JP4550512B2

JP4550512B2 - 廃棄物熱分解処理システム

Info

Publication number: JP4550512B2
Application number: JP2004219662A
Authority: JP
Inventors: 勝記井手; 毅野間; 隆雨宮; 潔今井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: JP2006035115A

Description

本発明は、廃棄物等の被処理物を熱分解により処理する廃棄物熱分解処理システムに関する。

従来から、様々な汚染物質を含む未分別でかつ未処理の廃棄物を処理して使用可能な物質に変質させる廃棄物処理システムとして、例えば特開２０００−２０２４１９号公報（特許文献１）に記載のような廃棄物を熱分解により処理する熱分解システムが知られている。

このような廃棄物処理システムでは、廃棄物等の被処理物は前処理装置を介して廃棄物供給装置により熱分解炉内へ供給され、熱分解炉において約５５０℃程度の温度で熱分解により処理される。一般的な熱分解炉としては、例えば回転ドラムを外部から加熱する外熱式回転キルンが用いられている。

熱分解炉で熱分解により発生した有機性の高分子ガスはガス改質器により約１１００℃の温度で改質されて低分子の可燃性ガスとなり、次いで、ガス冷却器により約９００℃から２００℃程度まで急冷却され、さらにガス浄化装置で浄化される。ガス浄化装置が実行するガス洗浄工程ではバグフィルターによるカーボンダストの除去、水によるガス水洗が行われる。ガス浄化装置で浄化された可燃性ガスは誘引ブロワ、水封装置、供給ブロワを経てガス利用先に供給される。これら熱分解炉、ガス改質器、ガス冷却器、ガス浄化装置は若干負圧の状態に誘引ブロワにより制御されているために外部より空気が入り込みやすい状態になっているが、その外部より空気が過剰に入らないように要部にシール構成が施されている。

ところが、従来の廃棄物熱分解処理システムでは、廃棄物を約５５０℃で熱分解して生成された熱分解ガスと改質用酸化剤（空気）をガス改質器内で反応させるため、カーボンが主成分の粉塵（以下、煤と称する。）が多量に発生する。この煤を効率良く後段に搬送し、要所を閉塞させないことが処理施設の稼動率を向上させるために重要である。また、改質ガスには多少の化学物質が含まれ、部分的に細い箇所や温度的に固体化する箇所に付着して閉塞に至る場合があるので、これを予防する対策が必要である。なお、廃棄物処理技術として、特願２００３−０６８１８２号、特願２００３−２０３５５３号、特願２００３−３９１１５９号の特許出願に係る発明が本願発明者らの発明として知られている。
特開２０００−２０２４１９号公報

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、機器の最適な配置と構造と煤払いと煤排出と付着物の除去を円滑に行うことにより、廃棄物処理を安定かつ長期に渡って可能にした廃棄物熱分解処理システムを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、廃棄物等の被処理物を熱分解する熱分解炉と、前記熱分解炉における前記被処理物の熱分解により発生する有機性の高分子ガスを受け入れ、高温度のガス改質処理にて低分子の可燃性ガスに改質して排出するガス改質器と、前記ガス改質器から排出される可燃性ガスを受け入れて冷却し、排出するガス冷却器と、前記ガス冷却器から排出される可燃性ガスを受け入れ、浄化して不純物を除去し、浄化済みの可燃性ガスを排出するガス浄化装置とを備えた廃棄物熱分解処理システムにおいて、前記ガス改質器は前反応塔と後反応塔とで構成し、前記前反応塔と後反応塔との下部同士を接続することで凹形状とし、前記前反応塔の上部を前記熱分解炉に接続して前記有機性の高分子ガスを受け入れるようにすると共に当該前反応塔の上部付近に熱分解バーナを取り付け、前記後反応塔の上部の排出部を前記ガス冷却器に接続して当該ガス改質器内での高温度のガス改質処理にて改質された低分子の可燃性ガスを前記ガス冷却器に排出するようにし、前記ガス冷却器は、ガス冷却のための伝熱管が装填され、当該伝熱管の内部を上から下に前記可燃性ガスに通過させることによってガス冷却する前段部とクエンチャー装置で成る後段部とをそれらの下部同士を連通するように接続することによって凹形状にし、前記前段部の上部を前記ガス改質器の前記低分子の可燃性ガスの排出部に接続し、前記クエンチャー装置の上部を前記ガス浄化装置に接続したことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の廃棄物熱分解処理システムにおいて、前記ガス冷却器の前段部と後段部との相連通する底部に、移送スクリュー、冷却スクリュー及び排出機構で構成したカーボン灰出し機構を設けたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の廃棄物熱分解処理システムにおいて、前記クエンチャー装置の上部付近を縦型に設置したバグフィルターの中間部を接続し、このバグフィルター内の中間部より上方に設けられている縦型のろ布の外表面から内側に前記クエンチャー装置からのガスを流し、上部に向かって当該ガスが流れる構造にしたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物熱分解処理システムにおいて、前記ガス冷却器の前段部に煙管ボイラを設置し、当該煙管ボイラの上部缶板に吸い込みコーンを設け、当該吸い込みコーンに蒸気を吹き付けるための煤払いノズルを前記吸い込みコーンに若干挿入した状態で配設したことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の廃棄物熱分解処理システムにおいて、前記ガス冷却器の煤払いノズルには常に微量の蒸気を流し、煤払い時は間欠的に蒸気を多めに流すことを特徴とするものである。

本発明によれば、機器の最適な配置と煤払いと煤排出と付着物の除去を円滑に行うことができ、廃棄物処理の効率的な処理運用が長期に渡って可能な廃棄物熱分解処理システムを提供することができる。

以下本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は、本発明の１つの実施の形態の廃棄物熱分解処理システムのブロック図である。図１において、廃棄物等の被処理物は破砕、鉄回収を行う前処理装置１０１を介して廃棄物供給装置１０２により熱分解炉１０３内へ供給される。廃棄物は熱分解炉１０３において約５５０℃程度の温度で熱分解により処理される。この熱分解炉１０３としては、例えば回転ドラムを外部から加熱する外熱式回転キルンが一般的に用いられ、熱分解炉１０３で熱分解により発生した有機性の高分子ガスはガス改質器１０４に移され、ここで約１１００℃の温度で改質されて低分子の可燃性ガスとなる。この可燃性ガスは、ガス冷却器１０５に移され、ここで約９００℃から２００℃程度まで急冷却された後、ガス浄化装置１０６に供給される。ガス浄化装置１０６では、冷却されたガスを浄化し不純物の除去された可燃性のガスが得られる。このガス浄化装置１０６はバグフィルターとガス洗浄装置を備え、バグフィルターによってカーボンダストを除去し、ガス洗浄装置１０６によって水によるガス水洗が行われる。ガス浄化装置１０６で浄化された可燃性ガスは誘引ブロワ１０７、水封装置１０８、供給ブロワ１０９を経てガス利用先に供給される。

一方、熱分解炉１０３で発生する残さは残さ排出装置１１１を介して熱分解炉１０３外へ排出され、残さ冷却、粉砕、分別装置１１２で有価金属を回収し、カーボン残さは造粒装置１１３に送られ、造粒物として再資源化される。また、ガス浄化装置１０６でガス洗浄に用いられた洗浄水は水処理装置１１４に送られ、中和処理と吸収、吸着処理が行われて浄化水とされ、ガス浄化装置１０６に返送される。

尚、熱分解炉１０３、ガス改質器１０４、ガス冷却器１０５、ガス浄化装置１０６は若干負圧の状態に誘引ブロワ１０７により制御されており、外部より空気が過剰に入らないように要部にシール構成が施されている。この図１に示す熱分解処理システムで、当該熱分解処理システムで生成される二次物質の可燃性ガスである改質ガスが、当該熱分解炉１０３のエネルギー源として再利用される。また、主要構成機器の温度調整用として還流される。また、システムで生成された余剰ガスは例えば燃焼炉等で排気ガス規準に従って燃焼させ、大気放出される。

図２は、本発明の第１の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムの機器配置の平面図である。図２において、廃棄物等の被処理物は前処理装置１を介して廃棄物供給装置２により熱分解炉３内へ供給され、熱分解炉３において約５５０℃程度の温度で熱分解により処理される。ここで、熱分解炉３で熱分解により発生した有機性の高分子ガスは熱分解炉出口フード４、ガス連結管５を介してガス改質器６に送られ、約１１００℃の温度で改質されて低分子の可燃性ガスとなり、次いで、ガス冷却器７により約９００℃から２００℃程度まで急冷却され、バグフィルター８で煤を除去し、ガス洗浄装置９で水によるガス水洗が行われる。ガス浄化装置９で浄化された可燃性ガスは誘引ブロワ１０、図示しない水封、供給ブロワを経てガス利用先に供給される。

図３、図４、図５は、本発明の実施の形態に係る廃棄物熱分解処理システムの機器配置の縦断面図である。ガス改質器６は凹形状を呈し、前反応塔１３の上部より熱分解ガスと空気（酸化材）が入り、後反応塔１４の上部からガスが出る。後反応塔１４の上部から出た煤を含んだ改質ガスは、縦型に設置したガス冷却器（煙管ボイラ）７の上部より入り、伝熱管１５の内部を下方に流れてガス冷却され、ガス冷却器底部１６で折り返して、クエンチャー装置１７内を上向きに流れ、クエンチャー出口温度を制御して、縦型のバグフィルター８の中間部に導かれる。このような構成にすることにより、ガス冷却器７の伝熱管１５内部で煤を同伴したガスを容易に搬送することができる。

図３に示すクエンチャー装置１７内には生成ガスノズル１８、水噴霧ノズル１９が組み込まれ、バグフィルター８に送るガス温度をすばやく制御できるようになっている。

図４に示すバグフィルター８内の中間部より上方にはろ布２０が取り付けられ、ろ布２０を通過したガスはガス洗浄装置９に送られ、ろ布２０で集塵した煤は下部に落下して外部に排出される。

図５に示すガス洗浄装置９は冷却器２１とガス洗浄塔２２で構成され、入り口配管２３を含め凹形状をしている。冷却器２１には水噴霧ノズル２４、ガス洗浄塔２２には充填材２５、水噴霧ノズル２６、入り口配管２３には内部掻き取り機構のスクレーパ２７が組み込まれている。スクレーパ２７は上部に取り付けたモータ２７ａで回転させ、内部の付着物を掻き取りながらガスに同伴して冷却器２１内部に落下するようになっている。このため、付着物による配管閉塞を防止できる。

ガス洗浄装置９を出たガスは、誘引ブロワ１０に吸い込まれ、水封装置１１で逆流できないように水封される。水封装置１１で水封されたガスは、後段の供給ブロワ（図１における１０９）に送られる構成になっている。

図３に詳しく示されているように、ガス改質器６の底部には移送スクリュー２８が設置されている。移送スクリュー２８は、底部に溜まった煤２９を冷却スクリュー３０に移送する。冷却スクリュー３０は煤を冷却し、排出機構３１（例えば図６、図７に示すようなダブルダンパ構成）に煤を送る。排出機構３１は空気を外部と遮断しながら煤を外部に排出するようになっている。

この配出機構３１におけるダブルダンパ構成を、図６、図７を用いて説明する。図６は、改質器６の床に溜まったカーボン及び溶融物の排出を行う排出機構８０の断面図であり、図７は、排出機構８０の動作を説明する断面図である。排出機構８０は、側壁８１に支柱８２を介して設置された回転可動部８３に、上、下開閉フタ８４，８５が取り付けられており、上下２層構造となっている。そして図７（１）に示すように上開閉フタ８４上に煤８６が溜まると、図７（２）に示すように上開閉フタ８４を開いて下開閉フタ８５上に煤８６を落とす。次に図７（３）に示すように上開閉フタ８４を閉じて大気の侵入を塞いでから、図７（４）に示すように下開閉フタ８５が開いて煤８６を外部に捨てる。煤８６が外部に捨てられると、図７（５）に示すように下開閉フタ８５を閉じる。このように２層構造とすることで、廃棄物熱分解処理システム内には可燃性の気体等があることから、大気（酸素）が急激に流れ込むのを防ぐことができる。

図３に示すように、ガス冷却器７の底部１６には移送スクリュー３２が設置されている。移送スクリュー３２は、底部１６に溜まった煤３３を冷却スクリュー３４に移送する。冷却スクリュー３４は煤３３を冷却し、図６、図７に示したのと同様のダブルダンパ構成の排出機構３５に煤３３を送る。排出機構３５は空気を外部と遮断しながら煤３３を外部に排出する。移送スクリュー３２は機外に設置したモータ３２ａで回転駆動される。この構造により、ガス冷却器７の底部１６に溜まる煤３３を容易に排出し、ガス閉塞なく運転継続ができる。

図４に示すように、バグフィルター８で集塵した煤３６は下部に落下して冷却スクリュー３７で冷却し、図６、図７に示したのと同様のダブルダンパ構成の排出機構３８に煤３６を送る。排出機構３８は空気を外部と遮断しながら煤を外部に排出する。

図３に示すように、ガス冷却器（煙管ボイラ）７の上部ガス入口部には煤払いノズル３９、制御弁４０が取り付けて、ボイラ自身で発生した蒸気を使って定期的に煤払いを行う構造にしてある。これによってガス冷却器７の入口部の煤閉塞を未然に防止している。

図４に示すように、バグフィルター８のろ布２０の上方出口部には、窒素を噴き出してろ布２０についた煤３６を払い落とす逆洗ノズル４１とその制御弁４２が設けられている。さらに、バグフィルター８には本体を仕切るための入口弁４３および出口弁４４が取り付けてあり、また図示しないバグバイパスラインが設けられてあって、プラント昇温や非常時には入口弁４３、出口弁４４を閉じてバグバイパスラインにガスをバイパスさせることで、バグフィルター８本体を系から隔離できるようになっている。

このようにして第１の実施の形態によれば、各構成機器を凹形状として前段上部からガス等を取り込み、底部に流下させて、煤等を集め、ガスは後段部を上昇させて次段の構成機器へ移流させる構造にすることにより、ガスから煤等を効率的に分離して処理できる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムはガス冷却器７の構造に特徴を有する。したがって他の機器の構成は、第１の実施の形態と共通する。図８は、本実施の形態で採用するガス冷却器７の構造を示している。この図８を用いてガス冷却器７の上部缶板の煤払い構造を詳細に説明する。約９００℃の改質ガスがガス改質器６より流れ入る。

ガス冷却器７は圧力容器、伝熱管４６、上部缶板４７、下部缶板４８、天板４９で構成され、上部煙室５０内の上部缶板４７の上部に蒸気整流器５１が置かれている。蒸気整流器５１には伝熱管４６と同じ配列に対応して吸い込みコーン５２が設けられている。吸い込みコーン５２は下に絞った円錐台形状になっている。また、吸い込みコーン５２毎に煤払いノズル５３が天板４９を貫通してシール５４で外部との気密を確保して取り付けられている。煤払いノズル５３は吸い込みコーン５２に若干挿入して組み立てられている。吸い込みコーン５２は耐熱金属や耐熱金属枠に耐火材を流し込んだ構成である。

煤払いには自身で発生した蒸気を用い、煤払いノズル５３には常に微量の蒸気を流す弁５５、煤払い時に間欠的に多めの蒸気を流す制御弁５６が取り付けられている。弁５５によって常時微量の蒸気を流しているため、断続的に多量に蒸気を流すのみの構成に比べて、この煤払いノズル５３が詰まることがなく、熱衝撃も低くなることからノズルの破損も防止できる。

加えて、吸い込みコーン５２を取り付けることによって、煤払いノズル５３から噴出した蒸気を確実に伝熱管４６に入れ込める。また、煤払いノズル５３を吸い込みコーン５２に若干挿入した状態で組み立ててあるため、煤払いノズル５３の熱膨張によって長さが伸びても伝熱管４６もしくは上部缶板４７に干渉することを未然に防ぐことができる。

図９はガス冷却器７の底部１６に設置した移送スクリュー３２の説明図である。図９においてガス冷却器７の底部に溜まった煤３３は移送スクリュー３２で冷却スクリュー３４側へ向かって送られる。移送スクリュー３２はモータ３２ａで回転駆動される。駆動軸は隔壁５７を貫通しシール５８で外部と気密を確保してスクリュー３２と結合している。移送スクリュー３２は螺旋形状をしており、内部に掻き取り棒５９が挿入されている。このような構成にすることにより、スクリュー３２に付着するカーボンを掻き取り棒５９が掻き取ってスクリュー３２自体へのカーボンの付着を少なくし、長期的に煤３３を移送できる。

（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態はまた、ガス冷却器７の構造に特徴を有している。図１０は本発明の第３の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムにおけるガス冷却器７の構造の説明図であり、図１１は、そのスクレーパの正面図である。図１０において、ガス冷却器７の煙管ボイラ伝熱管４６内には付着物を掻き取るスクレーパ６０が挿入してあり、またガス冷却器底部１６には煤払いノズル６１が設けてある。スクレーパ６０は駆動モータ６２で駆動され、シール６３で外部と気密的に遮断して取り付けられている。下部煙室６４の底部に溜まった煤６５は煤払いノズル６１で吹き飛ばされ、後段の冷却スクリュー３４側に送られる。

煤払いには自身で発生した蒸気を用い、煤払いノズル６１には常に微量の蒸気を流す弁６６、煤払い時に断続的に多めの蒸気を流す制御弁６７が取り付けられている。この構成によって、常時微量の蒸気を流しているため、断続的に多量に蒸気を流すのみの場合に比べて、煤払いノズルが詰まることがなく、熱衝撃も低くなることからノズルの破損も防ぐことができる。

一般的な廃棄物熱分解処理システムのブロック図。本発明の第１の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムの機器配置を示すレイアウト図。上記第１の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムにおけるガス改質器及びガス冷却器の構造断面図。上記第１の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムにおけるバグフィルターの構造断面図。上記第１の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムにおけるガス洗浄装置の構造断面図。上記第１の実施の形態におけるダブルダンパ構成の煤排出機構の断面図。上記煤排出機構の動作の説明図。本発明の第２の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムにおけるガス冷却器の前段部の構造断面図。上記第２の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムにおけるガス冷却器の底部の移送スクリューの説明図。本発明の第３の実施の形態の廃棄物熱分解処理システムにおけるガス冷却器の構造断面図。本発明の第３の実施の形態のスクレーパの証明図。

符号の説明

６ガス改質器
７ガス冷却器
８バグフィルター
９ガス洗浄装置
１３前反応塔
１４後反応塔
１７クエンチャー装置
２０ろ布
２１冷却器
２２ガス洗浄塔
２３入口配管
２７スクレーパ
３２移送スクリュー
３４冷却スクリュー
３５排出機構
３７冷却スクリュー
３８排出機構
４７上部缶板
５２吸い込みコーン
５３煤払いノズル
５５，５６弁
５９掻き取り棒
６０スクレーパ
６１煤払いノズル
８０排出機構
８１側壁
８２支柱
８３回転可動部
８４上開閉フタ
８５下開閉フタ

Claims

廃棄物等の被処理物を熱分解する熱分解炉と、
前記熱分解炉における前記被処理物の熱分解により発生する有機性の高分子ガスを受け入れ、高温度のガス改質処理にて低分子の可燃性ガスに改質して排出するガス改質器と、
前記ガス改質器から排出される可燃性ガスを受け入れて冷却し、排出するガス冷却器と、
前記ガス冷却器から排出される可燃性ガスを受け入れ、浄化して不純物を除去し、浄化済みの可燃性ガスを排出するガス浄化装置とを備えた廃棄物熱分解処理システムにおいて、
前記ガス改質器は前反応塔と後反応塔とで構成し、前記前反応塔と後反応塔との下部同士を接続することで凹形状とし、前記前反応塔の上部を前記熱分解炉に接続して前記有機性の高分子ガスを受け入れるようにすると共に当該前反応塔の上部付近に熱分解バーナを取り付け、前記後反応塔の上部の排出部を前記ガス冷却器に接続して当該ガス改質器内での高温度のガス改質処理にて改質された低分子の可燃性ガスを前記ガス冷却器に排出するようにし、
前記ガス冷却器は、ガス冷却のための伝熱管が装填され、当該伝熱管の内部を上から下に前記可燃性ガスに通過させることによってガス冷却する前段部とクエンチャー装置で成る後段部とをそれらの下部同士を連通するように接続することによって凹形状にし、前記前段部の上部を前記ガス改質器の前記低分子の可燃性ガスの排出部に接続し、前記クエンチャー装置の上部を前記ガス浄化装置に接続したことを特徴とする廃棄物熱分解処理システム。
前記ガス冷却器の前段部と後段部とが相連通する底部に、移送スクリュー、冷却スクリュー及び排出機構で構成したカーボン灰出し機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物熱分解処理システム。
前記クエンチャー装置の上部付近を縦型に設置したバグフィルターの中間部に接続し、このバグフィルター内の中間部より上方に設けられている縦型のろ布の外表面から内側に前記クエンチャー装置からのガスを流し、上部に向かって当該ガスが流れる構造にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物熱分解処理システム。
前記ガス冷却器の前段部に煙管ボイラを設置し、当該煙管ボイラの上部缶板に吸い込みコーンを設け、当該吸い込みコーンに蒸気を吹き付けるための煤払いノズルを前記吸い込みコーンに若干挿入した状態で配設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物熱分解処理システム。
前記ガス冷却器の煤払いノズルには常に微量の蒸気を流し、煤払い時は間欠的に蒸気を多めに流すことを特徴とする請求項４に記載の廃棄物熱分解処理システム。