(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎａ・Ｋ・Ｐ・Ａｌ・Ｓという凝集成分を多く含む廃棄物を炉本体に投入し、ベッド部の温度を５００℃〜９００℃に設定して前記廃棄物を半溶融状態で粒状化し、この半溶融粒子を流動媒質として用いて廃棄物を流動燃焼させ、可燃分を炉本体の主燃焼室で完全燃焼して排気管から排気し、流動媒質である前記半溶融粒子を灰分として抜出管から排出して回収することを特徴とする凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法。
【請求項２】
前記抜出管の近傍を水冷して灰分が抜出管近傍に固着することを防止する請求項１に記載の凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法。
【請求項３】
前記ベッド部の温度が適正温度より低い場合に、ベッド部に供給される１次空気を予熱装置を介して昇温し、昇温された１次空気をベッド部に供給してベッド部温度を適正温度に昇温調整する請求項１に記載の凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法。
【請求項４】
前記ベッド部の温度が適正温度より高い場合に、ベッド部に水を噴霧してベッド部温度を適正温度に低温調整する請求項１に記載の凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法。
【請求項５】
廃棄物投入装置から投入された廃棄物を流動燃焼させる炉本体と、１次空気を昇温調整する予熱器と、この予熱された１次空気を炉本体のベッド部に供給してベッド部温度を昇温調整する１次空気ノズルと、ベッド部に水を噴霧してベッド部温度を低温調整する水噴霧装置と、炉本体のベッド部から不燃分の灰分を除去する抜出管と、抜出管の近傍を水冷して灰分が固着することを防止する水冷ジャケットから構成されることを特徴とする凝集成分を含む廃棄物の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみ等の廃棄物を流動燃焼させる流動層式燃焼方法に関し、更に詳細には、Ｎａ・Ｋ・Ｐ・Ａｌ・Ｓ等からなる凝集成分を比較的多く含む廃棄物を燃焼させる場合に、これらの凝集成分を半溶融状に融解させて半溶融粒子とし、この半溶融粒子を流動媒質として廃棄物を流動燃焼させ、凝集成分を灰分として効率的に回収する凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物には都市ごみや産業廃棄物など各種の廃棄物が含まれる。廃棄物をその融点で分類すると、融点の高い廃棄物から融点の低い廃棄物にまで分けられる。一般に、廃棄物を燃焼すると可燃性物質が排ガスとして除去され、最後に不燃性物質が残留する。本発明では、この不燃性残留物の内、融点が５００℃〜９００℃に分布する不燃性残留物を凝集成分と呼び、この凝集成分を多く含む廃棄物を凝集性廃棄物と称する。
【０００３】
凝集成分の主要構成元素はナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、リン（Ｐ）であり、その他にアルミニウム（Ａｌ）、イオウ（Ｓ）等がある。凝集成分は灰分として回収される物質であり、例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｋ2ＳＯ4等である。
【０００４】
単一物質の融点が９００℃を超えたとしても、２物質の混合物の融点が９００℃以下になれば、この混合物質は凝集成分の概念に含まれる。このように混合物質の融点が下がる例として、ＮａＣｌとＫＣｌの混合物を例に挙げ説明する。ＮａＣｌの融点は８０３℃であり、ＫＣｌの融点は７６８℃であることが知られている。しかし、ＮａＣｌにＫＣｌを添加すると、凝固点降下により融点は７００℃以下に低下するため、ＮａＣｌとＫＣｌの混合物も凝集成分となる。
【０００５】
これらの凝集成分を含む廃棄物を凝集性廃棄物と称している。凝集性廃棄物には、例えば、醤油粕、コーヒー粕、麦わら等があり、この凝集性廃棄物を燃焼すると、可燃物は排ガスとして除去されるが、不燃物が凝集成分として残留し、燃焼装置の壁面に固着したり、ダクトを閉塞させたりして燃焼運転を妨げたり、燃焼炉の故障の原因となったりしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ダイオキシン類の問題から、都市ごみの燃焼温度を上昇させる傾向がある。ダイオキシンは低温燃焼で発生することが分かり、高温燃焼すればその発生を抑制すると同時に、発生したダイオキシン類やその前駆体を分解できることも分かった。そこで、燃焼温度を８５０℃以上（９００℃以上が望ましい）、滞留時間２秒以上、効果的な燃焼ガスの攪拌により、ダイオキシンを発生させずにごみを完全燃焼する対策が定着しつつある。
【０００７】
多くの廃棄物に対してこの高温燃焼技術が導入されている。ところが、前述した凝集性廃棄物に対してこの高温燃焼法が適用されると、８５０℃以上の加熱が行なわれるため、凝集性廃棄物の不燃分として残留していた凝集成分のほとんどがガスとして蒸発し、排ガスとして排出されることになる。
【０００８】
この高温燃焼法では、燃焼装置の主燃焼室やベッド部は８５０℃以上に設定されているが、これらの高温領域から遠ざかるに従い次第に低温化し、表面温度が８００℃以下の領域が色々存在する。従って、蒸発した凝集成分は凝集排ガスとして炉本体の上方から排出されるが、前記低温領域の壁面に凝集ガス成分が凝集して灰の固まり（以下、クリンカーと言う）が生成される。このクリンカーは壁面に固着するため容易には剥落できない厄介な固形物である。
【０００９】
このクリンカーはダクトを閉塞したり、燃焼異常を引き起こしたり、流動媒質として砂を使用すると、流動砂が固着して焼却炉の運転を停止させる等、種々の故障を生起する原因となっていた。
【００１０】
従って、本発明の目的は、凝集成分を有する難処理性廃棄物（又は凝集性廃棄物）をクリンカーを発生させること無く燃焼処理できる凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、廃棄物を炉本体に投入して流動媒質と共に沸騰状態に燃焼させ、可燃分を燃焼室内で完全燃焼させた後排ガスとして排気管から排気し、不燃分はベッド部の抜出管から灰分として排出する流動層式燃焼方法において、Ｎａ・Ｋ・Ｐ・Ａｌ・Ｓという凝集成分を多く含む廃棄物を炉本体に投入し、前記ベッド部の温度を５００℃〜９００℃に設定して前記廃棄物を半溶融状態で粒状化し、この半溶融粒子を前記流動媒質として用いて廃棄物を流動燃焼させ、可燃分を炉本体の主燃焼室で完全燃焼して排気管から排気し、流動媒質である前記半溶融粒子を灰分として抜出管から排出して回収することを特徴とする凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、前記抜出管の近傍を水冷して灰分が抜出管近傍に固着することを防止する請求項１に記載の凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法である。
【００１３】
請求項３の発明は、前記ベッド部の温度が適正温度より低い場合に、ベッド部に供給される１次空気を予熱装置を介して昇温し、昇温された１次空気をベッド部に供給してベッド部温度を適正温度に昇温調整する請求項１に記載の凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法である。
【００１４】
請求項４の発明は、前記ベッド部の温度が適正温度より高い場合に、ベッド部に水を噴霧してベッド部温度を適正温度に低温調整する請求項１に記載の凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法である。
【００１５】
請求項５の発明は、廃棄物投入装置から投入された廃棄物を流動燃焼させる炉本体と、１次空気を昇温調整する予熱器と、この予熱された１次空気を炉本体のベッド部に供給してベッド部温度を昇温調整する１次空気ノズルと、ベッド部に水を噴霧してベッド部温度を低温調整する水噴霧装置と、炉本体のベッド部から不燃分の灰分を除去する抜出管と、抜出管の近傍を水冷して灰分が固着することを防止する水冷ジャケットから構成されることを特徴とする凝集成分を含む廃棄物の燃焼装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、融点が５００℃〜９００℃の凝集成分を有する凝集性廃棄物を焼却して、その灰分を効率的に回収するために鋭意研究した結果、炉本体のベッド部をその融点である５００℃〜９００℃に設定して凝集成分を半溶融状の粒子にし、砂の代わりにこの半溶融粒子を流動媒質として凝集性廃棄物を沸騰状態で効率的に燃焼させ、半溶融粒子を灰分として効率的に回収する燃焼方法を創案するに到った。
【００１７】
この燃焼方法では、ベッド部温度が５００℃〜９００℃に設定されるから、凝集成分は半溶融状態になって粒子化するだけで、凝集成分の蒸発はほとんど生起しない。つまり、凝集成分は排ガスとして排出されないから、ダクトなどの低温部分に凝集して固着することがなく、燃焼装置の配管系を清浄に保持することができる。
【００１８】
半溶融粒子となった凝集成分は、１次空気の吹き込みにより沸騰状態となり、沸騰乱舞する半溶融粒子により凝集性廃棄物は微細化されると共に確実に燃焼され、可燃成分は燃焼により排ガスとなって効率的に排気除去される。
【００１９】
また、流動媒質として砂を用いないから、炉本体が流動乱舞する砂によって損傷されることが無く、炉本体の耐久性を向上できる。また、不燃成分が凝集成分として半溶融粒子となり、この半溶融粒子はベッド部の底部又は上部から抜出管を通して排出され、低温化すると灰分として効率的に回収される。
【００２０】
以下に、本発明に係る凝集成分を含む廃棄物の燃焼方法及びその装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る燃焼装置の実施形態の概略構成図である。炉本体２は上部の主燃焼室４と下部の廃棄物が堆積されるベッド部６から構成される。廃棄物Ａは廃棄物投入装置８から炉本体２に投入される。
【００２２】
１次空気Ｂは予熱装置１０を介して供給管３０に供給され、１次空気ノズル３２からベッド部６に熱風として吹き込まれる。予熱装置１０は１次空気Ｂを予熱しないで供給するバイパスライン１４と、予熱して供給するメインライン１２の２系統から構成される。バイパスライン１４は流量調節器２６、１次空気供給部２８に連続し、流量調節された常温の１次空気Ｂをそのまま１次空気ノズル３２からベッド部６に送られる。つまり、バイパスライン１４は空気の供給だけでなく、ベッド部温度を空冷する場合にも用いられる。
【００２３】
メインライン１２から流入した１次空気Ｂは流量調節器１６により流量調節され、ヒータ２０を内装した予熱器１８により所定温度に予熱され、１次空気供給部２８に供給される。この予熱された１次空気Ｂは１次空気ノズル３２からベッド部６に供給され、ベッド部６における廃棄物Ａの燃焼を助勢する。予熱された１次空気Ｂの供給を遮断する場合には、放出ライン２２と流量調節器２４により予熱空気を外部へ放出する。
【００２４】
凝集性の廃棄物Ａが廃棄物投入装置８から投入されると、廃棄物Ａはベッド部６で燃焼し、可燃分は燃焼して揮発分３６となって主燃焼室４へと上昇する。吹込ノズル３８から吹き込まれた２次空気Ｃが揮発分３６を完全燃焼させ、完全燃焼ガス４０として排気管４１から排出され、排ガスＤが後段の装置へと排出されてゆく。
【００２５】
ベッド部６は凝集性の廃棄物Ａの凝集成分、つまり不燃分を融解させる温度に設定される。本発明では、凝集成分の融点は５００℃〜９００℃と定義されるので、ベッド部６の温度はその融解温度範囲、即ち、５００℃〜９００℃に調整される。従って、凝集成分はベッド部６において半溶融状態に融解され、表面張力によって半溶融状の粒子形態をとる。
【００２６】
この半溶融粒子はベッド部６の中に無数に形成され、予熱された１次空気Ｂの供給によって乱舞しながらベッド部６の全体を沸騰状態に流動化させる。つまり、本発明では、凝集成分の半溶融粒子が流動媒質となり、この流動媒質の沸騰によって凝集性の廃棄物Ａが砕片化されると共に効率的に燃焼される。
【００２７】
通常、流動式燃焼炉では、流動媒質として砂が用いられ、砂の沸騰乱舞によってベッド部の燃焼が加速進行する。本発明では、流動媒質として砂を用いず、廃棄物の凝集成分を半溶融状態化して形成される半溶融粒子を流動媒質とするから、砂による炉壁の損傷が無く、炉本体の耐久性を向上できる。
【００２８】
ベッド部６の下部に設けられた下部抜出管４４には前記半溶融粒子や他の灰分（固形成分）が落下し、水冷スクリュー装置４８へと排出される。半溶融粒子は排出過程の中で冷却されて灰分となる。灰分はスクリューにより圧送され、排出口４８ｂ及び排出管４８ｃを介して振動スクリーン装置５０に供給される。
【００２９】
炉本体２の底部は断面テーパー状のホッパー部４２となっており、このホッパー部４２から自重によって灰分が落下してゆく。ホッパー部４２及び下部抜出管４４の周りには下部水冷ジャケット４６が設けられ、灰分が壁面に固着するのを防止している。水Ｗは入口４６ａから入り、出口４６ｂから出るように構成される。
【００３０】
また、半溶融粒子や他の灰分（固形成分）は、ベッド部６の表面部からオーバーフローして上部抜出管５２から排出される。この排出過程でも、半溶融粒子は冷却されて灰分となってゆく。この上部抜出管５２の周りにも上部水冷ジャケット５４が配置され、入口５４ａから出口５４ｂに水Ｗを流して近傍を冷却し、灰分が壁面に固着するのを防止している。
【００３１】
上部抜出管５２から排出された灰分は、排出口５２ｂから排出管５６、更に前記排出管４８ｃへと自重により移送され、排出された全ての灰分は振動スクリーン装置５０に供給される。
【００３２】
振動スクリーン装置５０では、灰分はフィルタ５７の上に落下しながら振動し、粒径の大きな粗大灰Ｆはフィルタ５７に乗ったまま排出口５８から落下して灰堆積物６０として回収される。微細灰Ｇはフィルタ５７から落下し、排出口６２及びフィードバック管６４を経て投入管６６から炉本体２の内部に返送される。従って、微細灰Ｇはベッド部６に落下し、再び上述の過程を繰り返す。
【００３３】
本発明では、凝集成分を半溶融粒子化して流動媒質として利用するから、ベッド部６の温度設定が極めて重要になる。ベッド部６の温度は凝集成分の融点である５００℃〜９００℃に設定される必要があるが、廃棄物Ａの燃焼率に応じて上下変動する。特に、凝集成分を半溶融粒子に造粒するには、凝集性に基づく粒子間の付着力と、流動化による粒子間の解離力のバランスを調整しなければならず、ベッド部温度を所定値を基準に±２０℃以内に制御することが望ましい。
【００３４】
従って、ベッド部６を前記誤差範囲内に温度制御するために加熱手段と冷却手段が必要になる。加熱手段としては１次空気Ｂの予熱装置１０が利用される。予熱器１８にはヒータ２０が装備されており、このヒータ２０により１次空気Ｂの温度を制御して、ベッド部６の温度が低い場合に所定温度まで昇温させることができる。
【００３５】
ヒータ２０としては、主燃焼室４から排出される排ガスＤを利用したり、主燃焼室４の排熱によりボイラーを駆動して発生した高温蒸気を利用したり、電気ヒータを利用したりすることができる。
【００３６】
ベッド部６の冷却手段としては、ベッド部６に冷却水Ｗを噴霧する水噴霧装置３５がある。この水噴霧装置３５は炉本体２の外部から内部に水管を配管し、ベッド部６が所定温度より高温になった場合に水を噴霧してベッド部６を所定温度まで冷却するものである。
【００３７】
本発明の燃焼方法は、流動砂として砂を用いず、凝集成分を融解造粒した半溶融粒子を流動媒質として有効活用する点を特徴とする。しかし、燃焼炉の起動時には流動砂を利用することが好ましい。即ち、炉内に砂を配置しておき、初期段階ではこの砂を沸騰流動させて廃棄物Ａの燃焼を促進させることが望ましい。この砂としては、粒径が０．１〜３．０ｍｍの珪砂が利用される。
【００３８】
流動燃焼が安定段階に達した後は珪砂は必要でなく、凝集成分の半溶融粒子が流動砂として機能する。従って、振動スクリーン装置５０のフィルタのメッシュを調節して、流動砂を灰堆積物６０の中に回収しても良い。メッシュを粗くすると、砂はフィードバック管４を介して再びベッド部６の中に還流し、流動砂として継続的に機能することになる。この場合には、流動砂と半溶融粒子の両者を流動媒質として利用することができる。
【００３９】
本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものだけではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、廃棄物を凝集成分の融点付近で燃焼するから、廃棄物に含まれる凝集成分が半溶融状態で粒状化し、この半溶融粒子を流動媒質として利用することにより廃棄物の流動燃焼を効率化でき、しかも半溶融粒子を抜き出して灰分として回収するから、凝集成分が壁面に付着したりダクトを閉塞させることがなく、凝集成分が含まれる場合の流動燃焼の確実性と安定性を達成することができる。
【００４１】
請求項２の発明によれば、灰分を外部に抜き出す抜出管の近傍を水冷するから、灰分が抜出管近傍に固着することが無く、特に固着性の高い凝集成分の灰分でも確実に回収することができる。
【００４２】
請求項３の発明によれば、予熱装置により1次空気の温度を自在に調整できるから、ベッド部の温度が適正温度より低い場合でも、直ちにベッド部温度を凝集成分の融点温度に昇温制御することができ、凝集成分による流動燃焼の安定化と凝集成分の灰分回収の効率化を持続できる。
【００４３】
請求項４の発明によれば、ベッド部の温度が適正温度より高い場合でも、ベッド部に水を噴霧してベッド部温度を凝集成分の融点温度に低温制御することができ、凝集成分による流動燃焼の安定化と凝集成分の灰分回収の効率化を持続できる。
【００４４】
請求項５の発明によれば、凝集成分を含む廃棄物の燃焼装置を具体的に構成でき、請求項１〜４までの効果を具体的装置として発現することができる。
本発明は上述の通り、優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼装置の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
２は炉本体、４は主燃焼室、６はベッド部、８は廃棄物投入装置、１０は予熱装置、１２はメインライン、１４はバイパスライン、１６は流量調節器、１８は予熱器、２０はヒータ、２２は放出ライン、２４は流量調節器、２６は流量調節器、２８は1次空気供給部、３０は供給管、３２は1次空気ノズル、３４は流動層、３５は水噴霧装置、３６は揮発分、３８は吹込ノズル、４０は完全燃焼ガス、４１は排気管、４２はホッパー部、４４は下部抜出管、４６は下部水冷ジャケット、４６ａは入口、４６ｂは出口、４８は水冷スクリュー装置、４８ｂは排出口、４８ｃは排出管、５０は振動スクリーン装置、５２は上部抜出管、５４は上部水冷ジャケット、５４ａは入口、５４ｂは出口、５６は排出管、５７はフィルタ、５８は排出口、６０は灰堆積物、６２は排出口、６４はフィードバック管、６６は投入管、Ａは廃棄物、Ｂは１次空気、Ｃは２次空気、Ｄは排ガス、Ｅは流動媒質、Ｆは粗大灰、Ｇは微細灰。
【図１】
0003809080.tif 000002