JP2006275328A - 廃棄物の処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃棄物の燃焼又は溶融を安定して行いつつも、廃棄物の処理コストを低減させ、しかも環境への悪影響が少ない廃棄物の処理方法および処理装置を提供することを一の課題とする。
【解決手段】 本発明に係る廃棄物の処理装置は、廃棄物を燃焼又は溶融する熱処理炉と、水を水素と酸素に電気分解する水電解手段とを備え、前記水電解手段にて発生させた水素が前記熱処理炉に供給されるように構成されてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物を焼却又は溶融等するための、廃棄物の処理方法および処理装置に関する。

都市ごみや産業廃棄物といった廃棄物は、主に焼却炉やガス化溶融炉等によって熱処理され、また、必要に応じて灰を溶融炉にて溶融固化することにより、無害化および減量化されている。
しかし、処理対象である廃棄物は、そのカロリーが一定でないため、これを熱処理する焼却炉やガス化炉内の温度が不安定になりやすいという問題がある。即ち、焼却炉において温度が不安定であればダイオキシン等の有害物質が生成され易くなり、また、ガス化炉の温度が不安定であれば、可燃ガスやチャーの生成量が変動することにもなり、後段に灰溶融炉を備えている場合には、安定して灰を溶融することができないという問題がある。

そこで、従来の廃棄物の処理装置においては、重油や都市ガスといった補助燃料を用い、焼却炉や灰溶融炉等の温度の安定化を図る方法が採用されていた（特許文献１）。

また、窒素と酸素の吸着平衡の差を利用して空気を酸素と窒素に分離するＰＳＡ方式の酸素発生装置を用い、高濃度の酸素を灰溶融炉に供給して炉内の高温化を図る方法も検討されている（特許文献２）。

特開昭６１−１０５０１８号公報 特開昭５８−４５４０７号公報

しかし、従来の廃棄物の処理装置のように、重油や都市ガスといった助燃剤を用いて温度の安定化もしくは運転管理性の向上を図る場合には、廃棄物の処理コストを増加させるという問題がある。また、重油や都市ガスのような化石燃料を使用すれば、二酸化炭素等の温暖化ガスが生成されることとなり、地球温暖化防止の観点からも好ましくない。

また、ＰＳＡ方式の酸素発生装置は、その原理上、空気の加圧と減圧を繰り返すものであるため、非常に騒音が大きいという問題がある。また、発生させた酸素は有効に利用できるものの、酸素と分離した窒素は該廃棄物の処理装置においては有効利用することができず、大気中へと放出されていた。

そこで本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、廃棄物の燃焼又は溶融を安定して行いつつも廃棄物の処理コストを低減させ、しかも環境への悪影響が少ない廃棄物の処理方法および処理装置を提供することを一の課題とする。

本発明に係る廃棄物の処理装置は、廃棄物を燃焼又は溶融する熱処理炉と、水を水素と酸素に電気分解する水電解手段とを備え、前記水電解手段にて発生させた水素が前記熱処理炉に供給されるように構成されてなることを特徴とする。

さらに、本発明に係る廃棄物の処理方法は、前記水電解手段にて発生させた酸素が、前記熱処理炉に供給されるように構成されてなることを特徴とする。

また、本発明に係る廃棄物の処理方法は、廃棄物を燃焼又は溶融する熱処理工程と、水を水素と酸素に電気分解する水電解工程とを備え、水電解工程において発生させた水素を前記熱処理工程に供給することを特徴とする。

さらに、本発明に係る廃棄物の処理方法は、前記水電解工程において発生させた酸素を前記熱処理工程に供給することを特徴とする。

斯かる構成の廃棄物の処理装置および処理方法によれば、熱処理炉内の温度が水電解手段にて発生させた水素および酸素を用いて制御されるため、従来の重油や都市ガスといった化石燃料を用いる場合のようにその燃焼によって二酸化炭素が発生せず、地球温暖化防止に寄与し得るものとなる。

さらに、水素のみならず酸素を供給する場合には、熱処理炉内のさらなる高温化が図られ、且つ排ガス量を低減させて熱効率を改善することができる。また、空気のみを供給する場合と比べてＮＯｘの発生を抑えることができる。しかも、該水電気手段においてはＰＳＡ方式の酸素供給装置のような圧力の切換えが不要であるため、騒音を発生させる虞もない。

また、本発明に係る廃棄物の処理装置においては、好ましくは、前記熱処理炉からの排熱により発電を行なう発電機を備え、該発電機にて発生させた電力を前記水電解手段に供給するように構成する。斯かる構成により、前記熱処理炉からの排熱を有効利用することができ、廃棄物処理コストの更なる低減を図ることができる。

また、本発明に係る廃棄物の処理装置においては、好ましくは、水素を燃料ガスとして用いる燃料電池を備え、前記水電解手段にて発生させた水素の一部を該燃料ガスとして該燃料電池へ供給するように構成する。斯かる構成により、生成させた水素のうち、その一部を前記熱処理炉へ供給すればよい場合においても、余った水素を発電用として有効利用することができ、廃棄物処理コストの更なる低減を図ることができる。

以上のように、本発明に係る廃棄物の処理装置および処理方法によれば、廃棄物の燃焼又は溶融を安定して行うことができ、且つ廃棄物の処理コストを低減させることができ、しかも温暖化ガス発生による環境への悪影響が少ないものとなる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る廃棄物の処理装置の一実施形態を示した概略フロー図である。図１に示すように、本実施形態の廃棄物の処理装置１は、廃棄物１０をガス化するガス化炉２と、該ガス化炉２の後段に配され前記ガス化炉２において発生させた可燃ガスやチャーを燃焼させることにより得た熱によって灰を溶融する灰溶融炉３と、該灰溶融炉３の後段に配され灰溶融炉３の排ガス１１により蒸気１２を生成する廃熱ボイラ４と、該廃熱ボイラ４で生成された蒸気１２により発電を行なう発電機５と、水を電気分解して水素１６と酸素１５を発生させる水素酸素発生装置６と、水素１６を燃料ガスとして用いる燃料電池８とを備えて構成されている。

前記ガス化炉２としては、流動床式、キルン式等の種々の形式のものを使用することができる。

また、前記灰溶融炉３は、前記ガス化炉２において発生させた可燃ガスやチャーを燃焼させることにより得た熱によって灰を溶融させるものであり、該灰溶融炉３内の温度、燃焼状態および溶融の安定化と運転管理性の向上を図るための溶融炉バーナを備えたものである。尚、該灰溶融炉３は、必要に応じて他の加熱手段を備えたものであっても良い。

前記廃熱ボイラ４および前記発電機５については、従来公知である種々の形式のものを使用することができる。

一方、前記水素酸素発生装置６としては、従来公知である種々の形式のものを使用することができるが、特に、固体高分子型の水素酸素発生装置を好適に使用することができる。固体高分子型の水素酸素発生装置は、電解質として機能する固体高分子電解質膜と、該膜の両側に配された電極とを備えて構成されるものであり、固体高分子電解質膜の両側に電圧を印加し、陽極側に水を供給することにより該水を電気分解し、陽極側から酸素、陰極側から水素を発生させるものである。
電力を利用して水素と酸素を発生させる固体高分子型の水素酸素発生装置によれば、発電効率の高いガス化溶融炉で得られた電力を使用して、多量の水素と酸素を発生させることが可能であり、発生させた水素と酸素の両方を使用できるという効果がある。

また、前記燃料電池８としては、従来公知である種々の形式のものを使用することができるが、特に、固体高分子型の燃料電池を好適に使用することができる。固体高分子型の燃料電池は、燃料ガスとしての水素を固体高分子電解質膜の片側に供給し、反対側に酸素を供給し、イオン化して固体高分子電解質膜を透過させた水素と、前記酸素とを反応させることにより、電力を回収し得るように構成されたものである。

そして、本実施形態の処理装置１では、前記水素酸素発生装置６により発生させた酸素および水素は、何れも灰溶融炉３へと供給しうるように構成されている。
具体的には、酸素１５は、該灰溶融炉３内の高温化と熱効率の改善を図るべく、その全量が一定流量で酸素供給ノズル（又は酸素供給口）から直接灰溶融炉３内へ、若しくは、燃焼用空気ラインを介して灰溶融炉３内へと供給される。

一方、水素１６は、化石燃料の代替として、又は化石燃料とともに灰溶融炉３内へ供給される。
具体的には、溶融炉バーナが都市ガスやＬＰＧを用いるものである場合には、その溶融炉バーナへと供給され、溶融炉バーナが重油を用いるものである場合には、専用の水素供給口か又はパイロットバーナの燃料供給ラインへ供給される。
通常、運転管理性の向上を図るためには、溶融炉バーナを継続して燃焼させておき、溶融炉３内の温度、燃焼又は溶融が不安定になった場合に該灰溶融炉３内に設置された温度計、酸素濃度計などに基づいてこれらを制御するように燃料を供給するが、水素１６を用いる場合についてもこれと同様に行なうことができる。また、溶融炉バーナを継続して燃焼させない場合であっても、水素１６を炉内に供給して燃焼させ、その熱によって炉内温度、燃焼状態および溶融の安定化を図っても良い。

灰溶融炉３内の温度が、前段のガス化炉２において生成された可燃ガスやチャーと、前記水素酸素発生装置６によって生成された酸素１５との燃焼によって灰の溶融温度以上に保たれ、温度等の安定化が図られている場合には、該灰溶融炉３内に燃料として水素１６を供給する必要がないため、該水素１６は水素貯蔵タンク７に貯蔵される。また、前記水素酸素発生装置６で発生させた水素の一部を供給することによって前記灰溶融炉３内が灰の溶融温度以上に保たれ、温度等の安定化が図られている場合についても、全ての水素１６を供給する必要がなく、余った水素１６は水素貯蔵タンク７に貯蔵される。

そして、このようにして貯蔵された水素１６は、処理装置の電力使用量が最も多い時間に前記燃料電池８に燃料ガスとして供給し、電力１７に変換する。これにより、電力使用量が最も多い時間帯に、購入すべき電力量を削減し、処理装置の維持管理費用を削減することができる。

斯かる構成の廃棄物の処理装置１によれば、灰溶融炉３内の温度が水素１６を用いて制御されるため、従来の重油や都市ガスといった化石燃料を使うことなく、又は化石燃料の使用量を削減しつつ、灰溶融炉３内の温度等が安定化されるとともに、運転管理性を向上させることができる。
また、化石燃料のみを燃焼させた場合と比較して、二酸化炭素の発生量を減らし、地球温暖化防止に寄与し得るものとなる。

また、酸素１５を供給することにより、灰溶融炉３内において可燃ガスやチャーの燃焼効率を高め、しかも排出される排ガス１１の量を低減させて該灰溶融炉３における熱効率の改善を図ることができる。また、空気のみを供給する場合と比べ、ＮＯｘの発生を抑えることができ、酸性雨や光化学オキシダントの発生を抑制することができる。

そして、本発明の廃棄物の処理装置１においては、水素酸素発生装置６が、上述のような酸素の供給機能と水素の供給機能とを併せ持つため、装置全体としての構成を大幅に簡略化することができる。しかも、本実施形態においては、前記灰溶融炉３から排出される排熱により、廃熱ボイラ４および発電機５を介して前記水素酸素発生装置６が運転されるため、外部からのエネルギーを必要とせず、廃棄物の処理コストの更に低減させることも可能となる。

また、本発明における水素酸素発生装置６では、水の電気分解を原理としているため、ＰＳＡ方式の酸素供給装置のような圧力の切換えが行なわれず、騒音を発生させる虞もない。従って、防音室のような種々の防音設備も不要となる。

また、本実施形態においては、水素１６を燃料ガスとして用いる燃料電池８を備え、前記水素酸素発生装置６において発生させた水素の一部を貯蔵し、該水素を燃料ガスとして該燃料電池８へ供給することにより、余った水素１６をエネルギーとして有効利用することができ、廃棄物の処理コストを更に低減させることができる。

また、該燃料電池８は、貯蔵された水素１６により任意の時間に運転することができるため、例えば、日中などの電力需要の多い時間帯にこれを運転することにより、電力消費の平準化を図ることも可能となる。

尚、前記実施形態においては、廃棄物の熱処理炉としてガス化炉と灰溶融炉とを備えた場合について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。即ち、廃棄物の熱処理炉としては、例えば、焼却炉のみを備えたものや、焼却炉と灰溶融炉とを備えたものを挙げることができる。
また、このような場合には、水電解手段において発生させた水素および酸素を、焼却炉又は灰溶融炉の何れに供給してもよく、さらに、本実施形態と同様に、安定な燃焼状態が保たれている場合には酸素のみを供給し、水素の供給を一時的に停止してこれを水素貯蔵タンクに貯蔵してもよい。

さらに、本実施形態においては、排熱を利用した廃熱ボイラや発電機を備えた場合について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。即ち、小規模の処理装置においてはこれらを省略し、別途供給される電力により水電解装置を運転させてもよい。

また、前記水素酸素発生装置６で発生させた水素１６は、施設内で使用するだけに留まらず、例えば、燃料電池自動車用として供給することも可能である。これにより、ガス化溶融炉による高い発電効率という特性を、施設外においても有効活用することができ、施設外における電力使用量の削減とＣＯ₂排出量の削減を実現できる。

図１は、本発明に係る廃棄物の処理装置の一実施形態を示す概略フロー図である。

符号の説明

１・・・廃棄物の処理装置、２・・・ガス化炉、３・・・灰溶融炉、４・・・廃熱ボイラ、５・・・発電機、６・・・水素酸素発生装置、７・・・水素貯蔵タンク、８・・・燃料電池、１０・・・廃棄物、１１・・・排ガス、１２・・・蒸気、１３，１７・・・電力、１５・・・酸素、１６・・・水素

Claims (6)

1. 廃棄物を燃焼又は溶融する熱処理炉と、水を水素と酸素に電気分解する水電解手段とを備え、前記水電解手段にて発生させた水素が前記熱処理炉に供給されるように構成されてなることを特徴とする廃棄物の処理装置。
2. 前記水電解手段にて発生させた酸素が、前記熱処理炉に供給されるように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の廃棄物の処理装置。
3. 前記熱処理炉からの排熱により発電を行なう発電機を備え、該発電機にて発生させた電力を前記水電解手段に供給するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物の処理装置。
4. 水素を燃料ガスとして用いる燃料電池を備え、前記水電解手段にて発生させた水素の一部を該燃料ガスとして該燃料電池へ供給するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の廃棄物の処理装置。
5. 廃棄物を燃焼又は溶融する熱処理工程と、水を水素と酸素に電気分解する水電解工程とを備え、水電解工程において発生させた水素を前記熱処理工程に供給することを特徴とする廃棄物の処理方法。
6. 前記水電解工程において発生させた酸素を前記熱処理工程に供給することを特徴とする請求項５記載の廃棄物の処理方法。

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