(57)【要約】【課題】廃棄物を処理する際に、ダイオキシンの発生を抑制し、かつ高温還元ガスのエネルギーを回収可能とした還元溶融炉およびそれを用いた高温還元ガス回収方法を提供する。【解決手段】廃棄物の溶融炉において、廃棄物の投入する投入口下端に配設した投入ダンパー仕切弁より下部位置で、かつ溶融炉内に投入された廃棄物とコークスの充填高さレベルよりも低い位置に上昇管を配設し、該上昇管より高温還元ガスを回収可能とした還元溶融炉。上記還元溶融炉において、充填高さレベルより排ガス高さレベルの距離を３ｍ以上の低い位置に上昇管を配設した構造の還元溶融炉、およびそれを用いた高温還元ガス回収方法。【選択図】　　　図１
2004132655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の還元溶融炉において、廃棄物の投入する投入口下端に配設した投入ダンパー仕切弁より下部位置で、かつ溶融炉内に投入された廃棄物とコークスの充填高さレベルよりも低い位置に上昇管を配設し、該上昇管より高温還元ガスを回収可能としたことを特徴とする還元溶融炉。
【請求項２】
請求項１に記載の廃棄物の還元溶融炉において、充填高さレベルより排ガス高さレベルの距離を３ｍ以上の低い位置に上昇管を配設した構造の還元溶融炉。
【請求項３】
廃棄物の溶融炉内より発生する高温ガス排出において、廃棄物の投入する投入口下端に配設した投入ダンパー仕切弁より下部位置で、かつ溶融炉内に投入された廃棄物とコークスの充填高さレベルより低い位置に、高温還元ガスを排出することのできる上昇管を有し、投入された廃棄物を溶融処理し廃棄中の水分を過熱蒸気とし、廃棄物を３２０℃以上の高温還元ガスに熱分解させ、残存酸素量０．５％以下の高温還元ガスに変換させた後、該高温還元ガスを上記上昇管から排出させてエネギーとして回収することを特徴とする高温還元ガス回収方法。
【請求項４】
請求項３記載の廃棄物の溶融炉にて１０００〜２６００℃での高温溶融させ、上昇管より排出する残存酸素量が０．５％以下の高温還元ガス温度および濃度に制御することを特徴とする高温還元ガス回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物並びに産業廃棄物などを、処理する過程で発生する熱分解したガスを回収する位置を、充填高さレベルより低位にすることによりダイオキシンの発生を抑制し、かつ還元ガスのエネルギーを回収する還元溶融炉およびそれを用いた高温還元ガス回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般廃棄物、いわゆる都市ごみの排出量が増大し、これらの廃棄物（以下、一般廃棄物、産業廃棄物、焼却灰、不燃物等を言う）の殆どが焼却処理により減量化され焼却灰もしくは不燃物として最終処分場に埋め立てられている。しかし、都市ごみの排出量の増加は、この都市ごみの焼却残渣等の最終処分場の不足問題として発展している。これらに対処するために、廃棄物直接溶融方式が提案されている。その一例として特許文献１に開示されているような製鉄技術を応用した廃棄物直接溶融炉によって一般廃棄物をスラグ等の有用物に資源化させようとするものである。この廃棄物直接溶融炉の場合には、酸素雰囲気が３〜２１％の雰囲気で、かつ１００〜１２００℃での焼却がなされ、その結果、焼却灰や未燃物となっているのが実状である。
【０００３】
図４は、従来の堅型炉方式の廃棄物溶融炉の全体概略図である。この図に示すように、還元溶融炉１はシャフト部５、朝顔部６および炉底部７から構成され、朝顔部の周辺に設けられた上段羽口３および炉下部の周辺に設けられた下段羽口４から空気が供給される。このような構成における還元溶融炉１の炉上部から、廃棄物および副原料としてコークスおよび石灰石が装入装置２から装入される。装入された廃棄物およびコークス等は炉内で充填層を形成し、上段羽口３および下段羽口４から吹き込まれた空気により、廃棄物の可燃分およびコークスが還元燃焼する。この燃焼ガスは溶融炉内を炉下部から上昇し、廃棄物を予熱、乾燥、熱分解する。廃棄物を予熱、乾燥、熱分解の過程で発生した水蒸気、熱分解ガス等は還元溶融炉１の炉上部に設けたガス排出管８から排出される。一方、熱分解残渣は溶融状態となってスラグ排出孔９から炉外へ排出される。
【０００４】
上述した一般廃棄物や産業廃棄物を処理するシャフト炉方式、堅型炉方式では、溶融炉上部から石灰石、コークスと共に供給されたごみは、予熱乾燥帯において水分を蒸発させる。乾燥したごみは降下し、熱分解帯で可燃性ガスと可燃性物に熱分解され、可燃性物は燃焼帯で燃焼する。高温の可燃性物燃焼残渣は、予め供給されたコークスと共に、さらに溶融帯に降下する。炉底部には空気供給羽口が設けられ、この空気供給羽口から供給された酸素富化空気により、コークスを高温燃焼させ、可燃性物燃焼残渣を完全に溶融する。溶融物は予め供給された石灰石により塩基度を調整され、適度な流動性を保持しながら、出湯孔から排出されるものである。この方法は溶融物の性状が安定かつ均質で、各種資材として利用価値が高く、最終処分量が極少化される優れたものである。
【０００５】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開２００２−４８３２１号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したシャフト炉方式、堅型炉方式では、溶融炉上部から廃棄物および石灰石やコークスを投入して、炉の上部より排ガスを排出する方式であって、この排ガスの温度は廃棄物の投入された充填廃棄物レベルより、上部より排出されるために、この排ガス中に投入された廃棄物の水分をそのまま含んでいたり、Ｏ２が残存する酸性の排ガスであり、かつ、この投入される常温の廃棄物やそれに含まれる水分によって、常に低温化され、この排ガスの温度は常温から１００℃程度と低く、さらには、排ガスの組成は投入された廃棄物中の水分によって大きく変化し、排ガスの組成は投入された廃棄物中の空気によってＮ２やＯ２やＣＯ２も含まれる。
【０００７】
上述したように、従来の溶融炉は上部より排ガスを排出する方式であるために、一般廃棄物や産業廃棄物を処理することにより発生する排ガスの温度が低下し、ダイオキシンが発生するという問題点があった。一方、排ガスの温度が下がるため、次工程の２次燃焼でバーナーにより助燃せざるを得ないという問題があった。そのために、排ガスはそのまま廃棄される廃棄ガスでしかなかったのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする手段】
上述したような問題を解消するため、発明者らは鋭意開発を進めた結果、溶融炉内より発生する炉内の高温ガスを溶融炉内で投入された廃棄物の充填高さレベルとコークスの充填高さレベルよりも低い位置に上昇管を持つ還元溶融炉およびそれを用いた方法を提供するものである。その発明に要旨とするところは、
（１）廃棄物の還元溶融炉において、廃棄物の投入する投入口下端に配設した投入ダンパー仕切弁より下部位置で、かつ溶融炉内に投入された廃棄物とコークスの充填高さレベルよりも低い位置に上昇管を配設し、該上昇管より高温還元ガスを回収可能としたことを特徴とする還元溶融炉。
（２）前記（１）に記載の廃棄物の還元溶融炉において、充填高さレベルより排ガス高さレベルの距離を３ｍ以上の低い位置に上昇管を配設した構造の還元溶融炉。
【０００９】
（３）廃棄物の溶融炉内より発生する高温ガス排出において、廃棄物の投入する投入口下端に配設した投入ダンパー仕切弁より下部位置で、かつ溶融炉内に投入された廃棄物とコークスの充填高さレベルより低い位置に、高温還元ガスを排出することのできる上昇管を有し、投入された廃棄物を溶融処理し廃棄中の水分を過熱蒸気とし、廃棄物を３２０℃以上の高温還元ガスに熱分解させ、残存酸素量０．５％以下の高温還元ガスに変換させた後、該高温還元ガスを上記上昇管から排出させてエネギーとして回収することを特徴とする高温還元ガス回収方法。
（４）前記（３）記載の廃棄物の溶融炉にて１０００〜２６００℃での高温溶融させ、上昇管より排出する残存酸素量が０．５％以下の高温還元ガス温度および濃度に制御することを特徴とする高温還元ガス回収方法にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係る還元溶融炉の全体概略図である。この図１に示すように、還元溶融炉１上部に設けられた装入装置２から投入ダンパー仕切弁１０が開かれ石灰石、コークスと共に供給された廃棄物は、徐々に降下し、廃棄物とコークスの充填高さレベル１１以降に達し、廃棄物と燃料コークスの充填層１２での熱分解帯で可燃性ガスと可燃性物に熱分解され、可燃性物は燃焼帯で燃焼する。高温の可燃性物燃焼残渣は、予め供給されたコークスと共に、さらに溶融帯１３に降下する。炉底部７には上段羽口３、中段羽口１７および下段羽口４が設けられ、この空気供給羽口から供給された酸素富化空気により、コークスを高温燃焼させ、可燃性物燃焼残渣１４を完全に溶融する。溶融物は予め供給された石灰石により塩基度を調整され、適度な流動性を保持しながら、スラグ排出孔９から排出されるものである。なお、符号１６は溶融滴下帯を示す。
【００１１】
一方、ガスの排出口１２は廃棄物の投入する投入口２下端に配設した投入ダンパー仕切弁１０より下部位置で、かつ溶融炉内に投入された廃棄物とコークスの充填高さレベル１１より低い位置に、高温還元ガスを排出することのできる上昇管１５を設ける。この上昇管１５の位置は出来るだけ廃棄物が溶融状態で存在する直上に設けるのが望ましく、溶融体の影響のない、しかもＯ２　含有量が急激に低下し高温還元ガスのリッチな箇所に設ける必要がある。そのためには、具体的なものとしては、充填高さレベルの３ｍより低い位置に設けのが最適である。これによって、高温還元ガスとして回収することが出来るものである。
【００１２】
図２は、充填高さレベルと排ガス高さレベルの距離とＨ２　ガス濃度との関係を示す図である。この図に示すように、充填高さレベルと排ガス高さレベルとの距離が３ｍを超えると急激にＨ２　ガス濃度の上昇が行われることが判る。また、図３は、充填高さレベルと排ガス高さレベルの距離と残存Ｏ２　濃度との関係を示す図である。この図に示すように、充填高さレベルと排ガス高さレベルの距離がＨ２　ガス濃度の場合と同じように、充填高さレベルと排ガス高さレベルの距離が３ｍを超えると急激に残存Ｏ２　濃度の低下することが判る。これから判るように、充填高さレベルと排ガス高さレベルの距離を３ｍ以上に設計すれば、残存Ｏ２　濃度を含まないＨ２　ガス濃度の高いガスを回収することが出来ることが判る。
【００１３】
上記したような溶融炉内より発生する炉内の高温ガスを溶融炉内で投入された廃棄物の充填高さレベルおよびコークスの充填高さレベルよりも低い位置に上昇管を持つ構造の還元溶融炉にしたことから、排ガスの温度は廃棄物およびコークスの充填高さレベルより低くなっているため、炉下部１３００〜２４００℃の赤熱コークスに近づき、その排ガス温度は８００〜２０００℃の高温となり、ダイオキシンの発生を抑え、また、Ｈ２ＯはＨ２に分解され、他の廃棄物も高温熱分解するため、Ｈ２やＣＯガスなどの還元性ガスとなって排出される。しかも、高温の還元性のガスに制御ができる還元溶融炉である。従って、このガスは廃棄ガスではなくエネルギーガスとして回収することが可能である。
【００１４】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
【実施例】
図１に基づく還元溶融炉を用いて、還元溶融炉１の上部から廃棄物および副原料としてコークスおよび石灰石が還元溶融炉１に装入される。廃棄物として都市ごみを処理した。その都市ごみの性状は、灰物８．２％、水分１８．５％、可燃物７３．３％のものを使用し、還元溶融炉１の下部周辺に設けられた上段羽口３、中段羽口１７および下段羽口４から空気および酸素が供給される。廃棄物の処理量は３９５ｋｇ／ｈ、コークスおよび石灰石は廃棄物の約２７％、空気は１２Ｎｍ３　／ｈであり、その空気および酸素量は上段羽口３Ｎｍ３　／ｈ、中段羽口３Ｎｍ３　／ｈ、下段羽口６Ｎｍ３　／ｈ、の条件で吹き込んだ。還元溶融炉に装入された廃棄物およびコークス等は炉内で充填層を形成し、上段羽口３、中段羽口１７および下段羽口４から吹き込まれた空気および酸素により、廃棄物を溶融処理し廃棄中の水分を過熱蒸気とし、廃棄物を３２０℃以上、２０００℃以下の高温還元ガスに熱分解させ、残存酸素量０．５％以下の高温還元ガスに変換させる。
【００１５】
この燃焼ガスは還元溶融炉内を炉下部から上昇し、溶融炉内に投入された廃棄物とコークスの充填高さレベルより低い位置に、高温還元ガスを排出することのできる上昇管１５から排出させてエネギーとして回収する。排出されたガスの温度およびダイオキシン濃度は従来の場合は、ガス温度が９８〜２２０℃であるに対し、本発明の場合は８７５℃〜２０００℃と高く、また、ダイオキシン濃度は従来０．４２ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３　に対し、０．００２ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３　と激減していることが判る。また、排出されたガス温度が従来よりも高く回収可能となったことから、高温ガスを活用した発電力も大幅に高くなりエネルギー回収率が高くなった。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により排出されるガス温度は従来方式よりも３２０℃〜２０００℃と高温となり、ダイオキシン濃度が大幅に低下し、かつ高温ガスを活用した発電力も大幅に高くなりエネルギー回収率が高くなる一方、ＣＯリッチ状態となり、発生した還元ガスを燃料として利用できる等極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る還元溶融炉の全体概略図である。
【図２】充填高さレベルと排ガス高さレベルとの距離（△ｈ）とＨ２　ガス濃度との関係を示す図である。
【図３】充填高さレベルと排ガス高さレベルとの距離（△ｈ）と残存Ｏ２　濃度との関係を示す図である。
【図４】従来の堅型炉方式の廃棄物溶融炉の全体概略図である
【符号の説明】
１　還元溶融炉
２　装入装置
３　上段羽口
４　下段羽口
５　シャフト部
６　朝顔部
７　炉下部
８　ガス排出管
９　スラグ排出孔
１０　投入ダンパー仕切弁
１１　充填高さレベル
１２　充填層
１３　溶融帯
１４　可燃性物燃焼残渣
１５　上昇管
１６　溶融滴下帯
１７　中段羽口
１８　排ガス高さレベル
１９　△ｈ（充填高さレベル−排ガス高さレベル）
【図１】
2004132655.tif 000003
【図２】
2004132655.tif 000004
【図３】
2004132655.tif 000005
【図４】
2004132655.tif 000006