JP2011012901A

JP2011012901A - 廃棄物溶融炉

Info

Publication number: JP2011012901A
Application number: JP2009157816A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Todaka; 光正戸高; Koichi Motoyama; 浩一本山
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】溶融熱源としてコークスを使用するシャフト型廃棄物溶融炉において、熱交換率を向上させてコークスの使用量を節約する。
【解決手段】シャフト型廃棄物溶融炉において、炉底部に形成されるコークスベッドを燃焼させる空気又は酸素富化した空気を吹き込む送風羽口周りの炉内径を、前記空気の空塔速度（ＬＶ）が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように設定する。この場合、燃焼領域が拡大せずに熱交換率を向上させて、小さなコークスベッドで灰分の溶解が可能となる。その結果、コークスの使用量が大幅に低下する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物溶融炉、特に、溶融熱源としてコークスを使用するシャフト型廃棄物溶融炉に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物を熱分解溶融する設備として、ガス化炉と高温溶融炉を一体化した構造のシャフト型廃棄物溶融炉が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。この廃棄物溶融炉は、例えばコークスを溶融熱源として廃棄物を溶融すると共に、排ガスを通じて廃熱を回収する。溶融物は、水砕ピットにて冷却凝固されてスラグとなる。

図２に従来のコークスヘッド式廃棄物溶融炉（以下、単に「廃棄物溶融炉」と称す）の縦断面図を示す。図２に示すように、廃棄物溶融炉の炉本体１は、上部に廃棄物の投入口１１、底部に溶融スラグの出湯口１２を有する。炉本体１は、円筒形状に形成されており、上部側から順に直胴部Ａ，逆円錐状の絞り部Ｂ、及び炉底部Ｃを形成している。

上記構造において、廃棄物６は投入口１１から炉内に供給されるが、廃棄物６と共に一定の割合でコークス７が炉内に供給される。投入された廃棄物６は、炉内を降下する過程で乾燥，熱分解される。これにより生成される灰分は、炉底部Ｃに形成されているコークスベッド７１の燃焼熱で高温溶融され、コークスベッド７１の空隙を伝って滴下し、炉床に溶融状態のまま貯留される。溶融物６１は、間欠的に出湯口１２から取り出され、水砕ピット（不図示）にて冷却凝固される。

一方、炉底部Ｃに周方向に配置した送風羽口（下段羽口）２から、コークスベッド７１を燃焼させる空気又は酸素富化した空気を炉内に供給する。酸素富化した空気は、送風機５からの空気に酸素発生装置４で生成した酸素を混合することによって調製する。さらに、絞り部Ｂに周方向に配置した送風羽口（上段羽口）３から、廃棄物６を乾燥及び熱分解させる空気を炉内に供給する。熱分解により発生するガスは、溶融炉発生ガスとして排ガス口８から炉外に取り出される。

炉底部Ｃに貯留した溶融物６１は、一般的に、１時間毎に出湯口１２から取り出される。従って、必要な貯留容積（高さｈ）を確保するための炉床内径φＤＬが決定され、下段羽口周りの炉内径φＤＮも同じ寸法としていた。

しかしながら、下段羽口２や上段羽口３の送風量は、廃棄物６の処理能力で決定され、特に下段羽口２の送風量に対して下段羽口周りの炉内径φＤＮが過大となり、コークスベッド７１の全体を均一に燃焼することができない場合があった。この場合、周辺のコークスのみが燃焼され、燃焼ガスが均一に炉内を流れず、特定の部位の壁面流となり易い。その結果、降下する廃棄物との熱交換率が低くなり、燃焼ガスが高温のまま炉上部に達することになり、コークスの使用量が増加する。

また、廃棄物６の処理速度も低下するため、下段羽口２に大量の酸素を混合し、酸素濃度を上昇させて運転する必要があった。その結果、酸素を生成するための大電力を必要としていた。

上記した問題は、特に大型炉で顕著となる傾向にある。

特開平６−１２９６１８号公報特開平８−９４０３２号公報

すなわち、本発明は、一例として挙げた上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱交換率を向上させてコークスの使用量を節約することのできる廃棄物溶融炉を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、送風羽口から酸素富化した空気を供給する場合にも、酸素濃度を低くして、消費電力を抑えることのできる廃棄物溶融炉を提供することにある。

本発明の廃棄物溶融炉は、溶融熱源としてコークスを使用するシャフト型廃棄物溶融炉であって、炉底部に形成されるコークスベッドを燃焼させる空気又は酸素富化した空気を吹き込む送風羽口周りの炉内径を、前記空気の空塔速度（ＬＶ）が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように設定したことを特徴とする。

すなわち、従来の廃棄物溶融炉は、送風羽口周りの炉内径φＤＮを炉床内径φＤＬと同一にしていたが、炉内径φＤＮについては送風羽口から吹き込む空気又は酸素富化した空気の単位時間当たりの計画送風量で決定し、送風羽口周りの空塔速度（ＬＶ）が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるようにする。なお、送風羽口周りの空塔速度（ＬＶ）は、吹き込まれる空気又は酸素富化した空気の単位時間当たりの容積（ｍ^３／ｓ）を、送風羽口周りの炉内断面積（＝π×ＤＮ^２）で除した値である。

前記廃棄物溶融炉において、前記送風羽口周りから上方に延びる直胴部を設け、この直胴部の高さを前記送風羽口周りの炉内径の０．５倍〜１．０倍とするのが好ましい。この送風羽口周りから上方に延びる直胴部は、例えば炉の胴体において最も内径が小さくなる括れ部を形成することが好ましい。この場合、溶融炉の胴体は、炉底部、送風羽口周りから上方に延びる直胴部、この直胴部から上方に延びる逆円錐状部、この逆円錐状部から上方に延びる炉上部に設けられた直胴部を有することが好ましい。

さらに、例えば炉内のコークス燃焼ゾーンへの廃棄物の降下を円滑にするため、炉上部に設けられた直胴部の下端から逆円錐状に絞られる逆円錐状部の近傍に、炉壁部の廃棄物を燃焼させる空気を吹き込む補助送風羽口を円周方向に複数個設けることが好ましい。この場合、前記補助送風羽口を介して炉内に吹き込む空気を２００℃〜３００℃に予熱することが効果的である。

さらに、前記逆円錐状部は、その傾斜面の角度θが６０°〜８０°に設定された部分を含むことが好ましい。

本発明によれば、炉底部に形成されるコークスベッドを燃焼させる空気又は酸素富化した空気を吹き込む送風羽口周りの炉内径を小さくし、前記空気の空塔速度（ＬＶ）が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように設定したことにより、燃焼領域が拡大せずに熱交換率を向上させて、小さなコークスベッドで灰分の溶解が可能となる。その結果、コークスの使用量が大幅に低下する。

さらに本発明によれば、コークスの燃焼負荷が大きくなるため、送風羽口から吹き込む空気の酸素富化量を低く設定することができ、酸素生成のために必要な電力消費量を低減することができる。

本発明の一実施形態による廃棄物溶融炉の縦断面図である。従来の廃棄物溶融炉の縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態によるシャフト型廃棄物溶融炉（以下、単に「廃棄物溶融炉」と称す）について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。

図１は、本実施形態による廃棄物溶融炉の縦断面図を示す。廃棄物溶融炉は、円筒形状の炉本体１を有する。炉本体１は、上部に廃棄物６の投入口１１を有し、底部に溶融物６１の出湯口１２を有する。出湯口１２は、例えば図示しない開閉機構によって開閉可能なようにすることができる。さらに底部には、出湯口１２から取り出される溶融物６１を水砕ピット（不図示）に供給するための溶融物樋１３が設けられている。

炉本体１は、炉上部から底部に向かって、内径φＤＳの上段直胴部ａ，内径がφＤＳからφＤＮに縮径する逆円錐状部ｂ，内径φＤＮの下段直胴部ｃ，内径φＤＬの炉底部ｄを有する構造である。限定されることはないが、上段直胴部ａ及び逆円錐状部ｂは、主として廃棄物の乾燥，予熱，熱分解ガス化，燃焼が行われるゾーンを構成する。また、下段直胴部ｃは、主として灰分の溶融が行われるゾーンを構成する。さらに、炉底部ｄは、主として溶融物６１を貯留するゾーン（高さｈ）を構成する。

炉底部ｄにはコークスベッド７１が形成されており、このコークスベッド７１を燃焼させる空気又は酸素富化した空気を炉内に供給する送風羽口（下段羽口）２が周方向に複数配置されている。この下段羽口周りの炉内径（図中のφＤＮ）は、下段羽口２から吹き込む空気又は酸素富化した空気の単位時間当たりの計画送風量（＝ｍ^３／ｓ）を、送風羽口周りの炉内断面積（＝π×ＤＮ^２）で除した値が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように設定する。すなわち、下段羽口周りの空塔速度（ＬＶ）が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように、炉内径φＤＮを設定する。この空塔速度（ＬＶ）を０．６Ｎｍ／ｓよりも大きく設定すると、縮径した下段直胴部ｃ（すなわち、小さくしたコークスベッド７１）において溶融物６１の滴下が溶融発生ガス流に妨げられることがある。反対に０．４Ｎｍ／ｓよりも小さく設定すると、下段直胴部ｃで均一なガス流が得られないことがある。

内径がφＤＮに設定された下段羽口周りの上方には、同じく内径がφＤＮに設定された下段直胴部ｃが配置されている。図１に示すように、この下段直胴部ｃは、炉本体１の胴体で最も内径が小さくなる括れ（くびれ）部を形成している。このとき、下段直胴部ｃの高さＨは、下段羽口周りの内径φＤＮの０．５倍〜１．０倍に設定するのが好ましい。高さＨが内径φＤＮの０．５倍よりも小さい場合には、コークスヘッド上端がｂの領域まで燃焼断面積が拡大し、周辺領域が燃焼主体となり、均一な燃焼が困難となることがある。反対に１．０倍よりも大きい場合には、コークスヘッドを通過する燃焼ガス流速が高速化し、ベッド上端以上の未溶融の灰分が溶融せず飛散することがある。

さらに、逆円錐状部ｂの側壁には、廃棄物６を燃焼させる空気を炉内に供給する送風羽口（上段羽口）３と、上段直胴部ａの壁面付近を降下する廃棄物６を燃焼させる補助空気を炉内に供給する補助送風羽口（最上段羽口）９がそれぞれ周方向に複数配置されている。なお、補助送風羽口９は必ずしも逆円錐状部ｂに配置しなくともよく、上段直胴部ａの下部側に配置してもよい。さらに、補助羽口９は比較的炉の上部側に配置されることから、この配置位置においてより効果的に壁面付近の廃棄物６を燃焼させるため、吹き込む空気を予め２００℃以上、好ましくは２００〜３００℃に予熱することが好ましい。そのための構成として、補助羽口９に連結された空気流路に加熱器１０を設ける。例えばボイラを併設している設備であれば加熱器１０にて蒸気加熱することができる。

下段羽口２、上段羽口３及び補助羽口９を通じて炉内に吹き込む空気は、送風機５によって供給することができる。この場合において、下段羽口２から酸素富化した空気を吹き込む場合には、空気流路に酸素発生装置４を接続する。

さらに、逆円錐状部ｂは、その外径側に拡大する傾斜面の角度θが６０°〜８０°になるように設定する。角度θが６０°よりも小さい場合には、内容物の重力降下を阻害することがある。反対に８０°よりも大きい場合には、逆円錐部の高さが高くなり、直胴部の乾燥帯の必要高さが得られなくなることがある。

このような構成の廃棄物溶融炉において、一定割合のコークス７と共に炉内に投入された廃棄物６は、炉内を降下するに従い、対向して流れる炉内ガスにより乾燥，熱分解される。このとき、上段直胴部ａから逆円錐状部ｂの縮径が開始する近傍に配置した補助羽口９からの予熱した空気により、壁面付近のガスや廃棄物を燃焼し、この部分での廃棄物の付着滞留を防止し、縮小化したコークス燃焼ゾーンへの廃棄物の降下を円滑に行う。この補助羽口９から吹き込む空気量は、炉内に供給する全体の空気量（容量）の１０分の１で十分であるが、上記した燃焼を確実に行うためには予熱器１０で２００℃以上にすることが望ましい。

廃棄物の乾燥，熱分解のための熱源は、上段羽口３から吹き込まれた空気による廃棄物６の燃焼熱と、下段羽口２から吹き込まれた空気又は酸素富化空気によるコークスの燃焼熱が使われる。この場合、上段羽口３と下段羽口２の送風量の比率は、例えば酸素の比率で７０％が下段となるように設定するのが好ましい。

コークス７の燃焼は、下段羽口周りの上方に延びる高さＨの下段直胴部分ｃで行われる。そのため、下段羽口２から吹き込む空気又は酸素富化した空気の空塔速度（ＬＶ）が、０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように下段直胴部分ｃの断面積を縮径することで、この部分のコークス７が中心まで活発に燃焼でき、その結果として小さなコークスベッド７１で灰分の溶解が可能となる。

コークスの燃焼ガスはコークスベッド７１の上端で最高温度となり、灰分が溶融され、溶融物６１はコークスベッド７１の空隙を滴下する。滴下した溶融物６１は炉床部ｄに溜まるが、貯留のための炉床径φＤＬは、下段羽口周りの炉内径φＤＮとは関係なく溶融物６１の貯留量によって決定される。この貯留量は、例えば出湯間隔や１回の出湯量などによって決めることができる。

以上のように、本実施形態の廃棄物溶融炉によれば、炉本体１の胴部に下段直胴部ｃを設け、下段羽口周りの空塔速度（ＬＶ）が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように、この部分の炉内径（φＤＮ）を設定する。これにより、コークスベッド７１全体を均一に燃焼することが可能となり、灰分を溶解するための熱交換率を向上させることができる。その結果、小さいコークスベッド７１で灰分を溶融させることが可能となるので、従来に比してコークス７の使用量を少なくすることができる。

以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

１炉本体
２下段羽口
３上段羽口
４酸素発生装置
６廃棄物
７コークス
７１コークスベッド
ａ上段直胴部
ｂ逆円錐状部
ｃ下段直胴部
ｄ炉底部

Claims

溶融熱源としてコークスを使用するシャフト型廃棄物溶融炉であって、
炉底部に形成されるコークスベッドを燃焼させる空気又は酸素富化した空気を吹き込む送風羽口周りの炉内径を、前記空気の空塔速度（ＬＶ）が０．４Ｎｍ／ｓ〜０．６Ｎｍ／ｓとなるように設定したことを特徴とする廃棄物溶融炉。
前記廃棄物溶融炉において、前記送風羽口周りから上方に延びる直胴部を設け、この直胴部の高さを前記送風羽口周りの炉内径の０．５倍〜１．０倍としたことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物溶融炉。
前記送風羽口周りから上方に延びる直胴部は、炉の胴体において最も内径が小さくなる括れ部を形成していることを特徴とする請求項２に記載の廃棄物溶融炉。
前記炉の胴体は、炉底部、前記送風羽口周りから上方に延びる直胴部、この直胴部から上方に延びる逆円錐状部、この逆円錐状部から上方に延びる炉上部に設けられた直胴部を有することを特徴とする請求項３に記載の廃棄物溶融炉。
前記逆円錐状部は、その傾斜面の角度θが６０°〜８０°に設定された部分を含むことを特徴とする請求項４に記載の廃棄物溶融炉。