棄物の表面。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばゴミ焼却時に排出される焼却灰、アルミニウム、鉄、銅等の金属の精錬時又は鋳物の鋳造時に発生する金属スケール等のような廃棄物を加熱溶融するための溶融処理装置及びそれを備える廃棄物処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような溶融処理装置は、廃棄物を溶融させるための溶融炉を備えている。この溶融炉は、その内部に廃棄物を貯留するための溶融室が区画形成されるとともに、溶融室内には燃料を燃焼させたときに生ずる燃焼熱で溶融室に貯留された廃棄物を溶融するための溶融バーナーが配設されている。この溶融バーナーの燃料としては、化石燃料より得られる可燃性ガス等が用いられ、これを燃焼させることにより、約１３００℃以上の高い燃焼熱を得ることができるようになっている。また、さらに高い燃焼熱を得る必要があるならば、例えばテルミット剤等のような溶融促進剤が廃棄物とともに投入され、この溶融促進剤が溶融バーナーからの炎で着火されることにより、高い燃焼熱を得ることができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の溶融処理装置によれば、溶融バーナーの燃料として、化石燃料より得られる可燃性ガス等を用いるため、これを燃焼させるために溶融室内に空気を供給する必要がある。しかし、このような燃料を空気中で燃焼させると、空気中の窒素が酸化されて窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されたり、燃焼時に大量の一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等が生成されたり等して、これらが装置の外部に排ガスとして排気されてしまうという問題があった。
【０００４】
この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、燃料に空気を供給することなく、廃棄物の溶融処理を行うことができる溶融処理装置及びそれを備える廃棄物処理システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の溶融処理装置の発明は、廃棄物を堆積して溶融するための溶融室と、水素及び酸素ガスをモル比が水素：酸素で２：１となるように混合してなるブラウンガスを燃料として用い、ブラウンガスを燃焼させて廃棄物を溶融するための溶融バーナーと、前記溶融室への外部からの空気の流入を遮断するための遮断手段とを備えるとともに、前記溶融バーナーを廃棄物の対向位置に配設し、ブラウンガスの燃焼によって生じる炎を廃棄物に向け、その燃焼熱で廃棄物を溶融するとき、前記遮断手段により溶融室に外部から空気が流入することを遮断するように構成する。
そして、前記の溶融処理装置において、前記溶融室の後方上部には廃棄物を投入するための投入口を設け、溶融室の前方下部には溶融された廃棄物を排出するための排出口を設け、溶融室の内部において廃棄物を投入口から排出口に向かって傾斜するように堆積させるとともに、前記溶融バーナーを溶融室に対して進退可能に構成し、溶融バーナーが廃棄物の表面から一定の距離を保持しながら溶融室に進出することにより、堆積した廃棄物をその表面から所定厚さだけ溶融させた後、溶融バーナーが溶融室から後退し、前記投入口から廃棄物を溶融室に堆積された廃棄物の表面に溶融した分量だけ投入するように構成してなることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に記載の溶融処理装置の発明は、請求項１に記載の発明において、前記溶融室の後方下部には供給口を設け、溶融バーナーで堆積した廃棄物をその表面から溶融させながら、該供給口を介して堆積された廃棄物の後方から溶融室内に廃棄物を連続して供給することにより、廃棄物を連続して溶融可能に構成することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３に記載の溶融処理装置の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記溶融室より下流側には、該溶融室で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスを移送するため、溶融室と連通された排気路を有する排ガス処理部を設けるとともに、当該排ガス処理部には前記ブラウンガスを燃料として用い、ブラウンガスの燃焼によって生じる燃焼熱で排気路を移動する排ガスを燃焼させて熱分解するためのバーナーを設けることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４に記載の廃棄物処理システムの発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置と、外部より供給された熱エネルギーを利用して内部に収容された被対象物を燃焼又は加熱するための熱エネルギー利用設備とを備え、当該溶融処理装置の溶融室より下流側に設けられた排ガス処理部と熱エネルギー利用設備との間を熱媒体供給管で接続し、溶融処理装置の溶融室で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスを熱媒体供給管を介して熱エネルギー利用設備に供給し、この排ガスを被対象物を燃焼又は加熱させるための熱エネルギーとして利用するように構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項５に記載の廃棄物処理システムの発明は、請求項４に記載の発明において、前記熱エネルギー利用設備と、排ガス処理部との間を排ガス移送管で接続し、熱エネルギー利用設備で被対象物を燃焼又は加熱させた後に生じる排ガスを排ガス移送管を介して排ガス処理部の排気路に送り込み、この排ガスを排ガス処理部に備えるバーナーを用いて熱分解するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、この発明の第１実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図３に示すように、廃棄物処理システムは溶融処理装置４１を備え、この溶融処理装置４１にガス発生装置４２と、熱エネルギー利用設備としての焼却炉４３とが接続されて構成されている。溶融処理装置４１は、廃棄物に溶融処理を施すための溶融炉１０と、廃棄物を溶融したときに生じる溶融スラグを回収するためのスラグ回収部２０と、廃棄物を溶融したときに生じる排ガスを処理するための排ガス処理部３０とから構成されている。
【００１２】
前記ガス発生装置４２はその原料に水を用いてこれを電気分解又は熱分解することにより、水素及び酸素ガスをモル比が水素：酸素で２：１となるように混合してなるブラウンガスを発生させるようになっている。ガス発生装置４２で発生したブラウンガスは、溶融処理装置４１の溶融炉１０、スラグ回収部２０及び排ガス処理部３０に供給され、それぞれで廃棄物又は排ガスを処理するための燃料として使用されている。
【００１３】
前記焼却炉４３はその内部に収容された、例えば紙くず、木くず、布屑、プラスチック屑、可燃ゴミ等のような被対象物としての燃焼物を焼却するように構成されている。焼却炉４３には溶融処理装置４１の排ガス処理部３０から廃棄物を溶融したときに生じる排ガスが供給されており、この排ガスが燃焼物を焼却するための熱エネルギーとして利用されている。また、燃焼物を焼却したときに生じる排ガスは、溶融処理装置４１の排ガス処理部３０へと送られ、ここで処理されている。さらに、燃焼物を焼却したときに生じる焼却灰は溶融処理装置４１の溶融炉１０へと送られ、廃棄物として溶融処理を施されるように構成されている。
【００１４】
次に、前記溶融処理装置４１の構成について説明する。まず、溶融炉１０について説明する。図１及び図２に示すように、溶融炉１０は溶融処理装置４１の左側上部に配設され、その内部にジルコニア製の耐熱壁６０によって区画形成された溶融室１１を有している。溶融炉１０の後方側となる左側壁において、その上部には投入口１２が溶融室１１の後方上部で開口するように透設されている。この投入口１２よりも装置の外部には筒状の投入部１５が配設されている。この投入部１５の内部にはプッシャー１３が投入部１５の内部と投入口１２の間を往復動可能に設けられるとともに、投入部１５の上部にはホッパー１４が取り付けられている。
【００１５】
図１のホッパー１４近傍の矢印で示すように、投入部１５にはホッパー１４からその内部に廃棄物７０が供給される。この廃棄物７０としては、前記焼却炉４３で燃焼物を焼却したときに生じる焼却灰等の焼成残滓が挙げられる。その他にも、例えばゴミ処理場等でゴミ焼却時に排出される焼却灰等の焼成残滓、アルミニウム、鉄、銅等の金属の精錬時又は鋳物の鋳造時に発生する金属スケール等のような水分をほとんど含有しないもの、あるいは汚泥、廃棄薬剤等のような水分を含有するものが挙げられる。
【００１６】
図２で示すように、投入部１５の内部に廃棄物７０が供給された状態で、プッシャー１３が投入口１２に向かって移動することにより、投入部１５内の廃棄物７０が投入口１２を介して溶融室１１に上方から投入される。また、プッシャー１３の先端には遮断手段を構成するシール部１３ａが設けられており、プッシャー１３が投入口１２に向かって移動した状態で投入口１２はシール部１３ａにより閉塞されている。
【００１７】
溶融炉１０の底壁において、前方側となる右側部には排出口１６が溶融室１１の前方下部で開口するように透設されるとともに、溶融室１１の底面１７は、この排出口１６に接近するに従って高くなるように傾斜されている。溶融室１１に投入された廃棄物７０は、傾斜した底面１７により、その底面１７上において投入口１２側に偏って堆積されている。そして、廃棄物７０は、その表面７０ａが排出口１６に向かうに従って低くなる斜面状、つまり投入口１２から排出口１６に向かって傾斜するように堆積されている。また、底面１７の排出口１６側となる端部には、堆積された廃棄物７０が崩れた際、これをせき止めて排出口１６からこぼれ落ちることを防止するストッパ１６ａが突設されている。
【００１８】
溶融炉１０の上部には溶融バーナー１８が堆積された廃棄物７０と対向する位置となるように配設されている。この溶融バーナー１８は、その先端面１８ｃが廃棄物７０の表面７０ａと略平行状になるように、基端部においてシリンダ１９により支持されている。さらに、このシリンダ１９が伸縮することにより、溶融バーナー１８は、図２中に実線及び二点鎖線で示すように、溶融室１１に対して進退可能となっている。
【００１９】
溶融バーナー１８の基端部にはガス供給管１８ａを介して前記ガス発生装置４２が接続されており、このガス発生装置４２から溶融バーナー１８に燃料としてブラウンガスが供給されている。ブラウンガスは、溶融バーナー１８の先端部で燃焼されることにより、その炎が溶融バーナー１８の先端面１８ｃから廃棄物７０の表面７０ａに向かって延びるように構成されている。そして、ブラウンガスが燃焼されて生じる炎の燃焼熱により、廃棄物７０がその表面７０ａから溶融されるようになっている。また、ブラウンガスは燃焼後には水蒸気となる。
【００２０】
ブラウンガスの燃焼により生じる炎は、その周囲の温度が直近位置では２０００〜２５００℃と非常に高く、近傍に溶融物がないか、あるいは直近から遠ざかると温度が１０００〜１５００℃と急激に低くなる性質を有している。このため、溶融バーナー１８の先端面１８ｃと廃棄物７０の表面７０ａとの間の距離Ｌは、ブラウンガスが燃焼されて生じる炎の燃焼熱が最も高い温度となる位置になるように、約１００ｍｍに保持されている。また、溶融バーナー１８の内部には、先端面１８ｃの直近位置を通るように溶融バーナー１８の外方から延びる冷却管１８ｂが配設されている。この冷却管１８ｂ内には水、空気等の冷媒が流されており、冷却管１８ｂ内を流れる冷媒によって溶融バーナー１８の先端面１８ｃが冷却され、２０００〜２５００℃と非常に高いブラウンガスの燃焼熱による溶融バーナー１８の溶融が防止されている。
【００２１】
溶融バーナー１８は、廃棄物７０をその表面７０ａから溶融させながらシリンダ１９の伸張により約１５０ｍｍ移動するように設定されている。これにより廃棄物７０は、その表面７０ａから約１５０ｍｍの厚さまでの範囲が溶融されるようになっている。このため、表面７０ａから約１５０ｍｍより内奥に堆積された廃棄物７０は、溶融されることなく溶融室１１に残留し、その周囲の耐熱壁６０をブラウンガスの炎から保護するようになっている。そして、溶融された廃棄物７０は、液状の溶融スラグ７０ｂとなり、ストッパ１６ａを乗り越えて溶融室１１から排出口１６へ排出されるようになっている。
【００２２】
溶融室１１で廃棄物７０を溶融した際に生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスは、ブラウンガスの燃焼による２０００〜２５００℃という高温度の炎でそのほとんどが燃焼し、分解されて無害なものとなる。また、ブラウンガスが燃焼して生じる水蒸気もブラウンガスの高温度の炎で燃焼し、分解されて水素及び酸素ガスの混合ガスとなる。そして、この混合ガスに燃え残った若干の有毒ガスが混合したものが排ガスとして、液状の溶融スラグ７０ｂとともに溶融室１１から排出口１６へ排出されている。
【００２３】
次に、前記スラグ回収部２０について説明する。図１に示すように、スラグ回収部２０は溶融炉１０よりも装置の下流側となるように溶融炉１０の下方に配設されており、その内部には耐熱壁６０によって区画形成された回収室２０ａを有している。前記排出口１６はこの回収室２０ａの上端で開口されており、排出口１６を介して回収室２０ａが溶融室１１に連通されている。さらに、回収室２０ａの下半部には回収漕２１が耐熱壁６０によって区画形成されている。スラグ回収部２０の下部において、回収漕２１の右側部には回収室２０ａと装置の外部とを連通するように第１吐出路２２が設けられている。第１吐出路２２の下方位置には第１冷却漕２３が配設されるとともに、第１冷却漕２３内には水等の冷却用液体が貯留されている。
【００２４】
回収漕２１の底壁には第２吐出路２４が装置の下方に開口するように設けられるとともに、第２吐出路２４の下方位置には水等の冷却用液体が貯留された第２冷却漕２５が配設されている。加えて、第１吐出路２２及び第２吐出路２４の装置の外部への開口端にはそれぞれ遮断手段を構成するバルブ２６が設けられている。これらバルブ２６を操作することにより、第１吐出路２２及び第２吐出路２４を開放及び閉塞することができるようになっている。
【００２５】
スラグ回収部２０の回収室２０ａには、排出口１６を介して前記溶融炉１０の溶融室１１から液状の溶融スラグ７０ｂ及び排ガスが送り込まれている。それらのうち液状の溶融スラグ７０ｂは、排出口１６から回収室２０ａの回収漕２１内に流れ込み、貯留されている。また、図１の回収漕２１及び第１吐出路２２の間の矢印で示すように、回収漕２１内に貯留された液状の溶融スラグ７０ｂは所定量を越えると回収漕２１から第１吐出路２２へとオーバーフローするようになっている。この状態でバルブ２６を操作し、第１吐出路２２を開放することにより、液状の溶融スラグ７０ｂは第１冷却漕２３内に滴下される。この際、冷却用液体によって液状の溶融スラグ７０ｂは固化され、固体のスラグとして第１冷却漕２３で回収される。また、メンテナンス等の場合には第２吐出路２４が開放され、溶融スラグ７０ｂが第２冷却漕２５にて固体のスラグとして回収される。
【００２６】
スラグ回収部２０の回収室２０ａにおいて、回収漕２１よりも上方位置には第２溶融バーナー４４が配設されるとともに、第２溶融バーナー４４には前記ガス発生装置４２から燃料としてブラウンガスが供給されている。この第２溶融バーナー４４でブラウンガスを燃焼させ、炎を生じさせることにより回収室２０ａは１０００〜２０００℃に加熱されている。また、第２溶融バーナー４４は、溶融スラグ７０ｂ及び排ガスが排出口１６から回収室２０ａへ排出される方向と直交する方向にその炎を延ばすように位置固定されている。
【００２７】
排出口１６から回収室２０ａへ排出される溶融スラグ７０ｂ及び排ガスは、第２溶融バーナー４４から延びるブラウンガスの炎中を通過するように構成されている。ブラウンガスの高温の炎中を通過し、回収漕２１内に貯留される溶融スラグ７０ｂは、その内部に含まれる未溶融の廃棄物７０の粒子、有毒ガス等の不純物が加熱分解されて取り除かれるようになっている。また、回収室２０ａの排ガスは、第２溶融バーナー４４から延びるブラウンガスの高温の炎により、これに若干量含まれる有毒ガスがほぼ完全に分解され、取り除かれている。
【００２８】
次いで、前記排ガス処理部３０について説明する。排ガス処理部３０を構成する排気部３１ａは、スラグ回収部２０よりも装置の下流側となる右側方に配設されている。排気部３１ａの内部には前記回収室２０ａを介して溶融室１１と連通する排気路３１が区画形成されるとともに、一側部には排気路３１と連通し、装置の外部に開口する排気口３２が設けられている。この排気口３２には装置の外部から排煙塔３５が接続されるとともに、この排煙塔３５の上端には排気ダクト３６が接続されている。これら排気部３１ａ、排煙塔３５及び排気ダクト３６により、排ガス処理部３０が構成されている。
【００２９】
溶融炉１０から回収室２０ａへ送られた排ガスは、回収室２０ａから排気路３１へと流れ込み、排気路３１を排気口３２へ向かって進むようになっている。この排気路３１には複数の障壁３３が設けられており、排ガスはこれら障壁３３に衝突しながら排気口３２へと進むことにより、気体中に含まれる煤等の不純物を除去されるようになっている。排気口３２から排気された排ガスは、排煙塔３５を介して排気ダクト３６から外部へと排気される。
【００３０】
排煙塔３５の内部には遮断手段を構成するファン３４が設けられている。このファン３４は、回転時には排煙塔３５内の排ガスを排気ダクト３６へと送るとともに、回転していないときには排煙塔３５と排気ダクト３６の間の空気の流れを遮断するようになっている。排気ダクト３６の内部には前記溶融バーナー１８へと延びる冷却管１８ｂの一端が波状に配設されており、冷却管１８ｂ内を流れる冷媒は、排気ダクト３６内で排ガスにより予熱されている。このように冷媒を予熱することにより、急激な温度変化で溶融バーナー１８が破損することを防止することが可能となる。
【００３１】
排気部３１ａの排気路３１には複数のバーナー４５が配設されるとともに、これらバーナー４５には前記ガス発生装置４２からブラウンガスが供給されている。これらのバーナー４５でブラウンガスを燃焼させることにより、その炎によって排気路３１は８５０〜１５００℃に加熱されている。排気路３１を通過する排ガスはブラウンガスの炎の燃焼熱により、含まれる有毒ガスが完全に熱分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなる。
【００３２】
水素及び酸素ガスの混合ガスは、排気口３２から排煙塔３５を通って排気ダクト３６へ達するまでに４５０±５０℃まで冷やされて再び水蒸気に戻る。そして、水蒸気は、排気ダクト３６内で冷却管１８ｂを介して冷媒に熱を伝達することによって約１００℃に冷やされ、排気ダクト３６から外部へと排気される。
【００３３】
回収室２０ａと排気路３１との境界部にはチャンバー４６が設けられており、このチャンバー４６には装置の外部から熱媒体供給管４７の一端が接続されている。この熱媒体供給管４７の他端は前記焼却炉４３に接続されている。回収室２０ａから排気路３１へ送られる排ガスは、チャンバー４６を通過する際、少なくともその一部が熱媒体供給管４７を介して焼却炉４３に送られている。溶融室１１から回収室２０ａを通過してチャンバー４６に到った排ガスはその温度が９００〜２０００℃であり、焼却炉４３内の燃焼物を焼却するに足る十分な熱エネルギーを有している。
【００３４】
また、焼却炉４３と排気部３１ａとの間には排ガス移送管４８が接続されている。この排ガス移送管４８は、前記熱媒体供給管４７よりも装置の下流側で排気路３１と連通するように接続されている。焼却炉４３で燃焼物を焼却した際に生じる有毒ガスを含む排ガスは排ガス移送管４８を介して排気部３１ａの排気路３１へ送られている。そして、焼却炉４３から排気部３１ａへ送られた排ガスは、排気路３１において複数のバーナー４５で加熱されることにより、有毒ガスを分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなって排煙塔３５へ送られるように構成されている。
【００３５】
上記の溶融炉１０、スラグ回収部２０及び排気部３１ａから構成される溶融処理装置４１内において、廃棄物７０は、ブラウンガスの燃焼により生じる高温度の炎によって迅速かつ確実に溶融される。また、廃棄物７０の燃焼時に生じるおそれのある有毒ガスも、２０００〜２５００℃という高温度の炎によって燃焼し、さらに分解されて無害なものとなる。
【００３６】
溶融処理装置４１はブラウンガスの燃焼により生じる炎を高温度に維持するため、溶融炉１０のプッシャー１３のシール部１３ａ、スラグ回収部２０のバルブ２６及び排気部３１ａのファン３４より構成される遮断手段を操作することにより、その外部から溶融室１１への空気の流れを遮るように構成されている。これらプッシャー１３のシール部１３ａ、バルブ２６及びファン３４による空気の流れの遮断は、溶融炉１０に設けられた複数の温度センサ１０ａによる溶融室１１内の温度の検出に基づいて行われる。具体的には、温度センサ１０ａでの測定による溶融室１１内の温度が２０００〜２５００℃の場合、ブラウンガスに不純物が混じることによって燃焼温度が低下することを抑制するため、装置の外部と溶融室１１の間の空気の流れが遮断される。
【００３７】
前記廃棄物処理システムの作用について以下に記載する。
【００３８】
さて、図１に示すような廃棄物処理システムの溶融処理装置４１を使用するときには、まずスラグ回収部２０のバルブ２６及び排気部３１ａのファン３４から溶融室１１への空気の流れが遮られる。この状態で溶融バーナー１８、第２溶融バーナー４４及び各バーナー４５にガス発生装置４２からブラウンガスが供給され、着火される。この後、温度センサ１０ａで溶融室１１の温度が１５００℃まで上昇したことを確認した後、投入部１５から溶融室１１内へ廃棄物７０が投入される。このとき、廃棄物７０はその一部が投入口１２を出た直後に溶融されながら投入される。
【００３９】
その後、プッシャー１３のシール部１３ａで投入口１２を閉塞し、装置の外部から溶融室１１への空気の流れが完全に遮られる。そして、溶融室１１の温度が２０００℃まで上昇したことを温度センサ１０ａで確認した後、図２に示すように溶融バーナー１８がシリンダ１９の伸張により廃棄物７０の表面７０ａから約１００ｍｍの位置まで移動し、堆積された廃棄物７０を溶融し始める。溶融された廃棄物７０は、液状の溶融スラグ７０ｂとなって堆積された廃棄物７０の表面７０ａを下方へと流れ落ち、排出口１６及び回収室２０ａを介して回収漕２１で回収される。
【００４０】
次いで、溶融バーナー１８は、廃棄物７０を溶融させながら約１５０ｍｍ移動した位置で停止する。堆積された廃棄物７０がその表面７０ａから約１５０ｍｍの厚さまでほぼ完全に溶融されると、周囲に溶融物がなくなることにより、溶融室１１の温度が低下し始める。この温度の低下が温度センサ１０ａによって検知されると、溶融バーナー１８がシリンダ１９の収縮により溶融室１１から後退する。また、これとほぼ同時に、スラグ回収部２０ではバルブ２６が開放され、第１吐出路２２を介して第１冷却漕２３内に溶融スラグ７０ｂが滴下され、回収される。
【００４１】
溶融室１１で廃棄物７０を溶融するときに生じる有毒ガスは、まず溶融バーナー１８でブラウンガスが燃焼時に発生させる炎の燃焼熱が２０００〜２５００℃と非常に高温度であるため、溶融室１１でそのほとんどが燃焼されて分解される。また、溶融室１１で燃え残った有毒ガスは、回収室２０ａにおいて、第２溶融バーナー４４でブラウンガスが燃焼時に発生させる炎の燃焼熱によりほぼ完全に燃焼されて分解される。さらに、ブラウンガスが燃焼した後に生じる水蒸気はブラウンガスの炎の燃焼熱により分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなる。
【００４２】
この混合ガスは、排ガスとして回収室２０ａから排気部３１ａの排気路３１へと送られるときにチャンバー４６内を通過する。このとき、排ガスの温度が９００℃未満の場合には、この排ガスはチャンバー４６から排気路３１へと送られる。また、排ガスの温度が９００℃以上の場合には、この排ガスは熱媒体供給管４７を介して焼却炉４３へ供給され、焼却炉４３内の燃焼物を燃焼させるための熱エネルギーとして利用される。そして、焼却炉４３内で燃焼物を燃焼させたときに生じる有毒ガスを含む排ガスは、排ガス移送管４８を介して排気部３１ａの排気路３１へ送られ、チャンバー４６内を通過した排ガスに合流される。そして、排気路３１の排ガスは、複数のバーナー４５からのブラウンガスの炎で含有する有毒ガスを分解され、水素及び酸素ガスの混合ガスとなって排煙塔３５へと送られる。
【００４３】
排ガスである混合ガスはファン３４が停止している間、排煙塔３５内に保持される。溶融炉１０における溶融処理が一旦停止され、ファン３４が回転し始めると、混合ガスはファン３４の回転により、排煙塔３５から排気ダクトへ送られる。このとき、水素及び酸素ガスの混合ガスは、排気ダクト３６へ達するまでに４５０℃程度まで冷やされて水蒸気となる。その後、排気ダクト３６内で水蒸気は、冷却管１８ｂを介して冷媒に熱を伝達することによって約１００℃に冷やされ、排気ダクト３６から外部へと排気される。
【００４４】
スラグ回収部２０でのスラグの回収及び排ガス処理部３０からの水蒸気の排気が行われ、温度センサ１０ａで溶融室１１の温度が約１５００℃まで下降したことが確認された後、投入部１５から溶融室１１内へ新たな廃棄物７０が上記操作で溶融された分量と等量となるように投入される。この新たな廃棄物７０としては、焼却炉４３で生じた焼成残滓が主に使用される。そして、上記操作が繰り返されることにより廃棄物７０の溶融処理が行われる。
【００４５】
前記の第１実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 第１実施形態の溶融処理装置４１によれば、廃棄物７０を溶融させるため、燃料としてブラウンガスが使用されている。このブラウンガスは空気を供給することなく燃焼させることができるとともに、燃焼時には高温度の燃焼熱を発生させることができる。さらに、ブラウンガスの燃焼時には遮断手段を構成する溶融炉１０のプッシャー１３のシール部１３ａ、スラグ回収部２０のバルブ２６及び排気部３１ａのファン３４により、装置外部から溶融室１１への空気の流入が遮断されている。これにより、ブラウンガスに不純物が混じり、燃焼温度が低下することを防止することができる。加えて、ブラウンガスの燃焼温度が２０００〜２５００℃と非常に高温度であるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等をも燃焼させ、分解させることができ、これらが装置外に排出されることを防止することができる。
【００４６】
・ この溶融処理装置４１は、溶融バーナー１８が溶融室１１に対して進退可能に構成されている。そして、廃棄物７０の溶融時には溶融バーナー１８を進出させ、廃棄物７０を所定量溶融した後には一旦溶融バーナー１８を後退させ、廃棄物７０の溶融を一時的に停止する、いわゆるバッチ式処理により溶融処理が行われている。このため、廃棄物７０の投入時に溶融バーナー１８に廃棄物７０が付着し、溶融バーナー１８が破損することを防止することができるとともに、廃棄物７０の溶融処理を確実に行うことができる。
【００４７】
・ 溶融処理装置４１の排ガス処理部３０を構成する排気部３１ａの排気路３１には複数のバーナー４５が配設されている。このバーナー４５は、ガス発生装置４２から供給されたブラウンガスを燃焼させることにより、排気路３１を通過する排ガスを燃焼させるように構成されている。このため、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスを燃焼し、分解することができ、これらが装置外に排出されることを確実に防止することができる。
【００４８】
・ 廃棄物処理システムは、上記のような溶融処理装置４１に熱エネルギー利用設備としての焼却炉４３を接続して構成されている。そして、焼却炉４３で燃焼物を燃焼させるための熱エネルギーには溶融処理装置４１で廃棄物７０を溶融処理したときに生じる高温度の排気ガスを利用している。このため、廃棄物７０を溶融処理した後の余剰エネルギーを無駄にすることなく、効率的に利用することができ、燃焼物の燃焼処理における省エネルギー化を図ることができる。
【００４９】
・ さらに、廃棄物処理システムは焼却炉４３で生じた排ガスを排ガス移送管４８を介して溶融処理装置４１の排ガス処理部３０に送り、ここで廃棄物７０を溶融処理したときに生じる排ガスとともに処理するように構成されている。このため、排ガス処理においては、廃棄物処理システム全体で窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスが外部に排出されないクローズドシステムを構成することができ、有毒ガスの排出を確実に防止することができる。加えて、溶融処理装置４１及び焼却炉４３のそれぞれで排ガスを無害なものとするための処理を行うことと比較して、排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【００５０】
・ 焼却炉４３で生じた焼成残滓は、溶融処理装置４１の溶融炉１０に送られ、廃棄物処理システムの外部に排出されることなく、ここで溶融処理されてスラグとされるように構成されている。従って、この廃棄物処理システムにより、ゴミ等の燃焼物の焼却からその焼却後の焼成残滓の溶融までの処理は、排ガス処理を含め、外部に有毒物、有毒ガス等を排出することなく、１つのシステム内で行うことができるクローズドシステムを構成することができる。このため、外部に焼成残滓等の廃棄物、有毒ガス等といった産業廃棄物の処理を高効率で行うことができるとともに、外部にこのような産業廃棄物を一切出すことのない、いわゆるゼロ・エミッションを達成することができる。
【００５１】
・ 排ガス移送管４８は、熱媒体供給管４７よりも装置の下流側で排気路３１と連通するように接続されている。従って、焼却炉４３で生じた排ガスが熱媒体供給管４７から焼却炉４３に再び戻されることを防止することができ、焼却炉４３と排ガス処理部３０との間で有毒ガスが循環されることを防止することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
以下、この発明の第２実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
図４（ａ）に示すように、第２実施形態の溶融処理装置４１を構成する溶融炉１０には、溶融室１１の後方下部に開口する供給口１２ａが透設されている。この供給口１２ａよりも装置の外部には筒状の第２投入部１５ａが配設されている。第２投入部１５ａと投入部１５との間には連通管１５ｂが接続されており、この連通管１５ｂを介して第２投入部１５ａの内部と投入部１５の内部とが連通されている。
【００５４】
第２投入部１５ａの内部には、その先端に遮断手段を構成するシール部１３ａが取着された第２プッシャー１３ｂが第２投入部１５ａの内部と供給口１２ａの間を往復動可能に設けられている。そして、投入部１５のプッシャー１３がそのシール部１３ａで投入口１２を閉塞した状態で、廃棄物７０はホッパー１４から連通管１５ｂを介して第２投入部１５ａに投入され、ここから第２プッシャー１３ｂにより溶融室１１へと供給される。
【００５５】
第２プッシャー１３ｂにより溶融室１１へ廃棄物７０を供給する際、新たな廃棄物７０は溶融室１１に堆積された廃棄物７０の後方下部に押し出される。そして、第２プッシャー１３ｂによる溶融室１１への新たな廃棄物７０の供給を複数回繰り返すと、やがて図４（ｂ）に示すように、廃棄物７０の表面７０ａの傾斜角度が変化する。この廃棄物７０の表面７０ａの傾斜角度の変化に対応することができるように、溶融バーナー１８はシリンダ１９に対して揺動可能に構成されている。
【００５６】
すなわち、溶融バーナー１８はシリンダ１９の先端に回動軸１８ｄを介して回動可能に取り付けられるとともに、図示しない駆動機構を備えている。そして、溶融バーナー１８は廃棄物７０の表面７０ａの傾斜角度の変化に応じ、駆動機構によってシリンダ１９の先端で回動軸１８ｄを中心に回動し、先端面１８ｃが廃棄物７０の表面７０ａと略平行状になるように揺動するように構成されている。また、図示してはいないが、この第２実施形態の溶融バーナー１８も第１実施形態のものと同様にガス供給管及び冷却管を有している。
【００５７】
さて、上記の溶融処理装置４１で溶融処理を行うときには、まず投入部１５から廃棄物７０が投入された後、溶融バーナー１８により溶融が行われる。一旦廃棄物７０の溶融が終わった後の溶融室１１内への廃棄物７０の供給は、次のように供給口１２ａを介して第２投入部１５ａから行われる。すなわち、まず第２投入部１５ａにはホッパー１４から連通管１５ｂを介して廃棄物７０がその内部に投入される。温度センサ１０ａにより溶融室１１内の温度が下降し始めたことが検知されると、第２プッシャー１３ｂの供給口１２ａへの移動により、堆積された廃棄物７０の後方から新たな廃棄物７０が溶融室１１の内部に供給される。
【００５８】
このとき、新たな廃棄物７０が溶融室１１内で堆積された廃棄物７０の内部に押し込まれることにより、その表面７０ａの傾斜角度が変化し、溶融バーナー１８の先端面１８ｃが廃棄物７０の表面７０ａと略平行状とならず、溶融室１１内の温度が上昇しない。すると、温度センサ１０ａにより溶融室１１内の温度が上昇していないことが検知され、駆動機構が操作されて溶融バーナー１８が揺動される。
【００５９】
溶融バーナー１８が揺動され、堆積された廃棄物７０がその表面７０ａから再び溶融され始めると、溶融室１１内の温度が上昇し始め、駆動機構による溶融バーナー１８の揺動が停止されて、溶融バーナー１８は廃棄物７０の表面７０ａと略平行状となった状態で固定される。そして、第２投入部１５ａ内にはホッパー１４を介して廃棄物７０が投入されるとともに、溶融室１１の温度の下降が検知される毎に第２プッシャー１３ｂが往復動を繰り返し、溶融室１１に連続して廃棄物７０を投入され、溶融処理が行われる。また、第２投入部１５ａからの廃棄物７０の供給量は、堆積された廃棄物７０の溶融量と等量となるように調整される。
【００６０】
前記の第２実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 第２実施形態の溶融処理装置４１によれば、温度センサ１０ａにより溶融室１１の温度の下降が検知される毎に、第２投入部１５ａから供給口１２ａを介して廃棄物７０を溶融室１１に連続して供給することができる。従って、廃棄物７０の溶融処理を連続して行うことができ、溶融処理の効率を向上させることができる。
【００６１】
・ 第２投入部１５ａからの廃棄物７０の供給量を堆積された廃棄物７０の溶融量と等量となるように調整することにより、廃棄物７０の処理効率の向上及び処理時間の短縮化を図ることができる。
【００６２】
・ 第２プッシャー１３ｂの先端には遮断手段を構成するシール部１３ａが設けられている。そして、第２投入部１５ａからの廃棄物７０の投入後、供給口１２ａを第２プッシャー１３ｂのシール部１３ａで閉塞することにより、溶融室１１への空気の流入を確実に遮断することができる。
【００６３】
なお、本発明の実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００６４】
・ 第１実施形態において、例えば投入口１２と溶融バーナー１８との間に投入された廃棄物７０が溶融バーナー１８に付着することを防止するシールド壁を設け、溶融バーナー１８の溶融室１１に対する位置を固定してもよい。
【００６５】
・ 第１実施形態では堆積された廃棄物７０は、その表面７０ａが投入口１２から排出口１６に向かうように傾斜されているが、これに限定されず、例えば廃棄物７０をその表面７０ａが水平面状をなすように堆積させ、これに対応して溶融バーナー１８をその先端面が水平面状をなすように配設してもよい。
【００６６】
・ 各実施形態において、焼却炉４３の焼成残渣を取り出すための取出口と、溶融炉１０のホッパー１４との間に移送手段として、例えばコンベア、台車等を設けてもよい。そして、この移送手段により、焼却炉４３の焼成残渣を溶融炉１０のホッパー１４へ自動又は手動により供給するように構成してもよい。このように構成した場合、焼却炉４３の残渣を溶融炉１０へ容易かつ迅速に移送することができ、作業効率を向上させ、処理時間の短縮化を図ることができる。
【００６７】
・ 各実施形態において、熱エネルギー利用設備は焼却炉４３に限らず、熱エネルギーを利用して、内部に収容された被対象物を燃焼又は加熱するものであれば、例えば火力発電所の発電機としてもよい。この場合、被対象物は化石燃料が混合された混合気となる。その他にも、被対象物としてのボイラ水を加熱するボイラー装置、化石燃料が混合された混合気を燃焼させるガスタービン装置等としてもよい。
【００６８】
・ 第２実施形態において、連通管１５ｂを省略し、第２投入部１５ａの上部に第２のホッパーを設け、この第２のホッパーから第２投入部１５ａの内部に廃棄物７０を投入してもよい。
【００６９】
・ 各実施形態において、溶融バーナー１８を冷却する冷媒として水を用いた場合には溶融バーナー１８を冷却した後の水をガス発生装置４２に送り、この水からブラウンガスを発生させることによって、水をブラウンガスの原料として再利用するように構成してもよい。このように構成した場合、廃棄物処理システムを運用する際に必要とする水の総使用量の低減を図り、省エネルギー化を図ることができる。
【００７０】
・ 排気ダクト３６から排気される水蒸気を回収し、溶融バーナー１８を冷却する冷媒として利用してもよい。他にも、この水蒸気を回収した後、液化させて水とし、これをガス発生装置４２に供給し、ブラウンガスの原料としたり、溶融バーナー１８を冷却する冷媒として利用したり等してもよい。さらには、排気ダクト３６から排気される水蒸気を、例えばボイラー装置、水耕栽培等といった蒸気利用設備に供給するように構成してもよい。このように構成した場合、エネルギー効率をさらに高めることができる。
【００７１】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記熱エネルギー利用設備と、溶融処理装置の溶融炉との間には、熱エネルギー利用設備で被対象物を燃焼又は加熱した後に生じる残滓を溶融炉へ移送するための移送手段を設け、当該移送手段によって溶融炉へ移送された残滓を廃棄物として溶融室に投入し、溶融処理を施すように構成したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の廃棄物処理システム。このように構成した場合、被対象物を燃焼又は加熱からその後の残滓の溶融処理までのサイクルを全て１つのシステム内で行うクローズドシステムを構成することができ、システム外に廃棄物、有毒ガス等が排出されることを防止することができるとともに、それらの処理を高効率で行うことができる。
【００７２】
・ 前記排ガス処理部は、溶融炉で廃棄物を溶融するときに排気路を介して外部から溶融室へ空気が流れ込むことを遮るための遮断手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、ブラウンガスの燃焼時において、排気部から溶融室に空気が流入することを遮断することができる。
【００７３】
・ 前記溶融バーナーの内部には冷却管を配設し、当該冷却管内に冷媒を流すことによって溶融バーナーを冷却するように構成するとともに、この冷却管の一端部を前記排ガス処理部の内部に配設し、排ガス処理部で排ガスを熱分解したときに生じる余剰熱で冷却管内の冷媒を予熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、急激な温度変化による溶融バーナーの破損を防止することができるとともに、排ガスが有する熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００７４】
・ 前記投入口よりも装置の外部には、この投入口を介して溶融室に廃棄物を投入するためのプッシャーを備える投入部を配設するとともに、このプッシャーの端部にシール部を設けて遮断手段を構成し、廃棄物の投入後、プッシャーのシール部により投入口を閉塞することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、投入口から溶融室への空気の流入を確実に遮断することができる。
【００７５】
・ 前記熱エネルギー利用設備を焼却炉とし、被対象物を焼却炉の内部に収容された燃焼物とし、焼却炉で燃焼物を燃焼させた後に生じる焼却灰を廃棄物として溶融処理装置を構成する溶融炉の溶融室に投入するとともに、燃焼物を燃焼させた後に生じる排ガスを排ガス処理部の排気路に送り込むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の廃棄物処理システム。このように構成した場合、例えば紙くず、木くず、布屑、プラスチック屑、可燃ゴミ等のような燃焼物の焼却処理からその焼却灰の溶融処理までを１つのシステムで行うことができる。さらに、これら燃焼物を焼却したときに生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の排ガスが外部へ排出されることを防止することができる。
【００７６】
・ 前記廃棄物を溶融するとき、溶融室の温度が２０００〜２５００℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、廃棄物を溶融するときに発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスを燃焼させることができ、これらを分解させることができる。
【００７７】
・ 前記溶融炉で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスの温度が９００〜１５００℃であり、この９００〜１５００℃の排ガスを熱エネルギー利用設備に供給することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の廃棄物処理システム。このように構成した場合、熱エネルギー利用設備に収容された被対象物を確実に燃焼又は加熱することができる。
【００７８】
・ 前記バーナーを用いて排気路の温度を８５０〜１５００℃とし、この雰囲気下で排ガスを熱分解させることを特徴とする請求項３に記載の溶融処理装置。このように構成した場合、廃棄物を溶融するときに発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等の有毒ガスを確実に燃焼させて分解することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、燃料に空気を供給することなく、廃棄物の溶融処理を行うことができる。
【００８０】
また、この請求項１の発明によれば、前記の効果に加えて、溶融バーナーの破損を防止することができるとともに、廃棄物の溶融処理を確実に行うことができる。
【００８１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、溶融処理の処理効率の向上及び処理時間の短縮化を図ることができる。請求項３に記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等を燃焼させ、分解させることができる。従って、これらの成分が装置外に排出されることを防止することができる。
【００８２】
請求項４に記載の発明によれば、燃料に空気を供給することなく、廃棄物の溶融処理を行うことができるとともに、廃棄物を溶融処理した後の余剰エネルギーを無駄にすることなく効率的に利用し、省エネルギー化を図ることができる。
【００８３】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、熱エネルギー利用設備で生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ダイオキシン等が外部に排出されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の溶融処理装置の断面を示す概念図。
【図２】 溶融炉の断面を示す概念図。
【図３】 廃棄物処理システムの全体構成を示すブロック図。
【図４】 （ａ）は第２実施形態の溶融炉の断面を示す概念図、（ｂ）は第２実施形態の溶融炉の断面を示す概念図。
【符号の説明】
１１…溶融室、１２…投入口、１２ａ…供給口、１３ａ…遮断手段を構成するシール部、１６…排出口、１８…溶融バーナー、２６…遮断手段を構成するバルブ、３０…排ガス処理部、３１…排気路、３４…遮断手段を構成するファン、４１…溶融処理装置、４３…熱エネルギー利用設備としての焼却炉、４５…バーナー、４７…熱媒体供給管、４８…排ガス移送管、７０…廃棄物、７０ａ…廃棄物の表面。
Claims (5)
- 廃棄物を堆積して溶融するための溶融室と、水素及び酸素ガスをモル比が水素：酸素で２：１となるように混合してなるブラウンガスを燃料として用い、ブラウンガスを燃焼させて廃棄物を溶融するための溶融バーナーと、前記溶融室への外部からの空気の流入を遮断するための遮断手段とを備えるとともに、前記溶融バーナーを廃棄物の対向位置に配設し、ブラウンガスの燃焼によって生じる炎を廃棄物に向け、その燃焼熱で廃棄物を溶融するとき、前記遮断手段により溶融室に外部から空気が流入することを遮断するように構成してなる溶融処理装置であって、
前記溶融室の後方上部には廃棄物を投入するための投入口を設け、溶融室の前方下部には溶融された廃棄物を排出するための排出口を設け、溶融室の内部において廃棄物を投入口から排出口に向かって傾斜するように堆積させるとともに、前記溶融バーナーを溶融室に対して進退可能に構成し、溶融バーナーが廃棄物の表面から一定の距離を保持しながら溶融室に進出することにより、堆積した廃棄物をその表面から所定厚さだけ溶融させた後、溶融バーナーが溶融室から後退し、前記投入口から廃棄物を溶融室に堆積された廃棄物の表面に溶融した分量だけ投入するように構成してなることを特徴とする溶融処理装置。 - 前記溶融室の後方下部には供給口を設け、溶融バーナーで堆積した廃棄物をその表面から溶融させながら、該供給口を介して堆積された廃棄物の後方から溶融室内に廃棄物を連続して供給することにより、廃棄物を連続して溶融可能に構成することを特徴とする請求項１に記載の溶融処理装置。
- 前記溶融室より下流側には、該溶融室で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスを移送するため、溶融室と連通された排気路を有する排ガス処理部を設けるとともに、当該排ガス処理部には前記ブラウンガスを燃料として用い、ブラウンガスの燃焼によって生じる燃焼熱で排気路を移動する排ガスを燃焼させて熱分解するためのバーナーを設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融処理装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融処理装置と、外部より供給された熱エネルギーを利用して内部に収容された被対象物を燃焼又は加熱するための熱エネルギー利用設備とを備え、当該溶融処理装置の溶融室より下流側に設けられた排ガス処理部と、前記熱エネルギー利用設備との間を熱媒体供給管で接続し、溶融処理装置の溶融室で廃棄物を溶融させたときに生じる排ガスを熱媒体供給管を介して熱エネルギー利用設備に供給し、この排ガスを被対象物を燃焼又は加熱させるための熱エネルギーとして利用するように構成したことを特徴とする廃棄物処理システム。
- 前記熱エネルギー利用設備と、排ガス処理部との間を排ガス移送管で接続し、熱エネルギー利用設備で被対象物を燃焼又は加熱させた後に生じる排ガスを排ガス移送管を介して排ガス処理部における排気路に送り込み、この排ガスを該排ガス処理部に備えるバーナーを用いて熱分解するように構成したことを特徴とする請求項４に記載の廃棄物処理システム。
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