(57)【要約】【課題】廃棄物溶融炉で従来用いていた石炭コークスの大部分又は全量をバイオマス原料で置換できる廃棄物溶融方法を提供することを課題とする。【解決手段】廃棄物溶融炉１に廃棄物をバイオマスとともに投入して廃棄物を熱分解、燃焼し、熱分解燃焼後の残渣を炉下部で溶融する廃棄物溶融処理方法において、バイオマスは、バイオマス原料を加圧成形したバイオマス成形物とバイオマス原料を炭化したバイオマス炭化物とを含み、該溶融炉１の下部にバイオマス炭化物で高温火格子を形成し、バイオマス炭化物とバイオマス成形物とを燃焼して溶融熱源とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物溶融炉に廃棄物をバイオマスとともに投入して廃棄物を熱分解、燃焼し、熱分解燃焼後の灰分を炉下部で溶融する廃棄物溶融処理方法において、バイオマスは、バイオマス原料を加圧成形したバイオマス成形物とバイオマス原料を成形し炭化したバイオマス炭化物とを含み、該溶融炉の下部にバイオマス炭化物で高温火格子を形成し、バイオマス炭化物とバイオマス成形物とを燃焼して灰分の溶融熱源とすることを特徴とする廃棄物の溶融処理方法。
【請求項２】
バイオマス炭化物の投入量を廃棄物投入量に対して１〜３ｗｔ％とし、バイオマス成形物の投入量を廃棄物投入量に対して３〜１０ｗｔ％とすることとする請求項１に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項３】
バイオマス炭化物のドラム強度ＤＩ１５３０が５０％以上であり、熱間反応後強度指標ＣＳＲ（１０ｍｍ）が１０％以上であることとする請求項１又は２に記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項４】
バイオマス成形物の熱間反応後強度指標ＣＳＲ（１０ｍｍ）が５％以下であることとする請求項１乃至３のいずれかに記載の廃棄物の溶融処理方法。
【請求項５】
バイオマス成形物が、炭化温度より低い温度に加熱しながら加圧成形した成形物であることとする請求項１乃至４のいずれかに記載の廃棄物の溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物をシャフト炉式ガス化溶融炉内で熱分解、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物溶融処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみやシュレッダーダストなどの廃棄物を処理する技術として、廃棄物を熱分解、燃焼して、灰分を溶融しスラグにして排出する廃棄物溶融処理が知られている。
【０００３】
この処理方法は、廃棄物を熱分解してガス化し可燃性ガスを燃焼することによりその燃焼熱を回収することができるとともに、熱分解、燃焼後の灰分を溶融してスラグとして排出することにより、埋立処分などで最終処分されるべき量を減容することができる利点を有している。このような溶融処理方法には幾つかの方式があるが、その一つとして、竪型をなすシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉による方法がある。
【０００４】
このシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、炉下部に堆積させたコークスを燃焼させ、この高温のコークス上へ廃棄物を投入して、熱分解及び部分酸化させてガス化するとともに灰分を溶融してスラグにする処理を行なう炉である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１のシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉においては、竪型筒状をなす炉体の機能が大別して縦（上下）方向で３つの領域に区分される。すなわち、炉下部にコークスを堆積させたコークス床を有する高温燃焼帯が形成され、この高温燃焼帯の上に廃棄物層が形成され、炉体の上部にて該廃棄物層の上方に大きな空間のフリーボード部をなしている。
【０００６】
かかるガス化溶融炉では、上記３つの領域のそれぞれでは酸素含有ガスの炉内への吹込みが行われる。炉下部における高温燃焼帯には主羽口が設けられていて、投入され堆積されたコークス床のコークスを燃焼させて、廃棄物の熱分解後の残渣（灰分）を溶融する溶融熱源を得るために酸素富化空気が吹き込まれる。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、投入され堆積された廃棄物を緩やかに流動させると共に、廃棄物を熱分解及び部分酸化させるために空気が吹き込まれる。また、フリーボード部には三段目羽口が設けられ、廃棄物が熱分解されて生成した熱分解ガス（可燃性ガス）の一部を部分燃焼させて炉内部を所定温度に維持するために空気が吹き込まれる。
【０００７】
このようにシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、一つの炉で、廃棄物をその炉内での降下に伴い熱分解ガス化処理と溶融処理の両方を行うことのできる設備である。投入された廃棄物は熱分解され、ガスと残渣が生成される。主羽口からの酸素富化空気の送風によりコークス床のコークスが燃焼され高温燃焼帯が形成され、廃棄物の熱分解後の残渣が溶融され溶融スラグと溶融メタルとして排出される。コークス床では、コークス同士間に生ずる空隙により高温火格子が形成されていて、主羽口から送風された酸素富化空気とコークスの燃焼により発生した高温ガスとが上記空隙を上昇通気する通気の確保と、溶融スラグと溶融メタルが上記空隙を降下通流する通液の確保とが行われている。高温燃焼帯のコークス燃焼により発生した高温ガスが高温燃焼帯の上に形成された廃棄物層の廃棄物を加熱し、副羽口からの空気の送風により廃棄物は熱分解され、この熱分解により発生したガスは廃棄物層内を上昇し、フリーボード部を経て、炉内上部に設けられた排出煙道より、炉外の二次燃焼室へ排出される。熱分解ガスは可燃性ガスを多量に含んでいて、フリーボード部で三段目羽口からの空気の送風により一部が燃焼され、さらに、二次燃焼室で燃焼され、ボイラで熱回収され蒸気を発生させその蒸気が発電等に用いられる。ボイラから排出されたガスは、サイクロンで比較的粗いダストが除去され、さらに、減温装置で冷却され、有害物質除去剤との反応により有害ガスが除去され、集塵機で除塵処理されるなど排ガス処理された後、煙突から大気に放散される。
【０００８】
かかる廃棄物ガス化溶融炉では、炉底部にコークスを堆積させたコークス床が高温火格子を形成し、この高温火格子を形成するコークスが燃焼して熱分解後の残渣の溶融熱源となっているが、近年、化石燃料に由来する石炭コークスの使用量を低減して二酸化炭素排出量を削減することが要望されている。石炭コークスの代替燃料として建築廃材のおがくずを加熱圧縮成形し炭化した炭化物や木炭などの塊状バイオマス炭化物を利用してコークス使用量を削減する廃棄物溶融方法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−０６０８３０
【特許文献２】特開２００５−２４９３１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
二酸化炭素排出量を削減するため、廃棄物溶融炉におけるコークスの使用量を低減するべく、特許文献２のようにコークスの代替として塊状のバイオマス炭化物を利用するとしても、バイオマス炭化物は石炭コークスに比べて高価であるため、石炭コークス使用量の削減のために要する費用が嵩み、廃棄物溶融炉の運転費が増加となるという問題がある。
【００１１】
このように、コークスの代替としてバイオマス炭化物を用いても、運転費が増加するという問題があり、コークスの大部分又は全量をバイオマスで置換してコークス使用量を削減することができなかった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、従来用いていた石炭コークスの大部分又は全量をバイオマスで置換してコークス使用量を削減できる廃棄物溶融方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る廃棄物溶融方法では、廃棄物溶融炉に廃棄物をバイオマスとともに投入し廃棄物を熱分解、燃焼し、熱分解燃焼後の灰分を炉下部で溶融する。
【００１４】
かかる廃棄物溶融処理方法において、本発明では、バイオマスは、バイオマス原料を加圧成形したバイオマス成形物と、バイオマス原料を炭化したバイオマス炭化物とを含み、該溶融炉の下部にバイオマス炭化物で高温火格子を形成し、バイオマス炭化物とバイオマス成形物とを燃焼して灰分の溶融熱源とすることを特徴としている。
【００１５】
バイオマスはＦＡＯ（国際食料農業機関）によって分類されており、バイオマスとして、木屑、林地残材、間伐材、未利用樹、製材残材、建設廃材等の木質系バイオマス、稲わら、籾殻、草本系バイオマス、さらに、製紙系バイオマス、農業残渣、家畜糞尿、食品廃棄物等の未利用バイオマス資源等を挙げることができる。本発明では、これらのバイオマスを原料とし（バイオマス原料という）加圧成形したものをバイオマス成形物として、そして炭化させたものをバイオマス炭化物として用いる。
【００１６】
従来用いられてきた石炭コークスは元来有しているその塊状形状により、コークス同士間に生ずる空隙で通気確保と通液確保とが確実に行われる高温火格子を形成する機能と、灰分を溶融するための熱源としての機能とをもつ。一方、本発明では、バイオマス炭化物が高温火格子を形成し、バイオマス成形物は、その高温強度が低くても使用可能で、バイオマス炭化物とともに燃焼して灰分の溶融熱源としての機能をもつ。
【００１７】
このような構成の本発明によると、バイオマス原料から得られるバイオマス炭化物とバイオマス成形物の両方を用いることで、従来用いていた石炭コークスの大部分又は全量をバイオマスに置換してバイオマスにより必要エネルギーを確保しつつ、炉下部ではバイオマス炭化物で高温火格子を形成して安定した廃棄物灰分の溶融操業を行うことができる。
【００１８】
本発明において、バイオマス炭化物とバイオマス成形物の供給は、バイオマス炭化物の投入量を廃棄物投入量に対して１〜３ｗｔ％とし、バイオマス成形物の投入量を廃棄物投入量に対して３〜１０ｗｔ％とすることが望ましい。バイオマス炭化物とバイオマス成形物とをこのような投入量にすることで、最適な状態で、炉下部でバイオマス炭化物により良好な高温火格子を形成しつつ、該バイオマス炭化物そしてバイオマス成形物を燃焼して発生する熱量で灰分溶融熱源を確保できる。
【００１９】
本発明では、バイオマス炭化物は、ドラム強度ＤＩ１５３０が５０％以上であり、熱間反応後強度指標ＣＳＲ（１０ｍｍ）が１０％以上であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明では、バイオマス成形物の熱間反応後強度指標ＣＳＲ（１０ｍｍ）は５％以下であることが好ましい。
【００２１】
さらには、本発明では、バイオマス成形物が、炭化温度より低い温度に加熱しながら加圧成形した成形物であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上のように、バイオマス炭化物とバイオマス成形物の両方を用いることで、炉下部にて、バイオマス炭化物による高温火格子を形成しつつ、バイオマス炭化物そしてバイオマス成形物を燃焼して発生する熱量で灰分溶融熱源を確保でき、高価なバイオマス炭化物に比し安価なバイオマス成形物を併用することで運転費を抑制し、従来使用されていたコークスの大部分又は全量をバイオマスに置換できるので、コークスの使用量を大幅に削減又はゼロにして、二酸化炭素発生量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面の図１にもとづき、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物とともにバイオマスが投入され、該バイオマスがバイオマス炭化物とバイオマス成形物とを含むことを特徴としているが、これらの特徴についての説明に先立ち、このシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉の概要構成を説明する。
【００２５】
図１に示される本発明の一実施形態のシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉には、ガス化溶融炉１の炉上部に、処理対象物としての廃棄物、燃料としてのバイオマス成形物そしてバイオマス炭化物、スラグの成分調整材としての石灰石を炉内へ投入するための投入口２が設けられ、また、上部側方には炉内のガスを炉外へ排出するためのガス排出口３が設けられている。また、ガス化溶融炉１の炉下部には溶融スラグと溶融金属を排出するための出滓口４が設けられている。
【００２６】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、そのガス化溶融炉１の内部空間が縦方向で３つの領域に大別されていて、下方から、炉下部に形成された下部シャフト部Ｉ、その上に位置する中部シャフト部II、上部に形成されたフリーボード部IIIを有する領域となっている。これらの各部Ｉ，II，IIIは、それぞれ次のような機能を有する領域となっている。すなわち、下部シャフト部Ｉは、堆積されたバイオマス成形物そしてバイオマス炭化物を燃焼させて高温燃焼帯を形成する領域、中部シャフト部IIは、この高温燃焼帯上に投入された廃棄物の堆積により形成された廃棄物層の廃棄物を熱分解させる領域、フリーボード部IIIは、生成した可燃性ガスの一部を燃焼させる領域である。
【００２７】
廃棄物ガス化溶融炉１の上方には、都市ごみ等の廃棄物、バイオマス炭化物、バイオマス成形物、生成するスラグの成分調整材として使用する石灰石をそれぞれ供給する供給装置（図示せず）が配設されており、この供給装置から供給された廃棄物、バイオマス炭化物及びバイオマス成形物、石灰石は搬送コンベア（図示せず）により搬送され炉上部の上記投入口２から炉内に投入される。
【００２８】
廃棄物ガス化溶融炉に形成された上記下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの各部に対して、それぞれ酸素含有ガスを吹き込む羽口が炉壁に設けられている。すなわち、下部シャフト部Ｉには、堆積されたバイオマス炭化物及びバイオマス成形物を燃焼させて高温燃焼帯を形成し、熱分解残渣（灰分）を溶融するための酸素富化空気を吹き込む主羽口５が設けられ、中部シャフト部IIには、投入されて堆積された廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解、燃焼させるための空気を吹き込む副羽口６が設けられ、フリーボード部IIIには、廃棄物が熱分解して生成した可燃性ガスの一部を燃焼させて炉内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口７が設けられている。
【００２９】
ガス排出口３に二次燃焼室１０が接続して設けられており、廃棄物を熱分解して生成した可燃性ガスをこの二次燃焼室１０で燃焼する。該二次燃焼室には、二次燃焼のための空気を吹き込む空気送風口１１が設けられている。また、この二次燃焼室１０には、該二次燃焼室１０で可燃性ガスを燃焼した燃焼ガスから熱回収するボイラ１２が隣接して設けられている。
【００３０】
次に、上述のガス化溶融炉１へ廃棄物とともに、従来用いられていた石炭コークスに代えて、炉内へ投入されるバイオマス炭化物とバイオマス成形物について説明する。
【００３１】
ガス化溶融炉に投入された廃棄物は、上記中部シャフト部IIにおける廃棄物層上部で熱分解・ガス化され、熱分解残渣（灰分）が炉下部に到達する。従来、廃棄物と同時に投入されていた石炭コークスは、廃棄物層でほとんど消費されないまま炉下部に到達し、主羽口から吹き込まれた酸素富化空気により燃焼し、高温を発生させ、廃棄物の灰分を溶融させる。
【００３２】
廃棄物ガス化溶融炉内で、従来用いられていた石炭コークスは、「炉下部での高温火格子形成」と「灰分溶融熱源」の２つの機能を有する。石炭コークスは炉内への投入当初から塊状をなしており、下部シャフト部Ｉの高温燃焼帯で、石炭コークス同士間での隙間により、高温火格子を形成する。この高温火格子の層は、その上面が主羽口５よりも上方に位置しており、主羽口５から送風される酸素富化空気が上記隙間を上昇通気し、石炭コークスの燃焼が良好に行われその十分なる高温の燃焼ガスが廃棄物層へ上昇到達する。一方、高温燃焼帯で廃棄物の灰分が、石炭コークスの燃焼による熱量により十分に溶融して、溶融スラグと溶融金属が生ずる。溶融スラグと溶融金属は、上記高温火格子の隙間を良好に降下通流し、出滓口４に達する。
【００３３】
本発明では、かかる石炭コークスの大部分または全量をバイオマスで置換する目的で、「炉下部での高温火格子形成」のためにバイオマス炭化物を、そして「灰分溶融熱源」のためにバイオマス成形物（非炭化バイオマス）を、石炭コークスに代えて炉内に投入する。このようにして、バイオマスを用いて、従来用いられてきた石炭コークスの２つの機能を確保でき、これにより石炭コークスを使用しない廃棄物の溶融・ガス化処理が可能になる。
【００３４】
本発明では、バイオマスを原料とし（バイオマス原料という）加圧成形したものをバイオマス成形物として用いる。加圧成形方法としては、押出成形、型に充填して加圧成形などの方法を用いる。また、バイオマス成形物として、炭化温度より低い温度に加熱しながら加圧成形したものを用いてもよい。ここで、炭化温度とは、バイオマス原料の揮発分が揮発し始める温度をいい、乾留が始まる温度でもある。バイオマス原料を炭化温度より低い温度に加熱しながら加圧成形したバイオマス成形物は、揮発分を含有しているため、このバイオマス成形物を投入し、溶融炉の下部で燃焼して溶融熱源とすることにより、バイオマス原料が有する揮発分の燃焼熱を有効に利用することができる。
【００３５】
本発明では、バイオマスの投入量は、廃棄物処理量に対してバイオマス炭化物を１〜３ｗｔ％、バイオマス成形物を３〜１０ｗｔ％とするのが好ましい。バイオマス炭化物の投入量が廃棄物処理量の１ｗｔ％より少ないと高温火格子を十分に形成できず、３ｗｔ％より多くても高温火格子の形成状況への影響が変わらず、むしろ高価なバイオマス炭化物を多く用いるため運転費を抑制することができなくなるため上限を３ｗｔ％とする。バイオマス成形物の投入量が廃棄物処理量の３ｗｔ％より少ないと溶融熱源として不十分であり、１０ｗｔ％より多くても灰分溶融への影響が変わらないため過剰に投入する必要がなく上限を１０ｗｔ％とする。
【００３６】
以下、バイオマス成形物、バイオマス炭化物について、さらに詳説する。なお、バイオマス原料自体は、各種存在するが、本発明ではバイオマス原料についての限定は特になく、どのような種類でもよい。
【００３７】
＜バイオマス成形物＞
バイオマス成形物は、見掛密度が１．２ｇ／ｃｍ３以上、望ましくは１．３ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。また、バイオマス成形物の重量は１個当りの重量が１００ｇ以上、望ましくは２００ｇ以上であることが好ましい。バイオマス成形物がこのように高密度で高重量であると、炉内に投入してから短時間で炉下部に下降到達でき、下降する過程で消費されないため好ましい。また、バイオマス成形物の含有水分は１５ｗｔ％以下、望ましくは１０ｗｔ％以下であることが好ましい。形状は球状、円筒状、直方体状などいずれでもよい。このような、バイオマス成形物を投入することにより、石炭コークスを用いない運転における「灰分溶融熱源」として、石炭コークスの代替を行うことができる。
【００３８】
バイオマス成形物として、炭化温度より低い温度に加熱しながら加圧成形したものを用いることが好ましい。このようなバイオマス成形物は固定炭素だけではなく、揮発分をも含む熱量を保有しており、この揮発分熱量を灰分の溶融に寄与させることができる。バイオマス成形物は上記揮発分が多く、また炉内でバイオマス成形物から乾留された炭化物も反応性が高いため、「炉下部での高温火格子形成」材として供給されるバイオマス炭化物よりも先に溶融熱源として消費される。
【００３９】
石炭コークスが下降して炉下部に到達するまでの間に消費されてしまう分があることに比べて、バイオマス成形物が高密度・高重量（好ましくは、既述のごとく見掛密度１．３ｇ／ｃｍ３以上、重量２００ｇ以上）の場合には、石炭コークスよりも短時間で炉下部に到達するので、高密度・高重量のバイオマス成形物は炉下部に達する過程で消費される分が少ない。その結果、従来溶融熱源分として供給されていた供給量の石炭コークスが供給する熱量と、等量の熱量を供給するために必要なバイオマス成形物の供給量の計算値より少ない供給量で、炉下部にて石炭コークス使用時と同等の灰分溶融状態、すなわち灰分溶融スラグを同等の温度に上昇させることができる。このように、高密度・高重量のバイオマス成形物は、より効率的に炉下部での溶融熱源の供給に寄与できる。
【００４０】
一方、高温火格子形成のために用いるバイオマス炭化物は、石炭コークスよりも早く燃焼するため高温火格子を形成できる時間が石炭コークスより短くなることがあるので、溶融熱源としてのバイオマス成形物は、バイオマス炭化物が炉下部で形成する高温火格子層の上で、より速やかに燃焼することが好ましい。
【００４１】
また、高温火格子上のバイオマス成形物の燃焼残留物や、バイオマス成形物が高温火格子の上でガス化燃焼した後にも燃焼しきれなかった炭化物の破片が、高温火格子層に混入すると、溶融スラグの滴下とガス流れが阻害される。したがって、バイオマス成形物の熱間強度が低く高温火格子上で速やかに細かくなり燃焼して消失することが好ましい。そのためのバイオマス成形物の熱間強度は、熱間反応後強度指標（ＣＳＲ）（目開き：１０ｍｍ）が５％以下、望ましくは０％であることが好ましい。
【００４２】
以下、この熱間反応強度指標について具体的に説明する。熱間反応後強度指標（ＣＳＲ）は、一般にコークス品質の指標の一つとして用いられる。
【００４３】
炉内に装入後のコークスの挙動を考慮し、反応性を含めた強度を評価する方法として、熱間反応後強度（ＣＯ２反応後強度、ＣＳＲ）がある。これは、規定の条件下でＣＯ２と反応させた後の強度を測定するものであり、コークス品質の重要な指標であるとされている。
【００４４】
この熱間反応後強度ＣＳＲの測定方法は、所定の粒度範囲に調整されたコークス試料を１１００℃の温度でＣＯ２ガスと一定時間反応させ、反応後のコークス試料を特定の試験装置に装入し、一定回転数（例えば、６００回転）回転させた後、目開き１０ｍｍの篩により篩い分け、篩上に残るコークス重量の、試験装置に投入した反応後のコークス試料の重量に対する割合を上記熱間反応後強度（ＣＯ２反応後強度、ＣＳＲ）としているものである。すなわち、熱間反応後強度ＣＳＲは、ＣＯ2ガスと反応させた後のコークスが、特定の試験装置での回転によっても破壊されることなく残留している割合を示しており、ＣＯ2反応後のコークス強度を示す指標とされている。このＣＳＲが高いほどコークス強度が大きいこと、換言すれば、熱間反応後強度指標（ＣＳＲ）が低い場合は、ＣＯ２反応後にコークスが破壊され粉状になる量が多くなることを意味する。
【００４５】
このような熱間反応後強度指標（ＣＳＲ）により、バイオマス成形物の熱間強度を下記のように評価する。
【００４６】
バイオマス成形物を１１００℃の温度でＣＯ２ガスと２時間反応させ、２０ｍｍに整粒した後、Ｉ型ドラム試験装置で６００回だけ回転させた後、目開き１０ｍｍの篩により篩い分け、篩上に残る分の重量の、試験装置に投入した試料の重量に対する割合を熱間反応後強度指標ＣＳＲ（１０ｍｍ）とした。バイオマス成形物の熱間強度が低く、高温火格子上で速やかに細かくなり燃焼して消失することが好ましいため、バイオマス成形物の熱間強度は、熱間反応後強度指標（ＣＳＲ）（目開き１０ｍｍ）が５％以下、望ましくは０％であることが好ましい。バイオマス成形物の熱間反応後強度指標（ＣＳＲ）が、５％以下であると、バイオマス成形物が高温火格子の上で燃焼する際に容易に崩壊し、ガス化燃焼した後にも燃焼しきれなかった炭化物の破片が、高温火格子層に混入して溶融スラグの滴下とガス流れが阻害されるような問題が生じることがないので好ましい。また、経済的な運転のために、安価なバイオマス成形物の使用量を、炉下部の高温火格子にバイオマス成形物が炉内で炭化された炭化物破片が入り込まない範囲で最大化させることが望ましい。
【００４７】
＜バイオマス炭化物＞
従来の石炭コークスのみを用いる運転の場合では、石炭コークス全量に対し２０〜４０％程度の石炭コークスが炉下部での高温火格子形成に寄与している。この高温火格子形成のための石炭コークスをバイオマス炭化物で置き換えるためには、バイオマス炭化物は以下の性状のものを用いることが好ましい。すなわち、燃料比（固定炭素／揮発分）が１０以上、望ましくは１５以上、見掛密度０．９ｇ／ｃｍ３以上、望ましくは１．０ｇ／ｃｍ３以上、１個当りの重量が２０ｇ以上、望ましくは５０ｇ以上のバイオマス炭化物を用いることが好ましい。バイオマス炭化物の燃料比が１０以上、望ましくは１５以上であれば、固定炭素の比率が高く高温火格子を良好に形成できる。また、バイオマス炭化物の見掛密度が０．９ｇ／ｃｍ３以上、望ましくは１．０ｇ／ｃｍ３以上であれば、また、１個当りの重量が２０ｇ以上、望ましくは５０ｇ以上であれば、バイオマス炭化物は投入されてから炉内を速やかに下降し炉下部に到達し高温火格子を良好に形成できる。このようなバイオマス炭化物の形状は球状、円筒状、直方体状などいずれでもよい。炭化前のバイオマス原料は、バイオマスを適切な大きさに切断したものでも、破砕物を成形したものでも良い。なお、上記性状を持つバイオマス炭化物は、バイオマスに高温で長時間の管理された炭化処理を施し製造されたものであり、低温で短時間の条件下で生成する炭化物に比べて高密度で強度が高い。
【００４８】
バイオマス炭化物の要求強度は、冷間強度としてドラム強度ＤＩ１５３０が５０％以上で、熱間反応後強度指標ＣＳＲ（１０ｍｍ）が１０％以上であればよい。このような強度を有するバイオマス炭化物は、炉内に投入されて崩壊することなく炉下部に到達し、高温火格子を維持することができる。
【００４９】
ここで、ドラム強度については、ＪＩＳＫ２１５１に規定があるコークスのドラム強度（ＤＩ）の試験方法で評価される。試料を規定のドラムに入れ、所定回転数で３０回転させた後、１５ｍｍの篩上に残った重量％をドラム強度として表す。篩上が例えば６０％残れば、ＤＩ１５３０＝６０と表記する。
【００５０】
このように構成される本実施形態装置では、廃棄物のガス化溶融処理は次の要領で行われる。
【００５１】
供給装置からの廃棄物、バイオマス炭化物及びバイオマス成形物、石灰石がガス化溶融炉１の上部に設けられた投入口２を経て、それぞれ所定量ずつ炉内へ投入され、主羽口５、副羽口６、及び三段羽口７から、それぞれ酸素富化空気又は空気が炉内へ吹き込まれる。上記投入口２から投入された廃棄物は、炉内で中部シャフト部IIに堆積して廃棄物層を形成し、下部シャフト部Ｉの高温燃焼帯から上昇してくる高温ガス及び副羽口から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスは、フリーボード部IIIにて、三段羽口から吹き込まれる空気によりその一部が燃焼されて８５０℃以上の温度に保たれ、有害ガスとタール分を分解させる処理が施されてから炉外に設けられた二次燃焼室へ送られ、燃焼されその燃焼ガスがボイラで熱回収される。バイオマス炭化物は下部シャフト部Ｉに下降し高温火格子を形成し、バイオマス成形物は途中で揮発分が熱分解、燃焼されることが抑制されながら、下部シャフト部Ｉに下降し高温火格子上に到り、バイオマス炭化物及びバイオマス成形物が燃焼する高温燃焼帯が形成される。中部シャフト部IIの廃棄物層で廃棄物が熱分解した残渣は下降し、高温燃焼帯が形成されている下部シャフト部Ｉに達し、該下部シャフト部Ｉにて、バイオマス成形物中の揮発分と、バイオマス炭化物及びバイオマス成形物中の固定炭素が燃焼し、その燃焼熱により不燃物と灰分が溶融し溶融スラグと溶融金属になる。溶融スラグと溶融金属は出滓口４から排出され、炉外に設けられた水砕装置に供給され冷却固化され、冷却固化された水砕スラグと水砕金属が回収される。
【００５２】
廃棄物ガス化溶融炉にバイオマス炭化物とバイオマス成形物を投入し、ガス化溶融炉１の下部にバイオマス炭化物で高温火格子を形成し、バイオマス炭化物とバイオマス成形物を燃焼して、廃棄物の熱分解残渣（灰分）、不燃物を溶融する溶融熱源とする。バイオマス炭化物の炉内への投入量は、高温火格子を形成することに必要な量とし、溶融熱源として必要な熱量をバイオマス成形物により補うこととし、それぞれ所定量を投入する。
【００５３】
このような廃棄物のガス化溶融処理過程において、燃料としてのバイオマス炭化物とバイオマス成形物のうち、バイオマス炭化物は炉内への投入当初から塊状をなしており、下部シャフト部Ｉの高温燃焼帯で、バイオマス炭化物同士間での隙間により、高温火格子を形成する。この高温火格子の層は、その上面が主羽口５よりも上方に位置しており、主羽口５からの酸素富化空気が上記隙間を上昇通気し、バイオマス炭化物とバイオマス成形物の燃焼が良好に行われその十分なる燃焼ガスが廃棄物層へ上昇し廃棄物を熱分解、部分燃焼する。一方、高温燃焼帯で廃棄物灰分が、バイオマス炭化物とバイオマス成形物の燃焼熱により十分に溶融して、溶融スラグと溶融金属が生ずる。溶融スラグと溶融金属は、上記高温火格子の隙間を良好に降下通流し、出滓口４に達する。
【００５４】
このような廃棄物のガス化溶融処理方法によると、高温火格子を形成するバイオマス炭化物は元来有しているその塊状形状により、バイオマス炭化物同士間に生ずる空隙で通気確保と通液確保とが確実に行われる高温火格子とする機能と、灰分を溶融するための熱源としての機能とをもつ。一方、バイオマス成形物には、高温強度は必要ではなく、バイオマス炭化物とともに燃焼して発生する熱量が溶融熱源として用いられる。したがって、バイオマス炭化物は高温火格子を形成するに必要な最小限の量で足り、溶融熱源として不足する分は上記バイオマス成形物で補うことができ、両者で十分な溶融熱源を確保しつつ、最少のバイオマス炭化物で高温火格子の形成を可能とする。バイオマス成形物は、溶融熱の供給源、すなわち溶融熱源としての役目だけであれば、高い高温強度は必要とされない。したがって、低価格のバイオマス成形物を使用することができ、高価なバイオマス炭化物の使用量を少なくすることができ、廃棄物溶融炉の運転費を低減することができる。
【００５５】
このように、高温火格子では、燃焼ガスの上昇通気そして溶融スラグと溶融金属の降下通流を良好に維持しつつ、バイオマス炭化物とバイオマス成形物が燃焼される。かくして、バイオマス炭化物の使用量は最少ですみ、一方、バイオマス成形物に関しては、その高温強度は必要でなく、低価格のバイオマス成形物でも燃料として使用することができるようになる。さらに、バイオマス成形物を高温火格子上で燃焼することにより、バイオマス原料が有する揮発分の燃焼熱を溶融熱源として有効に利用することができる。このようにして、バイオマス炭化物とバイオマス成形物を用いて、石炭コークスを用いない廃棄物ガス化溶融処理を行うことができるため、二酸化炭素排出量を削減すると共に、廃棄物ガス化溶融炉の運転費を低減することができ、安定した操業ができる廃棄物の溶融処理ができる。
【００５６】
バイオマス成形物として、バイオマス原料の揮発分を有効に残存させる条件であれば、既述した条件でなくその他の条件で加熱加圧成形してもよい。
【００５７】
＜実施例＞
図１の廃棄物ガス化溶融炉を用い操業試験を行った。操業状態の指標として炉下部の溶融スラグ温度を計測し、石炭コークスのみを投入する操業で溶融スラグが円滑に排出され安定した操業状態の目安となる溶融スラグ温度が1400℃である状態を維持するように、バイオマス炭化物とバイオマス成形物の投入量を変えて操業試験を行った。表１に使用したバイオマス炭化物（木屑成形物炭化物）とバイオマス成形物（木屑成形物）の性状を示す。表２に操業試験（実施例１、２）の結果を示し、ここで廃棄物処理量に対するバイオマス炭化物とバイオマス成形物それぞれの投入量の重量比率を投入率（％）として表す。
【００５８】
表２に示すように実施例１、２のバイオマス炭化物とバイオマス成形物の投入率で、良好な連続出滓状況となる操業を行うことができ、石炭コークスを用いない操業を実現できることを確認した。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
【表２】
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【符号の説明】
【００６１】
１  ガス化溶融炉
【図１】
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