(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を原料とする流動床炉用の廃棄物混合固形燃料であって、燃焼発熱剤としての廃棄プラスチック、燃焼抑制剤としての乾燥汚泥又は焼却灰、及び結合剤としての塗料粕の三種廃棄物が、廃棄プラスチック２０重量％、乾燥汚泥又は焼却灰６０重量％、及び塗料粕２０重量％の比率で混合されてなり、且つ前記廃棄プラスチックは塩素を含有しない廃棄プラスチックであることを特徴とする廃棄物混合固形燃料。
【請求項２】
燃焼抑制剤は、流動床炉内に投入された廃棄物混合固形燃料が前記炉内を落下する間の燃焼を抑制する燃焼抑制剤であることを特徴とする請求項１記載の廃棄物混合固形燃料。
【請求項３】
流動床炉において廃棄物を焼却処理するにあたり、廃棄物を予め請求項１記載の廃棄物混合固形燃料に変換して焼却処理することを特徴とする廃棄物の焼却処理方法。
【請求項４】
流動床炉内を落下する間の燃焼が抑制され、炉内燃焼域が流動床に設定されてなることを特徴とする請求項３記載の廃棄物の焼却処理方法。
【請求項５】
流動床炉内を落下する間の燃焼の抑制は、廃棄物混合固形燃料の炉内落下速度の調整により行われてなることを特徴とする請求項４記載の廃棄物の焼却処理方法。
【請求項６】
炉内落下速度の調整は、廃棄物混合固形燃料の重量及び大きさの少なくとも一つにより行われてなることを特徴とする請求項５記載の廃棄物の焼却処理方法。
【請求項７】
流動床炉内を落下する間の燃焼の抑制は、廃棄物混合固形燃料の密度の調整により行われてなることを特徴とする請求項４記載の廃棄物の焼却処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却灰の安定無害化技術、更に詳しくは、助燃剤が不要で複数の廃棄物を同時に焼却処理することができると共に、燃焼状態の制御が容易であるため燃焼時に発生する熱を効率よく回収することができる廃棄物混合固形燃料、並びに流動床炉において前記廃棄物混合固形燃料を使用する廃棄物の焼却処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可燃性廃棄物を流動床炉で焼却処理する場合には、汚泥，塗料粕，廃プラスチック，紙屑，木屑等からなる雑多な廃棄物を破砕のみした状態で炉内へ投入し、焼却処理している。このため、廃棄物の投入量や各種の廃棄物の投入割合を一定に制御することが困難で焼却炉内の燃焼状態が安定せず、この事に起因して、以下の様な種々の問題が生じている。
１）雑芥中の紙屑，軽量プラスチック等の軽く且つ表面積が大きな可燃性廃棄物は燃焼速度が非常に速く、流動床炉内に投入されると同時にフリーボード部で揮発・燃焼するため、高温度領域（砂層部）での滞留時間が不足する。このため、焼却処理時のダイオキシンなどの有害物質の発生を充分に抑制することは困難である。また、前記の如くフリーボード部での燃焼が起こると、流動床炉の特徴である砂層での廃棄物の安定燃焼が行われない。このため、砂層の温度を維持し、充分な熱回収を行うためには石炭，コークス等の助燃剤の添加が必須となり、この事がランニングコストの増加につながっている。
２）紙屑，軽量プラスチック，汚泥，塗料粕，雑芥等、雑多な廃棄物を処理しているため廃棄物性状が安定せず、流動床炉内への廃棄物の投入量の変動が大きく、燃焼のために必要な空気量が安定しないため炉内で局部的な不完全燃焼領域が生じ、それに伴ってＣＯ，ダイオキシン等の有害物質が多量に生成し易い。
３）流動床炉内の燃焼状態が安定しないため、排ガス温度や砂層の温度が変動し、廃棄物を燃焼させる際に発生する熱を流動床炉から安定的に回収することが困難である。
【０００３】
前記１）〜３）の問題点を解決するために、すなわち、可燃性廃棄物又はこれから製造された廃棄物混合固形燃料を安定して燃焼させるために、種々の処理装置や固形燃料が提案されている。例えば、特開平８−３３２３４３号公報には、排ガス中のハロゲン化合物、重金属、ダイオキシン等を除去することを目的とした、燃料として固形燃料（Refuse Delived Fuel ；ＲＤＦ）を使用する、流動床焼却炉，集塵器，排ガスクリーンアップ装置，脱離ガス精製装置からなるＲＤＦ焼却・排ガス処理装置が開示されている。また、特開平９−２５４８９号公報には、プラスチック廃棄物に焼却灰を添加する工程と、この添加物を混練、加熱溶融して固形燃料とする工程とを備えた固形燃料製造方法が記載されており、この場合、焼却灰は発熱量調整材として添加されている。
【０００４】
図１に、流動床炉内における各種の可燃性廃棄物の燃焼する様子を示す。廃棄物（各種の可燃性廃棄物の混合物）を流動床炉の頭部から炉内に投入すると、紙屑や軽量廃棄プラスチック（軽廃プラ）等の軽いものは砂層に達せず、炉のフリーボード部で揮発・燃焼し、中間的な重量の廃棄プラスチック（廃プラ）等は砂層上部で燃焼し、汚泥・塗料粕等，石炭，ＲＤＦなどの重いものは砂層に達して分解・燃焼することが判る。
【０００５】
前記流動床炉で生じた焼却灰は、通常、埋立により処分されるが、焼却灰中には有害な重金属（鉛など）が含まれている場合も多く、何ら対策を考えないと埋立時に重金属の溶出が起こる恐れがある。従って、重金属の溶出を防止し、埋立の際の基準値を満足させるために、通常、焼却時に廃棄物に重金属固定剤を添加している。
しかし、焼却する廃棄物の組成は非常に変動が大きく、その結果、焼却灰のｐＨ，重金属含有量等の組成が大きくばらつく。そのため、必要な重金属固定剤の量を推定することは困難で、安全面を考慮して過剰な量の重金属固定剤を添加をしているケースが多い。
また、下記に示すような判断基準に基づいて焼却灰からの重金属の溶出の程度を推定又は測定し、日常的に管理しているケースもあるが、多大な工数を必要とする等問題が多い。
４）ｐＨ測定による推定
ｐＨ測定はバッチ測定であるため、廃棄物の組成変動に対応するためには測定スパンを短くする必要があり、工数が大きくなる。逆に測定スパンを長くすると、廃棄物の組成変動に充分対応することができず、焼却灰からの重金属の溶出量が基準値を越える危険性が高くなる。
５）水質監視（例えば、特開平９−３０１７４８号公報参照）
本技術は溶融スラグに関する技術であるが、もともとスラグからの重金属溶出の可能性は少なく、またスラグ化に冷却水が必須のため容易に実施可能である。しかし、重金属溶出の問題はスラグ化後の飛灰の方が大きく、飛灰に対して水質管理することは困難であると考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、特開平８−３３２３４３号公報に開示されたＲＤＦ焼却・排ガス処理装置では、有害物質の除去は主に排ガスクリーンアップ装置や脱離ガス精製装置で行われることになり、この事は、処理装置の大型化や設備投資の増加を招く。また、特開平９−２５４８９号公報に開示された固形燃料製造方法では、発熱量調整材として使用する焼却灰としては前記方法で得られた固形燃料の焼却灰も使用し得るが、少なくとも最初は焼却灰を別途入手する必要がある。更に、特開平９−２５４８９号公報に開示された方法では、廃棄プラスチックに焼却灰を添加し、加熱溶融して固形燃料とするため、加熱可能な製造設備が必要であると共に固形燃料の製造時にエネルギーを消費する。
ｐＨ測定による廃棄物組成の推定は変動幅が大きくなる危険があり、信頼性に欠ける。また、特開平９−３０１７４８号公報に開示されたような水質監視は、日常的に管理していくのが容易ではなく、且つ飛灰に対しては効果がない。
【０００７】
本発明は種々廃棄物を混合、固形化することにより、上記問題点を解決するものである。
本発明は前記従来技術の問題点を解決し、種々の廃棄物を混合してＲＤＦ化することにより、これを燃料とする焼却炉、特に流動床焼却炉の特徴を最大限に発揮させる技術を提供するものである。
すなわち、本発明の目的とするところは、助燃剤が不要で複数の廃棄物を同時に焼却処理することができると共に、燃焼状態の制御が容易であるため燃焼時に発生する熱を効率よく回収することができる廃棄物混合固形燃料、並びに流動床焼却炉において前記廃棄物混合固形燃料を使用する廃棄物の焼却処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃棄物混合固形燃料は、廃棄物を原料とする流動床炉用の廃棄物混合固形燃料であって、燃焼発熱剤としての廃棄プラスチック、燃焼抑制剤としての乾燥汚泥又は焼却灰、及び結合剤としての塗料粕の三種廃棄物が、廃棄プラスチック２０重量％、乾燥汚泥
又は焼却灰６０重量％、及び塗料粕２０重量％の比率で混合されてなり、且つ前記廃棄プラスチックは塩素を含有しない廃棄プラスチックであることを特徴とする〔ａ）と略記する〕。
以下の、本発明の廃棄物混合固形燃料は特に好ましい。
ｂ）燃焼抑制剤は、流動床炉内に投入された廃棄物混合固形燃料が前記炉内を落下する間の燃焼を抑制する燃焼抑制剤であるａ）の廃棄物混合固形燃料。
また、本発明の廃棄物の焼却処理方法は、流動床炉において廃棄物を焼却処理するにあたり、廃棄物を予め本発明の廃棄物混合固形燃料に変換して焼却処理することを特徴とする〔ｃ）と略記する〕。
以下の、本発明の廃棄物の焼却処理方法は特に好ましい。
ｄ）流動床炉内を落下する間の燃焼が抑制され、炉内燃焼域が流動床に設定されてなるｃ）の廃棄物の焼却処理方法。
ｅ）流動床炉内を落下する間の燃焼の抑制は、廃棄物混合固形燃料の炉内落下速度の調整により行われてなるｄ）の廃棄物の焼却処理方法。
ｆ）炉内落下速度の調整は、廃棄物混合固形燃料の重量及び大きさの少なくとも一つにより行われてなるｅ）の廃棄物の焼却処理方法。
ｇ）流動床炉内を落下する間の燃焼の抑制は、廃棄物混合固形燃料の密度の調整により行われてなるｄ）の廃棄物の焼却処理方法。
本技術は、廃棄物を固形化し組成を安定化させることにより、焼却後の灰組成をも安定化し、重金属固定剤使用量の変動を少なくすることにより、安定的に重金属を固定化する技術である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の廃棄物混合固形燃料は燃焼発熱剤として廃棄プラスチックを使用する。
燃焼発熱剤としての廃棄プラスチックは、塩素を含有しない種々のプラスチック、例えばポリエチレン，ポリプロピレン，ポリウレタン，ＡＢＳ樹脂等の混合物であってよい。
結合剤としては塗料粕を使用する。
本発明の廃棄物混合固形燃料は、燃焼発熱剤としての廃棄プラスチック、燃焼抑制剤としての乾燥汚泥又は焼却灰、及び結合剤としての塗料粕の三種廃棄物を常温で混合することにより、容易に製造することができ、常温で安定して保存し、輸送することができる。
本発明の廃棄物混合固形燃料は各種の流動床炉用の燃料として適している。
燃焼抑制剤は、焼却炉内に投入された本発明の廃棄物混合固形燃料が前記炉内を落下する間の燃焼を抑制するためのものであり、乾燥汚泥又は焼却灰を使用する。乾燥汚泥は有機物質と無機物質とを含み、このうち有機物質は焼却炉内で燃焼し、残渣である無機物質が燃焼抑制剤として機能する。焼却灰は別途入手したものを使用することもできるが、本発明の廃棄物混合固形燃料の焼却残渣を循環使用すると都合が良い。
本発明の廃棄物混合固形燃料において、燃焼発熱剤としての廃棄プラスチック、燃焼抑制剤としての乾燥汚泥又は焼却灰、及び結合剤としての塗料粕の三種廃棄物が、廃棄プラスチック２０重量％、乾燥汚泥又は焼却灰６０重量％、及び塗料粕２０重量％の比率で混合され、適する形状（例えば、円柱状，角柱状，円板状，角板状，球状，種々の破砕形状，前記の各種形状の混合物等）に成形されることにより、流動床炉内を落下する間の燃焼が抑制され、炉内燃焼域が流動床に設定される。すなわち、例えば本発明の廃棄物混合固形燃料の重量及び大きさの少なくとも一つを調整することにより、廃棄物混合固形燃料の炉内落下速度を調整することが可能となり、これにより、本固形燃料が流動床炉内を落下する間の燃焼を抑制することができる。また、本固形燃料が流動床炉内を落下する間の燃焼の抑制は、廃棄物混合固形燃料の密度の調整により行われてもよい。
本発明の廃棄物混合固形燃料には、必要に応じて他の添加剤、例えば脱硫・脱塩用の石灰石，消石灰等を所定比率添加してもよい。
本発明の廃棄物の焼却処理方法を適用すると、従来の廃棄物（例えば、フラフ）の代わりに本発明の廃棄物混合固形燃料を使用するのみで、既存の設備や操作手順をそのまま用いて容易に廃棄物を焼却処分及び熱エネルギーの回収を行うことができる。
【００１０】
【実施例】
下記の実施例により、本発明を更に詳細に説明する。
Ａ．廃棄物混合固形燃料
実施例１
汚泥，塗料粕，廃プラスチック、及び必要であれば脱硫・脱塩用の消石灰を常温で所定の比率で混合し、且つ所定の大きさ（例えば、直径１９ｍｍ，高さ２５ｍｍの円柱）に成形することにより本発明の廃棄物混合固形燃料（ＲＤＦ）を製造する。実際に製造したＲＤＦの組成及び物性を表１に示す。各成分の添加比率はｗｔ％（重量％）で示す。
【表１】
0003539478.tif 000002
【００１１】
本ＲＤＦの組成は、内部循環型流動床炉の特徴を最大限に発揮するためのものであり、各成分の添加目的は以下の通りである。
ア）汚泥は本ＲＤＦのベースとなる成分であり、流動床炉の砂層部で充分な熱回収を行うことを目的として、本ＲＤＦの急速なガス化燃焼を抑制するために添加している。
つまり、汚泥は本実施例ではＲＤＦの重量全体の６０％と過半数を占めているため、燃焼速度の速い軽量プラスチック等を包み込むようにして砂層部到着前にガス化燃焼することを抑制し、砂層部に到着した後は砂層の流動により本ＲＤＦが徐々に壊れ、軽量プラスチック等のガス化燃焼が始まる。
また、汚泥は燃焼後に残渣として多量の灰分を残すが、燃焼時に熱を持った灰が流動により拡散されるので、砂層部温度の安定化と熱回収に大きく寄与する。イ）塗料粕は、本ＲＤＦの燃料としての発熱量を上げると同時に、本ＲＤＦが成形体としての一定の硬度を保つための結合剤として添加している。塗料粕を添加しない場合は、運搬時又は流動床炉への投入時に本ＲＤＦが壊れ、ＲＤＦとしての機能を果たさなくなると同時に粉塵が発生する等の問題も生じる。
つまり、本ＲＤＦを砂層部で安定して燃焼させるためには、本ＲＤＦが砂層部まで壊れずに到達するだけの硬度が必要であり、そのために結合剤としての塗料粕は必要不可欠である。
ウ）廃棄プラスチックは本ＲＤＦそのものの発熱量を上げるために添加するが、流動床焼却炉の寿命や、ダイオキシン，塩化水素等の有害物質の大気環境への影響を考慮して、塩素含有プラスチックは予め除去する。
そのため、本ＲＤＦ製造時に、プラスチック破砕前又は後に塩素含有プラスチックを除去する工程を設け、塩素を含有しない廃棄プラスチックをＲＤＦに添加する。
【００１２】
製造された本ＲＤＦは流動床炉で焼却する際に安定的な燃焼が可能となり、それ故、従来のＲＤＦに比べて以下の如き利点を有する。
Ｉ）成形されたＲＤＦは一定の硬度と重量を有しているため、流動床炉に投入後の落下速度が大きく、且つ燃焼速度が遅いので、砂層部まで到達後燃焼を開始する。これにより、従来のＲＤＦのように流動床炉に投入されると同時に瞬間的に燃えることによる滞留時間不足という問題が起こらず、本ＲＤＦは流動床炉内で充分な滞留時間を確保することができるので、完全燃焼が可能となる。
II）砂層部まで到達した本ＲＤＦは性状が一定であるため、砂層部の何処へ落下しても同じように燃焼し、局部的な不完全燃焼を起こすことがない。
III ）内部循環流動床の最大の特徴である砂層部での熱回収を石炭などの助燃剤に頼らず行うことが可能となり、無駄なエネルギー源が不要であるため、ＣＯ2 の削減にも寄与する。
【００１３】
＜比較試験＞
本発明の廃棄物混合固形燃料を用いると燃焼が安定することを示す一例として、各廃棄物をＲＤＦ化し本発明の廃棄物混合固形燃料として燃焼させた場合と破砕廃棄物（フラフ）の状態で燃焼させた場合の、流動床炉内の温度変化を図２に、また、排ガス成分の濃度の変化を図３に各々示す。
図２より、破砕廃棄物に比較して本ＲＤＦの方が、全体として炉内温度（例えば、炉頂温度，ボイラ出口温度，バグ出口温度）が安定していることが判る。
排ガス中のＮＯｘ濃度及びＳＯｘ濃度について比較しても、図３より、破砕廃棄物の場合は時間の経過とともに大きく濃度が変動しているのに対して、本ＲＤＦの場合は濃度が安定していることが判る。
以上の点より、本ＲＤＦは破砕廃棄物に比較して流動床炉の安定燃焼に大きく寄与し、排ガス中の有害物質濃度を安定化する。その結果として、ダイオキシン濃度も低く抑えることが可能となる。
【００１４】
Ｂ．廃棄物の焼却処理方法
実施例２
図４の如く流動床炉で本発明の廃棄物混合固形燃料（ＲＤＦ）を焼却することにより、安定的な燃焼が可能となる。図４に示す本発明の廃棄物の焼却処理方法は、図５の従来の廃棄物の焼却処理方法に比べて、フラフをＲＤＦに代えるのみでよい。その結果、焼却灰の組成も一定となり、予め決めておいた重金属固定剤を添加するだけで、焼却灰からの重金属の溶出を安定的に防止することができる。
以下、本発明の方法の特徴について更に詳細に説明する。
焼却灰を再利用する方法の一つとして、焼却灰を溶融スラグ化し、路盤材等に利用することが可能であるが、一般的な焼却灰は、塩化水素を除去するために投入する消石灰の影響で、灰中のカルシウム濃度が非常に高い。一例を下記表２に示す。
【表２】
0003539478.tif 000003
このため、焼却灰の溶融温度が高くなり（塩基度が高くなるため）、溶融に必要なエネルギー量が増加し、コスト増となる。その対応策として、廃砂又は廃車の廃ガラスを混合してケイ素分の含有割合を高めることにより塩基度を小さくすることは可能である。しかしながら、従来の廃棄物の焼却処理方法により得られる焼却灰の場合、焼却物が安定していないため焼却灰組成も変動し、それ故、塩基度を一定とするためのケイ素分混入量を正確に決定することは困難である。これに対して、本発明のＲＤＦを流動床炉で燃焼させた焼却灰は、常に一定組成となるため、不足しているケイ素分も一定となり、混入する廃砂，廃ガラスの量も常に一定量でよい。従って、質の高い焼却灰を排出可能となり、焼却灰のリサイクル性が大きく向上する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の廃棄物混合固形燃料は前述の如き構成を有するため、以下に例示するような種々の効果を奏する。
ｉ）本発明の廃棄物混合固形燃料を使用することにより、焼却炉で安定的な燃焼を行うことができるため、廃棄物の不完全燃焼，軽量プラスチックの急速燃焼のための滞留時間不足等により焼却炉内で発生していたダイオキシン等の有害物質の量を抑制することができる。
ii）焼却炉として流動床炉、例えば内部循環型流動床焼却炉を使用する場合は、砂層部温度の安定化に伴い、内部循環型流動床炉の最大の特徴である熱回収を充分に行うことができる。すなわち、従来は、常時安定的に回収する熱量を低めに設定していたため、変動によりこの設定値を超過する熱量は回収できずに捨てていたが、砂層部温度の安定化に伴い常時回収できる熱量も高めに設定することができるようになり、従来回収できずに捨てていた熱量が減少する。更に、砂層部で安定的に燃焼させることができるため、従来熱回収のために助燃用に投入していた石炭が不要となり、この事は、ＣＯ2 等の環境を悪化させる物質の排出量の削減に大きく寄与する。
iii ）本ＲＤＦは基本的には塩素含有プラスチックを除去して製造するため、塩素，塩化水素等の塩素含有ガスの発生量が非常に少なく、これらの有害ガスを除去する目的で焼却炉での燃焼以後の後段で投入している消石灰等の脱塩剤の使用量を大幅に低減することが可能であり、消石灰等の量も低減する。
iv）本ＲＤＦは助燃剤としての石炭が不要であるため脱硫用の石灰石も不要となり、前記の消石灰等の量の低減と合わせて灰の発生量を大幅に低減することが可能となる。これにより、燃焼灰中のｐＨを低く抑えることができ、従来問題となっている鉛の溶出防止のために混合していたキレート剤の使用を中止することが可能となる。
ｖ）本ＲＤＦを製造する際に塩素含有プラスチックを除去することにより、灰中の塩素濃度を低く抑えることができ、従来塩素含有のために再資源化できなかった焼却灰の再資源化が可能となり、焼却灰の埋立の必要がなくなる。
また、本発明の廃棄物の焼却処理方法は本ＲＤＦを使用するため、以下に例示するような種々の効果を奏する。
vi）安定的に、燃焼灰からの重金属類の溶出を防止することができる。
vii ）過剰な重金属固定剤を使用する必要がなく、常に必要最小限の使用に止めることが可能なため、薬品費の低減を図かることができる。
viii）燃焼灰の組成が安定化することにより、埋め立てることしかできなかった焼却灰の再資源化が可能となる。本ＲＤＦに混合する材料から再資源化を妨げる物質（塩素，重金属等）を排除すれば、更に再利用のための用途を拡大することができる。また、再資源化の条件に合わせて、本ＲＤＦの組成比を調整することも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動床炉内における各種の可燃性廃棄物の燃焼する様子を示す模式図である。
【図２】各廃棄物を本発明の廃棄物混合固形燃料として燃焼させた場合と破砕廃棄物の状態で燃焼させた場合の、流動床炉内の温度変化を示す図である。
【図３】各廃棄物を本発明の廃棄物混合固形燃料として燃焼させた場合と破砕廃棄物の状態で燃焼させた場合の、流動床炉内の排ガス成分の濃度の変化を示す図である。
【図４】本発明の廃棄物の焼却処理方法の説明図である。
【図５】従来の廃棄物の焼却処理方法の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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