JP2010043840A - 廃棄物溶融処理方法および廃棄物溶融処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥用シャフト部と炉底部の間に火格子を設けることによって、コークス消費量を抑制し、吹き抜け現象を抑制する廃棄物溶融処理技術を提供する。
【解決手段】炉上部から廃棄物および塊状炭素系可燃物質を供給し、炉下部の羽口から酸素源を供給し炉床部の出湯口から溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を出湯し、炉上部から発生ガスを排出するシャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理方法において、乾燥用シャフト部１内に頂部から装入されて充填された廃棄物に火格子部２および熱分解残渣溶融部３で発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥し、廃棄物を通過したガスは頂部から排出し、乾燥用シャフト部１で乾燥された廃棄物を火格子部２で熱分解して熱分解残渣を生成し、火格子部２で生成した熱分解残渣が供給されて熱分解残渣溶融部３に形成されているコークスベッドを熱源として燃焼・溶融する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物の乾燥・熱分解を行い、廃棄物中の水分および揮発分を除去した熱分解残渣のみを溶融することでコークス使用量を削減する廃棄物溶融処理技術に関する。

一般廃棄物、産業廃棄物などの廃棄物をシャフト炉式廃棄物溶融炉内にコークスなどの塊状炭素系可燃物質を石灰石とともに装入し、炉体に設けられている羽口から空気または酸素富化空気を吹き込み、廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理することが行われている。

図２において、シャフト炉式廃棄物溶融炉３１では、廃棄物がコークス、石灰石などの副資材とともに、炉上部から装入装置３２により装入される。廃棄物は、炉内で乾燥、熱分解、燃焼、溶融の過程を経て出湯口３３からスラグとして排出される。廃棄物中の可燃物は、一部が熱分解されてガスとなって排出されまた、一部は炉下部で羽口３４から吹き込まれた空気および酸素によって燃焼するが、残りの可燃物は可燃性ダストとなって溶融炉３１の炉頂から排出される。

シャフト炉式廃棄物溶融炉３１の炉頂から排出される可燃性ダストは、可燃性ダスト捕集装置３５で捕集し、可燃性ダスト貯蔵タンク３６に貯蔵され、可燃性ダスト切出装置３７で切り出されて酸素富化空気を供給する羽口３４から炉内へ吹き込まれる。可燃性ダスト捕集装置３５を通過した排ガスは、燃焼室で燃焼される。

シャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理では、処理物を溶融するための主燃料として使用されるコークスの処理費用に占める割合が大きいので、処理費用を節約するためにコークスの使用量を低減することが望まれている。

一方で、地球温暖化防止の観点から、化石燃料に由来するコークスを溶融熱源として用いるので、環境に対するＣＯ_２負荷を削減することからもコークス使用量の削減が望まれている。

コークス使用量を低減させるため、例えば、羽口を介して炉頂から排出した可燃性ダストとともに、可燃性ダスト以外の可燃物を吹き込む方法（特許文献１）、下段送風羽口から供給される酸素量（Ａ）に対する、捕集され該下段送風羽口から供給される可燃性ダストとコークスの量および組成から求まる理論酸素量（Ｂ）の比率（Ｂ／Ａ）を、０．５〜１．０の範囲になるように、可燃性ダストの吹き込み量に応じて送風条件を変える方法（特許文献２）、加熱コイルによって炉内に充填されたコークスを羽口から吹き込まれた空気又は酸素富化空気により還元燃焼せしめるとともに、該コークスに交番電流を通電して誘導加熱することにより廃棄物を溶融処理する廃棄物の溶融処理方法（特許文献３）あるいは、木材などのバイオマスを利用する方法（特許文献４）などが提案されている。

特許文献５には、ストーカ群で生成した未燃炭素分を含む残渣を未燃炭素分の燃焼熱にて溶融し、ストーカ炉を高温化することなく主灰の改質による資源化を行うことが開示されている。この技術は、ストーカ高温化による主灰および飛灰の溶融固着防止し、熱分解残渣溶融部冷却に伴うヒートロスによる熱効率低下を改善するためのもので、ストーカ上の廃棄物温度を１０００℃以下の低温にて部分燃焼させ安定したガス化を行うものである。

特開２００６−２０７９１１号公報 特開２００３−０５６８２０号公報 特開２００２−０５４８１０号公報 特開２００７−９３０６９号公報 特開２００３−１６６７０５号公報

シャフト炉内の充填層では直接熱交換により固体の昇温が行われており、熱効率はよいが、廃棄物中には生ごみ等の高水分ごみや木等の揮発分が多く径が大きいものが存在する。従来型のシャフト式ガス化溶融炉では、これらの廃棄物の一部が十分に乾燥されなかったり、揮発分のガス化が行われることなく、炉最下部に下降し、コークスと共に燃焼・溶融する。炉下部において水分や揮発分はいずれも雰囲気温度を低下させることになるため、雰囲気温度を高く維持し非燃焼物を完全溶解するためには、結果としてコークス使用量を増やす必要がある。また、コークス代替としてＬＰＧ等の外部燃焼を使用する場合、外部燃焼（コークス＋ガス）使用量は高いままであった。また、従来のシャフト炉内ではごみの装入時や未乾燥・未乾留の廃棄物が炉最下部まで下降した時等に、充填層内での揮発分のガス化に伴う蒸気量や排ガス量の変動が発生していた。

さらに、従来型のシャフト式ガス化溶融炉では水分および揮発分の乾燥、ガス化が均一になされず、吹き抜けと呼ばれるガスの偏流現象が発生することがあった。

また、特許文献６のストーカ炉では、（１）乾燥・熱分解ゾーンの燃焼排ガス通路と残渣処理ゾーンからの排ガス処理ゾーンを個別に分けているために設備費が高い、（２）燃焼排ガス通路と廃棄物投入口とが別々であるためにストーカでの部分燃焼によって発生したガスを有効利用することができず、高水分の廃棄物をストーカ部で部分燃焼するために、乾燥手段および燃焼手段を設置する必要があり、結果として巨大化していた。

そこで、本発明は、廃棄物溶融処理において、乾燥シャフト部と火格子部にて乾燥・熱分解を行い、燃焼・溶融と分離して行うことによってごみ中の水分や揮発分を除去して、廃棄物が乾燥や熱分解されない状態で炉下部に下降することを防止することで炉最下部における雰囲気温度の低下を抑制し、灰分の溶融に必要な量以上に使用されているコークス消費量を抑制して廃棄物熱分解残渣の持つ熱量と少量のコークスの熱量にて完全溶融を達成するとともに、排ガス量および蒸気量を安定させることができる廃棄物溶融処理技術を提供するものである。

本発明の廃棄物溶融処理方法は、炉上部から廃棄物および塊状炭素系可燃物質を供給し、炉下部の羽口から酸素源を供給し炉床部の出湯口から溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を出湯し、炉上部から発生ガスを排出するシャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理方法において、廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部と乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部とを前記溶融炉の上部に連結し、乾燥用シャフト部内に炉頂から装入して充填した廃棄物を火格子部および溶融炉で発生したガスによって乾燥・熱分解させ、廃棄物充填層を通過したガスは頂部から排出し、乾燥用シャフト部で乾燥、熱分解された廃棄物を火格子部でさらに熱分解させて熱分解残渣を生成し、該熱分解残渣を溶融炉に供給してコークスベッドを熱源として燃焼・溶融することを特徴とする。この方法によって廃棄物の乾燥・熱分解と燃焼・溶融とを分離して行うことが可能となる。結果として、コークスベッドが形成されている溶融炉炉床部に廃棄物中の水分または揮発分が持ち込まれなくなるため、水分蒸発や揮発分のガス化に伴う吸熱反応を抑制することが可能となり、炉床部の雰囲気温度を高く維持することができる。

また、請求項２の発明は、乾燥用シャフト部および火格子部において装入した廃棄物を水分３０％以下または揮発分３０％以下にまで乾燥・熱分解するものである。この方法によって炉床部のコークスベッド近傍における水分蒸発および揮発分のガス化に伴う吸熱を制御し、雰囲気温度の低下を抑制することが可能となり、雰囲気温度維持のために使用していたコークス使用量を削減することが可能となる。

請求項３の発明のように乾燥用シャフト部羽口または火格子部から酸素源を供給し、廃棄物を部分燃焼させることによって、より効率的に乾燥・熱分解を行うことができる。

また、請求項４の発明のように、火格子部での空気比を１．０以下として熱分解させることで、廃棄物を完全燃焼させず廃棄物中の固定炭素や揮発分を炉床部での燃焼源として活用することができる。

また、請求項５の発明は、火格子部で生成した熱分解残渣を連続的に熱分解残渣溶融部に供給するものである。上記方法によって、熱分解残渣溶融部における熱分解残渣の燃焼・溶融を安定的に行うことが可能となる。

また、請求項６のようにストーカ部で生成した熱分解残渣を送風している羽口から０．５ｍ以上のレベルに熱分解残渣溶融部に供給することによって、可燃性ガス、空気と残渣との混合による異常燃焼を抑制することが可能となり、排ガス量を安定化させ設備をコンパクトにすることが可能である。

また、請求項７の発明は、塊状炭素系可燃物質等の副資材が乾燥用シャフト部および火格子部を介さず、シャフト炉上部から直接炉床部へ供給されるものである。この方法によって、塊状炭素系可燃物質等の副資材は火格子部にて燃焼されることなく、直接炉床部へ投入され、乾燥用シャフト部および火格子部から供給される熱分解残渣の燃焼・溶融にのみ使用することができ、その分コークス使用量を削減することが可能となる。

また、請求項８の発明は、炉下部の羽口から可燃性ダストまたは可燃ガスを供給するものであり、これらの技術を組み合わせることによってコークス使用量をさらに低減することが可能となる。

請求項９の発明は、炉上部から廃棄物および塊状炭素系可燃物質を供給し、炉下部の羽口から酸素源を供給し炉床部の出湯口から溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を出湯し、炉上部から発生ガスを排出するシャフト炉式廃棄物溶融炉に廃棄物を乾燥・熱分解する乾燥用シャフト部と該乾燥用シャフト部で乾燥・熱分解した廃棄物をさらに熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部を前記シャフト炉式溶融炉の上部に連結する廃棄物溶融処理装置である。この装置によって乾燥シャフトおよび火格子部にて乾燥・熱分解された熱分解残渣を直接炉床部へ供給することができるため、水分蒸発および揮発分のガス化に伴う雰囲気温度低下を抑制し、雰囲気温度を高く維持することが可能となり、コークス使用量をより削減することが可能となる。

また、請求項１０のように乾燥用シャフト部の頂部は、廃棄物装入口と排ガス排出口が設けられ、廃棄物充填層をガスを通過させて乾燥・熱分解させ頂部から排出される。

また、請求項１１のように廃棄物および塊状炭素系可燃物質等の副資材の供給口を溶融炉上部に設置することによりコークスなどの副資材を直接炉床部に供給することが可能となり、乾燥用シャフトおよび火格子部における燃焼等によるロスをなくすことができる。結果として、コークス使用量をさらに低減することが可能となる。

また、請求項１２記載の羽口を用いることにより、より効率的に廃棄物を乾燥・熱分解することが可能となる。

本発明はシャフトと炉底部の間に火格子を設けることによって乾燥・熱分解を燃焼・溶融と分離して水分および揮発分を除去するので、従来、除去されないまま炉下部に下降した水分や揮発分によって低下していた雰囲気温度を維持するために使用されていたコークス量を削減することが可能である。

また、本発明はシャフトと炉底部の間に火格子を設けることによって熱分解まで行い、熱分解残渣のみを溶融することによって充填層内における水分の乾燥および揮発分のガス化による発生ガス量の変動が減少し、蒸気量または排ガス量が安定させることが可能である。

本発明おいて使用する火格子を備えた廃棄物溶融処理装置の一実施例を示す概略図である。 従来の廃棄物溶融処理設備の説明図である。

本発明を、図面を参照しながら説明する。

図１において、本発明の廃棄物溶融処理装置は、装入された廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部１、乾燥された廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部２、熱分解残渣を燃焼・溶融する熱分解残渣溶融部３からなる。乾燥用シャフト部１が火格子部２の入側の上方に配置され、熱分解残渣溶融部３が火格子部２の出側の下方に配置されてクランク形状に連通して一体に接続されている。

熱分解残渣溶融部３は下方の炉床部４、この炉床部４の上に連なる朝顔部５、この朝顔部５の上のシャフト部６を備える。炉床部４には酸素源として空気と酸素を吹き込む下段羽口７を備えるとともに、朝顔部５からシャフト部６の下端部にかけて空気を吹き込む上段羽口８が配置されている。熱分解残渣溶融部３には、シャフト炉式廃棄物溶融炉の炉底部と同じくコークスベットが形成される。コークス、石灰石などの副資材はシャフト６の頂部の副資材装入口１５から投入する。なお、シャフト部はなくてもかまわない。

乾燥用シャフト部１の頂部には、排ガス出口９と廃棄物装入口１０が設けられ、廃棄物装入口１０は、装入の際にガスが吹き出すのを防ぐシール用蓋１１が設けられている。乾燥用シャフト部１の下部には廃棄物供給装置１２が設けられている。供給装置は、プッシャーでも火格子でもかまわない。

火格子部２は、乾燥用シャフト部１から装入された廃棄物を熱分解させながら熱分解残渣溶融部３へ移動させる火格子１３を備えている。

前記構成において、乾燥用シャフト部１の頂部の廃棄物装入口１０から装入された廃棄物は、火格子部２および炉床部３から発生したガスが乾燥用シャフト部１に充填された廃棄物中を通過して熱交換を行うことで効率的な乾燥・熱分解が行われる。乾燥・熱分解により生成された熱分解残渣は、熱分解残渣溶融部３内へ落下してコークスベットの熱源により燃焼、溶融され、炉床部３の出湯口１４から排出される。排ガスは、乾燥用シャフト部１の廃棄物中を通過して排ガス出口９から排気される。

乾燥用シャフト部１および火格子部２で廃棄物（ＡＳＲなども含む）が乾燥・熱分解し、発生した熱分解残渣が火格子部２の出側からシャフト部６内に落下して供給され、充填される。

火格子部２に装入された廃棄物が昇温用バーナ１６で着火後は、可燃物の自燃または炉床部にて発生するガスの輻射により乾燥・熱分解を行い、水分を３０％以下または揮発分を３０％以下にまで乾燥させる。

従来のシャフト炉式ガス化溶融炉内では充填層では直接熱交換により固体の昇温が行われており、熱交換率はよいが、廃棄物中には生ごみ等の高水分ごみや、木等の揮発分が多く径が大きいものが存在する。従来型のシャフト炉式ガス化溶融炉では、これらの廃棄物の一部が十分に乾燥されたり、揮発分のガス化が行われることなく、炉最下部に下降し、コークスと共に燃焼・溶融する。炉下部において水分や揮発分はいずれも雰囲気温度を低下させることになるため、雰囲気温度を高く維持し非燃焼物を完全溶融するためには、結果としてコークス使用量を増やす必要がある。

乾燥用シャフト部と炉底部の間に火格子を設けることによって水分３０％以下または揮発分を３０％以下にすることにより、残りの水分および揮発分はシャフト下部の充填層における直接熱交換によってガス化することが可能であり、結果として、炉下部での雰囲気温度を低下させることがなく、かつ、吹き抜け現象も抑制することができるため、コークス使用量を減らすことが可能となる。さらにはシャフトと炉底部の間に火格子を設けることによって揮発分を低減することにより充填層内における揮発分のガス化に伴う排ガスおよび蒸気量の変動を抑制することが可能となる。

水分３０％を超えまたは揮発分が３０％を超えた場合、炉下部における雰囲気温度が従来炉と同様に低下してしまうため、雰囲気温度維持のためにコークスを使用しなければならず、コークス使用量を低減することができない。

火格子部２の出側の位置が熱分解残渣を充填する０．５ｍ以下であると、送風空気と残渣とが混合し異常燃焼を起こしたり、熱分解残渣の飛散量が増加したりする可能性がある。また、投入する出側と羽口との距離が１０ｍ以上離れていると、装入した熱分解残渣が飛散してしまい排ガス量の変動が大きくなる。

乾燥用シャフト部１に投入された廃棄物は、火格子部２での部分燃焼により発生する熱および炉底部からの発生ガスにより乾燥し、火格子部２で熱分解する。発生した熱分解残渣は熱分解残渣溶融部３内に落下し、充填される。火格子部２での空気比を１．０以下とし、乾燥・熱分解させた熱分解残渣のみを溶融する。空気比が１．０超えると炉床部には灰分のみが供給されることとなり、熱分解残渣の可燃分を炉床部雰囲気温度維持のために利用することができず、コークス使用量を削減することができない。安定的な部分燃焼を考慮すると、空気比はできれば ０．１〜０．８が望ましい。充填層の上部はＣＯ雰囲気で、約６００℃程度である。落下した熱分解残渣は、燃焼、溶融され、炉床部の出湯口１４から排出される。排ガスは、乾燥用シャフト部１の排ガス出口９から排気され、その後熱回収される。空気比が０．１以下に場合、火格子における廃棄物の自己燃焼ができず、外部燃料が必要または乾燥・乾留されないまま溶融炉へ供給されてしまい、コークス量が余分に必要となる。また、空気温度は３０℃〜４０℃の常温または予熱空気を使用する。

乾燥用シャフト部１および火格子部２で従来のシャフト炉式廃棄物溶融炉よりも効率的に乾燥・熱分解を行うことで、従来灰分溶融以外に使用されるコークス使用量を削減することができる。その結果、熱分解残渣溶融部３には乾燥・熱分解された熱分解残渣のみの溶融に必要な熱量だけの補填で十分となった。試験の結果、熱分解残渣のみの溶融なら廃棄物に対して１％のコークス使用量で完全溶融可能であることを確認した。これに対し、従来、前処理なしの廃棄物処理＋ガス吹込み技術で２％が下限であった。

従来のシャフト炉式廃棄物溶融炉で発生した吹き抜け現象は、廃棄物の乾燥・熱分解が効率的に行われない結果発生しているが、本発明では、乾燥・熱分解を乾燥用シャフト部１および火格子部２にて分離して行うことで、排ガス量の安定化を図ることができ、吹き抜けを防止することができる。

引用文献５のストーカ炉とは異なり、火格子部２の上部に乾燥用シャフト部１があり、火格子部２および熱分解残渣溶融部３から発生したガスが乾燥用シャフト部１に充填された廃棄物と熱交換されることで効率的な乾燥・熱分解を行うことが可能となる。

本発明では、特開２００５−０９８６７６号公報に記載されている三重管羽口による可燃ダスト羽口吹込み技術と併用してもよい。さらに本発明では、コークスとして特許文献４に記載されているバイオマスコークスを使用しても構わない。

１：乾燥用シャフト部 ２：火格子部
３：熱分解残渣溶融部 ４：炉床部
５：朝顔部 ６：シャフト部
７：下段羽口 ８：上段羽口
９：排ガス出口 １０：廃棄物装入口
１１：シール用蓋 １２：廃棄物供給装置
１３：火格子 １４：出湯口
１５：副資材装入口 １６：昇温用バーナ
１７：乾燥用シャフト部羽口

Claims (12)

1. 炉上部から廃棄物および塊状炭素系可燃物質を供給し、炉下部の羽口から酸素源を供給し炉床部の出湯口から溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を出湯し、炉上部から発生ガスを排出するシャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理方法において、
   廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部と乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部とを溶融炉の上部に連結し、乾燥用シャフト部内に炉頂から装入して充填した廃棄物を火格子部および溶融炉で発生したガスによって乾燥・熱分解させ、廃棄物充填層を通過したガスは頂部から排出し、乾燥用シャフト部で乾燥、熱分解された廃棄物を火格子部でさらに熱分解させて熱分解残渣を生成し、該熱分解残渣を溶融炉に供給してコークスベッドを熱源として燃焼・溶融することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
2. 乾燥用シャフト部および火格子部において装入した廃棄物を水分３０％以下または揮発分３０％以下にまで乾燥・熱分解することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物溶融処理方法。
3. 乾燥用シャフト部に設置した羽口または火格子部から供給される酸素源によって廃棄物を部分燃焼させ、その熱源にて廃棄物を乾燥熱分解することを特徴とする請求項１または２に記載の廃棄物溶融処理方法。
4. 火格子部での空気比を１．０以下として熱分解させた熱分解残渣を溶融することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。
5. 火格子部で生成した熱分解残渣を連続的に熱分解残渣溶融部に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。
6. 火格子部で生成した熱分解残渣を送風している羽口から０．５ｍ以上のレベルに熱分解残渣溶融部に供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。
7. 塊状炭素系可燃物質等の副資材が乾燥用シャフト部及び火格子部を介さず、シャフト炉上部から直接炉床部へ供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。
8. 羽口から可燃性ダストまたは可燃ガスを供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。
9. 炉上部から廃棄物および塊状炭素系可燃物質を供給し、炉下部の羽口から酸素源を供給し炉床部の出湯口から溶融した廃棄物中灰分および非燃焼物を出湯し、炉上部から発生ガスを排出するシャフト炉式廃棄物溶融炉に廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部と該乾燥用シャフト部で乾燥・熱分解した廃棄物をさらに熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部を前記シャフト炉式溶融炉の上部に連結したことを特徴とする廃棄物溶融処理装置。
10. 前記乾燥用シャフト部の頂部は、廃棄物装入口と排ガス排出口が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の廃棄物溶融処理装置。
11. 廃棄物および塊状炭素系可燃物質等の副資材の供給口が溶融炉上部に設置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の廃棄物溶融処理装置。
12. 乾燥用シャフト部に羽口が設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の廃棄物溶融処理装置。

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