JPH05346219A

JPH05346219A - 廃棄物の溶融・ガス化装置

Info

Publication number: JPH05346219A
Application number: JP4154814A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Fukushima; 勤福島; Yoji Ogaki; 陽二大垣; Tsuneo Matsudaira; 恒夫松平; Haruto Tsuboi; 晴人坪井; Yasuo Suzuki; 康夫鈴木
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】炭素系補助燃料の消費量の少ない、安定した操
業のできる溶融・ガス化炉の生成ガス中のダイオキシン
類を分解すること。【構成】炉本体上部１３に設けられた廃棄物投入装置２
６と、炉本体下部１１に設けられた流動・燃焼用空気供
給管２１と、炉本体に設けられた補助燃料供給装置３５
と、廃棄物の溶融状態を監視・制御する制御装置３０を
備えた可燃性廃棄物の溶融・ガス化炉１０に続いて、コ
ークスまたは石炭を充填させた充填層４０を設け、更に
排ガスの二次燃焼室５０を設けてなる廃棄物の溶融・ガ
ス化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機塩素系廃棄物を含
む可燃性産業廃棄物や都市ゴミ等の一般廃棄物の高温溶
融熱分解における発生ガス中に存在するダイオキシン
類、ＰＣＢ等の等の有害物質およびこれらの物質の生成
に関わる物質の分解および生成を防止し、しかもＮＯ_x
の発生を低く抑えることを熱収支上効率よく連係させた
廃棄物の溶融・ガス化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃プラスチックや自動車のシュレッダー
ダスト等有機塩素系廃棄物を含む可燃性産業廃棄物や都
市ゴミの焼却において、非常に毒性の強いダイオキシン
類が発生する。これらダイオキシン類は被焼却物中に含
まれるベンゼン環を有する塩素化合物の不完全な熱分解
によって生成する。この時、ダイオキシン類の発生と共
に、ダイオキシン前駆物質も多量に生成することにな
る。

【０００３】このような、不完全な燃焼状態では、ガス
処理系統において３００℃付近で、電気集塵器によって
ダストを分離する際に、ダイオキシン類の再合成反応が
起こることが確認されている。

【０００４】この再合成反応を押さえるために、２００
℃以下でバグフィルターによってダスト分離を行うこと
によって、処理ガス中のダイオキシン類を低く押さえる
ことが可能である。さらに、酸性有害ガスを除去した
後、活性炭等の吸着材を用いて、１２０〜１８０℃でダ
イオキシン類を除去することができる。しかしながら、
これらの方法では集塵灰や吸着材中にダイオキシン類が
濃縮されるため、別途無害化処理する必要がある。この
ため、排ガス中のダストにダイオキシン類やダイオキシ
ン前駆物質を含有させない処理方法が望まれる。

【０００５】ダイオキシン類やダイオキシン前駆物質の
生成を押えるためには、十分な酸素を供給し、９００℃
以上で、１〜３秒の滞留時間で、完全燃焼させることに
よって、ダイオキシン類の発生量を低く押えることがで
きる。しかしながら、このように完全燃焼させた場合で
も、微量のダイオキシン類とダイオキシン前駆物質が残
存することになり、排ガス処理系統で前述のような除去
対策を必要とするほか、高温で燃焼させるためＮＯ_xの
発生濃度が高くなり、脱硝設備の負荷が高くなる。

【０００６】一方、特開昭６３−１９３９８９におい
て、ガス化炉内にコークス充填層を設け、可燃性廃棄物
とこのコークスの一部を用いて、１０００℃以上でガス
化させた後、生成ガスをコークス充填層を通過させ、ダ
ストを捕集すると共に、炭素による還元反応によって、
ダイオキシン類、タールを熱分解させる方法が提案され
ている。

【０００７】しかし、本法によれば、ダイオキシン類や
タールの分解には有効であるが、コークスがガス化過程
においても消費されるため、大量のコークスを使用しな
ければならない。

【０００８】また、処理すべき可燃性廃棄物が１０００
℃以上の高温を発生させるのに十分な熱量を持つ場合に
は、コークスをガス化反応させることになり余分な燃料
を消費し、ＣＯ₂発生量を増加させる結果となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上の通り、従来技術
ではダイオキシン類を完全に分解除去することができな
いか、または、分解除去が可能な場合でも余分な資源を
使い、ＣＯ₂発生量を増大させるという問題がある。

【００１０】本発明は、有機塩素化合物を含む可燃性廃
棄物を溶融・熱分解させ、熱分解残渣をスラグとして取
り出し、生成ガス中に含まれるダイオキシン類等の有害
物質及びこれらの生成に関わるダイオキシン前駆物質並
びにタールを還元熱分解した後、低ＮＯ_x燃焼を行うこ
とを目的とし、それぞれが最適な温度条件になるよう
に、熱収支上効率よく連係させた装置を得ることを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融・ガス化装
置は、炉本体上部に設けられた廃棄物投入装置と、炉本
体下部に設けられた流動・燃焼用空気供給管と、炉本体
に設けられた補助燃料供給装置と、廃棄物の溶融状態を
監視・制御する制御装置を備えた可燃性廃棄物の溶融・
ガス化炉に続いて、ダイオキシン類を高温熱分解させる
充填層を設け、更に二次空気を供給しＮＯx の発生を抑
えながら排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室を設けてな
るものである。そして、溶融・ガス化炉の炉内温度が１
４００〜１６００℃で、出口ガス温度が９００〜１２０
０℃になっている。また、充填層の充填材がアルミナな
どの不活性な無機物またはコークス層などの炭素系物質
であり、充填層のガス滞留時間が０．５〜２．５秒にな
っている。また、二次燃焼室での燃焼温度が８５０〜１
０００℃で、ガス滞留時間が１〜３秒になっている。

【００１２】

【作用】炉本体上部から供給された廃棄物は、炉本体下
部に設けられた流動・燃焼用空気供給管から供給される
空気により流動に近い状態に流動化され、その間に廃棄
物中の可燃性物質を部分的に燃焼し、その熱で残りの可
燃性物質の熱分解と、不燃物の溶融を行う。

【００１３】この際、廃棄物は従来のように圧密される
こと無く、流動に近い状態に流動化されるので、従来の
ように炉内が炉高さ方向に温度分布を有するため、高分
子系の廃棄物が充填層内で粘着状態となり、スティッキ
ング、棚吊りなどのトラブルが生ずることはない。

【００１４】そして、制御装置により廃棄物の溶融状態
を監視し、必要により補助燃料供給装置から補助燃料を
供給することにより、廃棄物の溶融を安定して行うこと
ができる。こうして、補助燃料の消費を従来に比べ大幅
に低減することができる。

【００１５】そして、生成ガス中に含まれるダイオキシ
ン類、ダイオキシン前駆物質、タールを充填層で還元熱
分解する。その後、２次燃焼空気を供給して二次燃焼室
で低ＮＯ_x燃焼を行う。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。

【００１７】溶融・ガス化炉１０に続いて、充填材がア
ルミナなどの不活性な無機物またはコークス層などの炭
素系物質である充填層４０が設けられ、この充填層４０
に続いて二次燃焼空気供給管５１、５１を有する二次燃
焼室５０が設けられ、二段燃焼がなされるようになって
いる。溶融・ガス化炉１０は、円筒状の下部１１に続い
て拡径部１２が形成され、その上に円筒状の上部１３を
設けて構成されている。廃棄物はホッパー２５に蓄えら
れ、定量供給装置２６により、炉頂部から炉内に供給さ
れる。

【００１８】図示しない流動・燃焼用空気供給装置から
送給される流動・燃焼用空気は環状管を介して、供給管
２１の先端に設置した羽口により、炉下部１１内に吹込
まれる。この吹込み量は図示しない制御装置により制御
されるようになっている。なお、炉底部には、溶融残渣
である金属やスラグ等を排出する排出口１６が設けられ
ている。

【００１９】そして、廃棄物の溶融・ガス化状態を監視
・制御する制御装置３０が設けられている。この制御装
置により、炉出口ガス温度は９００〜１２００℃に制御
されるようになっている。そのために、補助燃料の投入
装置３５が設けられている。

【００２０】こうして、炉体上部から供給された廃棄物
は、炉体下部に設けられて流動・燃焼用空気供給管から
供給された空気により流動に近い状態で流動化され、そ
の間に廃棄物中の可燃性物質を部分的に燃焼し、その熱
で残りの可燃性物質の熱分解と、不燃物の溶融を行う。

【００２１】この際、例えば特開平１−１８４３１４に
開示されているコークスベッド式シャフト炉の場合に比
べ、廃棄物は圧密されること無く、流動に近い状態に流
動化されるので、上記シャフト炉の場合のように高分子
系の廃棄物が充填層内で粘着状態となり、スティッキン
グ、棚吊りなどのトラブルを生ずることはない。こうし
て、安定した操業を行うことができ、また上記シャフト
炉の場合に比べ、補助燃料の消費を大幅に低減すること
ができる。

【００２２】有機塩素化合物を含む可燃性廃棄物は、投
入装置によって、高温熱分解溶融炉に投入される。高温
溶融炉では高温空気もしくは高温酸素が供給され、１４
００〜１６００℃で高温熱分解ガス化反応を起こさせ
る。この時、熱分解残渣は溶融し、スラグとして抜き出
される。また、可燃性廃棄物の性状の変動が大きく、溶
融炉の操業が不安定である場合は、コークスや石炭等の
補助燃料を使用して、安定化させる。

【００２３】高温熱分解ガス化炉空発生したガス中に
は、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏの他、ダイオキシン
類、ダイオキシン前駆物質、タール及びダストが含まれ
ており、高温熱分解炉出口では９００〜１２００℃にな
っている。この生成ガスは冷却されること無しに充填層
４０に供給される。この充填層の充填財には、アルミナ
などの不活性無機物質またはコークスなどの炭素系物質
が用いられる。高温熱分解溶融炉に供給された酸素は溶
融炉内で消費され、生成ガス中には実質的に遊離酸素は
存在せず、ＮＯ_xの発生量は少ない。

【００２４】この充填層４０の入口ガス温度は９００〜
１２００℃であるため、充填層内で生成ガス中のダスト
類が捕捉されると共に、ダイオキシン類、ダイオキシン
前駆物質、タールなどの高級炭化水素は充填材表面に吸
着し、熱分解される。

【００２５】特に、充填材としてコークスなどの炭素系
物質を用いる場合には、生成ガス中のＣＯ₂、Ｈ₂、Ｎ
ＯおよびＮＯ₂は固定炭素との間に下記の還元反応が進
行する。Ｃ＋Ｈ₂Ｏ………ＣＯ＋Ｈ₂ Ｃ＋ＣＯ₂………２ＣＯ２ＮＯ＋２Ｃ……Ｎ₂＋２ＣＯ２ＮＯ₂＋４Ｃ…Ｎ₂＋４ＣＯ

【００２６】一方、生成ガス中のダイオキシン類、ダイ
オキシン前駆物質、タールなどの高級炭化水素は充填さ
れているコークスの表面にダストと共に吸着するのみな
らず、コークスの細孔の中に吸着される。この結果、こ
れらの物質の高温部分での滞留時間が増大し、ダイオキ
シン類、ダイオキシン前駆物質、タールなどの高級炭化
水素中の酸素分子を固定炭素が攻撃するため、不活性無
機物質を用いた場合以上に高温熱分解反応が進行する。

【００２７】充填材の粒径は、上記の吸着、熱分解反応
を十分に進行させるため、表面積の多いもの、すなわ
ち、粒径の小さいものが好ましい。しかしながら、上述
のように、本充填層はダストの捕集効果があるため、粒
径が小さいと目詰まりがおこり、圧力損失が増大し、運
転を困難にする。従って、使用する充填材の粒径は５〜
５０mm、好ましくは１０〜３０mmが適当である。

【００２８】また、この充填層４０は上述の通り、ダス
トの捕集によって目詰まりが起こるため、間欠的もしく
は連続的に下部より充填層を切り出し、層全体を移動さ
せる。充填材としてコークスを用いる場合には、切り出
したコークスを直接高温溶融炉に導き、溶融ガス化反応
に供してもよい。また、抜き出した充填材を別のダスト
分離層を用いて、付着ダストを分離した後、再び充填層
に供給してもよい。

【００２９】充填層を通過するガスは、上記還元反応が
吸熱反応であるため、徐々に冷却され、８００〜９５０
℃で充填層を出ていく。この排出温度は生成ガスのコー
クス層入口温度と滞留時間、すなわちコークス層の高さ
によって決定される。さらに、入口温度と滞留時間は、
ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質およびタールの
分解程度にも大きく関与する。

【００３０】一般に、高級炭化水素の１０００℃付近で
の分解時間は１〜２秒とされている。従って、生成ガス
中のダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質およびター
ルの濃度によって、適性な滞留時間と入口温度を決定す
べきであるが、概ね充填層の高さはガス滞留時間として
０．５〜２．５秒とすることが望ましい。

【００３１】充填層から出たガス中にはダイオキシン
類、ダイオキシン前駆物質およびタール類は極微量しか
存在しない。また、充填層内は高温ではあるが、遊離酸
素のない還元雰囲気であるため、ＮＯ_xの発生は非常に
少ない。特に、充填材としてコークスを用いた場合は、
固定炭素による還元反応によってＮＯx はＮ₂に分解さ
れる。しかしながら、可燃性廃棄物中に含まれていた硫
黄分は充填層内が還元性雰囲気であるため、Ｈ₂Ｓ、Ｃ
ＯＳおよびＣＳ₂の形態を取る。この内、ＣＯＳ、ＣＳ
₂は排ガス処理プロセスで除去しにくい物質である。

【００３２】充填層を出たガスは、次の二次燃焼室５０
で、二次燃焼空気を供給し燃焼させる。この時、二段階
に二次燃焼空気を供給し、８００〜１０００℃でガス中
の可燃分を燃焼させ、ＮＯ_xの発生を抑制する。この温
度域では、溶融塩類の壁への付着問題はない。更に、ま
た、ダイオキシン類および前駆物質は前段の充填層で分
解されているため、二次燃焼室で生成することはなく、
さらに低温域となる排ガス処理過程でも再合成すること
はない。

【００３３】一方、ガス中のＨ₂Ｓ、ＣＯＳおよびＣＳ
₂は酸化され比較的除去し易いＳＯ_xの形態となる。二
次燃焼室でＣａＣＯ₃を吹くことことによって、ガス中
のＨＣｌおよびＳＯ_xを中和除去することもできる。二
次燃焼室５０を出たガスはボイラーによって熱回収され
た後、排ガス処理設備で酸性有害ガスが除去された後、
煙突より排出される。

【００３４】排ガス処理系統に供給されるガス中にはダ
イオキシン類およびダイオキシン前駆物質は極微量しか
存在しない。従って、排ガス処理系統および飛灰処理で
のダイオキシン処理設備は不要となる。具体例可燃性廃棄物の高温熱分解ガス化反応を行い表１のガス
組成を得た。表１供給ガス組成Ｈ₂：１３％ＣＯ：１６％Ｈ₂Ｏ：１０％ＣＯ₂：６％Ｎ₂：５５％タール分：５０ｇ／Ｎｍ³ ダスト：４０ｇ／Ｎｍ³ ２，３，７，８−T ₄CDD-TEQ （INTERNATIONAL ）：５
０ng／Ｎｍ³

【００３５】このガスを２０〜４０mmのコークスを充填
したコークス層に１１００℃で通過させた。コークス層
の滞留時間を１．５秒とした場合、コークス層出口のガ
ス温度は９００℃となった。二次燃焼空気を二段で供給
し、可燃成分を燃焼させた。このときの二次燃焼室出口
ガスの組成を表２に示す。表２二次燃焼室出口ガスの組成Ｏ₂：６％ＣＯ：４０ｐｐｍＨ₂Ｏ：２０％ＣＯ₂：１５％Ｎ₂：５８％ＮＯ_x：８０ｐｐｍタール分：１００mg／Ｎｍ³ ダスト：１ｇ／Ｎｍ^３２，３，７，８−T ₄CDD-TEQ （INTERNATIONAL ）：
０．０１ng／Ｎｍ^３

【００３６】以上のように、コークス層を通過させるこ
とによって、ダイオキシン類は検出限界以下にすること
ができた。さらに、タール分は９９．９％、ダスト分は
９８％の除去が達成された。さらに、二次燃焼後のＮＯ
_xは８０ｐｐｍと低く抑えることができた。

【００３７】

【発明の効果】本発明の廃棄物の溶融・ガス化装置は上
記のようなもので、炭素系補助燃料の消費を従来に比
べ、大幅に低減することができ、また、炉内にスティッ
キング、棚吊り等のトラブルを生じない安定した操業を
行うことができ、また熱収支的に効率よく、排ガス中の
ダイオキシン類、ダイオキシン前駆物質およびタール分
を熱分解することができ、また、生成ガス中の可燃成分
を低ＮＯx で燃焼させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す説明図。

【符号の説明】

１０…溶融・ガス化炉，１１…炉下部、１２…拡径部、
１３…炉上部、２１…流動・燃焼用空気供給管、２６…
廃棄物投入装置、３０…制御装置、４０…充填層。５０
…二次燃焼室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坪井晴人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者鈴木康夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉本体上部に設けられた廃棄物投入装置
と、炉本体下部に設けられた流動・燃焼用空気供給管
と、炉本体に設けられた補助燃料供給装置と、廃棄物の
溶融状態を監視・制御する制御装置を備えた可燃性廃棄
物の溶融・ガス化炉に続いて、ダイオキシン類を高温熱
分解させる充填層を設け、更に二次空気を供給しＮＯx
の発生を抑えながら排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室
を設けてなる廃棄物の溶融・ガス化装置。
【請求項２】溶融・ガス化炉の炉内温度が１４００〜
１６００℃である請求項１に記載の廃棄物の溶融・ガス
化装置。
【請求項３】溶融・ガス化炉からの出口ガス温度が９
００〜１２００℃である請求項１に記載の廃棄物の溶融
・ガス化装置。
【請求項４】充填層の充填材がアルミナなどの不活性
な無機物またはコークス層などの炭素系物質である請求
項１に記載の廃棄物の溶融・ガス化装置。
【請求項５】充填層のガス滞留時間が０．５〜２．５
秒である請求項１に記載の廃棄物の溶融・ガス化装置。
【請求項６】二次燃焼室での燃焼温度が８５０〜１０
００℃である請求項１に記載の廃棄物の溶融・ガス化装
置。
【請求項７】二次燃焼室でのガス滞留時間が１〜３秒
である請求項１に記載の廃棄物の溶融・ガス化装置。