JP4829708B2 - 廃棄物溶融処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物をシャフト炉式廃棄物溶融炉により溶融処理する廃棄物溶融処理方法に関する。

一般廃棄物、産業廃棄物、あるいはそれらを乾燥、焼却、破砕等の処理を行うことによって得られた処理物、これらを一度埋め立て処理後、再度掘り起こした土砂分を含む埋め立てごみ等の廃棄物を処理する方法として、これらの廃棄物をシャフト炉式廃棄物溶融炉で溶融処理してスラグ、メタルとして再資源化する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このシャフト炉式廃棄物溶融炉の一般的な構成を図２に示す。シャフト炉式廃棄物溶融炉の炉本体１は、シャフト部１ａと下部の朝顔部５とからなり、朝顔部５の下端には燃焼・溶融帯用の下段羽口３を設けると共に、その上方には熱分解帯用の複数段の上段羽口２を設けている。下段羽口３からは酸素又は酸素富化空気を供給し、上段羽口２からは燃焼支持ガスとして空気を供給する。

炉本体１の上部からは処理対象となる廃棄物や助燃剤としてのコークス、塩基度調整剤としての石灰石等を炉内に装入する。この装入のために炉本体１の上部にはシール弁を備えた装入装置９が設けられ、また、炉本体１の下端部には廃棄物を溶融処理した後のスラグ、メタルの出滓口１１が設けられている。

上記構成において、装入された廃棄物１ｂは、炉本体１の上層から乾燥・予熱帯６（約３００〜４００℃）、熱分解帯７（約３００〜１０００℃）、燃焼・溶融帯８（約１０００〜１８００℃）を通過して溶融処理される。

すなわち、下段羽口３から供給した酸素又は酸素富化空気によってコークス４や熱分解残渣１２を高温で燃焼して、これを溶融熱源とし、一方、上段羽口２からは空気を供給して主に廃棄物の熱分解残渣１２を燃焼し、発生したガスで廃棄物の乾燥・予熱及び熱分解を行う。溶融した廃棄物はスラグ、メタルを溶融物として出滓口１１より排出される。

高温の熱分解ガスは、炉本体１内の廃棄物の充填層を対向流として上昇し、炉本体１上部のガス管１０から可燃ガスとして燃焼室へ導入されて燃焼され、その燃焼排ガスは、排ガス管を通ってボイラへ導入され、廃熱が回収された後、減温塔で温度を調整して集じん機に通し、さらには、触媒反応塔で公害物質を除去した後、煙突から排出される。

一方で、地球温暖化防止の観点から石炭などの化石燃料に由来するＣＯ_２削減のための開発が推進されている。シャフト炉式廃棄物溶融炉においても、化石燃料に由来するコークスを溶融熱源として用いるので、環境に対するＣＯ_２負荷を削減することができるコークス使用量削減技術が提案されている。

例えば、特許文献２には、コークスの代替としてバイオマスを利用する技術が提案されている。この技術によれば、コークスの使用量を削減できることで、環境に対するＣＯ_２負荷を削減することができる。

しかし、この特許文献２の技術では、粉状の木材等のバイオマスを加圧成形して使用することを前提としており、バイオマスの加圧成形のために新たな設備が必要となり、処理コストも増加するという問題がある。
特開２００１−９０９２３号公報 特開２００５−２７４１２２号公報

本発明が解決しようとする課題は、バイオマスである木材を加圧成形することなく、コークスの代替として使用することができるシャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理方法を提供することにある。

本発明の廃棄物溶融処理方法は、シャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理方法において、廃棄物の溶融熱源として、気乾比重０．５〜１．１ｇ／ｃｍ^３の範囲の木材を加圧成形することなく炭化して得た真比重が１．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３の範囲の木材炭化物を使用することを特徴とするものである。

このように、気乾比重が０．５〜１．１ｇ／ｃｍ^３という組織が緻密な木材を使用し、さらにこれを炭化して真比重が１．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３という緻密な木材炭化物とすることで、前処理として加圧成形することなく、その木材炭化物を廃棄物の溶融熱源としてコークスの代わりに使用することができる。すなわち、前処理としては木材を炭化に適した大きさに切断するだけでよく、その木材は炭化の過程で適度な大きさに崩壊する。そして、得られた緻密な木材炭化物をシャフト炉式廃棄物溶融炉に装入すると、その木材炭化物は、廃棄物と共に炉下部に降下して高温火格子を形成するので、溶融熱源として利用できる。

ここで、装入する木材炭化物の真比重が１．５ｇ／ｃｍ^３未満では、装入前の搬送過程で崩壊し、また装入後に炉内を降下する際に崩壊して炉下部で高温火格子を形成することができないので、溶融熱源としては利用できない。また、真比重が２．０ｇ／ｃｍ^３を超えると、木材炭化物のかさ比重が大きくなり、高温火格子の高さが低くなるので、適正な高さの高温火格子を形成するには木材炭化物の使用量が増加し、不適である。したがって、装入する木材炭化物の真比重は１．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３の範囲とする。また、真比重が１．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３の範囲の木材炭化物を得るには、気乾比重が０．５〜１．１ｇ／ｃｍ^３という緻密な木材を使用し、これを炭化する必要がある。その炭化の条件としては、乾留温度（炭化温度）を６００〜１２００℃の範囲にするとで、真比重が１．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３の範囲の木材炭化物が得られやすい。

また、本発明においては、木材炭化物の使用量は、従来のコークスと同等である。すなわち、使用量が廃棄物の０．５質量％未満では、炉下部において十分な高温火格子が形成できない。また、木材炭化物の使用量が１０質量％を超えると、高温火格子の高さが高くなりすぎるため、Ｃ＋ＣＯ_２→２ＣＯの式で示されるソリューション反応により木材炭化物が反応してしまい、溶融熱源として機能しなくなる。

また、木材炭化物としては、篩い分けして粒度２０ｍｍ未満のものを除去し、粒度２０ｍｍ以上のものを使用することが好ましい。粒度２０ｍｍ以上の木材炭化物を使用することで、シャフト炉式廃棄物溶融炉の炉下部に適正な高温火格子が形成されやすくなる。

また、使用する木材炭化物としては、そのドラム強度ＤＩ^３０ _１５が５０％以上のものを使用することが好ましい。ここで、ドラム強度ＤＩ^３０ _１５とは、ＪＩＳＫ２１５１の規定に準じ、木材炭化物をドラム試験機に装入して３０回転させた後の全体に対する粒度１５ｍｍ以上の木材炭化物の質量割合（％）である。このドラム強度ＤＩ^３０ _１５が５０％以上の木材炭化物を使用することで、その崩壊が抑えられ、シャフト炉式廃棄物溶融炉の炉下部に適正な高温火格子が形成されやすくなる。

本発明において木材炭化物の原料である木材としては、上述のとおり気乾比重が０．５〜１．１ｇ／ｃｍ^３の範囲を満足するものであれば、とくに限定されることなく如何なる木材であっても使用可能であるが、典型的には、枕木の廃材を使用することができる。枕木の廃材のような比重の大きい廃木材は、破砕のために大きな動力が必要であり、処理コストがかかるため、放置されることが多い。これに対して、本発明によれば、枕木の廃材のような比重の大きい廃木材を、低コストでシャフト炉式廃棄物溶融炉における廃棄物の溶融熱源として利用することができ、しかも、これをコークスの代替エネルギーとして使用することで、環境に対するＣＯ_２負荷を削減することができ、地球温暖化の防止に寄与できる。

以上のとおり、本発明によれば、バイオマスである木材を加圧成形することなく、シャフト炉式廃棄物溶融炉においてコークスの代わりに廃棄物の溶融熱源として使用できる。これにより、処理コストを低く抑えることができる。また、コークスの使用量を削減できるので、環境に対するＣＯ_２負荷を削減することができ、地球温暖化の防止に寄与できる。

図１には、本発明の廃棄物溶融処理方法を実施するシャフト炉式廃棄物溶融炉の構成を示す。同図に示すシャフト炉式廃棄物溶融炉は、図２に示した従来のシャフト炉式廃棄物溶融炉と実質的に同一であり、同一構成には同一符号を付して、その説明は省略する。本発明による廃棄物溶融処理方法は従来と比較して、化石燃料に由来するコークスを木材炭化物で代替する点で大きく異なるが、その他は実質的に変わるところはない。

図１に示すシャフト炉式廃棄物溶融炉の炉本体１に廃棄物、石灰石、及び木材炭化物を装入し、上段羽口２から空気を、下段羽口３から酸素富化空気を吹き込んで廃棄物を溶融処理した。

木材炭化物としては、気乾比重０．９ｇ／ｃｍ^３の木材を、乾留温度８００℃で乾留（炭化）し、粒度が２０ｍｍ未満のものを除去したものを使用した。その木材炭化物の真比重は１．８ｇ／ｃｍ^３であった。また、比較のため、石炭コークスを溶融熱源とした試験も行った。溶融熱源（燃料）として、それぞれ木材炭化物、石炭コークスを使用したときの操業条件及び結果を表１に示す。

いずれも上段羽口送風量（空気）３５０Ｎｍ^３／ｈ、下段羽口送風量（空気）２５０Ｎｍ^３／ｈ、酸素を富化するために、下段羽口送酸量（純酸素）６０Ｎｍ^３／ｈとし、下段羽口での送風は酸素濃度３６．３％の一定条件、燃料使用量４０ｋｇ／廃棄物ｔで操業した。

木材炭化物使用時の廃棄物の処理量は、石炭コークス使用時に比べ、８００ｋｇ／ｈに若干低下したが、試験の結果、木材炭化物は、従来、溶融熱源として使用していた石炭コークスと比べて、溶融能力としては何ら変わりなく操業可能であることが確認できた。

次に、木材炭化物の原料である木材の気乾比重とその炭化温度を変化させ、図１に示すシャフト炉式廃棄物溶融炉において廃棄物の溶融試験を行った。操業条件は、燃料使用量（木材炭化物使用量）を除き、先の試験と同じとした。使用した木材の気乾比重とその炭化温度、得られた木材炭化物の性状、及び操業結果を表２に示す。

本発明の範囲内の木材及び木材炭化物を使用した実施例１及び実施例２は、いずれも表１に示した石炭コークス使用時と比べて、溶融能力としては何ら変わりなく操業可能であった。

これに対して、木材炭化物の真比重が本発明の下限値（１．５ｇ／ｃｍ^３）より小さい比較例１では木材炭化物の使用量が多くなり、比較例２では操業不能となった。また、木材炭化物の真比重が本発明の上限値（２．０ｇ／ｃｍ^３）より大きい比較例３でも木材炭化物の使用量が多くなった。

本発明の廃棄物溶融処理方法を実施するシャフト炉式廃棄物溶融炉の構成を示す。 従来のシャフト炉式廃棄物溶融炉の一般的な構成を示す。

符号の説明

１ 炉本体
１ａ シャフト部
１ｂ 廃棄物
２ 上段羽口
３ 下段羽口
４ コークス
５ 朝顔部
６ 乾燥・予熱帯
７ 熱分解帯
８ 燃焼・溶融帯
９ 装入装置
１０ ガス管
１１ 出滓口
１２ 熱分解残渣
１３ 炭化物層

Claims (6)

1. シャフト炉式廃棄物溶融炉による廃棄物溶融処理方法において、廃棄物の溶融熱源として、気乾比重０．５〜１．１ｇ／ｃｍ^３の範囲の木材を加圧成形することなく炭化して得た真比重が１．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３の範囲の木材炭化物を使用することを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
2. 前記木材炭化物として、前記木材を乾留温度６００〜１２００℃の範囲で炭化した木材炭化物を使用する請求項１に記載の廃棄物溶融処理方法。
3. 前記木材炭化物の使用量が廃棄物の０．５〜１０質量％である請求項１又は２に記載の廃棄物溶融処理方法。
4. 前記木材炭化物の粒度が２０ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。
5. 前記木材炭化物のドラム強度ＤＩ^３０ _１５が５０％以上である請求項１〜４のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。
6. 前記木材として、枕木の廃材を使用する請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物溶融処理方法。

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