(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉床部に下段羽口を備えると共にその上方の朝顔部に配置した上段羽口を備え、前記下段羽口からは酸素及び燃焼支持ガスを吹き込み、前記上段羽口からは常温空気を吹き込み、前記上段羽口から吹き込む空気によって熱分解残渣及び可燃性ガスを燃焼させ、この燃焼熱を前記下段羽口での燃焼ガスと共に廃棄物の乾燥用熱源として利用する複数段の羽口を備えたシャフト炉方式の廃棄物の溶融炉において、
前記上段羽口に吹き込む常温の空気に水蒸気を添加した混合気を吹き込むと共に炉内通気差圧と排ガス温度を検出して炉内通気差圧と排ガス温度を適正範囲内に維持するように前記空気と前記水蒸気の混合比を適正に設定することにより前記上段羽口部分の燃焼温度を灰分の溶融温度より低くするシャフト炉方式の廃棄物の溶融炉における燃焼温度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般都市ごみ及び各種の産業廃棄物等を熱分解して溶融処理する設備に係り、特にシャフト炉方式の溶融炉の上段羽口部分の燃焼温度を空気よりも低酸素濃度ガスを利用して温度調整し半溶融物の生成を抑えるようにした温度調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物を乾燥，熱分解及び燃焼溶融の過程によって熱溶融する溶融式熱分解炉として、たとえば特公昭６０−１１７６６号公報に記載されたものがある。
【０００３】
これは、水分５０％以上の固体廃棄物を主として１３５０〜１５５０℃の溶融スラグと可燃ガスに分解する際、空気と高濃度酸素によって廃棄物１トン当たり５０〜３００Ｎｍ3 の酸素分を炉底の下段羽口とその上方の３００〜１５００ｍｍに設置した上段羽口から供給する炉構造としたものである。そして、上段羽口から吹き込むガスは、ガス量でもその中に含まれる総酸素量でも下段羽口から送り込むガスより少なくし、且つ上段羽口からは空気のみを送り込んで廃棄物の乾燥を行ない、下段羽口からは空気に高濃度酸素を富化し２５〜４０％の酸素濃度にして高温燃焼により廃棄物中の不燃分を溶融する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上段羽口から吹き込む燃焼支持ガスとして従来炉でも空気が利用されるが、被処理物により上段羽口の燃焼温度が過大になった場合または灰分の融点が低下するような場合には、廃棄物中の灰分の半溶融物を発生することがある。この半溶融物は、炉内壁面に付着して次第に成長していき、荷下がり不良等の物流の阻害要因となることがある。
【０００５】
このような半溶融物は、特に上段羽口での炉内充填物，熱分解残渣及び可燃性発生ガス等の燃焼温度が、たとえば１１００℃以上となったときに発生しやすいことが確認されている。
【０００６】
本発明において解決すべき課題は、廃棄物を溶融処理するシャフト炉方式の溶融炉において、溶融炉内での廃棄物の熱分解残渣及び可燃性ガスの燃焼割合の低下や煙突排ガスの増加を伴うことなく半溶融物の炉内発生及び炉壁への付着成長を防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炉床部に下段羽口を備えると共にその上方の朝顔部に配置した上段羽口を備え、前記下段羽口からは酸素及び燃焼支持ガスを吹き込み、前記上段羽口からは常温空気を吹き込み、前記上段羽口から吹き込む空気によって熱分解残渣及び可燃性ガスを燃焼させ、この燃焼熱を前記下段羽口での燃焼ガスと共に廃棄物の乾燥用熱源として利用する複数段の羽口を備えたシャフト炉方式の廃棄物の溶融炉において、前記上段羽口に吹き込む常温の空気に水蒸気を添加した混合気を吹き込むと共に炉内通気差圧と排ガス温度を検出して炉内通気差圧と排ガス温度を適正範囲内に維持するように前記空気と前記水蒸気の混合比を適正に設定することにより前記上段羽口部分の燃焼温度を灰分の溶融温度より低くすることを特徴とする。
【０００８】
また、低酸素濃度のガスと常温空気との混合気に代えて、水蒸気を空気との混合気を上段羽口から吹き込むようにしてもよい。
【０００９】
【作用】
溶融過程において上段羽口からは常温の空気が供給されるが、上段羽口部分での固形廃棄物，熱分解残渣及び可燃性ガス等の燃焼温度は、燃焼条件によっては最大で１０００〜１２００℃程度となり、通常の場合では灰分の溶融温度１０００〜１１００℃を超える可能性がある。
【００１０】
これに対し、たとえば廃熱ボイラ等のような熱回収装置から集塵機を経た比較的低温で低酸素濃度の排ガスを常温空気と混合させて供給することで、上段羽口部分の燃焼温度を灰分の溶融温度以下とすることができる。したがって、熱分解残渣や可燃性発生ガスによる半溶融物の生成が抑制され、炉内壁への付着成長が防止される。
【００１２】
また、水蒸気と空気との混合気を上段羽口から吹き込む場合であっても、水蒸気添加によるＨ2 Ｏ＋Ｃ→ＣＯ＋Ｈ2 の吸熱反応によって上段羽口部分の燃焼温度を灰分の溶融温度以下に制御することで、半溶融物の生成の抑制が可能である。そして、水蒸気添加による吸熱反応によって装入物中のＣのガス化が促進され、炉内の通気性の向上も可能となる。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の溶融炉を備えた廃棄物処理設備を示す概略図である。
【００１４】
図において、廃棄物が装入される溶融炉１の下流に二次燃焼室２を配置し、更にその下流には熱回収装置としての廃熱ボイラ３及び集塵機４を備え、最終段を煙突５に接続している。
【００１５】
溶融炉１は等径のシャフト部１ａと下端の朝顔部１ｂとを備え、朝顔部１ｂの下端部には下段羽口１ｃを設けると共にその上方には２段の上段羽口１ｄ，１ｅを備えている。下段羽口１ｃからは空気と酸素とを混合したものが供給され、上段羽口１ｄ，１ｅには燃焼支持ガスとして常温の空気が供給される。
【００１６】
下段羽口１ｃ及び上段羽口１ｄ，１ｅへの空気の供給のために押込送風機６を設け、更に上段羽口１ｄ，１ｅ部分の温度を低めに調整して半溶融物の炉内壁への付着成長を抑制するため、集塵機４を出た後の低温の排ガスを供給する循環流路７を上段羽口１ｄ，１ｅに接続すると共に、この循環流路７には循環ブロワ７ａを組み込む。
【００１７】
溶融炉１に装入された廃棄物は、シャフト部１ａの上層から乾燥，乾留熱分解及び燃焼溶融の過程を経過して溶融処理される。そして、乾留熱分解及び燃焼が主として行われる朝顔部１ｂ内には、熱分解後の残渣の層が存在しており、下段羽口１ｃからの常温の空気及び酸素，上段羽口１ｄ，１ｅからの常温空気の吹き込みによって燃焼，溶融過程が継続される。
【００１８】
ここで、上段羽口１ｄ，１ｅからたとえば常温の空気を供給する操業条件であっても、上段羽口１ｄ，１ｅ部分での固形廃棄物，熱分解残渣及び可燃性ガス等の燃焼温度は、燃焼条件によっては最大で１０００〜１２００℃程度となり得る。一方、従来技術の項でも述べたように、通常の場合では灰分の溶融温度は１０００〜１１００℃程度であって、このような温度範囲では半溶融物の生成及び炉内壁への付着が発生することが懸念される。
【００１９】
一方、本発明者等の経験によれば、乾留後の残渣は酸素分が存在すれば５００〜６００℃以上の条件にて燃焼は可能であった。
【００２０】
以上のことから、上段羽口１ｄ，１ｅから適度に低温で低酸素濃度のガスを供給すれば、半溶融物の生成を抑えることが可能であり、本発明では廃熱ボイラ３を経由して熱交換され集塵機４によって清浄化された残存酸素を含む低温の排ガスを常温の空気と共に上段羽口１ｄ，１ｅから炉内に供給することとした。
【００２１】
このような排ガス吹き込みに際して、操業期間において炉内の温度変動が多少生じた場合であっても、半溶融物の生成及び炉内壁への付着の防止と同時に炉内での溶融燃焼性に影響を及ぼさないように集塵機４を出た後の循環排ガス量を設定することは無論である。
【００２２】
すなわち、溶融炉１を出て二次燃焼室２を経由して排出される燃焼ガスは廃熱ボイラ３によって熱交換され、一次流体である燃焼ガスと二次流体である廃熱回収流体（蒸気等）との間の伝熱量によって集塵機４側へ向かう排ガスの温度が決まる。したがって、集塵機４を出た排ガスの再循環量を適宜設定し、上段羽口１ｄ，１ｅから常温空気に混合して吹き込むことにより、吹き込み部分の炉内温度を調整することが可能である。
【００２３】
また、排ガス吹き込みによる溶融炉１内での燃焼性を阻害させないため、１０００〜１１００℃の半溶融物の生成温度域に対して、上段羽口１ｄ，１ｅ部分の温度は１０００℃以下程度に維持することが好ましい。このような温度の設定は、たとえば集塵機４を出た排ガス温度が１５０〜２００℃程度であれば、上段羽口１ｄ，１ｅからの常温の空気の吹き込み量に対して排ガス量を０〜５０％程度の範囲とすることで可能である。
【００２４】
以上のように、集塵機４を出たクリーンな排ガスであってその温度も常温空気との量比の設定等によって上段羽口１ｄ，１ｅ部分の燃焼温度を１０００℃以下程度に維持できる排ガスを、循環流路７から溶融炉１に供給することができる。このため、炉内充填物，熱分解残渣及び可燃性発生ガス等の燃焼温度を１０００℃以下程度に抑えることができ、半溶融物の生成や炉内壁への付着成長を防ぐことができる。
【００２５】
ここで、集塵機４を出た排ガスを上部羽口１ｄ，１ｅから常温の空気と共に供給して温度調整する操作は、操業の間循環排ガス量を経験的な一定量とすることもできるが、炉内の状況に応じて吹き込み量を制御する等の各種の対応が可能であることは無論である。
【００２６】
このような制御は、たとえば炉内での溶融物の荷下がり状況や炉内温度を監視し、灰分の半溶融物の生成等の現象が発生する傾向があれば循環ブロワ７ａを作動して冷却用の排ガスを上段羽口１ｄ，１ｅから常温の空気と共に供給するような要領で行えばよい。この操作では、排ガス量の設定は先に説明したとおりであり、半溶融物の生成や炉内壁への付着成長が防止できる条件を満たすものであればよい。
【００２７】
なお、図１の例では下段羽口１ｃを１段としているがこれを複数段としてもよく、また２段の上段羽口１ｄ，１ｅに代えて１段または３段以上の複数段としてもよい。
【００２８】
図２は炉内燃焼温度調節用のガスを水蒸気を添加した空気とした場合を示す例である。
【００２９】
この例でも、溶融炉１は先の例と同様の構造であり、その炉頂部を二次燃焼室を接続したものであって、各部材については図１に示したものと共通の符号で指示している。
【００３０】
下段羽口１ｃには、先の例と同様に空気と酸素とを混合したものが供給され、上段羽口１ｄ，１ｅには燃焼支持ガスとしての常温の空気に加えて水蒸気を添加した混合気が供給される。図示の例では、上段羽口１ｄ，１ｅには常温空気の空気供給路１１と水蒸気用の水蒸気供給路１２とを合流させた混合気供給路が接続されている。そして、これらの空気供給路１１と水蒸気供給路のそれぞれには、流量計１１ａ，１２ａ及び流量調節用の調節弁１１ｂ，１２ｂを設け、これらの流量調節弁１１ｂ，１２ｂによって、空気と水蒸気の混合比を設定して炉内への吹き込みを可能とする。
【００３１】
ここで、水蒸気吹き込みにより、上段羽口１ｄ，１ｅ前では単にガスが希釈されるだけでなく、Ｈ2 Ｏ＋Ｃ→ＣＯ＋Ｈ2 −２６１０Ｋｃａｌ／Ｋｇ（Ｃ）主体の吸熱反応によってガスが冷却される。このような水蒸気の吹き込みに際しては、溶融炉１内への装入物の組成の変動等によって、装入物の乾燥に必要な熱量の不足，炉頂からの排出ガスの温度低下が生じる。このため、熱量不足の場合には炉底での溶融温度の低下が発生し、また排出ガス温度の低下はタールの析出により排出ガス管の閉塞を招きやすいため、この空気と水蒸気の混合比は制御する必要がある。
【００３２】
空気と水蒸気との混合比は、燃焼時の炉内通気抵抗と炉頂ガス温度を検出してこれらの相関によって推定される燃焼状況に対して、熱分解残渣の水蒸気との反応による消費や炉内通気抵抗の低減等を含めた最適な燃焼が得られるように制御する。この制御のため、溶融路１のシャフト部１ａの上下の圧力差を検出するための炉内通気差圧計１３及び炉頂部から二次燃焼室に向かう排ガスの温度を検出する排ガス温度計１４を設ける。
【００３３】
ここで、装入物の発熱量が大のときには装入物の水分割合は小さくて可燃分割合は大きくなり、このとき付着水分は少ないので燃焼域での固体温度が上昇する。したがって、燃焼ガス温度が上昇するためと、乾燥に必要な熱量も少なくて済むことから、炉頂排ガス温度は上昇する。そして、可燃分割合が大のときには、熱分解によって生成する熱分解残渣の発生量も増加する。このような炉頂ガス温度と熱分解残渣との間での関係から、炉頂排ガス温度を適正値に保つように水蒸気添加割合を増せば、燃焼域の温度を上げることなく熱分解残渣の消費が可能となる。
【００３４】
一方、装入物の発熱量が小さいときでは、装入物の水分割合は大きくて可燃分割合は小さくなり、燃焼域での固体温度が上昇する。したがって、燃焼ガス温度が低下するためと、乾燥に必要な熱量を多く必要とすることから、炉頂排ガス温度は低下する。そして、可燃分割合が小のときには、熱分解によって生成する熱分解残渣の発生量は減少する。したがって、装入物の発熱量が大の場合と同様に炉頂排ガス温度を適正値に保つためには、水蒸気の添加割合を減らすように制御すればよい。
【００３５】
また、燃焼時での炉内の通気抵抗が大と検出されたときは、炉頂ガス温度が適正範囲内で水蒸気添加割合を増すことによって、炉頂ガス温度を変更する。すなわち、水蒸気の炉内吹き込みにより、Ｈ2 Ｏ＋Ｃ→ＣＯ＋Ｈ2 の反応が起こるので、装入物中のＣのガス化を促進することができ、通気性の向上が可能である。したがって、通気抵抗が大の期間では、水蒸気の混合比を多くして吹き込むことによって、炉内通気抵抗を低減することができ、炉内装入物の荷下がり性が確保されると同時に吹き抜け等の現象も抑えられる。
【００３６】
このような炉内通気差圧及び排ガス温度を検出対象とし、空気と水蒸気との混合比を適正に設定するため、図２の一点鎖線で囲んだ制御系を設けて排ガス温度と炉内通気圧差のいずれもを適正範囲内に維持するように制御する。
【００３７】
すなわち、溶融炉１内の通気差圧は炉内通気差圧計１３によって検出されて排ガス温度目標値設定回路１５に送られ、予め設定した通気差圧と実際値とを比較し、その偏差に応じて排ガス温度の目標値を増減し、その目標値は予め設定している上限リミットと下限リミットの範囲内で排ガス温度調節計１６に送られる。一方、排ガス温度は排ガス温度計１４によって検出されて排ガス温度調節計１６に送られ、排ガス温度目標値設定回路１５で設定された目標値と実際値を比較し、その偏差に応じて蒸気添加割合の目標値を増減し、蒸気添加割合（量）設定回路１７に送る。また、上段羽口１ｄ，１ｅからの空気吹き込み量もこの蒸気添加割合（量）設定回路１７に送り、蒸気添加割合の目標値となるように、蒸気添加量の目標値を決定する。これにより、上段羽口１ｄ，１ｅからの吹き込み空気量が変動していても、蒸気添加割合を制御することができる。また、蒸気添加量目標値は、蒸気添加量調節計１８に送られ、フィードバック制御を行う。
【００３８】
以上により、装入物の組成に応じて排ガス温度のみが変動する場合、炉内通気差圧のみが変動する場合、及び排ガス温度と炉内通気圧差の両方が変動する場合のいずれにおいても、蒸気添加割合を制御することで、排ガス温度と炉内通気圧差を同時に適正範囲に保つことが可能となる。
【００３９】
ここで、上段羽口１ｄ，１ｅから水蒸気を添加した空気を吹き込む場合でも、半溶融物の生成を抑えることが可能である。そして、水蒸気と空気との混合比を、先の制御に沿って適切に設定することにより、半溶融物の生成及び炉内壁への付着の防止と同時に炉内での溶融燃焼性に影響を及ぼさないようにすることは無論である。
【００４０】
すなわち、図１に示した例の場合と同様に、水蒸気を添加した空気の吹き込みによる溶融炉１内での燃焼性を阻害させないため、１０００〜１１００℃の半溶融物の生成温度域に対して、上段羽口１ｄ，１ｅ部分の温度は１０００℃以下程度に維持することが好ましい。このような温度の設定は、本発明者等の知見によれば、炉頂の排ガス温度が１５０℃以上となるように保持することにより可能であり、このような条件であれば装入物の乾燥熱量を確保することができると同時に、タールの析出も防止され得る。
【００４１】
また、上段羽口１ｄ，１ｅ部分の燃焼温度を１０００℃以下程度に維持できるように水蒸気と空気との混合比及びこれらの混合気の流量を制御することにより、先の例と同様に炉内充填物，熱分解残渣及び可燃性発生ガス等の燃焼温度を１０００℃以下程度に抑えることができ、半溶融物の生成や炉内壁への付着成長を防ぐことができる。
【００４２】
更に、装入物中の可燃分の熱分解残渣の発生量の変動を炉内通気差圧と炉頂排ガスとの相関によって知り、これに基づいて適正な水蒸気と空気との混合比により、発生する熱分解残渣を水蒸気との反応で消費することができ、発生する熱分解残渣の量的な変動を抑えることができる。そして、これに加えて、水蒸気の吹き込みによるＨ2 Ｏ＋Ｃ→＝ＣＯ＋Ｈ2 の反応によって、装入物中のＣのガス化を促進することができる。したがって、発生する熱分解残渣の水蒸気による消費とＣのガス化によって、炉内の通気性が向上が更に促進されることになる。その結果、装入物の乾燥及び乾留分の荷下がり性が十分に確保されると共に、吹き抜けの防止も可能となる。
【００４３】
更に、このような発生する熱分解残渣の水蒸気による消費と通気性の向上及び発生熱分解残渣の量的な変動の抑制によって、飛散する可燃性ダスト（微細な熱分解残渣）の量とその変動も抑えられる。このため、溶融炉１からの発生ガスを完全燃焼させるための二次燃焼室での燃焼変動も抑制されることになり、残留未燃ＣＯやクリンカの生成も抑えられる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明により次の効果を奏する。
【００４５】
１）空気よりも酸素濃度の低いガス（低酸素濃度の排ガスあるいは水蒸気）を上段羽口から常温空気と混合させて供給することによって、熱分解残渣や可燃性発生ガス等の燃焼温度が過大となることを防止でき、灰分の半溶融物の生成が阻止されると共に炉内壁への付着成長が防止され、荷下がり阻害等を回避した操業が可能となる。
【００４６】
２）上記吹き込み低酸素濃度ガスとして、溶融炉からの燃焼ガスを熱交換及び集塵した後の排ガスを用いて温度調整を行えば、系外からの冷却用のガスを用いるのに比べて総排ガス量の増大もなくなると共に、排ガスを有効に利用した設備が得られる。
【００４７】
３）水蒸気と空気の混合気を吹き込む場合では、吸熱反応による温度調整に加えて装入物中の炭素分をガス化することができるので、炉内の通気性の向上が図られ、装入物の荷下がり性を良好に維持できると共に吹き抜け等の事故も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の溶融炉の温度調整方法を適用した廃棄物の溶融処理設備を示す概略図である。
【図２】  上段羽口から空気と水蒸気の混合気を吹き込む例を示す概略図である。
【符号の説明】
１    溶融炉
１ａ  シャフト部
１ｂ  朝顔部
１ｃ  下段羽口
１ｄ  上段羽口
１ｅ  上段羽口
２    二次燃焼室
３    廃熱ボイラ（熱回収装置）
４    集塵機
５    煙突
６    押込送風機
７    循環流路
７ａ  循環ブロワ
１１    空気供給路
１２    水蒸気供給路
１３    炉内通気差圧計
１４    排ガス温度計
【図１】
0003742441.tif 000002
【図２】
0003742441.tif 000003