(57)【要約】【課題】簡易な装置構成でありながら、処理対象物の種類や量に拘わらず、未燃ガスの発生の問題が生じないリサイクル装置を提供する。【解決手段】炭化処理又は乾留処理を実現するリサイクル炉１と、リサイクル炉１で生成された可燃ガスと二次燃料とを燃焼させる混焼炉２とを設けたリサイクル装置ＥＱＵである。混焼炉２の出口温度に基づいて二次燃料の供給量を調整する調整手段ＣＴＬ２と、混焼炉２の出口温度が、混焼炉２の燃焼能力に対応して決定されている第一基準値を越えたとき、リサイクル炉１への加熱量を減少させる安全手段ＣＴＬ１とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化処理又は乾留処理を実現するリサイクル炉と、必要に応じて二次燃料を供給しつつ、前記リサイクル炉で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉とを設けたリサイクル装置において、
前記混焼炉の出口温度に基づいて前記二次燃料の供給量を調整する調整手段と、
前記混焼炉の出口温度が、前記混焼炉の燃焼能力に対応して決定されている第一基準値を越えたとき、前記リサイクル炉への加熱量を減少させる安全手段とを備えることを特徴とするリサイクル装置。
【請求項２】
前記安全手段の機能時における前記出口温度が第二基準値を越えたとき、前記リサイクル炉を冷却する冷却手段を更に備えている請求項１に記載のリサイクル装置。
【請求項３】
前記安全手段は、前記リサイクル炉へのガス燃料と燃焼用空気とを対応して減少させている請求１又は２に記載のリサイクル装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、水を噴霧して水冷動作によって実現される請求項２又は３に記載のリサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーの有効活用が図れ、安定かつ安全な熱分解処理を実現するリサイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物の処理法として、回収したプラスチック製品を熱分解して可燃ガスと炭化物とを生成する各種の方法が知られている（例えば、非特許文献１、及び特許文献１，２参照）。
【０００３】
なお、本明細書では、他の文献での記載振りに拘わらず、余剰酸素のない状態で対象物を熱分解させることを炭化処理と称し、炭化処理を実現する炉を炭化炉と称する。この用法に対応して、多少の余剰酸素を供給して対象物を熱分解させることを乾留処理と称し、乾留処理を実現する炉を乾留炉と称する。
【０００４】
そして、炭化炉からは熱分解ガスが発生し、炭化処理が完了すると炭化物が生成される。一方、乾留炉からは乾留ガスが発生し、乾留処理が完了すると灰化物が生成される。また、本明細書でリサイクル炉とは、炭化炉と乾留炉とを少なくとも含み、可燃ガスとは、熱分解ガスと乾留ガスとを少なくとも含んでいる。
【０００５】
【非特許文献１】
特許庁ホームページ・技術分野別特許マップ作成テーマ一覧（９４テーマ）・機械  ６  焼却炉技術・１．３．３  乾留ガス化燃焼技術・ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘｊ．ｈｔｍ
【特許文献１】
特開２００１−１８２９３５号
【特許文献２】
特開２００１−２４１６３２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、廃棄物たる種々雑多なプラスチック材を扱う関係から、場合によっては、リサイクル炉から予定した以上の可燃ガスが発生してしまい、下流側に設けた混焼炉で完全燃焼させることができず、未燃ガスとして大気に放出してしまうことがあった。
【０００７】
また、可燃ガスの発生量が多いため燃焼温度が上がり過ぎ、混焼炉の耐熱限界を超えるおそれもあった。ここで、混焼炉の燃焼能力や耐熱特性に充分な余裕をもたせることも考えられるが、通常は起こり得ない事態のために装置を大型化するのは妥当でない。特に、製造工場や加工工場などにおいて日々発生するプラスチック材を、同一施設内に設置したリサイクル装置で処理するような場合には設置スペースを確保することが困難である。
【０００８】
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な装置構成でありがながら、処理対象物の種類や量に拘わらず、未燃ガスの発生の問題が生じないリサイクル装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、炭化処理又は乾留処理を実現するリサイクル炉と、必要に応じて二次燃料を供給しつつ、前記リサイクル炉で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉とを設けたリサイクル装置において、前記混焼炉の出口温度に基づいて前記二次燃料の供給量を調整する調整手段と、前記混焼炉の出口温度が、前記混焼炉の燃焼能力に対応して決定されている第一基準値を越えたとき、前記リサイクル炉への加熱量を減少させる安全手段とを備えている。
【００１０】
混焼炉の燃焼能力には、少なくとも、完全燃焼を実現する能力と耐熱温度を含んでいる。本発明は、高分子化合物を処理対象とし、可燃ガスと炭化物（または灰化物）とを生成させるのが好適であるが、高分子化合物とは、典型的にはプラスチック材であり、好ましくは塩素分を含まないプラスチック材である。本発明は、製造工場や加工工場などの同一施設から定常的に排出される特定の高分子化合物の処理に好適に適用されるが、同一施設から排出されるものに限らず、ほぼ正確に分別された高分子化合物の処理に適用するのも好適である。この場合、高分子化合物は同一種類のものに分別されるべきであるが、組成の共通性までは問わない。
【００１１】
本発明は、前記安全手段が機能した状態の前記出口温度が第二基準値を越えたとき、前記リサイクル炉を水冷する冷却手段を更に備えているのが好ましい。ここで、冷却手段は、水を噴霧するのが典型的である。また、前記安全手段は、リサイクル炉が炭化炉として機能している場合には、ガス燃料と燃焼用空気とを対応して減少させるのが好適である。一方、乾留炉として機能している場合には、酸素供給量のみを減少させることで対応することが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について実施例に基づいて説明する。図１は、実施例に係る燃焼制御方法を実現するリサイクル装置ＥＱＵを示す概略図である。このリサイクル装置ＥＱＵは、炭化炉又は乾留炉として機能するリサイクル炉１と、リサイクル炉１で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉２と、混焼炉２から排出される燃焼排ガスにより蒸気を生成する排ガスボイラ３と、排ガスボイラ３への給水を予備加熱するエコノマイザ４とを中心的に備えている。なお、混焼炉２は、その上部に配置される排ガスボイラ３及びエコノマイザ４も一体化されて省スペース化を実現している。
【００１３】
リサイクル炉１は、この実施例では略円筒形に形成され、円盤状の火格子５を介して上下に区画されている。そして、火格子５の下部には、耐火材によって略直方形に形成された燃焼室１ａが設けられ、火格子５の上部には、処理対象物たるプラスチック材を収納する反応室１ｂが設けられている。なお、円盤状の火格子５には、多数の開口がほぼ均一に形成されてリサイクル炉１の上下を連通させている。
【００１４】
燃焼室１ａは、メンテナンス性の観点から、８０ｃｍ程度の高さに形成されており、水平方向の一方側には、ガス燃料と燃焼用空気の導入部６が設けられ、他方側に点検扉７が設けられている。この実施例の場合、導入部６には拡散型ガスバーナが配置されており、送風機８によって燃焼用空気が供給されると共にガス燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）が供給されている。
【００１５】
この実施例では、拡散型ガスバーナへのガス燃料と燃焼用空気の供給は、ダンパ装置ＤＵＰ１，制御弁Ｖ３を介して供給されている。このダンパ装置ＤＵＰ１，制御弁Ｖ３は、開度を調整できるが、通常は所定開度に維持されている。そして、混焼炉２の燃焼排ガス温度が第一基準温度Ｔ１を越える特別な場合だけ、混焼炉２の排ガス出口に配置された温度センサＴＥに基づいて、リサイクル炉１へのガス燃料及び燃焼用空気の流量を調整して、プラスチック材の熱分解を抑制している。
【００１６】
火格子５の上部に設けられた反応室１ｂには、処理対象物であるプラスチック材の投入時に開放される上部開閉扉１０と、反応室１ｂから発生する可燃ガスの導出部１１と、火格子５の上に残る炭化物や金属成分を回収するための取出部１２とが設けられている。また、反応室１ｂには、噴霧ノズルＮＺが配置されており、制御弁Ｖ１が開放されると、反応室１ｂに冷却水を噴霧するようになっている。
【００１７】
制御弁Ｖ１は、混焼炉２の排ガス出口に配置された温度センサＴＥに基づいて開閉されるようになっており、予定を越えた大量の可燃ガスが反応室１ｂから発生して混焼炉２の排ガス出口の温度が第二基準温度を超える場合には、冷却水の噴霧によってプラスチック材の熱分解を抑制している。
【００１８】
図２（ａ）は、点検扉７から導入部６の方向を見た概略図である。図示の通り、燃焼室１ａのほぼ中央には、ガス燃料の吐出口１３が配置される。また、燃焼室１ａの底部は、中央に向けて下り勾配で傾斜する傾斜面が、ガス燃料の吐出方向に向けて延設されており、断面視で逆台形状に形成されている。そのため、液化して火格子５から垂れ落ちたプラスチック材Ｐは、底部の中央位置に集められることになり、火炎部Ｆからの輻射熱が有効に伝わることになる。
【００１９】
火格子５には、小径の開口が多数形成され、これに対応して、拡散型ガスバーナの吐出圧は、充分高く設定されている。そのため、多数の開口から勢い良く噴出される熱風は、反応室１ｂの全体に均一に行き渡ることになりプラスチック材の熱分解を有効に促進する。つまり、この実施例の場合、火格子５の開口が小径である分だけ圧損が生じるが、反応室１ｂに導入される熱風に対して整流作用を発揮することになる。なお、火格子５の開口が大きい場合には圧損が減少するものの、火炎の局部高温部などによって形成された特定の流路に、全ての熱風が偏流する可能性があり不適である。
【００２０】
図１に示すように、混焼炉２は、燃焼空間の一方側に拡散型ガスバーナ１４を備えて構成されている。拡散型ガスバーナ１４の構成は特に限定されないが、例えば、図３に示すように、二重管１５の内管１５ａにリサイクル炉１からの可燃ガスを導入する一方、二重管の外管１５ｂには二次燃料たるガス燃料を導入している。これらの両燃料は、外管１５ｂに延設される拡径部１６に向けて吐出され、拡径部１６の側面から導入される燃焼用空気と混合されて燃焼する。なお、拡径部１６の側面には、送風機１７によって燃焼用空気が供給されている。
【００２１】
リサイクル炉１が炭化炉として機能する場合には、リサイクル炉１で生成された熱分解ガスと、外管１５ｂに供給されているガス燃料とが混合状態で燃焼されることになる。具体的には、混焼炉２の排ガス出口に配置された温度センサＴＥの検知に基づいて制御弁Ｖ２が制御され、燃焼排ガスの温度が８００℃〜９００℃程度に管理されている。また、燃焼ガス（燃焼火炎及び燃焼完了ガス）の滞留時間が２秒以上となるように、混焼炉２の容積や燃焼用空気の供給量などが設定されている。
【００２２】
排ガスボイラ３は、混焼炉２の上部に連設して一体的に保持されている。排ガスボイラ３の構成は特に限定されないが、この実施例では、図５に示すような貫流ボイラを使用している。この貫流ボイラは、上部管寄せ１７Ａと下部管寄せ１７Ｂとの間に多数の垂直水管１８・・・１８を接続した構成であり、下部管寄せ１７Ｂに給水を行い、垂直水管１８を上昇する間に気水混合状態とし、これを上部管寄せ１７Ａから気水分離器１９に送り込み分離して蒸気を得るものである。
【００２３】
図５（ｂ）に示す通り、垂直水管１８は、円環状に配置された内側水管群１８Ａと外側水管群１８Ｂの二重構造になっている。そして、混焼炉２の排ガス出口から導入された燃焼排ガスは、内側水管群１８Ａの一方側に形成されたガス入口２０から内外の水管群１８Ａ，１８Ｂの隙間を流通し、外側水管群１８Ｂの他方側に形成されたガス出口２１から導出される。ガス出口２１から導出された燃焼排ガスは、エコノマイザ４で更に熱交換した後、誘引ファン２２によって煙突２３に導出されて大気に放出される。
【００２４】
続いて以上の構成からなるリサイクル装置ＥＱＵの動作について説明する。ここでは、予定されている典型的な動作と、投入したプラスチック材の種類や量によって予定している以上の燃焼温度になった場合の動作を説明する。
【００２５】
［予定されている典型的な動作］
通常時は、リサイクル炉１の拡散型ガスバーナには、所定量のガス燃料と、必要最小限の燃焼用空気とが固定的に供給されており、反応室１ｂには、酸素を含まない所定温度域（３００〜４００℃以上）の熱風が流通する。その結果、プラスチック材が熱分解され水素やメタンなどの熱分解ガスが生成される。なお、液化されて燃焼室１ａに落下したプラスチック材Ｐは、その底面において有効に熱分解される。
【００２６】
リサイクル炉１で生成された熱分解ガスは、混焼炉２に導入されて、別に導入される二次燃料たるガス燃料と混合されて燃焼される。先に説明した通り、混焼炉２に導入されるガス燃料の量は、混焼炉２の出口温度に基づいて制御されており、具体的には出口温度が８００℃〜９００℃程度に維持されるようにガス燃料が供給されている。
【００２７】
図４は、リサイクル炉１の運転開始からのガス燃料の供給量の時間的推移を図示したものであり、運転開始直後は、熱分解ガスの生成が少ないので多量のガス燃料を消費するが、その後、熱分解ガスの生成量が増加するに応じてガス燃料の供給が減少することを示している。
【００２８】
ところで、リサイクル装置ＥＱＵにおいては、排ガスボイラ３から出力される蒸気量が一定になるように運転されるのが望ましい。そうすると、排ガスボイラ３では一定の熱量が必要とされるので、混焼炉２においては、リサイクル炉１で生成される熱分解ガスによる発熱量と二次燃料のガス燃料による発熱量の総和が一定になるよう制御される。
【００２９】
図示の通り、熱分解ガスの生成量は、ピーク値に達した後に減少するので、これに合わせてガス燃料の供給量が再度増加して、熱分解ガスの生成量がゼロとなると、ガス燃料の供給量が最大値に達する。そして、ガス燃料の供給量が最大値に達してから所定時間経過後に、リサイクル炉１及び混焼炉２の運転を全て停止する。このような動作の結果、反応室１ｂのプラスチック材は完全に熱分解して、過剰の炭素分は炭化物として反応室１ｂに残ることになる。
【００３０】
［混焼炉２の温度が設定以上に上昇する場合の動作］
ところで、リサイクル炉１に投入したプラスチック材の種類や量によっては予定した以上の熱分解ガスが発生して、混焼炉２へのガス燃料を遮断しても更に温度が上昇する場合がある。以下、混焼炉２の温度の時間的推移を示す図６に基づいて説明する。
【００３１】
通常時には、制御部ＣＴＬ２の制御によって混焼炉２へのガス燃料の供給量を調整して、燃焼排ガス温度を８００℃〜９００℃程度に管理するのは先に説明した通りである。ところが、ガス燃料を最終的に遮断しても、熱分解ガスの発生量が多いために、燃焼排ガス温度が第一基準温度（＝Ｔ１）を越える場合がある（図６のＡ点）。
【００３２】
このような場合には、制御部ＣＴＬ１の制御によって、リサイクル炉１へのガス燃料の供給を減少させる。具体的には、ダンパ装置ＤＵＰ１，制御弁Ｖ３の開度を絞ることによって、リサイクル炉１の燃焼室１ａの燃焼温度を低下させてプラスチック材の熱分解を抑制する。その結果、熱分解ガスの生成は抑制され、やがて混焼炉２の燃焼排ガス温度も第一基準温度（＝Ｔ１）を下回る。そこで、その後は、ダンパ装置ＤＵＰ１，制御弁Ｖ３の開度を初期状態に固定すると共に、混焼炉２へのガス燃料の供給量を調整することで、燃焼排ガス温度を所定温度域に維持する。
【００３３】
但し、例外的には、ダンパ装置ＤＵＰ１，制御弁Ｖ３の開度を限界まで絞っても、更に、混焼炉２の燃焼排ガス温度が上昇する可能性もある（図６のＢ参照）。そこで、そのような場合には、第二基準温度（＝Ｔ２）を越えたことを条件に、制御弁Ｖ１を開放して噴霧ノズルＮＺから反応室１ｂに向けて冷却水を噴霧する。この動作の結果、プラスチック材の熱分解は強制的に阻止されて熱分解ガスの生成が抑制される。
【００３４】
なお、混焼炉２の燃焼排ガス温度が降下して第二基準温度Ｔ２を下回れば、冷却水の噴霧を中止し、更に第一基準温度Ｔ１を下回れば、通常時の制御に戻すのは勿論である。
【００３５】
以上説明したように、実施例に係るリサイクル装置では、二重の安全手段を設けているので、混焼炉や排ガスボイラの破損や、未燃ガスを大気に放出してしまうことがない。なお、第一基準温度は、例えば９５０℃程度に設定され、第二基準温度は、例えば１０００℃程度に設定される。
【００３６】
なお、以上の説明では、便宜上、リサイクル炉が理想的な炭化炉として機能するものとして説明したが、リサイクル炉を乾留炉として機能させることを何ら禁止するものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な装置構成でありがながら、処理対象物の種類や量に拘わらず、未燃ガスの発生の問題が生じないリサイクル装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るリサイクル装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のリサイクル炉の燃焼室を図示した概略図である。
【図３】拡散型ガスバーナの構成を示す概略図である。
【図４】混焼炉における燃焼動作を説明する図面である。
【図５】排ガスボイラの一例を示す概略図である。
【図６】実施例の燃焼制御方法を説明する図面である。
【符号の説明】
１  リサイクル炉
２  混焼炉
ＥＱＵ  リサイクル装置
ＣＴＬ２  調整手段（制御部）
ＴＥ      監視手段（温度センサ）
ＣＴＬ１  安全手段（制御部）
Ｔ１      第一基準値
Ｔ２      第二基準値
【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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【図６】
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