JP3511720B2 - 可燃物の燃焼炉への供給装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は廃プラスチック、廃タイ
ヤ、都市ゴミ、汚泥、スラッジ、石炭等可燃物の燃焼炉
への供給装置および供給方法に関するもので、より詳し
くは、可燃物の焼却炉や製鉄プラントへの燃料としての
可燃物の供給方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、一般廃棄物および産業廃棄物の処
理方法が社会的、環境上問題となっている。それら廃棄
物の処理方法としては、焼却処理あるいは埋立処理が主
流となっている。埋立処理においては埋立用地の不足が
社会的な問題となっており、特に廃プラスチックにおい
てはその形状が嵩高であるために、埋立後の地盤が軟弱
となる。廃プラスチック、廃タイヤ、都市ゴミ、汚泥、
スラッジ、石炭等の可燃物を燃焼炉へ供給する方法とし
ては、これら可燃物を予備処理なしでベルトコンベヤー
やホッパー等によって燃焼炉の燃料供給口に供給する方
法と、これら可燃物を粉砕、脱水等の予備処理を行い供
給する方法に大別される。

【０００３】予備処理なしで燃焼炉の燃料供給口に供給
する場合、下記の問題点を生ずる。廃プラスチックの形
状、大きさにばらつきがあるため、嵩高となり供給の効
率が著しく低くなってしまう。また、発熱量の異なる廃
プラスチック混合物を処理する場合や廃プラスチックに
その他廃棄物が混入している場合などは、発熱量の変動
により安定な燃焼が得られない。塊状の廃プラスチック
の場合は、その高い発熱量により部分的に燃焼炉内にホ
ットスポットが発生し、炉壁耐火物を破損して炉の寿命
を短くする。上記問題点を解決するために各可燃物毎に
専焼炉を設置する、あるいは燃焼炉に予備処理装置を設
け、事前に廃プラスチック等の可燃物の粉砕・減容化処
理、乾留処理等を行い燃焼炉へ供給する方法が考えられ
ている。

【０００４】特公昭６１−１７８７９号公報には、廃プ
ラスチックをスクリュー式供給装置で攪拌しながら３５
０〜４５０℃に加熱して低留分を、４００〜５５０℃に
加熱して高留分を蒸発させる機能を有する装置が開示さ
れている。

【０００５】特開平５−２４５４６３号公報には、廃プ
ラスチック粉砕物をスクリューフィーダーで移送しなが
ら常温から３３０℃の範囲で昇温熱分解し、塩素を除去
し、減容化された廃プラスチックを得る方法および装置
が開示されている。

【０００６】実開昭６０−１２４６９２号公報には、供
給フィーダー出口を燃焼炉内に突出させ、同突出部に案
内板を配設させることにより、廃プラスチックと造粒助
剤を混合させ、減容化する装置が開示されている。

【０００７】特開昭５２−９０４７０号公報には、廃タ
イヤ等の廃棄有機物質をスクリュー式混練機で移送しな
がら剪断・粉砕し、発生する熱により廃タイヤを熱分解
する技術が開示されている。

【０００８】特公昭６３−１１３９２号公報には、スク
リューフィーダー内でごみと吸収剤を均一混合し、さら
にテ−パ−圧縮部にて圧縮・減容化を行なう原料供給方
法が開示されている。

【０００９】特開平２−２８９３２号公報には、汚泥と
焼却灰を混合・造粒する機能を有し、得られた汚泥粒を
焼却炉へ圧送空気により噴出供給する装置が開示されて
いる。

【００１０】特開平３−１９５８１１号公報には、製紙
工程等より発生するスラッジを密閉状態で燃焼炉内に燃
料として供給する装置として、押し出し口が先細りとな
っている連通管内に設置された２軸のスクリュによりス
ラッジを混練、圧縮する装置が開示されている。

【００１１】特開平６−３３０７９号公報には、廃プラ
スチックを含む可燃物を粗粉砕機で粗粉砕した後、加熱
・加圧減容して半溶融固形物とし、この半溶融固形物を
冷却しながら微粉砕機で微粉砕し、界面活性剤を含んだ
液体を添加しスラリー状燃料とし燃焼させる方法が開示
されている。

【００１２】石炭の燃焼炉、ボイラー、石炭ガス化炉等
への供給方法では、石炭を粉砕機にて、微粉砕した後、
テーブルフィーダ等による供給、圧縮気体により気流輸
送あるいは、水または液状燃料と混合しスラリーとして
供給する方法等が知られている。

【００１３】高炉では通常、炉頂よりコークスを銑鉄１
トン当たり約５００ｋｇ装入し、炉下部の羽口より約１
２００℃の酸素富化空気を吹込み、羽口先に降下したコ
ークスを燃焼させ、高温の還元ガスを発生させ銑鉄を製
造する。このコークスを製造するためには原料炭を必要
とするが、原料炭は産地が限定されており、また燃料用
石炭より高価である。そこで高炉操業において、高価な
コークスの節約のために代替燃料として、羽口より各種
燃料の吹き込みが行われている。この燃料としては天然
ガス、ナフサ等の気体燃料、重油、タール等の液体燃料
および微粉炭等の固体燃料が知られている。気体燃料は
高価であるため経済的でない。液体燃料は羽口からの吹
き込み後の広がりが狭く、燃焼性の面で問題となり吹き
込み量が制約される。

【００１４】一方、微粉炭の供給方法としては、これを
一旦重油等の液体燃料と混合しスラリー状にしたものを
吹き込むか、あるいはまた微粉炭をそのまま気体輸送し
羽口から吹き込む方法がとられている。

【００１５】前者の方法は、スラリーの安定性に問題が
あり、重油の比重が約０．９〜０．９５であるのに対し
て石炭の比重は約１．２〜１．４であるために、石炭の
粗粒部分が沈降してしまう。この現象はスラリーの調
製、貯蔵および輸送過程においても起こると考えられ、
スラリーの安定供給のためには撹拌等の設備を必要とす
る。

【００１６】上記問題点から、近年では後者の微粉炭を
気体輸送し高炉羽口より炉内に吹き込む方法が主流とな
っている。この方法では微粉炭の炉内での燃焼性が問題
となり、種々の吹き込み方法、装置が開示されている。

【００１７】高炉羽口からの吹き込み方法として、特公
昭５１−３３４９３号公報には、合成樹脂の粉砕物を重
油と混合してスラリー状にするか、もしくは上記粉砕物
を気体輸送することにより高炉羽口から補助燃料として
吹き込む方法が開示されている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた技術には下
記の問題点が生ずる。

【００１９】特公昭６１−１７８７９号公報に開示され
る技術は、加熱、熱分解ガス化機能を有するが、減容化
のための破砕・圧縮の機能や、安定した燃焼性を確保す
るための廃プラスチックの均一混合の機能、石炭・コー
クス等助燃剤の添加混合機能はない。特開平５−２４５
４６３号公報に開示される技術は、破砕混合機能がな
い。特開昭６０−１２４６９２号公報に開示される技術
は、破砕機能、熱分解ガス化機能がない。このように、
処理対象物に対する予備処理機能が限られており、供給
能力を高めたり、安定した燃焼性を確保するためには付
帯設備を別途必要とする等の問題点を有する。

【００２０】特開平３−１９５８１１号公報に開示され
る技術は、先細り部においてスラッジが圧縮されつつ送
られることによりスラッジ中の水分を低下させ、燃焼効
率を向上させることができるが、スラッジ中には相当の
水分が含まれているために圧縮だけによる脱水では不十
分である。

【００２１】特開平６−３３０７９号公報に開示される
技術は粗粉砕工程、減容工程、微粉砕工程、界面活性剤
との混合工程からなり、プロセスが著しく複雑で、手間
がかかる。

【００２２】可燃物の気流輸送により供給を行なう技術
では、輸送するために可燃物を粉砕する必要があり、粉
砕設備を必要し、粉砕コストがかかる。また気流輸送す
る可燃物によっては輸送性が悪いという問題がある。

【００２３】さらに、上記従来技術では、処理対象物が
限定されているために応用性がなく、汚泥と廃プラスチ
ックや廃タイヤなどを一括して同じ装置で処理できない
という欠点を有する。

【００２４】特公昭５１−３３４９３号公報に開示され
る技術は、プラスチックを補助燃料として用いる場合、
粉砕する必要がある。プラスチックの粉砕は石炭の粉砕
に比べて難しく、ボールミル等を用いた粉砕では、粉砕
により発熱しプラスチックが溶融固化して粉砕機のトラ
ブルの原因となる。特に平均粒径を細かくしようとすれ
ばするほど、それは顕著となる。そのためプラスチック
を０．１ｍｍ以下に粉砕するためには、液体窒素等の高
価な冷却剤を必要とし処理コストがかかる。

【００２５】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、廃プラスチック、廃タイヤ、都市ごみ、汚
泥、石炭等の可燃物あるいはこれら混合物を、高炉を含
む燃焼炉内に定常的に供給し、安定した燃焼を確保でき
る装置および方法を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は可燃物を破砕・
混練、圧縮・減容、脱水・熱分解する機能を持つことを
特徴とする供給装置および供給装置を用いる可燃物の焼
却炉への供給方法である。

【００２７】本発明は、燃焼炉への熱風吹込口に設けら
れた反応筒と、反応筒へ可燃物を供給するホッパ−を有
してなり、反応筒は先細りに構成され、反応筒中には、
可燃物を反応筒中に供給し先端に移送する可燃物押込装
置、可燃物を破砕、混合する破砕装置が設けられ、反応
筒の先端は、内部の可燃物が脱水、熱分解される程度に
熱風にて熱せられていることを特徴とする可燃物供給装
置である。さらに本発明の可燃物への供給方法は、上記
供給装置を用い、反応筒中央部の温度を廃プラスチック
の熱分解温度以下、反応筒先端部の温度を前記熱分解温
度４５０℃以上１０００℃以下に制御して行なうことを
特徴とする。

【００２８】反応筒中央部の温度は廃プラスチックの熱
分解温度以下が好ましく、より好ましくは１００℃以下
である。

【００２９】反応筒先端部の熱分解部内の最終的な到達
温度は、廃プラスチックの熱分解温度以上あるいは可燃
物中の油分が気化する温度以上であればよく、都市ゴミ
等に含まれる金属が溶融し、スクリューを停止しない温
度以下であればよい。具体的にはポリエチレン、ポリプ
ロピレンおよびポリスチレン等の汎用プラスチックの熱
分解温度を考慮し、５００℃以上、１０００℃以下であ
ればよい。

【００３０】なお、燃焼炉とは熱を加えることにより種
種の反応を起こさせる装置のことであり、例えば高炉等
の反応炉、溶融炉である。

【００３１】

【作用】投入ホッパ−により可燃物が反応筒に供給され
る。供給された可燃物は、まず破砕刀により、破砕・混
練され、均一化される。次いで反応塔は先細りとなって
おり、可燃物は連続的に先端に移送されながら圧縮・減
容される。また圧縮・減容された可燃物は、反応筒先端
部で発生する熱分解ガスの逆流防止のためにシール剤と
して作用する。反応筒先端部に移送された可燃物は、反
応筒外部からの熱風により昇温・加熱され、脱水・熱分
解され、可燃性の熱分解ガス、熱分解残渣となる。さら
にこれらは熱風により、燃焼炉に投入される。

【００３２】

【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例である可燃物供給
装置である。図１において、１は可燃物、２は投入ホッ
パー、３はスクリュー、４は破砕刀、５はモーター、６
は燃焼炉、７は熱風、８は熱分解ガスと熱分解残渣、９
は冷却水入口、１０は冷却水出口である。

【００３３】可燃物１はホッパー２に投入され、反応筒
内に供給される。反応筒内に投入された可燃物１は破砕
刃４により破砕・混練される。次いで可燃物１はスクリ
ュ−軸の回転により連続的に反応筒中央部、反応筒先端
部に移送される。反応筒は先細りとなっており、可燃物
１は移送されながら、圧縮・減容される。さらに、熱風
７により徐々に昇温加熱され脱水、熱分解をうけ、可燃
性の熱分解ガスと熱分解残渣８となる。これら可燃性の
熱分解ガスと熱分解残渣８は熱風７により燃焼炉６に投
入される。

【００３４】熱風は窒素等の不活性ガスでもよく、空気
でもよく、酸素富化空気でもよい。熱分解により発生し
た熱分解ガスおよび熱分解残渣は、熱風により燃焼炉内
に投入され燃焼炉内のみで燃焼されてもよく、熱分解ガ
スおよび熱分解残渣が熱風と接触した部分より燃焼を開
始してもよい。

【００３５】熱風による反応筒先端部の加熱方法として
は熱風発生機により熱風を発生し、加熱に用いてもよい
し、燃焼排ガスを加熱に用いてもよい。

【００３６】本発明装置内の可燃物の押し込み装置に相
当する部分の移送方法は、可燃物を定常的に移送できる
ものであればよく、スクリュ−の回転による移送、ピス
トン式による移送等を挙げることができる。

【００３７】表１、表３は、本発明の装置を用いて表に
示した組成の廃プラスチック混合物、都市ごみをごみ焼
却炉に供給した場合の燃焼性、排ガス成分結果を示した
ものである。なお、実施例に用いた廃プラスチック混合
物の組成は熱可塑性プラスチックの生産量から推定した
廃プラスチックの組成であり、都市ゴミの組成は灰分１
６．１％、紙、木材などの可燃分４９．５％、プラスチ
ック９．０％、水分２５．４％で、発熱量２８００ｋｃ
ａｌ／ｋｇ の一般的なものを用いた。実施例１、２、
３は廃プラスチック混合物１００％の場合であり、１、
２、３でそれぞれ理論空気量に対する空気比を変えたも
のである。実施例４、５は都市ごみ１００％の場合であ
り、４、５で空気比を変えたものである。

【００３８】表２、表４は、本発明の装置を用いず、表
に示した組成の廃プラスチック混合物、都市ごみを粉砕
などの処理をしないでスクリューフィダーにより燃焼炉
に供給した場合の結果である。比較例１、２は廃プラス
チック混合物１００％の場合であり、１、２で理論空気
量に対する空気比を変えたものである。比較例３、４は
都市ごみ１００％の場合であり、３、４で空気比を変え
たものである。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】表１、表２より、本発明の装置を用いた場
合の廃プラスチック混合物の燃焼性は空気比１．１８で
燃焼を行なった場合（実施例１）では、すすとしての未
燃Ｃ分が０．０３ｇ／Ｎｍ³ と極めて少なく、またＣＯ
量も１２０ｐｐｍと低い結果となった。空気比を１．０
２（実施例３）まで低下させても、未燃Ｃ分およびＣＯ
量は低い値を示した。これに対し、本発明の装置を使用
しない比較例１では、空気比１．１８で未燃Ｃ分が４．
５ｇ／Ｎｍ³ と極めて多く、またＣＯ量も６８０ｐｐｍ
と高い値を示した。さらに空気比を下げるとその傾向は
顕著となった。

【００４２】燃焼性については比較例では固体状の廃プ
ラスチックを投入したことによる変動があるのに対し、
本実施例１、２、３においては良好であった。

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】表３、表４より表１、表２の結果同様、本
発明の装置を使用した実施例の未燃Ｃ分およびＣＯ量は
本発明の装置を使用しない比較例に比べ低い値を示し
た。

【００４６】燃焼性についても表１、表２の結果同様、
比較例では都市ごみ中の可燃物熱量変動に伴う発熱量の
変動があるのに対し、本実施例では良好であった。

【００４７】次に本発明の装置を用いて、燃焼炉として
高炉に供給した場合の実施例を示す。

【００４８】コークス以外の補助燃料が、どの程度有効
に燃焼に使用されたかの尺度として以下に示した置換率
を用いた。

【００４９】置換率＝（燃料吹込み無し時のコ−クス消
費量（ｋｇ／ｔ）ー燃料吹込み時のコ−クス消費量（ｋ
ｇ／ｔ））ｘ（コ−クス発熱量（ｋｃａｌ／ｋｇ ））
／（羽口から吹込燃料の総発熱量（ｋｃａｌ／ｔ）） これは羽口からの微粉炭あるいは廃プラスチック吹込み
によるコークスの減少に伴う熱量と羽口から吹き込む燃
料の総発熱量の比である。この値が１に近いほど効率的
にコークスの代わりに利用できたことを示す。またこの
値が小さい場合には吹込み燃料が効率的に使用されてい
ないことを示す。

【００５０】表５、表６は表に示した組成物を高炉内に
供給した場合の燃焼性、排ガス成分結果を示したもので
ある。なお、基準操業として、コ−クスと微粉炭を燃料
として吹き込んだ。そこへ廃プラスチック混合物を供給
した。表中のそれぞれの比は銑鉄１トン当りの使用量で
ある。さらに実施例６、７、８、９、比較例５は本発明
の装置を用い、比較例６、７、８は本発明の装置を用い
ず、微粉炭吹き込みランスを用いた。

【００５１】実施例６、７は基準操業に塊状あるいはフ
ィルム状の廃プラスチック混合物を加えた場合である。
実施例８は微粉炭の一部をプラスチック混合物に置き換
え、微粉炭の吹き込み量と廃プラスチック混合物の供給
量を変えた場合である。実施例９は微粉炭を吹き込ま
ず、廃プラスチックのみを高炉に供給した場合である。

【００５２】

【表５】

【００５３】比較例５（基準操業）は、廃プラスチック
混合物の供給を行わず、微粉炭吹込みを行った場合であ
る。

【００５４】比較例６は、本発明の装置を使用せず通常
の微粉炭吹込みランスを用いて、１ｍｍ以下に粉砕した
プラスチック混合物を微粉炭とともに羽口より吹き込ん
だ場合である。

【００５５】比較例７は、本発明の装置を使用せず通常
の微粉炭吹込みランスを用いて、微粉炭を加えず、１ｍ
ｍ以下に粉砕したプラスチック混合物を羽口より吹き込
んだ場合である。

【００５６】比較例８は本発明の装置を使用せず、通常
の微粉炭吹き込みランスを用いて５ｍｍ以下に粉砕した
プラスチック混合物を、微粉炭を加えずに羽口より吹き
込んだ場合である。

【００５７】

【表６】

【００５８】表５、表６より、本供給装置を用いてプラ
スチックを補助燃料に用いることにより、比較例５（基
準操業）に比べ炉頂ガス中のＣＯ、ＣＯ₂ は減少し、Ｈ
₂ は増加した。また置換率も０．９６、０．９７と高
く、炉頂からのすす発生量も少なかった。

【００５９】微粉炭吹き込みランスを用いた場合、プラ
スチック単独では粒度が大きくなればなるほど置換率が
低下するが、本発明の装置を用いると、プラスチックを
１ｍｍ以下に粉砕しなくても置換率が高く、炉頂からの
すす発生量が少なく、効率的に廃プラスチックを熱源と
して利用することができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、廃プラスチック、廃タ
イヤ、都市ゴミ、汚泥、石炭等の可燃物単独あるいは混
合物を、破砕、脱水等の予備処理なしで、コンパクト
な、同装置内で連続的に、燃焼炉に供給できる。供給さ
れる可燃物が廃プラスチック、都市ゴミ、廃タイヤ、汚
泥、石炭等の発熱量、形状の異なる可燃物混合物であっ
ても、供給装置内の破砕混練部において均一化され、発
熱量の異なる可燃物混合物の燃焼における種々の問題が
解決される。固体状の可燃物あるいは可燃物混合物をガ
ス状の燃料あるいは揮発分の少ない燃料として変換し、
燃焼炉に供給することができるため、安定した燃焼炉の
操業が可能となる。さらに、低空気比においても安定し
た燃焼炉の操業が可能となる。

【００６１】また粉砕のための予備処理設備を必要とせ
ず、設備の損耗、破損等の問題もなく、高炉に廃プラス
チック混合物を供給できる。本供給装置から出される熱
分解残渣は主に炭素からなるものであるから、微粉炭チ
ャーの燃焼と同様な燃焼挙動を示し、炉内に入った残渣
は還元剤と働き補助燃料とすることができ、銑鉄の製造
に有効に利用される。

【００６２】さらに、粉砕コストのかかる微粉炭を置き
換えることができ、焼却または埋め立て処理されている
廃プラスチックを高炉の補助燃料として利用でき、環境
問題の一助となりその効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 可燃物 ２ 投入ホッパー ３ スクリュー ４ 破砕刀 ５ モーター ６ 燃焼炉 ７ 熱風 ８ 熱分解ガス、熱分解残渣 ９ 冷却水入口 １０ 冷却水出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 武史 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 上野 一郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−298994（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−57181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−160087（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−106309（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23K 3/00 301 F23K 3/00 302 F23K 3/00 303

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼炉への熱風吹込口に設けられた反応
   筒と、反応筒へ可燃物を供給するホッパ−を有してな
   り、反応筒は先細りに構成され、反応筒中には、可燃物
   を反応筒中に供給し先端に移送する可燃物押込装置、可
   燃物を破砕、混合する破砕装置が設けられ、反応筒の先
   端は、内部の可燃物が脱水、熱分解される程度に熱風に
   て熱せられていることを特徴とする可燃物供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の供給装置を用い、反応
   筒中央部の温度を廃プラスチックの熱分解温度以下、反
   応筒先端部の温度を４５０℃以上１０００℃以下に制御
   して行なうことを特徴とする可燃物中に廃プラスチック
   が含有されている可燃物の燃焼炉への供給方法。