| 【発明の名称】 |
直接溶融炉 |
| 【発明者】 |
【氏名】阿部 和彦
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| 【要約】 |
【課題】確実な直接溶融炉のシール機構と運転安定性の高い廃棄物の供給手段を備えた直接溶融炉を提供する。
【解決手段】本直接溶融炉１０は、直接溶融炉に廃棄物を供給する廃棄物供給手段３０として、廃棄物を収容する廃棄物ホッパ３２と、廃棄物ホッパから配管３６を介して廃棄物を直接溶融炉の廃棄物層上に圧送するピストンポンプ３４と、廃棄物ホッパから落下する廃棄物を一時的に収容する中間槽として形成され、ピストンポンプの上方に配置されてピストンポンプの吸い込み口に連結され、かつ廃棄物を水漬して廃棄物ホッパとピストンポンプとの間を水封する水封槽４２とを備えている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 上部から乾燥域、熱分解域、及び燃焼・溶融域に区分された竪型のシャフト炉として構成され、炉内に投入されて廃棄物層を形成する廃棄物をそれぞれの領域で乾燥、熱分解、及び燃焼・溶融させ、廃棄物の分解ガスを含むガスと溶融スラグとに転化させる直接溶融炉において、廃棄物を収容する廃棄物ホッパと、廃棄物ホッパから配管を介して廃棄物を直接溶融炉内に圧送する圧送ポンプとしてピストンポンプ又はプランジャポンプを備えていることを特徴とする直接溶融炉。
【請求項２】 廃棄物ホッパから落下する廃棄物を一時的に収容する中間槽として形成され、圧送ポンプの上方に配置されて圧送ポンプの吸い込み口に連結され、かつ廃棄物を水漬して廃棄物ホッパと圧送ポンプとの間を水封する水封槽と、圧送ポンプと直接溶融炉との間の配管が少なくとも一部の経路で圧送ポンプの吐出口より所定高さだけ高い位置で延在することを特徴とする請求項１に記載の直接溶融炉。
【請求項３】 廃棄物ホッパから落下する廃棄物を一時的に収容する中間槽として形成され、圧送ポンプの上方に配置されて圧送ポンプの吸い込み口に連結され、かつ廃棄物を水漬して廃棄物ホッパと圧送ポンプとの間を水封する水封槽を備え、圧送ポンプのポンプ軸が駆動側から吐出側に向かって斜め上方に傾斜するように圧送ポンプを据え付け、かつ圧送ポンプの吐出口側接続配管の所定長さを圧送ポンプのポンプ軸の延長方向に沿って斜め上方に向けて配管を敷設することを特徴とする請求項１に記載の直接溶融炉。
【請求項４】 上部から乾燥域、熱分解域、及び燃焼・溶融域に区分された竪型のシャフト炉として構成され、炉内に投入されて廃棄物層を形成する廃棄物をそれぞれの領域で乾燥、熱分解、及び燃焼・溶融させ、廃棄物の分解ガスを含むガスと溶融スラグとに転化させる直接溶融炉において、廃棄物を収容する廃棄物ホッパと、廃棄物ホッパから配管を介して廃棄物を直接溶融炉内に圧送する多軸スクリュウ式給塵機を備え、かつ給塵機と直接溶融炉との間の配管をシールするシール手段を設けたことを特徴とする直接溶融炉。
【請求項５】 廃棄物ホッパの下に廃棄物の破砕機を備えていることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の直接溶融炉。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物の直接溶融炉に関し、更に詳細には、直接溶融炉を大気からシールする（遮断する）と共に廃棄物を安定して直接溶融炉に供給できる手段を備えた直接溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】都市への人工集中に伴い、都市ゴミ等の一般廃棄物は、益々、増大しつつあり、また、経済活動の進展及び都市再開発の進行等に伴い、工場から排出される工場廃棄物及び建造物の解体現場から排出される建築廃棄物等の産業廃棄物も、益々、多種、多様になり、かつその量も著しく増大しつつある。従来、一般廃棄物及び産業廃棄物等の廃棄物は、埋め立て場に埋め立てたり、或いは通常のゴミ焼却炉で焼却処理したりして処理しているものの、埋め立て処理について言えば、廃棄物による地下水の汚染等の理由から、埋め立て処理に対する反対が厳しくなり、また、埋め立て場自体の適地が少なくなって来ている。そのために、廃棄物を埋め立て処理することが、現実には、難しくなって来ている。また、通常のゴミ焼却炉による廃棄物の焼却は、ダイオキシンを始めとする有害物質の放出の危険があるために、また、重金属等を含む焼却灰の二次的処理が必要になるために、廃棄物の焼却処理が規制される傾向にある。
【０００３】そこで、近年、直接溶融炉を使って廃棄物を溶融処理する方法が、注目されている。直接溶融炉とは、廃棄物を燃焼して残った焼却灰を炉外に取り出すことなく、一つの焼却炉内で一気に溶融スラグにまで転化してしまう方式の焼却炉であって、廃棄物は、廃棄物の分解ガスを含むガスと溶融スラグとに転化する。廃棄物に含まれていた重金属等の有害な成分は、溶融スラグとして固定化されるので、重金属が溶出するようなことがなく、二次的環境汚染のおそれが極めて少ない。また、直接溶融炉による焼却処理で生じるガスには、ダイオキシン等の有害なガス成分が少なく、また、仮に多少あっても直接溶融炉に付属するガス燃焼炉で高温燃焼するので、消滅し、安全なガスとして排出される。
【０００４】ここで、図４を参照して、従来の直接溶融炉の構成を説明する。図４は従来の直接溶融炉の構成を示す模式図である。従来の直接溶融炉１０は、図４に示すように、耐火性材料で内張りされた竪型の炉体を有するシャフト炉として構成され、更に付属炉として直接溶融炉１０で生成した可燃性の分解ガスを含むガスを燃焼させるガス燃焼炉１１を有する。直接溶融炉１０の炉内は、上部から乾燥域１２、熱分解域１４、及び燃焼・溶融域１６に区分されていて、乾燥域１２と熱分解域１４は、通常、炉体中央の大径部に位置し、燃焼・溶融域１６は、大径部の下部の縮径部に位置する。更に、直接溶融炉１０は、溶融スラグを取り出すスラグ取り出し口１８を燃焼・溶融域１６の下部、即ち炉体の底部に、燃焼用酸素を吹き込む酸素吹き込み口２０をスラグ取り出し口１８の上方の燃焼・溶融域１６に、処理する廃棄物を炉内に投入する投入口２２を乾燥域１２の上方の炉側部又は炉上部に、及び、分解ガスを流出させるガス出口２４を投入口２２の上方に備えている。直接溶融炉１０は、ガス出口２４とガス出口２４に接続されたダクト２６を介してガス燃焼炉１１に連結し、分解ガスをガス燃焼炉１１に供給する。
【０００５】以下に、図５を参照して、従来の直接溶融炉による廃棄物の処理方法を説明する。図５は直接溶融炉の炉内での廃棄物の処理状況を説明する模式図である。廃棄物の処理に当たっては、図５に示すように、廃棄物を完全燃焼させるに必要な理論酸素量以下の流量で酸素吹き込み口２０から酸素を吹き込みつつ、廃棄物を投入口２２から炉内に投入する。投入された廃棄物は、先ず、乾燥域１２で、乾燥域１２の下方の熱分解域１４で生成し、上昇して来た分解ガスにより乾燥され、次いで熱分解域１４に下降して、そこの高温雰囲気により熱分解し、分解ガスを発生する。続いて、廃棄物は、熱分解域１４の下の１６００℃以上の温度に維持されている燃焼・溶融域１６に下降し、そこで燃焼し、かつ溶融して、最終的には、溶融スラグとなって、スラグ取り出し口１８から流出する。熱分解域１４で発生した分解ガスは、可燃性であって、廃棄物の燃焼により生じた燃焼ガスと共にガス出口２４から流出する。
【０００６】直接溶融炉１０で生成したガスは、可燃性であって、温度及び熱エネルギーが高いので、付属のガス燃焼炉１１等で燃焼させて熱エネルギーを回収している。熱エネルギーは、例えば、蒸気として回収され、発電等に供されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以下に説明するように、従来の直接溶融炉では、廃棄物を直接溶融炉に供給するに当たり、炉内圧を炉外より高い正圧にして運転しているために、直接溶融炉を炉外からシールすることが難しいという問題があった。ストーカ炉等の一般的な焼却炉では、有害物質を含んでいるおそれのある燃焼ガスが炉外に漏出するのを防止するために、炉内を負圧にして運転していて、炉外から多少の空気の進入を容認している。このような一般的な焼却炉では、焼却炉の廃棄物投入口に形成した廃棄物堆積層によって焼却炉をガスシールすることにより、焼却炉の炉内を炉外から遮断することができる。しかし、直接溶融炉のように廃棄物を熱分解し、可燃性ガスを生成させている炉では、炉内を負圧にしていると、炉外から空気が進入して、予定しない燃焼反応が発生し、危険である。そこで、直接溶融炉では、炉内圧を炉外より高い正圧にして運転しているので、分解ガスを含む燃焼ガスの炉外への漏出を防止するために、従来の廃棄物の投入口での廃棄物堆積層によるガスシールのみでは直接溶融炉の炉内を炉外から遮断する上で不十分であって、別のシール機構が必要になっている。
【０００８】従来のプッシャー、振動フィーダ、コンベヤー等は、直接溶融炉を炉外から遮断するシール機構を有しないので、廃棄物を直接溶融炉に供給する手段として採用する場合には、別途、シール機構を必要とする。また、廃棄物の供給手段のシール機構として、従来のダブルダンパ、ロータリフィーダ等を適用することも試みられているが、それらは、構造が複雑であり、しかも回転軸等の多数の可動部分が廃棄物と接するために、故障が発生し易く、更には、パージガス等を必要とするために、運転制御も複雑になる。直接溶融炉に廃棄物を供給する供給手段の故障或いは運転停止は、直接溶融炉の設備全体の運転停止を直接的に招くので、廃棄物の供給手段には、その運転安定性が高いことが要求されている。
【０００９】そこで、本発明の目的は、直接溶融炉を炉外から確実にシールし、かつ運転安定性の高い廃棄物の供給手段を備えた直接溶融炉を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明に係る直接溶融炉（以下、第１の発明と言う）は、上部から乾燥域、熱分解域、及び燃焼・溶融域に区分された竪型のシャフト炉として構成され、炉内に投入されて廃棄物層を形成する廃棄物をそれぞれの領域で乾燥、熱分解、及び燃焼・溶融させ、廃棄物の分解ガスを含むガスと溶融スラグとに転化させる直接溶融炉において、廃棄物を収容する廃棄物ホッパと、廃棄物ホッパから配管を介して廃棄物を直接溶融炉内に圧送する圧送ポンプとしてピストンポンプ又はプランジャポンプを備えていることを特徴としている。
【００１１】本発明では、廃棄物ホッパから配管を介して廃棄物を直接溶融炉の廃棄物層上にピストンポンプ又はプランジャポンプにより廃棄物を圧送して、配管内に充填密度の高い廃棄物充填層を形成することにより、正圧で運転されている直接溶融炉内の分解ガスを含む燃焼ガスをシールすることができる。シールに必要な廃棄物充填層の最短の長さ、即ち最短の配管長は、直接溶融炉の炉内圧力の高低、即ち炉内圧力と大気圧との差圧の大小により異なり、その最短の配管長の配管を介して廃棄物を圧送するに要する圧送ポンプの動力が、シールに要する最小動力となる。
【００１２】好適には、廃棄物ホッパから落下する廃棄物を一時的に収容する中間槽として形成され、圧送ポンプの上方に配置されて圧送ポンプの吸い込み口に連結され、かつ廃棄物を水漬して廃棄物ホッパと圧送ポンプとの間を水封する水封槽と、圧送ポンプと直接溶融炉との間の配管が少なくとも一部の経路で圧送ポンプの吐出口より所定高さだけ高い位置で延在するようにする。所定高さは、水封のために必要な所要水柱高さ、即ち炉内圧力と大気圧との差圧＋αに等しく、例えば水柱１ｍの水封を要するときには、所定高さは１ｍとなる。水封用の水は、廃棄物に同伴された水を水封槽内に貯水しても良く、またそれだけでは水封用の水が不足するときには、別途に水を注水しても良い。水封用の水が過剰のときには、水封槽から例えばオーバーフローさせる。これにより、水封槽、圧送ポンプ及び吐出配管が水封により完全にシールされるので、正圧で運転される直接溶融炉内の燃焼ガスを確実に炉外からシールすることができ、吐出配管内を廃棄物充填層によりシールする場合に比べて、短い配管長でシールすることができる。また、水封槽の水は、圧送ポンプにより廃棄物と共に配管を圧送される際、廃棄物と配管壁との間に薄い水膜を形成して廃棄物と配管壁との摩擦抵抗を減少させ、ポンプの所要動力を減少させることができる。
【００１３】また、少なくとも一部の経路で圧送ポンプの吐出口より所定高さだけ高い位置で配管を延在させる代わりに、水封の別法として、圧送ポンプのポンプ軸が駆動側から吐出側に向かって斜め上方に傾斜するように圧送ポンプを据え付け、かつ圧送ポンプの吐出口側接続配管の所定長さを圧送ポンプのポンプ軸の延長方向に沿って斜め上方に向けて配管を敷設しても良い。所定長さは、吐出口側接続配管の先端が上述の所定高さだけ高くなる長さである。この水封態様では、上述の水封態様に比べて、ポンプ吐出配管に配管立ち上げ部を設ける必要がなく、直管のみで直接溶融炉まで廃棄物を圧送することができるので、配管立ち上げ部で廃棄物が堆積し閉塞させるようなおそれが全く無い。また、この態様は、吐出口を上方に向け、ポンプのシリンダー軸のみを傾斜させるようにしても良い。
【００１４】また、本発明に係る別の直接溶融炉（以下、第２の発明と言う）は、上部から乾燥域、熱分解域、及び燃焼・溶融域に区分された竪型のシャフト炉として構成され、炉内に投入されて廃棄物層を形成する廃棄物をそれぞれの領域で乾燥、熱分解、及び燃焼・溶融させ、廃棄物の分解ガスを含むガスと溶融スラグとに転化させる直接溶融炉において、廃棄物を収容する廃棄物ホッパと、廃棄物ホッパから配管を介して廃棄物を直接溶融炉内に圧送する多軸スクリュウ式給塵機を備え、かつ給塵機と直接溶融炉との間の配管をシールするシール手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】更に好適には、廃棄物ホッパの下に廃棄物の破砕機を備え、圧送ポンプに供給する廃棄物を予め破砕することにより、廃棄物の大きさ、形状が均一化して圧送能力が向上し、配管内での廃棄物の引っ掛かり、及び閉塞が一層生じ難くなる。また、廃棄物の大きさ、形状を均一化することにより、廃棄物充填層が一層稠密になり、直接溶融炉の燃焼ガスを一層確実にシールすることができる。更には、圧送ポンプと直接溶融炉との間でシールに要する配管長さを短縮することができるので、圧送ポンプの吐出圧を下げることができる。従来の直接溶融炉では、廃棄物を破砕する破砕機と、破砕した廃棄物を搬送するコンベヤ等の搬送手段とを別々の場所に設置し、破砕機と搬送手段との間に破砕廃棄物ピットを設けている。しかし、本態様では、破砕機を圧送ポンプ上に設けて破砕廃棄物を破砕機から、直接、圧送ポンプに落下させることにより、広大なスペースを必要とする破砕廃棄物ピットの設置が不要となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１本実施形態例は、第１の発明に係る直接溶融炉の実施形態の例であって、図１は本実施形態例の直接溶融炉の構成を示す模式図である。本実施形態例の直接溶融炉１０は、図４に示した従来の直接溶融炉１０の構成に加えて、廃棄物供給手段３０として、図１に示すように、廃棄物を収容する廃棄物ホッパ３２と、廃棄物ホッパ３２から供給された廃棄物を直接溶融炉１０に圧送するピストンポンプ３４と、ピストンポンプ３４から直接溶融炉１０の投入口２２までの配管３６とを備えている。ピストンポンプには、例えばラサ商事株式会社から販売されているプツマイスター（Putzmeister)製のプツマイスターポンプを使用することができる。本実施形態例の直接溶融炉１０では、以上の構成により、廃棄物ホッパ３２から配管３６を介して廃棄物を直接溶融炉１０の廃棄物層上にピストンポンプ３４により廃棄物を圧送して、配管３６内に充填密度の高い廃棄物充填層を形成することにより、正圧で運転されている直接溶融炉１０内の分解ガスを含む燃焼ガスを炉外からシールすることができる。また、本実施形態例では、パイプの上半分を取り除いた形態の断面半円形の部材で形成された投入ノズル３８が、投入口２２から直接溶融炉１０内中央に伸びていて、これにより廃棄物を廃棄物層上に均一に分散供給することができる。また、投入ノズル３８を水冷して、熱による損耗を防止するするようにしても良い。
【００１７】実施形態例２本実施形態例は、第１の発明に係る直接溶融炉の実施形態の別の例であって、図２は本実施形態例の直接溶融炉の構成を示す模式図である。本実施形態例の直接溶融炉１０は、実施形態例１の直接溶融炉１０の構成に加えて、図２に示すように、廃棄物を収容する廃棄物ホッパ３２とピストンポンプ３４との間に、上から廃棄物を破砕する破砕機４０及び水封槽４２を備え、かつ大きな曲率半径で曲がる立ち上がり部４６が、配管３６の一部としてピストンポンプ３４の吐出口接続配管４４の部分に設けてある。立ち上がり部４６の高さＨは、水封のための所要水柱高さ、即ち炉内圧力と大気圧との差圧＋αに等しく、例えば水柱１ｍの水封を要するときには、立ち上がり部４６の高さＨは、１ｍとなる。
【００１８】破砕機４０は、廃棄物ホッパ３２に直結された既知の構造の破砕機であって、例えばロール型の破砕機を使用する。水封槽４２は、破砕機４０の破砕廃棄物の出口に直結されたホッパ状の槽であって、立ち上がり部４６の最高位置と同じ位置にオーバーフロー口４８を備えた槽である。破砕廃棄物は、同伴水と共に破砕機４０から下降して水封槽４２に入り、同伴水の一部は破砕廃棄物と共にピストンポンプ３４により圧送され、残部の同伴水は水封槽４２に滞留して、ピストンポンプ３４と破砕機４０との間、即ち直接溶融炉１０と大気との間をシールする。同伴水が破砕廃棄物と共に水封槽４２に入るにつれて水位が上昇して、オーバーフロー口４８からオーバーフローするので、水封槽４２の水位は、常に、オーバーフロー口４８の位置になる。
【００１９】本実施形態例では、水封槽４２、ピストンポンプ３４及び吐出配管４４、４６が水封により完全にシールされるので、正圧で運転される直接溶融炉１０内の燃焼ガスを確実にシールすることができる。
【００２０】実施形態例３本実施形態例は、水封式の実施形態例２の改変例であって、図３は本実施形態例の直接溶融炉の構成を示す模式図である。本実施形態例の直接溶融炉１０は、実施形態例２の直接溶融炉１０の構成のうち、ピストンポンプ３４の吐出口接続配管４４に立ち上がり部４６を設けたことに代えて、ピストンポンプ３４のポンプ軸が駆動側から吐出側に向かって斜め上方に傾斜するようにピストンポンプ３４を据え付け、吐出口接続配管４４に立ち上がり部４６を設けることなく、直線状で直接溶融炉１０の投入口２２まで配管３６を敷設し、投入口２２と水封槽４２のオーバーフロー口４８とを同じ位置になるようにしている。
【００２１】本実施形態例では、配管３６は直線状であって、実施形態例２で設けた配管立ち上げ部４６を有しないので、廃棄物が配管３６内に堆積して配管３６を閉塞させるようなおそれが全く無く、実施形態例２と同様に、正圧で運転される直接溶融炉１０内の燃焼ガスを確実にシールすることができる。
【００２２】実施形態例４本実施形態例は、第２の発明の実施形態例であって、図６は本実施形態例の直接溶融炉の構成を示す模式図である。本実施形態例の直接溶融炉１０は、廃棄物供給手段３１として、廃棄物ホッパ３２から配管３６を介して廃棄物を直接溶融炉１０内に圧送する多軸スクリュウ式給塵機５０と、給塵機５０と直接溶融炉１０との間の配管３６に下に凸の曲がり部５２とを備えている。曲がり部５２は、水封式のシール手段として機能する。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、ピストンポンプ又はプランジャポンプを使用して廃棄物を配管を介し圧送して、配管内に充填密度の高い廃棄物充填層を形成することにより、正圧で運転される直接溶融炉内の燃焼ガスを大気からシールすることができる。また、圧送ポンプと廃棄物ホッパとの間に水封槽を設けて圧送ポンプと廃棄物ホッパとの間を水封することにより、正圧で運転される直接溶融炉内の燃焼ガスを大気から一層確実にシールすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２８５
【氏名又は名称】千代田化工建設株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大澤 斌 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２０１４３１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２０９６ |
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