JPH11270821A - 廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 抑制燃焼を行うロータリキルンからの未燃炭
素分の燃焼を極力押さえ、後段の燃焼炉で生成ガスの燃
焼を行う過程において、燃焼排ガス中に未燃成分の発生
を減少した廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法を提供する。 【解決手段】 不足する空気で、投入された廃棄物の抑
制燃焼を行うロータリキルン１１と、ロータリキルン１
１から排出される固形廃棄物２８を燃焼させる後燃焼ス
トーカ炉１２とを組み合わせた廃棄物ガス化焼却炉１０
の燃焼方法であって、ロータリキルン１１内を８００〜
１２００℃に維持した状態で、ロータリキルン１１内に
噴霧水及び／又は水蒸気を供給して、ロータリキルン１
１内にて水性ガス反応を行い、発生する炭素分をＣＯ、
Ｈ₂ に転換・改質する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物の熱分解を
行う抑制燃焼ロータリキルンと、ロータリキルンから排
出された固形廃棄物を燃焼させる後燃焼ストーカ炉を備
えた廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ストーカ炉を用い、炉内に水噴霧を行う
廃棄物の焼却炉としては、例えば、特開昭６０−１６２
１１６号公報記載のごみ焼却炉や、実用新案登録第２５
５４７７６号公報記載の水噴霧ノズルを備えたごみ焼却
炉が提案されている。前記特開昭６０−１６２１１６号
公報記載のごみ焼却炉は、水噴射を燃焼炎に向けて行い
局部的な温度低下による不安定燃焼を解消し、更に、排
ガス中酸素濃度を適正範囲にするよう燃焼空気を噴射
し、燃焼炎と水のジェット噴流と燃焼空気間で十分な混
合ガスを発生させ、これによって、低酸素濃度で、排ガ
ス中に未燃分を出さずにＮＯ_x を低減することを目的と
するものである。一方、前記実用新案登録第２５５４７
７６号記載の水噴霧ノズルを備えたごみ焼却炉は、噴口
が扇形噴霧を形成するように、スリット状に開口した高
圧気流水噴霧ノズルを燃焼室に配置したごみ焼却炉から
なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６０−１６２１１６号公報記載のごみ焼却炉におい
ては、燃焼炎に向けて常時安定して水噴射することが困
難であり、未燃分が排出されることがあるという問題が
ある。また、前記実用新案登録第２５５４７７６号記載
の水噴霧ノズルを備えたごみ焼却炉においては、水噴射
ノズルを改善し、燃焼炉内の適正部位へ均一に水噴霧す
べく、特殊な水噴霧ノズルを提供しているが、可燃分を
完全燃焼させる空間（燃焼室）へ水噴霧するため、煤等
の未燃分を水性ガス反応で改質（Ｃ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ＋Ｈ
₂ ）できる反面、燃焼室の本来の機能である酸化燃焼を
損なわないようにするには、水噴霧位置や水噴霧ノズル
形式に制約が生じ、仮に特定の燃焼対象物によって決定
されたとしても、汎用の水噴霧ノズルでは困難となる。

【０００４】一方、本出願人は先に特開平９−２８０５
２４号公報に示すように、抑制燃焼を行うロータリキル
ンと、これに後続するストーカ炉を組み合わせたロータ
リキルン抑制燃焼方法を提案しており、ロータリキルン
内で熱分解された未燃炭素分（例えば、煤）は、そのま
ま、ストーカ炉の上部空間で可燃ガスと共に燃焼するよ
うになっている。ところが、煤等の固形炭素が燃焼する
には時間がかかり、結果として排ガス中に未燃成分が混
入し易いという問題がある。本発明はかかる事情に鑑み
てなされたもので、抑制燃焼を行うロータリキルンから
排出される未燃炭素分の燃焼を極力を押さえ、後段の燃
焼室で燃焼を行う過程において、生成する燃焼排ガス中
の未燃成分の発生を減少した廃棄物ガス化焼却炉の燃焼
方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法は、不足する空気
で、投入された廃棄物の抑制燃焼を行うロータリキルン
と、該ロータリキルンから排出される固形廃棄物を燃焼
させる後燃焼ストーカ炉とを組み合わせた廃棄物ガス化
焼却炉の燃焼方法であって、前記ロータリキルン内を８
００〜１２００℃に維持した状態で、該ロータリキルン
内に噴霧水及び／又は水蒸気を供給して、該ロータリキ
ルン内にて水性ガス反応を行い、発生する炭素分をＣ
Ｏ、Ｈ₂ に転換・改質している。ここで、ロータリキル
ン内を８００〜１２００℃に維持する理由としては、８
００℃以上（好ましくは９００℃以上）にすると、化学
反応速度の点から炭素分が実用上問題なくＣＯ、Ｈ₂ に
改質され、また、１２００℃以下にすることによって、
異常高温による灰分融着トラブルが防止され、設備上耐
熱限界以下としている。請求項２記載の廃棄物ガス化焼
却炉の燃焼方法は、請求項１記載の燃焼方法において、
前記後燃焼ストーカ炉の上部空間には、前記ロータリキ
ルンから発生し改質されて発熱量が増加し自燃性を有す
る可燃ガスを燃焼させる燃焼室が、前記ロータリキルン
の出口空間と一体共通化して形成され、該燃焼室から発
生する未燃成分を最小限にしている。請求項３記載の廃
棄物ガス化焼却炉の燃焼方法は、請求項１又は２記載の
燃焼方法において、前記ロータリキルン内に供給する噴
霧水は、油分を含む水からなる。請求項４記載の廃棄物
ガス化焼却炉の燃焼方法は、請求項１〜３のいずれか１
項に記載の燃焼方法において、前記ロータリキルン内に
はリフターが設けられ、該リフターによって投入された
前記廃棄物の攪拌が行われている。

【０００６】請求項１〜４記載の廃棄物ガス化焼却炉の
燃焼方法においては、ロータリキルン内に噴霧水及び／
又は水蒸気を供給して水性ガス反応を行っている。この
経緯について説明すると、後燃焼を行う後燃焼ストーカ
炉の燃焼室へ直接水噴霧すると燃焼性を損なう弊害が大
きいので、本発明では、抑制燃焼ロータリキルン内の酸
素が不足する運転条件下での還元雰囲気下の熱分解空間
へ噴霧水及び／又は水蒸気を噴射するようにした。この
ロータリキルン内において、水の蒸発熱や水性ガス反応
の吸熱に相当する加熱源として、２流体噴霧ノズルか
らの噴射空気による燃焼熱、噴霧水中への油分の添
加、抑制燃焼空気の増量による燃焼熱増、助燃バー
ナーによる補助燃料の燃焼があり、これらのいずれか一
つ又はこれらを組合せて発熱させ、全体の熱バランスを
確保するようにする。一方、ロータリキルン内の熱分解
空間では、内部が高温化する程、クラックキングにより
炭素が発生し易く、そのままで燃焼室へ排出すると未燃
成分が生じ易い。そこで、これらの未燃炭素を水性ガス
反応で改質し（Ｃ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂ ）、冷ガス効果
を向上させ燃焼室での抑制燃焼性を高める。そして、抑
制燃焼空間が廃棄物の発熱量変動等によって、高温にな
りすぎた場合、水性ガス反応による吸熱反応が促進され
るので、自動制御性が発揮される。ここで、ロータリキ
ルンの温度が８００℃未満になると、廃棄物の熱分解が
阻害されると共に、水性ガス反応も抑制される。また、
ロータリキルン内が１２００℃を超えると、ロータリキ
ルン内で灰分が融着して、キルン側壁に付着して成長す
る。

【０００７】特に、請求項２記載の廃棄物ガス化焼却炉
の燃焼方法においては、後燃焼ストーカ炉の上部空間に
は、ロータリキルンから発生する可燃ガスを燃焼させる
燃焼室が形成されているので、水性ガス反応によって発
生したＣＯ、Ｈ₂ が、熱分解生成ガスの燃料としての品
位を向上させることにより燃焼室での燃焼安定化が図ら
れ、可燃分が略完全に燃焼し、燃焼室から排出される未
燃成分が最小限となる。請求項３記載の廃棄物ガス化焼
却炉の燃焼方法は、例えば、噴霧水が所定量の空気でア
トマイズされた油分を含む水からなっているので、含ま
れる油が燃焼してロータリキルン内を所定温度に維持で
きる他、含まれている水の噴霧蒸発によって、水性ガス
反応が促進される。そして、油を含む水として、動植物
油脂を含む厨房用排水であっても同じ効果が得られるの
で、厨房用排水の処理も同時に行える。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明
の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形態
に係る廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法の工程を示す説明
図、図２はロータリキルンの展開図、図３はロータリキ
ルン内のリフターピンの説明図である。

【０００９】まず、本発明の一実施の形態に係る廃棄物
ガス化焼却炉の燃焼方法に使用する廃棄物ガス化焼却炉
１０の概略について説明する。図１に示すように、廃棄
物ガス化焼却炉１０は、廃棄物の抑制燃焼を行うロータ
リキルン１１と、これに後続する後燃焼ストーカ炉１２
と、ロータリキルン１１からの熱分解生成ガスを燃焼さ
せる燃焼室１２ａと、ロータリキルン１１内に廃棄物、
空気及び水分を供給する炉前設備１３と、燃焼室１２ａ
から発生する排ガスを処理する排ガス処理装置１４とを
有している。以下、これらについて詳しく説明する。

【００１０】前記ロータリキルン１１は、アルミナシリ
カ質等の耐火物で内張りされた円筒状の回転体であり、
図示しない回転駆動源によって、０．３〜３ｒｐｍの範
囲で回転駆動されている。そして、ロータリキルン１１
内のガス温度を測定するための温度測定装置がロータリ
キルン１１、炉前フード２７及び炉尻燃焼室１２ｂの内
壁に突出して配置されており、炉内ガスの温度を測定す
ることができるようになっている。また必要に応じて、
光高温計あるいは輻射式温度計等を用いて炉内温度を測
定することもできる。このロータリキルン１１内の炉前
設備１３は、廃棄物の搬入を行う廃棄物投入装置１５を
有している。この廃棄物投入装置１５は、廃棄物を搬送
するバケットコンベア１６と、スイング弁１７及びプッ
シャ１８付きの投入ホッパー１９を備え、廃プラスチッ
クやその他の廃棄物をロータリキルン１１内に徐々に投
入できる構造となっている。

【００１１】また、前記炉前設備１３には、油タンク２
０からポンプ２１によって供給される油に、給水タンク
２２からのポンプ２３によって供給される水を加えて、
圧縮エアでアトマイズして噴射する２流体ノズル２４及
び油焚バーナー３５を備え、これらによって投入された
廃棄物の着火及び不足する燃料の供給とを行っている。
そして、炉前設備１３は、燃焼空気用ファン２５を含
み、ロータリキルン１１内に燃焼用空気を送り込んでい
る。なお、この燃焼空気用ファン２５によって、後続す
る後燃焼ストーカ炉１２及びその上に形成される燃焼室
１２ａにも必要な空気を供給している。ロータリキルン
１１の前部（即ち、入口側）には回転するロータリキル
ン１１と僅少の隙間を有して設けられた炉前フード２７
を備え、前記２流体ノズル２４、油焚バーナー３５、投
入ホッパー１９、燃焼用空気の接続口、及びロータリキ
ルン１１内に蒸気を供給するノズル等はこの炉前フード
２７に取付けられている。

【００１２】ロータリキルン１１から排出される固形廃
棄物である燃焼残渣２８を受ける後燃焼ストーカ炉１２
が設けられている。この後燃焼ストーカ炉１２は、階段
型の火格子２９を内部に備え、ロータリキルン１１から
排出される燃焼残渣２８を火格子２９上に落下、搬送し
て、火格子２９の下部から送入される残渣燃焼用空気を
用いて燃焼させている。この後燃焼ストーカ炉１２の底
部には、残渣を外部に排出するコンベア１２ｃが設けら
れている。この後燃焼ストーカ炉１２の上部空間にロー
タリキルン１１の出口空間と一体共通化して形成される
燃焼室１２ａは、円筒形状あるいは四角型の断面の燃焼
装置であり、その内部側面の少なくとも１箇所以上から
２次燃焼用空気を室内に吹き込んで燃焼室１２ａ内の温
度を８００〜１２００℃の範囲に制御している。なお、
燃焼室１２ａの上部には、ガス冷却室２６が設けられ、
冷却水ポンプ３０によって供給される水を噴霧するノズ
ルにより、ガス冷却室２６内に噴霧水を供給し、排ガス
温度を１８０℃程度に下げることができるようになって
いる。

【００１３】前記排ガス処理装置１４は、排ガスの除塵
を行うバッグフィルター３１と、発生する塩化水素ガス
やＳＯｘ等を中和吸収する消石灰供給装置３２と、誘引
ファン３３と、これに続く煙突３４とを有している。こ
の誘引ファン３３によって、燃焼室１２ａ、後燃焼スト
ーカ炉１２及びロータリキルン１１内の圧力を常時負圧
に制御し、内部ガスの漏洩を防止している。消石灰供給
装置３２は消石灰を貯留するタンク３４ａと、エジェク
ター３５ａと、これに接続される押し込みブロワー３６
とを備えている。

【００１４】続いて、この廃棄物ガス化焼却炉１０の燃
焼処理方法について説明する。廃棄物投入装置１５によ
って、廃プラスチック等のごみをロータリキルン１１内
に徐々に供給し、ロータリキルン１１内で抑制燃焼を行
う。この場合、ロータリキルン１１内の温度は８００〜
１２００℃に保持する必要があるので、不足する燃料
は、油焚バーナー３５から補助燃料を追加し、又は抑制
燃焼空気量を増量し燃焼熱量を増加するように補うこと
になる。また、更にロータリキルン１１内に噴霧水又は
水蒸気の供給も行う。ロータリキルン１１内に、水蒸気
や噴霧水を供給しないで、抑制燃焼を行うロータリキル
ンの運転を高温（８００〜１２００℃）で、且つ不足酸
素状態にすると、処理物の熱分解が促進されると共にク
ラッキングにより煤に代表される炭素分の生成が多くな
る。ところが、本実施の形態に係る方法においては、ロ
ータリキルン１１内に適当量の水噴霧又は水蒸気の供給
を行っているので、以下の式によって示される水性ガス
反応が発生する。

【００１５】

【化１】

【００１６】（１）、（２）式に示す水性ガス反応は、
前２式の左から右への反応においていづれも吸熱反応で
あり、その吸熱は−２８．２ｋｃａｌ／ｍｏｌ、−１
８．２ｋｃａｌ／ｍｏｌである。従って、水性ガス反応
の進行と共に雰囲気温度が低下するため、水性ガス反応
を持続させるため吸熱量に見合う相当分の熱量と給水量
の蒸発潜熱に相当する熱量を補い雰囲気温度を維持する
必要がある。通常は、廃棄物の燃焼熱によってこれを供
給するが、廃棄物の種類によっては燃焼熱の小さいもの
もあるので、油焚バーナー３５から供給される油や、２
流体ノズル２４の噴霧水に含まれている油を燃焼させる
ことによって、その不足分を補うことになる。

【００１７】また、水噴霧する場合は極力ロータリキル
ン空間への分散効果の高い噴霧ノズルで噴霧すべきで、
極力均一な水性ガス反応がロータリキルン空間全域で進
行するようにする。噴霧ノズルで噴射する場合には、複
数ノズルにしたり、空気との混合拡散により分散効果を
高めることができる。

【００１８】ロータリキルン１１から発生する改質さ
れ、発熱量が増加し自燃性を有する可燃ガスは、そのま
ま後燃焼ストーカ炉１２の上部空間に形成された燃焼室
１２ａ内に導き、燃焼用空気を供給して、燃焼室１２ａ
内で燃焼させる。また、ロータリキルン１１内で発生し
た固形廃棄物である燃焼残渣２８は、従来通り（即ち、
特開平９−２８０５２４号公報）に後燃焼ストーカ炉１
２内で燃焼させる。ロータリキルン１１から燃焼室１２
ａに供給されるガスには、煤等の未燃炭素分が少なく、
水性ガス反応で転換・改質されたＣＯやＨ₂ を大量に含
むので、周囲から供給される燃焼用空気と混合して略完
全に燃焼し、排ガス中の未燃成分が著しく減少する。種
々の条件を変えて、実験したデータを表１に示す。実験
４がロータリキルン１１に噴霧水や水蒸気を供給しない
場合の実験例であるが、未燃炭素分（ＣＯ）の濃度が高
くなっていることが分かる。なお、本発明の効果は、燃
焼室の出口排ガス中に存在する未燃成分の多少により判
断される。即ち未燃成分を代表するものとしてＣＯ濃度
の多少により評価されものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】前記実施の形態において、ロータリキルン
１１の内壁にリフターを設け、円滑に投入された廃棄物
を持ち上げて落下するようにすることも可能である。こ
のリフターの詳細を図２、図３に示すが、炉壁４０を貫
通するようにして複数のリフターピン４１が設けられて
いる。このリフターピン４１は廃棄物の進行方向ｂに対
して逆螺旋ｃ上に配置され、しかも、基部には取付けフ
ランジ４２を有し、ロータリキルン１１の鉄皮４３の外
側に支持部材４４を介して設けられた取付けフランジ４
５にボルト４６及びナット４７によって固定できる構造
となっている。なお、矢印ａはロータリキルン１１の回
転方向を示す。これによって、ロータリキルン１１内に
投入された廃棄物の攪拌効果が促進されるので、均一な
熱分解が達成できる。なお、４８は耐火物である。

【００２１】また、ロータリキルン及び後燃焼ストーカ
炉は内部を負圧にしているので、漏洩空気の進入があ
り、これによって、燃焼が促進されるので、その分を考
慮して燃焼用空気を制御するのは当然である。更には、
燃焼室を形成することなく、ロータリキルンから発生し
た水性ガスを別の場所に引込み、浄化して燃料用ガスと
して使用することもできる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１〜４記載の廃棄物ガス化焼却炉
の燃焼方法は、高温の無酸素空間へ水分を供給し、多量
に存在する炭素分を水性ガス反応によりＣＯ、Ｈ₂ ガス
に改質し、発生する煤等の炭素分を極力抑えることがで
きる。請求項２記載の廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法に
おいては、後燃焼ストーカ炉の上部空間には、ロータリ
キルンから発生する自燃性を有する可燃ガスを燃焼させ
る燃焼室を形成しているので、排ガス中の未燃成分の放
出を最小限にすることができる。請求項３記載の廃棄物
ガス化焼却炉の燃焼方法においては、ロータリキルン内
に供給する噴霧水は、油分を含む水からなっているの
で、油を燃焼させて高温の燃焼状態を維持しながら、水
性ガス反応を行わせることができる。そして、請求項４
記載の廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法においては、ロー
タリキルン内にリフターが設けられているので、投入さ
れた廃棄物の均一な熱分解が達成できると共に、生成チ
ャーがロータリキルン空間へ散布され、水性ガス反応が
促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る廃棄物ガス化焼却
炉の燃焼方法の工程を示す説明図である。

【図２】ロータリキルンの展開図である。

【図３】ロータリキルン内のリフターピンの説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 廃棄物ガス化焼却炉 １１ ロータリ
キルン １２ 後燃焼ストーカ炉 １２ａ 燃焼室 １２ｂ 炉尻燃焼室 １２ｃ コンベ
ア １３ 炉前設備 １４ 排ガス処
理装置 １５ 廃棄物投入装置 １６ バケット
コンベア １７ スイング弁 １８ プッシャ １９ 投入ホッパー ２０ 油タンク ２１ ポンプ ２２ 給水タン
ク ２３ ポンプ ２４ ２流体ノ
ズル ２５ 燃焼空気用ファン ２６ ガス冷却
室 ２７ 炉前フード ２８ 燃焼残渣 ２９ 火格子 ３０ 冷却水ポ
ンプ ３１ バッグフィルター ３２ 消石灰供
給装置 ３３ 誘引ファン ３４ 煙突 ３４ａ タンク ３５ 油焚バー
ナー ３５ａ エジェクター ３６ 押し込み
ブロワー ４０ 炉壁 ４１ リフター
ピン ４２ 取付けフランジ ４３ 鉄皮 ４４ 支持部材 ４５ 取付けフ
ランジ ４６ ボルト ４７ ナット ４８ 耐火物

フロントページの続き (72)発明者 吉武 智郎 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社エンジニアリング事業本 部内 (72)発明者 御手洗 重 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地59 日鐵プラント設計株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不足する空気で、投入された廃棄物の抑
   制燃焼を行うロータリキルンと、該ロータリキルンから
   排出される固形廃棄物を燃焼させる後燃焼ストーカ炉と
   を組み合わせた廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法であっ
   て、 前記ロータリキルン内を８００〜１２００℃に維持した
   状態で、該ロータリキルン内に噴霧水及び／又は水蒸気
   を供給して、該ロータリキルン内にて水性ガス反応を行
   い、発生する炭素分をＣＯ、Ｈ₂ に転換・改質すること
   を特徴とする廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法。
2. 【請求項２】 前記後燃焼ストーカ炉の上部空間には、
   前記ロータリキルンから発生し改質されて発熱量が増加
   し自燃性を有する可燃ガスを燃焼させる燃焼室が、前記
   ロータリキルンの出口空間と一体共通化して形成され、
   該燃焼室から発生する未燃成分を最小限にする請求項１
   記載の廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法。
3. 【請求項３】 前記ロータリキルン内に供給する噴霧水
   は、油分を含む水からなる請求項１又は２記載の廃棄物
   ガス化焼却炉の燃焼方法。
4. 【請求項４】 前記ロータリキルン内にはリフターが設
   けられ、該リフターによって投入された前記廃棄物の攪
   拌が行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   １項に記載の廃棄物ガス化焼却炉の燃焼方法。