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JP4005770B2 - 廃棄物の焼却処理方法 - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は、廃棄物を焼却処理する方法に関するものである。
背景技術
本出願人は、先に廃タイヤ等の廃棄物を焼却処理する装置として、日本国特許公開公報平成2年第135280号等に開示された装置を提案している。
前記公報に開示された装置は、密閉構造のガス化炉と、該ガス化炉にガス通路を介して接続された燃焼炉とからなり、該ガス化炉中で廃棄物の一部を燃焼させつつ、その燃焼熱で該廃棄物の他の部分を乾留することにより発生する可燃性ガスを該燃焼炉に導入して完全燃焼せしめるものである。次に、前記装置による廃棄物の焼却処理の手順について詳細に説明する。
前記装置により廃棄物を焼却処理するときには、密閉構造のガス化炉に予め収容された廃棄物に着火して、該廃棄物の一部を燃焼させつつ、その燃焼熱により該廃棄物の他の部分を乾留する。前記乾留により発生する可燃性ガスは、ガス通路を介して前記ガス化炉の外部に設けた燃焼炉に導入する。前記燃焼炉では、導入された前記可燃性ガスに燃焼炎を供給して着火することにより、該可燃性ガスの燃焼を開始する。
前記ガス化炉における前記乾留が進行して前記可燃性ガスが安定して発生されるようになると、該可燃性ガスの発生量も徐々に増大し、これに伴って前記燃焼炉内の温度Tとして検知される該可燃性ガスの燃焼温度が、図5示のように次第に上昇する。そこで、前記燃焼炉内の温度Tが、前記可燃性ガスが自己の燃焼熱により自発的に安定して燃焼を継続することができる温度T2aに達したならば、前記燃焼炎の供給を停止する。
前記燃焼炉では、導入される前記可燃性ガスの量に応じて、該可燃性ガスが完全燃焼するために必要な酸素を該燃焼炉内に供給する。同時に、前記可燃性ガスが完全燃焼している状態で、該可燃性ガスの燃焼温度として前記燃焼炉内の温度Tを検出し、温度Tの変化に応じて前記ガス化炉に供給される酸素量を制御して、前記乾留により発生する前記可燃性ガスの量を調整する。この結果、前記装置では前記燃焼炉内の温度Tを前記可燃性ガスが自発的に安定して燃焼を継続する温度T2a以上の温度T2bに略一定に維持することができる。
前記装置では、前記乾留がさらに進行して前記ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が少なくなると、前記ガス化炉に供給される酸素量を増加させても前記燃焼炉内の温度Tを温度T2bに略一定に維持するだけの可燃性ガスを発生させることができなくなる。すると、前記燃焼炉内の温度Tは次第に低下し、前記ガス化炉では前記廃棄物の乾留、燃焼が終了して灰化する。尚、前記ガス化炉内の温度をTとして図5に示す。
この結果、前記装置によれば、前記廃棄物の乾留と、前記可燃性ガスの完全燃焼とを安定して行うことができる。そして、前記ガス化炉内の温度Tが灰化物の取り扱いが容易になる程度に低くなるのを待って、該ガス化炉から該灰化物を排出すると共に、該ガス化炉に新たな廃棄物を投入し、前記手順を繰り返すことにより、前記手順を1サイクルとして、前記廃棄物の焼却処理を連続して行うことができる。
しかしながら、前記装置では、前記ガス化炉内の灰化物が高温になっているために、前記ガス化炉内の温度Tが該灰化物の取り扱いが容易になる程度に十分に低くなるまでに長時間を要し、処理サイクルが長くなるとの不都合がある。
また、近年では、廃棄物の焼却処理に伴ってダイオキシン類が発生することが指摘されている。これは、前記廃棄物が多くの場合塩素を含んでいるために、このような廃棄物を250〜350℃程度の温度で燃焼させると、前記廃棄物から遊離する前記塩素と、樹脂等の不完全燃焼により生成する炭化水素とが、該廃棄物中に含まれる重金属を触媒として反応することによりダイオキシン類が生成するというものである。前記廃棄物の焼却処理によるダイオキシン類の排出を防止するために、生成したダイオキシン類を完全に熱分解させるには長時間を要し、
さらに処理サイクルが長くなるとの不都合がある。
発明の開示
本発明は、かかる不都合を解消するために、ダイオキシン類の排出を防止することができて、しかも処理サイクルを短縮することができる廃棄物の焼却処理方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の廃棄物の焼却処理方法は、ガス化炉内に収容した廃棄物に点火して該廃棄物の一部を燃焼させ、その燃焼熱により該廃棄物の他の部分を乾留する工程と、該乾留により発生する可燃性ガスを燃焼炉に導入して燃焼させる工程とを備え、該可燃性ガスを該燃焼炉で燃焼させるときに、該燃焼炉に導入される可燃性ガスの量に応じてその燃焼に要する酸素を該燃焼炉に供給して該可燃性ガスを燃焼させると共に、該燃焼炉における該可燃性ガスの燃焼による該燃焼炉内の温度変化に応じて該ガス化炉に供給される酸素量を制御し該乾留により発生する可燃性ガスの量を調整して、該燃焼炉内の温度を所定温度以上の略一定の温度に維持する廃棄物の焼却方法の改良に関するものである。
そして、本発明の第1の態様は、前記廃棄物の焼却方法において、前記所定温度はダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度であって、前記廃棄物の着火に先立って、前記燃焼炉で前記可燃性ガスと異なる他の燃料を燃焼せしめ、該燃焼炉内の温度がダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上になったときに、該廃棄物に着火して乾留を開始し、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留の進行に伴い該ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が減少して、該燃焼炉内の温度が前記略一定の温度未満になった後、前記燃焼炉内の温度を該他の燃料の燃焼によりダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持すると共に、該ガス化炉内の温度が最高温度から低下して該廃棄物からダイオキシン類を生成する温度未満となったとき直ちに、該焼却残留物を該ガス化炉から取り出す工程と、該ガス化炉から該焼却残留物を取り出した後、該燃焼炉内の温度をダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持したまま、該ガス化炉に新しい廃棄物を収容して点火する工程とからなることを特徴とする。
前記廃棄物は多くの場合塩素を含んでおり、このような廃棄物を250℃〜350℃程度の温度で燃焼させると、前述のようにダイオキシン類が発生するとされている。そこで、本発明の第1の態様では、前記ガス化炉内の前記廃棄物の乾留の進行に伴い該ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が減少して、前記燃焼炉内の温度が前記所定の温度以上の略一定の温度を維持できなくなった後、前記廃棄物が直燃状態となって前記ガス化炉内の温度が最高温度に達したのち、低下に転じ、前記廃棄物からダイオキシン類を生成する温度未満になったとき直ちに、例えば前記ガス化炉内の温度が200℃程度になったときに前記廃棄物の焼却残留物を前記ガス化炉から取出すものである。
前記のようにするときには、前記焼却残留物が十分に低温になるのを待たずに前記ガス化炉から前記焼却残留物を取出し、前記ガス化炉に新しい廃棄物を投入して点火することができ、処理サイクルを短縮することができる。また、新しい廃棄物は、前記ガス化炉が冷えないうちに投入されることになるので、その焼却処理に要する熱量を低減することができる。
また、前記ガス化炉から前記焼却残留物を取出す時点では、前記廃棄物は乾留し得る部分が残っている場合があるが、ガス化炉内の温度が低下しているのでダイオキシン類が生成せず、ダイオキシン類が大気中に流出することを防止することができる。
前記ガス化炉から取出された前記焼却残留物は、コンクリート、アスファルト等により固めて処理することもできるが、このようにすると容積及び重量が増加する上、投棄する場所によっては2次的な汚染源となる虞もある。そこで、本発明の廃棄物の処理方法では、前記焼却残留物を一旦ガス化炉から取出した後、溶融炉に収容する。そして、前記焼却残留物を前記溶融炉の加熱装置により加熱して溶融し、溶融物を水中に投入して急冷することにより粒状固形物とする。
前記焼却残留物のうちに十分に燃焼されていない廃棄物があっても、前記溶融炉で加熱すると、十分に燃焼されていない廃棄物も含めて前記焼却残留物が完全燃焼され、金属等の無機物のみが残る。そこで、前記無機物をさらに加熱することにより溶融せしめる。
前記焼却残留物は、ダイオキシン類を生成しない程度に温度が下がっているとはいえ高温であるので、該高温を利用して前記溶融炉の加熱装置で加熱することにより容易に溶融することができる。前記のように溶融された溶融物は、次いで水中に投入して急冷することにより破砕され、粒状固形物とすることができる。前記粒状固形物は、例えば、建築または土木用の骨材等としての用途がある。
また、本態様では、前記ガス化炉内の焼却残留物の上層に散水した後、該焼却残留物を取出すので、該焼却残留物の飛散を防止することができる。
また、本発明の第2の態様は、前記所定温度はダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度であって、前記廃棄物の着火に先立って、前記燃焼炉で前記可燃性ガスと異なる他の燃料を燃焼せしめ、該燃焼炉内の温度がダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上になったときに、該廃棄物に着火して乾留を開始し、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留の進行に伴い該ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が減少して、該燃焼炉内の温度が前記略一定の温度未満になった後、前記燃焼炉内の温度を該他の燃料の燃焼によりダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持すると共に、該ガス化炉内の温度が最高温度から低下しつつあるときに、該焼却残留物を該ガス化炉から取り出して、該ガス化炉に焼却残留物取出し口を介して連設された溶融炉に収容する工程と、該焼却残留物を該溶融炉に備えられた加熱装置により加熱して溶融し、溶融物を水中に投入して急冷することにより粒状固形物とする工程と、該ガス化炉から該焼却残留物を取り出した後、該燃焼炉内の温度をダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持したまま、該ガス化炉に新しい廃棄物を収容して点火する工程とからなることを特徴とする。
本発明の第2の態様では、前記ガス化炉内の前記廃棄物の乾留の進行に伴い該ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が減少して、前記燃焼炉内の温度が前記所定の温度以上の略一定の温度を維持できなくなり、前記廃棄物が直燃状態となって前記ガス化炉内の温度が最高温度に達した後、低下に転じたときに、ダイオキシン類の生成温度に関わり無く、前記ガス化炉から前記焼却残留物を取出す。前記のようにするときには、前記焼却残留物からダイオキシン類が大気中に揮散することが懸念されるが、本態様では、溶融炉が前記ガス化炉の焼却残留物取出し口に連結されているので、前記ダイオキシン類を揮散させることなく前記焼却残留物を前記ガス化炉から取出して前記溶融炉に収容することができる。
従って、本発明の第2の態様によれば、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が減少した後、前記焼却残留物が十分に高温のうちに、前記ガス化炉から前記焼却残留物を取出し、前記ガス化炉に新しい廃棄物を投入して点火することができ、処理サイクルを短縮することができる。また、新しい廃棄物は、前記ガス化炉が冷えないうちに投入されることになるので、その焼却処理に要する熱量を低減することができる。
前記溶融炉に収容された前記焼却残留物は、前記第1の態様の場合と同一にして、前記溶融炉に備えられた加熱装置により加熱して溶融し、溶融物を水中に投入して急冷することにより粒状固形物とする。
また、本発明の各態様では、前記焼却残留物に融剤を添加して溶融することにより融点が低下してさらに溶融しやすくなる。しかも、前記融剤を添加することにより、前記粒状固形物を生成するときに前記無機物が該融剤に包含されるので、重金属等の有害物質の漏出を防止することができる。
前記融剤としては、珪酸、珪酸化合物、珪酸化合物を主成分とする物質、ホウ酸、ホウ酸化合物、ホウ酸化合物を主成分とする物質、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物の1種または2種以上を混合して用いることができる。
前記珪酸化合物または珪酸化合物を主成分とする物質としては、珪砂、山砂、川砂、珪石、珪藻土、珪酸ソーダ、珪酸マグネシウム、ガラス屑、粘土等を挙げることができる。
前記ホウ酸は、オルトホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸、酸化ホウ素のいずれでもよい。また、前記ホウ酸化合物またはホウ酸化合物を主成分とする物質としては、オルトホウ酸塩、メタホウ酸塩、四ホウ酸塩、二ホウ酸塩、五ホウ酸塩、六ホウ酸塩、八ホウ酸塩、ホウ砂、ホウ酸カルシウム等を挙げることができる。
また、前記アルカリ金属化合物としては、ソーダ灰、食塩、苛性ソーダ等を挙げることができ、前記アルカリ土類金属化合物としては、生石灰、消石灰、石灰岩等を挙げることができる。
また、本発明の各態様にて前記焼却残留物を溶融するときに、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留により発生する可燃性ガスを前記燃焼炉で燃焼させた廃ガスを前記溶融炉に導入し、前記焼却残留物を加熱することにより、前記加熱装置による加熱を補助して、該加熱装置を運転するためのコストを低減することができる。
前記溶融炉に備えられた加熱装置は、ヒータであってもよく、バーナ等の燃焼装置であってもよいが、該加熱装置が燃焼装置であるときには、該燃焼装置に該溶融炉の熱により加熱された酸素を供給することにより、加熱を補助して該加熱装置の運転コストを低減することができる。
また、本発明の各態様においては、前記燃焼装置の燃料として重油等を用いることができるが、前記可燃性ガスを前記燃焼炉に導入して燃焼させるときに、該可燃性ガスの一部を分取し、凝縮させて油分を回収すると共に、該油分を前記燃焼装置の燃料とすることができる。そこで、前記可燃性ガスの一部を分取し、凝縮させて回収した油分を前記燃焼装置の燃料とすることにより、前記加熱装置の運転コストを低減することができる。
発明を実施するための最良の形態
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。
まず、本実施形態の第1の態様に用いる廃棄物の乾留ガス化焼却処理装置の構成について、図1及び図2を参照しながら説明する。
本態様に用いる装置は、図1示のように、廃タイヤを主とする各種廃棄物の混合物である廃棄物Aを収容するガス化炉1と、該ガス化炉1にガス通路2を介して接続される燃焼炉3と、ガス化炉1から排出される焼却灰等の焼却残留物(以下、灰化物と略記する)を処理する灰処理設備4とを備える。
ガス化炉1の上面部には、開閉自在な投入扉5を備える投入口6が形成され、投入口6から廃タイヤ等の廃棄物Aをガス化炉1内に投入可能とされている。そして、ガス化炉1はその投入扉5を閉じた状態では、その内部が実質的に外部と遮断される。
ガス化炉1の外周部には、その冷却構造として、ガス化炉1の内部と隔離されたウォータージャケット7が形成されている。ウォータージャケット7は、図示しない給水装置により給水され、内部の水量が所定水位に維持される。
ガス化炉1の下部は下方に突出した円錐台形状に形成され、斜面状の側壁部8の下方に、灰処理設備4の上方に開口し廃棄物Aの焼却処理終了後に灰化物を排出する灰出口9が形成されている。灰出口9にはこれを開閉自在とする1対の底板10a,10bが、左右1対のヒンジ11a,11bに取着されている。底板10a,10bは、ヒンジ11a,11bにより上下に揺動自在になっており、該揺動により灰出口9を観音開き様に開閉自在としている。
側壁部8内には、ガス化炉1の内部と隔離された空室8aが形成され、空室8aはガス化炉1の内壁部に設けられた複数の給気ノズル12を介して、ガス化炉1の内部に連通している。前記空室8aにはガス化炉用酸素供給路13が接続されており、ガス化炉用酸素供給路13は主酸素供給路14を介して送風ファン等により構成された酸素(空気)供給源15に接続されている。ガス化炉用酸素供給路13には弁駆動器16によりその開度が制御される制御弁17が設けられている。この場合、弁駆動器16は、CPU等を含む電子回路により構成された制御装置18により制御される。
また、ガス化炉1の下側部には、制御装置18に制御されて、ガス化炉1に収容された廃棄物Aに着火するための着火装置19が取り付けられている。着火装置19は点火バーナ等により構成され、重油等の助燃油が貯留されている燃料供給装置20から主燃料供給路21,ガス化炉用燃料供給路21aを介して供給される燃料を燃焼させることにより、廃棄物Aに燃焼炎を供給する。
さらに、ガス化炉1には、その上部側壁を貫通する散水導管22が備えられている。散水導管22は制御装置18により開閉が制御される開閉弁23を介して図示しない貯水槽等の水源に接続されると共に、先端に散水ノズル24を備え、前記水源から供給される水をガス化炉1内に散水することができる。
燃焼炉3は、廃棄物Aの乾留により生じる可燃性ガスとその完全燃焼に必要な酸素(空気)とを混合するバーナ部25と、酸素と混合された可燃性ガスを燃焼せしめる燃焼部26とからなり、燃焼部26はバーナ部25の先端側で該バーナ部25に連通している。バーナ部25の後端部には、ガス通路2が接続され、ガス化炉1における廃棄物Aの乾留により生じた可燃性ガスがガス通路2を介してバーナ部25に導入される。
バーナ部25の外周部には、その内部と隔離された空室27が形成され、該空室27はバーナ部25の内周部に穿設された複数のノズル孔28を介してバーナ部25の内部に連通している。空室27には、主酸素供給路14から分岐する燃焼炉用酸素供給路29が接続されている。燃焼炉用酸素供給路29には弁駆動器30によりその開度が制御される制御弁31が設けられており、弁駆動器30は前記制御装置18により制御される。
バーナ部25の後端部には、制御装置18に制御されて、燃料供給装置20から主燃料供給路21,燃焼炉用燃料供給路21bを介して供給される重油等の助燃油を燃焼させる燃焼装置32が取着されている。燃焼装置32は点火バーナ等により構成され、前記助燃油を前記可燃性ガスと共に燃焼させる。尚、燃焼装置32はバーナ部25に導入された可燃性ガスに着火する場合にも用いられる。
燃焼部26の先端部には、可燃性ガスが燃焼部26で完全燃焼された後の廃ガスを排出するダクト33aが設けられている。ダクト33aは途中でダクト33a,33aの2つに分岐しており、ダクト33aは第1熱交換器34の一方の端部に接続され、ダクト33aは後述するように灰処理設備4に接続されている。第1熱交換器34は、内部に主酸素供給路14が配設されており、前記廃ガスと主酸素供給路14に流通する酸素との間で熱交換を行うことにより、前記酸素が加熱される。
第1熱交換器34の他方の端部には、前記酸素と熱交換した前記廃ガスを排出するダクト33bが接続されている。ダクト33bは、第1熱交換器34の下流で、後述する灰処理設備4からの廃ガスを排出するダクト33bと合流してダクト33bとなり、前記廃ガスを送風ファン35を介して煙突36から大気中に排出する。尚、ダクト33bの途中にはサイクロン37、冷却塔38、バグフィルター39が配設されている。
さらに、本態様の装置では、ガス通路2の途中に、ガス化炉1から燃焼炉3に導入される可燃性ガスの一部を分取する分取導管40が逆止弁41を介して接続されており、分取された可燃性ガスを油分回収装置42に案内する。油分回収装置42は、分取された可燃性ガスを凝縮するコンデンサ43a,43bと、コンデンサ43a,43bで凝縮されない可燃性成分をさらに回収する油分離機44とからなる。油分離機44はガス導管45により燃焼炉3に接続されており、油分離機44でも分離しきれない可燃性成分を含むガスは、ガス導管45により送風ファン46を介して燃焼炉3の燃焼部26に導入され、ガス通路2から燃焼炉3に導入される可燃性ガスと共に燃焼せしめられる。
コンデンサ43a,43bの下方には、それぞれ凝縮された油分を貯留する貯留槽47a,47bが設けられている。コンデンサ43a,43bで凝縮された油分は、貯留槽47a,47bから回収油導管48により導出され、油水分離機49、濾過器50を経た後、ポンプ51を介して燃料供給装置20に送られる。尚、燃料供給装置20から燃料を導出する主燃料供給路21は、途中で前述のガス化炉用燃料供給路21a及び燃焼炉用燃料供給路21bと、後述するように灰処理設備4に接続される溶融炉用燃料供給路21cとの3つに分岐している。
さらに本態様の装置において、ガス化炉1の上部にはガス化炉1内の温度Tを検知する温度センサ52が取着され、燃焼炉3には燃焼炉3内の温度Tを検知する温度センサ53が、バーナ部25の先端部に臨む位置に取着されている。温度センサ52,53の検知信号は制御装置18に入力される。
次に、灰処理設備4は、図2示のように、ガス化炉1内から灰化物Bを排出する灰出口9の下方に設けられたスクリューコンベア54と、スクリューコンベア54に沿ってその上方に設けられた融剤添加装置55と、スクリューコンベア54により搬送される灰化物B及び融剤の混合物Cを収容して溶融する溶融炉56と、溶融炉56で得られた溶融物Dが投入されて急冷される水槽57と、水槽57からクリンカーEを搬出するベルトコンベア58とを備えている。溶融炉56は、前記灰化物B及び融剤の混合物Cを収容して、加熱し、溶融する溶融室59と、溶融室59の先端部に連通し、溶融室59で得られた溶融物Dを水槽57に投入するシュート部60と、溶融室59の下部に設けられてシュート部60に連通し、溶融炉56の廃ガスを排出する煙道61とからなる。
溶融室59の上面部には、開閉自在な投入扉62を備える投入口63が形成され、スクリューコンベア54により搬送される灰化物Bと融剤との混合物Cを投入口63から溶融室59内に投入可能とされている。また、溶融室59には、図1示のダクト33aから分岐するダクト33aが接続され、燃焼炉3の廃ガスの一部が導入されるようになっている。
シュート部60の天井部60aは斜めに形成されており、該天井部60aには加熱装置としてのバーナ64,64が溶融室59内の混合物Cに指向されて取着されている。バーナ64,64は、図1示の燃料供給装置20から主燃料供給路21,溶融炉用燃料供給路21cを介して供給される燃料を燃焼させることにより、溶融室59内の混合物Cを加熱する。
また、バーナ64には燃焼用酸素を供給する溶融炉用酸素供給路65が接続されている。溶融炉用酸素供給路65は、送風ファン等により構成された空気供給源66に接続されている空気供給路65aと、酸素ボンベ等により構成された純酸素源67に接続された純酸素供給路65bとが合流して構成され、空気に純酸素が混合された高濃度の酸素を含む空気をバーナ64に供給する。
煙道61の先端側には、溶融室59内の混合物Cを加熱、溶融した後の廃ガスを排出するダクト33bが接続されており、ダクト33bは第2熱交換器68、サイクロン69を介して、図1示のダクト33bに接続されている。前記第2熱交換器68は、内部に空気供給路65aが配設されており、ダクト33bにより供給される前記廃ガスと空気供給路65aに流通する空気との間で熱交換を行うことにより、前記空気が加熱される。
次に、前述の装置による本実施形態の廃棄物の焼却処理方法の第1の態様について、図1乃至図3を参照しながら説明する。
図1示の装置において、廃棄物Aを焼却処理する際には、まず投入扉5を開き、投入口6から廃棄物Aをガス化炉1内に投入する。前記廃棄物Aは、廃タイヤを主とする各種廃棄物を混合して、ガス化炉1内における乾留により発生する可燃性ガスが安定して燃焼を継続するときにその燃焼温度が850℃以上になる熱量を有するように調整されている。
次いで、投入扉5を閉じてガス化炉1内を密封状態としたのち、前記廃棄物Aの着火に先立って、制御装置18により燃焼炉3の燃焼装置32を作動させ、前記助燃油の燃焼が開始される。温度センサ53により検知される燃焼炉3内の温度Tが、ダイオキシン類の熱分解が可能とされる800℃を超えると、制御装置18によりガス化炉1の着火装置19が作動されて廃棄物Aに着火され、廃棄物Aの部分的燃焼が始まる。
廃棄物Aの部分的燃焼が始まって、温度センサ52により検知される温度Tが所定の温度T1Aに達すると、制御装置18により着火装置19が停止される。廃棄物Aの下層部の部分燃焼が始まると、その燃焼熱により該廃棄物Aの上層部が乾留され、該乾留により発生した可燃性ガスは、該ガス化炉1に接続されたガス通路2を介して、燃焼炉3のバーナ部25に導入される。
バーナ部25に導入された可燃性ガスは、バーナ部25内で燃焼炉用酸素供給路29から供給される酸素と混合されて燃焼装置32から供給される燃焼炎により着火され、燃焼部26において前記助燃油と共に燃焼を開始する。前記可燃性ガスの燃焼が開始された時点では、前記乾留による前記可燃性ガスの発生は不安定であり、該可燃性ガスが燃焼炉3に安定して供給されないこともあるが、ガス化炉1内における乾留が安定するに従って前記可燃性ガスが連続的に発生するようになり、その発生量も増加していく。
前記可燃性ガスの発生量の増加に伴って燃焼炉3内の温度Tが上昇すると、前記可燃性ガスが自己の燃焼熱により自発的に安定して燃焼を継続することができるようになる。そこで、制御装置18は、温度センサ53により検出される燃焼炉3内の温度Tが例えば830℃以上になったならば、燃焼装置32による助燃油の燃焼を停止し、停止後の温度Tの変化により、可燃性ガスが自発的に安定して燃焼を継続することができるかどうかを判断する。
この結果、燃焼装置32による助燃油の燃焼は、燃焼炉3内の温度Tが830℃以上になったら停止、830℃以下になったら再開というように、断続的に行われ、この間、燃焼炉3内の温度Tは図3に示すように、ジグザグ状に変化する。そして、前記助燃油の燃焼を停止しても、燃焼炉3内の温度Tが830℃以上を維持するようになったならば、制御装置18は、前記可燃性ガスが自己の燃焼熱により自発的に燃焼できる状態に達したものと判断し、前記助燃油の燃焼を終了させる。この後は、前記可燃性ガスのみの自発的な燃焼が行われ、温度センサ53で検知される燃焼炉3内の温度Tは、実質的に該可燃性ガス自体の燃焼温度を示すようになる。
前記可燃性ガスのみの自発的な燃焼が行われるようになると、燃焼炉3内の温度Tにより検知される前記可燃性ガス自体の燃焼温度は、830℃以上の温度、例えば850℃に略一定に維持される。このとき、制御装置18は該可燃性ガスが完全燃焼するために必要十分な量の酸素がバーナ部25に供給されるように燃焼炉用酸素供給路29の制御弁31の開度を自動的に制御する。また、同時に、制御装置18は、温度センサ53で検知される燃焼炉3内における可燃性ガスの燃焼温度Tに応じて制御弁17の開度を自動的に制御することにより、ガス化炉1における前記可燃性ガスの発生量を調整し、燃焼炉3内における可燃性ガスの燃焼温度Tが850℃に略一定に維持されるようにする。
また、温度センサ52により検知されるガス化炉1内の温度Tは、前記燃焼装置32の作動中、前記廃棄物Aに着火された直後には廃棄物Aの下層部の燃焼の拡大に従って上昇するが、その後、廃棄物Aの下層部の燃焼熱が上層部の乾留のために消費されることにより、一旦下降する。そして、燃焼装置32が停止されて、前記可燃性ガスのみの自発的燃焼が行われるようになり、前記乾留が定常的に安定に進行する段階(燃焼炉3内の温度Tが850℃に略一定に維持される段階)に入ると、ガス化炉1内の温度Tは再び上昇に転じ、前記乾留の進行に伴って次第に上昇する。
前記可燃性ガスのみが自発的な燃焼を行う段階では、前記可燃性ガスの発生が盛んであり、該可燃性ガスの一部を分取しても、燃焼炉3内の温度Tを850℃に略一定に維持するに十分な可燃性ガスが得られる。そこで、この段階では分取導管40により前記可燃性ガスの一部を分取して、該可燃性ガスに含まれる可燃性成分を油分回収装置42により油分として回収する。
前記油分の回収は、ガス通路2内の可燃性ガスの圧力が所定の大きさを超えたときに、分取導管40の逆止弁41を超えて油分回収装置42に導入される可燃性ガスのうち、まず、液化しやすい可燃性成分が直列に配列されたコンデンサ43a,43bで凝縮されることにより行われる。液化された油分は貯留槽47a,47bに収容された後、ポンプ51により取出される。前記油分は、油水分離機49、濾過器50で精製された後、燃料供給装置20に送られ、主燃料供給路21からガス化炉用燃料供給路21a,燃焼炉用燃料供給路21b,溶融炉用燃料供給路21cを介して、それぞれガス化炉1の着火装置19、燃焼炉3の燃焼装置32、溶融炉56のバーナ64に供給される。
コンデンサ43a,43bで凝縮されなかった前記可燃性ガスは、次いで、油分離機44に送られ、可燃性成分が油分として回収される。そして、油分離機44でも回収されなかった残余の可燃性ガスは、ガス導管45により送風ファン46を介して燃焼炉3の燃焼部26に導入され、完全燃焼せしめられる。
燃焼炉3において前記可燃性ガスが完全燃焼せしめられた後の廃ガスは、まず、ダクト33aに排出され、その一部はダクト33aにより第1熱交換器34に送られ、第1熱交換器34内に配設された主酸素供給路14内に流通される酸素の加熱に用いられる。また、ダクト33aに排出された前記廃ガスの他の一部はダクト33aにより溶融炉56の溶融室59に送られる。溶融室59に導入された廃ガスの作用については後述する。
第1熱交換器34で前記酸素の加熱に用いられた廃ガスは、ダクト33bからダクト33bを介してサイクロン37に導入され、該廃ガスに含まれる塵埃が除去される。次いで、前記廃ガスは冷却塔38に導入されることにより十分に冷却されて、バグフィルター39に導入される。そして、バグフィルター39で、さらに微細な飛灰が除去されたのち、最終的に送風ファン35を介して煙突36から大気中に排出される。
次に、前記ガス化炉1内の廃棄物Aの乾留が進行して、廃棄物Aの乾留し得る部分が乏しくなってくると、ガス化炉用酸素供給路13の制御弁17の開度を調整してガス化炉1に対する酸素供給量を増加させても燃焼炉3内の温度Tを850℃に略一定に維持するために十分な量の可燃性ガスを発生させることができず、燃焼炉3内の温度Tが850℃から低下する傾向を示すようになる。
そこで、制御装置18は、燃焼炉3内の温度Tが、例えば830℃以下になったならば、燃焼装置32による助燃油の燃焼を再開する。この段階では、制御装置18は、燃焼炉3内の温度Tが830℃以上になったならば燃焼装置32による助燃油の燃焼を停止し、停止後の燃焼炉3内の温度Tの変化により、可燃性ガスが自発的に安定して燃焼を継続することができるかどうかを判断する。
この結果、燃焼装置32による助燃油の燃焼は、燃焼炉3内の温度Tが830℃以上になったら停止、830℃以下になったら再開というように、断続的に行われ、この間、燃焼炉3内の温度Tは図3に示すように、ジグザグ状に変化する。そして、燃焼装置32による助燃油の燃焼を行わないと、燃焼炉3内の温度Tが830℃以上に上がらなくなったならば、制御装置18は、前記可燃性ガスが自発的に燃焼することが全くできない状態になったものと判断し、前記のように助燃油の燃焼を継続的に行って、燃焼炉3内の温度Tが800℃以上に維持されるようにする。
一方、廃棄物Aの乾留し得る部分が乏しくなってくると、ガス化炉1内では廃棄物Aが直燃状態になるので、ガス化炉1内温度Tの上昇が急になる。そして、廃棄物Aの乾留し得る部分がなくなり、赤熱化した廃棄物Aが灰化に移行し始める温度T1MAXを最高温度として、減少に転じる。しかし、廃棄物Aは毎回の処理毎に、その容量、材質等がまちまちであるため、灰化した表面層の下に赤熱化していたり、まだ赤熱化していない部分が残っており、この部分の熱によりガス化炉1内の温度Tが再び上昇することがある。
そこで、制御装置18は、燃焼装置32による助燃油の燃焼を行わないと燃焼炉3内の温度Tが830℃以上に上がらなくなった段階で、温度センサ52により検出されるガス化炉1内の温度Tを所定時間毎、例えば10分毎にガス化炉1内の最高温度T1MAXと比較する。そして、制御装置18は、ガス化炉1内の温度Tが所定回数、例えば3回連続して最高温度T1MAX未満であったときには、ガス化炉1内の廃棄物Aが確実に全体的に灰化に移行したものと判定する。この後、ガス化炉1内の温度Tは、廃棄物Aの灰化と共に次第に低下して行く。
ここで、廃棄物Aの焼却残留物(灰化物B)をガス化炉1から排出する操作は、従来、ガス化炉1内の温度Tが灰化物Bの取り扱いが容易になる温度、例えば常温程度まで低下するのを待って行われている。しかし、温度Tが常温程度まで低下するのを待っていたのでは、温度Tの低下に長時間を要し、この間、新しい廃棄物をガス化炉1に投入できないため、処理サイクルが長くなる。
そこで、本態様では、ガス化炉1内で廃棄物Aの乾留し得る部分が乏しくなっで、制御装置18によりガス化炉1内の廃棄物Aが確実に全体的に灰化に移行したものと判定された後、ガス化炉1内の温度Tが最高温度T1MAXから低下に転じ、ダイオキシン類の生成する温度とされる250〜350℃未満となったとき直ちに、例えば温度Tが200℃以下になったならば、ガス化炉1の灰出口9の底板10a,10bを図2に仮想線示するように開いて、ガス化炉1内の灰化物Bを下方に落下させることにより排出する。
本態様では、前記ガス化炉1内の灰化物Bの排出(灰出し)が完了したならば、底板10a,10bを閉鎖すると共に、投入扉5を開き、投入口6から新たな廃棄物Aをガス化炉1内に再投入する。このとき、燃焼炉3内の温度Tは前述のように800℃以上に維持されているので、前記ガス化炉1内に再投入された廃棄物Aに直ちに点火することができ、以下、前述の手順に従って次の焼却処理が行われる。
このようにすることにより、前記ガス化炉1内の温度Tの低下を待たずに、ガス化炉1内の灰化物Bを排出し、新たな廃棄物Aをガス化炉1内に再投入できるので、処理サイクルを短縮することができる。また、新たな廃棄物Aを再投入したときには、ガス化炉1内は前回の処理の余熱により温められているので、前記点火後、廃棄物Aの部分的燃焼を容易に安定化させることができる。
次に、ガス化炉1から排出された灰化物Bの処理について説明する。前記灰化物Bの排出時、ガス化炉1内の温度Tは前述のようにダイオキシン類の生成温度未満の200℃まで低下しているので、前記灰化物Bからダイオキシン類が発生する虞はない。しかし、前記灰化物Bはまだ高温であるので、これを速やかに溶融炉56に導入して溶融する。
本態様では、前記灰化物Bを速やかに溶融炉56に導入するために、図2示のように、ガス化炉1の灰出口9の下方に設けられたスクリューコンベア54上に灰化物Bを落下せしめ、スクリューコンベア54により搬送する。前記灰化物Bの排出に当たっては、底板10a,10bの開放に先立って、図1示の制御装置18により散水導管22の開閉弁23を所定時間開弁して散水ノズル24からガス化炉1内の灰化物Bの上層に散水する。これにより、前記灰化物Bがスクリューコンベア54上に落下する際に、灰化物Bが飛散することを防止することができる。前記灰化物Bは前述のようにガス化炉1から取出された後、溶融炉56で加熱、溶融されるので、前記散水は灰化物Bの上層部を水により一体化できる程度であればよく、過剰に散水する必要はない。尚、開閉弁23は前記所定時間の開弁後、再び制御装置18により閉弁される。
次に、溶融炉56の投入扉62を開き、スクリューコンベア54により搬送される灰化物Bを投入口63から溶融炉56内に投入する。スクリューコンベア54上方には、融剤添加装置55が設けられており、本態様では前記融剤として珪砂と石灰岩との混合物を、融剤添加装置55からスクリューコンベア54により搬送される灰化物Bに添加する。前記珪砂及び石灰岩はいずれも安価であり、ランニングコストを抑制する上で有利である。前記灰化物Bはスクリューコンベア54により搬送される途中で、前記珪砂及び石灰岩と混合され、灰化物Bと前記珪砂及び石灰岩との混合物Cが溶融炉56の溶融室59内に投入される。
溶融室59内には、ダクト33aから分岐するダクト33aにより燃焼炉3の廃ガスが導入されており、該廃ガスは850℃以上の温度を有している。また、混合物Cの投入に先立ってバーナ64が作動されている。
そこで、前記混合物Cは前記廃ガスにより加熱され、また直接的にはバーナ64の燃焼炎により加熱される。前記混合物Cは、前述のように含有する灰化物B自体が高温であり、前記融剤としての珪砂及び石灰岩と混合されることにより融点が低くなっているので、前記加熱により容易に溶融されて溶融物Dになる。
前記溶融に際して、灰化物Bに含まれている十分に燃焼していない廃棄物Aが完全燃焼せしめられるが、溶融室59内には前述のように燃焼炉3の850℃以上の温度の廃ガスが導入されているので、廃棄物Aの燃焼によりダイオキシン類が発生する虞は無い。
前記のように溶融された溶融物Dは、溶融室59の先端部に流動し、自動的にシュート部60内に落下し、シュート部60の下方に設けられた水槽57に投入される。水槽57に投入された溶融物Dは、水槽57に貯留されている水により急冷されて破砕され、細かい粒状の固形物(クリンカーE)が形成される。
前記クリンカーEは、水槽57内に配設されたベルトコンベア58により水槽57から排出される。尚、前記珪砂は、灰化物Bに混合されて混合物Cの融点を下げると共に、溶融されてガラス質となるので、前記灰化物Bに含まれる重金属等の有害物質を前記クリンカーE内に包み込み、漏出を防止することができる。
前記溶融炉56の廃ガスは、溶融室59からシュート部60、煙道61を経て、ダクト33bにより排出される。前記廃ガスは、ダクト33bの途中に設けられた第2熱交換器68で、該第2熱交換器68内に配設された空気供給路65aに流通する空気と熱交換し、サイクロン69で含有する塵埃が除去された後、図1示のダクト33bに合流し、燃焼炉3の廃ガスと共に煙突36から大気中に排出される。
前記溶融炉56のバーナ64は、燃料供給装置20から主燃料供給路21,溶融炉用燃料供給路21cを介して供給される燃料を、溶融炉用酸素供給路65から供給される燃焼用空気により燃焼させる。前記燃焼用空気は、空気供給路65aから供給される前記廃ガスとの熱交換により加熱された空気に、純酸素供給源67から純酸素供給路65bを介して供給される純酸素が混合されている。この結果、前記燃焼用空気は酸素濃度が高められており、バーナ64は混合物Cの溶融に好適な高火力を得ることができる。
次に、本実施形態の廃棄物の焼却処理方法の第2の態様について、図4を参照しながら説明する。
本実施形態の第2の態様に用いる廃棄物の乾留ガス化焼却処理装置は、灰処理設備4の構成を除いて、前記第1の態様に用いる装置と全く同一の構成を備えている。本実施形態の灰処理設備4は、図4に示すように、溶融炉56の投入口63がガス化炉1の灰出口9に連結して形成され、底板10a,10bが投入口63内に開かれるようになっており、融剤が融剤添加装置55から直接投入口63内に投入されるようになっている点を除いて、前記第1の態様に用いる図2示の灰処理設備4と全く同一の構成である。
次に、前述の装置による本実施形態の廃棄物の焼却処理方法の第2の態様について説明する。本態様では、廃棄物の焼却は、前記第1の態様の場合と全く同一にして行われる。そして、ガス化炉1内で廃棄物Aの乾留し得る部分が乏しくなって、制御装置18によりガス化炉1内の廃棄物Aが確実に全体的に灰化に移行したものと判定された後、ガス化炉1内の温度Tが最高温度T1MAXから低下しつつあるときに、灰出口9の底板10a,10bを図4に仮想線示するように開くことにより、ガス化炉1内の灰化物Bを下方に落下させて排出する。
そして、本態様では、融剤が融剤添加装置55から直接投入口63内に投入される点を除いて、前記第1の態様の場合と全く同一に処理することにより、灰化物Bが溶融され、溶融物DからクリンカーEが形成される。本態様では、灰化物Bは、ガス化炉1内の温度Tがダイオキシン類の生成温度未満に低下する前に排出されるので、十分に高温であり、容易に溶融させることができる。
本態様に用いる灰処理設備4では、図4示の溶融炉56の投入口63がガス化炉1の灰出口9に連結して設けられているので、底板10a,10bを開くと灰化物Bは外気に触れることなく、溶融炉56の溶融室59に投入される。従って、本態様では、ガス化炉1内の温度Tがダイオキシン類の生成温度未満に低下することを待つことなく、例えば前記温度Tが300℃になったときに、灰化物Bの排出、新たな廃棄物Aの再投入を行うことができ、処理サイクルをさらに短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の一実施形態を示すシステム構成図であり、図2は図1の要部を拡大して本発明の一実施形態を示すシステム構成図であり、図3は本発明の廃棄物の焼却処理方法におけるガス化炉内の温度及び燃焼炉内の燃焼温度の経時変化を示すグラフである。図4は図1の要部の拡大して本発明の他の実施形態を示すシステム構成図である。また、図5は従来の焼却処理方法におけるガス化炉内の温度及び燃焼炉内の燃焼温度の経時変化を示すグラフである。

Claims (12)

  1. ガス化炉内に収容した廃棄物に点火して該廃棄物の一部を燃焼させ、その燃焼熱により該廃棄物の他の部分を乾留する工程と、該乾留により発生する可燃性ガスを燃焼炉に導入して燃焼させる工程とを備え、
    該可燃性ガスを該燃焼炉で燃焼させるときに、該燃焼炉に導入される可燃性ガスの量に応じてその燃焼に要する酸素を該燃焼炉に供給して該可燃性ガスを燃焼させると共に、該燃焼炉における該可燃性ガスの燃焼による該燃焼炉内の温度変化に応じて該ガス化炉に供給される酸素量を制御し該乾留により発生する可燃性ガスの量を調整して、該燃焼炉内の温度を所定温度以上の略一定の温度に維持する廃棄物の焼却方法において、
    前記所定温度はダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度であって、
    前記廃棄物の着火に先立って、前記燃焼炉で前記可燃性ガスと異なる他の燃料を燃焼せしめ、該燃焼炉内の温度がダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上になったときに、該廃棄物に着火して乾留を開始し、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留の進行に伴い該ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が減少して、該燃焼炉内の温度が前記略一定の温度未満になった後、前記燃焼炉内の温度を該他の燃料の燃焼によりダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持すると共に、該ガス化炉内の温度が最高温度から低下して該廃棄物からダイオキシン類を生成する温度未満となったとき直ちに、該焼却残留物を該ガス化炉から取り出す工程と、
    該ガス化炉から該焼却残留物を取り出した後、該燃焼炉内の温度をダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持したまま、該ガス化炉に新しい廃棄物を収容して点火する工程とからなることを特徴とする廃棄物の焼却処理方法。
  2. 前記ガス化炉から取り出された焼却残留物を溶融炉に収容し、該溶融炉に備えられた加熱装置により加熱して溶融し、溶融物を水中に投入して急冷することにより粒状固形物とすることを特徴とする請求項1記載の廃棄物の焼却処理方法。
  3. 前記焼却残留物に融剤を添加して溶融することを特徴とする請求項2記載の廃棄物の焼却処理方法。
  4. 前記焼却残留物を溶融するときに、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留により発生する可燃性ガスを前記燃焼炉で燃焼させて発生する廃ガスを前記溶融炉に導入して、前記焼却残留物を加熱することを特徴とする請求項2または請求項3記載の廃棄物の焼却処理方法。
  5. 前記溶融炉に備えられた加熱装置は燃焼装置であって、該燃焼装置に前記溶融炉の熱により加熱された酸素を供給することを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかの項記載の廃棄物の焼却処理方法。
  6. 前記ガス化炉内の廃棄物の乾留により発生する可燃性ガスを前記燃焼炉に導入して燃焼させるときに、該可燃性ガスの一部を分取し、凝縮させて油分を回収すると共に、該油分を前記溶融炉に備えられた燃焼装置の燃料とすることを特徴とする請求項5記載の廃棄物の焼却処理方法。
  7. 前記ガス化炉内の焼却残留物の上層に散水した後に、該ガス化炉から該焼却残留物を取り出すことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかの項記載の廃棄物の焼却処理方法。
  8. ガス化炉内に収容した廃棄物に点火して該廃棄物の一部を燃焼させ、その燃焼熱により該廃棄物の他の部分を乾留する工程と、該乾留により発生する可燃性ガスを燃焼炉に導入して燃焼させる工程とを備え、
    該可燃性ガスを該燃焼炉で燃焼させるときに、該燃焼炉に導入される可燃性ガスの量に応じてその燃焼に要する酸素を該燃焼炉に供給して該可燃性ガスを燃焼させると共に、該燃焼炉における該可燃性ガスの燃焼による該燃焼炉内の温度変化に応じて該ガス化炉に供給される酸素量を制御し該乾留により発生する可燃性ガスの量を調整して、該燃焼炉内の温度を所定温度以上の略一定の温度に維持する廃棄物の焼却方法において、
    前記所定温度はダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度であって、
    前記廃棄物の着火に先立って、前記燃焼炉で前記可燃性ガスと異なる他の燃料を燃焼せしめ、該燃焼炉内の温度がダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上になったときに、該廃棄物に着火して乾留を開始し、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留の進行に伴い該ガス化炉内の廃棄物の乾留し得る部分が減少して、該燃焼炉内の温度が前記略一定の温度未満になった後、前記燃焼炉内の温度を該他の燃料の燃焼によりダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持すると共に、該ガス化炉内の温度が最高温度から低下しつつあるときに、該焼却残留物を該ガス化炉から取り出して、該ガス化炉に焼却残留物取出し口を介して連設された溶融炉に収容する工程と、
    該焼却残留物を該溶融炉に備えられた加熱装置により加熱して溶融し、溶融物を水中に投入して急冷することにより粒状固形物とする工程と、
    該ガス化炉から該焼却残留物を取り出した後、該燃焼炉内の温度をダイオキシン類の熱分解が可能とされる温度以上に維持したまま、該ガス化炉に新しい廃棄物を収容して点火する工程とからなることを特徴とする廃棄物の焼却処理方法。
  9. 前記焼却残留物に融剤を添加して溶融することを特徴とする請求項8記載の廃棄物の焼却処理方法。
  10. 前記焼却残留物を溶融するときに、前記ガス化炉内の廃棄物の乾留により発生する可燃性ガスを前記燃焼炉で燃焼させて発生する廃ガスを前記溶融炉に導入して、前記焼却残留物を加熱することを特徴とする請求項8または請求項9記載の廃棄物の焼却処理方法。
  11. 前記溶融炉に備えられた加熱装置は燃焼装置であって、該燃焼装置に前記溶融炉の熱により加熱された酸素を供給することを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれかの項記載の廃棄物の焼却処理方法。
  12. 前記ガス化炉内の廃棄物の乾留により発生する可燃性ガスを前記燃焼炉に導入して燃焼させるときに、該可燃性ガスの一部を分取し、凝縮させて油分を回収すると共に、該油分を前記溶融炉に備えられた燃焼装置の燃料とすることを特徴とする請求項11記載の廃棄物の焼却処理方法。
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