JP5574475B2 - 廃棄物溶融処理方法および廃棄物溶融処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物を乾燥・熱分解して廃棄物中の水分および揮発分を除去して得られた熱分解残渣を溶融する廃棄物溶融処理に関する。

一般廃棄物、産業廃棄物などの廃棄物をシャフト炉式廃棄物溶融炉で溶融処理することが行われている。図２に示すように、溶融炉３１には、廃棄物がコークス、石灰石などの副資材とともに、炉上部から装入装置３２により装入される。廃棄物は炉内で乾燥、熱分解、燃焼、溶融の過程を経て出湯口３３から溶融物として排出される。廃棄物中の可燃物は、一部が熱分解されてガスとなって排出され、一部は炉下部で羽口３４から吹き込まれた空気および酸素によって燃焼するが、残りの可燃物は可燃性ダストとなって溶融炉３１の炉頂から排出される。

溶融炉３１の炉頂から排出される可燃性ダストは、可燃性ダスト捕集装置３５で捕集され、可燃性ダスト貯蔵タンク３６に貯蔵され、可燃性ダスト切出装置３７で切り出されて酸素富化空気を供給する羽口３４から炉内へ吹き込まれる。可燃性ダスト捕集装置３５を通過した排ガスは、後段の燃焼室で燃焼される。

溶融炉３１による廃棄物溶融処理では、処理物を溶融するための主燃料として使用されるコークスの処理費用に占める割合が大きいので、処理費用を節約するためにコークスの使用量を低減することが望まれている。

一方で、地球温暖化防止の観点から、化石燃料に由来するコークスを溶融熱源として用いるので、環境に対するＣＯ_２負荷を削減することからもコークス使用量の削減が望まれている。

コークス使用量を低減させるため、例えば、羽口を介して炉頂から排出した可燃性ダストとともに、可燃性ダスト以外の可燃物を吹き込む方法（特許文献１）、下段送風羽口から供給される酸素量（Ａ）に対する、捕集され該下段送風羽口から供給される可燃性ダストとコークスの量および組成から求まる理論酸素量（Ｂ）の比率（Ｂ／Ａ）を、０．５〜１．０の範囲になるように、可燃性ダストの吹き込み量に応じて送風条件を変える方法（特許文献２）、加熱コイルによって炉内に充填されたコークスを羽口から吹き込まれた空気又は酸素富化空気により還元燃焼せしめるとともに、該コークスに交番電流を通電して誘導加熱することにより廃棄物を溶融処理する廃棄物の溶融処理方法（特許文献３）あるいは、木材などのバイオマスを利用する方法（特許文献４）などが提案されている。

特開２００６−２０７９１１号公報 特開２００３−０５６８２０号公報 特開２００２−０５４８１０号公報 特開２００７−９３０６９号公報

シャフト炉式ガス化溶融炉の炉内の充填層では直接熱交換により固体の昇温が行われているため熱効率はよいが、廃棄物中には生ごみ等の高水分ごみや木等の揮発分が多く、また径が大きいものが存在する。このため、従来型のシャフト式ガス化溶融炉では、これらの廃棄物の一部が十分に乾燥されることなく、また揮発分のガス化が十分行われることなく炉最下部に下降して、コークスと共に燃焼・溶融されていた。炉下部において水分や揮発分はいずれも雰囲気温度を低下させることになるので、雰囲気温度を高く維持し非燃焼物を完全溶解するためには、結果としてコークス使用量を増やす必要がある。また、コークス代替としてＬＰＧ等の外部燃料を使用する場合、外部燃料（コークス＋ガス）使用量は高いままであった。また、従来のシャフト炉式ガス化溶融炉内では、ごみの装入時や未乾燥・未乾留の廃棄物が炉最下部まで下降した時などに、充填層内での揮発分のガス化に伴う蒸気量や排ガス量の変動が発生していた。

さらに、従来型のシャフト炉式ガス化溶融炉では水分および揮発分の乾燥、ガス化が均一になされず、吹き抜けと呼ばれるガスの偏流現象が発生することがあった。

そこで、本発明は、乾燥用シャフト部内に形成した廃棄物充填層に火格子部及び熱分解残渣溶融部で発生したガスの流れを均一化することにより、外部燃料使用量を低減させることができる廃棄物溶融処理方法及び装置を提供するものである。

本発明の廃棄物溶融処理方法は、廃棄物を乾燥・熱分解する乾燥用シャフト部の頂部から廃棄物を乾燥用シャフト部内に装入して形成した廃棄物充填層に、熱分解残渣を生成する火格子部と熱分解残渣溶融部の頂部の副資材装入口からコークス、石灰石を投入して形成したコークスベットを熱源として熱分解残渣を溶融する熱分解残渣溶融部とで発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスは乾燥用シャフト部の頂部から排出し、乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を火格子部で熱分解して熱分解残渣を生成し、生成した熱分解残渣を火格子部から熱分解残渣溶融部へ連続的に供給して溶融処理し、乾燥シャフト部におけるガス流れを検出して火格子部からの送風量、送風温度、送風バランス及び／又は火格子速度を変化させて乾燥用シャフト部におけるガス流れを均一にすることを特徴とする。

また、本発明の廃棄物溶融処理装置は、廃棄物装入口及び排ガス排気口が頂部に設けられ、廃棄物装入口から廃棄物が装入されて形成された廃棄物充填層に火格子部及び熱分解残渣溶融部で発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスが排ガス排気口から排出される乾燥用シャフト部と、乾燥用シャフト部の下部に接続され、乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部と、火格子部の熱分解残渣の出側に接続され、火格子部から供給される熱分解残渣を、熱分解残渣溶融部の頂部の副資材装入口からコークス、石灰石を投入して形成したコークスベットを熱源として溶融処理する熱分解残渣溶融部とが順次配列されており、乾燥シャフト部にガス流れを検出するための検出手段を有し、検出信号により火格子部からの送風量、送風温度、送風バランス及び／又は火格子速度を変化させて乾燥用シャフト部におけるガス流れを均一にする制御手段を有することを特徴とする。

本発明は、乾燥用シャフト部のガス流れを検出して、火格子部の送風量、送風温度、送風バランス、火格子速度等の因子を変化させてガス流れを均一化することで乾燥用シャフト部における炉内ガスと廃棄物との適正な熱交換が可能となり、コークス等の外部燃料使用量を低減することが可能となる。

本発明おいて使用する火格子を備えた廃棄物溶融処理装置を示す概略図である。 従来の廃棄物溶融処理設備の説明図である。

本発明を、図面を参照しながら説明する。

図１において、本発明の廃棄物溶融処理装置は、装入された廃棄物を乾燥・熱分解する乾燥用シャフト部１、乾燥用シャフト部１で乾燥・熱分解された廃棄物をさらに熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部２、火格子部２で生成された熱分解残渣を燃焼・溶融する熱分解残渣溶融部３からなる。乾燥用シャフト部１が火格子部２の入側の上方に配置され、熱分解残渣溶融部３が火格子部２の出側の下方に配置されてクランク形状に連通して一体に接続されている。

乾燥用シャフト部１の頂部には、廃棄物装入口４と排ガス出口５が設けられる。乾燥用シャフト部１内に廃棄物装入口４から装入された廃棄物により廃棄物充填層６が形成される。廃棄物充填層６は火格子部２及び熱分解残渣溶融部３で発生したガスが通過し、通過したガスは頂部の排ガス出口５から排出される。

乾燥用シャフト部１には、乾燥用シャフト部１におけるガス流れを検出するための手段として、乾燥用シャフト部内のガス温度あるいは廃棄物温度を検出する温度計やサーモグラフィー等のガス流れ検出手段７が設置される。ガス流れ検出手段７で検出された信号は、制御手段に入力され、火格子部の送風量、送風温度、送風バランス及び／又は火格子速度の制御端を制御してガス流れを均一にする。

火格子部２は、乾燥用シャフト部１で乾燥、熱分解された廃棄物をさらに熱分解させて熱分解残渣を生成して熱分解残渣溶融部３へ移動させる火格子を備えている。火格子部２は、スト−カ炉と同様に、可動火格子８と固定火格子９とを交互に階段状又は傾斜状に組み合せることにより形成されており、各可動火格子８を流体圧シリンダ等の駆動装置で前後方向へ一定のピッチで往復動させることによって、火格子上の廃棄物を撹拌しながら上流側から下流側へ前進させるようになっている。火格子部２は下方から空気が送風される。火格子構造とすることによって、熱分解残渣溶融部３への熱分解残渣７の供給が連続的且つ安定的となり、熱分解残渣溶融部３において熱分解残渣の安定的な溶融を確保することが可能となる。

熱分解残渣溶融部３は、下方の炉床部１０、この炉床部１０の上に連なる朝顔部１１、この朝顔部１１の上のシャフト部１２を備える。なお、シャフト部１２はなくてもかまわない。炉床部１０には酸素源として空気と酸素を吹き込む下段羽口１３を備えるとともに、朝顔部１１からシャフト部１２の下端部にかけて空気を吹き込む上段羽口１４，１５が配置されている。熱分解残渣溶融部３の炉床部１０には、従来のシャフト炉式廃棄物溶融炉と同じくコークスベットが形成され、溶融物を出湯する出湯口１６が形成されている。

コークス、石灰石などの副資材は、熱分解残渣溶融部３の頂部の副資材装入口１７から投入する。

前記構成において、乾燥用シャフト部１の頂部の廃棄物装入口４から廃棄物が乾燥用シャフト部１内に装入されて形成された廃棄物充填層６に火格子部２および熱分解残渣溶融部３で発生した排ガスが通過することによって熱交換されて廃棄物の乾燥・熱分解を効率化することが可能となる。乾燥用シャフト部１の廃棄物充填層６を通過した排ガスは、排ガス出口５から排気される。

乾燥用シャフト部１で乾燥、熱分解された廃棄物は、火格子部２でさらに熱分解させて熱分解残渣１８を生成する。生成された熱分解残渣１８は、火格子部２の出側から熱分解残渣溶融部３内へ落下して充填され、コークスベットの熱源により燃焼、溶融され、炉床部１０の出湯口１６から排出される。

本発明においては、乾燥用シャフト部１に設置されている温度計やサーモグラフィー等の検出手段７にて把握した乾燥用シャフト部１におけるガス流れを元に火格子部２からの送風量、送風温度、送風バランス、火格子速度等の因子を変化させることによって乾燥用シャフト部１におけるガス流れを均一にすることで乾燥用シャフト部における炉内ガスと廃棄物との適正な熱交換が可能となり、コークス等の外部燃料使用量を極小化することが可能となる。

乾燥シャフト部１にガス流れ検出手段７として設置された温度計の1カ所が非常に高温になってガス流れの偏流が検出された場合、火格子部２にて発生した高温ガスがその部分に局所的に流れていることがわかる。このような局所的な流れ抑制するために、たとえば火格子からの送風量を変化させることによって温度の低い部位へのガス流れを増やしたり、温度上昇の大きい部位の火格子速度を変化させたりして、乾燥シャフト部でのガス流れを均一化することが可能となる。

送風量、送風バランスおよび火格子速度を変化させ、乾燥用シャフトにおけるガス流れを均一にするために、火格子部は２段以上の構造とし、それぞれに駆動装置を有することが望ましい。

１：乾燥用シャフト部 ２：火格子部
２ａ：前段の火格子群 ２ｂ：後段の火格子群
３：熱分解残渣溶融部 ４：廃棄物装入口
５：排ガス出口 ６：廃棄物充填層
７：ガス流れ検出手段 ８：可動火格子
９：固定火格子 １０：炉床部
１１：朝顔部 １２：シャフト部
１３：下段羽口 １４：上段羽口
１５：上段羽口 １６：出湯口
１７：副資材装入口 １８：熱分解残渣

Claims (5)

1. 廃棄物を乾燥・熱分解する乾燥用シャフト部の頂部から廃棄物を乾燥用シャフト部内に装入して形成した廃棄物充填層に、熱分解残渣を生成する火格子部と熱分解残渣溶融部の頂部の副資材装入口からコークス、石灰石を投入して形成したコークスベットを熱源として熱分解残渣を溶融する熱分解残渣溶融部とで発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスは乾燥用シャフト部の頂部から排出し、乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を火格子部で熱分解して熱分解残渣を生成し、生成した熱分解残渣を火格子部から熱分解残渣溶融部へ連続的に供給して溶融処理し、
   乾燥シャフト部におけるガス流れを検出して火格子部からの送風量、送風温度、送風バランス及び／又は火格子速度を変化させて乾燥用シャフト部におけるガス流れを均一にすることを特徴とする廃棄物溶融処理方法。
2. 前記ガス流れ検出が、ガス温度または廃棄物温度であることを特徴とする請求項1記載の廃棄物溶融処理方法。
3. 廃棄物装入口及び排ガス排気口が頂部に設けられ、廃棄物装入口から廃棄物が装入されて形成された廃棄物充填層に火格子部及び熱分解残渣溶融部で発生したガスを通過させて廃棄物を乾燥・熱分解させるとともに、廃棄物充填層を通過したガスが排ガス排気口から排出される乾燥用シャフト部と、
   乾燥用シャフト部の下部に接続され、乾燥用シャフト部で乾燥した廃棄物を熱分解して熱分解残渣を生成する火格子部と、
   火格子部の熱分解残渣の出側に接続され、火格子部から供給される熱分解残渣を、熱分解残渣溶融部の頂部の副資材装入口からコークス、石灰石を投入して形成したコークスベットを熱源として溶融処理する熱分解残渣溶融部とが順次配列されており、
   乾燥シャフト部にガス流れを検出するための検出手段を有し、検出信号により火格子部からの送風量、送風温度、送風バランス及び／又は火格子速度を変化させて乾燥用シャフト部におけるガス流れを均一にする制御手段を有することを特徴とする廃棄物溶融処理装置。
4. 前記検出手段が温度計であることを特徴とする請求項３記載の廃棄物溶融処理装置。
5. 前記検出手段がサーモグラフィであることを特徴とする請求項３記載の廃棄物溶融処理装置。

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