JP5951151B1 - 廃棄物処理炉及びこれを用いた廃棄物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に少ないコークス使用量で廃棄物を安定的に処理するのに有用な廃棄物処理炉及びこれを用いた廃棄物処理方法を提供する。【解決手段】廃棄物処理炉１０は、縦方向に延在するシャフト部１と、シャフト部１の底部側に連結された横方向に延在する連通部２と、シャフト部１からの廃棄物を横方向に移送する供給炭化火格子３Ａとを備える。供給炭化火格子３Ａを構成する複数の炭化火格子のうち少なくとも二つは横方向に往復動する可動炭化火格子３ａ，３ａであり且つ互いに独立して動作可能である。【選択図】図１

Description

本発明は廃棄物処理炉及びこれを用いた廃棄物処理方法に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物などを処理する方法として、炭素系固形燃料（例えばコークス）を熱源に使用し、工業炉で廃棄物を溶融する方法が知られている。廃棄物の溶融処理は、廃棄物の減容化だけでなく、これまで埋め立てによって最終処分されていた焼却灰及び不燃性ゴミをスラグやメタルなどの資源として回収できる利点がある。

廃棄物の資源化のニーズの高まりを背景に、日本において１９７０年代から廃棄物ガス化溶融炉の研究がなされ、これまでに種々のタイプの溶融炉が開発されている。特許文献１に記載の廃棄物溶融処理装置はその一例である。この装置は、装入される廃棄物を乾燥させるためのシャフト部と、熱分解後の廃棄物を燃焼させるとともに熱分解残渣を溶かすための溶融炉部とを備え、シャフト部と溶融炉部の炉心を横方向にずらして配置され、これらの間に廃棄物を更に熱分解するための炭化火格子部が設けられている。

特開２０１１−６４３８２号公報

本発明者らが特許文献１に記載の装置と同様の構成の装置を作製し、その試運転を繰り返しながら徐々にスケールアップを行っていったところ、試運転時において比較的多くのコークスを使用せざるを得ない時間帯が見受けられた。かかる現象の主因として、シャフト部及びその下部における廃棄物充填状態の不均一による熱交換効率の低下が挙げられ、その発生は廃棄物の種類や状態に依存すると推察された。

本発明は、十分に少ないコークス使用量で廃棄物を安定的に処理するのに有用な廃棄物処理炉及びこれを用いた廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る廃棄物処理炉は、縦方向に延在するシャフト部と、シャフト部の底部側に連結された横方向に延在する連通部と、連通部に設けられており、シャフト部に充填された廃棄物の荷重を受ける位置に階段状に配置された複数の炭化火格子を有し、シャフト部からの廃棄物を横方向に移送する供給炭化火格子とを備え、供給炭化火格子を構成する複数の炭化火格子のうち少なくとも二つは、横方向に往復動する可動炭化火格子であり且つ互いに独立して動作可能である。

上記廃棄物処理炉においては、シャフト部内の廃棄物の荷重を受ける位置に配置された複数の炭化火格子（供給炭化火格子）のうち少なくとも二つが互いに独立して動作可能に構成された可動炭化火格子である。かかる構成を採用したことで、供給炭化火格子の一部の領域について、他の領域と独立して単位時間あたりの廃棄物押出量を変更（減少又は増加）する制御が可能である。これにより、供給炭化火格子の動作の自由度を向上させることができる。具体的には、圧力や温度などのデータによって把握されるシャフト部内の状態に応じて供給炭化火格子による廃棄物の移送を制御することでシャフト部内における廃棄物の充填状態を十分に均一な状態、つまり、通気が均一となり熱交換効率が良好な状態を維持することができる。シャフト部内の廃棄物の良好な充填状態は十分に少ないコークス使用量で安定的に廃棄物を処理することを可能にする。

本発明は上記廃棄物処理炉を用いた廃棄物処理方法を提供する。すなわち、本発明に係る廃棄物処理方法は互いに独立して動作可能である少なくとも二つの可動炭化火格子のうち、一部の可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を減少又は増加させる工程を有する。シャフト部からの廃棄物の荷重を受ける位置に配置された複数の炭化火格子（供給炭化火格子）の一部の領域について、他の領域と独立して単位時間あたりの廃棄物押出量を変更（減少又は増加）することで、シャフト部内における廃棄物の充填状態を十分に均一な状態を維持することができる。シャフト部内の廃棄物の良好な充填状態は十分に少ないコークス使用量で安定的に廃棄物を処理することを可能にする。なお、供給炭化火格子の動作の制御は、圧力及び温度などのデータやシャフト部の廃棄物のレベルの監視などによって把握される炉内の状態に応じて実施すればよい。

本発明に係る廃棄物処理炉において、供給炭化火格子に含まれる複数の可動炭化火格子のうち、最上段の可動炭化火格子又はこれを含む複数の上流側の可動炭化火格子が他の可動炭化火格子に対して独立して動作可能であることが好ましい。かかる構成の廃棄物処理炉によれば、上流側に位置する可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少させる工程を有する廃棄物処理方法を実施できる。本発明において、最上段の可動炭化火格子又はこれを含む上流側の可動炭化火格子を独立して動作可能とすること、並びに、上流側に位置する可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少させることが好ましい理由は以下のとおりである。

本発明者らは、透明のプラスチック板で廃棄物処理炉の模型を作製した（図３参照）。この模型Ｍは、縦方向に延在するシャフト部と、シャフト部から連通部に至る折れ曲り部と、水平方向に往復動する可動炭化火格子とを備える廃棄物処理を模したものである。模型Ｍは、上下方向の位置を調整可能な邪魔板Ｍ１と、最上段の可動炭化火格子を模した平板Ｍ３とを有する。邪魔板Ｍ１の上下方向の位置を調節することで折れ曲り部の位置Ｐ２（邪魔板Ｍ１と模型Ｍの底面Ｂとの間隔）を変更することができる。平板Ｍ３は壁面から右方向に移動幅５０ｍｍで往復動する。図４（ａ）は邪魔板Ｍ１を設置せずに模型Ｍ内に廃棄物を模した粒状物Ｇを入れた初期状態を示す側面図であり、図４（ｂ）は可動炭化火格子を模した平板Ｍ３を壁面から前進させた後の状態を示す側面図である。図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）の状態に至るまで模型Ｍの側面を観察した結果、平板Ｍ３の前進限の位置Ｐ１から右上方に向けて延びる滑り面Ｓが模型Ｍ内の粒状物Ｇに形成されることが目視により確認された。滑り面Ｓの傾き（水平面とのなす角）は６０〜７０°であった。なお、平板Ｍ３を二枚使用して二段の可動炭化火格子を同時に往復動させる場合を模した試験でも同様の結果が得られた。

図５（ａ）は平板Ｍ３の前進限の位置Ｐ１と折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線Ｌ１２の傾きが６０°になるように邪魔板Ｍ１を設置した模型Ｍ内に粒状物Ｇを入れた初期状態を示す側面図であり、図５（ｂ）は可動炭化火格子を模した平板Ｍ３を複数回にわたって往復動させた後の状態を示す側面図である。この試験例においては線Ｌ１２とほぼ一致する位置に滑り面Ｓ（傾き：約６０°）が形成された。また、この試験例では邪魔板Ｍ１に粒状物Ｇが押さえつけられる様子は確認されなかった。

図６（ａ）は平板Ｍ３の前進限の位置Ｐ１と折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線Ｌ１２の傾きが３０°になるように邪魔板Ｍ１を設置した模型Ｍ内に粒状物Ｇを入れた初期状態を示す側面図であり、図６（ｂ）は可動炭化火格子を模した平板Ｍ３を複数回にわたって往復動させた後の状態を示す側面図である。この試験例においても、平板Ｍ３の前進限の位置Ｐ１から右上方に向けて傾き６０〜７０°で延びる滑り面Ｓが形成された。この試験例においては、滑り面Ｓとは異なる不連続面Ｆが線Ｌ１２とほぼ一致する位置に確認された。不連続面Ｆと滑り面Ｓとの間の粒状物は、邪魔板Ｍ１によって右方向への移動が妨げられ、上方に移動する様子が確認された。また、邪魔板Ｍ１と底面Ｂとの隙間を通過した粒状物は、通過後に膨張する様子が認められた。これにより、粒状物が圧縮された状態で当該隙間を通過していると推察される。シャフト部の下部及びその近傍において廃棄物が部分的に圧縮されると、シャフト部内においてガスの偏流が生じやすく、熱交換率が低下する場合がある。なお、シャフト部を模した領域の左側における粒状物Ｇの降下速度が右側よりも速く、これにより、粒状物Ｇの上面が徐々に傾斜することが確認された（図６（ｂ）参照）。シャフト部に充填された廃棄物の上面が傾斜するとシャフト部内においてガスの偏流が生じやすく、熱交換率が低下する場合がある。

以上の模型を使った試験の結果、最上段の可動炭化火格子と折り曲り部の高さ方向の位置関係によってはシャフト部内に充填された粒状物の上面が傾斜したり、シャフト部の下部及びその近傍において廃棄物が過度に圧縮された状態となり得ることが判明した。これらの状態を解消するには供給炭化火格子の上流側の可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少（供給炭化火格子の下流側の可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に増加）させ、その間に下流側の可動炭化火格子によって圧縮が生じる部分の廃棄物を下流に払い出すことが有効である。

本発明に係る廃棄物処理炉において、供給炭化火格子を構成する複数の炭化火格子を以下のように二つのブロック（上流側ブロック及び下流側ブロック）に分けてもよい。すなわち、供給炭化火格子を構成する複数の炭化火格子は、最上段の可動炭化火格子又はこれを含む複数の上流側の可動炭化火格子を含む上流側ブロックと、最下段の可動炭化火格子又はこれを含む複数の下流側の可動炭化火格子を含む下流側ブロックとを含む二つ以上のブロックで構成され、各ブロックに含まれる可動炭化火格子が互いに独立して動作可能であってもよい。かかる構成の廃棄物処理炉によれば、上流側ブロックに含まれる一つ又は複数の可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少させる工程を有する廃棄物処理方法を実施できる。

本発明に係る廃棄物処理炉の縦断面において、供給炭化火格子に含まれる複数の可動炭化火格子のうち、最上段の可動炭化火格子の前進限の位置Ｐ１と、シャフト部から連通部に至る折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線が水平方向に延びる線となす角が、滑り面角度より小さいことが好ましい。供給火格子の上方のごみが炉底に転がり落ちるのを抑制するためには位置Ｐ２をある程度低い位置に設定することが好ましい。その結果、最上段の可動炭化火格子の前進限の位置Ｐ１と、シャフト部から連通部に至る折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線が水平方向に延びる線とのなす角は、滑り面角度より小さくなってしまうことがある。このような場合であっても、本発明では、上流側の可動炭化火格子の廃棄物押出量を相対的に減少（下流側の可動炭化火格子の廃棄物押出量を相対的に増加）させることで廃棄物の充填状態を良好な状態にすることができる。上流側の可動炭化火格子の廃棄物押出量を相対的に減少させることはシャフト部内の廃棄物の上面を水平な状態に維持する効果もある。

本発明に係る廃棄物処理炉の縦断面において、下流側ブロックに含まれる可動炭化火格子のうち、最も上流側に位置する可動炭化火格子の前進限の位置Ｐ３と、シャフト部から連通部に至る折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線は、水平方向に延びる線とのなす角が滑り面角度より大きいことが好ましい。かかる構成の下流側ブロックに含まれる可動炭化火格子の廃棄物押出量を相対的に増加させることで、シャフト部下部及びその近傍における廃棄物の良好な充填状態をより一層安定的に維持することができる。なお、下流側ブロックに含まれる可動炭化火格子の一つである場合、最も上流側に位置する可動炭化火格子とはその可動炭化火格子を意味する。

本発明に係る廃棄物処理炉は、低炭素型シャフト炉と称されるものであってもよい。すなわち、本発明の廃棄物処理炉は、シャフト部よりも下方に設けられており、シャフト部の炉心の位置から横方向にずれた位置に炉心を有する溶融炉部を更に備え、連通部はシャフト部の底部側と溶融炉部の上部側とを連結していてもよい。

本発明によれば、十分に少ないコークス使用量で廃棄物を安定的に処理するのに有用な廃棄物処理炉及びこれを用いた廃棄物処理方法が提供される。

図１は本発明に係る廃棄物処理炉の一実施形態を模式的に示す縦断面図である。 図２は溶融炉部における四本の羽口と、溶融物排出用の貫通孔との位置関係を模式的に示す横断面図である。 図３は廃棄物処理炉を模した模型の構成を模式的に示す斜視図である。 図４（ａ）は邪魔板を設置せずに模型内に粒状物を入れた初期状態を示す側面図であり、図４（ｂ）は可動炭化火格子を模した平板を壁面から前進させた後の状態を示す側面図である。 図５（ａ）は邪魔板が所定の位置（線Ｌ１２の傾き６０°）に配置された模型内に粒状物を入れた初期状態を示す側面図であり、図５（ｂ）は可動炭化火格子を模した平板を複数回にわたって往復動させた後の状態を示す側面図である。 図６（ａ）は邪魔板が所定の位置（線Ｌ１２の傾き３０°）に配置された模型内に粒状物を入れた初期状態を示す側面図であり、図６（ｂ）は可動炭化火格子を模した平板を複数回にわたって往復動させた後の状態を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

＜廃棄物ガス化溶融炉＞
図１に示す廃棄物ガス化溶融炉（廃棄物処理炉）１０は、主な構成として、シャフト部１と、連通部２と、炭化火格子部３と、溶融炉部４とを備える。シャフト部１は還元雰囲気下で廃棄物を乾燥させるとともに熱分解する。連通部２は、シャフト部１と溶融炉部４とを連結している。炭化火格子部３はシャフト部１からの廃棄物を更に熱分解して、廃棄物を炭化させる。溶融炉部４は炭化された廃棄物を燃焼させるとともに融解する。溶融炉部４で生じた溶融物は貫通孔４ａを通じて排出される。以下、各構成について説明する。

シャフト部１は、還元雰囲気下で廃棄物を乾燥させるとともに熱分解するためのものである。シャフト部１の横断面形状は、例えば円筒形である。シャフト部１の上部には、廃棄物を炉内に装入するための廃棄物装入口１１が形成されている。シャフト部１の上部側には、廃棄物が乾燥・燃焼・熱分解する際に発生するガスを排出する炉内ガス排出口１２が形成されている。シャフト部１の下端には開口部１３が形成されており、自重でシャフト部１内を降下した廃棄物が開口部１３から連通部２へと排出される。シャフト部１の内径及び高さは、炉の処理能力等に応じて適宜決定することができる。例えば、シャフト部１の高さは、シャフト部１内の廃棄物の充填高さを少なくとも下端面から１ｍ以上で管理することのできる高さであることが好ましい。充填高さを１ｍ以上に確保することによって、シャフト部１内において炉内ガスの吹き抜け現象を抑制できる。

連通部２は、シャフト部１の底部側開口部１３と溶融炉部４の上部側開口部４６とを連結している。連通部２の縦断面形状は、例えば矩形であり、その底面に沿って炭化火格子部３が配置されている。炭化火格子部３は、シャフト部１で乾燥及び熱分解された廃棄物を更に熱分解する。

連通部２の底面は、炭化火格子部３によって構成されている。炭化火格子部３は、上記のとおり、廃棄物を熱分解（乾留）するための機能のみならず、炭化した廃棄物を溶融炉部４に供給する供給装置としての機能をも有する。炭化火格子部３は、可動炭化火格子と固定炭化火格子とを交互に階段状又は傾斜状に組み合せることによって形成されている。各可動炭化火格子は、流体圧シリンダ等の駆動装置３１ａ，３１ｂ，３１ｃによって横方向に往復動するように構成されている（図１の両矢印参照）。かかる可動炭化火格子と固定炭化火格子との組み合わせによって炭化火格子部３の上の廃棄物を撹拌しながら上流側から下流側へ向けて押し出すことができる。複数の炭化火格子で構成された連通部２の底面は、全体が平坦面であるわけではないが、全体としてはシャフト部１側から溶融炉部４側に向けて低くなるように傾斜していてもよいし、水平であってもよい。

炭化火格子部３は、上段側の供給炭化火格子３Ａと、下段側の乾留炭化火格子３Ｂとによる二段構造になっている。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部１の真下に位置しており、シャフト部１内に充填された廃棄物の荷重を直接的に受ける。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部１で乾燥及び熱分解された廃棄物の炭化が進むように当該廃棄物を更に熱分解するとともに乾留炭化火格子３Ｂへと押し出して供給する。炭化火格子部３の幅、特に供給炭化火格子３Ａの幅は、シャフト部１の内径と同程度であることが好ましい。シャフト部１から炭化火格子部３に切り替わる箇所において炭化火格子部３の幅とシャフト部１の内径を同程度とすることによって、廃棄物の荷下がりを安定化できる。

乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａに隣接して設けられている。乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａからの廃棄物を更に熱分解して炭化物を生成し、炭化された廃棄物を溶融炉部４へと押し出して供給する。乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａと同様の構成を有する。なお、乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａと同じ幅であってもよく、異なる幅であってもよい。乾燥及び熱分解の進行に伴って廃棄物は減容化するので、シャフト部１の内径や連通部２の幅に比べて溶融炉部４の炉底内径は小さくてもよい。乾留炭化火格子３Ｂの幅は、上流側から下流側に向かうにつれて徐々に小さくなるように設定されていてもよい。

本実施形態に係る供給炭化火格子３Ａは三つの可動炭化火格子３ａ，３ａ，３ａを有する。これらの可動炭化火格子３ａ，３ａ，３ａのうち、最上段及び二段目の可動炭化火格子３ａ，３ａは第１駆動装置３１ａによって駆動され、三段目の可動炭化火格子３ａは第２駆動装置３１ｂによって駆動される。つまり、本実施形態においては、上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａ（上流側ブロック）と下流側の可動炭化火格子３ａ（下流側ブロック）とをそれぞれ独立して動作させることができる。なお、最上段の可動炭化火格子３ａで上流側ブロックを構成し、二段目及び三段目の可動炭化火格子３ａ，３ａで下流側ブロックを構成してもよい。供給炭化火格子３Ａが２ｎ個（偶数個）の可動炭化火格子を含む場合、上流側のｎ個の可動炭化火格子で上流側ブロックを構成し、下流側のｎ個の可動炭化火格子で上流側ブロックを構成してもよい。また、独立して動作させることができる３つ以上のブロックで構成してもよい。

本発明は、供給炭化火格子３Ａの最上段の可動炭化火格子３ａの前進限の位置Ｐ１と、シャフト部１から連通部２に至る折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線の傾き（水平方向に延びる線とのなす角）が滑り面角度（例えば、６０〜７０°）より小さい場合に好適である。位置Ｐ１と位置Ｐ２とを結んだ線の傾きの角度は好ましくは２０〜５５°であり、より好ましくは３０〜４５°である。この角度が滑り面角度以内である場合であっても、供給炭化火格子３Ａの上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａと下流側の可動炭化火格子３ａとを互いに独立して動作可能とすることで以下のような効果が奏される。すなわち、図３〜６に示す模型Ｍを使った試験結果から、位置Ｐ１と位置Ｐ２とを結ぶ線の傾きが滑り面角度以内であっても、上流側とは独立して動作し、位置Ｐ１と位置Ｐ２とを結ぶ線の傾きが上流側よりも大きな下流側の最上段の可動炭化火格子３ａの往復動によって、下流側からスムーズに払い出すことができ、その結果、シャフト部１の下部及びその近傍の廃棄物を良好な充填状態とすることができる。当該領域の廃棄物が過度に圧縮された状態となったり、そのような状態となりそうなときに上流側の可動炭化火格子３ａの廃棄物押出量を相対的に減少（下流側の可動炭化火格子３ａの廃棄物押出量を相対的に増加）させることで廃棄物の充填状態を良好な状態に回復させることができる。上流側の可動炭化火格子３ａの廃棄物押出量を相対的に減少させることはシャフト部１内の廃棄物の上面を水平な状態に維持する効果もある。なお、図４（ｂ）における一点鎖線は粒状物Ｇの滑り面Ｓを示しており、滑り面Ｓと水平面のなす角度が滑り面角度である。滑り面角度は、廃棄物の形状や密度などに依存し、実際の廃棄物を使用して滑り面角度を確認してもよい。

本実施形態においては、第２駆動装置３１ｂによって駆動される三段目の可動炭化火格子３ａ（下流側ブロックに含まれる可動炭化火格子のうち最も上流側に位置する可動炭化火格子）の前進限の位置Ｐ３と、シャフト部１から連通部２に至る折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線は、水平方向に延びる線とのなす角が滑り面角度（例えば、６０〜７０°）より大きいことが好ましい。三段目の可動炭化火格子３ａの廃棄物押出量を相対的に増加させることで、シャフト部１下部及びその近傍における廃棄物の良好な充填状態をより一層安定的に維持することができる。

乾留炭化火格子３Ｂは三つの可動炭化火格子３ｂ，３ｂ，３ｂを有する。これらの可動炭化火格子３ｂ，３ｂ，３ｂは第３駆動装置３１ｃによって一体的に駆動される。なお、乾留炭化火格子３Ｂに含まれる複数の可動炭化火格子のうち、特定の可動炭化火格子について他の可動炭化火格子と独立して動作可能であってもよい。例えば、最下段の可動炭化火格子３ｂを他の可動炭化火格子３ｂ，３ｂと独立して動作可能とすることで、乾留炭化火格子３Ｂ上における廃棄物（熱分解残渣）の滞留時間及び溶融炉部４への熱分解残渣の供給量を制御することができる。

炭化火格子部３は、炭化火格子間の隙間及び／又は炭化火格子に形成した送風孔（不図示）を通じて表面全体から空気を炉内に吹き込むことができる構成となっている。すなわち、炭化火格子部３は、廃棄物の乾燥及び熱分解用の空気を炉内に吹き込む機能も有する。

供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂの裏面側には、炭化した廃棄物のうちの微細なものが炭化火格子間の隙間から落下した場合にそれを回収するための回収室３２がそれぞれ配置されている。各回収室３２には空気供給管Ｌ１を通じて送風装置３３からそれぞれ所定量の空気を供給できるように構成されている。炭化火格子間の隙間及び／又は炭化火格子に形成した送風孔は、例えば４００ｍｍピッチ以下であることが好ましい。供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂから供給する空気は、常温であってもよく、例えば２００℃程度にまで予熱されていてもよい。空気の予熱は、例えば炉内ガス排出口１２から排出される高温ガスとの熱交換によって行うことができる。

溶融炉部４は、炭化された廃棄物を燃焼させるとともに融解するためのものである。溶融炉部４は、上述のシャフト部１に対して横方向に炉心をずらすように配置されている。シャフト部１及び溶融炉部４はそれぞれ鉛直方向に延びている。かかる構成を採用することにより、溶融炉部４に対してコークス（炭素系固形燃料）を直接導入することができる。溶融炉部４の横断面形状は、例えば円筒形である。溶融炉部４の上方には、コークス等を溶融炉部４内に装入するための副資材装入口４１が設けられている。本実施形態において、副資材装入口４１は連通部２の上面に形成されている（図１参照）。副資材装入口４１から、コークスとともにコークス以外の炭素系可燃性物質を装入してもよく、塩基度調整剤としての石灰石やスラグを装入してもよい。なお、コークスは、廃棄物とともに廃棄物装入口１１から装入してもよい。

図２に示すとおり、溶融炉部４の炉底側には、四本の羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが周方向に配置されている。羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから溶融炉部４内に燃焼用の酸素がそれぞれ供給される。なお、酸素は窒素等とともに空気又は酸素富化空気の状態で供給されてもよいし、高い純度の酸素が供給されてもよい。酸素富化空気とは、通常の空気よりも酸素濃度が高められた空気を意味する。溶融炉部４内に酸素を供給することで、廃棄物の熱分解残渣及びコークスＣが燃焼する。溶融炉部４は羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄよりも上側に複数の羽口（不図示）を更に備えてもよい。

溶融炉部４の炉底には、溶融物（溶融スラグと溶融メタルとを含む混合物）を排出する貫通孔４ａが形成されている。貫通孔４ａは溶融炉部４の内面から外面にかけて形成されている。貫通孔４ａからは間欠的又は連続的に溶融物が排出される。炉外に排出された溶融物は冷却され、スラグとメタルが得られる。

廃棄物ガス化溶融炉１０内の廃棄物（熱分解残渣）の状況を把握するため、廃棄物ガス化溶融炉１０内の複数箇所に温度センサーや圧力計を配置することが好ましい。例えば、乾留炭化火格子３Ｂの下面（裏面）側に温度センサーを設置し、当該箇所の温度を測定することで、廃棄物ガス化溶融炉１０内の状況を推定することができる。

＜廃棄物処理方法＞
次に、廃棄物ガス化溶融炉１０による廃棄物処理方法について説明する。処理すべき廃棄物を廃棄物装入口１１からシャフト部１に装入する。廃棄物の種類は、特に限定されることはなく、一般廃棄物及び産業廃棄物のいずれであってもよい。シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、掘り起こしごみ、焼却灰などの単体又は混合物、あるいはこれらと可燃性ごみの混合物なども処理することが可能である。廃棄物によってシャフト部１内に廃棄物充填層１００が形成される。廃棄物装入口１１から乾留された廃棄物やチャーを廃棄物とともに投入してもよい。

シャフト部１内においては、炭化火格子部３及び溶融炉部４から吹き込まれた空気や炉内で発生したガスが廃棄物充填層１００を通過するときの熱交換によって、廃棄物の乾燥及び熱分解が進行する。廃棄物の乾燥及び熱分解には廃棄物自身が発する熱も利用される。廃棄物は、シャフト部１内を徐々に降下し、供給炭化火格子３Ａ上に到達し、供給炭化火格子３Ａで更に熱分解され、その後、乾留炭化火格子３Ｂへと送られる。廃棄物は、乾留炭化火格子３Ｂで更に熱分解されて炭化が進行して熱分解残渣となり、これが上部側開口部４６から落下して溶融炉部４に供給される。

連通部２から熱分解残渣が溶融炉部４に供給される。熱分解残渣によって溶融炉部４内に充填層１０１が形成される。溶融炉部４内には副資材装入口４１からコークスＣと、必要に応じて塩基度調整剤（例えば石灰石）とを装入する。また、羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから酸素富化空気を吹き込むことによってコークスＣ及び廃棄物の固定炭素を燃焼させる。これにより炉底に高温のコークスベッドＢｃが形成され、その熱で熱分解残渣に含まれる灰分や不燃成分を溶融する。一方、炉内ガス排出口１２から排出された高温ガスは、ボイラー等の装置で廃熱を回収した後、無害化処理をして放出する。なお、溶融炉部４内にコークスベッドＢｃを形成することで、溶融炉部４内を高温状態（例えば１７００℃超）に安定的に維持できる。なお、ここでは溶融炉部４内にコークスベッドＢｃを形成する場合を例示したが、溶融炉部４にコークスベッドＢｃが形成されなくてもよい。

溶融炉部４内の熱分解残渣（廃棄物）の充填高さの制御は、炭化火格子部３が溶融炉部４に熱分解残渣を供給する速度を調節することによって行うことができる。例えば、溶融炉部４に充填層１０１の高さを検知するためのセンサー（不図示）を配置し、センサーが検知する充填層１０１の高さに基づいて炭化火格子部３の供給速度を制御してもよい。あるいは、例えばオペレーターが充填高さを監視し、監視結果に基づいて供給速度を制御してもよい。

供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）と乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）は、相対的に異なるように設定してもよく、あるいは同じに設定してもよい。供給速度を相対的に異なるように設定する場合、乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）が供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）よりも大きくなるように設定することが好ましい。更に、乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）を一定にして、供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）を可変制御することがより好ましい。供給速度Ｖ２を供給速度Ｖ１よりも大きくすることで、供給炭化火格子３Ａから送られてきた廃棄物が乾留炭化火格子３Ｂ上において比較的薄い層をなすように広げることができる。これにより、廃棄物の層の全体に乾留炭化火格子３Ｂからの熱を加えることができ、廃棄物全体の炭化状態を十分に良好にできる。

本実施形態に係る廃棄物処理方法は、供給炭化火格子３Ａにおける上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａによる単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少させる工程を有する。かかる工程を実施することで、上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａによって押し出される廃棄物がシャフト部１の連通部２側下部の内面に押し付けられて過度に圧縮されること（図６（ｂ）参照）を防止できる。

上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａによる単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少させる具体的な方法としては以下のものが挙げられる。
（１）上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａの往復動を停止する。
（２）上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａの往復動の頻度を低くする。
（３）下流側の可動炭化火格子３ａの往復動の頻度を高くする。
（４）上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａの往復動のストローク長を短くする。
（５）下流側の可動炭化火格子３ａの往復動のストローク長を長くする。
（６）上流側の可動炭化火格子３ａ，３ａの往復動の速度を遅くする。
（７）下流側の可動炭化火格子３ａの往復動の速度を速くする。

廃棄物の装入は、廃棄物装入口１１のみからではなく、例えば副資材装入口４１から装入してもよい。例えば、水分量が多い廃棄物は廃棄物装入口１１から装入して、シャフト部１及び炭化火格子部３における処理を経た後に溶融炉部４に供給することが好ましい。他方、灰分量が多くて水分が少ない廃棄物は、副資材装入口４１から装入することで、シャフト部１及び炭化火格子部３における乾燥及び熱分解の負荷を軽減できる。水分量が多い廃棄物の一例として汚泥が挙げられ、灰分量が多い廃棄物の一例として焼却灰が挙げられる。なお、廃棄物の装入口は廃棄物装入口１１及び副資材装入口４１以外の場所にも設けてもよい。廃棄物の性状に基づいて廃棄物を炉内に装入する位置を適宜変えることで、結果として炉全体の負荷を軽減できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

例えば、上記実施形態においては、廃棄物処理炉として、シャフト部１と、連通部２と、炭化火格子部３と、溶融炉部４とを備えた廃棄物ガス化溶融炉１０（「低炭素型シャフト炉」とも称される。）を例示したが、本発明を適用可能な廃棄物処理炉はこれに限定されるものではない。本発明は、シャフト部１と、連通部２と、供給炭化火格子３Ａとに相当する構成を具備する廃棄物処理炉に適用可能である。

１…シャフト部、２…連通部、３…炭化火格子部、３Ａ…供給炭化火格子、３ａ…可動炭化火格子、３Ｂ…乾留炭化火格子、４…溶融炉部、１０…廃棄物ガス化溶融炉（廃棄物処理炉）。

Claims (9)

1. 縦方向に延在するシャフト部と、
   前記シャフト部の底部側に連結された横方向に延在する連通部と、
   前記連通部に設けられており、前記シャフト部に充填された廃棄物の荷重を受ける位置に階段状に配置された複数の炭化火格子を有し、前記シャフト部からの廃棄物を横方向に移送する供給炭化火格子と、
   を備え、
   前記供給炭化火格子を構成する前記複数の炭化火格子のうち少なくとも二つは、横方向に往復動する可動炭化火格子であり且つ互いに独立して動作可能である、廃棄物処理炉。
2. 前記供給炭化火格子に含まれる複数の前記可動炭化火格子のうち、最上段の可動炭化火格子又はこれを含む複数の上流側の可動炭化火格子が他の可動炭化火格子に対して独立して動作可能である、請求項１に記載の廃棄物処理炉。
3. 前記供給炭化火格子を構成する複数の炭化火格子は、
   最上段の可動炭化火格子又はこれを含む複数の上流側の可動炭化火格子を含む上流側ブロックと、最下段の可動炭化火格子又はこれを含む複数の下流側の可動炭化火格子を含む下流側ブロックとを含む二つ以上のブロックで構成され、各ブロックに含まれる前記可動炭化火格子が互いに独立して動作可能である、請求項１又は２に記載の廃棄物処理炉。
4. 当該廃棄物処理炉の縦断面において、前記供給炭化火格子に含まれる複数の前記可動炭化火格子のうち、最上段の可動炭化火格子の前進限の位置Ｐ１と、前記シャフト部から前記連通部に至る折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線は、水平方向に延びる線とのなす角が滑り面角度より小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃棄物処理炉。
5. 当該廃棄物処理炉の縦断面において、前記下流側ブロックに含まれる前記可動炭化火格子のうち、最も上流側に位置する可動炭化火格子の前進限の位置Ｐ３と、前記シャフト部から前記連通部に至る折れ曲り部の位置Ｐ２とを結んだ線は、水平方向に延びる線とのなす角が滑り面角度より大きい、請求項３に記載の廃棄物処理炉。
6. 前記シャフト部よりも下方に設けられており、前記シャフト部の炉心の位置から横方向にずれた位置に炉心を有する溶融炉部を更に備え、前記連通部は前記シャフト部の底部側と前記溶融炉部の上部側とを連結している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の廃棄物処理炉。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の廃棄物処理炉を使用した廃棄物処理方法であって、
   互いに独立して動作可能である少なくとも二つの前記可動炭化火格子のうち、一部の可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を減少又は増加させる工程を有する、廃棄物処理方法。
8. 請求項２に記載の廃棄物処理炉を使用した廃棄物処理方法であって、
   前記最上段の可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少させる工程を有する、廃棄物処理方法。
9. 請求項３に記載の廃棄物処理炉を使用した廃棄物処理方法であって、
   前記上流側ブロックに含まれる一つ又は複数の前記可動炭化火格子による単位時間あたりの廃棄物押出量を相対的に減少させる工程を有する、廃棄物処理方法。

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