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WO1999008047A1 - Procede d'elimination de combustibles par fusion - Google Patents

Procede d'elimination de combustibles par fusion Download PDF

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Publication number
WO1999008047A1
WO1999008047A1 PCT/JP1998/003572 JP9803572W WO9908047A1 WO 1999008047 A1 WO1999008047 A1 WO 1999008047A1 JP 9803572 W JP9803572 W JP 9803572W WO 9908047 A1 WO9908047 A1 WO 9908047A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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oxygen
gas
waste
combustible
supplied
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP1998/003572
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shosaku Fujinami
Tetsuhisa Hirose
Takahiro Oshita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to EP98936737A priority Critical patent/EP1013993A4/en
Priority to US09/485,452 priority patent/US6286443B1/en
Priority to AU85627/98A priority patent/AU8562798A/en
Publication of WO1999008047A1 publication Critical patent/WO1999008047A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/30—Pyrolysing
    • F23G2201/303—Burning pyrogases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/20—Combustion to temperatures melting waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2203/00—Furnace arrangements
    • F23G2203/50—Fluidised bed furnace

Definitions

  • the present invention uses flammable waste such as municipal solid waste, solidified fuel, slurry fuel, waste plastic, waste FRP, sewage sludge, biomass waste, automobile waste, low-grade coal, waste oil, etc.
  • flammable waste such as municipal solid waste, solidified fuel, slurry fuel, waste plastic, waste FRP, sewage sludge, biomass waste, automobile waste, low-grade coal, waste oil, etc.
  • a combination of a gasification furnace and a melting furnace burns without generating dioxins, and at the same time, collects ash in combustible waste as glassy slag from which heavy metals do not elute.
  • the present invention relates to a method for melting a combustible material.
  • solidified fuel (RDF) in the above combustible waste is obtained by crushing and sorting municipal waste and adding it to lime, etc., followed by compression molding.
  • Slurried fuel (SWM) is municipal waste, etc. Is crushed into water slurry, and hydrothermally decomposed under high pressure to oil.
  • Fig. 6 shows an example of a conventional gasification and melting system in establishing a simple and low-cost environment-friendly combustion technology that combines these functions.
  • the gasification and melting system consists of admirIt is composed of a gasification furnace 2 and a swirling melting furnace 3.
  • An air chamber 5 having an air distribution plate 4 above is provided at the lower part of the fluidized bed gasification furnace 2.
  • a fluidized bed 6 of silica sand is formed on 4.
  • a freeboard 7 is provided above the fluidized bed 6 to prevent scattering of silica sand and absorb pressure fluctuations.
  • the melting furnace 3 is provided with a primary combustion chamber 8, a secondary combustion chamber 9, and a slag separation unit 10.
  • the air dispersion plate 4 in the fluidized bed gasification furnace 2 is filled with silica sand, and the air b supplied to the air chamber 5 is blown out above the air dispersion plate 4 so that the air dispersion plate 4 A fluid bed 6 of silica sand is formed on top. River sand with a particle size of about 0.5 mm is used for this silica sand.
  • the combustible waste a supplied to the fluidized-bed gasification furnace 2 by the screen-type quantitative supply device 1 is dropped into the fluidized bed 6 maintained at 450 to 850 ° C. It comes into contact with the heated silica sand and is quickly decomposed into gas, gas and solids. These pyrolysis products are then gasified by contact with oxygen in the air b. During this time, the solid carbon is gradually pulverized by the oxidation and the crushing action of the fluidized bed.
  • Air b is blown into the freeboard 7 of the fluidized bed gasifier 2 as necessary, and partial combustion of hydrocarbons, tar, and solid carbon is performed at 65 to 85 ° C.
  • large incombustibles d are discharged together with silica sand.
  • the incombustibles d include metals such as iron, copper and aluminum, but since the fluidized bed has a reducing atmosphere, these metals are recovered in an unoxidized and clean state.
  • the discharged incombustibles and silica sand are separated by a classifier (not shown), and then large-sized incombustibles are discharged to the outside. On the other hand, small-sized silica sand is returned to the fluidized bed gasifier 2.
  • Product gas exiting fluidized bed gasifier 2 with finely divided solid carbon remindC is supplied to the swirling melting furnace 3 and mixed with the preheated air b in the swirling flow in the vertical primary combustion chamber 8 and the horizontal and slightly inclined secondary combustion chamber 9, It burns at a high temperature of 1200 to 160 ° C. The combustion is completed in the secondary combustion chamber 9.
  • the ash in the solid carbon becomes slag mist due to the high temperature, but most of the slag mist is trapped in the molten slag phase on the furnace wall of the combustion chamber by the action of centrifugal force due to the swirling flow.
  • the molten slag f that has flowed down the furnace wall is discharged from the bottom of the slag separation section 10, and is discharged to the outside as slag particles after being cooled indirectly or directly.
  • the combustion exhaust gas e is discharged from the top of the slag separation section 10 and is discharged to the atmosphere after passing through a series of heat recovery devices and dust removal devices not shown. In this way, about 90% of the ash is discharged as molten slag f, and the remaining about 10% is collected as fly ash mainly at Bagfill.
  • the primary combustion chamber has a reducing atmosphere
  • the secondary combustion chamber has an oxidizing atmosphere. Since the slag formed in the secondary combustion chamber is exposed to the oxidizing atmosphere, there is a problem that low-boiling heavy metals are not sufficiently volatilized from the slag.
  • the lower calorific value of waste If it is not more than 2000 kcal / kg, some kind of auxiliary fuel is required, and there is a need for a technology that can reduce the calorific value of waste that can be melted by self-heating. In other words, there has been a need for a technology capable of lowering the lower limit of heat generation that can be operated without auxiliary fuel.
  • the present invention provides a safe molten slag in which the content of low-boiling heavy metals has been reduced to the utmost limit, and a melting treatment of combustibles capable of self-heating melting even waste having a low calorific value. It aims to provide a method. Disclosure of the invention
  • a combustible substance and an oxygen-containing gas are supplied to a melting furnace, and the combustible substance is partially oxidized in a reducing atmosphere to obtain a combustible gas, and the combustible substance is contained in the combustible substance.
  • the ash is discharged as molten slag, and oxygen-containing gas is supplied to completely combust the combustible gas.
  • the volatilization of low boiling heavy metals from the molten slag to gas is promoted,
  • the amount of low-boiling heavy metals remaining in the molten slag can be reduced to the utmost, and a safe slag from which low-boiling heavy metals do not elute when landfilled can be obtained.
  • the combustible gas obtained by the partial oxidation is completely burned using excess air or excess oxygen-containing gas. In this way, self-heating can be performed even with low calorific value waste that could not be self-heated by the conventional method.
  • the amount of oxygen in the oxygen-containing gas supplied for the partial oxidation of the combustibles is 40 to 100% of the theoretical combustion oxygen amount, preferably 80 to 99%,
  • the amount of oxygen in the oxygen-containing gas supplied for this purpose is required to be 30 to 90%, preferably 30 to 50% of the theoretical combustion oxygen amount.
  • the combustible material may be a gaseous substance and / or a solid substance obtained by partially oxidizing combustible waste in a gasification furnace using an oxygen-containing gas.
  • the partial oxidation of the waste is carried out at 450-850 ° C, preferably 450-650 ° C, more preferably 500-600 ° C using a fluidized bed gasifier. It is preferred to carry out at the layer temperature.
  • the sum of the oxygen content in the oxygen-containing gas supplied for the partial oxidation of the combustible waste and the partial oxidation of the gaseous substance and / or the solid substance is 40 to 1 of the theoretical combustion oxygen amount.
  • the oxygen content in the oxygen-containing gas supplied for complete combustion of the combustible gas is 30 to 90%, preferably 30 to 90% of the theoretical combustion oxygen content. It is required to be 30 to 50%.
  • the melting furnace is a rotary melting furnace.
  • the combustibles supplied to the rotary melting furnace are partially oxidized at 1200 to 160 ° C., and the remaining combustible gas is completely burned at 900 ° C. or higher.
  • a combustible waste and an oxygen-containing gas are supplied to a gasification furnace, and the waste is partially oxidized into a gaseous substance and / or a solid substance.
  • the gaseous substance and / or the solid substance and the oxygen-containing gas are supplied to a melting furnace and partially oxidized in a reducing atmosphere to obtain a combustible gas, and the ash is discharged as molten slag, and the oxygen-containing gas is further supplied. Then, the combustible gas is completely burned.
  • waste is gasified in a gasifier to form a gaseous substance and / or a solid substance, and the ash in the gaseous substance and / or the solid substance is converted into a molten slag.
  • Reducing the amount of low-boiling heavy metals from the molten slag to the gas by reducing the amount of low-boiling heavy metals remaining in the molten slag to the limit Low when Safe slag from which n- boiling heavy metals do not elute can be obtained.
  • the combustible gas obtained by the partial oxidation is completely burned using excess air or excess oxygen-containing gas.
  • the total of the oxygen content in the oxygen-containing gas supplied for the partial oxidation of the waste and the partial oxidation of the gaseous substance and / or the solid substance is the theoretical combustion oxygen amount. It is required that the oxygen content in the oxygen-containing gas supplied to completely burn the combustible gas is 40 to 100% of the theoretical combustion oxygen content.
  • the total of the oxygen content in the oxygen-containing gas supplied for partial oxidation and the total of the oxygen content in the oxygen-containing gas supplied for complete combustion is the theoretical combustion
  • the oxygen content is preferably 110% to 140%, more preferably 120% to 130%.
  • a gasifier used in the present invention a kiln, a fluidized-bed furnace, or a fixed-bed furnace can be used, and the fluidized-bed gasifier is a waste gas in terms of a wide range of usable particle sizes of combustibles. Suitable for processing.
  • An air-bed furnace is used as the melting furnace, and a swirl-type furnace is preferable for high-load combustion.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gasification and melting system to which the present invention is applied
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a fluidized bed gasification furnace
  • FIG. 3 is a fluidized bed gasification shown in FIG.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view showing another embodiment of the rotary melting furnace
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 4
  • FIG. 6 is a conventional gas furnace.
  • 1 is an overall configuration diagram of a chemical fusing system. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Fig. 1 to Fig. 5 The same members as those of the conventional example shown in Fig. 6 will be described with the same reference numerals.
  • a fluidized-bed gasification furnace 2 is provided at the front stage, and a fixed-quantity feeding device 1 is used in order to apply flammable waste a to materials that are difficult to pulverize, such as municipal waste and waste plastic.
  • a fluidized-bed gasifier 2 Is supplied to the fluidized-bed gasifier 2 and then partially oxidized in the fluidized bed, that is, gasified, and solidified, that is, finely divided solid force
  • the gaseous substance c accompanied by the bon is discharged from the fluidized bed gasifier 2.
  • the internal swirling type fluidized-bed gasifier 2 used here is a type that positively performs the swirling flow of the fluidized medium that descends at the center of the fluidized bed 6 and rises at the periphery thereof.
  • the following characteristics can be obtained by keeping the layer temperature at 50 ° C, preferably 450-650 ° C, and more preferably 500-600 ° C. .
  • the waste a can be supplied in a degree of coarse crushing, and the large-sized incombustibles d generated from the fluidized bed can be smoothly discharged. Also, by keeping the bed temperature low, the reaction of pyrolysis gasification becomes relatively slow, so that fluctuations in gas generation can be suppressed. Since the solid carbon has good oxidation in the layer, it is possible to efficiently use the heat generated due to the pulverization of the solid carbon and the oxidation. Furthermore, since heat is well diffused in the layer, agglomeration (agglomeration) can be prevented, and valuable metals such as iron, copper, and aluminum can be recovered in an unoxidized state.
  • the temperature range of the fluidized bed is 450 to 850 ° C, preferably 450 to 650 ° C, and more preferably 500 to 600 ° C.
  • the fluidized-bed gasifier 2 is removed from the system shown in FIG. Air is blown into the freeboard 7 of the fluidized bed gasifier 2 as needed, and further partial oxidation of gasification products is performed at a temperature 100 to 200 ° C higher than the fluidized bed.
  • the generated gas c accompanied by fine powdered solid carbon from the fluidized bed gasification furnace 2 is supplied to the swirling melting furnace 3 and mixed with the preheated air in the swirling flow in the vertical primary combustion chamber 8. Meanwhile, partial oxidation is performed at a high temperature of 1200 to 160 ° C. (preferably, 130 to 140 ° C. At this time, the ash in the solid force is high due to the high temperature. Most of the slag mist is trapped in the molten slag phase on the furnace wall of the primary combustion chamber 8 by the action of centrifugal force due to the swirling flow. The molten slag f is discharged from the slag separation section 10 between the primary combustion chamber 8 and the secondary combustion chamber 9, and is directly or indirectly cooled and then discharged as slag particles.
  • the total amount of oxygen in the air supplied to the primary combustion chamber 8 of the fluidized-bed gasification furnace 2 and the swirling melting furnace 3 is 40 to 100% of the theoretical combustion amount, preferably It is sufficient to keep the reducing atmosphere from the fluidized bed gasification furnace 2 to the inlet of the secondary combustion chamber 9 through the primary combustion chamber 8 of the swirling melting furnace 3 (this fluidized bed gasification).
  • the amount of oxygen required for the partial oxidation in the primary combustion chamber 8 from the furnace 2 to the swirling melting furnace 3 can be increased to the desired melting temperature in the reduced state. The amount required for is sufficient.
  • the limit is about 40%.
  • the upper limit of the amount of oxygen is 100%, at which the reduced state can be maintained.
  • the amount of oxygen required for the partial oxidation can be 40 to 100%, preferably 80 to 99% of the theoretical combustion amount.
  • Table 1 shows the results of investigating the relationship between the melting conditions and the composition of slag and fly ash obtained from various types of ash melting equipment (The 7th Annual Meeting of the Waste Management Society of Japan, p4 13 to p4 1 Excerpt from 5).
  • Table 1 shows a clear correlation between the residual amounts of Pb and Zn in the slag and the oxygen concentration in the exhaust gas. That is, the Cossbed type in which the oxygen concentration in the exhaust gas is 0.2 to 0.6% is Group A, and the high frequency, arc type, and plasma type in which the oxygen concentration is 20% is Group B, and the oxygen concentration is 6%. If the surface melting equation is defined as the C group, the Pb and Zn concentrations in the slag of the A group whose oxygen concentration is close to zero are the same as those of the B and C groups with the oxygen concentration of 6 to 20%. , Zn concentration is several times higher.
  • the relationship between the ambient atmosphere and the volatilization of low-boiling heavy metals can be explained as follows. That is, for example, PbZr ⁇ in the low-boiling heavy metals taken in during the smelting of molten slag, and metal compounds that react with C1 and S in the slag and volatilize easily in a reducing atmosphere without surrounding oxygen The volatilization into gas is promoted. Conversely, if there is sufficient oxygen in the surroundings, Pb and Zn are rapidly oxidized to Pb0 and Zn0, so that volatilization in the gas is suppressed. Ultimately, volatilization is promoted or suppressed depending on whether the surroundings are reducing or oxidizing.
  • the total amount of oxygen in the air supplied to the primary combustion chamber 8 of the fluidized bed gasifier 2 and the swirling melting furnace 3 is defined as the theoretical combustion amount of 40 to 100. %, Preferably 80 to 99%, but when the waste a is supplied directly to the swirling melting furnace 3 without being supplied to the fluidized bed gasifier 2, the primary combustion chamber of the swirling melting furnace 3 is used.
  • the amount of oxygen in the air supplied to 8 may be 40 to 100% of the theoretical combustion amount, preferably 80 to 99%.
  • the combustible gas obtained by the partial oxidation in the primary combustion chamber 8 enters the secondary combustion chamber 9 after discharging the slag, and mixes with the preheated air b in a swirling flow to 900 °. Completely burns above C.
  • the amount of oxygen in the air b supplied to the secondary combustion chamber 9 is set to 30 to 90%, preferably 30 to 50% of the theoretical combustion amount. It becomes an oxidizing atmosphere.
  • the combustion temperature can be equal to or lower than that of the primary combustion chamber 8.
  • the dioxins and their precursors can be maintained at 900 ° C. or higher, preferably 900 ° C. to 110 ° C., which can be decomposed.
  • the total amount of oxygen required for the treatment of combustible waste can be about 120% to 130% of the theoretical combustion amount. If the calories of the waste are particularly low, high-temperature melting in a reducing atmosphere is possible by increasing the oxygen concentration in the gasifying agent used for partial oxidation. Alternatively, high-calorie coal can be added to the waste as an auxiliary fuel, or the waste can be pre-dried.
  • the reducing atmosphere is performed from the slag mist formation to the adhesion of the slag mist to the furnace wall and the flow down and discharge of the molten slag from the melting furnace.
  • ⁇ t5 is described below, but the present invention is applied to the case where the process from slag mist formation to the attachment of the slag mist to the furnace wall is in a reducing atmosphere, and the flow of molten slag attached to the furnace wall and discharge are in an oxidizing atmosphere.
  • the effect of the present invention is slightly reduced, but the effect of the present invention is sufficiently exhibited.
  • the combustion exhaust gas e generated in the secondary combustion chamber 9 is discharged from the top of the secondary combustion chamber 9 and discharged to the atmosphere after passing through a series of heat recovery devices and dust removal devices (not shown). In this way, about 90% of the ash in the waste is recovered as molten slag, and the remaining about 10% is collected as fly ash mainly at Bagfill.
  • the molten slag is discharged at the same time as the partial oxidation at a high temperature in a reducing atmosphere, so the slag is constantly discharged in a reducing atmosphere around the slag, thereby slagging low-boiling heavy metals. It can be volatilized sufficiently and recovered as a safe slag with no leaching.
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a main part of the fluidized bed gasifier 2
  • FIG. 3 is a schematic horizontal sectional view of the fluidized bed part of the gasifier of FIG.
  • the fluidized gas supplied through the fluidized gas dispersion mechanism 106 arranged in the fluidized bed gasification furnace 2 at the bottom of the gasification furnace 2 A central fluidizing gas 27 is supplied from the vicinity to the furnace as an upward flow, and a peripheral fluidizing gas 28 is supplied as an upward flow from the furnace bottom peripheral portion 23 into the furnace.
  • the central fluidizing gas 27 and the peripheral fluidizing gas 28 are selected from one of three gases: oxygen, a mixture of oxygen and steam, and steam.
  • the oxygen concentration of the central fluidizing gas is assumed to be lower than the peripheral fluidizing gas.
  • the mass velocity of the central fluidizing gas 27 is smaller than that of the peripheral fluidizing gas 28, and the upward flow of the fluidizing gas above the periphery of the furnace is deflected by the deflector 26 toward the central part of the furnace. Be converted.
  • a falling fluidized bed 29 of a fluidized medium (typically using silica sand) is formed in the center of the furnace.
  • an ascending fluidized bed of fluidized medium 210 is formed around the furnace.
  • Circulation between the descending fluidized bed 29 as indicated by arrows 1 18 and 1 12.
  • the waste a supplied to the upper part of the descending fluidized bed 29 by the fixed-quantity supply device 1 comes into contact with the fluidized medium and the oxygen in the fluidized gas while descending in the descending fluidized bed 29 together with the fluidized medium. Be transformed into Since there is no or little oxygen in the descending fluidized bed 29, the high-calorie gas produced by gasification is burned only slightly, and passes through the descending fluidized bed 29 as shown by the arrow 1 16. Therefore, the descending fluidized bed 29 forms a gasification zone G. The product gas that has risen to the freeboard 7 rises as shown by the arrow 120.
  • the solid carbon generated in the descending fluidized bed 29 moves from the lower part of the descending fluidized bed 29 together with the fluidized medium to the lower part of the ascending fluidized bed 210 around the furnace as shown by an arrow 112. Partially oxidized by peripheral fluidizing gas 28 with relatively high oxygen concentration. Therefore, the ascending fluidized bed 210 forms an oxidation zone S.
  • the fluidized medium is heated by the heat of oxidation of the solid force.
  • the heated fluid medium is inverted by a deflector 26 as shown by an arrow 118 and moves to a descending fluidized bed 29 to be a heat source for the gasification.
  • the temperature of the entire fluidized bed is maintained at 450 to 850 ° C.
  • the gasification zone G and the oxidation zone S are formed in the fluidized bed, and the fluidized medium circulates between the two zones. Therefore, in gasification zone G, a combustible gas with a high calorific value is generated, , r
  • the solid carbon In the oxidation zone S, the solid carbon can be partially oxidized efficiently. Therefore, combustibles can be efficiently gasified.
  • the descending fluidized bed 29 forming the gasification zone G is circular at the center of the furnace, and the rising fluidized bed 2 forming the oxidized zone S is formed. 10 forms a ring around the descending fluidized bed 29.
  • a ring-shaped incombustible substance discharge port 25 is arranged on the outer periphery of the rising fluidized bed 210.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the melting furnace used in the present invention.
  • 310 is a gas supply port
  • 302 is a gas exhaust port
  • 303, 304, and 305 are supply ports for primary combustion air
  • 300 and 307 are supply ports for secondary combustion air.
  • a supply port, 308 is a discharge port for molten slag
  • 309, 310 are starters.
  • Product gas c accompanied by solid carbon from a fluidized-bed gasification furnace (not shown) is supplied to a gas supply port 301 provided at the upper part of the primary combustion chamber 8 of the swirling melting furnace 3 and is simultaneously preheated.
  • the air b is also supplied to the air supply ports 303 to 305 at almost the same position.
  • both are supplied so as to form a swirling flow, they form a strong swirling flow while mixing, and are preferably 1200 to 160 ° C, preferably 130 to 140 ° C.
  • High temperature combustion is performed at ° C.
  • the amount of oxygen in the air b supplied at this time, together with the amount of oxygen in the air supplied to the fluidized bed gasifier, is preferably 40 to 100% of the theoretical combustion oxygen amount of waste, preferably Is equivalent to 80 to 99%, so that the entire area of the primary combustion chamber 8 and the slag separation section 10 are maintained in a reducing atmosphere in which combustible gas remains.
  • the primary combustion chamber 8 is composed of a vertical part and an inclined part in order to secure the residence time necessary for partial oxidation under this reducing atmosphere, collection of slag mist, and volatilization of heavy metal from slag to gas. This dwell time is 1-2 seconds .
  • the reaction of partial oxidation ends and the swirling flow is attenuated.
  • the exhaust gas containing the combustible gas discharges the molten slag f at the end of the inclined portion of the primary combustion chamber 8 and at the same time is introduced into the lower part of the secondary combustion chamber 9.
  • high-temperature preheated air b is supplied to the air supply ports 306 and 307 to completely burn the combustible gas.
  • the amount of oxygen in the supplied air b is 30 to 90%, preferably 30 to 50% of the theoretical combustion oxygen amount of the waste, and the combustion is performed in an oxidizing atmosphere. .
  • the heat treatment is performed at 900 ° C. or more, preferably at 900 to 110 ° C.
  • the flue gas thus obtained is exhausted from the gas outlet 302 provided in the upper part of the secondary combustion chamber 9 while entraining dust, and after passing through a series of heat recovery equipment and dust removal equipment, Released into the interior.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of the melting furnace gas introduction section shown in FIG.
  • the generated gas c from the fluidized bed gasifier was supplied so as to be in contact with an imaginary circle created by a swirling flow slightly smaller than the inner diameter of the primary combustion chamber 8, and the combustion air b was equally distributed.
  • the amount of oxygen used up to the primary combustion chamber for low-quality waste with a lower heating value of 200 kcal / kg or less is supplied in contact with the same virtual circle from four directions. Is set at 40 to L 0%, preferably 80 to 99% of the theoretical combustion amount so as to increase the temperature of the primary combustion chamber with as little oxygen amount as possible.
  • complete combustion is performed by supplying 30 to 90%, preferably 30 to 50% of oxygen of the theoretical combustion amount to the secondary combustion chamber.
  • the amount of oxygen to be supplied to the primary combustion chamber is the minimum amount that can make the primary combustion chamber the highest temperature, so that self-heating melting of low calorific value waste is possible.
  • the primary combustion chamber only enough oxygen to melt the ash Since it is sufficient to supply the heat, the volume of the primary combustion chamber can be reduced, and the amount of heat dissipated can be suppressed.
  • the limit heat value of self-heating melting is approximately
  • the flammable gas is partially oxidized at a high temperature to convert the ash into molten slag, and the ash is converted from the molten slag to the discharged ash under a reducing atmosphere.
  • the volatilization of low-boiling heavy metals into the slag can be promoted, whereby the amount of low-boiling heavy metals remaining in the molten slag can be reduced to the utmost, and a safe slag free from elution can be obtained.
  • the present invention burns flammable waste such as municipal solid waste, waste plastic, sewage sludge, and automobile waste by using a melting furnace alone or a combination of a gasification furnace and a melting furnace without generating dioxins. At the same time, the ash in the combustible waste is recovered as a glassy slag from which heavy metals do not elute, and the present invention can be used for treating various wastes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)

Description

A 明 細 書 可燃物の溶融処理方法 技術分野
本発明は、 都市ごみ、 固形化燃料、 スラ リー化燃料、 廃プラスチック、 廃 F R P、 下水汚泥、 バイオマス廃棄物、 自動車廃棄物、 低品位炭、 廃 油等の可燃性廃棄物を、 溶融炉単独、 或いはガス化炉と溶融炉との組合 せによ り、 ダイォキシン類を発生することなく燃焼し、 同時に可燃性廃 棄物中の灰分を重金属が溶出しないガラス状のスラグとして回収するよ うにした可燃物の溶融処理方法に関する。
ここに、 上記可燃性廃棄物中、 固形化燃料 （R D F ) は、 都市ごみを 破碎選別後生石灰等を添加して圧縮成形したものであり、 スラ リー化燃 料 （ S W M ) は、 都市ごみ等を破砕後水スラ リー化し、 高圧下で水熱分 解によ り油状物としたものである。 背景技術
下水汚泥の減容化を目的として、 汚泥を乾燥後、 溶融炉を用いて高温 燃焼する技術が既に実用化されている。 また、 ガス化炉と溶融炉を組合 せることにより、 可燃性廃棄物を無害化燃焼する技術も実用化の段階を 迎えている。 このガス化溶融システムが意図するところは、 灰のスラグ 化による最終処分場の延命化、 或いはスラグ化した灰の路盤材等への利 用、 並びにダイォキシン類等有害物の完全分解、 更には、 これらの機能 を兼ね備えたシンプルかつ低コス トの環境保全型燃焼技術の確立にある 図 6は、 従来のガス化溶融システムの 1例を示すものである。
同図に示すように、 ガス化溶融システムは、 定量供給装置 1、 流動層 „ ガス化炉 2及び旋回式溶融炉 3から構成されている。 前記流動層ガス化 炉 2の下部には、 空気分散板 4を上方に備えた空気室 5が設けられ、 こ の空気分散板 4の上に硅砂の流動層 6が形成されている。 流動層 6の上 方には硅砂の飛散防止と圧力変動の吸収のためフ リーボ一ド 7が設けら れている。 一方、 旋回式溶融炉 3には、 一次燃焼室 8、 二次燃焼室 9及 びスラグ分離部 1 0が設けられている。
前記流動層ガス化炉 2内の空気分散板 4上には硅砂が充填されており、 空気室 5に供給された空気 bを空気分散板 4の上方へ噴出させることに より、 空気分散板 4上に硅砂の流動層 6が形成される。 この硅砂には、 粒径 0 . 5 mm程度の川砂が用いられる。
スク リユー式の定量供給装置 1 により流動層ガス化炉 2に供給された 可燃性廃棄物 aは、 4 5 0 〜 8 5 0 °Cに保持された前記流動層 6の中に 落下することにより、 熱せられた硅砂と接触して速やかに熱分解され、 ガス、 夕一ル、 固形力一ボンとなる。 次いで、 これらの熱分解生成物は、 空気 b中の酸素と接触してガス化される。 この間、 固形カーボンは酸化 と流動層の粉碎作用により徐々に微粉化される。
流動層ガス化炉 2のフ リーボード 7には、 必要に応じて空気 bが吹き 込まれ、 6 5 0 〜 8 5 0 °Cにて炭化水素、 タール、 固形カーボンの部分 燃焼が行われる。 流動層ガス化炉 2の炉底からはサイズの大きな不燃物 dが硅砂と共に排出される。 この不燃物 dには、 鉄、 銅、 アルミニウム といった金属が含まれるが、 流動層内が還元雰囲気であるため、 これら の金属は未酸化でク リーンな状態で回収される。 排出された不燃物と硅 砂は、 図示していない分級装置により分別後、 サイズの大きな不燃物は 外部に排出され、 一方、 サイズの小さい硅砂は流動層ガス化炉 2に戻さ れる。
微細化した固形カーボンを同伴して流動層ガス化炉 2を出た生成ガス „ cは、 旋回式溶融炉 3に供給され、 垂直の一次燃焼室 8 と水平で僅かに 傾斜した二次燃焼室 9にて、 予熱された空気 bと旋回流中で混合しなが ら、 1 2 0 0〜 1 6 0 0 °Cの高温で高速燃焼する。 燃焼は二次燃焼室 9 で完了する。
固形カーボン中の灰分は、 高温のためにスラグミス ト となるが、 スラ グミス トの大部分は、 旋回流による遠心力の作用により、 燃焼室の炉壁 上の溶融スラグ相に捕捉される。 炉壁面を流れ下った溶融スラグ f は、 スラグ分離部 1 0の底部より排出され、 間接又は直接に冷却された後に スラグ粒として外部に排出される。
一方、 燃焼排ガス eは、 スラグ分離部 1 0の頂部よ り排出され、 図示 していない一連の熱回収装置や脱塵装置を通過した後に、 大気放出され る。 こう して、 灰分の約 9 0 %が溶融スラグ f として排出され、 残りの 約 1 0 %は飛灰として主にバグフィル夕で捕集される。
図 6に示す従来例においては、 二次燃焼室で燃焼を完了させた後に溶 融スラグを排出するため、 一次燃焼室は還元雰囲気、 二次燃焼室は酸化 雰囲気となる。 二次燃焼室で形成されスラグは酸化雰囲気にさらされる ため、 スラグからの低沸点重金属類の揮散が十分に行われないといった 問題がある。
即ち、 代表的な可燃性廃棄物である都市ごみや廃プラスチックには、 H g , C d , P b , Z n , A s といった低沸点重金属類が微量含まれて おり、 図 6に例示する従来からあるガス化溶融処理では、 得られたスラ グ中にこう した低沸点重金属類が混入することは避けられない。 ところ が、 スラグ中に取り込まれた低沸点重金属類は、 酸性溶液中で溶出する ため、 低沸点重金属類をスラグ中に完全に封じ込めることは不可能と言 る。
また、 溶融炉で完全燃焼させる方法では、 廃棄物の低位発熱量が例え , ば 2 0 0 0 k c a l / k g以上でないと何らかの補助燃料が必要である ため、 廃棄物が自己熱溶融できる発熱量を引き下げることのできる技術 が求められていた。 すなわち、 補助燃料なしで運転が可能な発熱量の下 限界を引き下げることの可能な技術が求められていた。
本発明は上記に鑑み、 低沸点重金属類の含有量を極限まで低減させた 安全な溶融スラグを得るとともに、 発熱量の低い廃棄物であつても自己 熱溶融できるようにした可燃物の溶融処理方法を提供することを目的と する。 発明の開示
本発明の溶融処理方法の第 1の態様は、 可燃物と含酸素ガスを溶融炉 に供給し該可燃物を還元雰囲気下で部分酸化して可燃性ガスを得るとと もに該可燃物中の灰分を溶融スラグとして排出し、 さらに含酸素ガスを 供給して該可燃性ガスを完全燃焼することを特徴とするものである。 本発明の第 1の態様によれば、 可燃物中の灰分の溶融スラグ化から排 出までを還元雰囲気下で行うことにより、 溶融スラグからガスへの低沸 点重金属類の揮散を促進させ、 溶融スラグ中に残留する低沸点重金属類 の量を極限まで減らして、 埋立て処分した時に低沸点重金属類が溶出し ない安全なスラグを得ることができる。 次いで、 部分酸化によって得ら れた可燃性ガスを過剰な空気または過剰な含酸素ガスを用いて完全燃焼 させる。 こう して、 従来法では自己熱溶融が出来なかった低発熱量の廃 棄物であっても自己熱溶融をさせることができる。
前記可燃物の部分酸化のために供給する含酸素ガス中の酸素量は理論 燃焼酸素量の 4 0〜 1 0 0 %、 好ましくは 8 0〜 9 9 %、 前記可燃性ガ スの完全燃焼のために供給する含酸素ガス中の酸素量は理論燃焼酸素量 の 3 0〜 9 0 %、 好ましくは 3 0〜 5 0 %であることが要求される。 一 ここで、 前記可燃物は、 可燃性廃棄物をガス化炉で含酸素ガスを用い て部分酸化することにより得られるガス状物及び/又は固形状物とする こともできる。 これにより、 都市ごみや廃プラスチックのように微粉化 することが困難な廃棄物であっても、 粗破砕程度の前処理を施すだけで 溶融処理まで持って行く ことが可能となる。 廃棄物の部分酸化は、 流動 層ガス化炉を用いて 4 5 0〜8 5 0 °C、 好ましくは 4 5 0〜6 5 0 °C、 さらに好ましくは 5 0 0〜 6 0 0 °Cの層温度で行うことが好ましい。
ここでも、 前記可燃性廃棄物の部分酸化とガス状物及び/又は固形状 物の部分酸化のために供給する含酸素ガス中の酸素量の合計は、 理論燃 焼酸素量の 4 0〜 1 0 0 %、 好ましくは 8 0〜 9 9 %であり、 前記可燃 性ガスの完全燃焼のために供給する含酸素ガス中の酸素量は理論燃焼酸 素量の 3 0〜9 0 %、 好ましくは 3 0〜5 0 %であることが要求される。 前記溶融炉は旋回式溶融炉である。 旋回式溶融炉に供給された前記可 燃物は 1 2 0 0〜 1 6 0 0 °Cで部分酸化され、 次いで残存する可燃性ガ スは 9 0 0 °C以上で完全燃焼される。
本発明の可燃物の溶融処理方法の第 2の態様は、 可燃性廃棄物と含酸 素ガスをガス化炉に供給し該廃棄物を部分酸化してガス状物及び/又は 固形状物とし、 該ガス状物及び/又は固形状物と含酸素ガスを溶融炉に 供給して還元雰囲気下で部分酸化して可燃性ガスを得るとともに灰分を 溶融スラグとして排出し、 さらに含酸素ガスを供給して該可燃性ガスを 完全燃焼することを特徴とするものである。
本発明の第 2の態様によれば、 廃棄物をガス化炉でガス化してガス状 物及び/又は固形状物とし、 このガス状物及び/又は固形状物中の灰分 の溶融スラグ化から排出までを還元雰囲気下で行うことにより、 溶融ス ラグからガスへの低沸点重金属類の揮散を促進させ、 溶融スラグ中に残 留する低沸点重金属類の量を極限まで減らして、 埋立て処分した時に低 n 沸点重金属類が溶出しない安全なスラグを得ることができる。 次いで、 部分酸化によって得られた可燃性ガスを過剰な空気または過剰な含酸素 ガスを用いて完全燃焼させる。 こう して、 従来法では自己熱溶融が出来 なかった低発熱量の廃棄物であっても自己熱溶融をさせることができる。 本発明の第 2の態様においても、 前記廃棄物の部分酸化と前記ガス状 物及び/又は固形状物の部分酸化のために供給する含酸素ガス中の酸素 量の合計が理論燃焼酸素量の 4 0〜 1 0 0 %、 前記可燃性ガスを完全燃 焼するために供給する含酸素ガス中の酸素量が理論燃焼酸素量の 3 0〜 9 0 %であることが要求される。
本発明の第 1および第 2の態様において、 部分酸化のために供給する 含酸素ガス中の酸素量の合計と、 完全燃焼のために供給する含酸素ガス 中の酸素量の合計が、 理論燃焼酸素量の 1 1 0〜 1 4 0 %が好ましく、 さらには 1 2 0〜 1 3 0 %が好ましい。 また本発明に用いられるガス化 炉としては、 キルン炉、 流動床炉、 固定床炉を用いることができ、 使用 可能な可燃物の粒度の範囲が広い点で流動床ガス化炉が廃棄物の処理に 好適である。 また、 溶融炉としては気流床炉が用いられ、 さらに高負荷 燃焼のためには旋回式のものが好適である。 図面の簡単な説明
図 1は本発明を適用したガス化溶融システムの全体構成図であり、 図 2は流動層ガス化炉の 1例を示す縦断面図であり、 図 3は図 2に示す流 動層ガス化炉の水平断面図であり、 図 4は旋回式溶融炉の別の実施例を 示す縦断面図であり、 図 5は図 4の V— V線断面図であり、 図 6は従来 型のガス化溶融システムの全体構成図である。 発明を実施するための最良の形態 „ 以下、 本発明に係るガス化溶融システムの実施の形態を図 1乃至図 5 を参照して説明する。 図 6に示す従来例と同一部材には同一符号を付し て説明する。
この実施の形態は、 可燃性廃棄物 aが都市ごみや廃プラスチックのよ うに微粉砕することが困難なものに適用するために、 流動層ガス化炉 2 が前段に備えられ、 定量供給装置 1から供給された前記都市ごみ等の廃 棄物 aは、 流動層ガス化炉 2に供給された後に流動層中にて部分酸化す なわちガス化され、 固形状物すなわち微細化した固形力一ボンを同伴し たガス状物 cが流動層ガス化炉 2から排出される。
ここで用いる内部旋回式の流動層ガス化炉 2は、 流動層 6の中央部で 下降し周辺部で上昇するといつた流動媒体の旋回流を積極的に行わせる もので、 4 5 0〜 8 5 0 °C、 好ましくは 4 5 0〜 6 5 0 °C、 より好まし くは 5 0 0〜 6 0 0 °Cに層温をキープすることにより下記のような特徴 を持たせることができる。
即ち、 廃棄物 aは粗破砕程度で供給でき、 このために生ずる大きなサ ィズの不燃物 dの流動層からの排出もスムーズに行える。 また、 層温を 低く保つことにより熱分解ガス化の反応が比較的緩慢となるため、 ガス 発生の変動が抑えられる。 固形カーボンの層内酸化が良好であるため、 固形力一ボンの微粉化並びに酸化に伴って発生する熱の有効利用が効率 的に行える。 更に、 層内での熱の拡散が良好であるため、 アグロメ （塊 状化） の発生が防止でき、 鉄、 銅、 アルミニウム等の有価金属を未酸化 状態で回収できる。
層温を 4 5 0 °C以下とすると、 熱分解ガス化の反応が極端に遅くなる ことから、 未分解物の層内への堆積が懸念される。 一方、 層温を 6 5 0 °C以上とすると、 アルミニウムの回収ができないばかりか、 熱分解ガス 化の反応が速くなるため、 廃棄物 aを供給する際の量の変動の影響をま ともに受けてガス発生が大きく変動する、 いわゆる 「暴れる」 という現 象が起きる。 8 5 0 °C以上ではアグロメ発生の危険も増す。 このため、 流動層の温度範囲は 4 5 0〜 8 5 0 °C、 好ましくは 4 5 0〜 6 5 0 °C、 より好ましくは 5 0 0〜 6 0 0 °Cとしている。
なお、 粉粒状或いは汚泥や石炭のように容易に微粉砕できるものが対 象であれば、 流動層ガス化炉 2で部分酸化させる必要はなく、 旋回式溶 融炉 3に直接供給することができる。 この場合、 図 1 に示すシステムか ら流動層ガス化炉 2を除去し、 旋回式溶融炉 3のみとする。 流動層ガス 化炉 2のフ リ一ボー ド 7には、 必要に応じて空気が吹き込まれ、 流動層 より 1 0 0〜 2 0 0 °C高い温度でガス化生成物のさらなる部分酸化が行 われる。
流動層ガス化炉 2からの微粉状の固形カーボンを同伴した生成ガス c は旋回式溶融炉 3に供給され、 垂直の一次燃焼室 8にて、 予熱された空 気 と旋回流中で混合しながら、 1 2 0 0〜 1 6 0 0 ° (、 好ましくは 1 3 0 0〜 1 4 0 0 °Cの高温で部分酸化される。 この時、 固形力一ボン中 の灰分は、 高温のためスラグミス トとなるが、 このスラグミス トの大部 分は旋回流による遠心力の作用により、 一次燃焼室 8の炉壁上の溶融ス ラグ相に捕捉される。 そして、 この炉壁面を流れ下った溶融スラグ f は、 一次燃焼室 8 と二次燃焼室 9の間にあるスラグ分離部 1 0より排出され、 直接または間接的に冷却された後にスラグ粒として排出される。
ここに、 前記流動層ガス化炉 2 と旋回式溶融炉 3の一次燃焼室 8に供 給される空気中の酸素量の合計は、 理論燃焼量の 4 0〜 1 0 0 %、 好ま しくは 8 0〜 9 9 %とすればよく、 流動層ガス化炉 2から旋回式溶融炉 3の一次燃焼室 8を経て二次燃焼室 9の入口まで還元雰囲気に保たれる ( この流動層ガス化炉 2から旋回式溶融炉 3の一次燃焼室 8における部 分酸化に要する酸素量は、 還元状態のまま所望の溶融温度まで上げるの に必要な量でよい。 廃棄物のカロ リーが高いほど、 ガス化剤である含酸 素ガスの予熱温度が高いほど、 またガス化剤中の酸素濃度が高いほど、 酸素量は低くなるが、 その理論燃焼量の下限界は 40 %程度であること が実験的に確認されている。 一方、 酸素量の上限は、 還元状態をぎりぎ り保持できる 1 00%である。 これより、 部分酸化に要する酸素量は、 理論燃焼量の 40〜 1 00%、 好ましくは 80〜 99 %とすることがで きる。
廃棄物 aの部分酸化から灰分の溶融スラグ化までを一貫して還元雰囲 気下で行うことにより、 ガス中への低沸点重金属類の揮散を促進し、 ス ラグ中の低沸点重金属類の残存量を極限まで減らして、 埋立時に溶出等 の問題のない安全なスラグを得ることができる。
この原理を以下に説明する。
表 1は、 各種灰溶融装置より得られたスラグ及び溶融飛灰の組成と溶 融条件との関係を調べた報告 （第 7回廃棄物学会研究発表講演論文集 p 4 1 3〜p 4 1 5) からの引用である。
コークスべッド 高周波 表面 アーク プラズマ 飛灰 飛灰 飛灰 飛灰 飛灰
1 5% 30% 25% 飛灰 飛灰 30% 20% 飛灰 混合 混合 混合 , ί比目 A
混合 スラグ化率 (％) 93 89 87 94 89 81 73 79 77 濃度 (mg/kg) 71 65 63 5 40 570 110 600 460 ス Pb スラク "化率 (％) 4.3 5.7 5.6 0.3 3.4 30 8.2 20 14 溶出値 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N.D. N. D. N.D. ラ (mg/1)
濃度 (mg/kg) 600 930 670 3500 4200 3600 1400 6100 11000 グ Zn スラク "化率 (％) 20 24 18 19 48 34 18 33 68 溶出値 一 N. D. N. D. N. D. (mg/1)
溶融飛灰発生率 (％) 1 O. 9 0 6. δ 8.6 4 5
P b (%) 7.8 5.7 5.1 4.8 4.0 9 * ο « 1 · " ^J 2.7 1.2 溶
融 Z n (%) 8.6 8.3 5.6 4. δ 13 1.6 4.7 2.3 1.7 飛
灰 C 1 (%) 19 28 25 22 33 28 41 23 32 組
成 S i 02(%) 10 3.9 5.0 0.15 0.27 2.9 2.8 2.3 1.0 o2(%) 0.2 0.6 0.6 20 20 6.0 20 20 20 排
ガ HC 1 8 270 500 520 270 4200 650 240 550 ス (0212%-ppm)
組 C 1ガス化率 2.9 2.8 5.1 2.5 3.8 44 15 40 54 成 (%)
N02 12 9 8 N. D. 21 86 14 1100 750 (0212%-ppm) 1 ^ 表 1 より、 スラグ中の P b , Z nの残留量と排ガス中の酸素濃度には 明確な相関が見られる。 即ち、 排ガス中の酸素濃度が 0 . 2〜 0 . 6 %の コ一クスベッ ド式を Aグループ、 同じく酸素濃度 2 0 %の高周波、 ァー ク式、 プラズマ式を Bグループ、 酸素濃度 6 %の表面溶融式を Cグルー プとすれば、 酸素濃度がゼロに近い Aグループのスラグ中の P b , Z n 濃度に対し、 同じく酸素濃度が 6〜 2 0 %の B , Cグループの P b , Z n濃度は数倍高い。
これは、 周囲が還元雰囲気であれば低沸点重金属類の揮散が促進され、 酸化雰囲気であれば低沸点重金属類の揮散が抑制されることを意味して いる。 例外は、 Bグループの高周波で、 酸素濃度が高いにもかかわらず スラグ中の P b濃度は極めて低い値を示している。
周辺雰囲気と低沸点重金属類の揮散の関係は次のように説明できる。 即ち、 灰分の溶融スラグ化時に取り込まれた低沸点重金属類中の例えば P b Z r^ 、 周囲に酸素がない還元雰囲気だと、 スラグ中の C 1や S と反応して揮発しやすい金属化合物に変わるため、 ガス中への揮散が促 進される。 反対に、 周囲に酸素が十分あると、 P bや Z nは速やかに酸 化されて P b 0や Z n 0となるため、 ガス中への揮散が抑制される。 結 局、 周囲が還元雰囲気か酸化雰囲気かの違いによって、 揮散が促進され たり抑制されたりする。
従って、 溶融スラグ化から排出までを還元雰囲気下で行って、 ガス中 への低沸点重金属類の揮散を促進することにより、 スラグ中の低沸点重 金属類の残存量を減らせば、 溶出のない安全なスラグが得られる。 低沸 点重金属類をガス中に積極的に揮散させることにより、 排ガス冷却時に 飛灰上に低沸点重金属類を高濃度に析出させることができる。 従って、 パグフィルター等の濾過式集麈装置を用いて飛灰を回収すれば、 酸抽出 などによる山元還元、 すなわちマテリアルリサイクルによる資源回収が 丄 可能となる。 なお、 低沸点重金属類の揮散は、 高温下でのスラグ滞留時 間を長くすることにより促進されることも知られている。
なお、 この実施の形態にあっては、 流動層ガス化炉 2 と旋回式溶融炉 3の一次燃焼室 8に供給される空気中の酸素量の合計を理論燃焼量の 4 0〜 1 0 0 %、 好ましくは 8 0〜 9 9 %としているが、 廃棄物 aを流動 層ガス化炉 2に供給しないで直接旋回式溶融炉 3に供給する場合には、 旋回式溶融炉 3の一次燃焼室 8に供給する空気中の酸素量は理論燃焼量 の 4 0〜 1 0 0 %、 好ましくは 8 0〜 9 9 %とすればよい。
前記一次燃焼室 8での部分酸化により得られた可燃性ガスは、 スラグ 排出後に二次燃焼室 9に入り、 ここで予熱された空気 bと旋回流中で混 合しながら、 9 0 0 °C以上で完全燃焼する。 この時、 二次燃焼室 9に供 給される空気 b中の酸素量は理論燃焼量の 3 0〜 9 0 %、 好ましくは 3 0〜 5 0 %に設定され、 二次燃焼室 9内は酸化雰囲気となる。
ここに、 二次燃焼室 9では可燃性ガスの燃焼のみが必要で、 スラグの 溶融排出は終了しているため、 一次燃焼室 8 と同等かあるいはそれより 低い燃焼温度にすることができる。 炉材の耐久性を考慮するならば、 ダ ィォキシン類及びその前駆体が分解可能な 9 0 0 °C以上、 好ましくは 9 0 0〜 1 1 0 0 °cに維持できればよい。
こう して、 可燃性廃棄物の処理に要する全酸素量は、 理論燃焼量の 1 2 0〜 1 3 0 %程度とすることができる。 廃棄物のカロ リ一が特に低い 場合には、 部分酸化に用いるガス化剤中の酸素濃度を高くすることによ つて、 還元雰囲気下での高温溶融が可能となる。 あるいは、 別法として、 廃棄物にカロ リ一の高い石炭等を補助燃料として加えたり、 廃棄物を予 備乾燥することもできる。
上述の本発明の態様においては、 スラグミス ト形成からスラグミス ト の炉壁付着および溶融スラグの溶融炉ょ りの流下 · 排出までを還元雰囲 丄 t5 気下として説明したが、 スラグミス ト形成からスラグミス トの炉壁付着 までを還元雰囲気下とし、 炉壁に付着した溶融スラグの流下 · 排出の部 分を酸化雰囲気下にした場合、 本発明の効果は若干低下するが、 本発明 の効果は充分奏するものである。
前記二次燃焼室 9で生成した燃焼排ガス eは、 二次燃焼室 9の頂部よ り排出され、 図示しない一連の熱回収装置や脱塵装置を通過した後に、 大気放出される。 こう して廃棄物中の灰分の約 9 0 %が溶融スラグとし て回収され、 残りの約 1 0 %は飛灰として主にバグフィル夕で捕集され る。
このように、 還元雰囲気下で高温にて部分酸化すると同時に、 溶融ス ラグの排出を行うため、 スラグは一貫して周囲が還元雰囲気のまま排出 され、 これによつて、 低沸点重金属類をスラグから十分に揮散させ、 溶 出のない安全なスラグとして回収することができる。
図 2は、 流動層ガス化炉 2の主要部の図解的な縦断面図、 図 3は、 図 2のガス化炉流動層部の図解的な水平断面図である。 図 3に示されるガ ス化炉において、 流動層ガス化炉 2内へ炉底に配置される流動化ガス分 散機構 1 0 6を介し供給される流動化ガスは、 炉底中央部 2 4付近から 炉内へ上向き流として供給される中央流動化ガス 2 7及び炉底周辺部 2 3から炉内へ上向き流として供給される周辺流動化ガス 2 8から成る。 中央流動化ガス 2 7 と、 周辺流動化ガス 2 8は、 酸素、 酸素と水蒸気 の混合気体、 及び水蒸気の 3種の気体の内の 1つから選択される。 中央 流動化ガスの酸素濃度は、 周辺流動化ガス以下とされる。
中央流動化ガス 2 7の質量速度は、 周辺流動化ガス 2 8の質量速度よ り小とされ、 炉内周辺部上方における流動化ガスの上向き流はデフレク 夕 2 6により炉の中央部方向へ転向される。 それによつて、 炉の中央部 に流動媒体 （一般的には硅砂を使用） の下降流動層 2 9が形成されると , ,
1 4 共に炉内周辺部に流動媒体の上昇流動層 2 1 0が形成される。 流動媒体 は、 矢印 1 1 8で示すように、 炉周辺部の上昇流動層 2 1 0を上昇し、 次にデフレクタ 2 6により転向され、 下降流動層 2 9の上部へ流入し、 下降流動層 2 9を下降し、 次に矢印 1 1 2で示すように、 ガス分散機構 1 0 6に沿って移動し、 上昇流動層 2 1 0の下方へ流入することにより、 上昇流動層 2 1 0 と下降流動層 2 9の間を矢印 1 1 8及び 1 1 2で示す ように循環する。
定量供給装置 1によって下降流動層 2 9の上部へ供給された廃棄物 a は、 流動媒体と共に下降流動層 2 9中を下降する間に、 流動媒体と流動 化ガス中の酸素と接触してガス化される。 下降流動層 2 9中は、 酸素が 無いか少ないため、 ガス化により生成した高カロ リーのガスはわずかに 燃焼されただけで、 下降流動層 2 9中を矢印 1 1 6のように抜ける。 そ れ故、 下降流動層 2 9は、 ガス化ゾーン Gを形成する。 フ リーボード 7 へ上昇した生成ガスは、 矢印 1 2 0で示すように上昇する。
下降流動層 2 9で生成した固形カーボンは、 下降流動層 2 9の下部か ら、 流動媒体と共に矢印 1 1 2で示すように炉内周辺部の上昇流動層 2 1 0の下部へ移動し、 比較的酸素濃度の高い周辺流動化ガス 2 8により 部分酸化される。 このため、 上昇流動層 2 1 0は、 酸化ゾーン Sを形成 する。 上昇流動層 2 1 0中において、 流動媒体は、 固形力一ボンの酸化 熱によ り加熱される。 加熱された流動媒体は、 矢印 1 1 8で示すように、 デフレクタ一 2 6により反転され、 下降流動層 2 9へ移り、 上記ガス化 の熱源となる。 こう して流動層全体の温度は、 4 5 0〜 8 5 0 °Cに維持 される。
図 2及び図 3に示す流動層ガス化炉 2によれば、 流動層中にガス化ゾ ーン Gと酸化ゾーン Sが形成され、 流動媒体が両ゾ'一ン間を循環するこ とによ り、 ガス化ゾーン Gにおいて、 発熱量の高い可燃ガスが生成され、 , r
15 酸化ゾーン Sにおいては、 固形力一ボンを効率良く部分酸化させること ができる。 それ故、 可燃物を効率良くガス化させることができる。
図 3に示される流動層ガス化炉 2の水平断面において、 ガス化ゾーン Gを形成する下降流動層 2 9は、 炉中心部において円形であり、 酸化ゾ —ン Sを形成する上昇流動層 2 1 0は、 下降流動層 2 9のまわりにリ ン グ状に形成される。 上昇流動層 2 1 0の外周にはリ ング状の不燃物排出 口 2 5が配置される。
図 4に、 本発明に用いる溶融炉の別の実施例を示す。 3 0 1はガス供 給口、 3 0 2はガス排出口、 3 0 3 , 3 04 , 3 0 5は一次燃焼用空気 の供給口、 3 0 6 , 3 0 7は二次燃焼用空気の供給口、 3 0 8は溶融ス ラグの排出口、 3 0 9 , 3 1 0はスター トアップ用のバ一ナ座である。 図示していない流動層ガス化炉からの固形カーボンを同伴した生成ガス cは、 旋回式溶融炉 3の一次燃焼室 8の上部に設けられたガス供給口 3 0 1に供給され、 同時に予熱された空気 bも、 ほぼ同じ位置の空気供給 口 3 0 3〜 3 0 5に供給される。 いずれも旋回流を形成するように供給 されるため、 両者は混合しながら強力な旋回流を形成し、 1 2 0 0〜 1 6 0 0 °C, 好ましくは 1 3 0 0〜 1 4 0 0 °Cで高温燃焼が行われる。 こ の時に供給される空気 b中の酸素量は、 流動層ガス化炉に供給された空 気中の酸素量と合わせて、 廃棄物の理論燃焼酸素量の 4 0〜 1 0 0 %、 好ましくは 8 0〜 9 9 %に相当するため、 一次燃焼室 8の全域とスラグ 分離部 1 0は可燃ガスが残存した状態の還元雰囲気に保たれる。 従って、 高温燃焼による溶融スラグの形成から排出までが全て還元雰囲気下で行 われるため、 P b、 Z n等重金属の揮散すなわちガス相への移行が促進 される。 一次燃焼室 8はこの還元雰囲気下での部分酸化と、 スラグミス トの捕集と、 重金属のスラグからガスへの揮散に必要な滞留時間を確保 するため、 垂直部と傾斜部から構成される。 この滞留時間は 1〜 2秒と .
1 6 される。 この傾斜部にて部分酸化の反応が終了するとともに旋回流も減 衰される。 可燃性ガスを含む排ガスは一次燃焼室 8の傾斜部末端で溶融 スラグ f を排出すると同時に、 二次燃焼室 9の下部に導入される。 ここ でも高温の予熱空気 bが空気供給口 3 0 6 ， 3 0 7に供給され、 該可燃 性ガスを完全燃焼させる。 この時、 供給される空気 b中の酸素量は廃棄 物の理論燃焼酸素量の 3 0 〜 9 0 %、 好ましくは 3 0 ~ 5 0 %とし、 こ こでの燃焼は酸化雰囲気下で行われる。 この二次燃焼室 9での燃焼は、 残存する可燃性ガスの完全燃焼だけを対象とするものなので、 一次燃焼 室 9のような高温は通常不要である。 従って、 9 0 0 °C以上、 好ましく は 9 0 0 〜 1 1 0 0 °Cで行われる。 こうして得られた燃焼排ガス はダ ス トを同伴しつつ二次燃焼室 9の上部に設けられたガス排出口 3 0 2か ら排出され、 一連の熱回収設備や脱塵設備を通過した後に大気中へ放出 される。
図 5は、 図 4に示した溶融炉ガス導入部の V— V線断面図である。 図 示するように流動層ガス化炉からの生成ガス cは一次燃焼室 8の内径よ りやや小さい旋回流の作る仮想円に接するように供給され、 同じく燃焼 用の空気 bは等配された 4方向から同一の仮想円に接するように供給さ 本発明により、 低位発熱量が 2 0 0 0 k c a l / k g以下となるよう な低質の廃棄物に対して、 一次燃焼室までに用いた酸素量を理論燃焼量 の 4 0〜： L 0 0 %、 好ましくは 8 0 〜 9 9 %として、 できるだけ少ない 酸素量で一次燃焼室の高温化を図るようにする。 しかも、 二次燃焼室に は理論燃焼量の 3 0 〜 9 0 %、 好ましくは 3 0 〜 5 0 %の酸素を供給し て、 完全燃焼を行う。 これにより、 一次燃焼室に供給する酸素量は、 一 次燃焼室を最も高温化できる最小量で済むため、 低発熱量ごみの自己熱 溶融が可能となる。 また、 一次燃焼室では、 灰溶融に必要なだけの酸素 ァ を供給すればよいので、 一次燃焼室の容積を小さくでき、 放散熱量を抑 えられる。 さらに、 自己熱溶融の限界発熱量は、 本方式の採用により約
1 5 0 0 k c a 1 / k g付近まで引下げられる。
以上説明したように、 本発明によれば、 可燃物を高温で部分酸化して 灰分を溶融スラグとして、 灰分の溶融スラグ化から排出までを還元雰囲 気下で行うことにより、 可燃性ガス中への低沸点重金属類の揮散を促進 することができ、 これにより、 溶融スラグ中に残留する低沸点重金属類 の量を極限まで減らして、 溶出の恐れのない安全なスラグを得ることが できる。
また本発明によれば、 旋回式溶融炉の一次燃焼室で燃焼を完結させる 必要がなく、 最も高い温度が達成できる酸素量で済むため、 発熱量の低 い廃棄物の自己熱溶融が可能となるとともに、 高温の一次燃焼室の容積 を小さ くすることができる。 産業上の利用の可能性
本発明は、 都市ごみ、 廃プラスチック、 下水汚泥、 自動車廃棄物等の 可燃性廃棄物を、 溶融炉単独、 或いはガス化炉と溶融炉との組合せによ り、 ダイォキシン類を発生することなく燃焼し、 同時に可燃性廃棄物中 の灰分を重金属が溶出しないガラス状のスラグとして回収するものであ り、 本発明は各種廃棄物の処理に利用することができる。

Claims

1 o 請求の範囲
1 . 可燃物と含酸素ガスを溶融炉に供給し該可燃物を還元雰囲気下で部 分酸化して可燃性ガスを得るとともに該可燃物中の灰分を溶融スラグと して排出し、 さらに含酸素ガスを供給して該可燃性ガスを完全燃焼する ことを特徴とする可燃物の溶融処理方法。
2 . 前記可燃物の部分酸化のために供給する含酸素ガス中の酸素量が該 可燃物の理論燃焼酸素量の 4 0〜 1 0 0 %であり、 前記可燃性ガスを完 全燃焼するために供給する含酸素ガス中の酸素量が理論燃焼酸素量の 3 0〜 9 0 %であることを特徴とする請求項 1記載の可燃物の溶融処理方 法。
3 . 前記溶融炉は旋回式溶融炉であることを特徴とする請求項 1記載の 可燃物の溶融処理方法。
4 . 前記可燃物が、 廃棄物をガス化炉で部分酸化することにより得られ るガス状物及び/又は固形状物であることを特徴とする請求項 1記載の 可燃物の溶融処理方法。
5 . 前記廃棄物の部分酸化と前記ガス状物及び/又は固形状物の部分酸 化のために供給する含酸素ガス中の酸素量の合計が該廃棄物の理論燃焼 酸素量の 4 0〜 1 0 0 %、 前記可燃性ガスを完全燃焼するために供給す る含酸素ガス中の酸素量が理論燃焼酸素量の 3 0〜 9 0 %であることを 特徴とする請求項 4記載の可燃物の溶融処理方法。 l y
6 . 前記可燃物を 1 2 0 0〜 1 6 0 0 °Cで部分酸化し、 次いで残存する 可燃性ガスを 9 0 0 °C以上で完全燃焼することを特徴とする請求項 1記 載の可燃物の溶融処理方法。
7 . 前記廃棄物の部分酸化が 4 5 0〜 8 5 0 °Cで行われることを特徴と する請求項 4記載の可燃物の溶融処理方法。
8 . 可燃性廃棄物と含酸素ガスをガス化炉に供給し、 該廃棄物を部分酸 化してガス状物及び/又は固形状物とし、 該ガス状物及び/又は固形状 物と含酸素ガスを溶融炉に供給して還元雰囲気下で部分酸化して可燃性 ガスを得るとともに灰分を溶融スラグとして排出し、 さらに含酸素ガス を供給して該可燃性ガスを完全燃焼することを特徴とする可燃物の溶融 処理方法。
9 . 前記廃棄物の部分酸化と前記ガス状物及び/又は固形状物の部分酸 化のために供給する含酸素ガス中の酸素量の合計が該廃棄物の理論燃焼 酸素量の 4 0〜 1 0 0 %、 前記可燃性ガスを完全燃焼するために供給す る含酸素ガス中の酸素量が理論燃焼酸素量の 3 0〜 9 0 %であることを 特徴とする請求項 8記載の可燃物の溶融処理方法。
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