JP3233279U - ごみの熱分解システム - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスを簡略化することができるごみの熱分解システムを提供する。【解決手段】ごみの熱分解システム１０は、ごみを熱分解する熱分解炉２０と、熱分解炉２０からの排気を処理する排気加熱装置５０とを備える。ここでは、排気加熱装置５０を熱分解炉２０の排気口８２に直接的に連結する。それにより、排気加熱装置５０の内部に発生し剥離するスケールは、排気口８２を通して熱分解炉２０の炉本体２２の内部に落下する構成である。【選択図】図１

Description

この考案は、ごみを熱分解する熱分解炉と、熱分解炉からの排気を処理する排気加熱装置とを備える、ゴミの熱分解システムの技術に関し、特には、システム全体のメンテナンスをミニマム化あるいは簡略化する上で有効な技術に関する。

ごみの熱処理技術には、一般的に、ごみを燃やす焼却と、ごみを熱分解する考え方がある。たとえば、特許文献１が示すように、前者の焼却の温度は後者の熱分解の温度よりも高い。処理熱の経済性からすれば、熱分解は焼却よりもすぐれている、ということができる。

熱分解の処理技術として、たとえば、特許文献２や特許文献３がある。それら二つの特許文献２および３は、処理熱の経済性をさらに高めるため、熱分解炉内で発生する排気ガスの一部を炉内に戻すという考え方を採っている。

特開平８−３３８６２０号公報 特許第６５３４７６２号公報 特許第６５７８５００号公報

考案者は、処理熱の経済性の点から、熱分解の考え方に着目し、新たな熱分解システムを模索し、実験および検討を繰り返した。その結果、具体的な課題が明らかになった。

その課題は、ごみの熱分解に伴なって生じる熱分解ガスの問題である。熱分解ガスである排気あるいは排気ガスは、タールや煤などを含み、排気径路のファンなどの機器や配管にスケール（堆積物）を生じやすい。そのようなスケールは、機器や配管に不具合を生じることになる。そのため、熱分解の排気径路には、スケール除去などの定期的なメンテナンスが必須である。

そこで、この考案では、そのようなメンテナンスをミニマム化あるいは簡略化することができる技術、さらには、そのようなメンテナンスをなくし、メンテナンスフリーにすることができる技術を提供することを目的とする。この考案のさらなる目的については、今後の説明から明らかになるであろう。

この考案のごみの熱分解システムは、基本的に、ごみを熱分解する熱分解炉と、熱分解炉からの排気を処理する排気加熱装置とを備える。熱分解炉は、ごみを無酸素あるいは低酸素状態で加熱することにより、熱分解ガスを発生させつつ、炭化物である残渣を残す。そのような熱分解炉の内部には、網状あるいはメッシュ状、または格子状などの格子部材があり、炉本体の内部を上部のゾーンと下部のゾーンとに区画する。熱分解による残渣は、格子部材を通して炉底に堆積し、また、熱分解ガスは、排気として炉の上部の排気口から炉の外部へと誘導される。

排気あるいは排気ガスはタールや煤を含むため、排気径路にスケールを生じる。そのような排気あるいは排気ガスを処理する上で、排気を加熱することが有効である。排気の加熱は、熱分解炉内の上部ゾーンより高い温度で行う。高温度での加熱により、排気はさらに熱分解が進み剥離しやすいスケールを生じる。この考案では、排気の加熱を行う排気加熱装置を特定の配置にすることにより、スケールを熱分解炉の炉本体の内部に落下させる構成にする。

この考案では、排気加熱装置を炉本体の排気口に直接的に連結する。用いる排気加熱装置は、大別して二つある。一つは、加熱源に付着するスケールが加熱源の高い温度により自然と剥離可能であることを利用した第１タイプである。第１タイプの排気加熱装置は、熱分解炉の排気口に連絡するケーシングと、そのケーシングの内部にあり、ケーシングの内部を前記上部のゾーンより高い温度に加熱する加熱源とを備え、その加熱源に付着するスケールは加熱源の高い温度により自然と剥離可能であり、それら熱分解炉の排気口と排気加熱装置のケーシングとの関係について、排気加熱装置のケーシングの中で前記自然剥離したスケールが、前記排気口から前記炉本体の内部に落下するような構成である。

この考案で用いる排気加熱装置のもう一つは、前記ケーシングの内部に、スケールの付着を助長させる手段、および付着したスケールを除去する手段を付加した第２タイプである。第２タイプの排気加熱装置のケーシングの内部には、前記加熱源に隣接し、通過する排気との接触面積を増やし、反応を促進する充填層と、その充填層に付着したスケールを取り除くスケール除去手段とをさらに備えている。そこで、第２タイプの排気加熱装置は、そのスケール除去手段によって取り除いたスケールが、第１タイプにおける自然剥離したスケールと同様、前記排気口から前記炉本体の内部に落下するような構成である。

この考案の考え方は、熱分解炉内で発生する排気ガスの一部を炉内に戻して排気熱を活用する場合だけでなく、排気熱の活用を図らない形態の場合にも適用することができる。排気の一部を熱分解炉に戻す場合には、前記炉本体には排気の導入口があり、前記排気加熱装置のケーシングには、前記排気口から離れた側に排気出口があり、それら排気出口と排気の導入口とを連絡する排気循環回路があり、その排気循環回路により、排気加熱装置を通った排気の一部を炉本体に戻し、ごみの熱分解のための熱源に用いることができる。

熱分解のための熱を得る熱源、および排気加熱装置における加熱源として、抵抗加熱あるいは誘導加熱などの電気式のヒーターを用いることが好ましく、特には、抵抗加熱による電熱ヒーターが好ましい。電熱ヒーターは、その構成が比較的にコンパクトであり、スペース的に有利であり、複数の配置に適している。熱分解のための適正な温度を得るため、炉本体の内部に複数の電熱ヒーターを配置する。また、電熱ヒーターは、内部の発熱体をニッケル合金で包み、さらに、その外側を耐熱合金製の保護管で被った構成である。そのため、電熱ヒーターは、内部の発熱体がごみと直接触れることはなく、間接的な加熱を行うので、その耐久性が高い。

そのような電熱ヒーターの配置の形態は、処理すべきごみにより変えるのが好ましい。たとえば、含水率の高いごみ（食品残渣、有機汚泥、紙おむつなど）であり、直接ヒーターに接触させたいごみ、熱分解促進のために加熱量を増加させたいごみの場合には、格子部材の上下の両方の位置にそれぞれ複数の電熱ヒーターを配置する。また、比較的にドライ状態の紛体状、あるいは微細フラフ状のごみ、または低発熱量、低熱伝導率のごみなど、低比重で直接ヒーターに接触させたいごみの場合、格子部材の上の位置に複数の電熱ヒーターを配置する。そしてまた、重量があり格子部材上にヒーターを配置すると、投入衝撃でヒーターが破損するおそれがあるもの、熱分解反応が低温度で生じるごみ（高分子系の廃棄物、プラスチックや紙類など）の場合には、格子部材の下の位置に複数の電熱ヒーターを配置する。

また、熱分解炉の炉本体において、格子部材の上下の位置に加えて、炉本体の底部に電熱ヒーターを配置することができる。この炉底電熱ヒーターは、炉本体の内部の下部のゾーンを上部ゾーンよりも高温にし、前記格子部材を通して炉底に堆積した熱分解による残渣中の未分解有機成分をさらに分解し減容することができる。

以上のような熱分解炉の炉本体の内部の電熱ヒーターに対し、排気加熱装置における電熱ヒーターの配置はより多層あるいは多段にわたる。それは、それら電熱ヒーターに対して排気あるいは排気ガスが接触する機会あるいは度合いを多くするとともに、排気加熱装置内を高温にするためである。

この考案のごみの熱分解システムの全体像を示すシステム図である。 図１のシステムで用いる排気加熱装置の別の例を示す部分図である。 図１のシステムで用いる投入装置の他の例を示す部分図である。

図１は、この考案を適用したごみの熱分解システムの一実施形態であり、システム全体の配管系統を示している。この熱分解システム１０の中心は、熱分解炉２０である。熱分解システム１０は、大型施設で集中的に処理する、今までの一般的なごみの処理とは異なり、小型で複数の個所で分散的に処理する、オンサイト処理向けである。そのため、熱分解炉２０の容量は、たとえば２００〜８００リットルほどである。熱分解炉２０の炉本体２２は筒型であり、上下方向の高さが横方向の幅よりも大きい。

そのような大きさの熱分解炉２０の炉本体２２は、側壁２４が外壁と内壁との二重壁構造であり、それら内外壁の間の空間に、冷却エアあるいは冷却水などの冷却媒体を流すようになっている。炉本体２２には、上部部分にごみの投入装置３０およびこの考案の一つのポイントとなる排気加熱装置５０を備えている。投入装置３０は、炉本体２２の前側の側壁上部に位置し、また、排気加熱装置５０は、後側の側壁上部に位置し、それぞれが炉本体２２の内部空間に臨んでいる。

投入装置３０は、炉本体２２の内部に処理すべきごみを投入するための装置である。投入装置３０には、安全性を確保するため、その一部に脆弱な壁面（この脆弱な壁面については、投入装置３０ではなく、排気加熱装置５０の上部に設けることもできる。）を設けることにより、防爆排気の機能をもつようにすること、また、二重扉の構造にすることにより、投入口を開けたとしても炉本体２２の内部が投入装置３０を通して外気に開口しないようにすることが好ましい。ごみの投入については、炉本体２２の内部温度が熱分解の温度に達した時点で行う。その際、インターロック機構を解除し、外側の上部扉３２を開け、ごみを投入装置３０の中に入れる。そのごみの投入段階では、投入装置３０の内側の下部扉３４が閉じたままである。次いで、上部扉３２を閉じた後、下部扉３４を開いてごみを炉本体２２の内部に投入し、投入後に下部扉３４を閉じる。

炉本体２２の側壁２４の部分には、循環ノズルを付属した傾斜ロストル４０が複数段にわたり配置されている。そこで、投入されたごみは、それらの傾斜ロストル４０に当たりながら落下し、同時に撹拌されて炉本体２２の下方へと落下する。落下するごみに対し、傾斜ロストル４０は、ごみが循環ノズルと炉本体２２の側壁２４の内壁面との間にブリッジが生じるのを防ぐことになる。したがって、ブリッジの発生を防止するために、炉本体２２の側壁２４の内壁面を加工（たとえば、５度ほどの下方傾斜を伴う台形に）することなどの対応は不要である。

炉本体２２の内部には、循環ノズルを付属した傾斜ロストル４０の下方に、火格子の役割を果たす格子部材６０がある。格子部材６０は、炉本体２２の内部を上部のゾーン２６と下部のゾーン２８とに区画する。格子部材６０は、通常、一層の配置であるが、二層の配置にし、処理すべきごみの特性に応じて格子部材６０による隙間の大きさを変えることもできる。

熱分解を行う上部のゾーン２６は、格子部材６０の下方の下部のゾーン２８に比べて大容量である。図の例では、熱分解のための熱を得る主な熱源として、格子部材６０の上下に配置した電熱ヒーター７０，７０を用いている。主な熱源と表現するのは、従的な熱源として、炉本体２２の内部からの排気の一部があるからである。そのような従的な熱源を得るために、排気循環回路８０がある。

排気循環回路８０における、炉本体２２への排気の導入口は、傾斜ロストル４０に付属した循環ノズル（および下部のゾーン２８に配置した循環ノズル）である。また、炉本体２２の上部の排気口８２は、投入装置３０から離れた側に位置し、炉本体２２内部の上部のゾーン２６に臨んでいる。そのような排気口８２に対し、この考案では、排気加熱装置５０を直接的に連結する。

排気加熱装置５０は、縦長のケーシング５２を備え、そのケーシング５２の下端が炉本体２２の排気口８２に直接連通するように炉本体２２に連結される。縦長のケーシング５２の内部には、多段にわたって電熱ヒーター５７が配置されている。それらの電熱ヒーター５７により、ケーシング５２の内部は、炉本体２２内部の上部のゾーン２６よりも高温（たとえば、６５０℃〜９５０℃）になる。そのため、炉本体２２からの排気、つまりミスト化した熱分解ガスは、ケーシング５２の中でさらに分解され、臭気や煤塵が除去低減される。その結果、スケールが発生するが、そのスケールの多くは、高温のために電熱ヒーター５７やケーシング５２に付着せず、排気口８２から炉本体２２の内部に落下する。

図１に示す実施形態では、ケーシング５２の下方部寄りにグリッド５３を設け、その上にセラミックスボールの充填層５４を配置している。充填層５４は、下方部の互いに隣り合う二つの電熱ヒーター５７，５７の間に位置し、それら電熱ヒーター５７，５７の熱を受けて高温状態になる。ケーシング５２の中を下方から上方に向かう排気は、高温状態の充填層５４のセラミックスボール間の隙間を通過することから、セラミックスボールと密に接触し、反応を促進することになる。それにより、充填層５４は、排気がもつ臭気や煤塵を除去し、層中にスケールを有効に保持する。そのような充填層５４に付着したスケールを取り除くため、充填層５４に運動エネルギーを与えるスケール除去手段５６がある。スケール除去手段５６としては、ギヤードモーターにより回転する撹拌ブレード、あるいは、充填層５４中に配置した振動部材を用いることができる。排気加熱装置５０のケーシング５２の開口が炉本体２２の排気口８２に直接的に臨んでいることから、除去されたスケールは、排気口８２から炉本体２２の内部に落下する。言うなれば、排気加熱装置５０は、熱分解の反応ガスである排気を処理し、排気の臭気や煤塵を取り除く機能と、発生したスケールを除去し炉本体２２に戻すメンテナンスの機能との両方を果たしている。

さらにまた、図１に示す実施形態では、格子部材６０の下方の炉本体２２の底部にも、炉底電熱ヒーター７００を配置している。炉底電熱ヒーター７００は、格子部材６０の下方の下部のゾーン２８を上部のゾーン２６よりも高温（たとえば、７００℃〜９００℃）にする。そのため、格子部材６０を通して炉底に堆積した熱分解による残渣中の未分解有機成分は、その高い温度によりさらに分解し減容する。そのような残渣のさらなる分解には、炉底電熱ヒーター７００のほか、その炉底電熱ヒーター７００に近接する炉底のセラミックスキャスター７０２も寄与する。セラミックスキャスター７０２は、加熱により遠赤外線を発生し、分解をさらに促進することになる。なお、熱分解炉２０は、炉本体２２の下部壁面の部分に、内部を点検する点検口２３、およびパウダー化した残渣を取り出す残渣排出口２５を備えている。

次に、熱分解炉２０および排気加熱装置５０を取り巻く配管系について説明する。配管系の一つは、熱分解炉２０の炉本体２２を冷却するための冷却配管系９０である。冷却配管系９０の冷却媒体はエアである。そのエアの発生源は空冷ファン９２である。空冷ファン９２からの冷却エアは、二重壁構造の炉本体２２の側壁２４の一方側から内外壁の間の空間に入り、側壁２４を全体的に冷却する。冷却エアからすれば、側壁２４からの熱により高温エアになる。その高温になった冷却エアは、側壁２４の反対側から外部配管９３に流れ出る。外部配管９３は、白煙防止装置９４に連絡し、排気加熱装置５０を通過した後の排気（排気ガス）に混合し、外気に放出する排気の白煙化を抑制する。

もう一つの配管系は、排気加熱装置５０を通った排気の一部を炉本体２２に戻すための排気循環回路８０、およびそれに付属する配管である。排気循環回路８０の駆動源は排気循環インバータファン８４である。その排気循環インバータファン８４は、排気加熱装置５０のケーシング５２上部の排気出口８６に連絡するが、排気出口８６から出る排気は高温であるため、それによる熱トラブルを未然に避けるため、排気出口８６と排気循環インバータファン８４との間に排気冷却サイクロン８８を配置する。その排気冷却サイクロン８８は、高温な排気を冷却するほか、排気に含まれる塵埃を除塵する。排気冷却サイクロン８８による冷却および除塵の作用を受けた排気は、排気循環インバータファン８４によって、一部が炉本体２２の側壁２４の部分の循環ノズルを通して炉本体２２の内部に導入される。また、付属した流量調整ダンパー８９の作用により、白煙防止装置９４を通して外気に放出される。

図１に示す実施形態について、この考案の考え方の範囲内でいろいろな変更を行うことができる。たとえば、より簡易的な排気加熱装置５０′として、図２に示すように、図１の排気加熱装置５０における充填層５４およびスケール除去手段５６を省略することができる。

また、処理すべきごみを投入する投入装置として、対称的な上部扉３２および下部扉３４をもつ投入装置３０に代えて、図３に示すように、扉の開閉を回転式に行う投入装置３０′を用いることができる。回転式に扉を開閉することは、すでに知られていることであり、扉の開閉機構などが簡単であるという利点がある。図３の投入装置３０′では、炉本体２２の上部一側に回転扉のセンターシャフト３１０を配置し、そのセンターシャフト３１０に対して、Ｌ型の回転扉３２０を支持するようにしている。Ｌ型の回転扉３２０は、上部回転扉３２０ａと側部回転扉３２０ｂとが一体となり、Ｌ型を形作っている。そのようなＬ型の回転扉３２０の周囲のケーシングは断面円型である。そのケーシングは、１／４円型の三つのケーシング部分を含み、炉本体２２の内部に臨む１／４円の部分は開放状態にある。

三つのケーシング部分を見ると、互いに対向し合うケーシング部分３３１，３３２は、炉本体２２に対して固定であり、炉本体２２の内部に対して一番遠い、１／４円型ケーシング部分３４０が一端３４１を中心に開閉する。また、その一端３４１に対向する炉本体２２の上部に投入シューター３５０がある。投入シューター３５０は、投入されるごみを炉本体２２の内部に落とすガイド板であり、くしの歯のように隣り合う部分が互いに分割された形態である。そのような分割形態は、排気（排気ガス）の動きあるいは抜きをスムーズにする上で有効である。

投入装置３０′は、電動あるいは手動により操作駆動する。ごみを投入する際、まず、扉であるケーシング部分３４０を開放する。その開放の時点において、Ｌ型の回転扉３２０が炉本体２２の開口を閉じている。ケーシングの中には、３／４円（正しくは、３／４円筒）ほどのごみ投入スペースがある。そのスペースにごみを入れた後、扉であるケーシング部分３４０を閉じ、Ｌ型の回転扉３２０を反時計回りの矢印方向に回転して、ごみを炉本体２２の内部に投入する。この投入時には、Ｌ型の回転扉３２０は、図３に破線で示す状態である。

Ｌ型の回転扉３２０は、正逆の両方向に回転駆動することができる。重量が重いごみについては反時計回り、重量の軽いごみについては時計回りとし、駆動モータの負荷を軽減することができる。この点、手動の操作の場合でも同様である。時計回りの場合には、ごみを高所から投入することになり、ごみは撹拌されながら炉本体２２の下方の格子部材６０上に落ちていく。

さらにまた、図１に示す実施形態では、排気出口８６と排気循環インバータファン８４との間に排気冷却サイクロン８８を配置しているが、その排気冷却サイクロン８８を省略することもできる。排気冷却サイクロン８８を用いない場合、排気出口８６と排気循環インバータファン８４を直接連絡することになる。そのような連絡配管の長さをたとえば２ｍぐらいとることにより、たとえば、排気は３００〜４００℃ほど減温する。減温の大きさは外気温度によるが、外気の低い寒冷地では、排気冷却サイクロン８８を用いる場合と、用いない場合とを選択することができる。

１０ ごみの熱分解システム
２０ 熱分解炉
２２ 炉本体
２４ 側壁
２６ 上部のゾーン
２８ 下部のゾーン
３０，３０′ 投入装置
３２ 上部扉
３４ 下部扉
３２０ Ｌ型の回転扉
４０ 循環ノズル付き傾斜ロストル
５０，５０′ 排気加熱装置
５２ ケーシング
５４ 充填層
５６ スケール除去手段
５７ 電熱ヒーター
６０ 格子部材
７０ 電熱ヒーター
７００ 炉底電熱ヒーター
８０ 排気循環回路
８２ 排気口
８４ 排気循環インバータファン
８６ 排気出口
８８ 排気冷却サイクロン
９０ 冷却配管系

Claims (7)

1. ごみを熱分解する熱分解炉と、熱分解炉からの排気を処理する排気加熱装置とを備える、ごみの熱分解システムであって、
   前記熱分解炉は、処理すべきごみを投入する投入口をもつ炉本体と、その炉本体の内部にあり、炉本体の内部を上部のゾーンと下部のゾーンとに区画する格子部材と、前記上部のゾーンに臨み、炉本体の排気の出口となる排気口とを備え、しかもまた、
   前記排気加熱装置は、前記熱分解炉の排気口に連絡するケーシングと、そのケーシングの内部にあり、ケーシングの内部を前記上部のゾーンより高い温度に加熱する加熱源とを備え、その加熱源に付着するスケールは加熱源の高い温度により自然と剥離可能であり、
   前記熱分解炉の排気口と前記排気加熱装置のケーシングとの関係について、前記排気加熱装置のケーシングの中で前記自然剥離したスケールが、前記排気口から前記炉本体の内部に落下するように構成したことを特徴とする、ごみの熱分解システム。
2. 前記排気加熱装置のケーシングの内部には、前記加熱源に隣接し、通過する排気との接触面積を増やし、反応を促進する充填層と、その充填層に付着したスケールを取り除くスケール除去手段とをさらに備え、前記スケール除去手段によって取り除いたスケールは、前記自然剥離したスケールと同様、前記排気口から前記炉本体の内部に落下する、請求項１のごみの熱分解システム。
3. 前記炉本体には排気の導入口があり、前記排気加熱装置のケーシングには、前記排気口から離れた側に排気出口があり、それら排気出口と排気の導入口とを連絡する排気循環回路があり、その排気循環回路により、排気加熱装置を通った排気の一部を炉本体に戻し、ごみの熱分解のための熱源に用いる、請求項１あるいは２のごみの熱分解システム。
4. 前記熱分解炉は、熱分解のための熱を得る熱源として電熱ヒーターを備え、しかもまた、前記排気加熱装置は、加熱源として電熱ヒーターを備える、請求項１あるいは２のごみの熱分解システム。
5. 前記格子部材の下方の炉本体の底部には、炉底電熱ヒーターがあり、その炉底電熱ヒーターにより、前記下部のゾーンを前記上部のゾーンよりも高温にし、前記格子部材を通して炉底に堆積した熱分解による残渣中の未分解有機成分をさらに分解し減容する、請求項１あるいは２のごみの熱分解システム。
6. 前記炉本体は、内壁と外壁とを含む二重壁構造であり、それら内壁と外壁との間の空間に冷却媒体を流すようになっている、請求項１あるいは２のごみの熱分解システム。
7. 前記排気循環回路には、前記排気出口に続いて、排気冷却装置があり、その排気冷却装置を通った排気が排気循環ファンを通り、前記炉本体に戻るようになっている、請求項３のごみの熱分解システム。

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