JP2003021313A

JP2003021313A - 廃棄物ガス化溶融炉における廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP2003021313A
Application number: JP2001209110A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yamakawa; 裕一山川; Sunao Nakamura; 直中村; Masahiro Sudo; 雅弘須藤; Tsuneo Matsudaira; 恒夫松平; Tadashi Yokoyama; 唯史横山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】廃プラスチックをコークスの代替燃料とし活
用することができる廃棄物ガス化溶融炉における廃棄物
の処理方法を提供すること。【解決手段】炉底部にコークスを堆積して燃焼させる
ことにより高温燃焼帯３０を形成し、この高温燃焼帯３
０の上方から投入された廃棄物を熱分解させてガス化
し、その残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉における廃
棄物の処理方法において、粒径が１０ｍｍ〜５０ｍｍの
廃プラスチックを羽口７から高温燃焼帯３０へ吹き込
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物ガス化溶融炉
における廃棄物の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、廃棄物の焼却に伴って発生するダ
イオキシン類の排出防止や、資源リサイクルの必要性が
叫ばれるようになり、これらの問題に対処可能な技術の
一つとして、廃棄物をガス化・溶融する技術の開発が進
められている。この処理技術は、廃棄物をガス化するこ
とによって高温の燃焼ガスを発生させ、また有害金属を
溶融してスラグの中に閉じ込めると共に、燃焼時に発生
したダイオキシン類を分解することができると言う特徴
を有している。

【０００３】この技術には各種の方式があるが、その一
つとして、炉底部にコークスを堆積して燃焼させること
により高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼帯の上方から
投入された廃棄物を熱分解させてガス化し、その残渣を
溶融して排出する処理方式がある。この処理方式におい
ては、可燃性廃棄物のガス化・溶融処理が行われるだけ
でなく、焼却残渣の溶融処理、或いは可燃性廃棄物と焼
却残渣の混合処理も行われる。

【０００４】又、廃棄物処理においては、産業廃棄物や
一般廃棄物として発生する大量のプラスチックの処理が
処理設備上及び環境汚染上の問題として取り上げられて
おり、その処理方法が種々検討されている。

【０００５】このような状況にあって、特開平１０−１
４８３２１号公報には、上記のガス化・溶融方式の溶融
炉を使用して焼却灰を処理する際に、廃プラスチックを
燃料の一部として供給する技術が開示されている。この
技術においては、炉底部の高温燃焼帯に熱風を吹き込む
ための送風路に粉体状の廃プラスチックを供給し、熱風
と共に吹き込んでコークスと共に燃焼させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、コークスが堆積された高温燃焼帯へ吹き込
む廃プラスチックの性状やその吹き込み条件などに問題
があり、吹き込まれた廃プラスチックがコークスの代替
燃料として十分に活用されない。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解決し、廃プラ
スチックをコークスの代替燃料とし活用することができ
る廃棄物ガス化溶融炉における廃棄物の処理方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明に
より解決される。

【０００９】第１の発明は、炉底部にコークスを堆積し
て燃焼させることにより高温燃焼帯を形成し、この高温
燃焼帯の上方から投入された廃棄物を熱分解させてガス
化し、その残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉における
廃棄物の処理方法において、粒径が１０ｍｍ〜５０ｍｍ
の廃プラスチックを高温燃焼帯へ吹き込むことを特徴と
している。

【００１０】第２の発明は、第１の発明において、高温
燃焼帯における炉内ガスの空塔速度が２．０ｍ／ｓ以下
に維持されるように、高温燃焼帯への送風量を調節する
ことを特徴としている。

【００１１】第３の発明は、第１又は第２の発明におい
て、高温燃焼帯へ吹き込む熱風の温度が３５０℃以下で
あることを特徴としている。

【００１２】本発明者らは、高温燃焼帯に吹き込まれた
廃プラスチックがコークスの代替燃料として十分に活用
されないと言う問題を解明するために、種々の試験とそ
れに基づく検討を行った。その結果、廃プラスチックを
吹き込む際の条件によって、コークスの消費量が異なる
ことを見出した。特に、廃プラスチックの粒径による影
響が大きく、粉体状の廃プラスチックを吹き込んだ場合
には、コークス消費量の低減はごく僅かにとどまってし
まうことが分かった。この原因は、粒径が小さい廃プラ
スチックを高温燃焼帯へ吹き込むと、吹き込まれた粒子
の多くが吹き込み口近傍のコークスが燃焼する領域（以
下、レースウェイと言う）で燃焼しないで、そのまま還
元性雰囲気のコークス堆積層へ入ってしまうためである
ものと考えられる。

【００１３】従って、廃プラスチックを高温燃焼帯のレ
ースウェイで燃焼させるためには、廃プラスチックの燃
焼が開始されるまでの間、その粒子をレースウェイに滞
留させることが必要となる。そして、その必要滞留時間
を確保するためには、吹き込む廃プラスチックをかなり
大きな粒径のものにしなければならない。本発明者らの
試験結果によれば、高温燃焼帯へ吹き込む廃プラスチッ
クは粒径が１０ｍｍ〜５０ｍｍのものであることを要す
る。粒径が１０ｍｍ未満のものであると、吹き込まれた
廃プラスチックの多くがレースウェイで燃焼することな
く、未燃焼のまま上方へ飛散し、その後、上部から投入
された廃棄物と一緒に燃焼してしまうので、コークスの
代替燃料にはならない。又、廃プラスチックが５０ｍｍ
を超える粒径のものであると、吹き込む際の気流輸送に
支障を来すようになる。なお、高温燃焼帯へ吹き込む廃
プラスチックの形状は、球状、円柱状、或いは破砕され
たままの形状など、何れであってもよい。

【００１４】又、高温燃焼帯へ廃プラスチックの吹き込
みを行う場合には、高温燃焼帯における炉内ガスの上昇
速度がある限度以下になるように、吹き込む熱風量を制
限する必要がある。これは、廃プラスチックの燃焼時に
はコークスの燃焼時よりも多量の燃焼ガスが発生し、高
温燃焼帯においては、廃プラスチック粒子が燃焼した箇
所から局部的に多量のガスが発生するので、このガス量
の増加によって、炉内ガスが高温燃焼帯のコークス堆積
層の一部を吹き抜けてしまうのを防止するためである。
高温燃焼帯における炉内ガスの上昇速度が限度以上にな
ると、炉内ガスと被溶融物との熱交換の度合いが悪化し
たり、また溶融物が吹き上げられて炉底へ滴下されなく
なったりして溶融物が排出されなくなり、炉況が悪化す
る。

【００１５】本発明者らの試験結果によれぱ、高温燃焼
帯における炉内ガスの上昇速度が空塔換算で２．０ｍ／
ｓ以下程度になるように、高温燃焼帯へ吹き込む熱風量
を調節することが望ましい。

【００１６】又、高温燃焼帯へ廃プラスチックを吹き込
む際に、吹き込む熱風の温度を高くし過ぎると、廃プラ
スチックの溶融や熱分解が起こってタール状の物質が生
成し、このタール状の物質が吹き込み管路の内壁に付着
する。そして、タール状の物質の付着量が次第に増加し
て管路が狭小化したり、ついには閉塞してしまい、燃焼
空気の送風や廃プラスチックの吹き込み操作に支障が生
ずる。吹き込み中における廃プラスチックの溶融や熱分
解を防ぐためには、吹き込む熱風の温度をタール生成温
度である３５０℃以下程度にする必要がある。なお、タ
ールの生成が最も多い温度領域は４００〜４５０℃であ
る。

【００１７】

【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。１は竪型で円筒形状に形成された
廃棄物溶融炉、２は廃棄物投入装置である。廃棄物投入
装置２は都市ごみや産業廃棄物或いは廃棄物焼却残渣な
どの廃棄物及びコークスや石灰石などのスラグ成分調整
材を投入するための装置である。溶融炉１は投入された
廃棄物がその下部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３になっている。４は炉頂部の中心に設けられた廃
棄物の装入口、５は燃焼ガスの排出口、６は溶融スラグ
の排出口である。３０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、３１は高温燃焼帯３
０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３０上に落下し、溶融され
る。

【００１８】溶融炉下部の高温燃焼帯３０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７が設けられており、流動化
層３１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８が設けられている。
又、流動化層３１上方のフリーボード部には高温燃焼帯
３０及び流動化層３１で生成した可燃性ガスを燃焼させ
る空気を吹き込むための三段羽口９が設けられている。
主羽口７、副羽口８、三段羽口９はそれぞれ複数本が設
けられており、これらの羽口から吹き込む空気又は富化
空気はそれぞれヘッダー１０，１１，１２から分配され
る。

【００１９】２０は高温燃焼帯３０へ吹き込む廃プラス
チックを主羽口８内へ投入するための廃プラスチック供
給装置である。廃プラスチック供給装置２０は図２に示
す構成になっている。２１は廃プラスチックの定量切出
し機、２２は廃プラスチック投入シュート、２３は定量
的に落下してくる廃プラスチックを複数の主羽口８へ分
配するための分配器、２４はダブルダンパーである。図
中、８は主羽口、１は廃棄物溶融炉、３０は高温燃焼
帯、３２はレースウェイを示す。

【００２０】上記構成の溶融炉による廃棄物の溶融処理
は次のように行なわれる。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、石灰石などが
それぞれ計量され、廃棄物投入装置２から溶融炉１内へ
投入される。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７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。この際、廃プラスチック投
入装置２０から主羽口７内へ廃プラスチックが投入さ
れ、熱風と共に溶融炉内へ吹き込まれる。吹き込まれた
廃プラスチックは、レースウェイ３２において、炉内に
堆積されているコークスと共に燃焼し、高温燃焼帯３０
が形成される。

【００２１】又、炉頂部から投入された廃棄物は高温燃
焼帯３０の上方で流動しながら滞留して流動化層３１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。熱分解残渣は高温燃焼帯
３０上に落下し、順次溶融して流下し、炉底部の排出口
６から抜き出される。一方、流動化層３１で発生した可
燃性ガスは、フリーボード部３において、三段羽口９か
ら空気が吹込まれて燃焼し８５０℃〜１０００℃の高温
ガスとなって燃焼ガス排出口５から排出する。燃焼ガス
は二次燃焼炉４０でさらに燃焼した後、ボイラーなどの
熱回収装置４１へ送られて熱回収される。そして、燃焼
排ガスは排ガス浄化装置４２へ送られ、集塵、酸性ガス
除去、脱硝などの処理が施された後、大気放散される。

【００２２】上記高温燃焼帯３０への熱風の吹き込みに
際し、高温燃焼帯３０における炉内ガスの上昇速度が空
塔換算で２．０ｍ／ｓ以下程度になるように、熱風の吹
き込み量を調節する。高温燃焼帯３０における炉内ガス
の空塔速度を２．０ｍ／ｓ以下程度にすれば、炉内ガス
が高温燃焼帯のコークス堆積層を吹き抜ける現象や溶融
物の滴下不良が起こらなくなる。この結果、炉内ガスと
投入物との熱交換が十分に行われ、高温燃焼帯上の熱分
解残渣が局部的に溶融されなくなったり、溶融物が溶融
帯に滞留して排出不良になるような問題が発生しなくな
る。上記高温燃焼帯３０への熱風の吹き込みにおいて、
タール生成を防止するため、熱風温度は３５０℃以下に
設定する。

【００２３】なお、上記のように構成された廃棄物溶融
炉においては、使用できる廃プラスチックがその種類に
よって限定されることはない。例えば、塩化ビニールは
塩素を含むプラスチックであって、その燃焼によって塩
化水素が生成したり、ダイオキシン類生成の出発物質に
なったりするため、燃焼による処理においては、問題点
の一つに挙げられ、現在、その処理方法が鋭意検討され
ている状況にある。

【００２４】しかし、本発明によれば、廃プラスチック
が吹き込まれた高温溶融帯３０においては、コークスと
共に投入された石灰石が存在しているので、塩化ビニー
ルが投入されても、発生した塩化水素の相当部分は石灰
石と反応して捕捉され、固定される。そして、残余の塩
化水素が溶融炉外へ排出されても、大気放出に際して
は、排ガス浄化装置により塩化水素除去処理が行われ、
除去される。

【００２５】又、吹き込まれた塩化ビニールが燃焼した
後、流動化層３１でダイオキシン類が発生しても、フリ
ーボード部３においては、ダイオキシン類が分解される
８５０℃以上の温度に２秒間以上維持され、２次燃焼炉
４０ではさらに高温の状態になるので、ダイオキシン類
の排出に対する懸念は解消される。

【００２６】

【実施例】（実施例）図１と同様の構成による廃棄物溶
融炉の試験装置を使用し、都市ごみをガス化・溶融する
操業を行った。この操業においては、酸素富化空気（酸
素濃度が３０〜４０％程度）の熱風と共に、廃プラスチ
ック（ポリエチレンとポリスチレンが各５０％の混合
物）を高温燃焼帯へ吹き込んだ。上記以外の条件は次の
ごとくにした。

【００２７】廃棄物と副資材の投入量都市ごみ１０００ｋｇ／ｈコークス３０ｋｇ／ｈ石灰石４５ｋｇ／ｈ廃プラスチック２７ｋｇ／ｈ廃プラスチックの粒径２０ｍｍ熱風吹き込み量４００N ｍ3 ／ｈ
（高温燃焼帯における空塔速度１．２ｍ／ｓ）熱風温度２００℃ 上記の操業におけるコークスの消費量は都市ごみ１ｔ当
たり３０kgであった。このコークス消費量は廃プラスチ
ックを投入しなかった場合に平均５０kg程度であったの
に対し、６０％に低減された。また、廃プラスチックは
コークスより炭素成分量が少なく、燃焼率も９０％程度
であるため、廃プラスチックの吹き込み量は目標とする
コークスの代替量（コークス節減目標量）よりも多くす
る必要がある。なお、この試験においては、廃プラスチ
ック２７ｋｇを吹き込み、コークス消費量が２０ｋｇ低
減された。

【００２８】（比較例）高温燃焼帯へ吹き込む廃プラス
チックの粒径が８ｍｍであったこと以外については実施
例を同じにして都市ごみをガス化・溶融する操業を行っ
た。この操業におけるコークスの消費量は都市ごみ１ｔ
当たり４５kgで、廃プラスチックを投入しなかった場合
に対し僅かに減少した程度であった。

【００２９】上記実施例及び比較例の結果から明らかな
ように、特に、粒径が所定の範囲に調整された廃プラス
チックを高温燃焼帯へ吹き込めば、廃プラスチックが燃
料として活用され、その分だけコークスの消費量が低減
されることが確認された。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、高温燃焼帯への廃プラ
スチックの吹き込みに際し、吹き込まれた廃プラスチッ
クが高温燃焼帯のレースウェイ内にとどまって燃焼する
ように、１０ｍｍ〜５０ｍｍの粒径の廃プラスチックを
吹き込むので、廃プラスチックがコークスの代替燃料と
して活用され、コークス消費量が低減される。

【００３１】又、高温燃焼帯における炉内ガスの空塔速
度が２．０ｍ／ｓ以下に維持されるように、高温燃焼帯
への送風量を調節するので、高温燃焼帯のコークス層に
おける熱風の吹き抜けが起こらなくなり、安定した操業
を継続することができる。

【００３２】高温燃焼帯へ廃プラスチックを吹き込む熱
風の温度を３５０℃以下にするので、吹き込み経路にお
ける廃プラスチックからのタール生成が起こらなくな
り、吹き込み管路の狭小化が防止される。

【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】廃プラスチック供給装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１廃棄物溶融炉２廃棄物投入装置３フリーボード部４廃棄物の装入口５燃焼ガスの排出口６溶融スラグの排出口７主羽口８副羽口９三段羽口１０，１１，１２ヘッダー２０廃プラスチック供給装置２１廃プラスチックの定量切出し機２２廃棄物投入シュート２３分配器２４ダブルダンパー３０高温燃焼帯３１流動化層３２レースウェイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須藤雅弘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 (72)発明者横山唯史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 AC13 BA05 BA07 BA08 DA02 DB01 DB16 DB18 FA02 FA25 FA27 3K065 AA16 AB03 AC01 AC13 BA05 BA07 BA08 EA06 EA12 EA16 EA22 EA43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉底部にコークスを堆積して燃焼させる
ことにより高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼帯の上方
から投入された廃棄物を熱分解させてガス化し、その残
渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉における廃棄物の処理
方法において、粒径が１０ｍｍ〜５０ｍｍの廃プラスチ
ックを高温燃焼帯へ吹き込むことを特徴とする廃棄物ガ
ス化溶融炉における廃棄物の処理方法。
【請求項２】高温燃焼帯における炉内ガスの空塔速度
が２．０ｍ／ｓ以下に維持されるように、高温燃焼帯へ
の送風量を調節することを特徴とする請求項１に記載の
廃棄物ガス化溶融炉における廃棄物の処理方法。
【請求項３】高温燃焼帯へ吹き込む熱風の温度が３５
０℃以下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炉における廃棄物の処理方
法。