JP3916759B2 - 熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物（家庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、廃オフィス機器、電子機器、化粧品などの産業廃棄物など、可燃物を含むもの）を焼却処理するに先立って該廃棄物を熱分解する熱分解反応器に係り、特にその熱媒体圧力制御装置及びそれを備えた廃棄物処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の一般廃棄物や廃プラスチック等の可燃物を含む廃棄物の処理装置の一つとして、廃棄物を熱分解反応器に入れて低酸素雰囲気中で加熱して熱分解し、熱分解ガス（乾留ガス）と主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成し、この熱分解ガスと熱分解残留物とを排出装置において分離し、更に熱分解残留物を不活性雰囲気下の冷却装置で冷却した後、分離装置に供給して熱分解カーボンを主体とする燃焼性成分と、例えば金属や陶器、砂利等の不燃焼性成分とに分離し、燃焼性成分を粉砕して粉体とし、この粉砕された燃焼性成分と前記した熱分解ガスとを燃料（燃焼性物）として燃焼溶融炉に導いて１３００℃程度の温度で燃焼させ、生じた燃焼灰をその燃焼熱により加熱して溶融スラグとなし、この溶融スラグを排出部から外部に排出して冷却固化させるようにした廃棄物処理装置が知られている（特公平６−５６２５３号公報）。燃焼溶融炉で発生した高温の燃焼排ガス（約１２００℃）は、後段に設けられている高温空気加熱器により熱エネルギーを回収され、更に集塵器で集塵され、最終的にクリーンな排ガスとなって煙突から大気中に放出される。
【０００３】
ここで、高温空気加熱器と熱分解反応器は空気配管で結ばれて熱媒体を循環できるように熱媒体循環ラインが構成されている。更に、該熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の下流側と前記高温空気加熱器の上流側との間には送風機が設けられ、また該熱媒体循環ラインの前記高温空気加熱器の下流側と前記熱分解反応器の上流側との間には始動用加熱炉が設けられている。そして、高温空気加熱器で約５５０℃に加熱された空気が該ラインを通って熱分解反応器に熱媒体として送られ、熱分解反応器内の廃棄物を間接的に加熱し、約３００℃に温度低下して該熱分解反応器を出る。この空気は前記送風機により前記高温空気加熱器に送られ、ここで再び加熱されて再循環されるようになっている。
【０００４】
前記高温空気加熱器は、その耐腐食性向上等の理由で、その熱媒体の一部がパージガスとして利用され、前記熱媒体循環ライン外にリークする構造に形成されている。その結果、熱媒体循環ラインを循環する空気の量が減少するため、それを補充する必要がある。この空気の補充は、該ラインに設けられた大気開放の通気ダクトから、前記空気のリーク量に相当する量が該ライン内に吸引されて行われるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱分解反応器は、上記した如く、該熱分解反応器内を移動する廃棄物は、その伝熱管内を流れる熱媒体空気により間接加熱されて、熱分解ガスと熱分解残留物とに熱分解されるのであるが、万一伝熱管が破孔した場合、伝熱管内の空気圧がその外部より高いため、器内に熱媒体空気の一部が漏洩し、該器内を低酸素雰囲気に保持することができにくいという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、仮に熱分解反応器の伝熱管が破孔しても該伝熱管内の空気が外部に漏れず、もって熱分解反応器内を低酸素雰囲気に保持することができる熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置及びそれを備えた廃棄物処理装置を提供することにある。また、熱分解反応器の伝熱管が破孔した場合はそれを初期段階で検知できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本願請求項１記載発明は、燃焼排ガスの熱を熱媒体である空気により回収する高温空気加熱器と、伝熱管内を通る熱媒体空気により廃棄物を間接加熱して熱分解する熱分解反応器と、該熱分解反応器と前記高温空気加熱器とを空気配管で結んで熱媒体を循環させる熱媒体循環ラインと、該熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の下流側と前記高温空気加熱器の上流側との間に設けられた送風機と、該熱媒体循環ラインの前記高温空気加熱器の下流側と前記熱分解反応器の上流側との間に設けられた始動用加熱炉とを備え、前記高温空気加熱器はその熱媒体の一部が前記熱媒体循環ライン外にリークする構造に形成され、前記送風機の吸引側に大気とつながると共に第１調節弁を有する第１連絡ダクトが設けられ、該送風機の吐出側に大気とつながると共に第２調節弁を有する第２連絡ダクトが設けられ、熱分解反応器の熱媒体入口近傍の空気配管に空気圧を検知する空気圧センサーが設けられ、該空気圧センサーの圧力検知信号に基づいて前記第１連絡ダクト及び第２連絡ダクトの各調節弁を制御し、熱分解反応器の伝熱管内を通る熱媒体空気圧を該熱分解反応器の器内雰囲気圧と同じか又は少し低圧にすることを特徴とするものである。
【０００８】
これにより、仮に熱分解反応器の伝熱管が破孔しても、伝熱管内の空気圧は外部と同じか又はそれより少し低圧に維持されているため、熱媒体空気が該器内に漏れず、もって熱分解反応器内を低酸素雰囲気に保持することができる。ここで、「少し低圧に」維持するということにおけるその「少し」とは、低圧にすると、逆に伝熱管内へ外部気体の浸入が起こるが、その浸入によって伝熱管内外の全体的バランスがくずれない程度に少しという意味である。
【０００９】
また請求項２記載発明は、請求項１記載発明において、熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の熱媒体出口近傍にＣＯ濃度検知手段が設けられたことを特徴とするものである。伝熱管に破孔が生じると外部気体である熱分解ガス（ＣＯを含む）が少し伝熱管内の熱媒体空気中に侵入するので、そのＣＯをＣＯ濃度検知手段で検知することにより破孔が生じたことを初期段階で的確に把握して対応できる。
【００１０】
また請求項３記載発明は、請求項１又は２記載発明において、熱媒体循環ラインに、熱分解反応器をバイパスするバイパスラインが設けられ、熱分解反応器の熱媒体入口近傍の空気配管に空気温度を検知する第１温度計が設けられ、熱分解反応器の熱媒体出口近傍の空気配管に空気温度を検知する第２温度計が設けられ、高温空気加熱器の熱媒体出口近傍の空気配管に空気温度を検知する第３温度計が設けられ、前記バイパスラインに第３調節弁が設けられ、前記熱分解反応器の熱媒体出口近傍で前記バイパスラインとの合流点より上流の空気配管に第４調整弁が設けられ、前記第１温度計の検知信号に基づいて始動加熱炉の燃料流量又は前記送風機の回転数を制御し、前記第２温度計の検知信号により第３調節弁及び第４調節弁又は前記送風機の回転数を制御し、第３温度計の検知信号により前記送風機の回転数を制御し、これら各制御により熱分解反応器の伝熱管を流れる空気の温度を設定範囲内に維持するように形成されて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
通常、熱分解反応器の熱媒体空気の入口温度は、約５５０℃程度、出口温度は約３００℃程度に設定されているが、本発明により、前記圧力制御をしつつ、熱媒体温度を所望の温度に維持しておくことができる。
【００１２】
請求項４記載発明は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱分解残留物を生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留物を不活性雰囲気下で冷却する冷却装置と、冷却された熱分解残留物を燃焼性成分および不燃焼性成分に分離する分離装置と、前記熱分解ガスおよび燃焼性成分を灰分を溶融させる温度で燃焼させて不燃焼分を溶融スラグとして排出部から排出する燃焼溶融炉と、燃焼溶融炉で生じた高温ガスの熱を空気と熱交換させて回収する高温空気加熱器とを備えた廃棄物処理装置において、前記熱分解反応機は請求項１〜３のいずれかに記載の発明に係る熱媒体圧力制御装置を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、熱分解反応器の伝熱管が万一破孔しても、それを確実に初期段階で検知し、ただちに運転を停止する等の対応をとることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱不分解反応器の熱媒体圧力制御装置の実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１において、高温空気加熱器１は燃焼排ガスの熱を熱媒体である空気により回収するものである。また熱分解反応器５２は伝熱管（図示せず）内を通る熱媒体空気により該熱分解反応器５２内を移動する廃棄物を間接加熱して熱分解するものである。この熱分解反応器５２と高温空気加熱器１とは空気配管２で接続されて熱媒体循環ライン３が形成され、該ライン３により熱媒体を循環するようになっている。そして、熱媒体循環ライン３の熱分解反応器５２の下流側と高温空気加熱器１の上流側との間に送風機４が設けられ、更に熱媒体循環ライン３の高温空気加熱器１の下流側と熱分解反応器５２の上流側との間に始動用加熱炉５が設けられている。この例では該ライン３に熱分解反応器５２をバイパスするバイパスライン１２が設けられ、該バイパスライン１２冷却用の熱交換器１３と流量調節弁１４が設けられている。
【００１５】
また、当該高温空気加熱器１はその熱媒体空気の一部が前記熱媒体循環ライン３外にリークする構造に形成されている。すなわち、リーク空気１１により、該高温空気加熱器１の金属部分に外部の腐食性ガス成分が浸透して接触する恐れを無くしている。
【００１６】
そして、前記送風機４の吸引側に大気とつながると共に流量調節用の第１調節弁６を有する第１連絡ダクト７が設けられ、送風機４の吐出側には大気とつながると共に第２調節弁８を有する第２連絡ダクト９が設けられている。更に、熱分解反応器５２の熱媒体入口近傍の空気配管２に空気圧を検知する空気圧センサー１０が設けられている。また更に、熱分解反応器５２の熱媒体出口近傍の空気配管２にＣＯ分析計１６が設けられている。
【００１７】
次に上記実施の形態例の作用を説明する。先ず、始動用加熱炉５が停止している場合は、空気圧センサー１０の切替スイッチ１５で第１調節弁６を制御し、第２調節弁８は全閉状態にされる。第１調節弁６は空気圧センサー１０により空気配管２内の検知空気圧が熱分解反応器５２内の雰囲気圧と同じか又は少し低圧となるように、この例では０mmＡqとなるように開閉制御される。具体的には高温空気加熱器１のリーク空気１１と同量の空気を補充しつつ前記低圧（０mmＡq）となるように制御されることになり、この補充空気が第１連絡ダクト７を通じて供給されるが、その時、第１調節弁６の存在により圧力損失を生じさせ、前記低圧（０mmＡq）を維持しつつ空気補充が行える。
【００１８】
また始動用加熱炉５が運転状態にある場合は、空気圧センサー１０の切替スイッチ１５で第２調節弁８を制御し、第１調節弁６は全閉状態とされる。始動用加熱炉５が運転されると、そこから排ガスが発生して該ライン３の空気配管２内の空気圧が高くなるからである。この場合は、始動用加熱炉５から発生する排ガスと前記リーク空気１１の差と同量の空気が第２連絡ダクト９から外部に排出される。すなわち、空気圧センサー１０により空気配管２内の検知空気圧が熱分解反応器５２内の雰囲気圧と同じか又は少し低圧となるように、この例では０mmＡqとなるように第２調節弁８が開閉制御される。この時も第２調節弁８の存在による圧力損失により前記低圧（０mmＡq）を維持しつつ空気排出が行える。尚、上記説明では切替スイッチ１５を用いて調節弁６、８の切替をする場合を説明したが第１調節弁６と第２調節弁８が同時に開かないようにしたシーケンス制御を構築しておけば、前記切替スイッチ１５は不要である。
【００１９】
以上のように、空気圧センサー１０の圧力検知信号に基づいて前記第１連絡ダクト７及び第２連絡ダクト９の各調節弁６、８を制御し、熱分解反応器５２の伝熱管内を通る熱媒体空気圧を該熱分解反応器５２の器内雰囲気圧と同じか又は少し低圧になるようにして運転される。これにより、仮に熱分解反応器５２の伝熱管が破孔しても、熱媒体空気が伝熱管内から外部（該器内）に漏れず、熱分解反応器５２内を低酸素雰囲気に保持することができると共に、ＣＯ分析計により破孔を直ちに検知することができる。
【００２０】
図２は本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態例は以下の条件を満たすように制御されるものである。
▲１▼熱分解反応器の入口の熱媒体空気温度を５５０℃に維持すること、
▲２▼熱分解反応器の出口の熱媒体空気温度を３００℃に維持すること、
▲３▼高温空気加熱器の出口の熱媒体空気温度を５５０℃以下に維持すること、
▲４▼始動用加熱炉を運転している場合バイパスラインには原則流さないこと、
▲５▼熱分解反応器の伝熱管内を通る熱媒体空気圧をその外部と同じか又は少し低圧になるようにすること。
そのためにこの例では、熱媒体循環ライン３に、熱分解反応器５２の熱媒体入口近傍の空気配管２に空気温度を検知する第１温度計２０が設けられ、熱分解反応器５２の熱媒体出口近傍の空気配管２に空気温度を検知する第２温度計２１が設けられ、高温空気加熱器１の熱媒体出口近傍の空気配管２に空気温度を検知する第３温度計２２が設けられている。更に、前記バイパスライン１２に第３調節弁２３が設けられ、前記熱分解反応器５２の熱媒体出口近傍で前記バイパスライン１２との合流点より上流の空気配管２に第４調整弁２４が設けられている。
【００２１】
始動用加熱炉５が停止している場合（灯油最小量運転を含む）、第１温度計２０が５５０℃を維持するように切替スイッチ２５を介して送風機４の回転数が制御され、且つ第２温度計２１が３００℃を維持するように切替スイッチ２６を介してバイパスライン１２の第３調節弁２３が制御され、そこを流れる空気の流量が調節される。ここで第３調節弁２３が全開でも第２温度計２１が３００℃以上である時は第４調整弁２４が閉じられていくようになっている。
【００２２】
始動用加熱炉５が運転している場合（灯油最小量運転は除くは）、第１温度計２０が５５０℃を維持するように切替スイッチ２５を介して始動用加熱炉５の燃焼量が制御され、且つ第２温度計２１が３００℃を維持するように切替スイッチ２６を介して送風機４の回転数が制御される。この回転数を減らしていき、第３温度計が５５０℃以上の場合は、この温度が５５０℃になるように切替スイッチ２７を介して送風機４の回転数が調整される。また、この時は第２温度計が３００℃以上となるため、第２温度計２１でバイパスライン１２の第３調節弁２３を調整し、その温度が３００℃になるように制御される。
【００２３】
以上のように、第１温度計２０の検知信号に基づいて始動加熱炉５の燃料流量又は前記送風機４の回転数を制御し、第２温度計２１の検知信号により第３調節弁２３及び第４調節弁２４又は送風機４の回転数を制御し、第３温度計２２の検知信号により送風機４の回転数を制御し、これら各制御により熱分解反応器５２の伝熱管を流れる空気の温度を設定範囲内に維持するように形成されて成るものである。すなわち、この例では、熱分解反応器５２の熱媒体空気の入口温度は、約５５０℃程度、出口温度は約３００℃程度に維持しつつ、前記圧力制御を行えるものである。
【００２４】
次に、前記燃焼溶融炉の炉内温度検知装置を備えた廃棄物処理装置の一実施の形態例を図３に基づいて説明する。
本実施の形態の廃棄物処理装置において、都市ごみ等の廃棄物５０ａは、例えば二軸剪断式等の破砕機で、１５０ｍｍ角以下の大きさにに破砕され、コンベア等により投入部５０内に投入される。投入部５０に投入された廃棄物５０ａはスクリューフィーダ５１を経て熱分解反応器５２内に供給される。熱分解反応器５２としてはこの例では横型回転式ドラムが用いられ、ドラム内の加熱分解室は図示しないシール機構により、その内部は低酸素雰囲気に保持されている。
【００２５】
廃棄物５０ａは熱分解反応器５２内で熱分解されるが、その熱源は、後述する燃焼溶融炉５３の後流側に配置された熱交換器である高温空気加熱器１により加熱され加熱空気ラインである熱媒体循環ライン３を介して供給される加熱空気８ｇ（熱媒体）である。この加熱空気８ｇにより熱分解反応器５２内は３００〜６００℃に、通常は４５０℃程度に維持される。
【００２６】
更に、加熱空気８ｇにより加熱された廃棄物５０ａは、熱分解して熱分解ガスＧ1と、主として不揮発性成分からなる熱分解残留物５４とになり、排出装置５５に送られて分離される。排出装置５５で分離された熱分解ガスＧ1は、排出装置５５の上部から熱分解ガスラインＬ2を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給される。排出装置５５から排出された熱分解残留物５４は、４５０℃程度の比較的高温であるため、後述する構造の冷却装置５７により不活性雰囲気下で８０℃程度に冷却される。
【００２７】
その後、冷却された熱分解残留物５４は、例えば磁選式、うず電流式、遠心式又は風力選別式等の公知の単独又は組み合わされた分離装置５８に供給され、ここで細粒の燃焼性成分５８ｄ（灰分を含む）と鉄、瓦礫等の不燃焼性成分５８ｃとに分離され、不燃焼性成分５８ｃはコンテナ５９に回収され再利用される。
【００２８】
更に、燃焼性成分５８ｄは、主として熱分解カーボンから成るが、粉砕機６０により、例えば１ｍｍ以下に微粉砕されて粉体カーボンとなり、燃焼性成分ラインＬ3を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給され、熱分解ガスラインＬ2から供給された熱分解ガスＧ1と送風機６１により空気ラインＬ4から供給された燃焼用空気６１ｅと共に１,３００℃程度の高温域で燃焼される。
【００２９】
上記燃焼で発生した灰分はその燃焼熱により溶融スラグ５３ｆとなって、この燃焼溶融炉５３の内壁に付着し、更に、内壁を流下し底部排出口６２から水槽６３に落下し冷却固化される。燃焼溶融炉５３は一般に溶解炉とも言われるものであって、カーボン等の燃焼性成分５８ｄを１３００℃程度の高温で燃焼させ、灰分を含む不燃焼分を溶融させて溶融スラグ５３ｆと高温の燃焼排ガスＧ2とを生成する。燃焼排ガスＧ2は、秒速２〜３ｍ、温度１０００〜１１００℃のガス流となって、炉内下流側に設けた高温空気加熱器１の伝熱管体により熱回収される。
【００３０】
ここで、高温空気加熱器１と熱分解反応器５２は図１、２に示した熱媒体圧力制御装置を備えている。これにより、熱分解反応器５２内を、その伝熱管の破孔等が万一あっても確実に低酸素雰囲気に保持することができると共に、破孔を検知できる。
【００３１】
前記高温空気加熱器１の部分を通過した燃焼排ガスＧ2は、煙道ガスラインＬ5を介して廃熱ボイラ６４で熱回収され、集塵器６５で除塵され、更に排ガス浄化装置６６で塩素等の有害成分が除去された後、低温のクリーンな排ガスＧ3となって誘引送風機６７を介して煙突６８から大気へ放出される。廃熱ボイラ６４で生成した蒸気は、蒸気タービンを有する発電機６９で発電に利用される。
【００３２】
尚、以上においては、本発明を図示の実施形態について詳述したが、本発明はそれらの実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱せずして種々改変を加え、多種多様の変形をなし得ることは云うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、仮に熱分解反応器の伝熱管が破孔しても該伝熱管内の空気が外部に漏れず、もって熱分解反応器内を低酸素雰囲気に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る熱媒体圧力制御装置の他の例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る廃棄物処理装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 高温空気加熱器
２ 空気配管
３ 熱媒体循環ライン
４ 送風機
５ 始動用加熱炉
６ 第１調節弁
７ 第１連絡ダクト
８ 第２調節弁
９ 第２連絡ダクト
１０ 空気圧センサー
１６ ＣＯ分析計
２０ 第１温度計
２１ 第２温度計
２２ 第３温度計
２３ 第３調節弁
２４ 第４調節弁
５２ 熱分解反応器
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物（家庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、廃オフィス機器、電子機器、化粧品などの産業廃棄物など、可燃物を含むもの）を焼却処理するに先立って該廃棄物を熱分解する熱分解反応器に係り、特にその熱媒体圧力制御装置及びそれを備えた廃棄物処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の一般廃棄物や廃プラスチック等の可燃物を含む廃棄物の処理装置の一つとして、廃棄物を熱分解反応器に入れて低酸素雰囲気中で加熱して熱分解し、熱分解ガス（乾留ガス）と主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成し、この熱分解ガスと熱分解残留物とを排出装置において分離し、更に熱分解残留物を不活性雰囲気下の冷却装置で冷却した後、分離装置に供給して熱分解カーボンを主体とする燃焼性成分と、例えば金属や陶器、砂利等の不燃焼性成分とに分離し、燃焼性成分を粉砕して粉体とし、この粉砕された燃焼性成分と前記した熱分解ガスとを燃料（燃焼性物）として燃焼溶融炉に導いて１３００℃程度の温度で燃焼させ、生じた燃焼灰をその燃焼熱により加熱して溶融スラグとなし、この溶融スラグを排出部から外部に排出して冷却固化させるようにした廃棄物処理装置が知られている（特公平６−５６２５３号公報）。燃焼溶融炉で発生した高温の燃焼排ガス（約１２００℃）は、後段に設けられている高温空気加熱器により熱エネルギーを回収され、更に集塵器で集塵され、最終的にクリーンな排ガスとなって煙突から大気中に放出される。
【０００３】
ここで、高温空気加熱器と熱分解反応器は空気配管で結ばれて熱媒体を循環できるように熱媒体循環ラインが構成されている。更に、該熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の下流側と前記高温空気加熱器の上流側との間には送風機が設けられ、また該熱媒体循環ラインの前記高温空気加熱器の下流側と前記熱分解反応器の上流側との間には始動用加熱炉が設けられている。そして、高温空気加熱器で約５５０℃に加熱された空気が該ラインを通って熱分解反応器に熱媒体として送られ、熱分解反応器内の廃棄物を間接的に加熱し、約３００℃に温度低下して該熱分解反応器を出る。この空気は前記送風機により前記高温空気加熱器に送られ、ここで再び加熱されて再循環されるようになっている。
【０００４】
前記高温空気加熱器は、その耐腐食性向上等の理由で、その熱媒体の一部がパージガスとして利用され、前記熱媒体循環ライン外にリークする構造に形成されている。その結果、熱媒体循環ラインを循環する空気の量が減少するため、それを補充する必要がある。この空気の補充は、該ラインに設けられた大気開放の通気ダクトから、前記空気のリーク量に相当する量が該ライン内に吸引されて行われるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱分解反応器は、上記した如く、該熱分解反応器内を移動する廃棄物は、その伝熱管内を流れる熱媒体空気により間接加熱されて、熱分解ガスと熱分解残留物とに熱分解されるのであるが、万一伝熱管が破孔した場合、伝熱管内の空気圧がその外部より高いため、器内に熱媒体空気の一部が漏洩し、該器内を低酸素雰囲気に保持することができにくいという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、仮に熱分解反応器の伝熱管が破孔しても該伝熱管内の空気が外部に漏れず、もって熱分解反応器内を低酸素雰囲気に保持することができる熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置及びそれを備えた廃棄物処理装置を提供することにある。また、熱分解反応器の伝熱管が破孔した場合はそれを初期段階で検知できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本願請求項１記載発明は、燃焼排ガスの熱を熱媒体である空気により回収する高温空気加熱器と、伝熱管内を通る熱媒体空気により廃棄物を間接加熱して熱分解する熱分解反応器と、該熱分解反応器と前記高温空気加熱器とを空気配管で結んで熱媒体を循環させる熱媒体循環ラインと、該熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の下流側と前記高温空気加熱器の上流側との間に設けられた送風機と、該熱媒体循環ラインの前記高温空気加熱器の下流側と前記熱分解反応器の上流側との間に設けられた始動用加熱炉とを備え、前記高温空気加熱器はその熱媒体の一部が前記熱媒体循環ライン外にリークする構造に形成され、前記送風機の吸引側に大気とつながると共に第１調節弁を有する第１連絡ダクトが設けられ、該送風機の吐出側に大気とつながると共に第２調節弁を有する第２連絡ダクトが設けられ、熱分解反応器の熱媒体入口近傍の空気配管に空気圧を検知する空気圧センサーが設けられ、該空気圧センサーの圧力検知信号に基づいて前記第１連絡ダクト及び第２連絡ダクトの各調節弁を制御し、熱分解反応器の伝熱管内を通る熱媒体空気圧を該熱分解反応器の器内雰囲気圧と同じか又は少し低圧にすることを特徴とするものである。
【０００８】
これにより、仮に熱分解反応器の伝熱管が破孔しても、伝熱管内の空気圧は外部と同じか又はそれより少し低圧に維持されているため、熱媒体空気が該器内に漏れず、もって熱分解反応器内を低酸素雰囲気に保持することができる。ここで、「少し低圧に」維持するということにおけるその「少し」とは、低圧にすると、逆に伝熱管内へ外部気体の浸入が起こるが、その浸入によって伝熱管内外の全体的バランスがくずれない程度に少しという意味である。
【０００９】
また請求項２記載発明は、請求項１記載発明において、熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の熱媒体出口近傍にＣＯ濃度検知手段が設けられたことを特徴とするものである。伝熱管に破孔が生じると外部気体である熱分解ガス（ＣＯを含む）が少し伝熱管内の熱媒体空気中に侵入するので、そのＣＯをＣＯ濃度検知手段で検知することにより破孔が生じたことを初期段階で的確に把握して対応できる。
【００１０】
また請求項３記載発明は、請求項１又は２記載発明において、熱媒体循環ラインに、熱分解反応器をバイパスするバイパスラインが設けられ、熱分解反応器の熱媒体入口近傍の空気配管に空気温度を検知する第１温度計が設けられ、熱分解反応器の熱媒体出口近傍の空気配管に空気温度を検知する第２温度計が設けられ、高温空気加熱器の熱媒体出口近傍の空気配管に空気温度を検知する第３温度計が設けられ、前記バイパスラインに第３調節弁が設けられ、前記熱分解反応器の熱媒体出口近傍で前記バイパスラインとの合流点より上流の空気配管に第４調整弁が設けられ、前記第１温度計の検知信号に基づいて始動加熱炉の燃料流量又は前記送風機の回転数を制御し、前記第２温度計の検知信号により第３調節弁及び第４調節弁又は前記送風機の回転数を制御し、第３温度計の検知信号により前記送風機の回転数を制御し、これら各制御により熱分解反応器の伝熱管を流れる空気の温度を設定範囲内に維持するように形成されて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
通常、熱分解反応器の熱媒体空気の入口温度は、約５５０℃程度、出口温度は約３００℃程度に設定されているが、本発明により、前記圧力制御をしつつ、熱媒体温度を所望の温度に維持しておくことができる。
【００１２】
請求項４記載発明は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱分解残留物を生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留物を不活性雰囲気下で冷却する冷却装置と、冷却された熱分解残留物を燃焼性成分および不燃焼性成分に分離する分離装置と、前記熱分解ガスおよび燃焼性成分を灰分を溶融させる温度で燃焼させて不燃焼分を溶融スラグとして排出部から排出する燃焼溶融炉と、燃焼溶融炉で生じた高温ガスの熱を空気と熱交換させて回収する高温空気加熱器とを備えた廃棄物処理装置において、前記熱分解反応機は請求項１〜３のいずれかに記載の発明に係る熱媒体圧力制御装置を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、熱分解反応器の伝熱管が万一破孔しても、それを確実に初期段階で検知し、ただちに運転を停止する等の対応をとることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱不分解反応器の熱媒体圧力制御装置の実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１において、高温空気加熱器１は燃焼排ガスの熱を熱媒体である空気により回収するものである。また熱分解反応器５２は伝熱管（図示せず）内を通る熱媒体空気により該熱分解反応器５２内を移動する廃棄物を間接加熱して熱分解するものである。この熱分解反応器５２と高温空気加熱器１とは空気配管２で接続されて熱媒体循環ライン３が形成され、該ライン３により熱媒体を循環するようになっている。そして、熱媒体循環ライン３の熱分解反応器５２の下流側と高温空気加熱器１の上流側との間に送風機４が設けられ、更に熱媒体循環ライン３の高温空気加熱器１の下流側と熱分解反応器５２の上流側との間に始動用加熱炉５が設けられている。この例では該ライン３に熱分解反応器５２をバイパスするバイパスライン１２が設けられ、該バイパスライン１２冷却用の熱交換器１３と流量調節弁１４が設けられている。
【００１５】
また、当該高温空気加熱器１はその熱媒体空気の一部が前記熱媒体循環ライン３外にリークする構造に形成されている。すなわち、リーク空気１１により、該高温空気加熱器１の金属部分に外部の腐食性ガス成分が浸透して接触する恐れを無くしている。
【００１６】
そして、前記送風機４の吸引側に大気とつながると共に流量調節用の第１調節弁６を有する第１連絡ダクト７が設けられ、送風機４の吐出側には大気とつながると共に第２調節弁８を有する第２連絡ダクト９が設けられている。更に、熱分解反応器５２の熱媒体入口近傍の空気配管２に空気圧を検知する空気圧センサー１０が設けられている。また更に、熱分解反応器５２の熱媒体出口近傍の空気配管２にＣＯ分析計１６が設けられている。
【００１７】
次に上記実施の形態例の作用を説明する。先ず、始動用加熱炉５が停止している場合は、空気圧センサー１０の切替スイッチ１５で第１調節弁６を制御し、第２調節弁８は全閉状態にされる。第１調節弁６は空気圧センサー１０により空気配管２内の検知空気圧が熱分解反応器５２内の雰囲気圧と同じか又は少し低圧となるように、この例では０mmＡqとなるように開閉制御される。具体的には高温空気加熱器１のリーク空気１１と同量の空気を補充しつつ前記低圧（０mmＡq）となるように制御されることになり、この補充空気が第１連絡ダクト７を通じて供給されるが、その時、第１調節弁６の存在により圧力損失を生じさせ、前記低圧（０mmＡq）を維持しつつ空気補充が行える。
【００１８】
また始動用加熱炉５が運転状態にある場合は、空気圧センサー１０の切替スイッチ１５で第２調節弁８を制御し、第１調節弁６は全閉状態とされる。始動用加熱炉５が運転されると、そこから排ガスが発生して該ライン３の空気配管２内の空気圧が高くなるからである。この場合は、始動用加熱炉５から発生する排ガスと前記リーク空気１１の差と同量の空気が第２連絡ダクト９から外部に排出される。すなわち、空気圧センサー１０により空気配管２内の検知空気圧が熱分解反応器５２内の雰囲気圧と同じか又は少し低圧となるように、この例では０mmＡqとなるように第２調節弁８が開閉制御される。この時も第２調節弁８の存在による圧力損失により前記低圧（０mmＡq）を維持しつつ空気排出が行える。尚、上記説明では切替スイッチ１５を用いて調節弁６、８の切替をする場合を説明したが第１調節弁６と第２調節弁８が同時に開かないようにしたシーケンス制御を構築しておけば、前記切替スイッチ１５は不要である。
【００１９】
以上のように、空気圧センサー１０の圧力検知信号に基づいて前記第１連絡ダクト７及び第２連絡ダクト９の各調節弁６、８を制御し、熱分解反応器５２の伝熱管内を通る熱媒体空気圧を該熱分解反応器５２の器内雰囲気圧と同じか又は少し低圧になるようにして運転される。これにより、仮に熱分解反応器５２の伝熱管が破孔しても、熱媒体空気が伝熱管内から外部（該器内）に漏れず、熱分解反応器５２内を低酸素雰囲気に保持することができると共に、ＣＯ分析計により破孔を直ちに検知することができる。
【００２０】
図２は本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態例は以下の条件を満たすように制御されるものである。
▲１▼熱分解反応器の入口の熱媒体空気温度を５５０℃に維持すること、
▲２▼熱分解反応器の出口の熱媒体空気温度を３００℃に維持すること、
▲３▼高温空気加熱器の出口の熱媒体空気温度を５５０℃以下に維持すること、
▲４▼始動用加熱炉を運転している場合バイパスラインには原則流さないこと、
▲５▼熱分解反応器の伝熱管内を通る熱媒体空気圧をその外部と同じか又は少し低圧になるようにすること。
そのためにこの例では、熱媒体循環ライン３に、熱分解反応器５２の熱媒体入口近傍の空気配管２に空気温度を検知する第１温度計２０が設けられ、熱分解反応器５２の熱媒体出口近傍の空気配管２に空気温度を検知する第２温度計２１が設けられ、高温空気加熱器１の熱媒体出口近傍の空気配管２に空気温度を検知する第３温度計２２が設けられている。更に、前記バイパスライン１２に第３調節弁２３が設けられ、前記熱分解反応器５２の熱媒体出口近傍で前記バイパスライン１２との合流点より上流の空気配管２に第４調整弁２４が設けられている。
【００２１】
始動用加熱炉５が停止している場合（灯油最小量運転を含む）、第１温度計２０が５５０℃を維持するように切替スイッチ２５を介して送風機４の回転数が制御され、且つ第２温度計２１が３００℃を維持するように切替スイッチ２６を介してバイパスライン１２の第３調節弁２３が制御され、そこを流れる空気の流量が調節される。ここで第３調節弁２３が全開でも第２温度計２１が３００℃以上である時は第４調整弁２４が閉じられていくようになっている。
【００２２】
始動用加熱炉５が運転している場合（灯油最小量運転は除くは）、第１温度計２０が５５０℃を維持するように切替スイッチ２５を介して始動用加熱炉５の燃焼量が制御され、且つ第２温度計２１が３００℃を維持するように切替スイッチ２６を介して送風機４の回転数が制御される。この回転数を減らしていき、第３温度計が５５０℃以上の場合は、この温度が５５０℃になるように切替スイッチ２７を介して送風機４の回転数が調整される。また、この時は第２温度計が３００℃以上となるため、第２温度計２１でバイパスライン１２の第３調節弁２３を調整し、その温度が３００℃になるように制御される。
【００２３】
以上のように、第１温度計２０の検知信号に基づいて始動加熱炉５の燃料流量又は前記送風機４の回転数を制御し、第２温度計２１の検知信号により第３調節弁２３及び第４調節弁２４又は送風機４の回転数を制御し、第３温度計２２の検知信号により送風機４の回転数を制御し、これら各制御により熱分解反応器５２の伝熱管を流れる空気の温度を設定範囲内に維持するように形成されて成るものである。すなわち、この例では、熱分解反応器５２の熱媒体空気の入口温度は、約５５０℃程度、出口温度は約３００℃程度に維持しつつ、前記圧力制御を行えるものである。
【００２４】
次に、前記燃焼溶融炉の炉内温度検知装置を備えた廃棄物処理装置の一実施の形態例を図３に基づいて説明する。
本実施の形態の廃棄物処理装置において、都市ごみ等の廃棄物５０ａは、例えば二軸剪断式等の破砕機で、１５０ｍｍ角以下の大きさにに破砕され、コンベア等により投入部５０内に投入される。投入部５０に投入された廃棄物５０ａはスクリューフィーダ５１を経て熱分解反応器５２内に供給される。熱分解反応器５２としてはこの例では横型回転式ドラムが用いられ、ドラム内の加熱分解室は図示しないシール機構により、その内部は低酸素雰囲気に保持されている。
【００２５】
廃棄物５０ａは熱分解反応器５２内で熱分解されるが、その熱源は、後述する燃焼溶融炉５３の後流側に配置された熱交換器である高温空気加熱器１により加熱され加熱空気ラインである熱媒体循環ライン３を介して供給される加熱空気８ｇ（熱媒体）である。この加熱空気８ｇにより熱分解反応器５２内は３００〜６００℃に、通常は４５０℃程度に維持される。
【００２６】
更に、加熱空気８ｇにより加熱された廃棄物５０ａは、熱分解して熱分解ガスＧ1と、主として不揮発性成分からなる熱分解残留物５４とになり、排出装置５５に送られて分離される。排出装置５５で分離された熱分解ガスＧ1は、排出装置５５の上部から熱分解ガスラインＬ2を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給される。排出装置５５から排出された熱分解残留物５４は、４５０℃程度の比較的高温であるため、後述する構造の冷却装置５７により不活性雰囲気下で８０℃程度に冷却される。
【００２７】
その後、冷却された熱分解残留物５４は、例えば磁選式、うず電流式、遠心式又は風力選別式等の公知の単独又は組み合わされた分離装置５８に供給され、ここで細粒の燃焼性成分５８ｄ（灰分を含む）と鉄、瓦礫等の不燃焼性成分５８ｃとに分離され、不燃焼性成分５８ｃはコンテナ５９に回収され再利用される。
【００２８】
更に、燃焼性成分５８ｄは、主として熱分解カーボンから成るが、粉砕機６０により、例えば１ｍｍ以下に微粉砕されて粉体カーボンとなり、燃焼性成分ラインＬ3を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給され、熱分解ガスラインＬ2から供給された熱分解ガスＧ1と送風機６１により空気ラインＬ4から供給された燃焼用空気６１ｅと共に１,３００℃程度の高温域で燃焼される。
【００２９】
上記燃焼で発生した灰分はその燃焼熱により溶融スラグ５３ｆとなって、この燃焼溶融炉５３の内壁に付着し、更に、内壁を流下し底部排出口６２から水槽６３に落下し冷却固化される。燃焼溶融炉５３は一般に溶解炉とも言われるものであって、カーボン等の燃焼性成分５８ｄを１３００℃程度の高温で燃焼させ、灰分を含む不燃焼分を溶融させて溶融スラグ５３ｆと高温の燃焼排ガスＧ2とを生成する。燃焼排ガスＧ2は、秒速２〜３ｍ、温度１０００〜１１００℃のガス流となって、炉内下流側に設けた高温空気加熱器１の伝熱管体により熱回収される。
【００３０】
ここで、高温空気加熱器１と熱分解反応器５２は図１、２に示した熱媒体圧力制御装置を備えている。これにより、熱分解反応器５２内を、その伝熱管の破孔等が万一あっても確実に低酸素雰囲気に保持することができると共に、破孔を検知できる。
【００３１】
前記高温空気加熱器１の部分を通過した燃焼排ガスＧ2は、煙道ガスラインＬ5を介して廃熱ボイラ６４で熱回収され、集塵器６５で除塵され、更に排ガス浄化装置６６で塩素等の有害成分が除去された後、低温のクリーンな排ガスＧ3となって誘引送風機６７を介して煙突６８から大気へ放出される。廃熱ボイラ６４で生成した蒸気は、蒸気タービンを有する発電機６９で発電に利用される。
【００３２】
尚、以上においては、本発明を図示の実施形態について詳述したが、本発明はそれらの実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱せずして種々改変を加え、多種多様の変形をなし得ることは云うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、仮に熱分解反応器の伝熱管が破孔しても該伝熱管内の空気が外部に漏れず、もって熱分解反応器内を低酸素雰囲気に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る熱媒体圧力制御装置の他の例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る廃棄物処理装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 高温空気加熱器
２ 空気配管
３ 熱媒体循環ライン
４ 送風機
５ 始動用加熱炉
６ 第１調節弁
７ 第１連絡ダクト
８ 第２調節弁
９ 第２連絡ダクト
１０ 空気圧センサー
１６ ＣＯ分析計
２０ 第１温度計
２１ 第２温度計
２２ 第３温度計
２３ 第３調節弁
２４ 第４調節弁
５２ 熱分解反応器
Claims (4)
- 燃焼排ガスの熱を熱媒体である空気により回収する高温空気加熱器と、伝熱管内を通る熱媒体空気により廃棄物を間接加熱して熱分解する熱分解反応器と、該熱分解反応器と前記高温空気加熱器とを空気配管で結んで熱媒体を循環させる熱媒体循環ラインと、該熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の下流側と前記高温空気加熱器の上流側との間に設けられた送風機と、該熱媒体循環ラインの前記高温空気加熱器の下流側と前記熱分解反応器の上流側との間に設けられた始動用加熱炉とを備え、
前記高温空気加熱器はその熱媒体の一部が前記熱媒体循環ライン外にリークする構造に形成され、
前記送風機の吸引側に大気とつながると共に第１調節弁を有する第１連絡ダクトが設けられ、該送風機の吐出側に大気とつながると共に第２調節弁を有する第２連絡ダクトが設けられ、
熱分解反応器の熱媒体入口近傍の空気配管に空気圧を検知する空気圧センサーが設けられ、
該空気圧センサーの圧力検知信号に基づいて前記第１連絡ダクト及び第２連絡ダクトの各調節弁を制御し、熱分解反応器の伝熱管内を通る熱媒体空気圧を該熱分解反応器の器内雰囲気圧より少し低圧にすることを特徴とする熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置。 - 請求項１において、熱媒体循環ラインの前記熱分解反応器の熱媒体出口近傍にＣＯ濃度検知手段が設けられたことを特徴とする熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置。
- 請求項１又は２において、熱媒体循環ラインに、熱分解反応器をバイパスするバイパスラインが設けられ、熱分解反応器の熱媒体入口近傍の空気配管に空気温度を検知する第１温度計が設けられ、熱分解反応器の熱媒体出口近傍の空気配管に空気温度を検知する第２温度計が設けられ、高温空気加熱器の熱媒体出口近傍の空気配管に空気温度を検知する第３温度計が設けられ、前記バイパスラインに第３調節弁が設けられ、前記熱分解反応器の熱媒体出口近傍で前記バイパスラインとの合流点より上流の空気配管に第４調整弁が設けられ、
前記第１温度計の検知信号に基づいて始動加熱炉の燃料流量又は前記送風機の回転数を制御し、前記第２温度計の検知信号により第３調節弁及び第４調節弁又は前記送風機の回転数を制御し、第３温度計の検知信号により前記送風機の回転数を制御し、これら各制御により熱分解反応器の伝熱管を流れる空気の温度を設定範囲内に維持するように形成されて成ることを特徴とする熱分解反応器の熱媒体圧力制御装置。 - 廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱分解残留物を生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留物を不活性雰囲気下で冷却する冷却装置と、冷却された熱分解残留物を燃焼性成分および不燃焼性成分に分離する分離装置と、前記熱分解ガスおよび燃焼性成分を灰分を溶融させる温度で燃焼させて不燃焼分を溶融スラグとして排出部から排出する燃焼溶融炉と、燃焼溶融炉で生じた高温ガスの熱を空気と熱交換させて回収する高温空気加熱器とを備えた廃棄物処理装置において、前記熱分解反応機は請求項１〜３のいずれかに記載の熱媒体圧力制御装置を備えていることを特徴とする廃棄物処理装置。
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