JP4036826B2 - 焼却熔融冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、産業廃棄物などの焼却物を焼却熔融冷却する方法に関係し、一つの炉体内で貯留、乾燥、焼却、灰化、熔融、冷却固化および排出を行う焼却熔融冷却方法に関するものである。

都市ごみ等の産業廃棄物を焼却し、発生する焼却灰を引き続き熔融する方法や装置（以下、焼却熔融と略す）の従来技術の代表例として、（１）火格子式焼却炉とバーナ加熱式傾斜床熔融炉とを切替弁付の供給プッシャーで直結したもの（特許２６８１１４０号公報、以下、「先行技術１」と略す）、（２）焼却炉の出口側にバーナ加熱付回転キルン方式の灰熔融炉を連結したもの（特開平５−３１２３１２号公報など、以下、「先行技術２」と略す）、（３）焼却炉の燃焼領域の下流に焼却灰熔融炉を直結し、焼却炉内の排ガスを酸化剤とし、かつ焼却灰中の未燃物を熱源として灰が熔融するようにしたもの（特開２０００−１９９６１９号公報、以下、「先行技術３」と略す）、（４）（３）に加えて、灰熔融炉の炉床から熱風を吹き込むことにより、炉内での燃焼温度を高めて灰の熔融促進をはかるもの（特開平９−１１２８５４号公報、以下、「先行技術４」と略す）、（５）黒鉛粒など誘電性発熱体を充填された炉体を誘電加熱して焼却熔融を行うもの（国際公開番号ＷＯ９９／３９３５６、以下、「先行技術５」と略す）、（６）炉体を分割して部分的に移動・傾斜可能とし、バーナーフレームが炉内の必要面に届くようにしたもの（特開２００１−４２０９２号公報、以下、「先行技術６」と略す）、など多くの提案がなされている。
特許２６８１１４０号公報 特開平５−３１２３１２号公報 特開２０００−１９９６１９号公報 特開平９−１１２８５４号公報 国際公開番号ＷＯ９９／３９３５６公報 特開２００１−４２０９２号公報

しかし、これらのほとんどは公知技術の組合せを主体とし、その連結を工夫したものとも言える。その為、焼却と熔融との連結部に問題があり、例えば、連結部に仕切や押出装置など特殊な方法を必要とすること、更には、熔融物の排出に際して固化現象を生じるとトラブルになることなど、大型化および安定運転の実現が困難と推察される。ただし、「先行技術５」は、一体型の炉内で焼却熔融が安定可能と推定されるが、誘電加熱の為に経済性に問題があり、特殊な用途例えば放射性廃棄物の焼却熔融に用いられているに過ぎない。
なお、一旦熔融した熔融物を、装置内で継続して冷却・固化して排出できる方法は、従来の技術には見あたらなく、この技術の実現もテーマとなっている。

前記の様な問題点を、単純な構造でもって解決できる方法であり、焼却物を貯留，乾燥、焼却し、発生する焼却灰を引き続き熔融し，冷却固化しその熱回収を可能にし、冷却固化物として排出し無公害化する経済性のある焼却熔融冷却方法を実現させる。

前項の課題を解決するために、本発明に関する第１の発明では、移動可能な炉床に、３〜５０ｍｍに整粒した焼却灰溶融物又は無機質の耐火物粒子を厚さ０．１〜２ｍに充填して通気し、焼却火格子の役目および熔融では容器の役目を持たせ、この通気充填床の表層で焼却物、固体燃料などの可燃物を、貯留、乾燥、焼却、灰化、熔融、冷却固化して熱回収を可能にし、冷却固化物の排出を行うことを特徴とする焼却熔融冷却方法を提供する。
なお、本願は既に出願した特開平１０−１７６８１１５号公報および特開２０００−１８５２９号公報に関連し、これらの発展的な改良技術である。
特開平１０−１７６８１１５号公報 特開２０００−１８５２９号公報

詳しくは、移動可能な炉床の上に、３〜５０ｍｍに整粒した焼却灰溶融物（本願の方法で発生した焼却灰、飛灰の熔融固化物を使用）又は無機質の耐火粒子などを用い充填する。充填厚さは、０．１〜２ｍの固定充填層とし、更にこの充填層に通気する方法とする（以下、充填移動床と略す）。なお、移動可能な炉床とは、移動中の炉床及び移動していない状態の炉床も含む。この充填層に通気する方法により、充填移動床の冷却と充填した耐火粒子の昇温を防ぎ、その炉床下部の移動機構を守る事が出来るが、次の作用も有する。それは充填移動床が移動して焼却部に達すると、層の表面での焼却を促進し（以下、火格子作用と略す）、熔融部では、焼却灰の熔融を行う際に、層表面の一部も焼却灰と共に熔融して熔融を完成するが、この通気により層表面の耐火粒子熔融を表面部少量に制約し容器を形成する作用（以下、熔融容器の作用と略す）がある。

なお、充填移動床に供給する焼却灰溶融物又は無機質の耐火粒子の粒子径は、３〜５０ｍｍ好ましくは１０〜２０ｍｍに整粒したものを用い、３ｍｍ以下の粒分が多いと通気性が低下し、５０ｍｍ以上の粒分は断熱性とハンドリング性が悪化するので好ましくない。また、充填層の層厚さは炉の規模により異なるが、層厚さ０．１ｍ以下では断熱性が不足し、２ｍ以上は経済性から必要ない。
また、投入される被焼却物等のサイズは特に限定されないが、その質と炉の規模により、おおむね２００ｍｍ以下が取扱いの面から好ましい。

また、第１の発明では、移動可能な炉床が、台車方式、無限軌道方式、移動火格子方式、スクリュー方式のいずれかの搬送構造であり、その炉床に設ける耐火粒子充填層に通気できる構造を有する方法を特徴とする焼却熔融冷却方法を提供する。
なお、充填移動床の通気方法は、移動位置により風量を調節できる方法とし、複数の風箱、吹込み管、予圧室などを設置する方法とする。

また、第１の発明では、熔融固化物の粗砕・整粒の際に発生する３ｍｍ以下の粉末の他に、焼却灰、飛灰、岩石、鉱石、熔融助剤および有害物中和剤等の複数の混合粉末を充填移動床の表層に散布し、焼却により生成する焼却灰および飛灰などの熔融を容易にすると共に、有害物を無公害化することを特徴とする焼却熔融冷却方法を提供する。混合粉末の組成は、炉から排出される熔融物の分析（組成、融点など）により決定される。
なお、これら粉末を充填移動床の上に散布する方法は、被焼却物に散布・混合しても同じ効果がある。

第１の発明を主体とする第２の発明は、焼却の際に焼却部などから発生するガスを抜き出して有用成分を分離した後、残分ガスを炉に返送することで有用成分を回収する方法であり、例えば廃木材からは木酢や木タールを、廃合成樹脂からはその分解生成物、油母頁岩やタールサンドからは石油類などを回収することを特徴とする請求項１に記載する焼却熔融冷却方法を提供する。

本発明の焼却熔融冷却方法によれば、つぎのような有効な効果がもたらされる。
○焼却物や固体燃料の貯留、乾燥、焼却、灰化、熔融、冷却固化、排出が、簡単な一体型構造の炉で、連続して行える方法となる。
○焼却物や固体燃料の特性に合わせた燃焼、焼却の調節が容易な方法であり、幅広い多くの焼却物や固体燃料の燃焼方法として利用できる。
○炉床は、従来の火格子と類似するが、耐火粒子を利用した通気充填層であり、たとえ熔融しても表層に止まり、火格子のようにトラブルとはならない。しかも、使用する耐火粒子は、溶融物固化物を使用するので省資源を実現している。
○同様に、溶融の問題点であった容器の選定、消耗、損傷、部分固化などの問題も解決し、その上熱回収も実現した。
○燃焼、焼却、熔融の調節方法は、燃焼特性に合わせて移動床の速度、一次空気量（床面通気量、横吹通気量とその分布）、二次空気量、補助燃料量等で行い、炉の構造を特に変更する必要がないのも大きな特長である。
○それ故に、高発熱の廃プラから高含水廃棄物（有機汚泥や湿潤おしめ等）、無煙炭から亜炭、泥炭、油母頁岩など、約２００ｍｍ塊以下の固体可燃物であれば、ほとんど前処理を必要としない乾燥、燃焼が可能となる方法である。
○生成する灰を高温のまま引き続いて熔融し、冷却・固化排出でき、熱回収も出来るので、省エネルギー効果が大きい。
○また、可動部が少なく故障などによる停炉に対しても、大きなトラブルとならない。
○産業廃棄物や未利用燃料からも安定した燃焼・焼却が得られ、発生するエネルギーの高度利用が容易であり、しかも灰の熔融冷却固化排出（連続、無公害化）も含め、環境に対しても優れた方法となる。
○単純な構造で実現できる方法であり、スケールアップも容易で、しかも炉体の建設費が約１／２以下に大幅削減できる経済的に優れた焼却方法を提供する。

以下に、本発明に係る焼却熔融冷却方法についての実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明における貯留、乾燥、焼却、灰化、熔融、冷却固化および排出を行う充填移動床の焼却熔融冷却方法を中心にした、物質のトータルフローを示す。
この図から判るように、本願の焼却熔融冷却方法による焼却炉に排ガス処理装置を接続した焼却プラント完成すれば、焼却物と少量の助燃用燃料および助剤を用い、系外への排出は、煙突からの排ガスと焼却物の灰分並びに添加助剤の灰分に相当する熔融固化物が排出されるのみであり、必要に応じて有用成分の回収が行える無公害のトータルシステムとなり、更にエネルギー回収を十分に行えば、環境の保全に役立つ方法になることが判る。
近年、工場などの産業廃棄物のリサイクルが実施されているが、総合的な社会コスト（分別、運搬、再処理生産などの経済性）を配慮すると、発生場所でのリサイクル利用が最も好ましいと考えられ、本願は、その内の熱リサイクルの中心となる方法を提供する。

図２は、本発明における焼却熔融冷却方法の一連の連続化を実現する装置の一例で、その基本的な構成を示す断面図で、その主体は、炉内に貯留室１、焼却室２、灰化室３、熔融室４および冷却室５が、移動床６（この例では無限軌道構造９の床）で連結された例を示し、さらに、焼却炉として必要なガス燃焼室２０、高温ガス熱交換器２１を付加した例である。
図３は、図２の横断面図で、３−Ａは、貯留室１、移動床６、その移動床６の上に耐火粒子１２、粉末１３の充填層および焼却物１０を積層した例の断面図を示す。
３−Ｂは、焼却室２、移動床６、その移動床６の上に耐火粒子１２を充填し、粉末１３および焼却物１０を積層し、更に炉の上部に液体焼却物の滴下装置２２を付した例の横断面図を示す。
３−Ｃは、灰化室３、熔融室４、ガス燃焼室２０、その移動床６の表層８に灰化物と熔融物を生じている例の断面図を示す。

図４は、本発明に係る炉の特性を把握するために用いた、バッチ操作の実験炉の例である。焼却熔融冷却方法における粒子充填層７の表面に、貯留室１、焼却室２、灰化室３、熔融室４、ガス燃焼室２０をまとめて簡素化し、焼却ガス化部７０およびガス燃焼部７１に分けて製作した炉の断面図を示す。
この炉では、炉床は移動しないが、本願焼却熔融冷却方法の特長を備えており、基礎的なデーターを多く得た。なお、焼却灰の熔融テストは、炉の冷却後に焼却ガス化部７０の焼却灰をスコップでガス燃焼部７１に移動して、次回の燃焼テストの際に行う方法とした。

本発明の実施形態のうち、焼却熔融冷却方法を実現する基本的な構成例を示す断面図を図２に示す。この方法を構成する主要部は、投入装置２４、貯留室１、焼却室２、灰化室３、熔融室４、冷却室５からなり、これらを移動床６で連結した構造で、ガス燃焼室２０、高温ガス熱交換器２１を接続したものである。
この例では、移動床６に無限軌道方式を採用しているが、粒子充填層７を安定して移動できる方式であれば、特定しない。応用として小型炉には台車方式、スクリュー方式、中〜大型のストーカー炉には火格子方式、小〜大型炉には無限軌道方式（例えば、チェーン駆動平板式、キャタピラー式、金属ベルト式など）の搬送方式の採用が望ましい。

充填移動床方式は、本願の特長であり、耐火粒子の固定充填層を移動炉床の上に形成し、その充填層に通気することで、この充填移動床表面の焼却物を逐次、貯留、乾燥、焼却、灰化、熔融、冷却固化、排出などを継続して行える方法となる。
この方法は、簡単な構造で実現でき、連続自動化も容易である。特に、炉内で連続焼却、灰化、熔融、冷却固化、排出ができることは、それらの保有熱を有効利用する事ができるにで、エネルギーの有効利用に貢献する。
なお、通気方法は、図２および図３から判る様に、充填移動床を予圧室内に納め、予圧フアン３４、粒子層通気フアン、移動床風箱３９などを設け、通気すると共に、焼却物の特性に応じ風量を調節する。

炉内部での焼却物などの動きや変化を、以下に述べる。まず焼却物１０は、投入装置２４を用いて貯留室１に投入する。その貯留室１の内容積は、焼却能力の数時間から２４時間に相当する容積以上とすることが望ましい。例えば、焼却能力５０ｔ／日とすると、その容積は約２５０立方メ−トル（例えば、一般都市ごみの焼却に場合で約幅４×長さ１０×高さ７ｍ）である。この例では、その床面に傾斜プッシャー２５（コンベヤーでもよい）で貯留した焼却物１０を焼却室２に移動する。その炉内横断面例を図３の３−Ａに示す。

なお、従来の焼却炉では安定操炉の主要な条件は、通常まず炉内へ送入する焼却物の均質化と送入速度の設定が重要であり、天井クレーン付の超大型貯留ヤードで混合して、均一送入することで対処している。これに対し本願では、大型貯留ヤードは必ずしも必要でなく、炉内の貯留室への投入の際に焼却物をおおむね均質化するだけで良いので、炉の貯留室に直接送入が可能である。それは、操炉条件の幅が広く、以後の炉内の処理速度、燃焼条件などは、炉内の焼却物の燃焼状態を測定しながら幅広く調節が可能であり、それらに合わせた移動床の速度、各部所での空気吹込み量およびバーナー油量などで調節される。

焼却室２には、着火バーナ４０を設置し、無限軌道９の上に形成された粒子充填層７の表層８の上に、落下・移動してきた焼却物１０に着火する。着火した焼却物１０は、その燃焼特性に応じて逐次乾燥、ガス化、燃焼する。たとえ難燃物が多くて灰化室３に達しても、灰化室バーナ４１で全てを灰化出来るので安心である。
この様に、本願の方法は、焼却の際の燃焼は、焼却物の下層から行うのが特長で、焼却室２においては、焼却物１０の下層から着火し、その下層から燃焼用空気を燃焼用空気フアン３０、予圧用フアン３４や風箱３９により押込むので、焼却物層の下層から逐次乾燥・ガス化・燃焼・灰化が起る。発生した燃焼ガスは、ガス燃焼室２０に達し、ガス燃焼室バーナ４３とガス燃焼用空気フアン３５で完全燃焼させる。ほぼ燃焼を終えた焼却物１０は、灰化室３に達して灰化室バーナ４１で全てを灰化する。その焼却室２の横断面例を図３の３−Ｂ、灰化室３の横断面例を図３の３−Ｃに示す。
充填移動床６の移動速度は、目標焼却量と焼却部の炉床熱負荷値から決める事ができる。後述の実験炉データーから、炉床熱負荷値は約６０万kcal／平方メートルｈ（≒０．７MＷｈ／平方メートルｈ）として求めると良い。

次いで、熔融室４に移動した焼却灰は、熔融室バーナー４２で熔融温度以上に加熱して熔融する。この際十分に加熱溶融し、充填移動床の耐火粒子１２（焼却灰の熔融固化物を整粒した粒子）の充填層表層の一部も熔融して容器を形成し、熔融を完結する。この時、熔融物１４は、この充填移動床の表層にプール状に溜まる。その後、冷却室５で通気により熱回収しながら冷却して固化し、熔融固化物（亀裂入りの扁平状塊）として、炉床材料１６と共に炉床排出物１５として排出する。なお、充填移動床の排出直前部では、耐火粒子１２を表層に追加装入して炉内の気密化を計る。
冷却の時に回収した高温熱風は、熔融室バーナー４２燃焼用に利用し、熔融室の高温化、省エネ化に役立てる。このため、その熔融バーナーは、市販の汎用バーナーも利用できる特長がある。
なお、従来の溶融炉の欠点は、熱回収が困難なこと、耐火容器の選定とその補修、及び熔融状態で排出するので、排出部分の部分固化トラブルが常に問題となっているが、本願の方法では、生成する熔融固化物そのものを容器に利用すること、および冷却固化後に排出することで解決した。
この本願の方法は、多くの利用面をもった技術と考える。例えば、高温熔融物の連続冷却、熱回収、冷却排出方法として、インゴットの鋳込み、フェロアロイの固化、熔融リン肥製造などへの応用が考えられる。

実験から、ガス燃焼室、熔融室の高温化は、通常の市販バーナーを用いる場合には、燃焼用空気の予熱温度による影響が大きいことが判り、高温熔融物の冷却に用いて得られる高温空気を直接利用することで可能になった。焼却物により高温空気が不足する場合には、高温用熱交換器を付して高温排ガスとの熱交換を行い、高温の燃焼用空気を得ることであった。生成する焼却灰の特性により、酸素富化高温バーナーを用いる場合もある。
その結果、本願の方法に適する市販バーナーの型式は、ガス燃料方式、液体燃料方式、微粉固体燃料方式、電気方式（アーク、プラズマトーチ、抵抗加熱、誘導加熱など）など、通常のバーナーが適用される。（以下、単にバーナーと略す）
なお、燃焼室２以外の炉内は、吹込み空気量の調節で雰囲気の酸素濃度を調節ことができ、完全燃焼を助けると共に、酸化雰囲気化による重金属などの酸化熔融・ガラス化を促進して安定化する。また有用金属回収の場合は、必要に応じ還元雰囲気とする。
以上述べた一連の乾燥、ガス化、燃焼、灰化、熔融、冷却固化、排出を、以下、「炉床燃焼熔融冷却」と略す。

炉床排出物１５（冷却固化後の焼却灰熔融物と充填層耐火粒子）は、グリズリー５０（傾斜平行格子など）を経て大塊を大塊受け５１に分別した後に排出し、粗砕クラッシャー５２（ジョークラッシャー，ロールクラッシャー，インペラブレーカーなど）および分級機５３（篩い装置など）により粒度別に粗砕・分級し（例えば＜３ｍｍ、３〜５０ｍｍ、＞５０ｍｍ）、炉床材料１６（耐火粒子１２，粉末１３）として循環使用する。なお、余剰分は、砕石として埋立やその他の有用材として利用する。分離した熔融物の大塊は、冷却により亀裂が入っているので容易に破砕できるので、破砕して粗砕クラッシャー５２に入れ、炉床材料１６として処理する。
炉床排出物１５から分離した粉末部分は、排ガス処理で集塵した飛灰及び目標組成配合に必要な助剤（ガラス粉、石灰粉、岩石粉、鉱石、有害物の中和剤や溶融剤など）を添加・混合して、粉末１３として充填層の表層８の炉床材料１６とするか又は、被焼却物に散布・混合することで再焼却熔融する。
なお、飛灰によっては、ダイオキシン類など有害物質を多量に含む場合があり、この時は安全性を高めるため、集塵機から直接に炉の貯留室１又は燃焼室２内に装入して焼却熔融し、無害化することも出来る。

以上の説明で判る様に、「炉床燃焼熔融冷却」は、充填移動床の表層で焼却物の乾燥、ガス化、燃焼、灰化などが、逐次行われるが、その横方向の移動による焼却物の変化には明確な境界は無く、焼却物の特性により変る。そのため実用的には、その焼却速度の調節は、炉内の燃焼速度に合わせた移動床の速度で調節される。更には、焼却物の質（特に、含水量、固定炭素量など）の変動により最適な燃焼用空気の吹込み位置および風量、バーナー油量などが変化するが本願の方法では、容易に対応可能であり、焼却物により構造を変える必要はない。更には、焼却物の特性とその変動が不明な場合、炉壁に余分のノズルを予め設置しておき、対応・対処する事ができる。なお、燃焼状態は、炉壁の温度分布測定から推定・対処できるので特に問題を生じない。
なお、焼却物に替え、焼却灰を送入すれば、灰溶融装置として使用できる方法でもある。

以上本願の方法は、簡単な炉構造で幅広い焼却物に対応でき、又スケールアップも容易である。
更には、故障に対しても柔軟性の高い方法であり、本願の大きな特長である。それは、主要な可動部分は移動床のみであり、たとえ故障で移動しなくなっても、そのまま固定床のバッチ方式の焼却として操業し、炉内の焼却物全量を通気・焼却・灰化・冷却して炉内をほぼ空にして修理すれば良く、作業面からも安全性が高い。
また、構造が単純なため、建設費が安くなる。例えば、一般都市ごみ５０ｔ／日規模の焼却熔融設備で設計したところ、炉本体の概略外寸法は、炉底の巾５ｍ×長さ１８ｍ、高さ９ｍであり、受入貯留ヤードも約１／４程度で済み、従来のストーカー炉＋溶融炉の組合せのプラントと比較したところ、その建設費は、約１／２以下と推算された。

本願の方法の特長一つは、多くの固体燃料の燃焼方法としても、そのまま適応できることである。更には、その特長を生かし現在利用されていない低品質の固体燃料（亜炭、泥炭、油母頁岩、タールサンドなど）も、採掘した粗砕程度の状態のままで乾燥・燃焼する燃焼方法として利用できるので、近い将来の石油や石炭の枯渇時には、これらの低品質燃料の有効利用が大きくクローズアップされる事が予想され、これに対応できる。
なお、従来、低品質の固体燃料が利用されない主な理由は、低品質の固体燃料の多くはその含水量が高く、その乾燥装置が大きくなること、およびその乾燥に熱量が取られ、トータル的に得られる有効熱量が少なく、経済性が低いと言われている。
本願の方法によると、特別に乾燥装置を設ける必要が無く直接乾燥・燃焼に移行するので、得られる有効熱量が増加する。推算では可燃分が１５重量％（湿潤基準）以上あれば、含水率７０重量％（湿潤基準）の泥炭でも燃焼熔融可能である。
なお、本願研究の前段階であった「バッチ方式の固定炉床燃焼炉」では、現在、湿分９０重量％の湿潤おしめを直接焼却する炉床燃焼炉（能力７０ｋｇ／ｈ、湿潤基準）を実用化して、老人ホームに納入稼働ている。

更には、焼却室からの発生ガスを抜き出して有用成分を分離した後、不要ガス残分を炉に返送する構造を炉に付加することで、多くの焼却物から有用成分を回収できる。その方法は、例えば焼却室２に分解ガス取出口６０とガス燃焼室２０に分解ガス返し口６１を付し、取り出した分解ガスを凝縮器に通じて凝縮成分を分離する。
例えば、木材からは木酢、木タール成分、廃合成樹脂からはその分解生成物、油母頁岩やタールサンドからは石油類などを回収することが出来る。
油母頁岩、タールサンドは非従来型の石油資源と考えられ、その経済的な利用に成功すれば、その効果は莫大である。（ 非従来型残存埋蔵量／従来型残存埋蔵量≒１．７８（ＢＰ統計１９９６年）） 亜炭、泥炭埋蔵量も２．３７兆トン（ＢＰ統計１９９６年）と推定されており、これらの採掘現場近くに本願方法の燃焼設備を設置て発電・送電し、水の回収も行えば、環境への影響も最小に留められると考える。同様に、有用鉱石の熔融精錬にも適用できる事は、容易に類推される。

本発明の焼却熔融冷却方法の基礎データを得る為に、図４に示すバッチ式の実験炉（以下、実験炉と略す）を用いた。この実験炉で、通気充填層炉床の燃焼特性、熔融および有用成分の回収テストを行った。構造は、貯留、乾燥、焼却、灰化を一つの空間（以下、焼却ガス化部７０と略す）とし、また熔融、冷却、ガス燃焼を一つの空間（以下、ガス燃焼部７１と略す）とした。焼却ガス化部７０は、内容積２６立方メートルの水冷壁構造で、その床面積は３平方メートルである。ガス燃焼部７１は、内容積６立方メートルの耐火煉瓦壁構造でその床面積は２平方メートルである。
その炉床全面には、いずれも風化花崗岩の５〜２０ｍｍの粒子を３０センチメートル厚さに充填し、その層中にφ５ｍｍの噴出孔を多数開けた空気通気管φ５０ｍｍを埋め込み、炉床用空気ノズル３７（３６を兼用）とし、両部の炉床にそれぞれ通気できるようにしてある。この外、焼却ガス化部７０の壁の一部に横吹空気ノズル３８を設置して、横吹通気と炉床通気との差異なども検討した。また、ガス燃焼部には助燃バーナ４３を付け、スタート時の昇温と、炉温の調節機能および焼却灰の熔融作用を持たせている。
なお、図では省略しているが、排ガス処理装置に接続してあり、実験終了後は、商用の「木くず、紙くず、繊維くず」の焼却炉として現在も利用し、ダイオキシン類など各種の環境規制に合格している。

実験では、木造家屋の解体廃木材（湿分約３０重量％、低位発熱量４．１ｋＷｈ／ｋｇ（≒３５００ｋｃａｌ／ｋｇ乾燥物）（いずれも乾燥物基準の値、以下同じ）を用い、焼却ガス化部６０に投入・充填したところ約６ｔ貯留できた。次いで投入口を締めてから、ガス燃焼部７１の助燃バーナー４３を点火して炉内部を昇温して８００℃に達してから、炉床用空気ノズル３７と横吹空気ノズル３８から空気を炉内に吹込みつつ、焼却ガス化部７０の炉床面の焼却物に点火して焼却を始める方法で実験した。

その実験の結果、焼却速度（排ガス流量とガス組成から計算）は、空気吹き込み量にほぼ比例することが判り、しかも通気を止めれば途中でも消火可能であった。
この方法では、焼却速度の最大値は約１０００ｋｇ／ｈと推定され、安定した燃焼状態の焼却速度（正常値）は約６００ｋｇ／ｈであった。この値を焼却ガス化部７０の炉床面積当たり燃焼熱負荷（火格子の燃焼熱負荷に相当）に換算すると、燃焼熱負荷の最大値は１２０万ｋｃａｌ／平方メートルｈ（≒１．４ＭＷｈ／平方メートルｈ）、正常値は約６０万ｋｃａｌ／平方メートルｈ（≒０．７ＭＷｈ／平方メートルｈ）であり、大型炉火格子の燃焼熱負荷に匹敵する値であった。
なお、最大値を超える負荷にすると、生成した灰は焼却部においても溶融するが一様でなく、燃焼も不安定になる。しかし通常の火格子とは異なり、炉床の熔融は即トラブルとはならないので、非常に有利な方法である。正常値付近では、生成した灰は熔融寸前と思われる扁平状の白い灰が炉床全面に生成していた。バッチ操作のこの炉でもその到達温度は、混入していた釘の一部が溶融していたので、部分的には約１５００℃付近に上昇したと思われ、灼熱減量の少ないものであった。

種々の焼却物や固体燃料の焼却テストの結果、排ガスのＣＯ濃度などから判断し、良好な焼却燃焼条件を得るには、焼却物や燃料の特性に合わせて吹込み空気の位置とその量を調整する必要があることが判った。この事は、燃料特性を予め把握し対処すれば、同一の炉で幅広い多くの焼却物や燃料に適用できる方法であると言える。
例えば、実験炉のテストの結果から、燃焼用空気比ｍ（ｍ＝使用空気量／理論空気量）の他に、焼却ガス化部７０に吹込む空気量Ａ１と、ガス燃焼部７１に吹込む空気量Ａ２との空気割合Ａ（Ａ＝Ａ１／Ａ２）を、燃料の揮発分／固定炭素量の比によって変更することが好ましいことが判った。例えば、コークス、無煙炭のように固定炭素がほとんどを占め、固定炭素量が９０重量％（無灰成分基準）以上の場合には、空気割合Ａ≧０．９、即ち燃焼用空気の大部分は焼却ガス化部７０の炉床用空気ノズル３７を主体にする。
これに対し、固定炭素がほとんど無いプラスチック類の場合には空気割合Ａ≦０．２とし、ガス燃焼部７１側の炉床用空気ノズル３７を主体にして、ごく少量の空気を横吹空気ノズル３８から吹込むとよい。木材類は揮発分／固定炭素量≒０．５なので、ほぼ等量比の空気割合Ａ≒０．５の空気を通気すると良い事が判った。この様に本願の方法は、この様に幅広い焼却物や固体燃料に適応できる技術である。

焼却灰の熔融テストは、炉の冷却後に焼却ガス化部７０の焼却灰をスコップでガス燃焼部７１に移動して、次回の燃焼テストの際に行う方法とした。
実験では、ガス燃焼部７１の炉床に前回実験の焼却灰を置いておくと、熔融してひびの入った扁平状に熔融固化しており、このことから連続化しても十分熔融、冷却固化を続けられる方法であることが推定された。また、この扁平状の熔融固化物の底面は、炉床の耐火粒子の一部も熔融附着しており、本願の通気充填層の炉床は、熔融物容器として役立っている事が判った。

また、焼却ガス化部７０の炉壁は水冷方式としており、廃木材の実験後には、その冷却された壁面の全面にタール状物質が附着し、その床面にも溜まっていた。この冷却壁面に凝縮液採取トレー８１を付けたところ、このトレーには木酢臭のするタール状物質が溜まっていた。この事から燃焼中に発生するガスから、その中に含まれる成分を採取できることが判る。
なお、このトレー８１に液体廃棄物を流入すると、その気化・焼却ができた。

図１は、焼却熔融冷却方法の物質トータルフローを示す。 図２は、焼却熔融冷却方法の基本的な構造を示す断面図である。（実施例１） 図３の３−Ａは、図２のＡの横断面図である。 図３の３−Ｂは、図２のＢの横断面図である。 図３の３−Ｃは、図２のＣの横断面図である。 図４は、簡易バッチ炉（実験炉）の断面図である。（実施例２）

符号の説明

１ 貯留室
２ 焼却室（燃焼室）
３ 灰化室
４ 熔融室
５ 冷却室
６ 移動床
７ 粒子充填層
８ 充填層の表層（粒子層、又は粉末層）
９ 無限軌道構造
１０ 焼却物
１１ 液状焼却物
１２ 耐火粒子（焼却灰熔融固化物の整粒品）
１３ 粉末（焼却灰熔融物の粉，飛灰，助剤などの混合物）
１４ 熔融物
１５ 炉床排出物（焼却灰熔融物＋耐火粒子＋粉末）
１６ 炉床材料
２０ ガス燃焼室
２１ 高温ガス熱交換器
２２ 液状焼却物の挿入装置（滴下装置など）
２３ 輸送コンベヤー
２４ 投入装置（プッシャー，コンベヤーなど）
２５ 傾斜移動装置（傾斜プシャー，コンベヤーなど）
３０ 焼却室用フアンおよび噴出しノズル
３１ 灰化室用フアンおよび噴出しノズル
３２ 熔融室用フアンおよび噴出しノズル
３３ 冷却室用フアンおよび噴出しノズル
３４ 予圧用フアンおよび噴出しノズル
３５ ガス燃焼室フアンおよび噴出しノズル
３６ 粒子層通気用フアンおよび噴出しノズル
３７ 炉床用フアンおよび噴出しノズル
３８ 横吹用フアンおよび噴出しノズル
３９ 炉床用風箱
４０ 着火バーナー
４１ 灰化室バーナー
４２ 熔融室バーナー
４３ ガス燃焼室バーナー（助燃用バーナー）
５０ グリズリー（傾斜平行格子など）
５１ 大塊受け
５２ 粗砕クラッシャー
５３ 分級機、篩装置
６０ 分解ガス取出口
６１ 分解ガス返し口
７０ 焼却ガス化部
７１ ガス燃焼部
８０ 手動点火口
８１ 凝縮液採取トレー（液体焼却物の気化・焼却トレー）

Claims (2)

1. 台車方式、無限軌道方式、移動火格子方式、スクリュー方式のいずれかの移動方式の構造の移動床の上に設ける耐火粒子充填層に通気できる構造を有する移動可能な炉床に、３〜５０ｍｍに整粒した焼却灰溶融物又は無機質の耐火粒子を厚さ０．１〜２ｍに充填して通気し、この充填層の表層で可燃物を、貯留、乾燥、焼却、灰化、熔融、冷却固化および排出の全部を順次行い、充填層と可燃物の間に焼却灰、飛灰、岩石、鉱石、熔融助剤および有害物中和剤のいずれか複数からなる混合粉末を移動床の移動中に供給することを特徴とする焼却熔融冷却方法。
2. 焼却部の発生ガスを抜き出して有用成分を分離した後、不要残分を可燃物の焼却中に炉に返送することを特徴とする請求項１に記載する焼却熔融冷却方法。

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