JPH10311515A - ごみ焼却溶融装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャフト炉型のごみ焼却溶融装置を、熱分解
反応が安定して行われ、安定した移動層が形成され、塩
素ガス等の腐食成分が混入していない状態で熱分解ガス
を回収可能なように構成する。 【解決手段】 熱供給手段によって外部から７００℃以
上の熱が供給されてごみの熱分解を行うと共にその余熱
でもってごみの乾燥を行う低温熱分解部１と、外部から
酸素が供給されて低温熱分解部１の残渣の燃焼を行うと
共にその燃焼熱でもって該低温熱分解部１の残渣の熱分
解並びに溶融を行う高温熱分解部２とを有するものとす
る。特に、低温熱分解部１への熱供給手段として、高温
熱分解部２から回収された熱分解ガスの一部を７００℃
以上で低温熱分解部１に送入するものとする。さらに、
この低温熱分解部１に送入する高温熱分解ガス中に酸素
を付加するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物を焼却する
と共にこのとき生成される焼却灰を焼却と同一の炉内で
直接溶融処理するごみ焼却溶融装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物の焼却処理において多量に発生す
る残滓（焼却灰）は、埋め立て処分するのが一般的であ
るが、近年、埋め立て処分に係る費用が高騰してきてお
り、焼却残滓の処分に要する費用が、焼却処理費用全体
を押し上げる大きな要因となっている。そこで、この残
滓処分費用を低減し得る有効な方法として、残滓を溶融
させてスラグ化する溶融処理方法が種々発案されてい
る。これらによると、減容化によって処分量が削減され
る他、焼却残滓のままでは溶出の危険性のある重金属等
の有害物を固定して安定化し得るため、埋め立て処分が
容易になるといった利点が得られる上に、適切に溶融処
理すれば建設骨材や建材等として再資源化することが可
能になる。

【０００３】このような溶融処理方式の一つとしてシャ
フト炉型の直接溶融炉が知られている。この形式の直接
溶融炉では、上部から充填されたごみが炉内を徐々に降
下しながら順次、乾燥、熱分解、燃焼、溶融の各過程を
経て下部から溶融スラグとなって排出され、他方、熱分
解反応によって生成した熱分解ガスが上部から回収され
るようになっている。この熱分解ガスは種々に利用可能
であるが、例えば酸素を供給して燃焼させた上でボイラ
で熱交換を行い、ここで得られた過熱蒸気で蒸気タービ
ンを駆動して発電を行い、これによって運転費の軽減を
図るといった有効利用が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来形
式の直接溶融炉では、ごみの乾燥、熱分解、燃焼、溶融
の全過程が単一の炉内で行われるために運転操作が簡単
である反面、水素成分と炭素成分とが混在する中で熱分
解反応が行われるため、反応が不安定となりがちであ
り、熱分解ガス成分も不安定になるといった問題点があ
った。

【０００５】また、塔内には、ごみが乾燥、熱分解、燃
焼、溶融の各過程を経て次第に減容しながら下降する移
動層が形成されるが、ごみの充填密度が不均一なために
この移動層が不安定になり易くなり、いわゆる棚落ち現
象やチャンネリング現象が起きることがあり、これを防
ぐためにコークスや石灰をごみに混入したり、投入ごみ
の形状を成形したりして対処していた。

【０００６】さらに、熱分解や燃焼によってごみ中の塩
素化合物や硫黄化合物の含有量に応じて塩化水素や二酸
化硫黄等の腐食成分が生成するが、前記従来形式の溶融
炉では、１つの回収口からこれらの腐食成分が混合した
状態で熱分解ガスを回収せざるを得ない。したがって、
この熱分解ガスの燃焼ガスが導入されるボイラの過熱器
には腐食成分によって高温腐食が生じ、これを防止する
ために過熱蒸気温度を３００℃程度に制限するようにし
ていた。このため、蒸気タービンの熱効率を高めること
ができず、効率の良い発電を行うことができないといっ
た不都合があった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その第１の目的
は、熱分解反応が安定して行われるように構成されたご
み焼却溶融装置を提供することにある。また、本発明の
第２の目的は、安定した移動層が形成されるようにごみ
焼却溶融装置を構成することにある。さらに、本発明の
第３の目的は、塩素ガス等の腐食成分が混入していない
状態で熱分解ガスを回収可能なようにごみ焼却溶融装置
を構成することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、上部から充填されたごみが内部を降下しな
がら順次、乾燥、熱分解、燃焼並びに溶融の各過程を経
て下部から溶融スラグとなって排出されるようにしたご
み焼却溶融装置であって、熱供給手段によって外部から
７００℃以上の熱が供給されてごみの熱分解を行うと共
にその余熱でもってごみの乾燥を行う低温熱分解部と、
外部から酸素を含むガスが供給されて前記低温熱分解部
の残渣の燃焼を行うと共にその燃焼熱でもって該低温熱
分解部の残渣の熱分解並びに溶融を行う高温熱分解部と
を有することを特徴とするごみ焼却溶融装置を提供する
ことにより達成される。

【０００９】これにより、低温熱分解部で７００℃以上
の熱が供給されてごみの熱分解が行われ、その余熱でも
って上部のごみが乾燥され、ごみ中の水蒸気、水素成
分、酸素成分、並びに一部の炭素成分等が熱分解ガスと
なって回収される。一方、残部の炭素成分や不燃物等と
は低温熱分解残渣として高温熱分解部に送られ、ここで
供給された酸素富化ガスによって残部の炭素成分が燃焼
され、このときの燃焼熱で不燃物が溶融すると共に燃焼
ガスで上部の残渣が高温で熱分解される。

【００１０】このようにして、高温熱分解部では、燃焼
のために酸素富化ガスが供給されるものの、処理すべき
低温熱分解残渣が主に炭化物と不燃物とからなり、水素
成分が少ないため、熱分解反応が安定して行われ、他
方、低温熱分解部では、熱分解に要する熱が外部から供
給され、酸素濃度が比較的低く抑えられているため、熱
分解が部分的に急速に起きるのが抑制され、安定した熱
分解反応が行われる。特に高温熱分解部では、処理すべ
き低温熱分解残渣が均質で小径化しているため、充填密
度が均一化して移動層が安定化することから、棚落ち現
象やチャネリング現象が防止される。

【００１１】その上、低温熱分解部では７００℃以上の
熱が供給されてごみの熱分解が行われるため、ごみ中の
塩素分の殆どが熱分解される。ごみには有機系塩素（主
に塩化ビニル等）と無機系塩素（主に食塩等）が含まれ
ており、有機系塩素は３００〜４００℃で熱分解して塩
素ガスや塩酸ガスを生成し、他方、無機系塩素は一般に
分解しないものの、二酸化珪素と水蒸気の存在下で概ね
７００℃以上、特に８００℃以上で急速に熱分解して塩
素ガスや塩酸ガスを生成する。したがって、ごみに含ま
れるこれらの塩素分の殆どが低温熱分解ガスに移行す
る。

【００１２】このため、高温熱分解部で処理される低温
熱分解残渣には塩素分が殆ど残っておらず、生成分解ガ
ス中には塩酸ガスや塩素ガス等の腐食成分が殆ど含まれ
ない。したがって、高温熱分解部からの分解ガスを燃焼
してボイラで熱回収並びに蒸気加熱を行う場合には、過
熱器が高温腐食を起こすおそれがなく、蒸気温度を高く
設定することが可能になる。

【００１３】一方、低温熱分解部の低温熱分解ガスは高
濃度の塩素分を含むことから、塩素分を固定化するため
のアルカリ成分との反応効率が高まり、効率的な脱塩処
理が可能となる。しかも、低温熱分解ガスは、低温で取
り出しやすい上に、水蒸気として多量に含まれた水分が
冷却によって容易に回収除去されてガス量を大幅に削減
し得ることから、ガス精製を容易に行うことが可能とな
る。これで得られたクリーンガスは、後記のように高温
熱分解部の補助燃料になる他、ガスタービンの燃料等に
利用可能である。

【００１４】特に、前記熱供給手段は、前記高温熱分解
部から回収された熱分解ガスの一部又は全部を７００℃
以上で前記低温熱分解部に送入する高温ガス送入手段で
あると良い。これにより、低温熱分解部でのごみの熱分
解に要する７００℃以上の熱を簡易な構成で効率的に供
給することが可能となる。

【００１５】これに加えて、前記高温ガス送入手段にお
いて高温熱分解ガス中に酸素を含むガスを付加するよう
にすると好ましい。これにより、付加された酸素で高温
熱分解ガスの一部が燃焼し、その際の燃焼熱によって低
温熱分解部における熱分解に必要な熱を安定して供給す
ることが可能になる。しかも、酸素含有ガスの付加量で
もって供給熱量を調整可能であり、例えば、ごみ中に水
分が多い場合には酸素量を増加して供給熱量を増大する
ように制御すると良い。

【００１６】さらに、前記低温熱分解部から回収されて
冷却によって水分を分離除去された低温熱分解ガスを前
記高温熱分解部に導入するようにすると良い。こうし
て、低温熱分解ガスを高温熱分解部での溶融に必要な熱
を得るための補助燃料に利用すると、補助燃料の系外か
ら調達割合を削減して溶融コストを低減し得る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
形態に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明に基づき構成されたごみ焼
却溶融装置を示している。このごみ焼却溶融装置は、ご
みの乾燥並びに熱分解を行う低温熱分解塔１と、この低
温熱分解塔１から回収された残渣の熱分解、燃焼並びに
溶融を行う高温熱分解塔２とを有している。

【００１９】このごみ焼却溶融装置によりごみを焼却・
溶融処理するにあたっては、処理すべきごみが図示され
ないごみ供給機によって低温熱分解塔１の上部に供給さ
れる。

【００２０】低温熱分解塔１の上部から投入されたごみ
は、塔内を下降しながら乾燥並びに熱分解の各過程を経
て減容し、主に炭化物と不燃物とからなる残渣が下部か
ら回収される。他方、熱分解反応によって生成した熱分
解ガスが低温熱分解塔１の上部から回収される。低温熱
分解塔１の下部には、後に詳述するように高温熱分解塔
２から回収された熱分解ガスの一部が高温ガス送入手段
としてのガス導管３を経て導入され、熱分解反応に要す
る熱を供給するようになっている。

【００２１】低温熱分解塔１では、乾燥並びに熱分解に
よってごみ中の水蒸気、水素成分、酸素成分、並びに一
部の炭素成分等が熱分解ガスとなる。この熱分解反応
は、水蒸気並びに二酸化珪素等の存在下で行われるた
め、有機系塩素はもとより無機系塩素も分解され、低温
熱分解ガスに多量の塩酸ガスや塩素ガスが混入する。こ
の熱分解ガス中の塩素分は低温腐食の原因となるので、
熱分解ガスの温度が１５０℃乃至３００℃、好ましくは
１７０℃乃至２２０℃になるようにすると良い。

【００２２】低温熱分解塔１から回収された残渣は、図
示しない残渣供給機によって高温熱分解塔２に送られ
る。この残渣供給機の種類によっては残渣冷却機構を併
設すると良い。

【００２３】低温熱分解塔１の残渣は、高温熱分解塔２
の上部から塔内に充填され、塔内を下降しながら順次、
熱分解、燃焼、並びに溶融の各過程を経て次第に減容し
て下部から溶融スラグとなって回収される。他方、熱分
解反応によって生成した熱分解ガスが高温熱分解塔２の
上部から回収される。

【００２４】高温熱分解塔２の下部には、酸素富化ガ
ス、必要に応じて補助燃料が供給され、これによって残
渣中の炭化物が燃焼し、この燃焼熱によって不燃物が溶
融する。溶融に必要な温度は一般に１２００℃以上であ
り、ここでは１４００〜１６５０℃に制御される。燃焼
によって生成した燃焼ガスは上部の炭化物を高温で熱分
解する。このとき、必要に応じて水蒸気を供給して水成
反応を起こさせ、ＣＯ並びにＨ₂成分を増加させると共
に塔の上部温度を制御している。

【００２５】高温熱分解塔２で処理される低温熱分解残
渣は既に炭化されているため均質であることから、炭化
物の燃焼反応や熱分解反応（水成反応）は温度や酸素濃
度との相関関係が成立し、制御が容易である。しかも、
残渣は均質でかつ小径化していることから残渣の下方へ
の移動もスムーズに行われ、安定した移動層が形成され
る。

【００２６】高温熱分解ガスの一部は、部分燃焼器５を
経て低温熱分解塔１に供給される。この部分燃焼器５に
は、必要に応じて空気等の酸素を含むガスが供給され、
これによって熱分解ガスを部分燃焼させて低温熱分解塔
１での熱分解に必要な熱を供給する。低温熱分解塔１へ
供給される熱分解ガス、あるいはその部分燃焼ガスの温
度は、７００℃乃至１１００℃、好ましくは８５０℃乃
至１０００℃に制御される。

【００２７】低温熱分解塔１から排出された低温熱分解
ガスは、冷却器６にて冷却されてガスと水とに分離され
た後、ガスはガス洗浄器７にて洗浄され、低温熱分解ガ
ス利用設備８に送られ、燃料等として利用された後に最
終的に煙突９から大気中に放出される。

【００２８】また、この低温熱分解ガスは、冷却器６に
よる水分離並びにガス洗浄器７による洗浄を経た上で、
図中に破線で示すように、補助燃料として高温熱分解塔
２に導入するようにすると良い。あるいは、低温熱分解
ガスを部分燃焼器５に送り、高温熱分解塔２からの高温
熱分解ガスと共に部分燃焼させて低温熱分解塔１での熱
分解に必要な熱を供給するものとしても良い。この他、
ガスタービンの燃料に利用することができる。

【００２９】ごみの燃焼によって生ずる塩化水素ガスや
硫黄酸化物等の有害成分は、その殆どが低温熱分解塔１
において低温熱分解ガスとして取り出される。このた
め、低温熱分解ガスにはこれらの有害成分が従来の方式
に比較して高い濃度で含まれており、除去処理を効率良
く行うことができる。冷却器６にて冷却して水とガスと
に分離する際に、塩酸ガス等は水側に移行することから
ガス中の塩酸ガス等の含有量が少なくなり、ガス洗浄器
７での石灰等の消費量は少なくて済む。塩酸等が移行し
た水は水処理設備１０にて系外に排出可能なｐＨ値に中
和処理される。

【００３０】一方、高温熱分解塔２から回収された高温
熱分解ガスには、塩化水素、塩酸ガス、硫黄酸化物は微
量しか含まれていない。この高温熱分解ガスの温度は、
７００℃乃至１１００℃とするのが好ましく、ここで
は、水蒸気を送入することにより水成反応を生じさせて
１０００℃に制御される。この程度の高温にするとター
ル分の生成が抑えられる。

【００３１】この高温熱分解ガスは後流の高温熱分解ガ
ス利用設備１１で種々に利用可能である。例えば、空気
や酸素を供給して燃焼させた上でボイラで熱回収を行
い、ここで得られた過熱蒸気で蒸気タービンを駆動して
発電を行うことができる。このとき、高温熱分解ガスに
は塩素分などの腐食成分が少なく、加熱器の高温腐食が
回避されるため、蒸気温度を５００℃程度まで高めるこ
とができる。

【００３２】また、この高温熱分解ガスは煤塵を除去す
るだけでガスタービンの燃料として利用することができ
る。従来の方式では、熱分解ガス中の腐食成分を除去す
るべく、熱分解ガスを一旦冷却した上で湿式で浄化する
複雑なシステムが必要であったが、高温熱分解塔２から
得られた熱分解ガスでは腐食成分の浄化が不要であり、
容易にガスタービン燃料に利用可能である。

【００３３】なお、高温熱分解塔２や部分燃焼器５へ導
入する酸素含有ガスのＯ₂濃度を高めることによって低
温熱分解塔１や高温熱分解塔２から得られる熱分解ガス
中のＮ₂分が減少し、低温・高温の各熱分解ガス利用設
備８・１１での熱効率を高めることができる。

【００３４】

【発明の効果】このように本発明によれば、熱分解反応
が安定化するため、成分や生成量が安定した熱分解ガス
が得られ、後流の熱分解ガス利用設備での熱分解ガスの
利用を容易にする上で極めて顕著な効果がある。しか
も、充填密度が均一となることから移動層が安定化し、
棚落ちやチャンネリング現象を抑制することができる。
その上、低温熱分解部の脱塩作用によって高温熱分解部
で塩素分を殆ど含まない熱分解ガスを得ることができ、
高温熱分解ガスの利用設備での高温腐食を回避すること
ができる。したがって、例えばボイラで熱回収する場合
には、蒸気温度を高めてタービン効率を向上させること
ができ、発電量を増大することが可能となる。また、高
温熱分解ガスを燃焼させた場合のダイオキシンの発生量
も少なくて済む。一方、低温熱分解ガスは高濃度の塩素
分を含むことから効率的な脱塩処理が可能となる他、水
分除去によって分解ガスの体積が大幅に減量されること
からガス精製が容易になり、ガスタービンの燃料、ある
いは高温熱分解部の補助燃料等に利用可能となる。ま
た、低温熱分解部で熱分解ガスとごみとの熱交換が容易
に行われ、熱分解ガス冷却のためのエネルギー削減とな
る。高温熱分解部では高温で熱分解が行われることから
熱分解ガス中にタール成分が少なく、後流機器の安定性
が得られる。

【００３５】特に、熱供給手段が、高温熱分解部から回
収された熱分解ガスの一部を低温熱分解部に送入する高
温ガス送入手段であると、低温熱分解部において７００
℃以上でごみの熱分解を行うのに要する７００℃以上の
熱を簡易な構成で効率的に供給することができる。

【００３６】これに加えて、高温ガス送入手段において
高温熱分解ガス中に酸素を含むガスを付加するようにす
ると、ここで供給された酸素で高温熱分解ガスを一部燃
焼させることにより低温熱分解部における熱分解に必要
な熱を安定して供給することが可能になる。

【００３７】さらに、低温熱分解部から回収されて冷却
によって水分を分離除去された低温熱分解ガスを高温熱
分解部に導入して、高温熱分解部での溶融に必要な熱を
得るための補助燃料として利用すると、補助燃料の系外
から調達割合が低減し、溶融コストを削減する上で効果
的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるごみ焼却溶融装置の概略構成を示
す概念図である。

【符号の説明】

１ 低温熱分解塔 ２ 高温熱分解塔 ３ ガス導管 ５ 部分燃焼器 ６ 冷却器 ７ ガス洗浄器 ８ 低温熱分解ガス利用設備 ９ 煙突 １０ 水処理設備 １１ 高温熱分解ガス利用設備

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部から充填されたごみが内部を降下
   しながら順次、乾燥、熱分解、燃焼並びに溶融の各過程
   を経て下部から溶融スラグとなって排出されるようにし
   たごみ焼却溶融装置であって、 熱供給手段によって外部から７００℃以上の熱が供給さ
   れてごみの熱分解を行うと共にその余熱でもってごみの
   乾燥を行う低温熱分解部と、外部から酸素を含むガスが
   供給されて前記低温熱分解部の残渣の燃焼を行うと共に
   その燃焼熱でもって該低温熱分解部の残渣の熱分解並び
   に溶融を行う高温熱分解部とを有することを特徴とする
   ごみ焼却溶融装置。
2. 【請求項２】 前記熱供給手段は、前記高温熱分解部
   から回収された熱分解ガスの一部を７００℃以上で前記
   低温熱分解部に送入する高温ガス送入手段であることを
   特徴とする請求項１に記載のごみ焼却溶融装置。
3. 【請求項３】 前記高温ガス送入手段において高温熱
   分解ガス中に酸素を含むガスを付加するようにしたこと
   を特徴とする請求項２に記載のごみ焼却溶融装置。
4. 【請求項４】 前記低温熱分解部から回収されて冷却
   によって水分を分離除去された低温熱分解ガスを前記高
   温熱分解部に導入するようにしたことを特徴とする請求
   項１乃至請求項３のいずれかに記載のごみ焼却溶融装
   置。