JP2008082631A - 廃棄物溶融炉及びその操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉体内で高温燃焼帯上の廃棄物の分布を半径方向外方に拡げることにより、良好な廃棄物の熱分解を行うことのできる廃棄物溶融炉を提供することを課題とする。
【解決手段】炉体１０内へ燃焼用空気を送入するように該炉体の周囲に設けられた羽口と、炉体の炉頂中央部に設けられコークスを炉体１０内に落下装入するコークスシュート２２と、該コークスシュート２２の下部周囲に設けられ廃棄物を受けてこれを貯留する空間をコークスシュート２２との間に形成する筒形状の廃棄物受入槽２１と、該廃棄物受入槽２１へ廃棄物を搬送装入する廃棄物搬送装置３０と、上記廃棄物受入槽２１の底部に昇降自在に設けられ、該底部の開口を開閉する底栓としてのベル２６と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、廃棄物溶融炉及びその操業方法に関する。

廃棄物を処理する技術として、都市ごみやシュレッダーダストなどの廃棄物を溶融炉で熱分解して可燃性ガスを発生させ、その熱分解後の残渣を溶融しスラグにして排出するガス化溶融処理がある。この処理方法は廃棄物をガス化することによりその燃焼熱を回収することができるとともに、残渣を溶融して埋立処分などにおける取扱いを容易とし、その最終処分量を減容することができる利点を有している。

上述の処理を行なう溶融炉には幾つかの方式によるものがあるが、その一つとして、竪型の炉体を有するシャフト式廃棄物ガス化溶融炉がある。このシャフト式廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、特許文献１に示されている構成によるものが知られており、炉底部に堆積させたコークスを燃焼させ、この高温のコークス燃焼部上へ廃棄物を炉頂部から投入して、これを炉体内で熱分解させてガス化し、次いでその熱分解後の残渣をコークス燃焼部で溶融してスラグにする処理を行なう方式の炉である。このため、上記シャフト式廃棄物ガス化溶融炉においては、炉体の機能から見て、炉体を縦方向で三つに区分した領域を形成している。すなわち、三つの領域とは、炉体内の炉底部にコークスを堆積させて形成される高温燃焼帯、この高温燃焼帯の上に投入した廃棄物により形成される廃棄物堆積層、該廃棄物堆積層の表面より上方で炉体内の上部に大きな空間として形成されるフリーボード部である。そして、上記各領域に空気又は酸素富化空気（以下、「酸素含有ガス」という）の吹き込みが行われる。

高温燃焼帯には周方向の複数位置に主羽口が設けられ、投入され堆積されたコークスを燃焼させて、廃棄物堆積層の廃棄物が熱分解した後の残渣を溶融するための酸素富化空気がこの主羽口から吹き込まれる。廃棄物堆積層には周方向に複数の副羽口が設けられ、投入され堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解させるための空気がこの副羽口から吹き込まれる。又、フリーボード部には三段羽口が設けられ、廃棄物が熱分解されて生成した熱分解ガス（可燃性ガス）を部分燃焼させて内部を所定温度に維持するための空気がこの三段羽口から吹き込まれる。

このように、シャフト式廃棄物ガス化溶融炉は、廃棄物を、一つの炉で熱分解ガス化溶融処理する設備である。投入された廃棄物は熱分解され、ガスと残渣に分離される。ガスは可燃性ガスを多量に含んでいるので二次燃焼炉で燃焼され、ボイラやエコノマイザで熱回収された後、減温装置で冷却され、有害ガスが除去され集塵機で除塵処理された後に大気中に放散される。また、熱分解後の残渣は、炉体内を下方に移動し、炉下部のコークス高温燃焼帯で溶融され、スラグとメタルとして炉外へ排出される。

特許文献１では、処理されるべき廃棄物は廃棄物ピットからクレーンによりホッパに投入されたり、スクリューコンベア等により搬送されて、コークスやスラグ性状調整剤としての石灰石とともに、炉頂部中央に設けられた装入口から炉体内へ装入される。あるいは廃棄物と、コークス、石灰石の副資材とが別々に装入口から炉体内へ装入される。
特開平９−６０８３０

従来、廃棄物、コークスは、供給装置により、炉頂部中央に設けられた装入口から炉体内へ装入され、廃棄物はシャフト式ガス化溶融炉内で中央を山とするように堆積している。特に、水平方向での堆積高さ分布を調整するように供給されていないし、水平方向分布を経時的に調整するように投入量を制御されていない。このように、コークスそして廃棄物はその炉体内の堆積分布状態を制御されるように装入されていない。

大型のガス化溶融炉の場合、廃棄物が溶融炉内で中央を山とするように分布すると、廃棄物が多く堆積した中央部と、炉壁に設けられた羽口との距離が大きくなってしまうため、羽口からの酸素含有ガスが廃棄物に十分に届かず、廃棄物の流動や熱分解が良好に行なわれないことがある。又、炉底部ではコークスが堆積してコークスベッドの高温燃焼帯を形成して、このコークスはコークスとコークスとの間隙で酸素含有ガスや発生ガスの流通に寄与し、また熱分解残渣の溶融物の流下を許容するように、火格子としての機能も果たしている。しかし、このコークスが偏在して分布したり、コークスとコークスとの間隙が確保されないような装入が行なわれると、上記の機能が発揮できず、ガス流れの悪化や溶融物の滞留が生じて炉内状況が悪化してガス化溶融炉を安定して操業できなくなることがある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、廃棄物溶融炉のガス流れの悪化や溶融物の滞留が生じないようにコークスとコークスとの間隙が確保されるコークスの装入ができ、大型の溶融炉でも廃棄物の流動や熱分解が十分に行なわれるように、廃棄物を適正な堆積分布のもとで装入できる廃棄物溶融炉及びその操業方法を提供することを目的とする。

本発明に係る廃棄物溶融炉は、竪型の炉体の炉下部にコークスの高温燃焼帯がそして該高温燃焼帯の上に廃棄物堆積層がそれぞれ形成され、該廃棄物堆積層の廃棄物を熱分解すると共に残渣を溶融する。

かかる廃棄物溶融炉において、本発明は、炉体内へ燃焼用空気を送入するように該炉体の周囲に設けられた羽口と、炉体の炉頂中央部に設けられコークスを炉体内に落下装入するコークスシュートと、該コークスシュートの下部周囲に設けられ廃棄物を受けてこれを貯留する空間をコークスシュートとの間に形成する筒形状の廃棄物受入槽と、該廃棄物受入槽へ廃棄物を搬送装入する廃棄物搬送装置と、上記廃棄物受入槽の底部に昇降自在に設けられ、該底部の開口を開閉する底栓としてのベルと、を備えていることを特徴としている。

このような構成の本発明の廃棄物溶融炉にあっては、コークスは、炉頂中央部でコークスシュートから落下して炉体内の炉下部に堆積される。このコークスは燃焼して高温燃焼帯を形成する。一方、廃棄物は、ベルの降下により開口された廃棄物受入槽から落下して、炉の中央部に対し距離をもって該中央部のまわりに環状の山をもつ分布の廃棄物堆積層を形成する。

かくして、高温燃焼帯上の廃棄物堆積層は、環状の山をもって分布し炉体の内周壁に近い位置に形成されるので、高温燃焼帯からの熱を受けると共に、羽口からの空気を効果的に受けて流動し、廃棄物の熱分解が促進される。

本発明において、ベルは廃棄物受入槽の底部の開口における開口度を調整自在としていることが好ましい。この調整はベルの昇降位置を任意の位置で停止できるようにすることで実現できる。開口度の調整により廃棄物堆積層の環状の山の径を変えて分布状況を調整できる。

さらに、本発明において、廃棄物受入槽は、槽上部で廃棄物搬送装置から廃棄物を廃棄物受入槽内に落下させる回転自在な受入シュートを有していることが好ましい。廃棄物搬送装置からの廃棄物受入れが周方向の一箇所の位置で行われても、上記受入シュートの回転により、廃棄物は該受入シュートから周方向全体で均一に落下し、その結果、廃棄物堆積層は周方向で堆積高さが均一となる。

本発明は、このような廃棄物溶融炉の操業方法にも関しており、該方法は、廃棄物受入槽の底部とベルとの間の開口度を加減して、炉体内での廃棄物の装入分布を調整することにより行われる。

本発明は、以上のように、炉頂中央部に位置するコークスシュートの周囲に廃棄物受入槽を形成し、該廃棄物受入槽の底部に該底部の開口を開閉自在とするベルを配設することとしたので、炉体内では、コークスの高温燃焼帯の上で、炉体の中央部から離れた位置で、すなわち、羽口に近い位置で該中央部のまわりに廃棄物堆積層が形成されることとなり、廃棄物は高温燃焼帯から熱を受けると共に、羽口からの空気を効果的に受けて良好に流動する。その結果、廃棄物は良好かつ均一に加熱され、熱分解が促進される。又、コークスは中央部に堆積され、その偏在がないため、コークスが火格子としての機能を十分に発揮し、炉体内のガスの流れの悪化や溶融物の滞留が生じない。

以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。図１は、廃棄物をガス化する溶融炉１を示し、竪型の炉体１０の炉頂部に、コークス及び廃棄物を該炉体１０内へ落下供給する供給装置２０が設けられている。

炉体１０は、竪型の筒状体をなし、上方に向け拡径しているテーパ状の中間部１０Ａと、その下方に位置する下筒状部１０Ｂと、上方に位置して該下筒状部１０Ｂよりも大径の上筒状部１０Ｃとを有している。

この炉体１０内では、炉底部にコークスが堆積され、このコークスの層に酸素富化空気を吹き込んで燃焼させることにより高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼帯の上へ廃棄物が投入されて廃棄物堆積層を形成し、この廃棄物堆積層の廃棄物を熱分解させ、その残渣を溶融させるようになっている。廃棄物堆積層よりも上方の炉内空間はフリーボード部を形成する。

かかる熱処理のために、上記下筒状部１０Ｂの周壁の下端寄り位置には、溶融スラグ排出口１１が設けられ、その上方位置には、周方向複数位置に、コークスを燃焼させる酸素含有ガスを炉内へ吹き込むための主羽口１２が設けられ、さらに上方位置でテーパ状の中間部１０Ａ近くの位置には、周方向の複数位置に、廃棄物を流動化させる空気を炉内へ吹き込むための副羽口１３が設けられている。

上記上筒状部１０Ｃの周壁の上部には、周方向複数位置に、炉下部で生成した熱分解（可燃）ガスを部分燃焼させるための空気を炉内へ吹き込むための三段羽口１４が設けられている。又、上記上筒状部１０Ｃの上端の天蓋部１５の直下位置側部には排ガスのための排気管１６が設けられている。

次に、上記炉体１０内へコークス及び廃棄物を落下供給する供給装置２０は、図２に示されるごとく、炉体１０の天蓋部１５上に設けられている。

炉体１０の天蓋部１５には、縦方向の短筒状部１５Ａが設けられており、この短筒状部１５Ａで支持され上下方向に開口する筒状の廃棄物受入槽２１が上方に延出している。この廃棄物受入槽２１はその内部に、後述のコークスシュート２２との間で廃棄物を受け入れ貯留する空間を形成する。

上記廃棄物受入槽２１内には、縦長な筒状のコークスシュート２２が配されている。このコークスシュート２２は、上記筒状の廃棄物受入槽２１よりも小径であり、該廃棄物受入槽２１と中心位置を同じくしている。上記コークスシュート２２は、上方に延出していて、上部に被動片２３が取り付けられていて、定位置に設けられたシリンダ装置２４のロッド２５が上記被動片２３に接続されている。したがって、ロッド２５のストロークＳの距離だけ、上記コークスシュート２２は昇降可能となっている。上記ストロークＳの長さは可変であることが好ましい。図２で実線にて示される、コークスシュート２２の上昇時に、該コークスシュート２２の下端は炉体１０の天蓋部１５のほぼ下面位置まで延びている。このコークスシュート２２の下端は、上記廃棄物受入槽２１の下端よりも若干下方に位置している。このコークスシュート２２は、上下に開口していて、上部開口から図示しない手段、例えばコークスコンベアによりコークスを受け、下部開口からこのコークスを炉内１０内へ落下供給する。

上記コークスシュート２２の下部外周面には、下方に向け拡径する円錐状外面をもつベル２６が取り付けられている。このベル２６の下端側における最大外径は上記廃棄物受入槽２１の下端における内径よりも大きい。したがって、ベル２６の円錐状外面は、上記シリンダ装置２４の作動によりコークスシュート２２が昇降すると、上昇時に廃棄物受入槽２１の下端と当接して該廃棄物受入槽２１の下端開口を閉じ、降下時には二点鎖線で示されるように開放する。かくして、ベル２６は廃棄物受入槽２１の下端開口の底栓として機能する。

本実施形態では、好ましい形態として、上記廃棄物受入槽２１の上部に対して受入シュート２７が配設されている。該受入シュート２７は上端に向け拡径されているテーパ部２７Ａの下端から下方に延びる筒状部２７Ｂとを有し、漏斗状をなしている。図示の例では、上記テーパ部２７Ａの上端における外径は、廃棄物受入槽２１の外径よりも大きく、筒状部２７Ｂの外径は廃棄物受入槽２１の内径よりも若干小さい。この受入シュート２７は、本実施の形態では、その軸線まわりに回転するようになっている。回転駆動は、図示しない駆動装置により行うが、後述の廃棄物搬送装置３０の駆動部の動力の一部を受けて、この廃棄物搬送装置３０と連動して行ってもよい。

上記受入シュート２７の上方側方位置には、廃棄物搬送装置３０が配設されている。本実施形態では、この廃棄物搬送装置３０はスクリューコンベアで形成されていて、図示しない廃棄物貯留部から廃棄物を受けてこれをダクト３１へ搬送し、該ダクト３１から上記受入シュート２７へ投入するようになっている。

このような構成の本実施形態の溶融炉１においては、次の要領でコークスの装入、廃棄物の受入れそして装入が行われ、しかる後に溶融処理がなされる。

＜コークスの投入＞
コークスが石灰石と共に計量されてコークスコンベアからコークスシュート２２に投入され、炉体１０内へ落下され装入される。コークスは炉体１０内の炉底部に中央を山として堆積して燃焼時に高温燃焼帯となるコークスベッドを形成し、コークスの間隙が確保されるので、主羽口１２から吹き込まれる酸素含有ガスや発生ガスの流れが阻害されることなく、炉内の通気性が良好に保たれる。また、廃棄物の熱分解時には、熱分解残渣が溶融した溶融物の流下が円滑に行なわれ、溶融物が滞留することを防止できる。その結果、炉体１０内の状況が悪化することなく、安定して廃棄物のガス化溶融の操業がなされる。

＜廃棄物の受入れ＞
都市ごみや産業廃棄物あるいは廃棄物焼却残渣などから成る廃棄物が計量されて、廃棄物搬送装置３０により受入シュート２７に投入される。このとき、ベル２６は上昇位置にあり、ベル２６の外周面が廃棄物受入槽２１の下端に当接して開口を封止している。廃棄物を受け入れる際には、該受入シュート２７は軸線まわりに回転するので、廃棄物受入槽２１へ周方向で均等に廃棄物を充填する。

＜廃棄物の装入＞
ベル２６を降下して、該ベル２６の外周面と廃棄物受入槽２１下端開口との間隙から廃棄物を炉体１０内へ装入する。廃棄物はベル２６の円錐状外周面の斜面に沿って半径方向に拡がりながら落下し、環状に山となるように周方向で均等に分散して堆積する。この半径方向での廃棄物の拡がり具合は、ベル２６の上下位置を調整して、ベル２６の外周面と廃棄物受入槽２１の下端開口との間隙を調整することによりなされる。すなわち、間隙が小さい時は、ベル２６の外周面上での落下速度が小さいために上記半径方向での拡がりの小さい環状となり、間隙が大きい時は、逆に拡がりの大きい環状となる。上記環状の山の高さ、すなわち堆積高さの調整はベル２６の開時間の長さによって調整される。

廃棄物は環状でしかも半径方向に拡がって分布して堆積するので、廃棄物が偏在したり、炉中央に集中して分布することがなく炉壁に近づいて分布するため、炉壁に複数設けられた副羽口１３から吹き込まれた空気と、廃棄物堆積層の下方に形成される高温燃焼帯から吹き上がる酸素含有ガスと発生ガスからなるガスとにより適度に流動し、安定して熱分解される。

＜溶融処理＞
炉体１０へ投入された廃棄物、コークスおよび石灰石のうち、コークスは炉底部に堆積し、ここに主羽口１２から酸素含有ガスの熱風が吹き込まれる。この酸素含有ガスの吹き込みによりコークスが燃焼し、堆積コークスが高温燃焼帯を形成する。この高温燃焼帯の上に投入されて形成された廃棄物堆積層は、副羽口１３から吹き込まれる空気によって流動しながら滞留して流動化層を形成する。廃棄物は流動化している間に予熱され、熱分解して可燃性ガスを発生する。特に副羽口１３から吹き込まれた空気が十分にかつ均等に廃棄物堆積層に流れるので、大型の溶融炉でも熱分解が効率良好に行なわれ、炉内状況が悪化することなく、安定して操業できる。その状況について、操業データから各羽口の送風圧、各羽口先温度のばらつきが少ないことを確認した。

廃棄物の熱分解後の残渣は高温燃焼帯で溶融され、炉底部の溶融スラグ排出口１１から抜き出される。一方、廃棄物の熱分解により生成した可燃性ガスは、炉体１０内で廃棄物堆積層の上方空間であるフリーボード部において、三段羽口１４から空気が吹込まれて部分燃焼し、排気管１６から排出される。

炉体１０から排出されたガスは、図示しない二次燃焼炉で二次燃焼用空気が吹き込まれて燃焼した後、ボイラ及びエコノマイザへ送られて熱回収される。熱回収された排ガスは減温塔で水が噴霧されて２００℃以下程度に冷却される。次いで、排ガス中へ、塩化水素を除去するための消石灰粉やダイオキシン類を吸着して除去するための活性炭などの有害物除去剤が吹き込まれ、バグフィルタへ送られて集塵処理される。

本発明は、図示された形態に限定されずに、種々変更が可能である。例えば、ベルは円錐状でなくとも、廃棄物の滑落状況により、断面を曲線として、所定の半径の環状に堆積するように設定できる。又、このベルはコークスシュートに取り付けられて該コークスシュートと一緒に昇降するようにしなくとも、コークスシュートは昇降しないで、ベルだけが昇降するようにしてもよい。

本発明の一実施形態のうち、主として炉体を示す断面図である。 図１装置に用いられる、コークスそして廃棄物を炉体へ供給するための供給装置の断面図である。

符号の説明

１０ 炉体
１２ 羽口（主羽口）
１３ 羽口（副羽口）
１４ 羽口（三段羽口）
２１ 廃棄物受入槽
２２ コークスシュート
２６ ベル
２７ 受入シュート
３０ 廃棄物搬送装置

Claims (4)

1. 竪型の炉体の炉下部にコークスの高温燃焼帯がそして該高温燃焼帯の上に廃棄物堆積層がそれぞれ形成され、該廃棄物堆積層の廃棄物を熱分解すると共に残渣を溶融する廃棄物溶融炉において、炉体内へ燃焼用空気を送入するように該炉体の周囲に設けられた羽口と、炉体の炉頂中央部に設けられコークスを炉体内に落下装入するコークスシュートと、該コークスシュートの下部周囲に設けられ廃棄物を受けてこれを貯留する空間をコークスシュートとの間に形成する筒形状の廃棄物受入槽と、該廃棄物受入槽へ廃棄物を搬送装入する廃棄物搬送装置と、上記廃棄物受入槽の底部に昇降自在に設けられ、該底部の開口を開閉する底栓としてのベルと、を備えていることを特徴とする廃棄物溶融炉。
2. ベルは廃棄物受入槽の底部の開口における開口度を調整自在としていることとする請求項１に記載の廃棄物溶融炉。
3. 廃棄物受入槽は、槽上部で廃棄物搬送装置から廃棄物を廃棄物受入槽内に落下させる回転自在な受入シュートを有していることとする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物溶融炉。
4. 請求項１の廃棄物溶融炉の操業方法であって、廃棄物受入槽の底部とベルとの間の開口度を加減して、炉体内での廃棄物の装入分布を調整することを特徴とする廃棄物溶融炉の操業方法。

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