JPH0776607B2 - 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
床において、都市ごみ、下水汚泥、各種産業廃棄物、又
はそれらを脱水、乾燥、焼却や破砕処理などして得られ
た中間処理物を溶融処理し、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、例えば特開昭55-82212号公
報、特開昭55-114382号公報等にしめされるように、塊
状炭素系可燃物質として、コークスを添加した都市ごみ
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おいて高温度で燃焼させ、その燃焼
熱によって不燃物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、破棄物を熱分解し、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記載されてい
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
囲で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。

更に、本発明者らは先に、これらの先行技術を改善した
特願平1-137160号願書で塊状炭素系可燃物質を中空錐体
の炉内に空間を生じることなく均一に分布、充填させ、
先端が塊状炭素系可燃物質の充填域に埋設された装入筒
から廃棄物、塊状炭素系可燃物質、及び塩基度調整剤を
装入する廃棄物溶融炉に関する出願を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、特開昭55-82212号公報、特開昭55-11438
2号公報に示されるものは、廃棄物の溶融処理を安定維
持するために大量の酸素含有ガスを供給しなければなら
ず、炉況の安定化、ランニングコストに改良の余地があ
った。

又、特公昭63-49128号公報では、充填される塊状炭素系
可燃物質が炉内では安息角で分布位置するため、充填高
さの低い周壁部の通気圧損が小さく、炉内で半径方向に
偏流が生じる。装入した塊状炭素系可燃物質は、周壁部
に粗粒、中央部に細粒が分布位置する傾向を持ち、粗粒
部は細粒部より通気圧損が小さく炉内での偏流が一層助
長される。

これは炉内に装入した塊状炭素系可燃物質が、従前に装
入され安息位置した塊状炭素系可燃物質上を転がりなが
ら流入するためで、粗粒ほどよく転がって周壁部の低い
部分へ到達する。これは炉内に空間を有することによっ
て生じる現象である。

偏流の結果、周辺のガス流れが多く中央のガス流れが少
ない不均一な流れの周辺流となり、炉内中央部では、廃
棄物と塊状炭素系可燃物質への伝熱が不十分で、炉の熱
効率が低下し、周辺部では排ガス温度が上昇し、空塔速
度が大となり、排ガスへの同伴ダスト量が増えるという
欠点がある。

さらには廃棄物を装入するため、炉体中央に配設した廃
棄物装入筒には塊状炭素系可燃物質を供給しないことか
ら、高温炉床の中央部には塊状炭素系可燃物質が供給さ
れにくく、塊状炭素系可燃物質のベッド高さが維持でき
ず、溶融に必要な発熱量が不足し、安定連続操業が困難
になることがある。

この欠点を補うためには、燃料比を高めたり、酸素富化
率を上げたり、不経済な操業を強いられることになる。

更に、特願平1-137160号では、羽口及び出湯口を設けた
シャフト部（D/H≦１、及びD/d≦1.5の中空錐体。Ｄ、
ｄ＝錐体の径、Ｈ＝錐体の高さ）とその上部を拡大した
中空錐体を塊状炭素系可燃物質の安息角又は安息角以上
に形成しているが、シャフト部と中空錐体の接合部に折
れ角の大きい凸錘面が形成され周囲の塊状炭素系可燃物
質の重力降下が安定しない場合があり、炉況を乱す要因
にもなっていることが判明した。又、処理規模が大きく
なると羽口先端部炉内面径、及び装入筒を拡大する必要
があり、最上段羽口先端部炉内面径より装入筒の径を小
さくした場合は、廃棄物の処理量に対して周辺の塊状炭
素系可燃物質の消費量が増大し燃料比が高くなり不経済
となる。逆に、装入筒の径を大きくすると、高温炉床に
供給される装入筒からの塊状炭素系可燃物質は増加でき
るが、装入筒周辺に分布位置する塊状炭素系可燃物質の
燃焼量が減少し、装入筒内の周辺に分布位置する灰分、
不燃分のスラグ化が安定せず、溶融・滴下しにくくなっ
て、周辺ガス流路が安定確保されず炉況不安定になる。

一方、羽口の段数は、処理規模が小さい場合は１〜２段
でもよいが、処理規模が大きくなりシャフト部形状のま
まで炉径を拡大していくと、羽口からの酸素の到達距離
に限界があり、装入筒に供給される塊状炭素系可燃物質
を炉下部中央まで均一に燃焼させるのが困難になる。

又、廃棄物には塊状炭素系可燃物質のカサ比重より軽い
もの（例えば、シュレッダーダスト、分別ごみ等）があ
り、これらを溶融処理するとき装入筒下端レベルが高す
ぎる場合は、装入筒下部の廃棄物充填域の降下量より周
辺の塊状炭素系可燃物質の降下量の割合が多くなり、溶
融処理に必要な発熱量以上に塊状炭素系可燃物質を消費
することがある。

本発明の目的は、炉内に不都合な偏流が生じるのを抑制
すること、及び高温炉床に於いて発熱量が不足する不都
合を解消し、且つ、炉径を拡大しても塊状炭素系可燃物
質を断面均一に燃焼させるとともに、周辺の塊状炭素系
可燃物質の燃焼消費量を抑えた熱効率の高い廃棄物溶融
炉を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の廃棄物溶融炉はその課題を解決するために、上
部を拡大した中空錐体下部に１段以上の羽口及び出湯口
を設け、ついで該中空錐体内に塊状炭素系可燃物質の充
填域を形成させ、中空錐体下部の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る。更に、該装
入筒の内径を最上段羽口先端部炉内面径の0.7〜1.3倍と
して、前記中空錐体の上部には複数の塊状炭素系可燃物
質装入口と複数の排ガス管を接続する。そして、その中
空錐体上下部内面は塊状炭素系可燃物質の安息角以上の
角度に形成し、前記装入筒下端と中空錐体内面の隙間δ
を塊状炭素系可燃物質の平均粒径の４倍以上とした。

［作用］ 塊状炭素系可燃物質（以下炭素系可燃物という）を炭素
系可燃物装入口の中に充満させ、空にすることなしに炭
素系可燃物充填域に装入する。炭素系可燃物は充填域に
流入する際、前記装入口下の中空錐体上部を徐々に降下
位置する。この時中空錐体上、下部内面は炭素系可燃物
の安息角以上の角度に形成しているため、炉内に空間が
生じない。前掲の特公昭63-49128号公報では、充填され
る塊状炭素系可燃物質が安息角で分布するのに対し上面
の角度は約20°のため、炉内に空間を生じ、後から装入
される炭素系可燃物質はこの安息位置した塊状炭素系可
燃物質の上を転がりながら流入する。これに対し本発明
では、炭素系可燃物は転がること無く流入充填される。
そのため炉内に均一に分布し、粒度偏析が生じず、通気
圧損が均一となり燃焼排ガスの偏流が生じない。更に、
前記特願平1-137160号の例のように、シャフト部と中空
錐体の接合部に折れ角の大きい凸錘面が形成されないた
め、炭素系可燃物の流入降下が重力のみで容易に行われ
る。

排ガス管下端は、安息位置した炭素系可燃物の斜面に接
することになるので、充填高さは一定に保たれる。従っ
て、排ガスの圧力損失も一定に保たれる。

中央の装入筒からは、廃棄物と炭素系可燃物の一部を交
互に装入して、或いは混合装入して、廃棄物充填域を形
成させる。この時、最上段羽口先端部炉内面径の0.7〜
1.3倍の内径の装入筒にすることによって、装入筒から
の廃棄物及び炭素系可燃物と周辺からの炭素系可燃物が
バランスよく流入し高温炉床の維持、周辺ガス流路の確
保がなされ炉況は安定する。このため高温炉床には必要
な炭素系可燃物が供給され、発熱量不足にはならない。

尚、特公昭63-49128号公報の溶融炉では、中央の廃棄物
装入筒の内径は、明記されていないが図面から推定し
て、一番狭い中空錐体の最下部の内面径のせいぜい0.5
倍程度であり、これでは装入筒の内径が狭すぎて廃棄物
と炭素系可燃物とのバランスが悪く、炭素系可燃物を多
量に使用することとなる。

又、カサ比重の軽い廃棄物を処理する場合は、装入筒下
端と中空錐体内面の隙間δを炭素系可燃物の粒径の４倍
以上として、周辺の炭素系可燃物の流入降下量を適度に
抑制することによって、溶融処理に必要な周辺の炭素系
可燃物の発熱量を適正に維持し、炭素系可燃物の燃焼消
費量が抑えられ熱効率が高くなる。

この装入筒の下端と中空錐体内面の隙間δについても、
先の特公昭63-49128号公報には何の記述もなく、単に図
面上、炉体円錐部とはかなり離れた垂直筒部の範囲内に
セットされているに過ぎず、中空錐体の範囲内で上記の
目的をもって炭素系可燃物の粒径と関係づけて装入筒の
下端と中空錐体内面の隙間を特定した本発明の溶融炉
は、公知の炉に比べ非常に優れたものである。

［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図は本発明の第１の実施例の廃棄物溶融炉１の縦断
面図並びに廃棄物溶融処理システムを示す。例えば、都
市ごみ、下水汚泥の焼却灰など、灰分、不燃分の多い場
合の例である。

この廃棄物溶融炉１は、上部を拡大した傾斜角度65度の
中空錐体下部11に塊状炭素系可燃物質Ｂ（以下コークス
を用いた例）が充填された高温炉床12を有し、その上方
に、傾斜角度68度の上部を拡大した中空錐体上部15を連
接して、廃棄物Ａ、コークスＢ及び石灰石Ｃの充填域13
と、コークスの充填域14を構成している。溶融炉内はこ
れら充填域13、14で充満され、空間を有しない。中空錐
体下部11と中空錐体上部15の傾斜角度は同一にしてもよ
く、中空錐体下部11はD/H＞１、及び、又はD/d＞1.5の
中空錐体であって、この条件を満足する範囲であれば差
支えない。

コークスの充填域14の上部分の径は、燃焼排ガスの空塔
速度が低減するように羽口20の断面部径の５倍に拡大
し、コークス充填域14の上方周壁16の周囲に、65度の傾
斜をもった４本の排ガス管17を等間隔に取り付けてい
る。燃焼排ガスＥは、該排ガス管17より二次燃焼室２、
空気予熱器３、ガス冷却器４、集塵器５、洗煙装置６、
誘引送風機７、煙突８を経て排出される。

上述の傾斜角度や寸法比は、高炉用コークスの中塊を用
いた場合であって、用いられる塊状炭素系可燃物質、例
えば石油コークス、ピッチコーク、電極屑等によって変
更するのが好ましい。

前記中空錐体上部15の上部には、炭素系可燃物装入口18
（以下コークス装入口という）を４箇所設けている。中
空錐体上部15の上部内面は、コークスの安息角以上とし
て45度の角度に形成されていて、コークス装入口18に連
接している。

廃棄物ＡとコークスＢ及び石灰石Ｃを装入する装入筒19
は、炉の中央に配設され、装入筒19の内径は上段の羽口
21先端部炉内面径の0.7〜1.3倍に、好ましくは0.9〜1.1
倍にして、装入筒19の下端はコークスの充填域14の中に
埋設され、中空錐体上部15内面との隙間δをコークス平
均粒径の８倍としている。装入筒19からは廃棄物Ａとコ
ークスＢの40〜80パーセントを層状にして、或いは混合
して装入する。このとき石灰石Ｃが、廃棄物と共に装入
筒19から装入される。

排ガス管17とコークス装入口18の数は、廃棄物溶融炉の
規模や周辺の設備レイアウトの条件によって最適な複数
の組み合わせが選定される。

又、中空錐体下部11には、炉内のコークスを燃焼させて
高温雰囲気の火格子を形成するように、押し込み送風機
９から空気予熱器３を経て、予熱された酸素含有ガス
（以下送風空気Ｄ）を吹き込む４本の下段送風空気吹き
込み羽口20と、装入筒内の周辺に分布するコークスを燃
焼させ、灰分・不燃分の溶融範囲を広げて処理能力の増
大、及び周辺コークスを予熱し高温雰囲気を拡大する目
的で８本の上段送風空気吹き込み羽口21を下段送風空気
吹き込み羽口20の間に対称的に配置している。処理規模
が小さい時は、羽口20、21は上下２段にせず１段で構成
しても差支えないし、処理規模が大きくなった場合は、
３段以上に構成してもよい。

羽口20、21の本数は、中空錐体下部11内面の傾斜角度や
羽口20、21先端部炉内面径の寸法の選定、周辺の設備レ
イアウトの条件等によっては種々の組み合わせで行われ
ることもあり、羽口21を中空錐体上部15に設けることも
可能である。又、羽口20、21の先端は水冷羽口として中
空錐体下部11の内面より内側に突き出して内側壁面を流
下するスラグによって生じる羽口閉塞を抑制し、装入筒
に供給されるコークスを積極的に燃焼させることもでき
る。

更に、中空錐体下部11の炉底部には、廃棄物の灰分、不
燃分やコークス、石灰石の灰分が高温で溶融、混合され
塩基度調整が行われた溶融スラグを排出する出湯口22を
設けている。出湯口22は、同形状のものを等間隔に複数
個設け、稼働中は一個のみを使用し、炉休止後の再稼働
時には中空錐体下部11を回転して取り付け交互に使用す
ることも可能である。

廃棄物Ａは装入筒19内を降下し、充填域13を形成するよ
うになる。この過程で廃棄物Ａ、コークスＢ、石灰石Ｃ
を装入筒19内に500〜800mm堆積させ、燃焼排ガス温度を
約250〜300℃に保つ。この状態で廃棄物は装入筒の下部
中央では、700〜1000℃に達し、高温炉床12に達する頃
には、赤熱コークスからの輻射熱とコークスの燃焼によ
る高温燃焼排ガスによって、灰分、不燃分はコークスの
火格子の空隙を急速に軟化、溶融、溶流、滴下を始め
る。

コークス装入口18から装入されるコークスはコークスの
充填域14を形成し、ここで排ガス管17に排出される燃焼
排ガスと降下しながら熱交換が行われ、コークスは徐々
に温度を高め上段送風空気吹き込み羽口21に到達する時
には、下方から上昇する燃焼排ガス中のCOガスの一部を
優先的に燃焼して、得られた熱でさらに高温に加熱され
るとともに吹き込まれた酸素の一部は装入筒内の周辺に
分布したコークスを燃焼させる。この部位では、前述の
ように灰分、不燃分の軟化、溶融が開始されており、上
昇ガスは比較的通過しにくい状況になっているが、周壁
側にはリング状のコークス層が形成されており、上昇ガ
スは通気性の良好なこの部分を通過するようになる。こ
の時、上昇ガスは、円周方向では均一な流れが維持され
ており流速が高められることから、充填域13、14下方の
境界部では熱伝達が促進される。

更に、高温炉床12では、下段送風空気吹き込み羽口20か
らの送風予熱空気により、装入筒内に供給されたコーク
スの中央部コークスも均一燃焼して、高温のコークス火
格子が安定的に維持される。

本実施例の炉内充填高さは約2.5mで、充填層の通気圧損
は100〜200mm水柱であり、出湯口からの噴出ガスは大気
に解放した状態で200〜250mmの火炎長さをもって燃焼さ
れる。

又、上段送風空気吹き込み羽口21に送風空気Ｄの40〜70
パーセントの量を吹き込むと、コークス燃料比を下げる
上で効果的で、且つ、溶融スラグを高温にし、安定した
出湯スラグが得られた。

第２図は第２の実施例を示す。本実施例の廃棄物溶融炉
１において、粒状物（都市ごみ焼却灰のように塊状物と
粉状物の混合物を篩分けした塊状物、あるいは下水汚泥
焼却灰や集塵灰等の粉状の廃棄物を前処理で造粒したも
の）を溶融処理する場合等、廃棄物の充填層に通気性が
ある時は、装入筒19からも粉塵の飛散が多くならない程
度に排ガスを積極的に排出させて粒状物の予熱を促進し
て一層の熱効率を高めることができる。又、各排ガス管
17には夫々排ガス管用排ガス流量調節弁26を設置しても
よい。更に装入筒19にも装入筒排ガス流量調節弁25を設
置してもよい。前述のように、各々の排ガス流路の途中
に流量調節弁25、26を設けることによって、廃棄物の種
類、性状、嵩比重、水分等に応じて装入筒19内の排ガス
流量の可変が可能となり、廃棄物の乾燥、予熱、乾留ガ
ス化等が促進され、一層、炉の熱効率を高めると共に、
装入筒19内の通気圧損を低く抑え、排ガス温度も200〜4
00℃程度に維持するように調整可能で、さらにはダスト
飛散の少ない空塔速度に制御が可能となる。

又、装入筒19を、駆動装置23を用いて伸縮継手24でガス
シールを行いながら上下に可動させるように構成しても
よい。

装入筒19の下端レベルは、コークス粒径の４倍以上、好
ましくは８倍程度に装入筒19と中空錐体上部15内面の隙
間を保つようにすることで、高温炉床12の上方での温度
分布の均一化、廃棄物の降下を安定させ、周辺のコーク
スの充填圧を抑え、積極的な効果を抑制できる。そのた
め、操業条件に見合って前述のように装入筒を上下に可
変すれば、燃料比を低減した最適な炉内のヒートパター
ンを形成することが可能となる。

又、装入筒19を上下に可動させると、周辺コークスの降
下量を規制でき、中央廃棄物の降下を促進する効果があ
り、処理量の増加、燃料比の低減に有効に作用する。時
に、処理物によって炉況が悪化する微候がある場合に
は、高めのレベルで上下動させ、周辺コークスを強制的
に炉下部に供給する手段として活用できる利点をもって
いる。

第３図は、更に別の態様の第３の実施例を示している。
これは４箇所のコークス装入口18と、４本の排ガス管17
の配置を逆にして構成した実施例である。こうすること
によって装置レイアウトの自由度が上がる。

前述した第１〜３の実施例で、コークスＢを篩分けし粒
径大のものを装入筒19に、粒径小のものをコークス装入
口18に装入するようにコークスの粒径を変更してもよ
い。

［発明の効果］ 以上説明したごとく本発明において、塊状炭素系可燃物
質は炉内に空間を生じることなく均一に分布し、偏流を
生じない。また燃焼排ガスは均一流れとなり、炉径を拡
大しても塊状炭素系可燃物質の高温炉床の水平断面内で
均一な燃焼が確保され、周辺の塊状炭素系可燃物質の燃
焼消費量を抑え熱効率が向上する。さらに排ガスの圧力
損失も一定に維持できるため、出湯口からの噴出ガス量
の変動が少なく、酸素含有ガス吹き込み元圧力も1000mm
水柱以下に低減でき、炉内圧力変動も小さいため、溶融
スラグを連続的に安定して出湯できる。従って発熱量不
足を招かぬため、燃料比を高めることもなく高温炉床が
均一に確保され、安定した操業ができる等の効果を奏し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例であり、第１図は第１
の実施例の廃棄物溶融炉の縦断面および処理システムを
示す図面、第２図は第２の実施例を示す図面、第３図は
第３の実施例を示す図面である。 Ａ……廃棄物、Ｂ……コークス、Ｃ……石灰石、Ｄ……
送風空気、Ｅ……燃焼排ガス、δ……隙間、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……集塵器、６……洗煙装置、７……
誘引送風機、８……煙突、９……押し込み送風機、11…
…中空錐体下部、12……高温炉床、13……廃棄物、コー
クス、石灰石の充填域、14……コークスの充填域、15…
…中空錐体上部、16……上方周壁、17……排ガス管、18
……コークス装入口、19……装入筒、20,21……送風空
気吹き込み羽口、22……出湯口、23……駆動装置、24…
…伸縮継手、25,26……排ガス流量調節弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部を拡大した中空錐体下部に１段以上の
   羽口及び出湯口を設け、該中空錐体内に塊状炭素系可燃
   物質の充填域を形成させ、中空錐体下部の中央に形成さ
   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
   筒の内径を最上段羽口先端部炉内面径の0.7〜1.3倍とし
   て、前記中空錐体の上部には複数の塊状炭素系可燃物質
   装入口と複数の排ガス管を接続すると共に、中空錐体上
   下部内面は塊状炭素系可燃物質の安息角以上の角度に形
   成し、前記装入筒下端と中空錐体内面の隙間δを塊状炭
   素系可燃物質の平均粒径の４倍以上としたことを特徴と
   する廃棄物溶融炉。