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【発明の名称】 攪拌式廃棄物ガス化焼却炉
【発明者】 【氏名】山田 洋輔
【要約】 【課題】加熱効率及び攪拌効率を向上した攪拌式廃棄物ガス化焼却炉を提供する。

【解決手段】加熱装置を備えた加熱シリンダ１を設けて、その内部にガス又は電気で加熱する攪拌軸１７を設けて、廃棄物９を攪拌して熱分解するようにしたことを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 加熱シリンダ（１）内に、軸回転により廃棄物（９）を攪拌する攪拌手段を備えてなり、供給された廃棄物（９）を外気酸素を遮断して高温蒸し焼きして熱分解する攪拌式廃棄物ガス化焼却炉。
【請求項２】 請求項１記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、加熱シリンダ（１）は、筒状で、投入された廃棄物（９）を高温加熱可能であり、攪拌手段は、加熱シリンダ（１）の中心軸周りに回転可能で、内部より加熱可能な攪拌軸（１７）と、攪拌軸（１７）に複数設けられて、内部より加熱可能でかつ廃棄物（９）を攪拌し排出口へ移動させる形状になっている棒状の羽体（６）とからなる攪拌式廃棄物ガス化焼却炉。
【請求項３】 請求項１又は２記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、加熱シリンダ（１）内部の廃棄物（９）の滞留時間を調整する排出調整手段を備えてなり、排出調整手段は、加熱シリンダ（１）の後端側に設けられて、蒸し焼き未完了のときに発生する残留熱分解ガスを検出するガス検出手段（１６）と、ガス検出手段（１６）の検出結果により弁の開度を調整する排出調整弁（５）と、攪拌軸（１７）の回転を制御する減速機（７）とからなる攪拌式廃棄物ガス化焼却炉。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、加熱シリンダ（１）の供給口側に設けられ、廃棄物（９）を酸素を絶って定量的にプランジャ（１５）により加熱シリンダ（１）内に押し込み可能なプランジャ装置（１０）を備えてなる攪拌式廃棄物ガス化焼却炉。
【請求項５】 請求項２〜４のいずれかに記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、攪拌軸（１７）は、後端側にスリップリング（１４）を備えてなり、加熱ガス又は電気ヒータによりスリップリング（１４）を介して、攪拌軸（１７）及び羽体（６）を約５００度〜７００度に加熱昇温可能にした攪拌式廃棄物ガス化焼却炉。
【請求項６】 請求項２〜５のいずれかに記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、羽体（６）は、円柱状でその外周面の一部に平面が形成され、羽体（６）の平面に接触した廃棄物（９）を排出口方向やその逆方向に飛ばすようにした攪拌式廃棄物ガス化焼却炉。
【請求項７】 廃棄物（９）を貯蔵可能なホッパ（８）と、ホッパ（８）の底部側に開口形成された収納孔（１８）を介して、ホッパ（８）内の廃棄物（９）を定量的に押し込み供給可能な押し込み装置（１２）と、収納孔（１８）から供給された廃棄物（９）を酸素を絶った状態でプランジャ（１５）により押し込み供給可能なプランジャ装置（１０）と、プランジャ装置（１０）より押し込まれた廃棄物（９）を内部で高温加熱可能な筒状の加熱シリンダ（１）と、加熱シリンダ（１）の中心軸周りに回転可能で、内部より加熱可能な攪拌軸（１７）と、攪拌軸（１７）に複数設けられて、内部より加熱可能で、かつ攪拌軸（１７）の回転時に加熱シリンダ（１）内の廃棄物（９）を攪拌移動可能な羽体（６）と、加熱シリンダ（１）内部の廃棄物（９）の滞留時間を調整する排出調整手段と、加熱シリンダ（１）の熱分解残滓排出口（４）から排出された焼却灰等の残滓を高温溶融する灰溶融炉とを備えてなり、排出調整手段は、加熱シリンダ（１）の後端側に設けられて、熱分解ガスを検出するガス検出手段（１６）と、ガス検出手段（１６）の検出結果により弁の開度を調整する排出調整弁（５）と、攪拌軸（１７）の回転を制御する減速機（７）とからなる攪拌式廃棄物ガス化焼却炉。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般廃棄物又は産業廃棄物等を外気酸素を遮断して蒸し焼き焼却する攪拌式廃棄物ガス化焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、焼却炉において運転開始時や停止時に特に発生しやすいダイオキシンを抑制するために、蒸し焼きロータリーキルン方式の焼却炉が使用されてきている。ロータリーキルン方式は、図４に示すように、熱分解ドラム２１内で、スクリューフィーダ２５を通って供給された廃棄物２０を加熱しながら攪拌及び混合し、熱分解して発生する分解ガスを回収して、燃え殻（焼却灰）を溶融する炉の熱源として利用するようにするものである。２２は加熱ガスの入口であり、２３は熱分解ガスの排出口である。スクリューフィーダ２５は、廃棄物２０を攪拌して熱分解ドラム２１に供給するが、スクリューの形状がスパイラル状であり、投入可能な廃棄物２０の大きさはこのスクリューの溝の深さ及び幅寸法により決定される。例えば、従来は、シリンダ内のスクリューの溝の深さと幅で廃棄物の大きさが決定されており、約１５０ｍｍ程度が限度とされている。
【０００３】熱分解ドラム２１は、図５に示すように内部に加熱チューブ２４を多数長手方向に備えている。かかる熱分解ドラム２１は、直径約１．２ｍ〜２ｍで長さ約３０〜５０ｍの大型のパイプであり、約１．５ｒｐｍで回転しながら、約１時間かけて内部の廃棄物２０を蒸し焼きするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ロータリーキルン方式の焼却炉では、以下の問題点を有している。
（１） 熱分解ドラム２１が大型であり回転速度が約１．５ｒｐｍと非常に遅いために、熱伝導が遅く加熱効率が低く、攪拌効率が悪いという問題点がある。このため、熱分解ドラム２１を高速回転しようとしても、直径約１．２ｍ〜２ｍで長さ約３０〜５０ｍの大型のパイプを高速回転させることは構造上不可能であり、回転速度に限界がある。
【０００５】（２） 燃え殻の排出効率は、熱分解ドラム２１の回転数及び傾斜角度で決定されてしまうため、運転条件に自由度がない。
（３） 廃棄物２０の加熱温度は、熱分解ドラム２１の内側に設けられた加熱チューブ２４との接触による熱伝導が大部分であるが、熱分解ドラム２１の回転が非常に遅いため、廃棄物の昇温及び分解に約１時間を要し、時間がかかりすぎることと、一般及び産業廃棄物に対する加熱チューブの強度と摩耗対策が十分でない。
【０００６】（４） 廃棄物２０を熱分解ドラム２１に投入する際、回転スクリュー形状のスクリューフィーダ２５を通っていくが、投入可能な廃棄物の大きさがスクリューフィーダ２５のスクリューの溝の深さ及び幅寸法により決まるので、大型の廃棄物の場合には、それを投入可能な大きさにする前処理破砕が必要となり、手間がかかる。
【０００７】（５） また、スクリューフィーダ２５の溝部分に廃棄物が充満していない場合には、その空間部分より分解ガスが逆噴射することがあったり、外気酸素の完全な遮断は不可能になる。
（６） 更に、ロータリーキルン方式の焼却炉は、非常に構成が大型で複雑な配管工事を伴うため、設置スペースが広すぎて、装置自体が非常に高価である。
【０００８】本発明は、上記問題点を解決することを目的としている。すなわち、本発明は加熱効率及び攪拌効率を向上した攪拌式廃棄物ガス化焼却炉を提供することを目的としている。また、本発明は運転条件を自由に設定できるような攪拌式廃棄物ガス化焼却炉を提供することを目的としている。
【０００９】更に、本発明は、加熱昇温及び分解時間を短縮化した攪拌式廃棄物ガス化焼却炉を提供することを目的としている。本発明は、大型の廃棄物の前処理の必要がなく、大きさに関係なく廃棄物を投入することが可能な攪拌式廃棄物ガス化焼却炉を提供することを目的としている。
【００１０】更に、本発明は、分解ガスが逆噴射するようなことのない攪拌式廃棄物ガス化焼却炉を提供することを目的としている。また、本発明は、構成が簡易で安価な攪拌式廃棄物ガス化焼却炉を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明のうち、請求項１記載の発明は、加熱シリンダ内で、攪拌手段の軸回転により、供給された廃棄物を外気酸素を遮断して高温蒸し焼きしながら攪拌して熱分解し、可燃性ガスを発生させる。ここで攪拌手段とは、加熱シリンダ内においてその回転により廃棄物を攪拌することが可能なものをいい、軸周りに回転可能なものであれば良い。
【００１２】この、攪拌手段の回転による廃棄物同志の衝突によって発生する自己発熱及び加熱シリンダによる加熱とにより廃棄物が急速に熱分解する。請求項２記載の発明は、請求項１記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、加熱シリンダ（１）は、筒状で、投入された廃棄物（９）を高温加熱可能であり、攪拌手段は、加熱シリンダ（１）の中心軸周りに回転可能で、内部より加熱可能な攪拌軸（１７）と、攪拌軸（１７）に複数設けられて、内部より加熱可能でかつ廃棄物（９）を攪拌移送する棒状の羽体（６）とからなる。
【００１３】かかる構成により、加熱シリンダ（１）内部の廃棄物（９）を羽体（６）の回転による摩擦熱とシリンダーからの熱供給により熱分解して分解ガスとして排出し、回転により熱分解した廃棄物（９）の焼却灰等の残滓を押し出して排出するようにするものである。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、加熱シリンダ（１）内部の廃棄物（９）の滞留時間を調整する排出調整手段を備えてなり、排出調整手段は、加熱シリンダ（１）の後端側に設けられて、蒸し焼き未完了のときに発生る残留熱分解ガスを検出するガス検出手段（１６）と、ガス検出手段（１６）の検出結果により弁の開度を調整する排出調整弁（５）と、攪拌軸（１７）の回転を制御する減速機（７）とからなる。
【００１４】かかる構成により、排出が早すぎるために、分解ガスの噴出中に廃棄物（９）が出てくるような場合、ガス検出手段（１６）により検知されて、排出調整弁（５）を絞り込んで、廃棄物（９）の加熱シリンダ（１）内における滞留時間を調整する。排出調整弁（５）の開度は、分解ガスの検知量により常時変化するようになっている。また、減速機（７）により、攪拌軸（１７）の回転速度を調整することによって攪拌速度も調整可能であるので、分解時間も調整が可能となる。なお、例えば、攪拌軸（１７）の回転は約１００〜１５０ｒｐｍとすることも可能である。
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、加熱シリンダ（１）の供給口側に設けられ、廃棄物（９）を酸素を絶って定量的にプランジャ（１５）により加熱シリンダ（１）内に押し込み可能なプランジャ装置（１０）を備えてなるものである。
【００１６】プランジャ（１５）により定量的に押し込むようにしたので、従来のようにスクリューフィーダ等が不要となり、廃棄物（９）を直接加熱シリンダ内に投入することができる。請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、攪拌軸（１７）は、後端側にスリップリング（１４）を備えてなり、加熱ガス又は鉄鋳込み電気ヒータによりスリップリング（１４）を介して、攪拌軸（１７）及び羽体（６）を５００度〜７００度に加熱昇温可能にしたものである。
【００１７】かかる構成により、攪拌軸（１７）を高温加熱保持することが可能となるので、廃棄物（９）の加熱を均一で且つ効果的に行うことができる。請求項６記載の発明は、請求項２又は３記載の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉において、羽体（６）は、円柱状でその外周面の一部に平面が形成され、内部にヒータを内蔵しており、羽体（６）の平面に接触した廃棄物（９）を排出口方向やその逆方向に飛ばすようにしたものである。
【００１８】羽体（６）の外周面の一部に平面を設けることにより、廃棄物（９）を排出方向又は逆方向に効果的に飛ばすことが可能となる。請求項７記載の発明は、廃棄物（９）を貯蔵可能なホッパ（８）と、ホッパ（８）の底部側に開口形成された収納孔（１８）を介して、ホッパ（８）内の廃棄物（９）を定量的に押し込み供給可能な押し込み装置（１２）と、収納孔（１８）から供給された廃棄物（９）を酸素を絶った状態でプランジャ（１５）により押し込み供給可能なプランジャ装置（１０）と、プランジャ装置（１０）より押し込まれた廃棄物（９）を内部で高温加熱可能な筒状の加熱シリンダ（１）と、加熱シリンダ（１）の中心軸周りに回転可能な攪拌軸（１７）と、攪拌軸（１７）に複数設けられて、内部より加熱可能で、かつ攪拌軸（１７）の回転時に加熱シリンダ（１）内の廃棄物（９）を攪拌移動可能な羽体（６）と、加熱シリンダ（１）内部の廃棄物（９）の滞留時間を調整する排出調整手段と、加熱シリンダ（１）の熱分解残滓排出口（４）から排出された焼却灰等の残滓を高温溶融する灰溶融炉とを備えてなり、排出調整手段は、加熱シリンダ（１）の後端側に設けられて、熱分解ガスを検出するガス検出手段（１６）と、ガス検出手段（１６）の検出結果により弁の開度を調整する排出調整弁（５）と、攪拌軸（１７）の回転を制御する減速機（７）とからなる。
【００１９】灰溶融炉を設けることにより、焼却灰等の残滓を高温溶融してスラグ化して再利用することが可能となる。灰溶融炉は、例えば、約１３００〜１４００度で高温溶融するのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す概要断面構成図、図２は、図１のプランジャ装置により送り込まれた廃棄物の収納孔を示す説明図であり、（ａ）は、楕円孔の収納孔、（ｂ）は、円形の収納孔を示す。図３は、攪拌軸の羽体の断面形状を示す図である。
【００２１】本発明の実施の形態の攪拌式廃棄物ガス化焼却炉は、図１に示すように、廃棄物９を攪拌しながら高温蒸し焼きし、それにより発生する熱分解ガス及び焼却灰を燃料として再利用するものであり、基本的に、廃棄物９を貯蔵可能なホッパ８と、ホッパ８の底部側に開口形成された収納孔１８を介して、ホッパ８内の廃棄物９を定量的に押し込み供給可能な押し込み装置１２と、収納孔１８から供給された廃棄物９を酸素を絶った状態でプランジャ１５により押し込み供給可能なプランジャ装置１０と、プランジャ装置１０より押し込まれた廃棄物９を内部で高温加熱可能な筒状の加熱シリンダ１と、加熱シリンダ１の中心軸周りに回転可能で、内部より加熱可能な攪拌軸１７と、攪拌軸１７に複数設けられて、内部より加熱可能で、かつ攪拌軸１７の回転時に加熱シリンダ１内の廃棄物９を攪拌可能な羽体６と、加熱シリンダ１内部の廃棄物９の滞留時間を調整する排出調整手段と、加熱シリンダ１の熱分解残滓排出口４から排出された焼却灰等の残滓を高温溶融する灰溶融炉とからなる。排出調整手段は、加熱シリンダ１の後端側に設けられて、熱分解ガスを検出する分解ガス検出手段１６と、分解ガス検出手段１６の検出結果により弁の開度を調整する排出調整弁５と、攪拌軸１７の回転を制御する減速機７とからなる。以下に、詳細に説明する。
【００２２】ホッパ８は、加熱シリンダ１へ供給する廃棄物９を貯蔵するための容器であり、図のように漏斗状となっている。ホッパ８の上方には、押し込み装置１２が設けられている。押し込み装置１２は突き棒を有しており、その突き棒によってホッパ８内の廃棄物９を、ホッパ８の底面側においてプランジャ装置１０の上部に開口形成された収納孔１８を介してプランジャ装置１０内に定量ずつ落とし込むものである。
【００２３】ところで、プランジャ装置１０は、廃棄物９内に酸素を含まないように加熱シリンダ１に供給するため、真空引きベントを設けるようにするのが好適である。なお、廃棄物ホッパ８を真空ホッパとするようにしても良い。また、加熱シリンダ１とプランジャ装置１０との接続部分には、金属等によるシール１１が施工されて、酸素が流入しないようにする。
【００２４】プランジャ装置１０に投入された廃棄物９が、プランジャ装置１０の収納孔１８より上部に飛び出している場合、プランジャ装置１０が作動しにくくなるため、押し込み装置１２の突き棒により廃棄物９をプランジャ装置１０内に完全に押し込む。押し込めない場合には、プランジャ装置１０のプランジャ１５と押し込み装置１２の突き棒を交互に作動させて、プランジャ装置１０の作動可能な程度まで、廃棄物９をプランジャ装置１０内に押し込んで一定の体積となるように圧縮する。収納孔１８は、図２（ａ）のように、楕円孔１８ａでも良く、また図２（ｂ）のような円形孔１８ｂであっても良い。押し込み装置１２による押し込みのタイミングは、加熱シリンダ１内部の処理時間に合わせるようにして、例えば、約５分程度の間隔で連続的に押し込むようにしても良い。
【００２５】投入する廃棄物９の大きさは、加熱シリンダ１の入口直径及び収納孔１８の大きさにより決定されるので、加熱シリンダ１の入口直径及び収納孔１８の直径が例えば、３００ｍｍであれば、直径３００ｍｍ以内の大きさの廃棄物９であれば投入できる。このため、大型の廃棄物９であっても、予め破砕処理する必要がない。加熱シリンダ１の入口直径及び収納孔１８の直径をこれよりも大きくすれば、更に大型の廃棄物９であっても破砕処理せずに、投入が可能となる。
【００２６】加熱シリンダ１は、中空円筒状で、例えば、直径約９０ｃｍ〜５ｍ程度の大きさのものが実用的である。なお、大きさはこれに限定されず、処理する廃棄物９の種類と大きさに合わせて変更することが可能である。加熱シリンダ１は、外周に設けられた電気ヒータ等により、内部の廃棄物９を加熱する。加熱シリンダ１は、架台１３により固定されており、また、図中右側で後端側の上部に、熱分解ガス排出口３を開口形成し、下側に熱分解残滓排出口４を開口形成している。熱分解ガス排出口３より、加熱シリンダ１内部で廃棄物９が熱分解したときに発生する一酸化炭素、亜硫酸ガス等の熱分解ガス等が排出されて、ボイラー又は灰溶融炉等の燃料として再利用される。また、焼却灰等の残滓は熱分解残滓排出口４から、スクリュー６の押し出しにより排出される。
【００２７】攪拌軸１７は、加熱シリンダ１内でその中心軸上に設けられており、後端側に設けられている減速機７により速度制御される。例えば、攪拌軸１７の回転速度を約１００〜１５０ｒｐｍとすることも可能である。このように、攪拌軸１７を減速機７により回転制御するようにしているので、攪拌軸１７を高速回転することができ、例えば、約３０分程度と短時間で廃棄物９の熱分解を行うことができる。また、減速機７の調整により、回転速度を自由に調節できるので、分解速度を加減することが容易にできる。このため、ガス検出器１６からの検出結果により、分解速度を調節するようにすることも可能となる。
【００２８】羽体６は、攪拌軸１７に等間隔で軸方向に対して上下左右に配されている。羽体６の形状は、図３に断面を示すように、円柱状で断面において、一部に傾斜を形成して、その推力により廃棄物９を目的方向へ送るようにしている。傾斜角度は、排出する速度等によって、調節するものとし、廃棄物９が早く排出しすぎず適度な量となるような傾斜角度とするのが好ましい。
【００２９】攪拌軸１７及び羽体６は、ヒータを内蔵している。ヒータは、例えば、鉄鋳込みのヒータとする。これは、シーズヒータを鉄筒内部に鋳込んだもの等を使用すると、温度むらがなく熱効率が良い。また、鉄を使用するのは、溶融温度が高いためである。鉄鋳込みのヒータであるので、工事が容易であり、コストも安価である。これらのヒータは、攪拌軸１７の後端側に設けられたスリップリング１４を介して加熱昇温される。電気ヒータとすると、メンテナンスが容易であり好適である。
【００３０】加熱シリンダ１の内部に投入される廃棄物９は、加熱シリンダ１の外周に設けられた電気ヒータ等による加熱と、攪拌軸１７及び羽体６の内部のヒータによる加熱と、羽体６による攪拌による摩擦発熱とにより、酸素のない状態で万遍なく加熱昇温されて約２５０〜４５０℃で蒸し焼きされて、熱分解してガスを発生する。熱分解ガスは、冷却器を経て排気ポンプによって、圧力タンクに収納されて、発電のためのボイラー用燃料又は燃え殻を溶融する灰溶融炉用燃料として利用される。
【００３１】本実施の形態では、かかる構成により、加熱シリンダ１内部の廃棄物９を、羽体６による攪拌によって、廃棄物９同士を衝突させて摩擦を生じさせ、自己発熱により熱分解ガスを発生させるようにしている。さらに、熱分解した後の廃棄物９の焼却灰等の燃え殻を押し出して排出するようにするものである。これにより、熱分解速度が著しく短縮可能となる。例えば、上述のように３０分程度で熱分解することも可能であり、従来のロータリーキルン方式の焼却炉よりも１／２程度の時間で焼却処理することができる。
【００３２】分解を終了すると、焼却灰等の燃え殻は攪拌軸１７により押し出されて熱分解残滓排出口４から外部の図示しない灰溶融炉へと送出される。灰溶融炉は、約１３００〜１４００℃でこれらの燃え殻を高温溶融してスラグ化して再利用可能とする。このとき、排出が早すぎると、分解ガスが噴出中の廃棄物９が熱分解残滓排出口４から出てくる場合がある。このような場合、排出口４近傍に設けられたガス検出器１６の検知により、排出調整弁５を絞り込んで、残滓を出にくくして排気物９の加熱シリンダ１内での滞留時間を調整する。排出調整弁５の開度は、分解ガスの検知量により常時変化するようになっている。廃棄物９は地区，時期等の条件により、その内容が変わるので、廃棄物の内容や種類により発生するガスの種類も変わるため、ガス検出器１６、排出調整弁５又は減速機７の回転速度による調整が必要となる。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、本発明は、従来の回転する熱分解ドラムの代わりに、加熱装置を備えた加熱シリンダ内に攪拌手段を設けて廃棄物を攪拌し、熱分解するようにしたので、加熱効率及び攪拌効率が格段に向上させることができる。
【００３４】また、攪拌軸を回転させるようにする構成により、攪拌軸の回転数を自由に調節することができ、燃え殻の排出効率又は分解ガス発生時間等の運転条件を自由に設定することができる。更に、従来のようにスクリューフィーダの溝形状により左右されないため、大型廃棄物の投入が可能となる。更に、プランジャ装置による押し込みにより、廃棄物を加熱シリンダに送り込むようにしているので、分解ガスの逆噴射を防止し外気（酸素）の流入を防止することが出来る。
【００３５】また、本発明は、構成が簡易であり、装置を安価に製造することができ、且つ小型化が可能となる。更に、本発明は、攪拌手段の回転により廃棄物を攪拌するような構成であり、攪拌手段を高速回転できるため、従来のロータリーキルン方式のように分解ドラムを高速回転できないものに比較して、廃棄物の加熱昇温及び分解の時間を著しく短縮することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２１５
【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所
【出願日】 平成１０年（１９９８）２月１２日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】石戸 元 （外３名）
【公開番号】 特開平１１−２３０５２３
【公開日】 平成１１年（１９９９）８月２７日
【出願番号】 特願平１０−２９６６２