JP2009226276A

JP2009226276A - 灰溶融炉および灰溶融炉における高融点物質除去方法

Info

Publication number: JP2009226276A
Application number: JP2008072705A
Authority: JP
Inventors: Makoto Katsuki; 誠勝木; Michitaka Furubayashi; 通孝古林; Hideo Shitaya; 英雄下谷; Koji Taga; 幸司多賀; Minoru Asano; 実浅野
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP4959615B2

Abstract

【課題】少なくとも溶融室内に広範囲に堆積した高融点物質を広範囲にて溶融・除去し得る灰溶融炉を提供する。
【解決手段】廃プラスチックを細片化してなるフラフを燃料とする加熱用バーナ３が設けられたフラフ燃焼室12およびこのフラフ燃焼室の下方位置に配置されて灰を溶融し得る溶融室13が具備された灰溶融炉において、フラフを供給するフラフ供給装置４および廃プラスチック由来の高融点物質の融点を降下させる融点降下剤を供給する融点降下剤供給装置５を具備するとともに、フラフ供給装置からのフラフを加熱用バーナに空気輸送にて供給する空気輸送管22を設けるとともに、融点降下剤供給装置からの融点降下剤を空気輸送管に導き、当該融点降下剤をフラフに混入させた状態で加熱用バーナ３に供給するようになし、且つ上記融点降下剤として灰、ガラスカレットおよびスラグのうち、少なくとも１種類以上を用いたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、灰溶融炉および灰溶融炉における高融点物質除去方法に関する。

廃プラスチックを細片化してなるフラフを燃料とする灰溶融炉においては、廃プラスチック中に酸化チタン（ＴｉＯ_２）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）が含まれているため、溶流点が１６００℃以上である高融点物質がフラフ燃焼室の突出部分およびその下方に配置される溶融室の底部に付着し堆積するとともに、溶融室の底部に設けられたスラグ取出孔においては、高融点物質の堆積により閉塞する惧れが生じ、長期の連続運転の支障になっていた。

言い換えれば、廃プラスチックを燃料とする場合には、高融点物質の生成は避けられず、しかも、この高融点物質については、通常の炉内温度である１４００〜１５００℃程度の温度では溶融が難しく、またこれ以上の高温化は耐火材の損傷を早めるという問題があり、したがって運転中において、高融点物質を除去することができなかった。

ところで、この問題を解決するために、溶融室内における高融点物質の堆積箇所に、融点降下剤を投入用ノズルを介して直接投入することにより、高融点物質を溶融させて堆積しないようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２２５１６８号公報

しかし、融点降下剤を投入用ノズルから炉内に投入した場合、その投入範囲が狭く、例えば溶融室の床部（つまり、炉本体の底壁部）の下手側（溶融スラグの排出側）に比較的広範囲に亘って堆積した高融点物質を十分に溶融し得ないという問題があった。

そこで、本発明は、少なくとも、溶融室内に且つ広範囲に堆積した高融点物質を、より広い範囲にて溶融・除去し得る灰溶融炉および灰溶融炉における高融点物質除去方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の灰溶融炉は、廃プラスチックを細片化してなるフラフを燃料とする加熱用バーナが設けられたフラフ燃焼室およびこのフラフ燃焼室の下方位置に配置されて灰を溶融し得る溶融室が具備された灰溶融炉において、
フラフを供給するフラフ供給装置および廃プラスチック由来の高融点物質の融点を降下させる融点降下剤を供給する融点降下剤供給装置を具備するとともに、
上記フラフ供給装置からのフラフを上記加熱用バーナに空気輸送にて供給する空気輸送管を設けるとともに、上記融点降下剤供給装置からの融点降下剤を上記空気輸送管に導き、当該融点降下剤をフラフに混入させた状態で加熱用バーナに供給するようになし、
且つ上記融点降下剤として灰、ガラスカレットおよびスラグのうち、少なくとも１種類以上を用いたものである。

また、本発明の灰溶融炉における高融点物質除去方法は、廃プラスチックを細片化してなるフラフを燃料とする加熱用バーナが設けられたフラフ燃焼室およびこのフラフ燃焼室の下方位置に配置されて灰を溶融し得る溶融室が具備された灰溶融炉において、
上記加熱用バーナに空気輸送にて供給されるフラフに融点降下剤を混入させて、少なくとも溶融室内に堆積した高融点物質の融点を降下させて溶融・除去するようになし、
且つ上記融点降下剤として灰、ガラスカレットおよびスラグのうち、少なくとも１種類以上を用いる方法であり、
また上記融点降下剤として、粒径が１ｍｍ以下のものを用いる方法である。

上記灰溶融炉および高融点物質除去方法によると、フラフに、炉内で生成する高融点物質の融点降下剤を混入させるようにしたので、例えば投入用ノズルなどにより局所的に融点降下剤を炉内に投入する場合に比べて、融点降下剤を炉内に広範囲に且つ均一に散布し得ることになり、したがって高融点物質を広範囲に亘って溶融することができ、しかも、より確実に、スラグ取出孔が閉塞するのを防止することができるので、長期間に亘る連続運転が可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る灰溶融炉および灰溶融炉における高融点物質除去方法を図面に基づき説明する。
まず、本発明に係る高融点物質除去方法が適用される灰溶融炉について簡単に説明する。

この灰溶融炉は、例えば焼却灰に飛灰が混合されてなる混合灰（以下、単に灰という）を加熱し溶融するための加熱用バーナの燃料として、廃プラスチックを、数ミリ（例えば、３ｍｍ程度）以下の大きさに破砕して得られるフラフ（細粒可燃物ともいう）を使用するものであり、またこの加熱用バーナは、炉の操業開始時およびフラフでの発熱量が不足する場合に、補助的に灯油が用いられるものである。

図１に示すように、この灰溶融炉は、加熱用バーナ３を有して灰を加熱し溶融するための炉本体１と、この炉本体１内に灰を供給するためのプッシャー式の灰供給装置２と、フラフを加熱用バーナ３に供給するフラフ供給装置（燃料供給装置ともいえる）４と、廃プラスチック由来の高融点物質の融点を降下させる融点降下剤をフラフに混入させてフラフと一緒に加熱用バーナ３に供給する融点降下剤供給装置５とから構成されている。

そして、上記炉本体１は、大きく分けて、灰の溶融処理経路（例えば、灰の供給→灰の予熱→灰の溶融→溶融スラグの取り出し）の下手側位置に配置されて上方にフラフ燃焼室１２を有するとともに当該フラフ燃焼室１２の下方に溶融室１３を有するフラフ燃焼部１１と、上手側位置に配置されて二次燃焼室１５を有する二次燃焼部１４とから構成されている。なお、フラフ燃焼部１１から二次燃焼部１４に到る連通空間１６も溶融室１３の一部を形成している。

そして、この溶融室１３の下手側端部には、溶融スラグを炉外に排出する排出筒１７が設けられるとともに、溶融室１３の後壁部である下手側の側壁部１ｃには、溶融スラグを排出筒１７側に取り出すためのスラグ取出孔（スラグ抜出孔ともいえる）１８が設けられるとともに、このスラグ取出孔１８の下方、すなわち上記排出筒１７の下方には、溶融スラグを導き水冷して砕くための水砕ピット１９が設けられている。なお、上記排出筒１７には、スラグ取出孔１８に対向する位置でスラグが固化するのを防止するための補助加熱用バーナ２０が設けられている。

少し詳しく説明すると、上記フラフ燃焼部１１は、縦型の円筒状に形成されており、その上壁部１ｂには、加熱用バーナ３が配置されるとともに、その内壁面の上下方向中間部には絞り部１１ａが内側に突出するように形成されている。なお、この絞り部１１ａの上方がフラフ燃焼室１２にされ、その下方が溶融室１３にされている。

また、上記加熱用バーナ３には、灯油を供給する灯油供給管２１並びにフラフ供給装置４および融点降下剤供給装置５からのフラフ燃料および融点降下剤を１次空気とともに供給する（つまり、空気輸送により供給する）空気輸送管（燃料等供給管ということもでき、この「輸送管、供給管」という語句には「ダクト」の意味も含まれる）２２が接続され、また炉本体１のフラフ燃焼部１１の上壁部１ｂから突設された空気案内筒部１ｄには２次空気供給管２３が接続され、さらに下手側の側壁部１ｃには、３次空気供給管２４および４次空気供給管２５が接続されている。勿論、上記空気輸送管２２の端部には輸送用の空気を供給するための送風機２６が接続されるとともに、この空気輸送管２２の端部近傍には、輸送用空気量を調節する空気量調節器としてのダンパ（バルブでもよい）２７が設けられている。

次に、上記フラフ供給装置４および融点降下剤供給装置５について説明する。
フラフ供給装置４は、フラフを貯留するフラフ貯留ホッパ３１と、このフラフ貯留ホッパ３１内のフラフを定量ずつ供給し得る定量供給機（例えば、サークルフィーダ、スクリュウフィーダなどが用いられる）３２と、この定量供給機３２から排出されたフラフを上記空気輸送管２２の他端部寄りの下手側に導くフラフ導入管３３と、このフラフ導入管３３の途中に設けられて定量供給機３２側を密閉し得るロータリバルブ３４とから構成されている。

また、融点降下剤供給装置５は、上記フラフ供給装置４と同様に、融点降下剤を貯留する融点降下剤貯留ホッパ４１と、この融点降下剤貯留ホッパ４１内の融点降下剤を定量ずつ供給し得る定量供給機（例えば、サークルフィーダ、スクリュウフィーダなどが用いられる）４２と、この定量供給機４２から排出された融点降下剤を上記空気輸送管２２の他端部の上手側に導く融点降下剤導入管４３と、この融点降下剤導入管４３の途中に設けられて定量供給機４２側を密閉し得るロータリバルブ４４から構成されている。

ここで、融点降下剤について説明すると、当該融点降下剤としては、灰、ガラスカレットおよびスラグ（例えば、この灰溶融炉から取り出された水砕化スラグ）のうち、少なくとも１種類以上（つまり、スラグ、ガラスカレット、灰、スラグ＋ガラスカレット、スラグ＋灰、ガラスカレット＋灰、または灰＋ガラスカレット＋スラグ）が用いられるとともに、この融点降下剤の粒径は、空気輸送が可能な大きさ、例えば１ｍｍ以下にされている（勿論、全てが１ｍｍ以下にされている訳ではなく、１ｍｍを超えるものも含まれている）。また、空気輸送時の流速は１０ｍ／ｓｅｃ以上が好ましい。

上記構成において、加熱用バーナ３にフラフ燃料が１次空気とともに供給されて、フラフ燃焼室１２にてフラフが燃焼されている状態において、灰供給装置２により灰が炉本体１内に供給されると、底壁部１ａ上を二次燃焼室１５側から溶融室１３側に向かって移動するとともに、溶融室１３側から二次燃焼室１５側に移動する燃焼排ガスの熱により予熱されて溶融室１３に到り、フラフの燃焼熱により灰が溶融される。なお、炉の運転中、フラフ燃焼室１２の温度は１４５０〜１５００℃に、また溶融室１３の温度は１４００〜１４５０℃の範囲に維持されている。

そして、このとき、フラフに含まれている、すなわち廃プラスチック由来の高融点物質が、例えばフラフ燃焼室１２側の突出部１１ａおよび溶融室１３の底壁部１ａ上に堆積することになるが、フラフと同時に融点降下剤例えばスラグが加熱用バーナ３に供給されて燃焼されるため、当該融点降下剤が高融点物質に均一に混ざった状態で、フラフ燃焼室１２および溶融室１３内に拡散される。したがって、フラフ燃焼室１２および溶融室１３内に堆積する高融点物質の融点が降下し、全体的に溶融状態となり、この溶融スラグは、スラグ取出孔１８を介して水砕ピット１９内に落下し、固形化される。この水砕ピット１９にて得られたスラグを、さらに細かく砕くことにより、融点降下剤として使用される。

なお、スラグの供給量については、定量供給機４２により、高融点物質生成量（フラフ供給量×フラフ中の灰分）に対応する量となるように調整されている。
ここで、実際の溶融炉に、融点降下剤として、スラグ、ガラスカレット、焼却灰をフラフに混入させて、稼動させた場合の高融点物質の堆積状態を調べた結果を、下記の［表１］に示しておく。

なお、融点降下剤が無い（用いない）場合の堆積速度は、９０日程度の連続運転が要求されるとともに、炉内での堆積量が２５０ｋｇ程度の場合でもスラグの出滓が可能であることから、１日に換算した場合、その目安の値は２．８（２５０ｋｇ／９０ｄａｙ）となる。

［表１］から、スラグを混入しなかった場合は、５８．９であったのに対し、スラグを混合させた場合およびガラスカレットを混入させた場合には、それぞれ堆積速度はゼロであった。また、焼却灰を混入させた場合は、１．６であった。この実験結果から、融点降下剤をフラフに混入させた場合には、大幅に、高融点物質の堆積量を減らすことができた。

次に、融点降下剤として、スラグ、ガラスカレットおよび焼却灰を用いた場合の、コストを調べた結果を、下記の［表２］に示しておく。

コスト試算のための運転期間は２週間とするとともに、融点降下剤の使用コストは高融点物質の融点を十分に降下し得る投入比から試算した。灰処理量が６．４ｔｏｎ／ｄａｙ規模の灰溶融炉（勿論、フラフを燃料とするもの）においては、融点降下剤を用いない場合には、炉内に堆積した高融点物質のはつり作業として２００〜３００千円のコストが発生している。これに対し、ガラスカレットを用いた場合には、５．９千円のコストが発生し、またスラグおよび焼却灰を用いた場合には、工場などの施設内で発生するものであるため、特にコストは発生しない。つまり、大幅に高融点物質除去コストを削減し得ることになる。

また、灰として焼却灰を用いれば、焼却灰の処理も兼ねることができ、さらに灰として飛灰を用いれば、飛灰を処理するための薬剤などのコストを削減することができる。
このように、フラフに、炉内で生成する高融点物質の融点降下剤を混入させるようにしたので、例えば投入用ノズルなどにより局所的に融点降下剤を炉内に投入する場合に比べて、融点降下剤を炉内に広範囲に且つ均一に散布し得ることになり、したがって高融点物質を広範囲に亘って溶融することができ、しかも、より確実に、スラグ取出孔が閉塞するのを防止することができるので、長期間に亘る連続運転が可能となる。

本発明の実施の形態に係る灰溶融炉の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１炉本体
１ａ底壁部
１ｂ上壁部
１ｃ側壁部
２灰供給装置
３加熱用バーナ
４フラフ供給装置
５融点降下剤供給装置
１１フラフ燃焼部
１１ａ突出部
１２フラフ燃焼室
１３溶融室
１４二次燃焼部
１５二次燃焼室
１６連通空間
１８スラグ取出孔
２２空気輸送管
２６送風機
２７ダンパ
３１フラフ貯留ホッパ
３２定量供給機
３３フラフ導入管
３４ロータリバルブ
４１融点降下剤貯留ホッパ
４２定量供給機
４３融点降下剤導入管
４４ロータリバルブ

Claims

廃プラスチックを細片化してなるフラフを燃料とする加熱用バーナが設けられたフラフ燃焼室およびこのフラフ燃焼室の下方位置に配置されて灰を溶融し得る溶融室が具備された灰溶融炉において、
フラフを供給するフラフ供給装置および廃プラスチック由来の高融点物質の融点を降下させる融点降下剤を供給する融点降下剤供給装置を具備するとともに、
上記フラフ供給装置からのフラフを上記加熱用バーナに空気輸送にて供給する空気輸送管を設けるとともに、上記融点降下剤供給装置からの融点降下剤を上記空気輸送管に導き、当該融点降下剤をフラフに混入させた状態で加熱用バーナに供給するようになし、
且つ上記融点降下剤として灰、ガラスカレットおよびスラグのうち、少なくとも１種類以上を用いたことを特徴とする灰溶融炉。
廃プラスチックを細片化してなるフラフを燃料とする加熱用バーナが設けられたフラフ燃焼室およびこのフラフ燃焼室の下方位置に配置されて灰を溶融し得る溶融室が具備された灰溶融炉において、
上記加熱用バーナに空気輸送にて供給されるフラフに融点降下剤を混入させて、少なくとも溶融室内に堆積した高融点物質の融点を降下させて溶融・除去するようになし、
且つ上記融点降下剤として灰、ガラスカレットおよびスラグのうち、少なくとも１種類以上を用いることを特徴とする灰溶融炉における高融点物質除去方法。
融点降下剤として、粒径が１ｍｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項２に記載の灰溶融炉における高融点物質除去方法。