WO1997049954A1

WO1997049954A1 - Procede de brulage/fusion pour four de fusion des dechets

Info

Publication number: WO1997049954A1
Application number: PCT/JP1997/002149
Authority: WO
Inventors: Yoshihiro Ishida; Youichi Tawara; Yasuhiko Kato; Yoshihiro Ono; Kazuhiro Kuribayashi; Norio Fukinaka; Hachiro Harajiri; Kazuki Murahashi
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1997-12-31
Also published as: EP0846919A4; DE69724562T2; EP0846919B1; DE69724562D1; US6189462B1; KR19990044091A; EP0846919A1

Description

明細書

廃棄物溶融炉の燃焼溶融方法技術分野

本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物等の再処理廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉の最適処理方法を検討し、廃棄物の質の変動に対しても、安定した操業ができ、かつ廃棄物の広域処理化や他の焼却灰、埋め立てられた廃棄物、汚泥等を同一の炉で処理することを可能とする廃棄物溶融炉の燃焼溶融方法に関するものである。従来の技術

近年都市の廃棄物を熱分解する方式が多く提案され、更に熱分解残渣を溶融し体積を減少しかつ有害物を減少しょうというシャフト炉も多い。特に特公昭 46 - 34349号、特公昭 52 - 24790号公報等が先駆的技術を提案している。これらに開示される溶融式熱分解方式を第 1 図により説明する。これは炉内の反応状態を示す図で、廃棄物およびコークスは炉頂の投入口（装入口） 1 1 からシャフト部 l aに装入され、装入物（充塡）層を形成して順次下降しながら、下方から上昇する反応（熱分解ガス）ガスによって順次溶融処理される。この処理により発生する排ガスは、装入口に隣接して設けられる排ガス管（ダク卜） 1 2から排ガス処理設備（図示せず）に導入され熱回収およびガス処理される。具体的には、投入口 1 1から炉に導入されたごみはシャフ卜部 l aに堆積する。この最上部 6 で廃棄物は水分を失い、乾燥する。次いでシャフト部の下部から朝顔部 5 は熱分解帯 7 である。このゾーン内の下部には特に熱分解後の炭化物チヤ —が多く存在する。羽口から供給された燃焼支持ガスで落下したコ —クス、石炭等の炭素系塊状可燃物（以下コ一クスという）およびチヤ一が燃焼する。ここを燃焼溶解帯 8 と称する。溶解したスラグ、鉄等は湯溜部 1 3に貯溜されるので、この位置近傍に設けられている出滓孔（図示しない）を間歇的にドリル等で穿孔して排出する。出滓が終ればモルタル等で閉じる。符号 1 0は 5 ， l a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 1 2から排出される。

炉に入った廃棄物は乾燥、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廃棄物が燃焼溶融帯に入りこみ、その結果燃焼溶融帯の温度を著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つの機能を同時に持つ必要がある。

さて、都市の廃棄物は一例として可燃分 47. 4 %、厨芥 26. 6 %、ゴム、プラスチック 8. 0 %、不燃物 1 8. 0 % (ゥエツトベース）を含み、水分は 40〜60 %にも達する。従って溶融式熱分解炉を適用する場合、前述の理由から、水分の乾燥に努力を払わねばならない。

この分野の公知技術の特公昭 6 0 ― 1 1 7 6 6 号公報においては、通常の廃棄物の質変動や広域処理化や、他の焼却施設の焼却灰、埋め立てられた廃棄物の再処理、汚泥等との混合処理を同一炉で実施する場合、効率的に安定して操業することができない。

すなわち、水分、不燃分のいずれかの割合が多い場合、補助燃料であるコークスの使用量の増加、それに伴って下段羽口から送り込む酸素量の増加が必要であり、逆に可燃分が多い場合、、コ一クス使用量の低減、上段羽口での廃棄物の燃焼量を増加することが安定的に効率的に運転するために必要である。

また、特公昭 6 3 — 3 2 0 7号および特公平 2 — 6 0 6 号公報には、充塡層上部の酸素濃度がほぼ 0、かつ排ガス温度を 700 〜1 200 °Cに維持するために、炭素系可燃物質の供給量および、高温炉床への酸素含有ガス供給量を調節する方法、また充填層上部の排ガス温度を 400 〜 1 200 °Cに維持するために、廃棄物の供給量を調節する方法が開示されている。

前者では、上段羽口が設置されている構成において、そのまま適用すること、すなわち、炭素系可燃物質の供給量と高温炉床への酸素含有ガス（本発明では、下段羽口から吹き込み）を調節するのみでは、安定操業は不可能である。これは、炭素系可燃物質の供給量と下段羽口からの酸素量を調節するのみでは、燃焼溶融条件が変わるのみなので、特に可燃物が多い廃棄物では、上段羽口での廃棄物燃焼量を適正にすることが不可能であり、安定操業とならない。後者の場合においても、乾燥、熱分解、燃焼溶融ゾーンの充塡層を形成し、上段羽口が設置されている構成において、そのまま適用することは不可能である。すなわち、廃棄物の供給量は、乾燥、熱分解、燃焼溶融ズーンそれぞれの処理速度の合計となるので、上段羽口での廃棄物燃焼量を適正にしない限り、排ガス温度は調節不可能となる。発明の開示

従来の技術において、可燃性物質を含む廃棄物は、乾燥、熱分解、燃焼溶融ゾーンに降下する不燃分と熱分解によって発生する熱分解残澄の温度は、十分高く維持され、安定した溶融が可能である。しかし、これは通常の廃棄物の質変動の範囲におけるものであって、最近問題となっている廃棄物の広域処理化や他の焼却施設の焼却灰、埋め立てられた廃棄物、汚泥等を同一の炉で処理する場合においては、廃棄物の質変動が大きく、従来の技術では効率的、安定的な操業が困難となる。本発明はこのような、廃棄物の質が大きく変動する場合においても、コークスおよび廃棄物中可燃物質の炉内での燃焼を最適化して、効率良く処理することを可能とする燃焼溶融方法を実現することを目的とする。

また、同一の充塡層の層厚で処理すると、廃棄物の質が変動すると熱交換量が変動し、排ガス温度を一定に維持することが難しくなるが、このような状態でも充塡層の層厚を調整することによって最適操業に復帰させ、安定操業を行うことを可能とする。

さらに、本発明は、廃棄物溶融炉の平面方向に複数本の上段羽口が設置された廃棄物溶融炉内における横断面方向で装入物の荷下がりを均一にし、また、空洞部の発生による荷下がり不良や局部的なガスの集中流れによる熱交換不良を最小限に抑えるために、廃棄物溶融炉の上段羽口燃焼支持ガス吹き込み量の制御方法を提供するものである。上記の目的を達成する本発明の要旨とするところは、下記のとおりである。

( 1 ) 可燃性物質を含む廃棄物と炭素系塊状可燃物を上部から供給し、乾燥、熱分解、燃焼 · 溶融ゾーンを持つ廃棄物の充塡層を形成せしめ、炉下部から溶融物を排出し炉上部から可燃性ガスを排出する廃棄物の熱分解溶融方法において、前記燃焼 · 溶融ゾーンには複数段配列した下段羽口を設け、下段燃焼支持ガス（酸素を含有したガス）の供給により炭素系塊状可燃物を主体に燃焼させ、この羽口上の位置に複数段配列した上段羽口を設け、上段燃焼支持ガスの供給により廃棄物の一部を燃焼させる際に、前記上段燃焼支持ガスと下段燃焼支持ガスの合計で、廃棄物 t 当たり 1 30 ~ 600 Nm ^:iの酸素分を供給するようにし、前記上段羽口からの酸素量の割合が、下段と上段の合計の 0. 2 〜0. 8 となる様に前記上段羽口から上段燃焼支持ガスを供給し、さらに前記下段羽口から供給する酸素量が炭素系塊状可燃物の理論酸素量の 0.8 倍以上となるように供給量を調整し、かつ廃棄物の充塡層上の排ガス温度を 150 〜700 °Cとすることを特徴とする廃棄物溶融方法。

( 2 ) 前記（ 1 ) の廃棄物溶融方法において、廃棄物の充塡層上の排ガス温度の制御は廃棄物の充填層の層厚を調整することによつてなされることを特徴とする廃棄物溶融方法。

( 3 ) 前記（ 1 ) の廃棄物溶融方法において、廃棄物溶融炉の横断面方向に設置された複数本の上段羽口燃焼支持ガス吹込量の制御は、廃棄物溶融炉のシャフト部の横断面方向に複数本、且つ高さ方向に複数段設置された温度計により溶融炉内の温度を測定し、検出された温度が規定範囲外の場合には、上段羽口からの上段燃焼支持ガス量を増減することを特徴とする廃棄物溶融方法。

( 4 ) 前記（ 1 ) の廃棄物溶融方法において、下段燃焼支持ガスの酸素濃度は 3 0 %以上、上段燃焼支持ガスの酸素濃度は 2 1 %以下とすることを特徴とする廃棄物溶融方法。

( 5 ) 前記（ 1 ) の廃棄物溶融方法において、炭素系塊状可燃物の性状は炭素 3 0 ドラィ％以上、灰分 7 0 ドライ％以下であることを特徴とする廃棄物溶融方法。

( 6 ) 前記（ 2 ) の廃棄物溶融方法において、充塡層の層厚は、下記数式を満足することを特徴とする廃棄物溶融方法。

H / D≥ 1

但し、 H _: 充塡層厚で、下段羽口先端中心から充塡層上端までの高さ（m)

D ：炉の最小内径（m) 、通常炉底部燃焼溶融ゾーンでの炉の内径図面の簡単な説明第 1 図は本発明に係る廃棄物溶融炉の概略を示す図である。

第 2 ( a ) 図は本発明の第 3 発明における廃棄物溶融炉の縦断面図の説明図であり、第 2 ( b ) 図は横断面図の説明図である。

第 3 図は本発明の第 3発明の実施例のタイムチヤ一トを示す図である。

第 4 図は本発明の第 3 発明の別の実施例のタイムチヤ一トを示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明者が多数の実験の結果から次の知見を得て、本発明を達成したものである。第 1 には、このシャフト炉におけるスラグは 1350 〜 1550°C、好ましくは 1400~ 1500°Cで溶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 1350°C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。一方、高温のスラグは炉の耐火物を著しく溶損するので高温過ぎても問題となる。このため、最も最適な操業温度は炉から排出されるスラグ温度で 1400~ 1500°C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、廃棄物は相^の可燃分を含み、 1000〜 3000kcalZkg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。本発明では高濃度酸素の使用を減ずるために高温度を発して燃えるコ一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たところ、コ一クスを廃棄物 t 当り 50~ 150kg 加えて、燃焼用空気に酸素を富ィ匕し、 25〜40%の酸素を含ませ、羽匚 Iから吹きこむことによって、上述のスラグ温度で安定することが分かった。この場合、平均の条件として、酸素約 32 %にするために、純酸素を廃棄物 t 当り 1 1 0 N _m ³ 、コークスを】 00 k g 使用した。

この補助資材をできるだけ減少させるために、本発明では 2段の羽口による炉を用いる。第 1 図のように下段の羽口 2 の上に新しい羽口 3 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、 30〜40 %の酸素濃度とし、羽口から吹きこむことによって、コークスの使用量はごみ t 当り 20 ~ 1 00k で済むことが分かった。例えば平均の条件では下段の酸素を 28 %としたとき純酸素はごみ t 当り 24 N m ³ でよく、コークスは 20 k gでよい。

以上の実験から溶融炉の装置の僅かな改善でコークス、純酸素の補助資材が大巾に減らせることが明らかになった。

このため、シャフト炉がどのような形状が最適であるかを実験した。炉を操業中羽口から燃焼支持ガスを送ることを中止し、窒素を送ると、反応は停止し、炉はそのまま凍結される。このようにして調査すると、炉は第 1 図に示すように上部では廃棄物はただ水分を失い乾燥され、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微粉の炭化物が存在する。この状況から形状の変わらないごみが朝顔部内上部で支持されることが必要なものと思われ、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送り込まれ、内部に存在するコークスぉよび固体廃棄物から生じた炭素分（チヤ一）が燃焼する。通常下段羽口附近はコ一クスが溜まっており、下段羽口から 300mm ないし 50 0 mm はコ一クスが集積しており、これをコ一クスべッドと称する。後述するように本方法は炉の下部で高温で廃棄物中不燃物を溶融し、上部では低温の多量のガスで廃棄物を乾燥させる点に特徴がある。このためコークスべッド上に空気を供袷し、燃焼ガスの量を増し、著しい高温のガスを稀釈することが好ましい。このような見地から上段羽口 3 は、下段羽口 2 より 300mm 以上に置く。更に距離が開き過ぎると下部のガスが冷えすぎて、上段の羽口 3 で再着火しないおそれが残る。従って上段羽口 3 は下段羽口 2 の影響が残っている範囲になければならない。

大型炉になると、下段羽口と上段羽口の距離が長くなるが、その場合は、上段羽口を上下に複数段設置すれば前記問題がなくなる。

さて、炉から排出するスラグ温度を 1 350〜 1 550 °Cに、好ましくは 1400〜 1 500 °Cにすべきことは既述した。 1 段で、下段の位置の羽口のみで処理する場合は羽口附近で燃えるコークスの高温の燃焼により廃棄物中不燃物を溶融する。ついでこの高温ガスによって廃棄物の熱分解、乾燥を行うため、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レ、。

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一クス、酸素等の補助資材を減らすことができる。下段の羽口 2 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。酸素濃度の上限は、特に規定しないが、副資材であるコ一クスと純酸素等の高濃度酸素の使用量を総合的に抑え、さらに局部的な異常高温による炉壁の損傷を抑えるために 4 0 %程度で十分である。上段の羽口は高温を得る必要がないので、酸素富化をしない酸素濃度 2 1 %以下とし、予熱した空気または予熱しない空気、または上段羽口近傍での高温化によるクリン力の生成を抑えるために水蒸気、窒素等の不活性ガスを空気に混入したり、燃焼排ガス等の低酸素濃度ガスを空気に混入したり、単独に用いることで燃焼温度を抑制することもできる。理論的には羽口を 2段にし、下段で生じたガスをコ一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給される総酸素量は一段羽口より多く必要となる。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ぼ同一であった。ただ 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減少した。

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 20 〜 1 00 k g 必要である。通常発生する水分 40〜60 %のごみでは、ごみ t 当り 30〜80 k gのコークスを要し、水分または不燃分が多いごみではコークス所要量が増える。

廃棄物の質が大きく変動する場合、以下の条件となるように操業すると、安定的および効率的に操業出来ることがわかった。

廃棄物 t 当たりに必要な酸素量は、コークス所要量に応じて変化するが、 1 30Nm ³以下にすると、コ一クスおよび廃棄物中可燃分の炉内での燃焼が不足し、乾燥、熱分解、溶融に必要な熱量の維持ができなくなる。その結果溶融物の排出が困難となり、操業が不可能となる。 600Nm ³以上にすると、コークスおよび廃棄物中可燃分の炉内での燃焼が過剰となり、排ガス温度が高くなるので効率的な操業にならない。下段羽口から送り込む下段燃焼支持ガスの酸素量を、理論燃焼酸素量の 0. 8 倍以上とすることで、コークスを完全燃焼し、吸熱反応によるロスを抑えることができるので、最も効率的にコ一クスを利用しつつ、溶融、乾燥用の熱源を確保することができ、排ガス温度を高温に維持可能とする。

上段羽口からは、その酸素量の割合が下段羽口から送り込む酸素量と上段羽口のそれとの合計の 0. 2 〜 0. 8 となるように上段燃焼支持ガスを供給する。これが 0. 2 以下では、廃棄物中の熱分解粉状炭化物の燃焼を維持できず、また 0. 8 以上では廃棄物中の熱分解粉状炭化物に対し、酸素が過剰となり、部分的に還元燃焼状態が維持できず、排ガスカロリが低下する。この場合、通常後段に 2 次燃焼室を配置し完全燃焼をさせようとしても、自燃することができなくな

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廃棄物充塡層上の温度は、 1 50 〜700 °Cの範囲に規定するが、さらに安定的、効率的な操業をするには、好ましくは 200 〜300 である。排ガス温度を 1 50 ^QC未満では、特に水分割合の大きい廃棄物やプラスチックの多い廃棄物等のタール発生割合が大きい廃棄物を処理する場合には、排ガス温度が低下し廃棄物の温度上昇が緩やかになり、低温での熱分解により発生するタール分の割合が増大する。このため、排ガス中のタール量が相乗的に増大するので、熱分解ゾーンで発生したタール分は充填層上部の乾燥ゾーンを通過する際、凝縮量が増大する。その結果乾燥ゾーンでの通気性を阻害し、ついには操業の継続を困難とする。

一方、排ガス温度を 700 °C超にすると、特に可燃分割合の小さい廃棄物を処理する場合において、高温での熱分解により熱分解ガス化割合が増大するため、炉内に残留する可燃性の熱分解残渣の量が減少し、炉内での廃棄物中可燃分の燃焼量が減少して、その結果乾燥熱源が不足し、コークスの供給量を増大する必要が生じるので、不経済な操業となる。さらに、 700 °C超では、排ガス中で中和されている塩素が、 CaC l ₂ + H ₂ 0 →CaO + 2HC 1に代表される反応で、塩化水素ガスになり、溶融炉頂部および排ガスダク卜が腐食するので、設備として耐食性を考慮した設計が必要となり設備コストの増大を招く。また、排ガス中の低融点化合物が、溶融炉頂部および排ガスダク卜に付着するので長期の運転が困難となる。以上のように、排ガス温度は、廃棄物の質の変化を最もよく表すので、前記コークス供給量、酸素量、下段酸素量の割合を調整する重要な指標となる。すなわち、排ガス温度が低下する場合、廃棄物の水分もしくは灰分割合が多いので、乾燥熱源、溶融熱源を補完するためにコークスの供給量を増加し、それに伴い下段の酸素割合を増加する。逆に、排ガス温度が上昇する場合、可燃分が多いのでコ — クスの供給量を減じ、それに伴い下段羽口の酸素量割合を減じ、上段羽口の酸素量割合を増加すれば、可燃分の熱分解残渣の燃焼量が増加して乾燥熱源が確保され、不燃分も昇温される。その結果、相乗効果によりさらにコ一クスの供給量はさらに削減可能となる。つまり、前述の関係から、コークス供給比率（kg/廃棄物 Oは、下記数式を満足するように調整し、かつ上段羽口酸素量の割合で 0. 2 〜 0. 8 の範囲に調整し、さらに廃棄物 1 1当たりに必要な酸素量を調整することによって、排ガス温度を制御する。

( コ一クス供給比率） ≤ { 1 一（上段羽口酸素量の割合） } ( 廃棄物 I t当たりに必要な酸素量） Z ( コークス l kg 当たりの理論酸素量） X 0. 8

前記コークス供給比率と下段羽口の酸素量割合の調整は、人為的または機械的等で制御してもよく特に限定するものではない。

本発明の第 2 発明においては、廃棄物の質が大きく変わる場合、例えば同一の可燃分、水分、不燃分割合でも、形状が異なる場合がある。これには一方が形状が大きく比表面積が小さく、他方は形状が小さく比表面積が大きい場合である。この場合、同一の充塡層の層厚で処理すると、形状が大きく比表面積が小さい場合は、排ガス温度を適正に保つことがてきても、形状が小さく比表面積が大きい場合は、充填層での熱交換量は過剰になり、排ガス温度を適正な 15 0 °C以上に維持することが不可能な場合が発生する。この対策として、請求の範囲 1 のように、酸素量、コ—クス供給速度、下段酸素量割合を調整する方法以外に、さらにそれらの条件を変えずに、比表面積の差がキャンセルされるように、充塡層の体積を変更する方法でもよい。この場合、炉断面積は一定であるので、第 2 発明に規定する充塡層の層厚を調整することによって、安定操業を得るものであ。。

充塡層の層厚は、 H/D ≥ 1 を満足する必要があり、前記条件を満足しない場合、充塡層内のガス流れは偏り易くなり、充塡層の熱交換効率が変動し、安定した操業にならない。

以下に実施例によって本発明をさらに説明する。実施例

実施例 1

本実施例は、 2 段羽口での一般廃棄物を対象とした処理時の操業例である。第 1 図に示した炉を用いて、上段および下段羽口から燃焼 · 溶融用ガスを供給し前記一般廃棄物の溶融処理を行った。

この上段羽口と下段羽口の間隔は 5 0 0 m mで、本数はそれぞれ、上段 8 本、下段 4 本の羽口であった。

用いた廃棄物の質は下記のとおりであった。

水分灰分可燃分低位発熱量

42.4% 15.0% 42.6% 1720kcal/kg

炉上からの排ガス温度が適正になるように操業条件を調整した。その条件として、廃棄物の装入時、廃棄物 t 当たり 3()kgのコ一クスと、 20kgの石灰石を加え、廃棄物 t 当たり下段羽口からは常温の純酸素 33Nm³ を添加した常温の空気 120Nm³、合計で 38% に富化した燃焼支持ガスを吹き込んだ。上段羽口からは 495Nm^:iの常温の空気を吹き込み、上段羽口からの酸素割合は全体の 0.6 で、下段羽口からの酸素量はコ一クスの理論燃焼酸素量の 1.3 倍、廃棄物 t 当たりの全体の酸素量は 162!½^:'であり、上記廃棄物 3. Ot/hの割合で処理した。

その結果、廃棄物 t 当たり 109kg のスラグと 47kgのメタルが溶融され、出滓口から排出された。その時、スラグ温度は 1480°Cであつた。炉頂からは、 N₂ :58.6¾, C0₂ :15.9¾, CO: 14.6%, H ₂： 9.4¾, CH .： 1.5% のガスが 350 °Cの温度で、廃棄物 t 当たり 1420Nm^:l 発生した。

発生したガスは接続する燃焼設備で燃焼し、ボイラおよび熱交換器で熱回収を行つた。

なお、上段羽口と下段羽口の間隔を、 1500および 2000mmとした場合も試験的に実施したが、前記操業条件を変えることなく処理可能であることが確認できた。

実施例 2

本実施例は、 1 段羽口での一般廃棄物を対象とした処理時の操業例である。第 1 図に示した炉を用いて、上段を用いず、下段羽口のみで燃焼，溶融用ガスを供給し前記一般廃棄物の溶融処理を行ったこの下段羽口の本数は 4 本であった。

用いた廃棄物の質は下記のとおりであった。

水分灰分可燃分低位発熱量

42.4¾ 15.0¾ 42.6¾ 1720kcal/kg

廃棄物の装入時、廃棄物 t 当たり 60kgのコ一クスと、 20kgの石灰石を加え、廃棄物 t 当たり常温の純酸素 92Nm³ を添加した常温の空気 334Nm^:'、合計で 38% に富化した燃焼支持ガスを用いて、上記廃棄物 3. Ot/hの割合で処理した。下段羽口からの酸素量はコ一クスの理論燃焼酸素量の 1.7 倍、廃棄物当たりの全体の酸素量は 162Nm³であり、

その結果、廃棄物 t 当たり 109kg のスラグと 47kgのメタルが溶融され、出滓口から排出された。その時、スラグ温度は 1490°Cであつた。炉頂からは、 N₂ :42.5¾, C0₂： 19.0¾, C0:24.0¾, H₂： 12.5%, CH, :2.0 % のガスが 340 °Cの温度で、廃棄物 t 当たり 1210Nm^:t 発生した。発生したガスは接続する燃焼設備で燃焼し、ボイラおよび熱交換器で熱回収を行った。

実施例 3

本実施例は、 2 段羽口での一般廃棄物処理と高水分廃棄物（汚泥 ) の混合処理を対象とした処理時の操業例である。第 1 図に示した炉を用いて、上段および下段羽口から燃焼 · 溶融用ガスを供給し前記混合物の溶融処理を行った。

この上段羽口と下段羽口の間隔は 500mm で、本数はそれぞれ、上段 8 本、下段 4 本の羽口であった。

用いた廃棄物の質は下記のとおりであった。

水分灰分可燃分低位発熱量

61.6% 10.0% 28.4¾ 950kcal/kg

炉上からの排ガス温度が適正になるように操業条件を調整した。その条件として、廃棄物の装入時、廃棄物当たり 6()kgのコークスと、 20kgの石灰石を加え、廃棄物 t 当たり下段羽口からは常温の純酸素 50Nm^:i を添加した常温の空気 185Nm³、合計で 38¾！に富化した燃焼支持ガスを吹き込んだ。上段羽口からは 340Nm の常温の空気を吹き込み、上段羽口からの酸素割合は全体の 0.4 で、下段羽口からの酸素量はコ一クスの理論燃焼酸素量の 0. 9 倍、廃棄物 t 当たりの全体の酸素量は 159ΝΠΓ¹であり、上記廃棄物 3. Ot/hの割合で処理した。

その結果、廃棄物 t 当たり 76kgのスラグと 33kgのメタルが溶融され、出滓口から排出されたいその時、スラグ温度は 1480°Cであった o 炉頂からは、 N₂ :57.6¾, CO,： 17.0¾, C0:17.0¾, II, :7.3¾, CH 1.2¾；のガスが 230 °Cの温度で、廃棄物 t 当たり 1520ΝΠ)³ 発生した。

] 4 発生したガスは接続する燃焼設備で燃焼し、ボイラおよび熱交換器で熱回収を行った。

以上の実施例の結果を第 1 表にまとめて示す。

第 1表実施例羽口純酸素量空気純酸素コ -クス排ガス上段羽口からの下段羽口からの供給酸

No. 段数 (上段 + NmV NmV kg/ 温度酸素供給割合素量のコークス理論燃下段) Nm³ 廃棄物。C 焼酸素量に対する割合 1廃棄物 t 物 t t t

1 2段 42.4 162 615 33 30 350 0.6 1.3

2 1段 42.4 162 334 92 60 340 0 1.7

3 2段 61.6 159 525 50 60 230 0.4 0.9

第 1 表から、 1 段羽口に対して 2 段羽口では、コ一クスおよび純酸素の原単位が低下している。また、廃棄物中水分が多くなる例においては、排ガス温度が適正になるようにするには、コ一クス、純酸素等の条件の変更が必要となる。本発明を用いると、廃棄物の質変動が大きい場合においても、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、各種の副原料使用量を減少させることができ、操業のトラブルも未然に防止して安定した操業ができる。つまり、廃棄物の質に応じ、コークス、純酸素等の副原料を効率的に利用し、トラブルのないように操業するには、廃棄物 t 当たり 1 30 〜 600 Nm ³の酸素分の燃焼支持ガスを供給し、上段羽口から送り込む酸素量は全体の 0. 2 ~ 0. 8 となるように燃焼支持ガスを供給する。また、下段羽口から送り込む燃焼支持ガスの酸素濃度は 30 % 以上として、コークスは下段羽口から送り込む酸素量がコークスの理論燃焼酸素量の 0. 8 倍以上となるように供給量を調節し、廃棄物充塡層上の排ガス温度で 1 50 〜700 °Cとすればよいことがわかる。

また、本発明の第 2 発明においては、充塡層厚の測定のため重錘式や超音波式等で、充塡層上端のレベルを測定し、層厚の変更は、そのレベルを上下することで実施する。

充塡層の層厚を減じるには、それまで連続若しくは準連続の廃棄物の供給を一時的に中断し、所定のレベルになると廃棄物の供給を再開する。層厚を増すには、その逆を行うことで層厚を調節することが可能となる。

前記実施例 3 において、（充塡高さ）バ炉底部炉内径）， 2. 0 で、充塡層高さ 4 mの条件にて、破砕処理した比表面積の大きい廃棄物を処理した場合、充塡層の高さを変えずに処理を行うと、充塡層上の排ガス温度は、 1 50 °Cを維持できない。

そのため、前記層厚の変更操作によって、充塡層高さ 3mに減じるのみで、酸素量、コークス供給量、下段酸素量割合等の条件を変更することなく、排ガス温度を 200 °Cを越える温度に維持することができた。この時、（充填層高さ） / ( 炉底部炉内径） 1 . 5 で、 1 . 0 以上が確保されているので、排ガスの偏流もなく安定した運転になつた。

実施例 4

本発明の第 3 発明の実施例を説明する。第 2 ( a ) 、第 2 ( b ) 図は本実施例の廃棄物溶融炉の説明図で、第 2 ( a ) 図は廃棄物溶融炉の縦断面図、第 2 ( b ) 図は横断面図である。

廃棄物溶融炉自体の構造は前述の従来の溶融炉と同じであり、各上段羽口 3 には上段羽口燃焼支持ガス吹き込み量を制御する遮断弁 1 6が設けられている。

本発明においては、横断面方向の装入物〗 bの荷下がり及び空洞を検出するため、シャフト部 1 aの横断面方向に間隔をおいて複数本、高さ方向に複数段温度計 1 5を設置し、溶融炉内のガス及び固体の温度を測定する。温度計 1 5の設置場所は、上段羽口 3 の上へ並ぶように設置する。

前記構成において、装入物 1 bの荷下がりが安定し良好な場合、温度計は固体の温度を測るため、温度指示は比較的低い値を示し、一方、荷下がりが不良な場合や空洞部が発生している場合、また、局部的なガスの集中流れが発生している場合は、固体とガスの熱交換が十分行われないため、温度指示は比較的高い温度を示す。

第 3 図は、本実施例のタイムチャートである。

第 3 図において、ある段の温度計 1 5 a〜 1 5 dの指示がある規定値以下（第 3 図において 0 ) の時は、温度計 1 5 a〜1 5 dが固体の温度を測るため、固体が存在しており、荷下がりが安定し良好な状態なので、遮断弁 1 6 a〜 1 6 d は開けたままの状態で所定量の上段燃焼支持ガスを吹き込む。

一方、例えば、温度計 1 5 aの指示がある規定値を超えた場合（第 3 図において温度計 1 5 aの 1 ) は、固体とガスの熱交換が十分行われていないため、荷下がり不良の状態となっているので、遮断弁 1 6 a により上段羽口 3 aの上段燃焼支持ガス吹き込み量を減じ、 3 b， 3 c, 3 dは増加させ、その後、温度計 1 5 aの指示が規定値以下になったら遮断弁 1 6 a を開いて上段燃焼支持ガス込み量をもとに戻す。

以上のように上段燃焼支持ガス吹き込み量を制御することで、荷下がりが良好な部分はその状態を維持し、ガスと装入物の熱交換が十分に行われる。荷下がり不良な部分は熱量が過剰なため、上段燃焼支持ガス量を減じることで発生する熱量が低減し、熱的にバランスする方向へ行く。

第 4 図は、本の別実施例のタイムチャートである。

第 4 図において、廃棄物溶融炉内における装人物の荷下がりを均一にして、炉操業を安定化させるため、上段羽口の各羽口の上段燃焼支持ガス吹き込み量の増減を一定時間毎に周期的に行う操業方法で、吹き込みが開始されると、上段羽口 3 aでは上段燃焼支持ガスを吹き込まず、残りの上段羽口 3 b , 3 c , 3 dから同量の上段燃焼支持ガスを吹き込む。その後、所定時間（通常 1 0分）後に、上段羽口 3 bの上段燃焼支持ガス吹き込みを停止すると同時に上段羽 U 3 aの上段燃焼支持ガス吹き込みを開始する。さらに、所定時間後に上段羽口 3 cの上段燃焼支持ガス吹き込みを停止すると同時に上段羽口 3 bの上段燃焼支持ガス吹き込みを再開する。その後、所定時間後に上段羽口 3 dの上段燃焼支持ガス吹き込みを停止すると同時に上段羽口 3 cの上段燃焼支持ガス吹き込みを再開する。以上の動作を周期的に行うもので、各上段羽口 3 a〜 3 dの吹き込み停止にかかわらず、上段羽口の単位時間当たりの総ガス量は一定である例えば、処理量 20 トン/日で、羽口段数 2段、羽口数 4 本 Z段の溶融炉の場合、上段燃焼支持ガスの総量 400Nm ³ /時間で、各上段羽口 3 a〜 3 dを順次 1 0分間吹き込み、その後停止させるパターンを繰り返した結果、組成が比較的均一な廃棄物の場合には有効であつた。

ところが、組成が著しく不均一な廃棄物を処理する場合、装入物の荷下がりの変動が生じ、温度計 1 5 aの指示が規定値を超えるので、遮断弁 1 6 a により上段羽口 3 aの上段燃焼支持ガス吹き込み量を減じ、その後、温度計 1 5 aの指示が規定値以下になると遮断弁】 fi a により上段燃焼支持ガス吹き込み量を前記パターンにしたがって調整して、安定した炉操業を行うことができた。上段羽口 3 d についても同様に、温度計 1 5 dが規定値以上になった場合、遮断弁 1 6 d により上段羽口 3 dの上段燃焼支持ガス吹き込み量を減じる。

一度空洞が発生した場合は、上段燃焼支持ガス量を増加し装入物の処理速度を増加させるよりも、上段燃焼支持ガス量を減じ装入物への浮力を低減するほうが空洞を埋めるのに要する時間が短くできる。産業上の利用可能性

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 —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。また、装入物の荷下がりを均一にし、また、空洞が発生した場合には荷下がり不良や局部的なガスの集中流れによる装入物とガスの熱交換不良を最小限に抑えることができる。

また、空洞部が発生し熱交換が不十分になつた場合でも上段羽口からの上段燃焼支持ガス量を減じ発生する熱量を抑えるため、ガス温度は低下するので、炉壁の耐火物の局部加熱を防止することが可能となり、設備寿命を長くすることができる。

本発明では、ガス流の集中部位が発生し、廃棄物とガスの熱交換量が低下しても、早期に回復できるので、廃棄物の処理速度を平均的にアップさせることが可能となり、また、廃棄物溶融炉断面積の余裕を極小にすることが可能となり、設備をコンパク卜にすることができる。

また、ガス流の集中部位が発生した場合でも早期に回復し、安定操業できるので、ボイラタービンを設置し、エネルギー回収をする場合も、発電効率が平均的にアップし省エネに寄与する。

Claims

請求の範囲

1. 可燃性物質を含む廃棄物と炭素系塊状可燃物を上部から供給し、乾燥、熱分解、燃焼 · 溶融ゾーンを持つ廃棄物の充塡層を形成せしめ、炉下部から溶融物を排出し炉上部から可燃性ガスを排出する廃棄物の熱分解溶融方法において、前記燃焼 · 溶融ゾーンには複数段配列した下段羽口を設け、下段燃焼支持ガス（酸素を含有したガス）の供給により炭素系塊状可燃物を主体に燃焼させ、この羽口上の位置に複数段配列した上段羽口を設け、上段燃焼支持ガスの供給により廃棄物の一部を燃焼させる際に、前記上段燃焼支持ガスと下段燃焼支持ガスの合計で、廃棄物 t 当たり 1 30 〜6 () 0 Νπτ'の酸素分を供給するようにし、前記上段羽口からの酸素量の割合が、下段と上段の合計の 0. 2 〜0. 8 となる様に前記上段羽口から上段燃焼支持ガスを供給し、さらに前記下段羽口から供給する酸素量が炭素系塊状可燃物の理論酸素量の 0. 8 倍以上となるように供給量を調整し、かつ廃棄物の充塡層上の排ガス温度を 1 50 〜700 °Cとすることを特徴とする廃棄物溶融方法。

2. 請求の範囲 1 の廃棄物溶融方法において、廃棄物の充塡層上の排ガス温度の制御は廃棄物の充塡層の層厚を調整することによつてなされることを特徴とする廃棄物溶融方法。

3. 請求の範囲 1 の廃棄物溶融方法において、廃棄物溶融炉の横断面方向に設置された複数本の上段羽口燃焼支持ガス吹込量の制御は、廃棄物溶融炉のシャフト部の横断面方向に複数本、且つ高さ方向に複数段設置された温度計により溶融炉内の温度を測定し、検出された温度が規定範囲外の場合には、上段羽口からの上段燃焼支持ガス量を増減することを特徴とする廃棄物溶融方法。

4. 請求の範囲 1 の廃棄物溶融方法において、下段燃焼支持ガスの酸素濃度は 3 0 %以上、上段燃焼支持ガスの酸素濃度は 2 1 %以下とすることを特徴とする廃棄物溶融方法。

5. 請求の範囲 1 の廃棄物溶融方法において、炭素系塊状可燃物の性状は炭素 3 0 ドライ％以上、灰分 7 0 ドライ％以下であることを特徴とする廃棄物溶融方法。

6. 請求の範囲 2 の廃棄物溶融方法において、充塡層の層厚は、下記数式を満足することを特徴とする廃棄物溶融方法。

Ε / Ό ≥ I

但し、 H ：充塡層厚で、下段羽口先端中心から充壙層上端までの高さ（m )

D _: 炉の最小内径（m ) 、通常炉底部燃焼溶融ゾーンでの炉の内径