JP2024031730A

JP2024031730A - 廃棄物処理方法

Info

Publication number: JP2024031730A
Application number: JP2022180786A
Authority: JP
Inventors: 契一奥山; Keiichi Okuyama; 真司樋口; Shinji Higuchi; 純也渡辺; Junya Watanabe; グジェゴシュ・リサック; Lisak Grzegorz
Original assignee: JFE Engineering Corp; Nanyang Technological University
Current assignee: JFE Engineering Corp; Nanyang Technological University
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2024-03-07

Abstract

【課題】バイオマス炭の消費量を抑えて廃棄物を溶融する。
【解決手段】溶融炉内で少なくとも廃棄物の熱分解及びガス化を行なうことにより生じる灰分を溶融炉内で溶融する廃棄物処理方法であって、第１バイオマス炭と、廃棄物の処理に要する消費量が廃棄物の処理に要する第１バイオマス炭の消費量を超える第２バイオマス炭とを溶融炉内へ投入し、第１バイオマス炭により溶融炉内に火格子を形成して第１バイオマス炭を燃焼させ、火格子中または上面で第２バイオマス炭を燃焼させ、第１バイオマス炭及び第２バイオマス炭の燃焼による熱で灰分を溶融し、投入された第１バイオマス炭の重量と、投入された第２バイオマス炭の重量とを合算した重量に対する第１バイオマス炭の重量の割合を３０％以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物処理方法に関する。

廃棄物を処理するガス化溶融炉においては、石炭を原料とするコークスが廃棄物とともに投入されている。この投入されたコークスは、炉下部に到達して燃焼し、コークス同士間の隙間により火格子を形成する。ガス化溶融炉に投入された廃棄物は、コークスの燃焼による高熱と高温ガスで熱分解及びガス化され、熱分解及びガス化後の灰分が炉下部に到達する。炉下部に到達した灰分は、コークスの燃焼による熱で溶融し、溶融したスラグと溶融した金属が生ずる。この溶融したスラグと溶融した金属は、コークスにより形成された火格子の隙間を降下し、出滓口から排出される。

このようなコークスを用いる処理方法に対し、ガス化溶融炉の運転による二酸化炭素の排出量を削減するため、ガス化溶融炉においてコークスに替えてバイオマスを用いて廃棄物を処理する発明がある。例えば特許文献１に開示された廃棄物の溶融処理方法は、バイオマス原料を加圧成形したバイオマス成形物と、バイオマス原料を炭化したバイオマス炭化物とをコークスに替えて使用している。この溶融処理方法においては、バイオマス炭化物は、火格子を形成するとともに灰分を溶融する熱源として機能する。また、この溶融処理方法では、バイオマス炭化物の投入量を少なくとも火格子を形成するのに必要な最小限量とし、灰分を溶融する熱量をバイオマス成形物の燃焼の熱量で補っている。

特許第６１６８２８７号公報

ガス化溶融炉でバイオマス炭を使用する場合、大量のバイオマス炭を使用する。しかしながら、同じ種類のバイオマス炭を大量に確保することが困難であるため、廃棄物を処理するガス化溶融炉では、複数のバイオマス炭工場の製品を使用する。複数のバイオマス炭工場の製品を使用する場合、バイオマス炭の性状は、バイオマス炭を製造する工場によって異なる。バイオマス炭の性状により、廃棄物を処理するために消費するバイオマス炭の量は大きく変化するため、使用するバイオマス炭によっては消費量が大きく増加してしまうことがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオマス炭の消費量を抑えて廃棄物を溶融することを目的とする。

本発明の一側面に係る廃棄物処理方法は、溶融炉内で少なくとも廃棄物の熱分解及びガス化を行なうことにより生じる灰分を前記溶融炉内で溶融する廃棄物処理方法であって、第１バイオマス炭と、前記廃棄物の処理に要する消費量が前記廃棄物の処理に要する第１バイオマス炭の消費量を超える第２バイオマス炭とを前記溶融炉内へ投入し、前記第１バイオマス炭により前記溶融炉内に火格子を形成して前記第１バイオマス炭を燃焼させ、前記火格子中または上面で前記第２バイオマス炭を燃焼させ、前記第１バイオマス炭及び前記第２バイオマス炭の燃焼による熱で前記灰分を溶融し、投入された前記第１バイオマス炭の重量と、投入された前記第２バイオマス炭の重量とを合算した重量に対する前記第１バイオマス炭の重量の割合を３０％以上とする。

また、本発明に係る廃棄物処理方法においては、前記第１バイオマス炭は、廃棄物の処理に要する消費量が異なる複数種類のバイオマス炭から成るものとしてもよい。

本発明に係る廃棄物処理方法においては、前記第１バイオマス炭は、見掛密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以上であり、１個あたりの重量が６０ｇ以上であり、揮発分が７乾ｗｔ％以下であり、低位発熱量が２６ＭＪ／ｋｇ以上であってもよい。

また、本発明に係る廃棄物処理方法においては、前記第２バイオマス炭は、廃棄物の処理に要する消費量が異なる複数種類のバイオマス炭から成るものとしてもよい。

本発明によれば、バイオマス炭の消費量を抑えて廃棄物を溶融することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係るガス化溶融炉１の構成を示す図である。図２は、バイオマス炭の消費量の測定結果を示すグラフである。図３は、バイオマス炭の消費量の測定結果を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。

［実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係るガス化溶融炉１の構成を示す図である。ガス化溶融炉１は、シャフト炉式のガス化溶融炉である。本実施形態では、ガス化溶融炉１へ廃棄物とともに二種類のバイオマス炭を投入し、投入したバイオマス炭の燃焼による熱で廃棄物のガス化と溶融を行なう。

ガス化溶融炉１の上方には、都市ごみ等の廃棄物３３、第１バイオマス炭３１、第２バイオマス炭３２、及び石灰石３４を供給する供給装置が配設されている。なお、図１においては、供給装置の図示を省略している。石灰石３４は、ガス化溶融炉１で生成されるスラグの成分調整材として使用される。

ガス化溶融炉１は、炉上部に投入口２が設けられている。廃棄物３３、第１バイオマス炭３１、第２バイオマス炭３２、及び石灰石３４は、供給装置から搬送コンベアにより搬送され、投入口２から炉内に投入される。なお、図１においては、搬送コンベアの図示を省略している。第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２は、それぞれ別のホッパに入れ、それぞれ所定量を切り出して供給装置に投入してもよい。また、予め第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２を混合して１つのホッパに入れ、１ヶ所から切り出して供給装置に投入してもよい。

ガス化溶融炉１の炉上部の側方には、ガス排出口３が設けられている。ガス排出口３は、炉内で発生したガスを二次燃焼室１０へ排出するための排出口である。ガス排出口３には、二次燃焼室１０が接続されている。二次燃焼室１０には、二次燃焼のための空気を吹き込む送風口１１が設けられている。二次燃焼室１０では、ガス化溶融炉１において廃棄物３３の熱分解及びガス化によって生成された可燃性ガスが燃焼する。

二次燃焼室１０には、ボイラ１２が隣接して設けられている。ボイラ１２は、二次燃焼室１０で可燃性ガスを燃焼して発生した熱を回収する。ボイラ１２で熱を回収された排ガスは、ボイラ１２に接続されている排ガス処理装置へ送られる。なお、図１においては、排ガス処理装置の図示を省略している。

ガス化溶融炉１は、内部空間が縦方向に３つの領域に大別されている。具体的には、内部空間は、下方から、下部シャフト部２１、中部シャフト部２２、フリーボード部２３に大別されている。

下部シャフト部２１は、炉内に投入されて堆積した第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２を燃焼させて高温燃焼帯を形成する領域である。下部シャフト部２１に形成される高温燃焼帯上には、炉内に投入された廃棄物３３が堆積して廃棄物層が形成される。下部シャフト部２１の炉壁には、主羽口５が設けられている。主羽口５は、高温燃焼帯を形成するための酸素富化空気が吹き込まれる羽口である。また、下部シャフト部２１には、出滓口４が設けられている。出滓口４は、廃棄物３３の灰分が溶融したスラグと、廃棄物３３にあって溶融した金属とを排出するための排出口である。

中部シャフト部２２は、下部シャフト部２１の上に位置する。中部シャフト部２２は、高温燃焼帯上に形成された廃棄物層の廃棄物３３を熱分解させる領域である。中部シャフト部２２の炉壁には、副羽口６が設けられている。副羽口６は、投入されて堆積した廃棄物３３を緩やかに流動させながら熱分解と燃焼をさせるための空気が吹き込まれる羽口である。

フリーボード部２３は、中部シャフト部２２の上に位置する。フリーボード部２３は、廃棄物３３の燃焼により生成された可燃性ガスの一部を燃焼させる領域である。フリーボード部２３の炉壁には、三段羽口７が設けられている。三段羽口７は、廃棄物３３の熱分解によって生成された可燃性ガスの一部を燃焼させて炉内部を所定温度に維持するための空気が吹き込まれる。

次に、廃棄物３３とともにガス化溶融炉１へ投入される第１バイオマス炭３１と第２バイオマス炭３２について説明する。本発明では、コークスに替えて炉内に第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２をガス化溶融炉１へ投入する。

本発明では、バイオマス炭の一例である第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２は、バイオマスを加圧成形して炭化処理した炭化物である。加圧成形方法としては、押出成形、型に充填して加圧成形などの方法を用いる。なお、第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２の原料自体は、各種存在するが、本発明ではバイオマス原料についての限定は特になく、どのような種類でもよい。炭化前のバイオマスは、適切な大きさに切断したものでもよく、また、破砕物を成形したものでも良い。

第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２は、廃棄物３３の熱分解及びガス化により生じる灰分を溶融する熱源として機能する。また、第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２は、炉下部で火格子を形成する。即ち本発明では、第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２を用いることにより、火格子の機能と、灰分を溶融する熱源の機能が確保され、コークスを使用しなくても廃棄物３３の溶融処理及びガス化処理が可能になる。

第１バイオマス炭３１は、例えば１０００ｋｇの廃棄物３３を処理するために消費するコークスの重量を１００％とした場合、１０００ｋｇの廃棄物３３を処理するために消費する重量が１００％未満であるバイオマス炭である。換言すると、第１バイオマス炭３１の一例は、廃棄物３３を処理するための消費量がコークスより少ないバイオマス炭である。第１バイオマス炭３１の形状は、例えば円筒状であるが、球状や直方体状であってもよい。

火格子を形成するためのコークスを第１バイオマス炭３１で置き換えるためには、第１バイオマス炭３１は、以下の性状のものを用いることが好ましい。具体的には、第１バイオマス炭３１は、見掛密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以上、望ましくは、見掛密度が１．０ｇ／ｃｍ^３以上であるのが好ましい。また、第１バイオマス炭３１は、１個あたりの重量が６０ｇ以上、望ましくは、９０ｇ以上であるのが好ましい。また、第１バイオマス炭３１は、揮発分が７乾ｗｔ％以下であるのが好ましい。また、第１バイオマス炭３１は、低位発熱量が２６ＭＪ／ｋｇ以上であるのが好ましい。なお、このような性状を持つ第１バイオマス炭３１は、バイオマスに長時間の炭化処理を施し最終的に高温に到達させ製造されたものであり、低温で短時間の条件下で生成する炭化物に比べて高密度で強度が高い。見掛密度が大きく、且つ、重量が重い第１バイオマス炭３１は、炉内を速やかに下降して炉下部に到達し、炉下部に至る過程で燃焼される分が少ないため、火格子を良好に形成することができる。また、第１バイオマス炭３１は、燃焼速度が遅く、炉内で長時間残留するため、同じ容積の火格子を形成するための投入量を低下させることができる。このため第１バイオマス炭３１については、灰分を溶融する領域を維持するために投入する単位時間あたりの量を少なくすることができる。

第２バイオマス炭３２は、例えば１０００ｋｇの廃棄物３３を処理するために使用するコークスの重量を１００％とした場合、１０００ｋｇの廃棄物３３を処理するために消費する重量が１００％以上であるバイオマス炭である。換言すると、第２バイオマス炭３２の一例は、廃棄物３３を処理するための消費量がコークス以上であるバイオマス炭である。第２バイオマス炭３２の形状も、球状、円筒状、直方体状などのいずれであってもよい。第２バイオマス炭３２としては、例えば、上述した第１バイオマス炭３１として要求される性状を備えていないバイオマス炭を用いることができる。このような第２バイオマス炭３２は、第１バイオマス炭３１とともに燃焼して灰分を溶融する熱源として機能する。なお、第２バイオマス炭３２は、下部シャフト部２１に到達して灰分を溶融する熱源としての役目だけであれば、高い強度が必要とされるものではない。

本発明では、炉内へ投入される第１バイオマス炭３１の重量と、炉内へ投入される第２バイオマス炭３２の重量を合算した重量は、コークスのみを投入するときより少ない重量となるように、それぞれ所定の割合で投入する。例えば、第１バイオマス炭３１と第２バイオマス炭３２を混合して炉内へ投入する場合、第１バイオマス炭３１の混合率は３０％以上、望ましくは４０％以上がよく、より望ましくは５０％であるのが好ましい。ここで第１バイオマス炭３１の混合率とは、投入した第１バイオマス炭３１の重量と、投入した第２バイオマス炭３２の重量とを合算した重量に対する第１バイオマス炭３１の重量の割合である。ここで、第１バイオマス炭３１と第２バイオマス炭３２を混合して使用する場合、灰分を溶融するために必要なバイオマス炭の合算量は、各バイオマス炭単独での使用量を混合率で重み付けした単純平均よりも少なくなる。第１バイオマス炭３１の混合率が５０％以上であれば、第１バイオマス炭３１のみを炉内へ投入した場合と同等の重量での運転が可能となる。なお、第１バイオマス炭３１の混合率が３０％以上であれば、性状が異なる複数種類の第２バイオマス炭３２を混合してガス化溶融炉１に投入してもよい。また、第１バイオマス炭３１についても、混合率が３０％以上となるのであれば、性状が異なる複数種類の第１バイオマス炭３１を混合してガス化溶融炉１に投入してもよい。

次に、ガス化溶融炉１における廃棄物３３のガス化溶融処理について説明する。供給装置から供給される廃棄物３３、第１バイオマス炭３１、第２バイオマス炭３２、及び石灰石３４は、それぞれ所定量ずつ投入口２から炉内へ投入される。炉内には主羽口５から酸素富化空気が吹き込まれる。また、炉内には副羽口６、及び三段羽口７から空気が吹き込まれる。

投入口２から投入された廃棄物３３は、炉内で中部シャフト部２２に堆積して廃棄物層を形成する。この廃棄物層は、下部シャフト部２１の高温燃焼帯から上昇してくる高温ガス及び副羽口６から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで熱分解される。廃棄物３３の熱分解により生成された可燃性ガスは、フリーボード部２３にて、一部が三段羽口７から吹き込まれる空気により燃焼されて８５０℃以上の温度に保たれ、有害ガスとタール分を分解させる処理が施されてから炉外に設けられた二次燃焼室１０へ送られる。二次燃焼室１０では、送風口１１から空気が吹き込まれ、ガス排出口３から供給される可燃性ガスが燃焼する。二次燃焼室１０で可燃性ガスを燃焼して発生した熱は、ボイラ１２で回収される。

第１バイオマス炭３１は、下部シャフト部２１に下降し、第１バイオマス炭３１同士の隙間により空気の通過及び液体の通過が可能な火格子を形成する。第２バイオマス炭３２は、下部シャフト部２１に下降して第１バイオマス炭３１で形成される火格子上に至り燃焼する。第２バイオマス炭３２は、第１バイオマス炭３１より弱い火格子形成能力を有するので火格子内に入り込むが、火格子下部に到達する前に燃焼で消費される。なお、第１バイオマス炭３１で形成される火格子の層は、その上面が主羽口５よりも上方に位置している。主羽口５から吹き込まれる酸素富化空気は、第１バイオマス炭３１同士の隙間を上昇し、第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２を燃焼させる。第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２が燃焼することにより、廃棄物３３の灰分や不燃物を溶融するための熱源となる高温燃焼帯が形成される。

第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２の燃焼により生じる燃焼ガスは、廃棄物層へ上昇して廃棄物３３を熱分解及びガス化させる。中部シャフト部２２の廃棄物層で熱分解及びガス化した廃棄物３３の灰分は下降し、高温燃焼帯が形成されている下部シャフト部２１に達する。下部シャフト部２１では、第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２が燃焼し、この燃焼の熱によって灰分は溶融したスラグおよび溶融した金属になる。また、溶融したスラグと溶融した金属は、火格子を形成する第１バイオマス炭３１同士の隙間を下降して出滓口４から排出される。炉外に排出されたスラグと金属は、炉外に設けられた水砕装置に供給されて冷却固化されて回収される。

［実施例］
本発明の発明者は、図１に示したガス化溶融炉１を用いた操業試験を行った。操業試験に際し、ガス化溶融炉１に投入するバイオマス炭Ａ～Ｆについて性状を測定した。表１にバイオマス炭Ａ～Ｆの性状を示す。また、操業試験においては、表１に示す性状のバイオマス炭Ａ～Ｆについて、それぞれのバイオマス炭のみをガス化溶融炉１に投入したときの廃棄物１０００ｋｇあたりの消費量を測定した。なお、それぞれのバイオマス炭のみを投入したときの廃棄物１０００ｋｇあたりの消費量は、コークスのみをガス化溶融炉１に投入したときのコークスの重量を１００％とし、１０００ｋｇの廃棄物３３を処理するために投入した重量をコークスの重量に対する相対値で示している。

表１に示す性状のバイオマス炭Ａ、バイオマス炭Ｂ及びバイオマス炭Ｃは、廃棄物１０００ｋｇあたりの消費量が１００％未満となり、第１バイオマス炭３１に相当する。また、バイオマス炭Ａ、バイオマス炭Ｂ、及びバイオマス炭Ｃは、上述した第１バイオマス炭３１の性状に合致している。

表１に示す性状のバイオマス炭Ｄ、及びバイオマス炭Ｅは、廃棄物１０００ｋｇあたりの消費量が１００％以上であり、第２バイオマス炭３２に相当する。なお、バイオマス炭Ｆについては、炉内で崩壊しやすく高温燃焼帯が十分に形成されないため、溶融したスラグが出滓口４から排出されず、ガス化溶融炉１の運転を継続できなくなったため、廃棄物１０００ｋｇあたりの消費量については測定ができなかった。バイオマス炭Ｆも第２バイオマス炭３２に相当する。

また、操業試験においては、第１バイオマス炭３１と第２バイオマス炭３２の割合を変えてガス化溶融炉１に投入し、第１バイオマス炭３１の消費量と第２バイオマス炭３２の消費量とを合算した消費量を測定した。図２は、第１バイオマス炭３１に相当するバイオマス炭Ｂと第２バイオマス炭３２に相当するバイオマス炭Ｄとの混合の割合を変えてガス化溶融炉１に投入したときのバイオマス炭Ｂ及びバイオマス炭Ｄの合算の消費量の測定結果を示すグラフである。なお、測定した消費量は、コークスのみをガス化溶融炉１に投入したときのコークスの重量を１００％とし、バイオマス炭Ｂとバイオマス炭Ｄを炉内へ投入したときのバイオマス炭Ｂの重量とバイオマス炭Ｄの重量の合計をコークスの重量に対する相対値で示している。図２のグラフにおいて横軸は、投入したバイオマス炭Ｂの混合率であり、縦軸は、コークスに対するバイオマス炭Ｂ及びバイオマス炭Ｄの合算の消費量である。

図２に示すように、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｂの混合率が３０％以上である場合、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｂ及び第２バイオマス炭３２であるバイオマス炭Ｄの合算の消費量は、コークスのみをガス化溶融炉１へ投入したときのコークスの消費量未満となる。即ち、第１バイオマス炭３１の混合率が３０％以上である場合、炉内へ投入する第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２について、コークスより少ない重量で廃棄物３３を処理することができる。また、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｂ及び第２バイオマス炭３２であるバイオマス炭Ｄの合算の消費量は、単純平均値、すなわち図２においてバイオマス炭Ｂの混合率が０％と１００％である点を結んだ直線よりも下方に位置する。バイオマス炭Ｂの混合率を３０％とした場合、単純に混合率で重みづけした場合の消費量は、８７％×０．３＋１３０％×０．７＝１１７％であるが、図２によれば１０１％であり、１０％以上の有意な削減効果がみられる。第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｂの混合率が５０％以上である場合、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｂ及び第２バイオマス炭３２であるバイオマス炭Ｄの合算の消費量は、バイオマス炭Ｂのみをガス化溶融炉１へ投入したときの消費量から大きく増加せず、４％未満の増加であった。バイオマス炭Ｂの混合率が４０％なら８％の増加、３０％なら１６％の増加であった。

また、図３は、第１バイオマス炭３１に相当するバイオマス炭Ｃと、第２バイオマス炭３２に相当するバイオマス炭Ｆとの混合の割合を変えてガス化溶融炉１に投入したときのバイオマス炭Ｃ及びバイオマス炭Ｆの合算の消費量の測定結果を示すグラフである。なお、測定した消費量は、コークスのみをガス化溶融炉１に投入したときのコークスの重量を１００％とし、バイオマス炭Ｃとバイオマス炭Ｆを炉内へ投入したときのバイオマス炭Ｃの重量とバイオマス炭Ｆの重量の合計をコークスの重量に対する相対値で示している。図３のグラフにおいて横軸は、投入したバイオマス炭Ｃの混合率であり、縦軸は、コークスに対するバイオマス炭Ｃ及びバイオマス炭Ｆの合算の消費量である。第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｃの混合率が５０％以上である場合、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｃ及び第２バイオマス炭３２であるバイオマス炭Ｆの合算の消費量は、バイオマス炭Ｃのみをガス化溶融炉１へ投入したときの消費量から大きく増加せず、１０％未満の増加であった。バイオマス炭Ｃの混合率が４０％なら２２％の増加、３０％なら３９％の増加であったが、バイオマス炭Ｃの混合率が３０％未満となる領域での運転継続は不可能であった。

図３に示すように、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｃの混合率が３０％以上であっても、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｃ及び第２バイオマス炭３２であるバイオマス炭Ｆの合算の消費量は、コークスのみをガス化溶融炉１へ投入したときのコークスの消費量以上となる場合がある。この場合、図３に示されているように、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｃの混合率を５０％以上とすると、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｃ及び第２バイオマス炭３２であるバイオマス炭Ｆの合算の消費量は、コークスのみをガス化溶融炉１へ投入したときのコークスの消費量未満となる。また、バイオマス炭Ｂとバイオマス炭Ｄとを混合した場合においても、図２に示されているように第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｂの混合率が５０％以上である場合、第１バイオマス炭３１であるバイオマス炭Ｂ及び第２バイオマス炭３２であるバイオマス炭Ｄの合算の消費量は、コークスのみをガス化溶融炉１へ投入したときのコークスの消費量未満となっている。即ち、第１バイオマス炭３１の種類と第２バイオマス炭３２の種類を替えても、第１バイオマス炭３１の混合率を５０％以上とすると、コークスより少ない消費量で廃棄物３３を処理することができる。また、第１バイオマス炭３１を５０％以上混合すると第２バイオマス炭３２の影響は現れにくくなり、第２バイオマス炭３２の種類によらず第１バイオマス炭３１に近い消費量での運転が可能になる。

このように本発明においては、第１バイオマス炭３１と第２バイオマス炭３２を混合して投入することにより、火格子を形成する第１バイオマス炭３１の消費量を抑えることができる。また、本発明においては、灰分を溶融する熱量として第１バイオマス炭３１で不足する熱量は、第２バイオマス炭３２で補うことができる。即ち、本発明においては、灰分を溶融する熱量を第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２で確保しつつ、第１バイオマス炭３１の消費量を抑えて火格子を形成することができる。また、本発明では、第１バイオマス炭３１及び第２バイオマス炭３２を用い、コークスよりも消費量を抑えて廃棄物３３の溶融処理を行うことができるため、二酸化炭素の排出量を削減すると共に、ガス化溶融炉１の運転費を低減することができ、ひいては安定した操業を行なうことができる。

また、ガス化溶融炉１で一種類のバイオマス炭のみを投入する場合、バイオマス炭の種類を変更することで消費量が変動する。例えば、ガス化溶融炉１の運転中に投入するバイオマス炭を一種類のみとし、投入するバイオマス炭をバイオマス炭Ｂからバイオマス炭Ｅに替えた場合には、バイオマス炭の消費量が大きく増加してしまう。一方、本発明では、所定の割合で第１バイオマス炭３１と、第２バイオマス炭３２とを混合して用いることにより、第１バイオマス炭３１と第２バイオマス炭３２の種類を替えてもコークスのみを炉内へ投入したときより消費量を抑えることができる。また、第１バイオマス炭３１のみを使用したときに近い消費量で運転を継続することができるため、一種類のバイオマス炭のみを投入して種類を変更することで生じる消費量の変動を抑制することができる。

さらに本発明では、第１バイオマス炭３１と第２バイオマス炭３２を混合して投入しても、消費量は、単純に第１バイオマス炭３１のみを用いたときの消費量と、第２バイオマス炭３２のみを用いたときの消費量との平均値ではなく、第１バイオマス炭３１のみを投入するときの消費量に近い消費量で運転を行うことが可能になる。これより、第２バイオマス炭３２を投入しても燃料の消費量の増加を抑制することができ、確保したバイオマス炭を用いて廃棄物３３の処理量を最大化することが可能になる。また、単独で使用すると消費量の多い第２バイオマス炭３２は、消費量の少ない第１バイオマス炭３１と共に用いることにより、第１バイオマス炭３１に近い消費量に抑えて廃棄物３３の処理を行うことが可能になる。

また、バイオマス炭Ｆのように揮発分が多いバイオマス炭のみを炉内へ投入した場合、高温燃焼帯が十分に形成されないため、溶融したスラグが出滓口４から排出されず、ガス化溶融炉１の運転ができなくなるが、本発明ではバイオマス炭Ｆを第１バイオマス炭３１と混合して使用することにより、廃棄物３３の処理を行うことができる。

また、廃棄物３３を処理するための消費量がコークスに対する相対値で多い第２バイオマス炭３２のみを大量に投入すると、灰分の溶融に必要な熱量以上の熱量が生ずることになり、貴重なバイオマスエネルギーを無駄に消費することになる。また、廃棄物３３を処理するための消費量がコークスに対する相対値で多い第２バイオマス炭３２のみを大量に投入すると、全量が燃焼によって熱に変換されず、高温の二酸化炭素とバイオマス炭との反応により吸熱しながらガス化されるため、バイオマスエネルギーが灰分の溶融に使われることなく無駄に消費される。一方、本発明では、廃棄物３３を処理するための消費量がコークスに対する相対値で少ない第１バイオマス炭３１を混合して炉内へ投入するため、第２バイオマス炭３２を大量に投入することがなく、更に第２バイオマス炭の消費効率も向上させることにより、灰分の溶融に必要な熱量以上の熱量が生じないため、熱を無駄にすることがない。

なお、第１バイオマス炭３１は、廃棄物３３を処理するための消費量がコークスより少ないものに限定されず、例えば、廃棄物３３を処理するための消費量が第２バイオマス炭３２より少ないものとしてもよい。また、第２バイオマス炭３２についても、廃棄物３３を処理するための消費量がコークス以上であるものに限定されず、例えば、廃棄物３３を処理するための消費量が第１バイオマス炭３１より多いものとしてもよい。

３種類以上のバイオマス炭を炉内へ投入する場合は、単独で使用したときに廃棄物３３を処理するための消費量が最も少ないバイオマス炭を第１バイオマス炭３１として規定し、他のバイオマス炭を第２バイオマス炭３２として規定してもよい。

また、本発明においては、一定の基準を満たす複数種類のバイオマス炭を混合したものを、炉内へ投入する第１バイオマス炭３１として規定してもよい。見掛密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以上であり、１個あたりの重量が６０ｇ以上であり、揮発分が７乾ｗｔ％以下であり、低位発熱量が２６ＭＪ／ｋｇ以上である複数種類のバイオマス炭を混合したものを、炉内へ投入する第１バイオマス炭３１として規定してもよい。例えば、前述のバイオマス炭Ａ、バイオマス炭Ｂ及びバイオマス炭Ｃのうちの二つを混合したものを第１バイオマス炭３１として炉内へ投入してもよく、三つを混合したものを第１バイオマス炭３１として炉内へ投入してもよい。なお、見掛密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以上であり、１個あたりの重量が６０ｇ以上であり、揮発分が７乾ｗｔ％以下であり、低位発熱量が２６ＭＪ／ｋｇ以上との性状をわずかに外れるものも第１バイオマス炭３１に含めるようにしてもよい。

また、本発明においては、見掛密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以上であり、１個あたりの重量が６０ｇ以上であり、揮発分が７乾ｗｔ％以下であり、低位発熱量が２６ＭＪ／ｋｇ以上である、との条件を満たさない複数種類のバイオマス炭を混合したものを、炉内へ投入する第２バイオマス炭３２として規定してもよい。例えば、前述のバイオマス炭Ｄ、バイオマス炭Ｅ及びバイオマス炭Ｆのうちの二つを混合したものを第２バイオマス炭３２として炉内へ投入してもよく、三つを混合したものを第２バイオマス炭３２として炉内へ投入してもよい。

また、上述した実施形態においては、ガス化溶融炉１は、廃棄物３３の熱分解、燃焼及びガス化を行なう構成であるが、この構成に限定されるものではない。例えば、ガス化溶融炉１は、廃棄物層を下げて副羽口６が廃棄物層の上に出た状態としてもよい。この構成のガス化溶融炉１は、廃棄物層が副羽口６から吹き込まれる空気により流動しないため、廃棄物３３は下部シャフト部２１から上昇してくる高温ガスにより廃棄物３３の熱分解とガス化が行われ、燃焼が行われない構成となる。廃棄物３３の熱分解によって生成された可燃性ガスの一部は、副羽口６から吹き込まれる空気により燃焼する。また、廃棄物層を下げる構成に替えて、副羽口６を備えていない構成としてもよい。この構成でも、廃棄物層が副羽口６から吹き込まれる空気により流動しないため、下部シャフト部２１から上昇してくる高温ガスにより廃棄物３３の熱分解とガス化が行われ、燃焼が行われない構成となる。

１ガス化溶融炉
２投入口
３ガス排出口
４出滓口
５主羽口
６副羽口
７三段羽口
１０二次燃焼室
１１送風口
１２ボイラ
２１下部シャフト部
２２中部シャフト部
２３フリーボード部
３１第１バイオマス炭
３２第２バイオマス炭
３３廃棄物
３４石灰石

Claims

溶融炉内で少なくとも廃棄物の熱分解及びガス化を行なうことにより生じる灰分を前記溶融炉内で溶融する廃棄物処理方法であって、
第１バイオマス炭と、前記廃棄物の処理に要する消費量が前記廃棄物の処理に要する第１バイオマス炭の消費量を超える第２バイオマス炭とを前記溶融炉内へ投入し、
前記第１バイオマス炭により前記溶融炉内に火格子を形成して前記第１バイオマス炭を燃焼させ、
前記火格子中または上面で前記第２バイオマス炭を燃焼させ、
前記第１バイオマス炭及び前記第２バイオマス炭の燃焼による熱で前記灰分を溶融し、
投入された前記第１バイオマス炭の重量と、投入された前記第２バイオマス炭の重量とを合算した重量に対する前記第１バイオマス炭の重量の割合を３０％以上とする
廃棄物処理方法。
前記第１バイオマス炭は、廃棄物の処理に要する消費量が異なる複数種類のバイオマス炭から成る
請求項１に記載の廃棄物処理方法。
前記第１バイオマス炭は、見掛密度が０．９ｇ／ｃｍ^３以上であり、１個あたりの重量が６０ｇ以上であり、揮発分が７乾ｗｔ％以下であり、低位発熱量が２６ＭＪ／ｋｇ以上である
請求項１または請求項２に記載の廃棄物処理方法。
前記第２バイオマス炭は、廃棄物の処理に要する消費量が異なる複数種類のバイオマス炭から成る
請求項１または請求項２に記載の廃棄物処理方法。