WO2012137307A1 - ガス化溶融設備 - Google Patents

Abstract

　このガス化溶融設備（１）では、廃棄物（５１）を熱分解し熱分解ガス（５２）を発生させると共に不燃物を排出する流動床ガス化炉（２）と、熱分解ガスを導入する熱分解ガスダクト（２１）を備える竪型旋回溶融炉（１５）と、流動床ガス化炉（２）と竪型旋回溶融炉（１５）の熱分解ガスダクト（２１）とを接続する熱分解ガス通路３と、不燃物を微細粒に粒度調整し粉砕不燃物とする粉砕手段（１４）と、粉砕不燃物を熱分解ガス通路（３）に投入すると共に、気流搬送中に比重差により粉砕不燃物に含まれる金属を分離する気流搬送手段（３０）と、を備え、竪型旋回溶融炉（１５）において、熱分解ガスと粉砕不燃物とを溶融する。

Description

ガス化溶融設備

　本発明は、廃棄物をガス化溶融するガス化溶融設備に関する。

　従来、都市ごみを始めとして不燃ごみ、焼却残渣、汚泥等の廃棄物まで幅広く処理できる技術としてガス化溶融システムが知られている。ガス化溶融システムは、廃棄物を熱分解してガス化するガス化炉と、ガス化炉の下流側に設けられ、ガス化炉にて生成された熱分解ガスを高温燃焼し、ガス中の灰分を溶融スラグ化する溶融炉と、溶融炉から排出される排ガスを燃焼する二次燃焼室とを備えており、廃棄物の資源化、減容化及び無害化を図るために、溶融炉からスラグを取り出して路盤材等の土木資材として再利用したり、二次燃焼室から排出される排ガスから廃熱を回収して発電を行うなどしている。

　このようなガス化溶融システムのガス化炉には、流動床ガス化炉が多く用いられている。流動床ガス化炉は、炉底に燃焼空気の供給により流動媒体を流動化させた流動層が形成され、該流動層内に投入した廃棄物を部分燃焼させ、該燃焼熱により高温に維持される流動層内で廃棄物を熱分解する装置である。

　また、流動床ガス化炉は、炉底から流動媒体である砂と共に不燃物を排出するように構成されている。上述したようにガス化溶融設備には減容化の要求があり、最終的に埋め立て処分される不燃物を少なくすることが重要である。減容化の手段としては、不燃物から鉄やアルミニウム等の有価金属を回収することで、最終的に埋め立て処分される不燃物を少なくする手段等が知られている。

　他の廃棄物の減容化の手段として、特許文献１には、有価金属が取り除かれた不燃物を粉砕して溶融炉に導入し溶融するガス化溶融設備が記載されている。このガス化溶融設備は、有価金属が取り除かれた不燃物から、振動篩を用いて金属類（有価金属以外の金属類）を更に除去した上で不燃物を粉砕し、粉砕された不燃物を定量的に切り出すことによって、不燃物を溶融炉に導入することを可能にしている。

特開２００８－６９９８４号公報

　しかしながら、特許文献１に記載されたガス化溶融設備においては、不燃物処理工程において、不燃物から金属類を除去するための振動篩を必要としているため、設備が大型化するという問題があった。また、振動篩による金属類の除去が不十分であり、意図せず金属類が溶融炉に導入されてしまうという問題があった。

　この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、設備を構成する機器点数を低減することにより、より低コストで構築することができ、かつ、確実に金属類を除去することができるガス化溶融設備を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
　すなわち、本発明に係るガス化溶融設備は、廃棄物を熱分解し熱分解ガスを発生させると共に不燃物を排出する流動床ガス化炉と、前記熱分解ガスを導入する熱分解ガスダクトを備える竪型旋回溶融炉と、前記流動床ガス化炉と前記竪型旋回溶融炉の前記熱分解ガスダクトとを接続する熱分解ガス通路と、前記流動床ガス化炉から排出された前記不燃物を微細粒に粒度調整し粉砕不燃物とする粉砕手段と、該粉砕手段で生成された前記粉砕不燃物を気流とともに搬送し、前記熱分解ガス通路に投入すると共に、気流搬送中に比重差により前記粉砕不燃物に含まれる金属を分離する気流搬送手段と、を備え、前記竪型旋回溶融炉において、前記熱分解ガスと前記粉砕不燃物とを溶融することを特徴とする。

　この発明に係るガス化溶融設備によれば、粉砕不燃物が気流に同伴して搬送される一方、粉砕不燃物に含まれる金属は気流搬送中に分離されるため、金属を除去する装置を設ける必要がなく、より低コストでガス化溶融設備を構築することができる。

　前記粉砕不燃物は、０．１ｍｍ未満の微細粒に粒度調整されていることが好ましい。

　本発明によれば、粉砕不燃物の気流搬送及び金属除去を確実に行うことができる。

　また、本発明に係るガス化溶融設備は、前記粉砕手段の前段階に、前記流動床ガス化炉から排出された流動媒体と前記不燃物とを分級する分級手段と、該分級手段で分級された前記不燃物から鉄及びアルミニウムを分別する分別手段と、該分別手段による分別後の前記不燃物を定量ずつ前記粉砕手段に供給する定量供給手段と、をさらに備えることが好ましい。

　本発明によれば、不燃物から有価金属を分別することができ、かつ、粉砕手段に供給する不燃物の量を調整することができる。

　また、前記熱分解ガスダクトには、予混合バーナが設けられていることが好ましい。

　本発明によれば、予混合バーナを通過して竪型旋回溶融炉内に供給されることから、熱分解ガス及び粉砕不燃物を十分に予熱することができ、スムーズな溶融が可能となる。

　また、本発明のガス化溶融設備は、前記熱分解ガス通路及び前記熱分解ガスダクトを複数有し、前記熱分解ガス及び前記粉砕不燃物とが前記竪型旋回溶融炉内に旋回流を起すように吹き込まれることが好ましい。

　本発明によれば、複数の熱分解ガスダクトから熱分解ガスを導入することで、竪型旋回溶融炉内のガス流れの旋回力を強くすることができ、粉砕不燃物が竪型旋回溶融炉にて捕捉されず排ガス中にキャリーオーバーすることを防止することができる。

　また、前記気流搬送手段は、下流に向かって屈曲する空気輸送管と、該空気輸送管に気流を発生させる送風機と、前記空気輸送管の屈曲部から下方に向かって延在する金属除去管とを有することが好ましい。

　本発明によれば、より簡素な構成で金属を除去することができ、ガス化溶融設備のコンパクト化を実現することができる。

　本発明によれば、粉砕不燃物が気流に同伴して搬送される一方、粉砕不燃物に含まれる金属は気流搬送中に分離されるため、金属を除去する装置を設ける必要がなく、より低コストでガス化溶融設備を構築することができる。

本発明の実施形態のガス化溶融設備の構成図である。 本発明の実施形態の空気輸送管の概略図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。

　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。

　図１に示すように、本実施形態のガス化溶融設備１は、流動床ガス化炉２と、溶融装置４とを具備し、廃棄物５１を流動床ガス化炉２にて熱分解することによって生じた熱分解ガス５２を熱分解ガス通路３を介して溶融装置４に導入するものである。

　流動床ガス化炉２は、角筒状のガス化炉本体５を有し、このガス化炉本体５の一側壁に廃棄物排出装置６ａを備えた廃棄物投入口６が設けられている。また、ガス化炉本体５の頂部には炉内で発生した熱分解ガスを排出するための熱分解ガス排出口２３が設けられていると共に、ガス化炉本体５の下部には不燃物排出口７が設けられている。さらに、流動床ガス化炉２の底部には、流動媒体８（主に硅砂）が循環供給されている。

　不燃物排出口７から排出された、不燃物及び流動媒体５３は、砂分級装置９に供給され、不燃物５４と流動媒体５５に分離される。ここで分離された流動媒体５５は、砂循環エレベータ等の手段によって、流動床ガス化炉２に戻される。
　砂分級装置９から排出された不燃物５４は、磁選機１０とアルミ選別機１１とからなる分別装置（分別手段）に供給される。まず、不燃物５４は、磁選機１０に供給され、鉄が分離される。さらに、磁選機１０から排出された不燃物５６がアルミ選別機１１に供給され、アルミニウムが分離され、鉄及びアルミニウムを含む有価金属を分別する。

　アルミ選別機１１から排出された不燃物５７は、ホッパー１２を備えた定量供給装置１３に供給される。ホッパー１２に貯留された不燃物５７は、定量供給装置１３において定量的に切り出される。切り出された不燃物５８は、粉砕機１４に供給され、０．１ｍｍ以下に粉砕され粒度調整される。以下、粉砕された不燃物を粉砕不燃物５９と称する。不燃物５８が０．１ｍｍ以下に粒度調整されることによって、粉砕不燃物５９は後述する気流搬送装置３０の空気輸送管３１に導入された際、気流によって適切に飛散するようになる。

　粉砕機１４の下方には、気流搬送装置３０が設けられている。気流搬送装置３０は、屈曲部３５が形成された空気輸送管３１と、空気輸送管３１に気流を発生させる送風機３２と、屈曲部３５に設けられた金属除去管３３とから構成されている。送風機３２は、空気輸送管３１の上流側の一端より下流側に向かって気流を発生させるように設置されている。

　図２に示すように、空気輸送管３１には上流側より順に、導入部３４、屈曲部３５が形成されている。導入部３４は、粉砕機１４の排出口と接続されており、粉砕機１４によって粉砕された粉砕不燃物５９は導入部３４から空気輸送管３１に導入される。導入部３４のさらに下流側において、空気輸送管３１は屈曲されており、屈曲部３５を形成している。屈曲部３５において、空気輸送管３１は、上方に屈曲されている。また、屈曲部３５から下方に向けて金属除去管３３が延在している。
　屈曲部３５よりさらに下流において、空気輸送管３１は、２つに分岐されている。２つに分岐された空気輸送管３１は、後述する分岐された熱分解ガス通路３に接続される。

　次に、溶融装置４の詳細について説明する。
　溶融装置４は、竪型旋回溶融炉１５と、連結部１６を介して竪型旋回溶融炉１５の上方に連結された二次燃焼室１７と、二次燃焼室１７の下流側に連結されるボイラ部１８とから構成される。
　竪型旋回溶融炉１５は、断面円形状であり、その上部には絞り構造を有する排ガス出口１９が設けられている。言い換えれば、竪型旋回溶融炉１５は、排ガス出口１９において一旦縮径し、そこから上方に向かって円錐状に広がった形状を有しており、二次燃焼室１７と接続される。また、竪型旋回溶融炉１５の下部にはスラグ出滓口２０が設けられている。

　図３に示すように、竪型旋回溶融炉１５は、略円筒状の炉壁１５ａを有し、炉壁１５ａの上下方向の所定位置の水平断面上に、熱分解ガス５２を導入する一対の熱分解ガスダクト２１が配設されている。熱分解ガスダクト２１は、該熱分解ガスダクト２１から導入された熱分解ガス５２が、炉内を旋回する円Ｃの接線方向に噴出するように配置されている。また、熱分解ガスダクト２１が竪型旋回溶融炉１５に接続している部分には予混合バーナ２２が設置されている。

　予混合バーナ２２は、その円周面に設けられているノズル孔から予混合バーナ２２内に向けて燃焼空気が吹き込まれるようになっている。燃焼空気は、空気若しくは酸素、あるいは酸素富化空気等を用いることができる。このとき、燃焼空気は空気比０．９～１．１、好ましくは１．０程度であると良い。このように空気比を設定することにより、炉内温度を安定して高温に維持することが可能となる。
　このように、熱分解ガス５２と燃焼空気が予め予混合バーナ２２内で混合された後に竪型旋回溶融炉１５内に吹き込むようにすることで、熱分解ガス５２と燃焼空気が十分に混合され、熱分解ガス５２を炉内で瞬時に燃焼させることができる。

　二次燃焼室１７は断面方形状に形成されている。二次燃焼室１７の下端側には竪型旋回溶融炉１５の排ガス出口１９に向けて縮径する連結部１６が設けられている。二次燃焼室１７の排ガス下流側にはボイラ部１８が設けられ、煙道に設置された過熱器（不図示）等により熱回収が行われる。ボイラ部１８を経た排ガス６２は、後段の反応集塵装置、触媒反応装置等を経て、煙突より大気放出される。

　次に、流動床ガス化炉２と、竪型旋回溶融炉１５とを接続する熱分解ガス通路３の詳細について説明する。
　上述したように、熱分解ガス５２は、熱分解ガス通路３を介して竪型旋回溶融炉１５に導入される。具体的には、流動床ガス化炉２の熱分解ガス排出口２３と竪型旋回溶融炉１５の熱分解ガスダクト２１とが、熱分解ガス通路３によって接続されている。熱分解ガス通路３は、上流側（流動床ガス化炉２側）から下流側（竪型旋回溶融炉１５側）に向かう所定位置において２つに分岐されており、２つに分岐された熱分解ガス通路３，３が一対の熱分解ガスダクト２１と夫々接続される。

　また、上述したように、２つに分岐された熱分解ガス通路３，３には、２つに分岐された空気輸送管３１ａ，３１ａが接続されている。これにより、竪型旋回溶融炉１５には、熱分解ガス５２と共に、粉砕不燃物５９が導入される。

　次に、本実施形態のガス化溶融設備１の作用について説明する。
　廃棄物投入口６から投入された廃棄物５１は、廃棄物排出装置６ａを介して流動床ガス化炉２へ定量供給された後熱分解ガス化され、ガス、タール、チャー（炭化物）に分解される。タールは、常温では液体となる成分であるが、ガス化炉内ではガス状で存在する。チャーは流動層内で徐々に微粉化され、ガス及びタールに同伴して熱分解ガス５２として溶融装置４へ導入される。

　一方、流動床ガス化炉２の不燃物排出口７から排出された不燃物及び流動媒体５３は、砂分級装置９で流動媒体が分級され、磁選機１０で鉄、アルミ選別機１１でアルミニウムが分別される。次いで、ホッパー１２に投入された不燃物５７は、定量供給装置１３によって切り出され、粉砕機１４に導入される。

　粉砕機１４によって、０．１ｍｍ以下に粉砕された粉砕不燃物５９が、導入部３４より空気輸送管３１に導入されると、粉砕不燃物５９は気流に乗り、下流側に向かって気流搬送される。次いで、粉砕不燃物５９は屈曲部３５に達し、矢印５９ａに示すように屈曲部３５に沿って上方に搬送される。この際、粉砕不燃物５９に混入する金属類等の比重の大きい物質は、気流搬送されずに落下し、矢印５９ｂに示すように金属除去管３３に沿って落下する。これにより、粉砕不燃物５９から金属類が除去され、金属類が除去された粉砕不燃物５９のみが熱分解ガス通路３に導入される。

　熱分解ガス通路３に導入された粉砕不燃物５９は、流動床ガス化炉２から供給された熱分解ガス５２と混合された後、予混合バーナ２２を通過して竪型旋回溶融炉１５内に供給され、溶融スラグ化される。

　上記実施形態によれば、粉砕不燃物５９が気流に同伴して搬送される一方、粉砕不燃物５９に含まれる金属類は気流搬送中に分離されるため、例えば振動篩等の金属を除去する装置を設ける必要がなく、より低コストでガス化溶融設備を構築することができる。

　また、熱分解ガス５２及び粉砕不燃物５９は、予混合バーナ２２を通過して竪型旋回溶融炉内に供給されることから、十分に予熱することができ、かつ、粉砕不燃物５９は０．１ｍｍ以下に粒度調整されているため、スムーズな溶融が可能となる。
　また、２つの熱分解ガスダクト２１から熱分解ガス５２及び粉砕不燃物５９を導入することで、竪型旋回溶融炉１５内のガス流れの旋回力を強くすることができ、かつ、竪型旋回溶融炉１５の排ガス出口１９の絞り構造により、粉砕不燃物５９が竪型旋回溶融炉１５にて捕捉されず排ガス中にキャリーオーバーすることを防止することができる。

　なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、熱分解ガス通路の分岐及び熱分解ガスダクトは２つに限ることはなく、３つ以上としてもよい。

　１　　ガス化溶融設備
　２　　流動床ガス化炉
　３　　熱分解ガス通路
　９　　砂分級装置（分級手段）
　１０　　磁選機（分別手段）
　１１　　アルミ選別機（分別手段）
　１３　　定量供給装置（定量供給手段）
　１４　　粉砕機（粉砕手段）
　１５　　竪型旋回溶融炉
　１９　　排ガス出口（絞り構造）
　２１　　熱分解ガスダクト
　２２　　予混合バーナ
　３０　　気流搬送装置（気流搬送手段）
　３１　　空気輸送管
　３２　　送風機
　３３　　金属除去管
　５１　　廃棄物
　５２　　熱分解ガス
　５９　　粉砕不燃物

Claims (6)

1. 　廃棄物を熱分解し熱分解ガスを発生させると共に不燃物を排出する流動床ガス化炉と、
   　前記熱分解ガスを導入する熱分解ガスダクトを備える竪型旋回溶融炉と、
   　前記流動床ガス化炉と前記竪型旋回溶融炉の前記熱分解ガスダクトとを接続する熱分解ガス通路と、
   　前記流動床ガス化炉から排出された前記不燃物を微細粒に粒度調整し粉砕不燃物とする粉砕手段と、
   　該粉砕手段で生成された前記粉砕不燃物を気流とともに搬送し、前記熱分解ガス通路に投入すると共に、気流搬送中に比重差により前記粉砕不燃物に含まれる金属を分離する気流搬送手段と、を備え、
   　前記竪型旋回溶融炉において、前記熱分解ガスと前記粉砕不燃物とを溶融することを特徴とするガス化溶融設備。
2. 　前記粉砕不燃物は、０．１ｍｍ未満の微細粒に粒度調整されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融設備。
3. 　前記粉砕手段の前段階に、
   　前記流動床ガス化炉から排出された流動媒体と前記不燃物とを分級する分級手段と、
   　該分級手段で分級された前記不燃物から鉄及びアルミニウムを分別する分別手段と、
   　該分別手段による分別後の前記不燃物を定量ずつ前記粉砕手段に供給する定量供給手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のガス化溶融設備。
4. 　前記熱分解ガスダクトには、予混合バーナが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のガス化溶融設備。
5. 　前記熱分解ガス通路及び前記熱分解ガスダクトを複数有し、
   　前記熱分解ガス及び前記粉砕不燃物とが前記竪型旋回溶融炉内に旋回流を起すように吹き込まれることを特徴とする請求項４に記載のガス化溶融設備。
6. 　前記気流搬送手段は、
   　下流に向かって屈曲する空気輸送管と、
   　該空気輸送管に気流を発生させる送風機と、
   　前記空気輸送管の屈曲部から下方に向かって延在する金属除去管とを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス化溶融設備。

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