JP3725684B2

JP3725684B2 - 廃棄物溶融処理方法及び廃棄物溶融処理装置

Info

Publication number: JP3725684B2
Application number: JP32013197A
Authority: JP
Inventors: 猛西; 一毅村橋; 秀治芝池
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH11153309A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物をシャフト炉型の廃棄物溶融炉で乾燥、熱分解、燃焼、溶融する廃棄物溶融処理方法および廃棄物溶融処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物の処理方法として、シャフト炉型の廃棄物溶融炉で廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融してスラグとメタルにする廃棄物直接溶融処理がある。
【０００３】
図５は、従来の廃棄物処理方法の一例を示すブロック図、図６は従来の廃棄物処理方法の他の例を示すブロック図である。
【０００４】
従来、廃棄物の処理は、図５に示すように、分別された廃棄物のうち、可燃物は中間処理として焼却した後、灰を処分し、不燃物はそのまま処分していた。しかし、焼却処理にはコス卜がかさみ、猛毒であるダイオキシンをはじめとする有毒ガスが大量に発生することなどの問題がある。
【０００５】
さらに、省資源化の観点から、可能な限り再資源化し、残りの残渣を焼却処理及び処分する廃棄物処理方法として、図６に示すように、廃棄物のうち再資源化可能なものは極力再資源化し、残渣を焼却及び埋め立てすることにより、焼却処理する廃棄物あるいは直接埋立処分される不燃物の量を可能な限り削減しようとする動きがある。それでも、狭い日本では、最終処分場が全国的に不足し、焼却に替わる中間処理方法の必要性が叫ばれている。
【０００６】
そこで、焼却に替わる処理方法として、廃棄物をガス化・高温溶融する直接溶融処理が実用化され、注目されている。
【０００７】
図７は廃棄物をガス化・高温溶融処理する廃棄物溶融処理方法を示すブロック図である。
【０００８】
廃棄物溶融処理は、廃棄物を廃棄物溶融炉内で乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理するものであり、可燃ごみ・不燃ごみをはじめ、下水汚泥・埋立ごみなどあらゆる廃棄物をガス化・高温溶融して一括処理が可能で、さらに、廃棄物を処理した時に得られるスラグ・メタルは再資源化可能であり、最終処分量を極小化できるという利点がある。
【０００９】
図４は従来のシャフト炉型の廃棄物溶融炉の説明図である。
【００１０】
廃棄物溶融炉１は、副資材としてコークス７及び石灰石８を使用し、廃棄物は炉上部から装入され乾燥、熱分解、燃焼、溶融の過程を経て、可燃分は熱分解ガスとして炉上部のダクト５から取り出し、ボイラー・タービン発電機などの付帯設備により熱及び電気エネルギーとして利用でき、灰分はスラグ及びメタルとして炉下部の出滓口６から取り出す。
【００１１】
高温溶融に必要な熱量は、廃棄物の部分燃焼による熱量、およびコークスの燃焼による熱量で補っているが、コークスは前記熱源としての機能以外に、炉底部において堆積したコークスベッド２２が火格子を形成し、上部に存在する廃棄物の支持とスラグの滴下通路の確保及び羽口からのガスの通気性の確保、さらには還元剤としての機能を有している。
【００１２】
ところで、現在、廃棄物には大量のプラスチック類が含まれている。焼却法では、プラスチック類の発熱量が他の廃棄物と比較して高いため、焼却炉の炉壁を損傷しやすい。さらに、発ガン性物質であるダイオキシンをはじめ、ＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘといった有害ガスが発生しやすいことから、プラスチック廃棄物は難処理廃棄物としてほとんどが埋立されているのが現状である。しかし、前述のとおり、最終処分場が全国的に不足していることから、埋立が不可能になる時は眼前に迫っているうえ、高い発熱量を持つプラスチック類を埋め立ててしまうのは、省エネルギーの観点からも好ましくなく、早急な対策が必要となっている。廃棄物溶融炉では、廃棄物中にプラスチック類が含まれている場合も、他の廃棄物同様、安全に処理することが可能であるが、プラスチック類は炉下部に到達する前に熱分解でガス化してしまい、プラスチック類の持つ還元剤としての能力及びその高い発熱量が高温溶融の操作に有効利用されていない。さらに、炉内に局部的に大量のプラスチック類を偏在させると、ガスの偏流や出熱変動の原因となり、安定操業上の課題が発生する。
【００１３】
その他のプラスチック廃棄物の処理方法として、廃プラスチック油化及び高炉吹き込みなどがある。
【００１４】
図８は廃プラスチック油化または高炉吹き込みによるプラスチック廃棄物を含む廃棄物全体の処理方法を示すブロック図である。油化法では、プラスチック廃棄物から高純度の燃料油を得ることができる。また、高炉吹き込み法では、プラスチック類は、その還元剤としての能力及び高い発熱量から、コークスに替わる副資材として有効に働く。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、油化法では、プラスチック廃棄物から高純度の燃料油が得られるものの、設備のイニシャルコストが高くなるうえ、プラスチック廃棄物のうち約１０％を占める塩化ビニル等は油化不適物として別途処理が必要である。
【００１６】
また、高炉吹き込み法では、日本では高炉が偏在し、その規模が大きいことから、非常に広範囲でしかも多量にプラスチック廃棄物を収集しなければならず、運送費がかさむだけでなく、さらに、前処理が必要で、油化法と同様に塩化ビニル等を不適物として選別し、別途処理が必要である。
【００１７】
このように、廃プラスチック油化法及び高炉吹き込み法では、いずれも不適物を別途処理する必要が生じ、廃プラスチック及びその他のごみを含む廃棄物全体を効率よく処理できていない。
【００１８】
そこで、本発明は、廃棄物を直接溶融処理する廃棄物溶融炉において、プラスチック類の持つ還元剤としての能力及びその高い発熱量を有効利用することにより、分別プラスチックを含めた廃棄物全体を効率よく処理する廃棄物溶融処理方法および廃棄物溶融処理装置を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃棄物溶融処理における廃棄物溶融処理方法は、炉下部に設けられた酸素富化空気を吹き込む下段羽口前にコークスベッドを形成し、炉上部から装入された廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理するシャフト炉型の廃棄物溶融炉で廃棄物を直接溶融処理する廃棄物溶融処理方法において、分別収集されたプラスチックを多く含むプラスチックリッチごみ及びその他のごみのうち、その他のごみは廃棄物溶融炉内に炉上部から装入して乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理し、プラスチックリッチごみはプラスチックとプラスチック以外の残渣に分離し、分離したプラスチックは炉内で発生する発生ガスの発熱量を制御するため供給量を増減する切り出しを行い、前記下段羽口を介して廃棄物溶融炉内に酸素富化空気とともに供給し、炉内で部分燃焼させて炉下部の還元作用と熱量補給を行い、プラスチックから分離した前記残渣は廃棄物溶融炉内に炉上部から装入することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の廃棄物溶融処理装置は、炉下部に設けられた酸素富化空気を吹き込む下段羽口前にコークスベッドを形成し、炉上部から装入された廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理するシャフト炉型の廃棄物溶融炉と、分別収集されたプラスチックを多く含むプラスチックリッチごみからプラスチックを分離する装置と、分離されたプラスチックを粒状化もしくは微粉状にして、該粒状プラスチックしくは微粉状プラスチックを前記下段羽口に供給するプラスチック供給装置と、かつ炉内で発生する発生ガスの発熱量を制御するため前記粒状プラスチックもしくは微粉状プラスチックの供給量を増減する切り出し装置と、プラスチックリッチごみから分離した残渣を廃棄物溶融炉の炉上部から装入するための装入装置を備えている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、廃棄物のうち、高い発熱量を持つプラスチックリッチごみを破袋機で破袋、磁力選別機で磁力選別、破砕機で破砕及び不燃物の等の不適物選別の工程で粒状化もしくは微粉化し、粒状プラスチックもしくは微粉状プラスチックを、シャフト炉型廃棄物溶融炉下部に下段羽口、上段羽口を介して供給し、炉内で部分燃焼させることにより、炉下部の還元作用と熱量補給とする。さらに、プラスチックリッチごみのうち、粒状化もしくは粒状化の過程で不適物となったものは残渣として、その他のごみに混入して廃棄物溶融炉の炉上部から装入して溶融処理する。
【００２２】
【実施例】
図１は本発明を実施するための設備の一実施例を示す説明図、図３は本発明における廃棄物全体の処理方法の工程図を示す。廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融の過程を経て廃棄物をスラグ及びメタルとして取り出す廃棄物溶融炉１には、炉上部に廃棄物と副資材であるコークスおよび石灰石を装入するための２重シール弁機構の装入装置４及び廃棄物溶融炉１内で発生した熱分解ガスを排気するためのダクト５が設けられている。炉下部には、スラグを排出するための出滓口６、空気と酸素を混合した酸素富化空気を吹き込む下段羽口２及び空気を吹き込む上段羽口３が設けられている。
【００２３】
運転中の廃棄物溶融炉１内には、廃棄物中からプラスチック等の高発熱量ごみ１１を分別した後のその他のごみ１０が炉上部のホッパからのコークス７及び石灰石８と共に炉内に装入され、充填層２４を形成している。
【００２４】
炉下部においては、下段羽口２前でコークスベッド２２が形成され、酸素富化空気により高温で燃焼しており、上段羽口３前では廃棄物の乾留残渣２３が空気燃焼している。このとき発生する、ＣＯ，Ｈ₂，ＣＨ₄を中心とする可燃性の高温ガスが上昇する過程において、充填層２４の廃棄物が加熱され、乾留及び乾燥される。ここで、石灰石は、スラグの流動性を高め、さらに炉内の塩化水素等の有毒ガスを中和するために投入される。
【００２５】
一方、廃棄物溶融炉１には、プラスチック供給装置が併設される。プラスチックリッチの高発熱量ごみは、ピット１１からホッパ１２に装入され、破袋機１３で破袋された後、ベルトコンベア１４上で磁選機１５により鉄分が除去され、
１次破砕機で粗破砕した後に前段に定量供給機能を持った渦電流によるアルミ選別機に入りアルミ缶等を除去する。さらに、２次破砕機で細かく破砕した後にふるいや風力による不燃物選別機に入り不燃物等の不適物を除去した後にプラスチックが取り出される。取り出されたプラスチックは、造粒機に入り粒状化された後に上部ホッパ１７ａに入る。これらの過程で除去された供給不適物は、残渣としてその他のごみ１０に混入させる。また、鉄分及びアルミ分など再資源化可能なものは再資源化される。
【００２６】
上部ホッパ１７ａは中間ホッパ１７ｂを介してフィードホッパ１８に接続され、それらの接続はシール弁１７ｃを介している。中間ホッパ１７ｂでは粒状プラスチックを間欠的に装入、排出しそれに伴って圧力を上下することにより、常圧の篩い１６から高圧のフィードホッパ１８に粒状プラスチックを移送している。
フィードホッパ１８では下部に切りだし装置２６が設けられ、気流搬送用の連絡管１９により廃棄物溶融炉１の下部に設けられた下段羽口２に接続している。気流搬送用ガスとしては空気と酸素とを混合した酸素富化空気が用いられる。
【００２７】
切り出し装置２６での切り出し量を調節し、粒状プラスチックの供給量を増減することにより、発生ガスの発熱量を容易に制御でき、そのため、ボイラー蒸発量の適切な制御が可能となり、効果的に熱利用できる。
【００２８】
また、プラスチック類を下段羽口２を介して炉下部に吹き込むことにより、吹き込まれたプラスチック類が供給口前の燃焼空間２１で高温燃焼し、その熱量により充填層２４の廃棄物が乾燥、乾留される。このように、プラスチック類の高い発熱量をガス化・高温溶融の操作に有効利用でき、コークスベッド２２の燃焼消耗速度を遅らせることが可能となる。さらに、充填層２４に局部的に大量のプラスチックを偏在させることがなくなるため、熱分解・ガス化溶融炉のさらに安定した操業が可能となる。
【００２９】
また、図１において、気流搬送管１９を廃棄物溶融炉１の下段に設けられた上段羽口に接続し、プラスチックを空気を用いて気流搬送してもよい。
【００３０】
さらに、図２に示すように、プラスチックの性状によっては、下段羽口、上段羽口に替えてプラスチック供給専用の供給口を設けるのも有効である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の効果は、次のとおりである。
【００３２】
（１）廃棄物中から分離された、還元剤としての能力及び高発熱量を有するプラスチックごみを供給口を介して廃棄物溶融炉下部に供給し、炉下部で部分燃焼させることにより、その他の廃棄物のガス化・高温溶融処理に必要な還元剤及び熱量として有効利用できるため、単一の処理装置で廃棄物全体を効率よくガス化・高温溶融処理することが可能となる。
【００３３】
（２）近年、容器包装リサイクル法の制定により、プラスチック類の分別及び再資源化がすすめられようとしているが、分別が進めば進むほど再資源化不適なプラスチック類の処理方法が重要となることが予想される。しかし、本発明によれば、再資源化不適なプラスチック類も、別途発生する廃棄物のガス化・高温溶融処理に必要な還元剤及び熱量補給として有効利用できるので、マテリアルリサイクルの補完手段として有効に機能できる。当然のことであるが、事前処理の段階で不適となった廃棄物も、その他のごみに混入し、ガス化・高温溶融炉上部の装入装置から供給すれば、問題なく処理可能であるので、単一の施設内で効率的に処理できる。
【００３４】
（３）本発明では、高い発熱量を持つプラスチック類の還元剤としての能力およびその燃焼による発熱が有効利用できるため、コークスの燃焼消費速度を小さくできる。例えば、標準的なごみ質（発熱量１０００〜２０００ｋｃａｌ／ｋｇ）の場合、コークス添加割合は従来４〜５％であったが、本発明により２〜３％に低減され、省資源化及び運転コストの大幅な低減が可能となる。
【００３５】
（４）シャフト炉を用いた熱分解・ガス化溶融炉では、発生ガスの発熱量の制御に時間遅れが発生するため、付帯設備としてボイラーを設置する場合は、ボイラー蒸発量の制御速度向上には限界があった。しかし、本願発明によれば、供給口から供給する粒状プラスチック量を制御することにより発生ガス量の発熱量制御の時間遅れを小さくでき、そのため、ボイラ蒸発量の適切な制御が行える。
【００３６】
（５）現在、プラスチック廃棄物の処理方法は社会問題となっているが、本発明によれば、プラスチックは約１７００℃という高温下で燃焼するため、ダイオキシンの発生もなく、環境保全の観点から好ましい上に、ガス及びスラグとして有効利用でき、最終処分量の極小化が可能である。
【００３７】
（６）従来、廃棄物溶融炉では、炉内に局部的に大量のプラスチック廃棄物を偏在させると、プラスチック類は他の廃棄物より早く熱分解ガス化してしまうために、ガス偏流や出熱変動などの操業上の課題が発生していた。しかし、本発明によれば、大量のプラスチック類を炉内に局部的に偏在させることがなくなるため、さらに安定した操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための設備の一実施例の説明図である。
【図２】本発明を実施するための設備の一実施例の説明図である。
【図３】本発明における廃棄物全体の処理方法の工程図を示す。
【図４】従来のシャフト炉型の廃棄物溶融炉の説明図である。
【図５】従来の廃棄物処理方法の一例を示すブロック図である。
【図６】従来の廃棄物処理方法の他の例を示すブロック図である。
【図７】廃棄物をガス化・高温溶融処理する廃棄物溶融処理方法を示すブロック図である。
【図８】廃プラスチック油化または高炉供給によるプラスチック廃棄物を含む廃棄物全体の処理方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
１．廃棄物溶融炉２．下段羽口３．上段羽口４．装入装置
５．熱分解ガスダクト６．出滓口７．コークスホッパ
８．石灰石ホッパ９．廃棄物の流れ１０．その他のごみのピット
１１．プラスチック等の高発熱量ごみのピット１２．ホッパ
１３．破袋機１４．べルトコンベア１５．磁選機１６．篩い
１７ａ．上部ホッパ１７ｂ．中間ホッパ１７ｃ．シール弁
１８．フィードホッパ１９．気流搬送管２０．プラスチック供給口
２１．燃焼空間２２．コークスベッド２３．廃棄物の熱分解残渣
２４．廃棄物の充填層２５．選別された鉄２６．切り出し装置

Claims

炉下部に設けられた酸素富化空気を吹き込む下段羽口前にコークスベッドを形成し、炉上部から装入された廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理するシャフト炉型の廃棄物溶融炉で直接溶融処理する廃棄物溶融処理方法において、分別収集されたプラスチックを多く含むプラスチックリッチごみ及びその他のごみのうち、その他のごみは廃棄物溶融炉内に炉上部から装入して乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理し、プラスチックリッチごみはプラスチックとプラスチック以外の残渣に分離し、分離したプラスチックは炉内で発生する発生ガスの発熱量を制御するため供給量を増減する切り出しを行い、前記下段羽口を介して廃棄物溶融炉内に酸素富化空気とともに供給して炉内で部分燃焼させて炉下部の還元作用と熱量補給を行い、プラスチックから分離した前記残渣は廃棄物溶融炉内に炉上部から装入することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
プラスチックと残渣との分離がプラスチックリッチごみを破袋、磁選、破砕及び不燃物の選別の工程により構成され、さらに取り出されたプラスチックを粒状化もしくは微粉化することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物溶融処理方法。
炉下部に設けられた酸素富化空気を吹き込む下段羽口前にコークスベッドを形成し、炉上部から装入された廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融処理するシャフト炉型の廃棄物溶融炉と、分別収集されたプラスチックを多く含むプラスチックリッチごみからプラスチックを分離する装置と、分離されたプラスチックを粒状化もしくは微粉状にして、該粒状プラスチックもしくは微粉状プラスチックを前記下段羽口に供給するプラスチック供給装置と、かつ炉内で発生する発生ガスの発熱量を制御するため前記粒状プラスチックもしくは微粉状プラスチックの供給量を増減する切り出し装置と、プラスチックリッチごみから分離した残渣を廃棄物溶融炉の炉上部から装入するための装入装置を備えている廃棄物溶融処理装置。