JP2005180881A

JP2005180881A - 廃棄物の処理装置

Info

Publication number: JP2005180881A
Application number: JP2003426326A
Authority: JP
Inventors: Masaru Futamura; 勝二村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】処理効率が高く、燃焼温度が高く、非燃物をも溶融させて焼却残滓の量を減らすことが可能で、しかも、排ガス中の有害物質が著しく少ない廃棄物処理装置を提供する。
【解決手段】被処理物の予熱室１と、予熱後の被処理物を燃焼・溶融させる高温室２とを備える廃棄物等の処理装置である。上記高温室には水の電気分解によって得られた水素と酸素の混合ガスおよびエマルジョン化された燃料を燃焼させるバーナー10が設置されており、上記予熱室内での被処理物の予熱は高温室で発生した燃焼排ガスによって行われる。この装置は、高温室で発生した燃焼排ガスを循環してエマルジョン化燃料の燃焼空気の一部として使用する機構を備えるのが望ましい。また、水素と酸素の混合ガスを生成させる水の電気分解装置および燃料をエマルジョン化する装置が併設されていることが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の廃棄物を効率的に焼却し、かつ燃焼残滓や廃棄物中に混入している金属、ガラス等の非燃物を溶融させて無害化する装置に関する。この装置によれば、ＰＣＢのような有害物質で汚染された廃棄物も容易に無害化され、燃焼排ガス中のＮＯｘその他の有害物質も著しく低減する。

近年、産業廃棄物および生ゴミ等の生活廃棄物の処理が大きな問題になっている。なかでも、ＰＣＢで汚染された廃棄物は、処理方法が適切でないと処理後の残滓にもこれが残って二次汚染の原因になる。また、焼却処理の場合には、排ガス中にＮＯｘやダイオキシンのような有害物質が含まれることがあり、これらを低減することも重要な課題である。

可燃性の廃棄物については焼却処理が一般的であるが、その場合は、焼却後の残滓（焼却灰）の処分という新たな問題が生じる。残滓が多くなると埋め立て地の確保が難しいので、残滓の発生量を減らすとともにそれを有効利用できる形態にすることが望ましい。さらに、廃棄物の収集、輸送のコストを下げようとすれば、処理設備は廃棄物の発生源に近い場所に置く必要がある。従って、小型で効率の良い設備が望まれる。

既存の廃棄物焼却設備としは、重油等を燃焼させるバーナーを備えた炉に廃棄物を投入し、これを燃焼させる形式のものが多い。このような炉では、事前に可燃性の物質と金属やガラス類のような非燃性のものを分別する必要がある。その分別を完全に行うのは困難なので、いきおい炉内には非燃性のものも投入されてしまい、燃焼残滓にはこれらが混入してくる。かかる状況下では、燃焼残滓の量が増えるだけでなく、残滓の有効利用にも支障がでる。

また、一般の焼却炉では、排ガス中にダイオキシンやＮＯｘといった有害物質が含まれることがあり、これらの発生を防ぐために、燃焼温度の調整や投入する廃棄物の種類を限定するなどの配慮が必要である。

本発明の目的は、処理の効率が高く、かつ燃焼温度を高くして非燃物をも溶融させて焼却残滓の量を減らすことが可能で、しかも、排ガス中の有害物質が著しく少ない廃棄物の処理装置を提供することにある。

本発明は、水の電気分解によって得られる水素と酸素の混合ガスを燃焼させた火炎に、エマルジョン化された燃料を吹き込めば、きわめて効率的に高温の火炎が得られ、非燃物を含む燃焼残滓をも溶融させることができるという知見を基にしてなされた。

本発明の廃棄物等の処理装置は、下記(1)の処理装置である。

(1) 被処理物の予熱室と、予熱後の被処理物を燃焼・溶融させる高温室とを備える廃棄物等の処理装置であって、上記高温室には水の電気分解によって得られた水素と酸素の混合ガスおよびエマルジョン化された燃料を燃焼させるバーナーが設置されており、上記予熱室内での被処理物の予熱は高温室で発生した燃焼排ガスによって行われることを特徴とする廃棄物等の処理装置。

上記の処理装置は、高温室で発生した燃焼排ガスを循環してエマルジョン化された燃料の燃焼空気の一部として使用する機構を備えるのが望ましい。また、上記の装置には、バーナーに供給する水素と酸素の混合ガスを生成させる水の電気分解装置および燃料をエマルジョン化する装置が併設されていることが望ましい。

上記のバーナーは、水を電気分解して得た水素と酸素の混合ガス（以下「電解水素・酸素ガス」という。）を燃焼させ、その火炎の中に液体燃料と水とを主成分とするエマルジョン燃料を吹き込んで燃焼させるバーナーである。

発明を実施する最良の形態

以下、図面に示す具体例によって本発明の装置を説明する。

図１と図２は、本発明装置の一例を示す図である。図１は装置の中心の垂直断面図、図２は図１のＡ−Ａ水平断面図である。

図１に示すように、この装置は予熱室１と高温室２を有する。装置の一端（図の右端）には被処理物（廃棄物）を装入するためのホッパー３があり、そこから落とし込まれた被処理物はプッシャー４によって押し込まれて、予熱室１を経て高温室２内に送り込まれる。

図示の装置では、予熱室１の上部に高温室２で発生した排ガスの通路５があって、上昇管5-1から上がってくる排ガスをバーナー10に導く。通路５の右端にはブロワー5-2があって、これは外気を吹き込んで上昇管5-1から上がってくる燃焼排ガスの左方への循環を助け、また、燃焼排ガスに空気を補給するために使用される。

高温室２で発生した排ガスの一部は、通路７を経て二次燃焼装置８に到る。ここでは、排ガス中の可燃性ガスを燃焼させる。その燃焼排ガスは、サイクロン９、要すればさらにスクラバー等で除塵された後に大気中に放出される。後述するように、この排ガスには、有害物質はほとんど含まれていない。

二次燃焼装置８には、例えば蒸気発生管等を設けておいて、燃焼熱を蒸気の形で回収してもよい。また、バーナーに吹き込む燃焼空気の予熱をここで行ってもよい。

高温室２で発生した排ガスの大部分は、上記のようにして通路５からバーナー10へ送られるが、ごく一部は予熱室１から被処理物装入通路６を経て右方にも流れる。このガスは、予熱室内を左方に移動する被処理物を加熱し、ホッパー３を経て大気中に放出されるが、その量はごくわずかである。

高温室２にはバーナー10が設置されている。このバーナー10は、次に述べる特殊な燃焼を可能にする形式のものである。被処理物中の可燃物は、高温室２内で完全に燃焼する。その上、燃焼残滓（灰）および被処理物中に混入している金属類やガラス、セラミックス等の非燃物は、溶融してスラグ状になる。

図３は、バーナーの燃焼状態を説明するための概念図である。バーナー10（破線で囲ったもの）には水素・酸素発生装置11から水素と酸素の混合ガスが供給され、タンク12からエマルジョン燃料が供給される。水素・酸素発生装置は、水を電気分解してこれらのガスを生成させる装置である。水素・酸素発生装置は、本発明装置に併設されているのが望ましいが、別の場所で作られた電解水素・酸素をタンクに収容して使用してもよい。

図４は、バーナー10の構造を示す図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料供給筒の断面図（(a)図のＡ−Ａ断面図）である。図（ａ）に示すように、バーナー10は、耐火物12の中心部に燃料供給筒11を備える。燃料供給筒の先端側には耐火物13で囲われた燃焼室14がある。耐火物12には、多数の燃焼空気の吸引孔15が円周方向に配置されている。

図４の（ｂ）に示すように、燃料供給筒11は、耐火物の管で、その管壁には電解水素・酸素ガスを吹き出す多数のノズル11-1が円周方向に配置されており、中央にはエマルジョン燃料を吹き出すノズル11-2がある。なお、ノズル11-1は、図３に示すように火炎が一点に集中するように燃料供給筒の中心軸に向けて幾分傾けておく。

上記のような構造のバーナーによって、まず電解水素・酸素ガスを噴射して着火すれば、その火炎温度は2000℃から3500℃の高温になる。電解水素・酸素ガスを用いると、下記のような利点がある。

電解水素・酸素ガスは、水素と酸素の混合ガスで、２Ｈ＋Ｏの組成である。なお、１リットルの水の電気分解によって約２ｍ^３の電解水素・酸素ガスが得られる。電解水素・酸素ガスを燃焼させるのには空気を必要とせず、燃焼によって生成するのは水（Ｈ_２Ｏ）だけである。そして、その単位体積当たりの発熱量は大きく、火炎の最高温度は3500℃に達する。ちなみに、１ｍ^３当たりの燃焼発熱量は、天然ガスで約9,800Kcal、ＬＰＧガスで約12,000Kcalであるのに対して、電解水素・酸素ガスではおよそ18,000Kcalである。そして、電解水素・酸素ガスの燃焼生成物は水だけであるから、ＮＯｘやＣＯ_２の生成はまったくない。

例えばＬＰＧのような化石燃料は、その燃焼時には酸素を取り込もうとして火炎が急激に拡散し、一種の爆発現象を起こす。しかし、電解水素・酸素ガスの燃焼には、外部からの酸素の補給を要しないから、爆発の危険はない。ただし、火炎は図３に示すように、細く長いものとなる。

上記のとおり電解水素・酸素ガスの燃焼で生じる火炎は、高温であるが、細い。従って、局部的な加熱には適するが、高温室内を被処理物を燃焼、溶融させるに足りる高温にするには、火炎を拡散させ、かつ総熱量を大きくしなければならない。そこで、エマルジョン燃料の燃焼を併用するのである。

エマルジョン燃料は、図３に示すように、燃焼筒11の中心にあるノズル11-2から電解水素・酸素ガスの燃焼火炎の中に吹き込まれる。そして、燃焼空気供給孔15から供給される空気によって燃焼する。その火炎温度は、水素・酸素ガスの火炎温度よりも低いが、水素・酸素混合ガスの燃焼と相まって、1300〜1800℃に達し、かつ高温室２の中で大きく広がる。エマルジョン燃料の吹込み量は、処理する廃棄物等の量から必要とされる総熱量に応じて選定する。

エマルジョン燃料は、軽油等の液体燃料と水とで製造する。これらを高速回転翼を備えたミキサーに入れて攪拌することによってエマルジョン化する。このとき少量の乳化剤を添加するのが望ましいが、攪拌の条件次第では乳化剤は不必要である。液体燃料と水との混合比は、体積比で燃料１に対して水が0.7〜1.2の比率とするのが望ましい。液体燃料としては使用済みの機械油（いわゆる廃油）や使用ずみの食用油等も使用できる。なお、メタノールやエタノールを補助的に加えると火炎温度をいっそう高めることができる。

上記のエマルジョン化する装置も本発明装置に併設しておくことが望ましいが、別の場所で製造したエマルジョン燃料を搬送、保管して使用してもよい。

本発明装置においてエマルジョン燃料を使用する利点は次のとおりである。

図５の（Ａ）は、エマルジョン燃料の燃焼形態、（Ｂ）は、通常の燃料（油）の燃焼形態をそれぞれ模式的に示した図である。エマルジョン燃料は、図５（Ａ）の(a)に示すように、微細な水の粒子16を核としてその外面を燃料（油）17が被覆した無数の粒子からなる。これが水素・酸素ガスが燃焼した高温の火炎の中に入ると、核になっていた水の爆発的な気化作用によって、(c)に示すように更に超微細の粒子に分かれて燃焼する。その結果、油は(d)に示すように完全に燃焼し、かつ火炎は大きく広がる。

一方、エマルジョン化していない通常の燃料（油）は、油の粒子18がそのままの状態で燃焼するので、図５（Ｂ）の(d)に示すように、粒子の中心部は燃えきれずに炭素の粒子（煤）として残ってしまう。従って、燃焼効率が悪く、排ガス中には煤が混じる。

上記の理由で、エマルジョン燃料を使用すれば、高い燃焼効率で高温の火炎が得られるのである。前記のように、バーナー10には燃焼用空気供給孔15から空気が供給される。その燃焼用空気の一部として、前記のように通路５から送られてくる燃焼排ガスを使用する。なお、燃焼用空気供給孔15からは、循環された排ガスが供給されるが、これに加えて燃焼用空気も供給される。その空気は前記の二次燃焼室８等において、予熱されていることが望ましい。

この排ガスと外部から供給する空気の吹込み量は、それらの中の酸素がエマルジョン燃料を燃焼させるのに必要な量以下になるように調整するのが望ましい。そのようにすれば、排ガス中には余剰の酸素がなくなるので、ＮＯxの生成はほとんどなくなる。一方、高温室２内の温度は前記のようにきわめて高温であるから、被処理物中にＰＣＢ汚染物があっても容易に分解され、またダイオキシンの発生もない。

図１および図２に示した高温室２の中では、上記のバーナー10からの高温の火炎によって被処理物中の可燃性物質が燃焼するだけでなく、燃焼残滓およびその中に混入している金属やガラス等も溶融する。この溶融物は、溶融室の底部に設けた排滓口2-1から排出され、冷却、粉砕等の処理が施される。このようにして得られたもの、即ち、廃棄物処理の副生成物は、一般の焼却炉から出る燃焼残滓（灰）と比較して著しく減容されている。従って、埋め立て処分するにしても有利である。また、一旦溶融されているので、水や空気等に触れても安定で変質することがない。従って、コンクリートの骨材や道路の舗装材料等として使用しても、二次公害を招くことがない。

図１および図２に示した装置には、２基のバーナー10が設置されているが、その数は更に増やすこともできる。バーナーの能力や数は、装置の処理容量に応じて変更すればよい。

電解水素・酸素の最高燃焼温度は3,500℃にも達するが、それは火炎の中心部だけである。また、この火炎にエマルジョン燃料を吹き込んで燃焼させた火炎の最高温度は約1,800℃になるが、火炎の周辺部ではそれより低い。従って、高温室の内部は一般の燃焼炉等で用いられる耐火物で構築しておけばよい。また、例えば注気孔2-2から高温室の炉壁保護用の空気を吹き込んでもよい。高温室２内の火炎は旋回しているので、この空気は室内の壁面に沿って流動して一種の断熱材となり、壁面の過熱を防止する。なお、装置の外側は鉄皮で覆い、水冷機構を併設してもよい。

本発明の装置の運転は、連続的に行ってもよく、被処理物（廃棄物）がある程度蓄積されるのを待って断続的に行ってもよい。前記のとおり、本発明装置ではきわめて高い温度での燃焼が行われるので、処理の効率が高い。従って、比較的小型の装置であっても多量の廃棄物を処理することができる。

以上、本発明の望ましい態様を説明した。本発明装置は図示した横型だけでなく、上方から被処理物を投入して、下端の高温室で燃焼、溶融を行う縦型の装置とすることもできる。いずれの場合にも高温室には前述の特殊なバーナーを設置し、電解水素・酸素ガスとエマルジョン燃料を燃焼させる。

本発明の装置は、処理量に応じてその規模（能力）を調整できるが、比較的小型な装置でも廃棄物を効率よく処理することができる。しかも、排出ガスは、例えばＮＯｘの含有量が20ppmというようにクリーンで無害であり、また、処理残滓も少量で、かつ有害物を含まない。従って、本発明装置は、都市近郊や工場内など、廃棄物の発生場所に近いところにも設置することができる。その上、燃焼効率が高いので、運転コストも低廉である。

この装置によれば、廃棄物をことさら分別することなく焼却することが可能である。また、排水処理装置に残る汚泥や汚染された土壌の処理にも使用でき、一般の焼却炉から出てくる燃焼残滓（灰）を溶融させて減容、無害化するのにも利用できる。

本発明装置の一例を示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明装置に用いるバーナーによる燃焼形態を概念的に示す図である。本発明装置に用いるバーナーの構造を示す図である。エマルジョン燃料と通常燃料の燃焼原理を説明する図である。

符号の説明

１：予熱室、２：高温室、３：ホッパー、４：プッシャー、５：排ガス通路、
６：被処理物装入通路、７：排ガス通路、８：二次燃焼室、
９：サイクロン式脱塵機、10：バーナー

Claims

被処理物の予熱室と、予熱後の被処理物を燃焼・溶融させる高温室とを備える廃棄物の処理装置であって、上記高温室には水の電気分解によって得られた水素と酸素の混合ガスおよびエマルジョン化された燃料を燃焼させるバーナーが設置されており、上記予熱室内での被処理物の予熱は、高温燃焼室で発生した燃焼排ガスによって行われることを特徴とする廃棄物の処理装置。
高温室で発生した排ガスをバーナーに導く通路を有する請求項１に記載の廃棄物の処理装置。
バーナーに供給する水素と酸素の混合ガスを生成させる水の電気分解装置および燃料をエマルジョン化する装置を併設した請求項１または２に記載の廃棄物の処理装置。