JPH09310073A - 廃棄物の乾留熱分解方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃棄物を乾留熱分解させる目的，能力を全く
損なうことなく、乾留ドラムひいては乾留熱分解装置の
設置コスト及び据付面積を大幅に低減させる。 【解決手段】 ドラム軸線方向に延びる複数本の加熱管
１２…を内装した乾留ドラム７を使用して、廃棄物を乾
留熱分解させる。各加熱管１２として、円筒材をその軸
線回りで捩じって得られる捩じれ管を使用することによ
って、加熱管として平滑管を使用した場合に比して、加
熱管壁における高温ガス側の熱伝達係数並びに総括熱伝
達係数を向上させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ等の廃棄
物を乾留熱分解させる方法及びこれを好適に実施するた
めの装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ等の廃棄物の熱処理システムと
して、従来からも、乾留熱分解装置を使用して、廃棄物
を低温乾留により乾留ガスと固形残渣とに熱分解させた
上、生成された乾留ガス等を溶融燃焼装置により溶融燃
焼させるようにしたものが提案されている。

【０００３】すなわち、このような乾留熱分解溶融燃焼
システムにあっては、乾留熱分解装置は加熱管を有する
乾留ドラムからなり、乾留ドラムを加熱するために加熱
ガスが管に供給される。乾留ドラム内で加熱ガスは熱エ
ネルギを乾留しようとする廃棄物に放出する。加熱ガス
を導くループ管路は熱交換器を備え、この熱交換器によ
り加熱ガスに熱エネルギが供給される。加熱ガスは、そ
のエネルギを熱交換器を通じて高温の煙道ガスから吸収
する。

【０００４】ここに、加熱ガスのループ管路中に熱交換
器と乾留ドラムとの間の直接の経路上に補助熱交換器と
して吸熱源を組み込み、この吸熱源中で加熱ガス全体が
冷却されることが提案されている。さらに、加熱ガスル
ープ管路中に廃熱ボイラからの蒸気で加熱する熱交換器
と、化石燃料を直接燃焼させて、加熱ガスを昇温させる
バーナ加熱器を備える方法も公知である。また、乾留し
ようとする廃棄物に熱エネルギを与える方法として、第
１には、加熱管による間接加熱方法と、第２には乾留ド
ラム内に空気を加えて廃棄物を一部燃焼させることによ
り廃棄物を直接加熱する方法との併用が提案されてい
る。

【０００５】ところで、廃棄物熱処理法、なかんずく、
乾留熱分解溶融燃焼法においては、廃棄物の乾留熱分解
装置、具体的には、通常、回転式の乾留熱分解ドラムで
あって、これに供給される廃棄物をほぼ酸素遮断下で４
００〜５００℃に加熱して、低温乾留ガスと固体の熱分
解残渣を生成させるための装置が必須であり、通常、廃
棄物加熱のために、乾留ドラム内にドラム長手方向に平
行して多数の加熱管が内蔵されており、加熱管中には加
熱ガスが流れている。加熱ガスには、通常、化石燃料の
燃焼ガスが用いられ、加熱ガスが循環再使用されるよう
閉鎖ループ管路が構成されていて、この管路内には、熱
交換器が設置されて、通常、溶融燃焼装置に付けられて
高温蒸気加熱器からの高温空気或いは廃熱ボイラからの
蒸気により、また更には化石燃料の直接燃焼による高温
ガスにより熱エネルギが供給される。

【０００６】このような加熱管内を流れる加熱ガスによ
って廃棄物を加熱し乾留熱分解するに当たっては、加熱
ガスの保有する熱エネルギを適切且つ効果的に廃棄物に
熱伝達することが肝要である。すなわち、加熱ガスから
加熱管の管壁を経て廃棄物への総括熱伝達係数を高める
ことと、廃棄物を可及的に均一に所要の温度に達せしめ
て、乾留熱分解を均等に行わしめることが乾留ドラムに
要求される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の乾留
熱分解装置にあっては、乾留ドラム内の加熱管として円
筒形の平滑管が使用されていた。したがって、加熱管壁
と廃棄物との間における熱伝達の向上を志向する従来技
術では、加熱管内（加熱ガス側）のガス・加熱管壁の熱
伝達は一定ガス流速に対して一定であり、その向上のた
めにはガス流速を上げる他ない。

【０００８】しかし、このようなガス流速を上げる手法
によると、熱伝達は多少向上するものの、ほぼ同じ程度
の伝熱面積を必要とする場合、どうしても乾留ドラムの
全長が長くなり、その結果、乾留ドラムひいては乾留熱
分解装置の設置コストが高くなると共にその据付面積も
大きくなるといった問題があった。

【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、上記した問題を生じることなく、加熱管壁に
おける加熱ガス側の熱伝達を促進させると共に総括熱伝
達係数を向上させ得て、廃棄物の乾留熱分解を良好に行
いうる方法を提供すると共に、かかる方法を好適に実施
しうる乾留熱分解装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の廃棄物の乾留熱
分解方法にあっては、ドラム軸線方向に延びる複数本の
加熱管を内装した乾留ドラムを具備してなる乾留熱分解
装置を使用して、廃棄物を乾留熱分解させる場合におい
て、上記の目的を達成すべく、特に、各加熱管として、
円筒材をその軸線回りで捩じって得られる捩じれ管を使
用することによって、加熱管として平滑管を使用した場
合に比して、加熱管壁における高温ガス側の熱伝達係数
並びに総括熱伝達係数を向上させるようにすることを提
案する。

【００１１】而して、乾留ドラム内に供給された廃棄物
は、乾留ドラムの回転に伴って混合，攪拌されつつドラ
ム出口方向に移動されていき、この間において、加熱管
内を流動する加熱ガスにより間接的に加熱される。すな
わち、酸素遮断下の還元雰囲気において、常温の廃棄物
は加熱ガスにより加熱管の管壁を介して４００〜５００
℃（４５０℃程度が最も好ましい）に加熱されて、乾留
ガスと固形残渣とに乾留熱分解されることになる。この
とき、加熱管が上記した如く捩じれ管であることから、
平滑円筒形状の加熱管を使用した場合に比して、加熱管
壁における高温ガス側つまり管内における伝熱係数が大
幅に向上すると共に、総括伝熱係数も向上する。これら
のことから、乾留ドラム内での乾留熱分解が極めて良好
且つ効率的に行われる。

【００１２】また、かかる方法を実施するための本発明
の廃棄物の乾留熱分解装置は、ドラム軸線方向に延びる
複数本の加熱管を内装した乾留ドラムを具備してなるも
のであって、特に、各加熱管を、円筒材をその軸線回り
で捩じって得られる捩じれ管としたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４に基づいて具体的に説明する。

【００１４】この実施の形態は、廃棄物の乾留熱分解溶
融燃焼システムに本発明を適用した例に係るものであ
り、このシステムは、図１に示す如く、廃棄物供給装置
１と乾留熱分解装置２と溶融燃焼装置３とを具備する。

【００１５】廃棄物供給装置１は、廃棄物５が搬入貯蔵
されるピットと、ピット内の廃棄物５を一定サイズ以下
（通常、１５０ｍｍ以下）に破砕するロータリシュレッ
ダ等の破砕機と、破砕された廃棄物５ａを乾留熱分解装
置２の供給ホッパ１０ａに供給するクレーン等の供給機
構１ａとを具備する。ピットは、廃棄物５の受入れが数
日間全くない場合にあっても当該システムの正常運転を
維持しうるに足る充分な貯蔵容量を有するものである。
なお、供給機構１ａにより乾留熱分解装置２に供給され
る破砕廃棄物５ａには、必要に応じて、下水汚泥タンク
６から下水汚泥６ａが混入されるようになっている。

【００１６】乾留熱分解装置２は、図１〜図３に示す如
く、乾留熱分解反応器たる乾留ドラム７と、乾留ドラム
７の一端部に連設された加熱ガス出口ケーシング８と、
ドラム７の他端部に連設された加熱ガス入口ケーシング
９と、加熱ガス出口ケーシング８を貫通するドラム入口
７ａに接続された供給フィーダ１０と、加熱ガス入口ケ
ーシング９を貫通するドラム出口７ｂに接続された乾留
生成物搬出装置１１と、ドラム７内に配置された複数本
の加熱管１２…とを具備する。

【００１７】乾留ドラム７は円筒状のもので、出口７ｂ
方向に下り傾斜した状態で回転自在に支持されており、
適宜の駆動機構（図示せず）により一定方向（Ａ方向）
に所定速度で回転駆動されるようになっている。一般
に、ドラム７の水平面に対する傾斜角度は約１．５°に
設定されており、その回転速度は約１〜３ｒｐｍと設定
されている。

【００１８】供給フィーダ１０はスクリューコンベア等
で構成されたもので、供給ホッパ１０ａを備えており、
前記供給機構１ａにより供給ホッパ１０ａに供給された
破砕廃棄物５ａ或いは破砕廃棄物５ａと下水汚泥６ａと
の混合物（以下、かかる混合物を含めて、単に「廃棄物
５ａ」という）をドラム入口７ａから乾留ドラム７内に
定量投入する。

【００１９】加熱管１２…は、図３に示す如く、乾留ド
ラム７の軸線方向に平行に延びていて、両端部が加熱ガ
ス出口ケーシング８及び加熱ガス入口ケーシング９に連
通接続されている。而して、各加熱管１２は、図３及び
図４に示す如く、平滑な円筒体ではなく、円筒材を冷間
引き抜き加工等の公知手法により軸線回りで所定量捩じ
って得られた捩じれ飴状の捩じれ管とされている。加熱
管１２としては、一般に、肉厚が８ｍｍ程度の軟鋼製の
ものが好適である。また、加熱管１２…は、図２に示す
如く配置されており、乾留ドラム７の内周面に沿って環
状に並列する第１加熱管束１２₁ …と、ドラム周方向に
等間隔を隔てて、第１加熱管束１２₁ …からドラム中心
方向に大きく直線状に延びる複数組の第２加熱管束１２
₂ …と、ドラム周方向において各隣接第２加熱管束１２
₂ ，１２₂ 間に位置して、第１加熱管束１２₁ …からド
ラム中心方向に小さく直線状に延びる複数組の第３加熱
管束１２₃ …とに区別される。なお、各第２加熱管束１
２₂ 及び第３加熱管束１２ ₃ は、直径線に対してドラム
回転方向（Ａ方向）と逆方向に若干傾斜されている。

【００２０】両ケーシング８，９間には、図１に示す如
く、加熱ガス出口ケーシング８から循環ブロワ１４、熱
交換器１５及び熱風発生炉１６を経て加熱ガス入口ケー
シング９に至る加熱ガス循環路１７が設けられていて、
この加熱ガス循環路１７を介して、熱媒体たる加熱ガス
１８が加熱ガス入口ケーシング９から加熱管１２…を通
過して加熱ガス出口ケーシング８へと循環流動されるよ
うになっている。

【００２１】熱風発生炉１６は、空気予熱器１９により
所定温度（この例では、約１５０℃）に予熱された新鮮
空気を燃焼用空気２０として導入させて化石燃料（一般
に、天然ガス燃料又は石油燃料が使用される）を直接燃
焼させることにより、加熱ガス１８として使用される燃
焼ガスを発生させるものである。なお、この燃焼ガスた
る加熱ガス１８は腐食性を有しないものであり、加熱管
１２の内壁面を腐食させる虞れはない。また、加熱管１
２の外壁面については、廃棄物５ａや乾留生成物（乾留
ガス５ｂ及び固形残渣５ｃ）に接触して、イオウ化合物
やハロゲン化合物により腐食される虞れがあるが、乾留
ドラム７内が酸素遮断の還元雰囲気に保持されることか
ら、腐食が著しく進行することがない。

【００２２】熱交換器１５はシェルアンドチューブ式熱
交換器等の公知のものであり、加熱ガス出口ケーシング
８から加熱ガス循環路１７へと排出された加熱ガス１８
を、後述する廃熱ボイラ２９から導入される過熱蒸気２
９ａとの熱交換により、加熱するものである。

【００２３】この例では、加熱ガス出口ケーシング８か
ら排出される加熱ガス１８は約３００℃であり、この加
熱ガス１８を、廃熱ボイラ２９から取り出した約４００
℃との熱交換により、約３６０℃に加熱し、更に熱風発
生炉１６による化石燃料の直接燃焼により約５２０℃に
加熱した上で、加熱ガス入口ケーシング９から加熱管１
２…へと導入させるようになっている。

【００２４】なお、加熱ガス１８は、熱風発生炉１６で
の燃焼ガス発生量に相当する分だけ増量することになる
が、その余剰ガス１８ａは、加熱ガス循環路１７に熱交
換器１５の上流側において分岐接続した余剰ガス排出路
２１を介して、煙突２２から大気放出されるようになっ
ている。この例では、余剰ガス１８ａが約３００℃の高
温ガスであることから、余剰ガス１８ａを上記空気予熱
器１９に導いて燃焼用空気２０を加熱させた上で、煙突
２２へと排出させるようになっている。また、加熱ガス
循環路１７には、熱交換器１５を迂回するバイパス１７
ａが設けられていて、廃熱ボイラ２９から過熱蒸気２９
ａを取り出し得ない運転初期の段階においては、加熱ガ
ス１８をバイバス１７ａから熱交換器１５を通過させる
ことなく熱風発生炉１６に導入させるようになってい
る。

【００２５】乾留生成物搬出装置１１は、図１に示す如
く、乾留ガス搬出路２３及び固形残渣搬出路２４を具備
するものであり、乾留ドラム７内で廃棄物５ａの加熱に
より生じた乾留ガス５ｂ及び固形残渣５ｃがドラム出口
７ｂから導入されるようになっている。

【００２６】以上のように構成された乾留熱分解装置２
によれば、供給フィーダ１０によりドラム入口７ａから
乾留ドラム７内に供給された廃棄物５ａは、乾留ドラム
７の回転に伴って混合，攪拌されつつ、乾留ドラム７の
傾斜に従ってドラム出口７ｂ方向に移動されていき、こ
の間において、加熱管１２…内をドラム入口７ａ方向に
流動する加熱ガス１８により間接的に加熱される。すな
わち、酸素遮断下の還元雰囲気において、常温の廃棄物
５ａは加熱ガス１８により加熱管１２…の管壁を介して
４００〜５００℃（４５０℃程度が最も好ましい）に加
熱されて、乾留ガス５ｂと固形残渣５ｃとに乾留熱分解
されることになる。

【００２７】このとき、加熱管１２…が上記した如く配
置されていることから、第２及び第３加熱管束１２₂ ，
１２₃ により、乾留ドラム７の回転に伴って廃棄物５ａ
が一旦持ち上げられて落下し、これが繰り返されること
から、廃棄物５ａが十分に且つ均一に攪拌，混合され
て、加熱管１２…から廃棄物５ａへの伝熱及び廃棄物５
ａ相互間の伝熱が促進されることになる。また、廃棄物
５ａは乾留ドラム７内で完全に混合，均一化されること
から、一様な粒子形状となる。しかも、各加熱管１２が
上記した如く捩じれ管であることから、平滑円筒形状の
加熱管を使用した場合に比して、加熱管壁における高温
ガス側つまり管内における伝熱係数が大幅に向上すると
共に、総括伝熱係数も向上する。これらのことから、乾
留ドラム７内での乾留熱分解が極めて良好且つ効率的に
行われる。

【００２８】

【表１】

【００２９】ところで、加熱管１２として捩じれ管を使
用した上記乾留熱分解装置２を用いて、加熱管１２にお
ける加熱ガス１８の入口側温度：５２０℃，出口側温度
３００℃，入口側流速：３０ｍ／ｓ，出口側流速：２０
ｍ／ｓ，平均流速：２５ｍ／ｓの条件下で実験を行い、
加熱管壁の高温ガス側（管内）の熱伝達係数等を求める
と共に、加熱管１２として平滑管（攪拌翼なし）を使用
した点を除いて上記乾留熱分解装置２と同一構造の乾留
熱分解装置（冒頭で述べた従来装置）を用いて、上記し
た同一条件下で実験を行い、加熱管壁の高温ガス側（管
内）の熱伝達係数等を求めた。その結果は、表１に示す
通りであり、加熱管１２として捩じれ管を使用すれば、
平滑管を使用した場合に比して、高温ガス側の熱伝達係
数は大幅に向上し（アップ率は１００％）、総括熱伝達
係数も向上する（アップ率は約１３％）ことが確認され
た。

【００３０】このように、本発明によれば、加熱管壁に
おける高温ガス側の熱伝達係数及び総括熱伝達係数を向
上させることができるから、乾留ドラム７の全長もそれ
に相応して可及的に短くすることができる。その結果、
廃棄物５ａを乾留熱分解させる目的，能力を全く損なう
ことなく、乾留ドラム７の設置コスト及び据付面積の大
幅な低減を図ることができる。

【００３１】而して、乾留ドラム７内で生成した乾留ガ
ス５ｂ及び固形残渣５ｃはドラム出口７ｂから乾留生成
物搬出器１１に導入され、乾留ガス５ｂは乾留ガス搬出
路２３から直接溶融燃焼装置３に供給される。一方、固
形残渣５ｃは、固形残渣搬出路２４から残渣溜２５を経
て残渣分離器２６に供給される。残渣分離器２６は適宜
のメッシュ度（通常、５ｍｍサイズ）の篩２６ａを備え
たもので、固形残渣５ｃを篩２６ａを通過し得ない粗大
粒５ｄと通過する細粒５ｅとに分離する。粗大粒５ｄ
は、砂，ガラス，金属等を含むものであり、リサイクル
を行なうために分離器２６から適宜の分別装置（図示せ
ず）により更に分別される。篩２６ａを通過した細粒５
ｅは、その一部（約３５％）が固体の炭素からなるもの
であり、分離器２６から一旦サイロ２７に貯蔵される。
このとき、細粒５ｅのうち粒径が１ｍｍ以上のものはロ
ーラクラッシャ２７ａで微粒化される。したがって、サ
イロ２７には粒径が１ｍｍ以下とされた細粒５ｅが貯蔵
されることになる。そして、この細粒５ｅは、サイロ２
７から空気輸送路２８に導入されて、空気輸送路２８か
ら前記乾留ガス５ｂと同様に溶融燃焼装置３に供給され
る。なお、固形残渣５ｃは乾留ドラム７から約４５０℃
（中心的温度）で排出されるが、乾留生成物搬出装置１
１から冷却コンベアで移送される間に約１００℃に冷却
される。

【００３２】溶融燃焼装置３は、上記した如くして供給
された乾留ガス５ｂ及び炭素含有の細粒５ｅを灰の溶融
点よりも１００〜１５０℃程度高温の約１３００℃で燃
焼させると共に、その灰を溶融するものである。溶融灰
５ｆは、溶融燃焼装置３から水槽等に排出されて、水砕
スラグ化される。この水砕スラグは不活性なものであ
り、そのままの状態で処分され或いは有価物として再利
用される。溶融燃焼装置３内では、その温度と滞留時間
により、すべての有機物は破壊される。溶融燃焼装置３
は、多段階燃焼用空気の供給手段、排ガス再燃焼法，サ
イクロン燃焼法等、良好な燃焼を維持するための各種の
公知手段を単独又は組み合わせて使用することができ
る。また、平均空気過剰率をλ＝１．３として、燃焼室
内の均等な温度分布と攪拌効果とによって、低ＮＯｘ状
態にて完全燃焼させることができる。このようにして、
スラグ中の未燃炭素を０．２重量％以下に抑えることが
できる。

【００３３】一方、溶融燃焼装置３から排出される高温
の排ガス３ａは、溶融燃焼装置３に付設された廃熱ボイ
ラ２９に導入されて熱回収された上、排ガス処理装置３
０により無害化処理されて、前記余剰ガス１８ａと共に
煙突２２から大気放出される。廃熱ボイラ２９にあって
は排ガス３ａからの熱回収により蒸気が発生され、その
一部（過熱蒸気２９ａ）が前述した如く熱交換器１５に
導入されて加熱ガス１８の加熱源として利用される他、
発電設備３１や地域暖房等の用に供せられる。廃熱ボイ
ラ２９を通過した排ガス３ａは、該ボイラ２９による熱
回収によって約２００℃まで冷却された上、排ガス処理
装置３０に導入されて、適当な処理を施される。例え
ば、排ガス３ａは、バグフィルタ又は電気収塵器等の収
塵装置でダスト除去されると共に、スクラバ等によるＨ
Ｃｌ，ＳＯ₂ 等の有害物質の洗浄，除去処理を施され、
更には、選択触媒還元法によるＮＯｘ除去処理や活性炭
吸着塔等によるダイオキシン類の除去処理を施された
上、煙突２２から大気放出される。また、廃熱ボイラ２
９及び排ガス処理装置３０において排ガス中から除去さ
れたダスト２９ｂ，３０ａは回収されて、空気輸送路２
８から溶融燃焼装置３に返戻されて、溶融処理される。

【００３４】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範
囲において、適宜に改良，変更することができる。例え
ば、加熱管１２…の配置は、乾留ドラム７の回転に伴っ
て廃棄物５ａの攪拌，混合を行なうべく機能する管束
（第２又は第３加熱管束１２₂ ，１２₃ のようにドラム
内周から中心方向に突出する管束）を有することを条件
として任意であり、図２に示す配置に限定されない。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明は、乾留ドラムに内装される加熱管として捩じり管を
使用したから、加熱管壁における高温ガス側（管内）の
熱伝達係数及び総括熱伝達係数を向上させることがで
き、乾留ドラムの全長もそれに相応して可及的に短くす
ることができる。したがって、廃棄物を乾留熱分解させ
る目的，能力を全く損なうことなく、乾留ドラムひいて
は乾留熱分解装置の設置コスト及び据付面積を大幅に低
減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る乾留熱分解装置を装備した廃棄物
の溶融燃焼システムの一例を示す系統図である。

【図２】乾留ドラムの縦断面図である。

【図３】図２のIII−III線に沿う要部の断面図である。

【図４】加熱管を示す斜視図である。

【符号の説明】

２…乾留熱分解装置、３…溶融燃焼装置、３ａ…排ガ
ス、５，５ａ…廃棄物、５ｂ…乾留ガス、５ｃ…固形残
渣、７…乾留ドラム、１２…加熱管、１８ａ…加熱ガ
ス、２９…廃熱ボイラ、３０…排ガス処理装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドラム軸線方向に延びる複数本の加熱管
   を内装した乾留ドラムを具備してなる乾留熱分解装置を
   使用して、廃棄物を乾留熱分解させる場合において、各
   加熱管として、円筒材をその軸線回りで捩じって得られ
   る捩じれ管を使用することによって、加熱管として平滑
   管を使用した場合に比して、加熱管壁における高温ガス
   側の熱伝達係数並びに総括熱伝達係数を向上させるよう
   にしたことを特徴とする廃棄物の乾留熱分解方法。
2. 【請求項２】 ドラム軸線方向に延びる複数本の加熱管
   を内装した乾留ドラムを具備してなり、各加熱管が円筒
   材をその軸線回りで捩じって得られる捩じれ管であるこ
   とを特徴とする廃棄物の乾留熱分解装置。