JP4057401B2

JP4057401B2 - リサイクル炉及びその燃焼方法

Info

Publication number: JP4057401B2
Application number: JP2002327993A
Authority: JP
Inventors: 博文武田; 一浩二神; 真典竹本; 岳藤井; 令尚町井; 賢一中村; 辰雄久米
Original assignee: Miura Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: JP2004162971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、効率のよい乾留ガス化処理を実現するリサイクル炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物の処理法として、回収したプラスチック製品を熱分解して乾留ガスと灰化物を生成する各種の方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。なお、本明細書では、他の文献での記載振りに拘わらず、余剰酸素のない状態で対象物を熱分解させることを炭化処理と称し、炭化処理を実現する炉を炭化炉と称する。この用法に対応して、多少の余剰酸素を供給して対象物を熱分解させることを乾留処理と称し、乾留処理を実現する炉を乾留炉と称する。
【０００３】
そして、炭化炉からは熱分解ガスが発生し、炭化処理が完了すると炭化物が生成され、一方、乾留炉からは乾留ガスが発生し、乾留処理が完了すると灰化物が生成される。また、本明細書でリサイクル炉とは、炭化炉と乾留炉とを少なくとも含み、可燃ガスとは、熱分解ガスと乾留ガスとを少なくとも含んでいる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８２９３５号
【特許文献２】
特開２００１−２４１６３２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のリサイクル炉は、燃焼方法にやや問題があり、例えば、プラスチック材を処理した場合には、床面に垂れ落ちた溶融物が、リサイクル炉の運転終了後に固化したり、床面にエアーノズルを配置した場合にはエアーノズルを詰まらせるなど、その後のメンテナンスを困難にしていた。この点は、燃焼火炎から遠ざかる場所ほど顕著であり、残存する堆積量が強固に固まるので、燃焼室の狭さと相俟って除去することが困難であった。
【０００６】
そもそも、廃棄物たるプラスチック材は、必ずしもその全てを可燃ガスとして回収する必要はなく、その一部を燃焼させることによって、運転時間の短縮化や、リサイクル炉に装備したバーナの燃料の節約を図るのも好適である。
【０００７】
この発明は、このような着想に基づくものであり、残存する堆積物の問題を解消すると共に、運転時間の短縮化やリサイクル炉に装備したバーナの燃料の節約も可能なリサイクル炉を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係るリサイクル炉は、上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、前記燃焼室の底部にはその中央部に向けて下り勾配の傾斜面が備えられ、バーナによる燃焼火炎の噴出方向と並行する前記燃焼室の側面に、当該噴出方向と並行して延びるエアーノズルを配置し、前記エアーノズルの上部には遮蔽材が配置され、前記火格子からの落下物が前記エアーノズルと接触しないよう構成されており、前記エアーノズルに形成した噴出口から前記燃焼室の前記中央部に向けて燃焼用空気を噴出させるようにしている。
【０００９】
また、請求項４に係るリサイクル炉は、前記燃焼室の温度が一定となるように、前記バーナへの燃料供給量が調節される。
【００１０】
上記各発明では、燃焼室に発生する燃焼火炎によって輻射伝熱が実現されると共に、高温の燃焼排ガスによって処理対象物への対流伝熱が実現される。また、エアーノズルに形成した噴出口から燃焼火炎に向けて、燃焼用空気を噴出させると、床面への落下物についても処理することができ、運転終了後は灰化物（焼却灰）しか残らない。ここで、燃焼火炎を水平方向に噴出させるのが典型的であり、この場合には、エアーノズルは、燃焼火炎の噴出方向と並行して延設されると共に、好適には、水平方向よりやや下向きに燃焼用空気を噴出する。
【００１１】
前記エアーノズルは、好適には、燃焼火炎の噴出方向と直交する燃焼室の対向壁面に、それぞれ取り付けられている。このエアーノズルの上部には遮蔽材が配置され、前記火格子からの落下物が前記エアーノズルと接触しないよう構成されているのが更に好適である。
【００１２】
また、前記燃焼室の床面は、中央部が周辺部より低く設定され、燃焼火炎の噴出方向に延びる溝が形成されていると、火格子から落下物を確実に燃焼させることができる。この溝は、略Ｕ字状か反転略台形状であるのが典型的である。
【００１３】
本発明は、高分子化合物を処理対象とし、乾留ガスと灰化物（焼却灰）とを生成させるのが典型的である。ここで高分子化合物とは、典型的にはプラスチック材であり、好ましくは塩素分を含まないプラスチック材である。この高分子化合物には、何らかの金属成分を含有しているのが好適である。特定の限定された金属成分のみが含有されている場合が更に好適であり、一種類の金属成分のみが含有される場合が最適である。
【００１４】
本発明は、製造工場や加工工場などの同一施設から定常的に排出される特定の高分子化合物の処理に好適に適用されるが、同一施設から排出されるものに限らず、ほぼ正確に分別された高分子化合物の処理に適用するもの好適である。この場合、高分子化合物は同一種類のものに分別されるべきであるが、組成の共通性までは問わない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に係るリサイクル炉１に基づいて説明する。図１は、リサイクル炉１を用いたリサイクル装置ＥＱＵを示す概略図である。このリサイクル装置ＥＱＵは、乾留炉として機能するリサイクル炉１と、リサイクル炉１で生成された乾留ガスを燃焼させる混焼炉２と、混焼炉２から排出される燃焼排ガスにより蒸気を生成する排ガスボイラ３と、排ガスボイラ３への給水を予備加熱するエコノマイザ４とを中心的に備えている。なお、排ガスボイラ３に代えて、他の熱交換器（例えば温水器など）を設けてもよい。
【００１６】
リサイクル炉１は、この実施例では略円筒形に形成され、円盤状の火格子５を介して上下に区画されている。そして、火格子５の下部には、耐火材によって略直方形に形成された燃焼室１ａが設けられ、火格子５の上部には、廃棄物たるプラスチック材を収納する反応室１ｂが設けられている。なお、円盤状の火格子５には、多数の開口がほぼ均一に形成されてリサイクル炉１の上下を連通させている。
【００１７】
燃焼室１ａは、メンテナンス性の観点から、８０ｃｍ程度の高さに形成されており、水平方向の一方側には、ガス燃料と燃焼用空気の導入部６が設けられ、他方側に点検扉７が設けられている。この実施例の場合、導入部６には拡散型ガスバーナが配置されており、送風機８によって燃焼用空気が供給されると共に、制御弁Ｖ１を介してガス燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）が調整可能に供給されている。また、送風機８からの燃焼用空気の一部は、エアーノズルＮＺに供給されている。
【００１８】
一方、反応室１ｂには、処理対象物（プラスチック材）の投入時に開放される上部開閉扉１０と、反応室１ｂから発生する可燃ガスの導出部１１と、火格子５の上に残る灰化物（焼却灰）や金属成分を回収するための取出部１２とが設けられている。
【００１９】
図２（ａ）は、実施例の燃焼室１ａについて、点検扉７から導入部６の方向を見た概略図である。図示の通り、燃焼室１ａのほぼ中央には、ガス燃料の吐出口１３が配置されている。燃焼室１ａの側面には、ガス燃料の吐出方向と並行して延びる４本のエアーノズルＮＺと、火格子５から垂れ落ちる溶融物がエアーノズルＮＺに触れないように保護する遮蔽材ＣＶとが配置されている。なお、エアーノズルＮＺの高さ位置は、溶融物の最大の堆積高より高く設定されているので、エアーノズルＮＺが溶融物に埋まってしまうおそれはない。
【００２０】
燃焼室１ａの床面は、図２（ａ）に示すように、中央部に向けて下り勾配で傾斜しており、断面視で逆台形状に形成されている。そのため、火格子５から垂れ落ちた溶融物は、吐出口１３から噴出する燃焼火炎に近づくように集められ、輻射伝熱がより有効に実現される。
【００２１】
図２（ｂ）に現れるように、各エアーノズルＮＺには、多数の噴出口が形成されており、燃焼火炎に向かって水平方向よりやや下方に向けて燃焼用空気を噴出している。そのため、溶融したプラスチック材は、エアーノズルＮＺから噴出された燃焼用空気によって燃焼し、固着物として残らない。
【００２２】
エアーノズルＮＺからは、燃焼室１ａの床面に堆積する溶融物を燃焼させるに必要な空気量が噴出されているが、エアーノズルＮＺの上側には遮蔽材ＣＶが配置されている。したがって、火格子５から垂れ落ちる溶融物によってエアーノズルＮＺの噴出口が閉塞されるおそれはない。
【００２３】
以上説明したように、実施例の燃焼室１ａでは、エアーノズルＮＺから燃焼用空気を噴出しているので、燃焼室１ａの床面に垂れ落ちる溶融物を迅速に処理することができる。なお、このような構成を採らない場合には、特に、リサイクル炉１の運転終了時に生じる溶融物が、その後、床に固着してしまうことになる。
【００２４】
図１に示すように、燃焼室１ａの上部には温度センサＴＥ１が配置されており、その温度が所定値になるよう、制御弁Ｖ１によってガス燃料の供給量を調整している。本実施例では、燃焼用空気の供給量を一定にした状態で、ガス燃料の供給量を調整して、燃焼室１ａの温度を６００℃〜７００℃程度に管理している。なお、具体的な温度はプラスチック材の種類に応じて決定される。
【００２５】
何れにしても、ガス燃料の供給量は時間と共に変化するが、リサイクル炉１の運転開始時は、ガス燃料の供給が最大となる。その後、乾留ガス発生量の増加に合わせてガス燃料の供給を減らすことになる。このように、この実施例の燃焼室１ａでは、エアーノズルＮＺから噴出された燃焼用空気によって反応室１ｂに収納したプラスチック材の一部が燃料として機能するので、処理時間を短縮化できると共に、使用するガス燃料を節約することができる。
【００２６】
上記の構成の燃焼室１ａを区画する火格子５には、小径の開口がほぼ均一に多数形成され、これに対応して、拡散型ガスバーナの吐出圧は、充分高く設定されている。そのため、多数の開口から勢い良く噴出される熱風は、反応室１ｂの全体に均一に行き渡ることになりプラスチック材の乾留ガス化を有効に促進する。つまり、この実施例の場合、火格子５の開口が小径である分だけ圧損が生じるが、反応室１ｂに導入される熱風に対して整流作用を発揮することになる。なお、火格子５の開口が大きい場合には圧損が減少するものの、火炎の局部高温部などによって形成された特定の流路に、全ての熱風が偏流する可能性があり不適である。
【００２７】
以下、実施例に係るリサイクル炉１を用いたリサイクル装置ＥＱＵについても、参考のために説明しておく。図１に示すように、混焼炉２は、燃焼空間の一方側に拡散型ガスバーナ１４を備えて構成されている。拡散型ガスバーナ１４の構成は特に限定されないが、例えば、図３に示すように、二重管１５の内管１５ａにリサイクル炉１からの乾留ガスを導入する一方、二重管の外管１５ｂにはガス燃料を導入している。これらの両燃料は、外管１５ｂに延設される拡径部１６に向けて吐出され、拡径部１６の側面から導入される燃焼用空気と混合されて燃焼する。なお、拡径部１６の側面には、送風機１７によって燃焼用空気が供給されている。
【００２８】
先に説明したように、リサイクル炉１は乾留炉として機能するので、リサイクル炉１で生成された乾留ガスと、外管１５ｂに供給されているガス燃料とが混合状態で燃焼されることになる。具体的には、混焼炉２の排出部に配置された温度センサＴＥ２及び制御部ＣＴＬ２によって制御弁Ｖ２が制御されて、燃焼排ガスの温度が８００℃以上に管理されている。また、燃焼ガス（燃焼火炎及び燃焼完了ガス）の滞留時間が２秒以上となるように、混焼炉２の容積や燃焼用空気の供給量などが設定されている。
【００２９】
排ガスボイラ３は、混焼炉２の上部に連設して一体的に保持されている。排ガスボイラ３の構成は特に限定されないが、この実施例では、図４に示すような貫流ボイラを使用している。この貫流ボイラは、上部管寄せ１７Ａと下部管寄せ１７Ｂとの間に多数の垂直水管１８・・・１８を接続した構成であり、下部管寄せ１７Ｂに給水を行い、垂直水管１８を上昇する間に気水混合状態とし、これを上部管寄せ１７Ａから気水分離器１９に送り込み分離して蒸気を得るものである。
【００３０】
図４（ｂ）に示す通り、垂直水管１８は、円環状に配置された内側水管群１８Ａと外側水管群１８Ｂの二重構造になっている。そして、混焼炉２の排ガス出口から導入された燃焼排ガスは、内側水管群１８Ａの一方側に形成されたガス入口２０から内外の水管群１８Ａ，１８Ｂの隙間を流通し、外側水管群１８Ｂの他方側に形成されたガス出口２１から導出される。ガス出口２１から導出された燃焼排ガスは、エコノマイザ４で更に熱交換した後、誘引ファン２２によって煙突２３に導出されて大気に放出される。
【００３１】
続いて、実施例に係るリサイクル炉１を活用するリサイクル装置ＥＱＵの動作内容を説明する。ここでは、スナック菓子などで利用される、アルミウム箔の上下にプラスチック膜を積層してなるシート材等などの製造工場であって、一日に排出されるシート材の切れ端をバッチ的に処理する場合を説明する。
【００３２】
このような場合には、前日に排出されたシート材の廃棄物を反応室１ｂに投入した後、扉７，１０及び取出部１２を閉鎖した状態で、制御弁Ｖ１を開放して燃焼室１ａにガス燃料を導入し、送風機８によって燃焼用空気を供給しつつガス燃料に着火する。
【００３３】
すると、プラスチック材が乾留ガス化され水素やメタンなどの乾留ガスが生成される。リサイクル炉１で生成された乾留ガスは、混焼炉２に導入されて、別に導入されるガス燃料と混合されて燃焼される。このような動作の結果、反応室１ｂのプラスチック材は乾留処理されて灰化物（焼却灰）のみが残存することになる。また、プラスチック製フィルムに含まれるアルニミウムは、溶融することなくパサパサ状態のアルミ箔として残存する。
【００３４】
したがって、リサイクル炉１が冷えた状態で、アルミニウムを回収し、有価物として流通させることができる。また、灰化物（焼却灰）についてもセメント原料など有価物として流通させることが可能となる。また、燃焼室１ａの床面には灰化物（焼却灰）しか残っていないので、その後のメンテナンスも容易である。なお、以上の説明では、便宜上、リサイクル炉１が理想的な乾留炉として機能するものとして説明したが、リサイクル炉１を炭化炉として機能させることを何ら禁止するものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、残存する堆積物の問題を解消すると共に、運転時間の短縮化や燃料の節約も可能なリサイクル炉を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るリサイクル炉を使用するリサイクル装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のリサイクル炉の燃焼室を図示した概略図である。
【図３】拡散型ガスバーナの構成を示す概略図である。
【図４】排ガスボイラの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ａ燃焼室
１ｂ反応室
５火格子
ＮＺエアーノズル

Claims

上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、
前記燃焼室の底部にはその中央部に向けて下り勾配の傾斜面が備えられ、
バーナによる燃焼火炎の噴出方向と並行する前記燃焼室の側面に、当該噴出方向と並行して延びるエアーノズルを配置し、
前記エアーノズルの上部には遮蔽材が配置され、前記火格子からの落下物が前記エアーノズルと接触しないよう構成されており、
前記エアーノズルに形成した噴出口から前記燃焼室の前記中央部に向けて燃焼用空気を噴出させるようにしていることを特徴とするリサイクル炉。
前記エアーノズルは、前記燃焼火炎の噴出方向と直交する燃焼室の対向壁面それぞれに取り付けられている請求項1に記載のリサイクル炉。
高分子化合物を処理対象とし、乾留ガスと灰化物とを生成している請求項１又は２に記載のリサイクル炉。
請求項1〜３の何れかに記載のリサイクル炉であって、前記燃焼室の温度が一定となるように前記バーナへの燃料供給量が調節されることを特徴とするリサイクル炉。