(57)【要約】【課題】  焼却炉において未燃炭素含有量を低下させることができる、廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】  廃棄物の処理方法は、内部にリフターを備えたキルンと前記キルンに接続したストーカ炉からなる焼却炉において、二次燃焼バーナ二次空気とキルンバーナ二次空気を供給することに加えて、キルン鏡部下部から空気を供給し、さらにストーカ炉の格子下から空気を供給して、廃棄物を焼却することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にリフターを備えたキルンと前記キルンに接続したストーカ炉からなる焼却炉において、二次燃焼バーナ二次空気とキルンバーナ二次空気を供給することに加えて、キルン鏡部下部から空気を供給し、さらにストーカ炉の格子下から空気を供給して、廃棄物を焼却することを特徴とする廃棄物の処理方法。
【請求項２】
ストーカ炉から排出される焼却残渣の熱灼減量が３〜７ｗｔ％になるまで、前記廃棄物を焼却することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記キルン鏡部下部から供給する空気とストーカ炉格子下から供給する空気の総和は、前記焼却炉への全空気供給量の５０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記キルンに供えられたリフターは、円筒断面の平面円内に４〜６列設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記ストーカ炉内の温度を、８００〜１２００℃にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記ストーカ炉に供給する二次燃焼バーナ二次空気量は、ストーカ炉格子下から供給される空気量の２０〜３０ｖｏｌ％であり、前記ストーカ炉の天井部からは空気を供給しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項７】
前記焼却炉で処理される廃棄物が自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）を４５ｗｔ％以上含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項８】
前記焼却炉で処理される廃棄物は、廃プラスチックを５ｗｔ％以上含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項９】
ストーカ炉から排出される焼却残渣は、電気炉で溶融されて有価金属とスラグに分離されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃自動車シュレッダー残渣や廃プラスチックといった産業廃棄物の処理方法として、焼却炉で可燃物を焼却した後、燃え残った残渣や不燃物をさらに還元して、金属成分を回収する方法が知られている。
【０００３】
焼却炉は、ロータリーキルン、ストーカ炉、ガス化炉等が一般的である。特許文献１は、これらの焼却炉で有機物を燃焼させ、後工程の還元炉で不燃物や焼却灰から金属を回収する技術を開示している。特許文献２，３は、還元炉で不燃物や焼却灰にフラックス成分や還元剤を添加し、１０００℃以上に加熱して金属酸化物を還元して金属にして有価金属を回収する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４９１９９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９７６２３号公報
【特許文献３】特開２０１０−０１２４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の廃棄物の処理方法で有機物を大量に含む廃棄物を処理すると、酸素供給量が不十分となり、未燃炭素含有量が上昇し、熱灼減量が高くなる。上記の先行技術では回収対象金属が鉄やアルミニウムであるため、未燃炭素が還元剤として働き、還元剤の使用量が低下してコストを下げることが可能である。
【０００６】
しかしながら、還元炉として電気炉を用いる場合、未燃炭素含量の上昇は過還元雰囲気を引き起こし、スラグ中の金属酸化物が金属まで還元される。その結果、スラグの比重が低下してスラグの商品価値が低下し、スラグの流動性が低下して操業に支障をきたすおそれがある。また、還元された金属がメタル層に分配して鉄やアルミを含む合金になると、銅やニッケル等の有価金属製錬において好ましいことではない。そのため、スラグ中に商品価値の低い金属を安定な形で分配させておくことが望ましい。
【０００７】
一方、電気炉内に空気を供給すれば過還元雰囲気を解消できるものの、電極の消耗速度が大きくなったり、炉内の温度制御が困難になるという問題がある。上記の理由から、還元炉として電気炉を使用する場合には投入原料の未燃炭素成分量を抑えることが好ましいが、焼却炉での廃棄物の燃焼において過剰な空気を供給すると、炉内の温度の低下をきたして却って不完全燃焼をもたらす。
【０００８】
空気の過剰供給による不完全燃焼を防止する方法として、焼却炉で焼却温度を高く設定することが考えられる。しかしながら、この方法では、燃焼バーナで使用する燃料が増大してコスト高になるため現実的ではない。そのため、廃棄物を処理して有価金属を回収する方法では、焼却炉において供給する空気をいかに効率よく燃焼に寄与させることができるかということが重要となる。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑み、焼却炉において未燃炭素含有量を低下させることができる、廃棄物の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る廃棄物の処理方法は、内部にリフターを備えたキルンと前記キルンに接続したストーカ炉からなる焼却炉において、二次燃焼バーナ二次空気とキルンバーナ二次空気を供給することに加えて、キルン鏡部下部から空気を供給し、さらにストーカ炉の格子下から空気を供給して、廃棄物を焼却することを特徴とする。
【００１１】
ストーカ炉から排出される焼却残渣の熱灼減量が３〜７ｗｔ％になるまで、前記廃棄物を焼却してもよい。前記キルン鏡部下部から供給する空気とストーカ炉格子下から供給する空気の総和は、前記焼却炉への全空気供給量の５０％以上としてもよい。前記キルンに供えられたリフターは、円筒断面の平面円内に４〜６列設置されていてもよい。前記ストーカ炉内の温度を、８００〜１２００℃にしてもよい。前記ストーカ炉に供給する二次燃焼バーナ二次空気量は、ストーカ炉格子下から供給される空気量の２０〜３０ｖｏｌ％であり、前記ストーカ炉の天井部からは空気を供給しなくてもよい。前記焼却炉で処理される廃棄物が自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）を４５ｗｔ％以上含んでいてもよい。前記焼却炉で処理される廃棄物は、廃プラスチックを５ｗｔ％以上含んでいてもよい。ストーカ炉から排出される焼却残渣は、電気炉で溶融されて有価金属とスラグに分離されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、焼却炉において未燃炭素含有量を低下させることができる、廃棄物の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は廃棄物の処理方法に用いられる廃棄物焼却炉の模式図であり、（ｂ）はロータリーキルンの鏡部の側面図である。
【図２】実施形態に係る廃棄物の処理方法を表すフロー図である。
【図３】リフターについて例示する図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は空気の供給量について例示する図である。
【図５】熱灼減量の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１５】
（実施形態）
図１（ａ）は、廃棄物の処理方法に用いられる廃棄物焼却炉１００の模式図である。図１（ｂ）は、後述するロータリーキルン１０の鏡部１２の側面図である。図１（ａ）で例示するように、廃棄物焼却炉１００は、概略として、第１の燃焼炉であるロータリーキルン１０と第２の燃焼炉であるストーカ炉２０とが互いに接続された構成を有する。
【００１６】
ロータリーキルン１０は、横置きの円筒状の炉１１を備えている。図１（ｂ）で例示するように、炉１１の一方端の鏡部１２に、廃棄物を投入するための投入口１４が設けられている。また、投入口１４の近傍には、キルンバーナ１３が設けられている。キルンバーナ１３は、重油や再生燃料などの燃料を燃焼させることによって炉１１内に向かって火炎を吹き出す。それにより、廃棄物を焼却することができる。投入口１４よりも上方には、複数の（例えば３つの）空気供給口１５が設けられている。投入口１４よりも下方には、複数の（例えば３つの）空気供給口１６が設けられている。炉１１の他端は、ストーカ炉２０に接続されている。炉１１は、ストーカ炉２０に向かって僅かに下方に傾斜するようにして配置されており、図示しないモータによって回転可能となっている。ロータリーキルン１０内の廃棄物は、徐々に移動し、ストーカ炉２０に排出される。
【００１７】
ストーカ炉２０は、ロータリーキルン１０との接続箇所よりも上方に、二次燃焼バーナ２１を備える。二次燃焼バーナ２１は、重油や再生燃料などの燃料を燃焼させることによってストーカ炉２０内に向かって火炎を吹き出す。それにより、廃棄物をさらに焼却することができる。また、ストーカ炉２０は、ロータリーキルン１０との接続箇所よりも下方に、格子部２２を備える。ロータリーキルン１０から排出される廃棄物は、格子部２２上に落下する。格子部２２は、排出部側に向かってわずかに下方に傾斜している。それにより、アルミニウム等の低融点金属が溶融しても、勾配に沿って排出部側に流れる。
【００１８】
本実施形態において、対象とする廃棄物は、産業廃棄物であり、自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）、廃家電スクラップ、廃プラスチック等である。一般廃棄物にも適用は可能であるが、焼却残渣からの有価金属の回収を念頭に置いている。そのため、焼却灰や燃え殻といった焼却残渣は電気炉で溶融処理され、有価金属成分を回収するのに適した成分として排出される。
【００１９】
表１は、自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）の一例を表す。表１の成分分析調査結果は、環境省で開示されている「平成２０年度ＡＳＲの成分分析調査」である。
【表１】
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【００２０】
自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）以外の産業廃棄物の具体例として、汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑，廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダストなどが挙げられる。「汚泥」は脱水汚泥、めっき汚泥、研磨汚泥、下水汚泥などである。脱水汚泥はＣａ，Ｆｅを主成分とする。めっき汚泥はＣｕ，Ｆｅ，Ｓ，Ｃａを主成分とする。燃え殻は焼却残渣等である。プリント基板はＣｕとプラスチックから構成される。鉱滓はＡｌ２Ｏ３粉等、パット屑はブレーキパッド等である。廃ショットはショットブラスト用投射粒等の廃材である。ダストは煤塵である。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る廃棄物の処理方法を表すフロー図である。図２で例示するように、廃棄物焼却炉１００において、廃棄物を焼却する（ステップＳ１）。焼却後の残渣、不燃物等を電気炉において還元する（ステップＳ２）。以上の工程により、スラグおよび金属成分を個別に回収することができる。
【００２２】
以下、ステップＳ１およびステップＳ２の具体例について説明する。廃棄物は、ロータリーキルン１０の投入口から炉１１内に投入される。図３で例示するように、炉１１の内部には、リフター１４が設置されている。それにより、炉１１の回転に従い、投入された廃棄物は持ち上げられ、落下し、これらを繰り返す。この際に、鏡部１２の下部の空気供給口１６から空気を供給することにより、廃棄物の下方から空気が供給される。落下する廃棄物に対して下方から空気が供給されることになり、廃棄物と空気とが混合されやすくなる。それにより、燃焼の均一化を図ることができる。鏡部１２の上部の空気供給口１５から空気を供給してもよいが、下部から空気を供給する方が燃焼に寄与する効果が高くなる。
【００２３】
炉１１内に設けられているリフター１４は、図３のように、円筒断面の平面円内に４〜６列設置されていると特に粉状や塊状の廃棄物に対して撹拌効果が高い。多数設置しすぎると持ち上げる粉体の量が減り、かつ大きめの廃棄物が持ち上げられずにキルンによる物理破砕効果が減殺される。
【００２４】
ロータリーキルン１０で分解された廃棄物は、ストーカ炉２０でさらに焼却処理される。ストーカ炉２０では、天井部から空気を供給するタイプが一般的であるが、底部の格子部２２の下から空気を供給することにより、廃棄物と空気とが混合されやすくなる。それにより、効率的な焼却が達成される。ストーカ炉２０では、炉内温度を８００〜１２００℃に調節して燃焼させると燃焼効率が高い。効率的な燃焼が達成されると、燃焼する炭素量が増えるため二次燃焼バーナ２１で使用する燃料の削減にも効果がある。炉内温度が高すぎると炉の痛みが激しくなるのでこれ以上の温度での燃焼は好ましくない。
【００２５】
ロータリーキルン１０およびストーカ炉２０に供給する空気の合計は、廃棄物処理量３〜５ｔ／ｈに対して１１０００〜１３０００Ｎｍ３／ｈが適正量である。ロータリーキルン１０の鏡部１２の下部とストーカ炉２０の格子部２２の下から供給される空気の合計量は、焼却炉全体に供給される空気の３０％以上とすれば効率が高い。より好ましくは５０％以上とすれば効率が高い。特に、鏡部１２の下部からの供給が２５％以上、もしくは格子部２２の下からの供給が２０％以上であれば効果が高い。また、ストーカ炉２０において、二次燃焼バーナ２１の二次空気量は、格子部２２の下から供給される空気量の２０〜３０ｖｏｌ％であり、ストーカ炉２０の天井部からは空気を供給しないことが好ましい。
【００２６】
ストーカ炉２０から排出された燃え殻や焼却灰は、フラックス成分と混合した後に、さらに電気炉で溶融処理される。それにより、スラグと金属成分とが２層に分離した溶体が得られる。この溶体からスラグと金属成分とを分離することによって、スラグと金属成分とを個別に回収することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、ロータリーキルン１０にリフター１４を設け、キルンバーナ１３からの二次空気および二次燃焼バーナ２１からの二次空気に加えて、ロータリーキルン１０の鏡部１２の下部から空気を供給し、さらにストーカ炉２０の格子部２２の下から空気を供給することで、廃棄物と空気とが混合しやすくなる。それにより、廃棄物を効率よく焼却することができる。その結果、廃棄物中の未燃炭素含有量を低減することができる。
【００２８】
ところで、熱灼減量が多すぎると、過還元雰囲気となり、スラグ中の金属酸化物が還元されてスラグ品質の悪化やメタル層への非卑金属の過分配が生じる。逆に、熱灼減量が少なすぎると、有価金属の還元が不十分となるため、さらに還元剤を添加する必要が生じてコストが上昇する。そこで、廃棄物焼却路１００から排出される燃え殻や焼却灰において、未燃炭素含有量と相関関係を有する熱灼減量を３〜７ｗｔ％とすることが好ましい。熱灼減量を上記範囲とすることによって、電気炉において、雰囲気が過還元性となることを抑制でき、金属酸化物を十分に還元することができる。その一方で、還元剤を添加する必要性が無い、または還元剤の添加量が低減されるため、還元剤に要するコストを抑制することができる。
【００２９】
燃え殻や焼却灰は炭素に由来するものが多く、廃棄物焼却炉１００においては炭素成分は還元剤や熱源としても寄与する。本実施形態においては、焼却対象とする廃棄物にプラスチックが５ｗｔ％程度含まれていることが好ましい。廃棄物焼却炉１００で処理される廃棄物は、自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）を４５ｗｔ％以上含むことが好ましい。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
（実施例）
ロータリーキルン１０とストーカ炉２０とからなる廃棄物焼却炉１００において、キルン内壁の円筒断面の平面円内（半径１．５ｍ）にリフター１４を４列設置した。キルン回転速度は、０.６回／分、キルン出口温度を１０００〜１１５０℃に保持して廃棄物を１５０〜１７０ｔ／日投入した。廃棄物の構成は、自動車廃棄物残渣（ＡＳＲ）４５ｗｔ％、電子機器部品屑４０ｗｔ％、基盤屑１０ｗｔ％、その他プラスチック類５ｗｔ％であった。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、ロータリーキルン１０の鏡部１２の下部から３５００Ｎｍ３／ｈの空気を供給した。キルンバーナー１３では、２４００Ｎｍ３／ｈの空気を用いた。ロータリーキルン１０を移動した廃棄物は、ストーカ炉２０に供給され、１０５０〜１１５０℃で焼却処理された。ストーカ炉２０には、底部の格子部２２の下から３０００Ｎｍ３／ｈ送風した。ストーカ炉２０の二次燃焼バーナ２１では、３０００Ｎｍ３／ｈの空気を用いた。各所の空気供給量は表２に示す。
【表２】
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【００３３】
本条件で８日間廃棄物処理を続け、毎日ストーカ炉２０から排出される焼却灰と焼却残渣の熱灼減量を定量した。一日当たり使用した燃料量と熱灼減量の平均を併せて表３に示す。また図５には８日間の熱灼減量の推移を示す。
【表３】
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【００３４】
（比較例）
リフターが設置されていないロータリーキルンを用い、実施例と同じ規模の炉を使用して、同じ構成の廃棄物を処理した。ロータリキルンの回転速度と出口温度は実施例と同条件とした。ストーカ炉においても実施例と同じ温度で焼却処理した。各所からの空気供給量を図４（ｂ）および表２に示す。本条件で１日焼却処理を行い、ストーカ炉から排出された焼却灰と焼却残渣の熱灼減量を定量した。使用した燃料量と併せて表３に示す。
【００３５】
表３と図３の結果から、熱灼減量が低下した結果、未燃炭素が減り、使用燃料が削減されていることがわかる。これは、ロータリーキルン１０にリフター１４を設け、キルンバーナ１３からの空気および二次燃焼バーナ２１からの空気に加えて、ロータリーキルン１０の鏡部１２の下部から空気を供給し、さらにストーカ炉２０の格子部２２の下から空気を供給することで、廃棄物と空気とが混合しやすくなったからであると考えられる。
【００３６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【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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