JP2002267129A

JP2002267129A - 廃棄物ガス化溶融処理方法

Info

Publication number: JP2002267129A
Application number: JP2001071805A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sudo; 雅弘須藤; Sunao Nakamura; 直中村; Masahiro Matsuura; 正博松浦; Yuichi Yamakawa; 裕一山川; Tsuneo Matsudaira; 恒夫松平
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】飛灰を不溶化処理するために添加する薬剤の
量が大幅に低減される廃棄物ガス化溶融処理方法を提供
すること。【解決手段】廃棄物を熱分解してガス化し、その残渣
を溶融して排出する廃棄物ガス化溶融処理方法におい
て、廃棄物ガス化溶融炉１０に、廃棄物と、コークス
と、硫酸塩を含む物質又は硫酸塩を含む物質と石灰石を
装入し、これらの装入物が堆積されている炉内下部１２
に酸素含有ガスを吹き込んで廃棄物をガス化溶融処理す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物のガス化溶融
処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ごみやシュレッダーダストな
どの廃棄物を熱分解してガス化した後、燃焼させて高温
のガスを発生させ、その残渣を溶融しスラグにして排出
する廃棄物ガス化溶融処理技術の開発が進められてい
る。この技術は上記の特徴を有すると共に廃棄物の減容
化と残渣に含まれている重金属の不溶化が同時に達成さ
れる技術として注目されている。廃棄物をガス化溶融処
理する技術には幾つかの方法があるが、その一つとし
て、炉底部に堆積させたコークスを燃焼させて高温燃焼
帯を形成させ、この高温燃焼帯の上へ廃棄物を投入して
熱分解させてガス化し、熱分解残渣を溶融してスラグ化
する方法がある。

【０００３】図３は上記従来の廃棄物ガス化溶融処理方
法を示す図である。この方法においては、竪型の廃棄物
ガス化溶融炉５０にコークスを装入して炉底部に堆積さ
せ、酸素含有ガスを吹き込んでコークスを燃焼させるこ
とにより高温燃焼帯を形成させておき、この高温燃焼帯
の上へ廃棄物とコークスと石灰石を装入し、廃棄物を熱
分解させてガス化する。熱分解残渣は溶融してスラグに
なり、炉下部から排出される。熱分解ガスは二次燃焼炉
で燃焼後、ボイラなどの熱回収装置５１へ導入されて熱
回収される。次いで、熱回収された排ガスに塩化水素な
どの酸性ガスを除去するための消石灰粉が吹き込まれ、
この排ガスは集塵機５２へ導入されて除塵処理された
後、大気放散される。

【０００４】集塵機５２で捕集されたダスト（飛灰）に
は有害な重金属が含まれているので、その埋め立て処分
に際しては、法令により定められた方法によって飛灰中
の重金属を水に不溶性の形態にする（以下、不溶化と記
す）処理が行われる。この飛灰の不溶化処理において
は、多くの場合、処理操作が簡単な薬剤混練法が採用さ
れている。

【０００５】薬剤混練法による場合、飛灰を不溶化処理
装置５３へ装入し、液体キレート剤などの薬剤を加えて
混練し、重金属を不溶性の化合物にする処理が行われ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、液体キレート
剤などの薬剤を使用する飛灰の不溶化処理においては、
非常に高価な薬剤を使用しなければならないので、飛灰
の処理コストが非常に高くなる。

【０００７】本発明は、上記の問題を解決し、飛灰を不
溶化処理するために添加する薬剤の量を大幅に低減する
廃棄物ガス化溶融処理方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、廃棄物を熱分解してガ
ス化し、その残渣を溶融して排出する廃棄物ガス化溶融
処理方法において、廃棄物ガス化溶融炉に、廃棄物と、
コークスと、硫酸塩を含む物質又は硫酸塩を含む物質と
石灰石を装入し、これらの装入物が堆積されている炉内
下部に酸素含有ガスを吹き込んで廃棄物をガス化溶融処
理することを特徴としている。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、炉底部に堆積させたコークスに酸素含
有ガスを吹き込んで燃焼させることにより高温燃焼帯を
形成し、この高温燃焼帯へ硫酸塩を含む物質の少なくと
も一部を吹き込んで装入することを特徴としている。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、硫酸塩を含む物質が硫酸
カルシウムを含む物質又は硫酸マグネシウムを含む物質
であることを特徴としている。

【００１１】本発明においては、飛灰が廃棄物ガス化溶
融炉から飛散する以前に、飛灰中に含まれる重金属を水
に不溶性の化合物にすることを図っている。炉内におけ
る重金属の不溶化は、酸素含有ガスを吹き込んで還元雰
囲気に維持された炉内に廃棄物を装入してガス化溶融処
理を行いながら、硫酸塩を含む物質を装入することによ
ってなされる。この重金属が不溶化される過程の反応は
次のような反応が進行するものと考えられる。

【００１２】還元雰囲気に維持された炉内に、硫酸塩を
含む物質として、例えば、硫酸カルシウムを含む物質を
装入すると、次のような反応が起こって亜硫酸ガス（Ｓ
Ｏ₂）が生成する。或いはさらに反応が進行して硫化水
素（Ｈ₂ Ｓ）や硫黄（Ｓ）が生成する。そして、この亜
硫酸ガスや硫化水素や硫黄、廃棄物のガス化残渣中の重
金属化合物、炭素又は一酸化炭素の三者の反応によっ
て、水に対する溶解度が非常に小さい重金属の硫化物が
生成するものと考えられる。

【００１３】上記の反応が進行すると、残渣に含まれる
重金属の大部分が硫化物となり不溶化される。このた
め、廃棄物ガス化溶融炉から飛散する飛灰中の重金属類
も不溶化された状態になる。

【００１４】ＣａＳＯ₄ ＋Ｃ → ＣａＯ＋ＳＯ₂ ＋ＣＯ₂ Ｐｂ＋ＳＯ₂＋Ｃ → ＰｂＳ＋ＣＯ₂ 又、廃棄物ガス化溶融炉が竪型炉であって、炉底部にコ
ークスを堆積させて高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼
帯（高温のコークス層）の上へ廃棄物を投入して熱分解
させる炉である場合に、硫酸塩を含む物質を高温燃焼帯
へ吹き込むと、上記の不溶化反応が効率よく進行する。

【００１５】硫酸塩を含む物質を高温燃焼帯へ吹き込む
と、炉の下部で硫酸塩を含む物質が分解して亜硫酸ガ
ス、或いはさらに硫化水素や硫黄の蒸気が生成し、これ
らのガスが還元性ガスと一緒に炉内を上昇する。一方、
高温燃焼帯の上へ投入された廃棄物は熱分解されて、そ
の残渣が順次降下し、その残渣中の重金属化合物が上昇
してくるガスと反応して硫化物となり、飛灰中の重金属
類が不溶化される。

【００１６】上記の硫酸塩を含む物質としては、硫酸カ
ルシウムか硫酸マグネシウムの何れかを含む物質を使用
するのがよい。このうち、硫酸カルシウムを含む物質と
しては、廃建材の一種である廃石膏ボード、石膏ボード
屑、廃石膏などの石膏類を使用することができる。この
ような石膏類の廃棄物を装入すると、重金属化合物の不
溶化処理と廃棄物処理を同時に行うことができる。又、
低コストで大量供給できるものとしては、排煙脱硫石膏
が挙げられる。

【００１７】廃棄物及びコークスと共に装入する石灰石
は生成する溶融スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ の
比）を調整して適度の流動性を付与するための成分調整
材として装入される。硫酸カルシウムや硫酸マグネシウ
ムを装入することにより、二つの効果が得られる。第一
の効果はガス化溶融炉から飛散する飛灰中の重金属化合
物を不溶化させることであり、第二の効果は生成する溶
融スラグの塩基度を調整することである。硫酸カルシウ
ムや硫酸マグネシウムを装入すると、前述のように、分
解してＣａＯやＭｇＯが生成するので、このＣａＯやＭ
ｇＯにより塩基度が調整される。なお、硫酸マグネシウ
ムを装入した場合に生成するＭｇＯもＣａＯと同様に溶
融スラグに流動性を付与する役割をなす。

【００１８】上記したように、硫酸カルシウムや硫酸マ
グネシウムを装入することにより、溶融スラグの塩基度
を調整し、流動性を付与することができるので、装入す
る石灰石量を低減することができる。

【００１９】重金属を不溶化させるため装入する硫酸塩
を含む物質の量は、廃棄物の組成によって異なるが、例
えば、都市ごみのガス化溶融処理においては、硫酸塩が
石膏である場合、通常操業における石灰石装入量に対
し、重量比で約１０％程度を装入すればよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
一例の説明図である。１０は廃棄物ガス化溶融炉であ
り、竪型で円筒形状に形成され、上部が拡径された形状
になっている。１１は廃棄物装入装置であり、都市ごみ
や産業廃棄物或いは廃棄物焼却残渣などの廃棄物と共
に、コークス、石灰石、及び硫酸カルシウムを含む物質
の一種である石膏を投入するための装置である。

【００２１】溶融炉１０は、炉底部にコークスを堆積さ
せ、このコークスの層に酸素含有ガスを吹き込んで燃焼
させることにより高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼帯
の上へ廃棄物を投入して熱分解させるようになってい
る。このため、溶融炉１０は投入された廃棄物が炉内下
部１２に形成される高温燃焼帯で溶融される構造になっ
ており、上部の拡径された部分はフリーボード部１３に
なっている。１４は炉頂部の中心に設けられた廃棄物の
装入口、１５はガス排出口、１６は溶融スラグの排出口
である。６０は堆積されたコークスを燃焼させることに
より高温状態に維持され、廃棄物の熱分解残渣を溶融す
る高温燃焼帯である。又、６１は高温燃焼帯６０の上に
形成された廃棄物の流動化層である。投入された廃棄物
はこの流動化層で滞留している間に熱分解され、その残
渣は高温燃焼帯６０で溶融される。

【００２２】溶融炉下部の高温燃焼帯６０が形成される
位置にはコークスを燃焼させる空気又は酸素富化された
空気を吹込むための主羽口１７が設けられており、流動
化層６１が形成される位置には投入された廃棄物を流動
化させる空気を吹込むための副羽口１８が設けられてい
る。又、流動化層上方のフリーボード部１３には高温燃
焼帯６０及び流動化層６１で生成した可燃性ガスを部分
燃焼させる空気を吹き込むための三段羽口１９が設けら
れている。主羽口１７、副羽口１８、三段羽口１９はそ
れぞれ複数本が設けられている。

【００２３】４０はガス溶融化炉１０から排出された可
燃性ガスを燃焼させる二次燃焼炉、４１は熱回収装置で
あるボイラである。４２はボイラで熱回収された排ガス
を排ガスの浄化処理に適する温度まで冷却するための減
温塔、４３は排ガス中の塩化水素などの酸性ガスを除去
するための石灰吹き込み装置、４４はバグフィルタであ
る。４５は送風機、４６は煙突である。そして、４７は
バグフィルタ４４で捕集された飛灰中の重金属を不溶化
するための装置の混練機である。

【００２４】上記構成の廃棄物ガス化溶融炉における廃
棄物のガス化溶融処理は次のように行なわれる。この実
施の形態においては、硫酸カルシウム又は硫酸マグネシ
ウムを含む物質として、廃建材の一種である廃石膏ボー
ドなどの破砕品を使用する。

【００２５】都市ごみや産業廃棄物或いは廃棄物焼却残
渣などの廃棄物、コークス、石灰石、及び石膏がそれぞ
れ計量され、廃棄物投入装置１１からガス化溶融炉１０
内へ投入される。ガス化溶融炉１０へ投入されたものの
うち、コークスは炉底部に堆積し、ここに主羽口１７か
ら空気又は酸素富化された空気の熱風が吹き込まれる。
この空気又は酸素富化空気の吹き込みによって、炉内に
堆積されているコークスが燃焼し、高温燃焼帯６０が形
成される。この際、主羽口１７から吹き込まれる空気又
は酸素富化空気の量は、装入物が堆積された炉内下部１
２が還元性雰囲気に維持される範囲にとどめられる。

【００２６】炉頂部から投入された廃棄物は高温燃焼帯
６０の上方で、副羽口１８から吹き込まれる空気によっ
て流動しながら滞留して流動化層６１を形成する。廃棄
物は流動化している間に予熱され、熱分解して可燃性ガ
スを発生する。

【００２７】石膏はコークスの堆積層である高温燃焼帯
６０の上部で、ＳＯ₂ 、ＳなどのガスとＣａＯに分解さ
れる。あるいは、Ｈ₂ Ｏ、Ｈ₂ などと反応し、Ｈ₂ Ｓを
生成する。又、石灰石は熱分解し、残渣がＣａＯとして
残る。

【００２８】上記の熱分解によって生成したＳＯ₂ など
のガスは廃棄物の熱分解残渣に含まれる重金属類と反応
し、硫化物を生成する。これにより、飛灰中の重金属類
は硫化物となっているので、不溶化される。

【００２９】廃棄物の熱分解残渣は上記の熱分解によっ
て生成したＣａＯとともに高温燃焼帯６０で溶融され、
炉底部の排出口１６から抜き出される。一方、流動化層
６１で発生した可燃性ガスは、フリーボード部１３にお
いて、三段羽口１９から空気が吹込まれて部分燃焼し、
ガス排出口１５から排出する。

【００３０】廃棄物ガス化溶融炉から排出されたガス
は、二次燃焼炉４０でさらに燃焼された後、ボイラ４１
へ送られて熱回収される。次いで、熱回収された排ガス
に塩化水素などの酸性ガスを除去するために消石灰粉が
吹き込まれ、この排ガスは集塵機４４へ導入されて除塵
された後、大気放散される。

【００３１】集塵機４４で捕集された飛灰中の重金属類
は殆どが不溶化されているが、ごく一部の重金属類が不
溶化されていない場合には、重金属類をさらに不溶化し
て溶出量を低減するために、排出された飛灰に少量の液
体キレート剤を加えて混練し、重金属類をさらに不溶化
する処理を行う。

【００３２】図２は本発明の実施の形態に係る他の例の
説明図である。図２において、二次燃焼炉以降の構成が
図１と同じであるので、二次燃焼炉以降の記載は省略さ
れている。又、図１と同じ構成に係る部分については、
同一の符号を付し説明を省略する。

【００３３】この実施の形態においては、石膏の粉末を
一時貯留する石膏貯槽２０が設けられている。石膏貯槽
２０から抜き出された石膏粉末が酸素富化空気によって
気流輸送され、廃棄物ガス化溶融炉内の高温燃焼帯６０
へ吹き込まれるようになっている。２１は定量切出し
機、２２は主羽口１７に接続された酸素富化空気配管で
ある。

【００３４】上記構成のガス化溶融炉においては、高温
燃焼帯６０へ吹き込まれた石膏が速やかに熱分解してＳ
Ｏ₂ などのガスになり、コークスの燃焼によって生成し
た還元性ガスと一緒に炉内を上昇する。そして、これら
のガスが熱分解されて降下してくる廃棄物の熱分解残渣
と向流で接触し、両者の間の反応が進行する。このた
め、熱分解残渣中の重金属類とＳＯ₂ などのガスが効率
よく反応し、硫化物となり、飛灰中の重金属類が不溶化
される。

【００３５】図１及び図２に示す実施の形態において、
硫酸塩を含む物質を装入することにより、生成したＳＯ
₂ などのガスが熱分解残渣中の重金属類と反応し、硫化
物とするので、飛灰中の重金属類を不溶化することがで
きる。又、硫酸塩を含む物質として石膏を使用するが、
石膏を使用することにより、飛灰中の重金属類の不溶化
処理が行われる効果のほかに、次のような効果がもたら
される。

【００３６】石膏源として、廃建材の一種である廃石膏
ボードや石膏ボード屑などの廃棄物を使用することがで
きるので、飛灰の不溶化処理と共に廃棄物の処理が行わ
れる。さらに、排煙脱硫石膏や廃石膏などを使用するこ
とができるので、その有効利用が図れる。

【００３７】又、石膏などの硫酸塩を含む物質を装入す
ると、その分解生成物のカルシアやマグネシアが塩基度
調整材としての役割をなすので、従来から使用されてい
た石灰石の一部又は全部を石膏などの硫酸塩を含む物質
に置き換えることができる。このため、石灰石の購入費
が節減される。又、石灰石の装入量が減少するので、そ
の熱分解による炭酸ガスの発生量を減少する。

【００３８】

【実施例】次に、本発明の実施例として、硫酸塩を含む
物質として石膏をガス化溶融炉に装入する試験を実施し
た結果を、石膏を装入しない通常操業時の結果と比較し
ながら説明する。

【００３９】基本的な構成が図１と同じ廃棄物ガス化溶
融設備を使用して、都市ごみのガス化溶融処理をする試
験を実施した。各装入物は、都市ごみ８００ｋｇ／ｈ、
コークス６４ｋｇ／ｈ、石灰石３６ｋｇ／ｈ、廃石膏ボ
ード５ｋｇ／ｈの割合で装入した。廃石膏ボードは、通
常操業における石灰石の装入量に対し、ＣａＯ換算で約
１／１０量を装入した。

【００４０】そして、この操業中に集塵機で捕集された
飛灰を採取し、その成分分析を行った。この分析結果を
通常操業時の値（従来例）とともに表１に示す。この表
によれば、従来からその溶出が特に問題になっている鉛
が多量に含まれている。

【００４１】次いで、この飛灰について、環境庁告示１
３号の方法により溶出試験を行った。この結果を、通常
操業時の値（従来例）とともに表２に示す。実施例と従
来例の鉛の溶出量には著しい差が生じた。従来例の鉛の
溶出量が９５ｍｇ／ｌで、基準値を大幅に上回っている
のに対し、実施例の鉛の溶出量は基準値以下であり、鉛
の大部分が不溶化されていることが確認された。

【００４２】これに対して、従来例においては、飛灰量
に対し５％の液体キレート剤を添加し混練することによ
って、はじめて鉛の溶出量が基準値を下回るようにな
る。

【００４３】上記のように、本発明の方法によれば、飛
灰中の鉛の溶出を大幅に低減することができる。

【００４４】なお、実施例においては、液体キレート剤
を添加することなく、飛灰中の鉛の大部分が不溶化さ
れ、その溶出量が基準値以下になったが、重金属類の溶
出量をさらに低減しようとする場合には、液体キレート
剤を添加する不溶化処理を併用することが望ましい。た
だし、その際の液体キレート剤の添加量は、飛灰に対し
て多くても１％でよい。

【００４５】このため、たとえ、液体キレート剤を添加
する不溶化処理を併用したとしても、液体キレート剤の
添加量は従来例の１／５以下でよく、飛灰の不溶化処理
コストが大幅に低減される。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、廃棄物ガス化溶融炉
に、廃棄物及びコークスと共に硫酸塩を含む物質又は硫
酸塩を含む物質と石灰石を装入し、これらの装入物が堆
積されている炉内下部に、炉内下部が還元雰囲気に維持
される量の酸素含有ガスを吹き込んで廃棄物をガス化溶
融処理することにより、廃棄物が熱分解された残渣中の
重金属の大部分が水に不溶性の硫化物の形態になるの
で、飛灰中の重金属類を不溶化できる。そのため、飛灰
の埋め立て処分に際して不溶化処理が不要になる。又、
薬剤混練法を併用する場合でも、薬剤の添加量はごく少
量でよく、液体キレート剤などの高価な薬剤の使用量を
大幅に減少させることができる。このため、飛灰の不溶
化処理コストが大幅に低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る一例の説明図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態に係る他の例の説明図であ
る。

【図３】従来の廃棄物ガス化溶融処理方法を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０廃棄物ガス化溶融炉１１廃棄物装入装置１２炉内下部１４廃棄物の装入口１５ガス排出口１６溶融スラグの排出口１７主羽口１８副羽口２０石膏貯槽２１定量切出し機２２酸素富化空気配管４４バグフィルタ４７重金属を不溶化するための装置の混練機６０高温燃焼帯６１廃棄物の流動化層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松浦正博東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者山川裕一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者松平恒夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB03 AC01 BA05 BA10 DA03 DA17 DA18 DB06 3K065 AA16 AB03 AC01 BA05 BA10 CA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物を熱分解してガス化し、その残渣
を溶融して排出する廃棄物ガス化溶融処理方法におい
て、廃棄物ガス化溶融炉に、廃棄物と、コークスと、硫
酸塩を含む物質又は硫酸塩を含む物質と石灰石を装入
し、これらの装入物が堆積されている炉内下部に酸素含
有ガスを吹き込んで廃棄物をガス化溶融処理することを
特徴とする廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項２】炉底部に堆積させたコークスに酸素含有
ガスを吹き込んで燃焼させることにより高温燃焼帯を形
成し、該高温燃焼帯へ硫酸塩を含む物質の少なくとも一
部を吹き込んで装入することを特徴とする請求項１に記
載の廃棄物ガス化溶融処理方法。
【請求項３】硫酸塩を含む物質が硫酸カルシウムを含
む物質又は硫酸マグネシウムを含む物質であることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物ガス化溶
融処理方法。