JPH1061926A - ごみの燃焼溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別なごみの加工、選別なしに、また助燃料
の追加なしにごみを焼却し同時に溶融する火炉を提供す
ること。 【解決手段】 ごみを乾留処理する乾留炉１と該乾留炉
１で生成した乾留炭から溶融灰を生成させる灰溶融炉５
と該灰溶融炉５の上方に絞り部を介して未燃焼分を燃焼
させる２次燃焼室７を設ける。灰溶融炉５の上方に絞り
部を設けることで２次燃焼室７部分の温度の高低によっ
て灰溶融炉５の運転が影響されることはない。そこで乾
留生成物の内、組成の比較的安定した乾留炭を灰溶融炉
５に供給し、組成変動の大きい乾留ガスを２次燃焼室７
に供給すればこれらの溶融炉を安定して運転することが
できる。例えば、急に水分量の多いごみがシステムに供
給されても、水分は乾留ガスに移行してガス量を増加さ
せ発熱量を低下させるだけである。乾留炭組成は変動せ
ず、変動に弱い灰溶融部分の燃焼条件が変動することも
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物処理に係わ
り、特にごみ焼却で発生する灰を自然で溶融させて回収
するのに好適なごみ燃焼溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみの焼却炉から発生する灰には火
炉下部から回収される焼却残さと排ガスと共に流出して
集塵機で回収される飛灰がある。

【０００３】通常、これら灰を廃棄する場合、灰をセメ
ントで固化する方法で廃棄時の飛散、成分溶出を防止し
て山間部の谷間、海岸の埋め立て地に廃棄することが多
い。

【０００４】最近になって灰の廃棄場所の確保が難しい
ケースが発生し、灰を溶融して廃棄することが期待され
るようになった。灰を溶融固化すれば溶融固化された部
分は安定で無害な物質になり、さらに容積を減じて廃棄
し易くし、将来的にはタイル等の有用な窯業製品として
回収することも期待されている。

【０００５】都市ごみ焼却炉で回収した灰の溶融は現実
には多くの技術課題を有しており一般に普及するに至っ
ていない。これは都市ごみ焼却炉で灰溶融に必要な高温
を得るのが容易ではないことによる。しかも都市ごみ焼
却炉では焼却物と灰の組成、量が変動するので運転を維
持するのが容易ではない。また、都市ごみ焼却炉は鉄鋼
業における溶融炉と異なり、装置の規模が小さいので熱
放散が大きく、多大の熱源を要する。

【０００６】都市ごみ焼却炉においてごみ焼却と灰溶融
を同時に行えば焼却熱が溶融により有効に利用されるの
で装置が小さくなり、また放散熱も少なくなるので所要
熱量を低減できる可能性がある。かっては昭和４０年代
から５０年代にかけて国内、国外において廃棄物から有
価物を回収する装置の一環として各種装置が研究開発さ
れていた。その内、現在まで研究開発が続いているのは
コークス炉床を使用する装置であるが、コークスと石灰
石を必要とするので熱量低減、灰減容の効果はさほど期
待できず特殊なケースに限定される。

【０００７】近年、燃焼溶融旋回炉を用いる各種装置が
提案され試行され始めている。旋回炉では溶融物の分離
取り出しが容易であり、しかも炉内壁に保護層が形成さ
れるので炉の傷みが少ないという長所および炉が小さく
て熱容量が小さいので起動が比較的容易という長所があ
る。しかし、前記旋回炉に供給する燃焼物は旋回させて
しかも灰を炉壁近傍に集中させる必要があり、燃焼物は
ガス、液の流体あるいはミクロン単位の所定範囲の大き
さ、所定範囲のかさ比重の粉体に限定される。都市ごみ
は徹底的に選別、脱水処理された後に乾留され炭化、ガ
ス化されて旋回炉に供給される。旋回炉で未燃物の燃焼
と灰溶融が同時に進行する。

【０００８】燃焼溶融旋回炉の具体例としては、間接加
熱でごみを乾留し、生成した乾留炭から瓦礫を除去した
後に乾留ガスと共に旋回溶融炉で燃焼させて灰溶融物を
回収する装置または流動層による部分燃焼でごみを乾留
し、生じた乾留ガスと乾留ガス中に飛散した乾留炭を旋
回溶融炉で燃焼させて灰溶融物を回収する装置が知られ
ている。

【０００９】また、下水汚泥処理で得られる脱水汚泥又
は都市ゴミを燃焼溶融旋回炉に投入する場合に、前記脱
水汚泥は性状が比較的安定し、粉化し易いので乾留せず
に乾燥し、粉化するだけで昇温した旋回溶融炉に供給し
て焼却することもあるが、都市ごみの場合には乾留によ
る前処理で旋回溶融炉に適した性状に加工することが必
須である。しかし前処理で乾留しても元の都市ごみ組成
が不定で一定の規格に収まらないので乾留生成物も不定
で安定しない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の旋回溶融炉を用
いる従来技術は、安定した定常状態が炉内で維持できな
ければ運転できないところに問題があった。規格の一定
しない都市ごみを処理する場合、溶融炉の燃焼温度が一
定の幅で変動してしまう。燃焼温度の変動幅の下限が灰
の溶融温度より低下すると溶融していた灰が炉内で固化
して火炉を閉塞させ運転継続を不可能にする。燃焼温度
の変動幅を少なくするには徹底したごみの加工と選別を
要し、前記変動幅の下限を上げるには助燃料の追加を要
した。本発明の課題は、特別なごみの加工、選別なし
に、また助燃料の追加なしにごみを焼却し同時に溶融す
る火炉を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって解決される。すなわち、ごみを乾留処理す
る乾留炉と該乾留炉で生成した乾留炭を燃焼させて溶融
灰を生成させる灰溶融炉と該灰溶融炉の上方に絞り部を
介して未燃焼分を燃焼させる２次燃焼室を設けたごみの
燃焼溶融炉である。

【００１２】そして、上記灰溶融炉の炉底から生成した
溶融灰を取り出す構成にすると溶融灰が容易に取り出せ
る。また、灰溶融炉として燃料が旋回して燃焼する旋回
溶融炉を用い、ごみの乾留炉から取り出した乾留炭を粉
砕処理して製造した粉状の乾留炭を該旋回溶融炉に供給
する構成にすることもできる。

【００１３】本発明の特徴は乾留炭を溶融する溶融炉と
して火炉の空間を絞りによって１次燃焼室と２次燃焼室
に分割し、１次燃焼室を灰溶融炉として使用し、都市ご
みから得られる変動幅の大きい乾留ガスは、運転条件の
穏やかな２次燃焼室に供給することである。

【００１４】溶融炉空間を絞りによって１次燃焼室と２
次燃焼室に分割し、１次燃焼室である灰溶融部分から２
次燃焼室部分を分割すれば、２次燃焼室部分の温度の高
低によって灰溶融部分の運転が影響されることはない。
そこで乾留生成物の内、組成の比較的安定した乾留炭を
前記灰溶融部分に供給し、組成変動の大きい乾留ガスを
２次燃焼部分に供給すれば溶融炉を安定して運転するこ
とができる。例えば、急に水分量の多いごみがシステム
に供給されても、水分は乾留ガスに移行してガス量を増
加させ発熱量を低下させるだけで乾留炭組成は変動せ
ず、変動に弱い灰溶融部分の燃焼条件が変動することも
ない。

【００１５】なお、乾留炭の燃焼だけで灰を溶融させる
には乾留炭の収率と発熱量を大きくする必要がある。乾
留炭の収率と発熱量を大きくするには低温で時間をかけ
て化合物の重縮合を進めるのが好ましく、温度６００℃
以下の温度範囲で乾留することで高発熱量の乾留炭を得
ることができる。乾留装置としては流動層形式の炉を用
いれば、多量に処理することができる。

【００１６】本出願人が参加して試験した都市ごみ乾
留、油化試験結果から計算すると、水分４５％の都市ご
みの流動層装置による乾留で乾留ガスとは別に流動層の
溢流で灰分２０％で発熱量６０００ｋｃａｌ／ｋｇの乾
留炭が分離して得られる。灰の溶融に必要な温度条件は
燃焼で生成する排ガスと灰を灰の溶融点以上の温度、１
３５０℃以上に上昇させることであって、灰の相変化に
必要な融解熱は微少で無視できる。この乾留炭だけを燃
焼させると温度２０００℃以上の理論燃焼温度で燃焼し
て灰が溶融する。ところが乾留ガスと乾留炭を一緒に燃
焼させると高々温度８００℃の理論値程度の燃焼温度し
か得られず、灰を溶融させることは出来ない。

【００１７】乾留ガスと乾留炭を一緒に燃焼させて温度
１３５０℃以上の理論燃焼温度を得て灰を溶融させるに
は、都市ごみ中の水分を少なくとも１５％以下まで減じ
る必要がある。しかし、本発明により乾留炭だけを選別
して燃焼させれば、ごみ中の水分は乾留ガスに移行する
ので無理に水分量を減じることなく、また、水分量の影
響を受けることなく安定して灰を溶融することができ
る。

【００１８】２次燃焼室部分では未燃分および低発熱量
の乾留ガスを燃焼させるだけでよく、その燃焼温度も８
００℃以上あればよい。しかし２次燃焼室に相当する独
立した燃焼炉を設けると、熱放散による温度低下が大き
くなるが、本発明のように、ごみ焼却炉の空間を絞りに
よって灰溶融部分（１次燃焼室）から２次燃焼部分（２
次燃焼室）を分割すれば１次燃焼室から２次燃焼室への
輻射伝熱も利用でき、灰溶融部分で発生した熱量が殆ど
放散されないまま２次燃焼室に移行するので高温維持が
容易になる。

【００１９】溶融炉としては表面溶融炉も使用可能であ
るが、燃料が旋回して燃焼する旋回溶融炉を用いれば塊
としての灰を溶融するのでなく、その時点で空間に浮い
ている少量の灰を溶融するだけなので装置が小さくなり
応答も早くなる。

【００２０】ごみの乾留では既存のコークス製造プロセ
ス、活性炭製造プロセスと同じく固定層、移動層および
流動層を備えた火炉が使用可能である。しかし大きさと
形状の不定なごみを均一処理するには固定層と移動層だ
けからなる火炉では難しく、流動層乾留装置の使用が好
ましい。

【００２１】ごみの乾留に必要な熱源はごみの部分燃焼
で補うことができる。しかし、一般に乾留炭とガスをよ
り長く接触させて得られる粉化した乾留炭部分は、炭素
の酸化が進んでおり、得られる乾留炭の品質が低下する
ことが多い。従って、本発明で用いる乾留炭はガス中に
飛散した乾留炭では好ましくない。塊状で乾留炉の流動
層から抜き出した乾留炭が好ましい。塊状の乾留炭はそ
のままでは旋回溶融炉で燃焼できず、燃焼させる前に粉
砕して粉化させる必要がある。

【００２２】本発明で乾留炭を自然させて溶融するには
ごみの発熱量を乾留ガスよりも乾留炭に偏重させて移行
させるのが好ましい。乾留炭の発熱量を大きくするには
低温で時間をかけて化合物の重縮合を進めるのが好まし
い。温度が高いと炭化よりも分解が先行して進行し、し
かも水性ガス化の反応も進行するので乾留ガスが増加
し、乾留炭および乾留炭中の炭素量が減少する。ごみの
乾留で生じる現象を活性炭製造で明らかになっている現
象から推定すると温度６００℃以下の温度範囲で乾留す
る時間を長くすれば比較的高発熱量（６０００ｋｃａｌ
／ｋｇ以上）の乾留炭を得ることができる。上記ごみ燃
焼溶融炉と石炭ガス化装置と組み合わせて本発明による
ごみのガス化溶融炉とすることもできる。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施例を用いて本発明を具体的に
説明する。本発明になる都市ごみ乾留炉と旋回溶融炉を
組み合わせた都市ごみ焼却システムの一実施例のフロー
を図１に示す。

【００２４】図１において都市ごみ焼却システムはごみ
乾留炉１、燃焼炉（旋回溶融炉５と２次燃焼室７）、廃
熱回収ボイラ８及び排ガス処理装置９などから構成され
る。

【００２５】本実施例の燃焼炉は、絞り部６で区分され
る旋回溶融炉５と２次燃焼室７に分けられていることに
特徴がある。乾留炭は旋回溶融炉５で燃焼させ、生成し
た乾留ガスは２次燃焼室７で旋回溶融炉５からの高温ガ
スと共に輻射伝熱で加熱されて焼却される。

【００２６】ごみ乾留炉１のごみ投入管２１からごみが
投入され、部分燃焼空気供給管２２からの空気により乾
留炉１内で都市ごみは流動層で部分燃焼させて乾留ガ
ス、乾留炭を得る。得られた乾留炭が瓦礫から分離され
る機能がごみ乾留炉１にはある。瓦礫は瓦礫抜出管２３
から抜き出される。本出願人も含めて共同開発した都市
ごみの熱分解油化プラントの分解炉がそのまま本実施例
のごみ乾留炉１として使用できる。

【００２７】標準の都市ごみを解砕して水分の一部を汚
水として分離した後、都市ごみ５０ｔ／ｄの処理で発熱
量６０００ｋｃａｌ／ｋｇの乾留炭が１１．５ｔ／ｄ回
収できる。乾留ガスからはサイクロン４で灰分４３％、
発熱量２８００ｋｃａｌ／ｋｇの飛灰が１．５ｔ／ｄ回
収されて併せて旋回溶融炉５に供給され、燃焼して灰は
溶融する。

【００２８】乾留炭抜出管２４から抜き出された乾留炭
は分別粉砕器２で粉砕され、粉炭供給器３に供給され、
ごみ乾留炉１から排出する飛灰は乾留ガス導管２５を経
由してサイクロン４で回収され、さらに灰抜出管２６を
経由して粉炭供給器３に供給される。粉炭供給器３から
粉炭は旋回溶融炉５の粉炭燃焼バーナ１２に供給され、
該粉炭燃焼バーナ１２には燃焼空気供給管２８から燃焼
用空気が供給される。

【００２９】旋回溶融炉５内の粉炭が燃焼することで灰
溶融物が生成し、該灰溶融物は絞り部６で上方への移動
が止められ、重力で下に移動し、溶融灰抜出管３０から
取り出される。一方、サイクロン４で分離された乾留ガ
スは２次燃焼室７に乾留ガス燃焼バーナ１１から供給さ
れ、旋回溶融炉５からの高温ガスと輻射伝熱で加熱され
て、燃焼空気供給管２９からの燃焼用空気と共に燃焼し
て、焼却される。旋回溶融炉５の炉底からは溶融灰抜出
管３０を経て灰溶融物が取り出される。

【００３０】２次燃焼室７を出た燃焼排ガスは従来のシ
ステムと同じく、廃熱回収ボイラ８で熱回収された後に
排ガス処理装置９で浄化されて煙突１０から大気に放出
される。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、都市ごみの乾留生成物
の内比較的に性状が安定し、しかも高発熱量の乾留炭だ
けを旋回溶融炉に供給して燃焼させるので、乾留炭の溶
融に必要な高温が容易に得られるという効果が得られ
る。残りの低発熱量の乾留ガスは旋回溶融炉に続く空間
の２次燃焼室に供給されるので溶融炉からの輻射伝熱と
高温の溶融排ガスで加熱されて焼却される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の都市ごみ焼却システムを
示すフロー図である。

【符号の説明】

１ 乾留炉 ２ 分別粉砕器 ３ 粉炭供給器 ４ サイクロン ５ 旋回溶融炉 ６ 絞り部 ７ ２次燃焼室 ８ 廃熱回収ボイラ ９ 排ガス処理装置 １０ 煙突 １１ 乾留ガス燃焼バーナ １２ 粉炭燃焼バー
ナ ２１ ごみ投入管 ２２ 部分燃焼空気
供給管 ２３ 瓦礫抜出管 ２４ 乾留炭抜出管 ２５ 乾留ガス導管 ２６ 灰抜出管 ２８ 燃焼空気供給管 ２９ 燃焼空気供給
管 ３０ 溶融灰抜出管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみを乾留処理する乾留炉と該乾留炉で
   生成した乾留炭を燃焼させて溶融灰を生成させる灰溶融
   炉と該灰溶融炉の上方に絞り部を介して未燃焼分を燃焼
   させる２次燃焼室を設けたことを特徴とするごみの燃焼
   溶融炉。
2. 【請求項２】 灰溶融炉の炉底から生成した溶融灰を取
   り出す溶融灰取出口を設けたことを特徴とする請求項１
   記載のごみの燃焼溶融炉。
3. 【請求項３】 灰溶融炉として燃料が旋回して燃焼する
   旋回溶融炉を用い、ごみの乾留炉から取り出した乾留炭
   を粉砕処理して製造した粉状の乾留炭を該旋回溶融炉に
   供給することを特徴とする請求項１記載のごみの燃焼溶
   融炉。