JPH10141625A - 廃棄物直接溶融炉およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価なコークスを使用せず、しかも炉内で廃
棄物の整然とした充填層を確保するとともに、炉内の通
気性を確保することが可能であり、これによって低コス
トでかつ円滑に廃棄物処理を行うことができるようにす
る。 【解決手段】 炉頂に設けられた廃棄物挿入部３と、炉
床２５に滞留した溶融金属Ｍを排出する溶融金属排出口
２５ａと、溶融金属Ｍの上に浮いたスラグＳを排出する
スラグ排出口２５ｂと、炉内のスラグ排出口２５ｂより
上部に設けられた水冷ロストル５と、この水冷ロストル
５に支持された耐火物ボール６からなる耐火物充填層６
１と、水冷ロストル５の下部から炉内に燃料および酸化
剤を供給して燃料を燃焼させるバーナ７と、炉内に燃焼
空気Ａを供給する羽口管８と、炉内で発生した発生ガス
Ｇを導出する発生ガス導出管９とを備えてなる廃棄物直
接溶融炉であって、上記羽口管８の羽口８ａは、耐火物
充填層６１の範囲内に開口している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ、廃自動
車・廃家庭電化製品等のシュレッダーダスト、さらには
廃プラスチック、木屑、紙屑、汚泥、廃油等の産業廃棄
物に対して熱分解処理および溶融処理を同時に施すよう
にした廃棄物直接溶融炉およびその運転方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物の発生量は年々増加する傾向にあ
り、しかも廃棄物の種類も多様化している。従来、廃棄
物はそのまま、あるいは焼却してから埋立て処分に付さ
れていたが、埋立て用の最終処分地の逼迫や、地下水が
汚染される等の二次公害の問題、さらには法規制の強化
等により、これらに対応し得る廃棄物の処理方式が種々
模索されている。このような背景の基に、現在、廃棄物
の減容化および固定化を行う処理方式が脚光を浴びてい
る。

【０００３】廃棄物の減容化および固定化については、
廃棄物をロータリーキルンや流動床方式の炉によって焼
却し、得られた焼却灰をプラズマ溶融炉や旋回流溶融炉
等によって溶融して減容化する方式のものと、製銑用の
高炉と基本的に同一の構造を有するシャフト炉によって
廃棄物を高温処理し、これによって廃棄物を直接溶融・
減容化する方式のものとを代表的なものとして挙げるこ
とができる。ただし、前者に比べて後者の方が処理プロ
セスが単純であること、設備コストや運転コストを安価
に抑えることができることから、シャフト炉を用いた直
接溶融方式が特に注目されている。

【０００４】この方式の廃棄物直接溶融炉については、
図１１に示すようなものが、第５回廃棄物学会研究発表
会講演論文集（平成６年）に記載されている。この図に
示すように、溶融炉９００は、高炉と類似のシャフト炉
からなる炉本体９０１と、この炉本体９０１の頂部に設
けられた廃棄物の装入装置９０２と、炉本体９０１の下
部に設けられた羽口９０３と、炉本体９０１の炉床部分
に設けられたスラグ排出口９０４と、炉本体９０１の頂
部に設けられた生成ガス排出口９０５を備えて形成され
ている。

【０００５】ごみピット９０２ａ内に貯留された廃棄物
は、適宜バケットコンベヤ９０２ｂ等の持込み手段によ
って装入装置９０２に持ち込まれ、装入装置９０２を通
して所定の時間間隔で所定量ずつ炉本体９０１内に装入
されるようになっている。また、コークス貯槽９０２ｃ
に貯留されているコークスが廃棄物と交互に装入装置９
０２を介して炉本体９０１内に供給され、これによって
炉本体９０１内は廃棄物層とコークス層とが交互に形成
された状態になっている。

【０００６】一方、酸化剤としての酸素富化空気が羽口
９０３から炉本体９０１内に供給され、これによって炉
本体９０１内でコークスおよび廃棄物の一部が燃焼し、
とくに廃棄物については下降しつつ下部から上昇してき
た高温ガスによって乾燥、熱分解処理が順次施され、生
成したガスは生成ガス排出口９０５から後方のガス処理
設備９０６に導出されて所定のガス処理が施されるとと
もに、炉本体９０１内での燃焼残渣である灰分や金属は
溶融スラグおよび溶融金属となり、スラグ排出口９０４
から炉外に排出されるようになっている。

【０００７】そして、コークスは、炉本体９０１内にお
いて廃棄物を支持する構造材としての役割を果たすとと
もに、通気性を確保するように作用し、これによって炉
本体９０１内での廃棄物の熱分解処理が支障なく行われ
るようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なシャフト炉を用いた廃棄物直接溶融方式においては、
炉本体９０１内での生成ガスおよび酸化剤の通気性の確
保のため、および廃棄物の熱分解を助ける助燃剤として
の役割を果たさせるためにコークスの使用が前提となっ
ているが、コークスは非常に高価であり、廃棄物の処理
コストが嵩むという問題点を有している。

【０００９】また、通常、助燃剤の量は設備規模が大き
くなるに従って減少すべき性格のものであるが、助燃剤
がコークスであり、かつ、それに炉本体９０１内での構
造材および通気性確保材としての役割を担わせている限
り、炉本体９０１が大きくなるとそれに比例してコーク
ス量も増加させる必要があり、いわゆるスケールメリッ
トが得られないという問題点を有している。

【００１０】また、酸化剤は底部の羽口９０３から吹き
込まれて炉本体９０１内を上昇するが、シャフト炉の特
性として炉本体９０１の内壁面に沿って上昇する傾向に
あり、しかも炉径が大きくなる程この傾向は顕著になる
とともに偏流が生じやすくなり、従って、炉本体９０１
をスケールアップすれば酸化剤の偏流に起因した炉本体
９０１内での棚吊り現象（コークスや廃棄物が炉内で架
橋されて降下しなくなる現象）や棚落ち現象（架橋され
ていたコークスや廃棄物が突然落下する現象）が発生
し、これによって円滑な廃棄物処理が行い得なくなると
ともに、処理能力の低下を招くという問題点を有してい
た。

【００１１】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、高価なコークスを使用せず
に炉内の通気性を確保することが可能であり、これによ
って低コストでかつ円滑に廃棄物処理を行うことができ
る廃棄物直接溶融炉およびその運転方法を提供すること
を目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
廃棄物直接溶融炉は、竪型のシャフト炉からなり、炉頂
に設けられた廃棄物装入用の装入口と、炉床部に滞留し
た溶融金属を排出する溶融金属排出口と、溶融金属の上
に浮いたスラグを排出するスラグ排出口と、炉内のスラ
グ排出口より上部に設けられた水冷ロストルと、この水
冷ロストルに支持された耐火物製の充填材からなる充填
層と、水冷ロストルの下部から炉内に燃料および酸化剤
を供給して燃料を燃焼させるバーナと、炉内に酸化剤を
供給する羽口管と、炉内で発生した排ガスを導出する発
生ガス導出管とを備えてなる廃棄物直接溶融炉であっ
て、上記羽口管の羽口は、以下の式を満足する高さ寸法
ｈに設定されていることを特徴とするものである。 ｈ１＜ｈ＜ｈ１＋Ｌ１ 但し、 ｈ：上記炉床部上面と上記羽口との間の距離
（ｍ） ｈ１：上記炉床部上面と上記水冷ロストル上面との間の
距離（ｍ） Ｌ１：炉内壁面に接した部分における上記充填層の厚み
寸法（ｍ）。

【００１３】この廃棄物直接溶融炉によれば、水冷ロス
トルの上部には耐火物製の充填材による充填層が形成さ
れ、羽口管からの酸化剤はこの高い空隙率を維持した充
填層に向けて吹き込まれるため、吹き込まれた酸化剤
は、個々の充填材にランダムに衝突しつつ分散され、こ
れによって充填層の上部の廃棄物層に均一に供給され
る。従って、従来通気性確保のために燃料を兼ねて構造
材として使用されていた高価なコークスを使用しなくて
もよく、その分運転コストを低減させることができる。
なお、充填材も消費されるが、その消費量はコークスの
消費量に比べて極めて少なく、定期的に僅かな量を補給
するだけでよい。

【００１４】また、廃棄物中の金属や灰分を溶融するた
めの熱量は、可燃性を有する廃棄物のチャーと酸化剤と
の燃焼反応で賄われるため、炉底部でバーナにより燃焼
される燃料は、流下した溶融金属や溶融スラグの温度維
持のためだけの量でよく、従って、燃料の量を必要最小
限の僅かな量に抑えることができる。

【００１５】このように、通気性の確保と、燃料の機能
とを分離したため、それらを共用させたコークスを用い
る場合に比較して、炉の規模が大きくなることに反比例
して燃料の量を低減させることが可能になり、スケール
メリットを享受することができる。例えば、５０ｔ／日
の処理量の炉を例にとると、燃料は、従来のコークスを
用いる方式に比較して熱量比で１／４〜１／５にまで低
減される。

【００１６】本発明の請求項２記載の廃棄物直接溶融炉
は、請求項１記載の廃棄物直接溶融炉において、上記充
填層は、炉内壁面に接した部分から炉心部分に向けて厚
み寸法が漸増するように形成されていることを特徴とす
るものである。

【００１７】この廃棄物直接溶融炉によれば、炉壁部分
の充填層の厚み寸法は、中央部と比べて小さいため、こ
の部分において羽口から吹き込まれた酸化剤と、チャー
との燃焼反応による溶融帯がまず形成され、これが抵抗
となって酸化剤は中央部分に移動し、これによって酸化
剤の流通が炉内で均一化する。

【００１８】本発明の請求項３記載の廃棄物直接溶融炉
の運転方法は、請求項１または２記載の廃棄物直接溶融
炉を用い、上記バーナから炉内に燃料および酸化剤を供
給して燃焼させるとともに、上記羽口管から炉内に酸化
剤を供給しつつ、上記装入口から炉内に廃棄物を装入
し、廃棄物の燃焼および熱分解によって発生した上記排
ガスを発生ガス導出管を通して系外に導出するようにし
た廃棄物直接溶融炉の運転方法において、炉内における
合計排ガスの空塔速度を、炉内における廃棄物の流動化
開始速度以下に設定することを特徴とするものである。

【００１９】この廃棄物直接溶融炉によれば、炉内に装
填された粒状の廃棄物は、炉内を上昇する気流によって
流動しないため、装入されたときの層状態が維持され、
これによって炉内での偏流が防止され、炉操業が安定す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る廃棄物直接
溶融炉の一実施形態を示す断面視の説明図であり、図２
はその羽口部の断面図である。図１に示すように、溶融
炉１は、竪型のシャフト炉からなる円筒状の炉本体２
と、この炉本体２の頂部に設けられ、かつ、廃棄物Ｗを
炉本体２内に導入する廃棄物挿入部３と、炉底に設けら
れた溶融物排出部４と、この溶融物排出部４の若干上部
に炉内を横断するように水平に配設された複数本の水冷
ロストル５と、この水冷ロストル５に支持された多数の
耐火物ボール（充填材）６と、上記溶融物排出部４と水
冷ロストル５との間に助燃用の燃料Ｆを供給するバーナ
７と、炉本体２内に酸化剤としての燃焼空気または酸素
富化空気（以下燃焼空気および酸素富化空気の内のいず
れか一方のことを燃焼空気（酸化剤）Ａとのみいう）を
供給する羽口管８と、炉本体２内で発生した発生ガスＧ
を導出する発生ガス導出管９とから構成されている。

【００２１】上記廃棄物Ｗは、都市ごみ、廃自動車・廃
家庭電化製品、廃プラスチック、木屑、紙屑、汚泥、廃
油等が混在したものであるが、廃自動車や廃家庭電化製
品、廃プラスチック、木屑等の大型でかつ重量の大きい
廃棄物は、予め所定の寸法に粉砕され、いわゆるシュレ
ッダーダストになったものが溶融炉１用として採用さ
れ、これによって廃棄物Ｗの処理が容易に行い得るよう
にしている。このような所定寸法に調製された廃棄物Ｗ
が廃棄物挿入部３に供給される。

【００２２】上記炉本体２は、炉本体２の頂部であって
廃棄物挿入部３が接続された炉頂部２１と、この炉頂部
２１の下部に延設された胴長の胴部２２と、この胴部２
２の下部であって、かつ、水冷ロストル５の上部に設定
された羽口部２３と、この羽口部２３と上記溶融物排出
部４との間に形成された燃焼室２４とを備えて形成され
ている。

【００２３】上記廃棄物挿入部３は、所定のゲート機構
３１を有しており、このゲート機構３１の二重ゲートの
開閉操作によって所定の時間間隔で胴部２２内に所定量
ずつの廃棄物Ｗを間欠的に装入するようになっており、
装入された廃棄物Ｗは先に装入された廃棄物Ｗに積層さ
れ、乾燥および熱分解されつつ胴部２２を順次下降する
ようになっている。

【００２４】上記羽口部２３には多数のアルミナ製の耐
火物ボール６が所定の層厚みになるように充填され、こ
れによって水冷ロストル５上に耐火物充填層６１が形成
されている。この耐火物充填層６１は、図１に示す実施
形態では厚み寸法が一定に設定されているが、この厚み
寸法を炉内壁面に接した部分から炉心部分に向けて漸増
するように設定することにより耐火物充填層６１を山形
に形成してもよい。

【００２５】上記水冷ロストル５は、金属製のパイプ等
で形成され、内部に冷却水を流通させ得るようにしてあ
る。そしてこの水冷ロストル５に冷却水を流通させて冷
却することにより水冷ロストル５の熱溶融を防止するよ
うにしている。

【００２６】また、羽口部２３の上下方向の略中央部に
羽口管８の先端部の羽口８ａが内壁面を貫通して没入さ
れている。このような羽口管８は、複数本が炉心に向け
て等ピッチで放射状に設けられ、これら複数の羽口管８
には胴部２２を囲繞した環状管８１（図２参照）から燃
焼空気Ａが供給されるようになっている。従って、周り
の羽口管８からの燃焼空気Ａは、羽口部２３に形成され
た耐火物充填層６１の高さ方向の略中央部に供給され、
多数の耐火物ボール６によって均等に分散させられるこ
とになる。

【００２７】本実施形態においては、耐火物ボール６は
アルミナ製の球状のものが用いられているが、本発明は
耐火物ボール６がアルミナ製の球状のものであることに
限定されるものではなく、耐火物製であればアルミナ製
に限らず適用可能であり、例えば廃煉瓦を砕いて得られ
る所定の粒度構成を備えた耐火物片を採用することも可
能である。

【００２８】上記バーナ７は、燃焼室２４内の炉心に向
かうように設けられている。これらのバーナ７から供給
された燃料Ｆおよび燃焼空気Ａは燃焼室２４で燃焼した
後、火炎が上部の耐火物充填層６１で多数の耐火物ボー
ル６により均等に分散され、これによって羽口部２３内
およびその上部の胴部２２内の水平方向の温度分布が均
一になるようにしている。そして、燃料Ｆの燃焼によっ
て燃焼室２４内の温度は１５００℃〜１６００℃が維持
されるように燃焼空気Ａが制御されている。

【００２９】上記溶融物排出部４は、胴部２２内で溶融
して滴下した溶融金属Ｍおよび溶融灰分からなるスラグ
Ｓを一時貯留し、所定量が滞留してから炉外に排出する
ように構成され、炉床２５の上部に形成されている。そ
して、炉床２５の直上に溶融金属排出口２５ａが設けら
れているとともに、この溶融金属排出口２５ａよりも上
方位置にスラグ排出口２５ｂが設けられている。

【００３０】そして、本発明においては、羽口管８の羽
口８ａの高さ位置は、以下の式を満足する高さ寸法ｈ
（図１）に設定されている。 ｈ１＜ｈ＜ｈ１＋Ｌ１ 但し、 ｈ：上記炉床部上面と上記羽口８ａとの間の距
離（ｍ） ｈ１：上記炉床部上面と上記水冷ロストル上面との間の
距離（ｍ） Ｌ１：炉内壁面に接した部分における上記充填層の厚み
寸法（ｍ）。

【００３１】このような位置設定が行われるのは、ｈ≦
ｈ１であると、羽口８ａが水冷ロストル５の下側になる
ため、特に水冷ロストル５の温度が低くなり、スラグに
よる閉塞トラブルが起こるからであり、逆にｈ≧ｈ１＋
Ｌ１であると、羽口８ａが耐火物充填層６１の上部に位
置するため、耐火物充填層６１による燃焼空気Ａの均一
分散が胴部２２内で行われ難くなり、胴部２２内で廃棄
物Ｗに与えられる燃焼空気Ａにバラツキが生じ、これに
よって胴部２２内での均一な温度分布が阻害され、廃棄
物Ｗの熱分解状態が不均一になって安定した廃棄物処理
が行われ難くなるからである。

【００３２】上記構成の溶融炉１によれば、廃棄物Ｗを
廃棄物挿入部３を介して炉本体２の炉頂部２１に間欠装
入することにより、廃棄物Ｗは、装入毎の層状で胴部２
２内を漸次下降し、羽口管８からの燃焼空気Ａの供給に
よるチャーの燃焼熱によって加熱され、一部の可燃物は
熱分解し、これによって発生ガスＧが生成する。この発
生ガスＧは、炉頂部２１に接続された発生ガス導出管９
を通して系外に導出され、所定のガス処理が施される。

【００３３】一方、熱分解した後のチャーは、羽口部２
３の耐火物充填層６１において、吹き込まれた燃焼空気
Ａと反応して燃焼し、その燃焼熱により金属部分が溶融
して溶融金属Ｍになるとともに、灰分が溶融したスラグ
Ｓになり、溶融物排出部４において溶融金属Ｍが炉床２
５上に貯溜され、軽いスラグＳは溶融金属Ｍの上部に浮
上した状態になる。そして、所定量の溶融金属Ｍおよび
スラグＳが溶融物排出部４に貯溜された状態で、スラグ
排出口２５ｂからスラグＳが炉外に導出され、溶融金属
排出口２５ａから溶融金属Ｍが炉外に導出される。

【００３４】そして、本発明においては、羽口管８は、
その羽口８ａの設置位置（高さ寸法ｈ）が上記のよう
に、ｈ１＜ｈ＜ｈ１＋Ｌ１を満足するように、すなわち
耐火物充填層６１の存在する位置に設定されているた
め、バーナ７からの燃焼排ガスが耐火物充填層６１によ
って均一に分散された中に、同様に均一に分散された状
態の羽口管８からの燃焼空気Ａが供給され、これによっ
て偏りのない良好な通気性が得られるとともに、耐火物
充填層６１の上部で起こる燃焼空気Ａとチャーとの燃焼
状態が水平方向に均一になり、炉本体２内の温度分布の
不均一が解消され、温度分布の不均一に起因した炉本体
２内での廃棄物Ｗの処理状態の偏りが防止され、溶融炉
１の操業状態が安定する。

【００３５】また、羽口８ａが耐火物充填層６１の上下
方向の略中程に位置しているため、耐火物充填層６１の
上面部に溶融金属が得られる溶融帯が形成され、この溶
融帯における溶融金属が耐火物充填層６１に支持された
状態になるため、従来、通気性を確保してかつ溶融金属
を支持する構造材として用いられていたコークスを使用
しなくてもよいようになる。

【００３６】さらに、耐火物充填層６１による均一な通
気性の確保によって、炉本体２内での廃棄物Ｗの溶融お
よび熱分解に必要な熱量は、廃棄物Ｗ自体の熱分解によ
って得られるチャーの燃焼熱や発生ガスＧの顕熱によっ
て賄うことが可能になり、その分助燃剤として使用され
る燃料Ｆの量は、エネルギー換算でコークス使用量の１
／４〜１／５にまで低下させることが可能であり、その
分燃料コストの低減が可能になり、運転コストを安価に
抑えることができる。

【００３７】加えて、本発明においては、炉本体２内に
おける合計の高温ガス（排ガス）Ｇの空塔速度（単位時
間当りに炉本体２の内容積の何倍の高温ガスが炉本体２
内を通過するかを示す速度）を、炉本体２内における廃
棄物Ｗの流動化開始速度以下に設定した操業が行われる
ようにしている。上記合計の高温ガスＧは、バーナ７に
おける燃料Ｆと燃焼空気Ａとが燃焼反応により生成する
燃焼排ガスの量（Ｇ０）と、燃焼空気Ａとチャーとが燃
焼反応により生成する燃焼排ガスの量（Ｇ１）と、廃棄
物Ｗが熱分解することにより得られる発生ガスの量（Ｇ
２）との合計（Ｇ０＋Ｇ１＋Ｇ２）である。

【００３８】上記燃焼排ガスの量（Ｇ０）は燃料Ｆの供
給量と空気比とから算出可能であり、上記燃焼排ガスの
量（Ｇ１）は羽口８ａから供給する燃焼空気Ａおよび廃
棄物Ｗの平均的な性状から算出可能であり、上記発生ガ
スの量（Ｇ２）は、廃棄物Ｗの平均的な性状から推定す
ることができる。また、上記流動化開始速度は、廃棄物
Ｗが高温ガスの気流によって流動を始める速度であり、
気流が流動化開始速度以下の場合は廃棄物は気流中に浮
き上がることはない。

【００３９】そして、本発明では合計の高温ガスの空塔
速度を、廃棄物Ｗの流動化開始速度よりも小さく設定し
ているため、炉本体２内で粒状の廃棄物Ｗが流動するこ
とがなく、層状で降下する廃棄物Ｗの層崩れが確実に防
止され、高温ガスの吹き抜け現象や、これに起因した高
温ガスの炉本体２内での偏流が阻止され、溶融炉１の安
定操業が実現する。

【００４０】以下、図２を基に羽口部２３への燃焼空気
Ａの供給制御の一実施形態を説明する。この図に示すよ
うに、炉本体２には、それを囲繞するように環状管８１
が配設され、この環状管８１から炉本体２に向けて６本
の羽口管８が周方向に等ピッチで分設され、各羽口８ａ
が炉心に向かうように取り付け位置が設定されている。
環状管８１には図略の送風機からの燃焼空気Ａが送り込
まれるようになっており、環状管８１に送り込まれた燃
焼空気Ａは、各羽口管８を通って羽口８ａから羽口部２
３に供給されるようにしてある。

【００４１】そして、各羽口管８にはそれぞれ制御弁８
２が設けられているとともに、羽口部２３内における各
羽口８ａの近傍にはその部分の温度を検出する温度計８
３が配設されている一方、溶融炉１の近傍にはマイクロ
コンピュータからなる制御装置８４が設けられている。
この制御装置８４は、羽口部２３内の温度分布を適正化
制御するためのものであり、制御装置８４には上記各温
度計８３からの検出信号が逐一入力されるとともに、こ
の入力信号を基に所定の演算が行われ、この演算結果に
基づいて各制御弁８２に向けて弁の開度を適正化する制
御信号が出力されるようにプログラミングされている。

【００４２】具体的には、温度計８３からの検出信号
（温度信号）が、予め設定された温度よりも低いとき
は、制御装置８４からその温度計８３に係る制御弁８２
に弁開度を大きくする制御信号が出力され、逆の場合に
は弁開度を小さくする制御信号が出力されるようにして
ある。このような温度計８３による制御を行うことによ
り、羽口部２３内の温度分布は常に修正されて適正化さ
れるため、溶融炉１の安定操業を確実に行い得るように
なる。

【００４３】また、上記のような制御とは逆に、積極的
に所定の周期で各制御弁８２を順次開閉させる制御を行
うことも可能である。こうすることによって羽口部２３
内への燃焼空気Ａの吹き込み量が脈動した状態になり、
局部的な強燃焼域が変わるため、羽口部２３内での燃焼
排ガスの偏流が是正される。

【００４４】

【実施例】本発明に係る溶融炉１の操業時の通気性につ
いて調べるために、実炉の羽口部２３およびその下の燃
焼室２４（図１）を模した、図３に示すような内径８０
０ｍｍの試験用の模擬装置２００を透明の耐熱性を有す
る合成樹脂でつくり、その中に廃棄物Ｗ（図１）に代え
て融点７０℃のワックスＸを装填し、これに燃焼排ガス
に代えて１００℃の熱風Ｙを底部から供給してワックス
Ｘの溶融状態を目視観察する模擬試験を実施した。

【００４５】上記模擬装置２００は、円筒状の胴部２２
０と、この胴部２２０の下部に設定された模擬羽口部２
３０と、この模擬羽口部２３０の下部に延設されたすり
鉢状の模擬燃焼室２４０と、この模擬燃焼室２４０およ
び上記模擬羽口部２３０間に介設された水冷ロストル５
００と、この水冷ロストル５００上に装填された耐火物
ボール６と、上記羽口部２３０に設けられた模擬羽口管
８００と、模擬燃焼室２４０に設けられた模擬バーナ７
００とを備えて形成されている。

【００４６】上記模擬羽口管８００および模擬バーナ７
００は、模擬羽口部２３０周り、および模擬燃焼室２４
０周りにそれぞれ等ピッチで６本が設けられている。そ
して上記６本の模擬羽口管８００の上下位置は、図示を
省略しているが、付け換え操作によって選択し得るよう
になっている。

【００４７】このような模擬装置２００の胴部２２０
に、粒度調整された粒状のワックスＸを略０．４ｍの高
さまで装填し、ついで模擬バーナ７００および模擬羽口
管８００から１００℃の熱風Ｙを模擬燃焼室２４０およ
び羽口部２３０に吹き込んだ。模擬バーナ７００および
模擬羽口管８００から吹き込む熱風Ｙの量は、規模が同
一の実際の溶融炉１（図１）における燃料Ｆおよび燃焼
空気Ａの運動量に合わせた量にした。

【００４８】そして、模擬羽口管８００の設置位置およ
び耐火物ボール６の積層状態を変化させて熱風Ｙの吹き
込みによるワックスＸの溶融状況および熱風Ｙの通気状
況を目視観察した。以下各試験を詳細に説明する。

【００４９】（１）第１試験（実施例） 図３は、第１試験を説明するための説明図であり、
（イ）は模擬装置２００の側面視の断面略図、（ロ）は
同平面略図である。第１試験においては、図３の（イ）
に示すように、充填された耐火物ボール６による耐火物
充填層６１の厚み寸法Ｌ１（ｍ）は均一に設定してあ
る。そして、模擬羽口管８００の模擬燃焼室２４０底部
からの高さ寸法ｈ（ｍ）を、 ｈ１＜ｈ＜ｈ１＋Ｌ１ に設定している。但し、ｈ１（ｍ）は、模擬燃焼室２４
０の底部と水冷ロストル５００の上面との間の距離
（ｍ）である。

【００５０】上記のような条件で模擬羽口管８００およ
び模擬バーナ７００から熱風Ｙを模擬装置２００内に吹
き込むことにより、図３の（イ）に示すように、側面視
で耐火物充填層６１の直上部に数ｃｍの溶融帯６２が形
成された状態になっている。

【００５１】図４は、図３の（イ）の状態の溶融帯６２
の平面図であり、熱風Ｙの吹き込みを中断した後、溶融
帯６２の上部のワックスＸを取り除いて目視観察したも
のであるが、この図に示すように、ワックスＸが一旦溶
融してから固化した部分が中央部を含めて溶融帯６２の
略全域に行き渡っており、これによって熱風Ｙが溶融帯
６２に略均等に分配されていることが判る。

【００５２】（２）第２試験（比較例） 図５は、第２試験を説明するための説明図であり、
（イ）は模擬装置２００の側面視の断面略図、（ロ）は
同平面略図である。第２試験においては、図５の（イ）
に示すように、充填された耐火物ボール６による耐火物
充填層６１の厚み寸法Ｌ１（ｍ）は第１試験と同様に均
一に設定したが、模擬羽口管８００の模擬燃焼室２４０
底部からの高さ寸法ｈ（ｍ）を、ｈ＞ｈ１＋Ｌ１、すな
わち、模擬羽口管８００の羽口が溶融帯６２の直上部に
位置するように設定した。このような第２試験の結果、
溶融帯６２は、図５の（イ）に示すように、側面視で胴
部２２０の内壁面に当接した部分にのみ形成され、中央
部には形成されないことが判明した。

【００５３】図６は、図５の（イ）の状態の溶融帯６２
の平面図であり、上記図４の場合と同様の処理を行った
後の観察図であるが、この図に示すように、溶融したの
ち固化したワックスＸは、模擬羽口管８００の羽口部分
に集中しており、中央部にまで到達していないことが確
認された。これは、溶融帯６２に熱風Ｙを直接吹き込ん
だ場合、耐火物ボール６が吹き込み先に存在しないため
熱風Ｙの分散が良好に行われないばかりか、溶融物が抵
抗になって熱風Ｙの進路を塞ぎ、これによって熱風Ｙが
中心部にまで到達することなく模擬装置２００の内壁面
に沿って上昇するからであると考えられる。

【００５４】なお、模擬羽口管８００の羽口の高さ位置
を水冷ロストル５００より低位に配置する試験は行って
いないが、行わなかった理由は、実際の溶融炉１の操業
の場合、水冷ロストル５が燃焼空気Ａによって冷却さ
れ、水冷ロストル５部分でスラグＳによる閉塞が生じる
ことが予め判っており、実操業で実施されないことを試
験しても無駄だからである。

【００５５】以上より、実際の溶融炉１における操業に
おいて、燃焼空気Ａの吹き込み位置ｈを、ｈ１＜ｈ＜ｈ
１＋Ｌ１にすること、すなわち耐火物充填層６１の範囲
内にすることにより、高い空隙率を維持しＬ耐火物充填
層６１を分散状態の燃焼空気Ａが流通し、溶融炉１内に
均等に分配することができるとともに、耐火物充填層６
１の直上の溶融帯の均一な通気性も確保可能であること
が確認された。

【００５６】（３）第３試験（実施例） 図７は、第３試験を説明するための説明図であり、
（イ）は模擬装置２００の側面視の断面略図、（ロ）は
同平面略図である。第３試験においては、図７の（イ）
に示すように、充填された耐火物ボール６による耐火物
充填層６１の厚み寸法は、羽口部２３０の内壁面に接触
している部分をＬ１（ｍ）とし、炉心に向けて厚み寸法
を漸増させ、耐火物ボール６を山形に積み上げた。炉深
部文の耐火物充填層６１の厚み寸法はＬ２に設定してい
る（Ｌ２＞Ｌ１）。

【００５７】また、模擬羽口管８００の模擬燃焼室２４
０底部からの高さ寸法ｈ（ｍ）を第１試験と同様に ｈ１＜ｈ＜ｈ１＋Ｌ１ に設定した。

【００５８】このような第３試験の結果、溶融帯６２
は、図７の（イ）に示すように、側面視で胴部２２０の
内壁面に当接した部分に厚く形成され、中央部に向かう
に従って薄くなった状態で、耐火物充填層６１が溶融帯
６２によって全体的に覆われていることが判明した。

【００５９】図８は、図７の（イ）の状態の溶融帯６２
の平面図であり、上記同様の処理を行った後の観察図で
あるが、この図に示すように、溶融したのち固化したワ
ックスＸは、第１試験の場合、すなわち耐火物充填層６
１の厚み寸法を一定にした場合よりも炉壁部分から炉心
部分に向けて均一に分散していることが確認された。こ
れは、耐火物充填層６１を山形に形成することにより、
耐火物充填層６１の厚み寸法が小さい炉壁部分でまずワ
ックスＸが溶融し、この部分に厚み寸法がやや大きい溶
融帯が形成され、これが抵抗になって熱風Ｙが炉心部分
に向かうからである。この場合、耐火物充填層６１を山
形にしたことにより耐火物充填層６１の中央部の圧力損
失と、炉壁部分の耐火物充填層６１および溶融帯６２の
圧力損失とが略バランスした状態になり、これによって
熱風Ｙの均一な分散が行われることになる。これによっ
て耐火物充填層６１を山形に形成することが溶融炉１内
の通気性を均一にする上で有効であることが確認され
た。

【００６０】（４）第４試験（流動化開始速度確認試
験） 溶融炉１内での粒状を呈した廃棄物Ｗの流動化開始速度
を確認するために、直径３００ｍｍの透明合成樹脂製の
模擬装置内に実操業で処理されるシュレッダーダストを
充填し、下部から冷風を供給してシュレッダー充填層の
圧力損失を測定するとともに、充填層の上部の冷風の流
速分布を測定し、さらに充填層の状況を目視観察した。

【００６１】図９は、冷風の空塔速度と、圧力損失の関
係を示す片対数グラフである。このグラフに示すよう
に、空塔速度を漸次増加させていくと、当初１０ｍｍＨ
₂Ｏ以下であった充填層の圧力損失が指数関数的に増大
し、略１００ｍｍＨ₂Ｏに到達してからは空塔速度の増
大によってもそれ以上増加しなくなった。そして、略１
００ｍｍＨ₂Ｏに到達したときの空塔速度である１Ｕｍ
ｆ（Ｕｍｆは流動化開始速度を基準にした単位であり、
１Ｕｍｆは流動化開始速度を示す）に対応した具体的な
空塔速度を知ることができた。

【００６２】なお、シュレッダーダスト等の廃棄物は、
その形状が複雑であるため、１Ｕｍｆを越えても理想的
な流動化は起こらないが、１Ｕｍｆ以上になると、充填
層の膨張や冷風の吹き抜け（偏流）が起こり、安定した
充填層の形成が困難になるとともに、これに起因して冷
風の均一な流通が阻害される。

【００６３】このことを図示したのが図１０である。す
なわち、図１０は空塔速度と充填層の上部の冷風の流速
との関係を示すグラフであるが（但し、グラフの右側の
四角印等の右に記載された数字は炉心からの距離（ｍ
ｍ）を示す）、このグラフで判るように、冷風の空塔速
度が１．０Ｕｍｆ以下の場合には、模擬装置内の径方向
の流速のバラツキは小さく、模擬装置内での冷風の流通
が均一に行われていることが確認された。

【００６４】これに対して空塔速度が１Ｕｍｆを越える
と、中心部分に対して炉壁部分の流速が非常に大きくな
っており、偏流が生じて流速が均一になっていないこと
が確認された。このような流速の不均一が実際の溶融炉
１の発生ガスＧで生じると、廃棄物Ｗの層状態が崩壊し
て発生ガスＧの吹き抜けが発生し、これによって廃棄物
Ｗの均一処理が行い難くなり、処理効率の低下が予測さ
れる。

【００６５】本発明の操業方法は、このような試験結果
を踏まえて完成したものであり、溶融炉１を対象とした
炉内上昇ガスＧの空塔速度を、１Ｕｍｆ以下に抑えるこ
とにより、廃棄物Ｗの層に対して上昇ガスを均一に流通
させて偏流を防止し、かつ、廃棄物Ｗの流動化を抑えて
廃棄物Ｗの層状態を安定させることができ、これによっ
て廃棄物Ｗの棚落ちやガスの吹き抜けが確実に防止さ
れ、溶融炉１の操業を安定的に、かつ、高効率で行うこ
とができる。

【００６６】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の廃棄物直接溶融
炉によれば、竪型のシャフト炉からなる廃棄物直接溶融
炉であって、酸化剤を炉内に吹き込む羽口管の羽口の高
さ寸法を、 ｈ１＜ｈ＜ｈ１＋Ｌ１ （但し、ｈ：上記炉床部上面と上記羽口との間の距離、
ｈ１：上記炉床部上面と上記水冷ロストル上面との間の
距離、Ｌ１：炉内壁面に接した部分における上記充填層
の厚み寸法）に設定したため、炉内に吹き込まれた酸化
剤は、高い空隙率を維持した充填層、個々の充填材にラ
ンダムに衝突しつつ分散され、これによって酸化剤を充
填層の上部の廃棄物層に均一に供給することができる。
従って、従来通気性確保のために燃料を兼ねた構造材と
して使用されていた高価なコークスを使用しなくてもよ
く、その分運転コストを低減させることができ、廃棄物
処理を低コストで処理する上で有効である。

【００６７】また、廃棄物中の金属や灰分を溶融するた
めの熱量は、可燃性を有する廃棄物のチャーと酸化剤と
の燃焼反応で賄われるため、炉底部でバーナから供給さ
れる燃料は、流下した溶融金属や溶融スラグの温度維持
のためだけの量でよく、従って、燃料の量を必要最小限
の僅かの量に抑えることができる。

【００６８】このように、通気性の確保と、燃料の機能
とを分離したため、それらを共用させたコークスを用い
る場合に比較して、炉の規模が大きくなることに反比例
して燃料の量を低減させることが可能になり、スケール
メリットを享受することができる。

【００６９】本発明の請求項２記載の廃棄物直接溶融炉
によれば、充填層を、炉内壁面に接した部分から炉心部
分に向けて厚み寸法が漸増するように形成したため、炉
壁部分の充填層の厚み寸法は、中央部と比べて小さく、
この部分において羽口から吹き込まれた酸化剤と、チャ
ーとの燃焼反応による溶融帯がまず形成され、これが抵
抗となって酸化剤は中央部分に移動し、これによって炉
内での酸化剤の流通を均一化することができる。

【００７０】本発明の請求項３記載の廃棄物直接溶融炉
によれば、炉内における合計排ガスの空塔速度を、炉内
における廃棄物の流動化開始速度以下に設定したため、
炉内に装填された粒状の廃棄物は、炉内を上昇する気流
によって流動せず、装入されたときの層状態が維持さ
れ、これによって炉内での偏流が防止され、炉操業を安
定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る廃棄物直接溶融炉の一実施形態を
示す断面視の説明図である。

【図２】図１に示す羽口部の断面図であり、羽口部への
燃焼空気の供給制御の一実施形態を説明するためのブロ
ック図を兼用している。

【図３】第１試験を説明するための説明図であり、
（イ）は模擬装置の側面視の断面略図、（ロ）は同平面
略図である。

【図４】図３の（イ）の状態の溶融帯の平面図である。

【図５】第２試験を説明するための説明図であり、
（イ）は模擬装置の側面視の断面略図、（ロ）は同平面
略図である。

【図６】図５の（イ）の状態の溶融帯の平面図である。

【図７】第３試験を説明するための説明図であり、
（イ）は模擬装置の側面視の断面略図、（ロ）は同平面
略図である。

【図８】図７の（イ）の状態の溶融帯の平面図である。

【図９】冷風の空塔速度と、圧力損失の関係を示す片対
数グラフである。

【図１０】空塔速度と充填層の上部の冷風の流速との関
係を示すグラフである。

【図１１】従来の廃棄物直接溶融炉を例示する説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 溶融炉 ２ 炉本体 ２１ 炉頂部 ２２ 胴部 ２３ 羽口部 ２４ 燃焼室 ２５ 炉床 ２５ａ 溶融金属排出口 ２５ｂ スラグ排出口 ３ 廃棄物挿入部 ３１ ゲート機構 ４ 溶融物排出部 ５ 水冷ロストル ６ 耐火物ボール ６１ 耐火物充填層 ６２ 溶融帯 ７ バーナ ８ 羽口管 ８ａ 羽口 ８１ 環状管 ９ 発生ガス導出管 Ｗ 廃棄物 Ａ 燃焼空気 Ｆ 燃料 Ｓ スラグ ２００ 模擬装置 ２２０ 模擬装置 ２３０ 羽口部 ２４０ 模擬燃焼室 ５００ 水冷ロストル Ｘ ワックス Ｙ 熱風

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 彰 大阪市中央区備後町４丁目１番３号 株式 会社神戸製鋼所大阪支社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 竪型のシャフト炉からなり、炉頂に設け
   られた廃棄物装入用の装入口と、炉床部に滞留した溶融
   金属を排出する溶融金属排出口と、溶融金属の上に浮い
   たスラグを排出するスラグ排出口と、炉内のスラグ排出
   口より上部に設けられた水冷ロストルと、この水冷ロス
   トルに支持された耐火物製の充填材からなる充填層と、
   水冷ロストルの下部から炉内に燃料および酸化剤を供給
   して燃料を燃焼させるバーナと、炉内に酸化剤を供給す
   る羽口管と、炉内で発生した排ガスを導出する発生ガス
   導出管とを備えてなる廃棄物直接溶融炉であって、上記
   羽口管の羽口は、以下の式を満足する高さ寸法ｈに設定
   されていることを特徴とする廃棄物直接溶融炉。 ｈ１＜ｈ＜ｈ１＋Ｌ１ 但し、 ｈ：上記炉床部上面と上記羽口との間の距離
   （ｍ） ｈ１：上記炉床部上面と上記水冷ロストル上面との間の
   距離（ｍ） Ｌ１：炉内壁面に接した部分における上記充填層の厚み
   寸法（ｍ）
2. 【請求項２】 上記充填層は、炉内壁面に接した部分か
   ら炉心部分に向けて厚み寸法が漸増するように形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の廃棄物直接溶融
   炉。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の廃棄物直接溶融
   炉を用い、上記バーナから炉内に燃料および酸化剤を供
   給して燃焼させるとともに、上記羽口管から炉内に酸化
   剤を供給しつつ、上記装入口から炉内に廃棄物を装入
   し、廃棄物の燃焼および熱分解によって発生した上記排
   ガスを発生ガス導出管を通して系外に導出するようにし
   た廃棄物直接溶融炉の運転方法において、炉内における
   合計排ガスの空塔速度を、炉内における廃棄物の流動化
   開始速度以下に設定することを特徴とする廃棄物直接溶
   融炉の運転方法。