(57)【要約】【課題】大量に発生する有機廃棄物を、別途の熱源発生手段を設けずに、短時間で良好に炭化処理できる炭化装置を提供することである。【解決手段】焼却炉１の炉壁を貫通させて配設した筒状のケーシング５を、高温耐酸化性に優れたクロム合金鋼で形成し、このケーシング５を焼却炉の燃焼ガスのみで外部加熱して、酸素濃度が１０％程度と高い燃焼ガスによるケーシング５の酸化を防止するとともに、９００〜１０００℃程度の高温の燃焼ガスを利用して、熱伝導性の優れたケーシング５内に供給される有機廃棄物を効率よく間接加熱することにより、至る所に多数設置された焼却炉１を利用して、各地で発生する大量の有機廃棄物を長距離輸送することなく、短時間で良好に炭化処理できるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のケーシングの一端側から有機廃棄物を供給し、このケーシングを外部から加熱する外部加熱手段を設け、前記ケーシング内を移送される有機廃棄物を間接加熱により炭化して炭化物と熱分解ガスを生成させ、これらの炭化物と熱分解ガスを前記ケーシングの他端側から排出する炭化装置において、前記ケーシングの外壁面をＣｒ含有量が２２〜２７質量％のクロム合金鋼で形成したことを特徴とする炭化装置。
【請求項２】
前記ケーシングの外部加熱手段が、焼却炉またはガス化炉で発生する高温ガスを外部加熱ガスとして用いるものである請求項１に記載の炭化装置。
【請求項３】
前記ケーシングが、前記焼却炉の炉体フリーボード部に、対向する炉壁を貫通して設置されたものである請求項１または２に記載の炭化装置。
【請求項４】
前記クロム合金鋼が、Ｍｎを１〜１０質量％含有するものである請求項１乃至３のいずれかに記載の炭化装置。
【請求項５】
前記ケーシングに、空気供給量を調節可能とした空気供給手段を設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、植物性廃棄物、動物性廃棄物、汚泥廃棄物等の有機物質を含む有機廃棄物を炭化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種有機廃棄物の処理には、その有効活用や無害化のために炭化処理を行うことがある。このような廃棄物の炭化処理に用いられる炭化装置は、エネルギの節約のために、他の装置の廃熱を熱源として利用するものが多い。また、さらなるエネルギ節約を目的として、炭化装置を発熱作用のある他の装置に組み込み、別途の熱源発生手段を設けることなく、全ての熱源を他の装置から得る炭化装置も考えられている。
【０００３】
この種の別途の熱源発生手段を設けない炭化装置としては、筒状のケーシングをガス化炉内に通して、このケーシングをガス化炉での生成ガスで外部から加熱し、ケーシングの一端側から供給される植物性廃棄物を炭化するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９４３２号公報（第３頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したガスでケーシングを外部加熱する炭化装置は、高温のガスに曝されるケーシングの外壁面が酸化腐食する。外部加熱用のガスに上記のようなガス化炉の生成ガスを用いる場合は、その酸素濃度が低いので酸化の速度が遅いが、長期の使用ではケーシング外壁面の酸化腐食が進行し、炭化装置の耐久寿命を十分に確保できない問題がある。
【０００６】
また、ガス化炉での生成ガスの温度は高々６００〜８００℃程度であるので、炭化に要する時間が長くなり、かつ、良好な炭化物を得るのが難しい問題がある。さらに、ガス化炉は設置台数が少ないので、組み込み可能な炭化装置の台数も制約され、大量に発生する有機廃棄物を炭化処理しきれない問題もある。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、大量に発生する有機廃棄物を、別途の熱源発生手段を設けずに、短時間で良好に炭化処理できる耐久寿命の長い炭化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、筒状のケーシングの一端側から有機廃棄物を供給し、このケーシングを外部から加熱する外部加熱手段を設け、前記ケーシング内を移送される有機廃棄物を間接加熱により炭化して炭化物と熱分解ガスを生成させ、これらの炭化物と熱分解ガスを前記ケーシングの他端側から排出する炭化装置において、前記ケーシングの外壁面をＣｒ含有量が２２〜２７質量％のクロム合金鋼で形成した構成を採用した。
【０００９】
すなわち、外部加熱されるケーシングの外壁面を高温耐酸化性に優れたクロム合金鋼で形成することにより、その酸化腐食を防止し、炭化装置の耐久寿命を十分に確保できるようにした。
【００１０】
前記クロム合金鋼のＣｒ含有量を２２〜２７質量％としたのは、以下の理由による。Ｃｒは高温強度と耐酸化性を高める元素であり、その含有量が２０質量％前後で１０００℃以上の高温における耐酸化性が急激に向上することが知られている。そこで、余裕代を見込んでＣｒ含有量を２２質量％以上とした。Ｃｒ含有量の上限を２７質量％としたのは、２７質量％を超えると、加工のための延性が低下するとともに、素材コストも高価になるからである。なお、このクロム合金鋼はケーシングの少なくとも外壁面を形成するものであればよく、他の鋼材で形成したケーシングの外面にライナとして貼り付けたり、溶射したりしてもよい。
【００１１】
前記ケーシングの外部加熱手段を、焼却炉またはガス化炉で発生する高温ガスを外部加熱ガスとして用いるものとすることにより、焼却炉やガス化炉で発生する燃焼ガス等の高温ガスを有効活用することができる。
【００１２】
前記ケーシングを、前記焼却炉の炉体フリーボード部に、対向する炉壁を貫通して設置されたものとすることにより、焼却炉で発生する高温の燃焼ガスを、そのまま９００〜１０００℃程度の状態で利用して、ケーシング内に供給される有機廃棄物を短時間で良好に炭化処理することができる。焼却炉の燃焼ガスは９００〜１０００℃程度の高温で、かつ、酸素濃度が１０％程度と高いが、上述したように、ケーシングの外壁面は高温耐酸化性に優れているので、十分な耐久寿命を確保することができる。また、焼却炉は至る所に多数設置されているので、この炭化装置をこれらの焼却炉に組み込むことにより、各地で発生する有機廃棄物を長距離輸送することなく、大量に炭化処理することができる。
【００１３】
前記クロム合金鋼を、Ｍｎを１〜１０質量％含有するものとすることにより、クロム合金鋼の表面に生成される薄い酸化皮膜を剥がれやすいものとし、ケーシング外壁面に飛灰やダスト等が堆積しても、ケーシング内の有機廃棄物の移送手段の振動やケーシングの温度変化等により、この堆積物を酸化皮膜と一緒に脱落させ、ケーシング外壁面での熱伝達率を高い状態に維持することができる。
【００１４】
Ｍｎは、クロム合金鋼の表面に生成される薄い酸化皮膜を高温で剥がれやすくすることが知られている。前記クロム合金鋼のＭｎ含有量を１〜１０質量％としたのは、１質量％未満では薄い酸化皮膜が剥がれ難く、１０質量％を超えると酸化皮膜の剥離が促進され過ぎて、ケーシングの肉厚減少が速くなるからである。
【００１５】
前記ケーシングに、空気供給量を調節可能とした空気供給手段を設けることにより、供給される有機廃棄物の水分が多いときに、適量の空気をケーシング内に供給して、有機廃棄物自身の燃焼でその水分を蒸発させ、炭化処理時間を短縮することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図６に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態を示す。この炭化装置は、焼却炉１の燃焼室２上部の炉体フリーボード部に、対向する炉壁を貫通させて、一端側に供給口３が、他端側に排出口４が設けられた筒状のケーシング５を設置し、供給口３から供給される有機廃棄物を、モータ６で回転駆動されるスクリュ７で他端側へ移送しながら、焼却炉１で発生する高温ガスでケーシング５を外部から間接加熱して炭化し、その炭化物を排出口４から排出するとともに、熱分解ガスを排気口８から排出するようにしたものである。ケーシング５内は、空気の流通が規制され、概ね無酸素状態に保たれるようになっている。
【００１７】
前記焼却炉１は流動床式のものであり、空気導入口９から導入される空気で、多孔板１０上の流動砂を流動させるとともに、炉壁に設けられた投入口１１から投入される可燃ごみを一次燃焼させる。また、炉壁の上部よりには二次空気導入口１２が設けられており、可燃ごみの一次燃焼で生じた一次燃焼ガスは、この導入口１２からの二次空気でさらに二次燃焼し、ケーシング５が配設された燃焼室２の上部では、９００〜１０００℃の高温となる。ケーシング５を外部から加熱した高温の燃焼ガスは、天井の排気口１３から排出され、ボイラ等に導かれて廃熱利用される。
【００１８】
前記炭化装置のケーシング５は、添加元素として、Ｃ：０．３質量％、Ｓｉ：０．６質量％、Ｍｎ：４．１質量％、Ｃｒ：２５．０質量％、Ｎｉ：４．１質量％を含有するクロム合金鋼で形成されている。したがって、ケーシング５は十分な高温強度を有するとともに、酸素濃度の高い高温燃焼ガスに対して優れた耐酸化性を備えており、十分な耐久寿命を有する。また、供給される有機廃棄物は、熱伝導性のよい金属製ケーシング５を介して効率よく間接加熱され、短時間で良好に炭化される。
【００１９】
なお、前記ケーシング５の供給口３側には空気供給口１４が設けられ、ダンパ１５によりケーシング５内に供給される空気量が調節されるようになっている。供給口３から供給される有機廃棄物の水分が多いときに、この空気供給口１４から適量の空気を供給し、有機廃棄物自身の燃焼でその水分を蒸発させ、有機廃棄物の水分が少ない場合と同程度の時間で炭化処理を行うことができる。したがって、スクリュ７の回転速度を遅くして、有機廃棄物のケーシング５内での滞留時間を長くする必要はない。この場合は、ケーシング５の内壁面もクロム合金鋼で形成する必要がある。なお、空気供給口１４から、炭酸ガス等の不活性ガスをパージ用に常時流すこともできる。
【００２０】
前記クロム合金鋼は、Ｍｎを１〜１０質量％の範囲で含有するので、その表面に形成される薄い酸化皮膜を剥がれやすいものとなり、ケーシング５の外壁面に飛灰やダスト等が堆積しても、有機廃棄物を移送するスクリュ７の振動やケーシング５の温度変化等により、この堆積物が酸化皮膜と一緒に脱落し、ケーシング５の外壁面での熱伝達率を高く維持することができる。なお、焼却炉１の外でケーシング５に衝撃を与える鎚打手段や振動手段を設けたり、ケーシング５の外面に常温空気を吹きつける等の冷却手段を設けたりし、これらの手段を炭化装置の適宜の稼働時間毎に作動させて、その表面に形成される酸化皮膜の剥がれを促進するようにしてもよい。
【００２１】
図２は、第２の実施形態を示す。この実施形態では、焼却炉１の塔長が第１の実施形態よりも大きなものとされ、その燃焼室２上部の炉体フリーボード部に、２つのケーシング５が上下２段に配設されている。各ケーシング５の形態は、空気供給口１４がないことを除いて第１の実施形態と同じである。したがって、この実施形態では炭化処理能力を２倍にすることができる。なお、ケーシング５は３段以上に配設してもよく、同じ高さ位置に複数配設してもよい。
【００２２】
図３は、第３の実施形態を示す。この炭化装置は、第２の実施形態と同様に、２つのケーシング５ａ、５ｂを上下２段に配設して、各ケーシング５ａ、５ｂの供給口３ａ、３ｂと排出口４ａ、４ｂを互いに逆方向に向け、上段のケーシング５ａの排出口４ａを下段のケーシング５ｂの供給口３ｂに接続したものである。また、下段のケーシング５ｂの供給口３ｂの近くには、賦活剤の供給口１６も設けられている。賦活剤としては、水蒸気、酸素、賦活薬剤等を用いることができる。したがって、この実施形態では、上段のケーシング５ａから下段のケーシング５ｂに送り込まれる炭化物が、賦活剤の付与で多孔質の活性炭となり、排出口４ｂから排出される。
【００２３】
図４は、第４の実施形態を示す。この炭化装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、ケーシング５の排気口８に配管１７を接続し、排気口８から排出される熱分解ガスを焼却炉１の燃焼室２内に導くようにした点のみが異なる。配管１７はクロム合金鋼で形成され、炉内を通されて燃焼室２の中央高さよりも低い位置で開口しており、焼却炉１の燃焼熱で高温に保たれるので、熱分解ガスに含まれるタール分等が凝縮して配管１７の内面に付着する恐れはない。また、ケーシング５内は正圧状態に、燃焼室２内は負圧状態に維持され、燃焼室２で発生する有毒ガス等が配管１７からケーシング５内に侵入しないようになっている。
【００２４】
図５は、第５の実施形態を示す。この炭化装置も、排気口８から排出される熱分解ガスを配管１７で燃焼室２内に導くようにしたものであり、配管１７を炉外配管とした点が第４の実施形態と異なる。この配管１７は普通鋼で形成され、その途中には熱分解ガスに含まれる木酢の凝縮液を回収する回収口１８が設けられている。なお、配管１７の炉外配管部分を保温材等で保温し、タール分等の凝縮を防止するようにしてもよい。
【００２５】
図６は、第６の実施形態を示す。この炭化装置は、熱風炉１９の対向する炉壁上部を貫通させて、第１の実施形態と同様の筒状ケーシング５を設置したものである。この炭化装置では、熱風炉１９の下部側壁に設けられたバーナ２０の燃焼ガスでケーシング５が外部加熱され、供給口３から供給される有機廃棄物が炭化される。ケーシング５を外部加熱した高温の燃焼ガスは、熱風炉１９の天井の排気口２１から、乾燥炉等に送られる。
【００２６】
上述した各実施形態では、筒状のケーシング全体をクロム合金鋼で形成したが、ケーシングの内部は概ね無酸素状態であり、その内面側はあまり酸化する心配がないので、他の鋼材で形成したケーシングの外面のみに、高温耐酸化性の優れたクロム合金鋼をライナとして貼り付けたり、溶射したりしてもよい。ケーシングは一体物としてもよいし、円周方向や軸方向で分割したものとしてもよい。
【００２７】
また、上述した各実施形態では、炭化装置の筒状ケーシングを、高温ガスを発生する焼却炉や熱風炉の炉内に設置したが、高温ガスを発生する炉としては、ガス化炉等の他の炉を用いることもでき、筒状ケーシングを炉外に設置して、ダクト等で炉外に導いた高温ガスで筒状ケーシングを外部加熱してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明の炭化装置は、外部加熱されるケーシングの外壁面を高温耐酸化性に優れたクロム合金鋼で形成することにより、その酸化腐食を防止し、炭化装置の耐久寿命を十分に確保できるようにした。
【００２９】
前記ケーシングを、焼却炉の炉体フリーボード部に、対向する炉壁を貫通して設置されたものとすることにより、焼却炉で発生する高温の燃焼ガスを、そのまま９００〜１０００℃程度の状態で利用して、ケーシング内に供給される有機廃棄物を短時間で良好に炭化処理することができる。また、焼却炉は至る所に多数設置されているので、この炭化装置をこれらの焼却炉に組み込むことにより、各地で発生する有機廃棄物を長距離輸送することなく、大量に炭化処理することができる。
【００３０】
前記クロム合金鋼を、Ｍｎを１〜１０質量％含有するものとすることにより、クロム合金鋼の表面に生成される薄い酸化皮膜を剥がれやすいものとし、ケーシング外壁面に飛灰やダスト等が堆積しても、ケーシング内の有機廃棄物の移送手段の振動やケーシングの温度変化等により、この堆積物を酸化皮膜と一緒に脱落させ、ケーシング外壁面での熱伝達率を高い状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の炭化装置を示す概略縦断正面図
【図２】第２の実施形態の炭化装置を示す概略縦断正面図
【図３】第３の実施形態の炭化装置を示す概略縦断正面図
【図４】第４の実施形態の炭化装置を示す概略縦断正面図
【図５】第５の実施形態の炭化装置を示す概略縦断正面図
【図６】第６の実施形態の炭化装置を示す概略縦断正面図
【符号の説明】
１  焼却炉
２  燃焼室
３、３ａ、３ｂ  供給口
４、４ａ、４ｂ  排出口
５、５ａ、５ｂ  ケーシング
６  モータ
７  スクリュ
８  排気口
９  導入口
１０  多孔板
１１  投入口
１２  導入口
１３  排気口
１４  空気供給口
１５  ダンパ
１６  供給口
１７  配管
１８  回収口
１９  熱風炉
２０  バーナ
２１  排気口
【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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