(57)【要約】【課題】ごみの発熱量が低い場合でもガス化溶融炉へ供給する補助燃料量が軽減できるごみガス化溶融システムを提供する。【解決手段】ごみガス化溶融システムにおいて，ガス化炉１から溶融炉２をバイパスして２次燃焼炉３に接続したバイパスライン８と，集塵装置６で捕集した煤塵ｆを溶融炉２に供給する戻しライン１２を設け，ごみの発熱量が設定値以下になった際，ガス化炉１で生成した熱分解ガスとチャーの供給先をバイパス１２を通して溶融炉２から２次燃焼炉３へ切り替え，集塵装置６で捕集した煤塵ｆを戻しライン１２を通して溶融炉２へ供給すると共に溶融炉２へ補助燃料ｂを供給することを特徴とする。【選択図】    図１
2005201609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみを熱分解するガス化炉と，そのガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーを燃焼して灰を溶融する溶融炉と，その溶融炉からの排ガスを完全燃焼させる２次燃焼炉と，その２次燃焼炉からの排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置を具備したごみガス化溶融システムにおいて，
前記ガス化炉の出口側から溶融炉をバイパスして２次燃焼炉の入り口側に接続されるバイパスラインと，
前記集塵装置で捕集した煤塵を溶融炉に供給する戻しラインを設け，
ごみの発熱量が設定値以下になった際に，ガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーの供給先を前記バイパスを通して溶融炉から２次燃焼炉へ切り替え，かつ，集塵装置で捕集した煤塵を前記戻しラインを通して溶融炉へ供給すると共に溶融炉へ補助燃料を供給することを特徴とするごみガス化溶融システム。
【請求項２】
請求項１記載のごみガス化溶融システムにおいて，前記集塵装置を排ガスの流れ方向に沿って複数台設置し，上流側から２基目以降の集塵装置の上流側で脱塩剤を吹き込むと共に，最上流の集塵装置で回収された煤塵のみを前記溶融炉へ供給することを特徴とするごみガス化溶融システム。
【請求項３】
請求項１または２記載のごみガス化溶融システムにおいて，前記戻しラインの途中に分離装置を設け,その分離装置により焼却飛灰を主体にした灰と溶融飛灰を主体にした灰とに分離し,前記焼却飛灰を主体にした灰を溶融炉へ供給することを特徴とするごみガス化溶融システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のごみガス化溶融システムにおいて，途中に金属分離装置を設置した金属回収ラインを前記ガス化炉に接続し，ガス化炉から排出された不燃物から金属類を回収し,回収後の金属類を含まない不燃物を前記煤塵と共に溶融炉へ供給することを特徴とするごみガス化溶融システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，例えば都市ごみなどを処理するごみガス化溶融システムに係り，特にごみガス化溶融炉で発熱量の小さいごみを処理する際に，補助燃料の使用量を大幅に低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のごみガス化溶融炉システムの一例を図８に示す。ごみはガス化炉１へ供給され，別途供給される空気ａと反応することでごみの一部が燃焼し，熱分解反応を生じる。ガス化炉１では，一酸化炭素や水素等の可燃性ガスから成る熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主体とするチャーが生成する。
【０００３】
この熱分解ガス及びチャーは溶融炉２へ供給され，別途供給される燃焼用空気ａと反応することで，1300℃以上の高温場を得て灰を溶融し，スラグｅとして回収する。溶融炉２から排出される排ガスは２次燃焼炉３で完全燃焼され，廃熱ボイラ４で熱回収される。減温装置５ではダイオキシン類の再生成を防止するため，排ガスは200℃以下まで急冷される。集塵装置６の上流側では排ガス中の塩化水素及びダイオキシン類を除去するため，活性炭ｃや消石灰ｄが噴霧される。集塵装置６で煤塵ｆが捕集されて，綺麗になった排ガスが煙突７から放出される。
【０００４】
ごみガス化溶融炉２では，ごみの発熱量が高い場合には補助燃料ｂを使用せずに灰の溶融が可能であるが，ごみの発熱量が低くなると補助燃料ｂを使用して灰を溶融する必要がある。
【０００５】
補助燃料ｂを使用しないで灰の溶融が可能なごみの低位発熱量の下限値は6.7〜7.5MJ/kg程度であり，都市圏ではごみ低位発熱量が9〜10MJ/kg程度と高く，補助燃料ｂを使用せず灰の溶融が可能である。ただし，都市毎にごみの収集形態及び収集物質が異なるため，発熱量が極端に低い地域も存在する。また，季節によるごみ中水分の変動により発熱量が低くなる場合もある。更に今後，リサイクルが推進されることで，焼却処理されるごみの発熱量が低下することが予想されるが，この場合も灰を溶融するために多量の補助燃料ｂを使用する必要がある。
【０００６】
この種の特許文献に関しては，例えば下記のようなものを挙げることができる。
【特許文献１】特開平１１−１１８１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のごみガス化溶融システムは前述のように，発熱量の低いごみを処理する場合に多量の補助燃料が必要であり，そのためにランニングコストが高くつくという欠点がある。
【０００８】
本発明の目的は，このような従来技術の問題点を解決し，ごみの発熱量が低い場合でも，ガス化溶融炉へ供給する補助燃料量が軽減できるごみガス化溶融システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため本発明は，ごみを熱分解するガス化炉と，そのガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーを燃焼して灰を溶融する溶融炉と，その溶融炉からの排ガスを完全燃焼させる２次燃焼炉と，その２次燃焼炉からの排ガス中の煤塵を捕集する集塵装置を具備したごみガス化溶融システムを対象とするものである。
【００１０】
そして本発明の第１の手段は，ガス化炉の出口側から溶融炉をバイパスして２次燃焼炉の入り口側に接続されるバイパスラインと，前記集塵装置で捕集した煤塵を溶融炉に供給する戻しラインを設け，ごみの発熱量が設定値以下になった際に，ガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーの供給先を前記バイパスを通して溶融炉から２次燃焼炉へ切り替え，かつ，集塵装置で捕集した煤塵を前記戻しラインを通して溶融炉へ供給すると共に溶融炉へ補助燃料を供給することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において，前記集塵装置を排ガスの流れ方向に沿って複数台設置し，上流側から２基目以降の集塵装置の上流側で例えば消石灰などの脱塩剤を吹き込むと共に，最上流の集塵装置で回収された煤塵のみを前記溶融炉へ供給することを特徴とするとするものである。
【００１２】
本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において，前記戻しラインの途中に例えば質量によって分離できる分離装置を設け,その分離装置により焼却飛灰を主体にした灰と溶融飛灰を主体にした灰とに分離し,前記焼却飛灰を主体にした灰を溶融炉へ供給することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において，途中に金属分離装置を設置した金属回収ラインを前記ガス化炉に接続し，ガス化炉から排出された不燃物から金属類を回収し,回収後の金属類を含まない不燃物を前記煤塵と共に溶融炉へ供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
前記第１の手段によれば，ごみの発熱量が設定値以上であれば，通常のガス化溶融炉として運用することで，ガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーに加え，若干の補助燃料を使用することで,あるいは補助燃料を使用しないで安定に灰を溶融できる。また，ごみの発熱量が設定値を下回った場合には，通常のガス化溶融炉として運用した場合，補助燃料の使用量が増大するため，ガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーを２次燃焼炉で燃焼させ，かつ，集塵装置で捕集された煤塵を溶融炉へ供給し，補助燃料を使用して溶融させることで，補助燃料の使用量を一定量に保ち，補助燃料の使用量を削減して，ランニングコストを下げることができる。
【００１５】
前記第２の手段によれば，前記第１の手段の効果の他に，生成した灰のみを溶融炉へ供給することが可能となるので，消石灰等の脱塩剤混入による溶融物の増加や塩基度(=ＣａＯ/ＳｉＯ2)の増加による融点上昇を抑えられ，安定した溶融が行える。
【００１６】
前記第３の手段によれば，前記第１,第２の手段の効果の他に，焼却により生成する焼却飛灰と焼却飛灰を溶融炉で溶融したことにより生成する溶融飛灰を分離して，焼却飛灰のみを溶融炉へ供給することが可能となるので，溶融飛灰に含有される塩素や重金属類の系内濃縮を防止できる。
【００１７】
前記第４の手段によれば，前記第１,第２,第３の手段の効果の他に，ガス化炉で回収された金属を除く不燃物，すなわち，陶器やガラス類のＳｉＯ2主体の物質と集塵装置で回収されたＣａＯを多く含有する煤塵とを混合することで，被溶融物の塩基度を下げることができる。塩基度を下げることで，融点が下がるのでより安定した溶融が可能となるなどの効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図で，同図(ａ)は通常運転時の流れを示す図，同図(ｂ)は溶融炉バイパス運転時の流れを示す図である。
【００１９】
都市ごみなどのごみはガス化炉１へ供給され，別途供給される燃焼用空気ａと反応することでごみの一部が燃焼し，熱分解反応を生じる。ガス化炉１では，一酸化炭素や水素等の可燃性ガスから成る熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主体とするチャーが生成する。
【００２０】
熱分解ガス及びチャーは溶融炉２へ供給され，別途供給される燃焼用空気ａと反応することで，1300℃以上の高温場を得て灰を溶融し，スラグｅとして回収する。溶融炉２から排出される排ガスは２次燃焼炉３で燃焼用空気ａの供給で完全燃焼され，廃熱ボイラ４で熱回収される。減温装置５ではダイオキシン類の再生成を防止するため，排ガスは200℃以下まで急冷される。集塵装置６の上流側では排ガス中の塩化水素及びダイオキシン類を除去するため，活性炭ｃや消石灰ｄが噴霧される。集塵装置６で煤塵ｆが捕集されて，綺麗になった排ガスが煙突７から放出される。
【００２１】
本発明のごみガス化溶融システムでは，ガス化炉１から２次燃焼炉３にかけて溶融炉２をバイパスするようにバイパスライン８が設けられ，同図（ａ）に示すようにバイパスライン８に第１の仕切り板９ａが，また同図（ｂ）に示すように溶融炉２の入り口側に第２の仕切り板９ｂが，それぞれ設置されている。
【００２２】
さらに集塵装置６で捕集した煤塵ｆを溶融炉２に戻すための戻しライン１０が設けられ，その途中に第３の仕切り板９ｃが設置されている。
【００２３】
ごみの発熱量が高い通常のガス化溶融運転では，図１(ａ)に示すようにバイパスライン８を第１の仕切り板９ａで閉止し，ガス化炉１で生成した熱分解ガス及びチャーは溶融炉２へ流入して燃焼する。またこの通常のガス化溶融運転では，第３の仕切り板９ｃにより戻しライン１０も閉止されている。
【００２４】
ごみの発熱量が低い場合には同図（ｂ）に示すように，バイパスライン８を使用するため，溶融炉２の入り口側を第２の仕切り板９ｂで閉止し，ガス化炉１で生成した熱分解ガス及びチャーは溶融炉２をバイパスして２次燃焼炉３へ送られる。２次燃焼炉３では別途空気ａが供給され，熱分解ガス及びチャーの完全燃焼が行われる。
【００２５】
集塵装置６で捕集された煤塵ｆは戻しライン１２を通して溶融炉２へ送られ，助燃バーナに補助燃料ｂを供給することで，溶融炉２内を1300℃以上に保ち，灰を溶融する。溶融炉２からの排ガスは２次燃焼炉３に流入し，ガス化炉１からの熱分解ガス及びチャーと共に完全燃焼される。
【００２６】
ごみ発熱量と必要補助燃料の関係を図２に示す。通常のガス化溶融運転では，ごみの発熱量が十分高い場合には補助燃料は不要であるが，発熱量が下がると補助燃料の使用量は実線で示すように単調に増加する。一方，ガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーを溶融炉に送らず，２次燃焼室で燃焼させる場合，溶融炉の排ガス量はごみの組成や発熱量に依存せず，灰の溶融に必要な補助燃料量に依存する。したがって，溶融炉へ投入される補助燃料量はごみの発熱量によらず，点線で示すように常に一定となる。
【００２７】
ここで，図に示すように両者の実線と点線が交差するごみの発熱量の値よりも，使用するごみの発熱量が高い場合には，通常のガス化溶融運転の方が補助燃量を少なくできるが，それ以下の発熱量のごみでは，溶融炉をバイパスさせた運転にした方が補助燃料量を減らすことができる。よって，使用するごみの発熱量に応じて，通常のガス化溶融運転と溶融炉バイパス運転を切り替えることによって，補助燃料の使用量を最小にすることが可能となる。
【００２８】
本実施形態では，都市ごみのみを処理する場合には発熱量が約7500kJ/kgと高く，通常のガス化溶融運転では助燃は不要であった。一方，都市ごみに下水汚泥，汚泥，し尿等を混入させたごみでは，発熱量が約5000kJ/kgと低くなり，通常のガス化溶融運転では多大な助燃量が必要となった。このため図１(ｂ)に示す溶融炉バイパス運転に切り換えたところ，補助燃料量を約1/2に低減できた。
【００２９】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図である。本実施形態では，排ガスの流れ方向に沿って第１の集塵装置６ａと第２の集塵装置６ｂの２基を設置し，上流側の第１の集塵装置６ａで捕集した煤塵ｆのみを溶融炉２へ供給し，下流側の第２の集塵装置６ｂでは消石灰ｄ等の脱塩剤が供給され，排ガス中の塩化水素を除去している。
【００３０】
本実施形態では２基の集塵装置６を設置したが,３基以上の集塵装置６を設置することも可能であり,要は集塵装置６を排ガスの流れ方向に沿って複数台設置し，上流側から２基目以降の集塵装置６の上流側で脱塩剤を吹き込むと共に，最上流の集塵装置６で回収された煤塵ｆのみを前記溶融炉２へ供給するようにすれば良い。
【００３１】
これにより，排ガス中の塩化水素濃度が高く，排ガス処理が必要な場合であっても，消石灰等の脱塩剤混入による被溶融物の増加や塩基度(=ＣａＯ/ＳｉＯ2)の増加による融点上昇を抑制することができる。
【００３２】
図４は、本発明の第３の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図である。本実施形態では，戻しライン１２の途中に分離装置１０を設け，その分離装置１０により，焼却で生成する焼却飛灰を主体とする灰と，焼却飛灰を溶融炉２で溶融して生成する溶融飛灰を主体とする灰とに分離する。従って焼却飛灰を主体とする灰を溶融炉２へ供給し、溶融飛灰を主体とする灰を廃棄煤塵ｇとして系外に取り出すことが可能となるので，溶融飛灰（廃棄煤塵ｇ）に含有される塩素や重金属類の系内濃縮を防止できる。
【００３３】
ここで焼却飛灰と溶融飛灰とでは，図５に示すように粒子径及び比重が大きく異なることから，重力(質量)による分離や遠心分離等により，両者を完全に分離することは容易である。
【００３４】
図６は、本発明の第４の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図である。本実施形態では，ガス化炉１と溶融炉２の間に金属回収ライン１３を設け，その途中に金属分離装置１１を設置している。そしてガス化炉１から排出された不燃物ｈのうちから金属分離装置１１で例えば鉄やアルミニウムなどの金属類ｉを分離，回収し、金属を除く不燃物，すなわち，陶器やガラス類のＳｉＯ2主体の物質と集塵装置６で回収されたＣａＯを多く含有する煤塵ｆとを溶融炉２へ一緒に供給することで，被溶融物の塩基度を下げることができる。
【００３５】
被溶融物の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）と灰の融点には図７に示すような相関があり，塩基度を下げることで融点が下がるので，より安定した溶融が可能となる。
【００３６】
なお、前記第２〜４の実施形態においても，ごみの発熱量に応じて，溶融炉２をバイパスしない通常の運転と，溶融炉２をバイパスする運転に切替える制御は，第１の実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図である。
【図２】通常のガス化溶融運転時と溶融炉バイパス運転時のごみの発熱量と補助燃料量の関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図である。
【図５】燃焼飛灰と溶融飛灰，消石灰の粒子径と比重の関係を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るごみガス化溶融システムの系統図である。
【図７】被溶融物の塩基度と灰の融点の関係を示す図である。
【図８】従来のごみガス化溶融システムの系統図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：ガス化炉，２：溶融炉，３：２次燃焼炉，４：廃熱ボイラ，５：減温装置，６：集塵装置，６ａ：第１の集塵装置，６ｂ：第２の集塵装置，７：煙突，８：バイパスライン，９ａ：第１の仕切り板，９ｂ：第２の仕切り板，９ｃ：第３の仕切り板，１０：分離装置，１１：金属分離装置，１２：戻しライン，１３：金属回収ライン，ａ：燃焼用空気，ｂ：補助燃料，ｃ：活性炭，ｄ：消石灰，ｅ：スラグ，ｆ：煤塵,ｇ：廃棄煤塵,ｈ：不燃物,ｉ：金属類。
【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】
2005201609.tif 000008
【図７】
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【図８】
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