JP2005114325A

JP2005114325A - 廃棄物の溶融処理方法

Info

Publication number: JP2005114325A
Application number: JP2003352733A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Katou; 也寸彦加藤; Junichi Takada; 純一高田; Kosuke Hoshisawa; 康介星沢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】石油系コークス溶融熱源として有効に利用可能とするとともに、粒度の小さなものを含む石灰石を投入することにより、有害なＳ分をスラグ中に閉じこめ、高価な除去装置を設ける必要がない廃棄物溶融処理方法を提供する。
【解決手段】廃棄物溶融炉１に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、炉体に設けられた送風羽口３からコークスベッドヘ酸素又は酸素富化空気を吹き込んで廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理する方法にあって、コークスとして石油系コークスを使用する方法において、廃棄物溶融炉１に装入する石灰石を０．３ｍｍ以下の粒度の細粒を含む石灰石にするとともに、炉内で粉化して炉外へ飛散した石油系コークス、可燃性ダスト及び石灰石とともに集塵機４で捕集し、送風羽口３から炉底部に吹き込む。
【選択図】図２

Description

廃棄物溶融炉に廃棄物を石油系コークス、石灰石とともに装入し、送風羽口から酸素又は酸素富化空気を吹き込んで溶融する廃棄物の溶融処理方法に関する。

図３は従来の廃棄物溶融処理設備のブロック図である。廃棄物溶融炉１には、廃棄物が副資材であるコークス、石灰石とともに炉上部から装入され、炉内で乾燥、熱分解、燃焼、溶融の過程を経て出滓口２からはスラグとメタルが出湯される。

廃棄物中の可燃物は、一部が乾留されてガスとなって排出され、また一部は炉下部で羽口３から吹き込まれた空気及び酸素によって燃焼するが、残りの可燃物は可燃性ダストとなって廃棄物溶融炉１の炉頂から排出されて排ガス処理系で処理される。
廃棄物溶融炉１の炉頂から排出される可燃性ダストを含む排ガスは、集じん機４で集じんした後、燃焼室５で燃焼させてボイラ６で熱回収を行い、発生した蒸気は蒸気タービン・発電装置７へ送られる。ボイラ６の排ガスは、温度調整器８を経て集じん装置９で固気分離され、ブロワ１０により煙突１１から排出される。

従来は、廃棄物溶融炉で溶融用副資材として使用されるコークスは、炉頂より装入され、炉内を下降する過程において、炉底から上昇する高温ガス流に対する耐力を備え、流動化・粉化せずに炉底まで達して高温火格子（コークスベット）になることが求められるため、緻密で高温強度があり低反応性の塊状コークスである、高炉コークスや鋳物コークスが使用されている。一方、石油系コークスは、ガソリン等の抽出残渣の副産物として得られる物であり、一般に石炭コークスに比べて安価でありセメント工業や発電用の燃料等に使用されているものの、石炭コークスに比較して強度が不足するため、高炉等のシャフト炉の原料には使用されていない。

また、石灰石は溶解スラグの粘性調整剤として投入されるが、従来は０．３ｍｍ以下のものは炉内で反応することなく飛散し、また、２ｍｍを超えるのものは、十分に炉底で溶解できずにスラグ中に混入するために、０．３〜２ｍｍという限定された規格の石灰石を使用していたので、その篩い分けに手間がかかるとともに、歩留まりが悪く、結果的に購入単価が高くなっていた。

特許文献１には、石油系コークスを石灰石とともに投入し、堆積層上部にて７５０℃以上の高温粒子との接触・撹拌による熱伝達により石灰石を生石灰に分解し、石油系コークス中の硫黄分の燃焼により発生した硫黄酸化物と反応させて炉内で脱硫することにより、高価な脱硫装置を設けることなく安価な高Ｓ含有石油系コークスを使用することができるとしている。

しかしながら、石油系コークスは高温強度が十分でなく、炉内で粉化し、気流にのってシャフト炉内を上昇飛散するため、最終的に廃棄物の溶融に寄与できるコークスの比率は高炉コークスより低下する。

実験結果によれば、強度の指標であるドラム強度Ｄ^３０ _１５が５０以下の石油系コークスを使用した試験においては、石油系コークスが炉内で粉化し、シャフト炉より炉外に飛散するために、投入した石油系コークスのうち、炉底で高温火格子を形成する割合は半分程度となる。また、粉化して飛散する石油系コークス中に含まれるＳ分は燃焼室で酸化しＳＯ_Ｘとなる。従って、現実的には自治体の規制を守るために、高価な脱硫装置を設ける必要があった。そのため、単純にコークス単価が安くても、炉内で粉化・飛散するため、溶融に寄与できる歩留まりが悪く、量的に石油系コークスの投入量を増量する必要があるとともに、飛散した石油系コークス中に含まれるＳが燃焼室で酸化、ＳＯ_Ｘになり、その除去装置が必要となるため、トータルコストの低減には結びつかなかった。

特許文献２には、シャフト式廃棄物ガス化溶融炉において、石油系コークスと石炭系コークスを併用し、主羽口送風圧が高くなった場合に、石炭系コークスの使用割合を増加させることにより、運転費用の低減が可能としている。この方法においては、確かに石炭系のコークスを比率にして５０％以上使用しているため、安定的な溶融処理が可能となる。
特開２００１−２０１０２２号公報特開２００３−１２０９１６号公報

しかしながら、特許文献２の方法では石炭系コークス、石油系コークスの各々の量を制御する必要があるため、それぞれ装入装置を設ける必要があり、イニシャルコストが高くなる。また、石油系コークスの添加割合は高々５０％に留まるため、ランニングコスト抑制の効果も限定的であるとともに、石油系コークスが炉内で粉化し、気流にのってシャフト炉内を上昇飛散するのは、前記のとおりである。また、粉化・飛散した石油系コークス中のＳ分が、燃焼室で酸化され、高価な脱硫装置が必要となるのも前記の通りである。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、廃棄物溶融炉で石油系コークスを使用する場合において、石油系コークスの強度不足に由来して従来から多く発生する粉化・飛散物を、溶融熱源として有効に利用可能とするとともに、粒度の小さなものを含む石灰石を投入することにより、有害なＳ分をスラグ中に閉じこめ、高価な脱硫装置を設ける必要がない廃棄物溶融処理方法を提供するものである。

本発明は、これらの問題点を解決するため、廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、炉体に設けられた送風羽口からコークスベッドヘ酸素又は酸素富化空気を吹き込んで廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理する方法にあって、コークスとして石油系コークスを使用する方法において、廃棄物溶融炉に装入する石灰石を０．３ｍｍ以下の粒度の細粒を含む石灰石にするとともに、炉内で粉化して炉外へ飛散した石油系コークス、可燃性ダスト及び石灰石を集塵機で捕集し、これら捕集したものを送風羽口から炉底部に吹き込むことを特徴とする。

従来、安価な石油系コークスを使用しても、石油系コークスがシャフト炉内を下降する途中で粉化するか、装入時にすでに小径化しており、高温ガスとともに飛散して、炉底部で溶融に寄与する割合が小さく、結果的に従来よりも多くの量を装入せざるをえなかったが、本発明の方法により石炭系のコークスを安価な石油系のコークスに置換することが可能となる。

また、石灰石の粒度を０．３ｍｍ以下の粒度を含むものとすることにより、従来石油系コークスを使用すると問題になっていたＳＯ_Ｘの問題が、羽口より吹き込まれた石灰石に取り込まれ、最終的にスラグに固定化されることによって、従来石油系コークスを使用すると必要となっていた高価な脱硫装置を設けることなく、安価な石油系コークスを使用することが可能となった。

図１は本発明を実施するための廃棄物溶融処理設備を示す図である。図２は石油系コークスと石灰石の挙動を示す図である。図１において、図３に示す従来の廃棄物溶融処理設備と同一の構成には同一符号を付してその説明は省略する。

図１において、本発明は、コークスとして石油系コークスを使用し、廃棄物溶融炉１に装入する石灰石を０．３ｍｍ以下の粒度の細粒を含む石灰石にするとともに、炉内で粉化して炉外へ飛散した石油系コークス、可燃性ダスト及び石灰石とともに集塵機４で捕集し、送風羽口３から炉底部に吹き込む構成を備えている点で、図３に示す従来の廃棄物溶融処理設備と大きく異なる。

図２において、廃棄物溶融炉１内では、羽口３より送風された酸素が炉底でコークスを燃焼し、発生した熱ガスが上昇している。ここで高温強度の小さな石油系コークスを使用すると、その熱ガスにより石油系コークスは砕けて、粒径が小さくなり、一部粒径の大きなものは溶融に寄与するが、一部は最終的には、粉化して熱ガスとともに炉外に飛散してしまい、結果として溶融には寄与しない。また、石油系コークスは輸送や貯留の間に一部粉化しており、それらはほとんど投入するとすぐに飛散してしまう。

また、石灰石は炉内で熱分解（ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２）反応したあと、炉下部の溶融帯で、廃棄物中の灰分と混合され、融点を下げることにより溶融する。スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）は、０．８〜１の範囲になるように石灰石の投入量は設定されるが、投入される石灰石の粒度が０．３ｍｍ以下の小さい物は、炉内の流速（空筒速度）が、０．７Ｂｍ／ｓ程度になるために、流動開始点を超えて飛散する。従って、０．３ｍｍ以下の石灰石は、前記溶融に寄与しない。また、２ｍｍ以上の粒径の石灰石は、粒径が大きく、廃棄物中の灰分との混合が十分でなく、またＣａＯの融点は１８００℃にも達し、単独ではなかなか溶融しないために、結果的にスラグに良く混合しないままそのまま流出してくるため、スラグの融点降下に寄与しないばかりか、スラグをコンクリート２次製品に有効利用したときに膨張等の悪影響を及ぼすため、好ましくない。従って０．３〜２ｍｍという限定された規格の石灰石を使用していたため、その篩い分けに手間がかかるとともに、歩留まりが悪く、結果的に購入単価が高くなっていた。

本発明によれば、粒径の小さな石油系コークスや、炉内で粉化した石油系コークスは、溶融に寄与することなく一度炉外に飛散するものの、発生ガスは排ガス処理系に設けた集塵機４で捕集され、スクリュコンベア１２で切り出しホッパ１３に貯留し、気流搬送装置１４により気流搬送されて羽口３より燃焼溶融部に直接的に送られることによって、結果的に溶融に寄与することとなる。

また、投入する石灰石の粒径を０．３ｍｍ以下を含むものとしているため、従来必要であった石灰石のアンダーカットが必要ではなくなり、手間が省け歩留まりが向上するとともに、その０．３ｍｍ以下の粒径の石灰石は炉内で生石灰になるとともに粉化・飛散し、粉化した石油系コークスと同様に集塵機４で捕集され、気流搬送によって羽口３より燃焼溶融部におくられる。このとき、燃焼溶融部では、石油系コークス中のＳ分が酸化されるが、同じく羽口３より送られた生石灰により取り込まれ、後流系に行くことなく溶融スラグ中の硝子質組織の中に取り込まれ、次式にしたがって固定化、安定化される。

ＣａＯ＋ＳＯ_３→ＣａＳＯ_４
このとき、投入する石灰石のうち、飛散すると考えられる０．３ｍｍ以下の割合を、投入される石油系コークス中の含有Ｓに対する当量比を１以上にすることにより、石油系コークス中の硫黄に対して過剰な量の生石灰が確保されており理論的に溶融スラグ中に固定化されることが可能となる。

なお、投入する石油系コークスは、一部が粉化・飛散するが、所定の効果を得るためには、５０％以上は粉化することなく炉底にまで到達し、高温火格子（コークスベット）を形成することが重要であり、そのための条件として以下のことがあげられる。

まず第一に投入する石油系コークスの粒径は、３０ｍｍ以上が望ましく、５０ｍｍ以上のものを５０質量％以上含むものが望ましい。また、炉内での高温強度が重要であり、代表的な強度の指標であるドラム強度Ｄ^３０ _１５で５０以上の物が望ましい。

また、石油系コークスの製法に関していえば中に含まれるＳ分は、高硫黄分の物ほど安価になっており、本特許の目的であるコストの低減を達成するには、比較的安価な硫黄分を２％以上含む石油系コークスの使用が好ましい。その意味で、本発明によって、硫黄分がスラグ中に固定化されることは、石油系コークスの利用を管理の厳しい廃棄物処理プラントで可能にするものである。

また、石油系コークスの強度や粒径が前記の指標に到達しない場合には、石油系コークスに石炭コークスを一定割合混合することも可能である。その場合、別ホッパを設けて各々切り出して混合しても良いが、購入時に一定割合に混合された物をもってきた方が設備コストを低減でき望ましい。

表１は石灰石の粒度の一例である。

表２は石油系コークスの一例である。

図１において、コークスとして石油系コークスを使用し、廃棄物溶融炉１に装入する石灰石を０．３ｍｍ以下の粒度の細粒を１０質量％含む石灰石にするとともに、炉内で粉化して炉外へ飛散した石油コークス、可燃性ダスト及び石灰石とともに集塵機４で捕集し、気流搬送によって送風羽口３から炉底部に吹き込む構成を備えている。

表３は送風羽口から、飛散した石油系コークス、可燃性ダスト及び石灰石を吹き込むことによって、コークス使用量及びＳＯ_Ｘ排出量を低減した結果を示すものである。

比較例１は、従来の石炭コークスと石灰石（粒度０．３〜２．０ｍｍ）を用いて廃棄物を溶融処理した場合で、熱源として必要なコークス比は５％、溶解スラグの粘性調整剤として必要な石灰石比は５％、排出されるＳＯ_Ｘは煙突で２ｐｐｍであった。

比較例２は、石炭コークスの替わりに石油系コークスを使用した場合であるが、石油系コークスは高温強度が十分でなく、炉内で粉化・飛散し、最終的に溶融に寄与できるコークスの比率が低下するため、熱源を維持するためにはコークス比を８％に増やす必要があった。しかも、粉化して飛散する石油系コークス中に含まれるＳ分が燃焼室で酸化し、ＳＯ_Ｘ濃度が１２０ｐｐｍと大幅に上昇した。

比較例３は、飛散した石油系コークスを、廃棄物から発生する可燃性ダストとともに集塵機で捕集し、送風羽口から吹き込んだ場合で、粉化した石油系コークスと可燃性ダストが燃焼溶融部に直接的に送られることで溶融に寄与し、コークス比を４％まで低減することができた。また、羽口から吹き込まれる石油系コークス中のＳ分は燃焼溶融部で酸化されるが、その一部は炉頂部から投入された石灰石が熱分解してできた生石灰と反応し、後流系に行くことなく溶融スラグの硝子質組織の中に取り込まれ固定化されるが、残りはガス状のまま排出されるため、煙突ＳＯ_Ｘは６０ｐｐｍにとどまり、自治体の規制値を守るためには、高価な脱硫装置が必要となる。

本発明の実施例は、比較例３と同様に、飛散した石油系コークス及び可燃性ダストを集塵機で捕集して送風羽口から吹き込む場合で、従来の石灰石の替わりに、０．３ｐｐｍ以下の細粒を１０質量％含む石灰石を使用した場合である。この場合、石油コークス中のＳは２．５％であり、この石油コークス中のＳに対する０．３ｍｍ以下の細粒石灰石の当量比を計算すると１．６となる。０．３ｍｍ以下の細粒石灰石は炉内で生石灰になるとともに粉化・飛散し、粉化した石油コークスと同様に集塵機で捕集され、送風羽口から燃焼溶融部に吹き込まれる。石油コークス中のＳ分は燃焼溶融部で酸化されるが、同じ羽口から生石灰が当量比１以上で送られるためにそのほとんどが取り込まれ、後流系に行くことなく溶融スラグ硝子質組織の中で固定化されるため、高価な脱硫装置を使うことなく煙突ＳＯ_Ｘを１０ｐｐｍまで低減することができた。しかも条件３と同様にコークス比は４％まで低減できた。

廃棄物溶融炉に石油系コークスの利用が可能となる。

本発明を実施するための廃棄物溶融処理設備を示す図である。石油系コークスと石灰石の挙動を示す図である。従来の廃棄物溶融処理設備の一例を示す図である。

符号の説明

１：廃棄物溶融炉
２：出滓口
３：羽口
４：集じん機
５：燃焼室
６：ボイラ
７：蒸気タービン・発電装置
８：温度調整器
９：集じん装置
１０：ブロワ
１１：煙突
１２：スクリュコンベア
１３：切り出しホッパ
１４：気流搬送装置

Claims

廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、炉体に設けられた送風羽口からコークスベッドヘ酸素又は酸素富化空気を吹き込んで廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理する方法にあって、コークスとして石油系コークスを使用する方法において、
廃棄物溶融炉に装入する石灰石を０．３ｍｍ以下の粒度の細粒を含む石灰石にするとともに、炉内で粉化して炉外へ飛散した石油系コークス、可燃性ダスト及び石灰石を集塵機で捕集し、これら捕集したものを送風羽口から炉底部に吹き込むことを特徴とする廃棄物の溶融処理方法。
投入する石灰石のうち、０．３ｍｍ以下の粒度の割合が、石油系コークスに含まれる硫黄から計算される当量比で１以上となることを特徴とする請求項１記載の廃棄物の処理方法。