JP2001289419A - 塵芥の溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コークスベッドのみの塵芥の溶融炉では富酸
素空気を作りだすための別途の装置が必要となり設備費
が増大するという課題がある。またプラズマトーチのみ
の溶融炉では塵芥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、このため塵芥の燃焼熱をほ
とんど利用できないという課題がある。 【解決手段】 シャフト炉内に塵芥及びコークスを供給
して、それらの可燃物質に対する化学量論的空気量以下
の雰囲気下で塵芥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塵芥の溶融炉であって、炉底部
にコークス層が形成されて、該コークス層に向けて熱空
気を吹き込むようにプラズマトーチを設け、前記コーク
ス層の上に堆積した塵芥層に向けて空気を吹き込むよう
に羽口を設け、塵芥層に向けて吹き込む空気の量をコー
クス層に向けて吹き込む空気の量以上の量とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は塵芥を炉内で燃焼及
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塵芥の溶融炉
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より塵芥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に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。そこで塵
芥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、塵芥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】塵芥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を及び塵芥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、溶融スラグは間欠的に排出するものである。先
行技術−３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。又先
行技術−４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】しかし前記した各先行
技術の中の先行技術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、塵芥等
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、このため塵芥の燃焼熱をほとんど利用できな
いから、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。本発明は上記した課
題を解決して、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塵
芥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
塵芥及びコークスを供給して、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塵芥を燃焼及びガ
ス化し、残さを溶融スラグとして炉外に排出する塵芥の
溶融炉であって、炉底部にコークス層が形成されて、該
コークス層に向けて熱空気を吹き込むようにプラズマト
ーチを設け、前記コークス層の上に堆積した塵芥層に向
けて空気を吹き込むように羽口を設け、塵芥層に向けて
吹き込む空気の量をコークス層に向けて吹き込む空気の
量以上の量とすることを特徴とするものであり、更には
炉底部近傍は平均値で０．３〜５ＫＰａの正圧であるこ
とを特徴とするものであり、更に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ことを
特徴とするものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の塵芥の溶融炉はシャフト
炉の炉底部にコークス層を形成し、このコークス層をプ
ラズマトーチから吹き込む熱風で加熱し、且つコークス
層の一部を燃焼させて、この熱でコークス層の上に積層
している塵芥を化学量論的空気量以下の雰囲気下で燃焼
及びガス化して、それによって生じる残さである灰をコ
ークス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】本発明の溶融炉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１５００℃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、通常の空気でよい。

【０００８】本発明の溶融炉では、炉体内の塵芥をガス
化することと燃焼することとを組み合わせているから、
燃焼のための空気は必要である。この空気は羽口とプラ
ズマトーチから供給するのであるが、プラズマトーチか
らシュラウドエアー量を少なくすると熱空気の温度が高
くなり過ぎて炉壁等に損傷を及ぼし、シュラウドエアー
量を多くすると熱空気の温度が低下してコークス層自体
の温度が低下する。また羽口からの空気を少なくする
と、塵芥の乾燥性及燃焼が悪くなって、炉内の熱収支に
影響を与えることになる。このようなことから、本発明
の塵芥の溶融炉では良好な運転状態を維持するために羽
口からの空気量がプラズマトーチからの空気量に対して
等量以上の量となるようにしたものである。また本発明
の塵芥の溶融炉ではコークス層のある炉底部近傍は０．
３〜５ＫＰａの正圧になる。この炉底部近傍の圧が５Ｋ
Ｐａ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０．３Ｋ
Ｐａ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。

【０００９】次に本発明の塵芥の溶融炉の一実施の形態
を図面を参照して説明する。図１は本発明に係わる塵芥
の溶融炉のシステムを示す概略図であり、図２は本発明
の塵芥の溶融炉を示す断面図である。図１及び図２にお
いて２は炉体で、その炉底部近傍にプラズマトーチ１と
プラズマトーチ１の上方に第一の羽口３と第二の羽口４
が設けてある。本実施例ではプラズマトーチ１は炉体の
同一高さの円周上に２ヶ所に設け、プラズマトーチから
吹き出す熱風の方向は平面的には炉体の直径方向、立面
的には炉底部の底と垂直部の交点方向とした。第一の羽
口３及び第二の羽口４は同じく円周上６ヶ所とした。第
一の羽口３及び第二の羽口から吹き込む空気は後述する
二次燃焼炉空の高温ガスと熱交換器で熱交換して高温に
なったものを使用する。炉体２は外殻２０１の内側に耐
火材２０２を内貼りしたものである。また本実施の形態
では炉体２は炉本体２０と炉底体２１とを結合して、炉
底体２１を炉本体２０に吊り下げる構造とした。

【００１０】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には塵芥供給装置７とコークス供給
装置８が連接してある。そして塵芥供給装置７とコーク
ス供給装置８には図示はしないが二重のバタフライを設
けて外気の浸入を極力遮断するようにした。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が連接してあり、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。炉体２の炉底部２２には炉体２内と連通した溶融ス
ラグ排出口２３が設けてあり、それに連ねてスラグ樋１
５とスラグ冷却水槽１６とが設けてある。

【００１１】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２５
を形成し、そのうえでプラズマトーチ１を点火して約１
８００℃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１５０
０℃程度に昇温する。そこに塵芥供給装置７からプッシ
ヤー６で塵芥を炉体２内に供給すると共にコークス供給
装置８からコークスと石灰石の混合物をプッシャー６で
供給する。本実施例では塵芥に対するコークスの重量割
合は２％とした。塵芥とコークスを供給すると、コーク
ス層２５の上に塵芥とコークスが交互に略層状になった
塵芥層２６が形成される。本実施の形態では炉体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
クスや塵芥の可燃物質に対する化学量論的空気量以下に
し、酸素比は０．１〜０．６の範囲が望ましい。 酸素比＝（供給酸素量＋塵芥中の有機酸素量）／（Ｃ×
３２／１２＋Ｈ×１６／２） ここで、供給酸素量はプラズマトーチ及び羽口から供給
する酸素量（kg/h）、Ｃは該酸素および塵芥中の有機酸
素と結合する炉内の有機化合物を含む塵芥とコークス中
の炭素量の合計（kg/h）、Ｈは該酸素および塵芥中の有
機酸素と結合する炉内の有機化合物を含む塵芥とコーク
ス中の水素量の合計（kg/h）である。但し、塵芥中にハ
ロゲン元素を含む場合にはハロゲン元素は水素と結合す
るのでその分の水素量は除く。

【００１２】加熱したコークス層２５の上に堆積した塵
芥層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。そして塵芥の燃焼によって発生した
灰とガス化によって発生したチャーは約１５００℃に加
熱したコークス層２５からの熱風で溶融して溶融スラグ
となりコークス層２６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。前記したように
塵芥の供給とコークスの供給を３：１の回数割合で行な
うから塵芥とコークスは概略交互に層状をなすと考えら
れ、しかも量的な比率は２％程度であるが、塵芥の燃焼
はコークスに比してはるかに速やかであるから、上記し
た燃焼空気の大半は塵芥の燃焼に消費されてしまい、コ
ークスは燃焼し難く、よってコークスの消耗は少ない。
その結果塵芥層２６の上部は塵芥がリッチなゾーン２６
１となり、塵芥の燃焼およびガス化が進行する塵芥層２
６の中部では塵芥とコークスが混在したゾーン２６２と
なり、塵芥層２６の下部では殆どがコークスとなるゾー
ン２６３となる。その結果炉底部２２内の所定の高さま
ではコークス層２５が継続的に形成されており、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のレベルは維持されるものである。

【００１３】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、塵芥の燃焼による熱
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。

【００１４】（実施例）次に本発明の溶融炉を用いて塵
芥を溶融処理した実施例について説明する。本実施例に
使用した塵芥の性状を以下に示す。 塵芥種類 ：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％ 上記した性状の塵芥を以下に示す条件で溶融処理した。 塵芥供給量 ：１０００Ｋｇ／ｈ コークス供給量 ： ２０Ｋｇ／ｈ 総空気量 ：７００Ｎｍ³／ｈ（酸素比０．４） コークス層に向けて吹き込む空気量 ：３００Ｎｍ³／ｈ 上記した条件で実施したが、そのときのプラズマトーチ
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。

【００１５】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、塵芥層２６の
上部の空間では５００〜９００℃であった。塵芥は１回
／１分のバッチで供給されるため、供給された瞬間は塵
芥中の水分が蒸発するために熱が奪われて温度が低下す
るから、５００〜９００℃の間を上下するものである。
塵芥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た。溶融スラグの排出量は
平均的に１時間当たり約８０Ｋｇであった。コークス層
へ向けて吹き込む空気量は本実施例では３００Ｎｍ^３／
ｈとしたが、これを５００Ｎｍ^３／ｈとすると炉底部２
２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。即ち総空気量に対して、コークス層に向けて吹
き込む空気量が５０％を越えると溶融炉の安定的な運転
が維持できなくなった。

【００１６】この炉に塵芥及びコークスを供給して燃焼
及びガス化すると以下のような行程を経る。堆積した塵
芥層の上層部は供給されたばかりのものであるから、塵
芥中にコークスの量が少ない塵芥リッチ部である。そこ
から下層部になるにつれて塵芥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、コークスは塵芥に比し
て燃焼し難く、その量が減少しにくいから、塵芥中のコ
ークスの割合はだんだん大きくなる混在部となる。更に
その下層部になると、塵芥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（コ
ークス層）となる。コークス層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っ
てコークス層中を流下して炉底部に溜り、順次排出口が
炉外へ排出する。コークス層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
に溜まって入る間も熱風にまんべんなく曝されるから部
分的に凝固することもない。

【００１７】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１４．７ＫＰａとした
が、上記したコークス層２５及び塵芥層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
っており、炉底部２２から溶融スラグを押し出すには充
分な差圧として作用する。しかし溶融スラグの液面が下
がって炉内の熱風が吹き出したとしても、その勢いは弱
く危険を生ずるものではない。前記したような炉底部２
２近傍の炉内圧が低いことが溶融スラグの連続排出を可
能にしたものである。

【００１８】

【発明の効果】本発明の塵芥の溶融炉は上記構成とした
から、溶融スラグを連続的に排出することを可能とし、
且つ純酸素または酸素富化空気を燃焼用ガスとして使用
しなくとも外部から加える補助熱源が少なくてすむ塵芥
の溶融炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の塵芥の溶融炉に係わるシステムの概略
図である。

【図２】本発明の塵芥の溶融炉を示す断面図である。

【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 、塵芥供給装置、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
塵芥層

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ２３Ｊ 1/08 Ｆ２７Ｂ 1/21 ４Ｋ０６３ Ｆ２７Ｂ 1/16 Ｆ２７Ｄ 11/08 Ｅ 1/21 19/00 Ｄ Ｆ２７Ｄ 11/08 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ 19/00 ３０３Ｋ (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 AB02 AB03 AC01 AC03 AC19 AC20 BA07 CA07 CA08 CA14 DA12 DA17 DB16 DB20 NB02 NB23 3K065 AA16 AB02 AB03 AC01 AC03 AC19 AC20 DA03 DA04 DA09 GA03 GA07 GA12 GA22 GA34 4D004 AA46 CA27 CA28 CA29 CB04 CB31 CB43 DA02 DA03 DA07 DA20 4K045 AA01 BA10 CA02 DA05 GA17 GB03 GB10 GB12 GC01 GD08 4K056 AA05 BA01 BB01 BB08 CA20 DA02 DA22 DA32 DB05 DB12 FA01 4K063 AA04 AA13 BA13 CA01 CA02 CA06 FA56

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフト炉内に塵芥及びコークスを供給
   して、それらの可燃物質に対する化学量論的空気量以下
   の雰囲気下で塵芥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塵芥の溶融炉であって、 炉底部にコークス層が形成されて、該コークス層に向け
   て熱空気を吹き込むようにプラズマトーチを設け、 前記コークス層の上に堆積した塵芥層に向けて空気を吹
   き込むように羽口を設け、 塵芥層に向けて吹き込む空気の量をコークス層に向けて
   吹き込む空気の量以上の量とすることを特徴とする塵芥
   の溶融炉。
2. 【請求項２】 炉底部近傍は平均値で０．３〜５ＫＰａ
   の正圧であることを特徴とする請求項１記載の塵芥の溶
   融炉。
3. 【請求項３】 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ことを特徴とする請求項２
   に記載の塵芥の溶融炉。