JPS6011766B2

JPS6011766B2 - 廃棄物の溶融式熱分解炉における燃焼支持ガス吹込方法

Info

Publication number: JPS6011766B2
Application number: JP16217778A
Authority: JP
Inventors: 昌男小野沢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-12-25
Filing date: 1978-12-25
Publication date: 1985-03-28
Also published as: JPS5589612A

Description

【発明の詳細な説明】近年都市の廃棄物を熱分解する方式が多く提案され、更
に熱分解残澄を溶融し体積を減少しかつ有害物を減少し
ようというシャフト炉も多い。

これらの中には特公階４６−３４乳９特公昭５２−２４
７９０の２件が米国の会社から提案されており、ほゞ先
駆的なものである。今、この溶融式熱分解方式を第１図
により説明する。（第１図は炉の反応状態図を示す）投
入口７から炉に導入されたごみはシャフト部１２に堆積
する。

この最上部１でごみは水分を失ない、乾燥する。次いで
シャフト部の下部から朝顔部１１は熱分解帯２である。
その内の下部３には特に熱分解後の炭化物チャ−が多く
存する。羽口９から供給された空気および酸素で落下し
たコークスおよびチャーが燃焼する。ここを燃焼溶解帯
４とする。溶解したスラグ、鉄は傷溜部５に貯溜される
ので、出蓬孔６を間歌的にドリル等で穿孔して排出する
。出樺が終ればモルタル等で閉じる。１０は１１，１２
と対比し炉床部と総称する。

燃焼および熱分解で生成したガスはダクト８から排出さ
れる。本発明者がこの溶融式熱分解方式を研究したとこ
ろ、炉に入ったごみは乾燥、熱分解、燃焼溶融と三段階
の経過で処理される。

もし乾燥が十分行なわれないと水分の多いごみが燃焼溶
融帯に入りこみ、その結果燃焼熔融帯の温度を著るしく
降下させることになる。従ってこの炉は乾燥が十分行な
われるだけの熱量と、溶融が十分行なわれるだけの熱量
および高熱が供給されねばならないという二重の性格を
もっている。さて、都市の廃棄物は一例として可燃分４
７．４％、厨芥２６．６％、ゴム、プラスチック８．０
％、不５燃物１８０％（湿りごみベース）を含み、水分
は４５〜６０％にも達する。

米国のごみは水分が１５〜２５％といわれる。従って日
本のごみに溶融式熱分解炉を適用する場合、勢述の理由
でより水分の乾燥に努力を掬わなければならない。本発
明者はこのような見地から研究を行ない、特腰昭４９一
９斑０（特公昭＄−１６６３３号）でシャフト炉の高さ
方向に位置を異ならせて２段以上の羽○を用いて処理す
る方法を提案した。

その後この方法を更に研究を重ねた結果として改善方法
を見出した。即ち、上記特公昭斑一１６筋３号において
の実験は比較的水分の少ない特定の地域の都市ごみや極
めて水分の少ない産業廃棄物について実験を行っていた
。

その後更に広く実験を行ったところ、都市ごみは一般に
５０〜６０％の水分を含むものが多く、この水分が操業
条件に大きい影響を与えることが分った。この様な水分
の増加の影響は具体的には補助燃料であるコークスの使
用量の増加となってあらわれる。第二の問題は吹き抜け
等の操業の不安定が発生することである。

即ち上記特公昭５３一１６６３３号においては下段に高
濃度の酸素を含むガス、上段に子熱空気を用いた結果、
酸素濃度を非常に高めない限り上段から送り込む空気量
および空気中の酸素量は下段より多くなる。酸素濃度を
高めると純酸素使用量が増加してコスト的に不利である
。そして上段の空気または空気中の酸素量が全送風量ま
たは全送り込み酸素量の過半をこえると特に吹き抜けが
発生しやすい。吹き抜けは炉下部の高温ガスが炉装入物
と熱交換せずに上昇する現象で炉体をいためたり、補助
燃料の増加を招くため好ましくない。本発明者が研究の
結果明らかになったことは次のようなことである。

第１は、このシャフト炉におけるスラグは１３５０〜１
５５０ｑｏ、好ましくは１４００〜１５００ｑｏで熔融
して炉から排出されねばならないことである。スラグが
１３５０００より低いときは廃棄物中の鉄が融解せず炉
内に蓄積してシャフト炉の機能を害してしまう。当然高
温のスラグは炉の耐火物を箸るしく藩損するので高温に
すぎてはいけない。このようにしてもっとも妥当な操業
温度は炉から排出されるスラグ温度で１４００〜１５０
ぴ０である。第２に、このような高温度は廃棄物の可燃
物の燃焼だけでは達成できない。

前述したように、ごみは相当の可燃分を含み、１０００
〜２０００ｋＣａｌ／ｋ９の低位発熱量を有する。しか
し高温を発して燃焼するためには、高濃度の酸素を含む
ガスで燃焼させねばならない。本発明者は高濃度酸素の
要求を減ずるために高温度を発して燃えるコークスを使
用することとした。単段の羽口のシャフト炉で都市の一
般廃棄物を処理してみたところ、コークスをごみｔ当り
５０〜１５０ｋｇ刀ｏえて、燃焼用空気に酸素を富化し
、２５〜４０％の酸素を含ませ、これを３０ぴ０に子熱
して羽口から吹きこむと、上述のスラグ温度で安定する
ことが分った。

この場合例えば平均の条件をとると酸素約３２％にする
ために、純酸素をごみｔ当り１１０Ｎの、コークスを１
００ｋ９使用する。この補助資材をできるだけ減少させ
るために、本発明にあっては前述した本発明者の手にな
る２段の羽□による炉を用いる。第２図に見る如く下段
の羽口２６の５０仇吻上に新らしい羽口２５を設け、上
段と下段で空気量を２分し、上段の空気は予熱すること
なく、下段の空気は酸素を富化し、０２５〜４０％の酸
素濃度とし、更に３００℃に子熱して羽口から吹きこむ
と、コ−クスの使用量はごみｔ当り３０〜１００ｋｇで
済むことが分った。例えば平均の条件では下段の酸素を
２９％としたとき純酸素はごみｔ当り４７Ｎめでよく、
コークスは７５ｋ９でよ夕し、。（なお、図にあって２
１はシャフト部、２２は朝顔部、２３は炉床部、２４は
出連口を示す。）この例でみるように研究にもとづく装
置の僅かな改善で補助資材が大中に減らせるることが明
ら０かになつた。

そこでこのようなシャフト炉がどのような形状であるか
を研究した。炉を操業中羽口から燃焼支持ガスを送るの
をやめ、窒素を送ると、反応は停止し、炉はそのま）凍
結される。このようにして５調査すると、炉は第１図に
示すように上部ではごみはたゞ水分を失ない乾燥をうけ
、ついで朝顔部の直前で熱分解を受ける。このため朝顔
部には徴粉の炭化物が存在する。この状況から形状の変
らないごみが朝顔部内上部で支持されることが必要０な
ものと思われ、朝顔部の必要性と、この部分で粉状炭化
物を燃焼させるため、ここに上段羽口を設置する理由が
明らかである。炉床部には下段羽口があり、ここから燃
焼支持流体がおくりこまれ、内部に存在するコークスお
よび固体廃棄物から生じた炭素分（チャー）を燃焼する
。通常下段羽口附近はコークスが溜つており、下段羽〇
から３０仇肌ないし５０仇剛‘まコークスが集積してい
る。これをコークスベッドと称する。後述するように本
方法は炉の下部で高温で熱分解残糟を溶融し、上部では
低温の多量のガスで廃棄物を乾燥させる点に目的がある
。このためコークスベッド上に空気を供給し、燃焼ガス
の量を増し、箸るしい高温のガスを稀釈するのがよい。
このような見地から上段羽□２５は、下段羽口２６より
３０仇岬以上に贋く。一方ごみの寸法は１５０肋程度と
考えられる。このため７〜１０×（ごみ寸法）以上の距
離をおくと、それ以上は下段羽口２６で生じたガス流れ
が均一になってむだな距離となる。従って１５０仇肋以
上の距離をとる必要はない。炉内径が１５０Ｑ肋より４
・さし、場合、同様炉内径の均一化効果があるので、炉
内径より高くとる必要はない。更に距離が開きすぎると
下部のガスが冷えすぎて、上段の羽口２５で再着火しな
いおそれが残る。従って上段羽□２５は下段羽口２６の
影響が残っている範囲になければならない。さて、炉か
ら排出するスラグ温度を１３５０〜１５５０℃に、好ま
しくは１４００〜１５００ｑ０にすべきことは既述した
。

１段のつまり下段の位置の羽□２６のみで処理する場合
は羽□附近で燃えるコークスの高温の燃焼により熱分解
生成物を溶融し、ついでこの高温ガスによって廃棄物の
熱分解、乾燥を行なうため、廃棄物の性質が変わり、水
分の多い場合（乾燥を強化せねばならない）や、被溶融
物の多い場合（溶融のため高温を得なければならない）
などへの対応ができない。

本発明の２段の羽口はごみ質の変化に対応できると同時
にコークス、酸素等の補助資材を減らすことができる。

下段の羽□２６は高温を得ることが目的であり、できる
だけ高温が得られるような条件にすればよい。前述のス
ラグ温度を得るためには経験的には２００ｑＣに予熱し
た場合酸素２５％以＊上に富化した空気、常温の場合、
酸素３０％以上に富化した空気を用いる必要があった。
上段の羽口は高温を得る必要がないので、予熱した空気
または予熱しない空気を用いる。理屈で考えると羽口を
２段にし、下段で生じたガスをコークスベッドの上で燃
やすと炭素が有効に燃焼し、空気および純酸素から供Ｖ
給される総酸素量は一段羽口より多く必要のように思わ
れる。

しかし実験の結果同一のコークス使用量の場合総酸素量
はほゞ同一であった。たゞ２段羽口自身の効果でコーク
ス使用量が減り、これに応じて総酸素量もへる。補助資
材としてのコークスは通常考えられる固体廃棄物、特に
日本国内で発生する一般廃棄物を処理するためには、ご
みｔ当たり３０〜１００ｋ９必要である。

通常発生する水分５０〜５５％のごみでは、ごみｔ当り
４０〜８０ｋ９のコークスを要し、水分が多いごみでは
コークス所要量がふえる。必要な総酸素量は、コークス
所要量に応じて変化し、コークス３０ｋ９／ごみｔで、
１５０〜２２０Ｎの／ｔごみであり、コークス１００ｋ
９／ごみｔで２２０〜３００Ｎで／ｔごみである。

水分の多い一般ごみを処理した結果、基本的に上段の羽
口から吹き込まれる風量中の酸素量合計は、通常、上段
および下段の羽口から吹き込まれる風量中の酸素量の和
、即ち全酸素量の１５〜５０％と半量以下にすることが
必要であることが分った。

本方式の理解のため、一段羽口と二段羽口を比較して実
施例を示す。

実施例１一段羽口での操業例第２図に示した炉を用いて、上段羽□を用いず、下段羽
口のみで、一般廃棄物の溶融処理を行なった。

なお羽□本数は３本である。用いたごみ質は下記の通り
である。

物理組成可燃物厨芥類ゴムプラスチック不燃
物雑物３２．６％２８−７
７．０２５．２６．５（乾きごみ
ベース）化学組成
４０水分可燃物灰分低位発
熱量５０．８％３１．９１７．３・
１．２９３ｋｃａｌ／ｋ９ごみの装入時、ごみｔ当
り１１０ｋ９のコークスと、１００ｋｇの石灰石を加え
、純酸素１１０Ｎで／ｈを添加した空気６６洲わ／ｈ「
あわせて酸素３２．１％に富化し、熱交換器で３００
ｑ０に子熱した空気７７洲で／ｈを用いて、上記のごみ
をｌｔ／ｈの割合で処理した。

ごみｔ当り２１１ｋｇのスラグと３０ｋｇの鉄が溶融さ
れ、第２図の出溝口から排出された。スラグ温度は１４
４０℃であった。炉頂からＮ２４９．９％、Ｃ０２１３
．４％「Ｃ０２６１％、比８．５％、ＣＨ４１．斑％、
Ｃ２日４０．７％のガスがごみｔ当り１０８０Ｎの発生
した。

発生したガスは接続する燃焼設備で燃焼し、ボイラーお
よび熱交換器で熱回収を行なった。実施例２二段羽口での操業例第２図に示した炉を用いて、今度は上下段の羽□とも用
いて、一般廃棄物の溶融処理を行った。

前記一段羽口の操業と隔日交互に操業を行ったため、用
いたごみは質はほゞ同一である。なお、羽□本数は上下
段夫々３本ずつである。＊ごみの菱入時ごみｔ当り６
０ｋ９のコークスと９５ｋｏの石灰石を加え、下段羽口
からら純酸素８７．州〆／ｈを富化した空気磯磯め／ｈ
あわせて酸素３２．１％に富化し、熱交換器で３００℃
に子熱した空気６２５．州で／ｈを用い、上段羽口から
２６洲〆／ｈの３００ｑｏに子熟した空気を送りこんで
操業したところ「今度は１．２９／ｈの速度でごみが処
理された。

ごみｔ当り２０２ｋ９のスラグ２９ｋ９の鉄が生成した
。スラグ温度は１４５ぴ○であった。炉項からはＮ２５
１．０％、Ｃ０２１１．４％、Ｃ０２７．０％、比８．
５％、ＣＨ４１．５１℃、Ｃ２日４０．７０％のガスが
ごみｔ当り斑洲め発生した。

発生したガスは接続する燃焼装置で燃焼し、ボイラーお
よび熱交換器で熱回収を行なった。さて実施例１と実施
例２を比較すると次のようになる。

表にみられるようにすべての副資材原単位が低下し、生
成ガスから回収されるガス総発熱量が僅かに減少するの
みである。このように本発明を用いると、不経済に炉排
ガス中に放出される熱エネルギーを炉反応に利用でき、
各種の副資材使用量を減少させることができる。

記述した本発明者出願の特公昭５３一１６６３３号と比
較して、より一般的なごみ質に適用した結果、上段羽□
から送り込む風量および総酸素量は全風量および全酸素
量の半量以下、一般的にはかなり少なくする必要がある
ことが分った。

また、下段羽口から送り込む燃焼支持ガスは上段に比し
炉内の理論燃焼温度を十分高くするようにする必要があ
ることも分った。つまり下段から送り込む燃焼支持ガス
が質的にも高温を発し、量的にも多量の熱を発生すべく
多量の酸素を送り込むことが必要であることが明らかに
なったわけである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは溶融式燃却炉の反応状況説明図、同ｂは第１
図ａ中の炉内物の分布を示す凡例、第２図は本発明の羽
□位置説明図である。１・・・・・・シャフト部長上部、２・…・・熱分解帯
、３・・・・・・熱分解帯下部、４…・・・燃焼溶解帯
、５・・・・・・湯溜部、６・・・・・・出蓬孔、７・
・・・・・投入口、８…・・・ダクト、９・・・・・・
羽口、１０・・・・・・炉床部、１１・・・・・・朝顔
部、１２……シャフト部、２１……シャフト部、２２…
・・・朝顔部、２３・・・・・・炉床部、２４・・・・
・・出律口、２５……羽口、２６……羽口。オー図 ★Ｚ図

Claims

【特許請求の範囲】

１水分５０％以上の固体廃棄物を、主として１３５０
〜１５５０℃の溶融スラグと可燃ガスとに分解する際、
ごみｔ当り３０〜１００ｋｇのコークスを補助的に用い
、ごみｔ当り１５０〜３００Ｎｍ＾３の酸素分を空気お
よび酸素から供給するようにし、この酸素を含む燃焼支
持ガスを炉底から相当の高さに設けられた下段羽口と、
この羽口上３００ｍｍより高く、且つ、１５０ｍｍより
低い位置（但し、炉内径が１５０ｍｍより小さい場合は
、炉内径寸法より低い位置）に設けられた上段羽口とか
ら供給し、上段羽口から送り込む燃焼支持ガスはガス量
でもその中に含まれる総酸素量でも下段羽口から送り込
む燃焼支持ガスより少なくなるようにし、かつ下段から
送り込む燃焼支持ガスの酸素濃度と予熱温度の組み合わ
せによる炉内の理論燃焼温度が上段に比し十分高くなる
ようにしたことを特徴とする廃棄物の溶融式熱分解炉に
於ける燃焼支持ガス吹込方法。