JP4352132B2 - 焼却原料及びその前処理方法と焼却方法 - Google Patents

Description

本発明は廃棄物などといった焼却原料の焼却に関し，特には，シュレッダーダストの如き廃棄物を流動床炉で焼却処理する際に，廃棄物に対して行う前処理に関する。

日本では年間約５００万台の自動車が廃棄されている。自動車の構成部品の約８０％はリサイクルされるが，その残りを粉砕したシュレッダーダスト（ＡＳＲ：Automobile Shredder Residue）は，従来埋め立て処分されていた。しかし，最終処分場の逼迫などから，シュレッダーダストについても更なる処理による減容化，資源の回収・リサイクルが求められている。かような要求の下，下方から気体を噴き込むことにより炉床で流動砂を流動化させ，廃棄物を流動砂と共に攪拌して燃焼させる流動床炉を用いて，シュレッダーダストを焼却処理し，その減容化を図ることが行われている。

だが，シュレッダーダストといっても，その成分には，金属，ガラス等の無機物，プラスチック，ウレタン，油などの有機物が混在する。また，硬さ，弾性，伸展性，引っ張り強度などもまちまちなため，シュレッダー時の粉砕条件が同じでも，様々な形状，大きさのシュレッダーダストが混在し，粒状から十数ｃｍ大の塊状のものまで一定では無い。更に，シュレッダー条件によっても，その形状や大きさが左右されてしまう。

そして，このように成分や形状，大きさがばらついたままでシュレッダーダストを流動床炉に投入し，焼却処理すると，燃焼が不安定になり，安定した炉の連続操業がしにくいといった問題を生ずる。かかる場合，吹込空気量を調整したり，シュレッダーダストの投入を変動させることにより，燃焼を安定化させることも考えられるが，吹込空気量を変えると燃焼状態が変化し，炉全体の熱バランスが崩れるといった問題がある。また，シュレッダーダストの処理量を減らすと，処理量能力が落ちることになるので，シュレッダーダストの投入量は一定であることが望ましい。そこで，特開平４-５９０８８号公報では，流動床炉で焼却処理されるシュレッダーダストを予め４０ｍｍ以下に粉砕する方法が開示されている。

特開平４-５９０８８号公報

しかしながら，このようにシュレッダーダストの大きさを揃えてから流動床炉に投入し，焼却処理した場合でも，いまだ安定した炉の連続操業が達成できない場合があった。

従って本発明の目的は，シュレッダーダストの如き廃棄物などを焼却処理する際に，焼却原料（廃棄物）に対して予め前処理を行うことにより，更に安定した焼却処理を可能にさせることにある。

本発明者らは種々検討した結果，流動床炉に投入される廃棄物の大きさを一定以下とし，かつ，金属，ガラスの含有量を小さく抑えることで，安定した焼却処理が可能になるといった知見を得た。

かかる知見のもと，本発明によれば，焼却処理される廃棄物の前処理方法であって，廃棄物の最大の粒径が５０ｍｍ以下であり，粒径が５ｍｍ以下の廃棄物を１０ｗｔ％以下とし，前処理前に０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．３０ｇ／ｃｍ ^３ 以下であった廃棄物の嵩密度を０．１５ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以下とした後，当該廃棄物を加熱して熱による減容化処理を行うことを特徴とする，廃棄物の前処理方法が提供される。粉砕することによって，廃棄物の最大の粒径を５０ｍｍ以下とした後，最大粒径が５ｍｍ以下の廃棄物を除去する分級処理を行っても良い。

粒径２０ｍｍ以下の廃棄物は５０ｗｔ％以上であり，粒径１０ｍｍ以下の廃棄物は１０ｗｔ％以下の粒度分布となっていることが好ましい。更には，粒径２０ｍｍ以下の廃棄物が８０質量％以上であり，１０ｍｍ以下の廃棄物が１０質量％以下の粒度分布となっていることが好ましい。また，廃棄物中のガラスの含有量は５ｗｔ％未満となっていることが好ましい。また，廃棄物中のＣｕの含有量は３ｗｔ％以下であり，Ｆｅの含有量は２ｗｔ％以下であり，有機化合物の含有量は８５ｗｔ％以上となっていることが好ましい。廃棄物は，例えばシュレッダーダストである。また，この前処理方法は，例えば流動床炉で焼却処理される廃棄物の前処理方法である。

また本発明によれば，こうして前処理された廃棄物を焼却処理することを特徴とする，廃棄物の焼却方法が提供される。また，焼却処理される廃棄物などの焼却原料であって，最大の粒径が５０ｍｍ以下であり，粒径が５ｍｍ以下の廃棄物が１０ｗｔ％以下であり，０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．３０ｇ／ｃｍ ^３ 以下であった嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以下とされた後，加熱されて熱による減容化処理がされていることを特徴とする，焼却原料が提供される。

本発明によれば，廃棄物の最大の粒径が５０ｍｍ以下であり，粒径が５ｍｍ以下の廃棄物が１０ｗｔ％以下とされたことにより，不燃物の含有量を低くすることが可能となり，その結果，焼却処理される廃棄物中の可燃物割合が高くなり，単位容量当たりの熱量も増量し高効率化がはかれる。また，減容化処理を行うことで，流動床炉へ投入した際，廃棄物が炉床へ確実に到達し，浮遊しないで燃焼するため，燃焼が安定する。また，廃棄物中に含まれる有機化合物の粒径が揃っているため，その昇華に要する時間のばらつきも少ない。本発明によれば，流動砂の制御に悪影響を及ぼすガラスを前処理によって除去することにより，炉内の燃焼を更に安定させることができ，クリンカの発生も抑制できる。更には，焼却後の残渣の発生も低減できる。また，廃棄物中に含まれる無機物の回収率の向上も図れる。

本発明は，流動床炉などで焼却処理する際に，廃棄物などの焼却原料に対して予め所定の前処理を行うことを特徴としている。本発明において前処理される焼却原料（廃棄物）とは，例えば廃棄自動車からリサイクル備品を取除いた残りを粉砕したシュレッダーダスト（ＡＳＲ）である。このようなシュレッダーダストは，例えば廃棄自動車処理場などで粉砕され発生する。また，そのようなシュレッダーダストに，廃棄家電品の粉砕物などを混ぜたものでも良い。かようなシュレッダーダストは，成分や形状，大きさがばらばらである。

焼却原料となる廃棄物には，無機物としてＦｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｂ等の金属，ガラス等が含まれており，また，有機化合物としては，ゴム，繊維くずやウレタンなどの軟質樹脂，塩ビなどの硬質プラスチック等が含まれる。廃棄物中に含有されるガラスは，主に自動車の窓ガラス等であり，このガラスには，酸化珪素が含まれる他，酸化ナトリウム，酸化マグネシウム，酸化亜鉛，アルミナ，酸化カルシウムなど無機金属の酸化物が含有されている。自動車の窓ガラスに多種の成分が含まれるのは，紫外線などを車内室内へ透過させにくくするいわゆるＵＶカットなど機能が付加されるためであり，その成分は複雑である。表１に例示したように，本発明による前処理を行う前においては，例えば５〜１０ｗｔ％のガラス，３〜１０ｗｔ％のＣｕ，３〜１０ｗｔ％のＡｌ，３〜１０ｗｔ％のＦｅ，５〜１５ｗｔ％のゴム，１０〜３０ｗｔ％の軟質樹脂としてのウレタン及びナイロン，２０〜４０ｗｔ％の硬質プラスチック（塩ビ，ＰＰ，ＰＥ等）などが，廃棄物中に含まれている。また，前処理を行う前においては，廃棄物の大きさや形状はまちまちであり，粒径が十数cｍと大きいものから粉塵状のものが混在している。表２に例示したように，前処理を行う前においては，廃棄物の嵩密度は例えば０．２０〜０．３０ｇ／ｃｍ^３程度である。

本発明では，このような廃棄物を前処理し，廃棄物の最大の粒径を５０ｍｍ以下とする。この場合，廃棄物を例えば篩等により分級し，その大きさを揃えても良いが，成分の偏り，篩で大きいとされた廃棄物の後処理などを考慮すると，廃棄物を粉砕処理し，その大きさが粒径５０ｍｍ以下となるまで粉砕処理することが好ましい。廃棄物の大きさは，廃棄物の径（最大長さ）を直接測定しても良いが，ふるい目５０ｍｍを通過させることによって，廃棄物の最大の粒径を５０ｍｍ以下としても良い。

廃棄物を粉砕処理する粉砕機は，廃棄物の成分等によって相応しいものを選択すればよく，例えば，横型もしくは縦型の１軸〜４軸の粉砕機，破砕機やローラーミルが粉砕機として例示される。そのような粉砕機によって，廃棄物の最大の粒径が５０ｍｍ以下となるまで粉砕する。例えばローラーミルを用いて廃棄物の最大の粒径が５０ｍｍ以下となるまで粉砕すると，樹脂は弾性があるため微細には粉砕できないが，ガラスは微粒となる。また，Ｆｅの粉砕は難しいが，ＣｕやＡｌは粉砕されると考えられる。

こうして廃棄物の最大の粒径が５０ｍｍ以下となるまで粉砕した後，粒径が５ｍｍ以下の廃棄物を分級して除去し，廃棄物の粒径のばらつきを小さくする。このように粒径が５ｍｍ以下の廃棄物を分級して除去することにより，微細に粉砕されたガラスを廃棄物中から選択的に除去することが可能となる。なお，廃棄物の分級には，振動ふるい機，風力選別機等が用いられる。粉砕されたＣｕやＡｌは，渦電流選別機や比重選別機等の選別機によって除去することができる。

こうして分級および選別して微細分を除去した後においては，表１に例示したように，廃棄物に含まれるガラスの含有量を例えば１〜５ｗｔ％まで下げることができ，また，Ｃｕの含有量を１〜３ｗｔ％，Ｆｅの含有量を０．５〜２ｗｔ％に下げることができる。これによって，廃棄物中の有機化合物（ゴム，軟質樹脂，硬質プラスチック）の総含有量を８５ｗｔ％以上に高めることができる。更に，表２に例示したように，廃棄物の嵩密度は例えば０．１５〜０．２０ｇ／ｃｍ^３程度と低くなる。また，この分級後においては，粒径２０ｍｍ以下の廃棄物が５０ｗｔ％以上となり，粒径１０ｍｍ以下の廃棄物が１０ｗｔ％以下となっていることが望ましい。この場合，廃棄物の粒径のばらつきをより小さくできる。更にこの分級後においては，粒径２０ｍｍ以下が８０質量％以上となり，１０ｍｍ以下の廃棄物が１０質量％以下の粒度分布となっていることが望ましい。この場合，廃棄物の粒径のばらつきを更により小さくできる。

次に，こうして前処理した廃棄物を流動床炉に投入し，焼却処理する。この場合，前述したように予め前処理された廃棄物は，最大の粒径が５０ｍｍ以下であり，粒径が５ｍｍ以下の廃棄物が１０ｗｔ％以下となっており，より好ましくは，最大粒径が５０ｍｍ以下，粒径２０ｍｍ以下の廃棄物が５０ｗｔ％以上，粒径１０ｍｍ以下の廃棄物が１０ｗｔ％以下と大きさが揃っているので炉内での燃焼が安定する。また，可燃物の割合が高いので単位容量当たりの熱量も増量して高効率化がはかれ，流動床炉へ投入した際，廃棄物が炉床へ確実に到達し，浮遊しないで燃焼するため燃焼が安定する。更に，廃棄物中に含まれる有機化合物の粒径も揃っているため，その昇華に要する時間のばらつきも少ない。加えて，廃棄物の粒径が揃っていることと金属成分が低減されていることにより，焼却の安定，銅が触媒となったダイオキシンの発生抑制，未回収金属の低減が図れる他，処理量の向上が図れる。また，ガラスや金属成分が低減されていることにより，設備の磨耗も低減される。
なお，粒径が５０ｍｍ以下で５ｍｍを超える範囲においては，廃棄物の粒径はばらつきがあっても良い。粒径が５０ｍｍ以下で５ｍｍを超える範囲においては，廃棄物の大きさ（粒径）が種々のものが混在していれば，細かいものと大きいものとで挙動が異なるため，炉内においてそれぞればらばらに動こうとし，全体的に廃棄物の流動性が向上することが予想される。また，焼却炉に投入する前のホッパーからの切り出しや，炉内への投入時の搬送中においても，廃棄物の流動性が向上することによって，炉内への投入が安定してできるようになる。このため，粒径が５０ｍｍ以下で５ｍｍを超える範囲においては，廃棄物の粒径を不揃とさせるために，粉砕条件の異なる大きさ（粒径）の違う廃棄物を混合するようなことも考えられる。例えば５０ｍｍ以下ねらいの廃棄物を１０〜４０ｗｔ％，１０ｍｍ以下ねらいの廃棄物を６０〜９０ｗｔ％の割合いで混合し，焼却炉において投入直後の瞬間的な熱量を１０ｍｍ以下の廃棄物で確保し，５０ｍｍねらいの廃棄物で安定した熱量を得るような操業方法も想定できる。

また，ガラスの主成分は流動砂と類似しており，ガラスが流動層中の流動砂に混入すると排出が困難となる他，結果的に流動砂の増加と同じこととなり，流動砂の挙動，温度等の制御を不安定にさせる。本発明によれば，そのような流動砂の制御に悪影響を及ぼすガラスを前処理によって除去することにより，炉内の燃焼を更に安定させることができる。また，ガラスを除去することにより，クリンカの発生も抑制できる。そして前述のように，自動車の窓ガラス等には，酸化珪素の他，種々の成分が含まれるが，本発明によれば，予めガラスを除去することにより，焼却処理時において，そのような複雑な成分のガラスの影響を排除できる。

また，前処理によってガラスを予め除去することにより，焼却後の残渣を低減でき，廃棄物中に含まれる無機物の回収率の向上も図れ，かつ流動層の砂の融着による砂の肥大化を抑制でき，流動層の流れの阻害要因を減じることができる。

なお，廃棄物を粉砕する際に，廃棄物に含まれる水分の含有量を制御すれば，粉砕時の発火や粉塵の発生を抑制でき，また，粉砕後であっても水分の含有量を制御することにより，粉砕から炉へ投入するまでの廃棄物の容積が減容され，単位重量当たりの容積が減ることで搬送効率が向上し，搬送設備の集塵設備の簡素化，貯蔵スペースの削減，焼却時の飛散防止の効果が得られ，さらに粉塵の発生抑制となる。また，炉内への投入時にあっては，廃棄物の水分により炉内の温度を吸熱させ，温度の過剰な上昇を抑制する調整の機能も備わる。その濃度は，粉砕時，炉投入時の粉砕条件，廃棄物の成分，嵩密度などにより設計設定される。

廃棄物の減容化は，上記のように搬送設備の集塵設備の簡素化，貯蔵スペースの削減，焼却時の飛散防止の効果を得るためには重要であり，水分の含有量を増加させることで，廃棄物の嵩密度は約１〜２割上昇する。嵩密度をさらに上げたい場合は，廃棄物を加熱して熱による減容化処理を行い，約２倍以上の嵩密度の上昇を図ることができる。

（実施例１）
表１に示した処理後の廃棄物を，流動層炉において焼却処理した。なお，焼却温度は，１次燃焼温度６５０℃，２次燃焼温度８８０℃で実施した。処理量は３５００ｋｇ／ｈｒである。その際，排ガス中に含まれるＣＯガス（一酸化炭素）の濃度により焼却安定性を評価した。排ガス中のＣＯ濃度は２０ｐｐｍ（平均）となった。焼却処理後の廃棄物の粒径は２０ｍｍ以下となった。

（実施例２）
ふるいによって選別された最大粒径が５０ｍｍ以下で，粒径２０ｍｍ以下の廃棄物を６５ｗｔ％を含み，金属成分が表１に示すものである廃棄物を実施例１と同様に焼却処理したところ，排ガス中のＣＯ濃度は２０ｐｐｍ，無機物の回収率は３．６ｗｔ％であった。

（実施例３）
表１に示す廃棄物を粉砕し，粒径が２０ｍｍ以下を８０質量％，１０ｍｍ以下を１０質量％とした。この破砕した廃棄物を実施例１と同様に焼却処理した。その結果，ＣＯガスの発生は，平均２０ｐｐｍ以下であった。また，焼却炉の排気ガス処理に備える集塵機により焼却灰を捕集したところ，捕集量は，８４ｋｇ/hｒであった。この焼却灰の量は，粉砕しないで焼却した場合と比較し，４２％の質量減となり，焼却が効率的にかつ良好に実施できたことがわかった。なお，粉砕しない場合は，１４４ｋｇ/hｒである。

本発明は，ＡＳＲの他，家電製品等を粉砕したシュレッダーダストの前処理にも適用できる。

Claims (10)

1. 焼却処理される廃棄物の前処理方法であって，
   廃棄物の最大の粒径が５０ｍｍ以下であり，粒径が５ｍｍ以下の廃棄物を１０ｗｔ％以下とし，前処理前に０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．３０ｇ／ｃｍ ^３ 以下であった廃棄物の嵩密度を０．１５ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以下とした後，
   当該廃棄物を加熱して熱による減容化処理を行うことを特徴とする，廃棄物の前処理方法。
2. 粉砕することによって，廃棄物の最大の粒径を５０ｍｍ以下とした後，粒径が５ｍｍ以下の廃棄物を除去する分級処理を行うことを特徴とする，請求項１に記載の廃棄物の前処理方法。
3. 粒径２０ｍｍ以下の廃棄物が５０ｗｔ％以上であり，粒径１０ｍｍ以下の廃棄物が１０ｗｔ％以下の粒度分布とされることを特徴とする，請求項１又は２に記載の廃棄物の前処理方法。
4. 粒径２０ｍｍ以下の廃棄物が８０質量％以上であり，１０ｍｍ以下の廃棄物が１０質量％以下の粒度分布とされることを特徴とする，請求項１又は２に記載の廃棄物の前処理方法。
5. 廃棄物中のガラスの含有量が５ｗｔ％未満とされることを特徴とする，請求項１，２，３または４に記載の廃棄物の前処理方法。
6. 廃棄物中のＣｕの含有量が３ｗｔ％以下であり，Ｆｅの含有量が２ｗｔ％以下であり，有機化合物の含有量が８５ｗｔ％以上とされることを特徴とする，請求項２，３，４または５に記載の廃棄物の前処理方法。
7. 廃棄物がシュレッダーダストであることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５または６に記載の廃棄物の前処理方法。
8. 流動床炉で焼却処理される廃棄物の前処理方法であることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の廃棄物の前処理方法。
9. 請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の廃棄物の前処理方法によって前処理された廃棄物を焼却処理することを特徴とする，廃棄物の焼却方法。
10. 焼却処理される焼却原料であって，
    最大の粒径が５０ｍｍ以下であり，粒径が５ｍｍ以下の焼却原料が１０ｗｔ％以下であり，０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．３０ｇ／ｃｍ ^３ 以下であった嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ ^３ 以上０．２０ｇ／ｃｍ ^３ 以下とされた後，加熱されて熱による減容化処理がされていることを特徴とする，焼却原料。