(57)【要約】【課題】流動媒体との接触により廃棄物を熱分解ガスと固形分とに分離する流動床式ガス化炉と、前記熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉とを有する廃棄物焼却装置で、熱回収工程において溶融した塩化物が付着、固着し、塩素系ガスにより熱交換器が腐食されることを抑制する。【解決手段】熱分解ガスＪを燃焼炉３１で燃焼させ、固形分Ｆを、流動媒体Ｃとともに流動床式ガス化炉２１から排出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動床式焼却炉を用いて可燃性廃棄物を焼却する廃棄物焼却装置において、
流動媒体との接触により前記可燃性廃棄物を熱分解ガスと固形分とに分離する流動床式ガス化炉と、前記熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉とからなる、廃棄物焼却装置。
【請求項２】
前記固形分を、前記流動媒体とともに前記流動床式ガス化炉から排出することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却装置。
【請求項３】
上記燃焼炉から排出された排ガスが有する顕熱を粒状媒体に移し、その粒状媒体の顕熱をより低温である上記排ガス以外のガスに移す粒状媒体式熱交換器を有する、請求項１又は２に記載の廃棄物焼却装置。
【請求項４】
上記顕熱を回収した上記ガスからその顕熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器に顕熱を移した上記ガスを上記粒状媒体式熱交換器に送る循環配管とを有し、
上記ガスを前記熱交換器と上記粒状媒体式熱交換器との間で循環させることを特徴とする、請求項３に記載の廃棄物焼却装置。
【請求項５】
上記粒状媒体式熱交換器で上記ガスに回収された顕熱により発電する発電機と、上記流動床式ガス化炉から排出した上記固形分を前記発電機で発電した電力により電気溶融させる電気式溶融炉とを有し、
上記固形分を溶融スラグとして回収可能であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の廃棄物焼却装置。
【請求項６】
流動媒体を用いた流動床式ガス化炉により、廃棄物から熱分解ガスと固形分とを生じさせ、前記固形分と分離させた前記熱分解ガスのみを燃焼炉に送り燃焼させることを特徴とする、廃棄物焼却方法。
【請求項７】
上記固形分を上記流動媒体とともに上記流動床式ガス化炉から排出して、上記固形分が上記燃焼炉で溶融することを防ぐ、請求項６に記載の廃棄物焼却方法。
【請求項８】
上記燃焼炉で生じる排ガスが有する顕熱を、流動媒体を介してガスに移し、そのガスが有する顕熱により発電した電力により、上記固形分を電気溶融させることを特徴とする、請求項６又は７に記載の廃棄物焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可燃性廃棄物の焼却装置において、塩化物から生じる塩素系ガスによる装置の腐食を抑制する方法とそれを行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミや産業廃棄物等の廃棄物には塩化物が含まれている。この塩化物は、従来廃棄物の焼却装置に用いられてきた溶融炉における高温環境で熱溶融すると、高粘度の液体となって焼却装置やその後の熱回収装置内に付着、固着などを引き起こして、熱効率を低下させたり、煙道を閉塞させたり、場合によっては装置全体を停止させることがあった。このため、清掃、保守点検等の運用上の負担が大きかった。
【０００３】
これに対して、流動砂に廃棄物を接触させて焼却する流動床式焼却炉を用いて焼却すると、塩化物の溶融、飛散を、流動砂が抑えるために、塩化物の付着、固着を抑制することができた。ただし、流動床式は激しく流動する流動砂のために、燃焼条件が変動し易いため、特許文献１に記載のように、廃棄物のガス化を行うガス化炉と、そこで生じた熱分解ガスの燃焼を行う燃焼室とを分離することで、燃焼条件を安定させることが行われている。このようにすることで、燃焼自体は高温で行うことができ、その高熱による熱エネルギーを有する排ガスから、効率的に熱回収が出来るようになった。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２００８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、流動床式焼却炉を用いたとしても、塩化物の溶融と、それに伴う、排ガスへの塩化物の同伴は完全に止めることは出来ず、塩化物に由来する塩化水素などの塩素系化合物のガスが、熱回収のための配管を腐食させたりすることがあった。
【０００６】
そこでこの発明は、流動床式焼却炉を用いた廃棄物の焼却にあたって、塩化物の溶融を抑制し、燃焼室への塩化物の進入と、それにより生じる熱回収工程での塩化物の付着や塩化物による腐食が起こる可能性をより低減させた焼却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、流動床式の炉をガス化炉として用い、流動媒体との接触により可燃性廃棄物をガス化させつつも、そこでは焼却を行わず、前記流動床式ガス化炉で発生した熱分解ガスを別途設けた燃焼炉で燃焼させることで、上記の課題を解決したのである。
【０００８】
すなわち、流動床式焼却炉で可燃性廃棄物を一挙に焼却までしてしまうと、廃棄物が含有する塩化物まで焼却溶融されてしまうが、流動床式のガス化炉で廃棄物を焼却まではさせずに、燃焼させて熱分解ガスと固形分とに分けることまで行い、熱分解ガスのみを別途燃焼炉に送って高温で燃焼することで、塩化物を含む固形分が燃焼炉で溶融されることを防ぐことができる。これにより、排ガスに塩化物が含まれることを抑制することができる。また、熱分解ガスと分離した固形分は、上記流動媒体とともに炉外に排出することで、容易に燃焼炉から除外することができる。
【０００９】
また、炉外に排出された固形分は、熱分解ガスや排ガスへの影響を気にすることなく、燃焼させずに電気加熱などにより別途溶融処理を行うことができるので、固形分の処理が不十分となることはない。この電気加熱にあたっては、燃焼炉で得られる熱を用いて発電した電力を利用することが出来る。
【００１０】
燃焼炉で得られる熱の回収には、燃焼炉から排出された排ガスが有する顕熱を一旦粒状媒体に移した後に、その粒状媒体からより低温である別のガスに移す、粒状媒体式熱交換器を用いることができる。また、そのガスから顕熱を回収する熱交換器と、熱交換器に顕熱を移したガスを上記粒状媒体式熱交換器に循環させる循環配管を設けることで、ガスを循環させて利用し続けながら顕熱の回収を続けることができる。こうして回収した顕熱により発電する発電機と、その電力により駆動する電気式溶融炉を備えると、その電気式溶融炉を用いて、上記固形分を燃焼炉で燃焼させなくても、電気溶融させて溶融スラグとして回収することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によると、燃焼させる熱分解ガスを予め固形分と分離した上で無駄なく燃焼させることができるので、別途固形分の分離を行って熱量を無駄にすることなく、塩化物の影響を無視して十分に高温で燃焼させる燃焼炉において高い割合で熱量を回収することが出来る。なおかつ、燃焼炉で生じる排ガスに含まれる塩化物の量を抑えることができるので、保守点検等の運用上の負担を減らすことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明にかかる焼却装置の構成について図１に示す実施形態により説明する。
まず、流動床式ガス化炉２１では、廃棄物投入口２２から投入された可燃性の廃棄物Ａを、下部で流動する砂層２３において、熱分解させる。砂層２３は、下部から供給される空気Ｂにより流動、燃焼するものであり、接触した廃棄物Ａを燃焼させつつ熱分解させて、固形分Ｆと熱分解ガスＪとに分離させる。砂層２３は、流動媒体投入口２６から投入された、珪砂などのセラミックス粒子からなる流動媒体Ｃと、廃棄物Ａ中の気体化しない成分である固形分Ｆとからなり、それらの混合物Ｄは、順次、流動床式ガス化炉２１の下部口から排出され、砂排出機２４に送られることで、熱分解ガスＪと分離される。砂排出機２４では、冷却水Ｅにより混合物Ｄを冷却した上で、砂分級機２７に送る。砂分級機では、大きさにより流動媒体Ｃと固形分Ｆとを分離する。分離されたうち、流動媒体Ｃは、砂循環エレベータを用いて砂ロックホッパ２５に送られ、順次、新たな流動媒体Ｃとして流動床式ガス化炉２１内に再度供給される。
【００１３】
一方、固形分Ｆは別途処理される。この固形分Ｆには、廃棄物Ａに由来する塩化物が含まれており、この塩化物が熱分解ガスＪの燃焼を行う後述の燃焼炉３１等に入り込まないように、後述する別の処理ラインへ送って、燃焼させずに分離させた後、電気加熱により溶融させてスラグにする。
【００１４】
上記のような固形分Ｆと熱分解ガスＪとの分離を好適に行うため、流動床式ガス化炉２１の温度は、１１００℃程度であることが必要である。高温すぎると、固形分Ｆに含めて排出させるはずの塩化物が流動床式ガス化炉２１内で溶融して飛散してしまうことで、熱分解ガスＪに同伴して、その後の燃焼工程に混入してしまう。一方で、これより低すぎると、十分な熱分解がされず、廃棄物の処理が滞ってしまう。なお、砂層２３での熱分解にあたっては、助燃バーナ２９が燃焼を補助することで、熱分解に最適な温度に調整する。
【００１５】
上記の流動床式ガス化炉２１内の空気比は、０．１以上０．３以下であると好ましい。空気比が０．１未満であると、熱分解のための燃焼までもが不十分になってしまうおそれがあるためである。一方で、０．３を超える空気が供給されていると、熱分解だけでなく、生成した熱分解ガスＪまでも燃焼しすぎてしまい、流動床式ガス化炉２１内部の温度が上記の温度範囲を上回り、塩化物の溶融が起こってしまうおそれがある。また、この程度の空気比とすることで、流動床となる砂層２３の体積をコンパクトにまとめることができる。なお、空気比とは、投入された廃棄物の熱分解ガスＪと助燃剤とを完全燃焼させるのに必要な理論空気量に対する、実際に供給された空気Ｂの比である。
【００１６】
熱分解ガスＪは、流動床式ガス化炉２１の頂上部から、燃焼炉３１へ送られる。これは、固形分Ｆの細かい粒子が熱分解ガスＪに同伴するのを、炉の出口の高さにより抑制し、固形分Ｆに含まれる塩化物が燃焼炉３１に進入するのを防ぐためである。燃焼炉３１では、燃焼用空気Ｋを導入し、再燃バーナ３２により点火して、熱分解ガスＪを十分に燃焼させる。
【００１７】
また、燃焼炉３１内の温度は、出口温度が１１００℃程度であると好ましい。この発明では、固形分Ｆに含まれる塩化物が燃焼炉３１内に進入することを十分に抑制しているため、このような高温にしても、塩化物の溶融とそれに伴う高粘度物質の付着や固着等を考慮する必要がない。このため、十分に燃焼できる温度にすることができる。ただし、この温度をさらに上回ると、熱負荷が高くなりすぎてしまう。
【００１８】
上記の流動床式ガス化炉２１及び燃焼炉３１で使用する空気Ｂ及び燃焼用空気Ｋを合わせた空気比は、１．０以上１．４以下程度であると好ましい。空気比１．０以下では熱分解ガスＪを完全に燃焼させることが出来ないからである。より好ましくは１．２以上である。一方で、１．４を超えると、特に燃焼炉３１での燃焼用空気Ｋが無駄に多い分、熱損失が生じてしまい、燃焼効率が悪くなってしまう。
【００１９】
燃焼炉３１で熱分解ガスＪを燃焼させたことで生じる燃焼灰Ｌは、燃焼炉３１の下部に設けた燃焼灰排出口３３から排出する。また、燃焼後の二酸化炭素や水などからなる高温排ガスＭは、熱回収のため、排ガス煙道３４を通して粒状媒体式熱交換器３５に送られる。
【００２０】
上記の高温排ガスＭが有する熱を熱交換器で回収すると、焼却装置全体の熱効率上好ましい。しかし、燃焼炉３１の燃焼温度に応じた１１００℃程度の温度となっており、そのままでは通常の気体による熱交換器で熱回収することが難しい。また、固形分Ｆの混入を十分に抑制し、溶融した塩化物の付着や固着については考慮する必要が無くなっているものの、塩化物に由来する塩化水素などの塩素系ガスについては、完全に同伴を防ぐことは難しく、高温排ガスＭにもわずかながら塩素系ガスが含まれている。このため、高温排ガスＭを直接に熱交換器の伝熱管に通して熱交換を行おうとすると、高温の塩素系ガスによる伝熱管の腐食が避けられない。そこで、熱回収にあたっては、高温排ガスＭから一旦固体の粒状媒体Ｎに顕熱を移動させ、その顕熱を排ガス以外のガスに移動させ、そのガスを通常の気体による熱交換器に導入するようにして、高温排ガスＭの熱を間接的に利用することによって熱交換器の腐食を防ぐ。ここで、排ガス以外のガスとは、前記塩素系ガスを同伴しないものであればよく、空気を用いるとよい。この顕熱を受け取ったガスは、６００℃程度の熱風として得ることができ、高温排ガスＭと比べて熱交換で利用しやすい温度となる。
【００２１】
上記の粒状媒体Ｎを介した、間接的な冷却空気Ｓへの顕熱の移動を、粒状媒体式熱交換器３５で行う。この粒状媒体Ｎは、高温排ガスＭの熱に直接曝されてもよいだけの耐熱性を有する必要があり、酸化珪素やアルミナなどのセラミックスの粒子を用いると好ましい。粒状媒体式熱交換器３５の上部に設けられたホッパ４０から導入された粒状媒体Ｎは、粒状媒体式熱交換器３５の内部に複数段設けられたトレイ３６に順次落下し、その間に、排ガス煙道３４から導入された高温排ガスＭの有する顕熱を回収する。顕熱を回収して高温になった粒状媒体Ｎは、粒状媒体式熱交換器３５の下部に設けられた下部熱交換室３７で、上記の排ガス以外のガスである冷却空気Ｓに、回収した顕熱を放出して熱交換する。顕熱を放出した粒状媒体Ｎは、粒状媒体式熱交換器３５の下部から排出され、エアリフタ３９に送られる。エアリフタ３９では、供給される粒状媒体循環用空気Ｑにより、粒状媒体Ｎをホッパ４０まで上昇させる。これにより、一旦顕熱を放出して冷却された粒状媒体Ｎを再び高温排ガスＭからの顕熱回収に利用して、循環させる。
【００２２】
一方で、粒状媒体Ｎから顕熱を受け取った冷却空気Ｓは、ダスト除去装置３８でダスト分Ｏを回収した上で、受け取った顕熱を通常の気体による熱交換器に導入して、熱利用を行う。高温排ガスＭが有していた塩素系ガスを含んでいないため、一般的な熱交換器での熱回収が可能だからである。例えば、図１の実施形態のように、蒸気加熱器４２に導入して加熱空気Ｔと熱交換して、この冷却空気Ｓが有していた顕熱により、タービン発電機４３を駆動させる装置が挙げられる。このタービン発電機４３により得られる電力Ｘは、焼却装置内の運用に用いてもよいし、特に用途が限られるものではない。この電力Ｘを利用することにより、焼却装置全体での熱効率が向上する。
【００２３】
なお、蒸気加熱器４２で顕熱を放出して冷却された冷却空気Ｓは、蒸気加熱器４２と粒状媒体式熱交換器３５の下部熱交換室３７との間を循環する循環配管４４を通じて、再び下部熱交換室３７に導入され、粒状媒体Ｎから顕熱を受け取り、蒸気加熱器４２との間を循環する。
【００２４】
上記の粒状媒体Ｎに顕熱を放出した排ガスは、粒状媒体循環用空気Ｑと合わさり、６００℃前後にまで冷却された冷却排ガスＲとなる。それでもまだ回収すべき顕熱を十分に有しているので、廃熱ボイラ４１に導入し、水の蒸発に用いる。この冷却により、排ガスに含まれていた、高温のために気体だった成分が凝縮、凝固して、新たな灰分であるボイラ溶融飛灰Ｕ，Ｖが生じる。これらは廃熱ボイラ４１の下部から別途排出し、冷却された排ガスＷと分離する。この排ガスＷは、その後、さらに減温し、有害成分やダストを除去した後に系外へ放出する。
【００２５】
また、廃熱ボイラ４１で生じる加熱空気Ｔは、上記の蒸気加熱器４２に導入して熱交換したり、流動床式ガス化炉２１で用いる空気Ｂとして利用する。
【００２６】
一方、流動床式ガス化炉２１で、下部から排出された固形分Ｆは、熱分解残渣ａとして、細かく分類して処理することが好ましい。まず、磁選機５１で鉄物ｂと非鉄残渣ｃとを分離する。鉄物ｂは鉄物バンカ５３に送り、鉄を再利用する。一方、非鉄残渣ｃはアルミ選別機５２で残渣ｄとアルミ分ｅとに分離し、残渣ｄは残渣バンカ５４に、アルミ分ｅはアルミバンカ５５に送る。このうち、残渣ｄにはなお塩化物が含まれており、そのままでは扱いにくく、体積もかさばる。このため、減容も兼ねて溶融処理を行うと好ましい。ここで溶融すると、燃焼炉３１やその後の熱回収工程とは無関係に高熱処理ができるので、塩化物が含まれていても問題なく溶融処理を行って溶融スラグ（溶融塩ｆ）を得ることができる。この溶融は燃焼炉を用いてもよいが、上記のタービン発電機４３で発電した電力Ｘを用いて電気溶融させる電気式溶融炉６１で溶融させると、燃焼装置全体での熱利用を効率的に行うことができるので好ましい。
【００２７】
この発明にかかる焼却装置を用いて、上記のように固形分Ｆと分離させた熱分解ガスＪのみを燃焼炉３１に送り燃焼させ、固形分Ｆは流動媒体Ｃとともに流動床式ガス化炉２１から排出するようにして、固形分Ｆと熱分解ガスＪとを分離することで、塩化物が燃焼工程及び熱回収工程に混入して、燃焼炉で溶融することを防ぎ、燃焼炉を十分に高熱の状態で運用することができる。
【００２８】
このような方法で得られた排ガスには塩化物がほとんど含まれていないため、粒状媒体を介して排ガス以外のガスに顕熱を移す熱交換器での、溶融塩化物の付着や固着による閉塞や停止を防ぎ、熱回収工程を円滑に運用することができ、焼却装置全体の運用効率を向上させることができる。また、顕熱を受け取ったガスを発電に用い、燃焼炉とは別のラインで固形分Ｆの電気溶融を行うことで、熱回収工程とは関係なく、溶融スラグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明を実施する焼却装置の実施形態を示す図
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  廃棄物
Ｂ  空気
Ｃ  流動媒体
Ｄ  混合物
Ｅ  冷却水
Ｆ  固形分
Ｊ  熱分解ガス
Ｋ  燃焼用空気
Ｌ  燃焼灰
Ｍ  高温排ガス
Ｎ  粒状媒体
Ｏ  ダスト分
Ｑ  粒状媒体循環用空気
Ｒ  冷却排ガス
Ｓ  冷却空気
Ｔ  加熱空気
Ｕ，Ｖ  ボイラ溶融飛灰
Ｗ  排ガス
Ｘ  電力
ａ  熱分解残渣
ｂ  鉄物
ｃ  非鉄残渣
ｄ  残渣
ｅ  アルミ分
ｆ  溶融塩
２１  流動床式ガス化炉
２２  廃棄物投入口
２３  砂層
２４  砂排出機
２５  砂ロックホッパ
２６  流動媒体投入口
２７  砂分級機
２８  砂貯蔵機
２９  助燃バーナ
３１  燃焼炉
３２  再燃バーナ
３３  燃焼灰排出口
３４  排ガス煙道
３５  粒状媒体式熱交換器
３６  トレイ
３７  下部熱交換室
３８  ダスト除去装置
３９  エアリフタ
４０  ホッパ
４１  廃熱ボイラ
４２  蒸気加熱器
４３  タービン発電機
４４  循環配管
５１  磁選機
５２  アルミ選別機
５３  鉄物バンカ
５４  残渣バンカ
５５  アルミバンカ
６１  電気式溶融炉
【図１】
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