JP6303237B2 - ガス化溶融設備 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物をガス化溶融するガス化溶融設備に関する。

従来、都市ごみを始めとして不燃ごみ、焼却残渣、汚泥等の廃棄物まで幅広く処理できる技術としてガス化溶融システムが知られている。ガス化溶融システムは、廃棄物を熱分解してガス化するガス化炉と、ガス化炉の下流側に設けられ、ガス化炉にて生成された熱分解ガスを高温燃焼し、ガス中の灰分を溶融スラグ化する溶融炉と、溶融炉から排出される排ガスを燃焼する二次燃焼室とを備えており、廃棄物の資源化、減容化及び無害化を図るために、溶融炉からスラグを取り出して路盤材等の土木資材として再利用したり、二次燃焼室から排出される排ガスから廃熱を回収して発電を行うなどしている。

このようなガス化溶融システムのガス化炉には、流動床ガス化炉が多く用いられている。流動床ガス化炉は、炉底に燃焼空気の供給により流動媒体を流動化させた流動層が形成され、該流動層内に投入した廃棄物を部分燃焼させ、該燃焼熱により高温に維持される流動層内で廃棄物を熱分解する装置である。

また、流動床ガス化炉は、炉底から流動媒体である砂と共に不燃物を排出するように構成されている。上述したようにガス化溶融設備には減容化の要求があり、最終的に埋め立て処分される不燃物を少なくすることが重要である。減容化の手段としては、不燃物から鉄やアルミニウム等の有価金属を回収することで、最終的に埋め立て処分される不燃物を少なくする手段等が知られている。

他の廃棄物の減容化の手段として、特許文献１には、流動床ガス化炉の炉底残渣から流動媒体を篩分けにより回収して再利用し、炉底残渣中の金属類は選別回収し、非金属は擦り合わせにより表面の汚染を除去した後に再利用するガス化溶融設備が記載されている。また、特許文献１には、非金属の紛体を気流搬送により溶融炉に搬送する技術が記載されている。

国際公開第２０１２／１３７３０７号

しかしながら、特許文献１に記載されたガス化溶融設備においては、有価金属が回収された後の非金属の紛体である粉砕不燃物が、気流搬送路から上流側に逆流することによって気流搬送が不安定となるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、確実に金属類を除去するとともに、粉砕不燃物の安定した気流搬送を可能とするガス化溶融設備を提供することにある。

本発明の第一の態様によれば、ガス化溶融設備は、廃棄物を熱分解し熱分解ガスを発生させると共に不燃物を排出する流動床ガス化炉と、前記熱分解ガスを導入する溶融炉と、前記流動床ガス化炉と前記溶融炉とを接続する熱分解ガス通路と、前記流動床ガス化炉から排出された前記不燃物を複数のロッドの間を通過させることによって粉砕する粉砕装置と、前記粉砕装置で粉砕された前記不燃物をふるい分けする振動篩と、前記振動篩から前記不燃物を受け入れる位置と、不燃物を排出する位置とで回転可能な搬送室を有し、前記振動篩を通過した前記不燃物を定量ずつ供給する定量供給装置と、前記定量供給装置から定量供給された前記不燃物を気流とともに搬送し、前記熱分解ガス通路に投入する気流搬送装置と、を有し、前記粉砕装置は、筒状のドラムと、前記ドラムの内部に入れられた前記複数のロッドと、前記ドラムを振動させる加振装置と、を有し、前記不燃物に含まれる金属類を前記振動篩によって分離可能な大きさにまで平板化するように加振力が調整されていることを特徴とする。

上記構成によれば、不燃物に含まれる金属類が複数のロッドを有する粉砕装置によって平板化されることによって、振動篩にて金属類を除去することができる。これにより、後段の機器や気流搬送装置での閉塞や、意図しない金属類の溶融炉への導入を防止することができる。
また、気流搬送装置へ不燃物を定量供給することによって、安定した気流搬送が可能となる。さらに、平板化した金属類が除去されているため、定量供給装置を構成する搬送室の回転が阻害されることを防止することができる。また、粉砕された不燃物が気流搬送装置から逆流することを防止することができる。

また、上記構成によれば、振動篩での金属類の除去効率を向上させることができる。

上記ガス化溶融設備において、前記粉砕装置は、前記不燃物の粒径が飛灰の粒径よりも大きくなるように加振力が調整されている構成としてもよい。

上記ガス化溶融設備において、前記粉砕装置は、粒径６３μｍ以下の前記不燃物が３０％以下となるように加振力が調整されている構成としてもよい。

上記ガス化溶融設備において、前記粉砕装置の前段階に、前記流動床ガス化炉から排出された流動媒体と前記不燃物とを分級する分級装置と、前記分級装置で分級された前記不燃物から鉄及びアルミニウムを分別する分別装置と、をさらに備える構成としてもよい。
上記構成によれば、不燃物から有価金属を分別することができ、かつ、粉砕装置に供給する不燃物の量を調整することができる。

本発明によれば、確実に金属類を除去するとともに、粉砕不燃物の安定した気流搬送を可能とする。

本発明の実施形態のガス化溶融設備の構成図である。 本発明の実施形態の粉砕装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態の振動篩及び定量供給装置の構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態変形例の振動篩及び定量供給装置の構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のガス化溶融設備１は、流動床ガス化炉２と、溶融炉４とを具備し、廃棄物５１を流動床ガス化炉２にて熱分解することによって生じた熱分解ガス５２を熱分解ガス通路３を介して溶融炉４に導入するものである。

流動床ガス化炉２は、角筒状のガス化炉本体５を有し、このガス化炉本体５の一側壁に廃棄物排出装置６ａを備えた廃棄物投入口６が設けられている。また、ガス化炉本体５の頂部には炉内で発生した熱分解ガスを排出するための熱分解ガス排出口２３が設けられていると共に、ガス化炉本体５の下部には不燃物排出口７が設けられている。さらに、流動床ガス化炉２の底部には、流動媒体８（流動砂、主に硅砂）が循環供給されている。

不燃物排出口７から排出された、不燃物及び流動媒体５３は、砂分級装置９に供給され、不燃物５４と流動媒体５５に分離される。ここで分離された流動媒体５５は、砂循環エレベータ等の手段によって、流動床ガス化炉２に戻される。

砂分級装置９から排出された不燃物５４は、磁選機１０とアルミ選別機１１とからなる分別装置に供給される。まず、不燃物５４は、磁選機１０に供給され、鉄が分離される。磁選機１０は、永久磁石、又は電磁石の磁力を用いた分別装置である。
さらに、磁選機１０から排出された不燃物５６がアルミ選別機１１に供給され、アルミニウムが分離され、鉄及びアルミニウムを含む有価金属を分別する。アルミ選別機１１は、アルミニウムに電磁作用でうず電流を発生させ、磁束との相互作用によりアルミニウムに偏向力を与えて選別する分別装置である。

アルミ選別機１１から排出された不燃物５７は、粉砕装置１２に供給されて粉砕される。図２に示すように、粉砕装置１２は、両端が塞がれた有底円筒形状のドラム３５と、ドラム３５の内部に入れられた複数のロッド３６と、ドラム３５を振動させる加振装置３７と、を有する所謂ロッドミル（振動ミル）である。

ロッド３６は、断面円形の棒状の鋼材であり、ドラム３５の中心軸に沿うように配置されている。粉砕装置１２は、ドラム３５を振動させてロッド３６に運動を与え、ロッド３６同士が衝突する衝撃によって、ドラム３５内に連続的に供給された不燃物５７を粉砕する装置である。
加振装置３７は、バイブレータ式の駆動モータであり、駆動モータの回転軸には、加振力を調整可能なアンバランスウエイトが内蔵されている。加振力の大きさは、アンバランスウエイトの角度調整により変更可能である。

図１に戻って、粉砕装置１２によって粉砕された粉砕不燃物５８は、振動篩１３に投入される。図３に示すように、振動篩１３は、ケーシング３９と、ケーシング３９に傾斜角を持って固定されたスクリーン４０（篩網）を有している。振動篩１３はモータにより振動されるとともに、内部に垂直に振動する振動体（図示せず）を設けてスクリーン４０の閉塞を抑制することもある。また、ケーシング３９には、スクリーン４０を通過しなかった不燃物を排出する排出シュート４１が設けられている。なお、スクリーン４０に傾斜角を必要はない。即ち、スクリーン４０を水平に配置する構成としてもよい。

図１に戻って、振動篩１３のスクリーンを通過した粉砕不燃物５９は、定量供給装置１４に導入される。図３に示すように、定量供給装置１４は、サイロ４３（ホッパー）と、ロータリーバルブ４４とを有しており、サイロ４３に貯留された粉砕不燃物は、ロータリーバルブ４４により定量的に切り出される。

ロータリーバルブ４４は、ハウジング４５と、ハウジング４５内で図示しない駆動源によって回転するローター４６と、を有している。ローター４６は、ハウジング４５内を複数の搬送室４７に分割している。本実施形態のロータリーバルブ４４は、６つの搬送室４７を備えている。即ち、ロータリーバルブ４４のローター４６に６つの羽根が設けられ、その羽根の間に搬送室４７が形成されている。
ロータリーバルブ４４がこのように構成されていることによって、ロータリーバルブ４４の入口側（ハウジング４５の上方）と出口側（ハウジング４５の下方）とは分離される。なお、ロータリーバルブは、サイロ４３の下流側のみならず、サイロ４３の上流側に設けてもよい。即ち、粉砕不燃物５９がロータリーバルブを介してサイロ４３に導入されるようにすることによって、粉砕不燃物５９の逆流防止を図る構成としてもよい。

定量供給装置１４の下方には、気流搬送装置３０が設けられている。気流搬送装置３０は、空気輸送管３１と、空気輸送管３１に気流を発生させる送風機３２と、を有している。送風機３２は、空気輸送管３１の上流側の一端より下流側に向かって気流を発生させるように設置されている。図１に示すように、空気輸送管３１は下流側において２つに分岐されている。２つに分岐された空気輸送管３１は、後述する分岐された熱分解ガス通路３（熱分解ガスダクト２１）に接続される。

次に、溶融炉４の詳細について説明する。
溶融炉４は、竪型旋回溶融炉１５と、連結部１６を介して竪型旋回溶融炉１５の上方に連結された二次燃焼室１７と、二次燃焼室１７の下流側に連結されるボイラ部１８とから構成される。
竪型旋回溶融炉１５は、断面円形状であり、その上部には絞り構造を有する排ガス出口１９が設けられている。言い換えれば、竪型旋回溶融炉１５は、排ガス出口１９において一旦縮径し、そこから上方に向かって円錐状に広がった形状を有しており、二次燃焼室１７と接続される。また、竪型旋回溶融炉１５の下部にはスラグ出滓口２０が設けられている。

図４に示すように、竪型旋回溶融炉１５は、略円筒状の炉壁１５ａを有し、炉壁１５ａの上下方向の所定位置の水平断面上に、熱分解ガス５２を導入する一対の熱分解ガスダクト２１が配設されている。熱分解ガスダクト２１は、熱分解ガスダクト２１から導入された熱分解ガス５２が、炉内を旋回する円Ｃの接線方向に噴出するように配置されている。また、熱分解ガスダクト２１が竪型旋回溶融炉１５に接続している部分には予混合バーナ２２が設置されている。

予混合バーナ２２は、その円周面に設けられているノズル孔から予混合バーナ２２内に向けて燃焼空気が吹き込まれるようになっている。燃焼空気は、空気若しくは酸素、あるいは酸素富化空気等を用いることができる。このとき、燃焼空気は空気比０．９〜１．１、好ましくは１．０程度であると良い。このように空気比を設定することにより、炉内温度を安定して高温に維持することが可能となる。
このように、熱分解ガス５２と燃焼空気が予め予混合バーナ２２内で混合された後に竪型旋回溶融炉１５内に吹き込むようにすることで、熱分解ガス５２と燃焼空気が十分に混合され、熱分解ガス５２を炉内で瞬時に燃焼させることができる。

二次燃焼室１７は断面方形状に形成されている。二次燃焼室１７の下端側には竪型旋回溶融炉１５の排ガス出口１９に向けて縮径する連結部１６が設けられている。二次燃焼室１７の排ガス下流側にはボイラ部１８が設けられ、煙道に設置された過熱器（不図示）等により熱回収が行われる。ボイラ部１８を経た排ガス６２は、後段の反応集塵装置、触媒反応装置等を経て、煙突より大気放出される。

次に、流動床ガス化炉２と、竪型旋回溶融炉１５とを接続する熱分解ガス通路３の詳細について説明する。
上述したように、熱分解ガス５２は、熱分解ガス通路３を介して竪型旋回溶融炉１５に導入される。具体的には、流動床ガス化炉２の熱分解ガス排出口２３と竪型旋回溶融炉１５の熱分解ガスダクト２１とが、熱分解ガス通路３によって接続されている。熱分解ガス通路３は、上流側（流動床ガス化炉２側）から下流側（竪型旋回溶融炉１５側）に向かう所定位置において２つに分岐されており、２つに分岐された熱分解ガス通路３，３が一対の熱分解ガスダクト２１と夫々接続される。

また、上述したように、２つに分岐された熱分解ガス通路３，３には、２つに分岐された空気輸送管３１ａ，３１ａが接続されている。これにより、竪型旋回溶融炉１５には、熱分解ガス５２と共に、粉砕不燃物５９が導入される。

なお、熱分解ガス通路３及び空気輸送管３１は必ずしも下流側において分岐させる必要はない。熱分解ガス通路３及び空気輸送管３１を分岐することなく、竪型旋回溶融炉１５に単一の熱分解ガスダクト２１から熱分解ガス５２及び粉砕不燃物５９を導入する構成としてもよい。
また、単一の流動床ガス化炉２から複数の竪型旋回溶融炉１５に熱分解ガス５２を導入するために、流動床ガス化炉２に複数の熱分解ガス通路３を設ける構成としてもよい。

次に、本実施形態のガス化溶融設備１の作用について説明する。
廃棄物投入口６から投入された廃棄物５１は、廃棄物排出装置６ａを介して流動床ガス化炉２へ定量供給された後熱分解ガス化され、ガス、タール、チャー（炭化物）に分解される。タールは、常温では液体となる成分であるが、ガス化炉内ではガス状で存在する。チャーは流動層内で徐々に微粉化され、ガス及びタールに同伴して熱分解ガス５２として溶融炉４へ導入される。

一方、流動床ガス化炉２の不燃物排出口７から排出された不燃物及び流動媒体５３は、砂分級装置９で流動媒体が分級され、磁選機１０で鉄、アルミ選別機１１でアルミニウムが分別される。
次いで、不燃物５７は、粉砕装置１２に投入されて粉砕される。この際、不燃物５７に残存する金属類は、金属の展性・延性により平板化する。
粉砕装置１２の加振力は、粉砕装置１２の有する粒度調整機能を用いて調整されている。具体的には、粉砕装置１２の加振力は、平板化した金属を微粒化させないような加振力に調整されている。

また、粉砕装置１２の加振力は、金属類が除かれた粉砕不燃物５９が後に溶融炉４から飛散する飛灰とならないように調整されている。
発明者らの調査によれば、飛灰の粒径は、６３μｍ以下の割合が９０％であった。この結果に基づき、本実施形態の粉砕装置１２の加振力は、粒径６３μｍ以下の粉砕不燃物５９が粉砕不燃物５９中の３０％以下となるように調整されている。即ち、粉砕装置１２の加振力は、粉砕不燃物５９の粒径が飛灰よりも大きくなるように調整されている。

次いで、粉砕不燃物５８は、振動篩１３に投入される。振動篩１３では、平板化された金属類がスクリーン４０上に残ることで分離される。スクリーン４０を通過したガラス、瓦礫などの粉砕不燃物５９は、定量供給装置１４のサイロ４３に投入された後、ロータリーバルブ４４によって切り出される。ロータリーバルブ４４によって切り出された粉砕不燃物５９が空気輸送管３１に導入されると、粉砕不燃物５９は気流に乗り、下流側に向かって気流搬送される。気流搬送された粉砕不燃物５９は、熱分解ガス通路３に導入される。

熱分解ガス通路３に導入された粉砕不燃物５９は、流動床ガス化炉２から供給された熱分解ガス５２と混合された後、予混合バーナ２２を通過して竪型旋回溶融炉１５内に供給され、溶融スラグ化される。

上記実施形態によれば、粉砕不燃物に含まれる金属類が複数のロッドを有する。
粉砕装置１２によって平板化されることによって、振動篩１３にて金属類を除去することができる。これにより、後段の機器や気流搬送装置３０での閉塞や、意図しない金属類の溶融炉４への導入を防止することができる。
また、気流搬送装置３０へ粉砕不燃物５９の定量供給することによって、安定した気流搬送が可能となる。さらに、平板化した金属類が除去されているため、定量供給装置１４を構成するローター４６の回転が阻害されることを防止することができる。
また、ロータリーバルブ４４が設けられていることによって、粉砕不燃物５９が気流搬送装置３０から逆流することを防止することができる。

また、粉砕装置１２の加振力が平板化した金属類を微硫化させないような加振力に調整されていることによって、振動篩１３での金属類の除去効率を向上させることができる。
また、砂分級装置９、磁選機１０、及びアルミ選別機１１を設けたことによって、不燃物から有価金属を分別することができ、かつ、粉砕装置１２に供給する不燃物の量を調整することができる。

また、気流搬送された粉砕不燃物５９が溶融炉４から飛散しないように粉砕装置１２の加振力が調整されていることによって、飛灰の増加を抑制することができる。

また、熱分解ガス５２及び粉砕不燃物５９は、予混合バーナ２２を通過して竪型旋回溶融炉内に供給されることから、十分に予熱することができる。
また、２つの熱分解ガスダクト２１から熱分解ガス５２及び粉砕不燃物５９を導入することで、竪型旋回溶融炉１５内のガス流れの旋回力を強くすることができ、かつ、竪型旋回溶融炉１５の排ガス出口１９の絞り構造により、粉砕不燃物５９が竪型旋回溶融炉１５にて捕捉されず排ガス中にキャリーオーバーすることを防止することができる。

次に、本発明の実施形態の変形例について説明する。
図５に示すように、定量供給装置１４Ｂとして、テーブルフィーダ７０の採用も可能である。テーブルフィーダ７０は、サイロ４３からの粉砕不燃物５９を受け入れるテーブル７１と、テーブル７１を駆動する駆動装置７２と、テーブル７１から粉砕不燃物５９を定量排出するシュート７３とを有している。テーブル７１上には、粉砕不燃物５９を掻き出すスクレーパー（図示しない）が設けられている。
粉砕装置１２によって生成される粉砕不燃物５９の性状によって、このような定量供給装置１４Ｂも採用可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、熱分解ガス通路の分岐及び熱分解ガスダクトは２つに限ることはなく、３つ以上としてもよい。

１ ガス化溶融設備
２ 流動床ガス化炉
３ 熱分解ガス通路
９ 砂分級装置（分級装置）
１０ 磁選機（分別装置）
１１ アルミ選別機（分別装置）
１２ 粉砕装置
１３ 振動篩
１４，１４Ｂ 定量供給装置
１５ 竪型旋回溶融炉
１９ 排ガス出口
２１ 熱分解ガスダクト
２２ 予混合バーナ
３０ 気流搬送装置
３１ 空気輸送管
３２ 送風機
３５ ドラム
３６ ロッド
３７ 加振装置
３９ ケーシング
４０ スクリーン
４１ 排出シュート
４３ サイロ
４４ ロータリーバルブ
４５ ハウジング
４６ ローター
４７ 搬送室
５１ 廃棄物
５２ 熱分解ガス
５６，５７ 不燃物
５８，５９ 粉砕不燃物（不燃物）
７０ テーブルフィーダ

Claims (4)

1. 廃棄物を熱分解し熱分解ガスを発生させると共に不燃物を排出する流動床ガス化炉と、
   前記熱分解ガスを導入する溶融炉と、
   前記流動床ガス化炉と前記溶融炉とを接続する熱分解ガス通路と、
   前記流動床ガス化炉から排出された前記不燃物を複数のロッドの間を通過させることによって粉砕する粉砕装置と、
   前記粉砕装置で粉砕された前記不燃物をふるい分けする振動篩と、
   前記振動篩から前記不燃物を受け入れる位置と、不燃物を排出する位置とで回転可能な搬送室を有し、前記振動篩を通過した前記不燃物を定量ずつ供給する定量供給装置と、
   前記定量供給装置から定量供給された前記不燃物を気流とともに搬送し、前記熱分解ガス通路に投入する気流搬送装置と、を有し、
   前記粉砕装置は、筒状のドラムと、前記ドラムの内部に入れられた前記複数のロッドと、前記ドラムを振動させる加振装置と、を有し、前記不燃物に含まれる金属類を前記振動篩によって分離可能な大きさにまで平板化するように加振力が調整されていることを特徴とするガス化溶融設備。
2. 前記粉砕装置は、前記不燃物の粒径が飛灰の粒径よりも大きくなるように加振力が調整されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融設備。
3. 前記粉砕装置は、粒径６３μｍ以下の前記不燃物が３０％以下となるように加振力が調整されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス化溶融設備。
4. 前記粉砕装置の前段階に、
   前記流動床ガス化炉から排出された流動媒体と前記不燃物とを分級する分級装置と、
   前記分級装置で分級された前記不燃物から鉄及びアルミニウムを分別する分別装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融設備。

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