JPH0894031A

JPH0894031A - 廃棄物ガス化溶融炉

Info

Publication number: JPH0894031A
Application number: JP22706094A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Yoshida; 朋広吉田; Masaaki Ando; 政明安藤; Takeshi Furukawa; 武古川; Tsuneo Matsudaira; 恒夫松平; Sunao Nakamura; 直中村; Minoru Asanuma; 稔浅沼
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融、流動の安定化と、フリーボード部の温度
制御とを独立して制御すること。【構成】炉本体上部に廃棄物及び炭素系補助燃料の装入
口５を有すると共に、炉本体下部に酸素ガスを含む流動
化ガスを吹込む羽口２を有して、炉内に部分的に流動す
る廃棄物および炭素系可燃物質よりなる堆積層７を形成
すると共に、可燃性ガスを排出する廃棄物ガス化溶融炉
において，燃焼空気、酸素等を吹込む送風口３が乾留ゾ
ーンに位置するように運転することを特徴とする廃棄物
ガス化溶融方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炉内に部分的に流動す
る廃棄物および炭素系可燃物質よりなる堆積層を形成す
ると共に、可燃性ガスを生成する廃棄物ガス化溶融炉に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物の不燃分および灰分を溶融すると
同時に可燃性ガスを生成する炉のうち、炉本体上部の空
間（フリーボード部）のガス温度を９５０°Ｃ以上とす
ることによりダイオキシンの生成を抑制すると共に、可
燃性ガスを利用する技術として、特開平５−３４６２２
１号公報に示されるものがある。

【０００３】この技術では、炉下部に設置した羽口より
酸素含有ガスの吹込み量を調整し、上部より投入された
廃棄物および補助燃料等からなる堆積層を部分的に流動
させることによりフリーボード部の温度を９５０°Ｃ以
上に制御すると同時に、廃棄物中の可燃分が燃焼する際
に発生する燃焼熱により廃棄物中の灰分および不燃分を
溶融し、炉底の排出口からその溶融物を排出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記技術は、フリーボ
ード部の温度の制御と炉底部での溶融の制御とを羽口か
らの酸素含有ガスの吹込み量の変更により行うため、以
下のような問題点がある。

【０００５】（１）フリーボード部の温度制御を羽口か
らの吹込み量で制御しようとすると、羽口からの送風量
での、溶融に最適な範囲と、フリーボード部の温度を維
持するための最適な範囲を共に満足する領域が狭いた
め、処理対象とする廃棄物の性状変化や処理量の変化に
より、炉底部での適切な溶融状態を維持することができ
なくなることがしばしばあった。（２）廃棄物の揮発分が有するエネルギーが廃棄物の不
燃分の溶融に利用されていなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の廃棄物ガス化溶
融方法は、炉本体上部に廃棄物及び炭素系補助燃料の装
入口を有すると共に、炉本体下部に酸素ガスを含む流動
化ガスを吹込む羽口を有して、炉内に部分的に流動する
廃棄物および炭素系可燃物質よりなる堆積層を形成する
と共に、可燃性ガスを排出する廃棄物ガス化溶融炉にお
いて，燃焼空気、酸素等を吹込む送風口が乾留ゾーンに
位置するように運転することを特徴とするものである。
そして、特に、燃焼空気、酸素等を吹込む送風口が、堆
積層の上面より下方に２００〜１０００mmの範囲内に位
置するように運転する。

【０００７】

【作用】炉本体下部に酸素ガスを含む流動化ガスを吹込
む羽口の他に、堆積層の上面より下方、即ち部分流動堆
積層中の乾留ゾーン（廃棄物や補助燃料の揮発分が揮発
している領域）に、燃焼空気、酸素等を吹込む送風口を
設け、羽口からの酸素ガスを含む流動化ガスに廃棄物の
灰分や不燃分を溶融する役割を分担させ、一方、堆積層
上面より下方に形成されている乾留ゾーンに吹込まれる
燃焼空気、酸素等にフリーボード部の温度を制御する役
割を分担させる。

【０００８】こうして、溶融、流動の安定化と、フリー
ボード部の温度制御とを独立して制御することができ
る。さらに、燃焼空気、酸素等を吹込む送風口は、乾留
ゾーンにあるため、廃棄物の揮発成分が乾留されること
により発生した可燃性ガスやタール分、すすを燃焼させ
ることが可能となる。

【０００９】そのため、揮発成分を燃焼することにより
発生するエネルギーを、廃棄物中の固形分に伝熱するこ
とにより、廃棄物中の揮発成分のエネルギーを廃棄物中
の灰分や不燃物を溶融するための熱量の一部として利用
することが可能となる。このため、必要とされるコーク
スなどの補助燃料を減らすことが可能となる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明を実施するための装置の一実施
例を示す全体構成図である。溶融炉１の頂部に、廃棄
物、補助燃料及びスラグ調整材等が装入される装入口５
が設けられている。溶融炉は高さ方向にフリーボード部
１ａ、朝顔部１ｂ及び炉底部１ｃとから構成されてい
る。

【００１１】溶融炉１の下部周辺に羽口２が設けられ、
酸素を含有した流動化ガスが供給されるようになってい
る。また、朝顔部１ｂ下部周辺に燃焼空気、酸素等を吹
込む上部送風口３が設けられている。

【００１２】吹込む燃焼空気及び酸素の量は、それぞれ
空気量調整弁１５，酸素量調整弁１６により調整され
る。吹込み空気は、必要により、熱交換器１７におい
て、蒸気により加熱される。そして、加熱温度を、温度
計１３からの信号により、蒸気量を蒸気量調整弁１４に
より調整して、所定の温度に保つようになっている。

【００１３】炉内に装入された廃棄物及び補助燃料等は
炉内に堆積し、炉下部の羽口２から吹込まれた酸素含有
ガスにより部分的に流動する部分流動層７が形成され
る。このため、廃棄物や補助燃料は流動により堆積層内
に取込まれ、堆積層表面から羽口２と送風口３の間まで
の広い領域で揮発分の乾留が行われる。乾留されたこと
により発生する可燃性ガスやすす、タールと、送風口３
から吹込まれる酸素が燃焼する。

【００１４】そして、送風口３が乾留ゾーンに位置する
ように運転される。こうして，乾留されたことにより発
生する可燃性ガスや煤、タールが送風口３から吹込まれ
る酸素により燃焼される状態が、図２に示されている。
送風口３からの送風のない、破線で示す状態に比べ、送
風がなされている実線で示す状態では、揮発成分のター
ル及びＣＨ₄ が燃焼されている。

【００１５】そして、送風口３の設置位置は、図３に示
すように、処理速度により若干の差があるが、堆積層上
面から２００〜１０００mmの範囲内が好ましい。ここ
で、乾留に必要な時間は略一定であるから、処理速度が
増加するに伴なって、送風口の設置可能位置の幅が広く
なっている。

【００１６】即ち、送風口３は、投入された廃棄物や補
助燃料が部分流動層７内で完全に乾留されるまでの位置
（乾留ゾーン）に設置されると同時に、送風ガスが吹き
抜けず流動部分を形成して固体粒子との熱交換ができる
位置に設置する必要がある。

【００１７】このような見地から送風口３は送風ガスが
直接層を吹き抜けないようにするため堆積層上面より２
００mm以上内部にある必要がある。ところで、可燃性ガ
ス、すす、タールが送風口３からの酸素含有ガスにより
燃焼する。しかし、堆積層内は高温で炭素が多量に存在
するため、次の式（１），（２）に示す還元反応（ソリ
ューション反応）が生ずる。

【００１８】ＣＯ₂ ＋Ｃ→２ＣＯ（１）Ｈ₂ Ｏ＋Ｃ→Ｈ₂ ＋ＣＯ（２）これらの反応は吸熱反応であるため、発生した熱量の多
くが失われてしまう。フリーボードの温度を制御する際
には、できる限り高温のガスをフリーボード部に供給で
きるほうが望ましいので、上記のような還元反応が完結
する以前にガスがフリーボードに抜けるようにするのが
良い。しかし、堆積層上面からの深さが１０００mm以上
となると、還元割合の制御が非常に困難となるため、送
風口３は堆積層上面より１０００mm以下の位置に設置す
る必要がある。

【００１９】そして、送風口３からの送風により発生し
た燃焼ガスの顕熱は、熱交換により固形分へと伝えられ
る。送風口３より下にまで移動した廃棄物あるいは補助
燃料は羽口２から吹込まれる酸素により燃焼される。

【００２０】燃焼ガスは廃棄物の堆積層７を流動させな
がら顕熱により廃棄物を乾留、溶融する。廃棄物の乾
留、還元により発生した可燃性ガスや微細ダストは、フ
リーボード部８に数秒滞留した後、ガス排出口６から排
出される。

【００２１】排出される可燃性ガスの濃度を分析計１１
により，温度を熱電対１２により計測し、可燃性ガス温
度を１０００°Ｃ以上、発熱量を１０００kcal／Ｎｍ³
以上になるように、送風口３からの送風量を制御する。

【００２２】ここで、発熱量は分析計１１によるガス中
のＣＯ濃度により推定する。排ガス中にはＨ₂ や、ＣＨ
₄ が数％程度含まれるため、図４に示すように、ガスの
発熱量は排ガス中のＣＯのみで計算された発熱量より、
実際の発熱量の方が高くなる。この割合は処理する廃棄
物の性状により変化するため、廃棄物の性状により変化
する係数αを用いて以下のように発熱量を予測する。

【００２３】ガスの発熱量kcal／Ｎｍ³ ＝α×（ＣＯガ
ス濃度）×３．０２ここで、係数αの値は、シュレッダーダストの場合は
１．３〜１．８である。なお、制御目標温度の範囲内で
は、図５に示すように、１．４〜１．６程度になってい
る。αの値が変化するのは、温度により水素やメタンの
ＣＯに対する割合が変化するためである。

【００２４】また、都市ごみの場合も、ほぼ同様な手法
が適用でき、その値もシュレッダーダストと同程度の値
となっている。具体的な制御について、以下に説明す
る。

【００２５】制御は温度の制御を優先し、次いで可能な
限り酸素の消費量を減らすことを優先しながら発熱量の
制御を行う。フリーボード部の温度が１０００°Ｃ以下
の場合は、送風口の空気量を増やし、１２００°Ｃ以下
の場合は空気量を減らす。

【００２６】発熱量が１２００kcal／Ｎｍ³ 以上ある場
合は、酸素量を減らし、可能な場合は空気量も減らす。
発熱量が１０００kcal／Ｎｍ³ 以下の場合は酸素量を増
やし、必要に応じて空気量を減らす。以上の制御内容を
表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】ここで、ガス温度を１２００°Ｃ以下にし
ているのは、１２００°Ｃ以上では、灰が融着する恐れ
があるからである。また、生成ガスの発熱量を１０００
kcal／Ｎｍ³ 以上として、ガスタービン等に利用できる
ようする。そして、１２００kcal／Ｎｍ³ 以下にするこ
とにより、発熱量の変動幅を小さくして、ガスタービン
の運転を安定させる。

【００２９】また、１２００kcal／Ｎｍ³ 以下にしてい
るのは、高価な吹込み酸素の消費を節約するためであ
る。こうして、排ガスの温度即ちフリーボード部の温度
を１０００°Ｃ以上に制御することにより、図６に示す
ように、ダイオキシン類の濃度即ち毒性等価濃度及びタ
ール濃度を低下させることができる。

【００３０】なお、投入された廃棄物や補助燃料等の灰
分と不燃物は、羽口２から吹込まれた酸素含有ガスによ
り発生する高温の燃焼ガスにより１３００°Ｃから１５
００°Ｃに加熱され、溶融状態となってスラグ排出口４
から炉外へ排出される。

【００３１】一方、溶融炉１から排出されたガスは洗浄
塔９で洗浄処理された後、ガスホルダー１０に貯蔵さ
れ、ガスタービンによる発電装置等で利用される。以下
に、廃棄物としてシュレッダーダストの溶融処理を行っ
た操業結果を表２に示す

【００３２】

【表２】

【００３３】ここで、No. １およびNo. ２は上部送風口
の無い従来装置による場合であり、No. ３は本発明によ
る場合である。No. １では、安定な溶融が可能であった
が、フリーボード部の温度が６００°Ｃと低くなってい
る。そのため、No. ２では、羽口からの送風量を増加さ
せ、フリーボード部温度を１０５０°Ｃ間で上昇させ
た。これは、流動や吹き抜けにより、燃焼ガスの還元に
よる温度低下が少なくなったためである。しかしなが
ら、送風量が増加すると流動状態が激しくなりすぎ溶融
の安定性が悪化した。

【００３４】一方、No. ３のように、羽口からの送風量
を変化させず、送風口より酸素含有ガスを送風して、可
燃性ガスを燃焼させることによりフリーボード部の温度
を制御すると、フリーボード部の温度を１０００°Ｃ以
上に維持しながら、安定的な溶融が可能となった。

【００３５】この表で明らかなように、２段送風を行う
ことにより、羽口からの送風量を変えずに、フリーボー
ド部温度を１０００°Ｃまで上昇させることができる。
羽口からの送風量を変化させずにフリーボード部の温度
を制御できるのは、上部送風口からの送風量を制御する
ことにより、羽口送風量と無関係に流動状態つまり燃焼
ガスの還元割合を制御できるためである。

【００３６】また、図２に示すように、送風口からの送
風により廃棄物や補助燃料の揮発分から発生した可燃ガ
スやタール類を燃焼できる。その結果、燃焼ガスの顕熱
を廃棄物や補助燃料に伝えて、羽口近傍にできる溶融帯
への持込み熱量を増加させることができる。

【００３７】以上により、送風口は、投入された廃棄物
や補助燃料が部分流動層内で完全に乾留されるまでの位
置（乾留ゾーン）に設置されると同時に、送風ガスが吹
き抜けず流動部分を形成して固体粒子との熱交換ができ
る位置に設置する必要もある。

【００３８】このような見地から送風口は、送風ガスが
直接吹き抜けないようにするため、堆積層上面より２０
０mm以上内部にある必要がある。また、送風口は、廃棄
物や補助燃料の揮発分から発生するすすやタール、可燃
性ガスを利用できるように、投入された廃棄物や補助燃
料が部分流動層内で完全に乾留されるまでの位置に設置
される必要がある。

【００３９】また、フリーボード部の温度を１０００°
Ｃ以上に制御するためには、堆積層から排出されるＣＯ
とＣＯ₂ の割合を制御する必要ががあるため、送風口か
ら吹込まれた酸素含有ガスが燃焼して生ずるＣＯ₂ がす
べて還元（ソリューション）されないうちにガスが堆積
層を抜けることができる深さに送風口を設置する必要も
ある（図３）。

【００４０】さらに、発生した熱量を固形分に伝えてる
必要があるため、送風口からの送風ガスが堆積層を吹き
抜けないようにして部分流動層を形成し、且つガスが固
体粒子と熱交換できる位置に送風口を設置する必要があ
る。

【００４１】以上の操業結果より、ガス化溶融炉出廃棄
物を処理する場合、送風口を設け、そこからの送風量で
フリーボード部の温度制御を行うことにより、操業を容
易かつ安定的に行うことが可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明により、以下の効果を実現するこ
とができる。１）送風口からの送風量を変化させてフリーボード部の
温度を制御することにより、羽口からの送風量を変化さ
せる必要がなくなるため、廃棄物の性状変化に対応で
き、かつ処理量の変更が容易になり、安定な制御が可能
となる。

【００４３】２）廃棄物や補助燃料の揮発成分のエネル
ギーを溶融処理に利用することが可能となり、羽口から
の送風酸素濃度を低下させることや、補助燃料の消費量
を減らすことが可能となる。

【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。

【図２】上部送風口からの送風の有無によるタール、Ｃ
Ｈ₄ の変化状態を示す図。

【図３】上部送風口の設置可能位置を示す説明図。

【図４】排ガスのＣＯ濃度と発熱量との関係を示す説明
図。

【図５】フリーボード部温度と係数αとの関係を示す説
明図。

【図６】フリーボード部の温度と毒性等価濃度及びター
ル濃度との関係を示す説明図。

【符号の説明】

２…羽口，３…送風口，７…堆積層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松平恒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 (72)発明者中村直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)発明者浅沼稔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】炉本体上部に廃棄物及び炭素系補助燃料
の装入口を有すると共に、炉本体下部に酸素ガスを含む
流動化ガスを吹込む羽口を有して、炉内に部分的に流動
する廃棄物および炭素系可燃物質よりなる堆積層を形成
すると共に、可燃性ガスを生成する廃棄物ガス化溶融炉
において，燃焼空気、酸素等を吹込む送風口が乾留ゾー
ンに位置するように運転することを特徴とする廃棄物ガ
ス化溶融方法。
【請求項２】燃焼空気、酸素等を吹込む送風口が体積
層の上面より下方に２００〜１０００mmの範囲内位置す
るように運転することを特徴とする請求項１に記載の廃
棄物ガス化溶融方法。