JPH0735889B2 - 廃棄物溶融炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、塊状炭素系可燃物質によって形成した高温炉
床に於いて、都市ゴミ、下水汚泥、各種産業廃棄物、又
はそれらを脱水乾燥、焼却や破砕処理して得られた中間
廃棄物を溶融処理し、不燃物をスラグとして回収する廃
棄物溶融炉に関する。

［従来の技術］ 典型的な廃棄物溶融炉では、塊状炭素系可燃物質とし
て、コークスを添加した都市ゴミなどの廃棄物が竪型の
シャフト炉の頂部から装入され、炉内の乾燥帯、乾留ガ
ス化帯及び燃焼溶融帯を順次降下する。一方、羽口から
酸素含有ガスあるいは酸素富化ガスを炉内に吹き込み、
コークスや熱分解によって生じた炭素質を高温炉床に於
いて高温度で燃焼させ、その燃焼熱によって不燃物質が
溶融滓化しスラグが生成される。

この時スラグの粘性を下げる目的で、塩基度調整剤とし
て生石灰、石灰石、又は珪石が廃棄物と共に炉頂から装
入されている。高温の燃焼排ガスはシャフト内の廃棄物
充填層を対向流として上昇し、廃棄物を熱分解し、廃棄
物中の有機物は可燃性ガスとなって排出され、燃焼熱と
して回収される。

又特公昭63-49128号公報に、次のものが開示されてい
る。これはシャフト炉の頂部の中央に廃棄物装入筒を設
け、下端をコークス充填域内に埋設し、廃棄物装入筒の
周囲にコークス装入口を配設し、更にその周囲に排気管
を配設してある。そして廃棄物は中央に、コークスは周
囲を覆うように各別に装入され、排ガスによる廃棄物充
填域からのダスト吹き上げを、コークスの抑え作用で防
止しようというものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら炉の下部で発生した高温の排ガスは、廃棄
物を覆うように分布された周囲のコークス層の中を通過
して行くために、排ガス中の二酸化炭素とコークスが結
びつき一酸化炭素を発生する、いわゆるソリューション
ロス反応と呼ばれる吸熱反応がおこる。この反応によ
り、炉の下部でコークスの燃焼で生じた反応熱は、廃棄
物を溶融するための熱として充分に利用される事無く、
又コークスを余分に消費し排気管より排出されてしま
う。その結果廃棄物を溶融するための燃料であるコーク
スを多量に消費し、廃棄物溶融炉としての溶融効率に限
界がある。本発明の目的は、コークスの消費量を低減し
燃料比を抑制する廃棄物溶融炉を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の廃棄物溶融処理炉は、その課題を解決するた
め、羽口及び出湯口を設けた中空錐体内に、塊状炭素系
可燃物質の充填域を形成させ、中空錐体内中央に形成さ
れる高温炉床の上方から、廃棄物と塊状炭素系可燃物質
を装入する装入筒を前記充填域に埋設して設け、該装入
筒上部には装入筒排ガス管を接続し、又、前記中空錐体
の上部には複数の塊状炭素系可燃物質装入口と複数の周
辺排ガス管を接続する構成とした。

［作用］ 炉の下部で発生する高温の排ガスは、廃棄物を溶融する
ために廃棄物の融点よりも数百度高い温度であり、廃棄
物の溶融に使われた排ガスの温度は廃棄物の融点よりも
低い温度になる。一般的に廃棄物の融点温度は1000℃〜
1600℃であり、溶融に使われた後の排ガス温度は、1000
℃前後の温度を持っている。廃棄物の溶融は、主に装入
筒から装入された廃棄物と塊状炭素系可燃物質で構成さ
れる廃棄物充填域と塊状炭素系可燃物質充填域の境界面
下部で行われ、溶融した廃棄物の熱伝導率は1.0Kcal/
（ｍ・Ｈ・deg）以下と極端に低いため、溶融に使われ
た後の1000℃前後の排ガスによる境界面下部を通しての
廃棄物予熱は殆ど不可能である。一方、温度が1000℃前
後では、排ガス中の二酸化炭素と周辺の塊状炭素系可燃
物質中の炭素がソリューションロス反応をおこしてしま
うため、1000℃前後の排ガスを周辺の塊状炭素系可燃物
質層の中を通過させると排ガスのもっている熱は、ソリ
ューションロスに費やされてしまう事になり、炉の熱効
率を低めてしまう。

従って本発明では、炉の下部で発生し溶融に使われた後
の高温排ガスの一部又は全量を、周辺の塊状炭素系可燃
物質層中を通過させず、装入筒から装入された廃棄物及
び塊状炭素系可燃物質充填層の中を通過させる事により
ソリューションロスを抑制し、排ガスの顕熱を廃棄物の
乾燥及び予熱等に利用でき排ガスの持ち去る熱を抑える
事ができる。又廃棄物充填域と塊状炭素系可燃物質の境
界面下部に存在する溶融面に廃棄物が到達する前に前述
の乾燥予熱が行われている事により溶融面に於ける単位
面積当たりの溶融速度を増す事ができる。

［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。

第１図は本発明の実施例の廃棄物溶融炉１の断面図並び
に廃棄物溶融処理システムを示す。廃棄物Ａとして、例
えば、都市ゴミ、下水汚泥の焼却灰など、灰分、不燃分
の多いものを処理する場合の例であり、又、塊状炭素系
可燃物質としてコークスＢを用い、塩基度調整剤として
石灰石Ｃを用い、又造粒用バインダー及び塩基度調整剤
として生石灰Ｆを用いた例である。

本実施例の廃棄物Ａには、粒径の小さい粉状の廃棄物も
含まれているため、そのまま廃棄物溶融炉１に投入する
とガスの通気性が極めて悪い。そのため排ガスを強制御
に通過させる為には、送風空気の送風圧力を上げて通圧
力損失に打ち勝つ必要があり送風機９に必要な動力が過
大となる。たとえ動力の上昇を容認したたとしても、粉
状の廃棄物が排ガスに吹き上げられ後流側へ吹き飛ばさ
れ、空気予熱器３等、後流側の設備でダスト閉塞等のト
ラブルをおこす事になる。

従って、本実施例では廃棄物を事前に篩いその篩に下の
粘度の小さい小径廃棄物A2を造粒した後、篩い上の粒度
の大きい大径廃棄物A1及びコークスＢと共に装入筒19よ
り装入する事により通気性を確保し通気圧力損失を上げ
る事無く排ガスを通過させる事が可能となり、廃棄物充
填域13での乾燥予熱を充分に行うのに必要な充填高さを
確保することができる。更に小径廃棄物A2を造粒するに
当たって、普通ポルトランドセメント等、安価なバイン
ダーが必要となるが、もともと塩基度調整剤として廃棄
物と共に装入されている生石灰Ｆには、造粒時のバイン
ダーとしての機能がある為、塩基度調整剤である石灰石
Ｃの一部又は全量を生石灰Ｆに置き換え、これをバイン
ダーとして使用する事により薬剤使用量は、従来と何等
変わる事無く本発明を実施でき、更に、塩基度調整剤の
一部を廃棄物中に混練しているために、溶融時に生石灰
Ｆが効率よく溶融物に作用し、溶融物粘性を低下させる
事にり、出湯口22からの溶融物排出を良好に保てる事と
なる。

具体的には、廃棄物Ａを篩い11にり粒径1mm〜15mmより
も大きい大径廃棄物A1と粒径1mm〜15mmよりも小さい小
径廃棄物A2に分離し小径廃棄物A2は、混練造粒機10にバ
インダー及び塩基度調整剤しての生石灰Ｆ及び少量の水
Ｗと共に投入する。混練造粒機10しては、振動造粒機
等、混練力の大きなものが小径廃棄物の平均粒径、粒径
分布、吸湿性等、性状の不安定な廃棄物に対しては安定
して確実に造粒でき有効である。混練造粒機10からは、
粒径10mm〜50mmの造粒物となった造粒廃棄物A3が排出さ
れ、大径廃棄物A1、コークスＢ、及び塩基度調整剤とし
ての石灰石Ｃと共に装入筒19から廃棄物溶融炉１に装入
される。この時廃棄物Ａの平均粒径及び粒度分布により
篩い11の篩い目を選択する事により分離される大径廃棄
物A1と小径廃棄物A2の重量比率は異なる。すなわち、平
均粒径が小さく粒度分布幅が広い場合には篩い目を大き
くし、平均粒径が大きく粒度分布幅が狭い場合には篩い
目を小さくする。又、小径廃棄物A2と共に混練造粒機10
に投入するバインダー及び塩基度調整剤としての生石灰
Ｆの量及び水Ｗの量も小径廃棄物A2の平均粒径及び吸湿
性により変化させる。すなわち、平均粒径が小さく比表
面積が大きいもの又吸湿性に富むものは、生石灰Ｆ及び
水Ｗの量は少なくする。

例えば、最も一般的な機械式焼却炉から排出される焼却
灰を、廃棄物Ａとして本発明のシステムで処理する場合
は、篩い目として15mmを使い、混練造粒機10に投入する
正石灰Ｆの量は小径廃棄物A2の乾重量に対して５〜20
％、水Ｗは10％前後に調節する。正石灰Ｆの量が少ない
と造粒廃棄物A3の強度が不足し、廃棄物溶融炉１に投入
するまでの搬送時に再粉化し造粒の効果が無くなってし
まう。又生石灰Ｆの量が必要以上に多い場合は、生石灰
Ｆの水硬反応時の反応熱が多大になり、その熱による設
備トラブルを引き起こす事のになる。一方水が少ない場
合には、造粒廃棄物A3の粒径を充分な大きさにできず、
廃棄物充填域13の通気性を確保できない。又、水が多い
場合、造粒時に液状化し、造粒できなくなり、たとえ造
粒できたとしても、廃棄物溶融炉１に投入した後、水分
を蒸発させる熱量が余分に必要となる。もともと水分を
10％以上含む場合は廃棄物溶融炉１の排ガス顕熱を利用
して乾燥させて調節しても良い。

また、下水汚泥を流動炉床にて焼却した焼却灰を、廃棄
物Ａとして本発明のシステムで処理する場合は、平均粒
径が小さい為、篩い目は大きくなり、結果的には篩いを
使わない事と同様となる。よって篩いを通さず、全量小
径廃棄物A2として混練造粒機10に投入する。混練造粒機
10に投入する生石灰Ｆの量は小径廃棄物A2の乾重量に対
して５〜10％、水Ｗは５〜10％に調節する。この場合
は、前述の機械的焼却炉の焼却灰に比べ平均粒径が小さ
いため水の量が少なくて良い。

高温炉床12で発生し、溶融面18で廃棄物の溶融に利用さ
れ温度の低下した炉底排ガス25を、廃棄物充填域13及び
装入筒19を通過し装入筒排ガス管16から排出させる事に
より、装入筒19から装入され、粉が飛散しにくく通気性
の良好な、廃棄物A1、A3、コークスＢ、石灰石Ｃは、炉
底排ガス25により乾燥予熱され、排ガスの顕熱を乾燥、
予熱等に、有効に回収でき、燃焼排ガスＥの温度を450
℃に低下させた上で、ソリューションロスの指標である
一酸化炭素濃度を17％程度に抑えることができる。又事
前に廃棄物が予熱されているため、溶融面18に於ける単
位面積当たりの溶融速度を増す事ができる。

廃棄物の処理速度を上げるために送風空気Ｄの量を増大
させた場合などには、装入筒19内を通過する炉底排ガス
25が必要以上に増大し、空筒速度が上昇し飛散しにくい
廃棄物をも飛散させるようになる。この場合装入筒排ガ
ス管16の排ガス流量調節弁23の開度を絞り、周辺排ガス
管17の排ガス流量調節弁24の開度を開く事により装入筒
19内の空筒速度を調節できる。

また、中空錐体15内面に溶融したスラグが付着し周辺コ
ークス充填域４の荷下がりが不調になった場合にも、短
期的に装入筒排ガス管16の排ガス流量調節弁23の開度を
絞り、周辺排ガス管17の排ガス流量調節弁24の開度を開
き周辺のコークスを優先的に燃焼消費させて中空錐体15
内面に付着したスラグを溶融滴下させ、荷下がりを回復
できる。

排ガス流量調節弁23、24を介して排出された排ガスＥ
は、二次燃焼室２、空気予熱器３、ガス冷却器４、集塵
機５、洗煙装置６、誘引送風機７、煙突８を経て排出さ
れる。一方廃棄物溶融炉１内のコークスを燃焼させるた
めの送風空気Ｄは、押し込み送風機９いから空気予熱器
３を経て送風空気吹き込み羽口20、21から炉内へ供給さ
れる。高温炉床12の燃焼温度を更に上げる為、又排ガス
の炉内空筒速度をより低減するために、送風空気Ｄには
事前に或いは送風空気吹き込み羽口20、21付近で酸素を
富化してもよい。

尚、周辺コークスの充填域14には、周辺コークス装入筒
26を介してコークスＢを装入する。

［発明の効果］ 以上説明したごとく本発明は、粉状廃棄物を含む廃棄物
を廃棄物溶融炉にて処理する場合に炉の熱効率を上げる
事が出来、結果として燃料である塊状炭素系可燃物質の
消費量を低減できる。前述の実施例で機械式焼却炉の焼
却灰を処理した場合では、排ガス流量調節弁23を全閉に
し、排ガス流量調節弁24を全開にした場合、廃棄物1Ton
当たりコークス消費量（コークス比）は、600Kg/Tonで
あったが、本発明を適用し、排ガス流量調節弁23を全開
にし、排ガス流量弁24を全閉にした場合、コークス比
は、400Kg/Tonとなった。他の処理物の場合でも、コー
クス比を60％〜90％に低減できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例であり、廃棄物溶融炉の断面及
び処理システムを示す図面に、本発明のポイントとなる
装入筒19内からの炉底排ガス25の排出状況を記入した図
面である。 Ａ……廃棄物、A1……大径廃棄物、A2……小径廃棄物、
A3……造粒廃棄物、Ｂ……コークス、Ｃ……石灰石、Ｄ
……送風空気、Ｅ……燃焼排ガス、Ｆ……生石灰、Ｗ…
…水、１……廃棄物溶融炉、２……二次燃焼室、３……
空気予熱器、４……ガス冷却器、５……集塵機、６……
洗煙装置、７……誘引送風機、８……煙突、９……押し
込み送風機、10……混練造粒機、11……篩い、12……高
温炉床、13……廃棄物充填域（大径廃棄物、造粒廃棄
物、コークス、石灰石の充填域）、14……周辺コークス
の充填域、15……中空錐体、16……装入筒排ガス管、17
……周辺排ガス管、18……溶融面、19……装入筒、20,2
1……送風空気吹き込み羽口、22……出湯口、23,24……
排ガス流量調節弁、25……炉底排ガス、26……周辺コー
クス装入筒。

フロントページの続き (72)発明者 朝長 隆 福岡県北九州市戸畑区大字中原46―59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内 (72)発明者 戸高 光正 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の59 日鐵プラント設計株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−184313（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−38672（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】羽口及び出湯口を設けた中空錐体内に、塊
   状炭素系可燃物質の充填域を形成させ、中空錐体内中央
   に形成される高温炉床の上方から、廃棄物と塊状炭素系
   可燃物質を装入する装入筒を前記充填域に埋設して設
   け、該装入筒上部には装入筒排ガス管を接続し、又、前
   記中空錐体の上部には複数の塊状炭素系可燃物質装入口
   と複数の周辺排ガス管を接続した事を特徴とする廃棄物
   溶融炉。