(57)【要約】【課題】廃棄物溶融炉の送風羽口から吹き込む可燃性ダストの燃焼性を向上させ、可燃性ダストのコークス置換率を向上させて、コークスの使用量を低減できる廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法を提供すること【解決手段】廃棄物溶融炉１に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理し、廃棄物溶融炉１から排出された可燃性物質を燃焼させ、その燃焼排ガスの熱回収を行う廃棄物溶融処理設備にて、廃棄物溶融炉１で廃棄物を溶融処理する際に、廃棄物溶融炉の送風羽口８から可燃性ダストを酸素富化空気又は空気とともにコークスベッド１ａヘ吹き込む方法において、前記酸素富化空気又は空気を廃棄物溶融処理設備で発生する熱によって予熱する。【選択図】図１
2010210183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理し、廃棄物溶融炉から排出された可燃性物質を燃焼させ、その燃焼排ガスの熱回収を行う廃棄物溶融処理設備にて、廃棄物溶融炉で廃棄物を溶融処理する際に、廃棄物溶融炉の送風羽口から可燃性ダストを酸素富化空気又は空気とともにコークスベッドヘ吹き込む方法において、
前記酸素富化空気又は空気を予熱することを特徴とする廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項２】
前記酸素富化空気又は空気を、廃棄物溶融処理設備で発生する熱によって予熱する請求項１に記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項３】
前記酸素富化空気又は空気を、前記燃焼排ガスの熱回収を行うボイラで発生した蒸気によって予熱する請求項２に記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項４】
前記酸素富化空気又は空気を、熱回収後の燃焼排ガスによって一次予熱し、その後、前記燃焼排ガスの熱回収を行うボイラで発生した蒸気によって二次予熱する請求項２に記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項５】
前記酸素富化空気又は空気を、ジャケット構造とした廃棄物溶融炉の炉底部のジャケット部を通過させることによって一次予熱し、その後、前記燃焼排ガスの熱回収を行うボイラで発生した蒸気によって二次予熱する請求項２に記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項６】
前記酸素富化空気又は空気を、２００〜４００℃まで予熱する請求項１から請求項５のいずれかに記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項７】
前記酸素富化空気又は空気の送付羽口先端における流速を２０〜２００ｍ／ｓとする請求項１から請求項６のいずれかに記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項８】
廃棄物溶融炉の送風羽口から可燃性ダスト及び酸素富化空気又は空気とともに、可燃性ダストの着火用燃料及び着火用燃料を燃焼させる酸素を吹き込む請求項１から請求項７のいずれかに記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項９】
廃棄物溶融炉の送風羽口として、内筒、中間筒及び外筒からなり、各筒の先端部を導通させた３重管構造の送風羽口を使用し、可燃性ダストを酸素富化空気又は空気とともに内筒から、可燃性ダストの着火用燃料を中間筒から、着火用燃料を燃焼させる酸素を外筒から、それぞれ吹き込む請求項８に記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項１０】
可燃性ダストとして、廃棄物溶融炉の生成ガスから捕集した可燃性ダストを使用する請求項１から請求項９のいずれかに記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【請求項１１】
可燃性ダストとして、鉄粉、製鉄ダスト、ＣＤＱ粉、粉コークス、バイオマス燃料粉、ジュレッダーダスト、廃プラスチック粉、廃タイヤ粉のうち一種又は二種以上を使用する請求項１から請求項９のいずれかに記載の廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物の処理方法の一つとして、シャフト炉型の廃棄物溶融炉で廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融して、スラグとメタルにする廃棄物溶融処理が知られている。
【０００３】
この廃棄物溶融処理においては、シャフト炉型の廃棄物溶融炉に、副資材であるコークス、石灰石とともに廃棄物を炉上部から装入する。装入された廃棄物は、乾燥、熱分解、燃焼、溶融し、生成ガスは炉上部から排出され、燃焼室で完全燃焼される。そして、その燃焼排ガスの熱エネルギーはボイラ等の熱回収装置で回収され、熱及び電気エネルギーとして利用される。
【０００４】
このような廃棄物溶融処理では、廃棄物の溶融処理におけるコークス使用量の低減が従来から大きな課題となっており、この課題を解決するために、特許文献１では、廃棄物溶融炉の生成ガスから捕集した可燃性ダストを酸素富化空気又は空気とともに、廃棄物溶融炉の送風羽口からコークスベッドへ吹き込む方法が提案されている。すなわち、特許文献１の方法は、コークスベッドを形成するコークスの一部を可燃性ダストで置換することで、コークス使用量を低減しようとするものである。
【０００５】
しかし、特許文献１の可燃性ダスト吹き込み方法では、炉内偏流発生などにより、送風羽口前に赤熱コークスが十分にない場合、送風羽口から吹き込まれた可燃性ダストの燃焼性が悪くなる結果、可燃性ダストがコークスに置き換わる割合である可燃性ダストのコークス置換率が悪化し、コークス使用量の削減効果が小さくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、廃棄物溶融炉の送風羽口から吹き込む可燃性ダストの燃焼性を向上させ、可燃性ダストのコークス置換率を向上させて、コークスの使用量を低減できる廃棄物溶融炉への可燃性ダスト吹き込み方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、石灰石とともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して廃棄物を溶融処理し、廃棄物溶融炉から排出された可燃性物質を燃焼させ、その燃焼排ガスの熱回収を行う廃棄物溶融処理設備にて、廃棄物溶融炉で廃棄物を溶融処理する際に、廃棄物溶融炉の送風羽口から可燃性ダストを酸素富化空気又は空気とともにコークスベッドヘ吹き込む方法において、前記酸素富化空気又は空気を予熱することを特徴とするものである。
【０００９】
このように本発明では、可燃性ダストとともに送風羽口から吹き込む酸素富化空気又は空気を予熱することで、送風羽口内において可燃性ダストが昇温され、吹き込まれた後の着火温度への到達時間が短縮されるため、可燃性ダストの燃焼性が向上する。したがって、可燃性ダストのコークス置換率が向上し、コークスの使用量を低減できる。
【００１０】
本発明においては、酸素富化空気又は空気の予熱は廃棄物溶融処理設備で発生する熱によって行うことが好ましい。これによって、外部エネルギーの使用を最小化できる。
【００１１】
その具体的な予熱の方法としては以下の方法が挙げられる。
【００１２】
（１）酸素富化空気又は空気を、前記燃焼排ガスの熱回収を行うボイラで発生した蒸気によって予熱する。
【００１３】
（２）酸素富化空気又は空気を、熱回収後の燃焼排ガスによって一次予熱し、その後、前記燃焼排ガスの熱回収を行うボイラで発生した蒸気によって二次予熱する。
【００１４】
（３）酸素富化空気又は空気を、ジャケット構造とした廃棄物溶融炉の炉底部のジャケット部を通過させることによって一次予熱し、その後、前記燃焼排ガスの熱回収を行うボイラで発生した蒸気によって二次予熱する。
【００１５】
このようにして予熱する酸素富化空気又は空気の予熱温度は、２００〜４００℃とすることが好ましい。その理由は以下のとおりである。
【００１６】
可燃性ダスト吹き込みによるコークス削減を考えるとき重要なのは、炉内に吹き込まれた可燃性ダストが、コークスより早く燃焼すること、及びコークスベッド帯を通過する０．５秒以内で燃焼することであり、非常に速い燃焼が求められる。炉内のコークスは十分に昇温されており、送風羽口より吹き込んだ酸素富化空気又は空気が表面に到達したらすぐに燃焼するため、可燃性ダストを通常温度で吹き込んだ場合、可燃性ダストが昇温している間にコークスが先に燃えてしまう結果、可燃性ダストのコークス置換率は３０％程度に留まる。
【００１７】
これに対して酸素富化空気又は空気を可燃性ダストの着火点（３５０℃程度）近傍まで予熱することで、可燃性ダストの昇温時間を短縮し、コークスと同タイミングで着火させることができる。そうすると、可燃性ダストは揮発分割合が高く、また比表面積が大きいので、コークスより先に可燃性ダストが燃焼し、可燃性ダストのコークス置換率が上昇する。ただし、炉内への吹き込み前に可燃性ダストが着火点以上になるような温度まで酸素富化空気又は空気を予熱すると、可燃性ダストが配管内で燃焼してしまう。
【００１８】
また、図７に示す、酸素富化空気又は空気の予熱温度と可燃性ダストのコークス置換率との相関の実験結果から、酸素富化空気又は空気の予熱温度が１００℃までは可燃性ダストのコークス置換率向上効果がなく、４００℃でその効果が頭打ちになり、２００〜４００℃の範囲が最適であることがわかる。
【００１９】
以上のことから、酸素富化空気又は空気の予熱温度は２００〜４００℃とすることが好ましいと言える。これによって、図７に示すように可燃性ダストのコークス置換率が８０％程度になる。
【００２０】
なお、可燃性ダストと酸素富化空気又は空気とは送風羽口内で混合する形が一般的であるが、混合後、可燃性ダストの昇温時間として最低０．０１秒は確保することが好ましい。
【００２１】
この酸素富化空気又は空気の予熱は、外部熱源（電気ヒータや化石燃料使用）を利用することなく、上述のとおり廃棄物溶融処理設備で発生する熱を利用して行うことが、エネルギーの無駄を排除する点から好ましい。また、酸素富化空気又は空気の予熱の顕熱増加により発生蒸気の増加につながる。
【００２２】
２００〜４００℃の予熱であれば、廃棄物溶融処理設備で発生する熱を利用して十分に行うことができる。これ以上の予熱を行うには外部熱源が必要となり、エネルギー効率が悪化する。この点からも、酸素富化空気又は空気の予熱温度は２００〜４００℃とすることが好ましい。
【００２３】
また、送風羽口から吹き込む酸素富化空気又は空気の送付羽口先端における流速は、２０〜２００ｍ／ｓとすることが好ましい。その理由は以下のとおりである。
【００２４】
酸素富化空気又は空気は炉内のコークスベッド領域に吹き込むため、その吹き込み流速が遅すぎると、炉内の溶融スラグレベルが上昇し、送風羽ロレベルに達して送風羽ロヘのスラグ返りによる閉塞が生じたり、廃棄物の投入時など、炉内圧の変動が激しいときに、炉内の高温ガスが送風羽ロに返り、可燃性ダストに引火して逆火が生じたりするおそれがある。加えて、吹き込み流速が遅すぎると、炉中心部まで送風が届かず炉芯が形成され処理が不安定になるおそれがある。
【００２５】
一方、送風羽口は、送風用の羽口であると同時に、先端にフレームを形成するバーナとしての機能があるが、酸素富化空気又は空気の吹き込み流速が速すぎると、吹き飛んでフレームが形成されにくくなる。また、可燃性ダストによる配管内や水冷部における摩耗のトラブルが生じやすくなる。以上のことから、酸素富化空気又は空気の送付羽口先端における吹き込み流速は、２０〜２００ｍ／ｓとすることが好ましい。
【００２６】
本発明においては、可燃性ダストの燃焼性をより向上させるため、廃棄物溶融炉の送風羽口から可燃性ダスト及び酸素富化空気又は空気とともに、可燃性ダストの着火用燃料及び着火用燃料を燃焼させる酸素を吹き込むようにすることができる。
【００２７】
この場合、送風羽口としては、内筒、中間筒及び外筒からなり、各筒の先端部を導通させた３重管構造の送風羽口を使用し、可燃性ダストを酸素富化空気又は空気とともに内筒から、可燃性ダストの着火用燃料を中間筒から、着火用燃料を燃焼させる酸素を外筒から、それぞれ吹き込むようにすることが好ましい。このように３重管構造の送風羽口を使用することで、可燃性ダスト、酸素富化空気又は空気、可燃性ダストの着火用燃料、及び着火用燃料を燃焼させる酸素が送風羽口の先端部で効率的に混合され、可燃性ダストの燃焼性がより一層向上する。
【００２８】
なお、本発明において、送風羽口から吹き込む可燃性ダストとしては、廃棄物溶融炉の生成ガスから捕集した可燃性ダスト、あるいは鉄粉、製鉄ダスト、ＣＤＱ粉、粉コークス、バイオマス燃料粉、ジュレッダーダスト、廃プラスチック粉、廃タイヤ粉のうち一種又は二種以上を使用することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、可燃性ダストとともに送風羽口から吹き込む酸素富化空気又は空気を予熱することで、送風羽口内において可燃性ダストが昇温され、吹き込まれた後の着火温度への到達時間が短縮されるため、可燃性ダストの燃焼性が向上する。したがって、可燃性ダストのコークス置換率が向上し、コークスの使用量を低減できる。
【００３０】
具体的には、可燃性ダストのコークス置換率は、従来３０％程度であったのが、本発明によれば８０％程度まで向上させることができる。また、コークス使用量は、従来の可燃性ダスト吹き込み方法に比べ、約１０ｋｇ／廃棄物ｔ程度削減することができる。
【００３１】
また、本発明においては、酸素富化空気又は空気の予熱を廃棄物溶融処理設備で発生する熱によって行うことで、外部エネルギーの使用を最小化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を実施するための廃棄物溶融処理設備の構成図である。
【図２】本発明で使用する送風羽口の構造例を示す説明図である。
【図３】本発明で使用する送風羽口の構造例を示す説明図である。
【図４】本発明の他の例を実施するための廃棄物溶融処理設備の構成図である。
【図５】本発明のさらに他の例を実施するための廃棄物溶融処理設備の構成図である。
【図６】本発明のさらに他の例を実施するための送風羽口の断面図である。
【図７】酸素富化空気又は空気の予熱温度と可燃性ダストのコークス置換率との相関の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明を実施するための廃棄物溶融処理設備の構成図である。
【００３５】
廃棄物溶融炉１には、その炉上部から副資材であるコークス、石灰石とともに廃棄物が装入される。装入された廃棄物は、乾燥、熱分解、燃焼、溶融し、生成ガスは炉上部から排出される。廃棄物溶融炉１の炉上部から排出された生成ガスに含まれる可燃ダストは可燃ダスト捕集装置２で捕集される。その後、廃棄物溶融炉１の生成ガスは燃焼室３で完全燃焼され、その燃焼排ガスの熱エネルギーはボイラ４で熱回収され、熱回収後の燃焼排ガスは、排ガス処理装置５で処理された後に煙突６から排出される。
【００３６】
一方、ボイラ４で発生した蒸気は蒸気タービン７へ送られるとともに、その一部は、後述するように酸素富化空気又は空気を予熱するために使用される。
【００３７】
以上の設備構成において、本発明では、可燃ダスト捕集装置２で捕集された可燃性ダストは、酸素富化空気又は空気とともに、送風羽口８から廃棄物溶融炉１内のコークスベッド１ａヘ吹き込まれるが、酸素富化空気又は空気については、ボイラ４で発生した蒸気によって予熱する。具体的には、ボイラ４で発生した蒸気の一部を蒸気式空気予熱器９に導入し、酸素富化空気又は空気を予熱する。なお、図１及び後述するその他の図面においては「酸素富化空気又は空気」を単に「空気」と表記している。
【００３８】
このように、可燃性ダストとともに送風羽口８から吹き込む酸素富化空気又は空気を予熱することで、送風羽口８内において可燃性ダストが昇温され、吹き込まれた後の着火温度への到達時間が短縮されるため、可燃性ダストの燃焼性が向上する。したがって、可燃性ダストのコークス置換率が向上し、コークスの使用量を低減できる。
【００３９】
また、可燃性ダストの燃焼効率をより向上させるには、図２に示すように送風羽口８の基端側に可燃性ダストと酸素富化空気又は空気とを混合する混合部８ａを設け、さらに、混合部８ａの先端から送風羽口８の先端までの距離Ｌを１０００ｍｍ以上とすることが好ましい。すなわち、このような構成の送風羽口８を使用することで、可燃性ダストが酸素富化空気又は空気と良好に混合され、燃焼効率が向上する。また、前記の距離Ｌを１０００ｍｍ以上とすることで、可燃性ダストの吹き込み位置をコークスベッドの中央付近とすることができるので、可燃性ダストのコークス置換率を向上させることができる。
【００４０】
また、可燃性ダストを送風羽口８内で酸素富化空気又は空気と良好に混合させるには、図３に示すように、可燃性ダストを送風羽口８の長手方向に沿って旋回しながら進行するように導入してもよい。
【００４１】
なお、送風羽口８の混合部８ａ以降の内面には、可燃性ダストによる摩耗防止のため、カロライズ処理等の摩耗防止の表面処理を施しておくことが好ましい。
【実施例２】
【００４２】
図４は、本発明の他の例を実施するための廃棄物溶融処理設備の構成図である。
【００４３】
図４の例では、酸素富化空気又は空気を、熱回収後の燃焼排ガス、具体的には排ガス処理装置６で処理された後の燃焼排ガスによって一次予熱し、その後、蒸気式空気予熱器９によって二次予熱する。上記の一次予熱は、例えば排ガス処理装置５の後の燃焼排ガス経路を２重管構造とし、その内管に燃焼排ガスを通し、外管に酸素富化空気又は空気を通すことによって行うことができる。
【実施例３】
【００４４】
図５は、本発明のさらに他の例を実施するための廃棄物溶融処理設備の構成図である。
【００４５】
図５の例では、酸素富化空気又は空気を、ジャケット構造とした廃棄物溶融炉１の炉底部を通過させることによって一次予熱し、その後、蒸気式空気予熱器９によって二次予熱する。すなわち、上記の一次予熱においては、廃棄物溶融炉１の炉底部のジャケット部１ｂに酸素富化空気又は空気を通過させることで、炉底部を冷却するとともに、酸素富化空気又は空気を一次予熱する。
【実施例４】
【００４６】
図６は、本発明のさらに他の例を実施するための送風羽口の断面図である。
【００４７】
図６に示す送風羽口８０は、内筒８１、中間筒８２及び外筒８３からなる３重管構造であり、各筒８１〜８３の先端部は開口して導通させたものである。
【００４８】
本発明では、このような３重管構造の送風羽口８０を使用し、可燃性ダストを実施例１〜３の要領で予熱した酸素富化空気又は空気とともに内筒８１から、可燃性ダストの着火用燃料を中間筒８２から、着火用燃料を燃焼させる酸素を外筒８３から、それぞれ炉内に吹き込むようにしてもよい。これによって、可燃性ダストの燃焼性がより一層向上する。
【符号の説明】
【００４９】
１  廃棄物溶融炉
１ａ  コークスベッド
１ｂ  ジャケット部
２  可燃ダスト捕集装置
３  燃焼室
４  ボイラ
５  排ガス処理装置
６  煙突
７  蒸気タービン
８  送風羽口
８ａ  混合部
９  蒸気式空気予熱器
８０  送風羽口
８１  内筒
８２  中間筒
８３  外筒
【図１】
2010210183.tif 000003
【図２】
2010210183.tif 000004
【図３】
2010210183.tif 000005
【図４】
2010210183.tif 000006
【図５】
2010210183.tif 000007
【図６】
2010210183.tif 000008
【図７】
2010210183.tif 000009