(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を熱分解して乾留ガスと熱分解残留物とを生成する熱分解反応器の後段にほぼ水平に延在して接続され、回転して可燃物と灰分と小型不燃物を落下させるとともに大型不燃物を先端部に移送するスパイラル篩と、前記スパイラル篩の先端部に配置され、移送される大型不燃物の方向にマイクロ波を発射しかつその反射波を受信して前記大型不燃物を検知するセンサと、前記スパイラル篩の先端部に移送された大型不燃物を排出するための開閉ダンパを介して設置された大型不燃物排出シュートとを備え、前記センサにより前記大型不燃物が検知されたとき前記開閉ダンパが開かれるように構成された熱分解残留物の分別装置。
【請求項２】
前記センサは、送受信型マイクロ波センサからなる内管と、前記内管を保護する外管とからなり、前記内管と外管との間から、前記送受信型マイクロ波センサの送受信面にパージガスを流すようにした請求項１に記載の分別装置。
【請求項３】
前記センサは、送受信型マイクロ波センサの送受信部の空洞や隙間に、マイクロ波が透過するセラミックスが充填されてなる請求項１に記載の分別装置。
【請求項４】
廃棄物を熱分解して得られる熱分解残留物を、ほぼ水平に設置した回転するスパイラル篩に送出し、可燃物と灰分と小型不燃物を落下させるとともに大型不燃物をスパイラル篩の先端部に移送して大型不燃物を排出するための開閉ダンパを介して設置された大型不燃物排出シュートに落下させる熱分解残留物の分別方法において、前記スパイラル篩の先端部から、移送される大型不燃物の方向に発射したマイクロ波の反射波を受信して、前記大型不燃物を検知したとき前記開閉ダンパを開けるようにした熱分解残留物の分別方法。
【請求項５】
廃棄物を加熱して熱分解し、熱分解ガスと主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留物のうちの不燃焼性成分を、大型不燃物と小型不燃物とに分別する分別装置と、前記熱分解残留物のうちの燃焼性成分と前記熱分解ガスとを燃焼させ、溶融スラグと燃焼排ガスとを生成する燃焼溶融炉とを備えた廃棄物処理システムにおいて、前記分別装置は、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の分別装置であることを特徴とする廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱分解残留物の分別装置に係り、特に、廃棄物の熱分解残留物のうちの大型不燃物を分別するのに好適な大型不燃物の検知方法や分別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみなどの一般廃棄物や廃プラスチックなどの可燃物を含む産業廃棄物の処理システムの一つとして、特公平６−５６２５３号公報に記載された廃棄物処理装置が知られている。
【０００３】
この例は、廃棄物を熱分解反応器に入れて大気圧以下の低酸素雰囲気中で加熱して熱分解し、乾留ガスと主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成し、この熱分解残留物を冷却した後、熱分解カーボンを主体とする可燃物を分離し、この分離された可燃物と乾留ガスとを燃焼溶融炉に導入して燃焼処理し、生じた燃焼灰を溶融スラグとなし、この溶融スラグを排出して冷却固化している。
【０００４】
このとき、熱分解反応器から排出される熱分解残留物には、上記熱分解カーボンを主体とする可燃物のほかに、例えば金属類や陶器や砂利あるいはコンクリート片等のガレキや、１００ｍｍ以上の比較的大型の不燃物が混在している。
【０００５】
このような大型不燃物を熱分解反応器の後段に配置した機器装置類で処理しようとすると、これらの装置類が大型になるという不都合がある。そのため、この大型不燃物を早期に除去する必要があり、本出願人らは、特開平１１−３２５４２２号公報に大型不燃物の分別装置を開示した。
【０００６】
これは、大型不燃物と小型不燃物とを分けるために、熱分解反応器である横型回転ドラムの後段に、片持式のスパイラル篩を接続し、横型回転ドラムから排出された熱分解残留物は、スパイラル篩の中で、小型のものはスパイラルの隙間（ピッチ）から落下し、大型の不燃物はスパイラルの回転に伴ってスパイラル先端部に移送され、大型不燃物の排出口から排出されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記スパイラル篩の設置されている環境は、約４００〜５００℃で、カーボンやタール分などの可燃性の粉体が充満しているので、空気を遮断する必要があり、また、水分濃度も１０％以上という劣悪な環境下にある。
【０００８】
また、カーボンや熱分解残渣などの漏出はエネルギロスにもつながるので、上記の例では、大型不燃物の排出口にはダンパを設置し、大型不燃物を排出するときのみ、ダンパを開けるようになっている。
【０００９】
そのため、スパイラル篩両サイドの一定高さの位置に発信器と受信器を配置し、スパイラル篩の回転軸を横切るようにして一方のサイドからマイクロ波を発射し、遮断物が送信器と受信器との間を横切る反応によって、一定高さ以上の大型不燃物をセンシングしてダンパを開閉するようにしていた。
【００１０】
しかしながら、スパイラル篩の回転する螺旋部材がマイクロ波を遮断したり、また、スパイラル篩の周辺雰囲気は、上述のようにカーボンやタール分などの粉体が充満しており、これがセンサ表面、あるいは前面を覆ってしまい、大型不燃物がセンサ送受信間にないのに検知信号を発信したりする誤作動が発生した。そのため、不必要にダンパが開き、空気の混入やエネルギロスが生じるという問題が生じた。
【００１１】
本発明の課題は、上記問題点を解決することで、廃棄物処理システムなどにおいて、熱分解ドラムから排出される熱分解残留物中の大型不燃物を、劣悪な環境下で確実に検知して分別することである。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、廃棄物処理システムにおいて、反射型マイクロ波センサを使用し、スパイラル篩の先端部から移送される熱分解残量物に向かって、スパイラルの回転軸と平行にマイクロ波を発射し、反射波を検知して大型不燃物を検知したとき開閉ダンパを開けて大型不燃物排出シュートに大型不燃物を落下させるようにした。
【００１３】
回転軸と平行な方向に発射されたマイクロ波は、スパイラルの螺旋部材に遮られることなく直進する。そのため、反射波によって確実に大型不燃物を検知できる。また、センサの設置は反射型のため１箇所で十分であり、簡単な構成で従来の誤動作を解消できた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、熱分解反応器の後段に接続した熱分解残留物の分別装置の模式的側断面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【００１５】
図１に示すように、熱分解反応ドラム５０の後段に接続された分別装置５１では、熱分解反応器である横型回転ドラムに、熱分解残留物を排出する排出筒体５２が設けられ、排出筒体５２から延在してスパイラル篩５３が設置されている。
【００１６】
スパイラル篩５３と排出筒体５２とが、熱分解反応ドラム５０の回転にしたがって同軸芯で回転するようになっている。なお、本例では、スパイラル篩５３は片持式のものが用いられている。
【００１７】
熱分解反応ドラム５０から排出されてきた熱分解残留物のうち、可燃物と灰分と小型不燃物はスパイラル篩５３の隙間から落下し、大型不燃物５４はスパイラルの回転とともに、スパイラルの先端部に移送される。スパイラル篩５３の先端部にはダンパ５５が設けられ、ダンパ５５を介して大型不燃物排出シュート５６が設置されている。
【００１８】
本実施形態では、スパイラル篩５３の先端部方向にマイクロ波を送受信するセンサ５７を配置した。センサ５７からのマイクロ波をスパイラル篩の回転軸とほぼ平行に発射し、大型不燃物５４からの反射波を受信することにより、大型不燃物を確認するようにした。
【００１９】
図２は、スパイラル篩５３の内部をセンサ５７から見た図である。スパイラル篩５３は図中の矢印５８方向に回転しているものとする。この場合、マイクロ波の発射方向は、図中に点線で示したエリア５９の範囲となる。スパイラルの回転により、大型不燃物が回転方向にずれるからである。
【００２０】
本発明では、スパイラル篩の内部に向けて、スパイラル篩の回転軸方向からマイクロ波を発射するので、マイクロ波がスパイラルに遮断されない。そのため、確実なセンシングが可能となり、誤作動が防止される。
【００２１】
次に、図３〜図５を参照して、本発明の分別装置に適用される送受信一体型のマイクロ波センサのいくつかの実施形態を説明する。これらのセンサ６０は、送受信型マイクロ波センサからなる内管６１と、内管６１を保護する外管６２とからなる二重管構造となっている。
【００２２】
分別装置の内部６３は、前述したように、高ダスト雰囲気で、可燃性ガスが充満し、温度が３００〜５００℃、水分濃度１０％以上で、タール分が高濃度に混じる劣悪な環境となっている。そのため、センサ表面に、カーボン、水、タールなどが付着して、誤作動を引き起こすという問題があった。
【００２３】
図３は、送受信一体型センサ６０の断面構成図である。本例のセンサ６０は、内管６１と外管６２との間に流したパージガス６４を、送受信型マイクロ波センサの送受信面６５の周囲から、送受信面６５に吹き付けてクリーンな状態を維持するようにした。
【００２４】
パージガスとしては、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスを使用し、流速１０〜３０（ｍ／S）が適当である。また、分別装置の稼動中は、パージガス６４を連続して吹き付けるようにするのが良い。また、パージガスとしては、スチーム（過熱蒸気）を使用することも可能である。
【００２５】
図４に示した例は、センサ送受信面６５の周囲に設けたパージガスの流出開口をスリット状にした例である。図４（ａ）はセンサの断面構成図、図４（ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視図である。
【００２６】
本例では、センサ６０の送受信面６５の周囲に、スリットリング６６を取り付けてある。スリットリング６６は、リング状金物にスリット孔６７を形成したものである。図３の例に比較して、パージガス６４の流出開口が細孔のため、流出速度が高くなり、パージガス量も経済的である。
【００２７】
図５に示した例は、図４の例のスリットリング６６を円弧状にして、送受信面の上部に設置した例である。図５（ａ）はセンサの断面構成図、図５（ｂ）はそのＣ−Ｃ矢視図である。
【００２８】
本例では、送受信面６４の上部に円弧状スリットリング６８を設置し、下部は送受信面６４から出っ張る部分がないように面一に処理した。こうすることにより、カーボンなどが堆積するほこり溜まりがなくなり、清掃などのメンテナンス上きわめて有利である。上部は、円弧状、半割状、半周状等、いずれでもよい。
【００２９】
次に、図６を参照して、送受信一体型マイクロセンサのさらに別の実施形態を説明する。本例の送受信型マイクロ波センサ７０は、送受信部７１の空隙や空洞に、マイクロ波を透過させるセラミックス７２を充填したものである。前記セラミックス７２は、耐熱性、対腐食性、また、絶縁性がよいセラミックスであって、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＮがある。
【００３０】
図６（ｂ）は、本発明における一実施形態を示し、センサの送受信部７１にはセラミックス７２が隙間なく充填されている。送受信面７３も、別の部材を取付けるのではなく、充填したセラミックスそのままの状態で構成されている。本例ではセラミックスを充填するステンレス製のケース７４を使用しているが、ケースなしでセラミックスのままでもよい。
【００３１】
図６（ａ）は、本発明の比較例の斜視図で、じょうご形の送受信部７１がステンレスで形成された中空型のセンサで、送受信面７３にはセラミックス板７４が取付けられたものである。本比較例では、セラミックス板の取り付け部の隙間などから、送受信部の空洞内にダストや水分が進入し、誤作動などの原因となる恐れが多分にある。
【００３２】
なお、スパイラル篩は、分離すべき熱分解残留物の大きさや性状に合わせて選定され、一定間隔または長手方向に変化した適当なピッチ間隔（本例では１００〜５００ｍｍ）でスパイラル状に形成される。また、先端に向かって同じ径のままか、または、次第に径が大きくなる螺旋形状に形成されている。
【００３３】
次に、本発明になる分別装置を備えた廃棄物処理システムについて説明する。図７は、廃棄物処理システムの一例を示す系統図である。都市ごみ等の可燃物を含む廃棄物ａは、廃棄物供給装置１を経由して熱分解反応器２に供給される。
【００３４】
この熱分解反応器２の内部は低酸素雰囲気に保持されるとともに、燃焼溶融炉１７の後流側に配置した高温空気加熱器により、５００〜５５０℃に加熱された加熱空気ｂが、ラインＬ１から熱分解反応器２の伝熱管に供給される。
【００３５】
この高温の加熱空気によって、熱分解反応器２内に供給された廃棄物は、３００〜６００℃に、通常は４５０℃程度に加熱され、熱分解されて、主として不揮発性の熱分解残留物と熱分解ガス（乾留ガス）Ｇ１とを生成する。なお、熱分解ガスＧ１はラインＬ２を経由して燃焼溶融炉１７に供給される。
【００３６】
ところで、熱分解反応器から排出される熱分解残留物は、廃棄物の種類によって種々異なるが、日本国内の都市ごみの場合、本発明者らの知見によれば、
大部分が比較的細粒の可燃分            １０〜６０％
比較的細粒の灰分                        ５〜４０％
粗粒金属成分                            ７〜５０％
粗粒瓦礫、陶器、コンクリート等        １０〜６０％
より構成されていることが判明している。
【００３７】
本発明は、このような熱分解残留物のうち、例えば金属類や陶器や砂利あるいはコンクリート片等のガレキなど、１００ｍｍ以上の比較的大型の不燃物を確実に取り除くために、熱分解反応器の後段に接続した分別装置６に特別の工夫を施した。
【００３８】
すなわち、本システムの分別装置６は、図７中Ａで示すように、スパイラル篩７や送受信一体型マイクロセンサ９を備え、センサ９で検知した大型不燃物は、ダンパ８を介して排出シュート１０から排出する。
【００３９】
以上のように、大型不燃物排出シュート１０側に移送された大型の熱分解残留物からは、熱分解反応器２内で熱分解されて微粉化された可燃物が、スパイラル篩７ですでに除去されているため、殆どが金属やガレキ等の不燃物で構成されている。
【００４０】
一方、微細な粒子または比較的小径の粒子よりなる熱分解残留物は、スパイラル篩７のピッチ間隙より落下し、この落下した熱分解残留物ｃ１は、廃棄物ａ中の可燃物と灰分と小型のガレキ等の不燃物で構成される。
【００４１】
この落下した熱分解残留物ｃ１は、冷却装置１９に供給され、ここで酸化の恐れのない温度、例えば８０℃程度まで冷却された後、分離装置２０において小型の不燃物ｄと可燃物ｅとに分離される。
【００４２】
そして、この可燃物ｅは粉砕機２１において例えば１ｍｍ以下の微粉に粉砕され、この粉砕された燃焼性成分ｅ１は、ラインＬ３を経て溶融炉１７のバーナ１８に供給される。溶融炉１７には、さらに、ラインＬ２からの乾留ガスＧ１と、押込送風機２２によりラインＬ４からの燃焼用空気ｆとが、バーナ１８を経て供給される。
【００４３】
燃焼性成分ｅ１は、乾留ガスＧ１および燃焼用空気ｆにより、溶融炉１７内で約１，３００℃程度の高温域で燃焼し、このとき生じた燃焼灰と燃焼性成分ｅ１中に混入している灰分とは溶融し、溶融スラグｇとなって水槽２３に落下し冷却固化される。
【００４４】
溶融炉１７内の燃焼ガスＧ２はラインＬ５から、図示しない空気加熱器、および廃熱ボイラ２４により熱回収されるとともに、集塵装置２５により除塵され、かつ、ガス洗浄装置２６により洗浄され、比較的低温のクリーンな排ガスＧ３となって大部分が煙突２７から放出される。
【００４５】
なお、廃熱ボイラ２４により得られた蒸気Ｓは、発電装置２８により発電に利用される。また、煙突２７の前段側には誘引送風機２９が設置されている。また、分別装置６内を低酸素雰囲気を保持するためのシール機構３０、３１は、例えば、二重ゲート弁等により構成されている。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、送受信一体型マイクロセンサをスパイラル回転軸方向から照射することにより、マイクロ波が回転するスパイラル部材に遮断されず、また、劣悪な環境下においても、大型不燃物を確実に検知できる。なお、上記の例では、マイクロ波を用いているが、光、超音波、あるいはレーザを使用することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明によれば、廃棄物処理システムなどの熱分解回転ドラムの後段に接続した分別装置において、スパイラル篩の先端部方向に送受信一体型のマイクロセンサを配置し、スパイラル回転軸とほぼ平行に、スパイラル内にマイクロ波を発射し、その反射波を検知することにより、確実に大型不燃物を取り出すことができる。
【００４８】
そのため、誤作動による空気の漏れ込みや熱分解ガスの漏出が防止され、さらに、大型不燃物が取り除かれることなく、そのまま廃棄物処理システムの系内に滞留することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分別装置の一実施形態を示す断面構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明における送受信一体型マイクロセンサの第１の例を示す断面構成図である。
【図４】本発明における送受信一体型マイクロセンサの第２の例を示す断面構成図である。
【図５】本発明における送受信一体型マイクロセンサの第３の例を示す断面構成図である。
【図６】本発明における送受信一体型マイクロセンサの別の例を示す斜視図である。
【図７】本発明による分別装置を備えた廃棄物処理システムの系統図である。
【符号の説明】
１  廃棄物供給装置
２  熱分解反応器
６  分別装置
７  スパイラル篩
８  ダンパ
９  送受信一体型マイクロセンサ
１０  排出シュート
１７  溶融炉
５０  熱分解回転ドラム
５１  分別装置
５２  排出筒体
５３  スパイラル篩
５４  大型不燃物
５５  ダンパ
５６  排出シュート
５７、６０  送受信一体型マイクロセンサ
６３  分別装置内部
６４  送受信面
６６  スリットリング
６８  円弧状スリットリング
７０  送受信型マイクロ波センサ
７１  送受信部
７２  セラミックス
７３  送受信面
【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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【図７】
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