JP3732013B2 - 廃棄物溶融炉への廃プラスチック吹込み方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉への廃プラスチックの吹込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物の処理方法の一つとして、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溶融処理がある。この廃棄物溶融処理は、廃棄物をガス化・高温溶融して一括処理することが可能である。
【０００３】
図７及び図８は、従来のシャフト炉型の廃棄物溶融炉の説明図で、図７において、廃棄物溶融炉１には、副資材であるコークス２、石灰石３および廃棄物が炉上部から２重シール弁機構の装入装置４を介して装入され、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廃棄物溶融炉上部のダクト５から排出され、燃焼室で完全燃焼後、ボイラー・タービン発電機などの付帯設備により熱および電気エネルギーとして利用される。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送風羽口７が設けられ、灰分はスラグおよびメタルとして出滓口６から取り出す。
【０００４】
また、図８に示すように、従未のシャフト炉型の廃棄物溶融炉には、炉下部に廃棄物の熱分解残渣を燃焼するための空気を吹き込む上部送風羽口８が設けられている場合もある。
【０００５】
ところで、廃棄物には大量のプラスチック類が含まれているが、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、ダイオキシン等の有害物質を発生させることなく安全に処理することが可能である。しかし、炉内で廃棄物は下方に降下するに従って次第に温度が上昇していくことから、プラスチック類は炉下部に到達する前に熱分解・ガス化してしまい、プラスチック類の持つ高い発熱量や、還元材としての能力が高温溶融の際に有効に活用されていない。
【０００６】
そこで、本出願人は、廃棄物を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ため、廃棄物を直接溶融処理するシャフト炉型の廃棄物溶融炉に分離した廃プラスチックを廃棄物溶融炉の下部に設けた図７あるいは図８に示す送風羽口７を介して廃棄物溶融炉内に供給する廃棄物溶融処理技術を特願平９−３２０１３１号として出願した。
【０００７】
また、特開平１０−１４８３２１号公報には、前述の一般廃棄物等の溶融処理とは異なるが、焼却灰の溶融処理において、焼却灰の無害化及び減容化を図るため、焼却灰の溶融装置で廃プラスチックを羽口から供給する技術が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記出願の発明にしたがって、既存の廃棄物溶融炉の羽口から廃プラスチックをコークスベッドヘ吹き込んでも、廃プラスチックの燃焼性や燃焼空間の制約から廃プラスチックの吹込み量には限界があり、多量に吹き込むことができない。
【０００９】
また、特開平１０−１４８３２１号公報の焼却灰の溶融装置では、廃プラスチックが徐々に加熱されるため、低温領域での熱分解過程でタール等の発生が避けられず、好ましくない。
【００１０】
本発明は、廃棄物溶融炉へ廃プラスチックを吹き込む廃棄物溶融処理において、廃プラスチックを多量に吹込み、極力タール等の発生を抑制してガス化を行うことができる廃棄物溶融炉への廃プラスチック吹込み方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃プラスチック吹込み方法は、廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理する際に、廃棄物溶融炉の送風羽口からコークスベッドヘ常温の酸素富化空気または高温空気を吹き込むとともに、廃プラスチックを廃棄物溶融炉へ吹込む方法において、コークスベッド上端より上部で８００℃以上の領域に廃プラスチックを吹き込むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の廃プラスチック吹込み方法は、送風羽口を介し吹き込まれた酸素が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレベルにコークスベッド上端を設定し、送風羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に廃プラスチックを吹き込むとともに、コークスベッド上端より上部で８００℃以上の領域に廃プラスチックを吹き込んでもよい。
【００１３】
また、送風羽口を介し吹き込まれた酸素が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレベルより高い位置にコークスベッド上端を設定し、送風羽口レベルと送風羽口を介し吹き込まれた酸素が消失するレベルとの間、および該レベルとコークスベッド上端レベルとの間の各々に廃プラスチックを吹き込むとともに、コークスベッド上端より上部で８００℃以上の領域に廃プラスチックを吹き込んでもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図４は代表的なプラスチックであるポリエチレンの熱分解特性温度依存性を示すグラフで、５００℃レベルの低温域ではタールの発生が多くガス化率が低いのに対して、８００℃レベルの高温域ではタールの発生も少なくガス化率が高くなっていることが分かる。
【００１５】
そこで、コークスベッド上端より上部に廃プラスチックを吹き込むことで燃焼または熱分解の空間を拡大し、温度域８００℃以上の領域に直接吹き込むことで、高温での熱分解・ガス化、さらにはソルーション反応によるガス化も促進することが可能となる。
【００１６】
次に、前述のコークスベッド上端より上部への廃プラスチックの吹き込みと、コークスベッドへの廃プラスチックの吹込みとの併用について説明する。
【００１７】
コークス中のＣまたは廃プラスチック中のＣの消費には下記の二形態が存在する。
【００１８】
Ｃ＋Ｏ₂→ＣＯ₂・・・・・ （１）
Ｃ＋ＣＯ₂→２ＣＯ・・・・（２）
ＣＯ₂濃度は送風羽口からコークスベッド上方にいくにしたがって、（１）式の反応により上昇し、一方Ｏ₂は消費され減少していく。そしてＯ₂の消失した位置より上方では、（２）式の反応によりＣＯ₂濃度が減少し、ＣＯ濃度が上昇しはじめる。
【００１９】
（１）式の反応は、発熱反応でコークス中のＣが有効に利用されるが、（２）式の反応は吸熱反応でＣが有効に利用されないことになる。したがって、コークスには極力（１）式の反応をさせる必要があるが、Ｏ₂のない状態で、高温のＣＯ₂に接すると、（２）式によりコークスのソリューション反応が起こり、コークスが無駄に消費されることになる。
【００２０】
廃プラスチックはコークスに比べ燃焼速度が速いため、コークスベッド内に廃プラスチックを吹き込むと、吹き込まない場合に比べＯ₂の消失位置が下ることになる。したがって、廃プラスチックを吹き込まない条件のまま、無闇にコークスベッドヘ廃プラスチックを吹き込んでも、Ｏ₂の消失位置より上方にコークスが存在することになり、（１）式のコークス消費量を減少できても、（２）式でコークス消費量が増大し、結果的に廃プラスチック吹込みがコークスに消費量の低減に寄与することができなくなる。
【００２１】
こうした状況を回避し、廃プラスチック吹込みによりコークス代替を行わせるには、以下の二つの方法が有効である。即ち（２）式の反応をコークスベッド内で行わせないようにするか、（２）式で反応するコークス中のＣを廃プラスチック中のＣに置き換えることにより、コークスのソリューション反応を起こさせないようにすることである。
【００２２】
第一の方法は、図５に示すように、送風羽口を介し吹き込まれたＯ₂が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレベルにコークスベッド上端を設定し、Ｏ₂の存在しない領域にはコークスも存在しないようにして、廃プラスチックを送風羽口レベルとコークスベッド上端の間に吹き込む方法である。この場合、廃プラスチックの吹込み位置は、送風羽口レべルとコークスベッド上端の間であれば送風羽口も含め任意の位置でよく、一段でも複数段でもよい。
【００２３】
なお、通常コークスは廃棄物の性状、処理量等を勘案して廃棄物溶融炉から投入され、炉下部へ降下し、コークスベッドを形成する。しかし、前述のとおり、コークスベッド上端を酸素消失レベルより高く設定するとソリューション反応により無駄にコークスを消費することになるため、コークス供給速度の適正化を図ること等によりコークスベッド上端レベルを調整することが必要である。
【００２４】
第二の方法は、図６に示すように、送風羽口を介し吹き込まれたＯ₂が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレベルによりコークスベッド上端を上方に設定する場合で、この時は廃プラスチックを送風羽口レベルとコークスベッド上端の間に吹き込むとともに、Ｏ₂の存在しないコークスベッド上部領域にもコークスに代替してソルーション反応を起こさせるための廃プラスチックを吹き込む方法である。この場合、下部の廃プラスチック吹込み位置は、送風羽口レベルとＯ₂消失点レベルの間であれば送風羽口も含め任意の位置でよく、一段でも複数段でもよい。また上部の廃プラスチック吹込み位置もＯ₂消失点レベルとコークスベッド上端の間であれば任意の位置でよく、一段でも複数段でもよい。この方法は、前記第一の方法に比べて上部に吹き込む分だけ廃プラスチックの吹込み量を増やすことが可能となる。
【００２５】
したがって、コークスベッドへの廃プラスチックの吹込みを併用することにより、より多量の廃プラスチックを吹き込むことができ、また、コークス使用量を低減させることもできる。
【００２６】
さらに廃棄物溶融炉から発生する熱分解ガスを燃焼し、その廃熱を回収するボイラにおいて、処理対象物となる廃棄物のカロリー変動によって蒸気発生量が変動することがあるが、廃プラスチックの吹込み量を制御することにより、蒸気発生量の安定化を図ることも可能となる。
【００２７】
【実施例】
実施例１
図１は本発明を実施するための廃棄物溶融炉の実施例を示す説明図で、廃棄物溶融炉１は、図３に示す従来の廃棄物溶融炉と実質的に同じ構造で、同一部材には同一符号を付し、その説明は省略する。炉下部においては、送風羽口前でコークスベッド９が形成され、常温の酸素富化空気により高温で燃焼している。
【００２８】
上部送風羽口８前では廃棄物の熱分解残渣が空気燃焼している。この時発生する高温ガスが上昇する過程において、充填層の廃棄物が加熱され、熱分解、予熱、乾燥が行われる。ここで石灰石はスラグの流動性を高めるために投入されるが、炉内の塩化水素等の酸性ガス成分を中和する。
【００２９】
本実施例では、コークスベッド上端より上部で８００℃以上の領域に設けられた上部送風羽口を利用して廃プラスチックを吹き込む。
【００３０】
表１は、廃プラスチックを吹き込んだ場合および吹き込まない場合の発生ガス量およびカロリーの結果を示す。
【００３１】
【表１】

なお、廃プラスチックの吹込み条件は次のとおりである。廃プラスチックの吹込み量：１００ｋｇ／ｔごみ、吹込みキャリアガス流速：５０ｍ／ｓ、廃プラスチック粒径：５ｍｍ、吹込み位置：送風羽口上１２００ｍｍ、温度域：９００℃。
【００３２】
表１から、廃プラスチックの吹込みによりガス化が促進され、発生ガスが高カロリーとなることが分かる。
【００３３】
実施例２
図２は本発明の別実施例を示す説明図で、図１と同一部材には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、実施例１の送風羽口７に廃プラスチックを吹き込むようにしたもので、送風羽口を介し吹き込まれた酸素が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレベルにコークスベッド上端を設定している。上部送風羽口からの廃プラスチック吹込みに加え、下部の送風羽口からも廃プラスチックを吹き込むことにより、コークス使用量を低減しつつ廃プラスチックを多量に吹き込むことができる。
【００３４】
表２は、廃プラスチックを吹き込んだ場合および吹き込まない場合の発生ガス量およびカロリーの結果を示す。
【００３５】
【表２】

なお、廃プラスチックの吹込み条件は次のとおりである。廃プラスチックの吹き込み量：（上部）１２０ｋｇ／ｔごみ （下部）４０ｋｇ／ｔごみ、吹込みキーリアガス流速：５０ｍ／ｓ、廃プラスチック粒径：５ｍｍ、吹込み位置：送風羽口上１２００ｍｍ、温度域：９００℃。
【００３６】
表２から、廃プラスチックの吹込みによりガス化が促進され、発生ガスが高カロリーとなるとともにコークス使用量も低減したことが分かる。
【００３７】
実施例３
図３は本発明の別実施例を示す説明図で、図１と同一部材には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、実施例２の送風羽口７に廃プラスチックを吹き込むようにするとともに、送風羽口７を介し吹き込まれた酸素が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレべルより高い位置にコークスベッド上端を設定し、送風羽口７を介し吹き込まれた酸素が消失するレベルとコークスベッド上端レベルの間にも廃プラスチックを吹き込むようにしたものである。下部送風羽口７、上部送風羽口８からの廃プラスチック吹込みに加え、中部送風羽口１０からも廃プラスチックを吹き込むことにより、コークス使用量を低減しつつ廃プラスチックをさらに多量に吹き込むことができる。
【００３８】
表３は、廃プラスチックを吹き込んだ場合および吹き込まない場合の発生ガス量およびカロリーの結果を示す。
【００３９】
【表３】

なお、廃プラスチックの吹込み条件は次のとおりである。廃プラスチックの吹込み量：（上部）１２０ｋｇ／ｔごみ、（中部）２０ｋｇ／ｔごみ、（下部）４０ｋｇ／ｔごみ、吹込みキャリアガス流速：５０ｍ／ｓ、廃プラスチック粒径：５ｍｍ、吹込み位置：下部送風羽口上、中部は３００ｍｍ、上部は１２００ｍｍ、温度域：９００℃。
【００４０】
表３から、コークスベッド上部からの廃プラスチックの吹込みによりガス化が促進され、発生ガスがさらに高カロリーとなるとともにコークス使用量は低減したままであることが分かる。
【００４１】
【発明の効果】
廃プラスチックを多量に処理することができ、かつ廃プラスチックのガス化を促進することができる。これにより、廃棄物溶融炉の発生ガスの高カロリー化が可能となる。
【００４２】
また、コークスベッドへの廃プラスチックの吹込みを併用することにより、より多量の廃プラスチックを処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施するための廃棄物溶融炉の実施例を示す説明図である。
【図２】 本発明の別実施例の説明図である。
【図３】 本発明の別実施例の説明図である。
【図４】 ポリエチレンの熱分解特性温度依存性を示すグラフである。
【図５】 コークスベッドへの廃プラスチックの吹込みの実施例を示す説明図である。
【図６】 コークスベッドへの廃プラスチックの吹込みの別実施例を示す説明図である。
【図７】 従来のシャフト炉型の廃棄物溶融炉の説明図である。
【図８】 従来の別のシャフト炉型の廃棄物溶融炉の説明図である。
【符号の説明】
１ 廃棄物溶融炉
２ コークス
３ 石灰石
４ 装入装置
５ ダクト
６ 出滓口
７ 送風羽口
８ 上部送風羽口
９ コークスベッド
１０ 中部吹込み羽口

Claims (3)

1. 廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理する際に、廃棄物溶融炉の送風羽口からコークスベッドヘ常温の酸素富化空気または高温空気を吹き込むとともに、廃プラスチックを廃棄物溶融炉へ吹き込む方法において、コークスベッド上端より上部で８００℃以上の領域に廃プラスチックを吹き込むことを特徴とする廃棄物溶融炉への廃プラスチック吹込み方法。
2. 廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理する際に、廃棄物溶融炉の送風羽口からコークスベッドヘ常温の酸素富化空気または高温空気を吹き込むとともに、廃プラスチックを廃棄物溶融炉へ吹き込む方法において、送風羽口を介し吹き込まれた酸素が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレベルにコークスベッド上端を設定し、送風羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に廃プラスチックを吹き込むとともに、コークスベッド上端より上部で８００℃以上の領域に廃プラスチックを吹き込むことを特徴とする廃棄物溶融炉への廃プラスチック吹込み方法。
3. 廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理する際に、廃棄物溶融炉の送風羽口からコークスベッドヘ常温の酸素富化空気または高温空気を吹き込むとともに、廃プラスチックを廃棄物溶融炉へ吹き込む方法において、送風羽口を介し吹き込まれた酸素が廃プラスチックの燃焼も加味して消失するレベルより高い位置にコークスベッド上端を設定し、送風羽口レベルと送風羽口を介し吹き込まれた酸素が消失するレベルとの間、および該レベルとコークスベッド上端レベルとの間の各々に廃プラスチックを吹き込むとともに、コークスベッド上端より上部で８００℃以上の領域に廃プラスチックを吹き込むことを特徴とする廃棄物溶融炉への廃プラスチック吹込み方法。

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