JP2001227715A

JP2001227715A - ガス化溶融炉

Info

Publication number: JP2001227715A
Application number: JP2000040313A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kato; 龍夫加藤; Shinichiro Yagi; 紳一郎八木; Katsunori Hirose; 克則広瀬; Hiroyuki Hagiwara; 弘之萩原
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で連続出宰が可能なシャフト炉方
式のガス化溶融炉を提供する。【解決手段】廃棄物と燃焼補助材料を含有しかつ廃棄
物を主体とする第１の領域と第１の領域よりも廃棄物を
多く含有する第２の領域と燃焼補助材料を主体とする第
３の領域と燃焼補助材料が装填された炉床部を含み、第
1の領域の上方で廃棄物をガス化させる細長いシャフト
部と、第２の領域に設けられた空気供給手段と、第３の
領域の燃焼補助材料を加熱する高温ガス発生手段とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機化合物を含む
廃棄物をガスと固形物に分解するガス化溶融炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】都市ゴミや下水汚泥などの有機化合物を
含む廃棄物を乾燥、熱分解及び燃焼溶融するガス化溶融
炉は、キルン方式、流動床方式及びシャフト炉方式に大
別される。キルン方式と流動床方式は、補助燃料を用い
ずにゴミの持つ熱量を利用してゴミを溶融するため、運
転経費は少なくて済むが、破砕や乾燥等のゴミの前処理
が必要でしかも処理フローが複雑であることから、処理
設備全体でみると、建設費が高くなるという問題点が有
る。また処理フローが複雑なので、運転やメンテナンス
に熟練と多くの人手を要するという問題点も有る。シャ
フト炉方式は、補助燃料を必要とするが、破砕や乾燥等
のゴミの前処理が不要で、更に処理フローが比較的簡単
であるため、処理設備全体の建設費を低くできるという
利点がある。また簡単な設備なので運転やメンテナンス
が容易であるという利点もある。シャフト炉方式では、
一般に補助燃料としてコークスが使用され、その使用量
は、ゴミ１トン当たり１００ｋｇ程度になる。このよう
に大量のコークスを使用すると、運転経費の増大と二酸
化炭素の増大を招来する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】シャフト炉方式でコー
クスの使用量を低減するために、例えば特開平８−９４
０３５号には、炉床部の内径を小さくして従来よりも縦
長のコークスベッドとし、、不燃物（無機残渣、灰分）
がコークスベッドに到達するまでの間にゴミの乾燥及び
熱分解と可燃分残渣の燃焼を完了させ、不燃物（無機残
渣、灰分）のみをコークスベッドに侵入させることが開
示されている。すなわちこの溶融炉は、コークスベッド
内では不燃物の燃焼のみを行ってコークスによる高温燃
焼を維持し、コークスの使用量の低減を図るものであ
る。しかしシャフト炉方式では、可燃分残渣をそれがコ
ークスベッドに至るまでの間に燃焼させしかも溶融スラ
グの流動性を保つために、コークスを積極的に燃焼させ
てコークスベッドを高温に維持する必要がある。そのた
めに羽口から大量の空気を供給すると、炉内の圧力が高
くなり、連続出滓が困難となる。すなわち出滓口を常時
開放しておくと、炉内圧力の上昇により、スラグと共に
炉内の酸素含有高温ガスが大量に噴出し、炉底部の還元
性雰囲気が維持できなくなり出滓口の閉塞が生じる。ま
た熱量の損失も大きくなりコークス消費量が増大する。
なお間欠出滓ではこのような不具合は生じないが、マッ
ドガン等を使用した煩雑でかつ危険な出滓口の開閉作業
が必要となる。

【０００４】シャフト炉方式で連続出滓を可能とするた
めに、特開平５−１０６８２６号には、出滓口を高温保
持炉で覆うことが開示されている。しかるに高温保持炉
は内部圧力を高めるために炉底部を水中に没しているの
で、スラグ冷却により大量の水蒸気が発生する。水蒸気
がシャフト炉に侵入すると吸熱反応によりコークスベッ
ドの温度が低下する。これを防ぐため高温保持炉では、
大量の排気を続行する必要があり、連続出滓は可能であ
っても、設備の複雑化を解消できない。

【０００５】従って、本発明の目的は、簡単な構造で連
続出滓が可能なシャフト炉方式のガス化溶融炉を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、廃棄物と燃焼補助材料を含有しかつ廃
棄物を主体とする第１の領域と第１の領域よりも燃焼補
助材料を多く含有する第２の領域と燃焼補助材料を主体
とする第３の領域と燃焼補助材料が装填された炉床部と
を含むシャフト炉であり、第２の領域に設けられた空気
供給手段と、第３の領域に設けられた高温ガス発生手段
とを有する、という技術的手段を採用した。本発明では
上記の燃焼補助材料が装填された炉床部は必ずしも必要
ではない。安定した連続出滓が可能であるときは炉床部
に溜まる溶融スラグが高温ガス発生手段まで達すること
はないので炉床部はその高さを押さえ若しくは省略する
こともできる。

【０００７】本発明のガス化溶融炉では、炉床部に高温
ガス（例えばプラズマガス）を供給することと、燃焼補
助材料（例えばコークス）と廃棄物（ゴミ）とが混在す
る第２の領域（以下ゴミ・コークス混在層という）に空
気を供給することにより、廃棄物（ゴミ）を主体とし燃
焼補助材料（例えばコークス）を含む第１の領域（以下
ゴミリッチ層という）でゴミの乾燥と熱分解が行われ
る。ゴミは熱分解により可燃ガスを含む分解ガスと可燃
分残渣とに分解される。また羽口から空気を供給するこ
とにより一部のゴミとコークスの燃焼が行われる。ゴミ
・コークス混在層では、さらにプラズマガスの熱で熱分
解が行われ、可燃分残渣は下降しながら上記空気中の酸
素により燃焼し、第２の領域を経て第３の領域（以下コ
ークスリッチ層という）に到達する時点で灰分となる。
灰分はコークスリッチ層でプラズマガスで加熱され１３
００℃程度で溶融し、さらに１５００℃まで加熱され
る。コークスリッチ層ではコークスは燃焼しない。すな
わち本発明はゴミの一部を燃焼させてその熱を利用する
と共に、灰分をプラズマガスで燃焼させるので、コーク
スの消費量を少なくできる。またコークスを積極的に燃
焼させないので、羽口からの空気供給量を少なくでき、
連続出滓を行っても高温ガスの噴出が少なく、高温保持
炉が不要である。以上は低含水率（含水率が約５０％以
下）のゴミの場合であるが、高含水率のゴミの場合はゴ
ミリッチ層への空気供給量を多くしてコークスを若干燃
焼させればよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を添付図面に
より説明する。図１は本発明のガス化溶融炉を適用した
廃棄物処理装置の概略構成図、図２は本発明のガス化溶
融炉の断面図である。図１において、廃棄物はコークス
及び石灰石と共にガス化溶融炉１に装入され、そこで生
成したガスは炉の上部から２次燃焼室２０に排出され
る。２次燃焼室２０では、このガスに含まれる可燃成分
が還元性雰囲気にて燃焼され、窒素化合物がＮ_２に分解
される。ダイオキシンの発生を防ぐために、燃焼温度は
１０００〜１２００℃の範囲で、生成ガスの滞留時間は
２秒以上になるように２次燃焼が行われる。この燃焼ガ
スは、冷却室２１で５００〜７００℃に冷却され、次い
で空気予熱室２２で熱交換された後第２の冷却室２３で
ダイオキシンの再合成温度領域をすばやく通過するため
に１５０〜２００℃に急速に冷却され、有害ガス（塩素
ガス等）を中和するために活性炭と消石灰が混合されて
集塵機２４を経て、無害化された排ガスが大気中に排出
される。なお、２次燃焼室２０、冷却室２１、２３及び
空気予熱室２２で発生したダストは一箇所に集められ、
固化されて再利用できる。

【０００９】図２において、ガス化溶融炉１は、全体と
して円筒状に形成されたシャフト部２を含み、シャフト
部２は、出口９を介して２次燃焼室２０（図１）に連通
する上部３と、その下方の中間部４、縮径部６及び炉床
部７とを有する。中間部２の途中には、ゴミ（例えば低
含水率の都市ゴミ）ＲとコークスＣの投入口８が設けら
れ、出口９を介して２次燃焼室２０に連通する上部３に
はバーナ（図示せず。通常運転時は使用しないが、高含
水率のゴミが投入されたときや炉の立ち上げ時等に使用
することがある。）が装着され、連結部５には羽口１０
が設けられ、炉床部７にはプラズマトーチ１１が装着さ
れ、炉床部７の底部には出滓口１２が形成されている。
このガス化溶融炉１では、ゴミを主体とするゴミリッチ
層１３（高さｈ１）と、ゴミとコークスが略等分に存在
するゴミ・コークス混在層１４（高さｈ２）と、コーク
スを主体とするコークスリッチ層１５（高さｈ３）が上
から順に形成される。

【００１０】図２のガス化溶融炉１によれば、次のよう
にしてゴミの処理を行うことができる。炉床部７にコー
クスＣを充填し、プラズマトーチ１１を通ってコークス
リッチ層１５に送り込まれたプラズマ状態の空気により
コークスが燃焼して炉内を充分に加熱する。ゴミＲとコ
ークスＣ（必要に応じさらに石灰石を混合しても良い）
を投入口８からゴミリッチ層１３に装入すると、ゴミリ
ッチ層１３では、羽口１０から供給された空気により一
部のゴミＲとコークスＣが燃焼され、さらに順次下方に
移動しながらプラズマトーチ１１による熱でガスと固形
物に分解される。この燃焼過程で生成した可燃分残渣は
下降しながら羽口１０から供給された空気により燃焼
し、コークスリッチ層１５に達する時点で灰分（１００
０〜１５００℃）になり、灰分はプラズマトーチによる
熱で溶融し（１３００℃）、１５００℃まで加熱され
る。ただしコークスリッチ層１５には酸素を供給しない
のでコークスは燃えない。上記の燃焼過程で生成したガ
スは出口９から２次燃焼室２０に排出される。固形物は
炉底に近づくに従いさらに加熱されプラズマトーチ１１
の近傍に達すると溶融し、酸化物を主体とするスラグと
金属とに分離し、出滓口１２から排出される。炉床部で
は、コークスにより隙間が形成され、またコークスは溶
融スラグに濡れにくいので、安定した出滓が可能とな
る。排出されたスラグは冷却後スラグと金属に分離し、
各々再利用することができる。

【００１１】本発明は、ゴミの一部を燃焼させその熱を
利用してガス分解を行うと共にプラズマトーチの熱で灰
の溶融を行うので、コークスの使用量を少なくできる。
コークスリッチ層は、火格子及び蓄熱体として機能し、
そこで下降する灰分と上昇する高温ガスとが接触し、充
分な熱交換を行うことが可能となる。このような機能を
発揮するために、コークスの代わりにセラミックスなど
の耐熱性の大きい材料を用いることも可能である。ただ
コークスは溶融スラグに濡れにくく、かつ適度に消耗
し、操業の途中で補充するだけでよく、交換の必要がな
いので、最適である。さらに本発明は、コークスを積極
的に燃焼させないので、羽口からの空気供給量が少なく
てすみ、出滓口に高温保持炉を設けずに出滓口を常時開
放して連続出滓を行っても、高温ガスの噴出は少なく、
熱損失を少なく出来る。含水率の高いゴミを処理する場
合は、羽口１０からの空気供給量を増やしてやることで
コークスを少し燃焼させて水の蒸発熱を補ってやれば、
上記と同様の効果が得られる。

【００１２】

【実施例】（実施例１）図１及び図２に示す装置によ
り、1トン／ｈｒの都市ゴミ（含水率は約５０％）を次
の条件で３０日間連続で処理した。投入口８からゴミを
１分ごとに投入しかつコークス及び石灰石を３分ごとに
投入して、ゴミリッチ層（その上部でコークスの含有量
はゴミ投入量に対し２〜５％程度）及びゴミ・コークス
混在層の高さ（ｈ１＋ｈ２）を約１ｍ、コークスリッチ
層（その下部でコークスの含有量は略１００％）の高さ
（ｈ３）を約０．５ｍとし、プラズマトーチから最大３
００ｌ／分のプラズマガスを供給し、ガス化ゾーン（ゴ
ミリッチ層の上の空間部であり圧力は大気に対しやや負
圧となる。酸素比は０．３〜０．４程度）の温度を５０
０〜９００℃で燃焼させた。ガス化ゾーンのガスは、２
次燃焼室２０で空気を送り込むことで１０００〜１２０
０℃で燃焼し、ガス冷却室２２で６００℃前後に冷却さ
れ、第２冷却室２３で１６０〜１８０℃に冷却され、集
塵機２４を経て大気中に放出される。この排ガスの性状
を測定した結果、ダストは０．００１ｇ／Ｎｍ3（法規
制値は０．１５で以下も同様）、ＳＯｘ（Ｋ値）は０．
０２６（１７．５）、ＨＣｌは３ｐｐｍ（４３０）、Ｎ
Ｏｘは１１２ｐｐｍ（２５０）、ＣＯは３ｐｐｍ（１０
０）、ダイオキシンは０．０１ｎｇ／Ｎｍ3（５）と良
好な結果を示した。また炉内の圧力は４．９×１０3Ｐ
ａと低圧で、出滓口からのガス噴出は僅かで、炉底部か
らスラグを８０〜１００Ｋｇ／ｈｒの連続出滓が可能と
なった。このスラグの溶出試験を行い、土壌環境基準を
クリアーしていることが確認された。

【００１３】（実施例２）高含水率（含水率約６０％）
のゴミを使用し、プラズマガスと共に空気を酸素比０．
１５〜０．２で供給した以外は例１と同様の条件で実験
を行った結果、例１と同様に排ガスは法規制値を下回
り、スラグも土壌環境基準をクリアーしているこが確認
された。この例ではコークスを若干燃焼させて水の蒸発
熱を補給した。

【００１４】（比較例１）プラズマトーチの代わりにガ
スバーナを用いた以外は例１と同様の条件で実験を行っ
た結果、ガスバーナからの吹き込みガス量が多いため炉
底部の圧力が増加し（２５．５×１０3Ｐａ）、出滓口
に高温保持炉を設けずに連続出滓を行うと出滓口から高
温ガスが大量に噴出した。

【００１５】（比較例２）プラズマトーチのみを用いた
以外は例１と同様の条件で実験を行った結果、ゴミの乾
燥・熱分解速度が遅く全体の処理量が低下した。プラズ
マトーチの出力を大にすると、電力消費量が多くなり、
また炉壁の損傷が大であった。プラズマトーチから空気
を供給すると、コークス消費量が増加した。

【００１６】

【発明の効果】以上に記述の如く、本発明のガス化溶融
炉によれば、補助燃料の消費量を少なくすることがで
き、もって運転経費を低減でき、また炉底部の圧力を低
くできるので、連続出滓が可能である。また、プラズマ
トーチを使用するので、炉の立ち上げと立ち下げを短時
間で行うことができ、運転期間の調整が容易で、操業し
易い。本発明のガス化溶融炉は、立型のシャフト炉なの
で、その設置スペースが小さくかつ処理システムをコン
パクトにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス化溶融炉を適用した廃棄物処理装
置の概略構成図である。

【図２】本発明のガス化溶融炉の断面図である。

【符号の説明】

１ガス化溶融炉、２シャフト部、３上部、７炉
床部、８投入口、９出口、１０羽口、１１プラ
ズマトーチ、１２出滓口、１３ゴミリッチ層、１４
ゴミ・コークス混在層、１５コークスリッチ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者萩原弘之埼玉県熊谷市三ヶ尻6010番地日立金属株式会社生産システム研究所内Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB03 AC01 CA08 CA14 FA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物と燃焼補助材料を含有しかつ廃棄
物を主体とする第１の領域と第１の領域よりも燃焼補助
材料を多く含有する第２の領域と燃焼補助材料を主体と
する第３の領域と燃焼補助材料が装填された炉床部とを
含むシャフト炉であり、第２の領域に設けられた空気供
給手段と、第３の領域に設けられた高温ガス発生手段と
を有することを特徴とするガス化溶融炉。
【請求項２】廃棄物と燃焼補助材料を含有しかつ廃棄
物を主体とする第１の領域と第１の領域よりも燃焼補助
材料を多く含有する第２の領域と燃焼補助材料を主体と
する第３の領域とを含むシャフト炉であり、第２の領域
に設けられた空気供給手段と、第３の領域に設けられた
高温ガス発生手段とを有することを特徴とするガス化溶
融炉。