(57)【要約】      （修正有）【課題】運転操作が容易で安全性に優れ、コンパクトで熱効率の高い、固形廃棄物をガス化燃焼する方法及び設備を提供する。【解決手段】固形廃棄物を流動層ガス化炉の流動層部にて４５０〜６５０℃で熱分解ガス化し、次いで後段の溶融燃焼炉にて１２００〜１５００℃で溶融燃焼することにより灰分を溶融スラグ化する。流動層部に供給するガス中の酸素量が理論燃焼酸素量の１０〜３０％とされる。炉底中央部の緩慢流動層中を流動媒体が流動化しつつ下降し、炉底周辺部の活発流動層中を流動媒体が流動化しつつ上昇し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部へ、流動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流動化しつつ移動し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部へ流動化しつつ移動するような流動媒体の旋回運動を生ぜしめられる。【選択図】  図１
2005308390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形廃棄物を流動層ガス化炉の流動層部にて４５０〜６５０℃で熱分解ガス化し、次いで後段の溶融燃焼炉にて１２００〜１５００℃で溶融燃焼することにより灰分を溶融スラグ化する固形廃棄物のガス化燃焼方法において、
酸素、水蒸気、及び空気から選択した１つ以上のガスを前記流動層部に供給し、流動層部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％とし、炉底中央部に流動層中を流動媒体が流動化しつつ下降する比較的緩慢な緩慢流動層を形成し、炉底周辺部に流動層中を流動媒体が流動化しつつ上昇する比較的活発な活発流動層を形成し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部へ流動化しつつ移動し流動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流動化しつつ移動するように流動媒体の旋回運動を生ぜしめ、流動層断面における前記緩慢流動層の面積割合を４０〜６０％とし、前記緩慢流動層における流動化ガスの質量速度を最小流動化質量速度の２〜６倍とし、活発流動層における流動化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動化ガスの質量速度の１．５〜３倍とすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形廃棄物、特に、都市ごみ、固形化燃料、スラリー化燃料、廃プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、低品位炭、廃油等の固形廃棄物をガス化燃焼し、廃棄物中に含有される灰分を溶融スラグ化する方法及び設備に関するものである。ここで固形化燃料は、都市ごみを破砕選別後、生石灰等を添加して圧縮成形したＲＤＦと称するものを含む。スラリー化燃料は、都市ごみを破砕後水スラリー化し、高圧下で水熱分解により油化したものを含む。ＦＲＰは、繊維強化プラスチックのことである。バイオマス廃棄物は、上下水廃棄物（夾雑物、し渣、下水汚泥）、農産廃棄物（もみがら、稲わら、余剰産物）、林産廃棄物（のこくず、バーク、間伐財）、産業廃棄物（パルプチップダスト）、建築廃材等を含む。低品位炭は、石炭化度の低い泥炭、若しくは選炭時に出るボタ等を含む。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃棄物焼却法に代わる新たな環境保全型の廃棄物処理技術として、現在、ガス化と高温燃焼を組み合わせた「ガス化燃焼システム」の開発が各社により競われ、既に実用域に達しているものもある。こうした「ガス化燃焼システム」に共通の特徴を挙げると以下のようになる。
（ｉ）低空気比燃焼により、排ガス量が大幅に低減される。
（ii）高温燃焼により、ダイオキシン類やフラン類がほとんど発生しない。
（iii）廃棄物中の灰分は、重金属が溶出しない無害なスラグとして回収される。これにより、埋立地の延命化が図れ、路盤材等への利用も可能となる。
（iv）ガス化で生成するガス、タール、炭化物の保有エネルギーを、灰溶融のための熱源に有効活用できる。
（v）システム中にダイオキシン処理や灰溶融の機能が組み込まれることにより、システム全体がコンパクト化され、建設コストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備に付与したより安価になる。
【０００３】
こうした技術が登場するに至った背景は、次の通りである。
（ａ）ダイオキシンや灰溶融といった問題に個別に対応するのでは、処理施設の建設コストや運転コストが割高になることが避けられない。
（ｂ）近い将来予測されるダイオキシンの規制強化に対応し早急な解決が必要であった。
（ｃ）払底逼迫する埋立地の延命化を図り、灰を無害化しリサイクル利用するため、灰溶融のニーズが急速に高まってきた。
（ｄ）廃棄物の保有するエネルギーを最大限に活用するようなシステム作りが望まれるようになった。
【０００４】
現在、「ガス化燃焼システム」において開発が先行しているものに、ガス化炉に竪型炉を用いる方式（竪型炉方式）と回転炉を用いる方式（回転炉方式）がある。竪型炉方式では、ガス化炉内に乾燥・予熱ゾーン（２００〜３００℃）、燃分解ゾーン（３００〜１０００℃）、燃焼・溶融ゾーン（１５００℃以上）が、上から順に層状に形成され、炉上部より投入された廃棄物とコークスは、より下方のゾーンで発生したガスと熱交換しながら炉内を下降する。炉内を上昇した生成ガスは、後段の燃焼炉にて約９００℃で燃焼される。熱分解ゾーンで生成した炭化物は、装入されたコークスと共に溶融・燃焼ゾーンへ下降し、羽口から供給される酸素富活空気により高温燃焼され、金属を含む不燃物の全量を溶融する。
【０００５】
回転炉方式では、廃棄物は、破砕後、高温空気により外熱されたドラム型の回転炉に供給され、約４５０℃でゆっくりと熱分解ガス化される。生成された炭化物は、炉から排出され、発火しない温度まで冷却される。その後、炭化物は、微粉砕され、後段の旋回式溶融炉に供給され、回転炉からの生成ガスと共に１３００℃で高温燃焼され、灰分が溶融スラグ化される。
【０００６】
これらの２つの方式の問題について述べる。竪型炉は、１７００〜１８００℃に達する溶融ゾーンがガス化炉底部に位置するため、コークス等副資材や、酸素富活空気が必要であり、運転費が高い。またコークス等を使用するため、二酸化炭素の排出量が増えるという問題もある。更に廃棄物中の金属のほぼ全量が溶融されるため、金属の種類毎に地金としてリサイクル利用することができない。竪型炉は、ガス化炉としては、固定床炉というタイプに属するが、形状が様々な廃棄物を層状に積み上げ、しかも最下部に燃焼・溶融ゾーンを有するため、安定した運転が困難である。固定床炉では、均一な通気性を確保することが重要であるが、廃棄物の場合、形状の多様性からこれが難しく、ガスの吹き抜けや偏流が起きることが多い。コークスの添加は、均一な通気性の確保に有効であるが、これによっても、固定床炉のガス流量の変動及び炉内圧の変動は、抑え難い。また熱分解ゾーンで発生したダイオキシン類やフラン類及びその前駆体を含むガスは、溶融・燃焼ゾーンを通過することなく竪型炉から排出される。これらのダイオキシンやフラン類及びその前駆体は、後段の燃焼炉だけでは分解されにくい。
【０００７】
一方、回転炉方式においては、ガス化炉が高温空気を用いる外熱式の回転炉であるため、炉の大型化が避けられない。また、金属管を介した伝熱に問題があり、熱分解により生じたタールや未分解物が伝熱面を覆うため、伝熱が悪化するといった問題があった。更に、溶融燃焼炉排ガスと熱交換することにより約６００℃の高温空気を得ることは、熱交換器の材料上困難である。生成した炭化物は、回転炉から排出後、微粉砕してから溶融燃焼炉に供給され、回転炉から直接供給されるガスに合流させて溶融燃焼される。このため、排出、冷却、粉砕、貯留、供給といった炭化物用のハンドリング設備が必要である。こうしたハンドリング中に炭化物の保有する熱が冷却や放熱により失われることも、エネルギー利用上好ましくない。炭化物を冷却しないまま外部に排出すると、空気と接触して発火するので危険である。竪型炉方式及び回転炉方式はいずれも、実質的なガス化温度が低いので、生成ガス中に燃焼速度の遅いタール分が多くなることが避けられない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、運転操作が容易で安全性に優れ、コンパクトでしかも熱効率の高い、固形廃棄物をガス化燃焼する方法及び設備を提供することである。本発明のその他の目的及び利点は、図面、実施例の説明、及び添付の請求の範囲において明らかにされる。本発明は、前述の回転炉方式に検討を加え、流動層ガス化炉及び溶融燃焼炉を用いるもの（流動層炉方式）であり、固形廃棄物を流動層ガス化炉の流動層部にて４５０〜６５０℃で熱分解ガス化し、次いで後段の溶融燃焼炉にて１２００〜１５００℃で溶融燃焼することにより灰分を溶融スラグ化する固形廃棄物のガス化燃焼方法に存する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガス化燃焼方法は、酸素、水蒸気、及び空気から選択した１つ以上のガスを前記流動層部に供給し、流動層部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％とし、炉底中央部に流動層中を流動媒体が流動化しつつ下降する比較的緩慢な緩慢流動層を形成し、炉底周辺部に流動層中を流動媒体が流動化しつつ上昇する比較的活発な活発流動層を形成し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部へ流動化しつつ移動し流動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流動化しつつ移動するように流動媒体の旋回運動を生ぜしめ、流動層断面に占める緩慢流動層の面積割合を４０〜６０％とし、緩慢流動層における流動化ガスの質量速度を最小流動化質量速度の２〜６倍とし、活発流動層における流動化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動化ガスの質量速度の１．５〜３倍とする工程を含む。また、本発明のガス化燃焼方法は、次の構成を含むことができる。
【００１０】
Ｍ１：酸素、水蒸気、及び空気から選択した１つ以上のガスを流動層ガス化炉のフリーボードに供給し、流動層部において生成された炭化物とタールをフリーボード部にて６５０〜８５０℃で熱分解ガス化し、フリーボード部へ供給するガス中の酸素量を固形廃棄物の理論燃焼酸素量の０〜２０％とする。
【００１１】
Ｍ２：流動層ガス化炉の流動層表面近傍の内壁沿いに傾斜した傾斜壁を設け、流動層の周辺部における流動媒体の上向き流れを中央部へ転向して流動媒体の旋回運動を促進させる。傾斜壁の下方投影面積は、流動層断面の２５〜４０％とし、傾斜壁の水平面に対する傾斜角度は、３０〜６０°とする。
Ｍ３：酸素、水蒸気、及び空気から選択した１つ以上のガスを溶融燃焼炉に供給する。溶融燃焼炉へ供給するガス中の酸素量は、理論燃焼酸素量の８０〜１２０％とする。
Ｍ４：流動層ガス化炉の流動媒体は、砂、アルミナ、ドロマイト、又は石灰石とする。
Ｍ５：流動層ガス化炉は、炉底より固形廃棄物中に含有される金属を未酸化でクリーンな状態で回収する。
Ｍ６：溶融燃焼炉は、旋回式溶融燃焼炉とする。
【００１２】
本発明は、また、固形廃棄物を４５０〜６５０℃で熱分解ガス化する流動層部を備える流動層ガス化炉、及び流動層ガス化炉の後段に設けられ１２００〜１５００℃で溶融燃焼して灰分を溶融スラグ化する溶融燃焼炉を有するガス化燃焼設備に存する。本発明のガス化燃焼設備において、流動層ガス化炉は、酸素、水蒸気、及び空気から選択された１つ以上のガスを流動層部へ供給する供給口を有する流動化ガス供給機構を備える。流動化ガス供給機構は、流動層部へ供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％とし、炉底中央部に流動化ガスの質量速度を最小流動化質量速度の２〜６倍とした比較的緩慢な緩慢流動層を形成し、炉底周辺部に流動化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動化ガスの質量速度の１．５〜３倍とした比較的活発な活発流動層を形成し、流動層断面における前記緩慢流動層の面積割合を４０〜６０％とし、流動媒体が流動層上部にて周辺部から中央部へ流動化しつつ移動するような流動媒体の旋回運動を生じるものである。本発明のガス化燃焼設備は、次の構成を備えることができる。
【００１３】
Ｓ１：酸素、水蒸気、及び空気から選択される１つ以上のガスが流動層ガス化炉のフリーボードに供給され、流動層部において生成された炭化物とタールがフリーボード部において６５０〜８５０℃で熱分解ガス化される。フリーボードに供給されるガス中の酸素量は、固形廃棄物の理論燃焼酸素量の０〜２０％とする。
【００１４】
Ｓ２：流動層ガス化炉の流動層表面近傍の内壁沿いに内側に傾斜した傾斜壁を設ける。傾斜壁は、流動媒体の周辺部における上向き流れを中央部へ転向して、流動媒体の旋回運動を促進するものであり、傾斜壁の下方投影面積が流動層断面の２５〜４０％であり、傾斜壁の水平面に対する傾斜角度が３０〜６０°である。
Ｓ３：流動層ガス化炉の流動媒体は、砂、アルミナ、ドロマイト、又は石灰石である。
Ｓ４：溶融燃焼炉は、旋回式溶融燃焼炉である。
【００１５】
本発明において、固形廃棄物は、流動層ガス化炉に供給され、流動媒体により形成される流動層中にて、４５０〜６５０℃で熱分解ガス化される。このとき生成する固形炭化物は、流動媒体の撹乱運動により微粉砕され、生成したガスと一緒に後段の溶融燃焼炉へ供給される。固形炭化物は、燃焼速度が遅いので、少ない方が望ましい。炭化物は、ガス化温度が低いとき、多く発生する。また、ガス化温度が４５０℃より低い場合、ガス化反応の速度が著しく遅くなり、未分解物が流動層内に堆積する問題が生じる。これにより、本発明においては、ガス化温度の下限を４５０℃（好ましくは、５００℃）と定めている。
【００１６】
ガス化温度が高くればなる程、ガス化反応が速くなると共に、炭化物の生成が少なくなる。しかしながら、固形廃棄物が軽度の破砕処理を施した状態でガス化炉に供給されるとき、ガス化反応が速過ぎると、廃棄物の供給量の変動が、ガス発生量や炉内圧に変動をもたらし、後段の溶融燃焼炉の運転に悪影響を及ぼす。ガス発生量の変動は、溶融燃焼炉の排ガス中のＣＯ濃度を突出させる原因となる。また、固形廃棄物は、金属を含むものが多いが、これらの金属を未酸化状態で回収し、種類毎に地金としてリサイクル利用することは、本発明の重要なポイントである。特にアルミニウムを回収するためには、その融点が６６０℃であるから、ガス化温度は、これより低くする必要がある。これらの理由により、本発明は、ガス化温度の上限を６５０℃（好ましくは、６００℃）と定めている。
【００１７】
本発明において、廃棄物の熱分解ガス化に必要な熱量は、内熱式、即ち、廃棄物の部分燃焼により迅速に供給される。内熱式のガス化炉は、コンパクト性及び熱効率の点において、明らかに外熱式より優れている。
【００１８】
ガス化温度が４５０℃〜６５０℃の場合、タールや炭化物の生成は、避けられない。タールや炭化物は、燃焼速度が遅いため、後段の溶融燃焼炉の容積を大きくする原因になる。溶融燃焼炉をコンパクトにするには、ガス化炉の生成物は、タールや炭化物が少なく、ガス成分が主体であることが必要である。これらの理由により本発明においては、好ましくは、フリーボードの容積を有効活用し、ガス化炉のフリーボードへ流動化ガスとほぼ同質の含酸素ガスを供給し、６５０℃〜８５０℃で第２段階の熱分解ガス化を行い、タール及び炭化物の低分子量ガスへの変換を行うようにしている。フリーボードにおける第２段階の熱分解ガス化の上限温度は、ガス化炉と溶融燃焼炉とをつなぐ煙道に灰を溶着させないように、８５０℃（好ましくは、７５０℃）とし、下限温度は、炭化物の酸化燃焼を促進するため６５０℃としている。
【００１９】
溶融燃焼の温度は、灰の溶融温度より５０〜１００℃高く設定すればよいが、廃棄物の種類により灰の溶融温度に違いがあるので、通常は、１２００〜１５００℃とされる。この発明の流動層炉方式では、竪型炉方式におけるような１７００〜１８００℃という高温は必要でないので、コークス等の副資材は、不要である。
【００２０】
熱分解ガス化炉及び溶融燃焼炉に供給されるガスは、燃焼される固形廃棄物の質、目標とするガス性状に応じ、空気、酸素及び蒸気から適宜選択して使用される（酸素富活空気を含む）。供給されるガス中の酸素量は、廃棄物の理論燃焼酸素量に対する比率、即ち酸素比で表すと、熱分解ガス化流動層へ供給されるガスの場合、１０〜３０％であり、フリーボードへ供給されるガスの場合、０〜２０％であり、溶融燃焼炉に供給されるガスの場合、８０〜１２０％とすることが好ましい。これらを合わせた酸素比は、１３０％程度が好ましい。
【００２１】
本発明は、内部旋回型流動層炉及び溶融燃焼炉を用いることにより、固形廃棄物を二次公害を出すことなく完全燃焼させるものである。水平断面が矩形の内部旋回型流動層炉は、固形廃棄物の焼却用に開発され（特開昭５７−１２４６０８号、特公昭６２−５２４２号公報）、既に実用に供されている。本発明に使用される流動層ガス化炉は、これを応用したものであり、炉底中央部に流動層中を流動媒体が流動化しつつ下降する比較的緩慢な緩慢流動層を形成し、炉底周辺部に流動層中を流動媒体が流動化しつつ上昇する比較的活発な活発流動層を形成し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部へ流動化しつつ移動し流動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流動化しつつ移動するように流動媒体の旋回運動を生ぜしめることにより、次の特徴を備えている。
【００２２】
（１）生成した炭化物は、流動層上に堆積せず、流動層内に良好・均一に分散され、活発流動層において炭化物の酸化が効率よく行われる。炭化物の酸化により発生する熱量は、流動媒体に速やかに伝達され、中央部における熱分解ガス化の熱源として有効利用される。
【００２３】
（２）流動層表面では、傾斜壁によって上方向への運動を転向された流動媒体が、中央部で激しく衝突することにより、炭化物の微粉砕が促進される。流動媒体として固い硅砂を用いると、炭化物の微粉砕は、更に促進される。
【００２４】
（３）緩慢流動層における流動媒体の下降運動に伴う呑み込み作用により、固形廃棄物は、無粉砕に近い状態でガス化炉へ供給することができる。このため、破砕設備を軽度のもの又は省略することができ、破砕用電力を節減できる。
（４）流動媒体の旋回運動により、固形廃棄物中の粗大な不燃物も、容易に排出することができる。
（５）流動層内全域にわたる流動媒体の旋回流動により、発生熱量が拡散され、焼結物やクリンカーの生成によるトラブルを回避することができる。
（６）ガス化炉の水平断面を円形とすることにより、矩形の場合よりガス化炉の製作コストを安くできる。
（７）ガス化炉の水平断面を円形とすることにより、スケールアップが矩形のように一方向に片寄ることがなく、また将来的なテーマである加圧化にも対応することができる。
【００２５】
通常のバブリング型流動層の場合、流動媒体は、流動層内を均一に流動化されるが、横方向への分散は、案外に良くない。それ故、上記（１）〜（４）の点において、内部旋回型流動層は、バブリング流動層に優ると考えられる。バブリング流動層では、廃棄物の投入位置を流動層の上方とすると、廃棄物の流動層中への呑み込みが悪いために、未分解物が流動層上に堆積するといった問題を生ずる。廃棄物を流動層中へ直接供給すれば、この問題は解消されるが、投入フィーダに付着、磨耗、腐食等が生じ、ガスシールを行う必要がある等の問題が起きる。また廃棄物の投入部付近に熱分解ガス化ゾーンが形成され、その他の部分に炭化物の酸化ゾーンが形成され、炭化物の流動層内の分散が良くないため、未反応酸素を生じ易く、熱分解ガス化ゾーンで生成した高カロリーの可燃ガスが、この未反応酸素により無駄に燃焼されるという欠点を有する。
【００２６】
熱分解ガス化により生成した炭化物の比重は、１程度であり、流動媒体の砂の比重の半分以下であるため、バブリング流動層では、偏析作用により流動層の上に炭化物の流動層が形成される。流動層の上方より投入された廃棄物は、この炭化物の流動層中へ入ることになるが、流動媒体の砂に比べ炭化物の熱伝導は良くないため、廃棄物への熱伝導は遅くなり、この結果、未分解物が炭化物の流動層中に堆積され、流動層は本来の機能を失う。また、このことは、時として爆発的なガス化反応を招くため、危険な現象でもある。これに対し、内部旋回型流動層においては、流動媒体の旋回運動により炭化物が層内に均一に分散されているため、投入された廃棄物が熱伝導性の良い流動媒体から熱分解に要する熱量を直接受け取ることができ、廃棄物は、速やかに熱分解ガス化される。
【００２７】
本発明のガス分散板が炉中央部から周辺部へ外傾した内部旋回型流動層炉においては、流動媒体が分散板上を移動するため、大きなサイズの不燃物でも分散板上に堆積することなく円滑に排出される。また、炉内全周に傾斜壁を設けた内部旋回型流動層炉では、傾斜壁により転向された流動媒体の塊が中央部で激しくぶつかり合うため、炭化物を速やかに微粉砕することができる。通常のバブリング型流動層には、このような作用はほとんどない。
【００２８】
本発明者等は、本発明に先立ち、水平断面が矩形の内部旋回型流動層ガス化炉の発明を行った（特開平２−１４７６９２号公報）。しかし、前述の（１）、（２）、（５）〜（７）の理由により、円形断面の方が優っていると判断するに至った。特に（１）で述べた炭化物の効率的な酸化は、ガス化炉として最も重要な機能である。２段ガス化は、流動層炉を２炉設け、廃棄物の熱分解ガス化及び炭化物の酸化を別々の炉で行うものであるが、本発明の内部旋回型流動層ガス化炉は、中央部の緩慢流動層において主に固形廃棄物の熱分解ガス化を行い、ここで生成する炭化物を周辺部の活発流動層で酸化する、２段ガス化に匹敵する機能を有しているため、効率の良いガス化を行うことができる。
【発明の実施の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施に用いられる流動層ガス化炉の実施例の図解的な垂直断面図である。図１において、流動層ガス化炉２は、ガス分散板３、フリーボード６、傾斜壁１１、不燃物排出シュート１２、活発流動層用の空気室１３、緩慢流動層用の空気室１４、緩慢流動層１５、活発流動層１６を含む。流動層ガス化炉２は、固形廃棄物ａ、活発流動層用の流動化ガスｂ1、及び緩慢流動層用の流動化ガスｂ2を供給され、生成ガスｅを排出する。図１の流動層ガス化炉２は、内部旋回型であり、空気分散板３は、中央部が最も高く外側へ向かって傾斜する逆円錐状である。空気分散板３上の流動層は、緩慢流動層１５及び活発流動層１６を含む。
【００３０】
緩慢流動層１５の占める領域は、分散板３上の水平断面において、４０〜６０％である。流動層全体の径ｒ１と緩慢流動層１５の径ｒ２の関係は、
ｒ２＝（０．６４〜０．７７）ｒ１で表される。緩慢流動層１５の占める領域が、分散板３上の水平断面において５０％の場合、ｒ２≒０．７１ｒ１である。
【００３１】
流動化ガスが流動媒体を流動化し始める最小流動化質量速度Ｇｍｆを用いると、緩慢流動層１５における流動化ガスの質量速度は、２〜６Ｇｍｆ（好ましくは、３〜５Ｇｍｆ）である。通常の焼却の場合の０．５〜３Ｇｍｆ（好ましくは、１〜２．５Ｇｍｆ）を用いると、クリンカーができ易いことが、テストにより判明している。クリンカーのでき易い原因は、流動層全体が炭化物リッチになる中での流動化不良と考えられる。
【００３２】
表１は、クリンカー生成に及ぼす緩慢流動層流動化ガス質量速度Ｇの影響を、小型試験装置（廃棄物５〜１０トン／日）を使用し一連のテストにより求めたものであり、原料廃棄物は、廃プラスチック、廃車シュレッダーダスト、都市ごみ等である。表１の結果から、質量速度Ｇの対Ｇｍｆ比Ｒ＝Ｇ／Ｇｍｆは、２〜６が適当である。
【００３３】
【表１】
2005308390.tif 000003
また、流動媒体のスムーズな旋回運動を得るためには、活発流動層における流動化ガスの質量速度は、緩慢流動層における流動化ガス質量速度の１．５〜３倍とするのが良いことが判った。一連のテストの結果、流動化ガスの質量速度は、緩慢流動層が４Ｇｍｆ、活発流動層が８Ｇｍｆが最適な組合せであった。この場合、活発流動層における流動化ガス質量速度は、緩慢流動層の２倍である。
【００３４】
活発流動層内を上昇する流動媒体を中心部へ反転せしめて流動媒体の旋回運動を促進する傾斜壁は、その下方投影面積が流動層断面の２５〜４０％であることが望ましい。図１において、最も小さい炉径ｒ3と流動層全体の径ｒ１との関係は、ｒ3＝（０．７７〜０．８７）ｒ１で表される。傾斜壁をこれ以上大きくしても、流動媒体を反転する作用はほとんど変わらない。むしろ、流動層上方の狭い部分においてガス速度が増すため、固形廃棄物の流動層への落下を妨げる弊害が大きくなる。なお、傾斜壁の水平面に対する傾斜角度θは、３０〜６０°が効果的である。
【００３５】
本発明のガス化炉の流動媒体は、硅砂やオリビン砂等の砂、或いはアルミナ、ドロマイト、石灰石等の中から選択されるが、流動層温度が４５０〜６５０℃程度と低いので、流動化ガスの質量速度を上述の範囲とすれば、クリンカー生成の問題はない。それ故、流動媒体は、硬くしかも入手の容易な硅砂が好適である。硬い硅砂が良い理由は、旋回流動させつつ炭化物の微粉砕が出来るからである。流動媒体に用いる硅砂の粒度は、平均粒径０．４〜０．８ｍｍとしている。
【００３６】
固形廃棄物に含有される鉄、銅、アルミニウム等の有価金属は、流動層内全体が還元雰囲気であるため、炉底から未酸化でしかもクリーンな状態で、他の不燃物や流動媒体と共に排出され、しかる後に篩分けを施すことにより、金属を含む粗大な不燃物と細かな流動媒体とに分けられる。分別された流動媒体は、ガス化炉に戻されて再使用されるが、炉のエネルギー効率を高めるために、放熱をできるだけ抑えることが必要である。廃棄物に含まれる金属のうち、融点が流動層温度より高いものは、ほぼ全量をガス化炉の炉底より取り出すことができる。アルミニウムの回収のためには、流動層温度をアルミナの融点である６６０℃より低くする必要がある。
【００３７】
ガス化炉の後段において生成ガスを高温燃焼して灰を溶融スラグ化する燃焼炉には、高負荷燃焼に適した旋回式溶融炉を用いるのがよい。高負荷燃焼により炉がコンパクトになり、水冷損失を減らすことができるからである。また、旋回流の作用により、スラグミストの捕集効率を高くとれ、しかも、炭化物の滞留時間を長くとれるため、カーボンの未燃損失を極限まで減らすことが可能である。
【００３８】
従来型の焼却設備の中には、灰溶融設備を保有しないか或いは近隣に灰溶融設備がないために、焼却炉や廃熱ボイラから排出される炉下灰や飛灰の処理に困窮している所がある。こうした灰を本設備に受け入れ、他の固形廃棄物とともに一括して処理することにより、未燃分を含まない良質なスラグとして、回収利用することが可能となる。
【００３９】
本発明に使用される内部旋回型流動層ガス化炉において、炉中央部の緩慢流動層では、流動化ガス中の酸素量が少なく可燃物量が多いので、中央部におけるガス化は、乾留に近くなり、高カロリーの可燃性ガスが発生する。この時に生成される炭化物は、流動媒体の旋回運動により、炉底周辺部の活発流動層に均一に分散される。従って、活発流動層に供給される流動化ガス中の酸素は、炭化物の酸化分解のために効率的に消費される。もし活発流動層内に炭化物の希薄な部分が存在すると、酸素が十分消費されず未反応のまま流動層を通過し、すでに生成した高カロリーの燃料ガスを燃焼により消費してしまう。しかし、本発明において使用される流動層炉は、流動媒体の旋回運動により活発流動層内における炭化物濃度がほぼ一定に保たれるので、このようなことは起こり得ず、ガス化炉により高カロリーの燃料ガスを効率的に回収することができる。
【００４０】
以上の通り、内部旋回型流動層炉をガス化炉とした本発明の方法（流動層炉方式）は、運転操作の容易さ、コークス等副資材が不要の点、二酸化炭素の発生量を増やさない点、更に、多くの金属が未酸化の状態で回収できる点において竪型炉方式に優り、またガス化炉が極めてコンパクトでしかも可動部が存在しない点、炭化物の微粉砕等のハンドリング設備が不要な点において回転炉方式より有利である。
【００４１】
図２は、本発明の実施に用いられる流動層ガス化炉の別の実施例の図解的な垂直断面図である。図２の流動層ガス化炉において、図１と同様の部材は、同様の符号を付され、重複した説明は省略される。図１の流動層ガス化炉の傾斜壁１１は、流動媒体の旋回運動を促進するものであるが、廃棄物の流動層中への呑み込み、流動層内におけるチャー分散に支障がない場合、図２の実施例のように、省略することができる。傾斜壁を省くと、流動媒体の旋回運動は弱くなるが、傾斜壁を構成する炉材の損耗を減らすことができる。
【００４２】
図３は、本発明のガス化燃焼方法を実施する設備の概略構成図である。図３の設備は、ガス化炉２及び旋回式溶融炉７を含む。ガス化炉２は、廃プラスチックの廃棄物ａを定量供給する定量供給装置１、ガス分散板３、硅砂の流動層４、フリーボード６を備える。ガス化炉２は、廃棄物ａ、並びに熱分解ガス化用の空気ｂ及び空気ｃを供給され、不燃物ｄ及び生成ガスｅを排出する。旋回式溶融炉７は、一次燃焼室８、二次燃焼室９、スラグ分離部１０、昇温用バーナ２１、２２を備える。旋回式溶融炉７は、ガス化炉２からの生成ガスｅ、溶融燃焼用の空気ｉを供給され、燃焼排ガスｇ及びスラグｈを排出する。ガス化炉２は、図１又は図２の内部旋回型流動層ガス化炉とすることができる。廃棄物ａは、通常、都市ごみの中で燃焼不適ごみとして分別収集されたプラスチック主体のものである。
【００４３】
廃棄物ａは、必要に応じて破砕、選別等の前処理を施した後、スクリュー式の定量供給装置１により、ガス化炉２へ供給される。空気ｂが、ガス化炉２の炉底へ送入され、ガス分散板３上に硅砂の流動層４を形成する。廃プラスチックａは、流動層４の上方へ投入され、４５０〜６５０℃に保持された流動層４内に落下され、空気ｂと接触し、速やかに熱分解ガス化される。不燃物ｄは、ガス化炉２の炉底から硅砂と一緒に排出される。不燃物ｄは、金属を含むが、流動層４の温度を５００〜６００℃とすることにより、鉄、銅、アルミといった有価金属は、未酸化でクリーンな状態で回収される。
【００４４】
ガス化炉２において、投入された廃棄物ａの熱分解ガス化により、ガス、タール、炭化物が生成される。炭化物は、流動層４の撹乱運動と酸素のアタックにより微細化される。ガス化炉２のフリーボード６は、空気ｃが吹き込まれ、６５０〜８５０℃にて第２段階の熱分解ガス化が行われる。こうして、タール、炭化物のガス化分解が促進される。
【００４５】
フリーボード６上部から排出された生成ガスｅは、微細化した炭化物を同伴しつつ、旋回式溶融炉７の一次燃焼室８へ供給され、予熱された空気ｉと旋回流中で混合されながら、１２００〜１５００℃で高温燃焼し、燃焼しながら二次燃焼室９へ移動する。炭化物中の灰分は、高温により溶融されてスラグミストとなり、旋回流の遠心力により一次燃焼室８の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉され、炉壁を流下し、二次燃焼室７へ入り、スラグ分離部１０の底部より排出される。旋回式溶融炉７から排出される燃焼排ガスｇは、廃熱ボイラ、節炭器、空気予熱器等の熱回収装置と脱塵装置を経て、大気中へ放出される。旋回式溶融炉７の一次燃焼室８及び二次燃焼室９は、始動用のオイルバーナ２１、２２を備える。
〔発明の効果〕
【００４６】
本発明のガス化燃焼設備は、前段に旋回式流動層炉を備え、後段に溶融燃焼炉を備える。流動層炉の流動層部において固形廃棄物が４５０〜６５０℃で熱分解ガス化され、流動層炉のフリーボード部において６５０〜８５０℃で第２段階の熱分解ガス化が行われ、その後、溶融燃焼炉において１２００〜１５００℃で溶融燃焼され、固形廃棄物中の灰分が効率よく溶融スラグ化される。スラグ化した灰分は、炉底から排出される。本発明設備は、シンプルで且つコンパクトであり、運転容易性及び安全性に優れており、またマテリアルリサイクル及びエネルギーリサイクルを行うことができる。本発明のその他の効果又は利点は、以下の通りである。
【００４７】
（１）固形廃棄物の燃焼が、固体燃焼でなく気体燃焼となるため、空気比が１．３程度の低空気比燃焼が実現され、排ガス量が大幅に低減される。
（２）旋回式溶融炉において高温燃焼が行われるため、ダイオキシン類やフラン類は、ほとんど発生しない。
（３）固形廃棄物中の灰分は、高温により熔融されマスの小さなスラグとなるため、灰分の埋立地の延命化を図ることができ、また、灰分は、重金属の溶出しない無害なスラグとして回収される故に、路盤材等への利用も可能である。
（４）ガス化炉で生成されるガス、タール、炭化物のエネルギーは、灰溶融のための熱源として有効活用される。
（５）本発明の固形廃棄物のガス化燃焼設備は、設備中にダイオキシン処理機能及び灰溶融機能が組み込まれるため、設備全体がコンパクト化される。ガス化燃焼設備の建設コストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備に付加するより安価となる。
（６）本発明において、固形廃棄物中の鉄、銅、アルミ等の有価金属は、リサイクル可能な未酸化でクリーンな状態で回収できる。
（７）本発明の固形廃棄物のガス化燃焼設備は、容易に高効率発電型とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の実施に用いられる流動層ガス化炉の１実施例の図解的な垂直断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施に用いられる流動層ガス化炉の別の実施例の図解的な垂直断面図である。
【図３】図３は、本発明のガス化燃焼方法を実施する装置の概略構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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