JP4194970B2 - 流動床ガス化炉を用いた廃棄物処理システム - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ、産業廃棄物、医療廃棄物等の廃棄物を加熱して焼却処理やガス化処理する廃棄物処理システムに係り、特に、流動床炉を用いた廃棄物処理システムに関する。

都市ごみ、産業廃棄物、医療廃棄物等の廃棄物を回転炉、ストーカ炉、流動床炉等を用いて処理する技術は広く知られている。

回転炉、ストーカ炉、及び、流動床炉はそれぞれ独自の特徴を有するものであるが、流動床炉は、他の炉に比べて熱反応速度が大きく、従って廃棄物処理速度も大きくなるという利点を有する。しかし、このことは、供給される廃棄物の質や量の変動に従って、燃焼量、ガス発生量等が大きく変動しやすいといった、流動床炉の欠点ともなっている。例えば、医療廃棄物は段ボール箱などに入れられて廃棄されるようになっており、しかも感染防止のために、破砕せずに処理することが求められので、破砕をしないそのような医療廃棄物がそのまま流動床炉内に投入されると、炉内の可燃物の量が瞬間的に増え、それにより燃焼量やガス発生量が急激に増大してしまう虞がある。

流動床炉と旋回式熔融炉とを組み合わせたガス化熔融炉は、流動床炉において廃棄物の部分燃焼・ガス化を行い、流動床炉からのガス及びその他の可燃物を熔融炉において燃焼して高温を発生し、同ガスに同伴された灰分を溶融しスラグとして取り出すものであり、熔融炉を一定温度以上に保つ必要があるが、流動床炉は、前述のように、供給される廃棄物の量の変動に従ってガス発生量が敏感に変化するため、熔融炉での温度維持が難しく、このため、流動床炉に供給される廃棄物を、流動床炉に投入する前に破砕機にかけ、一定以下の大きさに破砕した後に定量的に投入することが必要とされている。
しかし、廃棄物中には金属、石などの雑多な物が混じっているので、破砕機のトラブルが多く、一旦破砕機のトラブルが発生し同破砕機を停止することになると、処理システム全体の運転を停止しなければならないことになる。また、都市ごみ等の廃棄物処理施設では１日あたり、少なくとも数十トンから数百トンの大量の廃棄物を処理する必要があり、そのように大量の廃棄物を破砕する破砕装置は、その設備に多大な費用がかかるばかりでなく、上記のようなトラブル等に関連する維持補修にも多大な費用がかかる。このため、これまで破砕機に関する研究開発が種々行われてきたが、有効な解決策は得られていない。
尚、この出願の発明に関連する先行技術情報としては、次のようなものがある。

特開平７−３３２６１４号

本発明は、上記のごとき問題点に鑑み、流動床炉における廃棄物の安定燃焼若しくはガス化のためには、当該流動床炉に供給する廃棄物を予め破砕装置により破砕する必要があるとする、これまでの常識を覆し、破砕装置によるそのような前処理を必要とせず、しかも、流動床炉内での熱反応を安定したものとすることができる廃棄物処理システムを提供することを目的としている。

すなわち、本発明は、
流動床ガス化炉と、
該流動床ガス化炉に廃棄物を供給する供給システムと、
該流動床ガス化炉のガス排出口に接続された溶融炉と、
を有し、
流動床ガス化炉は、
廃棄物のガス化に伴って該流動床ガス化炉内に残る不燃物を、該流動床ガス化炉の外部に抜き出すため廃棄物抜出管と、該廃棄物抜出管から分岐し、該流動床ガス化炉の側壁に形成された開口に連通され、該廃棄物抜出管において廃棄物から分離された流動媒体を、該流動床ガス化炉の側壁の該開口を通して直接該ガス化炉内の流動床に戻す流動媒体戻し管と、を有し、
該供給システムは、
上記流動床ガス化炉に廃棄物を供給するために該流動床ガス化炉の側壁に接続された廃棄物均一化供給室と、該廃棄物均一化供給室に接続され、該廃棄物均一化供給室を外気から遮断すると共に、廃棄物を該廃棄物均一化供給室内へ供給するための廃棄物供給路とを有し、上記廃棄物均一化供給室内の廃棄物を、上記ガス化炉からの輻射熱で加熱して、当該廃棄物のゆるやかな乾燥・熱分解をするようになし、上記廃棄物均一化供給室は、その底部にストーカを有し、受け入れた廃棄物の上記流動床ガス化炉内への供給が均一化されるよう、受け入れた廃棄物を徐々に上記流動床ガス化炉に排出するようになされている、
ことを特徴とする流動床ガス化炉を用いた廃棄物処理システムを提供する。

この廃棄物処理システムでは、廃棄物は流動床ガス化炉に供給される前に、廃棄物均一化供給室に供給され、該室を通して乾燥されて流動床炉内へ徐々に排出され、それにより、該廃棄物は流動床ガス化炉内で安定して燃焼され、ガス発生を安定したものとすることができる。

具体的には、廃棄物均一化供給室の底面にストーカを設ける。

より具体的には、当該廃棄物処理システムから排出される燃焼排ガスを、上記ストーカを通して上記廃棄物均一化供給室内に供給し、廃棄物を加熱するようにすることができる。

また、上記廃棄物均一化供給室には、受け入れた廃棄物を上記流動床炉に供給するために、該廃棄物を該流動床炉へ向けて押出すためのプッシャーを設けることもできる。

本発明にかかる廃棄物処理システムでは、従来の装置において必要とされていた廃棄物の前処理（破砕）をすることなく、当該廃棄物を安定的に熱処理することができる。また、本発明にかかる廃棄物処理システムでは、廃棄物を流動床炉に供給する前に、廃棄物均一化供給室内で廃棄物が均等分散化されたり、熱を受けたりすることにより、廃棄物のゆるやかな乾燥・熱分解が行われるので、同廃棄物が投入された流動床炉ではガス発生量は安定したものとなり、炉内圧も安定することになる。特に、廃棄物を流動床炉内に直接投入する場合には、投入した時点において、先ず、主に水分蒸発を原因とする大量のガス発生が生じ、炉内圧も大きく変動するが、本発明にかかる廃棄物処理システムでは、廃棄物が、流動床炉内への投入前に上記の通りの処理が行われるので、従来装置における、そのような問題を回避することができる。

以下、本発明に係る実施の形態を、添付図面に基づき説明する。本発明は基本的には流動床炉をガス化炉として用いた廃棄物処理システムに関するものであるが、流動床炉を燃焼路として用いた廃棄物処理システムにも適用可能であり、以下においては、そのような廃棄物処理システムについても説明する。
図１は、流動床炉１０を焼却炉として用いた本発明に係る廃棄物処理システム２０の要部を示している。
すなわち、この廃棄物処理システム２０は、前述のように、流動床炉１０と、該流動床炉に廃棄物を供給するために該流動床炉に接続された廃棄物均一化供給室１２と、該廃棄物均一化供給室に接続され、該廃棄物均一化供給室を外気から遮断すると共に、廃棄物を該廃棄物均一化供給室内へ供給するための廃棄物供給路１４とを備える。

廃棄物均一化供給室１２は、廃棄物供給路１４から受け入れた廃棄物を流動床炉１０内へ均一化して供給するためのものであり、本実施形態においては流動床炉１０の側面に設定した回転炉１６により、該廃棄物均一化供給室を形成している。該回転炉は、その一端において廃棄物供給路１４から廃棄物を受入れ、回転しながら、該廃棄物を流動床炉１０に向けて移送し、流動床炉１０内に徐々に供給するようになっている。図示の例では、回転炉１６の左端部分にプッシャー１８が取り付けられており、水平方向で往復動することにより、回転炉１６内に供給された廃棄物を流動床炉１０に向けて次第に押出すようにしている。また、該回転炉１６は、廃棄物を流動床炉１０へ向けて移送しやすくするために、適当な傾斜をつけることが好ましい。

回転炉１６内で移送される廃棄物は、流動床炉１０からの輻射熱、熱風等により、乾燥、熱分解等を受けて、回転炉内に投入されたときには塊となっていたものでも次第にばらけ、流動床炉１０に近傍では全体として均一に分散した状態となり、該流動床炉内に均一化されて排出されるようになっている。

図示の実施形態においては、廃棄物供給路１４は、ホッパー１４−１と、該ホッパー１４−１から回転炉１６まで延びているダクト１４−２と、該ダクトの途中に設けられた２つの開閉扉１４−３、１４−４とを備えており、廃棄物ピット(図示せず)からクレーンＣで搬送された廃棄物をホッパー１４−１で受け入れ、開閉扉１４−３、１４−４を交互に開閉することにより、回転炉１６を外気から遮断しながら、廃棄物を同回転炉内に供給するようになっている。
流動床炉１０は、一般的な形式のものであり、流動層（流動媒体）１０−１、散気板１０−２、流動化ガス導入口１０−３、不燃物抜出管１０−４、流動媒体戻し管１０−５等を備えている。

この廃棄物処理システム２０においては、廃棄物ピットに集積された廃棄物は、破砕機による破砕を行わなくとも、回転炉１６内において、該回転炉の回転、及び、流動床炉からの加熱をうけることにより、流動床炉近くではほぼ均一に分散された状態となって同流動床炉内へ排出されるので、流動床炉への均一な供給が可能となる。この実施形態では、廃棄物均一化供給室１２として回転炉１６を用いているが、該回転炉は、回転するドラム部分と、静止フレーム部分を有するため、両部分間から外気が入る可能性がある。このため、この実施形態に係る廃棄物処理システム２０は、ガス化炉としてよりも、焼却炉として用いることが適している。

図２は、本発明に係る廃棄物処理システムの第２の実施形態の要部を示している。
すなわち、この廃棄物処理システム３０は、第１の実施形態に係る廃棄物処理システム２０と同様に、流動床炉１０と、該流動床炉に廃棄物を供給するために該流動床炉に接続された廃棄物均一化供給室１２と、該廃棄物均一化供給室に接続され、該廃棄物均一化供給室を外気から遮断すると共に、廃棄物を該廃棄物均一化供給室内へ供給するための廃棄物供給路１４とを備えるものであるが、上記第１の実施形態のものとは異なり、廃棄物均一化供給室として回転炉を用いるのではなく、その底面に複数の火格子３２からなるストーカ３４を設けている。

この廃棄物処理システムで３０は、廃棄物均一化供給室１２内に供給された廃棄物は、流動床炉からの熱風、輻射熱等による加熱、そして、火格子３２の斜め押上げ作用による反転、攪拌、解きほぐし等を受けながら、流動床炉１０に向けて移送され、流動床炉の近くでは、全体的に均一に分散された状態となって、流動床炉内へほぼ均一な状態で供給されるようになっている。図示はしないが、この実施形態でも、当該廃棄物処理システムからの燃焼排ガスをストーカ下部より廃棄物均一化供給室１２へ供給し、廃棄物の加熱を行うようにすることが出来る。

この廃棄物処理システム３０は、回転炉を用いた第１の実施形態に係るものとは異なり、廃棄物均一化供給室への外気の侵入を実質的に阻止することができるので、ガス化炉としても適切に使用することができる。

図３は、本発明にかかる廃棄物処理システムの第３の実施形態を概要を示している。
すなわち、この廃棄物処理システム４０は、いわゆるガス化溶融システムであり、流動床炉４２をガス化炉とし、該ガス化炉としての流動床炉のガス排気口４２−１に接続された旋回式熔融炉４４を備え、流動床炉４２から排出されるガス及びその他の可燃物を該旋回式熔融炉４４内で燃焼し、高温を発生してガスに同伴される灰分を溶融しスラグとしてとりだすようになっている。流動床炉をガス化炉として用いるこの廃棄物処理システム４０では、従って、第２の実施形態に係るものと同様に、廃棄物均一化供給室４６の底部に複数の火格子４８からなるストーカ５０が設けられ、該廃棄物均一化供給室４６内に供給された廃棄物は、火格子４８の斜め押上げ作用により、全体的に均一に分散された状態となって流動床炉４２内へ供給されるようになっている。

従って、ガス化溶融装置としてのこの廃棄物処理装置４０では、金属や石などを含む廃棄物を破砕しなくとも、ガス化炉での安定したガス発生が可能となり、従ってまた、旋回式熔融炉４４内での安定した高温維持が可能となる。このことは、ガス化炉でのガス発生量が不安定な場合、旋回熔融炉の温度を一定以上の高温に維持するために大量に必要となる石油などの補助燃料を最小限とすることにもなる。また、金属や石などの不燃物は、流動床内でクリーニングされ、清浄な状態で回収し有効利用することができる。特に、金属は未酸化の状態で有価物として回収することができる。
尚、この廃棄物処理システム４０は、その他の主要な構成要素として、廃熱ボイラ５２、第１及び第２集塵器５４、５６、触媒塔５８等を備え、燃焼排ガスは煙突６０から排出されるようになっている。

図４（ａ）は従来のガス化熔融炉において廃棄物を前処理（破砕）しないで供給した場合の燃焼排ガス（旋回式熔融炉から排出された後のガス）中のＯ₂濃度とＣＯ濃度の測定値を示す図であり、図４（ｂ）は図３に示すガス化熔融炉における燃焼排ガス（旋回式熔融炉から排出された後のガス）中のＯ₂濃度とＣＯ濃度の測定値を示す図であり、図３のガス化熔融炉が従来よりも安定したガス化・燃焼を行っていることが分かる。

本発明に係る廃棄物処理システムの要部を示す断面側面図である。 本発明に係る廃棄物処理システムの第２の実施形態の要部を示す断面側面図である。 本発明に係る廃棄物処理システムの第３の実施形態の要部を示す断面側面図である。 図４（ａ）は、従来のガス化溶融装置における旋回式熔融炉から排出される燃焼排ガスのＯ_２濃度とＣＯ濃度の測定値を示す図である。 図４（ｂ）は、図３に示した本発明に係るガス化溶融装置における旋回式熔融炉から排出される燃焼排ガスのＯ_２濃度とＣＯ濃度の測定値を示す図である。

符号の説明

１０： 流動床炉
１０−１： 流動媒体
１０−２： 散気板
１０−３： 流動化ガス入口
１０−４： 不燃物抜取管
１２： 廃棄物均一化供給室
１４： 廃棄物供給路
１４−１： ホッパー
１４−２： ダクト
１４−３： 開閉扉
１４−４： 開閉扉
１６： 回転炉
１８： プッシャー
２０： 廃棄物処理システム
３０： 廃棄物処理システム
３２： 火格子
３４： ストーカ
４０： 廃棄物処理システム
４２： 流動床炉
４２−１： ガス排出口
４４： 旋回式熔融炉
４８： 火格子
５０： ストーカ
５２： 廃熱ボイラ
５４： 第１集塵器
５６： 第２集塵器
５８： 触媒塔
６０： 煙突６０

Claims (3)

1. 流動床ガス化炉と、
   該流動床ガス化炉に廃棄物を供給する供給システムと、
   該流動床ガス化炉のガス排出口に接続された溶融炉と、
   を有し、
   流動床ガス化炉は、
   廃棄物のガス化に伴って該流動床ガス化炉内に残る不燃物を、該流動床ガス化炉の外部に抜き出すため廃棄物抜出管と、該廃棄物抜出管から分岐し、該流動床ガス化炉の側壁に形成された開口に連通され、該廃棄物抜出管において廃棄物から分離された流動媒体を、該流動床ガス化炉の側壁の該開口を通して直接該ガス化炉内の流動床に戻す流動媒体戻し管と、を有し、
   該供給システムは、
   上記流動床ガス化炉に廃棄物を供給するために該流動床ガス化炉の側壁に接続された廃棄物均一化供給室と、該廃棄物均一化供給室に接続され、該廃棄物均一化供給室を外気から遮断すると共に、廃棄物を該廃棄物均一化供給室内へ供給するための廃棄物供給路とを有し、上記廃棄物均一化供給室内の廃棄物を、上記ガス化炉からの輻射熱で加熱して、当該廃棄物のゆるやかな乾燥・熱分解をするようになし、上記廃棄物均一化供給室は、その底部にストーカを有し、受け入れた廃棄物の上記流動床ガス化炉内への供給が均一化されるよう、受け入れた廃棄物を徐々に上記流動床ガス化炉に排出するようになされている、
   ことを特徴とする流動床ガス化炉を用いた廃棄物処理システム。
2. 上記廃棄物均一化供給室内での廃棄物の加熱のために、当該廃棄物処理システムから排出される燃焼排ガスを、上記ストーカを通して上記廃棄物均一化供給室内へ供給するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の流動床ガス化炉を用いた廃棄物処理システム。
3. 上記廃棄物均一化供給室が、受け入れた廃棄物を上記流動床ガス化炉に供給するために、該廃棄物を該流動床ガス化炉へ向けて押出すためのプッシャーを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の流動床ガス化炉を用いた廃棄物処理システム。

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