JP3858250B2 - 廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣の溶融処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣の溶融処理方法に関する。都市ごみ、下水処理汚泥、産業廃棄物等、各種の廃棄物を無酸素雰囲気下で熱分解処理すると、コークスやタール等の燃焼性固体炭素に富む熱分解残渣が発生する。また上記のような各種の廃棄物を焼却処理すると、焼却残渣として、焼却炉から排出される焼却灰が発生すると共に、該焼却炉の排ガス処理系、例えばバグフィルタで捕集される焼却飛灰が発生する。焼却灰中には不完全燃焼の有機物に起因する燃焼性固体炭素が含まれてくることが多い。一方、プラスチック類を含む廃棄物を焼却すると、有害なダイオキシン類が発生するので、その排ガス中に粉末状活性炭を添加して該ダイオキシン類を吸着させ、これを下流側のバグフィルタで焼却飛灰として捕集するため、かかる焼却飛灰中には添加した粉末状活性炭に起因する燃焼性固体炭素が含まれてくる。本発明は上記のような廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣を、これらが持つエネルギを有効活用して、経済的に溶融処理する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣の溶融処理方法として、これらをバーナ式溶融炉を用いて溶融することが行なわれており、そのバーナとして酸素バーナを用いることも行なわれている。ところが、酸素バーナに燃料及びその支燃用ガスとして酸素に富むガスを供給し、その高温火炎で上記のような残渣を燃焼させつつ溶融する従来法には、次のような欠点がある。
１）酸素バーナの高温火炎と上記のような残渣との接触時間は相当に短い。廃棄物の熱分解残渣に含まれる燃焼性固体炭素（熱分解カーボン）や焼却残渣に含まれる燃焼性固体炭素（活性炭等）は炭状になっているため、これらを短時間で充分に燃焼するのは難しい。結果として、溶融処理により生成する溶融スラグの固化物中に、また溶融処理により発生する溶融飛灰中に相応量の燃焼性固体炭素が含まれてくる。このような燃焼性固体炭素は、溶融スラグの固化物を例えば土木建築用材料として有効利用する場合に大きな支障となり、また溶融飛灰から鉛や亜鉛等の有価金属を回収する場合にも大きな支障となる。
２）酸素バーナは支燃用ガスとして一般に酸素濃度９０容量％以上のガスを用いるので、支燃用ガスとして空気を用いる通常のバーナに比べてガス容積が小さく、その高温火炎は周辺ガスの影響を受け易い。酸素バーナの高温火炎が周辺ガスの影響を受けて揺らぐと、かかる高温火炎と前記のような残渣との接触時間は更に短くなり、上記１）の欠点が更に大きくなる。
３）酸素バーナの火炎温度は２５００〜２８００℃と高いため、前記のような残渣の溶融処理に伴うＮＯ_Xの発生量が多く、また溶融スラグ中に残しておきたいＳｉＯ₂までもが蒸発してしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、酸素バーナを用いる従来の溶融処理方法では、酸素バーナの高温火炎が揺らぐこともあって該高温火炎と処理対象である残渣との接触が不安定であり且つその接触時間が極めて短いため、該残渣中の燃焼性固体炭素を充分に燃焼し難く、また酸素バーナの火炎温度が極めて高くてその制御ができないため、ＮＯ_xの発生量が多く、必要な成分までもが蒸発してしまうという点である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明者は、上記課題を解決するべく研究した結果、酸素バーナの高温火炎中に処理対象である残渣を気体搬送にて供給すると共に水蒸気を供給することが正しく好適であることを知見した。
【０００５】
すなわち本発明は、廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣を酸素バーナを用いて溶融処理するに際し、該酸素バーナの高温火炎中に該熱分解残渣又は該焼却残渣を気体搬送にて供給すると共に水蒸気を供給することを特徴とする溶融処理方法に係る。
【０００６】
本発明では、廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣を酸素バーナを用いて溶融処理する。そしてこの溶融処理に際し、酸素バーナの高温火炎中に熱分解残渣又は焼却残渣を気体搬送にて供給すると共に水蒸気を供給する。
【０００７】
上記のような熱分解残渣又は焼却残渣中に含まれる炭状の燃焼性固体炭素（熱分解カーボンや活性炭等）は乾燥雰囲気では燃焼し難いが、水蒸気の存在下ではＨ₂Ｏの熱分解により生成するＯＨラジカルが作用するため、その燃焼が促進される。また供給した水蒸気の分だけ酸素バーナのガス容積が大きくなるため、その高温火炎が周辺ガスの影響を受け難くなって安定化し、高温火炎と処理対象である残渣との接触時間が長くなる。したがって、かかる残渣中に含まれる燃焼性固体炭素を充分に燃焼できる。更に供給する水蒸気量を調節することによって酸素バーナの火炎温度を制御できるのでＮＯ_xの発生量を抑えることができ、一時的にＮＯ_xが発生しても水蒸気から生成するＨ₂によってＮ₂とＯ₂とに還元できるので、これらが相まってＮＯ_xの発生量を更に少なくできると共に必要な成分（ＳｉＯ₂等）の蒸発をも低減できる。
【０００８】
酸素バーナの高温火炎をより安定化させ、かかる高温火炎と処理対象である残渣との接触時間をより長くするためには、酸素バーナの高温火炎軸方向へ残渣を供給すると共に水蒸気を供給するのが好ましく、なかでも酸素バーナの下向きで燃焼する高温火炎軸方向へ残渣を供給すると共に水蒸気を供給するのが好ましい。水蒸気は、酸素バーナの高温火炎中に、燃料の供給系統、支燃用ガスの供給系統或は残渣の気体搬送供給系統とは別系統で供給することができ、またこれらのうちで一つ又は二つ以上の供給系統を利用して供給することもできるが、全体構造の簡素化、酸素バーナの着火の安定化、気体搬送による残渣供給の円滑化等から見て、支燃用ガスの供給系統を利用するのが好ましく、この場合に水蒸気は予め支燃用ガスと混合された状態で酸素バーナに供給される。
【０００９】
水蒸気を支燃用ガスと混合して酸素バーナに供給する場合、かかる酸素バーナとしては、先端部におけるノズルが、中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、一次支燃用ガス及び一次水蒸気兼用供給ノズル、残渣供給ノズル、二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給ノズルの順で全体として同心円状に配列されたものを用いるのが好ましい。中心部に燃料供給ノズルを設け、またその外周において、支燃用ガス及び水蒸気兼用供給ノズルを内側の一次供給ノズルと外側の二次供給ノズルとに分け、双方のノズルをこれらが残渣供給ノズルを両側から挟むように設けるのである。各ノズルをこのように配列すると、中心部に燃料過剰の燃焼安定帯を形成することができ、また酸素バーナの高温火炎軸方向へ残渣、支燃用ガス及び水蒸気を供給することとなるため、高温火炎と残渣との接触をより安定化して双方の接触時間をより長くすることができ、これらが相まって残渣中に含まれる燃焼性固体炭素をより完全に燃焼させつつ該残渣を溶融処理できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を略示する全体図、図２は図１の酸素バーナの先端部を示す拡大底面図である。バーナ炉１１は炉本体２１と炉本体２１に被着された炉蓋２２とを備えており、これらの内周は耐火物で構築されていて、炉蓋２２から耐火物で囲まれた炉内空間部へ水冷の酸素バーナ３１が挿入されている。
【００１１】
酸素バーナ３１は多重構造になっており、その先端部におけるノズルが、中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル３２、一次支燃用ガス及び一次水蒸気兼用供給ノズル３３、残渣供給ノズル３４、二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給ノズル３５の順で全体として同心円状に配列されており、二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給ノズル３５の更に外周に冷却水の流路３６が形成されている。
【００１２】
酸素バーナ３１の燃料供給ノズル３２には燃料供給系４１が接続されており、また一次支燃用ガス及び一次水蒸気兼用供給ノズル３３には一次支燃用ガス及び一次水蒸気兼用供給系４２が接続されていて、更に残渣供給ノズル３４には残渣供給系４３が接続され、更にまた二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給ノズル３５には二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給系４４が接続されている。一次支燃用ガス及び一次水蒸気兼用供給系４２はその上流側で一次支燃用ガス供給系４２ａと一次水蒸気供給系４２ｂとに分岐されており、同様に二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給系４４もその上流側で二次支燃用ガス供給系４４ａと二次水蒸気供給系４４ｂとに分岐されている。また残渣供給系４３はその上流側で焼却飛灰供給系４３ａと熱分解残渣供給系４３ｂとに分岐されており、焼却飛灰供給系４３ａには定量切出装置５１を介しホッパ５３が装備され、熱分解残渣供給系４３ｂには定量切出装置５２を介しホッパ５４が装備されていて、ホッパ５３には焼却飛灰Ａが貯留され、ホッパ５４には粉砕し、乾燥して、篩分けした熱分解残渣Ｂが貯留されている。
【００１３】
炉本体２１の炉側壁下部には溶融物の排出口６１が開設されており、排出口６１の下方における炉底部に溶融物Ｃの貯留部６２が形成されていて、酸素バーナ３１の先端部（下端部）よりも上方における炉側壁上部に排ガスの排気口６３が開設されている。炉外には排出口６１を上方に臨んで空冷パン７１が設置されており、排出口６１と空冷パン７１との間はカバー７２で密閉されている。排気口６３にはダクト７３が接続されており、ダクト７３の下流側にはバグフィルタ７４及び吸引ブロア７５が接続されている。
【００１４】
酸素バーナ３１の流路３６へ冷却水を流しつつ、酸素バーナ３１のそれぞれ相当する各ノズルへ燃料、一次支燃用ガス及び一次水蒸気、二次支燃用ガス及び二次水蒸気を供給して燃焼させると、酸素バーナ３１の先端部からは下向きで燃焼する高温火炎が形成される。この高温火炎は一次水蒸気及び二次水蒸気の供給によって安定化され、またこれらの供給量によって温度が制御される。かかる状態で、搬送用ガスを用いた気体搬送により、酸素バーナ３１の残渣供給ノズル３４へホッパ５３に貯留されている焼却飛灰Ａ又はホッパ５４に貯留されている熱分解残渣Ｂを供給する。焼却飛灰Ａ又は熱分解残渣Ｂは、下向きで燃焼する酸素バーナ３１の高温火炎中にその高温火炎軸方向へ直接供給され、これらに含まれる燃焼性固体炭素が充分に燃焼されつつ、溶融処理される。
【００１５】
生成した溶融物Ｃは貯留部６２に一時的に貯留された後、排出口６１からオーバーフローで空冷パン７１へと自重落下し、ここで冷却される。一方、発生した排ガスは空気で冷却されつつダクト７３を介してバグフィルタ７４へと吸引され、ここで排ガス中の溶融飛灰を取り除かれた後、放出される。
【００１６】
実施例１
図１及び図２について前述した一実施形態にしたがい、下記の条件下で焼却飛灰を溶融処理した。結果を表１に示した。
条件
焼却飛灰：活性炭を６重量％含有する都市ごみ焼却飛灰
燃料：灯油、焼却飛灰１kg当たり０．４kg供給した
一次支燃用ガス及び二次支燃用ガス：酸素濃度９３容量％のガス（残部は殆どが窒素ガス）、灯油１kg当たり２．２Ｎｍ³を一次支燃用ガス／二次支燃用ガス＝３／７（容量比）の割合で供給した
一次水蒸気及び二次水蒸気：灯油１kg当たり０．５kgを一次水蒸気／二次水蒸気＝３／７（重量比）の割合で供給した
搬送用ガス：空気
【００１７】
比較例１
水蒸気を供給しないこと以外は実施例１と同じ条件下で焼却飛灰を溶融処理した。結果を表１に示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、酸素バーナを用いて廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣を溶融処理するに際し、これらの残渣に含まれる燃焼性固体炭素を充分に燃焼完結させることができ、またＮＯ_Xの発生量を少なくして必要な成分の蒸発を抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を略示する全体図。
【図２】図１の酸素バーナの先端部を示す拡大底面図。
【符号の説明】
１１・・・バーナ炉、３１・・・酸素バーナ、３２・・・燃料供給ノズル、３３・・・一次支燃用ガス及び一次水蒸気兼用供給ノズル、３４・・・残渣供給ノズル、３５・・・二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給ノズル、５３，５４・・・ホッパ、６１・・・排出口、６２・・・貯留部、６３・・・排気口、７４・・・バグフィルタ、Ａ・・・焼却飛灰、Ｂ・・・熱分解残渣、Ｃ・・・溶融物

Claims (5)

1. 廃棄物の熱分解残渣又は燃焼性固体炭素を含む焼却残渣を酸素バーナを用いて溶融処理するに際し、該酸素バーナの高温火炎中に該熱分解残渣又は該焼却残渣を気体搬送にて供給すると共に水蒸気を供給することを特徴とする溶融処理方法。
2. 酸素バーナの高温火炎軸方向へ熱分解残渣又は焼却残渣を供給すると共に水蒸気を供給する請求項１記載の溶融処理方法。
3. 酸素バーナの下向きで燃焼する高温火炎軸方向へ熱分解残渣又は焼却残渣を供給すると共に水蒸気を供給する請求項２記載の溶融処理方法。
4. 予め酸素バーナの支燃用ガスと混合した水蒸気を供給する請求項１、２又は３記載の溶融処理方法。
5. 先端部にノズルが中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、一次支燃用ガス及び一次水蒸気兼用供給ノズル、熱分解残渣又は焼却残渣供給ノズル、二次支燃用ガス及び二次水蒸気兼用供給ノズルの順で全体として同心円状に配列された酸素バーナを用いる請求項４記載の溶融処理方法。

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