CN103765102B - 废弃物熔融处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于，提供一种废弃物的熔融处理方法，其可以降低竖式的废弃物熔融炉中的煤焦炭的用量、减少二氧化碳排放量，同时可以抑制废弃物熔融炉的庞大的运转费用，另外，可以有效地利用生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热，进而可以稳定地进行作业。在废弃物熔融炉(1)中投入废弃物，将废弃物热分解、燃烧，将热分解燃烧残渣熔融，在这样的废弃物熔融处理方法中，特征在于，投入煤焦炭和生物质成型物，在该熔融炉的下部用煤焦炭形成高温炉栅，使煤焦炭和生物质成型物燃烧，形成熔融热源，所述生物质成型物是将生物质原料加热至比碳化温度低的温度，同时加压成型而得的。

Description

废弃物熔融处理方法

技术领域

本发明涉及在竖炉式熔融炉内将废弃物热分解、燃烧、熔融的废弃物熔融处理方法。

背景技术

作为处理城市垃圾、碎纸机粉尘等的废弃物的技术，已知有将废弃物热分解、燃烧，将热分解残渣熔融制成炉渣而排出的废弃物熔融处理。

该处理方法具有以下优点：将废弃物热分解来气化，由此可以回收其燃烧热，同时将热分解残渣熔融以炉渣形式排出后，可以减少在填埋处理等中所需进行最终处理的量。这种熔融处理方法有多种方式，但作为其之一是利用形成竖式的竖炉式废弃物气化熔融炉的方法。

该竖炉式废弃物气化熔融炉例如是进行以下处理的炉：使炉下部堆积的焦炭燃烧，将废弃物投入该高温的焦炭上，使其热分解及部分氧化而气化，同时将残渣熔融，制成炉渣（参照专利文献1）。

专利文献1的竖炉式废弃物气化熔融炉中，形成竖式筒状的炉体的功能在纵向（上下）方向上大致分为三个区域。即，形成高温燃烧带，该高温燃烧带具有在炉下部堆积焦炭而成的焦炭床，在该高温燃烧带之上形成废弃物层，在炉体的上部于该废弃物层的上方形成大空间的熔化室部。

在所述气化熔融炉中，在上述3个区域各自中，将含氧气体向炉内吹入。在炉下部的高温燃烧带设置主风口，为了使投入而堆积的焦炭床的焦炭燃烧，得到将废弃物的热分解残渣熔融的熔融热源，吹入富氧空气。另外，在废弃物层设置副风口，为了使投入而堆积的废弃物缓慢地流动，同时使废弃物热分解及部分氧化，吹入空气。另外，在熔化室部设置第三级风口，为了使废弃物热分解而生成的热分解气体（可燃性气体）的一部分部分燃烧，将内部维持在规定温度，吹入空气。

如上所述，竖炉式废弃物气化熔融炉是在一个炉子中，使废弃物在该炉内下降的同时，可以进行热分解气化处理和熔融处理两种处理的设备。所投入的废弃物被热分解，生成气体和残渣。通过来自主风口的富氧空气的鼓风，焦炭床的焦炭被燃烧，形成高温燃烧带，将废弃物的热分解残渣熔融，以炉渣和金属的形式排出。由高温燃烧带的焦炭燃烧产生的高温气体将在高温燃烧带上形成的废弃物层的废弃物加热，利用来自副风口的空气的鼓风将废弃物热分解，包含由该热分解产生的可燃性气体的气体在废弃物层内上升，经过熔化室部，通过在炉内上部设置的排出烟道，向炉外的二次燃烧室排出。气体含有大量的可燃气体，在二次燃烧室使其燃烧，通过锅炉进行热回收，产生蒸气，将该蒸气用于发电等。由锅炉排出的气体通过旋风分离器除去比较粗大的粉尘，进一步用降温装置冷却，通过与有害物质除去剂反应，除去有害气体，通过集尘器进行除尘处理等的排气处理后，由烟囱释放到大气中。

在所述废弃物气化熔融炉中，在炉底部形成堆积焦炭而成的焦炭床，焦炭燃烧形成热分解残渣的熔融热源，但是近年来，期望降低来自化石燃料的煤焦炭的使用量，减少二氧化碳排放量。提出了削减焦炭使用量的废弃物熔融方法，其中，作为煤焦炭的替代物，将建筑废料的屑末加热压缩成型进行碳化，利用得到的碳化物或木炭等的块状的生物质（参见专利文献2），或者将生物质加压成型而成的坯块等生物质固体投入到废弃物气化熔融炉，在炉内使其碳化物化，形成碳化物层（参见专利文献3）。

专利文献1： 日本特开平09-060830

专利文献2： 日本特开2005-249310

专利文献3： 日本特开2005-274122。

发明内容

为了减少二氧化碳排放量，同时降低废弃物熔融炉的运转费用，应当减少废弃物熔融炉中的焦炭使用量，但即使如专利文献2、3那样利用碳化物的块状生物质或生物质固体作为焦炭的替代物，也有以下所示的问题。即，如专利文献2那样利用碳化物的块状生物质，或者如专利文献3那样将生物质固体投入废弃物熔融炉、在炉内使其碳化物化的情况下，生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热在碳化过程中被消耗，生物质原料的相当于固定碳的份的热量用于作为焦炭替代物的熔融热源。因此，相对于所欲削减煤焦炭的量，必须投入大量的碳化物的块状生物质或生物质固体，它们与煤焦炭相比是昂贵的，因此存在以下问题：为了削减煤焦炭使用量所需的费用庞大，废弃物熔融炉的运转费用庞大。另外，还存在生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热没有被有效利用的问题。另外，还存在以下问题：碳化物的块状生物质或生物质固体在炉内碳化而成的碳化物作为高温炉栅的稳定性比煤焦炭差，发生熔融炉下部的温度降低或熔融炉渣的排出不良，作业变得不稳定。

本发明是为了解决上述课题而作出的发明，其课题在于，提供一种废弃物的熔融处理方法，其中，可以降低废弃物熔融炉中的煤焦炭的使用量、减少二氧化碳排放量，同时可以抑制废弃物熔融炉的庞大的运转费用，另外，可以有效地利用生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热，进而可以进行稳定地作业。

本发明的废弃物的熔融处理方法中，将废弃物投入竖炉式废弃物熔融炉，使废弃物热分解、燃烧、熔融。

在所述废弃物的熔融处理方法中，本发明的特征在于，投入煤焦炭和生物质成型物，在该熔融炉的下部用煤焦炭形成高温炉栅，使煤焦炭和生物质成型物燃烧，形成熔融热源，所述生物质成型物是将生物质原料加热至比碳化温度低的温度，同时加压成型而成的。

生物质根据FAO(联合国粮食及农业组织)分类，作为生物质，可以列举林地残余料、疏伐材料、未利用树木、木材加工残余料、建筑废料等的木质系生物质，稻秆、稻壳、草本系生物质，还有造纸系生物质，农业残渣，家畜粪尿、食品废弃物等的未利用生物质资源等。本发明中，将这些生物质作为原料（称为生物质原料），加热至比碳化温度低的温度，同时进行加压成型，将得到的物质用作生物质成型物。本说明书中，碳化温度是指生物质原料的挥发成分开始挥发的温度，也是干馏开始的温度。

将生物质原料加热至比碳化温度低的温度，同时加压成型，由此而得的生物质成型物含有挥发成分，因此投入该生物质成型物，在熔融炉下部燃烧形成熔融热源，由此可以有效地利用生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热。

在这种构成中，根据本发明，形成高温炉栅的煤焦炭具有以下功能：通过原本所具有的块状形状，在焦炭之间产生空隙，通过该空隙可靠地确保通气和确保通液的作为高温炉栅的功能、和作为用于熔融的热源的功能。另一方面，生物质成型物不论其高温强度、形状·尺寸，都可以使用，具有作为补足煤焦炭的熔融热量的熔融热源的功能。因此，煤焦炭是用于形成高温炉栅所需的最小限度的量即足矣，作为熔融热源而不足的份可以以上述生物质成型物补充，通过两者确保充分的熔融热源，同时可以以最少的煤焦炭形成高温炉栅层。

假如想仅用生物质成型物形成高温炉栅，则必须高的高温强度以及规定尺寸以上的生物质成型物，其价格昂贵。另外，作为高温炉栅的稳定性也比煤焦炭要差。另一方面，若生物质成型物仅作为熔融热的供给源、即熔融热源发挥作用，则不需要高的高温强度。因此，无需使用昂贵的生物质碳化物，可以抑制废弃物熔融炉的庞大的运转费用。

这样，若用煤焦炭形成高温炉栅，则该煤焦炭和生物质成型物利用来自主风口的燃烧用空气而燃烧，其燃烧气体在高温炉栅良好地上升通气，将废弃物加热，进行热分解、燃烧并熔融，熔融物良好地在上述高温炉栅下降通液。

本发明中，生物质成型物优选为含有50重量%以上的挥发成分的成型物。将生物质原料加热，同时加压成型，制成含有50重量%以上的挥发成分的成型物，在这种条件下进行成型，由此可以有效地利用生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热。

本发明中，生物质成型物优选为将生物质原料加热至115～230℃的温度，同时进行加压成型而得的成型物。通过将生物质原料加热至115～230℃的温度同时进行加压成型，可以得到生物质原料所具有的挥发成分得以残留的生物质成型物，可以有效地利用生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热。

本发明中，生物质成型物优选制成一边长度为50mm以上的方柱体或直径50mm以上长度50mm以上的圆柱体。通过制成这种尺寸形状的生物质成型物，在将生物质成型物投入熔融炉内之后，在炉内挥发成分的热分解、燃烧被抑制，可以到达炉下部，可以将生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热有效地用作熔融热源。

本发明中，优选煤焦炭在炉内的投入量是至少形成高温炉栅所必须的量， 作为熔融热源所必须的热量通过生物质成型物来补充。

发明效果

如上所述，本发明提供一种废弃物的熔融处理方法，其中，在用竖炉式熔融炉熔融处理废弃物时，投入煤焦炭和生物质成型物，因此在炉内由煤焦炭形成高温炉栅，良好地保持燃烧气体的上升通气、熔融物的下降通液，在这种状态下，用形成高温炉栅所必须的最小限度的煤焦炭和对其补足的生物质成型物可以确保熔融热源，可以降低煤焦炭的使用量，削减二氧化碳排放量，同时可以降低废弃物熔融炉的运转费用，另外可以有效地利用生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热，进而可以进行稳定的作业。

附图说明

图1 表示本发明的一个实施方式的装置的简要结构的图。

符号说明

1 气化熔融炉。

具体实施方式

以下，基于附图1，说明本发明的实施方式。本实施方式的特征在于，向竖炉式废弃物气化熔融炉供给煤焦炭和生物质成型物作为燃料，但在对这些特征进行说明之前，说明该竖炉式废弃物气化熔融炉的简要结构。

图1所示的本发明的一个实施方式的竖炉式废弃物气化熔融炉中，在气化熔融炉1的炉上部，设置用于向炉内投入作为处理对象物的废弃物、作为燃料的煤焦炭和生物质成型物、作为炉渣的成分调节剂的石灰石的投入口2，另外，在上部侧方，设置用于将炉内的气体向炉外排放的气体排出口3。另外，在气化熔融炉1的炉底部设置用于排出熔融炉渣和熔融金属的出渣口4。

竖炉式废弃物气化熔融炉在其气化熔融炉1的内部空间在纵向方向上大致分为3个区域，由下方开始，形成具有在炉下部形成的下部炉身部I、位于其上的中部炉身部II、在上部形成的熔化室部III的区域。这些各部I、II、III是分别具有以下功能的区域。即，下部炉身部I是使堆积的煤焦炭和生物质成型物燃烧，形成高温燃烧带的区域，中部炉身部II是使在该高温燃烧带上投入的废弃物由堆积而形成的废弃物层的废弃物热分解的区域，熔化室部III是使生成的可燃性气体部分燃烧的区域。

在废弃物气化熔融炉1的上方配设分别供给城市垃圾等的废弃物、煤焦炭、生物质成型物、用作生成的炉渣的成分调节剂的石灰石的供给装置（图中未示出），由该供给装置所供给的废弃物、煤焦炭和生物质成型物、石灰石通过传送机(图中未示出)传送，由炉上部的上述投入口2投入到炉内。

对于形成废弃物气化熔融炉的上述下部炉身部I、中部炉身部II、熔化室部III的各部，在炉壁分别设置吹入含氧气体的风口。即，在下部炉身部I设置主风口5，其吹入用于使堆积的煤焦炭和生物质成型物燃烧形成高温燃烧带、将热分解残渣熔融的富氧空气，在中部炉身部II设置副风口6，其吹入用于使投入而堆积的废弃物部分燃烧、同时一边使废弃物缓慢流动一边使其热分解、燃烧的空气，在熔化室部III设置三级风口(三段羽口)7，其吹入用于使废弃物热分解而生成的可燃性气体部分燃烧、将内部维持在规定温度的空气。

二次燃烧室10与气体排出口3连接设置，将废弃物热分解而生成的可燃性气体燃烧。设置吹入用于二次燃烧的空气的空气鼓风口11。另外，与该二次燃烧室10相邻设置锅炉12，其由在该二次燃烧室10燃烧可燃性气体而得的燃烧气体进行热回收。

另一方面，对于生物质成型物，将粉碎的生物质原料填充到成型容器中，加热至115～230℃的温度，同时加压成型，成型为一边长度为50mm以上的方柱体或直径50mm以上长度50mm以上的圆柱体。通过在这种加热条件下进行加热加压成型，在不会使生物质原料碳化的条件下，可以制成含有50重量%以上的挥发成分的生物质成型物。作为加压成型的压力，可以为8～25MPa。作为生物质成型物的制造方法，可以使用再公表特许公报WO2006/078023中记载的制造方法。

通过在上述的加热加压条件下进行成型，可以使生物质成型物的表面为非常致密的不存在细孔的性状。通过制成一边长度为50mm以上的方柱体或直径50mm以上长度50mm以上的圆柱体的尺寸形状，以及表面非常致密不存在细孔的性状，将生物质成型物投入到熔融炉内后，在炉内可以抑制挥发成分的热分解、燃烧，可以到达炉下部，可以将生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热有效地用作熔融热源。

在这种构成的本实施方式的装置中，废弃物的气化熔融处理按照以下的要点进行。

经由在气化熔融炉1的上部设置的投入口2，由供给装置将各自规定量的废弃物、煤焦炭和生物质成型物、石灰石投入到炉内，由主风口5、副风口6以及三级风口7分别向炉内吹入富氧空气或空气。由上述投入口2投入的废弃物于炉内在中部炉身部II堆积，形成废弃物层，通过由下部炉身部I的高温燃烧带上升的高温气体和由副风口吹入的空气进行干燥，接着使其热分解。由热分解而生成的可燃性气体于熔化室部III利用由三级风口吹入的空气燃烧，保持850℃以上的温度，实施使有害气体和焦油成分分解的处理，然后向在炉外设置的二次燃烧室输送，该燃烧气体被锅炉进行热回收。煤焦炭下降至下部炉身部I，生物质成型物在途中其挥发成分的热分解、燃烧都得到抑制，同时下降至下部炉身部I，形成煤焦炭和生物质成型物燃烧的高温燃烧带，在中部炉身部II的废弃物层，废弃物热分解而成的残渣下降，到达煤焦炭和生物质成型物燃烧而形成的高温燃烧带的下部炉身部I，于该下部炉身部I，生物质成型物中的挥发成分和煤焦炭以及生物质成型物中的固定碳燃烧，不燃物熔融而形成熔融炉渣和熔融金属。熔融炉渣和熔融金属从出渣口4排出，供给至在炉外设置的水淬装置进行冷却固化，将冷却固化的水淬渣和水淬金属回收。

将煤焦炭和生物质成型物投入废弃物气化熔融炉，在气化熔融炉1的下部用煤焦炭形成高温炉栅，使煤焦炭和生物质成型物燃烧，作为使废弃物的热分解残渣（灰分）、不燃物熔融的熔融热源。煤焦炭在炉内的投入量是形成高温炉栅所必须的量，作为熔融热源所必须的热量用生物质成型物补充，投入各自的规定量。

在这种废弃物的气化熔融处理过程中，作为燃料的煤焦炭和生物质成型物中，煤焦炭在开始向炉内投入时是块状，在下部炉身部I的高温燃烧带通过煤焦炭之间的间隙形成高温炉栅。该高温炉栅的层的上面位于主风口5的上方，来自主风口5的富氧空气或空气在上述间隙上升通气，煤焦炭和生物质成型物的燃烧良好地进行，充分得到的燃烧气体到达废弃物层。另一方面，在高温燃烧带，废弃物的不燃物、灰分由煤焦炭和生物质成型物的燃烧产生的热量充分地熔融，生成熔融炉渣和熔融金属。熔融炉渣和熔融金属在上述高温炉栅的间隙良好地下降通液，到达出渣口4。

通过这种废弃物的气化熔融处理方法，形成高温炉栅的煤焦炭具有以下功能：通过原本所具有的块状形状在焦炭之间产生空隙，通过该空隙可靠地确保通气和确保通液的作为高温炉栅的功能，和作为用于熔融的热源的功能。另一方面，生物质成型物可以不论其高温强度、形状·尺寸而使用，具有作为补足煤焦炭的熔融热量的熔融热源的功能。因此，煤焦炭是用于形成高温炉栅所必须的最小限度的量即足矣，作为熔融热源而不足的份可以以上述生物质成型物补充，通过两者确保充分的熔融热源，同时可以以最少的煤焦炭形成高温炉栅层。生物质成型物仅作为熔融热的供给源、即熔融热源发挥作用，不必具有高的高温强度。因此，可以使用低廉的生物质成型物，可以降低废弃物熔融炉的运转费用。

这样，若用煤焦炭形成高温炉栅，则该高温炉栅的煤焦炭和堆积于高温炉栅的生物质成型物利用来自主风口的燃烧用空气而燃烧，其燃烧气体在高温炉栅良好地上升通气，将废弃物加热、热分解、燃烧并熔融，熔融物良好地在上述高温炉栅下降通液。

这样，在高温炉栅中，良好地维持燃烧气体的上升通气以及熔融炉渣和熔融金属的下降通液，同时使作为燃料的煤焦炭和生物质成型物燃烧。在该燃烧时，煤焦炭只要是形成高温炉栅所需的量即可，作为废弃物的气化熔融所需的热量而不足的部分，用生物质成型物补充。进而，可以将生物质原料所具有的挥发成分的燃烧热有效地用作熔融热源。

这样，可以尽可能地抑制煤焦炭的使用量，另一方面，对于生物质成型物，不论其高温强度、形状、尺寸都可以投入，即使是低廉的生物质成型物也可以用作燃料。这样，可以降低煤焦炭的使用量、减少二氧化碳排放量，同时可以降低废弃物熔融炉的运转费用，可以稳定地进行作业，进行废弃物的熔融处理。

作为生物质成型物，优选在上述的加热条件、加压条件下成型为上述的尺寸形状，但只要是可以使生物质原料的挥发成分有效地残留的条件即可，可以在其他条件下进行加热加压成型。

Claims (3)

1.废弃物的熔融处理方法，其是通过在废弃物熔融炉中投入废弃物，将废弃物热分解、燃烧，将热分解燃烧残渣熔融制成熔融物来进行废弃物熔融处理的方法，其特征在于，具有以下步骤：

一边将生物质原料加热至比碳化温度低的温度一边进行加压成型，成型为生物质成型物的生物质成型步骤，所述生物质成型物的性状如下：含有50％重量以上的挥发成分，同时在向废弃物熔融炉内投入之后，在到达废弃物熔融炉的下部为止，挥发成分的热分解以及燃烧受到抑制，

以通过在煤焦炭之间产生的空隙来形成确保燃烧气体的上升通气和熔融物的下降通液的高温炉栅的所需的最小限度的供给量，向废弃物熔融炉投入煤焦炭，通过位于废弃物熔融炉下部的煤焦炭形成高温炉栅的高温炉栅形成步骤，

将在生物质成型步骤中成型得到的生物质成型物投入废弃物熔融炉，抑制生物质成型物的挥发成分的热分解和燃烧，同时将该生物质成型物降低至高温炉栅的生物质成型物降低步骤，和

在高温炉栅中，将煤焦炭、生物质成型物的挥发成分和固定碳燃烧，通过产生的热量将热分解燃烧残渣熔融的热分解燃烧残渣熔融步骤。

2.权利要求1所述的废弃物的熔融处理方法，其特征在于，生物质成型步骤中，将生物质原料加热至115～230℃的温度，同时进行加压成型。

3.权利要求1或2所述的废弃物的熔融处理方法，其特征在于，生物质成型步骤中，将生物质成型物成型为一边长度为50mm以上的方柱体或直径50mm以上长度50mm以上的圆柱体。