JP4380583B2

JP4380583B2 - 廃棄物熱分解ガス化装置

Info

Publication number: JP4380583B2
Application number: JP2005126294A
Authority: JP
Inventors: 幹夫茂木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2025-04-25
Also published as: JP2006300476A

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物を外熱により熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣に分離させて取り出すようにしてある熱分解ガス化装置に関するもので、詳しくは、塊となっている炭化物を粉状にして取り出すようにした廃棄物熱分解ガス化装置に関するものである。

都市ごみ等の廃棄物の処理システムのうち、廃棄物を焼却炉で燃焼するようにした燃焼方式に代るものとして、近年では、廃棄物を低酸素雰囲気で加熱することにより熱分解させて、可燃性の熱分解ガスと、熱分解残渣としての炭化物（チャー）及び灰分を発生させ、該熱分解ガスと熱分解残渣を溶融炉へ導き、少ない空気量（たとえば、空気比１．３程度）で高温にして燃焼させ、溶融スラグとして取り出すようにし、更に、排ガスは排ガス処理装置で処理して大気へ放出するようにした熱分解ガス化溶融システムや、上記熱分解ガスを燃焼炉で燃焼させた後、排ガス処理を施してから大気へ放出させるようにし、一方、熱分解残渣は、選別、粉砕をして炭化物を回収するようにした熱分解ガス化システムが開発され、実用化されている。

図７は、従来提案されている上記熱分解ガス化溶融システムの一例の概要を示すもので、一端の入口２側に供給管２ａを一体に接続し且つ他端の出口３側に排出管３ａを一体に接続した内筒４とその外側に同心状に配置した外筒５との間に加熱流路６を形成してなる二重構造とした熱分解キルン炉１を、一端の入口２側よりも他端の出口３側を僅かに低くなるように傾斜させて横向きに配置して回転できるようにしてある。該熱分解キルン炉１の上記入口２には、給じん機７を設けて投入ホッパ８から廃棄物９を内筒４内へ供給できるようにしてある。一方、上記熱分解キルン炉１の出口３には、廃棄物９の熱分解で発生した熱分解ガス１０と熱分解残渣１１に分離する分離室１２が設けてあり、熱分解キルン炉１を低速で回転させた状態において、投入ホッパ８内から投入された廃棄物９を給じん機７によって内筒４内へ徐々に供給しつつ、内筒４と外筒５との間に形成された加熱流路６内に高温の加熱ガス（熱風）１３を流通させることにより、外熱により廃棄物９を間接加熱して、乾燥し、熱分解させるようにしてある。上記高温の加熱ガス１３は、熱風発生炉１４内で補助燃料１５や熱回収空気１６を用いて発生させるようにしてあり、熱風発生炉１４で発生した高温の加熱ガス１３は、熱分解キルン炉１の出口３側に設けた加熱ガス入口１７へ加熱ガス供給ライン１８により供給し、加熱流路６内を流通させられた後に、熱分解キルン炉１の入口２側に設けた加熱ガス出口１９より排出させ、熱風発生炉１４へ循環させるようにしてある。又、上記熱分解キルン炉１内の廃棄物９の熱分解で発生した熱分解ガス１０は、分離室１２の頂部に接続した熱分解ガスライン２０を通して下流側の溶融炉２１に送るようにし、一方、熱分解残渣１１は分離室１２の底部に接続した熱分解残渣ライン２２より取り出し、金属類２３を回収してから上記溶融炉２１へ送り、更に燃焼させて溶融スラグ２４として取り出すようにしてある。更に、上記加熱ガス出口１９から排出されて熱風発生炉１４へ循環させられる加熱ガス１３の余剰分は、排ガスライン２５を通り溶融炉２１の排ガス出口部２６に導かれ、ここで溶融排ガスに混入されるようにしてある。その他、加熱ガス１３を循環させるためのファン２７を設け、又、熱風発生炉１４の入口側に設けたバルブ２８を、加熱ガス供給ライン１８に設けた温度調節器２９からの信号で開閉調整させるようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−１４１８３４号

ところが、熱分解キルン炉１内で廃棄物を熱分解して炭化させる際、廃棄物９は投入前に予め破砕されており、紙やプラスチック等は微細な炭化物（チャー）になるが、布類等の繊維状のものや、木材等は、熱分解で炭化して強度はないが或る程度の原型を保ち、大型の炭のままとなっている場合がある。特に、繊維状のものに針金が巻き付いたものを熱分解した場合は、繊維のままの炭に針金が巻き付いたままの状態の熱分解残渣１１となる。しかも熱分解キルン炉１は、低速で回転するものであり、内部の撹拌力はあまり強くないため、かかる大型の炭や針金が巻き付いたままの炭が、そのまま排出される事態が生じている。

そのため、次のような問題があった。
（１）熱分解残渣中に大型の炭化物が混入していると、取り出す際に間接熱交換で冷却するが、大型の炭は冷却が難しく、冷却ができないと外気に接した時発火するという問題があった。
（２）微粉化した炭化物と原型を保った炭化物とでは、燃料として使用するときの燃焼特性が異なり、下流の溶融炉での燃焼で滞留時間によっては完全燃焼が難しいという問題があり、又、炭化物として取り出して燃料として回収するようにしたものでは、燃料化に悪影響を及ぼすおそれがある。
（３）上記により、取り出す際、粉砕機等で再度粉砕して均質化する必要があり、特に、繊維に針金が巻き付いた状態のものでは、漬して針金を分離する作業も必要であった。

そこで、本発明は、熱分解キルン炉内で熱分解して炭化させる際、或る程度原型を保ったままの炭化物を排出させる前に粉砕して、すべて粉状の炭化物として排出させることができるようにした廃棄物熱分解ガス化装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、内筒の一端の入口側より供給する廃棄物を、内外筒間の加熱流路を流通する高温の加熱ガスによる外熱により間接加熱して熱分解させるようにし、且つ内筒の他端の出口より熱分解ガスと熱分解残渣を排出させるようにしてある廃棄物熱分解ガス化装置において、上記内筒の他端の出口側端部を全周に亘り拡径して凹溝状の熱分解残渣滞留部を設け、該熱分解残渣滞留部の内側に、軸心部へ向けて配置したプレート状のリフト部材を備えてなる撹拌粉砕装置を設けて、該撹拌粉砕装置が熱分解キルン炉の回転に伴って回転させられるときの撹拌混合により炭化物を潰すようにした構成とする。

又、上記構成におけるプレート状のリフト部材を、熱分解キルン炉の軸心方向に対して傾けて配置して撹拌粉砕装置に備えるようにして、リフト部材に持ち上げられる炭化物が上記撹拌粉砕装置の上流側に落されるようにした構成とする。更に、上記構成における撹拌粉砕装置に、柱状又は球状の剛体からなる粉砕用部材を配置した構成とする。

本発明の廃棄物熱分解ガス化装置によれば、次のような優れた効果を奏し得る。
（１）内筒の一端の入口側より供給する廃棄物を、内外筒間の加熱流路を流通する高温の加熱ガスによる外熱により間接加熱して熱分解させるようにし、且つ内筒の他端の出口より熱分解ガスと熱分解残渣を排出させるようにしてある廃棄物熱分解ガス化装置において、上記内筒の他端の出口側端部を全周に亘り拡径して凹溝状の熱分解残渣滞留部を設け、該熱分解残渣滞留部の内側に、軸心部へ向けて配置したプレート状のリフト部材を備えてなる撹拌粉砕装置を設けて、該撹拌粉砕装置が熱分解キルン炉の回転に伴って回転させられるときの撹拌混合により炭化物を潰すようにした構成としてあるので、熱分解残渣に対する撹拌力を排出前に強めることができて、熱分解された際に原型を保ったままの大型の炭を、撹拌力とリフト部材からの落下衝撃で粗砕しながら徐々にほぐして行くことにより、可燃物で炭化されたものをすべて粉状にして排出させることができる。これによりチャーの性状を均一化することができる。
（２）又、上記構成におけるプレート状のリフト部材を、熱分解キルン炉の軸心方向に対して傾けて配置して撹拌粉砕装置に備えるようにして、リフト部材に持ち上げられる炭化物が上記撹拌粉砕装置の上流側に落されるようにした構成とすることにより、原型を保っている炭化物をより確実に撹拌粉砕装置にて撹拌させることができる。
（３）更に、上記（１）における撹拌粉砕装置に、柱状又は球状の剛体からなる粉砕用部材を配置した構成とすることにより、より迅速に且つ効率よく大型の炭を粉状にすることができる。
（４）上記により可燃物で炭化されたものはすべて粉状にして排出させるようにすることから、取り出しの際の冷却がし易く、着火が起りにくいものとすることができる。
（５）大型の炭のまま排出させることがないことから、後段の溶融炉等での燃焼性を均一化させることができると共に、炭化物を燃料化する際にも悪影響を及ぼすようなことがない。
（６）原型を保ったまま炭化されたものに針金等の線状物がからまっているような場合でも、排出される前に粉砕されて線状物は分離されるので、チャー中に混入する金属の分離が容易となり、純度も向上すると共に、外部で分離作業をする工程を省略できる。
（７）新たに粉砕機等が不要となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の実施の一形態を示すもので、図７に示した熱分解ガス化装置における熱分解キルン炉１と同様に、内筒４の一端の入口２側より投入ホッパ８内の廃棄物９を給じん機７により供給しながら低速で回転させて、加熱ガス入口１７に供給した高温の加熱ガス１３を内筒４と外筒５との間の加熱流路６内を流通させることにより、該高温の加熱ガス１３による外熱で廃棄物９を間接加熱して熱分解させるようにしてある熱分解キルン炉１における上記内筒４の出口３側の部分、すなわち、内筒４の排出管３ａとの段差部３０の近傍位置に金属製あるいはセラミックス製の如き堅くて或る程度の重量を有する炭化物粉砕装置としての粉砕用部材３１を内筒４内を周方向へ自由に動けるように配置し、熱分解キルン炉１の回転に伴い周方向へ自由に往復移動しながら、排出側の大型の炭を潰して粉砕させるようにする。

詳述すると、上記粉砕用部材３１は、熱分解残渣１１により押し上げられて浮き上がり、そのまま排出管３ａを通り排出されるようなことがないように、比較的大型で所要の重量及び長さを有する円柱状の剛体とする。更に、１個又は複数個の粉砕用部材３１を内筒４内の出口３側へ収納したときに、熱分解キルン炉１の回転により回転方向へ持ち上げられて運ばれながら自重で滑り落ちる動作を繰り返すことができて、所要の範囲内で往復移動できるようにしてあり、原型を保ったままの大型の炭化物を粉砕できるようにする。

熱分解キルン炉１内へ投入された廃棄物９中に、たとえば、木材の塊が含まれていると、廃棄物９は熱分解により炭化される際、廃棄物中の木材は、或る程度の原型を保った大型の炭として熱分解残渣１１中に存在することになる。

このような大型の炭が内筒４内を出口３側に移行して来ると、該内筒４の出口３側端部位置に配置してある１個又は複数個の剛体からなる粉砕用部材３１と干渉し合い、該粉砕用部材３１が熱分解キルン炉１の回転に伴い周方向へ揺動させられることにより、微細なチャー中の上記大型の炭は、粉砕用部材３１の衝突による破壊、更には該粉砕用部材３１により押し潰す（擦り潰す）ことによる粉砕の作用を受ける。これにより大型の炭は、出口３に出る前の段階で粉砕されることになる。

又、廃棄物９中に繊維のものに針金が巻き付いているようなものが含まれている場合は、熱分解キルン炉１内で廃棄物９が熱分解されて炭化される際、廃棄物中の繊維に針金が巻き付いているものは、繊維の炭化物に針金が付着した状態で熱分解残渣１１中に存在することになる。

このような場合にも、かかる炭化物が内筒４の出口３側に移行して来たときに、内筒４内を周方向へ自由に往復移動するようにしてある粉砕用部材３１が接触することにより、繊維の炭化物はその位置で粉砕されて微粉化されると共に、針金は炭化物から分離させられる。この際、上記粉砕用部材３１を、複雑な形状を有するものとする等、針金が引掛る要素を有しているものとした場合は、繊維の炭化物を粉砕するとき針金が粉砕用部材３１に引掛り、以後、廃棄物９に含まれている金属製の線状物が次々と引掛って来るおそれがあるが、上記粉砕用部材３１を、前記した円柱形状のものとする等の単純なものとして、針金が引掛る要素のないものとすれば、このようなおそれは皆無とすることができる。

本発明においては、熱分解残渣１１を熱分解キルン炉１から排出する段階で粒状の炭化物を粉砕させるようにすることから、内筒４内から該内筒４と排出管３ａとの間の段差部３０を超えてオーバーフローして排出される熱分解残渣１１中の炭化物はすべて粉砕されたものとすることができる。これにより、特別な装置を設けることなく、ほとんど均一な粉状のチャーとして排出させることができる。

上記において、粉砕用部材３１が内筒４の内面を摺動することから、該内筒４の内面が摩耗して来るおそれがあるような場合には、予め内筒４の出口３側の内面に耐摩耗処理を施しておくようにすればよい。

図３は粉砕用部材３１の他の例を示すもので、（イ）はたとえば、６角形状等の角柱形状としたものである。（ロ）は球状にしたものである。

このような角柱形状や球状とした粉砕用部材３１ａ，３１ｂを、図１、図２に示す円柱形状の粉砕用部材３１に代えて用いても、同様な機能を果すことができる。

上記の如き粉砕用部材３１，３１ａ，３１ｂは、長期に亘る使用で摩滅する等して変形して来るので、或る程度の使用期間、たとえば、半年位経過すると交換するようにする。交換する場合は、熱分解キルン炉１の運転停止時に行うようにする。

次に、図４及び図５は本発明の実施の他の形態を示すもので、上記の実施の形態において粉砕用部材３１，３１ａ，３１ｂを位置させておくところと同じ熱分解キルン炉１の内筒４の出口３側端部位置、すなわち、内筒４の排出管３ａとの段差部３０の近傍位置に、所要の幅寸法で内筒４を全周に亘り拡径して、所要深さの凹溝状の熱分解残渣滞留部３２を設け、排出直前の熱分解残渣１１を一旦滞留させるようにする。更に、上記熱分解残渣滞留部３２の内側に、プレート状のリフト部材３３を周方向に所要の間隔で各々軸心部へ向くように配置して、それぞれ内筒４の内壁面に備え付け、各リフト部材３３が熱分解キルン炉１の回転に伴い周方向に移動できるようにし、且つ上記内筒４の熱分解残渣滞留部３２に備え付けた各リフト部材３３の内端面の高さ、すなわち、各リフト部材３３の内端面の径方向の位置を、内筒４の伝熱部の内径よりも外側となるようにして、撹拌混合性を有する炭化物粉砕装置としての撹拌粉砕装置３４を構成する。

又、上記内筒４に熱分解残渣滞留部３２を設けたことに伴い、外筒５も局部的に拡径して加熱流路６を屈曲させて形成させるようにする。

その他の構成は、図１に示したものと同じであり、同一のものには同一符号が付してある。

この実施の形態によれば、熱分解キルン炉１内に投入された廃棄物９を熱分解するとき、廃棄物９中に、前記した如き布類や木材等が含まれていて、該布類や木材等が熱分解されて炭化された後も或る程度の原型を保ったままの大型の炭となっているものがあると、排出される前に熱分解残渣滞留部３２に入り、ここで撹拌粉砕装置３４を構成するリフト部材３３で受けられながら熱分解キルン炉１の低速回転に伴い持ち上げられる。リフト部材３３で受けられて他の熱分解残渣１１とともに持ち上げられた大型の炭は、高い位置から自重で落下させられ、再び持ち上げられて高い位置から落下させられる動作を繰り返し受けることになる。これにより、熱分解残渣１１の撹拌力が強められることから、大型の炭は、撹拌されながら他の熱分解残渣１１へ混合性が増大させられ、一方、上記高い位置からの落下時の衝撃力付与と相俟って、原型を保ったままの大型の炭は粗砕されて行きながら潰されて行き、粉状になる。したがって、針金等の金属製の線状物がからまっている状態で炭化されて原型を保っている大型の炭でも、上記大きな撹拌混合と落下時の衝撃とにより粉砕される過程で線状物は炭化物から分離された状態になる。これに伴い、外部で分離する作業の必要性をなくすことができることになる。

図６（イ）（ロ）は、図４及び図５の変形例を示すもので、熱分解残渣滞留部３２内にリフト部材３３を取り付ける場合に、図４及び図５に示すものでは、リフト部材３３を熱分解キルン炉１の軸心方向と平行にしたものを軸心部へ向くよう周方向へ所要間隔に取り付けたことに代えて、上記熱分解キルン炉１の軸心方向に対して所要角度傾くようにリフト部材３３を周方向へ所要間隔で取り付けるようにした例を示すものである。

このように各リフト部材３３を周方向に傾けて取り付けた構成とすれば、リフト部材３３で受けられて持ち上げられた炭化物を撹拌粉砕装置３４の上流側へ落すことができて、原型を保っている炭化物をより確実に撹拌粉砕装置３４にて撹拌させることができるようになる。

なお、上記した図４及び図５に示した実施の形態における撹拌粉砕装置３４に、図１乃至図３に示すような粉砕用部材３１，３１ａ，３１ｂを、上記撹拌粉砕装置３４の凹部に入り得る大きさ、長さとして配置し、該粉砕用部材３１，３１ａ，３１ｂも持ち上げられて落されるようにして、該粉砕用部材３１，３１ａ，３１ｂによる大型の炭化物の擦り潰し作用を併用させるようにすることもできる。

このようにすれば、或る程度の重量を有している粉砕用部材３１，３１ａ，３１ｂが或る程度の高さまで持ち上げられて落されて炭化物に当ることから、原型を保っている大型の炭化物をより効率的に粉砕することが可能となる。

この場合、粉砕用部材３１，３１ａ，３１ｂが持ち上げられて落下するときの騒音が懸念されるが、熱分解残渣１１上に落ちて該熱分解残渣１１中に入り込むようになるので、大きな騒音が発生するおそれはなく、又、リフト部材３３に当って損傷させるようなおそれもない。

なお、又、図１に示す実施の形態で示した円柱状の剛体からなる粉砕用部材３１の長さは、一例を示すものであり、炭化物が排出管３ａにオーバーフローする直前位置で原型を保っている炭化物を潰すことができるものであれば、その長さは任意であること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の廃棄物熱分解ガス化装置の実施の一形態を示す概略切断側面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。図１及び図２に示す粉砕用部材の他の例を示すもので、（イ）は角柱形状としたものの斜視図、（ロ）は球状としたものの側面図である。本発明の廃棄物熱分解ガス化装置の実施の他の形態を示す概略切断側面図である。図４のＢ−Ｂ矢視図である。図４に示す粉砕部の変形例を示すもので、（イ）は要部の切断側面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ矢視図である。従来の廃棄物熱分解ガス化溶融システムの一例を示す概要図である。

符号の説明

１熱分解キルン炉
２入口
３出口
４内筒
５外筒
６加熱流路
９廃棄物
１０熱分解ガス
１１熱分解残渣
１３加熱ガス
３１，３１ａ，３１ｂ粉砕用部材（炭化物粉砕装置）
３２熱分解残渣滞留部
３３リフト部材
３４撹拌粉砕装置（炭化物粉砕装置）

Claims

内筒の一端の入口側より供給する廃棄物を、内外筒間の加熱流路を流通する高温の加熱ガスによる外熱により間接加熱して熱分解させるようにし、且つ内筒の他端の出口より熱分解ガスと熱分解残渣を排出させるようにしてある廃棄物熱分解ガス化装置において、上記内筒の他端の出口側端部を全周に亘り拡径して凹溝状の熱分解残渣滞留部を設け、該熱分解残渣滞留部の内側に、軸心部へ向けて配置したプレート状のリフト部材を備えてなる撹拌粉砕装置を設けて、該撹拌粉砕装置が熱分解キルン炉の回転に伴って回転させられるときの撹拌混合により炭化物を潰すようにした構成を有することを特徴とする廃棄物熱分解ガス化装置。
プレート状のリフト部材を、熱分解キルン炉の軸心方向に対して傾けて配置して撹拌粉砕装置に備えるようにして、リフト部材に持ち上げられる炭化物が上記撹拌粉砕装置の上流側に落されるようにした請求項１記載の廃棄物熱分解ガス化装置。
撹拌粉砕装置に、柱状又は球状の剛体からなる粉砕用部材を配置した請求項１記載の廃棄物熱分解ガス化装置。