JP4947249B2 - ロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法 - Google Patents

ロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を補助燃料として用いるロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法に関するものである。
産業廃棄物の発生量は年々増加の一途をたどっている。その処理方法としては埋め立て処理、焼却処理等が知られている。しかし、埋め立て場の確保が難しくなってきていることから、焼却処理が注目を浴びてきている。かかる産業廃棄物の中でも廃プラスチックやごみ固体化燃料(RDF)等の可燃性廃棄物は、焼却によって大きな熱量を発生するため、その燃焼によって生じる熱量を有効に利用すべく、各種の燃焼炉の燃料として利用されつつある。
例えば、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を燃料として利用する方法として、その破砕品をセメント焼成設備のロータリーキルンの窯前部からロータリーキルン内に空気流に乗せて吹き込んで燃焼させ、主燃料として使用する微粉炭の使用量を削減する技術が以前より知られている。
特許文献1には、主燃料バーナの上側に可燃性廃棄物燃焼バーナを設けて、可燃性廃棄物を主燃料による火炎中に落下するように投入することにより、ロータリーキルン壁への着地前に空間燃焼を完了させるロータリーキルンが開示されている。また、特許文献2には、キルンの中心から降ろした鉛直線から回転方向に110度の範囲に可燃性廃棄物燃焼バーナを設け、可燃性廃棄物をクリンカ上に降下するように投入して、クリンカからの高熱と酸素の多い二次空気により、可燃性廃棄物を効率良く燃焼させる技術が開示されている。
特開2000−319049号公報 特開2003−106771号公報
ところが、上記従来技術においては、投入した可燃性廃棄物の拡散の度合いが低いために、必ずしも可燃性廃棄物を効率良く燃焼させることができないという問題があった。
本発明は、上記事情を考慮し、投入した可燃性廃棄物を効率良く燃焼させることのできるロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法を提供することを目的としている。
請求項1の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、セメントクリンカ製造用のロータリーキルン内を加熱するために、主燃料バーナに加えて設けられた可燃性廃棄物燃焼バーナによる可燃性廃棄物の処理方法において、前記可燃性廃棄物燃焼バーナから、前記可燃性廃棄物として、木屑、肉骨粉、魚粉の少なくともいずれかを、主燃料バーナの胴部にぶつかるように投入することを特徴とする。
請求項2の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、請求項1記載の発明において、前記可燃性廃棄物の粒径を50mm以下に調整した上で投入することを特徴とする。
本発明によれば、主燃料バーナの胴部に可燃性廃棄物をぶつけることにより、可燃性廃棄物を広く散らばらせながら、高温のクリンカ上に降下させることができ、燃焼効率を高めることができる。特に可燃性廃棄物の高温燃焼作用によってフリーライムを下げることができるため、最終的に強度の高いセメントを得ることができ、多量の可燃性廃棄物を投入しても、セメントの品質を低下させることがなくなる。また、可燃性廃棄物の焼却灰はセメントの製造原料の一部として有効に利用できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態に用いられるロータリーキルンの概略構成図、図2は図1のII−II線に沿う断面図である。
図1において、被焼成物であるセメント原料は、ロータリーキルン1内の上流端である窯尻部側(図中左側)から投入され、ロータリーキルン1内を矢印Yのように、下流側である窯前部1A側(図中右側)に移動しながら焼成され、焼成されたセメントクリンカCは、窯前部1Aの下部に接続されたクリンカクーラー2に落ちて、さらに下流側に移動しながら二次空気Dによって冷却される。この二次空気Dは、クリンカクーラー2においてセメントクリンカCから熱を吸収して高温になると共に、窯前部1Aを通ってロータリーキルン1内を上流側に流れる。
ロータリーキルン1の下流端である窯前部1Aの端壁1Aaには、主燃料である微粉炭TをブロワーB1から供給される一次空気と共にロータリーキルン1内に吹き込む円筒形状の主燃料バーナ10が設けられている。この主燃料バーナ10は、主燃料である微粉炭Tを一次空気と共に、窯前部1Aから窯尻部の方向に向かって吹き出して、微粉炭Tを燃焼させるものである。さらに、主燃料バーナ10は、図2に示すように、窯前部1Aの端壁1Aaにおけるロータリーキルン1の回転中心に対応する位置に配置されており、微粉炭Tを該ロータリーキルン1の回転中心軸に沿って吹き出すようになっている。
また、窯前部1Aの端壁1Aaには、図1に示すように、廃プラスチックやごみ固体化燃料(RDF)等の可燃性廃棄物Sの破砕品を補助燃料用のブロワーB2から供給される補助一次空気と共にロータリーキルン1内に吹き込む円筒形状の可燃性廃棄物燃焼バーナ11が、主燃料バーナ10の下側に位置させて配置されている。この場合、可燃性廃棄物燃焼バーナ11は、可燃性廃棄物Sの吹出方向が、主燃料バーナ10の胴部、または、主燃料バーナ10の前方に形成される火炎Fを指向するように傾けて設置されている。また、可燃性廃棄物燃焼バーナ11は、図2に示すように、キルンの回転中心から下ろした鉛直線から、回転方向(矢印X方向)あるいはその逆方向に80度の範囲(角度α1、α2の範囲)に設けられている。
ここで、可燃性廃棄物燃焼バーナ11による可燃性廃棄物Sの投入箇所は、主燃料バーナ10の先端10aから前方に1m、後方に2mの範囲に設定されている。例えば、可燃性廃棄物Sとして廃プラスチック等の高温で軟化するものを投入する場合には、主燃料バーナ10の先端10aから前方に1m以内の火炎Fに向けて当該火炎Fにぶつかるように可燃性廃棄物Sを投入すべく、可燃性廃棄物燃焼バーナ11の吹出角度(傾角)が設定されている。また、可燃性廃棄物Sとして木屑、肉骨粉、魚粉の少なくともいずれか(木屑、肉骨粉、魚粉のうち1種以上)を投入する場合には、主燃料バーナ11の胴部に向けて当該胴部にぶつかるように可燃性廃棄物Sを投入すべく、可燃性廃棄物燃焼バーナ11の吹出角度(傾角)が設定されている。
次に、本発明の可燃性廃棄物の処理方法の一実施形態について説明する。
セメントクリンカCを製造するに当たり、主燃料用のブロワーB1から供給した一次空気を、微粉炭Tと共に主燃料バーナ10から吹き出して燃焼させる。同時に、補助燃料用のブロワーB2から供給される補助一次空気を、例えば、廃プラスチックを細かく砕いた可燃性廃棄物Sと共に可燃性廃棄物燃焼バーナ11から吹き出して燃焼させる。
そのように可燃性廃棄物Sを投入した場合、可燃性廃棄物Sは、主燃料バーナ10の火炎Fからの輻射熱や、高温のセメントクリンカCからの輻射熱や、クリンカクーラー2においてセメントクリンカCから熱を吸収して高温となった二次空気Dからの熱や、その他からの熱を受けて高温となり、該二次空気Dの高温雰囲気中で燃焼を開始することになる。
その際、可燃性廃棄物Sを広く拡散させながら、セメントクリンカC上に降下させることができる。つまり、主燃料バーナ10の胴部に向けて当該胴部に可燃性廃棄物Sを当てるべく可燃性廃棄物Sを吹き出したり、主燃料バーナ10の火炎Fに向けて当該火炎Fに当てるべく可燃性廃棄物Sを吹き出したりすることにより、可燃性廃棄物Sが広く散らばりながら、火炎F等から効率よく熱を受けて燃焼すると共に高温のクリンカC上に降下させることができる。
ここで、ロータリーキルン1内では、セメントクリンカCが周方向に回転しながら掻き上げられてはその上端部から崩れ落ちることを繰り返す状態になっている。このため、可燃性廃棄物燃焼バーナ11から吹き出し後、完全に燃焼するに至らなかった可燃性廃棄物Sは、掻き上げられてはその上端部から崩れ落ちる約1400℃のセメントクリンカC上等に分散して降下し、セメントクリンカCから極めて効率良く熱を受けると共に、ロータリーキルン1内に供給される二次空気とも極めて効率よく混合されることになる。従って、可燃性廃棄物Sを極めて効率よく燃焼させることができる。また、この燃焼効率の向上による高温の作用によってフリーライムが下がるため、最終的に強度の高いセメントを得ることができる。また、可燃性廃棄物Sの焼却灰は、セメントの製造のために必要な原料の一部として有効利用される。
なお、可燃性廃棄物Sの投入量を、熱量換算で、セメント製造に用いられる燃料全体の熱量に対して1%以上50%以下とするのが望ましい。そうすることで、セメントの品質を低下させるおそれがなくなるからである。好ましくは、30%以下とするのがよい。また、可燃性廃棄物Sは、粒径を50mm以下に調整した上で投入するのがよい。
実施例1では、可燃性廃棄物Sの投入点(主燃料バーナの先端10aからの距離)を変化させた場合のセメントクリンカ中のフリーライム(f.CaO)の発生率について調べた。その結果を表1に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップ(粒径0〜50mm)を、図2の3番の箇所の可燃性廃棄物燃焼バーナ11から投入した。投入量は12.5kg/t-cli(クリンカ1トン当たりの可燃性廃棄物の投入重量をkgで示した単位)である。f.CaOが多いということは、燃焼効率が悪いことを意味すると共に、セメントの製品としても不適切なものとなる。特に、f.CaOが1.0%以上の場合は製品にできない。そこで、投入可能なポイントは、主燃料バーナ10の先端10aから前方へ1.0m、後方へ2.0mの範囲がよいことが分かった。
Figure 0004947249
実施例2では、可燃性廃棄物Sとしてプラスチックを投入した場合の、可燃性廃棄物Sの投入点(主燃料バーナの先端10aからの距離)と、セメントクリンカ中のフリーライム(f.CaO)の発生率との関係について調べた。その結果を表2に示す。投入条件として、可燃性廃棄物であるプラスチック(粒径0〜20mm)を、図2の3番の箇所の可燃性廃棄物燃焼バーナ11から投入した。投入量は12.5kg/t-cliである。f.CaOが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、1.0%以上は製品にできない。そこで、プラスチックを投入する場合の投入可能なポイントは、主燃料バーナ10の先端10aから前方へ1.0mの範囲がよいことが分かった。
Figure 0004947249
実施例3では、可燃性廃棄物燃焼バーナ11の位置と、セメントクリンカ中のフリーライム(f.CaO)の発生率との関係について調べた。その結果を表3に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップ(粒径0.1〜50mm)を、図2の1〜12番の各箇所の可燃性廃棄物燃焼バーナ11から、主燃料バーナ10の先端10aから後方1.0mのポイントを狙って投入した。投入量は12.5kg/t-cliである。f.CaOが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、1.0%以上は製品にできない。そこで、可燃性廃棄物燃焼バーナ11を設ける位置は、1〜6番が最適であり、7〜12番は不適切であることが分かった。つまり、キルンの中心から降ろした鉛直線から回転方向あるいはその逆方向に80度の範囲に可燃性廃棄物燃焼バーナ11を設けるのがよいことが分かった。
Figure 0004947249
実施例4では、クリンカ製造に関わる熱量全体に対する、副バーナ(可燃性廃棄物燃焼バーナ11)からの投入可燃性廃棄物の熱量割合と、セメントクリンカ中のフリーライム(f.CaO)の発生率との関係について調べた。その結果を表4に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップ(粒径0〜50mm)を、図2の3番の可燃性廃棄物燃焼バーナ11から、主燃料バーナ10の先端10aの後方1.0mのポイントを狙って投入した。f.CaOが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、1.0%以上は製品にできない。そこで、可燃性廃棄物の投入量は、熱量換算で、セメント製造に用いられる燃料全体の熱量に対して1%以上50%以下とするのがよく、特に30%以下とするのがよいことが分かった。
Figure 0004947249
実施例5では、投入する可燃性廃棄物Sの粒径を変化させた場合の、セメントクリンカ中のフリーライム(f.CaO)の発生率について調べた。その結果を表5に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップを粒径を段階的に異ならせて、図2の3番の可燃性廃棄物燃焼バーナ11から、主燃料バーナ10の先端10aの後方1.0mのポイントを狙って投入した。f.CaOが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、1.0%以上は製品にできない。そこで、投入する可燃性廃棄物の粒径は、50mm以下とするのがよいことが分かった。なお、プラスチックや木材等の可燃性廃棄物を破砕する破砕装置の性能上、投入する可燃性廃棄物の粒径は、ほぼ0.1mm以上となる。
Figure 0004947249
本発明の実施形態のロータリーキルンの概略構成図である。 図1のII−II線に沿う断面図である。
符号の説明
1 ロータリーキルン
10 主燃料バーナ
11 可燃性廃棄物燃焼バーナ
S 可燃性廃棄物
F 火炎

Claims (2)

  1. セメントクリンカ製造用のロータリーキルン内を加熱するために、主燃料バーナに加えて設けられた可燃性廃棄物燃焼バーナによる可燃性廃棄物の処理方法において、前記可燃性廃棄物燃焼バーナから、前記可燃性廃棄物として、木屑、肉骨粉、魚粉の少なくともいずれかを、主燃料バーナの胴部にぶつかるように投入することを特徴とするロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。
  2. 前記可燃性廃棄物の粒径を50mm以下に調整した上で投入することを特徴とする請求項1記載のロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。
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