廢棄物氣化熔融爐的製作方法

2023-11-30 12:32:41 2

廢棄物氣化熔融爐的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種廢棄物氣化熔融爐，能夠促進豎井部的廢棄物的乾燥/熱分解，以抑制到達爐底時所攜帶的水分及揮發物，從而降低額外的焦炭的消耗。廢棄物氣化熔融爐(1)包括：豎井部(2)，其用於將內部填充的廢棄物乾燥及熱分解，並且其上部側具有廢棄物裝入口(21)及爐內氣體排出口(22)，其底部側具有將廢棄物排出的開口部(23)；熔融爐部(4)，其爐芯與豎井部(2)錯位設置，並且其上部側具有供給熱分解的廢棄物和炭類固體燃料的開口部(46)，其爐底側具有用於吹入燃燒用的富氧空氣的風口(42)；連通部(5)，其連接所述豎井部的底部側開口部(23)和所述熔融爐部的上部側開口部(46)，所述連通部包括，在承受填充於豎井部(2)的廢棄物的載荷的位置處配置的炭化爐箅部(3)，將佔向爐內吹入的全氧量的60％以上的乾燥/熱分解用的空氣從炭化爐箅部(3)向豎井部(2)內送風的送風裝置(3)，將所述炭化爐箅部上被熱分解的廢棄物向熔融爐部(4)的上部側開口部(46)供給的供給裝置(3)。
【專利說明】廢棄物氣化熔融爐

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種將從爐上部裝入的廢棄物乾燥及熱分解，進而使熱分解的殘渣熔 融，並從爐底部回收熔融殘渣的廢棄物氣化熔融爐。

【背景技術】
[0002] 作為一般的對廢棄物或工業廢棄物等廢棄物進行處理的方法，例如使用焦炭等的 炭類固體燃料作為熔融熱源，在工業爐中使廢棄物熔融。基於熔融的廢棄物的處理具有如 下優點，不僅能夠減小廢棄物的體積，還能夠使此前通過填埋進行最終處理的焚燒灰或不 可燃垃圾形成爐渣或金屬，而再生利用。
[0003] 作為使廢棄物熔融的設備，已知有堅井式的氣化熔融爐（例如，參照專利文獻1、 專利文獻2)。專利文獻1、2中公開的廢棄物氣化熔融爐具有，包括圓筒狀的堅井部（直體 部）、倒錐臺部（喇叭花狀部）及爐底部的爐主體，並設置有用於向爐內吹入空氣或富氧空 氣等的助燃氣體的上級風口和下級風口。
[0004] 專利文獻1、2中公開的廢棄物氣化熔融爐，從爐上部裝入廢棄物和焦炭，並在堅 井部內通過使落下的廢棄物和從上級風口吹入的空氣進行熱交換，對廢棄物進行乾燥/熱 分解。乾燥/熱分解後的廢棄物的熱分解殘渣落到爐底部，並利用焦炭的燃燒熱作為熱源 使該殘渣熔融。然後將熔融殘渣從爐底部抽出，以回收爐渣和金屬。
[0005] 專利文獻1、2中公開的廢棄物氣化熔融爐，利用從上級風口吹入的空氣乾燥/熱 分解廢棄物。因此，為了促進廢棄物的乾燥/熱分解，可增加從上級風口吹入的送風量等， 也可增加從上級風口供給的氧氣比例。通過增加從上級風口供給的氧氣比例，能夠促進廢 棄物在堅井部中利用自身的燃燒熱進行的乾燥/熱分解。
[0006] 然而，專利文獻1、2中公開的廢棄物氣化熔融爐，如在文獻中記載的那樣，從上級 風口吹入的氧氣比例超過一半時會發生竄氣（吹爸抜汁、131〇界^^)現象，從而導致爐內壓 力變動等，使爐作業不穩定。因此，在實際爐作業中，限定從下級風口吹入氣體的氧氣比例 為70 %?80%，從上級風口吹入氣體的氧氣比例為20 %?30%。另外，由于堅井式的氣化 熔融爐的結構所致，使從上級風口吹入的空氣很難到達堅井部的中心區域，從而不能夠充 分地對堅井部的中心區域處下落的廢棄物進行乾燥/熱分解，使到達爐底部的廢氣物攜帶 大量的水分及揮發物。其結果，作為熔融熱源的焦炭的燃燒熱因蒸發水分及揮發物而消耗， 從而需要與該消耗程度相當的額外的焦炭。焦炭的額外的消耗不僅使運行成本高漲，還面 臨增加了來自化石燃料的C0 2的排放量的問題。
[0007] 專利文獻1:日本專利特公昭53 - 16633號公報
[0008] 專利文獻2:日本專利特公昭60 - 11766號公報


【發明內容】

[0009] 為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種廢棄物氣化熔融爐，該氣化熔融 爐能夠促進堅井部的廢棄物的乾燥/熱分解，以抑制到達爐底時所攜帶的水分及揮發物， 從而降低額外的焦炭的消耗。
[0010] 本發明的另一個目的在於，通過提高廢棄物的熱分解效率，抑制攜帶熱分解不充 分的廢棄物到達爐底，從而能夠減輕爐底的燃燒負荷。
[0011] SP，本發明的要點如下。
[0012] (1)本發明的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，包括：堅井部，其用於使填充於內 部的廢棄物乾燥及熱分解，其上部側具有廢棄物裝入口及爐內氣體排出口，其底部側具有 排出廢棄物的開口部；熔融爐部，其爐芯與所述堅井部錯位配置，在上部側具有供給已熱分 解的廢棄物和炭類固體燃料的開口部，在爐底側具有用於吹入燃燒用的富氧空氣的風口； 和連通部，其連結所述堅井部的底部側開口部和所述熔融爐部的上部側開口部，其中，所述 連通部包括：配置在能夠承受填充於所述堅井部的廢棄物的載荷的位置處的炭化爐箅部； 將乾燥/熱分解用的空氣從所述炭化爐箅部向所述堅井部內送風的送風裝置；和向所述熔 融爐部的上部側開口部供給處於所述炭化爐箅部上的已熱分解的廢棄物的供給裝置，所述 炭化爐箅部包括配置在上級側的供給炭化爐箅和配置在下級側的乾餾炭化爐箅，所述供給 裝置包括，將所述供給炭化爐箅上的廢棄物向所述乾餾炭化爐箅供給的第1供給裝置；和 向所述熔融爐部供給處於所述乾餾炭化爐箅上的已炭化的廢棄物的第2供給裝置，利用處 於所述碳化爐箅部上的廢棄物自身的燃燒熱進行乾燥/熱分解，使氧配比為，從所述炭化 爐箅部向所述堅井部內吹送佔吹入到爐內的全氧量的60%以上的所述乾燥/熱分解用的 空氣，並且從所述熔融爐部的風口供給吹入到爐內的全氧量的不足40%，並且設定所述第 2供給裝置的供給速度（V2)大於所述第1供給裝置的供給速度（VI) (V2 > VI)以促進該幹 燥/熱分解。
[0013] (2)根據上述方案1所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於所述送風裝置調節從 所述炭化爐箅部吹入爐內的空氣量，以使從所述炭化爐箅部向所述熔融爐部供給的廢棄物 中的水分為10%以下，且固定碳的殘留量為3%以上。
[0014] (3)根據方案1或2所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，控制所述供給裝置的 供給速度，以使所述熔融爐部內的廢棄物填充高度保持在所述風口上方+〇. 5m，到所述炭化 爐箅部的最下端部的範圍內。
[0015] (4)根據方案1?3中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，控制所述 供給裝置的供給速度，以使所述熔融爐部內的壓力（P1)和所述炭化爐箅部的上部空間的 壓力（P2)之間的壓力差保持在0· 4kPa?2kPa的範圍內。
[0016] (5)根據方案1?4中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，控制所述 供給裝置的供給速度，以使所述炭化爐箅部的溫度保持在650°C?800°C的範圍內。
[0017] (6)根據方案1?5中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，在將所述 炭類固體燃料中含有的固定碳的理論燃燒氧量（Ml)除以從所述風口吹入所述熔融爐內的 富氧空氣的總氧量（M2)的值作為熔融爐燃料比（M1/M2)時，設定所述熔融爐燃料比（Ml/ M2)在0. 8?1. 2的範圍內。
[0018] (7)根據方案1?6中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，在不同於 配置於所述堅井部上部的所述廢棄物裝入口的位置，設置根據廢棄物的種類或性狀而變更 向爐內的裝入位置的至少一個以上的廢棄物裝入口。
[0019] (8)根據方案1?7中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，對於所述 炭化爐箅部，使炭化爐箅燃燒率在300kg/(m2 · h)?500kg/(m2 · h)的範圍內。
[0020] (9)根據方案1?8中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，所述熔融 爐部為圓筒狀，並在從供給來自所述炭化爐箅部的廢棄物的所述開口部到所述風口之間形 成呈狹窄部的倒錐臺部，所述倒錐臺部的傾斜角度大於75度。
[0021] 發明的效果
[0022] 根據本發明，在承受填充于堅井部的廢棄物的載荷的位置處配置炭化爐箅部，作 為氧配比為，從所述炭化爐箅部向所述堅井部內吹送佔向爐內吹入的全氧量的60%以上 的所述乾燥/熱分解用的空氣，從所述熔融爐部的風口供給佔向爐內吹入的全氧量的不足 40%的空氣，並設定所述第2供給裝置的供給速度（V2)大於所述第1供給裝置的供給速度 (VI) (V2 > VI)，由此，能夠抑制竄氣（吹爸抜汁、blow-by)現象等使爐的作業不穩定的現 象產生，而且可促進所述堅井部及所述炭化爐箅部的廢氣物的乾燥/熱分解。其結果，能夠 抑制廢棄物到達爐底時攜帶水分及揮發物，從而能夠降低額外的炭類固體燃料的消耗。
[0023] 根據本發明，調節從所述炭化爐箅部吹入爐內的空氣量，以使從所述炭化爐箅部 向所述熔融爐部供給的廢棄物中的水分為10%以下，且固定碳的殘留量為3%以上。與該 調節的空氣量相對應的氧氣量佔爐全體的全氧量的60%以上，由此，與現有技術相比在不 增加爐全體的氧氣量的前提下，可使水分和殘留固定碳的平衡以所考慮的較好的熔融性狀 向所述熔融部供給。其結果，能夠進一步切實地降低除所述熔融爐部的熔融以外的不必要 的燃燒負荷，從而能夠抑制額外的炭類固體燃料的消耗。另外，由於爐整體的氧氣量大幅度 減少，能夠使氧氣發生裝置小型化，使氧氣發生裝置的消耗電力大幅度減少的特點為本發 明的顯著的效果之一。
[0024] 根據本發明，所述炭化爐箅部由供給炭化爐箅和乾餾炭化爐箅的2級構成，並且 設定從所述乾餾炭化爐箅向所述熔融爐部供給廢棄物的速度（V2)大於從所述供給炭化爐 箅向所述乾餾炭化爐箅供給廢棄物的速度（VI)，由此，通過使所述乾餾炭化爐箅上的廢棄 物的層厚變薄，可提高熱分解效率。
[0025] 根據本發明，控制所述炭化爐箅部的供給速度，以使所述熔融爐部內的廢棄物填 充高度保持在從所述風口上方+〇. 5m?所述炭化爐箅部的最下端部的範圍內，由此，能夠 抑制氧氣從所述熔融爐部內向連通部洩漏而確保最低限度的填充高度。其結果，能夠抑制 洩漏的氧氣和連通部內存在的一氧化碳反應。另外，能夠抑制在爐的內壁形成氧化熔融爐 渣。另外，相反地，通過使填充高度位於所述炭化爐箅部的最下端部以下，能夠防止所述炭 化爐箅上部的熱分解效率下降及隨著壓緊而產生的粘掛、固著現象。在所述熔融爐部為圓 筒狀的情況下，在從供給廢棄物的上部開口部到風口之間形成呈狹窄部的倒錐臺部，並通 過使倒錐臺部的傾斜角度大於75度以防止產生粘掛、固著現象。
[0026] 根據本發明，在將所述炭類固體燃料中含有的固定碳的理論燃燒氧氣量（Ml)除 以從所述風口吹入所述熔融爐內的富氧空氣的總氧量（M2)的值作為熔融爐燃料比（Ml/ M2)時，設定所述熔融爐燃料比（M1/M2)在0. 8?1. 2的範圍內，由此，能夠切實地抑制炭類 固體燃料到達爐底且抑制向所述熔融爐部供給額外的空氣（或氧氣）。
[0027] 根據本發明，根據廢棄物的種類或性狀變更向爐內的裝入位置，由此，例如能夠將 水分較少的廢棄物及灰分較多的廢棄物等直接投入所述熔融爐部，而不經過所述堅井部。 其結果，能夠提高所述堅井部及所述炭化爐箅部的乾燥/熱分解效率。另外，也能夠達到減 少從炭化爐箅部的爐箅之間的間隙落塵的灰塵量。
[0028] 根據本發明，對於所述炭化爐箅部，使炭化爐箅燃燒率在300kgAm2 *h)?500kg/ (m2 · h)的範圍內，由此，可生成並向所述熔融爐部供給水分在10%以下，且固定碳為適當 的殘留狀態的廢棄物。適當的固定碳的殘留量為3%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1表示本發明優選實施方式的廢棄物氣化熔融爐的縱向截面圖。
[0030] 圖2表示用於說明上述廢棄物氣化熔融爐的形狀的圖。
[0031] 圖3為表示所述廢棄物氣化熔融爐的焦炭比和炭化爐箅部的氧氣比例的試驗結 果的圖表。
[0032] 圖4中圖4(a)為表示在上述炭化爐箅部炭化後的廢棄物的水分和殘留的固定碳 的試驗結果的圖表，圖4(b)為表示熔融廢棄物時的爐渣溫度的結果的圖表。
[0033] 圖5為表示在上述炭化爐箅部炭化的廢棄物的形態的模式圖。
[0034] 圖6中圖6(a)為表示在上述炭化爐箅部的燃燒率和廢棄物的水分的試驗結果的 圖表，圖6(b)為表示熔融廢棄物時的爐渣溫度的結果的圖表。
[0035] 圖7為表示上述廢棄物氣化熔融爐的熔融爐燃料比和爐渣溫度的試驗結果的圖 表。
[0036] 圖8表示上述廢棄物氣化熔融爐的爐底料位和爐渣溫度的試驗結果的圖表。
[0037] 圖9用於說明上述廢棄物氣化熔融爐的溫度計、壓力計的設置位置的圖。
[0038] 圖10為表示上述廢棄物氣化熔融爐的爐底壓力差和爐渣溫度的試驗結果的圖 表。
[0039] 圖11為表示上述廢棄物氣化熔融爐的炭化爐箅部溫度和爐渣溫度的試驗結果的 圖表。
[0040] 符號說明
[0041] 1廢棄物氣化熔融爐
[0042] 2堅井部
[0043] 3炭化爐箅部
[0044] 3A供給炭化爐箅
[0045] 3B乾餾炭化爐箅
[0046] 4熔融爐部
[0047] 42 風口
[0048] 5連通部

【具體實施方式】
[0049] 下面，參照附圖對本發明優選實施方式的廢棄物氣化熔融爐進行詳細說明。但，以 下說明的實施方式並不限定本發明的技術範圍。
[0050] 圖1表示本實施方式的廢棄物氣化熔融爐的縱向截面圖。廢棄物氣化熔融爐1包 括，例如在還原氣氛下使廢棄物乾燥/熱分解的堅井部2 ;使乾燥/熱分解的廢棄物進一步 熱分解並生成炭化的廢棄物的炭化爐箅部3 ;使炭化的廢棄物進一步燃燒/熔融的熔融爐 部4。堅井部2和熔融爐部4在橫向方向與爐芯相對錯位設置，並經由連通部5使堅井部2 的底部側開口部和熔融爐部4的上部側開口部連接。炭化爐箅部3以階梯狀配置在連通部 5的底面側。
[0051] 堅井部2例如形成為圓筒狀。堅井部2的上部形成用於將作為被處理物的廢棄物 裝入爐內的廢棄物裝入口 21。另外，堅井部的上部側形成用於將廢棄物熱分解產生的氣體 及吹入爐內的氣體排出的爐內氣體排出口 22。另一方面，圓筒狀的堅井部2的底面為使在 堅井內利用自重落下的廢棄物排出的開口部23。堅井部2的內徑及高度可根據爐的處理能 力等適當的確定，但堅井內的廢棄物的填充高度優選為至少從下端面向上lm以上的能夠 管理的高度。通過確保填充高度為lm以上，能夠抑制堅井內發生爐內氣體的陣風現象。
[0052] 熔融爐部4例如形成為圓筒狀。熔融爐部4的上部形成用於將炭類固體燃料裝入 爐內的附屬材料裝入口 41。另外，熔融爐部4的爐底在周向配置有多個風口 42,該風口 42 用於使富氧空氣吹入爐內，以使由裝入的炭類固體燃料及炭化爐箅部3供給的炭化廢棄物 的可燃性熱分解殘渣（固定碳）燃燒。從風口 42吹入爐內的富氧空氣例如為通過混合由 氧發生器43產生的氧氣而提高了氧濃度的空氣。炭類固體燃料可與廢棄物一起從廢棄物 裝入口 21裝入。炭類固體燃料為焦炭、生物能的炭化物等，但也可使用除此以外的炭類可 燃性物質。另外，除了炭類固體燃料以外，也可從附屬材料裝入口 41裝入作為鹼度調整劑 的石灰石等。
[0053] 熔融爐部4的爐底設置有用於排出熔融殘渣物（S卩，爐渣及金屬）的出渣口 44。 出渣口 44設置有開閉機構（未圖示），並間歇性地排出熔融殘渣物。向爐外排出的熔融殘 渣物經冷卻/凝固後，能進一步的分離出爐渣和金屬。像這樣的在還原氣氛下間歇性地排 出熔融殘渣物的情況下，爐底的爐渣溫度（實際測量的為熔融殘渣物的溫度）優選1450°C 以上。爐渣溫度為1450°C以上時，能夠抑制鉛（Pb)的含有率而得到優質的爐渣。另外，由 於爐渣的流動性良好，從而能夠穩定地排出爐外。即，本實施方式的熔融爐中，為了使爐的 作業穩定而優選爐底的爐渣溫度為1450°C以上。
[0054] 熔融爐部4優選在與連通部5的連接位置（即，炭化爐箅部3的最下端）到風口 42之間形成為呈節流部（絞>9部）的倒錐臺部（g卩，倒鐘形部（朝顔部））45,另外，設定倒 錐臺部45的傾斜角Θ最好大於75度。倒錐臺部45的傾斜角Θ為75度以下，尤其為70 度以下的情況時，存在由於與倒錐臺部45的壁面摩擦而使下落（荷下〃 >9 )停滯，從而導 致在內部發生廢棄物的粘掛、固著現象。因此，設定倒錐臺部45的傾斜角Θ大於75度，以 促進熔融爐部4內的填充物的下落，從而防止發生粘掛、固著現象。熔融爐部4在形成為 矩形狀而非圓筒狀的情況下，如圖2所示，使爐的寬度方向的兩側面的傾斜角（Θ)大於75 度。
[0055] 連通部5,其縱向截面形狀形成為矩形狀，並沿著底面配置炭化爐箅部3。炭化爐 箅部3用於將在堅井部2中乾燥及熱分解的廢棄物進一步熱分解。在本實施方式中，炭化 爐箅部3調節空氣量以使爐內形成還原氣氛，並以不生成灰分的方式進行燃燒，而且使廢 棄物熱分解（乾餾）而炭化。另外，炭化爐箅部3作為將廢棄物熱分解（乾餾）的裝置，同 時還兼有作為將炭化的廢棄物向熔融爐部4供給的供給裝置的功能。即，炭化爐箅部3由 可動爐箅和固定爐箅交相設置為階梯狀或傾斜狀的組合形成，各可動爐箅在基於流體的汽 缸等的驅動裝置31 (31a、31b)的作用下，沿前後方向以一定的距離往復運動，由此，隨著攪 拌位於炭化爐箅部3上的廢棄物，該廢棄物從上遊側推向下遊側。但，也可使炭化爐箅部3 只由固定爐箅構成，而另行設置供給裝置。供給裝置例如為推進器。
[0056] 炭化爐箅部3為兩級結構，包括上級側的供給炭化爐箅3A和下級側的乾餾炭化爐 箅3B。將堅井部2配置在正上方，以使供給炭化爐箅3A直接承受被填充到堅井部2內的廢 棄物的載荷。供給炭化爐箅3A將在堅井部2中乾燥/熱分解的廢棄物進一步熱分解而使 其炭化，同時向乾餾炭化爐箅3B推送供給。炭化爐箅部3的寬度，尤其是供給炭化爐箅3A 的寬度，優選與堅井部2的內徑相同。從堅井部2向炭化爐箅部3的切換處，通過使炭化爐 箅部3的寬度與堅井部2的內徑相同，能夠使廢棄物的下落穩定化。其結果，從堅井部2向 炭化爐箅部3的切換處及堅井部2內，能夠抑制廢棄物出現粘掛、固著狀態。
[0057]另外，通過供給炭化爐箅3A進行向下遊的供給動作來抑制堅井部2的下端周邊的 廢棄物被壓實，由此，如圖2所示，供給炭化爐箅3A的最上級的爐箅優選位於比堅井部2的 下端更低的位置（即，高度hi > 0)。另外，在設定供給炭化爐箅3A的寬度和堅井部2的內 徑相同的情況下，如圖2所示，供給炭化爐箅3A的最下端部和堅井部2的下端之間的寬度 (h2)優選小于堅井部2的內徑。根據該結構，由於從連通部5流入堅井部2的氣體流速上 升，因此氣體能夠均勻地充滿在堅井部2內。在設定供給炭化爐箅3A的寬度和堅井部2的 內徑不同的情況下，代替高度h2,可使該處的矩形截面積小于堅井截面面積。
[0058] 另一方面，乾餾炭化爐箅3B將來自供給炭化爐箅3A的廢棄物進一步熱分解而生 成炭化物，並將炭化的廢棄物推出供給給熔融爐部4。乾餾炭化爐箅3B可與供給炭化爐箅 3A的寬度相同，也可為相對不同的寬度。由於通過進行乾燥和熱分解使廢棄物容量減小， 因此，一般情況下設置熔融爐部4的爐底內徑小于堅井部2的內徑及連通部5的寬度。這 樣，乾餾炭化爐箅3B，其寬度隨著從上遊側向下遊側逐漸變小，使下遊側的寬度儘可能的接 近熔融爐部4的上部側開口部46的內徑。由此，通過使乾餾炭化爐箅3B的下遊側的寬度 接近熔融爐部4的內徑，能夠緩和倒錐臺部45的變窄率，從而避免倒錐臺部45的傾斜角Θ 低於75度。
[0059] 圖1表示供給炭化爐箅3A及乾餾炭化爐箅3B的雙方的爐箅為在水平方向延伸的 水平爐箅，但並不局限於此，也可將供給炭化爐箅3A及乾餾炭化爐箅3B的任意一方或雙方 設定為其頂端側向上方傾斜的傾斜爐箅。設計廢棄物處理量很大的爐的情況下，優選供給 炭化爐箅3A及乾餾炭化爐箅3B的雙方，均為比傾斜爐箅供給能力更高的水平爐箅。
[0060] 供給炭化爐箅3A的可動爐箅為通過第1驅動裝置31a驅動的結構，乾餾炭化爐箅 3B的可動爐箅為通過第2驅動裝置31b驅動的結構。通過配置上述的第1、第2驅動裝置 31a、31b，可分別獨立控制驅動、停止及驅動速度（S卩，供給速度）。在這種情況下，也可設定 供給炭化爐箅3A的供給速度（VI)和乾餾炭化爐箅3B的供給速度（V2)相對不同，或者設 定為相同。在設定供給速度相對不同的情況下，也可設定乾餾炭化爐箅3B的供給速度（V2) 大於供給炭化爐箅3A的供給速度（VI)。另外，也可控制乾餾炭化爐箅3B的供給速度（V2) 一定，並控制供給炭化爐箅3A的供給速度（VI)可變。
[0061] 另外，炭化爐箅部3通過在爐箅間的間隙及/或爐箅形成的送風孔（未圖示），使 空氣能夠由整體表面吹入爐內。即，炭化爐箅部3兼有使乾燥/熱分解用的空氣吹入爐內 的作為送風裝置的功能。供給炭化爐箅3A及乾餾炭化爐箅3B的裡側表面側分別配置有用 於在炭化的廢棄物中的細小物質由爐箅間的間隙落下的情況下回收該細小物質的第1回 收室32a和第2回收室32b，第1回收室32a連接有送風管33a，第2回收室32b連接有送 風管33b。由未圖示的送風機將空氣經由送風管33a、33b向第1回收室32a及第2回收室 32b供給時，空氣經由爐箅間的間隙及/或在爐箅上形成的送風孔吹入爐內。爐箅間的間隙 及/或形成在爐箅上的送風孔，例如優選為400mm間距以下。從供給炭化爐箅3A及乾餾炭 化爐箅3B供給的空氣可以是常溫，也可以是例如預先加熱到200°C。例如通過與從爐內氣 體排出口 22排出的高溫氣體進行熱交換進行空氣預熱。
[0062] 在上述結構中，從廢棄物裝入口 21裝入的廢棄物在堅井部2內形成廢棄物填充層 100。然後，利用吹入炭化爐箅部3及熔融爐部4的空氣以及在爐內產生的氣體穿過廢棄物 填充層100時的熱交換，進行廢棄物的乾燥及熱分解。乾燥及熱分解也可利用廢棄物自身 的發熱進行。在堅井部2內下落的廢棄物向承受堅井部2內的廢棄物填充層100的載荷的 供給炭化爐箅3A上供給，並隨著利用供給炭化爐箅3A進行進一步的熱分解，向乾餾炭化爐 箅3B供給。在乾餾炭化爐箅3B進行進一步熱分解的炭化的廢棄物從熔融爐部4的上部側 開口部46落下供給，從而形成炭化的廢棄物的填充層101。在熔融爐部4內從附屬材料裝 入口 41裝入作為炭類固體燃料的焦炭，並通過從爐底的風口 42吹入的富氧空氣，使焦炭及 廢棄物的固定碳燃燒。由此，在爐底形成高溫的底焦102,並利用其熱量將廢棄物中含有的 灰分及不可燃成分熔融。另一方面，從爐內氣體排出口 22排出的高溫氣體，由鍋爐等的裝 置回收廢熱後，作無害化處理並放出。
[0063] 從炭化爐箅部3向爐內吹入的空氣的送風量調節為氧氣的比例佔作業時向爐內 吹入的全氧量的60%以上。具體為，空氣從爐的高度方向的位於上級側的炭化爐箅部3及 位於下級側的風口 42吹入，因此，各空氣的向爐內供給的氧氣量的和形成為全部的氧氣 量。然後，調節炭化爐箅部3的送風量，以使從位於上級側的炭化爐箅部3供給的氧氣比例 佔全部供給氧氣量的60%以上。另一方面，調節風口 42的送風量及/或富氧空氣的氧氣濃 度，以使向熔融爐部4供給的氧氣比例不足全氧量的40%。
[0064] 從炭化爐箅部3吹入爐內的空氣的送風量與上述相同，但也可例如在與第1及第 2回收室32a、32b連接的送風管33a、33b的各自上分別設置流量調節閥34a、34b，並根據爐 內狀況，調節供給炭化爐箅3A和乾餾炭化爐箅3B的送風量相對不同，也可使流量調節閥通 用，從而對供給炭化爐箅3A和乾餾炭化爐箅3B的送風量進行合併管理。
[0065] 本實施方式中的廢棄物氣化熔融爐1，具體設定從炭化爐箅部3向爐內供給的氧 氣比例為向爐內供給的全氧量的60%以上，由此，堅井部2及炭化爐箅部3的廢棄物能夠利 用自身的燃燒熱促進其乾燥/熱分解。圖3表示實際運行時的試驗結果。圖形?表示本實 施方式中從炭化爐箅部3供給的氧氣比例（上部氧氣比例（％))。另外，圖形▲表示比較 例的現有技術中從堅井式氣化熔融爐的上級風口供給的氧氣比例（上部氧氣比例（％))。 由圖3所示的實際試驗結果可知，根據本實施方式，可抑制焦炭比（kg/t-廢棄物總量）（每 單位廢棄物處理量的焦炭使用量）在20以下。由於焦炭比（kg/t-廢棄物總量）被切實地 抑制在20以下，從而可設定上部氧氣量佔全氧量的70%以上。即，與現有技術的堅井式熔 融爐相比，能夠大幅降低爐整體的焦炭的消耗量。
[0066] 向爐內吹入的氧氣量的比例按照上述實施。更好的，例如，在堅井部2內被乾燥 /熱分解，並在炭化爐箅部3被進一步炭化後的廢棄物中所含的水分為10%以下，而且，調 節從炭化爐箅部3向爐內吹入的空氣量，以使殘留的固定碳為3%以上。處理前的廢棄物 中含有的水分和固定碳量並不限定，例如將水分含有量為45%以上，固定碳含有量為10% 以上的一般廢棄物乾燥/熱分解/炭化為水分為10%以下，且殘留固定碳為3%以上的適 當的空氣量，如圖4(a)的實際的實驗結果所示那樣，相對於理論空氣量的空氣比為0. 2? 0.3。根據廢棄物的種類水分及灰分的含有量存在不相同的情況，因此，作為空氣比調節為 0. 1?0. 4的範圍內。
[0067] 即，設定炭化後的廢棄物中含有的水分為10%以下，且殘留的固定碳為3%以上 的空氣量，另外，進行降低風口 42的送風量及/或富氧空氣的氧氣濃度的調節，以使與該設 定的空氣量相對應的供給氧氣量為爐整體的全部供給氧氣量的60%以上。雖然會期望向 熔融爐部4供給的廢棄物應十分的乾燥，但另一方面，在過度進行乾燥/熱分解時，會導致 固定碳氣化，從而導致在熔融時所使用的廢棄物自身的燃燒熱減少。因此，著眼於使水分和 殘留固定碳適當的平衡，通過實際試驗，得到雖熔融但適當的廢棄物的狀態。由此，降低了 在爐底的燃燒負荷從而降低了額外的焦炭使用量。另外，如圖4(b)所示的實際試驗結果那 樣，確認爐底的爐渣溫度為能夠穩定作業的溫度（即，1450°C以上）。
[0068] 進而，若設定乾餾炭化爐箅3B的供給速度（V2)大於供給炭化爐箅3A的供給速度 (VI)，則能夠以很高的乾餾效率乾餾廢棄物。若想提高炭化爐箅部3的乾餾效率，則要考慮 使廢棄物長時間滯留於乾餾炭化爐箅3B，因此通常設定供給速度（V2)小於供給速度（VI)。 然而，在供給炭化爐箅3A的上方設置有堅井部2,通過下落供給廢棄物，如圖5所示，使乾餾 炭化爐箅3B上的廢棄物層變厚，導致表層乾餾不充分的廢棄物向熔融爐部4供給。另一方 面，設定乾餾炭化爐箅3B的供給速度（V2)大於供給炭化爐箅3A的供給速度（VI)時，能使 乾餾炭化爐箅3B上的廢棄物層變薄，從而能夠在炭化爐箅上充分的乾餾。由此，相比滯留 時間層厚更重要，從而能夠提高炭化爐箅部3的乾餾效率，可切實地降低在爐底的燃燒負 荷。更優選，如圖2所示那樣，使靠近堅井部2的連通部5的下端和上部側開口部46的正 上方的乾餾炭化爐箅上表面頂端部的連接線，與水平線之間的形成的角度（α)為50度以 下。根據該結構，通過廢棄物的靜止角能夠抑制廢棄物從堅井部2崩落至炭化爐箅部3,從 而能夠更切實地抑制炭化爐箅部3上的廢棄物層變厚。
[0069] 如前所述，向熔融爐部4供給的炭化後的廢棄物，考慮到水分和固定碳的平衡，可 使水分為10%以下，固定碳為3%以上。為了形成上述的炭化狀態，可使供給炭化爐箅3Α 及幹饋炭化爐箅3Β的炭化爐箅燃燒率在300kg/(m2 -h)?500kg/(m2 -h)的範圍內。炭化 爐箅燃燒率是指，單位時間及單位面積的廢棄物的處理量。供給炭化爐箅3A和乾餾炭化爐 箅3B的面積設定使炭化爐箅燃燒率在300kg/ (m2 · h)?500kg/ (m2 · h)的範圍內。另外， 根據廢棄物的乾燥及熱分解狀態控制可動爐箅的驅動速度、來自各炭化爐箅3A、3B的送風 量及送風溫度等，也能夠調整爐作業時的炭化爐箅燃燒率。
[0070] 在炭化爐箅燃燒率超出500kgAm2 *h)時，如圖6(a)所示的實際的試驗結果那樣， 會導致炭化後的廢棄物的水分超出10%，從而產生用於使熔融爐部4的水分蒸發的額外的 燃燒負荷。另一方面，使炭化爐箅燃燒率低於3001^/〇11 2·!!)時，能使水分基本上蒸發，但 另一方面，通過進行燃燒使廢棄物的固定碳氣化，從而不能夠利用熔融爐部4的位於爐底 的燃燒熱。使炭化爐箅燃燒率在300kgAm 2 *h)?500kgAm2 *h)的範圍內時，能夠降低熔 融爐部4的燃燒負荷，而且如圖6 (b)所示的實際的試驗結果那樣，能夠確認爐底的爐渣溫 度為能夠穩定作業的溫度（即，1450°C以上）。
[0071] 從風口 42向爐內供給的氧氣比例如上述那樣，但更優選，炭類固體燃料中所含有 的固定碳的理論燃燒氧量（Ml)除以從風口 42向熔融爐部4內吹入的富氧空氣的總氧量 (M2)的值作為熔融爐燃料比（M1/M2)時，使熔融爐燃料比（M1/M2)保持在0. 8?1. 2的範 圍內。熔融爐燃料比（M1/M2)優選保持在0. 8?1. 2的範圍內。熔融爐燃料比（M1/M2)的 調整，例如能夠通過變更投入的炭類固體燃料、來自風口 42的送風量、及富氧空氣的氧氣 濃度的至少一個以上進行。熔融爐燃料比（M1/M2)小於0.8時，氧氣從熔融爐部4向連通 部5洩露，洩流的氧氣和連通部5內存在的一氧化碳反應而產生燃燒異常的現象。另外，在 爐的內壁上存在形成氧化熔融爐渣的情況。相反地，在熔融爐燃料比（M1/M2)大於1.2時， 存在爐底的炭類固體燃料不能夠充分地燃燒的情況。另一方面，熔融爐燃料比（M1/M2)保 持在0. 8?1. 2的範圍內時，炭類固體燃料的投入量及風口 42的氧氣供給量可限制為最小 的需求。另外，如圖7所示的實際的試驗結果那樣，能夠使爐底的爐渣溫度為能夠穩定作業 的1450°C以上。
[0072] 另外，作業時的熔融爐部4內的廢棄物的填充高度，可保持在從風口 42向上 +0. 5m?炭化爐箅部3的最下端部的範圍內。通過保持在該範圍內，能夠抑制由填充層101 的層厚較薄導致的氧氣從爐底的洩漏。另外，能夠抑制由於填充過大導致的炭化爐箅部3 的熱分解效率下降及在熔融爐部4內發生的填充物的粘掛、固著現象。另外，如圖8所示的 實際的試驗結果那樣，能夠使爐底的爐渣溫度為能夠穩定作業的1450°C以上（圖8的爐底 料位，以圖1所示的炭化爐箅部3的最下端部位置表示爐底料位0)。
[0073] 熔融爐部4內的廢棄物的填充高度的控制，例如通過調節炭化爐箅部3向熔融爐 部4供給廢棄物的速度進行。例如在熔融爐部4配置用於檢測填充層101的高度的傳感器 (未圖示），並根據傳感器檢測的填充層101的高度控制炭化爐箅部3的供給速度。或者， 例如由操作人員監視填充高度，並根據監視結果控制供給速度。
[0074] 為了抑制氧氣從爐底洩漏以及在填充層101發生粘掛、固著現象，將熔融爐部4內 的填充高度作為適當的管理辦法，除了上述的直接檢測填充層101的高度以外，也可使用 壓力計檢測填充層101的壓力損失，並根據壓力損失的程度控制炭化爐箅部3的供給速度。 作為一個例子，如圖9所示，用於檢測熔融爐部4內的壓力的壓力傳感器（P1)配置在倒錐 臺部45上，例如，用於檢測炭化爐箅部3的上方空間的壓力的壓力傳感器（P2)配置在連通 部5上。然後，將壓力傳感器（P1)檢測的壓力和壓力傳感器（P2)檢測的壓力之差作為爐底 壓力差，並控制炭化爐箅部3的供給速度，以使該爐底壓力差保持在所規定的範圍內，例如 0. 4?2kPa的範圍內。爐底壓力差的設定值可根據實際作業確認對應於預計合適的填充高 度的爐底壓力差的範圍決定，通過保持該範圍，能夠抑制氧氣洩漏及粘掛、固著現象，而且， 如圖10所示的實際的試驗結果那樣，能夠使爐底的爐渣溫度為能夠穩定作業的1450°C以 上。
[0075] 另外，也可代替上述的壓力差控制，或在使用壓力差控制的同時，使用溫度計檢測 炭化爐箅部3的溫度，並根據炭化爐箅部3的溫度控制炭化爐箅部3的供給速度。作為一 個例子，如圖9所示，將用於檢測供給炭化爐箅3A和乾餾炭化爐箅3B邊界附近的上方空間 的溫度的溫度傳感器（T1)配置在連通部5內。然後，控制炭化爐箅部3的供給速度，以使 溫度傳感器（T1)檢測的溫度保持在所規定的溫度範圍內，例如650?800°C的範圍內。在 溫度傳感器（T1)檢測的溫度超出設定範圍時，判斷為填充料位較低而增加來自熔融爐部4 的熱量時，加快供給速度。相反地，在溫度傳感器（T1)檢測的溫度低於設定範圍時，判斷為 過度填充而降低供給速度。溫度的設定值可根據實際作業確認對應於預計合適的填充高度 的溫度範圍決定，通過保持該範圍，能夠抑制氧氣洩漏及粘掛、固著現象，而且，如圖11所 示的實際的試驗結果那樣，能夠使爐底的爐渣溫度為能夠穩定作業的1450°c以上。也可同 時使用爐底壓力差控制和炭化爐箅部3的溫度控制。
[0076] 另外，例如如圖9所示，配置能夠監視乾餾炭化爐箅3B的頂端附近形態的ITV相 機，從而能夠通過控制炭化爐箅部3的供給速度，確認爐內的火焰。即，例如，預先確認爐底 的爐渣溫度為1450°C以上的適當的火焰狀態，然後通過ITV相機攝像的火焰在弱於適當的 火焰時，判斷為過度填充，要降低供給速度。相反地，在比適當的火焰更強烈時，判斷為填充 料位下降，要加快供給速度。
[0077] 另外，例如如圖9所示，連通部5設置有爐內氣體的取樣孔，測定取樣的氣體的一 氧化碳和氧的濃度，並控制炭化爐箅部3的供給速度，以保持一氧化碳的濃度為3%以上， 且氧氣濃度為1%以下。即，在氧氣濃度超過1%時，判斷由於填充料位下降導致的氧氣洩 漏而加快供給速度。另外，當一氧化碳濃度在3%以下時，判斷為由於過度填充而導致的幹 餾效率下降，要降低供給速度。
[0078] 再參照圖1，廢棄物僅從堅井上部的廢棄物裝入口 21裝入，但並不局限於此，例 如，也可從附屬材料裝入口 41裝入。例如，水分量較多的廢棄物從廢棄物裝入口 21裝入， 由堅井部2及炭化爐箅部3乾燥/熱分解後向熔融爐部4供給，灰分量較多且水分較少的 廢棄物從附屬材料裝入口 41裝入，從而減輕堅井部2及炭化爐箅部3的乾燥/熱分解的負 荷。作為一個例子，水分量較多的廢棄物例如淤泥等，灰分量較多的廢棄物例如焚燒灰等。 廢棄物的裝入口，也可設置在廢棄物裝入口 21及附屬材料裝入口 41以外的部位。由此，根 據廢棄物的性狀適當改變向爐內裝入的位置時，可達到減輕爐整體的負荷的結果。
[0079] 處理的廢棄物的種類，沒有特別的限定，可為一般的廢棄物，工業廢棄物中的任 意。也可處理破碎機殘留物（shredder dust) (ASR)、挖掘垃圾、焚燒灰等的單體或混合物， 或它們與可燃性垃圾的混合物等。另外，也可投入乾餾的廢棄物或木炭。
[0080] 以上，對本發明的實施方式進行了詳述，但本發明不限於上述特定的實施方式所 記載的範圍。本領域的技術人員可對上述的實施方式的形式及細微處進行各種的置換、變 形及更改等。因此，本發明並不局限於上述的實施方式及附圖，實施上述各種置換、變形及 更改的實施方式也包含在權利要求所要求保護的本發明宗旨的範圍內。
【權利要求】
1. 一種廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於，包括： 堅井部，其用於使填充於內部的廢棄物乾燥及熱分解，其上部側具有廢棄物裝入口及 爐內氣體排出口，其底部側具有排出廢棄物的開口部； 熔融爐部，其爐芯與所述堅井部錯位配置，在上部側具有供給已熱分解的廢棄物和炭 類固體燃料的開口部，在爐底側具有用於吹入燃燒用的富氧空氣的風口；和 連通部，其連結所述堅井部的底部側開口部和所述熔融爐部的上部側開口部， 其中， 所述連通部包括： 配置在能夠承受填充於所述堅井部的廢棄物的載荷的位置處的炭化爐箅部； 將乾燥/熱分解用的空氣從所述炭化爐箅部向所述堅井部內送風的送風裝置；和 向所述熔融爐部的上部側開口部供給處於所述炭化爐箅部上的已熱分解的廢棄物的 供給裝置， 所述炭化爐箅部包括配置在上級側的供給炭化爐箅和配置在下級側的乾餾炭化爐箅， 所述供給裝置包括，將所述供給炭化爐箅上的廢棄物向所述乾餾炭化爐箅供給的第1 供給裝置；和向所述熔融爐部供給處於所述乾餾炭化爐箅上的已炭化的廢棄物的第2供給 裝置， 利用處於所述碳化爐箅部上的廢棄物自身的燃燒熱進行乾燥/熱分解，使氧配比為， 從所述炭化爐箅部向所述堅井部內吹送佔吹入到爐內的全氧量的60%以上的所述乾燥/ 熱分解用的空氣，並且從所述熔融爐部的風口供給吹入到爐內的全氧量的不足40%，並且 設定所述第2供給裝置的供給速度（V2)大於所述第1供給裝置的供給速度（VI) (V2 > VI) 以促進該乾燥/熱分解。
2. 根據權利要求1所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 所述送風裝置調節從所述炭化爐箅部吹入爐內的空氣量，以使從所述炭化爐箅部向所 述熔融爐部供給的廢棄物中的水分為10%以下，且固定碳的殘留量為3%以上。
3. 根據權利要求1或2所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 控制所述供給裝置的供給速度，以使所述熔融爐部內的廢棄物填充高度保持在所述風 口上方+0. 5m，到所述炭化爐箅部的最下端部的範圍內。
4. 根據權利要求1?3中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 控制所述供給裝置的供給速度，以使所述熔融爐部內的壓力（P1)和所述炭化爐箅部 的上部空間的壓力（P2)之間的壓力差保持在0.4kPa?2kPa的範圍內。
5. 根據權利要求1?4中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 控制所述供給裝置的供給速度，以使所述炭化爐箅部的溫度保持在650°C?800°C的 範圍內。
6. 根據權利要求1?5中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 在將所述炭類固體燃料中含有的固定碳的理論燃燒氧量（Ml)除以從所述風口吹入所 述熔融爐內的富氧空氣的總氧量（M2)的值作為熔融爐燃料比（M1/M2)時，設定所述熔融爐 燃料比（M1/M2)在0. 8?1. 2的範圍內。
7. 根據權利要求1?6中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 在不同於配置於所述堅井部上部的所述廢棄物裝入口的位置，設置根據廢棄物的種類 或性狀而變更向爐內的裝入位置的至少一個以上的廢棄物裝入口。
8. 根據權利要求1?7中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 對於所述炭化爐箅部，使炭化爐箅燃燒率在300kg/(m2 · h)?500kg/(m2 · h)的範圍 內。
9. 根據權利要求1?8中任意一項所述的廢棄物氣化熔融爐，其特徵在於， 所述熔融爐部為圓筒狀，並在從供給來自所述炭化爐箅部的廢棄物的所述開口部到所 述風口之間形成呈狹窄部的倒錐臺部，所述倒錐臺部的傾斜角度大於75度。
【文檔編號】F23G5/24GK104094059SQ201280068994
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年11月27日 優先權日:2012年2月28日
【發明者】小林淳志, 石田吉浩, 梶山博久, 高田純一, 谷垣信宏, 牧志諒, 平倉將治, 藤永泰佳 申請人:新日鐵住金工程技術株式會社