JP4500200B2 - 熱分解処理設備 - Google Patents

Description

本発明は熱分解ドラム、これを備えた熱分解処理設備および熱分解ドラムの処理方法に関し、詳しくは、搬送装置によって送給される廃棄物を加熱ガスにより間接加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解する熱分解ドラム、これを備えた熱分解処理設備および熱分解ドラムの処理方法に関する。

各種ゴミなどの廃棄物を加熱して熱分解することにより処理する設備として、図４に示すように、投入口１から投入された廃棄物をスクリューフィーダ２のような搬送装置によって搬送し、熱分解ドラム３中にて間接加熱し、分解ガスと熱分解残渣とに熱分解する熱分解処理設備が知られている（例えば、特許文献１）。

熱分解ガスおよび熱分解残渣は、熱分解ガス・熱分解残渣排出部４から、それぞれ燃焼溶融炉５、熱分解残渣選別装置６へと送給され、熱分解残渣選別装置６により、有価金属類などが選別・除去された後のカーボン残渣は高温燃焼設備４へ送給されるようになっている。燃焼溶融炉５から排出される排ガスは、図示はしないが、排ガス処理設備などに送給されて無害化され、煙突などから放出される。

熱分解ドラム３へは、熱分解ガス燃焼炉７から約５３０℃程度に加熱された加熱ガスが供給されるようになっている。間接加熱に利用された加熱ガスは、熱分解ドラム３から排出された後、重曹などのアルカリ剤を投入されて中和処理され、高温バグフィルター８により除塵されてから、循環ファン９を介して、再度、熱分解ガス燃焼炉７に送給され循環使用される。この場合、熱分解ガス燃焼炉７に送給される加熱ガスの一部は、引き抜きファン１０により燃焼溶融炉５に接続するボイラー設備にも送給されて熱利用の効率化が図られている。

この熱分解処理設備では、供給された廃棄物をスクリューフィーダ２で搬送する場合、確実かつ効率良く熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解するためには、廃棄物の搬送量を適切にコントロールしたり、廃棄物を約４５０〜４７０℃程度に間接加熱するための加熱ガス温度を適切にコントロールしたりする必要があり、そのためには、スクリューフィーダ２の送給速度や、熱分解ドラム３の入口側の加熱ガス温度などを適切にコントロールする必要がある。

例えば、これまでの熱分解処理設備は、スクリューフィーダ２の送給速度について、熱分解ドラム３の出口側近くの熱分解残渣温度を測定し、その測定結果に基づいてスクリューフィーダ２の回転数を手動で増減することによりコントロールしていた。すなわち、可変速制御（ＶＶＶＦ）による、スクリューフィーダ２の電動機Ｍの制御自体を手動で行っていた。

また、熱分解ドラム３の入口側および出口側の加熱ガス温度については、加熱ガスの熱分解ドラム入口側の温度と、熱分解ドラムの出口側の温度とを、それぞれ温度指示制御器（ＴＩＣ）によって温度測定・制御することにより、コントロールしている。

つまり、熱分解ドラム３の入口での加熱ガス温度が下がった場合には、引抜ファン１０の回転数を上げて、熱分解ガスの引き込み量を多くして、熱分解ドラム３内の廃棄物を間接加熱する加熱ガスの温度を高くする。また、熱分解ドラム３の出口での加熱ガス温度が下がった場合には、循環ファン９の回転数を上げて加熱ガスの循環量を上げて、熱分解ドラム３の出口での加熱ガス温度を上げるようにする。加熱ガス温度が上がった場合には、これらと逆の制御を行う。従って、熱分解ドラム出口での熱分解残渣温度は、必ずしも所定範囲内に収まらず、特に供給される廃棄物のゴミ質が変動した場合には、必要な加熱温度である約４５０℃を維持できないことがあり、安定な操業に支障きたす。
特開２００２−２６３６２６号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、熱分解ドラムの出口での熱分解残渣温度を所定範囲内に制御して、容易に適正な操業を維持可能にする熱分解ドラム、これを備えた熱分解処理設備および熱分解ドラムの処理方法を提供することにある。

上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る熱分解ドラムの特徴構成は、搬送装置によって送給される廃棄物を加熱ガスにより間接加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解する熱分解ドラムにおいて、その長手方向にわたり、熱分解される前記廃棄物の温度を測定する温度センサーが取り付けられており、前記搬送装置による廃棄物の送給速度が、前記熱分解ドラムの長手方向の略中央部からの温度センサーによる測定結果により増減制御されるようになっていることにある。

この構成によれば、熱分解ドラム中で加熱され熱分解される廃棄物の温度を、熱分解ドラムの長手方向の略中央部からの温度センサーにより測定し、その測定結果によって、搬送装置による廃棄物の送給速度の適正化が図られるようになっているため、廃棄物が熱分解ドラム中を送給されつつ熱分解される状態が的確に把握でき、廃棄物の熱分解状態に応じて、廃棄物が適正に加熱されるように送給され熱分解されるので、含有する水分などの変動が多い廃棄物であっても、熱分解ドラムの出口側で十分に熱分解が促進される、約４５０〜４７０℃の範囲を維持できて、廃棄物を適正な熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解して排出できる。

その結果、熱分解ドラムの出口での熱分解残渣温度を所定範囲内に制御して、容易に適正な操業を維持可能にする熱分解ドラムを提供することができた。

前記温度センサーの測定温度が予め設定された所定の適正温度範囲内にある場合には、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を所定の定常速度とすると共に、前記温度センサーの測定温度が適正温度範囲内を外れた場合に、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を所定時間、所定速度だけステップ的に増減・制御するようになっていることが好ましい。

この構成によれば、廃棄物を適正な熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解できる適正温度範囲内にある場合には、定常速度での操業を可能にでき、廃棄物が適正温度範囲を外れた場合に、ステップ的に廃棄物の送給速度を増減・制御するようにしているので、質的変動の大きい廃棄物に対しても確実かつ安定した熱分解を促進させ、ランニングコストを低く、安定した操業を可能にすることができる。

前記温度センサーの測定温度が予め設定された所定の適正温度範囲内にある場合には、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を所定の定常速度とすると共に、前記温度センサーの測定温度が適正温度範囲内を外れた場合に、前記搬送装置による廃棄物の送給速度をＰＩＤ制御により増減するようになっていてもよい。

この構成によれば、廃棄物の送給速度をより円滑に増減・制御することができ、適正な熱分解を促進することができる。

又、本発明に係る熱分解処理設備の特徴構成は、請求項１〜３のいずれか１項記載の熱分解ドラムを備えると共に、前記熱分解ドラムにより熱分解された熱分解ガスを燃焼する燃焼溶融炉と、前記熱分解ドラムに加熱ガスを送給する熱分解ガス燃焼炉とを有することにある。

この構成によれば、熱分解ドラムの出口での熱分解残渣温度を所定範囲内に制御して、容易に適正な操業を維持可能にする熱分解ドラムを備えた熱分解処理設備を提供することができる。

又、本発明に係る熱分解ドラムの処理方法の特徴構成は、搬送装置によって送給される廃棄物を熱分解ドラムに送給し、この熱分解ドラム中において前記廃棄物を加熱ガスにより間接加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解する処理方法において、前記熱分解ドラムの長手方向にわたり取り付けられている温度センサーにより、熱分解される前記廃棄物の温度を測定し、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を、前記熱分解ドラムの長手方向の略中央部からの温度センサーによる測定結果により増減制御することにある。

この構成によれば、熱分解ドラムの出口での熱分解残渣温度を所定範囲内に制御して、容易に適正な操業を維持可能にする熱分解ドラムの処理方法を提供することができる。

前記温度センサーの測定温度が予め設定された所定の適正温度範囲内にある場合には、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を所定の定常速度とし、前記温度センサーの測定温度が適正温度範囲内を外れた場合に、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を所定時間、所定速度だけステップ的に増減・制御することが好ましい。

この構成によれば、質的変動の大きい廃棄物に対しても確実かつ安定した熱分解を促進させ、ランニングコストを低く、安定した操業を可能にすることができる。

前記温度センサーの測定温度が予め設定された所定の適正温度範囲内にある場合には、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を所定の定常速度とし、前記温度センサーの測定温度が適正温度範囲内を外れた場合に、前記搬送装置による廃棄物の送給速度をＰＩＤ制御により増減するようにしてもよい。

この構成によれば、廃棄物の送給速度をより円滑に増減・制御することができ、適正な熱分解を促進することができる。

前記温度センサーの測定結果が、予め設定した最高温度より所定温度だけ低下した場合には、前記搬送装置の増速を停止し、その後前記温度センサーの測定結果が前記適正温度範囲に戻れば、前記搬送装置の送給速度を定常回転数に戻すことが好ましい。

この構成によれば、送給される廃棄物を適正で取り扱い易い熱分解残渣に、安定して熱分解させることができる。

前記搬送装置の定常速度として、直近の一定時間の平均回転数を採用することが好ましい。

この構成によれば、送給される廃棄物の質に応じた適正な送給速度を確保でき、安定した熱分解を維持する制御を可能にする。

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る熱分解ドラムを有する熱分解処理設備の概略全体構成を示す。この熱分解処理設備は、各種産業廃棄物、家庭用ゴミなどの一般廃棄物などを加熱して、熱分解処理する。なお、従来技術と同一機能の構成には、同一の符号を付してある。

図外の前処理設備により、廃棄物ピットに貯留された廃棄物は、必要に応じて破砕機で概ね１５０ｍｍ角以下に破砕され、破砕された廃棄物は搬送装置などによって熱分解ドラム３に送られる。廃棄物は、投入口１から投入された後、搬送装置であるスクリューフィーダ２によって熱分解ドラム３に搬送供給される。熱分解ドラム３において、廃棄物は無酸素あるいは低酸素雰囲気で間接加熱され、熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解される。この場合、熱分解ドラム３において、通常は約４５０〜４７０℃程度で熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解される。

熱分解ガスは、分岐ダクト１１により、熱分解ガス燃焼炉７と燃焼溶融炉５に送給される。熱分解ガス燃焼炉７に引かれる熱分解ガス量は、引き抜きファン１０の回転数を増減することにより制御される。熱分解ガス燃焼炉７で燃焼されるガスは、高温バグフィルター８のような集塵装置により除塵され循環ファン９を介して送給されるガスと混合されて、略５３０℃程度に加熱され、熱分解ドラム３の入口側に向けて送給される。熱分解ドラム３において、廃棄物の熱分解に供された熱分解ドラム加熱ガスは、その後、重曹などのアルカリ剤を導入されて、含有する塩化水素などの酸性ガスが中和処理された後、高温バグフィルター８で除塵され、再度、熱分解ガス燃焼炉７に送給されると共に、一部が引き抜きファン１０によって引き抜かれる点は、従来と同様である。また、加熱ガスの熱分解ドラム入口側の温度を、温度指示制御器（ＴＩＣ）により温度測定・制御することにより、燃焼溶融炉５に接続するボイラー設備へ引き抜く熱分解ガス量をコントロールすべく、ＶＶＶＦによる引抜ファン１０の回転数の増減をはかるようにしている。制御方式については、後述する。

下流側の燃焼溶融炉５に送られた熱分解ガスは、ここで燃焼溶融され、他方、熱分解残渣は、熱分解ガス・熱分解残渣排出部４の下側排出口から排出されて、熱分解残渣選別装置６に送られる。

熱分解残渣選別装置６では、熱分解ドラム３にて熱分解された熱分解残渣の中から鉄やアルミニウムなどの金属類は有価物として選別・除去すると共に、金属類が除去された残りの熱分解残渣は、主として燃焼成分であるカーボン（カーボン残渣）からなり、これらは粉砕機（図示略）などにより所定サイズ以下に粉砕されて、必要に応じてサイロ（図示略）などに貯留されると共に、燃焼溶融炉５に搬送されて燃焼される。

燃焼溶融炉５には、熱分解ガスの他、粉砕されたカーボン残渣、更には廃棄物を熱分解するのに利用された加熱ガスの一部も、適宜導入される。カーボン残渣は、燃焼溶融炉の炉頂付近から吹き込まれて約１３００℃程度で燃焼され、カーボン残渣中の灰分などは炉底からスラグとして排出される。燃焼溶融炉５から排出される高温排ガスは、ボイラー設備（図示略）に送られて、熱利用される。

次に、熱分解ドラム３の制御方式について説明する。本実施形態の熱分解ドラム３は、廃棄物の投入口側から出口側に向けて長手方向にわたり、複数の温度センサー３ａが取り付けられて、熱分解される廃棄物（熱分解残渣）の温度が測定されるようになっている。図１の場合は、略等間隔で５個の温度センサー３ａ１〜３ａ５が取り付けられている。これら温度センサー３ａの内、熱分解ドラムの略長手方向中央箇所の温度センサー３ａ３からの測定結果により、温度指示制御器（ＴＩＣ）からスクリューフィーダ２の可変速制御（ＶＶＶＦ）に対して指示することにより、スクリューフィーダ２の電動機Ｍを適正な回転数に増減制御するようにしている。

すなわち、温度センサー３ａ３の位置での測定結果を基準として、スクリューフィーダ２の回転数を増減するように制御する。この場合、熱分解ドラム３での適正な加熱条件として、適正温度範囲を抽出し、この温度範囲の上限、下限を、それぞれスクリューフィーダ２の回転数を増速する温度Ｔ１と、減速する温度Ｔ２とに対応させて予め決めておく。つまり、温度センサー３ａ３の測定結果が温度Ｔ１とＴ２の間にある時は、スクリューフィーダ２の回転数を増減せず、定常回転数としておき、この温度範囲から外れた場合に、スクリューフィーダ２の回転数を増減する。例えば、温度センサー３ａ３の測定結果が温度Ｔ１を越えると、スクリューフィーダ２の回転数を所定時間（例えば１０分）、所定回転数（例えば定常回転数より１％）だけ増速する。温度センサー３ａ３の測定温度がピーク温度Ｔｐより数度（例えば５℃）低下すれば、スクリューフィーダ２の回転数の増速を停止し、固定する。温度センサー３ａ３の測定結果が温度Ｔ１に戻れば、スクリューフィーダ２の回転数を定常回転数に戻す。また、温度が更に上がりＴｐを過ぎれば、通常のステップ上昇に戻す。

温度センサー３ａ３の測定結果が温度Ｔ２を下回ると、上記の場合とは逆に、スクリューフィーダ２の回転数を所定時間（例えば４分）、所定回転数（例えば定常回転数より１％）だけ減速する。減速する場合の時間を増速する場合の時間より短くするのは、温度の低い状態から早く離脱するためである。

温度センサー３ａ３の測定温度が、予め設定した最低回転設定温度Ｔ３より低くなった場合は、スクリューフィーダ２の回転数を最低回転数にする。その後、温度センサー３ａ３の測定温度が減速温度Ｔ２に戻れば、スクリューフィーダ２の回転数も定常回転数に戻す。このように温度センサー３ａ３の測定結果によって、スクリューフィーダ２の回転数をステップ式に増減しつつ、適正な加熱条件を確保するように制御する。また、スクリューフィーダ２の定常回転数としては、直近の一定時間（例えば２４時間）の平均回転数を採用する等により行うことが好ましい。

具体的には、例えば約２ｍ程度の内径を有する熱分解ドラムの場合、増減速ステップとしては約０．１回転／８分程度とし、また、最低回転設定温度Ｔ３（通常、約１６０℃程度）に達した場合は、約０．３回転／８分程度に減速する。

そして、加熱ガスの熱分解ドラム入口温度は、引き抜きファン１０の回転数を増減し、熱分解ガス燃焼炉７に引かれる熱分解ガス量を制御することにより、略５３０℃に保つ。循環ファン９は、熱分解ドラム３から排出される加熱ガスが３００〜３５０℃程度になるようにその風量を固定する。

このように構成することにより、熱分解ドラムの略長手方向中央箇所の温度センサー３ａ３の測定温度を、一定幅（例えば、約１８０〜２３０℃程度）の間で緩やかに変動するようにすることができ、その結果、熱分解ドラムの熱分解残渣排出部側の温度センサー３ａ５での測定温度も、一定幅（例えば、約４６０〜４８０℃程度）に抑えることができる。なお、熱分解ドラムの略長手方向中央箇所の温度センサー３ａ３を越え熱分解残渣排出部側の温度センサー３ａ５での測定温度では、比較的変動幅が小さくなるが、これは、大きな変動要因となる廃棄物中の水分変動、供給量変動などが、熱分解ドラムの前半部（例えば、温度センサー３ａ１〜３ａ３設定箇所）において、水分が蒸発したりなどすることにより安定すると共に、後半部では固形分が大部分となるからである。

また、熱分解ドラム３から排出される加熱ガスの温度に対しては、温度センサー（ＴＩ）による監視でよく、ここに温度指示制御器（ＴＩＣ）を設けて温度測定および測定結果による制御を行う必要はない。また、熱分解ドラム３から排出された加熱ガスを中和処理後、高温バグフィルター８により除塵されてから熱分解ガス燃焼炉７に送給する際の循環ファン９のＶＶＶＦによる制御も、手動で行うことができる。

以上に説明したように、本実施形態では、廃棄物を熱分解ドラムに投入して熱分解するに際して、スクリューフィーダの回転数を、従来の技術のように手動操作によらずに、自動操作できるようになっているので、運転操作が楽であり、省人化できると共に、安定した連続運転にも十分に対応できる。

〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、スクリューフィーダ２の回転数の増減をステップ制御方式で行った例を挙げたが、これに代えてＰＩＤ（比例―積分―微分）制御方式を採用してもよい。この場合、図３に示すように、図２の制御図に見られたステップが消失し、より円滑な制御ができて都合がよい。もとより、図３に示すＰＩＤ制御方式も、基本的には上記した図２に示すステップ制御方式と同様にして行う。

本発明の一実施形態に係る熱分解ドラムを有する熱分解処理設備の概略全体構成図 搬送装置の回転数の増減とステップ制御方式で行った例を説明するグラフ 搬送装置の回転数の増減とＰＩＤ制御方式で行った例を説明するグラフ 従来の熱分解処理設備の概略全体構成図

符号の説明

２ 搬送装置
３ 熱分解ドラム
３ａ，３ａ３ 温度センサー
５ 燃焼溶融炉
７ 熱分解ガス燃焼炉

Claims (4)

1. 搬送装置によって送給される廃棄物を加熱ガスにより間接加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解する熱分解ドラムと、前記熱分解ドラムにより熱分解された熱分解ガスを燃焼する燃焼溶融炉と、前記熱分解ドラムに加熱ガスを送給する熱分解ガス燃焼炉とを有する熱分解処理設備であって、
   前記熱分解ドラムは、その長手方向にわたり、熱分解される前記廃棄物の温度を測定する温度センサーが取り付けられており、前記搬送装置による廃棄物の送給速度が、前記熱分解ドラムの長手方向の略中央部からの温度センサーの測定温度が予め設定された所定の適正温度範囲内にある場合には、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を直近の一定時間の平均回転数である定常速度とすると共に、前記温度センサーの測定温度が適正温度範囲内を外れた場合に、増減制御され、
   前記熱分解ガス燃焼炉は、前記熱分解ドラムにより熱分解された熱分解ガスが供給されて、当該熱分解ガスを所定温度範囲に加熱し、当該加熱された加熱ガスは、当該熱分解ドラムの加熱ガス入口側に供給され、
   前記熱分解ガス燃焼炉に供給される熱分解ガス量は、前記熱分解ドラムの加熱ガス入口の温度測定手段の測定結果に基づいて制御され、
   前記熱分解ドラムの加熱ガスの出口から排出され、循環ファンを介して前記熱分解ガス燃焼炉へ送給される加熱ガスの所定の温度範囲を、当該循環ファンの風量制御で行うことを特徴とする熱分解処理設備。
2. 前記増減制御が、前記搬送装置による廃棄物の送給速度を所定時間、所定速度だけステップ的に増減制御するようになっている請求項１記載の熱分解処理設備。
3. 前記増減制御が、前記搬送装置による廃棄物の送給速度をＰＩＤ制御により増減するようになっている請求項１記載の熱分解処理設備。
4. 前記熱分解ドラムの長手方向の略中央部からの温度センサーの測定結果が、予め設定した最高温度より所定温度だけ低下した場合には、前記搬送装置の増速を停止し、その後前記温度センサーの測定結果が前記適正温度範囲に戻れば、前記搬送装置の送給速度を定常回転数に戻す請求項２または３に記載の熱分解処理設備。

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