JP3049210B2 - ばら廃棄物の熱処理方法 - Google Patents
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Description
による、ばら廃棄物の熱処理方法に関する。
イス特許第482988号又はスイス特許第43270
3号によって開示され、その中では廃棄物の可燃成分が
溶融炉で燃焼され、不燃成分は溶融物として取り除かれ
る。このタイプの全ての以前方法では、廃棄物の不均一
性及び廃棄物の不均一性から生じる効率及び圧力の変動
が大きな問題であり、この問題は現在まで廃棄物の前処
理を必要不可欠なものとしてきた。前処理は通常、廃棄
物の分類、予備的粉砕、混合及び均質化から成ってい
た。しかしながら、これらの方法を使用してさえも、例
えば、爆発的な蒸発のために溶融炉の圧力の大きな変動
を起こす比較的大きい廃棄物の境界における大量の水分
が、溶融炉の中に突然に装入されないようにすることは
不可能である。上で述べた刊行物によって開示された処
理では、廃棄物は更に分離した区画室で予備乾燥され、
付加的な燃料の供給で溶融区画室で引き続いて燃焼され
溶融される。必要な溶融温度を生じる外部燃料の使用は
当該処理をより高価にし、従って、非経済的である。
物の複雑で特別な前処理なしに、かつ外部エネルギーの
使用なしに管理しやすい、好ましくは、一定の圧力状態
が作られる、最初に述べたタイプのより経済的な方法を
提案することにある。
特徴部分で記載された特徴によって本発明に従って達成
される。驚くべきことに、本発明による方法からの排気
ガスは、少量の窒素酸化物しか含有せず、従って、廃棄
物焼却設備からの排気ガスの清掃で必要とされかつ複雑
な脱硝を省くことができる。本発明による方法の更なる
利点は、高い酸素含有量を有するガスの使用の結果、煙
道ガスの量を最小にすることである。煙道ガスの量の相
当な減少は、下流の煙道ガス清掃装置及び煙道ガス冷却
装置を小型になるように建造することができ、かくして
費用がかからない。その上、少量の排気ガスは汚染物質
の放出を低くし、現行の制限値を満足する。
して以下により詳細に説明する。熱分解炉を図面に1で
示す。処理されるべき廃棄物、特に家庭の廃棄物が、特
別な前処理なしに、特に均質化なしに、より詳細には示
さない方法で供給ホッパー2に装入され、そして供給ホ
ッパー2の下端に配置された比例プランジャ3を使用し
て、熱分解炉1の燃焼区画室4内に配置された火格子5
上へ押される。比例プランジャ3の各前進行程で、同量
の廃棄物が火格子5に供給される。このタイプの火格子
は、例えば、廃棄物燃焼から知られている。第1処理段
階では、廃棄物は火格子5の上で燃焼区画室4の中を運
ばれ、乾燥され、この過程で熱分解される。少なくとも
40%の酸素を含有するガスの供給で、廃棄物からの可
燃ガスは廃棄物の層の上で燃焼され、この燃焼作用から
の輻射熱が熱分解を行う。酸素は、廃棄物の可燃成分に
もとづいて化学量論の量より少ない量で供給される。高
い酸素含有量を有するガスを燃焼区画室4に供給するた
めに、場所について分配された複数の要素7が火格子5
上に位置した廃棄物の層の上で熱分解炉1に通じてい
る。要素7は、好ましくは、放射状の穿孔を有するガス
ランス、ノズル又はチューブとして構成される。使用さ
れる酸素を含有するガスは約90%の酸素含有量を有す
る工業銘柄酸素、富酸素空気又は純粋な酸素である。少
なくとも40%の酸素を包含するガスの供給は所望の方
法で温度上昇にもとづいて制御することができ、従っ
て、管理できる温度状態が熱分解炉1で確保される。
区画室4の中に導入された酸素は、廃棄物から逃げる可
燃揮発性物質でともに火炎を形成する。廃棄物の層は、
熱分解が起こるまで熱輻射によって加熱される。揮発性
物質は部分的に燃焼する。固形の熱分解生成物は可燃成
分を含むスラグである。可燃成分は主に炭素である。そ
の方法では、廃棄物の乾燥及び廃棄物の揮発成分のでき
るだけ遠くへの揮散並びに可燃成分の含有量をできるだ
け有する固形の乾燥熱分解生成物の発生が求められてい
る。火格子5は又、運ぶ機能に加えて、廃棄物の一定の
回転を確保し、従って、新しい廃棄物の面を燃焼区画室
4での熱処理に絶えずさらす。この目的のために火格子
路は、それ自体知られ従って詳細に示さない連続して階
段状に配置された複数の火格子ブロック段部を有し、固
定火格子ブロック段部と可動火格子ブロック段部が互い
に各々交互に続く。火格子5の上にある廃棄物を、可動
火格子ブロック段部の押し込み動作によって前進させ、
同時に回転させる。その上、傾斜した火格子路は、可動
火格子ブロック段部及び非可動火格子ブロック段部を有
する複数の火格子要素6の全長に沿って構成される。図
面では、別々に駆動することができる3つのかかる火格
子要素6、6’、6''を概略的に示す。その上、複数の
火格子路を近接して取付けることができ、該複数の火格
子路は火格子の幅を形成する。火格子要素6の数及び火
格子路の数は予め設定された廃棄物の処理量に依存す
る。
は熱分解炉1の下流に連結された溶融炉10に送られ
る。溶融炉10で、第2処理段階が行われる。固形の熱
分解生成物の可燃成分は少なくとも40%の酸素を含有
するガスの供給で燃焼され、不燃成分は溶融される。酸
素を含有するガス、好ましくは、ほぼ90%の酸素を含
有する工業銘柄酸素(しかしながら、これは、その代わ
りに富酸素空気又は純粋な酸素でも良い。)の噴射が、
図面で矢印11によって概略的にのみ示されるが、実際
には溶融浴の表面上に又は溶融浴で燃焼し溶融している
固形の熱分解生成物上に差し向けられたランス又はノズ
ルによって行われる。噴射は、好ましくは、少なくとも
音速に相当する速度で行われるのが良い。これは、十分
な渦巻及び廃棄物の層の混合を達成する。
筒状の炉区画室12を有し、該炉区画室の中に図示しな
い方法で或る角度で下方に向けられたランスが想像円の
接線方向に通じ、従って、高い酸素含有量を有するガス
との衝突が溶融物を回転運動させ、良好な混合、迅速な
溶融及び均一な燃焼を確保する。同じく利点として、ガ
ス供給ノズル又はランスが壁の内張りから或る距離で炉
区画室12に通じているならば、壁の近くの溶融物の移
動が最小になり、壁内張りの熱的/機械的負担も又最小
になる。固形の熱分解生成物の可燃成分は円滑にかつ圧
力変動なしに、循環する溶融浴の上で直接燃焼すること
ができ、このようにして得られた熱エネルギーは、付加
的な燃料を要求することなしに不燃成分を溶融するのに
十分である。図示した好ましい具体例では、熱分解炉1
で生成された可燃ガスは、同様に溶融炉10を通るので
(しかしながら、変形例として可燃ガスは外部熱エネル
ギーの利用であと燃えを直接受けても良い。)、これら
の熱分解ガスの幾らかは又、共に燃焼されることがあ
り、同じく溶融作用のための熱エネルギーの生成に貢献
する。しかしながら、熱要求しだいで、溶融浴の上で炉
区画室12の上方領域への酸素の付加的な噴射によって
付加的なガス燃焼を行うことがある。この熱の追加は、
ガス燃焼で生じた熱の溶融物上への下向きの放射をもた
らし、溶融処理の効率を増大させる。
焼処理が溶融に必要な熱を発生するように十分な酸素が
供給されるが、酸素過剰は生ぜず、従って、望ましくな
い酸化反応も進行せず、望ましくない高温も生じない。
処理を2つの段階に分割することは、圧力のピーク及び
温度のピークを緩和し、その結果、処理はより管理しや
すく、設備の負担が減少する。溶融炉10からのまだ燃
焼できるガスは熱エネルギーの回収とともにあと燃えチ
ャンバ14であと燃えを受ける。あと燃えチャンバ14
は、循環する流動床の原理で機能する流動床反応器とし
て構成され、該あと燃えチャンバにガスが流動床用ガス
として溶融炉10aから供給され、酸素及び/又は燃焼
空気(図面に矢印13によって示される)の供給によっ
てあと燃えを受ける。流動床固形物として、使用物は珪
砂、石灰又は他の材料を使用することができる。
粒子を煙道ガス流と一緒にあと燃えチャンバ14から排
出するようなガス速度で作動される。管路15を経て粉
塵分離器16に達した後、固形物は煙道ガス流から分離
される。粉塵分離器16は、例えば、サイクロンとして
構成されることがある。分離された固形物は、好ましく
は、循環する流動床が形成されるように、外部流動床冷
却器17を経てあと燃えチャンバ14の中に再循環され
るのが良い。流動床冷却器17では、粉塵分離器16で
取り除かれた固形物が、静止した流動床の中で直接又は
間接の熱伝達によって冷却され、次いで、管路18を経
てあと燃えチャンバ14の中に再導入される。あと燃え
チャンバ14では、これらの固形物は溶融炉10からの
高温ガスから熱を吸収し、そしてあと燃えチャンバ14
内で普通の混合温度まで熱する。しかしながら、あと燃
えチャンバ14の壁を冷却即ち、熱伝達面として構成す
ることも又可能であり、又は他の熱伝達面を直接に流動
床の中に配置することも可能である。これらの熱除去手
段は、単独で又は外部流動床冷却器17と組み合わせ
て、約900°Cの最適温度で煙道粉塵溶融点以下であ
と燃えチャンバ14を作動できるようにするのに適して
いる。
と燃えチャンバ14で高度に均質の温度分布を生じさせ
る。これはあと燃えのための最適かつ一定の反応状態を
引き起こす。この循環する流動床は高温ガスの非常に効
率の良い冷却を可能にする。図面に矢印20で示すよう
に、酸素を含有するガスが、更なる使用のために詳細に
示さない方法で流動床の上で再び取り出される流動ガス
として流動床冷却器17に供給される。完全に燃焼さ
れ、固形物がなくかつ冷却された煙道ガスは、管路19
を経て図示しない更なる煙道ガス清浄装置又は煙道ガス
冷却装置に流れ、その後、煙道ガスは大気に放出され
る。以前から知られた廃棄物処理方法と較べて、第1処
理段階と第2処理段階の双方で、又、あと燃えでの酸素
の使用によって煙道ガスの量はかなり減少されるため、
かかる装置の大きさ及び複雑さを減少できる。溶融炉1
0からの溶融物は第3処理段階で還元条件のもとで更に
処理される。溶融物は溶融炉10から下流の第1スラグ
処理炉23の中に絶えず流れ、第1スラグ処理炉で溶融
物中に存在する重金属酸化物は還元によって金属の形態
に変えられる。溶融物のこの更なる処理で起こる温度は
所望される還元率に左右される。この目的のために、例
えば、炭素電極を、還元剤として同時に作用する加熱電
極としてスラグ処理炉23に使用することができる。廃
棄物燃焼設備からの固形残留物を処理するための方法及
びその方法を行うための装置は、欧州特許出願第951
16647.9号及び国際出願スイス95/第0020
4号(PCT/CH/95/00204)の内容に相当
する。
の底に液相で集まり、そこから取り出すことができる。
(図面のタップ穴25及びパン26を参照) 図面に示す好ましい具体例では、第1スラグ処理炉23
はその上方領域で第2スラグ処理炉24に連結される。
第1スラグ処理炉23からのガラス溶融物が第2スラグ
処理炉24に流入し、そこでガラス溶融物の中にまだ存
在する金属の新たな沈降が進行する。スラグ処理炉24
の中で集められた金属溶融物はタップ穴27を通して取
り出され、パン28に集められる。第2スラグ処理炉2
4から流れるガラス溶融物は、その時、環境的に有害な
重金属が実質的になくなり、水槽29で冷却及び粒状化
の後、建設産業において、例えば、クリンカー物質のよ
うな建築材料として使用されることができる。
ために、図面に概略的に示した火格子を備えた熱分解炉
1の代わりに、管状キルンも使うことができ、該管状キ
ルンでは燃焼区画室がロータリドラムとして設計され、
廃棄物はロータリドラムの中を回転しながら運ばれ、こ
の過程において少なくとも40%の酸素を含有するガス
の供給で熱処理される。このタイプの処理及びこのタイ
プの管状キルンは、欧州特許出願第95 112 65
7.2号の内容である。本発明の方法を実施例によって
以下により詳細に説明する。 例:本発明の方法を行うための設備では、6000kg/h
の廃棄物を熱分解炉1に供給し、1300m3(S.T.
P.)/hの工業銘柄酸素(93%の酸素含有量)の供給
で熱分解する。固形の熱分解生成物を溶融炉10の中に
導入し、溶融炉で固形の熱分解生成物は、1000m
3(S.T.P.)/hの量の工業銘柄酸素によって衝突
され、溶融される。循環する流動床の原理で作動するあ
と燃えチャンバ14で可燃熱分解ガスのあと燃えが、1
130m3(S.T.P.)/hの工業銘柄酸素(93%の
酸素含有)の追加で進行する。3000m3(S.T.
P.)/hの流動用空気を外部流動床冷却器17に供給す
る。(m3(S.T.P.)は標準温度及び圧力で立方メ
ートルを表す。) 溶融炉10では、溶融物が1180kg/hの割合で生成さ
れる。この溶融物から、1100kg/hの粒状物が、例え
ば、クリンカー物質などの建築材料として生産され、8
0kg/hの金属合金が得られる。
Claims (17)
- 【請求項1】 廃棄物の可燃成分の少なくとも幾らかを
燃焼させ、廃棄物の不燃固形成分を溶融させる、ばら廃
棄物の熱処理方法において、 ばら廃棄物が、廃棄物の層を回転させ且つ運び、そし
て、少なくとも40%の酸素、すなわち、前記廃棄物の
可燃成分に基づく化学量論的量より少ない量の酸素を含
むガスを、廃棄物の層の上方から供給して、固形熱分解
生成物及び可燃熱分解ガスを生成し、該可燃熱分解ガス
の一部分を廃棄物の層の上方で燃焼させる第1段階と、 固形熱分解生成物を、直接溶融物に導入し、その可燃成
分の燃焼によって、適当には、溶融熱を生じさせるのに
必要であるのと同じ量の供給されるべき酸素である、少
なくとも40%の酸素を含有するガスとの衝突による熱
分解ガスの燃焼によって溶融させる第2段階とを有する
ことを特徴とする、ばら廃棄物の熱処理方法。 - 【請求項2】 第2段階で、付加的な溶融熱が第1段階
からの可燃熱分解ガスの一部の燃焼によって供給される
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 第2段階における可燃熱分解ガスの燃焼
が溶融物の上で空間の中への酸素の付加的な供給で進行
し、ガス燃焼で生成された熱が溶融物の上に輻射される
ことを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 可燃熱分解ガスが熱回収とともにあと燃
えを受けることを特徴とする、請求項1乃至請求項3の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項5】 あと燃えでの温度が850°C乃至90
0°Cであることを特徴とする、請求項4に記載の方
法。 - 【請求項6】 あと燃えは、循環する流動床の原理によ
り機能するあと燃えチャンバ(14)で行われることを
特徴とする、請求項4又は請求項5のいずれかに記載の
方法。 - 【請求項7】 第2段階からの溶融物は、還元条件のも
とに第3段階で後処理され、ガラス溶融物及び金属溶融
物が別々に得られることを特徴とする請求項1乃至請求
項6のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 第3段階での溶融物の後処理は、2つの
連続する部分的な段階で行われ、第1の部分的な段階か
らのガラス溶融物は、第2の部分的な段階に供給され、
そこで後処理され、かつ得られ、金属溶融物は両方の部
分的な段階から別々に得られることを特徴とする請求項
7に記載の方法。 - 【請求項9】 第1段階で、廃棄物は、固定の熱分解炉
(1)の燃焼区画室(4)の中を火格子(5)の上で回
転で運ばれ、この過程で熱分解されることを特徴とする
請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 第1段階で、廃棄物は、ロータリード
ラムとして構成されたロータリーキルンの燃焼区画室で
熱分解されることを特徴とする請求項1乃至請求項8の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 使用される酸素含有ガスは、少なくと
も90%の酸素を含有する工業的等級の酸素であること
を特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載
の方法。 - 【請求項12】 固形の熱分解生成物は、少なくとも4
0%の酸素を含有するガスによって少なくとも音速で衝
突されることを特徴とする請求項1乃至請求項11のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項13】 廃棄物を燃焼区画室(4)の中を移動
させ、かつ回転させるための手段を有し、少なくとも4
0%の酸素を含有するガスのために入口オリフィスが通
じている、第1段階を行う熱分解炉(1)と、熱分解炉
(1)に続き、第1段階からの固形熱分解生成物を少な
くとも40%の酸素を含有するガスと衝突させる手段を
備えた、第2段階を行う溶融炉(10)とを有すること
を特徴とする請求項1による方法を行うための装置。 - 【請求項14】 溶融炉(10)は、第1段階からの固
形の熱分解生成物を少なくとも40%の酸素を含有する
ガスで衝突させるための、好ましくは、或る角度で下方
に向けられたランスの形態の手段が通じている垂直円筒
形の炉区画室(12)を有することを特徴とする請求項
13に記載の装置。 - 【請求項15】 ランスは、壁から或る距離にある想像
円に接線方向に炉区画室に通じていることを特徴とする
請求項14に記載の装置。 - 【請求項16】 熱分解炉(1)は、定置の燃焼区画室
(4)を有し、廃棄物を移動させかつ回転させるための
手段はこの燃焼区画室(4)内に配列された火格子
(5)によって形成されることを特徴とする請求項13
に記載の装置。 - 【請求項17】 熱分解炉は管状キルンとして構成さ
れ、廃棄物を移動させかつ回転させるための手段は、ロ
ータリードラムとして構成された燃焼区画室によって形
成されることを特徴とする請求項13に記載の装置。
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