JPH10103633A - 廃棄物処理設備における流動床熱分解炉の運転方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気比を低く抑え、かつ、良好な流動状態を
維持しながら適正な運転を続ける。 【解決手段】 流動床熱分解炉１０と、その排出ガスを
燃焼させて灰分の溶融を行う溶融炉１２を備えた廃棄物
処理設備において、溶融炉１２の下流側の排ガスの一部
を抜き出し、流動床熱分解炉１０に流動化ガスとして給
送する運転方法。また、上記排ガスを流動床熱分解炉１
０に還元させるための排ガス還元配管７０，７２と、排
ガスブロア７４等の給送手段を備えた運転装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用廃棄物、都
市ごみ等を流動床熱分解炉を用いて処理する廃棄物処理
設備において、上記流動床熱分解炉を運転するための方
法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ごみの発熱量は増加の一途を
たどり、最終処分地容量の逼迫や二次公害（地下水汚
染）の問題、法規制の強化等の関係から、廃棄物の溶融
による減容化、固定化の検討が進められている。また、
リサイクル法にみられるように、有効な資源回収、未利
用エネルギーの回収、処理物の資源化等、廃棄物有効利
用への取組みも強化されつつある。さらに、有害物質の
安定処理についてはＤＸＮ等の微量汚染物質の抑制な
ど、廃棄物処理に要求される課題は多い。

【０００３】このような状況の中、上記の各課題を解決
する手段として、熱分解を利用した廃棄物処理設備の開
発が活発に進められている。その一例を図４に示す。

【０００４】図示の設備は、流動床熱分解炉８０を備え
ている。この流動床熱分解炉８０の底部には砂粒子等か
らなる流動層が形成され、この流動層に対して流動化ガ
ス（空気）が適当な流量（例えば最小流動化速度に対す
る実際の流動化速度が５以下となるような流量）で供給
されることにより、上記砂粒子等の流動状態が保たれて
いる。この流動床熱分解炉８０内に投与された廃棄物
は、不燃物を除き、上記流動層内で砂粒子とともに流動
しながら熱分解ガス、チャー、灰分等に熱分解される。
これらは次の溶融炉８２に移され、この溶融炉８２内で
上記熱分解ガス及びチャーが助燃燃料及び燃焼空気の供
給を受けて燃焼するとともに、この燃焼により発生する
熱で灰分が溶融し、溶融スラグとして取り出される。

【０００５】従って、溶融炉８２からはきわめて高温の
燃焼ガスが排出されるが、このガスは次の輻射型熱交換
器８４及びボイラ８６に移され、輻射型熱交換器８４に
よって上記ガスの保有する熱が回収される。このガス
は、ボイラ８６で水を蒸発させ、バグフィルタ８８を通
過した後、煙突９０から排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように流動床熱
分解炉８０で良好な熱分解を行い、かつ、その下流側の
溶融炉８２で熱分解ガスを燃焼させて灰分を溶融させる
ためには、流動層温度を適当な範囲内に維持する必要が
あり、この流動層温度を適正な温度に保つためには、空
気比（投入廃棄物１ｋｇあたりに流動化ガスとして供給
される空気量）を低く抑える必要がある。この空気比が
高いと、流動層内の酸素濃度が高くなって過剰燃焼が生
じ、流動層温度が過度に上昇して流動床熱分解炉８０及
び溶融炉８２の良好な運転ができなくなる。

【０００７】ここで、上記空気比を低く抑える手段とし
ては、流動層への流動化ガス（空気）供給量を減らす
か、もしくは廃棄物投入量を増やす方法が考えられる。
しかし、前者のように流動化ガス供給量を減らすと、流
動層を十分に流動化させることができなくなり、流動床
熱分解炉８０の正常な運転が困難となる。また、後者の
ように廃棄物投入量を増やすと、特に発熱量が高い廃棄
物の場合、流動層内に局所的な高温部ができ、温度分布
が不均一となってクリンカ（砂のかたまり）が発生しや
すく、これに起因してやはり良好な流動状態が維持でき
なくなる。

【０００８】すなわち、従来の設備では、特に発熱量が
高い廃棄物を処理する場合、空気比を低く抑え、かつ、
良好な流動状態を維持しながら、適正な運転を続けるこ
とは非常に困難とされていた。

【０００９】本発明は、このような課題を解決できる方
法及び装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、底部に流動粒子からなる流動
層を有し、投入された廃棄物を熱分解する流動床熱分解
炉と、この流動床熱分解炉から排出される熱分解ガスを
燃焼させてそのガス中の灰分を溶融させる溶融炉とを備
えた廃棄物処理設備において、上記溶融炉の排ガスの一
部を抜き出して上記流動床熱分解炉に上記流動層を形成
するための流動化ガスとして供給する流動床熱分解炉の
運転方法である。

【００１１】この方法によれば、流動化ガスとして空気
よりも酸素濃度の低い排ガスを利用することにより、流
動層の形成に十分な流動化ガス供給量は確保しながら、
流動床熱分解炉への廃棄物投入量を増やさずに空気比を
低く抑えることができる。

【００１２】上記流動床熱分解炉へ還元する排ガスとし
ては、溶融炉から排出されたものをそのまま利用しても
よいが、上記排ガスを減温させて体積を減少させてから
この排ガスを上記流動床熱分解炉に流動化ガスとして供
給すれば、還元のための必要動力を節減することができ
る。

【００１３】さらに、上記排ガスを減湿させてから（す
なわち排ガス中より水蒸気を除去してから）、上記還元
を行えば、より一層の動力削減ができる。

【００１４】また本発明は、上記廃棄物処理設備におい
て、上記溶融炉下流側の排ガス通路と上記流動床熱分解
炉とを接続する排ガス還元通路と、この排ガス還元通路
に設けられ、上記排ガスの一部を抜き出して上記流動床
熱分解炉に上記流動層を形成するための流動化ガスとし
て給送する排ガス給送手段とを備えた流動床熱分解炉の
運転装置である。

【００１５】この装置においても、上記溶融炉と上記排
ガス還元通路の始端との間に、上記排ガスを減温処理す
る排ガス減温手段や、上記排ガスを減湿処理する排ガス
減湿手段を設けることが、より好ましい。

【００１６】この場合、上記溶融炉と上記排ガス減温手
段との間に、上記排ガス給送手段により上記流動床熱分
解炉へ向けて給送される循環排ガスと上記溶融炉から排
出された直後の排ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換
器を設ければ、その熱交換によって設備の廃熱を効率良
く回収することができる。

【００１７】また、排ガス還元通路に排ガス流量を調節
する流量調節手段を設ければ、その流量調節によって流
動化ガス中の酸素濃度を自由にコントロールすることが
可能になる。そして、図５に示すように、上記酸素濃度
の増加に伴って流動層温度がほぼ線形的に増加するの
で、上記流量調節手段によって流動層温度をコントロー
ルできることになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態の一
例を図１〜図３に基づいて説明する。

【００１９】ここに示す廃棄物処理設備は、その上流側
から順に、流動床熱分解炉１０、溶融炉１２、熱交換器
１４、ボイラー１６、減温スクラバー（排ガス処理手
段）１７、減湿スクラバー（排ガス処理手段）１８、及
び排気ファン２０を備えている。

【００２０】上記流動床熱分解炉１０の詳細を図２に示
す。流動床熱分解炉１０の底部には、多数のガス噴射口
２７をもつ分散板２６が設けられ、その下方に風箱２８
が形成されている。そして、この風箱２８から上記分散
板２６のガス噴射口２７を通じて上向きに流動化ガスが
噴射されることにより、上記分散板２６の上方に砂粒子
３０からなる流動層が形成されるようになっている。こ
の流動層の上方には廃棄物投入口３２及び始動用のメイ
ンバーナー３４が設けられ、さらに上方にフリーボード
３６が形成されている。また、炉頂部には熱分解ガス排
出口４０が設けられている。

【００２１】上記分散板２６の中央には不燃物抜出し口
４２が設けられ、その下方に不燃物除去装置２２が配置
されている。この不燃物除去装置２２は、スクリューコ
ンベア４４及び振動ふるい４６を備え、スクリューコン
ベア４４により搬送される砂粒子３０の中から不燃物を
分離するように構成されている。この不燃物除去装置２
２で不燃物が除去された砂粒子は、図略のコンベアによ
って上記流動層に還元される。

【００２２】溶融炉１２は、供給される燃焼空気及び助
燃燃料を利用し、上記流動床熱分解炉１０から排出され
る熱分解ガスをさらに燃焼させるとともに、この燃焼に
より発生する熱を利用してガス中の灰分を溶融させ、ス
ラグとして排出するものである。

【００２３】熱交換器１４は、上記溶融炉１２から排出
される高温燃焼ガスの保有する熱を利用して、上記流動
床熱分解炉１０に供給される流動化ガスを加熱するもの
である。この熱交換器１４の具体的な構造を問わない
が、その好ましい一例として輻射式のものを図３に示
す。

【００２４】同図に示す熱交換器１４は、上下に延びる
内筒５０と外筒５２とからなる二重筒構造を有してい
る。内筒５０の筒壁は、熱媒体となるセラミック板等で
構成され、内筒５０の内側には排ガス通路５４が形成さ
れている。内筒５０の上端には高温排ガス入口５８が設
けられ、下端には低温排ガス出口６０が設けられてお
り、上記高温排ガス入口５８は上記溶融炉１２の出口
に、低温排ガス出口６０はボイラー１６の入口にそれぞ
れ接続されている。

【００２５】これに対し、外筒５２と内筒５０との間に
は円筒状の流動化ガス通路５６が形成されている。外筒
５２の下端部には低温ガス入口６２が、上端部には高温
ガス出口６４がそれぞれ設けられており、上記低温ガス
入口６２に図１に示す空気ブロア６５の吐出口が接続さ
れ、上記高温ガス出口６４が前記流動床熱分解炉１０の
風箱２８に接続されている。

【００２６】この熱交換器１４において、上記溶融炉１
２から排出された直後の排ガスが上記排ガス通路５４を
通過する際、この排ガスの保有する熱が内筒５０の筒壁
であるセラミック板等に蓄えられ、これにより減温した
状態で排ガスが次のボイラー１６に送られる。一方、低
温ガス入口６２から流動化ガス通路５６内に導入された
ガスは、上記内筒５４の筒壁からの輻射熱で加温され、
高温ガス排出口６４から高温流動化ガスとして上記風箱
２６に供給されることとなる。

【００２７】なお、図３において６６は、内筒５０の底
部に溜るダストを適宜排出するためのダスト排出弁６６
である。

【００２８】ボイラー１６は、上記熱交換器１４から送
られる排ガスの熱を利用して水を蒸発させるものであ
る。このボイラー１６で発生した水蒸気のもつエネルギ
ーは、発電機６６によって電気エネルギーに変換され、
余剰電力や設備所用電力として回収される。

【００２９】減温スクラバー１７は、上記ボイラー１６
から送られてきた排ガスと冷却水とを接触させてこの排
ガスを減温させるとともに、ガス中のダスト等を沈下さ
せて除去するものであり、減湿スクラバー１８は、上記
排ガスをさらに減温させてこの排ガス中の水蒸気を凝縮
させ、排ガスから分離除去するものである。これら減温
スクラバー１７及び減湿スクラバー１８は排ガス処理手
段を構成するものであるが、さらに、これらに加え、ベ
ンチュリーや湿式電気集塵機等も併設することが、より
好ましい。

【００３０】さらに、この廃棄物処理設備の特徴とし
て、上記ファン２０から吐出される排ガスの一部を抜き
出してこれを前記燃焼用空気とともに流動床熱分解炉１
０に流動化ガスとして供給するための手段が設けられて
いる。具体的には、前記ファン２０の吐出口と熱交換器
１４の低温ガス入口６２とが第１の排ガス還元配管７０
を介して接続され、熱交換器１４の高温ガス出口６４と
流動床熱分解炉１０の風箱２８とが第２の排ガス還元配
管７２を介して接続されるとともに、第１の排ガス還元
配管７０の途中に、排ガスを熱交換器１４に向けて送る
ための排ガスブロア７４と、排ガス流量を調節するため
のダンパ（流量調節手段）７６とが設けられている。

【００３１】次に、この廃棄物処理設備の作用を説明す
る。

【００３２】まず、排ガス還元が行われていない段階で
は、図１の空気ブロア６５から吐出される空気が熱交換
器１４の流動化ガス通路５４（図３）を通って図２の風
箱２８に供給され、分散板２６のガス噴射口２７から流
動化ガスとして上向きに噴射される。この噴射により、
分散板２６上の砂粒子３０が流動化され、流動層が形成
される。

【００３３】この流動層に対して廃棄物投入口３２から
投入された都市ごみ等の廃棄物（被処理物）は、まずこ
の流動層で一次燃焼し、これにより発生したガスは、熱
分解ガスとして熱分解ガス排出口４０から排出される。
この熱分解ガスは、溶融炉１２でさらに燃焼し、この燃
焼により発生する熱でガス中の灰分が溶融してスラグと
して溶融炉１２から排出される。

【００３４】溶融炉１２から排出された高温燃焼ガス
（排ガス）は、図３に示す熱交換器１４の排ガス通路５
４を通過する。この通過の際、内筒５０の筒壁、すなわ
ちセラミック板等からなる熱媒体が加熱され、その分排
ガス温度は低下する。この排ガスは、ボイラー１６で水
を蒸発させ、減温スクラバー１７及び減湿スクラバー１
８を通ってさらに減温された後にファン２０によって系
外へ排出される。

【００３５】ここで、ダンパ７６が開かれ、排ガスブロ
ア７４が作動すると、上記排ガスの一部は第１の排ガス
還元配管７０を通じて熱交換器１４の流動化ガス通路５
６に送られ、この流動化ガス通路５６内で上記内壁５４
から発せられる輻射熱を受けて空気ブロア６５からの燃
焼用空気とともに昇温した後、第２の排ガス還元配管７
２を通じて流動床熱分解炉１０に流動化ガスとして供給
される。

【００３６】このように、流動床熱分解炉１０での流動
化ガスとして排ガスの一部を利用すれば、排ガス中の酸
素濃度が空気の酸素濃度よりも著しく低いため（排ガス
中の酸素濃度は一般に５％程度）、流動床熱分解炉１０
内での砂粒子３０の流動化に十分な流動化ガス供給量を
確保しながら、同流動層への酸素供給量は抑えることが
できる。従って、特に廃棄物投入量を増やさなくても空
気比を低く保つことができ、良好な運転状態を維持する
ことができる。また、ダンパ７６によって排ガス還元流
量を調節することにより、流動化ガス中の酸素濃度を自
由にコントロールでき、ひいては流動層温度を制御する
ことができる。

【００３７】ところで、上記排ガスは、熱交換器１４を
通過した直後、あるいはボイラー１６を通過した直後に
流動床熱分解炉１０に還元することも可能であるが、減
温スクラバー１７や減湿スクラバー１８で例えば４０〜
５０℃程度まで減温処理してその体積を減少させた後に
還元するようにすれば、その分排ガスブロア７４の必要
動力を節減することができる。さらに、減湿スクラバー
１８で排ガス中の水蒸気を除去すれば、ガス重量をも削
減でき、より一層の動力節減ができる。

【００３８】また、上記排ガスを減温させてから流動床
熱分解炉１０に還元する際、その途中で熱交換１４によ
り循環排ガスと溶融炉１２から排出された直後の高温排
ガスとの間で熱交換を行わせることにより、高い効率で
設備の廃熱回収ができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明は、流動床熱分解炉
及び溶融炉を備えた廃棄物処理設備において、上記溶融
炉の排ガスの一部を抜き出して上記流動床熱分解炉に上
記流動層を形成するための流動化ガスとして供給するよ
うにした方法であり、また、上記溶融炉下流側の排ガス
通路と上記流動床熱分解炉とを接続する排ガス還元通路
と、この排ガス還元通路に設けられ、上記排ガスの一部
を抜き出して上記流動床熱分解炉に上記流動層を形成す
るための流動化ガスとして給送する排ガス給送手段とを
備えた装置であるので、流動層の形成に十分な流動化ガ
ス供給量は確保しながら、流動床熱分解炉への廃棄物投
入量を増やさずに空気比を低く抑え、適正な運転を続け
ることができる効果がある。

【００４０】ここで、上記排ガスを減温させて体積を減
少させてからこの排ガスを上記流動床熱分解炉に流動化
ガスとして供給することにより、還元のための必要動力
を節減できる効果が得られる。

【００４１】さらに、上記排ガスを減湿させてから（す
なわち排ガス中より水蒸気を除去してから）、上記還元
を行うことにより、より一層の動力削減ができる効果が
得られる。

【００４２】この場合、溶融炉と排ガス減温手段との間
に、上記排ガス給送手段により上記流動床熱分解炉へ向
けて給送される循環排ガスと上記溶融炉から排出された
直後の排ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器を設け
れば、その熱交換によって設備の廃熱を効率良く回収す
ることができる効果が得られる。

【００４３】また、排ガス還元通路に排ガス流量を調節
する流量調節手段を設けたものによれば、その流量調節
によって流動化ガス中の酸素濃度ひいては流動層温度を
自由にコントロールできる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる廃棄物処理設備の全体構成図で
ある。

【図２】上記廃棄物処理設備における流動床熱分解炉の
断面正面図である。

【図３】上記廃棄物処理設備における熱交換器の断面正
面図である。

【図４】従来の廃棄物処理設備の一例を示す全体構成図
である。

【図５】流動化ガス中の酸素濃度と流動層温度との関係
を示す全体構成図である。

【符号の説明】

１０ 流動床熱分解炉 １２ 溶融炉 １４ 熱交換器 １７ 減温スクラバー（排ガス減温手段） １８ 減湿スクラバー（排ガス減湿手段） ７０ 第１の排ガス還元配管（排ガス還元通路） ７２ 第２の排ガス還元配管（排ガス還元通路） ７４ 排ガスブロア（排ガス給送手段） ７６ ダンパ（流量調節手段）

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 正 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 箕浦 忠行 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底部に流動粒子からなる流動層を有し、
   投入された廃棄物を熱分解する流動床熱分解炉と、この
   流動床熱分解炉から排出される熱分解ガスを燃焼させて
   そのガス中の灰分を溶融させる溶融炉とを備えた廃棄物
   処理設備において、上記溶融炉の排ガスの一部を抜き出
   して上記流動床熱分解炉に上記流動層を形成するための
   流動化ガスとして供給することを特徴とする廃棄物処理
   設備における流動床熱分解炉の運転方法。
2. 【請求項２】 上記排ガスを減温させてからこの排ガス
   を上記流動床熱分解炉に流動化ガスとして供給すること
   を特徴とする請求項１記載の廃棄物処理設備における流
   動床熱分解炉の運転方法。
3. 【請求項３】 上記排ガスを減温及び減湿させてからこ
   の排ガスを上記流動床熱分解炉に流動化ガスとして供給
   することを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理設備に
   おける流動床熱分解炉の運転方法。
4. 【請求項４】 底部に流動粒子からなる流動層を有し、
   投入された廃棄物を熱分解する流動床熱分解炉と、この
   流動床熱分解炉から排出される熱分解ガスを燃焼させて
   そのガス中の灰分を溶融させる溶融炉とを備えた廃棄物
   処理設備において、上記溶融炉下流側の排ガス通路と上
   記流動床熱分解炉とを接続する排ガス還元通路と、この
   排ガス還元通路に設けられ、上記排ガスの一部を抜き出
   して上記流動床熱分解炉に上記流動層を形成するための
   流動化ガスとして給送する排ガス給送手段とを備えたこ
   とを特徴とする廃棄物処理設備における流動床熱分解炉
   の運転装置。
5. 【請求項５】 上記排ガス還元通路に排ガス流量を調節
   する流量調節手段を設けたことを特徴とする請求項４記
   載の廃棄物処理設備における流動床熱分解炉の運転装
   置。
6. 【請求項６】 上記溶融炉と上記排ガス還元通路の始端
   との間に、上記排ガスを減温処理する排ガス減温手段を
   設けたことを特徴とする請求項４または５記載の廃棄物
   処理設備における流動床熱分解炉の運転装置。
7. 【請求項７】 上記溶融炉と上記排ガス還元通路の始端
   との間に、上記排ガスを減湿処理する排ガス減湿手段を
   設けたことを特徴とする請求項６記載の廃棄物処理設備
   における流動床熱分解炉の運転装置。
8. 【請求項８】 上記溶融炉と上記排ガス減温手段との間
   に、上記排ガス給送手段により上記流動床熱分解炉へ向
   けて給送される循環排ガスと上記溶融炉から排出された
   直後の排ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器を設け
   たことを特徴とする請求項６または７記載の廃棄物処理
   設備における流動床熱分解炉の運転装置。