JPH01263409A - 雑芥のガス化燃焼装置並びに該装置を用いた雑芥のガス化燃焼方法 - 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、あらゆる産業界および社会生活で発生ずる雑
芥をガス化し、しかる後に完全燃焼させるか又は該燃焼
熱を熱利用設備に仔効に活用するバッヂタイブの二段燃
焼式ガス化燃焼装置並びに該装置を用いた雑芥のガス化
燃焼方法に関するものである。

〔従来の技術〕

いわゆる焼却炉と称されるもので処理対象の雑芥を直接
燃焼させる方法が主体であった。

従来の焼却炉は、それぞれ形のうえで若干の相違は有る
もののその本質は直燃方式と呼ばれる焼却炉でその炉内
に装入した雑芥を点火し完全燃読を狙ってその燃焼を継
続させるために十分な空気を供給して燃焼させ、装入さ
れた雑芥が燃えつきる前に引き続き雑芥を継続装入して
焼却し処理の目的を図るタイプの炉が主体であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の直燃方式の焼却炉およびその燃焼方式においては
、次のような問題点を有していた。

（１）　雑芥の中にプラスチック類の混入が増大し直燃
方式の焼却炉では完全燃焼を図るために過剰空気率を大
きく取って空気を供給しても完全燃焼が困難で多量の煤
煙を発生し、大気汚染防止法並びに関連法規に問題があ
り、そのため集塵装置が必要となり総合の設備費用がか
さむ場合が多かった。更に処理後に発生する残渣量が多
（かつ該残渣の捨場がないという問題があった。

（２）　前項の如（過剰空気率を大きく取る必要性から
大型の空気供給機が必要となり、焼却炉運転のための電
力の消費が大きかった。

（３）焼却対象物の追加装入のため焼却運転中専属の作
業員が必要であった。

（４）　　これら焼却炉の廃熱を活用するに当たり伝熱
効率の高い火炎の輻射熱の利用が困難であった。

（５）焼却対象物の雑芥にプラスチックの混入が増大し
、この完全燃焼を図ろうとする結果燃焼温度が高くなり
、炉材の消耗が大きかった。

（６）　　特に雑芥中のプラスチックについては、過剰
空気率を高めても煤煙の発生を抑制することは困難であ
った。即ちプラスチック類の直読方式では、その表面燃
焼の熱が表面から芯部に伝播し芯部（４層部）で熱分解
が起ってガスが発生しプラスチックの表面で酸素が不足
するからである。更にその酸素の不足を補うために空気
供給量を増加していくと益々表面燃焼温度が」−昇し芯
部の熱分解が促されガスの発生が増大するという現象か
繰り返され完全燃焼は甚だ困難たった。

本発明はこの現象を解決することを一つの目的としてい
る。即ち、本発明バッチタイプの装置を構成するガス化
室は装入された雑芥の一部に点火し制御された空気を供
給しつつ、その燃焼熱で着火点（箇所）周囲の雑芥を熱
分解し可燃性ガスを生成させそのガスを送給管でガス化
室より取り出し燃焼室に送給してそこで別に供給された
燃焼空気と接触、混合し完全燃焼を図るものである。こ
のように可燃性ガス化された雑芥は燃焼空気と良く混合
し低い過剰空気率で完全燃焼が達成される。

本発明は、特に問題点（６）項および他の問題点を解決
するためになされたものであって、ガス化室に装入され
た雑芥例えば紙屑、木屑、各種プラスデック屑、古タイ
ヤ、廃油、廃化学薬品液等（以下雑芥という）の一部に
点火し、投入口蓋、生成ガス送給管ダンパー、残灰排出
口、燃焼室点火口をバッチタイプの半乾留方式としガス
化室の雑芥が燃焼するのに必要な理論空気量の０．３か
ら１未満の量に制御された空気をガス化室底床部に設け
られた空気供給孔より供給しつつ、その燃焼熱で着火点
（箇所）周囲の雑芥を熱分解し可燃性ガスを生成させそ
のガスを送給管でガス化室より取り出し生成ガス燃焼用
兼生成ガスエゼクト用空気供給管および着火バーナーと
からなる着火バーナー燃焼室に送給し該室で過剰の燃焼
空気を供給して接触混合させ肘接する燃焼室で完全燃焼
を図るものである。このように可燃性ガス化された状態
のガスは燃焼空気と良（混合し低い値の過剰空気率で完
全燃焼が達成されるものである。

このように完全燃焼により発生する廃熱エネルギーは例
えば、非鉄金属の溶解、精錬炉、鋼材の鍛造、圧延加熱
炉、を機、無機材料の乾燥設備、蒸気ボイラー、温水ボ
イラー等（以下熱利用設備という）の熱エネルギーとし
て再利用することを目的とする雑芥のバッチタイプ二段
燃焼式ガス化燃焼装置並びに該装置を用いた雑芥のガス
化燃焼方法を提供するものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明は、」二記目的を達成するためになされたもので
あって、ガス他室Ｏｈ１送給管ａｅ１を火／＜−ナー燃
焼室［相］、燃焼室（２２）および排気筒（２１）等の
内壁は耐火物で内張すするか若しくは鋼板壁による水冷
方式でもよい。ガス他室０δ底床部（５）に設けるガス
化用空気供給枝管（７）には、空気供給孔０υを５０　
、、から５００ｍ璽、好ましくは１５０■璽から３００
ｍ■の間隔で底床部全体にまんべんなく設ける。

この１７ｔｌ　ＦＸを外れた場合、本発明装置を用いて
可燃性ガスを燃焼させた後に発生する有害物質を含まな
い残渣（灰）は、陸上埋立が可であるための環境庁告示
第１３号の条件を満足しえないし、燃焼時に発生ずる煤
煙が大気汚染防止法並びに関連法規を満足しない。又、
空気供給孔（６）の吹上角度は４５°から９０゛の範囲
が好ましい。更にガス化用空気供給枝管径と空気供給孔
径の関係は、前記ガス化用空気供給枝管断面積が空気供
給孔の断面積の総和に等しいか若しくはそれ以Ｆである
ことが好ましい。つまり空気供給孔（６）より噴出する
空気の圧力は空気供給枝管（７）を流れる空気の圧力に
等しいことが好ましい。又該空気供給枝管（７）の各入
口にはバルブ（２３）を設ける。

本発明においては、ガス化用空気供給枝管（７）を底床
部（５）の耐火物内に植込んでしかる後に空気供給孔（
６）を設けているが、底床部耐火物を」−記形状に一体
成形して設けてもよい。

ガス化室ａ乙に吹込む空気供給孔θＯを有し、人口にパ
ルプ（２４）を設けた残渣焼却用空気供給管００は、ガ
ス他室０δ本体の胴部の略周囲に任意の高さに設りれば
よい。

着火バーナー０９の取付位置は該バーナー０９の火炎を
着火バーナー燃炉室［相］の中心水平軸に平行である位
置が最も好ましい。着火バーナー０９の火炎が着火バー
ナー燃焼室［相］の耐火物壁面に当たると着火バーナー
０剖の燃料の一部が付着して着火バーナー燃焼室［相］
の内形を変形し狭窄するので好ましくない。燃焼室（２
２）の下部に燃焼室点検口（２５）を設けてもよい。

ガス化室Ｏｚはバッチタイプとし、その大きさは任意で
あるか概ね一日当たりの処理必要量が一度に収容出来る
大きさが好ましい。熱論−日当たりの量が箸しく多い場
合、複数基のガス化室０２１を設けても良い。（２）は
雑芥を装入するための投入口蓋でその開閉は重機による
開閉、油圧、空圧機による開閉、手動開閉等いずれでも
良い。燃焼室（２２）には排気筒又は熱利用設備（２Ｉ
）を接続する。更に本発明装置の制御は手動、半自動の
いずれで行なってもよい。

本発明装置に用いる第一ブロアー（９）、第２ブロアー
０η等は１台で生成ガス燃焼用兼生成ガスエゼクト用お
よびガス化用空気供給兼おき火消化用の空気供給機とし
てもよい。

〔作　　用〕

本顯発明者等は、日夜研究を重ね下記考え方に基づき本
発明を完成した。加えて装入された雑芥をガス化生成さ
せる必要な供給空気量の０．３から１未溝とした限定理
由について述べる。

（１）　　ガス化室への適正空気供給量について本発明
装置の−っの特徴であるガス化室に於ける可燃性ガスの
生成方法に関し、可燃性ガス化するためにガス化室内に
装入された雑芥の一部に点火し、燃焼を継続せしめその
生成熱でガス化室内の雑芥を熱分解させるものであるが
、点火し燃焼を継続させるための空気の供給量の設定は
本発明装置の目的を達成するために重要な条件の一つで
ある。

その空気併置を設定する簡易計算式の一例を以下に示す
。

ガス化室内燃焼空気量　Ａｇ 、’、Ａ＆＝Ａｏ・ｍ　　　　　　　　　　　　　　　
・・・・・　・（１１ｍ＝ガス化室内燃焼空気係数＝０
６３〜１未溝（雑芥の種類、性状によって変化する係数
）Ａｏ二雑芥の理論燃焼空気量 ＝ａ×（Ｉ（ｕ／１，０００）　＋（β）　（Ｎｎｉ’
１ｋｇ　（雑芥））・・・・・・・・（２） Ｈｕ　＝雑芥の発熱量 α＝１〜１．１　　β＝　−０，１〜２（α及びβは雑
芥の種類、性状によって変化する係数） 実際の運転において ガス化室に装入された雑芥の全ＲＶを計画ガス化時間１
−１でガス化するに必要な１時間当たりのガス化室内燃
焼用空気量Ａｃは次の通りである。

一°、Ａｃ　＝Ａｇ　Ｘ　（Ｖ／Ｈ）　（ＮｆｆＩ］／
Ｈｒ）　　　　　−（３）（２）　　生成ガス燃焼室へ
の適正空気供給量についてガス化室で生成されるガスは
、ガス化室に装入された雑芥の燃焼排ガスとその燃焼に
よって生成される熱で他の雑芥が熱分解されて生成され
るガスである。

燃ｍ　排ｉｆ　ス成分の主体ＬｔＮ２、Ｉ］２０１ＣＯ
２、ｃ。

等であるがそれらのうちのＨ２０、ＣＯ２はガス化室内
の加熱された雑芥のＣ（炭素）と次のように反応し可燃
性ガスに変化する。

Ｈ２０＋　Ｃ”　ＣＯ＋　１１２ ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ 一方、雑芥中に合成樹脂等の高分子物質が混在する場合
、熱分解によって種々の炭化水素系のガスが生成される
。

かくして生成された可燃性ガスは生成ガス燃焼室に於い
て別に供給される生成ガス燃焼用空気と混合し燃焼する
。

その燃焼のための適正空気供給量を設定する簡易計算式
の一例を次に示す。

生成ガス燃焼室内燃焼空気量＝Ａ。

、’−Ａｎ　＝Ａｓ　・ｍｎ　（ＮＩＩＴｌ／Ｎｏｒ　
（生成ガス＞　　　　−＝−（ｑ）ｍｎ　−ガス化室内
燃焼空気係数＝１．．０８〜１．３（雑芥の種類、性状
によって変化する係数）Ａｓ：生成ガスの理論燃焼空気
量 ：ａ刈山、／Ｉ　、０００）　＋（β）　（Ｎｏｒ／Ｎ
ｎｌ′（生成ガス））・・・・・・・（５） Ｈ＋、＝生成ガスの発熱量 α＝１〜１７ β二０．２５〜１（α及びβは雑芥の種類、性状によっ
て変化する係数） 実際の運転において ガス化室に装入された雄実の仝量Ｖを計画ガス化時間Ｈ
でガス化し、そのガスを生成ガス燃焼室で燃焼するに必
要な１時間当たりの生成ガス燃焼用空気量Ａｃは次の通
りである。

−’Ａｃ　＝Ａｎ　ＸＧｗ　　（ＮｎＰ／ＪＩｒ）Ｇｗ
　＝Ａｇ−Ａｏ＋Ｇｏｗ（生成可燃性ガスｆｆｉ　−Ｎ
＃）Ｇｏｗ−γＸ　（１−１＋、／１．０００）十δγ
ニ０７２〜１゜■ δ＝０．４　〜１．０ （γ及びδは雑芥の種類、性状によって変化する係数）
Ａ、＝・・・・・・・・・（１）式 Ａ０＝・・・・・・・・・（２）式 （３）　　ガス化室への供給空気量と生成ガス燃焼室へ
の供給空気量の関係について （前箱（１１項と（２）項の関係） ガス化室への空気の供給に関し、本発明装置に対するｍ
値（ガス他室内燃焼空気係数二過剰空気係数）は０．３
〜１未満と１未溝の値であるが、このことは本発明装置
のガス化室内での燃焼はガス化室に装入された雑芥の理
論燃焼空気量以下の空気量とみなされ、その雑芥をＸｈ
ｇ燃焼させるために必要な理論空気量（ＸＸＡｏ）の３
０〜１００％未満の空気供給量を意味し、Ｊ１画燃焼量
Ｘｋｇに対しＸＸ（３０〜１００％未満）が燃焼しＸ・
（ＸＸ（３０〜１００％未満））の量の雑芥が熱分解に
より、未燃状態のガスとなってＸＸ（３０〜１００％未
満）の雑芥の燃焼排ガスと共にガス化室より熱分解ガス
となって排出（生成）される。

換言すれば本発明装置のガス化室への空気の供給条件は
「不完全燃焼排ガス」を得るために必要な空気供給条件
である。

一方、生成ガス燃焼室への空気供給量は気体燃料の燃焼
に給する空気量の一般式が完全に適用出来、「固形物」
である雑芥の燃焼があたかも「気体燃料」を燃焼させる
ごとく、容易かつ完全に行うことが出来る特徴を有し、
その結果、排出ガスの処理操作を行う事なく煤塵、サー
マルＮＯｘの極めて低い値の燃焼排ガスとすることが出
来るものとなった。

このことは大気汚染防止上、環境保全」二また雑芥の焼
却装置の低コス等現代社会の要求によく応えるものとな
った。

ちなみに紙屑３０％、プラスチック４０％、木屑１０％
、油性汚泥１５％、金属屑５％（重量比）の合計１．２
５０　ｋｇの雑芥を本発明装置を用いてガス化燃焼させ
、その排ガス中のダスト濃度の実測値は０．０５ｇ／Ｎ
♂、ＮＯｘは５７　ｐＩ’ｌｌ　ｍであった。即ち、ガ
ス化室に装入した雑芥を燃焼させるに必要な理論空気量
の０゜３から１未満の空気量を供給して不完全燃焼排ガ
スを生成させ着火バーナー燃焼室を介して燃焼室で完全
燃焼させることにより大気汚染防止法並びに関連法規を
満足し、有害物質を含まない発生した残渣の陸上埋立が
可である環境庁告示第１３号の条件をも満足することが
出来るものでありこれらの範囲外では満足しえない。又
リリーフ弁は、ガス化室内のＩ對定圧力調整と万一発生
した場合の爆発を防止するだめの安全弁である。

次に第１図および第２図を用いて本発明の一代表例とし
て説明する。

ガス化室は半乾留方式（完全密閉式でない）でとの底床
部よりガス化室内の雑芥に点火した火か消え無い量の空
気をガス化用空気供給孔より供給する。消え無い程度の
空気供給量は燃焼継続に必要な最低量の空気量であるが
具体的にはガス化室に装入する焼却対象物の種類によっ
て異なり、自動車の用済みタイヤ１００％の場合は理論
燃焼空気量の３０％前後である。

この空気量を増やせばガス化室内の雑芥の燃焼量か増大
し、結果として熱の発生量が増大し室内の他の雑芥の熱
分解量も増大して可燃性ガスの生成量が増大する。この
ことは単に焼却速度を変化させるととのみならず本発明
装置に付帯する熱利用設備がある場合その熱利用設備の
熱デイマント、熱キャンセルの正確な制御の根拠となる
。

設備の大小に拘わらず本発明装置は熱の供給量において
１〜１００つまり標準燃焼量を１０とした場合、その約
１０倍の１００及び１／１０の１に調整するととが容易
である。

ガス化室内の雑芥には燃焼室点火口を開き外部の火種で
点火する。ガス化室内の雑芥に点火後点火口の扉を閉じ
前記ガス化用の空気供給孔より第一プロア−で起こされ
た空気を供給しガス化室内の雑芥の燃焼を継続させる。

生成された可燃性ガスは送給管によって燃焼室へ送給さ
れる。可燃性ガスの送給は第二ブロアーの風圧と生成ガ
ス燃焼用兼生成ガスエゼクト用空気供給管から噴き出さ
れる風によって生成ガスバーナー内部に吸引作用をおこ
し生成ガスをガス化室より吸引する。

燃焼室に導かれた可燃性ガスはあらかじめ点火され燃焼
中の着火バーナーの火炎によって着火される。生成ガス
に着火の後は着火バーナーは消火される。

但し着火バーナーが消火された後生成ガス中の可燃性成
分が希薄になって生成ガスのみでの燃焼が不可能となっ
た場合再び点火され助燃に作用する。

この着火バーナーの燃料は一般の燃料つまり重油、灯油
、都市ガス、ＬＰＧ等が利用される一方廃油再生品も利
用される。

本発明装置のガス化方法は前述の通り空気非遮断方式で
あるがいわゆる乾留方式と同様ガス化の一方骸炭化を同
時に進行しており、いわゆるおき火も生成される。本発
明装置を焼却処理炉として利用する場合や可燃性ガスの
生成装置として利用する場合のいずれを問わず、おき火
の早期消化が望ましく、その目的のためガス化室の本体
の胴部にガス化室内残渣焼却用空気供給管を設はガス化
終了時よりガス化室内残渣焼却用空気供給管より空気を
供給しておき火の消化を促進する。

おき火が消化された後ガス化室内には灰が残留するが、
その灰は残灰排出口を開いて排出される。

かくして本発明装置の第−期の作用は終了するがこの状
態を−サイクルとして繰り返される。

〔実　施　例〕

紙屑３０％、プラスチック屑４０％、木屑１０％、油性
汚泥１５％、金属屑５％（いずれも重量比）の合計１．
２５０　ｋｇの雑芥を本発明装置に装入した。

本発明装置の仕様 ガス化室：外径１１００φ　内径８５０φ　高さ２９５
０燃焼室：外径１８４０φ　内径１５９０φ　高さ２，
０００ガス化用空気供給主管：外径５５φ 空気供給孔径：ＩＯφ　　間隔１６０（いずれも筒部）
底床部全域に千鳥状に配役理論空気量の０．３から０７
の空気量を上記空気供給孔から供給して半乾留吠態とし
て可燃性ガスを成牛させて燃焼室で完全燃焼させた。本
実施例においては熱利用することなく排気筒より煤煙を
大気放散させた。その時の排ガスを採取して排ガス中の
タスト濃度を実測した結果０．０５ｇ／Ｎ♂、Ｎｏ、は
５７ｐｐｍで大気汚染防止法並びに関連規定をクリアし
た。

更に残渣としての灰を分析した結果Ｔ−１（ｇ：０．０
００５　以下、Ｐｂ：０．０４、Ｃｄ：０．０２、Ａｓ
：０．０１以下、Ｃｒ（Ｖｌ）：０．０１以下、Ｚｎ　
：　２８１、Ｍｎ　：　４１３、Ｃｕ：０．０１以下、
Ｓｏ、　：　３７３０　（いずれもｐｐｍ）で環境庁告
示第１３号による陸上埋立の条件を満足した。尚残渣の
発生量は、金属屑４５％と灰３％の合計７．５％（重量
比）であった。

〔発明の効果〕

本発明は、以」二説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。

（１１ガス化室に対しては理論燃焼空気量を大きく下回
る空気の供給量で、更に生成ガス燃焼室に対しては過剰
空気比を気体商業燃料と同程度でよくその結果、装置運
転電力は同量の雑芥を焼却する場合、従来の直燃方式の
焼却炉に比べ１／１５〜Ｉ／２０に抑制される。

（２）焼却対象物のガス化室への装入は計画処理量を一
括して装入し追加装入しないバッヂタイプ方式であるか
ら、その装入時のみの人力の配置でよく大幅な省力が可
能となり、追加装入方式の従来の焼却炉に比較してＩ／
Ｇ〜１７８に抑制される。

（３）　　本発明装置に於ける燃焼形態は第一次的には
ガス化室に於ける無炎燃焼とその熱に拠る可燃性ガスの
生成、第二次的にはその生成ガスの燃焼でありその燃焼
の場所（箇所）を任意の所に設置して生成ガス送給管で
導き燃焼させることが出来、更に伝熱効率か高い燃焼炎
の副射熱を利用するととが出来るため、各種の熱利用設
備に効率良く供給することが容易で、資源エネルギーの
仔効活用が図られる。

ちなみに、具体的な熱利用設備は次の様な実例がある。

■　非鉄金属の溶解、精錬炉 ■　鋼材の鍛造、圧延加熱炉 ■　有機、無機材料の乾燥設備 ■　蒸気ボイラー ０　温水ボイラー （４）　　本発明装置のガス化室内の温度は焼却対象物
が例えプラスチック１００％の場合であっても最高７０
０℃前後であり、ガス化室内材料の耐用寿命も直燃方式
の焼却炉に比べ大幅に延長された。

本発明装置のガス化室は室内の雑芥の一部に点火した燃
焼部分のその熱が他の装入雑芥の熱分解のために吸熱さ
れ室内の温度の上昇が押さえられる。その結果、室内温
度は最高７００℃前後で抑制される。

一方生成ガス燃焼室内の温度は制御されたガス生成量を
計画通り燃焼させるため不測の高温になるととはなく予
定通りの温度で運転され、それに合った燃焼室内耐火物
が選択使用されるので大中なコスト低減がＭｌれる。

（５）　　燃焼後の煤煙は大気汚染防止法並びに関連規
定を満足していることから大気放散が可能である。従っ
て集塵設備等が不要であることから設備費は大中に低減
する。

（６）　　有害物質を含まない残渣として発生した灰に
ついては環境庁告示第１３号の条件を満足していること
から陸上埋立が可能である。

（７）　　Ｍ芥が完全燃焼出来ることから体積比が約ｌ
／２０に減少する等の効果が得られる。

以上要約すれば本発明装置並びに該装置を用いた雑芥の
ガス化燃焼方法は、単に類似構成の装置であっても」１
記効果は得ることが出来ない。即ち、本発明構成要件に
加え、空気供給孔の間隔が５０Ｉ１１から５００冒璽好
ましくは１５０１〜３００　ｍｍ更に可燃性ガス化生成
時の供給空気量が理論空気量の０３から１未満であるこ
とからなる相乗効果によって初めて、大気汚染防止法並
びに関連規定および環境庁告示第１３号の陸上埋立が可
能である条件を満足するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ガス化燃焼装置の概略平面図、第２図は
第１図の側面図である。 図中、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部にリリーフ弁（１）と、開閉自在な投入口蓋
   （２）と、下部に残灰排出口（３）と燃焼室点火口（４
   ）を設ける一方、底床部（５）には空気供給孔（６）を
   有するガス化用空気供給枝管（７）とガス化用空気供給
   主管（８）を第一ブロアー（９）に連結し、更に空気供
   給孔（１０）を有する残渣焼却用空気供給管（１１）を
   前記ガス化用空気供給主管（８）に連結したことからな
   るガス化室（１２）と、該ガス化室（１２）の上部に生
   成ガス取出口（１３）を設けて、生成ガス送給管ダンパ
   ー（１４）および生成ガスバーナー（１５）を送給管（
   １６）で、第二ブロアー（１７）に連結した生成ガス燃
   焼用兼生成ガスエゼクト用空気供給管（１８）と該管の
   先端部下部に設けた着火バーナー（１９）とからなる着
   火バーナー燃焼室（２０）に連結し該着火バーナー燃焼
   室（２０）に連設して排気筒又は熱利用設備（２１）を
   有する燃焼室（２２）を設けたことからなる雑芥のガス
   化燃焼装置。
2. （２）ガス化室（１２）に装入した雑芥（２５）を燃焼
   させるに必要な理論空気量の０．３から１未満の空気量
   を供給して雑芥（２５）を半乾留方式でガス化し、該生
   成ガスを請求項１記載のガス化燃焼装置で燃焼させるこ
   とを特徴とする雑芥のガス化燃焼方法。