JP3574967B2

JP3574967B2 - 固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法

Info

Publication number: JP3574967B2
Application number: JP2000181268A
Authority: JP
Inventors: 公夫飯野; 新一三宅; 尊矢嶋
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP2001355818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法に関し、詳しくは、焼却灰や焼却飛灰等の固形廃棄物を溶融処理するとともに、重金属等の不純物を含む廃油を部分燃焼処理して不純物を溶融スラグ中に捕捉させ、かつ、一酸化炭素及び水素を多く含むガスを生成させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
焼却灰や焼却飛灰等の固形廃棄物を溶融処理する方法として、バーナー火炎中に固形廃棄物を投入する方法が行われている。しかし、従来の方法では、固形廃棄物を空気で搬送しているため、固形廃棄物の性状によっては搬送効率が悪いという不都合があった。
【０００３】
また、燃料に対する酸素比を１．０未満として燃料を部分燃焼させることにより、有機合成原料として用いられる一酸化炭素及び水素を多く含むガスを得ることも行われているが、固形廃棄物の搬送に空気を使用すると、一酸化炭素及び水素の高濃度化の妨げにもなる。なお、酸素で固形廃棄物を搬送することも考えられるが、固形廃棄物中の成分が不明で、可燃成分が含まれている場合は搬送途中で燃焼反応が発生するおそれがあり、安全性を考慮すると採用することはできない。
【０００４】
さらに、エンジン油のように、不純物として重金属を含む廃油は、燃焼処理を行うことができず、産業廃棄物として処理されていた。
【０００５】
そこで本発明は、固形廃棄物の溶融処理と廃油の燃焼処理とを同時に行えるとともに、一酸化炭素及び水素を多く含むガスも得ることができる固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法は、固形廃棄物の溶融処理と廃油の燃焼処理とを同時に行うための方法であって、固形廃棄物を搬送するスクリュー型搬送装置のスクリュー軸内に酸素バーナーが挿入され、前記搬送装置のスクリューケーシング外周に酸素ノズルが設けられた燃焼装置を溶融炉の天井部に下向きに設置し、前記搬送装置によって固形廃棄物を燃焼装置下端に搬送して送り出し、前記酸素バーナーの燃料の少なくとも一部として廃油を供給するとともに、該酸素バーナーに供給する酸素及び前記酸素ノズルに供給する酸素の合計量を、燃料に対する酸素比が１．０未満になるように設定して燃料を部分燃焼させ、生成した燃焼火炎で前記固形廃棄物を溶融させて溶融スラグとし、該溶融スラグを溶融炉下部のスラグ保持部に一旦保持してからスラグ排出口を通して取出し、部分燃焼により生成した一酸化炭素及び水素を含むガスを排気口から取出すことを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明は、前記廃油中の不純物を前記溶融スラグ中に捕捉させることを特徴とし、また、前記酸素バーナーの酸素比を調節する手段を備えていることを特徴としている。さらに、前記スラグ保持部を前記スラグ排出口より下方に形成し、前記燃焼装置で生成した燃焼ガス流の対流伝熱と、火炎からの放射伝熱とによって溶融スラグを所定温度に保持すること、該スラグ保持部の上方の溶融炉側壁に酸素バーナーを設け、該酸素バーナーの火炎及び燃焼ガスによって、溶融スラグの温度を保持するとともに、前記スラグ排出口の閉塞を防止することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明方法で使用する燃焼装置の一形態例を示す断面図、図２は燃焼装置の要部の断面図である。
【０００９】
この燃焼装置１１は、固形廃棄物を搬送するスクリュー型搬送装置（以下、スクリューという）１２と、中空軸で形成されたスクリュー軸１３内に挿入された酸素バーナー１４と、スクリューケーシング１５の外周に設けられた酸素ノズル１６と、該酸素ノズル１６の外周に設けた水冷ジャケット１７と、スクリュー１２の基端部に設けられた固形廃棄物供給手段装着部１８と、スクリュー軸１３を駆動する駆動部１９とにより形成されている。
【００１０】
酸素バーナー１４及びスクリューケーシング１５は、適宜な保持部材等により固定されており、スクリュー軸１３が、駆動部１９のモーター２０及びスプロケット２１、チェーン２２により駆動されて回転し、スクリュー羽根２３によっ固形廃棄物を先端方向に搬送するように形成されている。なお、スクリュー軸１３内周と酸素バーナー１４外周との間には、適宜な間隔で軸受部２４が設けられており、スクリュー軸１３と酸素バーナー１４との位置関係を維持するとともに、スクリュー軸１３が円滑に回転できるようにしている。
【００１１】
前記酸素ノズル１６に酸素（三次酸素）を供給する酸素流路２５及び前記水冷ジャケット１７は、スクリューケーシング１５の外周に三重に筒体を配置した同心多重管構造で形成されており、基部側には、酸素供給管接続部２５ａ及び冷却水導入導出管接続部１７ａがそれぞれ設けられている。また、酸素ノズル１６は、燃焼装置端面材に設けた多数の小通孔により形成されている。さらに、燃焼装置外周には、燃焼炉取付け用や装置組付け用等に用いるフランジ２６がそれぞれ所定位置に設けられている。
【００１２】
前記酸素バーナー１４には、適宜な構造のものを使用することができるが、図３の要部断面図で示すようなノズル構造を有するものが最適である。図３に示す酸素バーナー１４は、最外周に水冷ジャケット３１を設けた多重管構造を有するものであって、その先端部には、先端側が拡開した円錐台状の混合室３２が設けられている。この混合室３２の周面には、酸素（二次酸素）を噴出するための酸素噴出孔３３が、混合室３２を形成する円錐台の母線に対して所定の角度で接線方向から混合室３２内に二次酸素を噴出するように設けられている。
【００１３】
また、混合室３２の基部側中央には、微粒化した液状燃料を噴出するための燃料ノズル３４が設けられている。この燃料ノズル３４は、燃料供給通路３５から供給される液状燃料と、酸素供給通路３６から供給される燃料微粒化用の酸素（一次酸素）とを混合して燃料を微粒化する内部混合室３７と、該内部混合室３７で微粒化した燃料を前記混合室３２に噴出する複数の燃料噴出孔３８とにより形成されている。
【００１４】
液状燃料は、前記通路３５先端の小通孔から内部混合室３７の中心に軸線方向に噴出し、一次酸素は、前記通路３６の先端に形成された円環状のスリットから液状燃料を包み込むようにして内部混合室３７内に噴出する。燃料噴出孔３８は、軸線を中心とした所定の開き角度で微粒化した燃料を噴出するように形成されており、見掛け上、中心が抜けたホロコーン状に燃料を噴出（スプレー）する。
【００１５】
このように、液状燃料と一次酸素とを内部混合室３７内に噴出させて混合状態とした後、燃料噴出孔３８から混合室３２に噴出させることにより、液状燃料の微粒化及び一次燃焼を効果的にかつ確実に行うことができる。このとき、内部混合室３７の燃料噴出孔３８側の壁面をドーム状に形成しておくことにより、燃料の微粒化を促進することができるとともに、燃料噴出孔３８をドームの法線方向に向けて各燃料噴出孔３８からの燃料噴出状態を均一化することができる。
【００１６】
燃料噴出孔３８から一次燃焼しながらホロコーン状に噴出した微粒状の燃料は、酸素噴出孔３３から混合室３２の内周面に沿うように噴出した二次酸素と混合した状態で燃焼装置１１の先端から噴出し、液状燃料と酸素との酸化反応（二次燃焼）が行われる。このように、内部混合室３７で液状燃料を一次酸素によって十分に微粒化させてから混合室３２に噴出させるとともに、二次酸素を混合室３２に渦巻き状に噴出させて液状燃料と二次酸素とを混合接触させることにより、液状燃料と二次酸素とを十分に均一に混合でき、これによって液状燃料と二次酸素との均質な反応（二次燃焼）が得られる。
【００１７】
そして、この酸素バーナー１４からの火炎の燃焼ガス流によってスクリュー１２から送り出された固形廃棄物を酸素ノズル１６から噴出した三次酸素と均質に混合することができ、液状燃料と三次酸素との反応による三次燃焼火炎中で固形廃棄物を効果的に溶融させることができる。
【００１８】
このように形成した燃焼装置１１は、図４の断面図に示すように、溶融炉４１の天井部に下向きに装着され、各供給管等を接続した状態で用いられる。すなわち、酸素バーナー１４においては、燃料供給通路３５に液状燃料を、燃料微粒化用酸素供給通路３６に燃料微粒化用酸素となる一次酸素を、酸素噴出孔３３に二次酸素を、水冷ジャケット３１に冷却水をそれぞれ供給し、また、燃焼装置本体においては、酸素ノズル１６の酸素流路２５に三次酸素を、水冷ジャケット１７に冷却水をそれぞれ供給するとともに、固形廃棄物供給手段装着部１８に装着したホッパー付スクリューフィーダ等の固形廃棄物供給手段４２からスクリュー１２部分に固形廃棄物を供給して燃焼装置下端方向に搬送させ、これらを燃焼装置下端から溶融炉４１内に送り出す。
【００１９】
酸素バーナー１４の燃料には、廃油の性状に応じて廃油のみ、あるいは廃油に重油や灯油を混合した燃料が使用され、酸素バーナー１４の内部混合室３７で一次酸素と混合して燃料噴出孔３８から噴出し、二次酸素と混合して燃焼する。
【００２０】
そして、酸素バーナー１４からの火炎の燃焼ガス流により、スクリュー１２から送り出された固形廃棄物が外周方向に分散して酸素ノズル１６から噴出した三次酸素と均質に混合するとともに、該三次酸素が未燃分の液状燃料と反応し、全体として一つの火炎が形成されることになり、火炎中に固形廃棄物が均質に分散した状態となる。したがって、スクリュー１２から送り出された固形廃棄物は、酸素バーナー特有の高温の火炎及び燃焼ガスによって加熱されて溶融し、廃油に含まれていた重金属等の不純物を燃焼ガス中から捕捉しながら溶融炉４１下部のスラグ保持部４３に落下する。
【００２１】
スラグ保持部４３の溶融スラグは、燃焼装置１１で生成した燃焼ガス流の対流伝熱と、火炎からの放射伝熱とによって所定の温度を維持しており、スラグ保持部４３の上部側壁に設けた排出口４４をオーバーフローして冷却水槽４５の冷却水中に取出される。また、燃焼排ガスは、スラグ排出口と排気口とを兼ねる前記排出口４４を通過して排気口４６から取出される。
【００２２】
さらに、本形態例では、スラグ保持部４３の上方で前記排出口４４に対向する側壁に保温用酸素バーナー４７を設け、該保温用酸素バーナー４７からの高温の火炎及び燃焼ガスによって、溶融スラグの温度を所定温度に保持してガス抜き効果等の向上を図るとともに、前記排出口４４がスラグによって閉塞されることを確実に防止するようにしている。
【００２３】
なお、酸素ノズル１６からの三次酸素の噴出方向は、燃焼装置軸線方向でもよいが、軸線に対して開き方向、収斂方向、ねじれ方向に適当な角度を持たせるようにしてもよい。さらに、三次酸素を噴出する小通孔の径や設置数さらには形状を適当に選択することにより、三次酸素の流速や噴出状態を最適な状態に設定することができる。
【００２４】
加えて、燃焼装置１１に供給する酸素を適当な温度、例えば３００℃以上に予熱しておくことにより、固形廃棄物の溶融処理をさらに効果的に行うことができる。
【００２５】
前記一次酸素、二次酸素及び三次酸素の供給割合は任意であり、流量調節弁等の流量を制御する手段を設けておくことにより、全体としての酸素比や各酸素の供給割合を最適な燃焼状態が得られるように調節できる。
【００２６】
このように、固形廃棄物を搬送するスクリュー１２のスクリュー軸１３内に酸素バーナー１４を挿入するとともに、外周に酸素ノズル１６を配置することにより、スクリュー１２で搬送された固形廃棄物を酸素バーナー特有の高温の火炎で確実に加熱溶融させることができるとともに、燃焼ガス流によって固形廃棄物を火炎中に均一に分散させることができるので、固形廃棄物を効果的に溶融処理して減容化及び安定化を図ることができる。さらに、固形廃棄物をスクリュー１２で搬送するので、ガス搬送に比べて安定した搬送状態が得られ、様々な形態、性状の固形廃棄物を確実に搬送することができる。
【００２７】
また、このようにして固形廃棄物の溶融処理及び廃油の燃焼処理を行うことにより、固形廃棄物をスラグとして取出すことができ、しかも、廃油中に含まれていた重金属等の不純物をスラグ中に捕捉して固定化することができる。
【００２８】
しかも、燃料に対する酸素比を１．０未満として燃焼させることにより、一酸化炭素及び水素を多く含むガスを取出すことができる。特に、前記構造の酸素バーナー１４を用いることにより、廃油を含む液状燃料を均質に酸素中に分散させることができるので、局部的なホットスポットの発生が抑制され、すすや二酸化炭素の発生を抑制して効果的に一酸化炭素と水素とを生成させることができる。
【００２９】
【実施例】
前記形態例で示した構造の燃焼装置を、耐火煉瓦を内張した内径０．５ｍ、長さ２．０ｍの円筒形溶融炉の天井部中心に鉛直方向下向きに装着した。固形廃棄物としては飛灰を８０ｋｇ／ｈで供給し、燃料として廃油を４０ｋｇ／ｈで供給し、燃料に対する酸素比が０．５となるように、一次酸素を１０Ｎｍ^３／ｈ、二次酸素を１０Ｎｍ^３／ｈ、三次酸素を２０Ｎｍ^３／ｈでそれぞれ供給して燃焼させた。
【００３０】
その結果、飛灰の溶融歩留まりは９８％以上であり、燃焼排ガスにおける一酸化炭素及び水素の収率は理論収率の９５％となり、低級炭化水素やすすの発生はほとんどなかった。また、廃油中に含まれていた重金属等の不純物は、そのほとんどがスラグ中に捕捉され、燃焼排ガス中には測定されなかった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼却灰や焼却飛灰等の固形廃棄物の溶融処理と、重金属等の不純物を含む廃油の燃焼処理とを同時に行えるとともに、一酸化炭素及び水素を多く含む燃焼排ガスを得ることができる。特に、固形廃棄物を空気等のガスで搬送せずにスクリューで機械的に搬送するようにしたので、安定した搬送供給状態が得られるとともに、燃焼排ガス中の一酸化炭素及び水素の高濃度化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法で使用する燃焼装置の一形態例を示す断面図である。
【図２】燃焼装置の要部の断面図である。
【図３】燃焼装置に使用する酸素バーナーの一例を示す要部の断面図である。
【図４】燃焼装置を装着した溶融炉の一形態例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…燃焼装置、１２…スクリュー型搬送装置、１３…スクリュー軸、１４…酸素バーナー、１５…スクリューケーシング、１６…酸素ノズル、１７…水冷ジャケット、１８…固形廃棄物供給手段装着部、１９…駆動部、２３…スクリュー羽根、２５…酸素流路、３１…水冷ジャケット、３２…混合室、３３…酸素噴出孔、３４…燃料ノズル、３５…燃料供給通路、３６…酸素供給通路、３７…内部混合室、３８…燃料噴出孔、４１…溶融炉、４２…固形廃棄物供給手段、４３…スラグ保持部、４４…排出口、４５…冷却水槽、４６…排気口、４７…保温用酸素バーナー

Claims

固形廃棄物の溶融処理と廃油の燃焼処理とを同時に行うための方法であって、固形廃棄物を搬送するスクリュー型搬送装置のスクリュー軸内に酸素バーナーが挿入され、前記搬送装置のスクリューケーシング外周に酸素ノズルが設けられた燃焼装置を溶融炉の天井部に下向きに設置し、前記搬送装置によって固形廃棄物を燃焼装置下端に搬送して送り出し、前記酸素バーナーの燃料の少なくとも一部として廃油を供給するとともに、該酸素バーナーに供給する酸素及び前記酸素ノズルに供給する酸素の合計量を、燃料に対する酸素比が１．０未満になるように設定して燃料を部分燃焼させ、生成した燃焼火炎で前記固形廃棄物を溶融させて溶融スラグとし、該溶融スラグを溶融炉下部のスラグ保持部に一旦保持してからスラグ排出口を通して取出し、部分燃焼により生成した一酸化炭素及び水素を含むガスを排気口から取出すことを特徴とする固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法。
前記廃油中の不純物を前記溶融スラグ中に捕捉させることを特徴とする請求項１記載の固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法。
前記酸素バーナーの酸素比を調節する手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法。
前記スラグ保持部を前記スラグ排出口より下方に形成し、前記燃焼装置で生成した燃焼ガス流の対流伝熱と、火炎からの放射伝熱とによって溶融スラグを所定温度に保持することを特徴とする請求項１記載の固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法。
前記スラグ保持部の上方の溶融炉側壁に酸素バーナーを設け、該酸素バーナーの火炎及び燃焼ガスによって、溶融スラグの温度を保持するとともに、前記スラグ排出口の閉塞を防止することを特徴とする請求項１記載の固形廃棄物の溶融処理及び廃油の部分燃焼処理方法。