JP4256292B2

JP4256292B2 - 流動層式ガス化炉の操業方法及び流動層式ガス化炉

Info

Publication number: JP4256292B2
Application number: JP2004098192A
Authority: JP
Inventors: 良次宮林; 久次能登; 彰二矢部
Original assignee: 日鉱環境株式会社
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005282960A

Description

本発明は、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、家電シュレッダーダストのような産業廃棄物の溶融処理施設における流動層式ガス化炉の操業方法、流動層式ガス化炉に関し、特にクリンカの生成を防止できる操業方法、流動層式ガス化炉に関する。

近年、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、家電シュレッダーダストのような、鉛、亜鉛、銅といった金属、塩素源となる塩化ビニルが混入している産業廃棄物を溶融処理する設備として、流動層式ガス化炉を備えた産業廃棄物の溶融処理施設がある（特許文献１）。

特許文献１における流動層式ガス化炉は、産業廃棄物中の有価金属の回収を目的としたものであり、図１に概略構成を示した溶融処理施設に産業廃棄物を投入し、処理を行っている。この溶融処理施設の主要な設備について大まかな処理工程を説明すると以下の如くである。

図１の概略構成図に示すように、銅滓Ａ１を第１の貯蔵所１に貯蔵し、金属を含む産業廃棄物Ａ２等を別の第２の貯蔵所２に貯蔵する。
第１の貯蔵所１から銅滓Ａ１等を破砕機（図示せず）に掛けて細かく粉砕し、粉砕した産業廃棄物Ａ２等と同時に供給コンベア３によりに供給フィーダー４に投入し、供給フィーダー４から一定量を流動層式ガス化炉１１に投入する。
ここで、産業廃棄物Ａ２には、自動車、家庭電化製品等をシュレッダーで処理した有価金属とプラスチックを含むシュレッダーダスト、家庭用と工業用の廃プラスチックが含まれる。

流動層式ガス化炉１１では、図１に示すように、投入された産業廃棄物Ａ２と銅滓等Ａ１が、流動床１２から押し込まれる空気Ｃによりガス化炉１１内で流動層を形成して循環している。流動層式ガス化炉１１内では、産業廃棄物Ａ２中の廃プラスチックの燃焼を防止しつつ、廃プラスチックを熱分解しガス化する。その後、ガス化炉１１内で生成された熱分解ガスＥ等が溶融炉２１に直接移送される。

ここで、流動層式ガス化炉１１の構造について説明すると、炉底部の上方に位置する熱媒体投入口から熱媒体となる砂を投入し、炉底部に設けた空気吹出孔から空気を吹出して流動床を形成している。熱媒体としての砂は、炉底部の上方から投入された廃棄物中の不燃物と共に、前記炉底部から下方に延びる排出シュート１３を通じて炉内から排出していた。一旦排出された砂は、循環通路を通じて再び炉底部の上方から炉内へ投入される。

特開平１１−３０２７４８号公報

特許文献１の流動層式ガス化炉１１では、前記のように熱媒体としての砂と不燃物とを排出シュート１３を通じて排出しているが、排出シュート１３内にクリンカが付着することがあった。排出シュート１３内にクリンカが付着し、排出シュート１３が閉塞されると、当然、砂を排出、循環させることができず問題であった。このようなクリンカの問題を解消すべく、従来、排出シュートの入口付近から不活性ガス（例えば蒸気等）を投入して未燃ガスの燃焼によるクリンカの生成を抑える試みがなされているが、完全にはクリンカの問題を解消するには至っていなかった。

そこで、本発明は、排出シュート内におけるクリンカの生成、付着を防止することを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明は、流動床の上部から投入した砂を前記流動床の下部に位置する排出シュートから排出する際に、炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内で、前記排出シュート内を流通する前記砂の排出速度を単位面積当りの排出速度で管理して、クリンカの生成を防止することを特徴とする流動層式ガス化炉の操業方法である。

排出シュート内におけるクリンカの生成、付着は、排出シュート内の流れが遅い等、排出シュート内部の状態が静止状態に近いほど生じやすいと考えられる。このため、排出シュート内におけるクリンカの生成、付着の問題を解消するためには、排出シュート内に流動性を持たせることが有効である。排出シュート内に流動性を持たせるためには、例えば、排出シュート内の砂の排出速度を速めたり、蒸気投入量を増したりするなどの措置が考えられる。
しかし、その一方で、排出シュート内の砂の排出速度を速めたり、蒸気投入量を増したりすると、炉内温度を低下させ、可燃物処理量の低下を招きかねない。
そこで、本発明は、炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内で、排出シュート内を流通する前記砂の排出速度を単位面積当りの排出速度で管理することとした。これにより、可燃物処理量の低下を招くような炉内温度の低下を回避しつつ、クリンカの生成、付着を防止できる排出シュート内の流動性を確保することができる。

ここで、前記炉内燃焼維持温度とは、投入させる廃棄物を効率よく燃焼できるための炉内温度を意味し、これは、焼却炉のタイプ、温度測定場所によっても異なるもので、実機毎に設定されるものである。
本発明において、「炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内」としたのは、単位面積当りの砂の排出速度を一定の範囲内に収めようとする場合、排出シュートの面積を小さくする措置によっても対応できるし、砂の排出速度を高める措置によっても対応できることを考慮したものである。砂の排出速度を高めてしまうと、単位面積当りの砂の排出速度が目標とする一定の範囲内に収まっているにも拘らず、排出される砂の総量は増し、前記のように炉内温度の低下、ひいては可燃物処理量の低下を招くことになる。そこで、このような事態を排除すべく、本発明では、「炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内」であることを要件とした。

このような本発明において、砂の排出速度につき、前記単位面積当りの排出速度を３０００〜４７００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２とすることが好ましい。砂の単位面積当りの排出速度をこのような数値範囲にすることにより、排出シュートにおけるクリンカの生成、付着を有効に防止できる。

また、本発明の他の発明は、流動床の上部から投入した砂を前記流動床の下部に位置する排出シュートから排出する際に、炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内で、前記排出シュート内を流通する前記砂の排出速度を単位面積当りの排出速度で管理すると共に、前記排出シュート内に蒸気を噴射してクリンカの生成を防止することを特徴とする流動層式ガス化炉の操業方法である。

これは、前記のように排出シュート内を流通する前記砂の排出速度を単位面積当りの排出速度で管理して、排出シュート内にクリンカが生成しないように流動性を付与することに加え、前記排出シュート内に蒸気を噴射して排出シュート内の流動性をさらに高めようとするものである。この場合、前記排出シュート内に噴射する蒸気の量は、炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内で、単位面積当り７００〜１５００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２とすることが好ましい。
すなわち、蒸気の量についても、排出シュートの断面積に対する単位面積当りの量で管理することができる。

ここで、「炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内」としたのは、前記砂の排出速度を単位面積当りの排出速度で管理しようとしたときと同様の理由によるものである。
また、砂の排出速度につき、前記単位面積当りの排出速度を３０００〜４７００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２とすることが好ましい点についても、前記と同様である。

以上のように、前記排出シュート内に蒸気を噴射する場合には、前記蒸気は前記排出シュートの上側と下側から噴射するようにすることが望ましい。このようにすれば、排出シュート内の流動性をより高めることができ、クリンカの生成、付着防止となる。

また、本発明の他の発明は、流動層式ガス化炉の発明であり、炉底部に設けた空気吹出孔と、前記炉底部の上方に位置する廃棄物の投入口及び熱媒体（砂）の投入口と、前記炉底部から下方に延びる排出シュートと、当該排出シュートを含む熱媒体循環通路と、当該熱媒体循環通路を循環する熱媒体とを備え、前記排出シュートの少なくとも上部と下部に蒸気投入手段を有することを特徴とする流動層式ガス化炉である。このような流動層式ガス化炉を用いれば、本発明の操業方法の発明を実施することができる。
なお、前記熱媒体については、従来の流動層式ガス化炉に一般的に用いられる熱媒体、例えば、砂を用いることができる。

本発明によれば、廃棄物の燃焼を妨げるような炉内温度の低下を生じることなく、排出シュート内の流動性を高めることができ、排出シュート内におけるクリンカの生成、付着を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図２は、本発明の流動層式ガス化炉１４の縦断面図であり、図３は、排出シュート１５ａ、１５ｂ部分の横断面図である。流動層式ガス化炉１４は、炉底部１６に設けた空気吹出孔１７と、炉底部１６の上方に位置する廃棄物１８の投入口１９及び熱媒体である砂２０の投入口２１、さらに、炉底部１６から下方に延びる排出シュート１５ａ、１５ｂを備えている。投入口２１から投入された砂２０が空気吹出し孔１７から吹出す空気によって吹き上げられて、流動床２４が形成されている。炉頂からは、熱分解ガスＥやチャー、ダスト等が排出され、溶融炉に搬送されるようになっている。
また、流動層式ガス化炉１４は、排出シュート１５ａ、１５ｂと図示しない管材によって熱媒体（砂）循環通路が形成されている。排出シュート１５ａ、１５ｂは、それぞれ上部の蒸気投入口２２と、下部の蒸気投入口２３を備えている。
さらに、流動層式ガス化炉１４は、流動床２４付近に温度計２５、排出シュート１５ａ、１５ｂの上部に温度計２６、排出シュート１５ａ、１５ｂの下部に温度計２７が取り付けてある。

図４は、従来用いていた流動層式ガス化炉の排出シュート部分の横断面図である。この図４に示すように、従来は、４本の排出シュート１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから、砂２０、廃棄物１８中の不燃物を排出していた。本発明の流動層式ガス化炉１４は前記のように構成されるが、従来用いていた４本の排出シュートのうち対向する位置にある排出シュート１５ｃ、１５ｄを塞ぐことによって準備した。
本発明の流動層式ガス化炉１４では、対向する位置にある排出シュート１５ａ、１５ｂの下側に１本の排出コンベア２８が取り付けられているおり、排出シュート１５ａ、１５ｂから排出された砂２０、不燃物は排出コンベア２８によって搬送される。

以上のように構成される流動層式ガス化炉１４中を循環する砂２０の成分は、Ｃｕが１〜５％、ＳｉＯ_２が３０〜４０％、ＣａＯが１０〜２０％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０〜２０％、Ｎａが１〜５％、Ｆｅが５〜１０％の割合で含まれている。
また、流動層式ガス化炉１４が処理する廃棄物１８中の組成の一例を示すと、Ｃｕが１．５％、Ｚｎが１．０％、Ｐｂが０．３％、ＳｉＯ２が１２．５％、Ａｌが１０．０％、Ｆｅが４．９％、その他プラスチック等が６９．８％であった。

以上のように構成される流動層式ガス化炉１４の大まかな操業条件を従来の流動層式ガス化炉の操業条件と比較して示すと以下の表１のとおりである。

本発明では、図４に示す排出シュートが４本の状態から排出シュート１５ｃ、１５ｄを塞ぐことによって、排出面積、すなわち排出シュート１５ａ、１５ｂを合わせた面積を１．２８ｍ^２から０．６４ｍ^２に減少させた。これにより、排出面積当りの砂排出速度を、３０００〜４７００ｋｇ／ｈｒ・ｍ ^２の範囲に制御した。
また、上部の蒸気投入口２２と、下部の蒸気投入口２３から投入する蒸気量を７００〜１５００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２に制御した。

また、本実施例において、操業方法の要件のひとつとなっている「炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内」については、排出シュート上部に取り付けた温度計２６による測定で、５５０〜６００℃の温度範囲に設定した。なお、温度計２５を取り付けた近傍の温度は６００℃近辺、温度計２７を取り付けた近傍の温度は５００℃近辺である。
この程度の温度範囲となっていれば、流動層式ガス化炉１４の可燃物処理量を低下させることはない（表１参照）。

以上のような条件で流動層式ガス化炉１４を運転することによって、排出シュート１５ａ、１５ｂにおけるクリンカの発生、付着を防止することができている。表１に示すように、従来の操業条件では、排出シュート内にクリンカが付着するため、連続運転時間は、３００時間が限度であった。一方、本実施例の操業条件の下で運転した場合、１２００時間以上の連続運転を続けているが、クリンカの生成や付着に関するトラブルは発生していないことが確認されている。
前記の操業条件で排出面積当りの砂排出速度は、３１２５〜４６８７ｋｇ／ｈｒ・ｍ ^２であったことから、排出面積当りの砂排出速度が３０００〜４７００ｋｇ／ｈｒ・ｍ ^２程度あれば、クリンカの発生、防止に有効であると考えられる。同様に、前記の操業条件で排出面積当りの蒸気投入量は、７０３〜１４０６ｋｇ／ｈｒ・ｍ ^２であったことから、排出面積当りの蒸気投入量が７００〜１５００ｋｇ／ｈｒ・ｍ ^２程度であれば、クリンカの発生、防止に有効であると考えられる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

流動層式ガス化炉を含む溶融処理施設の概略構成図である。本発明の流動層式ガス化炉の縦断面図である。図２に示す流動層式ガス化炉の排出シュート部における横断面図である。排出シュートを４本備えた従来の流動層式ガス化炉の排出シュート部における横断面図である。

符号の説明

１、２貯蔵所
３供給コンベア
４供給フィーダー
１１流動層式ガス化炉
１２、２４流動床
１３、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ排出シュート
１６炉底部
１７空気吹出し孔
１８廃棄物
１９廃棄物投入口
２０砂
２１砂投入口
２２、２３蒸気投入口
２５、２６、２７温度計
２８排出コンベア

Claims

流動床の上部から投入した砂を前記流動床の下部に位置する２本の排出シュートから排出する際に、炉内燃焼維持温度を下回らせることのない範囲内で、前記排出シュート内を流通する前記砂の排出速度を単位面積当りの排出速度が３０００〜４７００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２となるように管理すると共に、前記排出シュート内に単位面積当り７００〜１５００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２の蒸気を前記排出シュートの上側と下側から噴射してクリンカの生成を防止することを特徴とする流動層式ガス化炉の操業方法。
炉底部に設けた空気吹出孔と、前記炉底部の上方に位置する廃棄物の投入口及び熱媒体（砂）の投入口と、前記炉底部から下方に延びる２本の排出シュートと、当該排出シュートを含む熱媒体循環通路と、当該熱媒体循環通路を循環する熱媒体とを備え、前記排出シュートの少なくとも上部と下部に蒸気投入手段を有し、前記排出シュート内を流通する前記砂の排出速度を単位面積当りの排出速度が３０００〜４７００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２となるように管理されると共に、前記排出シュート内に単位面積当り７００〜１５００ｋｇ／ｈｒ・ｍ^２の蒸気が噴射されてクリンカの生成を防止することを特徴とする流動層式ガス化炉。