JPH09178131A - 固形廃棄物のガス化並びにガス化燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転操作が容易で安全性に優れ、コンパクト
で熱効率のよい固形廃棄物のガス化並びにガス化燃焼方
法を提供する。 【解決手段】 固形廃棄物ａを流動層ガス化炉２に供給
し、流動層部４にて４５０〜７００℃で一次燃焼した
後、フリーボード部６にて７００〜１０５０℃で二次燃
焼し、次で後段の燃焼炉７にて１２００〜１４００℃で
三次燃焼し、灰分を溶融スラグ化して燃焼炉の炉底より
排出ｈする固形廃棄物のガス化並びにガス化燃焼方法と
したものであり、前記流動層ガス化炉内のチャー５は、
流動層部をオーバーフローさせてガス化炉のフリーボー
ド部下部から、燃焼炉のガス導入部に直接供給ｆするの
がよく、前記燃焼炉は、旋回式溶融炉を用い、流動層部
の流動媒体として砂、アルミナ、ドロマイト、石灰石等
を用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固形廃棄物のガス
化並びにガス化燃焼に係わり、特に、都市ごみ、廃プラ
スチック、廃ＦＲＰ、廃車シュレッダーダスト、廃バイ
オマス等の固形廃棄物をガス化あるいはガス化燃焼し、
廃棄物中に含有される灰分を溶融スラグ化して回収する
方法に関する。上記で、ＦＲＰは繊維強化プラスチック
のことであり、また、廃バイオマスには、上下水廃棄物
（夾雑物、下水汚泥）、農産廃棄物（もみがら、稲わ
ら）、林産廃棄物（のこくず、バーク、間伐材）、産業
廃棄物（パルプチップダスト）、あるいは建築廃材等を
含む。

【０００２】

【従来の技術】現在、焼却処理に代わる新たな環境保全
型の廃棄物処理技術として、「ガス化燃焼システム」の
開発が行われている。本システムの特長を以下に列挙す
る。 排ガス量が大幅に低減される。 ダイオキシン類はほとんど発生しない。 廃棄物中の灰分は無害なスラグとして回収される。
このため、埋立地の延命化が図れるとともに、路盤材等
への利用も可能となる。 ガス化炉で生成するガス、タールのエネルギーを灰
溶融に有効活用できる。 システム中にダイオキシン処理や灰溶融の機能が組
み込まれるため、装置全体がコンパクト化され、建設コ
ストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備に付与したよ
り安価となる。

【０００３】現在、本システムにおいて開発が先行して
いるのは、ガス化炉に竪型のシャフト炉を用いた方式
（以下、Ｓ方式）とロータリーキルン炉を用いた方式
（以下、Ｒ方式）である。前者のＳ方式では、炉内に乾
燥・予熱ゾーン（２００〜３００℃）、熱分解ゾーン
（３００〜１０００℃）、燃焼・溶融ゾーン（１５００
℃以上）が上から順に層状に形成され、炉上部より投入
された廃棄物は、熱分解ゾーンで発生したガスと熱交換
しながら炉内を下降する。炉内を上昇した生成ガスは、
後段の燃焼炉にて約９００℃で燃焼される。熱分解ゾー
ンで生成した炭化物は、装入されたコークスとともに溶
融・燃焼ゾーンに下降し、羽口から供給される空気によ
り高温燃焼し、灰分と無機物の全量を溶融する。後者の
Ｒ方式では、廃棄物は破砕後、高温空気により外熱され
たドラム型の回転炉に供給され、４５０℃でゆっくりと
熱分解ガス化される。この時生成する炭化物は炉から排
出され、微粉砕後旋回式溶融炉に供給され、ガス化炉か
ら直接供給された生成ガスとともに１３００℃で高温燃
焼し、灰分は溶融スラグ化される。

【０００４】こうした技術が登場した背景には、以下の
ような事情がある。 ダイオキシンや灰溶融といった問題に個別に対応し
ていたのでは、処理施設全体の建設コストが高くなる。
一方、排ガス量が低減されればガス処理設備の縮小が可
能となる。 近い将来予測されるダイオキシン規制強化に対応す
る必要があること。 払底する埋立地の延命化、並びに灰の無害化とリサ
イクル利用のため、灰溶融のニーズが急速に高まってき
たこと。 廃棄物の保有するエネルギーを最大限に活用すると
ともに、運転費の低減が必要となってきたこと。

【０００５】開発が先行している２方式の課題について
述べる。Ｓ方式のシャフト炉は、１７００〜１８００℃
の溶融ゾーンをガス化炉内に形成するため、コークス等
副資材の大量使用が避けられず、このため運転費が上昇
し、二酸化炭素の排出量も増加する。また、廃棄物中の
金属のほぼ全量が溶融するため、リサイクル利用が出来
ないといった問題がある。さらに、本方式のガス化炉は
固定床炉というタイプに属するが、形状が様々な廃棄物
を処理する上に、最下部に溶融ゾーンを有するため、安
定運転が困難となる。すなわち、固定床炉のポイントで
ある層内にガスを均一に流すことが難しいため、ガスの
吹き抜けや偏流が起きやすくまたガス流量には大幅な変
動を伴う等の問題がある。

【０００６】一方、Ｒ方式の回転炉では、伝熱の良くな
い外熱式のため、炉の甚だしい大型化が避けられず、実
用化する際スケールアップの問題があった。また、生成
する炭化物をいったん回転炉から取り出して微粉砕した
後に燃焼炉に供給し、回転炉から直接供給されるガスと
合わせて高温燃焼する。このため、排出、粉砕、貯留、
供給といった炭化物用のハンドリング設備が必要であ
る。また、ハンドリング中に炭化物の保有熱が冷却や放
熱により失われるが、これはエネルギー利用の観点から
望ましくない。炭化物を外部に抜き出すと、空気と接触
した際に発火する恐れもある等の問題もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解消し、運転操作が容易で安全性に優れ、
コンパクトで熱効率のよい固形廃棄物のガス化並びにガ
ス化燃焼方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、固形廃棄物を流動層ガス化炉に供給し、
流動層部にて４５０〜７００℃で一次燃焼した後、フリ
ーボード部にて７００〜１０５０℃で二次燃焼し、次で
後段の燃焼炉にて１２００〜１４００℃で三次燃焼し、
灰分を溶融スラグ化して燃焼炉の炉底より排出すること
を特徴とする固形廃棄物のガス化並びにガス化燃焼方法
としたものである。前記ガス化並びにガス化燃焼方法に
おいて、流動層ガス化炉内のチャーは、流動層部をオー
バーフローさせてガス化炉のフリーボード部下部から、
燃焼炉のガス導入部に直接供給するのがよく、そのた
め、両者を連通管で接続する。また、前記燃焼炉は、旋
回式溶融炉を用いるのがよい。

【０００９】本発明の流動層ガス化炉の流動層部は、流
動媒体として硅砂、オリビン砂等の砂、アルミナ、ドロ
マイト、石灰石等を用いることができ、前記流動層ガス
化炉の炉底からは、廃棄物中に含有する金属、例えば、
鉄、銅、アルミニウム等を未酸化でクリーンな状態で回
収することができる。また、本発明の流動層ガス化炉に
は、固形廃棄物と共に他の従来型焼却設備で発生する炉
下灰や飛灰を一緒に供給することもできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、前記のＲ方式に工夫を加え、ガス化炉に運転
操作の容易な流動層炉を用いる方式（以下、Ｆ方式）と
したものである。廃棄物はガス化炉に供給され、硅砂等
の流動媒体が形成する流動層部にて４５０〜７００℃で
一次燃焼後、フリーボード部にて７００〜１０５０℃で
二次燃焼し、しかる後に後段の燃焼炉にて１２００℃以
上で三次燃焼し、溶融スラグ化した灰分は燃焼炉の炉底
より排出する。本方式では空気、酸素富活空気、酸素＋
スチームの中から適宜選択して、ガス化炉に供給し流動
化と一次燃焼を行う。従って、廃棄物の熱分解ガス化に
必要な熱量は、原料を部分燃焼することにより迅速かつ
効率良く供給される。こうした熱の供給方法を一般には
内熱式と呼ぶが、内熱式の炉はコンパクト性並びに熱効
率の点で外熱式より優れている。

【００１１】Ｆ方式では、一次燃焼の際に生成した炭化
物は流動媒体の攪乱作用により微砕化されてチャーとな
る。チャーは多孔質で軽いため、硅砂等の流動層の上に
チャーの流動層を形成する。この時、フリーボード部の
下部に設けた排出口よりチャーをオーバーフローさせ、
燃焼炉に直接供給してやると、チャーの流動層の層高を
制限することが出来る。チャー専用のオーバーフロー口
を設けないと、チャーの流動層はフリーボード部の上部
まで達してしまい、流動層の圧力損失を著しく大きくし
てしまう。廃棄物のガス化炉供給部がプラス圧になる
と、ガスが供給装置から外部へリークする恐れを生ず
る。チャー用のオーバーフロー口設置は、こうした危険
性を回避する上から重要な技術である。なお、流動媒体
に固い硅砂を用いることで、炭化物の粉砕が一層促進さ
れる。

【００１２】廃棄物を含まれる金属のうち融点が流動層
温度より高いものは、ガス化炉の炉底より取り出すこと
が可能である。例えば、アルミニウムを回収するために
は、流動層温度をアルミの融点である６６０℃より低く
すればよい。ところが、こうした低いガス化温度では燃
焼速度の遅いタールが多量に発生するので、後段の燃焼
炉の容積を大きくする必要を生ずる。燃焼炉の炉容積を
小さくするには、流動層温度を出来れば８００℃以上に
引き上げて、水素、一酸化炭素、メタンといった低分子
ガス主体のガス組成とする必要があるが、しかし、この
温度ではアルミの回収は断念しなければならない。何故
なら、ガス化温度がアルミの融点より高いために、アル
ミの大部分が気化し、さらに酸化するからである。

【００１３】このような問題点を改善し、しかもガス化
炉のフリーボード部の容積を有効活用するために、本発
明では、フリーボード部に空気、酸素富活空気、酸素の
中から適宜選択して供給することにより、４５０〜７０
０℃の低温で一次ガス化燃焼した後で、７００〜１０５
０℃の二次燃焼すなわち第二段階のガス化を行うように
している。一次燃焼後ではタールが圧倒的に多かった生
成ガスは、この二次燃焼により水素、一酸化炭素、メタ
ン主体のガスとなる。こうして、燃焼炉の負荷低減と燃
焼速度の上昇による燃焼炉の小型化を実現することが可
能となった。燃焼炉での三次燃焼の酸素源に、空気、酸
素富活空気、酸素の中から適宜選択して供給する。本発
明のＦ方式では、Ｓ方式のような１７００〜１８００℃
という高温部は存在しないので、コークス等の副資材は
一切不要である。廃棄物の質や目標とするガス性状に応
じて、一次〜三次燃焼に供給する空気、酸素富活空気、
酸素、スチームを適宜選択使用すればよい。

【００１４】このように、流動層炉をガス化炉に用いた
本発明のＦ方式は、運転操作の容易さの点、コークス等
副資材が不要な点、二酸化炭素の発生量を増やさない
点、さらに、多くの金属が未酸化の状態で回収できる点
において、前記のＳ方式に優り、また、ガス化炉が極め
てコンパクトでしかも稼働部が存在しない点、炭化物の
微粉砕等のハンドリング設備が不要である点において、
前記のＲ方式より有利である。従来型の焼却設備の中に
は、灰溶融設備を保有しないかあるいは近隣に灰溶融設
備の無い所があり、焼却炉や廃熱ボイラから排出される
炉下灰や灰の処理に困窮している。こうした灰を本設備
に受け入れて他の固形廃棄物とともに処理することによ
り、未燃分を含まない良質なスラグとして、回収利用す
ることが可能である。

【００１５】次に、本発明を図面を用いて具体的に説明
する。図１に、本発明のガス化並びにガス化燃焼方法に
用いる装置の一例の概略構成図を示す。図１において、
１は定量供給装置、２はガス化炉、３は分散板、４は硅
砂の流動層、５はチャーの流動層、６はフリーボード、
７は旋回式溶融炉、８は一次燃焼室、９は二次燃焼室、
１０はスラグ分離部である。ａは廃プラスチック、ｂは
一次空気、ｃは二次空気、ｄは不燃物、ｅは生成ガス、
ｆはチャー、ｇは燃焼排ガス、ｈはスラグ、ｉは三次空
気である。ここで用いる廃プラスチックａは、通常都市
ごみの中で燃焼不適ごみとして分別収集されるものを想
定している。

【００１６】廃プラスチックａは、必要に応じて破砕、
選別などの前処理を施した後、スクリュー式の定量供給
装置１により、ガス化炉２に供給される。ガス化炉２の
下方からは一次空気ｂが送入され、分散板３上に硅砂の
流動層４を形成する。廃プラスチックａは流動層４の上
方に投入され、４５０〜７００℃に保持した流動層４内
で一次空気ｂと接触し、速やかに熱分解ガス化される。
ガス化炉２の炉底からは不燃物ｄを回収する。不燃物ｄ
中には金属が含まれるが、実用的には流動層温度を５０
０〜６００℃とすることにより、鉄、銅、アルミといっ
た金属を、未酸化でクリーンな状態で回収することが出
来る。ガス化時にはガス、タール、炭化物が生成する。
炭化物は流動層４の攪乱運動により微粉砕されてチャー
となり、硅砂の流動層４の上にチャー自身の流動層５を
形成する。フリーボード６には二次空気が吹き込まれ、
７００〜１０５０℃にて第二段階のガス化が行われる。
こうして、ガス成分の低分子化、タール、チャーのガス
化が促進される。

【００１７】一方、流動化したチャーは、連続的にフリ
ーボード６下部の排出口よりオーバーフローする。オー
バーフローしたチャーｆは、フリーボード６上部からの
生成ガスｅと合流し、旋回式溶融炉７の一次燃焼室８に
供給され、予熱された三次空気ｉと旋回流中で混合しな
がら、１２００〜１４００℃で高速燃焼する。燃焼は次
の二次燃焼室９で完結し、燃焼排ガスｇはスラグ分離部
１０から排出される。チャーに含まれる灰分は高温のた
めにスラグミストとなり、旋回流の遠心力により一次燃
焼室８の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉され、炉壁を流れ
下って二次燃焼室９に入り、スラグ分離部１０の底部よ
り排出される。なお、旋回式溶融炉７を出た燃焼排ガス
ｇは、廃熱ボイラ、節炭器、空気予熱器といった一連の
熱回収装置を経て大気放出される。また、旋回式溶融炉
７の一次燃焼室８と二次燃焼室９には、始動用並びに補
助用のオイルバーナ１１が設置されている。

【００１８】

【発明の効果】本発明の固形廃棄物のガス化燃焼方法に
適用した場合、次のような効果を奏する。 従来の固体燃焼に代わるガス燃焼であるため、１．
３程度の低空気比燃焼が実現し、その結果排ガス量は大
幅に低減される。 有害なダイオキシン類は、高温燃焼によりほぼ完全
に分解される。 廃棄物中の灰分は無害なスラグとして回収される。
このため、埋立地の大幅な延命化が図れるとともに、路
盤材等への利用も可能となる。 ガス化炉で生成するガス、タール、チャーのエネル
ギーを灰溶融に有効に活用できる。従って、灰溶融用の
エネルギー（例えば電力）が不要となる。

【００１９】 システム中にダイオキシン処理や灰溶
融の機能が組み込まれているため、装置全体がコンパク
ト化され、建設コストもそれぞれの機能を在来型の焼却
設備に付与したより安価となる。 鉄、銅、アルミといった金属は、リサイクル可能な
酸化を受けない状態で回収される。 本発明は、ガス化炉に流動層炉を、後段の燃焼炉に旋回
式溶融炉を採用し、流動層部にて４５０〜７００℃で一
次燃焼した後に、フリーボード部にて７００〜１０５０
℃で二次燃焼し、しかる後に後段の燃焼炉にて１２００
〜１４００℃で三次燃焼し、灰分を溶融スラグ化して燃
焼炉の炉底より排出することにより、シンプル性、コン
パクト性、マテリアルリサイクル、エネルギーリサイク
ル、さらに運転の容易性・安全性を向上させた付加価値
の高い環境適応型の廃棄物処理技術を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス化並びにガス化燃焼方法に用いる
装置の一例を示す概略構成図。

【符号の説明】

１：定量供給装置、２：ガス化炉、３：分散板、４：流
動層、５：チャーの流動部、６：フリーボード、７：旋
回式溶融炉、８：一次燃焼室、９：二次燃焼室、１０：
スラグ分離部、ａ：廃プラスチック、ｂ：一次空気、
ｃ：二次空気、ｄ：不燃物、ｅ：生成ガス、ｆ：チャ
ー、ｇ：燃焼排ガス、ｈ：スラグ、ｉ：三次空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣勢 哲久 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 大下 孝裕 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固形廃棄物を流動層ガス化炉に供給し、
   流動層部にて４５０〜７００℃で一次燃焼した後、フリ
   ーボード部にて７００〜１０５０℃で二次燃焼し、次で
   後段の燃焼炉にて１２００〜１４００℃で三次燃焼し、
   灰分を溶融スラグ化して燃焼炉の炉底より排出すること
   を特徴とする固形廃棄物のガス化並びにガス化燃焼方
   法。
2. 【請求項２】 前記流動層ガス化炉内のチャーは、流動
   層部をオーバーフローさせてガス化炉のフリーボード部
   下部から、燃焼炉のガス導入部に直接供給することを特
   徴とする請求項１記載の固形廃棄物のガス化並びにガス
   化燃焼方法。
3. 【請求項３】 前記燃焼炉は、旋回式溶融炉を用いるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の固形廃棄物のガス
   化並びにガス化燃焼方法。
4. 【請求項４】 前記流動層ガス化炉の流動層部は、流動
   媒体として砂、アルミナ、ドロマイト、石灰石を用いる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の固形廃棄物のガ
   ス化並びにガス化燃焼方法。
5. 【請求項５】 前記流動層ガス化炉は、炉底から廃棄物
   中に含有する金属を未酸化でクリーンな状態で回収する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の固形廃棄物のガ
   ス化並びにガス化燃焼方法。
6. 【請求項６】 前記固形廃棄物には、他の従来型焼却設
   備で発生する炉下灰や飛灰を併用することを特徴とする
   請求項１又は２記載の固形廃棄物のガス化並びにガス化
   燃焼方法。