JPH04324012A - 燃料の燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、廃棄物による固型燃
料を単独で、あるいはこの固型燃料と石炭とを混合して
燃焼するようにした燃料の燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、まず都市ごみの焼却
炉でごみを燃焼した排ガスの余熱を利用する発電技術が
ある。この技術は排ガスをボイラーで冷却し、発生した
蒸気でタービンを駆動して発電するものであるが、発電
の熱効率からみると、１０％程度の低いものであること
が知られている。その理由の一つは、ごみ質の変動に伴
って、蒸気の発生量が時間的に変動し、発電量がばらつ
くことである。このため電力の有効利用が難しく、電力
としての利用範囲も限られてきた。

【０００３】次に、ごみの燃焼ガスでボイラーで発生し
た蒸気を加熱する場合に、過熱管の腐蝕の問題が発生す
る。この腐蝕を避けるため、蒸気の圧力、温度を一般の
事業用発電の場合より大幅に低く保つ必要があり、発電
の熱効率が低くなっている。更に、腐蝕問題の他にも、
燃焼に伴って発生するＮＯｘの低下対策なども困難な問
題であった。ごみ中に含まれている化学物質が均一に燃
焼されない条件下では、ダイオキシンなどの有害物質が
発生する問題も新たに生じている。

【０００４】こうしたことで、ごみを燃料資源として活
用するには、従来技術における不均一で、不安定な燃焼
技術の改善が重要な課題として残されてきた。

【０００５】他方、二度の石油危機を経験し、エネルギ
ー資源開発の一貫として、先進国では近年石炭焚きボイ
ラーに関する技術開発が積極的に進められるようになっ
た。特に、微粉炭燃焼方式、流動床式方式、更にはガス
化方式といった多様な技術開発が行われているが、この
うち微粉炭燃焼方式と流動床方式については、すでに技
術的に確立されてきている。近年、これらの石炭燃焼技
術を活用して、ごみからの燃料を専焼ないし石炭との混
焼をすることで高効率にエネルギー回収を行おうとする
試みが現れ始めている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近、都市ごみなどの
可燃性廃棄物を、解砕機、破砕機、選別機、混合加熱機
、圧縮成型機を経て乾燥固化器で乾燥して、固型燃料を
製造する方法において前記解砕機、破砕機および混合加
熱・反応器の各工程、或はすべての工程にたとえばＣａ
Ｏなどのアルカリ土類金属を適量だけ添加することによ
り、廃棄物による固型燃料が得られる方法が提案されて
きている。

【０００７】この固型燃料は、単独でもキログラム当り
３５００ｋｃａｌから４５００ｋｃａｌ程度の発熱量が
安定して得られる。これは低質炭に相当する発熱量であ
るが、従来の廃棄物の焼却方式などによる燃焼する方法
では、石炭火力発電プラントのように、３０％以上の高
い発電効率（送電熱効率）を得ることが難しいばかりで
なく、有害化学物質の発生など排ガス処理対策も難しい
。

【０００８】この発明の目的は流動床式外部循環型ボイ
ラー方式を用いて固型燃料を専焼して３０％程度の発電
効率を得るようにするか、あるいはこの固型燃料と石炭
を混焼することによって、資源保護の観点から石炭の使
用を減らし、更にはコストの低減、発電熱効率の向上、
排ガスのクリーン化を図り、更に石炭と固型燃料を均一
に燃焼させてこれまで達成しえなかったような、石炭ボ
イラー並の、３０％程度の高発電熱効率を得る燃料の燃
焼方法を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、流動床式循環型ボイラにおける循環型
流動槽に廃棄物による固型燃料を単独で、あるいは固型
燃料と石炭とを適宜な比率で混合して投入し、均一な燃
焼条件下で燃焼することを特徴とする燃料の混合燃焼方
法である。また、前記循環型流動槽の下部に１次燃焼室
を、上部に２次燃焼室を形成せしめて、２次燃焼室から
サイクロンを経て１次燃焼室へ循環せしめながら燃焼せ
しめることが望ましいものである。

【００１０】

【作用】この方法によって得られた発電の効率は、循環
型石炭ボイラーの効率にほぼ匹敵するものとなっている
。しかも硫黄分の多い低質石炭を使用しても、排ガス中
のＳＯｘの吸収が固型燃料に含まれる酸化カルシウムに
よって行われるために、公害防止装置その他が少なくな
るばかりではなく、大気への環境影響も極めて限定され
たものになる。

【００１１】更に、廃棄物による固型燃料を単独である
いはこの固型燃料と石炭の混合燃焼を採用することによ
って、均一な燃焼条件が得られ、従来最も難問題とされ
てきた都市ごみ燃焼中に発生する有害化学廃棄物たとえ
ばダイオキシンなどの発生を抑制すると共に、フューエ
ル（Ｆｕｅｌ）ＮＯｘ、サーマル（Ｔｈｅｒｍａｌ　）
ＮＯｘの発生量を低減化することができることである。 、そして燃焼中にも酸化カルシウムによるＨＣｌ、ＮＯ
ｘ、などの吸収が行われ、排ガスがクリーンなものとな
り、過熱器の腐蝕を防止するとともに、全体として公害
防止装置を簡略化し高効率で発電を可能にするものであ
る。

【００１２】

【実施例】この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

【００１３】まず、本実施例で使用される廃棄物による
固型燃料を得る製造方法について説明する。

【００１４】図３を参照するに、例えば一般家庭あるい
は事務所から排除されるごみなどの廃棄物Ｇは、紙，ダ
ンボール，繊維類などの可燃物と、鉄，アルミ，ガラス
，土，石などの不燃物と、これらに含まれる水分などで
構成されており、例えばトラック，パッカー車などの運
搬車などで運ばれてきて、一旦、ピットなどからなる廃
棄物受入れ槽１に投入される。この廃棄物受入れ槽１か
ら必要な量だけ、必要な時期に廃棄物Ｇが解砕機３に投
入される。

【００１５】この解砕機３は、例えば油圧低速駆動型の
引裂き粗破砕機で、具体的な構造は公知であるため、詳
細な説明は省略するが、回転数がそれぞれ異なる２また
は３軸を有し、各軸の外周にはそれぞれ複数の刃が備え
られている。

【００１６】而して、投入された廃棄物Ｇを、回転数が
それぞれ異なる２または３軸の回転引裂刃によりくわえ
込み、引裂き、強固なものまで突き破って、低速，高ト
ルクの油圧駆動によりゆっくり引裂かれ、本体下部の排
出口から排出される。

【００１７】この解砕機３で解砕された第１廃棄物Ｇ１
は、例えばベルトコンベアなどからなる第１選別機５に
送られる。この第１選別機５には磁選機が備えられてい
て、この磁選機により鉄，非鉄などの金属が除去される
と共に有害危険物などが除去される。また、この第１選
別機５では、ビン，ブロックなどの中粒形無機物が選別
されて除去される。

【００１８】第１選別機５で金属，無機物が除去される
と、第２廃棄物Ｇ２は破砕機７に送られる。この破砕機
７は例えばハンマミルなどからなっており、この破砕機
７で第２廃棄物Ｇ２はさらに細かく粉砕される。

【００１９】この破砕機７で細かく粉砕された第３廃棄
物Ｇ３は、例えば磁選機，篩分器，比重差分離機などか
らなる第２選別機９に送られる。この第２選別機９では
、第１選別機５で除去しきれなかった細かな金属や無機
物が除去されて、第４廃棄物Ｇ４が混合加熱反応器１１
に投入される。この混合過熱反応器１１またはこれ以前
の工程で、アルカリ土類酸化物例えばＣａＯなどの反応
剤が廃棄物に対して例えば５〜１０％の割合で添加され
る。

【００２０】前記混合加熱反応器１１は例えば回転式６
角ミキサ，リボンミキサ、あるいは移動スクリュ式撹拌
機などからなっていて、貯留されながら一定時間加熱し
て混合される。この混合加熱反応器１１における加熱手
段としては、熱風や加熱チューブで行なうことにより、
反応速度を早くさせることができる。密閉状態下、例え
ば６０℃以上１００℃以下で１時間以上行なうのが好ま
しい。

【００２１】次いで、混合加熱反応器１１で反応された
第５廃棄物Ｇ５を圧縮成型器１３に投入して圧縮作用に
よって密度を高めた上で、押出して粒状に成型される。 この圧縮成型器１３で粒状に成型された第６廃棄物Ｇ６
は乾燥固化器１５に投入される。この乾燥固化器１５で
は、温度を例えば１３０〜２３０℃まで上げ、殺菌を行
ない、熱化学変化を完了させ、水分を除くと同時に含有
しているアルカリ（Ｃａ（ＯＨ）２　），などをＣＯ２
　ガスで中和し固化させることによって廃棄物による固
型燃料Ｓが得られる。なお、上記乾燥固化器１５から混
合加熱反応器１１へ必要に応じてフィードバックされる
こともある。

【００２２】こうして得られた廃棄物による固型燃料Ｓ
は、都市ごみ中の窒素分がアンモニア分として除去され
、燃料自体に含まれる窒素分によるＮＯｘの発生負荷を
下げ、クリーンエネルギーとしての品質向上を図ること
ができる。

【００２３】本実施例では、流動床式循環型ボイラーに
適した燃料として製造することが機械的に負荷が少なく
燃焼特性から見ても効果的であることを確認している。 概ね５ｍｍ〜１０ｍｍの粒状に製造することが機械的に
容易であり、かつ効果的である。

【００２４】上述した廃棄物Ｇを廃棄物受入れ槽１へ投
入してから乾燥固化器１５までの処理工程を経て廃棄物
による固型燃料Ｓを製造するに際して、廃棄物受れ槽１
または解砕機３に、アルカリ土類金属酸化物としての例
えばＣａＯを、脱臭および腐敗醗酵の抑制等を目的とし
て都市ごみなどの廃棄物Ｇに対して添加して物理化学的
反応処理が行われる。この場合、ＣａＯの添加量は全添
加量の０〜３０％程度が好ましい。３０％を越えても余
り効果を発揮するものではない。

【００２５】すなわち、実際に、廃棄物受入れ槽１また
は解砕機３にＣａＯを投入することによって、これまで
のこの種の施設が共通して克服しなければならなかった
都市ごみの受入貯留施設からの悪臭の発生等を防ぐこと
ができる。そしてＣａＯの作用によって腐敗・醗酵、昆
虫の発生などを抑制する効果がある。

【００２６】また、都市ごみの解砕を行なう解砕機３に
おいても事前にＣａＯが投入されることによって、悪臭
の防止、更には嫌気性醗酵物の付着によるプラントの腐
蝕などを防止することができる。廃棄物受れ槽１への投
入量は全投入量の１０％〜２０％の範囲で行なうことが
望ましい。

【００２７】また、前記第１選別機５で選別された第２
廃棄物Ｇ２を破砕機７に投入する際に、ＣａＯも一緒に
投入して、混合および第１次のＣａＯによる化学反応を
行なわしめる。この場合におけるＣａＯの添加量は、全
添加量の０〜５０％を添加して物理化学的反応処理する
のが望ましい。

【００２８】破砕機７に投入する目的は、破砕機７内に
おいてＣａＯとごみが均一に混合すると同時に固体と固
体の接触を機械的に行ない、ＣａＯによる反応を促進す
ることができる。従来のこの種の破砕工程から発生する
都市ごみの粉じんは、生物的に活性なものであり、かつ
病原菌による環境への影響が少なからず認められている
。この点で、破砕機７内にＣａＯを投入することによっ
て反応を促すばかりではなく、工場内における労働環境
の改善に著しい効果をあげることができる。

【００２９】さらに、前記混合加熱反応器１１に第２選
別機９で選別された第４廃棄物Ｇ４を投入すると同時に
ＣａＯを投入してもよい。この場合におけるＣａＯの添
加量は全添加量の２０％〜１００％が望ましい。この工
程でＣａＯを投入する目的はＣａＯによる反応を完結に
するためのものである。

【００３０】場合によっては、廃棄物受入れ槽１，解砕
機３，破砕機７および混合加熱反応器１１のすべてにＣ
ａＯを適宜な添加量でもって添加することも可能である
。

【００３１】したがって、ＣａＯを添加し、都市ごみと
反応させ、物理化学的に安定な物質に転換し、かつアン
モニアなどのＮＯｘ成分をごみの中から除外するための
工程である。圧縮成型された粒状の中間生成物は、加熱
とＣａＯの発熱反応によって５０℃以上の温度を持って
いる。

【００３２】これを次の乾燥工程において水分を除き、
かつＣａＯと燃焼ガス中の炭酸ガスとの反応によって固
化し、取扱い易い中間生成物としての廃棄物による固形
物燃料Ｓが得られることになる。

【００３３】次に、前述した製造方法によって得られた
廃棄物によって得られた固型燃料Ｓ、あるいは固型燃料
Ｓと石炭Ｎとを混合して均一な燃焼条件で燃焼する燃焼
方法について説明する。まず、ボイラとして固定床式ボ
イラや移動床式ボイラでは前記廃棄物による固型燃料Ｓ
の、専焼あるいは固型燃料Ｓと石炭Ｎとが混合されずに
燃焼するため好ましくない。すなわち固型燃料Ｓの専焼
あるいは固型燃料Ｓと石炭Ｎとを均一に混合して燃焼さ
せるために流動床式循環型ボイラを適用するものである
。

【００３４】まず、従来から知られている流動床式外部
循環型ボイラを用いて石炭Ｎと廃棄物による固型燃料Ｓ
を混合して燃焼する例について説明する。図１を参照す
るに、流動床式循環型ボイラ１７は循環型流動炉１９を
備えており、この循環型流動炉１９の内圧は一般にボイ
ラー管壁が設けられ、更に循環型流動炉１９の例えば左
側壁下部には石炭Ｎ，廃棄物による固型燃料Ｓをそれぞ
れ前記循環型流動槽１９内に供給するための供給管２１
，２３が接続されている。

【００３５】また、前記循環型流動槽１９の例えば右側
壁下部には空気を前記循環型流動槽１９内に送気するた
めの送気管２５が接続されている。前記循環型流動槽１
９の例えば右側壁上部には配管２７を介してホットサイ
クロン２９の左側壁上部が接続されている。このホット
サイクロン２９のほぼ中央部における下面には配管３１
の一端が接続されていると共に、配管３１の他端は前記
循環型流動槽１９の右側壁下部に接続されている。

【００３６】前記ホットサイクロン２９の上面には配管
３３の一端が接続されていると共に、配管３３の他端は
過熱器３５の上面に接続されている。この過熱器３５は
蒸気過熱管部と給水予熱管部からなり、この右側壁上部
には配管３７の一端が接続されていると共に、配管３７
は図示省略の発電機に接続されている。また、過熱器３
５の右側壁下部には配管３９の一端が接続されていると
共に、配管３９の他端は図示省略の排ガス処理装置へ接
続されている。さらに、過熱器３５のほぼ中央部におけ
る下面には配管４１の一端が接続されていると共に、配
管４１の他端は図示省略のアッシュサイロへ接続されて
いる。

【００３７】上記構成により、供給管２１，２３からそ
れぞれ石炭Ｎ，廃棄物による固型燃料Ｓを循環型流動槽
１９内の燃焼室１９Ｒへ一定の割合で供給すると共に、
送気管２５からホットエアを前記燃焼室１９Ｒに供給す
ることによって、燃焼室１９Ｒ中で石炭Ｎと廃棄物によ
る固型燃料Ｓとが混合されながら浮遊懸濁させて燃焼さ
れる。

【００３８】燃焼室１９Ｒで燃焼された燃焼ガスは配管
２７を経てホットサイクロン２９へ送られ、再度燃焼さ
れる。そして、キャリオーバーされた未燃物およびアッ
シュは配管３１を経て前記燃焼室１９Ｒに戻されて循環
される。ホットサイクロン２９に送られた燃焼ガスはホ
ットサイクロン２９で選別された後に、二次的に加えら
れるホットエアによって完全燃焼して蒸気は配管３３を
経て過熱器３５に送られる。

【００３９】過熱器３５では高温高圧となった蒸気が配
管３７を経て図示省略の例えば発電機に供給される。過
熱器３５で発生した排ガスは配管３９を経て図示省略の
排ガス処理装置を経て外部へ排出されることになる。ま
た、過熱器３５で発生したアッシュは配管４１を経て図
示省略のアッシュサイロへ送られることになる。

【００４０】特に、燃焼室１９Ｒではエロージョンやコ
ロージョンによって影響が大きいが、固型燃料Ｓに含ま
れているＣａＯを浮遊懸濁状態で長い時間滞在させ、ガ
ス中のＨＣｌやＳＯｘを吸収し、腐蝕をさけると共に、
予めアッシュを分離しているために磨耗による影響も少
なくなる。また、未燃物のうちのアッシュに含まれてい
るＣａＯはホットサイクロン２９，配管３１を経て燃焼
室１９Ｒに循環され、ガスクリーニングの効果を高める
役割を果たしている。

【００４１】このように、流動床式循環型ボイラ１７の
循環型流動槽１９を用いて石炭Ｎと廃棄物による固型燃
料Ｓを混合して燃焼することによって、例えば燃焼温度
が一定温度に保持されるような均一な燃焼条件下で燃焼
が行われるため、安定した燃焼を行うことができると共
に、ＮＯｘや有害物質の発生が防止でき、石炭のみによ
る例えば３５％程度の発電熱効率が得られて熱回収率を
高めることができる。しかも、石炭Ｎのみでなく廃棄物
による固型燃料Ｓを混合して使用するため、燃料費のコ
ストダウンを図ることができる。さらに、流動床式循環
型ボイラ１７を用いて石炭Ｎと廃棄物による固型燃料Ｓ
を混合燃焼させる場合には、石炭Ｎの量に対して廃棄物
による固型燃料Ｓの量は最大５０％までの比率で混合さ
せることができる。

【００４２】流動床式外部循環型ボイラ１７の他の実施
例が図２に示されている。図２において、上述した図１
と異なる点は循環型流動炉１９を上下２段とし内部に循
環機構を設けている。すなわち、下部に１次燃焼室１９
Ａを、上部に２次燃焼室１９Ｂを形成せしめ、供給管２
１，２３，送気管２５，配管３１を１次燃焼室１９Ａの
左，右側壁に接続し、配管２７を２次燃焼室１９Ｂの右
側壁上部に接続されている。それ以外は図１で説明した
構成と同じであるため説明を省略する。

【００４３】この実施例では循環型流動炉１９に１次燃
焼室１９Ａと２次燃焼室１９Ｂを設けているため、固型
燃料Ｓと石炭Ｎの燃焼速度の違いから生ずる未燃分の発
生を最小限に押さえて石炭Ｎと固型燃料Ｓの均一燃焼を
図ることができる。特に、燃焼速度の早いプラスチック
などは一次燃焼室１９Ａでガス化し、これらが２次燃焼
室１９Ｂにおいて均一に燃焼される。２次燃焼室１９Ｂ
を出た未燃分を含むガスは更にホットサイクロン２９に
送られ、３次燃焼する。ホットサイクロン２９において
は、固形未燃分が捕集され、１次燃焼室１９Ａに循環さ
れる。ホットサイクロン２９から出たガスは過熱器３５
に送られるが、固形未燃分を含まず、微細な灰およびカ
ルシウム酸化物のみを含むので、過熱器３５の腐蝕や磨
耗が生じ難い。

【００４４】したがって、本実施例は廃棄物による固型
燃料Ｓ中に含まれるカルシウム分をできる限り長い時間
、第１燃焼室１９Ａから第２燃焼室１９Ｂ、ホットサイ
クロン２９、そして過熱器３５というように長い時間滞
在させ、燃焼ガス体と酸化カルシウムが十分に混合し、
ＨＣｌ、ＳＯｘと反応し、排ガスの除害と過熱器３５の
腐蝕防止を行うことができる。

【００４５】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜の変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。本実施例では固型燃料
Ｓと石炭Ｎとの混合燃焼について説明したが、固型燃料
Ｓの専焼だけでも対応でき、この場合には３０％程度の
発電熱効率を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、この発明によれば、特許請求の範囲に記載さ
れたとおりの構成であるから、流動床式外部循環型ボイ
ラで廃棄物による固型燃料を単独で、あるいは石炭と廃
棄物による固型燃料を均一な燃焼条件下で安定した燃焼
を行うことができると共に、ＮＯｘや有害物質の発生を
防止できると共に過熱器の腐蝕防止ができる。しかも、
固型燃料と石炭との混焼においては石炭のみによる発熱
量と同程度の発熱効率が得られて熱回収率を高めること
ができ、かつ燃料費のコストダウンを図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る流動床式循環型ボイラによる循
環型流動槽を用いて石炭と廃棄物による固型燃料による
混合燃焼の一例を説明する説明図である。

【図２】図１に代わる他の実施例を示し、１次，２次燃
焼室を形成せしめた循環型流動槽を用いて石炭と廃棄物
による固型燃料による混合燃焼の一例を説明する説明図
である。

【図３】この発明に用いられる廃棄物による固型燃料を
製造する一例の説明図である。

【符号の説明】

１７　　流動床式循環型ボイラ １９　　循環型流動炉 ２１，２３　　供給管 ２５　　送気管 ２７　　配管 ２９　　ホットサイクロン ３１，３３　　配管 ３５　　過熱器 ３７，３９，４１　　配管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　流動床式外部循環型ボイラに廃棄物に
   よる固型燃料を単独で、あるいはこの固型燃料と石炭と
   を適宜な比率で混合して投入し、均一な燃焼条件下で燃
   焼することを特徴とする燃料の燃焼方法。
2. 【請求項２】　　前記流動床式外部循環型ボイラ燃焼室
   の下部に１次燃焼室を、上部に２次燃焼室を形成せしめ
   て２次燃焼室からサイクロンを経て１次燃焼室へ循環せ
   しめながら燃焼することを特徴とする請求項１記載の燃
   料の燃焼方法。