JP5534500B2 - 廃棄物処理方法及び廃棄物処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物の乾燥・熱分解により熱分解残渣を生成させ、生成した熱分解残渣を燃焼室に供給して燃焼させることにより焼却処理する廃棄物処理方法及び廃棄物処理設備に関する。

一般廃棄物、産業廃棄物などの廃棄物をシャフト炉式廃棄物溶融炉で溶融処理することが行われている。図３に示すように、溶融炉３１に廃棄物がコークス、石灰石などの副資材とともに、炉上部から装入装置３２により装入される。装入された廃棄物は、炉内で乾燥、熱分解、燃焼、溶融の過程を経て出湯口３３から溶融物として排出される。廃棄物中の可燃物は、一部が熱分解されてガスとなって炉頂から排出され、一部は炉下部で羽口３４から吹き込まれた空気および酸素によって燃焼するが、残りの可燃物は可燃性ダストとなって溶融炉３１の炉頂から排出される。

溶融炉３１の炉頂から排出される可燃性ダストは、可燃性ダスト捕集装置３５で捕集されて可燃性ダスト貯蔵タンク３６に貯蔵され、可燃性ダスト切出装置３７で切り出されて酸素富化空気を供給する羽口３４から炉内へ吹き込まれる。可燃性ダスト捕集装置３５を通過した排ガスは後段の燃焼室で燃焼される。

溶融炉による廃棄物溶融処理では、処理物を溶融するための主燃料として使用されるコークスの処理費用に占める割合が大きいので、処理費用を節約するためにコークスの使用量を低減することが望まれている。

一方で、地球温暖化防止の観点から、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からもコークス使用量の削減が望まれている。

コークス使用量を低減させるため、例えば、羽口を介して炉頂から排出した可燃性ダストとともに、可燃性ダスト以外の可燃物を吹き込む方法（特許文献１）、下段送風羽口から供給される酸素量（Ａ）に対する、捕集され該下段送風羽口から供給される可燃性ダストとコークスの量および組成から求まる理論酸素量（Ｂ）の比率（Ｂ／Ａ）を、０．５〜１．０の範囲になるように、可燃性ダストの吹き込み量に応じて送風条件を変える方法（特許文献２）、加熱コイルによって炉内に充填されたコークスを羽口から吹き込まれた空気又は酸素富化空気により還元燃焼せしめるとともに、該コークスに交番電流を通電して誘導加熱することにより廃棄物を溶融処理する廃棄物の溶融処理方法（特許文献３）あるいは、木材などのバイオマスを利用する方法（特許文献４）などが提案されている。

特許文献５には、ストーカ群で生成した未燃炭素分を含む残渣を未燃炭素分の燃焼熱にて溶融し、ストーカ炉を高温化することなく主灰の改質による資源化を行うことが開示されている。この技術は、ストーカ高温化による主灰および飛灰の溶融固着を防止し、熱分解残渣溶融部冷却に伴うヒートロスによる熱効率低下を改善するためのもので、ストーカ上の廃棄物温度を１０００℃以下の低温にて部分燃焼させ安定したガス化を行うというものである。

特開２００６−２０７９１１号公報 特開２００３−０５６８２０号公報 特開２００２−０５４８１０号公報 特開２００７−９３０６９号公報 特開２００３−１６６７０５号公報

ストーカ炉は、一般的に火格子断面処理率は２００ｋｇ／ｍ^２／ｈ前後であり、廃棄物を完全燃焼させるためには、火格子を大きくしなければならず、イニシャルコストが高くなる。また、完全燃焼するための燃焼火格子は高温のために損傷しやすく、メンテナンス費用が高くなる。

廃棄物溶融炉は、コークスを使用して溶融処理するので、最終処分量は少ないものの、外部燃料の使用量が多く、ＣＯ_２排出量が多い。また、溶融を行うために設備点数が多いのでイニシャルコストが高くなる。

このように、従来の廃棄物処理炉では、設備が大きくなったり、高機能化等によりイニシャルコストが非常に高くなったりしており、イニシャルコストを削減した効率的な廃棄物処理システムが望まれている。

そこで、本発明は、廃棄物を乾燥・熱分解して得られた熱分解残渣を燃焼室で焼却処理することにより廃棄物処理を効率化するとともに、イニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる廃棄物処理方法及び廃棄物処理設備を提供するものである。

本発明の廃棄物処理方法は、乾燥用シャフト部と火格子部を備えた熱分解残渣生成装置の後段にダクトを介して配置した燃焼室を備えた廃棄物処理設備における廃棄物処理方法において、廃棄物を乾燥・熱分解する乾燥用シャフト部の頂部から廃棄物を乾燥用シャフト部内に装入して形成した廃棄物充填層に、熱分解残渣を生成する火格子部で発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスは乾燥用シャフト部の頂部の排ガス出口から排出し、前記排ガス出口から排出される排ガスはダクトにより燃焼室へ導入し、乾燥用シャフト部で乾燥・熱分解した廃棄物を火格子部でさらに熱分解して熱分解残渣を生成し、生成した熱分解残渣を熱分解残渣排出口から排出し、燃焼室に供給し燃焼させて焼却することを特徴とする。

また、本発明の廃棄物処理設備は、 廃棄物装入口及び排ガス排気口が頂部に設けられ、廃棄物装入口から廃棄物が装入されて形成された廃棄物充填層に火格子部で発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスが排ガス排気口から排出される乾燥用シャフト部と、乾燥用シャフト部の下部に接続され、乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成し、生成された熱分解残渣を排出する熱分解残渣排出口を有する火格子部を備えた熱分解残渣生成装置と、熱分解残渣生成装置の後段に設置され、乾燥シャフト部頂部の排ガス排気口から排出されてダクトにより供給される熱分解ガスとともに熱分解残渣排出口から排出されて供給される熱分解残渣を燃焼させて焼却する燃焼室を備えたことを特徴とする。

本発明では、乾燥用シャフト部にて廃棄物を乾燥・乾留し、廃棄物の部分燃焼排ガスを廃棄物充填層に通し、廃棄物と燃焼排ガスとを熱交換することによって、通常のストーカ炉式焼却炉と比較して、火格子部を小さくすることができる。その結果、イニシャルコストおよびランニングコストを低減させることが可能となる。

さらに生成した熱分解残渣を火格子部の後段に設置されている燃焼室で燃焼することで炭化物を完全燃焼し、飛灰として排出することが可能となる。このようにすることで、従来のシャフト炉式ガス化溶融炉にて必要であったコークス等の外部燃料が不要となり、ランニングコストおよびＣＯ_２排出量低減が可能となる。

また、生成された炭化物は系内(燃焼室)にて完全焼却を行うため、可燃性の炭化物のハンドリングを行う必要がなく、イニシャルコスト低減を行うことができる。

本発明廃棄物処理のフロー図である。 本発明の廃棄物溶融処理設備の説明図である。 従来の廃棄物溶融処理設備の説明図である。

本発明を、図面を参照しながら説明する。

図１、図２において、本発明の廃棄物処理設備は、熱分解残渣生成装置１の後段に燃焼室２が配置される。熱分解残渣生成装置１と燃焼室２の間には、破砕装置３、篩い分け装置４が配置される。

図２において、熱分解残渣生成装置１は、装入された廃棄物を乾燥する乾燥用シャフト部５、乾燥された廃棄物を熱分解して熱分解残渣７を生成する火格子部６からなる。乾燥用シャフト部５が火格子部６の入側の上方に配置され、火格子部６の出側の下方に熱分解残渣排出装置８が配置されている。熱分解残渣排出装置８により火格子部６にて生成された熱分解残渣７と火格子部６の間から落下した残渣とを合わせて熱分解残渣排出口９へ排出し、燃焼室２へ供給する。熱分解残渣排出装置８はスクリューコンベア、プッシャー等が使用できる。

乾燥用シャフト部５の頂部には、廃棄物装入口１０と排ガス出口１１が設けられる。乾燥用シャフト部５内に廃棄物装入口１０から装入された廃棄物により廃棄物充填層１５が形成される。廃棄物充填層１５は火格子部６で発生したガスが通過し、廃棄物充填層１５を通過して抜けたガスは頂部の排ガス出口１１から排出される。排ガス出口１１から排出される可燃性ガス、可燃性ダストはダクト１２により燃焼室２へ導入される。

乾燥用シャフト部５の下部には火格子部６が接続されている。火格子部６は、乾燥用シャフト部５で乾燥、熱分解された廃棄物をさらに熱分解させて熱分解残渣７を生成して移動させる火格子を備えている。火格子部６は、スト−カ炉と同様に、可動火格子１３と固定火格子１４とを交互に階段状又は傾斜状に組み合せることにより形成されており、各可動火格子１３を流体圧シリンダ等の駆動装置で前後方向へ一定のピッチで往復動させる火格子構造とする。

火格子燃焼負荷が１０００ｋｇ／ｍ^２／ｈ以上である場合、廃棄物は乾燥用シャフト部および火格子部にて乾燥・乾留することができない。結果として、炭化物吹込装置のスペックが大となる可能性ある。さらに、燃焼室での燃焼性も悪化する可能性があり、滞留時間を長くするため燃焼室を大きくする必要あり、イニシャルコストアップになる。

ストーカ式焼却炉の燃焼率は２００ｋｇ／ｍ^２／ｈ程度であるが、本方式では、３００ｋｇ／ｍ^２／ｈ以下にすると、設備が大きくなるだけでなく、廃棄物が完全に燃焼してしまう。結果として、後段に設置されている燃焼室での炭化物燃焼性が悪化してしまう。さらに、火格子上で廃棄物を完全燃焼させてしまうことにより、火格子および周辺耐火物の損耗が激しくなり、ランニングコストの増大につながる。

本実施例では、火格子部６は前段の火格子群６ａと後段の火格子群６ｂの２段階に分かれ、火格子部６における廃棄物乾燥乾留状況によって、前段の火格子群６ａと後段火格子群６ｂの火格子速度、送風量および温度をそれぞれ調整する。

火格子部を前段の火格子群６ａと後段の火格子群６ｂの２段とすることで、火格子部６における廃棄物の撹拌を強化することができ、より効率的に乾燥乾留を行うことが可能となる。さらに、それぞれの可動火格子１３の駆動速度、火格子からの送風量、送風温度等を個別に変化させることによって廃棄物の乾燥乾留を適正化することが可能となる。このようにすることによって、火格子燃焼負荷を３００〜１０００ｋｇ／ｈ／ｍ^２の範囲とすることができ、火格子部位の設備を小さくすることが可能となる。なお、火格子部６は、３段、４段としても良いが、縦横比が長くなるために最適な段数を選定することが重要である。

また、前段の火格子群６ａと後段火格子群６ｂがそれぞれ独立した駆動装置を有する。前段の火格子群６ａと後段火格子群６ｂのそれぞれに独立した駆動装置を有することで、火格子部６における廃棄物の乾燥乾留状況を容易に制御することが可能となる。例えば、乾燥乾留状態が不十分である場合は１段目と比較して２段目の火格子駆動速度を遅くすることによって乾燥・乾留状態を改善することが可能となる。独立した駆動装置を有することによって、廃棄物の乾燥・乾留を効率的に行うことができる。効率的な制御が行えることによって、火格子部６を小さくすることが可能となり、イニシャルコストを低減することができる。

前記構成において、乾燥用シャフト部５の頂部の廃棄物装入口１０から廃棄物が乾燥用シャフト部５内に装入され、充填されて形成された廃棄物充填層に火格子部６で発生した排ガスが通過することによって熱交換されて廃棄物の乾燥および熱分解を効率化することが可能となる。乾燥用シャフト部５の廃棄物充填層１５を通過した排ガスは、排ガス出口１１から排気される。

乾燥用シャフト部５で乾燥、熱分解された廃棄物は、火格子部６でさらに熱分解させて熱分解残渣７を生成する。生成された熱分解残渣７は、火格子部６の間から落下した残渣と合わせて熱分解残渣排出装置８により熱分解残渣排出口９へ排出し、燃焼室２へ供給する。

火格子部６から落下する灰は完全燃焼したものもあれば、炭化物のままの形状のものも存在する。従って、生成された熱分解残渣とあわせて燃焼室２に供給し、焼却処理することによって最終処分量を低減することが可能となる。燃焼室２の排ガスは、ボイラで熱回収され、排ガス温度調節器、ろ過式集じん機、誘引送風機を経て煙突から放出される。

熱分解残渣排出口９から排出された熱分解残渣７は、破砕装置３で破砕、篩い分け装置で金属類を篩い分け、あるいは破砕装置３で破砕後に篩い分け装置４で金属類を篩い分けを行った後に燃焼室２に供給する。乾燥シャフト部５、火格子部６にて廃棄物を乾燥・熱分解した場合、熱分解残渣の中にはペーパーフレイク状のものも多く、これらは形状が大きいため比較的燃焼しにくく、完全燃焼させるためには高温域での滞留時間を長くとる必要がある。この場合、熱分解残渣生成装置１の後段に配置されている燃焼室２を大きくし、滞留時間を確保しなければならず、イニシャルコスト増となる。従って、生成された熱分解残渣を飾い分けして、粒径の小さいものだけを燃焼室２に供給することで燃焼室２での滞留時間を長くすることなく、熱分解残渣を完全燃焼することが可能となり、イニシャルコスト低減を行うことができる。

また、金属類等の燃焼不適物も多く含まれており、燃焼室２での安定燃焼を維持するためにはこれらの不燃物類を除去することが望ましい。アルミや金属選別を行った方が燃焼室２におけるよりよい燃焼性を確保することが可能となる。篩い分け装置は、例えば、トロンメルまたは振動飾を使用することができる。

また、破砕を行うことで粒径の大きい炭化物を小さくし、燃焼性を高めることができる。こうして生成される炭化物のほぼ全量を燃焼室にて燃焼処理することが可能となり、最終処分量を低減することができる。

また、空気比を１．０以下とすることによって乾燥用シャフト部５および火格子部６にて廃棄物を乾燥・乾留し、熱分解残渣を生成することが可能となる。できれば０．３〜０．８の範囲が望ましい。

空気比が１．０を超える場合、廃棄物は火格子部６にて完全燃焼する。完全燃焼した排熱は乾燥用シャフト部５にて廃棄物と熱交換され、熱分解ガスが発生する。しかし、火格子部６にて廃棄物を完全燃焼させているため、乾燥シャフト頂部から排出される発生ガスのカロリーは非常に低く、後段に設置されている燃焼室２での燃焼性が悪化し、安定操業することが困難となる。この燃焼性を改善するためにはバーナーポート形状を複雑にするなどの対策が必要であり、イニシャルコストが増大する。

１：熱分解残渣生成装置 ２：燃焼室
３：破砕装置 ４：篩い分け装置
５：乾燥用シャフト部 ６：火格子部
７：熱分解残渣 ８：熱分解残渣排出装置
９：熱分解残渣排出口 １０：廃棄物装入口
１１：排ガス出口 １２：ダクト
１３：可動火格子 １４：固定火格子
１５：廃棄物充填層

Claims (11)

1. 乾燥用シャフト部と火格子部を備えた熱分解残渣生成装置の後段にダクトを介して配置した燃焼室を備えた廃棄物処理設備における廃棄物処理方法において、
   廃棄物を乾燥・熱分解する乾燥用シャフト部の頂部から廃棄物を乾燥用シャフト部内に装入して形成した廃棄物充填層に、熱分解残渣を生成する火格子部で発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスは乾燥用シャフト部の頂部の排ガス出口から排出し、前記排ガス出口から排出される排ガスはダクトにより燃焼室へ導入し、
   乾燥用シャフト部で乾燥・熱分解した廃棄物を火格子部でさらに熱分解して熱分解残渣を生成し、
   生成した熱分解残渣を熱分解残渣排出口から排出し、燃焼室に供給し燃焼させて焼却することを特徴とする廃棄物処理方法。
2. 火格子部から排出される熱分解残渣を、破砕、篩い分け又は破砕後の篩い分けのいずれかを行った後に燃焼室に供給することを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理方法。
3. 前記火格子燃焼負荷が３００ｋｇ／ｍ^２／ｈ〜１０００ｋｇ／ｍ^２／ｈであることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理方法。
4. 前記火格子からの空気比を１．０以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
5. 火格子部にて生成された熱分解残渣と火格子部の火格子の間から落下した残渣とを合わせて排出し、燃焼室へ供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
6. 前記火格子部が前段の火格子群と後段の火格子群の２段階に分かれており、火格子部における廃棄物乾燥乾留状況によって、火格子速度、送風量、送風バランスおよび温度をそれぞれ調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
7. 廃棄物装入口及び排ガス排気口が頂部に設けられ、廃棄物装入口から廃棄物が装入されて形成された廃棄物充填層に火格子部で発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスが排ガス排気口から排出される乾燥用シャフト部と、乾燥用シャフト部の下部に接続され、乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成し、生成された熱分解残渣を排出する熱分解残渣排出口を有する火格子部を備えた熱分解残渣生成装置と、
   熱分解残渣生成装置の後段に設置され、乾燥シャフト部頂部の排ガス排気口から排出されてダクトにより供給される熱分解ガスとともに熱分解残渣排出口から排出されて供給される熱分解残渣を燃焼させて焼却する燃焼室を備えたことを特徴とする廃棄物処理設備。
8. 火格子部と燃焼室の間に、火格子部から排出される熱分解残渣を破砕する破砕装置、火格子部から排出される熱分解残渣を篩い分けする篩い分け装置、又は前記破砕装置と前記篩い分け装置を設置したことを特徴とする請求項７記載の廃棄物処理設備。
9. 火格子部にて生成された熱分解残渣と火格子部の火格子の間から落下した残渣とを合わせて排出し、燃焼室へ供給する供給装置を備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載の廃棄物処理設備。
10. 前記火格子部が前段の火格子群と後段の火格子群の２段階に分かれていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の廃棄物処理設備。
11. 前記前段の火格子群と後段の火格子群がそれぞれ独立した駆動装置を有していることを特徴とする請求項１０記載の廃棄物処理設備。

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