JP4539417B2 - 可燃性廃棄物の処理方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、仮焼炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理方法およびその装置に関する。

近年、各種可燃性廃棄物をセメント製造装置に供給することにより、廃棄物の処理を行うと同時に、セメント製造の燃料や原料の代替として有効利用する試みがなされている。例えば、引用文献１には仮焼炉への二次空気ダクトに廃プラスチック破砕片を直接投入するセメントの製造方法が記載されている。しかし、粒径が大きい可燃性廃棄物を二次空気ダクトに直接投入した場合に、ダクトの湾曲部や水平部に着地し融着するために、融着物を除去する必要があり多大な労力を要していた。
特開２００２−１４５６４８号公報

本発明は、可燃性廃棄物を仮焼炉に安定供給し大量処理するための可燃性廃棄物の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、仮焼炉の型式や可燃性廃棄物の性質に着目し鋭意研究を行った結果、可燃性廃棄物の粒径が大きい場合においても、可燃性廃棄物を仮焼炉に安定供給し大量処理することができることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、クリンカクーラーから抽気した空気を仮焼成炉に導入するための渦流室を有する仮焼成炉において可燃性廃棄物を処理するための可燃性廃棄物の処理方法および処理装置において、可燃性廃棄物を渦流室の天井部から供給することを特徴とする可燃性廃棄物の処理方法および処理装置である。また別の発明は、前記渦流室にさらに空気を導入する可燃性廃棄物の処理方法および処理装置である。

本発明によれば、セメント製造装置の稼動や製品の品質に悪影響を及ぼすことなく粒径が大きな可燃性廃棄物を仮焼炉に安定供給し大量に処理することが可能となり、可燃性廃棄物の処理と有効利用を同時に達成することができ、主燃料である微粉炭の使用量を大幅に削減することができる。

以下図面を参照して本発明の内容を詳細に説明する。図１は本発明を実施するためのセメント製造装置の概略図である。セメント製造装置は、セメント原料焼成用のロータリーキルン１、仮焼炉２を備えたサスペンションプレヒーター、冷却空気によりセメントクリンカーを冷却するためのクリンカクーラー３(以下ＡＱＣとする)及びクーラー抽気ガスダクト６よりなり、ロータリーキルン１の原料供給側にサスペンションプレヒーターを、セメントクリンカー排出側にＡＱＣをそれぞれ接続する。さらにＡＱＣと仮焼炉２とをクーラー抽気ガスダクト６により接続することにより、ＡＱＣから排出される熱空気を仮焼炉２に二次空気として導入するようにした構成になっている。
セメント原料投入口１８から投入されたセメント原料は、プレヒーターサイクロン２０で順次予熱された後、仮焼炉２に導入され仮焼反応が行われる。その後、セメント原料は窯尻部２１を経由した後、ロータリーキルン１においてセメントクリンカーとして焼成される。ロータリーキルン１から排出されたセメントクリンカーは、ＡＱＣにおいて急冷され、最終的なセメントクリンカーとなる。

次に図２および図３を用いて仮焼炉２の形態を詳細に説明する。図２および図３は、それぞれ本発明を実施するための渦流室５を有する仮焼炉２の平面図と側面図である。ロータリーキルン１からの１０００乃至１２００℃で酸素濃度が１乃至３容量％であるキルン排ガス１３は、仮焼炉２の中心軸に沿って仮焼炉２の中央を下から上に向かって噴流ガス１４として高速で突き抜ける。よって、仮焼炉２においては、中心軸に沿った中心付近は低酸素濃度領域となる。一方、ＡＱＣからの８５０乃至９００℃で酸素濃度が２１容量％であるクーラー抽気ガス１１は、クーラー抽気ガスダクト６を通じて仮焼炉２の横方向から水平に渦流室５に導入され、渦流室５の周円部１０をゆっくり旋回流ガス１５として旋回した後、仮焼炉上部室１７内を炉の内壁周囲に沿って横上方向の旋回流を構成しながら、下から上に向かって上昇する。よって、仮焼炉２の炉壁に近い周辺部は高酸素濃度領域となる。
一方、石炭バーナー８から供給される微粉炭は、プレヒーター排ガス１９中のＮＯxを低減させるために還元雰囲気とする役割を有する。即ち、ライジング・ダクト９からの酸素濃度が低いキルン排ガス１３である噴流ガス１４の流れ方向に、石炭バーナー８から微粉炭と１次空気が共に噴射される。これによって、仮焼炉上部室１７の中心縦軸に沿った付近において約９００℃の高温による熱分解によってＣＯガスが発生し、ＣＯによってプレヒーター排ガス１９中のＮＯxは還元される。

渦流室５に供給された可燃性廃棄物は、クーラー抽気ガス１１によって高温・高酸素の雰囲気となった仮焼炉渦流室５の周円部１０をゆっくり旋回流ガス１５に乗って旋回しながら燃焼が加速される。これにより、酸素濃度が高い炉内燃焼空間を旋回挙動することにより廃棄物の滞留時間を従来よりも長く確保することができる。その後、慣性力の比較的大きい可燃性廃棄物は仮焼炉上部室１７において遠心力によって、熱空気の旋回流に乗って仮焼炉２の内壁部に近いところを流飛軌跡１６のように周回しながら燃焼する。可燃性廃棄物の燃焼により発生したガスは、仮焼炉上部室１７の中心縦軸を下から上に向かって突き抜ける噴流ガス１４と自然に合流する。これにより、可燃性廃棄物が炉壁に融着することなく燃焼処理を行うことができる。

可燃性廃棄物は、渦流室５の天井部、好ましくは天井部の中心半径から０乃至３ｍ外周部寄りであって、クーラー抽気ダクト６との接続部から１乃至４ｍ離れた位置に設けられた投入口から供給する。これにより、可燃性廃棄物を重力により安定的に供給すること可能となり、可燃性廃棄物の供給に伴う供給部の閉塞問題が解消される。また、可燃性廃棄物の滞留時間を長く確保しながら、さらに外周部寄りの高酸素雰囲気によって、可燃性廃棄物を確実に燃焼させることが可能となる。

また、可燃性廃棄物は垂直方向から見て３０度以下、好ましくは１０乃至２０度の傾斜を有して渦流室５に供給される。これにより、可燃性廃棄物を渦流室５により安定供給することが可能となる。廃棄物投入口１２は、可燃性廃棄物の投入量や粒径に応じて天井部に二箇所以上の廃棄物投入口を設けてもよく、クーラー抽気ガスの流れ方向に垂直または平行に二箇所の廃棄物投入口を設けることができる。例えば、最長部が７０ｍｍ以下の可燃性廃棄物は仮焼炉内部に近い廃棄物投入口から、７０ｍｍを超える可燃性廃棄物はクーラー抽気ダクトに近い廃棄物投入口から、それぞれ投入する。これによって、粒径によらない一定の燃焼が可能となる。

さらに渦流室５に投入された可燃性廃棄物は、石炭バーナー８の位置よりも低い位置、具体的には１乃至５ｍ低い位置まで自由落下し燃焼する。１ｍ未満であれば滞留時間を十分に確保することができず直ちに上昇するため、粒径が大きな可燃性廃棄物の燃え遅れが生じる。一方、５ｍを超えると酸素濃度が低いため燃焼率が低下する。渦流室５に供給する可燃性廃棄物の流速は、１乃至１０ｍ／秒である。

本発明で用いられる可燃性廃棄物とは、廃プラスチック、廃木材、木屑、古畳、古紙、廃ゴム、布裂、固形燃料（ＲＤＦ類）などの単品または２種以上の混合物をいう。可燃性廃棄物に鉄屑やアルミ片等の異物が混入している場合は、磁力選別機、非鉄物除去装置、篩等の手段により予め除去する。可燃性廃棄物のサイズは、最長部が１００ｍｍ以下、好ましくは７０ｍｍ以下である。最長部が１００ｍｍ以上では、旋回流に乗っても慣性力が大きいため、炉壁近辺に滞留し炉壁に固着して炉内燃焼ガスの通風抵抗となり、また旋回流に乗ることなくライジング・ダクト９を経由して窯尻部２１に落下し炉壁に固着するので好ましくない。最長部が３０ｍｍ以下の可燃性廃棄物は、仮焼炉２の下部にあるライジング・ダクト９からのキルン排ガス１３によって直ちに上方向に上昇するため高酸素領域に滞留する時間が短く、石炭バーナー８から供給される微粉炭と同じ燃焼挙動を示す。石炭バーナー８から供給される微粉炭に対する可燃性廃棄物の割合は、１０乃至４０重量％である。

可燃性廃棄物が投入口される渦流室５には、クーラー抽気ガス１１のほかに、空気導入口を設け、空気２２を導入することができる。これにより、最長部が１００ｍｍ以上の慣性力が大きい可燃性廃棄物を渦流室５に供給した場合においても、渦巻室下部に堆積・融着することなく燃焼処理を行うことができる。空気は圧縮空気を用いることができる。空気２２の導入は、可燃性廃棄物を吹き上げることができれば特に制限はないが、例えば、渦流室５の側面から、廃棄物投入口１２から鉛直方向に降りた渦流室５の底部に対して斜め下方に空気２２を導入することができる。空気の導入は２箇所以上から行うことも可能である。例えば、渦流室５の底部で炉心寄り内周部と、渦流室５の底部で炉壁寄り外周部の２箇所にそれぞれ空気２２の導入口を設けることができる。空気２２の供給量は、クーラー抽気ガス１１に対して０．１乃至５．０容量％であり、好ましくは０．５乃至３．０容量％である。

以下に、実施例をあげて本発明の内容を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の設計変更が可能である。

［仮焼炉の型式］
本実施例で用いられた仮焼炉は、ＮＳＦ式仮焼炉（石川島播磨重工業（株）製）であって、仮焼炉２の下部は渦流室５が構成され、該渦流室５はクーラー抽気ガスダクト６と接続されるとともに、仮焼炉上部室１７の下と繋がっている。仮焼炉の石炭バーナー８は、計４本存在し、仮焼炉上部室１７の最下部における位置レベルで、キルン１の排ガスを下部から導入するライジング・ダクト９のほぼ中央に向けて下向き俯角で１５乃至２０度の範囲で、仮焼炉２の内部に挿入されて設置されている。

［可燃性廃棄物の渦流室への投入条件］
仮焼炉２の横方向から水平に導入されるクーラー抽気ガス１１が仮焼炉２の内部で旋回するような構造である渦流室５の入口部から、熱空気の流れ方向に２．５ｍの水平距離で、流れ方向に直角な幅方向に端部から２．５ｍ水平に離れた渦流室５の上部に位置する２０度傾斜させた専用投入口１２から、最長サイズが７０ｍｍ篩い全通の粒径を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンを含む廃プラスチック８０重量％と、廃木材５重量％、ＲＤＦ１０重量％，繊維クズ５重量％からなる可燃性廃棄物を、石炭バーナー８のレベルよりも３ｍ低い位置に３乃至１０ｍ／秒の速度で２重ダンパーを経由して、自然落下にて投入した。可燃性廃棄物の供給量は４．０ ｔ／ｈｒであり、噴流ガス量は１２０ｋＮｍ3／ｈｒ、クーラー抽気ガス量は８２ｋＮｍ3／ｈｒで、微粉炭燃料は１３ｔ／ｈｒ、微粉炭吹込み空気は３．５ｋＮｍ3／ｈｒであった。

［燃焼結果］
可燃性廃棄物を仮焼炉２へ投入する前の仮焼炉出口のガス温度は９００乃至１０００℃、酸素濃度は１．５乃至２．５容量％、未燃分量は０．１至乃０．３容量％であったが、可燃性廃棄物を前記の通り４．０ｔ／ｈｒで投入した後における操業データは、投入前のそれの範囲内となり燃焼遅れも認められなかった。この結果、可燃性廃棄物を仮焼炉２において処理することにより、従来の微粉炭燃料の使用量を２５％削減することが可能となった。

本発明は、大量の可燃性廃棄物をセメント製造の原料や燃料として使用する際に利用可能である。

本発明を実施するためのセメント製造装置の概略図である。 本発明を実施するための渦流室を有する仮焼炉の平面図である。 本発明を実施するための渦流室を有する仮焼炉の側面図である

符号の説明

１ ロータリーキルン
２ 仮焼炉
３ クリンカクーラー（ＡＱＣ）
４ 窯前石炭バーナー
５ 渦流室
６ クーラー抽気ガスダクト
７ 排気ファン
８ 石炭バーナー
９ ライジング・ダクト
１０ 渦流室の外壁・内壁
１１ クーラー抽気ガス
１２ 廃棄物投入口
１３ キルン排ガス
１４ 噴流ガス
１５ 旋回流ガス
１６ 廃棄物の流飛軌跡
１７ 仮焼炉上部室
１８ セメント原料投入口
１９ プレヒーター排ガス
２０ プレヒーターサイクロン
２１ 窯尻部
２２ 空気

Claims (12)

1. クリンカクーラーから抽気したクーラー抽気ガスを、渦流室を有する仮焼炉に導入することにより、可燃性廃棄物を処理する可燃性廃棄物の処理方法において、
   前記可燃性廃棄物を、前記渦流室の天井部から自由落下させて前記渦流室内部に供給し、
   前記仮焼炉は、鉛直下方側に向かって小径化するテーパ部を有し、このテーパ部に渦流室が接続するＮＳＦ式の仮焼炉であって、
   前記仮焼炉における前記可燃性廃棄物の投入口は、前記クーラー抽気ガスの供給口よりも鉛直上方側に設けられること
   を特徴とする可燃性廃棄物の処理方法。
2. 前記可燃性廃棄物を前記渦流室の天井部の中心半径から外周部寄りに供給する請求項１記載の可燃性廃棄物の処理方法。
3. 前記可燃性廃棄物を前記渦流室の天井部において垂直方向から３０度以下に傾斜させて供給する請求項１または２に記載の可燃性廃棄物の処理方法。
4. 前記渦流室に対し、前記クーラー抽気ガス以外に更に空気を導入する請求項１乃至３いずれか１項に記載の可燃性廃棄物の処理方法。
5. 前記空気は、前記可燃性廃棄物の供給口に向けて供給される請求項４記載の可燃性廃棄物の処理方法。
6. 前記渦流室は、前記可燃性廃棄物を投入する複数の廃棄物投入口を有し、
   前記複数の廃棄物投入口は、前記可燃性廃棄物の大きさに応じ、位置および径がそれぞれ異なること
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の処理方法。
7. 前記可燃性廃棄物の大きさは、最長部が１００ｍｍ以下であること
   を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の処理方法。
8. クリンカクーラーから抽気したクーラー抽気ガスを、渦流室を有する仮焼炉に導入することにより、可燃性廃棄物を処理する可燃性廃棄物の処理方法において、
   前記可燃性廃棄物を、前記渦流室の天井部に設けられた投入口から自由落下させて前記渦流室内部に供給し、
   前記仮焼炉は、鉛直下方側に向かって小径化するテーパ部を有し、このテーパ部に渦流室が接続するＮＳＦ式の仮焼炉であって、
   前記仮焼炉における前記可燃性廃棄物の投入口は、前記クーラー抽気ガスの供給口よりも鉛直上方側に設けられること
   を特徴とする可燃性廃棄物の処理装置。
9. 前記渦流室に対し、前記クーラー抽気ガス以外に更に空気導入口を有する請求項８記載の可燃性廃棄物の処理装置。
10. 前記渦流室は、前記可燃性廃棄物を投入する複数の廃棄物投入口を有し、
    前記複数の廃棄物投入口は、前記可燃性廃棄物の大きさに応じ、位置および径がそれぞれ異なること
    を特徴とする請求項８または請求項９に記載の可燃性廃棄物の処理装置。
11. 前記可燃性廃棄物の大きさは、最長部が１００ｍｍ以下であること
    を特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の可燃性廃棄物の処理装置。
12. 請求項９に記載の可燃性廃棄物の処理装置において、
    前記空気導入口は、前記渦流室の底部に対し、鉛直方向に対し斜め下方側に空気を供給すること
    を特徴とする可燃性廃棄物の処理装置。

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