JP2003222313A - 都市ごみガス化・溶融システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的小型の灰溶融炉で大量の都市ごみの処
理が可能な都市ごみガス化・溶融システム及び方法を提
供する。 【解決手段】 都市ごみを熱分解してガス化する循環型
流動層式のガス化炉１と、その焼却残渣をこの熱分解ガ
スの燃焼熱を利用して溶融する灰溶融炉３と、を備える
都市ごみガス化・溶融システムにおいて、ガス化炉１で
生成された熱分解ガスの一部のみを排出口１９ａから分
岐して灰溶融炉３に導く供給ライン１６、サイクロン２
ａ、供給ライン１７からなるガス供給系を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス化炉と灰溶融
炉を組み合わせて都市ごみを高温焼却し、残渣を溶融し
て処理する都市ごみガス化・溶融システム及び方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】次世代型の都市ごみ処理施設として、ガ
ス化・溶融システムの開発が進められている。このガス
化・溶融システムでは、まず５００℃程度の低空燃比雰
囲気下でごみを蒸し焼きにして熱分解することにより、
ガスを生成する。次に、熱分解後の残渣を、熱分解ガス
を燃料として約１３００℃で加熱して溶融することによ
り、ガラス状のスラグに加工して処理するものである。

【０００３】このシステムによれば、これまでの焼却処
理と異なり、ごみが高温雰囲気中で分解処理されるので
ダイオキシン等の有害物質や悪臭の発生が抑えられる、
エネルギー回収率が高い、スラグからの資源再生が容
易、等の利点がある。

【０００４】こうした従来のガス化・溶融システムの構
成を図４に示す。このシステムは、流動層式のガス化炉
１とロータリーキルン式の灰溶融炉３を備えたものであ
る。

【０００５】都市ごみは、供給ホッパー１０によりガス
化炉１内に投入される。このガス化炉１には、空気供給
系９を介して、燃焼用及びごみ流動用の空気を導入し
て、都市ごみを焼却する。このときに、空燃比λを１未
満に設定することにより、部分燃焼反応により、ＣＯや
Ｈ２等のガスが生成される。この生成ガスは、ガス化炉
１の上部のガス排出口１９からガス供給ライン１６によ
りサイクロン２に送られ、ガス中に含まれる流動砂や焼
却残渣は分離されて、戻しライン２２により再びガス化
炉１に戻され、生成ガスのみが燃焼ガスライン１７によ
り灰溶融炉３に送られる。一方、ガス化炉１の炉底に貯
った焼却残渣を含む灰は抜取装置１４により炉外に取り
出され、灰／金属分離装置１５により鉄、アルミ等を灰
から分別する。ガス化炉１内は、還元雰囲気となってい
るため、錆のない純度の高い金属を回収することがで
き、再資源化が容易である。こうして金属分を除去され
た灰は灰搬送システム１１により灰溶融炉３に送られ
る。

【０００６】灰溶融炉３では、ガス化炉１から送られて
きた生成ガスに燃焼空気供給系８を介して燃焼用空気を
導入し、燃焼させる。これにより炉内温度を約１３００
℃程度に保ち、この高温雰囲気中で灰を溶融させてスラ
グ化する。このスラグは炉外に送られてスラグ溜め６か
ら取り出されてリサイクルされる。一方、燃焼ガスはさ
らに２次燃焼炉４に送られ、２次燃焼用空気供給系１３
により２次空気を供給するとともに同時に過熱器５によ
り昇温して、未燃物を完全に燃焼させる。排ガスは排ガ
ス処理系１２に送られ、ボイラー等により排熱回収を行
うとともに、ガス中の不要物を除去する処理を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この種のシステムで
は、特に、高温でスラグを生成する灰溶融炉の断熱性、
炉内の熱分布の均一性を保つ必要がある。ところが、ガ
ス化炉にて発生したガスの全量を燃料として灰溶融炉に
供給すると、ガス量が多いために灰溶融炉内にて灰が飛
散する虞があり、灰の飛散防止のためにガス流速を低下
させるために灰溶融炉の断面積を大きくする必要があ
り、灰溶融炉が大型化していた。この結果、断熱性、熱
分布の均一性を保つことが困難になるとともに、プラン
トの建設コストが上がるうえ、保守コストも増加してし
まう。さらに、大型化するとエネルギーの回収効率も低
下してしまうという欠点があった。

【０００８】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて、
比較的小型の灰溶融炉で大量の都市ごみの処理が可能な
都市ごみガス化・溶融システム及び方法を提供すること
を課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の都市ごみガス化・溶融システムは、都市ご
みを熱分解してガス化する循環型流動層式のガス化炉
と、前記ガス化炉の焼却残渣を前記熱分解ガスの燃焼熱
を利用して溶融する灰溶融炉と、を備える都市ごみガス
化・溶融システムにおいて、ガス化炉で生成された熱分
解ガスの一部のみを灰溶融炉に導くガス供給系を備えて
いることを特徴とする。

【００１０】一方、本発明の都市ごみガス化・溶融方法
は、循環型流動層式のガス化炉で投入された都市ごみを
熱分解してガス化する工程と、灰溶融炉で前記ガス化炉
の焼却残渣を前記熱分解ガスの燃焼熱を利用して溶融す
る工程と、を備える都市ごみガス化・溶融方法におい
て、ガス化炉で生成された熱分解ガスの一部のみを灰溶
融炉に導くことを特徴とするものである。

【００１１】本発明者らは、一般的な都市ごみについて
調べた結果、焼却により発生する灰の全量をその融点で
ある１２００℃以上に加熱するために必要な熱量は、都
市ごみ自体が持つ熱量約２４００ｋｃａｌ／ｋｇの約１
４％程度であることを確認した。したがって、灰の融点
以上への昇温に必要なだけの熱分解ガスを灰溶融炉に導
くこととすれば、灰溶融炉へのガス供給量は大幅に減ら
せることを見出した。灰溶融炉では灰の飛散を防ぐため
に、炉内のガス流の速度を低く抑える必要があり、ガス
供給量が多いほど、炉の断面積を大きく、つまり、炉を
大型化する必要がある。本発明では、灰溶融炉への熱分
解ガス供給量を抑えているので、炉が小型化できる。

【００１２】また、ガス化炉内の高さの異なる複数の位
置に燃焼用の２次空気を導入する２次空気導入口が設け
られていてもよい。これにより、ガス化炉内の温度分布
が均一化されるとともに、炉内全体で均一に熱分解反応
が進行する。

【００１３】ガス化炉からガス供給系へのガス排出口
は、ガス化炉内のガス温度３００〜５００℃の領域に設
けられていてもよい。熱分解反応が進行するためには、
ガス温度は３００℃以上である必要があり、５００℃以
下の比較的低温のガスをガス供給口へ取り入れること
で、ガス供給系に送風機、流量調整弁などを設けること
が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。なお、説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附す。

【００１５】図１は、本発明に係る都市ごみガス化・溶
融システムの実施形態を表す概略図である。まず、この
システムの構造について説明する。基本的な構成は、図
４に示される従来のシステムと同様である。

【００１６】流動層式のガス化炉１は、都市ごみを供給
する供給ホッパー１０と、燃焼用及び流動用の空気を供
給する空気供給系９がその下部に設けられており、その
上部と比較的下部の２ヶ所に熱分解ガスのガス排出口１
９ａ、１９ｂが設けられ、中部部分に２次燃焼用の空気
取入口１８が設けられている。

【００１７】ガス化炉１の比較的下部のガス排出口１９
ａに接続されたガス供給ライン１６は、固気分離用のサ
イクロン２ａに接続されており、サイクロン２ａの下部
は、ガス化炉１への戻りライン２２に接続され、その上
部は燃焼ガス供給ライン１７により灰溶融炉３（例えば
ロータリーキルン式）に接続されている。

【００１８】一方、ガス化炉１の上部のガス排出口１９
ｂは、ガス供給ライン２０によりサイクロン２ｂに接続
されており、サイクロン２ｂの下部は、サイクロン２ａ
の下部と同様にガス化炉１への戻りライン２２に接続さ
れており、サイクロン２ｂの上部は、２次燃焼ガス供給
ライン２１により２次燃焼炉４に接続されている。

【００１９】灰溶融炉３の出口は、スラグ溜め６の上部
に接続されて、２次燃焼炉４へと繋がっている。２次燃
焼炉４には、２次燃焼用空気取入口１３が設けられてお
り、その出口は排ガス処理系１２（図示せず）に接続さ
れている。

【００２０】また、ガス化炉１の底部は、炉底灰の抜取
装置１４が接続され、これと灰／金属分離装置１５が接
続されている。そして、灰／金属分離装置１５の灰排出
口は、灰溶融炉３の灰取入口と灰搬送システム１１によ
り接続されている。

【００２１】図２は、ガス供給ライン１６の詳細な説明
図である。このライン１６には、同ライン１６内を流れ
る熱分解ガスと空気との熱交換器１６ａと、ライン１６
内を流れるガスの流量を調整する調整弁１６ｂ、ガスを
強制的にサイクロン２ａへ送り込むブロワー１６ｃが配
置されている。

【００２２】次に、図１〜図３を参照して、本実施形態
のシステムで実施される本発明の都市ごみガス化・溶融
方法について説明する。図３は、ガス化炉１内のガス温
度分布を示したグラフであり、グラフ横軸の記号Ａ〜Ｄ
は、図１中の対応する記号Ａ〜Ｄの位置にそれぞれ対応
している。

【００２３】供給ホッパー１０を介してガス化炉１に都
市ごみを投入し、空気供給系１０からこのごみを燃料と
したときの空燃比λが１未満、好ましくは０．２〜０．
３に相当する量の空気を導入する。この空気により、都
市ごみをガス化炉１内で流動させると同時に、空燃比に
相当する量だけのごみが部分燃焼する。この燃焼熱によ
り、残りのごみ及び燃焼灰は昇温され、熱分解反応によ
り、ＣＯ、Ｈ２等の熱分解ガスが生成される。さらに、
空気取入口１８から導入された２次燃焼空気により、こ
の熱分解ガスが燃焼して、ガス化炉１内の温度が上昇
し、炉内の流動が促進され、炉内の温度分布を適切に制
御することができる。図３に示されるように、空気取入
口１８より上方のＣ、Ｄ位置では、炉内温度は１０００
℃近くに達する。反対に、下方のＡ、Ｂ位置では、比較
的低い温度が保たれるが、ごみ投入口近傍のＡ位置付近
を除くと、炉内全体が熱分解反応が起こる３００〜９５
０℃になっている。そして、ガス排出口１９ａは、比較
的低温の領域にある。

【００２４】ガス排出口１９ａからは、生成される熱分
解ガスの一部が抜き出されてガス供給ライン１６を介し
て、サイクロン２ａに導かれる。ガス供給ライン１６で
は、図２に示されるように、熱交換器１６ａにより、灰
溶融炉３へ供給される燃焼用空気を加熱する。その結
果、熱分解ガスは一旦冷却される。調整弁１６ｂとブロ
ワー１６ｃによりサイクロン２ａへ流入する熱分解ガス
の量を調整することができる。

【００２５】前述したように、都市ごみを焼却した灰の
全量を融点である１２００℃以上に加熱するのに必要な
熱量は、都市ごみの熱量約２４００ｋｃａｌ／ｋｇの約
１４％程度である。したがって、この熱量を発生させる
のに十分な量の熱分解ガスを供給してやればよい。都市
ごみの熱量のうち約４０％がガス化炉１での熱分解反応
で使用され、熱分解ガスを燃焼させた時に発生する熱量
は、都市ごみ１ｋｇあたりにすると、約１４００ｋｃａ
ｌとなるから、灰の全量を融点以上に加熱するのに必要
な熱分解ガスの量は、発生した熱分解ガス全体のうちの
約２４％となる。ごみの組成の違いを考慮すると、灰溶
融炉３に導く熱分解ガスの割合は約１０％〜約５０％と
することが好ましい。

【００２６】熱交換器１６ａで熱分解ガスを冷却するこ
とで、調整弁１６ｂ、ブロワー１６ｃに耐熱性の高い機
器を使用する必要がなく、設備費、保守コストを低減で
きる。また、灰溶融炉３の燃焼用空気の予熱をすること
で、ごみから発生するエネルギーを無駄にすることがな
い。

【００２７】サイクロン２ａでは、送られてきた熱分解
ガス中に混入した焼却残渣やガス化炉１内の流動を促進
するために添加されている流動砂を沈降させて除去し、
除去した焼却残渣等を戻しライン２２を介してガス化炉
１に戻す。これらの固形物が除去された熱分解ガスは供
給ライン１７を介して灰溶融炉３に導かれる。

【００２８】一方、ガス化炉１内の焼却残渣は、抜取装
置１４により、ガス化炉１の外へ取り出された後、灰／
金属分離装置１５により金属分を除去する。ごみ中に混
入していた鉄、アルミ等は、ガス化炉１内で還元され、
塗料等は分解されるので、純度の高い状態で回収するこ
とができ、リサイクルが容易である。残りの焼却残渣
は、灰搬送システム１１により灰溶融炉３に送られる。

【００２９】灰溶融炉３では、この焼却残渣を高温で溶
融するのに必要かつ十分な量の熱分解ガスが供給され、
空気取入口８から供給された燃焼用空気により燃焼させ
られて、炉内温度を約１３００℃程度に保つ。このとき
に、本実施形態では、熱分解ガスの供給量を従来の炉に
比べて大幅に削減できるので、炉自体の大きさをコンパ
クトにすることができる。この結果、断熱性、炉内の熱
分布の均一性を保つことが容易になる。さらに、炉の設
備費、保守コストも削減でき、保守も容易になる。

【００３０】焼却残渣は、灰溶融炉３内で溶融されてス
ラグ化され、スラグ溜め６に送られた後に回収される。
灰溶融炉３内は高温であり、ダイオキシン等の有害物質
は高温で熱分解されるので、スラグ中に混入することが
ない。このスラグは、建設資材等に利用することができ
る。

【００３１】一方、ガス化炉１の上部のガス排出口１９
ｂからは、ガス化炉１で生成された熱分解ガスの大半に
当たるガスが排出され、ガス供給ライン２０によりサイ
クロン２ｂに送られる。サイクロン２ｂ内の動作は、前
述のサイクロン２ａの動作と同様であるので、その説明
は省略する。焼却残渣等は、戻しライン２２を経てガス
化炉１に戻され、固形物が除去された熱分解ガスは、２
次燃焼ガス供給ライン２１により、２次燃焼炉４に導か
れる。そして、空気取入口１３から導入された２次空気
により、この熱分解ガスと、灰溶融炉３の排ガスが再燃
焼させられる。この再燃焼は、高温で行われるので、ダ
イオキシン等が発生することはない。最終的な排ガス
は、図示していない排ガス処理系１２に送られて、排熱
を回収するとともに、窒素酸化物等の除去が行われる。

【００３２】灰溶融炉３へ導く熱分解ガスは、ガス化炉
１の下部に設けたガス排出口１９ａから導かなくとも、
例えば、ガス化炉１の上部に接続されるラインを分岐し
てもよく、サイクロン２ｂの後で分岐してもよい。この
場合は、サイクロンを複数設けなくとも済む。

【００３３】図２に示されるシステムは、その一部また
は全部をサイクロン２ａと灰溶融炉３の間のライン１７
に設けてもよい。

【００３４】また、ガス化炉１内の２次燃焼用の空気取
入口は、さらに高さの異なる位置に複数設けてもよい
し、流動用空気である程度熱分布を調整できる小型炉等
の場合には設けなくともよい。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
灰溶融炉に必要十分な量の熱分解ガスのみを供給するの
で、処理量に対して灰溶融炉を小型化することができ、
設備費、保守コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を表す説明図である。

【図２】図１の実施形態の熱分解ガス供給ラインの詳細
説明図である。

【図３】図１の実施形態におけるガス化炉内の温度分布
を示すグラフである。

【図４】従来の実施形態を表す説明図である。

【符号の説明】

１…ガス化炉、２…サイクロン、３…灰溶融炉、４…２
次燃焼炉、１０…供給ホッパー、１１…灰搬送システ
ム、１５…灰／金属分離装置、１６…供給ライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 茂 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Ｆターム(参考） 3K061 AA07 AA11 AB02 AB03 AC01 BA05 BA06 CA17 DA11 EA01 EB16 3K065 GA12 GA23 GA34 3K078 AA05 AA06 BA03 CA02 CA11 CA25

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 都市ごみを熱分解してガス化する循環型
   流動層式のガス化炉と、前記ガス化炉の焼却残渣を前記
   熱分解ガスの燃焼熱を利用して溶融する灰溶融炉と、を
   備える都市ごみガス化・溶融システムにおいて、 前記ガス化炉で生成された前記熱分解ガスの一部のみを
   前記灰溶融炉に導くガス供給系を備えている都市ごみガ
   ス化・溶融システム。
2. 【請求項２】 前記ガス化炉内の高さの異なる複数の位
   置に燃焼用の２次空気を導入する２次空気導入口が設け
   られている請求項１記載の都市ごみガス化・溶融システ
   ム。
3. 【請求項３】 前記ガス化炉から前記ガス供給系へのガ
   ス排出口は、前記ガス化炉内のガス温度３００〜５００
   ℃の領域に設けられている請求項１記載の都市ごみガス
   化・溶融システム。
4. 【請求項４】 循環型流動層式のガス化炉で投入された
   都市ごみを熱分解してガス化する工程と、灰溶融炉で前
   記ガス化炉の焼却残渣を前記熱分解ガスの燃焼熱を利用
   して溶融する工程と、を備える都市ごみガス化・溶融方
   法において、前記ガス化炉で生成された前記熱分解ガス
   の一部のみを前記灰溶融炉に導くことを特徴とする都市
   ごみガス化・溶融方法。
5. 【請求項５】 前記ガス化炉内の高さの異なる複数の位
   置に設けられた２次空気導入口から２次空気を導入して
   ガス化炉内のガスを燃焼させる工程をさらに備えている
   請求項４記載の都市ごみガス化・溶融方法。
6. 【請求項６】 前記ガス化炉内のガス温度３００〜５０
   ０℃の領域に設けられたガス排出口から抜き出したガス
   を前記灰溶融炉に導くことを特徴とする請求項４記載の
   都市ごみガス化・溶融方法。