JP2000320814A - 廃棄物のガス化溶融方法およびこれに使用するガス化溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融飛灰中の不純物を最小限にして、有用金
属の回収を容易にする。 【解決手段】 廃棄物を粉砕して小粒分と大粒分に選別
し、小粒分を酸素バーナ７１を設けた溶融炉７のバーナ
火炎中へ直接供給するとともに、溶融炉７の炉内壁に沿
って旋回する旋回流を生じさせてこの中に大粒分を供給
して、可燃性ガスと溶融固化物を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物のガス化溶融
方法とこれに使用するガス化溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみを主体とする一般廃棄物、ある
いは自動車や家電製品等のシュレッダーダストを主体と
する産業廃棄物（以下、これらを総称して単に廃棄物と
いう）は長い間、焼却した後に埋立てることによって処
分されてきた。しかし、近年のごみ処分場の逼迫と環境
汚染への対策として、焼却灰をアーク炉や燃焼炉等で溶
融処理することにより、その減容化と無害化を図ること
が行なわれている。

【０００３】しかし、廃棄物を焼却後、その焼却灰を溶
融処理する方式は、廃棄物が有している潜在的熱エネル
ギーの有効利用効率が低い上に、外部から供給される電
力やエネルギーガスを比較的多量に消費するという問題
点があった。そこで、廃棄物を焼却することなく熱分解
ガス化して、その潜在的熱エネルギーの有効利用を図っ
たガス化溶融炉が注目されており、例えば特開平１０−
１３２２４２号公報では、廃棄物のガス化溶融の一連の
工程を１炉で行なう竪型のガス化溶融炉が提案されてい
る。

【０００４】上記公報に記載のガス化溶融炉は炉本体の
上部に廃棄物の装入口と、生成した可燃性ガスの排出口
とを設けるとともに、炉本体下部に溶融スラグおよび溶
融金属の排出口を設け、さらに、支燃性ガス等を吹き込
むためのランスを、炉本体上部から炉内に向けて昇降可
能に配設したものである。このようなガス化溶融炉で
は、ランスから吹き込まれる支燃性ガス等によって、装
入口から炉内へ投入された廃棄物が加熱燃焼させられて
ＣＯとＨ2を主成分とする可燃性ガスと、低沸点物質の
ガス体が得られ、これが炉本体上部の排出口から炉外へ
取り出されるととともに、同時に生成される高沸点物質
から成る溶融スラグ等は炉本体下部の排出口から炉外へ
取り出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ガス化溶融炉では、廃棄物がその大小に係らず炉本体上
部に設けた装入口から炉内へ投入されるため、同じ炉本
体上部に位置する排出口へ向かう可燃性ガスを含む排ガ
ス内へ廃棄物の小粒分中の高沸点物質が同伴され易く、
このため、加熱溶融に伴い揮発し排ガス中にて凝縮して
生じる低沸点物質を主体とする溶融飛灰中におけるＳ
ｉ，Ｃａ，Ａｌ等の高沸点物質即ち不純物の割合が増大
して鉛や亜鉛等の有用金属の回収が困難になるという問
題があった。

【０００６】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、溶融飛灰に含まれる不純物を最小限にして、
溶融飛灰からの有用金属の回収を容易にした廃棄物のガ
ス化溶融方法とこれに使用するガス化溶融炉を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本第１発明のガス化溶融方法では、廃棄物を粉砕して
小粒分と大粒分に選別し、小粒分をバーナ（７１）を設
けた溶融炉（７）のバーナ火炎（Ｆ）中へ直接供給する
とともに、溶融炉（７）の炉内壁に沿って旋回する旋回
流を生じさせてこの中に大粒分を供給して、可燃性ガス
と溶融固化物を得る。

【０００８】本第１発明においては、廃棄物の小粒分は
バーナ火炎中に直接供給されてガス化溶融される。した
がって、未溶融の小粒分が炉内の排ガスの流れに乗って
溶融炉の排気口から流出することは防止される。また、
廃棄物の大粒分は旋回流内へ供給され、遠心力で炉の側
壁内周に付着して自己熱で燃焼溶融される。したがって
この場合も、未溶融の大粒分が炉内の排ガスの流れに乗
って溶融炉の排気口から流出することはない。これによ
り、排ガスから回収される溶融飛灰に含まれる不純物は
極めて少なくなるから、Ｚｎ，Ｐｂ，Ｃｕ等の有用金属
を溶融飛灰中から容易に回収することができる。

【０００９】なお、本第１発明において、廃棄物の粉砕
に先だって、廃棄物中の鉄、アルミ等の有用物を回収す
るようにしても良く、これによると、熱処理後に回収を
行なうのに比して、処理量が少なくて済むとともに、金
属が合金化してその回収が困難化する等の問題が生じな
い。

【００１０】また、本第１発明において、廃棄物の粉砕
の後に乾燥を行なっても良い。これによると、炉内へ投
入する前の廃棄物の水分を十分小さくでき、かつ搬送が
容易になるから、排ガス量が少なくできるとともに安定
した供給ができる。

【００１１】さらに本第１発明において、得られた可燃
性ガスを上記バーナの燃料として使用するようにすれ
ば、外部燃料の消費を低減し、あるいは外部燃料を不要
とすることができる。

【００１２】本第１発明において、バーナとして、酸素
を支燃ガスとする酸素バーナを使用すれば、空気を支燃
ガスとするのに比して排ガス総量を低減できるから、ガ
ス冷却や集塵のための施設をコンパクトにできるととも
に、排ガス中の可燃性ガスの単位発熱量を大きくするこ
とができる。

【００１３】本第２発明では、本第１発明における廃棄
物を粉砕するに際して、粉砕した廃棄物に石灰を加えて
造粒し、造粒物を再粉砕することにより行なう。本第２
発明において、廃棄物に石灰を加えて固形化すると再粉
砕が容易となり、小粒分が増加する。また、石灰に含ま
れるＣａが廃棄物中のＣｌと反応してＣａＣｌ2が生成
し、これがＺｎＯ，ＰｂＯ等の酸化物を揮発容易なＺｎ
Ｃｌ2等の塩化物に変えて、溶融固化物たるスラグ中の
Ｚｎ，Ｐｂ等の含有量が下がってその安全性が増すとと
もに、溶融飛灰中の回収可能なＺｎ，Ｐｂ等の濃度が上
がる。さらに、スラグの粘性が下がるために、その炉外
への排出が容易になる。

【００１４】本第１発明ないし本第２発明に使用する本
第３発明のガス化溶融炉では、炉頂壁（７４）を貫通し
て設けられて炉内に下向きに延びるバーナ火炎（Ｆ）を
生じるバーナ（７１）と、上記小粒分をバーナ火炎
（Ｆ）に沿う方向からバーナ火炎中へ供給する小粒分供
給路（７１２）と、炉側壁内周の上下方向の中間位置か
らバーナ火炎（Ｆ）に向かって突出して炉内を上室（Ｕ
Ｒ）と下室（ＬＲ）に区画する突出壁（７５）と、上室
（ＵＲ）へ開口して炉内に生成した可燃性ガスを流出さ
せる排気口（７３）と、下室（ＬＲ）へ開口して炉内に
生成した溶融固化物を流出させる溶融固化物排出口（７
７）と、下室（ＬＲ）の炉側壁内周に沿って旋回する旋
回流を生じさせる手段（７２）と、旋回流中に上記大粒
分を供給する大粒分供給路（７２）とを具備している。

【００１５】本第３発明のガス化溶融炉によれば、本第
１発明のガス化溶融方法を好適に実現することができ
る。また、突出壁を設けたことにより、未溶融の大粒分
が旋回流から外れて上方へ向かっても、途中に位置する
上記突出壁に遮られて上方へ通過することが阻止される
とともに、通過しようとしても突出壁に沿ってバーナ火
炎に近づいて溶融される。また、突出壁により炉底から
の輻射熱が遮られてバーナ周辺等における温度上昇が抑
えられる。

【００１６】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には本発明
のガス化溶融方法を含む廃棄物処理の系統図を示す。水
分を含む廃棄物は破砕機１で粗破砕された後、磁選によ
る鉄選別機２とアルミ選別機３を通過して、廃棄物に混
在する鉄やアルミが選別回収される。続いて、廃棄物は
粉砕機４で細かく粉砕された後、水分が１０％程度にな
るまで乾燥機５で乾燥させられて、篩い機６で粒径２mm
φ以下の小粒分と、粒径２mmφ〜１０mmφの大粒分とに
選別される。なお、磁選による鉄分の回収を篩い機６の
前後でさらに行なうようにしても良い。

【００１８】このように、熱処理前に鉄やアルミ等の有
用金属を回収するから、従来のように熱処理後に回収を
行なうのに比して、処理量が少なくて済むとともに、金
属が合金化してその回収が困難化する等の問題は生じな
い。また、廃棄物の水分や粒度を揃えているから、以下
のガス化溶融炉における発生ガス量や成分濃度が大きく
変動することはなく、これにより、安定な操業と廃棄物
の十分なガス化溶融が可能となる。さらに炉内へ投入す
る前の廃棄物の水分を十分小さくしているから、排ガス
からの熱回収を十分に行なうことができる。

【００１９】廃棄物の上記小粒分は詳細を後述するガス
化溶融炉７の炉頂壁に貫設した酸素バーナ７１に供給さ
れ、バーナ火炎中で溶融しガス化される。また、廃棄物
の大粒分は炉側壁に設けられた装入口７２から炉内へ供
給され、後述する旋回流によって炉内壁に沿って旋回さ
せられる。炉底に溜まった溶融物は炉外の水槽等へ排出
されて冷却固化され、ガラス質のスラグや金属として回
収される。

【００２０】ガス化溶融炉７で生じた可燃性ガスを含む
排ガスは炉頂壁に設けた排気口７３から炉外へ排出さ
れ、ガス冷却塔８で急冷されてバグフィルタ等の集塵機
９に至る。集塵機９にて排ガス中のダストが溶融飛灰と
して捕集された後、酸性ガス除去装置１０にてＮａＯＨ
等の薬剤によってＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスが除去さ
れ、ＣＨ4，ＣＯ，Ｈ2等を主体とした可燃性ガスが精製
される。

【００２１】可燃性ガスは燃料ガスとして酸素バーナ７
１へ供給されるとともに、乾燥機５で使用される熱風を
発生するための熱風発生器１１の燃料としても使用され
る。可燃性ガスはまた、ガスホルダ１２に貯留されて緊
急用燃焼器１３に供給される一方、ガスタービン発電機
１４に供給されて発電電力を生じる。発電電力は破砕機
１や粉砕機４、および各選別機２，３の動力源になると
ともに、ＰＳＡ酸素発生器１５に供給される。酸素発生
器１５で発生する高純度の酸素は、支燃ガスとして酸素
バーナ７１へ供給される。このように、ガス化溶融炉７
から排出される可燃性ガスのエネルギーを廃棄物処理系
内で有効利用することにより、外部電力の消費を大幅に
削減することができる。

【００２２】図２には上記ガス化溶融炉７の詳細構造を
示す。ガス化溶融炉７は竪型炉で、その頂壁７４には中
心部を上下に貫通して酸素バーナ７１が設けられてい
る。酸素バーナ７１にはその主ノズル（図示略）に、既
に説明したように精製後の可燃性ガスが供給されるとと
もに、主ノズルの周囲に同心状に形成された第１副ノズ
ルには支燃ガスとして酸素発生器からの酸素が供給管７
１１より供給されて、炉内の中心部に上下方向へ延びる
バーナ火炎Ｆが形成されている。篩い機６を通過した廃
棄物の小粒分は搬送用空気や酸素と共に供給管７１２を
経て上記酸素バーナ７１の第２副ノズルへ至り、１８０
０℃以上のバーナ火炎Ｆ中へ直接供給されて溶融しガス
化される。

【００２３】酸素バーナ７１に供給される酸素量は、炉
内へ供給される廃棄物の完全燃焼に必要な理論酸素量の
０．５〜０．８にしてあり、このような還元雰囲気で廃
棄物を加熱することによって可燃性ガスが得られる。可
燃性ガスは頂壁７４に設けられた排気口７３から排ガス
として炉外へ排出される。炉内が還元雰囲気に保たれて
いることによって、ＣｌやＳがＨＣｌやＳＯｘのガス相
へ移行することが抑制され、また、ダイオキシン類やＮ
Ｏｘの発生も抑えられる。ＨＣｌ等の発生が少ないか
ら、酸性ガス除去（図１参照）のための薬剤の使用量を
節減することができる。また、支燃ガスとして酸素を使
用しているから、空気を使用するのに比して排ガス総量
を低減することができ、ガス冷却や集塵のための施設を
コンパクトにできるとともに、可燃性ガスの単位発熱量
を大きくすることができる。

【００２４】炉側壁の内周は上下方向のほぼ中央部が、
内方のバーナ火炎Ｆに向かって突出する突出壁７５とな
っており、この突出壁７５によって炉内は１０００℃〜
１２００℃程度の上室ＵＲと１５００℃程度の下室ＬＲ
に区画されている。突出壁７５に近い下室ＬＲの側壁に
は周方向の複数位置（図２にはその一つを示す）に装入
口としての吹込みノズル７２が設けられて、これに廃棄
物の大粒分と搬送用空気が供給されている。吹込みノズ
ル７２は円筒状側壁の接線方向へ向けて設けられてお
り、吹込みノズル７２から流出した搬送用空気は図２の
矢印で示すように側壁内周に沿って旋回する旋回流とな
り、上記大粒分は旋回流の遠心力によって下室ＬＲの側
壁近傍で自己熱によって燃焼溶融し、側壁内周に付着し
てこれを垂下する。

【００２５】炉底は容器状の溶融プール７６となってお
り、廃棄物の溶融固化物が貯留される。溶融固化物は１
４００℃程度の溶融プール７６内で均一に溶融されると
ともに、堰７６１を越えて側壁の下部に設けた排出口７
７から水槽１６内へ落下させられ、冷却固化される。冷
却された溶融スラグは安定したガラス組織となり、重金
属の溶出が抑制されるとともに砕石等の土木資材に使用
できる十分な強度を呈する。また、溶融金属はスラグと
同様に排出口７７を経て水槽１６内で冷却固化され、磁
選で分離されてカウンタウエイト材等として利用され
る。なお、溶融プール７６内に酸素を吹き込んで溶融固
化物中の未燃分を燃焼させるようにしても良い。

【００２６】このようなガス化溶融炉では、廃棄物の小
粒分が酸素バーナ７１のバーナ火炎Ｆ中に直接供給され
て溶融ガス化されるから、未溶融の小粒分が排ガスの流
れに乗って排気口７３から流出することが防止される。
この結果、集塵機９（図１参照）で捕集される溶融飛灰
中に、Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ等の酸化物のような不純
物は極めて少なくなり、Ｚｎ，Ｐｂ，Ｃｕ等の有用金属
を溶融飛灰から容易に回収することができる。一方、廃
棄物の大粒分は空気の旋回流と共に下室ＬＲ内に供給さ
れ、側壁内周に付着してガス化溶融される。したがっ
て、排気口７３から流出する排ガスに同伴することは無
い。たとえ未溶融の大粒分が旋回流から外れて上方へ向
かっても、途中に設けられた突出壁７５に遮られて上方
へ通過することはないとともに、通過しようとしても突
出壁７５に沿ってバーナ火炎Ｆに近づいて溶融される。
なお、突出壁７５は、溶融プール７６からの輻射熱を遮
ることにより排気口７３や酸素バーナ７１周辺の温度上
昇を抑えるという効果も有している。

【００２７】（第２実施形態）図３に示すように、乾燥
機５から篩い機６までの間で、消石灰を加えて造粒機１
７で造粒し、これを粉砕機１８で再粉砕して篩い機６に
供給する。篩い機６の後段にさらに篩い機２０を設け
て、粒径１０mmφを越えた廃棄物は再び粉砕機１８へ送
る。他の構成は第１実施形態と同一である。

【００２８】このように廃棄物に消石灰を加えて固形化
すると再粉砕がし易くなり、小粒分が増加する。また、
消石灰に含まれるＣａが廃棄物中のＣｌと反応してＣａ
Ｃｌ2が生成し、これがＺｎＯ，ＰｂＯ等の酸化物を揮
発容易なＺｎＣｌ2等の塩化物に変えて、スラグ中のＺ
ｎ，Ｐｂ等の含有量が下がってその安全性が増すととも
に、溶融飛灰中の回収可能なＺｎ，Ｐｂ等の濃度が上が
るという利点がある。また、スラグの粘性が下がるため
に、その炉外への排出が容易になるという効果もある。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、溶融飛灰
に含まれる不純物を最小限に抑えることができるから、
溶融飛灰から有用金属を容易に回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、廃棄物処理の
系統図である。

【図２】ガス化溶融炉の全体垂直断面図である。

【図３】本発明の第２実施形態における、廃棄物処理の
要部系統図である。

【符号の説明】 ７…ガス化溶融炉、７１…酸素バーナ、７１２…供給
管、７２…吹込みノズル、７３…排気口、７４…炉頂
壁、７５…突出壁、７７…排出口、Ｆ…バーナ火炎、Ｕ
Ｒ…上室、ＬＲ…下室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｇ 5/44 ＺＡＢ Ｆ２３Ｇ 5/44 ＺＡＢＦ Ｆターム(参考） 3K061 AA23 AB02 AB03 AC03 BA01 BA10 CA01 CA07 DA02 DA03 DA05 DA13 DA18 DB01 DB16 DB20 GA01 LA03 LA08 LA14 3K065 AA23 AB02 AB03 AC03 BA01 BA10 CA01 CA02 CA16 CA18 EA12 EA16 EA31 EA42 EA43 EA45 GA03 GA07 GA08 GA13 GA22 GA32 GA35

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物を粉砕して小粒分と大粒分に選別
   し、前記小粒分をバーナを設けた溶融炉のバーナ火炎中
   へ直接供給するとともに、前記溶融炉の炉内壁に沿って
   旋回する旋回流を生じさせてこの中に前記大粒分を供給
   して、可燃性ガスと溶融固化物を得ることを特徴とする
   廃棄物のガス化溶融方法。
2. 【請求項２】 前記廃棄物を粉砕するに際して、粉砕し
   た廃棄物に石灰を加えて造粒し、造粒物を再粉砕するよ
   うにした請求項１に記載の廃棄物のガス化溶融方法。
3. 【請求項３】 炉頂壁を貫通して設けられて炉内に下向
   きに延びるバーナ火炎を生じるバーナと、前記小粒分を
   前記バーナ火炎に沿う方向からバーナ火炎中へ供給する
   小粒分供給路と、炉側壁内周の上下方向の中間位置から
   前記バーナ火炎に向かって突出して炉内を上室と下室に
   区画する突出壁と、前記上室へ開口して炉内に生成した
   可燃性ガスを流出させる排気口と、前記下室へ開口して
   炉内に生成した溶融固化物を流出させる溶融固化物排出
   口と、前記下室の炉側壁内周に沿って旋回する旋回流を
   生じさせる手段と、前記旋回流中に前記大粒分を供給す
   る大粒分供給路とを具備する請求項１又は２に記載の廃
   棄物のガス化溶融方法に使用するガス化溶融炉。