JP2013160439A

JP2013160439A - 塩素を含む有機物の焼却方法及び焼却炉

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Publication number: JP2013160439A
Application number: JP2012022605A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kobayashi; 義信小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】本発明は、生ゴミや動物糞などの塩素を含む有機物を処理する際、ダイオキシンの発生を抑制しつつ焼却処分し、焼却灰も堆肥や土壌の団粒化促進剤等の土地改良資材として有効利用する。
【解決手段】塩素を含む有機物を水分含有量２０重量％以下に乾燥させ、最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物に破砕した後、この有機物Ｅを焼却炉１の供給口２から供給してスクリューフィーダー３により連続的に炉床の３００℃以上のカーボン層部５に投入することで、カーボン層部５内で吸熱反応が生起するのを防止し、安定燃焼を図ることにより焼却灰Ｈを土地改良資材として活用する。炉の上部では、８００℃以上の高温燃焼層部１３が形成されるようにし、排気側のダイオキシン発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば生ゴミや動物糞などの塩素を含む有機物を処理する際に好適な焼却技術に関する。

従来、企業等が食生活用として生産する食品の廃材や、一般家庭などにおいて日常的に発生する食べ物の残渣や、畜産業などで発生する動物の糞尿など、水分や塩素を含む有機物の廃棄物は、日本だけでも年間数万千トンにも達するといわれており、これを放置すると悪臭の源ともなり環境の悪化を伴うことから、それを処理するための各種方法が採用されている。その主な方法として、細菌を利用して堆肥化するものや、微生物を利用して有機分解する方法などがあるが、特に日本においては産業廃棄物などと混合して高温焼却炉で焼却処理する方法が主流であり（例えば、特許文献１参照。）、全体の８０％程度が焼却処理されているのが現状である。

特開２００２−２９５８２１号公報

しかしながら、現状において実施されている焼却法では、水分を多量に含む生ごみ等を直接炉床の焼却灰に投入しているため、焼却によって炉床に蓄積する焼却灰中に、ダイオキシン成分が微量（例えば３ナノｇ程度）ではあるが含有することになり、焼却灰を堆肥や土壌の団粒化促進剤などの土地改良資材（以下、土地改良資材という。）として利用することができず、地中に埋め立てて処理するにも限界があった。

そこで本発明は、塩素を含む有機物を処理するにあたり、燃料として有効活用を図るとともに、ダイオキシンが全く含まれず、動植物育成に必要といわれるＰ、Ｋ、Ｆｅ等の成分が含まれる焼却灰を得て、これを土地改良資材として活用できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、塩素を含む有機物を焼却処理する焼却方法において、水分含有量２０重量％以下に乾燥させた塩素を含む有機物を最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物に破砕する工程と、予め焼却灰が蓄積する焼却炉内下部のカーボン層部内の温度を３００℃以上に高める工程と、破砕された粒状物をスクリューコンベアによって３００℃以上のカーボン層内に連続的に投入して燃焼させる工程と、燃焼させたガスを焼却炉内上部の８００℃以上に保持される高温燃焼層部を通過させる工程が含まれるようにした。

ここで、塩素を含む有機物を水分含有量２０重量％以下に乾燥させる際は、予め焼却炉とは別個独立に構成した乾燥炉などを利用するようにし、この乾燥炉で乾燥処理された有機物を破砕機等によって最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物に破砕した後、焼却炉に移送し、それ以降の工程では、焼却炉を利用して焼却する。
そして、破砕された粒状物を、３００℃以上に加熱される焼却炉内下部のカーボン層内に投入して燃焼させることにより、例えば、炭水化物（Ｃ_ｍＨ_２ｎＯ_ｎ）＋塩分（Ｎａｃｌ）などの成分を含むサイズが比較的大きく且つ水分含有量の多い有機物を直接カーボン層部に投入して燃焼させる場合に較べて、燃焼の際の吸熱反応を抑制することができ、カーボン層部内の全領域に３００℃以下の温度領域部分を生じさせることなく、例えばカーボン層部内の温度を６００〜７００℃程度の温度で安定燃焼させることができ、この安定燃焼によって焼却灰中にダイオキシンが混じることがなくなる。しかも、焼却灰の中にはＰ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ等の成分も含まれるため土地改良資材として効果的である。なお、この際、カーボン層部付近の酸素供給量を少なめにすれば、ダイオキシン発生を一層抑制することができる。
また、飛灰中のダイオキシンの発生を抑制するためには、焼却温度８００℃以上、燃焼滞留時間を２秒以上にするのが効果的であることが知られているため、炉内の８００℃以上の高温燃焼層部を通過させることで排気側のダイオキシン発生を抑制する。

なお、この際、塩素を含む有機物を、水分含有量２０重量％以下に乾燥させ、また最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物に破砕する理由は、これ以上になると、カーボン層部の温度が３００℃以下になる可能性があり、焼却灰中にダイオキシンが混じる可能性が強まるためであり、水分含有量２０重量％以下にし、最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物にすることで、かかる不具合を避けることができる。

また本発明では、前記焼却方法における焼却時に、水分含有量２０重量％以下の一般ゴミを同時に焼却処理するようにし、この一般ゴミを、焼却炉内のカーボン層部以外の所定箇所で少なくとも３００℃以上に加熱した後、焼却炉内下部に形成され且つ焼却灰が蓄積する３００℃以上のカーボン層部に投入して燃焼させ、燃焼したガスを炉内上部の８００℃以上に保持される高温燃焼層部を通過させるようにした。

このように塩素を含む有機物を焼却処理するにあたり、同じ焼却炉で一般ゴミを焼却処分すれば、熱源の熱効率を高めることができ、しかも廃棄物の処理も効率的に行うことができる。
なお、焼却炉内の所定箇所で少なくとも３００℃以上に加熱する理由は、３００℃以上に加熱すると急激に燃焼し始め、その位置で相当量が燃焼するとともに、その後カーボン層部に投入することで、カーボン層部内の吸熱反応が避けられて安定した燃焼が行われるからである。
ここで、一般ゴミとは、例えば、プラスチック等の産業廃棄物や紙や乾燥木材等である。

また本発明では、塩素を含む有機物を焼却処理する焼却炉において、この焼却炉内の下部には、焼却灰が蓄積するカーボン層部を形成し、このカーボン層部より上方の焼却炉内には、水分含有量２０重量％以下に乾燥され且つ最大寸法１０ｍｍ以下のサイズに破砕される粒状物をスクリューコンベアによってカーボン層部内に連続的に投入することのできる投入部を設けるとともに、焼却炉内の上部には、燃焼ガスを８００℃以上に保持することのできる高温燃焼層部を設けた。
このような構成にすることで、粒状物を投入部から連続的に投入しながら燃焼させることができ、しかも燃焼ガスが必ず８００℃以上の高温燃焼層部を通過するようになって排気側のダイオキシン発生を抑制することができる。

塩素を含む有機物を焼却処理するにあたり、有機物を直接炉内下方のカーボン層部内に投入することなく、一旦、所定の水分含有量以下に乾燥させた後所定サイズ以下の粒状物に破砕し、この粒状物をスクリューコンベアによって連続的にカーボン層部内に投入することで、カーボン層部の全領域に３００℃以下の温度領域が生じることなく安定燃焼が可能となって、焼却灰中にダイオキシン成分が混入するような不具合を避けることができ、焼却灰を土地改良資材として利用できるようになり、しかも効率的に焼却処分することができる。
また、このような焼却炉において、一般ごみを同時に焼却すれば、廃棄物の処理が一層効率的で、しかも燃焼効率も高まり、例えば、焼却時の熱を利用した発電や熱利用等が効果的に行われる。

本発明に係る焼却方法を実験した実験焼却炉の説明図である。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
本発明に係る塩素を含む有機物の焼却技術は、生ゴミや動物糞などの塩素を含む有機物を処理する際、ダイオキシンの発生を抑制しつつ焼却することで化石燃料を使用しなくてもクリーンなエネルギーを得ることができ、しかも焼却灰にダイオキシンを混入させないで土地改良資材として有効利用できるようにされ、塩素を含む有機物の水分含有量を所定値以下に乾燥させた後、所定サイズ以下の粒状物に破砕し、それをスクリューコンベアにより連続的に所定温度以上のカーボン層部に投入することを特徴としている。

ここでまずダイオキシンの概要等について説明する。
ダイオキシンは、農薬合成時などに不純物として生成されるほか、塩素を含む物質の不完全燃焼などによっても生成され、塩素で置換された二つのベンゼン環の構造を有するとともに、自然には分解しにくく、また発がん性や催奇形性や内分泌撹乱作用などの毒性を示すことから、平成１１年に策定されたダイオキシン対策推進基本指針とダイオキシン類対策特別措置法により各種対策が講じられている。

そして、廃棄物処理法施行令で規定されるダイオキシンの発生抑制の基本は、高温焼却とガスの滞留時間であり、ここでは、焼却条件を温度８００℃以上、ガスの滞留時間を２秒以上と規定している。

また、本発明者等は、有機物を焼却処理する際、焼却炉の下部に蓄積する焼却灰の中にダイオキシンが混じるのを防止する方法について鋭意研究した結果、乾燥させた有機物を直接焼却炉下部の焼却灰中に投入する場合には、ナノ単位レベルではあるがダイオキシンが混じり、これをゼロにするためには、予め、有機物を乾燥させ且つ所定サイズ以下の粒状物に破砕し、これを所定温度以上の焼却灰中に投入するのが有効であることを見出した。

これは、有機物を直接焼却灰中に投入して燃焼させた場合、有機物に含まれる細胞を分解する際に吸熱反応が起こって安定燃焼が妨げられ、焼却灰中にダイオキシンが発生しやすくなるため、水分含有量を所定値以下に乾燥させ、所定サイズ以下の粒状物に破砕することにより、焼却灰中における吸熱反応が抑制され、安定燃焼することでダイオキシンの発生が抑制されるものと考えられる。

すなわち、例えば生ゴミのような植物残渣の場合であれば、炭水化物（Ｃ_ｍＨ_２ｎＯ_ｎ）などの成分をそのまま焼却灰中に投入すると、水分蒸発や細胞分解等において吸熱反応が起きて安定燃焼が妨げられるが、これを少なくとも所定の水分含有量以下に乾燥させ、所定のサイズの粒状物に破砕して投入ことにより、燃焼時の吸熱反応を抑制することができ、発熱反応が主体となって安定燃焼させることができる。
この際、乾燥については、予め有機物を水分含有量２０重量％以下にし、最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物に破砕しておけば、スクリューコンベアで連続投入が可能で且つ焼却灰中のダイオキシン発生の抑制に効果的であることを本発明者等は見出している。

本発明に係る焼却方法を実験した実験焼却炉１は、図１に示すように、水分含有量２０重量％以下に乾燥させ、また最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物Ｅを供給する供給口２と、供給口２から送り込まれる粒状物Ｅを焼却炉１内に送り込むためのスクリューフィーダー３と、焼却炉１内の下部に形成されるカーボン層部５と、前記スクリューフィーダー３の出口部分に形成され且つカーボン層部５の上方の炉内に臨む投入部４と、このカーボン層部５付近の炉内温度を検知する温度センサ６を備えており、前記カーボン層部５の受け皿７は、間欠回転モータ８によって間欠回転可能にされるとともに、間欠回転した際に、内部の焼却灰Ｈが排出部１０を通して排出できるようにされている。
また、受け皿７の下方には、着火物に最初に着火するための炉床ヒータ９が設けられ、最初に受け皿７内に投入された着火物に着火して燃やすことができるようにされ、また、この炉床ヒータ９は、前記温度センサ６が３００℃以上を検知すると、該ヒータ９への通電が停止するように構成されている。

また、カーボン層部５の上部には、空気を送り込むことのできる空気送風部１１が設けられ、また、炉１の上部にも、空気を送り込むことのできる空気導入部１２が設けられ、また、炉内の上部は、温度が８００℃以上に保持される高温燃焼層部１３とされ、更に炉１内の上部には、炉内を加熱するための上部ヒータ２１と、炉内上部の温度を測定する温度センサ２２が設けられている。
そして、この上部ヒータ２１は、温度センサ２２が８００℃以上を検知すると、該ヒータ２１への通電を停止するよう構成されている。

また、前記高温燃焼層部１３を通過した燃焼ガスを排気するため、炉１の上部には排気管１４が接続されており、この排気管１４を不図示の乾燥装置に接続できるようにするとともに、排気管１４の途中に外部排気管１５を接続し、一部の排気ガスを外部に排出できるようにしている。

ところで、この焼却炉１では、有機物を破砕した粒状物Ｅだけでなく水分含有量２０重量％以下の一般ゴミも同却処時に焼理できるようにされ、このため、一般ゴミＧを炉内に供給するための一般ゴミ供給口１６と、供給された一般ゴミＧを受ける前処理部１７と、前処理部１７の受け板１８を反転させる反転モータ２０を備えている。

以上のような焼却炉１の作用等について説明する。
まず、塩素を含む有機物を、焼却炉１とは別の乾燥装置などで乾燥させる。この有機物の乾燥は、例えば本出願人が既に提案している特願２０１０−１６９１２２号の「被処理物の乾燥方法及び乾燥装置」に示されるような技術、或いは被処理物の量を多くするためこれを一部改良した技術などが適用可能であり、このような乾燥方法を採用することにより、水分を含む生ゴミ等が凝集して固まりになるのを防ぎつつ、異臭の発生を防止して水分含有量２０重量％以下に効果的に乾燥させることができる。そして、このような乾燥させた有機物を任意の裁断手段により、最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物に破砕する。

この際、炉１のカーボン層部５内では、予め着火物が投入されて炉床ヒータ９に通電することによって着火物が３００℃以上の温度で燃焼しており、炉床ヒータ９への通電および加熱は停止している。
そして、この燃焼中の焼却炉１に、破砕した粒状物Ｅを供給口２から供給し、スクリューフィーダー３を通して、投入部４から３００℃以上のカーボン層部５に投下するとともに空気送風部１１から空気を送り込んで燃焼させる。すると、投入部４から投下された粒状物Ｅは、カーボン層部５の一箇所に集中することなく広い範囲に散布され、カーボン層部５内の全領域は６００〜７００℃程度の温度で燃焼し、３００℃以下になる領域が発生しない。
こうすることで、焼却灰中に発生するダイオキシン量を全くゼロにすることができる。

そして燃焼したガスは炉１の上部に上昇し、上方の空気導入部１２から送り込まれる空気によって完全燃焼し、炉内上方の高温燃焼層部１３の温度は高まって通常８００℃以上の温度、場合によっては１０００℃程度以上の温度が保持される。なおこの際、高温燃焼部１３の温度が８００℃以上に保持できない場合、必要に応じて上部ヒータ２１に通電して８００℃以上の燃焼層部が確保されるようにしてもよい。
なお、炉の下部で発生するダイオキシンの生成量は、周囲の酸素の量に比例すると思われるため、下方の空気送風部１１から送り込まれる空気の量を若干少なめにすることが、カーボン層部５のダイオキシン発生抑制に効果的であると考えられる。

そして、上昇したガスについては、上方の空気導入部１２から送り込まれる空気によって完全燃焼を図り、しかも最終的に燃焼ガスが高温燃焼層部１３を通過するようにすることで、排気側のダイオキシンの発生を抑制することができる。
そしてカーボン層部５に溜まった焼却灰Ｈは、必要に応じて排出部１０から取り出され、この焼却灰Ｈはダイオキシン類を全く含まず、しかもＰ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ等の成分が含まれるため、土地改良資材として有効利用が可能である。

なお、必要に応じて、水分含有量２０重量％以下の一般ゴミＧも一緒に焼却して炉内の温度を高めることができる。
すなわち、一般ゴミの供給口１６から水分含有量２０重量％以下の一般ゴミＧを投入し、前処理部１７で受け取った後、前処理部１７で少なくとも３００℃以上に加熱して炭にし、その後、反転モータ１８を作動させて炭をカーボン層部５内に投入し、燃焼させる。この際、通常の炉では、燃焼中には前処理部１７において充分３００℃以上の温度を確保することができる。
こうすることで、炉内の温度を一層高めることができるとともに、ゴミ処理も同時に行われるため便利である。

図１に示すような実験燃焼炉１の炉の諸元として、炉の外径６００ｍｍ、内径３００ｍｍ、高さ６００ｍｍの炉を使用し、炉床ヒータ９と上部ヒータ２１は電気加熱方式とし、使用した有機物として、日本大学学食廃棄物を使用した。このときの最初の有機物の水分含有量は平均７５重量％であった。

この有機物を２００℃以下に加熱した空気で乾燥させた。このときの乾燥後の水分含有量は３〜２０重量％であった。
そして、この乾燥させた有機物を破砕機により最大寸法１０ｍｍ以下の粒状物に破砕し、スクリューフィーダー３によって１〜２ｋｇ／時間の送給量で３００℃以上に保持されるカーボン層部５内に連続的に投入して焼却した。
すると、炉床付近の温度は６００〜７００℃となり、高温燃焼層部１３の温度は８００℃以上となって燃焼した。
その後、ばいじん及び焼却灰中のダイオキシン類の濃度を測定したところ、ダイオキシン類の測定量はいずれもゼロであった。

一方、カーボン層部５の温度が例えば２５０℃程度の３００℃以下の場合、焼却灰中のダイオキシン類の濃度を測定したところ、僅かながら（ナノ単位）ダイオキシン類が測定された。

また、粒状物Ｅの燃焼と同時に、一般ゴミ供給口１６から水分含有量２０重量％以下の一般ゴミＧを供給し、前処理部１７で少なくとも３００℃以上に加熱してカーボン層部５に投入したところ、ばいじん及び焼却灰中のダイオキシン類の測定濃度はいずれもゼロであった。
この結果、本発明の有効性が確認された。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、炉床ヒータ９や上部ヒータ２１等の加熱方式は一例であり、ガス方式等による加熱でもよい。また、炉１の諸元等も一例である。

生ゴミや動物糞などの塩素を含む有機物を処理するにあたり、ダイオキシンを発生させることなく焼却処分でき、しかも焼却灰の土地改良資材として有効活用できるので、地域産業起こしなどの広い分野での普及が期待される。

１…焼却実験炉、３…スクリューフィーダー、４…投入部、５…カーボン層部、１３…高温燃焼層部、１７…前処理部、Ｅ…粒状物、Ｇ…一般ゴミ、Ｈ…焼却灰。

Claims

塩素を含む有機物を焼却処理する焼却方法であって、水分含有量２０重量％以下に乾燥させた塩素を含む有機物を最大寸法１０ｍｍ以下のサイズの粒状物に破砕する工程と、予め焼却灰が蓄積する焼却炉内下部のカーボン層部内の温度を３００℃以上に高める工程と、破砕された粒状物をスクリューコンベアによって３００℃以上のカーボン層部内に連続的に投入して燃焼させる工程と、燃焼させたガスを焼却炉内上部の８００℃以上に保持される高温燃焼層部を通過させる工程を備えたことを特徴とする塩素を含む有機物の焼却方法。
前記焼却方法における焼却時に、水分含有量２０重量％以下の一般ゴミを同時に焼却処理するようにし、この一般ゴミを、焼却炉内のカーボン層部以外の所定箇所で少なくとも３００℃以上に加熱した後、焼却炉内下部に形成され且つ焼却灰が蓄積する３００℃以上のカーボン層部に投入して燃焼させ、燃焼したガスを焼却炉内上部の８００℃以上に保持される高温燃焼層部を通過させることを特徴とする請求項１に記載の塩素を含む有機物の焼却方法。
塩素を含む有機物を焼却処理する焼却炉であって、この焼却炉内の下部には、焼却灰が蓄積するカーボン層部が形成され、このカーボン層部より上方の焼却炉内には、水分含有量２０重量％以下に乾燥され且つ最大寸法１０ｍｍ以下のサイズに破砕された粒状物をスクリューコンベアによってカーボン層部内に連続的に投入することのできる投入部が設けられるとともに、焼却炉内の上部には、燃焼ガスを８００℃以上に保持することのできる高温燃焼層部が設けられることを特徴とする塩素を含む有機物の焼却炉。