JP3831152B2 - 廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法 - 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可燃性ダスト吹き込み方法に関する。
【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４及び図５は、従来のシャフト炉型の廃棄物溶融炉の説明図で、図４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及び廃棄物を炉上部から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及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、灰分はスラグ及びメタルとして出滓口６から取り出す。
【０００４】
また、図５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、本発明者などによる調査の結果、廃棄物中の可燃物は、一部が乾留されてガスとなって排出され、また一部は炉下部で羽口から吹き込まれた空気及び酸素によって燃焼するが、残りの可燃分は可燃性ダストとなって溶融炉の炉頂から排出されることが判明した。さらに、溶融炉の炉頂から排出される可燃性ダストは、廃棄物の性状及び溶融炉の炉況変動などの影響により、その飛散量が時間的に変動することが明らかになった。
【０００６】
前記の飛散する可燃性ダストの処理技術として、本出願人は、特開平５−３４０５２０号で、廃棄物溶融炉で熱分解後に飛散する可燃性ダストの発生量の変動を抑制し、２次燃焼炉の排ガス量、温度変動を抑制して安定したエネルギー回収を図り、また、排ガス処理工程の安定化を図るために、廃棄物溶融炉による処理技術を提案した。
【０００７】
前記公報に記載された処理技術は、２次燃焼炉の排ガス量、温度変動を抑制することができるので、２次燃焼炉以降の系の変動を抑制することができる。しかしながら、２次燃焼炉の前段の溶融炉そのものの操業の改善にはなっていないので、溶融炉の熱効率（装入物の部分燃焼割合）は従来と何ら変わるところはない。
【０００８】
そこで、本出願人は、特開平８−２８５２５０号公報に記載されているとおり、シャフト炉方式の廃棄物溶融炉の熱効率を向上させることによりコークス等の補助燃料の使用量を低減させるとともに、２次燃焼炉の替わりにガス回収装置を設置する場合においても可燃性ダストの処理が可能となる廃棄物溶融炉の可燃性ガスの処理方法を提案した。
【０００９】
前記処理技術は、シャフト炉方式の廃棄物溶融炉の下部に上段羽口及び下段羽口を有する廃棄物溶融炉の操業において、溶融炉の炉頂から飛散する可燃性ダストをサイクロン等の除じん器で捕集し、捕集した可燃性ダストを前記上段羽口から空気とともに吹き込み、可燃性ダストを上段羽口前で燃焼させ、装入物の乾燥用熱源とすると共に、装入物の昇温にも利用するものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可燃性ダストの燃焼は、装入物の乾燥及び昇温用の熱源としてのコークス量を低減するものであり、溶解用コークスを低減する効果はなく、コークス比も４０〜５０ｋｇ／トンが限度であった。そこで、さらなるコークス使用量の低減のためには、炉底部へ可燃性ダストを吹き込むことが考えられるが、捕集された可燃性ダストは、微細であることから、ＣＯ₂ガスと反応して吸熱反応を生じ易いので、単に吹き込むだけでは、かえって燃焼温度を下げ、溶融の妨げになることがわかった。
【００１１】
そこで、本発明は、廃棄物溶融炉へ可燃性ダストを吹き込む廃棄物溶融処理において、可燃性ダストの吹き込みによりコークスの代替を図って、コークスの使用量を大幅に低減させ、また、コークスの無駄な消費量を減らす廃棄物溶融炉への可燃性ダストの吹き込み方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の可燃性ダストの吹き込み方法は、 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ツドヘ常温の酸素富化空気又は高温空気を吹き込むとともに、可燃性ダストもコークスベツドに吹き込む方法において、送風羽口を介して吹き込まれた空気中の酸素量を前記送風羽口から吹き込む可燃性ダストの量も加味した量とし、コークスベッドの上端を前記酸素量がＣ＋Ｏ _２ →ＣＯ _２ の反応によって消失するが、Ｃ＋ＣＯ _２ ，→２ＣＯの反応がコークスベツド内で行われないレベルに設定し、送風羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に可燃性ダストを吹き込むことを特徴とする。
【００１３】
また、前記酸素が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、送風羽ロレベルと前記酸素が消失するレベルとの間、及び該レベルとコークスベッド上端レベルとの間にそれぞれ可燃性ダストを吹き込むこともできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
コークス使用量の低減について考察した結果、次のことから可燃性ダストの吹き込み位置が可燃性ダストの果たす役割に大きく影響することが判明した。
【００１５】
コークス中のＣ又は可燃性ダスト中のＣの消費には下記の２形態が存在する。
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。
【００１６】
（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。
【００１７】
可燃性ダスト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可燃性ダストを吹き込むと、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、無闇にコークスベッドヘ可燃性ダストを吹き込んでも、Ｏ₂の消失位置より上方にコークスが存在する場合には、（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、結果的に可燃性ダスト吹き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。
【００１８】
こうした状況を回避し、可燃性ダスト吹き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を可燃性ダスト中の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。
【００１９】
第一の方法は、図１に示すように、送風羽口を介し吹き込まれたＯ₂が可燃性ダスト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、可燃性ダスト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、可燃性ダストの吹き込み位置は、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。
【００２０】
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。
【００２１】
第二の方法は、図２に示すように、送風羽口を介し吹き込まれたＯ₂が可燃性ダスト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、この時は可燃性ダスト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リューション反応を起こさせるための可燃性ダストを吹き込む方法である。この場合、下部の可燃性ダスト吹き込み位置は、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。また上部の可燃性ダスト吹き込み位置も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可燃性ダストの吹き込み量を増やすことが可能となる。
【００２２】
【実施例】
図１は本発明を実施するための廃棄物溶融処理設備を示す説明図で、廃棄物溶融炉１には、従来の廃棄物処理設備と同じく、廃棄物が副資材であるコークス、石灰石を炉上部から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、溶融の過程を経て出滓口６からスラグとして排出され、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、可燃ダストは可燃ダスト捕集装置１１で捕集されて可燃ダスト貯蔵タンク１２に貯蔵され、可燃ダスト切り出し装置１３で切り出されて、酸素富化空気を供給する送風羽口７から炉内へ吹き込まれる。
【００２３】
可燃ダスト捕集装置１１からの排ガスは、燃焼室１４で燃焼され、ボイラー１５で熱回収が行われ、発生した蒸気は蒸気タービン・発電装置１６へ送られる。ボイラー１５の排ガスは、集じん装置１７で固気分離され、ブロワ１８により煙突１９から排出される。
【００２４】
実施例１
図２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４に示す従来の廃棄物溶融炉と実質的に同じ構造である。炉下部においては、送風羽口７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。送風羽口７には、可燃性ダストが気流搬送され、送風羽口を介してコークスベッド９に吹き込まれる。
【００２５】
本実施例では、送風羽口を介し吹き込まれた送風酸素が可燃性ダストの燃焼も加味して消失するコークスベッド上端レベルは、送風羽口レベルから上方３００ｍｍの位置であった。この条件で送風羽口７を利用して可燃性ダストを吹き込むことにより、コークス使用量を低減することができた。
【００２６】
表１はコークスの低減率を示す表である。
【００２７】
【表１】

なお、吹き込み条件は、可燃性ダスト吹き込み量：４５ｋｇ／ｔごみ、吹き込みキャリアガス（酸素富化空気）流速：５５ｍ／ｓ、可燃性ダスト粒径：５ｍｍである。
【００２８】
表１から、送風羽口レベルから上方３００ｍｍの位置にコークスベッド上端を設定し、送風羽口から可燃性ダスト吹き込むことにより、コークスのソリューション反応を起こすことなく、コークス使用量を大幅に低減することができた。しかしながら、送風羽口レベルから上方５００ｍｍの位置にコークスベッド上端を設定し、送風羽口から可燃性ダストを吹き込んだ比較例の場合は、コークスのソリューション反応が起こり、コークスの使用量はほとんど低減することができなかった。
【００２９】
実施例２
図３は本発明の別実施例の説明図で、コークスベッド９に可燃性ダストを吹き込む位置を２段としたものである。この実施例では、コークスベッド上端が下部の送風羽口レベル７から上方５００ｍｍの位置に設定されており、送風羽口７を介し吹き込まれた送風酸素を消失するレベルより高い。下部の可燃性ダストを吹き込む位置は、送風羽口レベルとし、上部羽口１０の可燃性ダストを吹き込む位置は、送風羽口を介し吹き込まれた送風酸素を消失させるレベルとしている。そのため下部の可燃性ダスト吹き込みにより、前述の（１）式の反応を行って可燃性ダストでコークスの代替を行いコークスの使用量を減少させ、上部羽口からの可燃性ダスト吹き込みにより、前述の（２）式の反応を行ってコークスのソリューション反応を防ぎ、コークスの無駄な消費を防ぐとともに、可燃性ダストの吹き込み量を増やすことができる。
【００３０】
表２は、可燃性ダストを吹き込む位置を２段として、可燃性ダストをコークスベッドに吹き込んだ結果を示すものである。
【００３１】
【表２】

なお、吹き込み条件は、可燃性ダストは、系内で発生し、２次燃焼炉前で集じん機で捕集したものを使用した。ダスト吹き込み量：（下部）５４．７ｋｇ／ｔごみ、（上部）３１．３ｋｇ／ｔごみ、吹き込みキャリアガス流速：（下部 酸素富化空気）７０ｍ／ｓ、（上部 空気）５０ｍ／ｓ、可燃性ダスト粒径：約１ｍｍである。
【００３２】
表２から、コークスベッド上端が送風羽口レベルから上方５００ｍｍの位置に設定された場合、下部吹き込みだけではコークスのソリューション反応が起こり、コークスの使用量が低減できなかったものが、上部吹き込みを付加することにより、コークスの使用量を大幅に低減できた。
【００３３】
【発明の効果】
廃棄物溶融炉のコークスベッドの適正な位置に可燃性ダストを吹き込むことにより、コークスのソリューション反応を起こすことなく、可燃性ダストが還元剤又は燃料としてのコークスに代替することができる。
【００３４】
また、複数段の羽口でコークスベッドの適正な位置に可燃性ダストを吹き込むことにより、コークスの無駄な消費を防ぐことができる。
【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処理設備を示す説明図である。
【図２】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３】本発明の別実施例の説明図である。
【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：上段羽口
９：コークスベッド
１０：上部羽口
１１：可燃ダスト捕集装置
１２：可燃ダスト貯蔵タンク
１３：可燃ダスト切り出し装置
１４：燃焼室
１５：ボイラー
１６：蒸気タービン・発電装置
１７：集じん装置
１８：ブロワ
１９：煙突

Claims (2)

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へ常温の酸素富化空気又は高温空気を吹き込むとともに、可燃性ダストもコークスベッドに吹き込む方法において、
   送風羽口を介して吹き込まれた空気中の酸素量を前記送風羽口から吹き込む可燃性ダストの量も加味した量とし、コークスベッドの上端を前記酸素量がＣ＋Ｏ _２ →ＣＯ _２ の反応によって消失するが、Ｃ＋ＣＯ ₂ →２ＣＯの反応がコークスベッド内で行われないレベルに設定し、送風羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に可燃性ダストを吹き込むことを特徴とする廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
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へ常温の酸素富化空気又は高温空気を吹き込むとともに、可燃性ダストもコークスベッドに吹き込む方法において、
   送風羽口を介して吹き込まれた空気中の酸素量を前記送風羽口から吹き込む可燃性ダストの量も加味した量とし、コークスベッド上端を酸素が消失するレベルより高い位置に設定し、送風羽口レベルと前記酸素が消失するレベルとの間、及び該レベルとコークスベッド上端レベルとの間にそれぞれ可燃性ダストを吹き込むことを特徴とする廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。

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