(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルン炉内の廃棄物を、加熱ガスによる外熱により加熱して熱分解し、熱分解ガスを炉外に取り出すようにした廃棄物の熱分解方法において、前記ロータリーキルン炉の内壁に生成した炭化物膜の厚さが上限設定値に達したならば廃棄物の投入を停止して炉内の廃棄物および熱分解ガスを排出し、炉内に酸素含有ガスを導入して前記炭化物膜を燃焼し除去することを特徴とする廃棄物の熱分解方法。
【請求項２】
請求項１において、前記炭化物膜の厚さを、前記加熱ガスの温度と流量，炉内の廃棄物の温度，炭化物膜の熱伝導率，炉の伝熱面の厚さと炉構成材料の熱伝導率、および炉の加熱部の伝熱面積を用いて推定する廃棄物の熱分解方法。
【請求項３】
請求項１において、前記炭化物膜の厚さを下記の式により求めることを特徴とする廃棄物の熱分解方法。
δｃ＝(Ａ(Ｔgav−Ｔ)／Ｑ−δｍ／λｍ)λｃ
ここで、Ａ：ロータリーキルン炉加熱部の総伝熱面積
Ｔgav ＝（Ｔgin ＋Ｔgout）／２
Ｔgin ：ロータリーキルン炉の加熱ガス入口側温度
Ｔgout：ロータリーキルン炉の加熱ガス出口側温度
Ｔ＝（Ｔｗ＋Ｔout ）／２
Ｔｗ：ロータリーキルン炉に投入された直後の廃棄物の温度
Ｔout ：熱分解で生成した熱分解残さの温度
Ｑ＝(Ｖout−Ｖleak)×ΔＱ×(Ｔgin−Ｔgout)
Ｖout ：ロータリーキルン炉の加熱ガスの流量
Ｖleak：ロータリーキルン炉に入り込む空気の流量
ΔＱ：加熱ガス単位流量当りの熱容量
δｍ：ロータリーキルン炉の伝熱面の厚さ
λｍ：ロータリーキルン炉の構成材料の熱伝導率
λｃ：ロータリーキルン炉の内壁に生成した炭化物膜の熱伝導率
【請求項４】
ロータリーキルン炉に投入された廃棄物を外熱により加熱して熱分解し、熱分解ガスを該炉に接続された熱分解ガスラインを通して外部に取り出すようにした廃棄物の熱分解ガス化装置において、前記炉の内壁に生成した炭化物膜の厚さを推定し上限設定値に達したならば廃棄物の投入を停止して該炉内に酸素含有ガスを供給するようにした炭化物膜除去装置を備えたことを特徴とする廃棄物の熱分解ガス化装置。
【請求項５】
請求項４において、前記炭化物膜除去装置は、算出式を用いて炭化物膜厚さを推定する炭化物膜厚算出手段を有することを特徴とする廃棄物の熱分解ガス化装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記炭化物膜除去装置は、前記ロータリーキルン炉の内部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段を有することを特徴とする廃棄物の熱分解ガス化装置。
【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、ロータリーキルン炉を用いて熱分解処理して熱分解残さ（チャー）と熱分解ガスを分離して取り出す、廃棄物の熱分解方法および熱分解ガス化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の廃棄物を処理する技術として、廃棄物を熱分解炉に投入して熱分解（乾留・ガス化）し、生成した可燃性の熱分解ガスと熱分解残さ（チャー）とを、熱分解炉より分離して取り出し、それらを次工程に送って処理する技術がある。熱分解炉には、ロータリーキルン炉を用いるのが一般的であり、外熱により加熱する型式のものが多い。
【０００３】
ロータリーキルン炉を用いて廃棄物を熱分解処理した場合には、炉の内壁に炭化物が付着して炭化物膜が生成する。この炭化物膜はコーキング膜とも言われる。炉の内壁に炭化物膜が生成すると、炉壁の熱伝導が悪くなり、熱分解が進みにくくなる。この対策として、ロータリーキルン炉の内部にたわんだ鎖を設置し、炉内壁を鎖で研磨して炭化物膜を剥離する技術があり、特開平９−３１０８２９号公報に記載されている。また、ロータリーキルン炉の内部にスクレーパ（掻き落しかご）を設置する技術があり、特開平１１−１２８８７８号公報および日本ゴム協会誌Ｖol.５９，Ｎo.９（１９８６）ＰＰ.５２７−５２９等に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、鎖やスクレーパ等の機械的手段によらずに、ロータリーキルン炉の内部に生成した炭化物膜を除去できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロータリーキルン炉の内壁に生成した炭化物膜の厚さが、予め設定した上限設定値に達したならば、炉内へ廃棄物を投入するのを停止して炉内の廃棄物および熱分解残さを排出し、炉内に酸素含有ガスを導入して炭化物膜を燃焼し除去するようにしたものである。
【０００６】
炭化物膜の厚さは、ロータリーキルン炉内の廃棄物を加熱するための加熱ガスの温度と流量，炉内の廃棄物の温度，炭化物膜の熱伝導率，炉の伝熱面の厚さと炉構成材料の熱伝導率、および炉加熱部の伝熱面積等を用いて推定することができる。
【０００７】
炭化物膜の厚さの算出式としては、下記の式を用いることが望ましい。
【０００８】
δｃ＝(Ａ(Ｔgav−Ｔ)／Ｑ−δｍ／λｍ)λｃ
ここで、Ａ：ロータリーキルン炉加熱部の総伝熱面積
Ｔgav ＝(Ｔgin＋Ｔgou)／２
Ｔgin ：ロータリーキルン炉の加熱ガス入口側温度
Ｔgout：ロータリーキルン炉の加熱ガス出口側温度
Ｔ＝(Ｔｗ＋Ｔout)／２
Ｔｗ：ロータリーキルン炉に投入された直後の廃棄物の温度
Ｔout ：熱分解で生成した熱分解残さの温度
Ｑ＝(Ｖout−Ｖleak)×ΔＱ×(Ｔgin−Ｔgout）
Ｖout ：ロータリーキルン炉の加熱ガスの流量
Ｖleak：ロータリーキルン炉に入り込む空気の流量
ΔＱ：加熱ガス単位流量当りの熱容量
δｍ：ロータリーキルン炉の伝熱面の厚さ
λｍ：ロータリーキルン炉の構成材料の熱伝導率
λｃ：ロータリーキルン炉の内壁に生成した炭化物膜の熱伝導率
本発明の廃棄物熱分解ガス化装置は、ロータリーキルン炉に投入された廃棄物を外熱により加熱して熱分解し、熱分解ガスを該炉に接続された熱分解ガスラインを通して外部に取り出すようにした廃棄物の熱分解ガス化装置において、前記炉の内壁に生成した炭化物膜の厚さを推定し、この厚さが上限設定値に達したならば廃棄物の投入を停止して該炉内に酸素含有ガスを供給するようにした炭化物膜除去装置を備える。
【０００９】
前記炭化物膜除去装置は、算出式を用いて炭化物膜厚さを推定する炭化物膜厚算出手段を有することが望ましい。また、前記炭化物膜除去装置は、ロータリーキルン炉の内部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段を有することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。ただし本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１１】
実施例１
図１は本発明の実施例による廃棄物熱分解ガス化装置の構成を示す概略図である。
【００１２】
本実施例のロータリーキルン炉は、回転式のロータリーキルン炉本体１と、ロータリーキルン炉本体１の外周に設けられた加熱ジャケット２を具備する。ロータリーキルン炉本体１の長手方向の一端には廃棄物の投入口がある。廃棄物６はホッパ４からスクリューフィーダ５を介してロータリーキルン炉の炉内に投入される。ロータリーキルン炉本体１の長手方向の他端には、熱分解物を熱分解残さ９と熱分解ガス１０とに分離する出口チャンバー１１がある。
【００１３】
廃棄物６は、廃棄物乾燥炉１７により加熱されてから、低速で回転するロータリーキルン炉に投入される。ロータリーキルン炉の外部へ取り出された熱分解ガス１０は、熱分解ガス燃焼器１３で燃焼させられたのち加熱ジャケット２に導入され、炉内の廃棄物を熱分解するために使用される。
【００１４】
本実施例のロータリーキルン炉は、加熱ガス循環式になっており、熱分解ガス１０は熱分解ガス燃焼器１３を通って高温ガスとなり、加熱ジャケット２に導入され、廃棄物の加熱に使用されたのち、加熱ジャケット２の外部へ出て、熱分解ガス燃焼器１３に送られる途中の熱分解ガス１０の流れに合流して、再び熱分解ガス燃焼器１３に送られる。図１では、加熱ジャケット２から出たガスを熱分解ガス燃焼器１３へ送るラインの途中に加熱ガス誘引ファン３３が設置されている。また、ロータリーキルン炉を出た熱分解ガス１０を熱分解ガス燃焼器１３に送るラインに熱分解ガス誘引ファン１６が設置されている。
【００１５】
ロータリーキルン炉において廃棄物が熱分解されることにより生成した熱分解残さ９は、出口チャンバー１１を通って排出され、熱分解残さ冷却器３０に送られて冷却される。
【００１６】
ロータリーキルン炉の内壁に生成した炭化物膜の厚さは、前記した算出式を用いて推定することができる。前記式を用いて炭化物膜厚さを算出するために、本発明の熱分解ガス化装置の各所で各種の計測が行われる。たとえばロータリーキルン炉内の廃棄物を加熱するための加熱ガスの温度Ｔgav を計測するために、熱分解ガス燃焼器１３から出た高温ガスを加熱ジャケット２に送るラインに、加熱前ガス温度検出端２７が設けられ、加熱前のガス温度が計測される。また、加熱ジャケット２を出たガスを熱分解ガス燃焼器１３に再送するラインに、加熱後ガス温度検出端２８が設けられ、加熱後のガスの温度が計測される。加熱ガスの温度Ｔgav は、加熱前ガス温度検出端２７にて計測された温度と加熱後ガス温度検出端２８にて検出された温度の平均値として求められる。本実施例では、廃棄物加熱ガスの流量を計測するために、加熱ガスを熱分解ガス燃焼器１３から加熱ジャケット２に送るラインにガス流量検出端２６が設けられている。また、ロータリーキルン炉の廃棄物投入口の近傍には、廃棄物温度検出端２９が設けられている。出口チャンバー１１の部分には、熱分解残さの温度を検出するための熱分解残さ温度検出端３１が設けられている。ロータリーキルン炉本体には、炉内圧力検出端４２および伝熱面温度測定端５０が設けられている。このほかに、廃棄物乾燥炉１７とロータリーキルン炉との間の差圧を検出するための差圧検出端４０，廃棄物乾燥炉の内部圧力を検出する乾燥炉内部圧力検出端４１，熱分解残さ排出量検出端３２，廃棄物供給量検出端２４，炉内に供給される廃棄物の水分量を検出する廃棄物水分量検出端２５等が設置されている。
【００１７】
前記炭化物膜厚さ算出式により算出した結果の一例を図２に示す。図２中の第１の期間および第２の期間はともにロータリーキルン炉の運転が連続的に行われた期間である。第１の期間の最後にはロータリーキルン炉内に送入した廃棄物の温度Ｔｗと熱分解で生成した熱分解残さの温度Ｔout の平均値Ｔと、加熱ガス入口側温度Ｔgin と加熱ガス出口側温度Ｔgoutの平均値Ｔgavとの差（Ｔgav−Ｔ）が装置運転計画値の上限設定温度ＴHHに達した。本実施例の場合、ＴHH＝７５０℃と設定した。上限設定温度ＴHHはロータリーキルン炉本体材料の使用許容温度から決定される値であり、キルン炉運転条件によっては異なる値になる。上限設定温度ＴHH以上で長時間稼動を続けるとロータリーキルン炉本体材料の使用寿命が短くなるので、上限設定温度ＴHHでの運転に戻すために炭化物膜を除去する操作を実施した。この炭化物膜除去操作は、ロータリーキルン炉への廃棄物の供給を停止し、炉内の熱分解残さ９および熱分解ガス１０を出口チャンバー１１から排出し、空気供給管２２から炉内に空気を吹き込んで、炭化物膜を酸化燃焼することにより実施した。
【００１８】
炭化物膜を除去する操作を図２中の第１の期間から第２の期間の間に実施した結果、温度演算値(Ｔgav−Ｔ）が上限設定値ＴHHを下回り、ロータリーキルン炉内壁の炭化物膜厚が減少したことが推定できたため、連続運転（図４中第２の期間）を再開した。第１の期間および第２の期間の長さは数ヶ月〜半年であった。
【００１９】
本発明では、ロータリーキルン炉での廃棄物の熱分解を中断して、ロータリーキルン炉内に残留した熱分解残さおよび可燃性のガス成分を強制的に排出した後に、空気を送入して炭化物膜を酸化燃焼する。ロータリーキルン炉内に残留した熱分解残さおよび可燃性のガス成分を強制的に排出することが、炭化物膜を優先的に酸化燃焼するために重要である。熱分解残さの排出時間を決定するにはロータリーキルン炉内での廃棄物の滞留時間が目安になる。炉内に可燃性ガス成分が残留し、かつロータリーキルン炉内の雰囲気温度が約２００℃以上ならば可燃性ガス成分に着火し、炭化物膜除去作業に支障をきたす恐れがある。したがって、炉内に残留する可燃性ガス成分は十分に排出することが望ましく、低温，低酸素濃度のガスを吹き込んで、炉内の可燃性ガスを排出するのが望ましい。
【００２０】
実施例２
本実施例は、ロータリーキルン炉の内壁に生成した炭化物膜を除去する作業方法に関する。図２に示す第１と第２の期間の間に炭化物膜除去作業を行った。炭化物膜のみを短時間で燃焼するために、炉内から炭化物膜以外の可燃物、たとえば原料である廃棄物や熱分解残さ等の固体可燃物あるいは気体可燃物である熱分解ガス等を極力排出したのち、燃焼用の酸素源を炉内に導入し、速やかに炭化物膜を燃焼，除去することが望ましい。
【００２１】
炭化物膜除去作業のフローを図３に示す。手順を以下に説明する。まずロータリーキルン炉への廃棄物の供給を停止する。廃棄物乾燥炉１７とロータリーキルン炉本体１との間のダンパ２３を閉じ、炉内の熱分解残さ９を排出する。この際、熱分解定格運転時の回転速度で連続的に熱分解残さを排出しても良いが、可能であれば回転速度を上昇して出来るだけ速やかに熱分解残さ９を炉外に排出することが望ましい。検討によると、炉外の熱分解残さを排出するのに要する時間は炉の傾斜および回転速度によって異なるが、定格での廃棄物供給時の熱分解残さ量（例えば４５０℃での運転の場合、廃棄物供給量に対し２０％の熱分解残さ量となる）に対して約３０％またはそれ以下まで熱分解残さ量が低下すれば、炭化物膜燃焼用の空気を導入できる。
【００２２】
熱分解残さの排出を行っているうちに熱分解ガス燃焼器１３の燃焼空気量を過剰とし、加熱ジャケット２内を流れる加熱ガスの温度を低下させ、炉本体の温度を下げる。炉本体の温度は伝熱面に設置した伝熱面温度測定端５０でもって計測する。
【００２３】
次にロータリーキルン炉内に廃棄物乾燥炉１７を通過した低温低酸素ガスを送入する。廃棄物乾燥炉１７を通過した低温低酸素ガスの温度は約５００℃以下、酸素濃度は約１０％以下であることが望ましい。この低温低酸素ガス送入の目的は炉内に残留する揮発性の可燃性熱分解ガスを排気することにある。低温低酸素ガスの送入流量は炉内容積により異なるが、炉内容積相当容積ガスを数時間で交換しうる流量であることが望ましい。さらに望ましくは炉出口チャンバーの下部８に滞留する熱分解ガスを排出するために、出口チャンバーに接続されている熱分解残さ冷却器３０から不活性ガスを送入すると良い。熱分解残さ冷却器３０内の容積に比して炉出口チャンバーの下部８の容積が大きく、不活性ガスによる残留熱分解ガスの排出が不十分と考えられる場合には、あらかじめ炉出口チャンバーの下部８に不活性ガス送入配管３５を設けておくことが望ましい。
【００２４】
続いて空気供給管２２から、速やかに空気を炉内に導入する。
【００２５】
実施例３
図４は炭化物膜除去運転中の各種測定値の時間変化を示す。廃棄物供給停止６０４によって、熱分解残さ排出量６０１は次第に低下する。（Ｔgav −Ｔ）値６１１およびロータリーキルン炉伝熱面温度測定端での測定温度６１２は廃棄物供給停止６０４とともに急激に低下し、低水準になった。
【００２６】
続いて、ロータリーキルン炉内雰囲気置換ガス（窒素ガス供給管６０から窒素ガスを送入）６２１を炉内に送入し、炉内の可燃性熱分解ガスを強制的に排気した。可燃性熱分解ガスの排気後、雰囲気置換ガスを停止し、炉内に空気を送入６２３した。空気送入量の変化は破線６２２に示すとおりである。空気の送入６２３により、炭化物膜の酸化発熱６１３が起こり、炭化物膜排出６０３が連続的に起こった。炭化物膜排出６０３を確認したのち、廃棄物供給を再開６０５した。廃棄物供給再開のため、炭化物膜の酸化発熱６１３反応が抑制され、ロータリーキルン炉内雰囲気置換ガス６２１は再度低下したが、あらたな廃棄物供給によって廃棄物の熱分解が再開６０６したことにより、熱分解残さ排出量６０２が上昇しはじめた。
【００２７】
演算による炭化物膜厚値６２０は廃棄物供給停止６０４前には高水準であったものが、廃棄物供給再開６０５以降は６２４に示す低水準になった。よって炭化物膜厚の除去が達成されたことを示している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、ロータリーキルン炉の内壁に生成した炭化物膜を、機械的手段を必要とすることなく除去できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃棄物熱分解装置の構成を示す概略図。
【図２】炭化物膜厚の計算結果の一例を示す図。
【図３】炭化物膜除去作業の運転フローを示す図。
【図４】炭化物除去作業実施中の各種測定値の時間変化を示す図。
【符号の説明】
１…ロータリーキルン炉本体、２…加熱ジャケット、４…ホッパ、５…スクリューフィーダ、６…廃棄物、９…熱分解残さ、１０…熱分解ガス、１１…出口チャンバー、１３…熱分解ガス燃焼器、１６…熱分解ガス誘引ファン、１７…廃棄物乾燥炉、２２…空気供給管、２４…廃棄物供給量検出端、２６…ガス流量検出端、２７…加熱前ガス温度検出端、２８…加熱後ガス温度検出端、２９…廃棄物温度検出端、３０…熱分解残さ冷却器、３１…熱分解残さ温度検出端、３２…熱分解残さ排出量検出端、３３…加熱ガス誘引ファン、５０…伝熱面温度測定端。
【図１】
0003841016.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003841016.tif 000004
【図４】
0003841016.tif 000005