JP4176570B2

JP4176570B2 - 廃棄物の処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP4176570B2
Application number: JP2003201082A
Authority: JP
Inventors: 正一久米
Original assignee: 東京環境エレックス株式会社
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: JP2005042954A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般廃棄物及び産業廃棄物等の処理すべき廃棄物を溶融炉内に投入する際の炉内圧力の変動を抑制することができる廃棄物の処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般廃棄物及び産業廃棄物等の処理すべき廃棄物を溶融処理する従来の溶融炉、例えば、炭化炉、ガス化溶融炉、ストーカ炉、ロータリーキルン炉、シャフト炉、コークスベッド式溶融炉は、投入ホッパーが単一であり、廃棄物を投入する場合には、図４に示すように、仕切弁がないオープン方式の投入ホッパー101から直接溶融炉102内に廃棄物を直接投入するか、または、特許文献１に記載されているように、投入ホッパー103内に配設した大ベル104（図５参照）と称される1個の仕切弁の開閉動作を通じて投入するのが一般的である。
【０００３】
そして、投入された廃棄物は、溶融炉内で高温溶融させて処理する際に水蒸気、熱分解ガス等のガスが生成し、生成したガスは、溶融炉の上部に設けたガス排出管を通じて炉外に排出される。
【０００４】
しかしながら、図４に示すようなオープン方式の投入ホッパーを有する溶融炉や、図５に示すように1個の仕切弁のみを有する溶融炉は、いずれも廃棄物を溶融炉内に投入する際、炉内圧力が炉外（外気）圧力よりも高くなることに起因して、溶融炉内で生成したメタン（ＣＨ_４）ガス、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）ガス、水素ガス等の可燃ガスを含む生成ガスの一部が炉外へ排出される場合が多く、かかる場合には、炉内圧力が変動する結果、安定した燃焼状態が保持できず、燃焼効率が低下を招き、加えて、生成ガス中の可燃ガスが炉外に排出されると大気中の酸素と反応して発熱し引火して火災や爆発するおそれもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３５１７４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、投入ホッパーと溶融炉の間に特定構造を有する多段仕切弁システムを配設することによって、一般廃棄物及び産業廃棄物等の処理すべき廃棄物を溶融炉内に投入する際の炉内圧力の変動を抑制することができる廃棄物の処理装置及び処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に従う廃棄物の処理装置は、廃棄物を投入するための投入口を有する投入ホッパーと、この投入ホッパーに投入された廃棄物を高温溶融させて無害化する溶融炉と、投入ホッパーと溶融炉の間に配設され、複数個の仕切弁及びこれらの仕切弁で仕切られた閉空間をもち、前記閉空間内に不活性ガスを吹き込むガス供給ノズルを配設した複数個のホッパー室を有する多段仕切弁システムとを具え、前記仕切弁で仕切られたホッパー室の閉空間内にガス供給ノズルを通じて不活性ガスを充填し、前記閉空間内の圧力を炉内圧力に対して98〜980Paだけ高く設定することにより、溶融炉内への廃棄物投入時の炉内圧力の変動を抑制することにある。
【０００８】
また、ホッパー室を仕切る複数個の仕切弁は、上側に位置する仕切弁が、気密構造を有するガスシール弁とこの直上に位置する耐荷重構造を有するカットゲート弁とで構成され、下側に位置する仕切弁が、気密構造及び耐荷重構造を兼ね備える耐荷重機能付きガスシール弁で構成されるか、ホッパー室を仕切る複数個の仕切弁は、上側及び下側に位置する仕切弁とも、気密構造を有するガスシール弁とこの直上に位置する耐荷重構造を有するカットゲート弁とで構成されるか、又は、上側及び下側に位置する仕切弁とも、ともに気密構造及び耐荷重構造を兼ね備える耐荷重機能付きガスシール弁で構成されることが好ましい。
【０００９】
さらに、ガスシール弁は、閉鎖位置と開放位置との間で回動可能に構成することが好ましく、加えて、前記ガス供給ノズルは、ガスシール弁の上面を清浄するため、前記開放位置から前記閉鎖位置までの回動範囲内で、ガスシール弁の上面に向かって不活性ガスの吹付けが可能なホッパー室の側壁位置に配設されることがより好適である。
【００１０】
また、この発明に従う廃棄物の処理方法は、廃棄物を投入するための投入口を有する投入ホッパーと、この投入ホッパーに投入された廃棄物を高温溶融させて無害化する溶融炉と、投入ホッパーと溶融炉の間に配設され、複数個の仕切弁及びこれらの仕切弁で仕切られた閉空間をもち、前記閉空間内に不活性ガスを吹き込むガス供給ノズルを配設した複数個のホッパー室を有する多段仕切弁システムとを具える廃棄物の処理装置の投入ホッパーの投入口から廃棄物を投入し、投入した廃棄物を、仕切弁の開閉動作によって多段仕切弁システムの複数のホッパーを順次通過させて溶融炉内に投入する際、各ホッパー室の閉空間内にガス供給ノズルを通じて不活性ガスを充填し、前記閉空間内の圧力を炉内圧力に対して98〜980Paだけ高く設定することにより、溶融炉内への廃棄物投入時の炉内圧力の変動を抑制することにある。
【００１１】
さらに、隣接配置された投入ホッパー室にて、上側に位置する投入ホッパーの閉空間内の圧力は、下側に位置する投入ホッパーの閉空間内に圧力と同等またはそれよりも高いことが好ましい。
【００１２】
加えて、ホッパー室及び／又は仕切弁に冷却構造を設けることがより好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明に従う廃棄物の処理装置の実施形態の一例を示す。
【００１４】
図1に示す廃棄物処理装置１は、投入ホッパー２、溶融炉３及び多段仕切弁システム４とで主に構成されている。
【００１５】
投入ホッパー２は、廃棄物を投入するための投入口2aを有し、貯留ホッパー（図示せず）に貯留される廃棄物は、スキップ（図示せず）等の搬送手段によって、投入ホッパーの上方位置まで搬送することによって、投入ホッパー２に投入される。
【００１６】
溶融炉３は、投入ホッパー２に投入された廃棄物を高温溶融させて無害化するための装置であり、炉側壁部に炉内で生成したガスを回収するガス回収管８を有する。
【００１７】
多段仕切弁システム４は、投入ホッパ２ーと溶融炉３の間に配設され、複数個の仕切弁5a〜5e及びこれらの仕切弁5a〜5eで仕切られた閉空間Ｓ１及びＳ２をもち、前記閉空間Ｓ１、Ｓ２内に不活性ガスを吹き込むガス供給ノズル6a及び6bを配設した複数個のホッパー室、図1では上下２個のホッパー室7a及び7bを有する。
【００１８】
上側ホッパー室7aを仕切る複数個の仕切弁5a〜5dは、上側及び下側に位置する仕切弁とも、気密構造を有するガスシール弁5b及び5dとこの直上に位置する耐荷重構造を有するカットゲート弁5a及び5cとで構成されている。
【００１９】
下側ホッパー室7bを仕切る複数個の仕切弁5c〜5e(図１では、仕切弁5c及び5dを上側ホッパー室7aを仕切る仕切弁とを兼ねる構成を示す。)は、上側に位置する仕切弁が、気密構造を有するガスシール弁5dとこの直上に位置する耐荷重構造を有するカットゲート弁5cとで構成され、下側に位置する仕切弁が、気密構造及び耐荷重構造を兼ね備える耐荷重機能付きガスシール弁5eで構成されている。
【００２０】
また、上側及び下側に位置する仕切弁の他の態様としては、上側及び下側に位置する仕切弁とも、ともに気密構造及び耐荷重構造を兼ね備える耐荷重機能付きガスシール弁で構成されていてもよい。
【００２１】
図2(a)は、図1に配設したガスシール弁5b又は5dを含む主要部を抜き出して開閉動作を拡大して示した拡大して示したものであり、図2(b)は、図2(a)に示すガスシール弁5b又は5dが閉鎖した状態を上方から眺めたときの平面図を示したものである。
【００２２】
ガスシール弁5b又は5dは、閉鎖位置（図2(a)の実線）と開放位置（図2(a)の破線）との間で回動可能に構成することが好ましく、例えば、図2(a)に示すように、閉鎖状態の場合には水平になり、開放状態の場合には閉鎖状態から90度回転して垂直になるように回動する構成にし、かかる回動は、例えば図1に示す油圧シリンダ9a及び9bを用いて行なえばよい。
【００２３】
耐荷重機能付きガスシール弁5eは、上述したガスシール弁5b,5dと同様に構成することができ、例えば、材質や構造の適正化を図ることによって耐荷重機能も具備することができる。具体的には、ガスシール弁5b,5dをゴム材料で構成し、耐荷重機能付きガスシール弁5eを鉄鋼材料等の金属材料で構成する場合や、耐荷重機能付きガスシール弁5eの厚みを、ガスシール弁5b,5dの厚みよりも厚くする場合等が挙げられる。
【００２４】
図3(a),(b)は、カットゲート弁5a又は5cを含む主要部を拡大して示したものであり、図3(a)が閉鎖状態の場合、図3(b)が開放状態の場合を示す。カットゲート弁5a又は5cは、一対のカットゲート部材10a又は10c及び10b又は10dを有し、カットゲート部材10a又は10c及び10b又は10dの先端同士を接触させてカットゲート弁5a又は5cを閉鎖（図3(a)の位置）することによって、投入された廃棄物が上方から落下してくるのを一時的に堰き止め、また、カットゲート部材10a又は10c及び10b又は10dの先端同士を離隔させてカットゲート弁5a又は5cを開放（図3(b)の位置）することによって、堰き止めた廃棄物を下方へ落下させるように構成することが好ましく、かかる動作は、例えば図1に示す油圧シリンダ11a又は11c及び11b又は11dを用いて行なえばよい。
【００２５】
さらに、前記ガス供給ノズル6a及び6bは、それぞれのガスシール弁5b及び5dの上面12を清浄するため、前記開放位置から前記閉鎖位置までの回動範囲内で、特に、図3(a)に示すように、ガスシール弁5b及び5dが開放状態から閉鎖状態へ戻る回動途中で、ガスシール弁5b及び5dの上面12に向かって不活性ガスの吹付けが可能なホッパー室7a及び7bの側壁位置に配設することが好ましく、これによって、ガスシール弁5b及び5dの上面12に廃棄物の一部が付着して残留していても、不活性ガスの吹き付けによって残留物を吹き飛ばして上面12を清浄することができ、これによって、ガスシール弁5b及び5dは常に完全な閉鎖状態を維持することができるからである。
【００２６】
加えて、耐荷重機能付きガスシール弁5eの上面を清浄する必要がある場合には、図１に示すように、ガスシール弁5eの上面12に向かって不活性ガスの吹付けが可能な位置に、ガス供給ノズル6cをさらに配設することも可能である。
【００２７】
そして、本発明の廃棄物の処理装置は、前記仕切弁で仕切られたホッパー室の閉空間内にガス供給ノズルを通じて例えば窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを充填し、前記閉空間内の圧力を炉内圧力に対して98〜980Paだけ高く設定することにより、溶融炉内への廃棄物投入時の炉内圧力の変動を抑制することができる。前記閉空間内の圧力と炉内圧力との差が98Pa（10mmＨ_２Ｏ）未満だと、圧力制御が難しくなるからであり、また、980Pa（100mmＨ_２Ｏ）よりも高くしてもそれ以上の向上効果は望めず、高価な不活性ガスを無駄に消費することになるからである。
【００２８】
尚、隣接するホッパー室間での圧力制御は、いずれのホッパー室においても、炉内圧力にに対して98〜980Paだけ高く設定されていれば、同一圧力に設定してもよいが、隣接配置された投入ホッパー室にて、上側に位置する投入ホッパーの閉空間内の圧力は、下側に位置する投入ホッパーの閉空間内に圧力よりも高いこと、好適には98〜490Paが好ましい。
【００２９】
加えて、ホッパー室及び／又は仕切弁に冷却構造を設けることがより好適である。冷却構造としては、例えば冷却水を循環させて冷却する水冷構造や、空気を循環させて冷却する空冷構造が挙げられる。
【００３０】
次に、この発明に従う廃棄物の処理方法を以下で説明する。
まず、廃棄物を投入ホッパー２の投入口2aから投入する。
【００３１】
次に、油圧シリンダ9aを作動させてガスシール弁5bを開放位置に向かって回動させた後、油圧シリンダ11a,11bを作動させてカットゲート弁5aを開放して、投入された廃棄物を上側ホッパー室7a内に落下させる。このとき、上側ホッパー室7a内には、ガス供給ノズル6aを通じて不活性ガス、例えば窒素ガスを充填し、炉内圧力に対して98〜980Paだけ高くなるように制御することによって、炉内で生成した熱分解ガスと大気中の酸素とが接触しないように遮断して、ガス爆発を防止する。
【００３２】
次いで、ガスシール弁5bとカットゲート弁5aを閉鎖した後、油圧シリンダ9bを作動させてガスシール弁5dを開放位置に向かって回動させ、その後、油圧シリンダ11c,11dを作動させてカットゲート弁5cを開放して、投入された廃棄物を下側ホッパー室7b内に落下させる。カットゲート弁5cとガスシール弁5dをともに閉鎖した後、油圧シリンダ9cを作動させて耐荷重機能付きガスシール弁5eを開放することによって、炉内ガスが炉外に漏れることなく、投入された廃棄物は溶融炉３内に投入される。
【００３３】
尚、ここまでは、溶融炉内への投入物が廃棄物のみである場合で説明したが、廃棄物と共に必要に応じて石灰石やコークスを所定の割合で投入することができる。
【００３４】
溶融炉内に投入された廃棄物、石灰石及びコークスは、徐々に降下し、これらの投入物が充填高さレベル13以降に達し、廃棄物と燃料コークスの充填層14での熱分解帯で可燃性ガスと可燃性物に熱分解され、可燃性物は燃焼帯15で燃焼する。高温の可燃性物燃焼残渣は、予め供給されたコークスと共に、さらに溶融帯16に降下する。炉底部17には上段羽口18、中段羽口19及び下段羽口20が設けられ、この空気供給羽口18〜20から供給された酸素富化空気により、コークスを高温燃焼させ、可燃性物燃焼残渣を完全に溶融し無害化する。溶融物は、予め供給された石灰石により塩基度を調整され、適度な流動性を保持しながらスラグ排出孔21から排出される。
【００３５】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。例えば、図1では、多段仕切弁システム４が上下２個のホッパー室7a及び7bを有する構成を示したが、この発明では、２個以上のホッパー室を有する構成であればよく、必要に応じてホッパー室の個数を増加することができる。また、本発明の廃棄物の処理装置を構成する溶融炉として、図1では、竪型のコークスベッド式還元ガス化溶融炉を示してあるが、これだけには限定されず、ストーカー炉や流動床炉などの300℃以上で廃棄物を処理する炉を適用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、投入ホッパーと溶融炉の間に特定構造を有する多段仕切弁システムを配設し、多段仕切弁システムを構成するホッパー室の閉空間内にガス供給ノズルを通じて不活性ガスを、前記閉空間内の圧力を炉内圧力に対して適正に高く設定することにより、溶融炉内への廃棄物投入時の炉内圧力の変動を抑制することができ、これによって、炉内の均一な燃焼状態が維持でき、燃焼効率を向上させることができ、加えて、生成ガス中の可燃ガスが炉外に排出されると大気中の酸素と接触することがないので、火災や爆発のおそれもなくなる。
【００３７】
また、ホッパー室内への不活性ガスの充填は、炉からの熱の放散を抑える冷却効果もあり、これによって、各仕切り弁のパッキン等のシール材の熱劣化が防止できる他、溶融炉に付属する各種精密機械の破損等も防止できる。
【００３８】
さらに、投入ホッパーと溶融炉の間に多段仕切弁システムを配設することによって、炉内で発生するＨ_２やＣＯ等の還元ガスが炉外に漏洩するのを防止でき、ガス回収管での還元ガスの回収効率が向上する。
【００３９】
加えて、ホッパー室と溶融炉内の間では、適正な圧力制御がなされているので、廃棄物の各ホッパー室への投入が容易となり、安定した操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従う代表的な廃棄物の処理装置の概略正面図である。
【図２】 (a)は、図1に配設したガスシール弁5b又は5dを含む主要部の拡大正面図であり、(b)は、(a)に示すガスシール弁5b又は5dが閉鎖した状態を上方から眺めたときの平面図である。
【図３】耐荷重機能付きガスシール5eを含む主要部の拡大正面図であり、図3(a)が閉鎖状態の場合、図3(b)が開放状態の場合を示す。
【図４】オープン方式の投入ホッパーを有する従来の溶融炉の概略正面図である。
【図５】 1個の仕切弁をもつ投入ホッパーを有する従来の溶融炉の概略正面図である。
【符号の説明】
１廃棄物処理装置
２投入ホッパー
３溶融炉
４多段仕切弁システム
5a〜5e 仕切弁
6a〜6c ガス供給ノズル
7a、7b ホッパー室
８ガス回収管
9a〜9c 油圧シリンダー
5a,5c カートゲート部材
5b,5d ガスシール弁
5e 耐荷重機能付きガスシール弁
11a〜11d 油圧シリンダ
12 ガスシール弁の上面
13 充填高さレベル
14 充填層
15 燃焼帯
16 溶融帯
17 炉底部
18 上段羽口
19 中段羽口
20 下段羽口
21 スラグ排出孔

Claims

廃棄物を投入するための投入口を有する投入ホッパーと、
この投入ホッパーに投入された廃棄物を高温溶融させて無害化する溶融炉と、
投入ホッパーと溶融炉の間に配設され、複数個の仕切弁及びこれらの仕切弁で仕切られた閉空間をもち、前記閉空間内に不活性ガスを吹き込むガス供給ノズルを配設した側壁をもつ複数個のホッパー室を有する多段仕切弁システムとを具え、
前記仕切弁で仕切られたホッパー室の閉空間内にガス供給ノズルを通じて不活性ガスを充填し、前記閉空間内の圧力を炉内圧力に対して98〜980Paだけ高く、かつ前記複数個の投入ホッパー室にて、上側に位置する投入ホッパーの閉空間内の圧力が、下側に位置する投入ホッパーの閉空間内の圧力と同等またはそれよりも高く設定することにより、溶融炉内への廃棄物投入時における、炉内で生成した生成ガスの炉外排出による炉内圧力の変動を抑制することを特徴とする廃棄物の処理装置。
ホッパー室を仕切る複数個の仕切弁は、上側に位置する仕切弁が、気密構造を有するガスシール弁とこの直上に位置する耐荷重構造を有するカットゲート弁とで構成され、下側に位置する仕切弁が、気密構造及び耐荷重構造を兼ね備える耐荷重機能付きガスシール弁で構成される請求項１記載の廃棄物の処理装置。
ホッパー室を仕切る複数個の仕切弁は、上側及び下側に位置する仕切弁とも、気密構造を有するガスシール弁とこの直上に位置する耐荷重構造を有するカットゲート弁とで構成される請求項１記載の廃棄物の処理装置。
ホッパー室を仕切る複数個の仕切弁は、上側及び下側に位置する仕切弁とも、ともに気密構造及び耐荷重構造を兼ね備える耐荷重機能付きガスシール弁で構成される請求項１記載の廃棄物の処理装置。
ガスシール弁は、閉鎖位置と開放位置との間で回動可能に構成する請求項２、３又は４記載の廃棄物の処理装置。
前記ガス供給ノズルは、ガスシール弁の上面を清浄するため、前記開放位置から前記閉鎖位置までの回動範囲内で、ガスシール弁の上面に向かって不活性ガスの吹付けが可能なホッパー室の側壁位置に配設される請求項５記載の廃棄物の処理装置。
廃棄物を投入するための投入口を有する投入ホッパーと、
この投入ホッパーに投入された廃棄物を高温溶融させて無害化する溶融炉と、
投入ホッパーと溶融炉の間に配設され、複数個の仕切弁及びこれらの仕切弁で仕切られた閉空間をもち、前記閉空間内に不活性ガスを吹き込むガス供給ノズルを配設した側壁をもつ複数個のホッパー室を有する多段仕切弁システムと、
を具える廃棄物の処理装置の投入ホッパーの投入口から廃棄物を投入し、投入した廃棄物を、仕切弁の開閉動作によって多段仕切弁システムの複数のホッパーを順次通過させて溶融炉内に投入する際、各ホッパー室の閉空間内にガス供給ノズルを通じて不活性ガスを充填し、前記閉空間内の圧力を炉内圧力に対して98〜980Paだけ高く、かつ前記複数個の投入ホッパー室にて、上側に位置する投入ホッパーの閉空間内の圧力が、下側に位置する投入ホッパーの閉空間内の圧力と同等またはそれよりも高く設定することにより、溶融炉内への廃棄物投入時における、炉内で生成した生成ガスの炉外排出による炉内圧力の変動を抑制することを特徴とする廃棄物の処理方法。
ホッパー室及び／又は仕切弁に冷却構造を設ける請求項７記載の廃棄物の処理方法。