JP2003254525A - 廃棄物溶融炉及び操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融炉内の溶融スラグの温度を精度よく連続
的に測定することができ、廃棄物の発熱量の変化に応じ
て溶融スラグの温度を調整するすることができる廃棄物
溶融炉及びその廃棄物溶融炉の操業方法を提供するこ
と。 【解決手段】 炉内に廃棄物と共にコークスを堆積し廃
棄物を加熱して熱分解させ、その熱分解残渣を溶融物に
して排出する廃棄物溶融炉であって、熱分解残渣を溶融
する高温燃焼帯５１へ酸素含有ガスを吹込む主羽口１４
の先端部に温度計３０が埋設されている。この廃棄物溶
融炉の操業方法は、主羽口１４の先端部に埋設された温
度計３０により測定された温度に基づいて、主羽口１４
から送風する酸素含有ガスの送風量、送風温度、送風さ
れる酸素含有ガス中の酸素濃度、廃棄物装入量、コーク
ス装入量からなる操業条件のうちの何れか一つ又は複数
の条件を変更することにより、炉底部の溶融スラグの温
度を所定範囲内に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉内に廃棄物と共
にコークスを堆積し廃棄物を加熱して熱分解させ、その
熱分解残渣を溶融物にして排出する廃棄物溶融炉及びそ
の廃棄物溶融炉の操業方法に関する。

【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、その熱分解残渣を溶
融する廃棄物溶融処理が行われている。廃棄物を溶融す
る方法には幾つかの方式があるが、その一つとして、コ
ークスベッド式と呼ばれる処理方式がある。コークスベ
ッド式の溶融炉においては、図５に示すように、竪型に
形成された溶融炉本体１０に廃棄物と共にコークスと石
灰石が装入され、炉内に廃棄物の堆積層５０が形成さ
れ、その下にコークスなどが堆積された層が形成され
る。溶融炉下部のコークスなどが堆積される位置には水
冷の主羽口１４が設けられ、廃棄物堆積層５０が形成さ
れる位置には副羽口１５が設けられ、又、フリーボード
部には三段羽口１６が設けられており、それぞれの羽口
から酸素含有ガスが吹き込まれるようになっている。図
中、１１は廃棄物やコークスなどの装入口、１２は熱分
解ガスの出口、１３は溶融スラグが排出される出滓口で
ある。なお、各羽口はそれぞれ複数設けられているが、
図面を簡略化するために省略されている。

【０００３】コークスなどが堆積される領域では、主羽
口１４から吹き込まれる酸素含有ガスによってコークス
が燃焼し、高温燃焼帯５１が形成される。廃棄物堆積層
５０では、副羽口１５から吹き込まれる酸素含有ガスに
よって、廃棄物が緩やかに流動されながら部分燃焼し、
廃棄物が熱分解されて可燃性ガスが生成する。熱分解残
渣は高温燃焼帯５１で発生した高温ガスによって加熱さ
れながら降下し、高温燃焼帯５１で溶融されて炉底部に
溜まり、出滓口１３から排出される。一方、可燃性ガス
は三段羽口１６から酸素含有ガスが吹込まれて部分燃焼
した後、二次燃焼炉へ送られて燃焼処理され、ボイラな
どの熱回収装置へ導入されて熱回収される。

【０００４】ところで、都市ごみなどの廃棄物を溶融す
る際に生成するスラグは溶解温度が１４６０℃程度であ
るが、粘性が非常に高いので、これを炉外へに排出させ
るためには、約１５２０〜１６００℃にし、排出可能な
流動状態に保持しなければならない。このため、もし
も、炉底部の温度が低下して溶融スラグの粘性が高くな
った場合には、出滓口が詰まって、溶融スラグが排出さ
れなくなり、炉の操業を継続することができなくなる。
従って、溶融スラグを安定的に排出させるために、炉底
部の溶融スラグの温度が上記範囲に維持されるように、
溶融スラグの温度を調整する必要がある。

【０００５】溶融スラグの温度を調整する方法として
は、出滓口から炉外へ排出する溶融スラグの温度を測定
し、その測定値に基づいて、主羽口から送風する酸素含
有ガスの温度や酸素濃度を変更することにより、主羽口
の前方における燃焼条件を変えて炉下部の温度を調整す
る方法がある。又、コークスと廃棄物の何れか、又は双
方の装入量を増減することにより温度調整する方法も行
われる。

【０００６】上記のように、溶融スラグの温度調整を行
うためには、溶融スラグの温度を測定しなければならな
いが、炉内は１６００℃にも及ぶ高温雰囲気であると共
に炉内圧力が加わった状態になっており、炉内の溶融ス
ラグの温度を直接測定する装置を設けることは困難であ
る。このため、出滓口から炉外へ排出される溶融スラグ
の温度の測定が行われている。その方法としては、出滓
口から流出する溶融ス試験結果を表４に示す。ラグの温
度を浸漬型の温度計（熱電対）により測定する方法、放
射温度計により非接触で測定する方法などがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】廃棄物溶融炉へ装入さ
れる廃棄物は、付着水分、発熱量、可燃物の比率、不燃
物の比率などが一定していない、種々雑多なものからな
る混合物であるので、その発熱量は大きく変動する。こ
のため、廃棄物が装入される炉内においては、熱レベル
が常に大きく変動し、これによって種々の問題が発生す
る。すなわち、付着水分が多く発熱量の低いものが多い
廃棄物（例えば、埋め立てごみ）を装入した場合には、
炉内の熱レベルが低下し、廃棄物の一部が溶融しないで
炉外に排出されたり、溶融したスラグが炉内で凝固して
排出不能になったりする問題が起こる。又、逆に、可燃
物の比率が高く、水分の少ない廃棄物（例えば、プラス
チック）を装入した場合には、炉内の熱レベルが急激に
上昇し、耐火物の損耗が進行すると共に、高温になった
溶融物の一部が気化して炉壁に付着し、この付着物が成
長して棚吊りが生じ、溶融炉の操業が不能となることが
ある。

【０００８】しかし、溶融スラグの温度調整を上記従来
技術により行った場合には、上記のような廃棄物の発熱
量の変動に対処できないことがある。

【０００９】まず、上記従来技術における溶融スラグの
温度測定方法には、次のような問題があり、これが、溶
融スラグの温度調整をする際に、廃棄物の発熱量の変化
に対応した処置を、的確に、かつ迅速に行うことができ
ないという問題が起こる要因となっている。

【００１０】浸漬型の温度計により測定する場合、温度
計を溶融スラグに浸漬しないと、測定値に大きな誤差が
生じるため、浸漬して測定するが、急激な損耗を防ぐた
め、連続して浸漬することができない。このため、測定
値が連続値ではなく、浸漬時点のみの値しか得られない
という問題があった。又、放射温度計により非接触で測
定する方法の問題としては、測定値が出滓口から流出す
る溶融スラグの流量変化及び出滓口からのガス吹きによ
り大きく影響されるので、炉内の溶融スラグの温度を正
確に把握することは難しいことが挙げられる。

【００１１】このように、従来技術における温度測定方
法によると、溶融スラグ温度の連続的な測定値が得られ
なかったり、連続的に測定されても、測定誤差が大きい
ので、溶融スラグの温度を調整するための処置が適切で
なかったり、その処置が遅れたりして、炉内の溶融スラ
グの温度が所定範囲内に保持されなくなることがある。

【００１２】本発明は、上記の問題を解決し、溶融炉内
の溶融スラグの温度を精度よく連続的に測定することが
でき、廃棄物の発熱量の変化に応じて溶融スラグの温度
を調整するすることができる廃棄物溶融炉及びその廃棄
物溶融炉の操業方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために、溶融スラグの温度を精度よく、か
つ連続的に測定する方法について検討を行い、その検討
結果を確認するための試験を行った。この試験において
は、大型試験プラントの廃棄物溶融炉に設けられている
主羽口の先端部に温度計を埋め込み、この温度計の値と
出滓口から排出される溶融スラグの実測温度との関係を
調べた。その結果、図３に示すように、主羽口に埋め込
まれた温度計（以下、羽口埋め込み温度計という）によ
る測定値と溶融スラグの実測値の間には強い相関があっ
た。この試験結果によれば、出滓口から排出される溶融
スラグの温度が埋め込み温度計により測定された温度
（以下、羽口温度という）から±１０℃程度のバラツキ
の範囲内で求められることが判った。

【００１４】そこで、試験プラントの廃棄物溶融炉にお
いて、上記羽口温度に基づいて操業条件を変更する操業
を行い、図４に示すように、羽口温度が１２０℃〜１６
０℃（羽口温度から求められる溶融スラグ温度：約１５
２０℃〜約１６００℃）の範囲に収まるようにしたとこ
ろ、溶融スラグの排出を安定的に継続することができ
た。

【００１５】従って、上記の温度測定方法によれば、溶
融スラグの温度を精度よく測定できると共に、連続的に
測定することができるので、溶融スラグ温度の変動に対
し、的確、かつ迅速な処置をすることができる。

【００１６】本発明は上記の検討と試験の結果に基づい
てなされたものであり、次のような特徴を有する。

【００１７】請求項１に記載の発明に係る廃棄物溶融炉
は、炉内に廃棄物と共にコークスを堆積し廃棄物を加熱
して熱分解させ、その熱分解残渣を溶融物にして排出す
る廃棄物溶融炉において、熱分解残渣を溶融する高温燃
焼帯へ酸素含有ガスを吹込む主羽口の先端部に温度計が
埋設されている。

【００１８】請求項２に記載の発明に係る廃棄物溶融炉
の操業方法は、請求項１に記載の発明に係る廃棄物溶融
炉の操業方法であって、主羽口の先端部に埋設された温
度計により測定された温度に基づいて、主羽口から送風
する酸素含有ガスの送風量、送風温度、送風される酸素
含有ガス中の酸素濃度、廃棄物装入量、コークス装入量
からなる操業条件のうちの何れか一つ又は複数の条件を
変更することにより、炉底部の溶融スラグの温度を所定
範囲内に維持する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の廃棄物溶融炉の構
成に係る実施の形態の一例を示す図である。図１におい
て、図５で説明済みの部分については、同一の符号を付
し説明を省略する。２０は廃棄物やコークスなどの装入
装置、２１は廃棄物の計量装置、２２はコークスの計量
装置、２３は石灰石の計量装置である。

【００２０】図２は高温燃焼帯に設けられた主羽口を示
す概略の断面図である。この図のように、主羽口１４に
は温度計３０が埋め込まれている。３１は主羽口の先端
部に埋め込まれた温度計の検出部を示す。この温度計は
浸漬型温度計のような消耗型のものではないので、長期
にわたって損傷されることがなく使用することができ、
又、この温度計によれば、主羽口１４の先端部の温度を
連続的に測定することができる。そして、前述のよう
に、その温度測定値から溶融スラグの温度が求められ
る。この図において、１０は廃棄物溶融炉本体、１３は
出滓口、５２はコークス、５３は廃棄物の熱分解残渣、
５４は溶融スラグを示す。

【００２１】主羽口１４からは酸素含有ガスとして空気
と酸素の混合ガス（酸素富化ガス）が送風されるように
なっており、空気と酸素の流量を変えることにより送風
量を変更したり、酸素濃度を変更することが可能になっ
ている。このため、空気供給配管には空気流量調整器３
２が設けられ、酸素供給配管には酸素流量調整器３３が
設けられている。

【００２２】又、送風する酸素含有ガスの温度を変える
ことが可能になっており、そのために、蒸気によって空
気を加熱する空気加熱器３４が設けられている。３５は
空気加熱器３４へ供給する蒸気の流量を調節する流量調
整器である。空気加熱器３４により、主羽口１４から送
風する酸素含有ガスの温度を２００℃〜４００℃まで上
昇させることができる。３６は主羽口１４から送風する
酸素含有ガスの温度を測定する温度計である。

【００２３】なお、空気加熱器３４は加熱媒体が蒸気に
限定されるものではなく、高温ガス、例えば、廃棄物溶
融炉から排出された熱分解ガスであってもよい。加熱媒
体として熱分解ガスを使用する場合には、空気加熱器３
４は廃棄物溶融炉の後の熱分解ガスダクトに設けられ
る。

【００２４】３７は制御装置である。制御装置３７は主
羽口１４の先端部に埋設された温度計により測定された
温度に基づいて、炉内の溶融スラグの温度を所定範囲内
に維持するための制御を行う装置である。

【００２５】上記のように構成された廃棄物溶融炉の操
業は次のように行われる。検出部が主羽口１４の先端部
に埋め込まれた温度計３０の信号が制御装置３７へ送ら
れ、制御装置３７では、図３に示す羽口温度と溶融スラ
グ温度との関係から、炉内の溶融スラグの温度が求めら
れる。そして、この溶融スラグの温度に基づいて、炉内
の溶融スラグの温度が管理範囲（１５２０℃〜１６００
℃）に維持されるように、主羽口１４へ供給する空気の
流量調整器、主羽口１４へ供給する酸素の流量調整器、
空気加熱器３４へ供給する蒸気の流量調整器、廃棄物計
量装置２１、コークス計量装置２２などへ流量及び装入
量変更の指示信号が発信される。

【００２６】上記各流量及び装入量の変更は、制御装置
３７に入力された、過去の操業により得られた炉内温度
の変化に関わるデータベースに基づいて行われる。そし
て、上記温度管理範囲内に、温度制御のための上限操作
点と下限操作点を設定し、溶融スラグの温度が上限操作
点に達した際には、上記の流量調整器や計量装置のうち
の何れか一つ又は複数の装置の流量及び装入量が減量さ
れ、下限操作点に達した際には増量される。

【００２７】溶融スラグ温度の調整は短時間の変化に対
処する調整と長時間にわたる変化に対処する調整に分け
て行われる。すなわち、主羽口１４から送風する酸素含
有ガスの送風量、送風温度、送風酸素濃度などを変更し
た場合には、直ちに高温燃焼帯５１における燃焼条件が
変わるので、溶融スラグの温度を速やかに変えることが
できる。このため、酸素含有ガスの送風量、送風温度、
送風酸素濃度などを変更する操作は、短時間における温
度変化に対処する調整時に行う。これに対し、コークス
や廃棄物の装入量を変更する調整操作を行った場合に
は、炉頂から装入されるコークスや廃棄物が主羽口１４
が位置する高温燃焼帯５１のレベルまで降下してきて燃
焼量の調整効果が現れまでには、２〜６時間（炉の構造
などにより異なる）を要するので、コークスや廃棄物の
装入量を変更する操作は、溶融スラグの温度が長時間に
わたって上昇傾向にある場合、又は長時間にわたって下
降傾向にある場合の温度変化に対処する調整時に行う。

【００２８】具体的には、溶融スラグ温度が降下して下
限操作点に達した場合、溶融スラグ温度が上昇に転ずる
傾向を示すまで、順次、次の操作を行う。まず、主羽口
１４から送風する酸素含有ガスの送風量を所定量まで増
量し、次いで送風温度を所定温度まで上昇させ、さらに
送風酸素濃度を所定濃度まで上げる操作を行う。又、溶
融スラグ温度が上昇して上限操作点に達した場合には、
送風量を減量し、次いで送風温度を低下させ、さらに送
風酸素濃度を下げる操作を行う。

【００２９】上記のようにして、溶融スラグ温度の調整
操作を行っても、引続いて溶融スラグ温度が上昇傾向に
ある場合には、廃棄物の性状が大幅に変化したことを示
しているので、まず、廃棄物装入量をそのままにしてお
き、コークスの装入量を減量する。又、溶融スラグ温度
が下降傾向にある場合には、コークスの装入量を増量す
る。この下降傾向の調整操作において、コークスの装入
量を所定限度量まで増量しても、引続いて溶融スラグ温
度が下降傾向にある場合には、廃棄物の装入量を減量す
る。

【００３０】上記のようにして操業すれば、溶融スラグ
の温度が所定範囲内に維持されるので、安定した操業を
継続することができる。又、炉内温度の過度の上昇が抑
制されるので、耐火物の寿命が長くなり、溶融炉の補修
費が低減される。又、高温で生成し易いクリンカ−など
の付着物も少なくなり、操業が安定する。

【００３１】又、廃棄物の発熱量が変動しても、溶融ス
ラグの温度が所定範囲内に維持されるので、水分が多い
ものや少ないもの、或いは発熱量の高いものや低いもの
などが入り混じった廃棄物でも処理することができ、種
々の廃棄物を処理することができる。

【００３２】なお、上記の説明においては、主羽口１４
埋め込まれた温度計の測定値に基づいて行う溶融スラグ
温度の調整が制御装置３７により行われることのみを記
載したが、本発明における溶融スラグ温度の調整は制御
装置を介して行うことに限定されるものではない。すな
わち、主羽口１４に埋め込まれた温度計の測定値に基づ
いて、主羽口１４へ供給する空気の流量調整器、主羽口
１４へ供給する酸素の流量調整器、空気加熱器３４へ供
給する蒸気の流量調調整器、廃棄物計量装置２１、コー
クス計量装置２２などにおける流量及び装入量変更の設
定をそれぞれ個別に行ってもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、廃棄物溶融
炉内の溶融スラグの温度を精度よく、かつ連続的に測定
することができ、この温度に基づいて溶融スラグの温度
調整を行うので、溶融スラグの温度を廃棄物の発熱量の
変化に応じて的確に、かつ迅速に調整することができ
る。

【００３４】このため、廃棄物溶融炉の操業を安定的に
継続することができる。又、炉内温度の過度の上昇が抑
制されるので、耐火物の寿命が長くなって炉体の耐用期
間が延長され、補修費が低減される。又、高温時に生成
し易いクリンカ−の炉内壁面への付着も少なくなり、操
業が安定する。

【００３５】又、溶融スラグの温度を廃棄物の発熱量の
変化に応じて的確に、かつ迅速に調整することができる
ので、廃棄物が、水分が多いものや少ないもの、或いは
発熱量の高いものや低いものなどが入り混じったもので
あっても、処理することができる。このため、種々の廃
棄物を処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物溶融炉の構成に係る実施の形態
の一例を示す図である。

【図２】高温燃焼帯に設けられた主羽口を示す概略の断
面図である。

【図３】主羽口に埋め込まれた温度計による測定値と溶
融スラグの実測値との相関を示す図である。

【図４】主羽口に埋め込まれた温度計による測定値に基
づいて操業した際の羽口温度の経時変化を示す図であ
る。

【図５】コークスベッド式廃棄物溶融炉の概略の断面図
である。

【符号の説明】 １０ 廃棄物溶融炉本体 １１ 廃棄物やコークスなどの装入口 １２ 熱分解ガスの出口 １３ 出滓口 １４ 主羽口 １５ 副羽口 １６ 三段羽口 ２０ 装入装置 ２１ 廃棄物の計量装置 ２２ コークスの計量装置 ２３ 石灰石の装入装置 ３０ 温度計 ３１ 主羽口に埋め込まれた温度計の検出部 ３２ 空気流量調整器 ３３ 酸素流量調整器 ３４ 空気加熱器 ３５ 蒸気の流量調整器 ３６ 温度計 ３７ 制御装置 ５０ 廃棄物の堆積層 ５１ 高温燃焼帯 ５２ コークス ５３ 廃棄物の熱分解残渣 ５４ 溶融スラグ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ２７Ｄ 19/00 Ｆ２７Ｄ 19/00 Ａ 21/00 21/00 Ｇ Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB03 BA02 BA08 DB16 3K062 AA16 AB03 BA02 BB02 CA02 CB04 DA01 3K065 AA16 AB03 BA04 GA03 GA13 GA27 GA32 GA43 4K045 AA01 BA10 DA04 GB16 4K056 AA05 BA01 CA20 FA03 FA13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内に廃棄物と共にコークスを堆積し廃
   棄物を加熱して熱分解させ、その熱分解残渣を溶融物に
   して排出する廃棄物溶融炉において、熱分解残渣を溶融
   する高温燃焼帯へ酸素含有ガスを吹込む主羽口の先端部
   に温度計が埋設されていることを特徴とする廃棄物溶融
   炉。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の廃棄物溶融炉の操業方
   法であって、主羽口の先端部に埋設された温度計により
   測定された温度に基づいて、主羽口から送風する酸素含
   有ガスの送風量、送風温度、送風される酸素含有ガス中
   の酸素濃度、廃棄物装入量、コークス装入量からなる操
   業条件のうちの何れか一つ又は複数の条件を変更するこ
   とにより、炉底部の溶融スラグの温度を所定範囲内に維
   持することを特徴とする廃棄物溶融炉の操業方法。