JPH01184314A - 廃棄物溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、有幾物及び無機物が混在する廃棄物を燃焼し
、無機分を溶融スラグとして回収し、有機分を完全燃焼
させ燃焼熱として回収する廃棄物溶融炉に関する。

〔従来の技術〕

有機物及び無機物が混在する都市ゴミ、下水汚泥及びそ
れらの焼却灰等の廃棄物を埋立て地に投棄すると、有害
重金属が溶出したり、灰の占める容積が大きいために埋
立て地の枯渇や利用効率を低下させる等の問題が生じる
。そこで、これらの間圧を解消するため、廃棄物を溶融
炉で処理する方法が研究されている。無機物は、この処
、理によって溶融スラグとして回収される。この溶融ス
ラグは、高温で処理されているため安定であり、建設資
材等に利用できる可能性をもっている。他方、有機物は
、乾留ガス化し、可燃ガスとして回収される。このよう
な処理方法としては、たとえばシャフト炉に高濃度の酸
素ガスを吹き込み燃焼反応を行う方法（特公昭５２−２
４７９０号公報）や、熱風を吹き込む方法（特公昭５３
−１６６３３号公報）等が知られている。

これらの処理方法においては、いずれも竪型のシャフト
炉の上方から廃棄物あるいは廃棄物と補助燃料としての
コークスを投入し、炉内に乾燥帯。

乾留ガス化帯、燃焼溶融帯を順次充填層として形成し、
炉底部から溶融スラグを排出する。そして、炉底部近傍
の燃焼溶融帯に向けて複数個の羽口を設け、この羽口か
ら高濃度酸素含有ガス及び補助燃料としてプロパン、灯
油等を吹き込んでいる。

また、吹き込む酸素含有ガスを高温に加熱し、コークス
燃焼によって炉内反応を促進させる場合もある。

羽口から吹き込まれた酸素含有ガスによって、燃焼溶融
帯において固定炭素が激しく燃焼し、多量の燃焼熱が生
じる。このとき、シャフト炉の上部が廃棄物で充填され
ているため、燃焼熱の移動が拒まれて、燃焼溶融帯の温
度は約１５００〜１６００℃の高温に達する。したがっ
て、都市ゴミ等の廃棄物に含まれているガラス、瀬戸物
、紙類等の不燃物は、この燃焼溶融帯で溶融し、炉底に
設けた出湯口から溶融スラグとして取り出された後、凝
固する。このとき、廃棄物に含まれている重金属は、凝
固したスラグの中に封じ込められて、溶出する危険がな
くなる。

他方、燃焼ガスは、漸次上昇して乾留ガス化帯に進入す
る。この乾留ガス化帯で、廃棄物中の揮発成分は、高温
の燃焼ガスの作用によって熱分解し、可燃分を含むガス
に転化する。このようにして生成した熱分解ガスは、燃
焼ガスと共に更にシャフト炉を上昇し、乾燥帯に進入す
る。水分を多量に含んでいる廃棄物は、この乾燥帯で水
分が奪われ、充分に乾燥される。この後、乾留ガスと燃
焼ガスの混合ガスは、炉の上方に設けた排気管から引き
抜かれ、二次燃焼室で燃焼する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように廃棄物の溶融処理を行うとき、乾燥帯、乾留
ガス化帯及び燃焼溶融帯の各領域を常に好適な温度範囲
に保持することが必要になる。しかし、炉内の各領域を
最適温度下に維持し或いは制御することは、実際上困難
である。

たとえば、炉底部における酸素含有ガスの吹込み量、吹
込み速度、補助燃料の量、雲囲気温度等のパラメータを
制御することは比較的容易である。

これにより、燃焼溶融帯にふける燃焼状態を適当に保持
することができる。ところが、廃棄物は雑多゛な成分を
含み、しかも水分含有景も異なるものである。そのため
、発熱量が一定せず、前述のパラメータを同一に維持し
て操業を行った場合にあっても、各領域のヒートパター
ンが崩れることが度々化じる。

また、廃棄物の成分や状態等によっては、たとえばプラ
スチックス、紙類等が乾留ガス化帯で燃焼成いはガス化
する場合がある。その結果、乾留ガス化帯に充填されて
いた廃棄物の一部が燃えたりガス化することによって、
廃棄物充填層の内部に局部的な空洞が生じる。このよう
な空洞が生じると、充填層内部に上昇ガスの圧損が局部
的に低下するルートが形成され、空洞部のない断面に比
較して上昇ガスが集中し易くなる。この上昇ガスの集中
によって空洞部の温度が高くなり、燃焼反応及びガス化
反応が一層活発になって、空洞部が上下方向に拡大する
現象が生じる。そして、廃棄物は充填層内でほとんど流
動性をもたないため、この空洞部は廃棄物によって埋め
られずに残ったままの状態に維持される。

炉内の廃棄物充填層に空洞部が発生すると、上昇ガスの
局部的な集中が盛んに行われ、吹抜は現象が生じる。こ
のとき、燃焼ガス或いは乾留ガスは、吹抜は空洞部を優
先的に通過して上方に抜けてしまい、他の部分の廃棄物
充填層に対しては上昇ガスの回り込みが少なくなる。そ
のため、充分に乾留ガス化されずにとり残された廃棄物
が、そのままの状態で炉内を降下し、燃焼溶融帯の熱バ
ランスを乱すことになる。その結果、安定した操業を維
持することができず、炉の処理能力が低下する。

吹抜は現象は、有機物の分解によって生じたチャーに対
しても悪影響を与える。すなわち、有機分が乾留ガス化
反応を受けるとき、その一部はガス化されずに無機質の
粉粒状固定炭素となって、可燃性のダストとしてチャー
化する。このチャーは、乾留ガス化帯の下部に多く存在
している。通常状態においては、炉内を降下してくるチ
ャーの滞留厚みが上昇ガス流とバランスして、チャーは
炉内で流動化している。チャーの滞留厚みが増してくる
とき、燃焼溶融帯に向けてチャーは更に降下し、燃焼溶
融する。

ところが、吹抜は現象が発生すると上昇ガスの局部的な
集中が起こり炉内を流れるガス流が不均一になるため、
流動化しているチャーが上昇ガスによって吹き上げられ
る。このため、燃焼ガス或いは乾留ガス中のチャー濃度
が急激に増加し、上昇ガスの発熱量が変化し、逆に固定
炭素が炉底に達する量が減少する。その結果、燃焼溶融
帯の温度が低下してしまい、炉の処理能力が減少する。

このような炉況で廃棄物を間歇的に炉に投入するとき、
廃棄物の塊が着床する際の衝撃等により空洞部が周辺の
廃棄物で埋められることがあり、また、乾留ガス化帯の
下部で異常にチャーの滞留厚みが増し、燃焼溶融帯に向
けて降下するチャーの量が減少することがあり、上昇ガ
スの通気性が劣化し、酸素含有ガスの吹込み圧力が上昇
して廃棄物充填層の降下が低下するいわゆる棚吊り現象
が発生する。また、吹込み圧力が上昇してくると、次に
吹抜は現象が発生したときに、充填層内の通気圧損が急
激に開放されるため、吹抜は現象の規模が大きくなり、
多量のチャーとともに廃棄物までも吹き上げることにな
ってしまう。さらには、廃棄物充填層の下部の燃焼溶融
帯における温度は、炉底部では１５００〜１６００℃の
レベルにあり、灰分。

不燃分が溶融スラグ化し流動性をもつ雲囲気にあるが、
上方になるにしたがって温度は低下し、灰分、不燃分が
軟化溶融する温度帯が存在する。廃棄物の降下が安定し
ている場合は軟化溶融状態から溶流滴下状態になるが、
吹抜は現象等が発生すると軟化溶融する温度帯で温度分
布に不均一が生じ、灰分、不燃分の軟化溶融が停滞し通
気性を増々悪化させることになる。そのため、操業を継
続することが非常に困難になる。

以上に説明したように、従来の廃棄物溶融炉にふいては
、炉内で上昇ガスとの熱交換性の向上を狙って廃棄物充
填層を高くすることに重点が置かれている。しかし、廃
棄物充填層を高くすることにより、吹抜は現象や棚吊り
現象等が発生し、炉況が不安定になる。このような問題
は、炉内に乾燥帯、乾留ガス化帯、燃焼溶融帯を順次充
填層として形成したシャフト炉の上方から都市ゴミ等の
廃棄物を投入して充填層を炉内に高く積み上げる方式に
おいては、避けられないものである。

そこで、本発明は、炉底部に塊状炭素系物質を装入する
分岐管を炉内ガスの副流路として使用することにより、
吹抜け、棚吊り等の現象を回避しながら、炉底部に通気
性の優れた高温のベツドを形成して廃棄物の溶融処理を
効率良く行うと共に、ベツド上方の低い廃棄物の充填層
で廃棄物に含まれている可燃分を分解・ガス化し、その
上昇ガスで乾燥させ、さらに、燃焼室で可燃ガスを燃焼
させ炉内輻射熱で充填暦表面の廃棄物の乾燥を活発にす
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、その目的を達成するために、有機物及び無機
物が混在する廃棄物を炉頂から装入し、炉下部に設けた
複数個の酸素含有ガス吹込み口から吹き込まれた酸素含
有ガスによって塊状炭素物質を燃焼せしめ前記廃棄物を
溶融処理する廃棄物溶融炉において、溶融炉本体の上部
に燃焼室を連結し、塊状炭素系物質を含む副資材を装入
する副資材投入口を備えた分岐管を、高温炉床を形成す
る前記溶融炉本体の下部と廃棄物充填層上方の前記燃焼
室の空間に開口して設け、且つ前記高温炉床及び廃棄物
充填層の圧損に応じて制御される流量調整装置を前記分
岐管に設けたことを特徴とする。

〔作用〕

有機物及び無機物が混在する都市ゴミ、下水汚泥等の廃
棄物は、炉頂から投入されて燃焼室を降下する過程で、
炉内を上昇する高温ガスとの接触及び炉壁からの輻射熱
によって予熱が進行し、廃棄物が着床し充填層が形成さ
れる表面においても炉壁からの輻射熱と廃棄物充填層中
の上昇ガスによって乾燥が一層活発に行われる。このと
き、廃棄物充填層内では廃棄物に含まれている可燃分は
乾留・ガス化される。可燃分が除去された廃棄物は、廃
棄物充填層の下部に堆積される。この廃棄物充填層は、
従来の充填層に比較して高さの小さなものであり、その
上に継続して装入された廃棄物が落下する燃焼空間部が
設けられているので、吹抜は現象や棚吊り現象が生じた
場合にあっても、その規模が小さく、定常状態への復帰
も迅速に行われる。

また、炉体側部に設けられた分岐管を介して通気性の良
好な塊状副資材が炉底部に装入されるため、高温炉床の
上層部で灰分が軟化溶融して塊状物の空隙を占有しよう
としても、炉底部で塊状炭素系物質の燃焼が行われるた
め、高温炉床の降下が継続して行われる。そして、灰分
は、溶融してスラグの一部となって、高温炉床を滴下し
、炉下部の出湯口から流出する。

この分岐管から装入される塊状副資材は、炉内を上昇す
るガス流と向流接触することによって熱交換され、高温
炉床に達する時点では充分に加熱されている。そのため
、灰分の溶融滴下が容易な状態が形成される。また、こ
の向流接触の過程で上昇ガス流に浮遊している粉廖が塊
状副資材に付着、除去され、炉外に排出される排ガスの
浄化に関する負担も軽減される。

また、分岐管を流れるガス流を調整することによって、
溶融炉本体内部に右ける炉況を安定化させることもでき
る。たとえば、炉内の圧損が大きくなったとき、流量調
整装置の開度を調節して、分岐管を流れるガスの流量を
増加させる。これにより、上昇ガスの流量を炉況に応じ
て制御することが可能となり、吹抜け、棚吊り等の現象
を抑制することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

本実施例の廃棄物溶融炉は、廃棄物を焼却溶融処理する
ための溶融炉本体１を燃焼室２に連結している。溶融炉
本体１の下部には、たとえばコークス等の塊状炭素系物
質によって高温炉床３の充填層を形成させるため、溶融
炉本体１の炉壁に複数個の分岐管４を設け、この分岐管
４の途中に副資材投入口５を設けている。副資材投入口
５から、塊状炭素系物質と、スラグの塩基度（Ｃａ　Ｏ
／　Ｓ　ｉ　０２）が０．８〜１．２の範囲になるよう
な塊状の珪石又は石灰石等の塩基度調整剤からなる塊状
副資材６を投入している。また、溶融炉本体１の下部に
は、高温炉床３の温度を１５００〜１６００℃の温度範
囲に維持するように、酸素含有ガスを炉内に吹き込むた
めの一段目吹込みロアが複数個設けられている。

有機物及び無機物が混在する都市ゴミ、下水汚泥等の廃
棄物８は、炉の頂部に設けた装入装置９によって、継続
的に炉内に装入される。この装入装置９は、その装入側
端部が燃焼室２の中央部に配置されている。装入装置９
によって装入された廃棄物８は、燃焼室２を下降する過
程で、燃焼室２のガス及び炉壁からの輻射熱によって予
熱される。そして、廃棄物充填層１０に着床すると、こ
こでも上部からの輻射熱によって予熱乾燥が進行する。

更に、廃棄物充填層１０内を上昇するガスによる乾燥も
行われる。

このようにして、装入された廃棄物８は、炉内の高温炉
床３上部に廃棄物充填層１０を形成する。

この廃棄物充填層１０は、従来の廃棄物溶融炉における
充填層に比較して高さが小さなものであるため、廃棄物
充填層内の圧損も小さく、たとえ吹抜は現象が生じた場
合にあっても定常状態に復帰する工程が迅速に行われる
。

廃棄物充填層１０の下端部分と高温炉床３との境界には
二段目吹込み口１１が設けられている。二段目吹込み口
１１から吹き込まれた酸素含有ガスは、高温炉床３を上
昇する燃焼ガスの一部と協動して、廃棄物充填層１０の
下方部分を乾留ガス化するとともに、このとき、廃棄物
８に含まれている可燃分が乾留されたチャー分を燃焼し
て灰分化し、不燃性の無機物は高温に予熱される。

すなわち、廃棄物充填層１０を下降する過程で廃棄物８
に含まれている可燃性の有機物が分解・ガス化し、廃棄
物充填層１０の下部に二段目吹込み口１１から吹き込ま
れる酸素含有ガスによってチャー等の可燃性無機物が燃
焼する。したがって、高温炉床３には、不燃物であるガ
ラス、瀬戸物、金属等と共に無機化した灰分が下降して
、溶融される。

他方、廃棄物充填層１０から燃焼室２に吹き出されたチ
ャー等の可燃性粉粒体や灰分、ダスト等の不燃性粉粒体
は、空塔速度を溶融炉内に比べて１／８〜１／１５に落
とした燃焼室２内で滞留し、燃焼・灰分化されて、再び
廃棄物充填層１０に降下する。

廃棄物充填層１０内を上昇するガスは、乾留ガス化され
た可燃ガスとなっている。そこで、三段目吹込み口１２
から、酸素含有ガスを廃棄物充填層１００表面に吹き付
けるように供給すると、上昇ガスは着火・燃焼する。

この乾留ガス化された可燃ガスは、装入される雑多な廃
棄物８の成分に応じて、その発熱量が変化する。そこで
、三段目吹込み口１２からの酸素含有ガスの流量を理論
燃焼温度に近い空気比０．９〜１．１　の範囲に調整す
る。また、分岐管４から排ガスとして燃焼室に送り込ま
れる可燃分も含めて、燃焼室２の排気口１３における排
ガスの温度が８００〜１０００℃となるように、四段目
吹込み口１４から吹き込まれる酸素含有ガスの流量を調
整する。

燃焼室２の排気口１３から排出された排ガスは、たとえ
ば下流側に設けた排熱ボイラー、空気予熱器等によって
熱回収し、予熱の利用を図ることができる。また、二段
目吹込みロ１１．三段目吹込み口１２及び四段目吹込み
口１４は、吹き込、まれだ酸素含有ガスが炉内で旋回流
となるように、炉壁に対して接線方向に設けても良い。

このように廃棄物８を焼却溶融する場合においても、と
きとして炉内に吹抜は現象が発生することがある。この
吹抜は現象は、−段目吹込みロアの圧力低下として検出
される。そこで、この圧力低下に応じて、複数個の分岐
管４に設けた流量調整装置１５の開度を調節する。たと
えば、流量調整装置１５の絞りを開くことにより、分岐
管４内の圧損が低下して、分岐管４内を流れるガスの流
量が増加し、吹抜けの程度が減少する。

このような場合には、廃棄物の処理量が低下するので、
廃棄物の継続装入を一定にする。と充填層レベルが上昇
する。そこで、レベル測定装置（図示せず）で充填層レ
ベルを検出し、廃棄物の装入量を減少する手段がとられ
る。この状況がしばらく続くと廃棄物充填層が低いため
、高温炉床３の塊状炭素系物質の燃焼によって高温炉床
３上部では塊状副資材６が複数の分岐管４から炉中実測
へ移動するため、廃棄物充填層下部の灰分、不燃分も同
調するように移動し、吹抜は部を崩壊する作用が働いて
、正常な状態に短時間で回復する。

また、棚吊り現象になって、炉壁にある複数個の二段目
吹込み口１１からの酸素含有ガスでチャーが減少してし
まい、降下するチャーが少なくなってくると、塊状副資
材６表面の塊状炭素系物質の燃焼が進み、高温炉床３の
上面は一層高温度になり、高温炉床３からの高温上昇ガ
スとともに棚吊りで降下が停滞している廃棄物を高温加
熱し、乾留ガス化及び乾燥速度を早め体積縮小が活発に
進行するため、棚吊りが短時間で解消し回復する。

棚吊りが発生した場合１士、廃棄物充填層の通気圧損が
高くなる傾向にあり、その結果、高温炉床３゜−段目吹
込みロア及び分岐管４内の圧力が上昇するので、分岐管
４に設けた流量調整装置１５の開度を開くことになり、
棚吊り現象から吹抜は現象に移行したときの吹抜は規模
を減少できる。

高温炉床３で溶融されたガラス、瀬戸物、金属等は、無
機化した灰分と共に溶融スラグ１６として出湯口１７か
ら取り出される。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、廃棄物が落
下する燃焼室の下部に廃棄物充填層を形成し、炉頂から
廃棄物充填層に下降する過程で廃棄物を予熱している。

また、高さの低い廃棄物充填層の表面では、炉壁からの
輻射熱を受け、更に炉内を上昇するガスによって廃棄物
が加熱されるため、着火温度の低い紙、プラスチックス
等は一部、上方の吹込み口からの酸素含有ガスによって
乾留ガス化した可燃ガスとともに燃焼し、廃棄物に含ま
れている水分の蒸発も活発に行われ、廃棄物の乾燥が迅
速に効率よ（行われる。そのため、廃棄物充填層内を降
下していく過程での乾留ガス化も順調に行われ、吹抜け
、棚吊り現象も起きにくく操業も安定する。このように
して、廃棄物に含まれている可燃分の燃焼が効率良く行
われ、燃焼熱として回収することができる。他方、廃棄
物に含まれている不燃成分は、高温炉床で溶融されて、
溶融スラグとして取り出される。このとき、高温炉床に
は高温の塊状副資材を分岐管より送り込んでいるため、
高温炉床に降下した灰分、ガラス、瀬戸物、金属等の不
燃分は急速に溶流滴下し、高温炉床の空隙内を軟化溶融
状態の目詰まりを生じることなく、効率良く溶融スラグ
化する。そして、溶融スラグは、塊状副資材によって通
気性が確保された高温炉床の間を滴下して、出湯口から
取り出される。このように、本発明の廃棄物溶融炉によ
ると、有機物及び無機物が混在した廃棄物の処理を効果
的に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明廃棄物溶融炉の一例を示す。 特許出願人　　　　新日本製鐵　株式會社代　理　人　
　　　小　堀　　益（ほか２名）第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、有機物及び無機物が混在する廃棄物を炉頂から装入
   し、炉下部に設けた複数個の酸素含有ガス吹込み口から
   吹き込まれた酸素含有ガスによって塊状炭素物質を燃焼
   せしめ前記廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉において
   、溶融炉本体の上部に燃焼室を連結し、塊状炭素系物質
   を含む副資材を装入する副資材投入口を備えた分岐管を
   、高温炉床を形成する前記溶融炉本体の下部と廃棄物充
   填層上方の前記燃焼室の空間に開口して設け、且つ前記
   高温炉床及び廃棄物充填層の圧損に応じて制御される流
   量調整装置を前記分岐管に設けたことを特徴とする廃棄
   物溶融炉。