JP6255155B2 - 給じんシステム及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物を熱処理するための熱処理炉に対して廃棄物を供給するための給じんシステムに係り、特に、流動層タイプのガス化炉に適した給じんシステム及びその運転方法に関する。

近年、地球温暖化対策の一環として、廃棄物が保有する熱量を有効に回収することが求められるようになってきた。

これに対応する方法として、流動層タイプのガス化炉により、廃棄物を比較的低温（500〜600℃）でガス化し、発生した熱分解ガス及び未燃チャーを後流側機器（溶融炉、ボイラー等）の燃料（代替燃料）として有効利用することが知られている。

この方法は、廃棄物中に含まれる不燃物（がれき類、金属類等）を事前にガス化炉で分離・除去できるため、不燃物が後流側機器の運転に悪影響を及ぼすことが無いという利点を有しており、マテリアルリサイクルが困難な高発熱量廃棄物（廃プラスチック、廃タイヤ、廃材、木材チップ等）を代替燃料として利用する際の有効な手段である。

一方、高発熱量廃棄物を後流側機器の代替燃料として捉えると、入熱量を一定とすることが必要となるため、高発熱量廃棄物をガス化炉に安定かつ定量供給することが非常に重要となる。

さらに、流動層タイプのガス化炉では、有害物質等の大気放出を防止するために、炉内が負圧に維持されており、このため、給じんシステムのシール性能の確保が重要な要素となっている。

従来から、給じんシステムにおいてシール性能を確保するために、廃棄物の移送に使用されるスクリューフィーダのマテリアルシールが利用されている。このマテリアルシールは、スクリューフィーダ内の移送中の廃棄物が、スクリューフィーダの内部空間に充填されることで確保されている（特許文献１−３）。

このように、給じんシステムのシール性が、スクリューフィーダにおけるマテリアルシールで確保される構成においては、スクリューフィーダの内部空間に廃棄物が十分に充填されていることが必須である。

このため、スクリューフィーダの上流部に配置された廃棄物の投入手段（投入シュート等）においては、スクリューフィーダへの廃棄物の供給不足、及びこれによるマテリアルシールの消失を防止するために、投入手段の内部に蓄積される廃棄物のレベルを比較的高く維持する必要がある。

また、熱処理炉に対して廃棄物を定量的かつ安定的に供給する上でも、スクリューフィーダへの廃棄物の供給不足を回避しなければならないので、その点からも投入手段内の廃棄物のレベルを比較的高く維持する必要がある。

特開平７−９１６３５号公報 特開２００７−４６８３２号公報 特開２００３−２０２１０７号公報

ところで、廃棄物を投入手段（投入シュート等）からスクリューフィーダに供給する際には、スクリューフィーダの入口部（上流部）において廃棄物が圧密されて過度に充填され、廃棄物の円滑な移送が妨げられることがある。

特に、上述したようにマテリアルシールの消失を防止すべく、投入手段内の廃棄物のレベルを高く維持した場合には、これにより、投入手段内の廃棄物の重量が大きくなるので、スクリューフィーダの入口部における、自重による廃棄物の圧密によって、廃棄物の過充填が発生しやすくなる。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みて成されたものであり、スクリューフィーダにおけるマテリアルシールを確実に維持しつつ、熱処理炉に対して廃棄物を安定的に供給できる給じんシステム及びその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、廃棄物を熱処理するための熱処理炉に対して前記廃棄物を供給するための給じんシステムにおいて、前記廃棄物を移送するための供給コンベアと、前記供給コンベアによる前記廃棄物の重量速度を制御するための制御手段と、前記供給コンベアから前記廃棄物が供給される投入シュートと、前記投入シュートから前記廃棄物が供給されるスクリューフィーダと、を備えたことを特徴とする。

ここで、「熱処理炉」とは、焼却処理、ガス化処理、溶融処理等、処理対象物を加熱して処理するための炉を意味する。

また、好ましくは、前記投入シュート内の前記廃棄物の蓄積状態を計測するための投入シュート用計測手段をさらに備える。

また、好ましくは、前記スクリューフィーダ内の前記廃棄物の充填状態を計測するためのスクリューフィーダ用計測手段をさらに備える。

また、好ましくは、前記投入シュートの下部であって前記スクリューフィーダの上流部の近傍に設けられ、前記スクリューフィーダの移送方向に沿って下方に傾斜した廃棄物移送板をさらに備える。

また、好ましくは、前記供給コンベアが、その移送方向に沿って上方に傾斜して設けられている。

また、好ましくは、前記投入シュートの内部に設けられ、ガスシール機能を有するフラップダンパをさらに備える。

また、好ましくは、前記供給コンベアに供給される前記廃棄物を破砕するための破砕機をさらに備える。

また、好ましくは、前記熱処理炉は、流動層タイプのガス化炉である。

上記課題を解決するために、本発明は、廃棄物を熱処理するための熱処理炉に対して前記廃棄物を供給するための給じんシステムの運転方法において、供給コンベアによって前記廃棄物を移送する工程と、前記供給コンベアによる前記廃棄物の重量速度を制御する工程と、前記供給コンベアから前記廃棄物を投入シュートに供給する工程と、前記投入シュートから前記廃棄物をスクリューフィーダに供給する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明による給じんシステムによれば、スクリューフィーダにおけるマテリアルシールを確実に維持しつつ、熱処理炉に対して廃棄物を安定的に供給することができる。

本実施形態による給じんシステムの概略構成を示した模式的な縦断面図。 図１に示した給じんシステムの廃棄物レベル計（投入シュート用計測手段）の設置位置を説明するための模式的な水平断面図。 図１に示した給じんシステムの廃棄物検知センサー（スクリューフィーダ用計測手段）の設置位置を説明するための模式的な平面断面図。

以下、本発明の一実施形態による給じんシステムについて、図面を参照して説明する。

図１に示したように本実施形態による給じんシステム１は、廃棄物Ｗを熱処理する熱処理炉２に対して当該廃棄物を供給するためのものである。この熱処理炉２は、典型的には流動層タイプのガス化炉である。この流動層タイプのガス化炉は、廃棄物Ｗを部分燃焼させてガス化するものである。

流動層タイプのガス化炉では、マテリアルリサイクルが困難な高発熱量廃棄物、例えば、廃プラスチック、廃タイヤ、廃材、木材チップ等が主として使用される。

本実施形態による給じんシステム１は、廃棄物Ｗを破砕して細かくするための破砕機３を備えており、この破砕機３で破砕された廃棄物Ｗが投入ホッパ４に供給される。なお、破砕機３の破砕粒度は、例えば、２００ｍｍ以下に設定されている。

また、給じんシステム１は、廃棄物Ｗを移送するための供給コンベア５を備えており、投入ホッパ４から切り出された廃棄物Ｗは、供給コンベア５の上流端部に供給される。供給コンベア５は、その移送方向に沿って上方に傾斜して設けられている。

供給コンベア５は、そこに積載された廃棄物Ｗの重量を測定するロードセル６を備えており、搬送対象物の重量速度の検出が可能となっている。また、供給コンベア５の移送速度は、可変とされている。

給じんシステム１は制御装置７を備えており、この制御装置７は、供給コンベア５のロードセル６による測定結果に基づいて、廃棄物Ｗの重量速度が一定となるように、供給コンベア５の移送速度を制御する。

また、給じんシステム１は、垂直方向に配置された投入シュート８を備えており、供給コンベア５によって移送された廃棄物Ｗは、供給コンベア５の下流端部から、この投入シュート８内にその上部開口を介して供給される。投入シュート８の内部には、ガスシール機能を有する一対のフラップダンパ９（９Ａ、９Ｂ）が、上下二段に設置されている。

また、給じんシステム１は、水平方向に配向されたスクリューフィーダ１０を備えている。投入シュート８の下部開口は、スクリューフィーダ１０の上流端部に接続されており、投入シュート８内の廃棄物Ｗが、スクリューフィーダ１０の上流端部に供給される。図３に示したように、スクリューフィーダ１０は、水平方向に並置された一対のスクリュー本体１１を備えている。

なお、上述したフラップダンパ９は、スクリューフィーダ１０の軸線方向に直交する方向の軸線周りに揺動して開閉するように構成されている。

また、投入シュート８の下部であって、スクリューフィーダ１０の上流端部の近傍には、スクリューフィーダ１０の移送方向に沿って下方に３０°〜６０°傾斜した廃棄物移送板１２が設けられている。なお、廃棄物移送板１２は、フラップダンパ９から排出された廃棄物が廃棄物移送板１２上に落下するように、フラップダンパ９の開口部の下方に設置している。

さらに、本実施形態による給じんシステム１は、投入シュート用計測手段としての廃棄物レベル計１３を備えている。この廃棄物レベル計１３は、投入シュート８内の廃棄物Ｗの蓄積状態を計測するものである。

この廃棄物レベル計１３としては、例えば、透過型センサーを使用することができる。より具体的には、図１及び図２に示したように、投入シュート８の下部において、スクリュー本体１１の平行方向の投入シュート８の一方の側に透過型センサーの発信器１３Ａを設置し、同方向の投入シュート８の他方の側に透過型センサーの受信器１３Ｂを設置する。

そして、廃棄物レベル計１３の発信器１３Ａから出力を発信すると、投入シュート８の下部に廃棄物Ｗが存在する場合には、その出力が廃棄物Ｗによって遮断され、受信器１３Ｂには届かない。これにより、少なくとも廃棄物レベル計１３の設置位置までは、投入シュート８内に廃棄物Ｗが存在することを確認できる。

一方、廃棄物レベル計１３の受信器１３Ｂが、発信器１３Ａからの出力を受信した場合には、廃棄物レベル計１３の設置位置には廃棄物Ｗが存在しないことが確認できることになる。

また、本実施形態による給じんシステム１は、スクリューフィーダ用計測手段として、廃棄物検知センサー１４を備えている。この廃棄物検知センサー１４は、スクリューフィーダ１０内の廃棄物Ｗの充填状態を計測するためのものである。

廃棄物検知センサー１４としては、例えば、透過型センサーを使用することができる。より具体的には、図１及び図３に示したように、水平方向に並置された一対のスクリュー本体１１同士の間に形成された間隙Ｇを挟んで、当該隙間Ｇの上方（又は下方）に透過型センサーの発信器１４Ａを設置し、当該隙間の下方（又は上方）に透過型センサーの受信器１４Ｂを設置する。

そして、廃棄物検知センサー１４の発信器１４Ａから出力を発信すると、一対のスクリュー本体１１同士の間に廃棄物Ｗが存在する場合には、その出力が廃棄物Ｗによって遮断され、受信器１４Ｂには届かない。これにより、少なくとも廃棄物検知センサー１４の設置位置までは、スクリューフィーダ１０内に廃棄物Ｗが存在することが確認できる。

一方、廃棄物検知センサー１４の受信器１４Ｂが、発信器１４Ａからの出力を受信した場合には、スクリューフィーダ１０内の廃棄物Ｗの量が不足していることになる。

次に、本実施形態による給じんシステム１の運転方法について説明する。

まず、破砕機３で２００ｍｍ以下に破砕された廃棄物Ｗが、投入ホッパ４にその上部開口から供給され、投入ホッパ４内に一旦貯蔵される。投入ホッパ４に貯蔵された廃棄物Ｗは、投入ホッパ４の底部を開放することにより、供給コンベア５の上流端部に供給される。

供給コンベア５の上流端部に供給された廃棄物Ｗは、供給コンベア５によって移送されて、供給コンベア５の下流端部から、投入シュート８の上部開口を介してその内部に供給される。

ここで、供給コンベア５は、制御装置７によって廃棄物Ｗの重量速度が一定に維持されているので、供給コンベア５から投入シュート８への廃棄物Ｗの供給量（重量速度）を一定とすることができる。

供給コンベア５における廃棄物Ｗの重量速度の計算方法及び制御方法は、以下の通りである。
・供給コンベアの所定の区間[L(m)]上の廃棄物重量をW_L(kg)
・供給コンベアの搬送速度をU(m/s)
とすると、
重量速度Q(kg/h)は
Q=W_L÷L×U÷3600
となる。

また、目標重量速度をQs(kg/h)とすると、
Q＜Qsの場合、Uを増加させ、
Q＞Qsの場合、Uを減少させる。

供給コンベア５から投入シュート８内に供給された廃棄物Ｗは、まず、投入シュート８内の上段のフラップダンパ９Ａ上に蓄積される。この上段のフラップダンパ９Ａは、所定の時間間隔で開放する。このため、上段のフラップダンパ９Ａ上に蓄積された一定量の廃棄物Ｗが、上段のフラップダンパ９Ａの開放により落下する。

上段のフラップダンパ９Ａから落下した廃棄物Ｗは、下段のフラップダンパ９Ｂの上に蓄積される。この下段のフラップダンパ９Ｂは、上段のフラップダンパ９Ａとは異なるタイミングで、上段のフラップダンパ９Ａと同じ所定の時間間隔で開放する。

このように上段のフラップダンパ９Ａと下段のフラップダンパ９Ｂとで、それぞれの開放のタイミングをずらすことにより、両方のフラップダンパ９Ａ、９Ｂが同時に開放状態となることがない。これにより、投入シュート８におけるガスシール機能を常時維持することができる。

なお、フラップダンパ９の１サイクルの開閉速度は、３０秒〜２分の範囲で固定して設定されている。

下段のフラップダンパ９Ｂから落下した廃棄物Ｗは、スクリューフィーダ１０の上流端部に上方から供給される。上述したように、スクリューフィーダ１０の上流端部の近傍には、スクリューフィーダ１０の移送方向に沿って下方に３０°〜６０°傾斜した廃棄物移送板１２が設けられているので、フラップダンパ９から排出された廃棄物Ｗはいったん廃棄物移送板１２上に落下する。廃棄物Ｗは、この廃棄物移送板１２の傾斜面に沿ってスクリューフィーダ１０に向けて円滑に供給される。

スクリューフィーダ１０に供給された廃棄物Ｗは、一定速度で回転する一対のスクリュー本体１１によって下流に向けて移送され、スクリューフィーダ１０の下流端部から排出され、ガス化炉２に供給される。

そして、給じんシステム１の運転中に、廃棄物レベル計１３により、投入シュート８内の廃棄物レベルが所定レベル以下となったことが検知されたら、制御装置７がスクリューフィーダ１０の回転数を低下させ、或いは回転を停止して、スクリューフィーダ１０内の廃棄物Ｗの不足によるマテリアルシールの消失を防止する。

また、給じんシステム１の運転中に、廃棄物検知センサー１４によって、スクリューフィーダ１０内の廃棄物Ｗの量が不足していることが検知されたら、制御装置７は、スクリューフィーダ１０の回転数を低下させ、或いは回転を停止して、スクリューフィーダ１０内の廃棄物Ｗの不足によるマテリアルシールの消失を防止する。

なお、上述したように、廃棄物レベル計１３によって投入シュート８内の廃棄物レベルを計測し、廃棄物レベルが許容値を下回った場合には、制御装置７によってスクリューフィーダ１０の回転数を制御するようにしているので、基本的には、スクリューフィーダ１０内の廃棄物Ｗが不足して廃棄物検知センサー１４が作動することはない。

しかしながら、例えば投入シュート８に設置した廃棄物レベル計１３が正常に機能しなかったような場合でも、マテリアルシールの消失を確実に防止する必要があるので、廃棄物Ｗの流れ方向において廃棄物レベル計１３よりも下流側の、スクリューフィーダ１０の内部に、廃棄物検知センサー１４を設置している。

上記実施形態による給じんシステム１によれば、制御装置７によって供給コンベア５の移送速度を制御して廃棄物Ｗの重量速度を一定に制御することにより、投入シュート８に対して廃棄物Ｗを、過不足なく安定的に定量供給できるので、投入シュート８内の廃棄物Ｗのレベルを、比較的低いレベルにて、精度よく制御することができる。

このため、投入シュート８内に蓄積される廃棄物Ｗの重量が小さくなり、スクリューフィーダ１０の入口部における廃棄物Ｗの圧密による過充填を防止することができる。

また、給じんシステム１の運転時における投入シュート８内の廃棄物Ｗのレベルを、従来よりも下げることができるので、フラップダンパ９の設置位置も下げることが可能である。これにより、投入シュート８の高さを低くして、給じんシステム１全体の高さを従来よりも低くすることができる。

また、供給コンベア５を傾斜して設置したので、水平に設置した場合に比べて上下方向の占有空間が小さくなり、これによっても、給じんシステム１全体の高さを低くすることができる。

また、供給コンベア５から投入シュート８に対して、廃棄物Ｗを安定的に定量供給できるので、スクリューフィーダ１０に対しても廃棄物Ｗを安定的に定量供給可能である。スクリューフィーダ１０の回転数を定速としても、熱処理炉２に対して廃棄物Ｗを定量供給することができる。このため、スクリューフィーダ１０の制御が容易となり、マテリアルシールの確保をより一層確実に維持することができる。

また、何らかの不具合により、投入シュート８内の廃棄物Ｗのレベルが低下した場合でも、廃棄物レベル計１３によってレベル低下を検知できるので、スクリューフィーダ１０におけるマテリアルシールが消失される前に、スクリューフィーダ１０の回転数を低下させ、或いは回転を停止して、マテリアルシールの消失を確実に防止することができる。

また、何らかの不具合により、廃棄物レベル計１３の設置位置を超えて、投入シュート８内の廃棄物Ｗのレベルが低下した場合でも、スクリューフィーダ１０内の廃棄物Ｗの充填状態を、廃棄物検出センサー１４によって検出することにより、マテリアルシールが消失される前にスクリューフィーダ１０の回転数を低下させて、或いは回転を停止して、マテリアルシールの消失を確実に防止することができる。

なお、上記実施形態の一変形例としては、投入シュート８内のフラップダンパ９を省略することもできる。

上記の通り、制御装置７によって供給コンベア５による廃棄物Ｗの重量速度を制御することにより、投入シュート８に対して廃棄物Ｗを安定的に定量供給できるので、スクリューコンベア１０に対する廃棄物Ｗの供給が不足するという事態は回避できる。

このため、スクリューコンベア１０におけるシール機能の信頼性が高くなるので、フラップダンパ９による追加的なシール機能を省略することができる。

このようにフラップダンパ９を省略することにより、給じんシステム１における廃棄物Ｗの流れがより一層連続的となり、廃棄物Ｗの連続供給性能を高めることができる。

１ 給じんシステム
２ 熱処理炉（ガス化炉）
３ 破砕機
４ 投入ホッパ
５ 供給コンベア
６ ロードセル
７ 制御装置
８ 投入シュート
９、９Ａ、９Ｂ フラップダンパ
１０ スクリューフィーダ
１１ スクリュー本体
１２ 廃棄物移送板
１３ 廃棄物レベル計（投入シュート用計測手段）
１３Ａ 廃棄物レベル計の発信器
１３Ｂ 廃棄物レベル計の受信器
１４ 廃棄物検知センサー（スクリューフィーダ用計測手段）
１４Ａ 廃棄物検知センサーの発信器
１４Ｂ 廃棄物検知センサーの受信器
Ｗ 廃棄物
Ｇ スクリュー本体同士の間の間隙

Claims (8)

1. 廃棄物を熱処理するための熱処理炉に対して前記廃棄物を供給するための給じんシステムにおいて、
   前記廃棄物を移送するための供給コンベアと、
   前記供給コンベアによる前記廃棄物の重量速度を制御するための制御手段と、
   前記供給コンベアから前記廃棄物が供給される投入シュートと、
   前記投入シュートから前記廃棄物が供給されるスクリューフィーダと、
   前記スクリューフィーダ内の前記廃棄物の蓄積状態を計測するためのスクリューフィーダ用計測手段である廃棄物検知センサーと、を備え、
   前記スクリューフィーダが、水平方向に並置された一対のスクリュー本体を備え、
   前記廃棄物検知センサーが透過型センサーであり、前記一対のスクリュー本体の間に形成された間隙を挟んで、当該間隙の上方または下方に前記透過型センサーの発信器を設置し、当該間隙の下方または上方に前記透過型センサーの受信器を設置する、ことを特徴とする給じんシステム。
2. 前記投入シュート内の前記廃棄物の蓄積状態を計測するための投入シュート用計測手段をさらに備えた請求項１記載の給じんシステム。
3. 前記投入シュートの下部であって前記スクリューフィーダの上流部の近傍に設けられ、前記スクリューフィーダの移送方向に沿って下方に傾斜した廃棄物移送板をさらに備えた請求項１または２に記載の給じんシステム。
4. 前記供給コンベアが、その移送方向に沿って上方に傾斜して設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の給じんシステム。
5. 前記投入シュートの内部に設けられ、ガスシール機能を有するフラップダンパをさらに備えた請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給じんシステム。
6. 前記供給コンベアに供給される前記廃棄物を破砕するための破砕機をさらに備えた請求項１乃至５のいずれか一項に記載の給じんシステム。
7. 前記熱処理炉は、流動層タイプのガス化炉である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の給じんシステム。
8. 廃棄物を熱処理するための熱処理炉に対して前記廃棄物を供給するための給じんシステムの運転方法において、
   供給コンベアによって前記廃棄物を移送する工程と、
   前記供給コンベアによる前記廃棄物の重量速度を制御する工程と、
   前記供給コンベアから前記廃棄物を投入シュートに供給する工程と、
   前記投入シュートから前記廃棄物をスクリューフィーダに供給する工程と、
   透過型センサーから成る廃棄物検知センサーによって前記スクリューフィーダ内の前記廃棄物の蓄積状態を計測する工程と、を備え、
   前記スクリューフィーダが、水平方向に並置された一対のスクリュー本体を備えており、
   前記一対のスクリュー本体の間に形成された間隙を挟んで当該間隙の上方または下方に配置された前記透過型センサーの発信器から、当該間隙の下方または上方に設置された前記透過型センサーの受信器に向けて出力が発信される、給じんシステムの運転方法。
   

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