JP2006317132A - 廃棄物溶融処理方法及び廃棄物溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】底部での溶融物の溶融不良を防止するとともに、羽口近傍での不活性点を減らして溶融物の適正な排出を行うことができる廃棄物溶融処理方法及び廃棄物溶融炉を提供する。
【解決手段】炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から酸素源を供給し炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融炉方法において、（１）単位炉底断面積当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が１５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２以上となる送風量および送風酸素量とすること、（２）単位炉底断面積、単位羽口本数当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が少なくとも１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上となる送風量および送風酸素量とすること、（３）単位羽口間距離、単位羽口本数当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が少なくとも１本の羽口において５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本以上となる送風量および送風酸素量とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物溶融処理方法及び廃棄物溶融炉に関する。

一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物処理に、廃棄物を廃棄物溶融炉で溶融処理する技術が利用されている。廃棄物溶融炉は、図２に示すように、シャフト部１、その下部に朝顔部２、さらにその下部に炉底部３が順次設けられている。炉底部３には複数の下段羽口４が設けられ、下段羽口４から酸素または酸素を富化した空気が炉内へ送風される。炉床部３には溶融処理した後の溶融物の排出孔５が設けられる（特許文献１参照）。

下段羽口から供給した酸素又は酸素富化空気を送風することによってコークスや熱分解残渣を高温で燃焼させることにより廃棄物を溶融する溶融熱源とし、溶融処理した後の溶融物を排出孔より排出する。炉内で発生したガスは炉上部から排出し、排ガス処理系で処理される。
特開２００２−３５７３０９号公報

特許文献１では炉底部におけるコークス燃焼負荷を一定範囲内にするようにコークスを装入する操業方法であるが、この場合、コークスが多くても送風酸素量や羽口１本当たりの送風酸素量が少なければ、コークスの燃焼熱は少なく、溶融スラグの温度が低下する。さらに、このとき、溶融スラグの粘性が高いと炉底部に部分的に不活性な箇所（不活性部）が生じ、溶融物の排出が困難となる。また、コークス装入量を一定以下にすることが困難となり、ランニングコストの上昇に繋がる。

そこで、本発明は、炉底部での溶融物の溶融不良を防止するとともに、羽口近傍での不活性部を減らして溶融物の適正な排出を行うことができる廃棄物溶融処理方法及び廃棄物溶融炉を提供するものである。

本発明は、炉上部から廃棄物（シュレッダーダストを含む）を装入し、炉下部から送風により酸素源を供給し、炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融炉方法において、
（１）単位炉底断面積当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が１５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２以上となる送風量および送風酸素量で送風すること
（２）単位炉底断面積、単位羽口本数当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が少なくとも１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上となる送風量および送風酸素量で送風すること
（３）単位羽口間距離、単位羽口本数当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が少なくとも１本の羽口において５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本以上となる送風量および送風酸素量で送風すること
を特徴とする。ここでいう総送風酸素量とは以下の式で定義される。
総送風酸素量＝送風空気量×０．２１＋送風酸素量

前記（１）〜（３）の廃棄物溶融処理方法において、炉上部から塊状炭素系可燃物質を装入、送風酸素濃度を２１〜５５容積％、送風流速を３０〜１００Ｎｍ／ｓ、反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を一旦炉底部に貯留し間欠的に排出することのいずれかあるいはこれらを組合せて処理してもよい。また、副資材として、コークスなどの塊状炭素系物質を廃棄物とともに装入し、廃棄物中の可燃物とコークス等の塊状炭素系物質を燃焼させることで、炉底部の不活性部位の形成を防止してもよい。

本発明の廃棄物溶融炉は、炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から送風により酸素源を供給し、炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分及び非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融処理炉において、
（１）単位炉底断面積当たりの燃焼負荷となる総送風酸素量が１５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２以上となる炉底径とすること
（２）単位炉底断面積、単位羽口本数当たりの燃焼負荷となる総送風酸素量が少なくとも１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上となる炉底径、羽口とすること
（３）単位羽口間距離、単位羽口本数当たりの燃焼負荷となる総送風酸素量が少なくとも１本の羽口において５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本以上となる炉底径、羽口本数とすること
を特徴とする。ここでいう羽口間距離とは、図３に示すように、羽口先端径のことを指す。

単位断面積を算出するときは基本的には上図の「炉底径ａ」を用いるが、場合によっては「羽口間距離ｂ」を用いて算出しても構わない。

前記（１）〜（３）の廃棄物溶融処理炉において、炉床部の内径をｄ、炉底から下段羽口の先端の芯までの高さをｈとするとき、０．３≦ｈ／ｄ≦０．６を満足する炉底部構造とすることができる。また、この廃棄物溶融処理設備は廃棄物とともに、副資材としてコークスなどの塊状炭素系物質を装入する設備を有していても良い。この場合、送風された酸素は廃棄物中の可燃物およびコークスと反応することとなる。

本発明により溶融物の溶融不良や局部的な溶融不良を防止できるので炉底部での不活性部が形成されなくなり、その結果、溶融物貯留容積が確保されるため溶融物の適正な排出が可能となる。

本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図４に示す溶融処理設備にて試験を行った。処理対象物はシュレッダーダストとした。送風および送酸条件は表１に示すように大きく変更し、羽口１本当たりの燃焼負荷を確認するために羽口本数も２本から３本まで変更して試験を行った。なお、炉内不活性部位の確認は羽口から行った。

表１に試験条件を示す。

表２は単位断面積当たりの燃焼負荷（総酸素量）が溶融物排出状況に及ぼす結果を示すものである。

表２に示されるように、適正な溶融物排出を行うには、単位炉底断面積当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が１５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２以上となる送風量および送風酸素量で送風する。あるいは１５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２以上となるように炉底径を決定する。なお、単位断面積は、炉径あるいは、単位羽口の送風孔間距離であっても構わない。

単位断面積当たりの燃焼負荷が低すぎると、炉底部での不活性部ができやすく、溶融物排出不良などの問題が生じる。

表３は炉底部の単位断面積及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷が溶融物排出状況に及ぼす結果を示すものである。なお、操業条件、炉の形状は前述のとおりである。

図１（ａ）は本発明の炉底部の状況を示す模式図、（ｂ）は従来の炉底部の状況を示す模式図である。

図１（ｂ）に示すように、燃焼負荷が１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本未満で低すぎる場合、羽口からの酸素到達点が短くなり、局部的な不活性部が形成されて溶融物排出不良となる可能性が考えられる。その結果、炉底における溶融物の貯留容積の減少や溶融物排出不良などの問題が生じる。

表２より単位炉底断面積、単位羽口本数当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が少なくとも１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上となるように炉底径および羽口本数にする。単位炉底断面積及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷が少なくとも１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上となるように送風量および送風酸素量を設定して送風する。その結果、適正に溶融物が排出される。これは、図１（ａ）に示すように、１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上になると、羽口からの酸素到達点が炉中心部および炉床部により近づくことで、不活性部の形成が防止できるものと考えられる。

表４は単位羽口間距離及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷（総送風酸素量）が溶融物排出状況に及ぼす結果を示すものである。なお、操業条件、炉の形状は前述のとおりである。

表４の結果から、少なくとも１本の羽口において５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本以上となるように炉底径および羽口本数を決定することが好ましい。

表５は、単位断面積、単位羽口本数当たりの燃焼負荷が溶融物排出状況に及ぼす結果を示すものである。

羽口本数当たりの燃焼負荷を考えた場合、全ての羽口における燃焼負荷が規定値（２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本または５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本）以上でなければならないわけでなく、少なくとも１本以上が規定値以上であれば炉内不活性部分の形成を抑制することも確認した。

従って、表１〜４から明らかなとおり、単位炉底断面積当たり、単位炉底断面積及び羽口本数当たり、または単位羽口間距離及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷を一定以上にして送風すること、あるいは一定以上の燃焼負荷が得られるように、炉底断面積あるいは羽口本数とすることが廃棄物溶融炉の安定操業、溶融物の適正な排出に重要となる。特に、溶融物中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が２０％以上と高い場合は溶融物の粘性が上昇するため、上記燃焼負荷を高めに設定する必要がある。

但し、上記燃焼負荷は高すぎると（１０００Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２を越え（表２）、５５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本を越え（表３）、もしくは８００Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本を越え（表４）る場合）炉内コークス処理速度が速くなりすぎてしまい、コークスベッド層の健全な形成がなされず、溶融炉安定操業が困難となる。

また、炉底部での不活性部の形成を抑制するためには、燃焼負荷を一定以上維持するとともに、次の手段を併用することが効果的である。即ち、（１）酸素富化によって反応を活発にして、溶融物温度の上昇を図る。（２）炉床部の内径をｄ、炉底から下段羽口の先端の芯までの高さをｈとしたとき、０．３≦（炉底から羽口までの高さｈ）／（炉底径ｄ）≦０．６を満足するような炉底構造にする。０．３≦ｈ／ｄ≦０．６とすることは、炉底部での吹込ガス流れの到達領域条件、熱バランス上およびコークスの均一燃焼性の面で好ましい。（３）下段羽口の流速を一定値以下（１００ｍ／ｓ）以下に抑えることにより、羽口先におけるコークスの流動化現象を防止し、コークスの均一燃焼による溶融物温度の均一化を図ることができる。（４）溶融物を一旦炉底部に貯留し、間欠的に排出することで溶融物温度を均一化することができる。（５）炉上部より発生した可燃性ダストを含む可燃物（ＬＰＧ、灯油なども可）を羽口から吹込むことで溶融物温度の上昇を狙うことができる。

（ａ）は本発明の炉底部の状況を示す模式図、（ｂ）は従来の炉底部の状況を示す模式図である。 廃棄物溶融炉の炉底部の概略を示す横断面図である。 羽口間距離を示す図である。 試験に使用した溶融処理設備を示す図である。

符号の説明

１：シャフト部
２：朝顔部
３：炉底部
４：下段羽口
５：排出孔

Claims (11)

1. 炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から送風により酸素源を供給し、炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融処理方法において、
   単位炉底断面積当たりの燃焼負荷が総送風酸素量で１５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２以上となる送風量および送風酸素量で送風することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
2. 炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から送風により酸素源を供給し、炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融処理方法において、
   単位炉底断面積及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷が総送風酸素量で少なくとも１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上となる送風量および送風酸素量で送風することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
3. 炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から送風により酸素源を供給し、炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融処理方法において、
   単位羽口間距離及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷が総送風酸素量で少なくとも１本の羽口において５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本以上となる送風量および送風酸素量で送風することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
4. 炉上部から塊状炭素系可燃物質を装入することを特徴とする請求項１〜３にいずれか１項に記載の廃棄物溶融処理方法。
5. 送風酸素濃度が２１〜５５容積％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃棄物溶融処理方法。
6. 送風流速を３０〜１００Ｎｍ／ｓにすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃棄物溶融処理方法。
7. 反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を一旦炉底部に貯留し、間欠的に排出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の廃棄物溶融処理方法。
8. 炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から送風により酸素源を供給し、炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融処理炉において、
   単位炉底断面積当たりの燃焼負荷が総送風酸素量で１５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２以上となる炉底径とすることを特徴とする廃棄物溶融処理炉。
9. 炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から酸素源を供給し炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融処理炉において、
   単位炉底断面積及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷が総送風酸素量で少なくとも１本の羽口において２０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ^２／本以上となる炉底径及び羽口とすることを特徴とする廃棄物溶融処理炉。
10. 炉上部から廃棄物を装入し、炉下部から送風により酸素源を供給し、炉底部の排出孔から反応熱によって溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を排出し、炉上部から発生したガスを排出する廃棄物溶融処理炉において、
    単位羽口間距離及び単位羽口本数当たりの燃焼負荷が総送風酸素量で少なくとも１本の羽口において５０Ｎｍ^３／ｈ／ｍ／本以上となる炉底径、羽口本数とすることを特徴とする廃棄物溶融処理炉。
11. 炉床部の炉底径をａ、炉底から下段羽口の先端の芯までの高さをｈとするとき、０．３≦ｈ／ｄ≦０．６を満足する炉底部構造を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の廃棄物溶融炉。

Images