JP3759200B2 - 廃棄物の熱分解・溶融方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、都市ごみや廃自動車・廃家電のシュレッダーダスト、廃プラスチック、木屑、紙屑、汚泥、廃油、廃液などの産業廃棄物の熱分解・溶融を同時に行なう廃棄物の熱分解・溶融方法および装置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の傾向にあり、最終処分地容量の逼迫や二次公害（地下水汚染）の問題が発生している。また従来、廃棄物はそのままあるいは焼却して埋立て処分していたが、法規制の強化により、溶融を行なって減容化、固定化を行なう方向に向かいつつある。
【０００３】
廃棄物の溶融方法としては、シャフト炉による直接溶融方法と、ロータリキルンや流動床炉などによって廃棄物を焼却し、その焼却灰をプラズマ溶融炉や旋回流溶融炉などによって溶融する方法がある。溶融処理が本格化する上で、そのプロセスを簡略化し、設備費や運転費を低減するためには、直接溶融方法が最適と考えられる。廃棄物を直接溶融する技術としては、従来技術としてシャフト炉に廃棄物とコークスを交互に投入して溶融する方法がある。
【０００４】
上記従来のコークスベッド溶融炉は図３に示すような構成となっている。すなわち、溶融炉１ａは縦型円筒状に形成されて、その頂部に排ガス取り出し口１１ａが設けられ、本体下部付近には斜め下向きに開口する処理物供給口１２ａが接続され、さらに底部にはスラグ排出口１３ａが形成されている。そして汚泥などの廃棄物およびコークスが処理物供給口１２ａから自然落下により供給されて溶融炉１ａの底部に溜められてコークスベッド３ａが形成され、ここに溶融炉１ａの側部から一次空気および二次空気が供給されることにより燃焼される。すなわち、コークスベッド３ａの上部（溶融帯の上部）において有機物の可燃物がガス化し、コークスベッド３ａの上側のフリーボード部２ａにおいてこのガスに溶融炉１ａの側部から二次空気が供給されて燃焼が促進され、排ガスは排ガス取り出し口１１ａから排出される。またこの燃焼により無機分は溶融化し、コークス粒間を流下してスラグ排出口１３ａから排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成では、廃棄物層内のガスおよび空気の通気性を確保するためにコークスを用いており、このコークスは燃焼により多量に消費されるために燃料費が高くなる。さらにとくに産業廃棄物には様々な形状および性状のものがあるため、種々の産業廃棄物を処理する場合、コークスだけでは十分に通気性を確保できず、廃棄物層内でいわゆる棚吊りや棚落ちなどが起こりやすく、円滑な溶融運転ができないというトラブルが起きることがあった。
【０００６】
また、例えば自動車シュレッダーダスト（廃車などをシュレッダーで粉砕し、有価物を回収する際に発生するプラスチックを主体とする混合廃棄物）のように０．１〜０．３ｇ／ｃｍ³と小さく、浮遊性のある廃棄物を投入した場合、廃棄物は炉内の上昇ガス流に乗り、飛散する。この場合、飛散した廃棄物は炉内での滞留時間が短くなるため未燃のまま飛散し、不完全燃焼により多量のダイオキシンなどを発生することになり、このためこの排ガスを大気に放出する前に大がかりな集塵処理が必要となるという問題が生じていた。
【０００７】
この発明は、このような従来の欠点を解消するためになされたものであり、高価なコークスを多量に使用することなく、廃棄物充填層の通気性を確保することによって円滑な溶融運転を行ない、比重の小さい浮遊性廃棄物であっても飛散させずに炉内で十分な滞留時間をもって完全にガス化・溶融し、ダイオキシン類もほとんど発生させないようにする廃棄物の熱分解・溶融方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の方法は、竪型シャフト炉によって廃棄物を熱分解・溶融させる方法であって、炉底部に廃棄物の溶融スラグの排出部を形成し、その上側に廃棄物層、さらにその上側にコークス層を形成し、廃棄物層の下部に高温ガスおよび酸素含有ガス（酸素、空気およびその混合物）を供給することにより、この高温ガスが炉内を上昇する間に廃棄物を熱分解、溶融させて炉底部に落下させ、炉底部から廃棄物のスラグを排出させ、かつ上昇する高温ガス中の飛散ダストをコークス層で捕集した後、炉頂部から排ガスとして排出することようにしたものである。
【０００９】
またこの発明の装置は、竪型シャフト炉であって、炉底部に廃棄物の溶融スラグの排出部が形成され、その上側に廃棄物がロストルに支持されて充填された熱分解・溶融ゾーン、さらにその上側にコークスがロストルに支持されて充填されたダスト捕集ゾーンが形成され、さらにその上側の炉頂部には排ガス排出部が形成され、上記熱分解・溶融ゾーンの下部には高温ガスを廃棄物層に供給する高温ガス供給手段が設けられているものである。
【００１０】
上記熱分解・溶融ゾーンは廃棄物層の下側に耐火物層が形成されているものでもよい。また上記高温ガス供給手段は熱分解・溶融ゾーンの下側に形成された燃焼室により形成されているものでもよい。さらに、上記炉頂部の排ガス排出部にはダスト捕集手段が接続され、このダスト捕集手段には捕集したダストを上記廃棄物層に供給する回収手段が設けられている構成としてもよい。
【００１１】
【作用】
上記構成では、各ゾーンともロストルに支持されて通気性が良好に保持され、熱分解・溶融ゾーンでは廃棄物の熱分解および溶融がなされ、上昇した高温ガスは捕集ゾーンでコークスにより飛散ダストが捕集された後、ダストを含まないほぼ完全にガス化した排ガスとして炉外に排出させることができる。また上部のダスト捕集層ではコークスは飛散ダストを捕集するだけで、燃焼はわずかであるために、コークスの消費は少ない。
【００１２】
また熱分解・溶融ゾーンの廃棄物の下側に耐火物層を形成した場合には、耐火物は長期間使用可能であるために、コークス層を形成させるよりも経済的である。また熱分解・溶融ゾーンの下側に高温ガス供給手段として燃焼室を形成させると、均一温度の高温ガスを熱分解・溶融ゾーンの均一に送り込むことができる。
【００１３】
さらに排ガス排出部にダスト捕集手段を接続すると、より完全に排ガスを清浄化することができるとともに、捕集したダストとを回収して炉内に回収することにより、廃棄物のスラグ化率を向上させることができる。
【００１４】
【実施例】
図１において、溶融炉１は円筒状の竪型シャフト炉で形成されて、その上端部に排ガス取り出し口１１が設けられ、溶融炉１の本体１０の中間部にはコークス供給管１２が斜め下向きに開口して接続されるとともに、その下側には廃棄物供給管１３が斜め下向きに開口して接続され、さらに本体１０の底部付近には環状供給部３が設けられている。この環状供給部３は、溶融炉１の外周を取り囲むように環状に形成された部分とそこから周方向数個所において斜め下向きに延びて本体本体１０に接続される直管部とからなり、図示しない供給源から環状部に供給されるガスを直管部を通して本体底部に供給するようにしている。この環状供給部３の開口部の下側の本体１０には周方向数個所に助燃手段（バーナ）７０が配置され、その下側の本体底部にはスラグ排出口１４および溶融金属取り出し口１５が設けられている。またスラグ排出管１４にはその入口部に向けて助燃手段（補助バーナ）７１が設けられている。
【００１５】
さらに溶融炉１の中間部付近には、廃棄物供給管１３の開口部直上に水冷ロストル１７が設けられてその上側の本体１０内に第３ゾーン（ダスト捕集ゾーン）Ｃが形成され、また環状供給部３の開口部直下に水冷ロストル１８が設けられてその上側の本体１０内に水冷ロストル１７との間に第２ゾーン（熱分解・溶融ゾーン）Ｂが形成され、さらに水冷ロストル１８の下側の本体１０内には燃焼室７２を備えた第１ゾーン（高温ガス発生ゾーン）Ａが形成されている。この第１ゾーンＡは、燃焼室７２中で高温ガスを発生させて均一温度の高温ガスを第２ゾーンＢに均一に送り込む作用を果たす。
【００１６】
上記構成の溶融炉において、まず廃棄物供給管からセラミックボールまたはその他の耐火物片からなる所定量の耐火物を供給して水冷ロストル１８上に耐火物層５を形成させ、環状供給部３からは酸素含有ガスを吹き込むとともに、助燃手段７０により第１ゾーンＡで燃料を燃焼させて高温ガスを発生させる。この状態で、廃棄物供給管１３から廃棄物を供給して耐火物層５上に第２ゾーンＢに全体的に廃棄物層４を形成させるとともに、コークス供給管１２からコークスを供給して水冷ロストル１７上に所定の高さのコークス層８を形成させる。第１ゾーンＡで発生した高温ガスは上昇して耐火物層５、廃棄物層４およびコークス層８を順次通過することにより廃棄物およびコークスを加熱、着火し、廃棄物の熱分解を促す。この加熱は、例えば第１ゾーンＡは１５００〜１６００℃、廃棄物層４の上端部では８００〜１２００℃、コークス層８の上端部は９００℃程度になるように調整する。
【００１７】
上記操作により廃棄物層４中の廃棄物は上昇してきた高温ガスにより乾燥され熱分解しながら徐々に下降する。そして熱分解した後のチャーや灰分および不燃分は第２ゾーンＢの下部に下降し、ここで環状供給部３から供給された酸素含有ガスとチャーの燃焼反応および燃焼室７２から上昇してきた高温ガスにより１４００〜１５００℃程度の高温に加熱され、溶融スラグとなって耐火物層５を通過して第１ゾーンＡに落下し、スラグ排出管１４から排出される。この際、スラグ排出管１４の入口部には助燃手段７１により燃焼ガスが吹き付けられ、これによってスラグが入口部で閉塞するのが防止されている。また不燃分のうちの溶融金属分および無機分は炉底に溜り、溶融金属取り出し口１５から順次排出される。
【００１８】
一方、第２ゾーンＢ中を上昇する高温ガスは廃棄物層４の上部からコークス層８中を通って排ガス取り出し口１１から排出されるが、このガス中には廃棄物ダストが含まれており、この高温ガスがコークス層８を通過する間に廃棄物ダストはコークスにより捕集される。捕集されたダストは、コークスがわずかに燃焼することにより徐々に集積され、灰分となって落下し、廃棄物層４中を下降していく。このようにコークスは排ガス中に含まれる廃棄物のダストを捕集するためのものであるから、コークスの消費量を最小限にするために、雰囲気を還元性に保ことによりコークスの燃焼を抑制する。そのために第２ゾーンＢでの廃棄物の熱分解燃焼は、空気比０．４〜０．６程度の低空気比で行なうようにすることが好ましい。これによってコークスの消費量を処理される廃棄物の２〜３％程度にすることができる。さらに還元性雰囲気にすると、第２ゾーンＢにおいて、廃棄物中の金属分が酸化されにくいために、金属のリサイクルの面でも好ましい。またコークス層８の存在により、第２ゾーンＢを上昇する高温ガスの流通速度を適当な値に保ち、これによって廃棄物層４における棚吊りや棚落ちのなどの発生を抑制するという作用も果たされる。
【００１９】
図３は、上記溶融炉１に対してその排ガスを処理する手段を付属させた装置を示し、排ガス取り出し口１１にはサイクロン２を介して二次燃焼炉６が接続され、さらにサイクロン２で捕集したダストを溶融炉１の環状供給部３中に空気輸送により供給するダスト供給管２１が設けられている。上記二次燃焼炉６には廃熱ボイラー６１および空気予熱器６２が付属して設けられ、この廃熱ボイラー６１には発電機６４が接続され、空気予熱器６２には燃焼ファン６３が接続されるとともに、空気予熱器６２からの予熱空気は溶融炉の環状供給部３に供給するようにしている。また二次燃焼炉６には配管６０を介してバグフィルタ９が接続され、このバグフィルタ９には誘引ファン９０を介して大気放出用の煙突９１が接続されている。
【００２０】
上記図１および図２の装置を用いて、自動車シュレッダーダスト、すなわち廃車などをシュレッダーで粉砕し、有価物を回収する際に発生するプラスチックを主体とする混合廃棄物を熱分解・溶融する例を説明する。溶融炉１の廃棄物供給管１３から供給する廃棄物としてシュレッダーダストを５０００ｋｇ／ｈ供給し、環状供給管３からは１７０℃に予熱された熱風１２，０００Ｎｍ³／ｈを供給し、空気比０．４でガス化燃焼した。第一ゾーンＡでは助燃手段７０で都市ガス３００Ｎｍ³／ｈに酸素１８０Ｎｍ³／ｈ＋燃焼空気１４３０Ｎｍ³／ｈを供給し、空気比０．８で燃焼させた。この燃焼により燃焼室７２内の温度は１５００〜１６００℃の高温になった。この高温ガスが上昇する際の通気性は、第２ゾーンの水冷ロストル１８上の耐火物層５によって良好に保たれ、廃棄物層４中では流動状態を保ちながら熱分解・溶融が行なわれている。第２ゾーンＢ中の下部の温度は第１ゾーンＡからの輻射熱や高温ガスによって１４００℃以上になっており、シュレッダーダスト中のチャーは廃棄物層４中で高温ガスと反応して燃焼し、また廃棄物中の無機分および金属類は溶融スラグとなって自重で落下し、第１ゾーンＡを経て炉底部に貯留され、溶融金属取り出し口１５から順次炉外に排出された。
【００２１】
また第２ゾーンＢの上部ではシュレッダーダストは下部から上昇してきた排ガスにより熱分解され、この際未燃分を含む飛散ダストは熱分解ガスとともに炉内を上昇し、コークス層８で捕集され、ここで完全にガス化される。熱分解ガスは、排ガス取り出し口１１からサイクロン２を通して二次燃焼炉６に送られ、ここで二次空気５０，０００Ｎｍ³／ｈが吹き込まれ、これによって空気比２．０で完全燃焼された。この完全燃焼排ガスは廃熱ボイラー６１、空気予熱器６２で熱回収を行なった後、ＨＣｌやＳＯ₂を除去するために配管６０中でＣａ（ＯＨ）₂や活性炭を添加し、ＨＣｌやＳＯ₂を吸収してバグフィルタ９で煤塵とともに捕集した。その後、排ガスは誘引ファン９０によって吸引されて煙突９１から大気中に放出した。
【００２２】
溶融炉１中に供給された廃棄物は炉内で完全にガス化しており、このため不完全燃焼状態で炉外から飛び出ることは全くなかった。その結果、二次燃焼炉６の出口部でのダイオキシン類の濃度は約９ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ³であり、さらにバグフィルタ９でその９８％が除去されて、煙突１１から排出されるダイオキシン類の濃度は０．１８ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ³となり、ガイドライン（厚生省で決められている基準：０．５ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ³）より十分に低い値となった。また溶融炉１と二次燃焼炉６との間に設けられたサイクロン２によって捕集された飛散ダストはダスト供給管２１によって溶融炉１の環状供給部３から第２ゾーンＢの下部に供給して溶融してスラグとしているために、スラグ化率を９０％まで高めることができた。
【００２３】
なお、上記実施例では自動車シュレッダーダストの溶融例について示したが、投入する廃棄物は都市ごみをはじめ、廃プラスチック、木屑、紙屑、汚泥などの産業廃棄物であってもよい。また第１ゾーンＡで使用する助燃燃料は廃油などの産業廃棄物であってもよく、廃液などの産業廃棄物も同時に第１ゾーンＡに供給し、処理することもできる。さらに第２ゾーンＢに石灰などを廃棄物とともに供給することにより、炉内で脱ＨＣｌ、脱ＳＯｘを行なうことも可能である。
【００２４】
また上記実施例では、熱分解・溶融ゾーンＢの下側に燃焼室７２からなる高温ガス発生ゾーンＡを別に形成させた例を示したが、この燃焼室７２は形成させずに、熱分解・溶融ゾーンＢの下端部付近に酸素含有ガスを吹き込むとともに助燃バーナによる燃焼炎を吹き込むようにすることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、各ゾーンともロストルに支持されて通気性が良好に保持され、熱分解・溶融ゾーンでは廃棄物の熱分解および溶融がなされ、上昇した高温ガスは捕集ゾーンでコークスにより飛散ダストが捕集された後、ダストを含まないほぼ完全にガス化した排ガスとして炉外に排出させることができる。また上部のダスト捕集層ではコークスは飛散ダストを捕集するだけで、燃焼はわずかであるために、コークスの消費は少ない。
【００２６】
また熱分解・溶融ゾーンの廃棄物の下側に耐火物層を形成した場合には、耐火物は長期間使用可能であるために、コークス層を形成させるよりも経済的である。また熱分解・溶融ゾーンの下側に高温ガス供給手段として燃焼室を形成させると、均一温度の高温ガスを熱分解・溶融ゾーンの均一に送り込むことができる。
【００２７】
さらに排ガス排出部にダスト捕集手段を接続すると、より完全に排ガスを清浄化することができるとともに、捕集したダストとを回収して炉内に回収することにより、廃棄物のスラグ化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す溶融炉の縦断面説明図である。
【図２】 図１の溶融炉に排ガス処理手段を付設した装置の説明図である。
【図３】 従来の廃棄物溶融装置の概略縦断面説明図である。
【符号の説明】
１ 溶融湯
２ サイクロン
３ 環状供給部
４ 廃棄物層
５ 耐火物層
６ 二次燃焼炉
８ コークス層
１０ 本体周壁
１１ 排ガス取り出し口
１２ コークス供給管
１３ 廃棄物供給管
１４ スラグ排出口
１５ 溶融金属取り出し口
１７，１８ 水冷ロストル
２１ ダスト供給管
７０，７１ 助燃手段
７２ 燃焼室
Ａ 高温ガス発生ゾーン
Ｂ 熱分解・溶融ゾーン
Ｃ ダスト捕集ゾーン

Claims (5)

1. 竪型シャフト炉によって廃棄物を熱分解・溶融させる方法であって、炉底部に廃棄物の溶融スラグの排出部を形成し、その上側に廃棄物層、さらにその上側にコークス層を形成し、廃棄物層の下部に高温ガスおよび酸素含有ガスを供給することにより、この高温ガスが炉内を上昇する間に廃棄物を熱分解、溶融させて炉底部に落下させ、炉底部から廃棄物のスラグを排出させ、かつ上昇する高温ガス中の飛散ダストをコークス層で捕集した後、炉頂部から排ガスとして排出することを特徴とする廃棄物の熱分解・溶融方法。
2. 竪型シャフト炉であって、炉底部に廃棄物の溶融スラグの排出部が形成され、その上側に廃棄物がロストルに支持されて充填された熱分解・溶融ゾーン、さらにその上側にコークスがロストルに支持されて充填されたダスト捕集ゾーンが形成され、さらにその上側の炉頂部には排ガス排出部が形成され、上記熱分解・溶融ゾーンの下部には高温ガスを廃棄物層に供給する高温ガス供給手段が設けられていることを特徴とする廃棄物の熱分解・溶融装置。
3. 上記熱分解・溶融ゾーンは廃棄物層の下側に耐火物層が形成されていることを特徴とする請求項２記載の廃棄物の熱分解・溶融装置。
4. 上記高温ガス供給手段は熱分解・溶融ゾーンの下側に形成された燃焼室により形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の廃棄物の熱分解・溶融装置。
5. 上記炉頂部の排ガス排出部にはダスト捕集手段が接続され、このダスト捕集手段には捕集したダストを上記廃棄物層に供給する回収手段が設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の廃棄物の熱分解・溶融装置。

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