(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛灰をパドル撹拌機(4) により撹拌しながらリアクタ(2) 内で加熱処理することにより飛灰中のダイオキシンを分解する飛灰ダイオキシン熱分解装置で使用されるパドル(4a)の適正幅、飛灰の適正充填率およびパドル(4a)の適正回転数を求める飛灰ダイオキシン熱分解装置の設計方法であって、
リアクタ(2)内部に幅Ｗの２つのパドル(4a)が互いに１８０°離れた位置に設置された二次元解析モデルを使用し、飛灰を粒子と見なして、粒子の充填率およびパドル回転数をパラメータとし、シミュレーション計算により混合度Ｍ＝σ／σ０  （ここで、σは着目成分の標準偏差、σ０  は着目成分の標準偏差の初期値であり、σおよびσ０  は、ｘｉ  をサンプル内の着目成分の個数分率、ｘｃ  を容器内全体の着目成分の個数分率、ｎを各格子内の平均粒子数として、σ２  ＝（ｘｉ  −ｘｃ  ）２  ／ｎおよびσ０  ２  ＝ｘｃ  （１−ｘｃ  ）で与えられる。）を求める粒子の挙動評価を行い、
この挙動の評価に基づいて、各シミュレーション計算条件での時間と混合度との関係を求め、混合度Ｍが短い時間で小さくなるものが良いという基準で、パドル(4a)の適正幅、飛灰の適正充填率およびパドル(4a)の適正回転数を求めることを特徴とする飛灰ダイオキシン熱分解装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴミ焼却設備における飛灰ダイオキシン熱分解装置の設計方法および飛灰ダイオキシン熱分解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却設備の飛灰をパドル撹拌機により撹拌しながらリアクタ内で加熱処理することにより飛灰中のダイオキシンを分解する飛灰ダイオキシン熱分解装置は、従来より知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような飛灰ダイオキシン熱分解装置においては、パドル撹拌機による撹拌により最適な飛灰混合状態を実現することおよび飛灰の充填率向上による処理能力を向上することが、最重要課題となっている。これに対して、従来、パドル幅や運転条件に関する指針はなく、結果的に、不十分な混合状態での処理によりダイオキシンが増加するという問題や、良い混合状態を確保するために飛灰の処理能力を犠牲にせざるを得ないという問題が生じていた。
【０００４】
この発明の目的は、飛灰の最適な混合状態が得られるとともに、飛灰の処理能力を向上することができる飛灰ダイオキシン熱分解装置の設計方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明による飛灰ダイオキシン熱分解装置の設計方法は、飛灰をパドル撹拌機により撹拌しながらリアクタ内で加熱処理することにより飛灰中のダイオキシンを分解する飛灰ダイオキシン熱分解装置で使用されるパドルの適正幅、飛灰の適正充填率およびパドルの適正回転数を求める飛灰ダイオキシン熱分解装置の設計方法であって、リアクタ内部に幅Ｗの２つのパドルが互いに１８０°離れた位置に設置された二次元解析モデルを使用し、飛灰を粒子と見なして、粒子の充填率およびパドル回転数をパラメータとし、シミュレーション計算により混合度Ｍ＝σ／σ０  （ここで、σは着目成分の標準偏差、σ０  は着目成分の標準偏差の初期値であり、σおよびσ０  は、ｘｉ  をサンプル内の着目成分の個数分率、ｘｃ  を容器内全体の着目成分の個数分率、ｎを各格子内の平均粒子数として、σ２  ＝（ｘｉ  −ｘｃ  ）２  ／ｎおよびσ０  ２  ＝ｘｃ  （１−ｘｃ  ）で与えられる。）を求める粒子の挙動評価を行い、この挙動の評価に基づいて、各シミュレーション計算条件での時間と混合度との関係を求め、混合度Ｍが短い時間で小さくなるものが良いという基準で、パドルの適正幅、飛灰の適正充填率およびパドルの適正回転数を求めることを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【０００７】
図１に飛灰ダイオキシン熱分解装置を示す。飛灰ダイオキシン熱分解装置(1) は、冷却水ジャケット(3) を有するリアクタ(2) と、リアクタ(2) 内に設けられて飛灰を撹拌しリアクタ(2) 内の飛灰の温度分布を均一にするパドル撹拌機(4) とを備えている。
【０００８】
この飛灰ダイオキシン熱分解装置(1) によると、リアクタ(2) の一端側から飛灰がリアクタ(2) 内に導入され、パドル撹拌機(4) により撹拌しながら飛灰をリアクタ(2) 内で加熱処理することによりダイオキシンが分解され、リアクタ(2) の他端側から分解ガスが排出される。リアクタ(2) 内の飛灰は、パドル撹拌機(4) の撹拌により均一かつ効率的に熱処理される。
【０００９】
ここで、飛灰の混合状態は、ダイオキシンの分解にとって極めて重要な要素である。本発明者らは、パドルサイズおよび運転条件に注目して、混合状態の向上のための数値解析を行った。
【００１０】
図２に、解析モデルを示す。解析モデルは、実機寸法に基づいて、２次元で作成した。リアクタ(2) の内径２Ｒは１１６４ｍｍであり、内部に幅Ｗの２つのパドル(4a)が互いに１８０°離れた位置に設置されている。また、リアクタ(2) の回転軸の径２ｒは４００ｍｍであり、各パドル(4a)は、リアクタ(2) の径方向に対して、それぞれ、ｄ１＝４０ｍｍずつ平行に移動されており、また、各パドル(4a)の外側端とリアクタ(2) の内周との間には、若干の間隙ｄ２＝１５ｍｍが設けられている。そして、パドル(4a)は、任意回転数Ｎで回転させることができる。
【００１１】
表１に、計算粒子の物性値を示す。ここで、計算機の処理能力とメモリーの関係から、粒子径は１０ｍｍとして解析を行った。密度等は飛灰に近い値を採用した。飛灰は粒子径が非常に小さいため単一で運動する場合は空気抵抗による影響が大きいが、今回の計算ではその影響は考慮されていない。
【００１２】
【表１】
0003658667.tif 000002
【００１３】
また、表２に、解析パラメータを示す。パラメータは粒子の充填率およびパドル回転数である。表２中○で示したところの解析を実施した。ここで、回転数による影響は現状の充填率である３０％を基準として検討した。また、充填率による影響は、最も混合性能が良いと予想される回転数６０ｒｐｍにおいて検討した。
【００１４】
【表２】
0003658667.tif 000003
【００１５】
図３に、パドル幅Ｗ（ｃｍ）が１０、１５、２０および２５であるときに、シミュレーション計算により求められた混合度の時間変化を示す。同図において、混合度Ｍは、Ｍ＝σ／σ０  により与えられ、Ｍが小さいほどよく混合されていることを示している。σは着目成分の標準偏差であり、σ０  は着目成分の標準偏差の初期値である。
【００１６】
σおよびσ０  は、ｘｉ  をサンプル内の着目成分の個数分率、ｘｃ  を容器内全体の着目成分の個数分率、ｎを各格子内の平均粒子数として、次式で与えられる。
【００１７】
σ２  ＝（ｘｉ  −ｘｃ  ）２  ／ｎおよびσ０  ２  ＝ｘｃ  （１−ｘｃ  ）
また、完全混合状態のときのσをσｒ  とすると、
σｒ  ２  ＝ｘｃ  （１−ｘｃ  ）／ｎであるから、完全混合状態のときのＭは、
Ｍ＝σｒ  ／σ０  ＝１／√ｎ  となる。
【００１８】
各格子内の平均粒子数ｎは、約７０個程度であり、σｒ  ＝０．０６となり、  Ｍ＝σｒ  ／σ０  ＝０．１２が完全混合状態を示している。
【００１９】
図３の結果から、混合度は、パドル幅が２０ｃｍの時に最も良く、１５ｃｍ以上２５ｃｍ以下が望ましいことが確認される。
【００２０】
図４から図１５までに、２種類に着色した粒子（●と○とにより区別）を本発明の条件において混合した結果の一例を示す。同図に示すのは、解析パラメータが、充填率５０％で回転数６０ｒｐｍのときのものである。
【００２１】
図４は、Ｔ＝０（ｓ）の状態であり、粒子の充填率は５０％で、そのうちの右半分が●で、左半分が○で表されている。図５は、Ｔ＝０．２（ｓ）の状態であり、パドルが７２°回転することにより、○の粒子が粒子非充填部分に入り込んでいっていることを表している。同様に、図６は、Ｔ＝０．４（ｓ）でパドルが１４４°回転した状態、図７は、Ｔ＝０．６（ｓ）でパドルが２１６°回転した状態、図８は、Ｔ＝０．８（ｓ）でパドルが２８８°回転した状態をそれぞれ表している。図９は、Ｔ＝１（ｓ）の状態であり、パドルが１回転することにより、●の粒子は、リアクタ(2) の下半部の外周近くに主として存在し、○の粒子は、リアクタ(2) の下半部の回転軸近くおよびリアクタ(2) の右上部に主として存在し、完全混合状態にはないが若干混合されていることを表している。図１０は、Ｔ＝５（ｓ）の状態であり、パドルが５回転することにより、完全混合状態ではないもののかなり混合が進んでいることを表している。図１１は、Ｔ＝１０（ｓ）の状態であり、パドルが１０回転することにより、完全混合状態に近いところまで混合が進んでいることを表している。こうして、図１２に示すように、Ｔ＝１５（ｓ）で、パドルが１５回転することにより、ほぼ均一に混合される。図１３は、Ｔ＝２０（ｓ）で、パドルが２０回転した状態、図１４は、Ｔ＝２５（ｓ）で、パドルが２５回転した状態、図１５は、Ｔ＝３０（ｓ）で、パドルが３０回転した状態をそれぞれ表しており、それぞれの混合状態は、図１２のときとほぼ同等である。
【００２２】
なお、粒子の混合は一般的に、粒子に働く遠心力と重力の比率により相似則が成り立つので、上記結果をリアクタの半径が異なる飛灰ダイオキシン熱分解装置にも適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の飛灰ダイオキシン熱分解装置の設計方法によると、従来、指針がなかったパドル幅や運転条件をシミュレーションで求めることができ、これにより、飛灰の最適な混合状態が得られるとともに、飛灰の処理能力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  飛灰ダイオキシン熱分解装置の概略を示す斜視図である。
【図２】  この発明の飛灰ダイオキシン熱分解装置を得るのに使用した解析モデルの図である。
【図３】  同解析結果により得られた混合度を示すグラフである。
【図４】  時間に伴って混合状態が同変化していくかを示す図であり、Ｔ＝０（ｓ）のときのものである。
【図５】  同じく、Ｔ＝０．２（ｓ）のときのものである。
【図６】  同じく、Ｔ＝０．４（ｓ）のときのものである。
【図７】  同じく、Ｔ＝０．６（ｓ）のときのものである。
【図８】  同じく、Ｔ＝０．８（ｓ）のときのものである。
【図９】  同じく、Ｔ＝１（ｓ）のときのものである。
【図１０】  同じく、Ｔ＝５（ｓ）のときのものである。
【図１１】  同じく、Ｔ＝１０（ｓ）のときのものである。
【図１２】  同じく、Ｔ＝１５（ｓ）のときのものである。
【図１３】  同じく、Ｔ＝２０（ｓ）のときのものである。
【図１４】  同じく、Ｔ＝２５（ｓ）のときのものである。
【図１５】  同じく、Ｔ＝３０（ｓ）のときのものである。
【符号の説明】
(1)     飛灰ダイオキシン熱分解装置
(2)     リアクタ
(4)     パドル撹拌機
(4a)    パドル
【図１】
0003658667.tif 000004
【図２】
0003658667.tif 000005
【図３】
0003658667.tif 000006
【図４】
0003658667.tif 000007
【図５】
0003658667.tif 000008
【図６】
0003658667.tif 000009
【図７】
0003658667.tif 000010
【図８】
0003658667.tif 000011
【図９】
0003658667.tif 000012
【図１０】
0003658667.tif 000013
【図１１】
0003658667.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
0003658667.tif 000016
【図１４】
0003658667.tif 000017
【図１５】
0003658667.tif 000018