JP5255510B2 - 廃棄物溶融処理方法および廃棄物溶融処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物の乾燥・熱分解を行い、廃棄物中の水分および揮発分を除去した熱分解残渣のみを溶融する廃棄物溶融処理に関する。

一般廃棄物、産業廃棄物などの廃棄物をシャフト炉式廃棄物溶融炉内に熱源となるコークスなどの塊状炭素系可燃物質を石灰石とともに装入し、炉体に設けられている羽口から空気又は酸素富化空気を吹き込んで、廃棄物を乾燥・熱分解、燃焼・溶融することが行われている。

シャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理では、廃棄物を溶融するための主燃料として使用されるコークスの処理費用に占める割合が大きいので、処理費用を節約するためにコークスの使用量を低減することが望まれている。また、一方で、地球温暖化防止のために環境に対するＣＯ_２負荷を削減することからも、溶融熱源として用いる化石燃料に由来するコークス使用量の削減が望まれている。

コークス使用量を低減させるため、例えば、羽口を介して炉頂から排出した可燃性ダストとともに、可燃性ダスト以外の可燃物を吹き込む方法（特許文献１）、下段送風羽口から供給される可燃性ダストの吹き込み量に応じて送風条件を変える方法（特許文献２）、加熱コイルによって炉内に充填されたコークスを羽口から吹き込まれた空気又は酸素富化空気により還元燃焼せしめるとともに、該コークスに交番電流を通電して誘導加熱することにより廃棄物を溶融処理する廃棄物の溶融処理方法（特許文献３）あるいは、木材などのバイオマスを利用する方法（特許文献４）などが提案されている。

シャフト炉式廃棄物溶融炉内の充填層では直接熱交換により固体の昇温が行われているので熱効率はよいが、廃棄物中には生ごみ等の高水分ごみや木などの揮発分が多く径が大きいものが存在する。従来型のシャフト炉式廃棄物溶融炉では、これらの廃棄物の一部が十分に乾燥されなかったり、揮発分のガス化が行われなかったりして溶融炉の最下部に下降して、コークスと共に燃焼・溶融される。溶融炉下部においては、水分や揮発分はいずれも雰囲気温度を低下させることになるため、雰囲気温度を高く維持して非燃焼物を完全溶解するためには、結果としてコークス使用量を増やす必要がある。また、コークス代替としてＬＰＧなどの外部燃焼を使用する場合、外部燃焼（コークス＋ガス）使用量は高いままであった。また、従来のシャフト炉内ではごみの装入時や未乾燥・未熱分解の廃棄物が炉最下部まで下降した時などに、充填層内での揮発分のガス化に伴う蒸気量や排ガス量の変動が発生していた。

そこで、本出願人は、廃棄物溶融処理において、廃棄物の乾燥・熱分解を燃焼・溶融と分離して行うことでごみ中の水分や揮発分を除去することによって、廃棄物が乾燥や熱分解されない状態で炉下部に下降することを防止することができる廃棄物溶融処理を提案した。これにより、溶融炉における雰囲気温度の低下を抑制し、灰分の溶融に必要な量以上に使用されているコークス消費量を抑制して熱分解残渣の持つ熱量と少量のコークスの熱量にて完全溶融を達成するとともに、排ガス量および蒸気量を安定させることが可能となる（特許文献５）。

図２により前記特許文献５に記載の廃棄物溶融処理技術を説明する。

図２において、廃棄物溶融処理装置は、装入された廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部１、乾燥された廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する、火格子１３を備えた火格子部２、熱分解残渣を燃焼・溶融する熱分解残渣溶融部３からなる。乾燥用シャフト部１が火格子部２の入側の上方に配置され、熱分解残渣溶融部３が火格子部２の出側の下方に配置されてクランク形状に連通して一体に接続されている。

熱分解残渣溶融部３は下方の炉床部４、この炉床部４の上に連なる朝顔部５を備える。炉床部４には酸素源として空気と酸素を吹き込む下段羽口８を備えるとともに、朝顔部５に空気を吹き込む上段羽口７が配置されている。熱分解残渣溶融部３には、従来のシャフト炉式廃棄物溶融炉の炉底部と同じくコークスベットが形成される。コークス、石灰石などの副資材は溶融炉６の頂部の副資材装入口１５から投入する。

乾燥用シャフト部１の頂部には、排ガス出口９と廃棄物装入口１０が設けられ、廃棄物装入口１０は、装入の際にガスが吹き出すのを防ぐシール用蓋１１が設けられている。乾燥用シャフト部１の下部には廃棄物供給装置１２が設けられている。

火格子部２は、乾燥用シャフト部１から装入された廃棄物を熱分解させながら熱分解残渣溶融部３へ移動させる火格子１３を備えている。１６は起動用のバーナ、１７は乾燥用シャフト部に燃焼空気を吹き込むための羽口である。

前記構成において、乾燥用シャフト部１の頂部の廃棄物装入口１０から装入された廃棄物は、火格子部２および炉床部３から発生したガスが乾燥用シャフト部１に充填された廃棄物中を通過して熱交換を行うことで効率的な乾燥・熱分解が行われる。乾燥・熱分解により生成された熱分解残渣は、熱分解残渣溶融部３内へ落下してコークスベットの熱源により燃焼・溶融され、炉床部３の出湯口１４から排出される。排ガスは、乾燥用シャフト部１の廃棄物中を通過して排ガス出口９から排気される。

特開２００６−２０７９１１号公報 特開２００３−０５６８２０号公報 特開２００２−０５４８１０号公報 特開２００７−９３０６９号公報 特願２００８−１８３９１３

図２に示す廃棄物溶融処理装置では、熱分解残渣が火格子部から熱分解残渣溶融部内に連続的に落下して充填されるが、充填高さによっては、送風空気と熱分解残渣とが混合し異常燃焼を起こしたり、熱分解残渣の流動化により熱分解残渣の飛散量が増加したり、あるいは充填層における圧力損失が上昇し、送風継続困難となるもしくは、送風圧力を非常に高く設定しなければならず、安定した溶融を確保することが困難となる。

そこで、本発明は、熱分解残渣溶融部内に供給される熱分解残渣の充填高さを所定レベルに保ち、安定した溶融ができる廃棄物溶融処理方法および廃棄物溶融処理装置を提供するものである。

請求項１の発明は、廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部と乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部とを溶融炉の上部に連結し、乾燥用シャフト部内に炉頂から装入して形成された廃棄物充填層に火格子部および溶融炉で発生したガスを通過させることによって乾燥・熱分解させて熱分解残渣を生成し、廃棄物充填層を通過したガスは乾燥用シャフト部の頂部から排出し、生成した熱分解残渣を火格子部から溶融炉に連続的に供給してコークスベッドを熱源として燃焼・溶融する廃棄物溶融処理方法において、溶融炉内の熱分解残渣の充填高さをレベル計にて測定を行い、充填高さがある一定レベルに保たれるように火格子部から溶融炉への熱分解残渣供給速度、送風空気量および副資材投入量を調節することを特徴とする廃棄物処理方法である。

請求項２の発明は、前記溶融炉内における熱分解残渣充填高さが使用している最も下段の羽口から０．５ｍ〜１０ｍの範囲で制御することを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理方法である。

請求項３の発明は、炉上部から廃棄物および塊状炭素系可燃物質を供給し、炉下部の羽口から酸素源を供給して廃棄物を溶融し、炉床部の出湯口から溶融物を出湯する溶融炉の上部に、廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部と該乾燥用シャフト部で乾燥・熱分解した廃棄物をさらに熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部が連結され、乾燥用シャフト部内に炉頂から装入して形成された廃棄物充填層を通過したガスを排出する排ガス出口が乾燥用シャフト部の頂部に設けられ、さらに溶融炉には溶融炉内に火格子部から連続的に供給されて充填された熱分解残渣の充填高さを測定するレベル計が設けられ、前記レベル計の測定結果に基づいて前記充填高さがある一定レベルに保たれるように火格子部から溶融炉への熱分解残渣供給速度、送風空気量および副資材投入量を調節する手段が設けられていることを特徴とする廃棄物処理装置である。

請求項４の発明は、前記レベル計がマイクロ波レベル計であることを特徴とした請求項３記載の廃棄物処理装置である。

本発明は、溶融炉内に火格子部から連続的に供給されて充填された熱分解残渣の充填高さをレベル計で測定し、測定結果に基づいて火格子部から溶融炉への熱分解残渣の供給速度、送風空気量および副資材投入量を調節することにより熱分解残渣の充填高さを一定に保つことで、安定した溶融が可能となる。

また、本発明は、溶融炉内における熱分解残渣の充填高さが、使用している最も下段の羽口から０．５ｍ〜１０ｍの範囲に維持することにより、充填された熱分解残渣の流動化を防止できるとともに、送風圧力を非常に高く設定することなく、安定した溶融を確保することができる。また、送風空気と雰囲気ガスとの間で爆轟が発生するのを防止できる。

また、請求項４記載の発明では、マイクロ波レベル計を用いることで充填層レベルを連続的に把握することができるので、炉内状況に応じた操業を行うことにより熱分解残渣の充填高さをより正確に規定範囲内に保つことが可能となり、安定した溶融が可能となる。

本発明の廃棄物溶融処理装置の概略図である。 乾燥・熱分解と燃焼・溶融を分離して行う廃棄物溶融処理装置の概略図である。

図１において、廃棄物溶融処理装置は、頂部の廃棄物装入口１０から装入された廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部１、乾燥用シャフト部１を降下した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部２、火格子部２から落下し手充填された熱分解残渣を燃焼・溶融する熱分解残渣溶融部３からなる。乾燥用シャフト部１が水平の火格子部２の入側の上方に配置され、熱分解残渣溶融部３が火格子部２の出側の下方に配置されてクランク形状に連通して一体に接続されている。乾燥用シャフト部１には、必要に応じて燃焼用空気を吹き込む乾燥用シャフト部羽口１７が設けられている。

熱分解残渣溶融部３は、下方の炉床部４、この炉床部４の上に連なる朝顔部５を備える。炉床部４には酸素源として空気と酸素を吹き込む下段羽口８を備えるとともに、朝顔部５に空気を吹き込む上段羽口７が配置されている。溶融炉６の上部には、起動用のバーナ１６が設けられている。熱分解残渣溶融部３には、シャフト炉式廃棄物溶融炉の炉底部と同じくコークスベットが形成される。コークス、石灰石などの副資材は溶融炉６の頂部の副資材装入口１５から投入する。

火格子部２は、乾燥用シャフト部１から装入された廃棄物を熱分解させながら溶融炉６へ移動させる火格子１３を備えている。火格子部２は、周知のストーカ炉と同じく、前後に摺動運動する傾斜した火格子１３が階段状に配置されている。火格子構造とすることによって、熱分解残渣溶融部３への熱分解残渣の供給が連続的且つ安定的となり、熱分解残渣溶融部３において熱分解残渣の安定的な溶融を確保することが可能となる。

熱分解残渣溶融部３には、マイクロ波レベル計１８が配置されている。レベル計は機械式のレベル計でも構わない。レベル計１８にマイクロ波レベル計を用いて連続的にレベル測定し、測定結果から充填高さを一定に保つことが可能となるため安定した溶融が可能となる。

マイクロ波レベル計では、送信されたマイクロ波が熱分解残渣の表面で反射し、反射波を受信し、演算処理装置で熱分解残渣の層高レベルを求める。

前記構成の廃棄物溶融装置において、乾燥用シャフト部１の頂部の廃棄物装入口１０から装入された廃棄物は、火格子部２および熱分解残渣溶融部３から発生したガスが乾燥用シャフト部１に充填された廃棄物中を通過して熱交換を行うことで効率的な乾燥が行われる。

乾燥・熱分解により生成された熱分解残渣は、火格子部２から熱分解残渣溶融部３へ落下して充填され、コークスベットの熱源により燃焼・溶融され、炉床部３の出湯口１４から出湯される。排ガスは、乾燥用シャフト部１の排ガス出口９から排気され、その後熱回収される。

火格子部２の廃棄物は、バーナ１６で着火後は可燃物の自燃または熱分解残渣溶融部３にて発生するガスの輻射により乾燥・熱分解を行い、水分を３０％以下または揮発分を３０％以下にまで乾燥させる。乾燥用シャフト部１と熱分解残渣溶融部３の間に火格子部２を設けて水分３０％以下または揮発分を３０％以下にすることにより、残りの水分および揮発分は熱分解残渣溶融部３の充填層における直接熱交換によってガス化することが可能となる。結果として、熱分解残渣溶融部３において雰囲気温度を低下させることがなく、かつ、吹き抜け現象も抑制することができるので、コークス使用量を減らすことが可能となる。さらには火格子部２の乾燥・熱分解によって揮発分が低減できるので、充填層内における揮発分のガス化に伴う排ガスおよび蒸気量の変動を抑制することが可能となる。なお、水分３０％を超えまたは揮発分が３０％を超えた場合、炉下部における雰囲気温度が従来のシャフト炉式溶融炉と同様に低下してしまうため、雰囲気温度維持のためにコークスを使用しなければならず、コークス使用量を低減することができなくなる。

本発明では、溶融炉内の熱分解残渣の充填高さをレベル計１８にて測定を行い、充填高さがある一定レベルに保たれるように火格子部２から熱分解残渣溶融部３への熱分解残渣供給速度、送風空気量および副資材投入量を調節する。

廃棄物の種類または燃焼状況などにより溶融炉における熱分解残渣高さが高くなると、溶融炉における送風量を増やすことによって熱分解残渣処理速度を上げ、充填高さを適切な範囲に制御することが可能である。また、送風量は一定のままとし、火格子速度を遅くさせることで熱分解残渣溶融部への熱分解残渣供給量を減らすことにより熱分解残渣溶融部内の充填高さを制御することも可能である。反対に熱分解残渣溶融部における充填高さが低い場合には、熱分解残渣溶融部における送風量を減らすことで溶融炉での熱分解残渣反応量を抑制し、充填高さを高くする制御方法や、火格子速度を速くし、熱分解残渣溶融部へ供給する熱分解残渣量を増やすことで充填高さを高くする方法も採ることが可能である。

特に、ごみ中水分が３０％以上である場合などは火格子における送風量は一定のままとし、火格子速度を遅くすることで乾燥・熱分解領域における滞留時間を確保しながら、熱分解残渣溶融部送風量を増減させたり、コークスなどの副資材を増減させることによって熱分解残渣溶融部内充填高さを適切な範囲に制御することが効果的である。

火格子部２の出側の位置が熱分解残渣溶融部３の熱分解残渣の充填層上面より０．５ｍ未満であると、送風空気と熱分解残渣とが混合し異常燃焼を起こしたり、熱分解残渣の飛散量が増加したりする可能性がある。また、熱分解残渣を投入する出側と羽口との距離が１０ｍを超えて離れていると、充填層における圧力損失が上昇し、送風継続が困難となるか、もしくは送風圧力を非常に高くしなければならず設備費が高くなる。

１：乾燥用シャフト部 ２：火格子部
３：熱分解残渣溶融部 ４：炉床部
５：朝顔部 ６：溶融炉
７：下段羽口 ８：上段羽口
９：排ガス出口 １０：廃棄物装入口
１１：シール用蓋 １２：廃棄物供給装置
１３：火格子 １４：出湯口
１５：副資材装入口 １６：バーナ
１７：乾燥用シャフト部羽口 １８：レベル計

Claims (4)

1. 廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部と乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部とを溶融炉の上部に連結し、乾燥用シャフト部内に炉頂から装入して形成された廃棄物充填層に火格子部および溶融炉で発生したガスを通過させることによって乾燥・熱分解させて熱分解残渣を生成し、廃棄物充填層を通過したガスは乾燥用シャフト部の頂部から排出し、生成した熱分解残渣を火格子部から溶融炉に連続的に供給してコークスベッドを熱源として燃焼・溶融する廃棄物溶融処理方法において、
   溶融炉内の熱分解残渣の充填高さをレベル計にて測定を行い、充填高さがある一定レベルに保たれるように火格子部から溶融炉への熱分解残渣供給速度、送風空気量および副資材投入量を調節することを特徴とする廃棄物処理方法。
2. 前記溶融炉内における熱分解残渣充填高さが使用している最も下段の羽口から０．５ｍ〜１０ｍの範囲で制御することを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理方法。
3. 炉上部から廃棄物および塊状炭素系可燃物質を供給し、炉下部の羽口から酸素源を供給して廃棄物を溶融し、炉床部の出湯口から溶融物を出湯する溶融炉の上部に、廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部と該乾燥用シャフト部で乾燥・熱分解した廃棄物をさらに熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部が連結され、
   乾燥用シャフト部内に炉頂から装入して形成された廃棄物充填層を通過したガスを排出する排ガス出口が乾燥用シャフト部の頂部に設けられ、
   さらに溶融炉には溶融炉内に火格子部から連続的に供給されて充填された熱分解残渣の充填高さを測定するレベル計が設けられ、
   前記レベル計の測定結果に基づいて前記充填高さがある一定レベルに保たれるように火格子部から溶融炉への熱分解残渣供給速度、送風空気量および副資材投入量を調節する手段が設けられていることを特徴とする廃棄物処理装置。
4. 前記レベル計がマイクロ波レベル計であることを特徴とした請求項３記載の廃棄物処理
   装置。

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