JP2008247676A - 可燃性廃棄物の処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可燃性廃棄物をセメント製造の仮焼炉に安定供給し大量処理することにより、セメント製造の原料や燃料の代替として有効利用する。
【解決手段】 クリンカクーラーから抽気したクーラー抽気ガスを仮焼炉に導入するための渦流室を有する仮焼炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理装置において、可燃性廃棄物を受入れる受入口と、渦流室に連結し可燃性廃棄物を渦流室に供給するための排出口とを備える可燃性廃棄物投入装置を渦流室の天井部に備え、前記受入口は可燃性廃棄物が可燃性廃棄物投入装置において旋回流を生じるように可燃性廃棄物投入装置の水平断面の接線方向に設けられてなる可燃性廃棄物の処理装置。
【選択図】 なし

Description

本発明は、仮焼炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理方法およびその装置に関する。

近年、各種可燃性廃棄物をセメント製造装置に供給することにより、廃棄物の処理を行うと同時に、セメント製造の燃料や原料の代替として有効利用する試みがなされている。例えば、引用文献１には仮焼炉への二次空気ダクトに廃プラスチック破砕片を直接投入するセメントの製造方法が記載されている。しかし、粒径が大きい可燃性廃棄物を二次空気ダクトにバッチ式で直接投入した場合に、脈動が起こるため燃焼状態が不安定になる。また、一度に大量の可燃性廃棄物をダクトに投入した場合、ダクトの湾曲部や水平部に着地し融着する。その結果、融着物を除去する必要があり多大な労力を要していた。さらに、ダクトへの着地を防止するために可燃性廃棄物を高速でダクトに投入した場合、可燃性廃棄物が後段の仮焼炉を吹き抜け不完全燃焼を引き起こすおそれがある。
特開２００２−１４５６４８号公報

本発明は、上記の問題点を解決し可燃性廃棄物を仮焼炉に安定供給し大量処理するための可燃性廃棄物の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、可燃性廃棄物の投入位置および投入速度に着目し鋭意研究を行った結果、可燃性廃棄物を仮焼炉に安定供給し大量処理することができることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、クリンカクーラーから抽気したクーラー抽気ガスを仮焼炉に導入するための渦流室を有する仮焼炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理方法において、可燃性廃棄物を旋回させながら渦流室の天井部から供給することを特徴とする可燃性廃棄物の処理方法である。また、別の発明としては、クリンカクーラーから抽気したクーラー抽気ガスを仮焼炉に導入するための渦流室を有する仮焼炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理装置において、可燃性廃棄物を受入れる受入口と、渦流室に連結し可燃性廃棄物を渦流室に供給するための排出口とを備える可燃性廃棄物投入装置を渦流室の天井部に備え、前記受入口は可燃性廃棄物が可燃性廃棄物投入装置において旋回流を生じるように可燃性廃棄物投入装置の水平断面の接線方向に設けられてなる可燃性廃棄物の処理装置である。

本発明によれば、可燃性廃棄物の投入口や渦流室における廃プラスチックの融着等を大幅に低減することができる。また、可燃性廃棄物の仮焼炉内における不完全燃焼を低減することが出来る。この結果、セメント製造装置の稼動や製品の品質に悪影響を及ぼすことなく可燃性廃棄物を仮焼炉に連続的に安定供給し大量に処理することが可能となり、可燃性廃棄物の処理と有効利用を同時に達成することができ、主燃料である微粉炭の使用量を大幅に削減することができる。

以下図面を参照して本発明の内容を詳細に説明する。図１は本発明を実施するためのセメント製造装置の概略図である。セメント製造装置は、セメント原料焼成用のロータリーキルン１、仮焼炉２を備えたサスペンションプレヒーター、冷却空気によりセメントクリンカーを冷却するためのクリンカクーラー３(以下ＡＱＣとする)及びクーラー抽気ガスダクト６よりなり、ロータリーキルン１の原料供給側にサスペンションプレヒーターを、セメントクリンカー排出側にＡＱＣ３をそれぞれ接続する。さらにＡＱＣ３と仮焼炉２とをクーラー抽気ガスダクト６により接続することにより、ＡＱＣ３から排出される熱空気を仮焼炉２に導入するようにした構成になっている。
セメント原料投入口１８から投入されたセメント原料は、プレヒーターサイクロン２０で順次予熱された後、仮焼炉２に導入され仮焼反応が行われる。その後、セメント原料は窯尻部２１を経由した後、ロータリーキルン１において焼成され、セメントクリンカーとなる。ロータリーキルン１から排出されたセメントクリンカーは、ＡＱＣ３において急冷され、最終的なセメントクリンカーとなる。

次に図２および図３を用いて仮焼炉２の形態を詳細に説明する。図２および図３は、それぞれ本発明を実施するための渦流室５を有する仮焼炉２の平面図と側面図である。ロータリーキルン１からの１０００乃至１２００℃で酸素濃度が１乃至３容量％であるキルン排ガス１３は、仮焼炉２の中心軸に沿って仮焼炉２の中央を下から上に向かって噴流ガス１４として高速で突き抜ける。よって、仮焼炉２においては、中心軸に沿った中心付近は低酸素濃度領域となる。一方、ＡＱＣ３からの８５０乃至９００℃で酸素濃度が２１容量％であるクーラー抽気ガス１１は、クーラー抽気ガスダクト６を通じて仮焼炉２の横方向から水平に渦流室５に導入され、渦流室５の周円部１０をゆっくり旋回流ガス１５として旋回した後、仮焼炉上部室１７内を炉の内壁周囲に沿って横上方向の旋回流を構成しながら、下から上に向かって上昇する。よって、仮焼炉２の炉壁に近い周辺部は高酸素濃度領域となる。
一方、石炭バーナー８から供給される微粉炭は、プレヒーター排ガス１９中のＮＯxを低減させるために還元雰囲気とする役割を有する。即ち、ライジング・ダクト９からの酸素濃度が低いキルン排ガス１３である噴流ガス１４の流れ方向に、石炭バーナー８から微粉炭と１次空気が共に噴射される。

可燃性廃棄物１２は、図２に示すように渦流室５の天井部から供給される。この際、可燃性廃棄物１２は旋回させながら供給される。図４は可燃性廃棄物１２を旋回させながら渦流室５に投入するための可燃性廃棄物投入装置２２を示す。また、図５は図４の断面図である。可燃性廃棄物投入装置２２は、可燃性廃棄物を受入れる受入口２３と、渦流室５に連結し可燃性廃棄物１２を渦流室５に供給するための排出口２４とを備える。また、可燃性廃棄物投入装置２２の内部には、キャスタブル（不定形耐火物）２５が施工されている。排出口２４は、渦流室５に連結されている。このように、可燃性廃棄物投入装置２２は渦流室５の天井部に備えられている。尚、可燃性廃棄物投入装置２２の上部は、可燃性廃棄物の投入状態を目視により確認するための蓋付きの確認口（図示しない）を設けることもできる。

可燃性廃棄物１２の受入口２３は、図５に示すように可燃性廃棄物１２が可燃性廃棄物投入装置２２において旋回流を生じるように可燃性廃棄物投入装置２２の水平断面の接線方向に設けられる。可燃性廃棄物１２は、図示しないブロアから供給される空気によって搬送され、受入口２３から可燃性廃棄物投入装置２２に供給される。可燃性廃棄物１２は、可燃性廃棄物投入装置２２の内壁を旋回しながら下方に搬送され渦流室５に供給される。これにより、直接渦流室５に投入する場合に比べて可燃性廃棄物１２の流速を減少させることができる。これにより、酸素濃度と温度がともに高い領域での燃焼が可能となり、燃焼が不完全になることを防止することができる。また、連続的に投入できることで、可燃性廃棄物を効率的に処理することが可能となる。

可燃性廃棄物投入装置２２の径、高さ、受入口２３および排出口２４の大きさは、可燃性廃棄物の処理量に応じて適宜変更される。例えば、可燃性廃棄物１２の供給量が４．０トン／時間以下であれば、内径が４５０ｍｍ、高さが４５０ｍｍの大きさの装置を使用できる。可燃性廃棄物１２の受入口２３は、流速が１５から４０ｍ／秒、好ましくは２０から３０ｍ／秒になるように設定される。受入口２３への流速は、輸送する可燃性廃棄物１２の性状にもよるが１５ｍ／秒未満であると輸送配管２６内の閉塞等が懸念される。また、流速が４０ｍ／秒を超えると仮焼炉２へ入る冷空気量が過大となり、仮焼炉２での熱損失が大きくなる。また、輸送配管２６の摩耗等が懸念される。
また、排出口２４の内径は投入方向の流速が３から２０ｍ／秒、好ましくは５から１０ｍ／秒になるように設定される。排出口２４の流速が３ｍ／秒未満であると、可燃性廃棄物１２の排出が悪くなる恐れがあり、２０ｍ／秒を超えるとクーラー抽気ガス１１流に可燃性廃棄物１２が乗れず、ガス流域を抜けて水平部に堆積するおそれがある。

渦流室５に供給された可燃性廃棄物１２は、クーラー抽気ガス１１によって高温・高酸素の雰囲気となった仮焼炉渦流室５の周円部１０をゆっくり旋回流ガスに乗って旋回しながら燃焼が加速される。これにより、酸素濃度が高い炉内燃焼空間を旋回挙動することにより廃棄物の滞留時間を従来よりも長く確保することができる。その後、慣性力の比較的大きい可燃性廃棄物１２は仮焼炉上部室１７において遠心力によって、高温の空気の旋回流に乗って仮焼炉２の内壁部に近いところを流飛軌跡１６のように周回しながら燃焼する。可燃性廃棄物１２の燃焼により発生したガスは、仮焼炉上部室１７の中心縦軸を下から上に向かって突き抜ける噴流ガス１４と自然に合流する。これにより、可燃性廃棄物１２が炉壁に融着することなく燃焼処理を行うことができる。

可燃性廃棄物１２は、渦流室５の天井部に設けられた可燃性廃棄物投入装置２２を経由して供給される。この際、渦流室の外周部寄り、例えば外壁から内壁に向かって０を越え２ｍの距離であって、クーラー抽気ガスダクト６との接続部から下流に向けて１乃至５ｍ離れた位置が可燃性廃棄物投入装置２２の中心になるように、可燃性廃棄物投入装置２２を設けることが好ましい。これにより、可燃性廃棄物１２を安定的に供給することが可能となり、可燃性廃棄物１２の供給に伴う融着の問題を解消することができる。また、可燃性廃棄物１２の滞留時間を長く確保しながら、さらに外周部寄りの高酸素雰囲気によって、可燃性廃棄物１２を確実に燃焼させることが可能となる。

本発明で用いられる可燃性廃棄物１２とは、廃プラスチック、廃木材、木屑、古畳、古紙、廃ゴム、布裂、固形燃料（ＲＤＦ類）などの単品または２種以上の混合物をいう。可燃性廃棄物に鉄屑やアルミ片等の異物が混入している場合は、磁力選別機、非鉄物除去装置、篩等の手段により予め除去する。可燃性廃棄物１２のサイズは、最長部が５ｍｍから５０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍから２０ｍｍ以下である。最長部が５０ｍｍを越えると、輸送配管２６での詰まり等輸送上の問題が発生する恐れがあり、また旋回流に乗ることなくライジング・ダクト９を経由して窯尻部２１に落下し炉壁に固着するので好ましくない。他方、最長部が５ｍｍ未満の可燃性廃棄物は、破砕するために多大な動力や設備が必要となり廃棄物を効率的に処理する上で必ずしも好ましくない。石炭バーナー８から供給される微粉炭に対する可燃性廃棄物１２の割合は、１０乃至４０重量％である。

以下に、実施例を挙げて本発明の内容を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の設計変更が可能である。

［実施例１］
［仮焼炉の型式］
本実施例で用いられた仮焼炉２は、ＮＳＦ式仮焼炉（石川島播磨重工業（株）製）であって、仮焼炉２の下部は渦流室５が構成され、該渦流室５はクーラー抽気ガスダクト６と接続されるとともに、仮焼炉上部室１７の下と繋がっている。仮焼炉の石炭バーナー８は、計４本存在し、仮焼炉上部室１７の最下部における位置レベルで、ロータリーキルン１の排ガスを下部から導入するライジング・ダクト９のほぼ中央に向けて下向き俯角で１５乃至２０度の範囲で、仮焼炉２の内部に挿入されて設置されている。

［可燃性廃棄物の渦流室への投入条件］
仮焼炉は、仮焼炉２の横方向から水平に導入されるクーラー抽気ガス１１が仮焼炉２の内部で旋回するような構造である渦流室５を備えるものを使用した。抽気ガス１１のダクトと渦流室５との接続位置から高温の空気の流れ方向に５ｍの水平距離で、外壁から１ｍの位置が可燃性廃棄物投入装置２２の中心点となるように可燃性廃棄物投入装置２２を設置した。可燃性廃棄物投入装置２２は、図４，５に示す円筒型の構造を有する。受入口２３の内径は１４０ｍｍ、装置の内径（後述する不定形耐火物を敷設した後の内径）は２５４ｍｍ、排出口の内径は２５４ｍｍである。高さは３５０ｍｍである。内壁面には不定形耐火物が敷設されている。

最長サイズが２０ｍｍ篩い全通の粒径を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンを含む廃プラスチック１００重量％からなる可燃性廃棄物１２を空気ブロアを用い、輸送配管２６で輸送し、可燃性廃棄物投入装置２２の受入口２３から供給した。可燃性廃棄物投入装置２２の排出口２４の口径とブロアの性能曲線から、仮焼炉２への供給流速は、５ｍ／秒と推定される。可燃性廃棄物１２の供給量は１．５ ｔ／ｈｒであった。噴流ガス量は１２０ｋＮｍ3／ｈｒ、クーラー抽気ガス１１量は８２ｋＮｍ3／ｈｒであった。また、石炭バーナー８から供給される仮焼炉微粉炭燃料は１３．５ｔ／ｈｒ、微粉炭吹込み空気は３．５ｋＮｍ3／ｈｒであった。運転結果を表１に示す。運転停止後に、可燃性廃棄物１２の投入位置の内部を確認したところ、堆積は認められなかった。可燃性廃棄物１２を仮焼炉２において処理することにより、従来の微粉炭燃料の使用量を大幅に削減することが可能となった。

［実施例２］
可燃性廃棄物１２の供給量、石炭バーナー８から供給される仮焼炉微粉炭燃料および抽気ガス１１のダクトと渦流室５との接続位置から高温の空気の流れ方向への水平距離を表１のように変更した以外は、実施例１と同様な条件によりクリンカを製造した。可燃性廃棄物投入装置２２の排出口２４の口径とブロアの性能曲線から、仮焼炉２への供給流速は、５ｍ／秒と推定される。運転結果を表１に示す。運転停止後に、可燃性廃棄物１２の投入位置の内部を確認したところ、堆積は認められなかった。可燃性廃棄物１２を仮焼炉２において処理することにより、従来の微粉炭燃料の使用量を大幅に削減することが可能となった。

［比較例１］
旋回投入の代わりに、輸送配管２６を渦流室に接続し、空気ブロアで渦流室へ可燃性廃棄物１２の吹込みを行った。輸送配管２６の口径とブロアの性能曲線から、仮焼炉２への供給流速は、２１ｍ／秒と推定される。また、石炭バーナー８から供給される仮焼炉微粉炭燃料は１２．５トン／時間であった。それ以外は実施例１と同様な条件によりクリンカを製造した。運転結果を表１に示す。この結果、仮焼炉２の出口ガス（プレヒーターサイクロン２０のうち最も底部に位置するサイクロンを示し、Ｃ１出口と略す。）中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度は、１．６容量％であった。これは、可燃物が不完全燃焼を起こしている割合が大きくなったことを示すものである。

［比較例２］
旋回投入の代わりに、輸送配管２６を渦流室に接続し、空気ブロアで渦流室へ可燃性廃棄物１２の吹込みを行った。輸送配管２６の口径とブロアの性能曲線から、仮焼炉２への供給流速は、２１ｍ／秒と推定される。また、石炭バーナー８から供給される仮焼炉微粉炭燃料が１１．８トン／時間であった。それ以外は実施例２と同様な条件によりクリンカを製造した。運転結果を表１に示す。この結果、仮焼炉２の出口ガス（Ｃ１出口）中のＣＯ濃度は、１．４容量％であった。これは、可燃物が不完全燃焼を起こしている割合が大きくなったことを示すものである。

［参考例１］
旋回投入の代わりに、輸送配管２６を渦流室５に接続し、空気ブロアで渦流室５へ可燃性廃棄物１２の吹込みを行った。輸送配管２６の口径とブロアの性能曲線から、仮焼炉２への供給流速は、３０ｍ／秒と推定される。運転条件は、表１のとおり変更した以外は実施例１と同様な条件によりクリンカを製造した。運転結果を表１に示す。この結果、仮焼炉２の出口ガス（Ｃ１出口）中の一酸化炭素ＣＯ濃度は、１．１容量％であった。また、仮焼炉２の出口温度は８９３℃であった。これは、仮焼炉２の上部においてより燃焼している、いわゆる燃焼遅れが生じていることを示す。

［参考例２］
渦流室５の上部に、可燃性廃棄物１２を貯留するためのサイロを設けた。サイロの底部から可燃性廃棄物１２をバッチ式で渦流室５に自由落下させた。また、運転条件は、表１のとおり変更した以外は実施例１と同様な条件によりクリンカを製造した。運転結果を表１に示す。この結果、仮焼炉２の出口温度は８８３℃であった。これは、仮焼炉２の上部においてより燃焼している、いわゆる燃焼遅れが生じていることを示す。また、運転停止後に可燃性廃棄物１２の投入位置の内部を確認したところ、可燃性廃棄物１２の融着と堆積が認められた。

本発明は、大量の可燃性廃棄物をセメント製造の原料や燃料として使用する際に利用可能である。

本発明を実施するためのセメント製造装置の概略図である。 本発明を実施するための渦流室を有する仮焼炉の平面図である。 本発明を実施するための渦流室を有する仮焼炉の側面図である 本発明を実施するための可燃性廃棄物の投入装置の概略図である。 本発明を実施するための可燃性廃棄物の投入装置の断面図である。

符号の説明

１ ロータリーキルン
２ 仮焼炉
３ クリンカクーラー（ＡＱＣ）
４ 窯前石炭バーナー
５ 渦流室
６ クーラー抽気ガスダクト
７ 排気ファン
８ 石炭バーナー
９ ライジング・ダクト
１０ 周円部
１１ クーラー抽気ガス
１２ 可燃性廃棄物
１３ キルン排ガス
１４ 噴流ガス
１５ 旋回流ガス
１６ 廃棄物の流飛軌跡
１７ 仮焼炉上部室
１８ セメント原料投入口
１９ プレヒーター排ガス
２０ プレヒーターサイクロン
２１ 窯尻部
２２ 可燃性廃棄物投入装置
２３ 受入口
２４ 排出口
２５ キャスタブル（不定形耐火物）
２６ 輸送配管

Claims (2)

1. クリンカクーラーから抽気したクーラー抽気ガスを仮焼炉に導入するための渦流室を有する仮焼炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理方法において、可燃性廃棄物を旋回させながら渦流室の天井部から供給することを特徴とする可燃性廃棄物の処理方法。
2. クリンカクーラーから抽気したクーラー抽気ガスを仮焼炉に導入するための渦流室を有する仮焼炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理装置において、可燃性廃棄物を受入れる受入口と、渦流室に連結し可燃性廃棄物を渦流室に供給するための排出口とを備える可燃性廃棄物投入装置を渦流室の天井部に備え、前記受入口は可燃性廃棄物が可燃性廃棄物投入装置において旋回流を生じるように可燃性廃棄物投入装置の水平断面の接線方向に設けられてなる可燃性廃棄物の処理装置。

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