JP2001272013A - 廃棄物の溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融スラグを連続的に排出することを可能と
し、且つ外部から加える補助熱源が少なくてすむ廃棄物
の溶融炉を提供する。 【解決手段】 シャフト炉内に廃棄物及び燃焼補助材料
を供給して、それらの可燃物質に対する化学量論的空気
量以下の雰囲気下で廃棄物を燃焼及びガス化し、残さを
溶融スラグとして炉外に排出する廃棄物の溶融炉であっ
て、高温ガス発生手段を、溶融スラグ排出口を頂点にし
た±９０度以内の範囲で、炉心と溶融スラグ排出口との
間に向けて、燃焼補助材料層に高温ガスを吹き付けるよ
うに取り付けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物を炉内で燃焼
及びガス化し、その残さである灰及びチャーを同じ炉内
で溶融して溶融スラグとなして炉外に排出する廃棄物の
溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より廃棄物はストーカー炉や流動床
炉で焼却処理して、その焼却灰を埋め立て処分すること
が一般的に行なわれていた。しかし最近、埋め立て処分
する際に焼却灰の容積が未だ充分に減少していないこ
と、焼却灰を埋め立て処分するに際し、飛散して周囲の
環境に悪影響を及ぼすこと等から、焼却灰を溶融スラグ
化してそれを埋め立て処分することが推奨されている。
廃棄物を溶融処理する方法としては、従来の焼却炉から
排出された焼却灰を別途の溶融炉で溶融スラグ化するも
のと、廃棄物を一つの炉内で溶融スラグ化までするもの
との２種類のものがある。

【０００３】廃棄物を一つの炉内で溶融スラグ化するも
のとしては、例えば特公昭５６―２２３４号公報（先行
技術−１）、特公昭６０−１１７６６号公報（先行技術
−２）、特開平２−２９８７１７号公報（先行技術−
３）、特開平４−１２４５１５号公報（先行技術−４）
に記載されたものがある。先行技術−１、２に記載され
た溶融炉は、コークス及び廃棄物の燃焼を加熱源とし
て、それを燃焼させるために富酸素空気を供給している
ものであり、溶融スラグを間欠的に排出するものであ
る。先行技術−３、４に記載された溶融炉はコークスの
燃焼とプラズマトーチからの熱風を加熱源としたもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した先行
技術１、２においては、富酸素空気を作りだすための別
途の装置が必要となり、また溶融スラグを間欠的に排出
するには、排出口を開口したり閉じたりする作業が必要
となるという課題がある。また先行技術３、４において
はプラズマトーチを使用しているが、廃棄物等を燃焼さ
せるための空気を吹き込む羽口を別途には設けておら
ず、このため廃棄物の燃焼熱をほとんど利用できず、コ
ークス或いはプラズマトーチの電力等の補助熱源が増大
するという課題がある。従って、本発明は溶融スラグを
連続的に排出することを可能とし、且つ外部から加える
補助熱源が少なくてすむ廃棄物の溶融炉を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、シャフト炉内
に廃棄物及び燃焼補助材料を供給して、それらの可燃物
質に対する化学量論的空気量以下の雰囲気下で廃棄物を
燃焼及びガス化し、残さを溶融スラグとして炉外に排出
する廃棄物の溶融炉であって、高温ガス発生手段を、溶
融スラグ排出口を頂点にした±９０度以内の範囲で、炉
心と溶融スラグ排出口との間に向けて、燃焼補助材料層
に高温ガスを吹き付けるように取り付けたことを特徴と
している。また、本発明は前記燃焼補助材料層の上に堆
積した廃棄物層に向けて空気を吹き込むような羽口を設
けたものである。また、本発明は炉底部近傍は平均値で
０．３〜５ＫＰａの正圧としたものである。また、本発
明は、炉底部に設けた溶融スラグ排出口から溶融スラグ
を連続的に排出するものである。なお、本発明の溶融炉
に用いる燃焼補助材料は、火格子及び蓄熱体として機能
する物体がよく、コークスやセラミックスなどを用いる
ことができが、コークスは、溶融スラグに濡れ難く、か
つ適度に消耗し、操業の途中で補充するだけで交換の必
要がないので最適である。また、高温ガス発生手段とし
ては、操作性に優れて操炉が簡易で、炉の昇温も早く行
なえるプラズマトーチが最適である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の廃棄物の溶融炉は、シャ
フト炉の炉底部に燃焼補助材料層を形成し、この燃焼補
助材料層を高温ガス発生手段から吹き込む熱風で加熱
し、且つ燃焼補助材料層の一部を燃焼させて、この熱で
燃焼補助材料層の上に積層している廃棄物を化学量論的
空気量以下の雰囲気下で燃焼及びガス化し、それによっ
て生じる残さである灰を燃焼補助材料層で溶融スラグ化
して炉外に排出するものである。灰及びチャーは溶融ス
ラグ化するから、それを冷却したときは溶融スラグはガ
ラス状物質になって灰及びチャーの体積が約１／５に減
ずると共に、重金属等がガラス状物質の中に閉じ込めら
れて溶出することがない。

【０００７】以下、本発明の廃棄物の溶融炉の一実施形
態を、燃焼補助材料としてコークスを、高温ガス発生手
段としてプラズマトーチを用いた例で説明する。図１は
溶融炉の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は
本発明に係わる廃棄物の溶融炉のシステムを示す概略図
である。炉体２は、外殻２０１の内側に耐火材２０２を
内貼りしたもので、水平方向断面形状は略円形であり、
炉本体２０と炉底体２１とを結合して、炉底体２１を炉
本体２０に吊り下げる構造である。従って、炉底体２１
の補修や炉本体２０の内部の補修時には、炉底体２１を
図示しない台車上に取り外して所定の場所に移動するこ
とができる。

【０００８】炉底体２１の底部である炉底部２２に、炉
体２内と連通した溶融スラグ排出口２３を設ける。溶融
スラグ排出口２３に連ねてスラグ樋１５とスラグ冷却水
槽１６とが設けてある。炉底部２２上部のコークス層が
形成される部分の炉壁に、プラズマトーチ１を１又は数
箇所、溶融スラグ排出口２３を頂点にした±９０度以内
の範囲で、炉心と溶融スラグ排出口２３との間に向け
て、コークス層に高温ガスを吹き付けるように取り付け
る。プラズマトーチ１は、下向きか、水平向きが好まし
いが、取り付け位置によっては上向きであってもよい。
また、前記コークス層上部の廃棄物層が形成される部分
の炉壁の高さの異なる位置に、第一の羽口３と第二の羽
口４を各々数ヶ所設ける。第一の羽口３及び第二の羽口
には、後述する熱交換器で高温になった空気が吹き込ま
れるように配管が連結されている。

【０００９】炉体２の立面的な略中間部には供給口５が
設けてあり、供給口５に連接してプッシャー６が設けて
あり、プッシャー６には廃棄物供給装置７とコークス供
給装置８が連接してある。廃棄物供給装置７とコークス
供給装置８には、図示しない二重のゲートを設けて外気
の浸入を極力遮断するようにしている。炉体２の上部近
傍に排ガス口９が設けてあり、排ガス口９に連接して二
次燃焼炉１０、一次冷却塔１１、熱交換器１２、二次冷
却塔１３、集塵機１４が連接しており、集塵器１４の後
は図示しない誘引ファン及び排気塔が連接してある。

【００１０】次に、本発明の溶融炉の操炉及び運転状況
について説明する。まず常温状態の炉体２の昇温を始め
る際は、炉底部２２にコークスを充填してコークス層２
５を形成し、そのうえでプラズマトーチ１を点火して約
１８００℃の熱空気をコークス層２５に向けて吹き込
む。炉底部２２及びコークス層２５はプラズマトーチ１
の熱空気とコークスが燃焼する燃焼熱で約３時間後に１
５００℃程度に昇温する。そこに廃棄物供給装置７から
の廃棄物と、コークス供給装置８からのコークスと石灰
石の混合物をプッシヤー６で炉体２内に供給する。

【００１１】廃棄物の供給とコークスの供給頻度を、数
回：１回の割合で行なうことにより、コークス層２５の
上に廃棄物とコークスが交互に略層状になった廃棄物層
２６が形成される。また、廃棄物に対するコークスの重
量割合は数％、例えば２％になるようにする。炉体２内
に供給する空気は、プラズマトーチ１及び第一、第二の
羽口３、４から供給し、その総空気量は炉体２内にある
コークスや廃棄物の可燃物質に対する化学量論的空気量
以下にし、実際的には化学量論的空気量：総空気量の比
は１：０．２〜０．５とする。

【００１２】加熱したコークス層２５の上に堆積した廃
棄物層２６は、乾燥されてその一部は上記燃焼空気によ
り燃焼し、他の一部は前記燃焼によって燃焼空気が消費
されるためガス化する。そして廃棄物の燃焼によって発
生した灰は、約１５００℃に加熱されたコークス層２５
からの熱風で溶融して溶融スラグとなり、コークス層２
５中を流下して炉底部２２に溜る。炉底部２２に溜まっ
た溶融スラグは、炉底に設けた溶融スラグ排出口２３か
ら炉外に排出される。

【００１３】前記したように、廃棄物とコークスは概略
交互に層状をなすように供給されるが、廃棄物層２６の
上層部は、廃棄物中のコークスの量が相対的に少ない廃
棄物リッチ部２６１である。そこから下層部になるにつ
れて廃棄物が燃焼し或いはガス化してその量が速やかに
減少するが、コークスは廃棄物に比して燃焼し難く、そ
の量が減少しにくいから、廃棄物中のコークスの割合は
だんだん大きくなる混在部２６２となる。更にその下層
部になると、廃棄物は燃焼或いはガス化し尽くして灰あ
るいはチャーとなっているが、コークスは依然として多
量が残存しており、ここがコークスリッチ部２６３とな
り、コークス層２５へと連なる。その結果、コークスの
消耗量と供給量とがバランスしている状態では、コーク
ス層２５のレベルは所定の高さに維持される。

【００１４】コークス層２５まで達した灰は、そこが約
１５００℃と高温であるから溶融して溶融スラグとな
り、コークス層２５中を流下して炉底部２２に溜り、溶
融スラグ排出口２３から炉外へ排出されていく。コーク
ス層２５は、極めて間隙の多い充填層であるから、溶融
スラグはその間を流下し易く、又炉底部２２に溜まって
入る間も、蓄熱されたコークス層２５にまんべんなく曝
されるから、部分的に冷却されることはない。また、プ
ラズマトーチ１の熱空気を、溶融スラグ排出口２３に近
い部分のコークス層２５の下層部に向けて吹き込んでい
るから、溶融スラグ排出口２３周辺のコークス層や炉底
部、及び溶融スラグも高温を安定して保つことができ、
溶融スラグの安定した連続的な排出を維持することがで
きる。従って、廃棄物処理量が少なく、流出する溶融ス
ラグ量が少なくて凝固しやすい小型溶融炉には、特に効
果的である。なお、予備として溶融スラグ排出口２３と
プラズマトーチ１を複数取付けた構造の溶融炉では、操
業時には、プラズマトーチ１と溶融スラグ排出口２３の
関係が、前記位置関係にあるものを使用する。

【００１５】本発明の溶融炉においては、コークス層に
向けてプラズマトーチの熱空気を吹き込むのであるが、
プラズマトーチからの熱空気量はプラズマエアーとシュ
ラウドエアーとの総和となる。プラズマトーチからの熱
空気の温度は１０００〜２５００℃の温度となり、それ
でコークス層を加熱すると共に熱空気中の酸素でコーク
ス層の一部が燃焼するから、コークス層中の温度を約１
５００℃に安定的に保つことができる。コークス層の温
度を１５００℃に保つためには、例えばコークスの燃焼
熱によることのみでは、その温度を保ためには富酸素空
気が必要であるが、本発明の溶融炉ではプラズマトーチ
を使用しているから、その熱空気は通常の空気でよい。

【００１６】上述したように、本発明の溶融炉では、炉
内の熱収支における入熱はプラズマトーチの熱量、廃棄
物の燃焼による熱量、コークスの燃焼による熱量でまか
なわれているが、例えばプラズマトーチの熱風源として
空気に替えて窒素を用いても差し支えはない。そのとき
は当然コークスの燃焼は空気に比して少なくなって入熱
も減少するから、それを補うためにプラズマトーチの出
力を大きくする必要がある。

【００１７】プラズマトーチのプラズマエアー及びシュ
ラウドエアーの吹き出し圧を、１００〜２００ＫＰａの
正圧とすることで、コークス層のある炉底部２２近傍
を、０．３〜５ＫＰａの正圧にすることができる。炉底
部近傍の圧が５ＫＰａを越えると、溶融スラグ排出口が
炉内と連通したとき炉内の約１５００℃の熱風が強く噴
出するようになり、これによって炉内の熱量を多量に炉
外に持ち出すという不利益が生ずると共に、炉まわりで
作業する人に火傷を与える危険がある。また、炉底部近
傍の圧が０．３ＫＰａを下まわると、外気との差圧によ
って生ずる溶融スラグを押し出す力が小さくなって、溶
融スラグの排出が困難になる。また、外気が吸引され
て、溶融スラグ排出口周辺の温度が低下してしまい、溶
融スラグが凝固しやすくなる。

【００１８】（実施例）次に本発明の溶融炉を用いて廃
棄物を溶融処理した実施例について説明する。溶融炉
は、プラズマトーチを２本、溶融スラグ排出口を中心と
して±４５度の位置に、炉の中心と溶融スラグ排出口の
中間位置に向けて設けたものであるが、下記条件の下で
は１本だけの稼動で問題はなかった。また、羽口は円周
上に６本設けていたが、第一の羽口３だけを稼動させ
た。 本実施例に使用した廃棄物の性状を以下に示す。 廃棄物種類 ：一般廃棄物（家庭ごみが主） 水分率 ：５５％ 低位発熱量 ：３５８ＫＪ／Ｋｇ 灰分量 ：８％ 上記した性状の廃棄物を以下に示す条件で溶融処理した。 廃棄物供給量 ：１０００Ｋｇ／時間 コークス供給量 ： ２０Ｋｇ／時間 総合空気量：７００Ｎｍ³／時間（化学量論的空気量に対し約０．３倍） プラズマトーチからの空気量 ：１５０Ｎｍ³／時間 プラズマトーチからの吹き出し圧 ：１４７ＫＰａ

【００１９】上記した条件で実施した結果、プラズマト
ーチからの熱空気温度は約１８００℃であり、炉底部の
コークス層２５の雰囲気温度は１５００℃であり、また
炉底部２２の圧は平均的に正圧で１．５ＫＰａであっ
た。炉体２内における各部の温度は、コクース層中で約
１５００℃で大略一定しており、廃棄物層２６の上部の
空間では５００〜９００℃であった。廃棄物は１回／１
分のバッチで供給したが、供給された瞬間は廃棄物中の
水分が蒸発するために熱が奪われて温度が低下するた
め、５００〜９００℃の間を上下したものと思われる。
廃棄物を供給し始めてから約６０分経過後に、溶融スラ
グ排出口から溶融スラグが出始め、以後連続的に排出さ
れた。溶融スラグの排出量は平均的に１時間当たり約８
０Ｋｇであった。なお、プラズマトーチからの熱空気量
は本実施例では１５０Ｎｍ^３／時間としたが、これを２
５０Ｎｍ^３／時間とすると、炉底部２２及びコークス層
２６中の温度が低下して１５００℃を維持できなくな
り、溶融スラグの排出が停滞するようになった。

【００２０】本実施例では、プラズマトーチから吹き込
むシュラウドエアーの吹き込み圧を１４７ＫＰａとした
が、上記したコークス層２５及び廃棄物層２６の通風抵
抗で炉底部２２近傍における圧力は１．５ＫＰａ程度と
なった。この圧力の下では溶融スラグは良好に排出され
ており、炉底部２２から溶融スラグを押し出し、かつ溶
融スラグ排出口からの外気吸引防止すためには充分な作
用を有していた。なお、溶融スラグの液面が下がった
時、炉内の熱風が吹き出したが、その勢いは弱く危険を
生ずるものではなかった。

【発明の効果】本発明の廃棄物の溶融炉は下記効果を有
している。 １）高温ガス発生手段を溶融スラグ排出口近傍に設けた
ので、溶融スラグを高温に維持でき、連続的に排出する
ことを可能とした。 ２）炉底部近傍圧力を適切にしたので、溶融スラグを良
好に押出すとともに、外気による冷却を防止し、連続的
に排出することを可能とした。 ３）高温ガス発生手段と羽口を設けたので、外部から加
える補助熱源が少なくてすむ廃棄物の溶融炉を提供する
ことができた。 ４）炉底部が分離可能な構造となっているから、炉底部
や高温ガス発生手段廻りの点検や補修を極めて容易に行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物の溶融炉を示す断面図

【図２】本発明の廃棄物の高温ガス発生手段と溶融スラ
グ排出口の位置関係を示す図

【図３】本発明の廃棄物の溶融炉に係わるシステムの概
略図

【符号の説明】

１ プラズマトーチ、 ２ 炉体、 ３、４ 羽口、
５ 供給口、７ 廃棄物供給装置、 ８ コークス供給
装置、 ９ 排ガス口、２０ 炉本体、 ２１ 炉底
体、 ２２ 炉底部、２３ 溶融スラグ排出口、 ２５
コークス層、 ２６ 廃棄物層

フロントページの続き (72)発明者 八木 紳一郎 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属株 式会社環境エンジニアリング事業所内 Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB02 AB03 AC01 BA04 CA00 CA07 DA19 DB16 3K065 AB02 AB03 AC01 BA04 GA32 4D004 AA46 CA27 CA29 CA32 CA43 CB31 CB43 DA03 DA07 DA20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフト炉内に廃棄物及び燃焼補助材料
   を供給して、それらの可燃物質に対する化学量論的空気
   量以下の雰囲気下で廃棄物を燃焼及びガス化し、残さを
   溶融スラグとして炉外に排出する廃棄物の溶融炉であっ
   て、 高温ガス発生手段を、溶融スラグ排出口を頂点にした±
   ９０度以内の範囲で、炉心と溶融スラグ排出口との間に
   向けて、燃焼補助材料層に高温ガスを吹き付けるように
   取り付けたことを特徴とする廃棄物の溶融炉。
2. 【請求項２】 前記燃焼補助材料層の上に堆積した廃棄
   物層に向けて空気を吹き込むような羽口を設けた請求項
   １記載の廃棄物の溶融炉。
3. 【請求項３】 炉底部近傍は平均値で０．３〜５ＫＰａ
   の正圧である請求項１又は２記載の廃棄物の溶融炉。
4. 【請求項４】 炉底部に設けた溶融スラグ排出口から溶
   融スラグを連続的に排出する請求項１乃至３のいずれか
   に記載の廃棄物の溶融炉。
5. 【請求項５】 燃焼補助材料がコークスで、高温ガス発
   生手段がプラズマトーチである請求項１乃至４のいずれ
   かに記載の廃棄物の溶融炉。