JP2005077059A - 廃棄物炭化・エネルギー利用システム - Google Patents
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Abstract
【課題】廃棄物の炭化装置とガス化溶融炉技術を組合わせ、廃棄物の種類や含まれる水分に影響されず、低ランニングコストで稼動させることができる廃棄物炭化・エネルギー利用システムを提供すること。
【解決手段】廃棄物炭化・エネルギー利用システム10は、炭化装置20とガス化溶融炉30と発電プラント(熱エネルギーの利用系)40を具え、炭化装置20が廃棄物を炭化して炭を生成し、ガス化溶融炉30がこの炭を燃焼させ、その燃焼による熱により、発電プラント40が発電する。そして、発電した後の排熱を炭化装置20の炭化処理に再利用することで、ランニングコストの削減を可能とした。
【選択図】図1
【解決手段】廃棄物炭化・エネルギー利用システム10は、炭化装置20とガス化溶融炉30と発電プラント(熱エネルギーの利用系)40を具え、炭化装置20が廃棄物を炭化して炭を生成し、ガス化溶融炉30がこの炭を燃焼させ、その燃焼による熱により、発電プラント40が発電する。そして、発電した後の排熱を炭化装置20の炭化処理に再利用することで、ランニングコストの削減を可能とした。
【選択図】図1
Description
本発明は、炭化装置とガス化溶融炉技術を組合わせ、廃棄物の種類や含まれる水分に影響されず、低ランニングコストで稼動させることができる廃棄物炭化・エネルギー利用システムに関する。
近年、生ごみを多く含む都市ごみ等の廃棄物は増大傾向にあり、一方では埋め立て処分場確保が極めて困難な状況にある。特に、都市部における前記した状況は大きな社会問題となっている。そこでこれらの問題及び地球環境問題を解決するために、廃棄物を焼却しその熱を発電等に利用する廃棄物燃焼エネルギー利用システムが提案されている。
図4は、特許文献1に開示されている、このようなシステムの一例である、廃棄物ガス化発電システムである。
この廃棄物ガス化発電システム100では、ガス化炉101は流動層炉であり、廃棄物は給塵機102から炉内へ送り込んでいる。ガス化炉101で発生した部分酸化ガスはすべてガス排出口から排出された後、サイクロン103へ送り込まれ、部分酸化ガスはサイクロン103で未燃チャー105、ダスト104と可燃ガス120に分離する。
この廃棄物ガス化発電システム100では、ガス化炉101は流動層炉であり、廃棄物は給塵機102から炉内へ送り込んでいる。ガス化炉101で発生した部分酸化ガスはすべてガス排出口から排出された後、サイクロン103へ送り込まれ、部分酸化ガスはサイクロン103で未燃チャー105、ダスト104と可燃ガス120に分離する。
未燃チャー105はガス化炉101に循環して可燃物として用いる。ダスト104は未燃分と同様に灰溶融炉等で処理する。固形分を分離した可燃ガス120は空気予熱器を通過しバーナ110へ導入する。空気予熱器で加熱された空気の一部をバーナ110へ送り、残りを流動化空気として散気管へ送り込む(図示せず)。バーナ110へ送った可燃ガス120は、空気とともに燃焼炉で燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させる。
高温の燃焼排ガスはボイラ111で蒸気を発生させ、バグフィルタ114で除塵後、誘引送風機を経て、煙突115から大気へ放出する。バグフィルタ114の前では消石灰サイロより消石灰を添加し、塩分、酸性分を除去する。また、ボイラ111で過熱された蒸気は蒸気タービン113を駆動させ、発電する方式となっている。
特開平11−118124号公報
しかし、従来の溶融炉では、廃棄物をダイレクトに投入し、直接的に1500℃迄温度上昇させる為、大量の燃油を必要とした。また、溶融させ反応を起こすために内圧を加えるので、設備の構造が複雑になり、操作が非常に難しいことから、操作員が製造メーカーから派遣されなければならず、そのため膨大な人件費がかかっていた。その上、水分が含まれていると、1500℃迄の温度上昇が困難であった。
このように、従来の溶融炉では、構造が複雑であることから設備費が高くなるとともに、膨大な燃料費と人件費を必要とすることから、ランニングコストが高くなっていた。
このように、従来の溶融炉では、構造が複雑であることから設備費が高くなるとともに、膨大な燃料費と人件費を必要とすることから、ランニングコストが高くなっていた。
また、従来の溶融炉では、ボトムアッシュやフライアッシュ等の焼却残渣から発生するダイオキシンを活性炭及び消石灰に吸着させて除去していたが、その結果、これらのダイオキシンを含む廃棄物が増え続け、問題となっている。
さらに、図4の廃棄物発電システム100では、燃焼灰はサイクロン103において除去し、ガス化ガスのみを燃焼炉に供給する構成としているが、サイクロン103での灰捕集効率はせいぜい90%程度であり、或る程度の灰がボイラ111に飛散するのは避けることができない。
燃焼灰には多量の塩化物(NaCl,KCl)と硫酸塩(Na2SO4,K2SO4)が含まれ、さらに、燃焼ガス中にはHClガスが非常に多く、例えば、1000ppm近くも含まれている。
このため、ボイラに設置される熱交換器では500℃以下の低融点化合物とガス中のHClの複合作用により激しい高温腐食が発生する。このため、従来の廃棄物発電システムでは蒸気温度を400℃以下の低温としており、発電効率が低いという問題があった。
このため、ボイラに設置される熱交換器では500℃以下の低融点化合物とガス中のHClの複合作用により激しい高温腐食が発生する。このため、従来の廃棄物発電システムでは蒸気温度を400℃以下の低温としており、発電効率が低いという問題があった。
これに対して、炉と熱交換器の中間にフィルタ方式の脱塵装置を設ける等、燃焼ガス中に含まれる灰の捕集率を上げることで、熱交換器に使用する材料の腐食を防ぎ、発電効率の向上を図る試みがされてきたが、満足できる結果は得られなかった。
また、近年、資源の有効活用が求められる中、バイオマス(生物資源)の利用が求められてきた。しかし、バイオマスのうち、廃材等の木質系バイオマスや生ごみ等の生活系バイオマスを利用する場合、収集量の安定確保、性状変動、含水率が高いこと等が大きな課題であった。特に、生活系バイオマスにおいては、排出量も膨大であり安定収集が可能であるが、木質系バイオマスは、収集量の安定確保が難しかった。
本発明は、このような問題に鑑み、炭化装置とガス化溶融炉技術を組合わせることにより、激しい高温腐食の原因である焼却灰を発生させることなく、水分の多い生ごみを含むあらゆる種類の廃棄系バイオマスを利用できる、高効率の廃棄物炭化・エネルギー利用システムを提供する。
本発明は、廃棄物を炭化して炭を生成する炭化装置と、
前記炭を燃焼させるガス化溶融炉と、
前記ガス化溶融炉で発生する熱エネルギーの利用系とからなり、
前記熱エネルギーの利用系の排熱を、前記炭化装置の炭化処理に再利用することを特徴とする廃棄物炭化・エネルギー利用システムによって、前記の課題を解決した。
前記炭を燃焼させるガス化溶融炉と、
前記ガス化溶融炉で発生する熱エネルギーの利用系とからなり、
前記熱エネルギーの利用系の排熱を、前記炭化装置の炭化処理に再利用することを特徴とする廃棄物炭化・エネルギー利用システムによって、前記の課題を解決した。
本発明によれば、炭化装置での廃棄物炭化時に焼却灰が一切発生しないので、高温腐食の発生を防ぐことができる。また、これにより、高温での燃焼が可能となるので、水分の多い生ごみを含むあらゆる種類の廃棄系バイオマスを利用することができ、且つ、高いエネルギー利用効率を得ることができる。
また、熱エネルギーを利用した後の排熱を、炭化装置の炭化処理に再利用することにより、稼動初期やカロリーダウンしたとき以外は補助燃料を使用する必要がなくなるので、ランニングコストを低く抑えることができる。
また、熱エネルギーを利用した後の排熱を、炭化装置の炭化処理に再利用することにより、稼動初期やカロリーダウンしたとき以外は補助燃料を使用する必要がなくなるので、ランニングコストを低く抑えることができる。
本発明を図1及び図2に基づいて説明する。
本発明の廃棄物炭化・エネルギー利用システム10は、炭化装置20とガス化溶融炉30と発電プラント(熱エネルギーの利用系)40を具え、炭化装置20が廃棄物を炭化して炭を生成し、ガス化溶融炉30がこの炭を燃焼させ、その燃焼による熱により、発電プラント40が発電を行うものであって、発電した後の排熱を、さらに、炭化装置20の炭化処理に再利用することで、ランニングコストの削減を可能としたものである。
本発明の廃棄物炭化・エネルギー利用システム10は、炭化装置20とガス化溶融炉30と発電プラント(熱エネルギーの利用系)40を具え、炭化装置20が廃棄物を炭化して炭を生成し、ガス化溶融炉30がこの炭を燃焼させ、その燃焼による熱により、発電プラント40が発電を行うものであって、発電した後の排熱を、さらに、炭化装置20の炭化処理に再利用することで、ランニングコストの削減を可能としたものである。
適宜手段で回収されてきた廃棄物(流動物やプラスチックを含んでいてもよい。)は、給塵機50から炭化装置20に供給される。炭化装置20において、廃棄物はまず、乾燥され、次に炭化され、ガス化溶融炉30に投入される。
一つのガス化溶融炉30を取囲んで複数(例えば、4〜6台)の炭化装置20が設けられており、それぞれの炭化装置20から、ガス化溶融炉30に、炭化されて炭となった廃棄物が供給される。
炭化装置20の炭化処理で発生する有機ガスである炭化ガスは、燃焼炉24で燃やされて、ガス化溶融炉30に導入されるようになっている。
一つのガス化溶融炉30を取囲んで複数(例えば、4〜6台)の炭化装置20が設けられている理由は、炭化装置20で廃棄物を炭化するには、通常、40〜60分を要するので、複数の炭化装置20を順次作動させることにより、発電をより円滑にするためである。
一つのガス化溶融炉30を取囲んで複数(例えば、4〜6台)の炭化装置20が設けられており、それぞれの炭化装置20から、ガス化溶融炉30に、炭化されて炭となった廃棄物が供給される。
炭化装置20の炭化処理で発生する有機ガスである炭化ガスは、燃焼炉24で燃やされて、ガス化溶融炉30に導入されるようになっている。
一つのガス化溶融炉30を取囲んで複数(例えば、4〜6台)の炭化装置20が設けられている理由は、炭化装置20で廃棄物を炭化するには、通常、40〜60分を要するので、複数の炭化装置20を順次作動させることにより、発電をより円滑にするためである。
炭化された廃棄物は、ガス化溶融炉30で爆発的に燃焼する。ガス化溶融炉30内の温度は、1250〜1500℃となる。炭化物が燃焼される下方では、温度は、1500℃を超える。
この熱エネルギーを利用して、発電プラント40で蒸気タービンを作動させて発電が行われる。そして、発電した後の排熱は、炭化装置20の炭化処理に再利用される。なお、発電プラント40に導かれるガスの温度は1100℃〜1500℃であるが、炭化処理に再利用される排熱の温度は約600℃である。
炭化処理に再利用された排熱は、最後に、減温器60で約200℃まで下げられ、集塵機70を経て、煙突80から大気に放出される。
なお、熱エネルギーの利用系は、発電プラントに限られず、地域冷暖房システム等である場合もある。
この熱エネルギーを利用して、発電プラント40で蒸気タービンを作動させて発電が行われる。そして、発電した後の排熱は、炭化装置20の炭化処理に再利用される。なお、発電プラント40に導かれるガスの温度は1100℃〜1500℃であるが、炭化処理に再利用される排熱の温度は約600℃である。
炭化処理に再利用された排熱は、最後に、減温器60で約200℃まで下げられ、集塵機70を経て、煙突80から大気に放出される。
なお、熱エネルギーの利用系は、発電プラントに限られず、地域冷暖房システム等である場合もある。
ここで、炭化装置20は、例えば、特開平10−185138号公報に開示されているもので、図2(a)に示すように、加熱媒体(熱風)が内部に供給される炭化槽ジャケット28、加熱媒体によって加熱される内壁面である炭化槽伝熱面26、廃棄物を回転させて炭化槽伝熱面26に遠心力で押付けるための回転羽根21を具え、内部に、廃棄物が投入される炭化槽22を有している。炭化槽22内で発生する有機ガスである炭化ガスYは、燃焼炉24において燃焼されて、ガス化溶融炉30に導入される。
炭化槽伝熱面26を加熱する加熱媒体は、発電した後の約600℃の熱風である排気ガスHであり、排気ガスHは、炭化槽ジャケット28に流入して炭化槽伝熱面26を加熱した後、減温器60で約200℃以下まで下げられ、集塵機70を経て、煙突80から大気中に放出される。
炭化装置20の最大の特長は、本体中央下部に取付けられた回転羽根21にある。これが回転することにより、図2(b)に示すように、廃棄物は炭化槽伝熱面26に沿って巻上げられると同時に、薄膜状に押付けられる。その際、遠心力の働きによって、より重いもの、すなわち、含水率の高いものが優先的に炭化槽伝熱面26に押付けられる。そして、加熱されて含水率の低くなった廃棄物は空気と接触する気化面23に移動し、より一層気化を推進する。
また、廃棄物が薄膜となって炭化槽伝熱面26に接触することで炭化槽伝熱面26と気化面23が限りなく等しくなるとともに、炭化槽伝熱面26との接触周速度が5〜15m/sと速いことで、従来と比較して、4〜6倍の熱効率が得られる。また、炭化装置20はスラリー等の流動物でも巻上げ、炭化槽伝熱面26に薄膜状に接触させることができる。
これに対し、図3に示すような従来の炭化(乾燥)装置20Aでは、加熱と気化に時間差があり、廃棄物に保有された熱量が平均に同時気化放散されないので、炭化効率が非常に悪い。
これに対し、図3に示すような従来の炭化(乾燥)装置20Aでは、加熱と気化に時間差があり、廃棄物に保有された熱量が平均に同時気化放散されないので、炭化効率が非常に悪い。
炭化槽22内部は無酸素状態(1%以下)にしているため、ポリ塩化ビニル等を400〜450℃に加熱しても全く酸化反応が起きず、ポリ塩化ビニルに結合している塩素や、ベンゼンに結合している水素等が別々に分離ガス化し燃焼炉24に導かれる。燃焼炉24までの経路にも酸素(一酸化炭素)が介在しておらず、酸化反応は起きない。この状態で約800℃以上になって燃焼炉24に入ると瞬時に完全燃焼を起こすため、一酸化炭素を発生させない。また、ダイオキシンも、殆ど発生しない。
なお、前記のとおり、ガス化溶融炉30内の温度は、1250〜1500℃の高温であるから、仮に、ダイオキシンが、いずれかの前工程で発生したとしても、分解されて無害となる。
なお、前記のとおり、ガス化溶融炉30内の温度は、1250〜1500℃の高温であるから、仮に、ダイオキシンが、いずれかの前工程で発生したとしても、分解されて無害となる。
このような炭化装置20により、本発明のシステムは、ランニングコストを低く抑え、高効率を実現することができるものである。
なお、図1には一段式の炭化装置、図2には二段式の炭化装置が描かれているが、これに限るものではなく、三段式、四段式であってもよい。
なお、ガス化溶融炉30及び発電プラント40は、従来公知の技術によればよく、当業者には周知であるから、説明は省略する。
なお、図1には一段式の炭化装置、図2には二段式の炭化装置が描かれているが、これに限るものではなく、三段式、四段式であってもよい。
なお、ガス化溶融炉30及び発電プラント40は、従来公知の技術によればよく、当業者には周知であるから、説明は省略する。
最後に、ガス化溶融炉30の下方にあるのは、炭化装置30と類似の構造をした冷却装置90であって、炭が燃えた後の灰が、溶けてスラグ状で出てくるので、これを水で冷却して回収するものである。
この排出物は、最初に投入される廃棄物から見て、大幅に減容される効果があり、路盤等の資材として利用される。
この排出物は、最初に投入される廃棄物から見て、大幅に減容される効果があり、路盤等の資材として利用される。
以上説明したように、本発明によれば、炭化装置での廃棄物炭化時において焼却灰が一切発生しないので、高温腐食の発生を防ぐことができる。また、これにより、高温での燃焼が可能となるので、水分の多い生ごみを含むあらゆる種類の廃棄系バイオマスを利用することができ、且つ、高いエネルギー効率を得ることができる。
また、エネルギー利用後の熱を、熱風として、炭化装置の炭化処理に再利用することにより、稼動初期やカロリーダウンしたとき以外は補助燃料を使用する必要がなくなるので、ランニングコストを低く抑えることができるという顕著な効果を奏する。
また、エネルギー利用後の熱を、熱風として、炭化装置の炭化処理に再利用することにより、稼動初期やカロリーダウンしたとき以外は補助燃料を使用する必要がなくなるので、ランニングコストを低く抑えることができるという顕著な効果を奏する。
また、本発明のシステムは、水分の多い生ごみを含むあらゆる種類の廃棄系バイオマスを利用できることから、資源の保護・有効利用、エネルギー、環境保護等の様々な問題を解決することができる。
10:廃棄物炭化・エネルギー利用システム
20:炭化装置
21:回転羽根
22:炭化槽
24:燃焼炉
26:伝熱面
28:ジャケット
30:ガス化溶融炉
40:発電プラント(エネルギー利用系)
20:炭化装置
21:回転羽根
22:炭化槽
24:燃焼炉
26:伝熱面
28:ジャケット
30:ガス化溶融炉
40:発電プラント(エネルギー利用系)
Claims (4)
- 廃棄物を炭化して炭を生成する炭化装置と、
前記炭を燃焼させるガス化溶融炉と、
前記ガス化溶融炉で発生する熱エネルギーの利用系を具え、
前記熱エネルギーの利用系の排熱を、前記炭化装置の炭化処理に再利用することを特徴とする、
廃棄物炭化・エネルギー利用システム。 - 前記炭化装置の炭化処理で発生する炭化ガスを、燃焼炉で燃焼させて前記ガス化溶融炉に導入する、請求項1の廃棄物炭化・エネルギー利用システム。
- 前記炭化装置が、前記廃棄物が投入される炭化槽と、該炭化槽を取巻いて加熱媒体が供給されるジャケットと、前記廃棄物を前記炭化槽内面の伝熱面に遠心力で押付けるための回転羽根とを具えた、請求項1又は2の廃棄物炭化・エネルギー利用システム。
- 前記炭化装置が前記ガス化溶融炉を取囲んで複数設けられている、請求項1から3のいずれかの廃棄物炭化・エネルギー利用システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003311294A JP2005077059A (ja) | 2003-09-03 | 2003-09-03 | 廃棄物炭化・エネルギー利用システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003311294A JP2005077059A (ja) | 2003-09-03 | 2003-09-03 | 廃棄物炭化・エネルギー利用システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005077059A true JP2005077059A (ja) | 2005-03-24 |
Family
ID=34412900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003311294A Pending JP2005077059A (ja) | 2003-09-03 | 2003-09-03 | 廃棄物炭化・エネルギー利用システム |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005077059A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102261660A (zh) * | 2011-06-07 | 2011-11-30 | 王凤奎 | 多功能资源回收装置 |
CN111365716A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-07-03 | 上海亮慧环保机械有限公司 | 一种碳化炉以及碳化焚烧系统 |
-
2003
- 2003-09-03 JP JP2003311294A patent/JP2005077059A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102261660A (zh) * | 2011-06-07 | 2011-11-30 | 王凤奎 | 多功能资源回收装置 |
CN111365716A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-07-03 | 上海亮慧环保机械有限公司 | 一种碳化炉以及碳化焚烧系统 |
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