JP4394766B2 - Complex waste disposal method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属やプラスチックを含有する廃家電等の複合廃棄物を多機能溶融炉により溶融して処理する方法に係り、特に鉄分総含有量が10%<TotalFe(以下、「T.Fe」という。)<80%の複合廃棄物の溶融処理が可能な複合廃棄物の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
使用済みの洗濯機、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の廃家電は、金属の他、プラスチックやゴム等を含有する複合廃棄物である。従来、このような複合廃棄物は鉄、アルミニウム、銅等の有益な金属材料を含有しているにもかかわらず、まるごと小片に解体および破砕され、最終処分地に埋め立て処理されていた。
【0003】
しかし、最終処分地の不足やリサイクル新法の制定等の情勢にともなって、リサイクル実証プラントなどが建設され、複合廃棄物を分別処理して有益な金属材料を回収する試みがなされている。すなわち、複合廃棄物を洗濯機、冷蔵庫等の製品種別に応じて分類し、冷却媒体や潤滑油等の危険物質を抜き取った後、構成部品・部材ごとに解体し、その解体片を金属やプラスチック等の原材料ごとに分別して、その原材料に応じた処理を施している。例えば、分別後の金属屑はコークスなどとともに溶融炉内へ装入して溶融処理され、分別後のプラスチックは破砕して埋め立て処理されている。
【0004】
このような分別処理方法は、有益な金属材料を回収することができ、埋め立て処理する破砕片を減量化することができる点で有効な手段である。しかし、複合廃棄物の解体作業や分別作業には多大な労力を要し、その工数の増大がコスト高を招き、循環型社会を形成する上での阻害要因となっていた。特に、家電製品の多様化した今日では、その傾向が著しくなっている。
【0005】
そこで近年、複合廃棄物を分別せずに、そのまま竪型溶融炉内へ装入し、溶融処理して有益な金属材料を回収する方法の開発が注目されている。これに関連する技術としては、例えば特開平5−222424号公報において、「使用ずみ車両又は使用ずみ機器の有機及び無機非金属付随物質の環境を保護する廃棄処分方法」に係る発明が提案されている。
【0006】
この発明は「使用ずみ車両又は使用ずみ機器の鋼屑と一緒に付随物質を立炉へ入れることにより、付随物質を鋼屑又は鉄鉱石に含まれる鉄酸化物と化学反応させ、入れられる付随物質を、化学的に還元を行いかつスラグを形成する融剤として利用して、コークス、油又はガスのようなこの目的のための従来の融剤を少なくとも一部補う。」ことを要旨としており、使用ずみ車両又は洗濯機や冷蔵庫のような他の多量生産品の有機及び無機非金属付随物質の環境を保護する廃棄処分を行うというものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複合廃棄物には大量のプラスチック類が含まれているが、プラスチック類が含まれている場合にも、ごみ溶融炉では有害物質を発生させることなく、安全に処理することが可能である。しかし、廃棄物は炉内を降下するに従って次第に温度上昇していくことから、炉下部に到着する前にプラスチック類が熱分解・ガス化してしまい、プラスチック類の持つ高い発熱量や、還元材としての能力が高温溶融の際に有効に活用されていない。
【0008】
また、特開平5−222424号公報に開示された廃棄処分方法に係る発明は、破砕された金属屑や、部分的に解体された使用ずみ車両又は使用ずみ機器を対象とした処分方法であり、複合廃棄物を解体せずに溶融処理する工夫は何らなされていない。
【0009】
さらに、この廃棄処理方法では、▲1▼竪型炉内の予熱域,燃焼域,溶融域の制御手段、▲2▼生成物であるガス,スラグ,溶銑のバランス、▲3▼燃焼排ガスは完全燃焼か、部分燃焼か、▲4▼燃焼空間は必要か、▲5▼装入方法(ガス流制御の必要性)、▲6▼周辺流形成か、中心流形成か、▲7▼多段吹き込みの際の送風条件、▲8▼主羽口は上段羽口、下段羽口のどちらか等の具体的な処理条件について、何ら考察されていない。
【0010】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、高温溶融の際にプラスチック類の持つ高い発熱量や、還元材としての能力を有効活用するとともに、具体的な処理条件を設定して、複合廃棄物を解体,分別せずに安全かつ効率的に溶融処理することができる複合廃棄物の処理方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、2段の送風羽口を有する溶融炉内へコークスを装入してコークスベットを形成した後、金属およびプラスチックを含有し、かつ鉄分総含有量[Total Fe]が10質量%<[Total Fe]<80質量%である複合廃棄物をコークスとともに装入し、乾燥、熱分解、燃焼、溶融して複合廃棄物を溶融処理するに際し、炉中心部に解体しない大径の前記複合廃棄物、破砕後の前記複合廃棄物のうち金属含有率の大きいものを大径のコークスと混合して装入し、炉周辺部に破砕後の前記複合廃棄物のうち金属含有率の小さいものを小径のコークスと混合して装入し、前記コークスベッド上端レベルを上段羽口と下段羽口との間に設定し、羽口送風量を上段羽口送風量>下段羽口送風量に設定し、下段羽口からコークスベッドヘレースウエイを形成せずに酸素富化量が2%以上の常温の酸素富化空気とともに、廃プラスチックを吹き込むものである。
【0012】
さらに、上部羽口から蒸気吹き込みを行って炉内上部を冷却することが好ましい。
【0019】
本発明によれば、廃家電等の複合廃棄物を溶融処理する際して、コークスベッド上端レベルを上段羽口と下段羽口との間に設定し、下段羽口からコークスベッドヘ常温の酸素富化空気を吹き込んでいる。これは次の理由によるものである。すなわち、複合廃棄物が装入され、予熱過程で乾留された後の状態の廃棄物(以下、「廃棄物チャー」と呼ぶ。)には、Cの他、鉄分も多く含有されている。したがって、この廃棄物チャー中のCを酸素富化空気により燃焼させると操業上の効果が大きく、そのためにはコークスベッド上端レベルを上段羽口と下段羽口との間に設定することが必要だからである。
【0020】
従来の処理方法は鉄分総含有量が約50%<T.Feである複合廃棄物を対象としていたが、本発明の処理方法は10%<T.Fe<80%と広範囲の複合廃棄物の処理に適している。本発明において、複合廃棄物の鉄分総含有量の下限を10%<T.Feとしたのは、10%以下は通常の可燃ごみとして扱われるからであり、その上限をT.Fe<80%としたのは、80%以上は複合廃棄物の破砕処理・分別処理等、事前処理を加えたものであり、一般にいう鉄屑として扱われるからである。
【0021】
また、常温の酸素富化空気の酸素富化量を2%以上としたのは、2%未満では常温送風下でのコークスベッド温度維持が難しく、廃棄物チャーの燃焼および溶融後のスラグ、メタルの昇温に支障となるからである。
【0022】
さらに、上部羽口から蒸気吹き込みを行うのは、炉内上部を冷却することによって熱余剰を防止するためである。
【0023】
また、低コークス比操業を行うとともに、羽口送風量を上段羽口送風量>下段羽口送風量に設定するのは、上段羽口の送風量を増加させると廃棄物チャーの燃焼割合が増加し、コークス比低減に寄与するためである。
【0024】
さらに、下段羽口から常温の酸素富化空気とともに、廃プラスチックの吹き込みを併用するのは、廃プラスチックの燃焼ガスを熱源として使用することにより、低コークス化を実現するためである。
【0025】
そして、装入物のストックレベルを変更して、炉内の原燃料の昇温速度を制御するのは、排ガスηCOを適正に制御するためである。
【0026】
またさらに、炉中心部に解体しない大径の複合廃棄物、破砕後の複合廃棄物のうち金属含有率の大きいもの、および大径のコークスを、炉周辺部に破砕後の複合廃棄物のうち金属含有量の小さいもの、および小径のコークスを区分け装入するのは、炉内中心部において溶解処理を行うとともに、炉内中心部にガス流を形成して、多機能溶融炉の安定操業を行うためである。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複合廃棄物の処分方法における実施の形態を添付図面に基づいて詳述するが、本発明は以下の実施の形態に限るものではない。
図1(a)は、本発明の複合廃棄物の処分方法に使用する多機能溶融炉を示す概略図である。図示するように、この多機能溶融炉1の炉頂には、装入装置2が設けられている。装入装置2は、バケット3、ベル4、可動アーマー5および装入ガイド6を有しており、原料および燃料を半径方向に区分けして装入することが可能な装置として構成されている。
【0028】
多機能溶融炉1の炉体7の上部には、炉内の向流ガスを排気するための排ガス管8が設けられている。排ガス管8に接続されている排ガス系統は、ごみ溶融炉用のものが流用されている。
【0029】
一方、炉体7の下部には、炉内下部に送風するための羽口9が設けられている。羽口9は、炉体7の側壁高さ方向に多段に設けられており、本実施形態では下段羽口9aと上段羽口9bとの2段羽口として形成されている。また、これらの羽口9a,9bは、炉体7の周方向に適宜間隔で複数配置されている。
【0030】
送風条件は、下段羽口9aから酸素富化量が2%以上の常温の酸素富化空気を吹き込み、上段羽口9bから蒸気を吹き込むようになっている。また、羽口9a,9bは、粉状鉄源や廃プラスチックを吹き込む場合にレースウェイを形成しうるように、羽口径および炉内突き出し位置を変更しうるように構成されている。
【0031】
なお、本実施形態では、炉体7の側壁高さ方向に設けられた多段羽口9が、下段羽口9aと上段羽口9bとの2段羽口として形成されているが、少なくとも最下段の羽口から酸素富化空気の送風が行われれば、3段以上の羽口を設けてもよい。例えば3段の場合で廃プラスチックを処理する場合には、中段に位置する羽口にレースウェイを形成することも一手段であり、この場合、中段の羽口はレースウェイを形成させて小径コークス内に廃プラスチックを吹き込む羽口とし、3段目の羽口は、炉内の燃焼効率を維持するものである。
【0032】
また、原料および燃料は、炉中心部11と炉周辺部12とに区分して装入することが可能であり、上述したように、炉頂部には半径方向に区分け装入が可能な装入装置2を有している(図1(b)、(c))。炉中心部11に廃家電等の複合廃棄物を解体せずにそのまま装入する場合には、上記装入装置2を退避させ、不図示の大径物用の装入装置を配置するものである。
【0033】
図2に示すように、炉内下部のコークスベッド13は、その上端レベルが下段羽口9aと上段羽口9bとの間に位置するように、高さ調整して形成される。したがって、酸素富化空気は下段羽口9aからコークスベッド13内へ吹き込まれることになる。
【0034】
この多機能溶融炉1は、キュポラとごみ溶融炉との中間形態の処理を行う溶融炉である。すなわち、廃家電等の複合廃棄物は、炉頂装入後、昇温過程で乾留され、タール等の油分、乾留ガスが炉頂より飛散するため、これまでのキュポラのような鉄源処理ではない。また、鉄分含有量が多いため、ごみ溶融炉のように可燃ごみの処理でもない。通常、可燃ごみはT.Fe<10%であり、鉄分は多くない。
【0035】
ごみ溶融炉とキュポラはコークス充填層を有する竪型炉に酸素含有ガスを吹き込む点で共通するが、以下の相違点がある。すなわち、ごみ溶融炉は、可燃物を多く含む都市ごみ等を乾留・予熱し、残渣を溶融処理する。また、燃焼が主体であり、大量のガスが発生する。さらに、集塵,有害ガスの処理、排ガスの浄化設備,方法、脱亜鉛,脱錫工程、及び低P,S化、Cu混入の解決策が必要であり、荷下がり調整、吹き抜け防止が課題である。不燃物は溶融し、スラグとして排出される。
【0036】
多機能溶融炉1は、鉄スクラップ、ダスト等を溶融し、溶銑を製造する。鉄の溶融が主体であり、廃プラスチックは燃料として使用する。発生ガスは主に燃料ガスとして使用(部分燃焼)されることになる。
【0037】
次に、上記の多機能溶融炉1を用いて実施する本発明の複合廃棄物の処理方法を説明する。
炉頂から装入する原料は廃家電等の複合廃棄物(解体しないそのままの状態のもの)、破砕後の複合廃棄物であり、燃料はコークスを主体とし、必要に応じて廃プラスチックを併用する。
【0038】
本発明の処理方法は、鉄分総含有量が10%<T.Fe<80%の複合廃棄物の処理に適している。本発明において、複合廃棄物の鉄分総含有量の下限を10%<T.Feとしたのは、10%以下は通常の可燃ごみとして扱われるからであり、その上限をT.Fe<80%としたのは、80%以上は複合廃棄物の破砕処理・分別処理等、事前処理を加えたものであり、一般にいう鉄屑として扱われるからである。
なお、一般に廃家電には、鉄分(T.Fe)が約37%含有され、廃プラスチック類が約37%含有され、廃車には鉄分(T、Fe)が70〜80%含有されている。
【0039】
装入方法は、コークスベッドを形成するためにコークスを装入した後、原燃料を完全混合または層状装入する通常の装入方法と、原燃料を半径方向に区分けして装入する方法とを採用する。図3に示すように、区分け装入方法は、そのまま状態の大径の複合廃棄物および破砕後の複合廃棄物のうち金属含有率の大きいものを大径のコークスと混合して炉内中心部に装入し、破砕後の複合廃棄物のうち金属含有量の小さいものを小径のコークスと混合して周辺部に装入することで、反応効率の高い操業を指向する。すなわち、原料および燃料の区分け装入を実施することにより、炉中心部のガス流化を促進して、高ηCO条件を継続することができる。
【0040】
多機能溶融炉の操業は、コークスベッドの上端レベル高さ、ストックレベル位置の調節、原燃料の大小に応じた区分け装入法、下段羽口突き出し位置等で制御する。本発明では、上述したように、コークスベッド13の上端レベルの高さを下段羽口9aと上段羽口9bとの間に設定している。これは次の理由によるものである。すなわち、複合廃棄物が装入され、予熱過程で乾留された後の状態の廃棄物チャーには、Cの他、鉄分も多く含有されている。したがって、この廃棄物チャー中のCを酸素富化空気により燃焼させるとコークス比低減に効果が大きく、そのためにはコークスベッド13の上端レベルを下段羽口9aと上段羽口9bとの間に設定することが必要だからである。
なお、コークスベッド内では、コークスの燃焼反応と、燃焼後のソルーションロス反応が進行するが、両反応の反応速度を、燃料粒度、ガス流速、送風温度等により調整する。
【0041】
特に、本発明の処理方法は、下段羽口9aから酸素富化量2%以上の常温の酸素富化空気を吹き込むとともに、上段羽口9bから蒸気を吹き込んでいる。常温の酸素富化空気の酸素富化量を2%以上としたのは、2%未満では常温送風下でのコークスベッド温度維持が難しく、廃棄物チャーの燃焼および溶融後のスラグ、メタルの昇温に支障となるからである。また、上部羽口から蒸気吹き込みを行うのは、炉内上部を冷却することによって熱余剰を防止するためである。さらに、下段羽口9aは、低燃料比での操業を指向するため、レースウェイを形成させずにメイン送風を行い、燃焼率を高くして高ηCO条件とする。一方、下段羽口9aから廃プラスチックを吹き込む場合には、廃プラスチックの吹き込み量に応じてレースウェイ形成有無を判断する必要があるが、基本的には廃プラスチックをコークス代替え燃料として利用し、低コークス化を指向する。
【0042】
つぎに、本発明の炉内ηCOの制御フローの概要について説明する。本発明の制御は次の▲1▼〜▲5▼のようにまとめられる。
▲1▼多機能溶融炉への複合廃棄物の含有成分および配合量(使用量)から、平均金属含有率(平均M.Fe/T.Fe)を求める。より効率の良い操業を指向する場合は半径方向区分け装入を実施するが、この装入法を適用する場合には中心部、周辺部に装入する複合廃棄物に対し、それぞれ平均金属含有率を求める。
【0043】
▲2▼この装入廃棄物の平均金属含有率(平均M.Fe/T.Fe)と、複合廃棄物中の含C量とから、操業に適したηCOレベル範囲を特定する。半径方向区分け装入法を適用する場合、中心部、周辺部それぞれに適正ηCOを特定する。
【0044】
▲3▼溶融炉の操業条件(出銑量の目安)により、炉内平均ガス流速(Nm/s)が決まるため、使用する燃料粒度により、下段羽口からのコークスベッド高さを設定する。
【0045】
▲4▼ストックレベルについては、目標ηCOに対応したストックレベル(下段羽口からの装入面高さ)H(m)を特定し、設定する。半径区分け装入法を採用する場合、中心部、周辺部にそれぞれ別々に、ストックレベルを設定するのが好ましい。
【0046】
▲5▼燃料比については、炉の特性である炉体放散熱(kcal/h)と、目標出銑量(t/d)並びに複合廃棄物の種類、品質等を含む操業条件に加え、上記に示す目標ηCOが決まれば、熱・物質バランスから燃料比(kg/t)レベルが求まることから、最終的には、下段羽口送風量の微調整、ストックレベルの微調整を実施して、目標ηCOレベルを維持するようにして操業する。半径区分け装入法を採用する場合、中心部、周辺部それぞれ別々に、燃料比を設定して装入する。
【0047】
つぎに、複合廃棄物と燃料からなる装入物の溶融炉内の装入高さ(ストックレベル)を変更することが、ηCO制御に有効なことを説明する。
ストックレベルについては、例えば、大径の鋳物用コークスを使用し、鉄屑,鋳物屑を溶解処理するキュポラ操業では、通常、下段羽口からストックレベルまでの高さ(H)/炉径(D)=4〜5に設定されているが、高炉用コークスなどの小径コークスを使用し、かつ廃プラスチックを燃料として使用する多機能溶融炉に関しては、ストックレベルに関する検討結果が見当たらない。そこで、複合廃棄物の多量使用条件下で、ストックレベル変更試験を実施し、排ガスηCOとの関係を図4に整理した。
【0048】
炉床径D=1.4mの多機能溶融炉を用いた試験結果によると、H/D≦3と小さく設定することで、排ガスηCO>50%と高く維持できること、ストックレベルを上昇することで、排ガスηCOを低下させることが可能なことが判明した。
これは、ストックレベルを高くすると、ガスから原燃料への伝熱が良好となり、燃料の予熱、昇温がより上部から進行する結果、下記(1)式のソルーションロス反応領域が炉上部に拡がるためで、この結果、Cの消費量が多くなり、ηCOが低下することを示唆している。
C+CO2 =2CO ・・・(1)
このように、ストックレベルの変更は、炉内の原燃料の昇温速度を制御する役割があり、排ガスηCOの制御手段となる。
【0049】
つぎに、多機能溶融炉の炉内下部のコークスベッド高さを調整すること、さらには、送風量、羽口径、羽口突き出し位置の変更が、ηCO制御に有効なことを説明する。
図5は、コークス粒度および送風量(ガス流速)を変化させて、羽口からのコークスベッド高さと、その部位のηCOの推移を調査したオフラインシミュレータによる実験結果である。図5によると、羽口から送風された空気中の酸素並びに富化酸素は、下記(2)式の反応でコークスと燃焼してCO2 を生成し、O2 が消失した部位で完全燃焼に至る。この部位が、最もガス温度が高く、これより上部では、吸熱反応である(1)式のソルーション反応が進行して、ηCOが低下し、ガス温度も低下する。
C+O2 →CO2 ・・・(2)
【0050】
コークス粒度が小さくなると、(2)式の燃焼速度が速くなるため、最高ガス温度(O2 =0%でηCO=100%)の部位は、羽口に近くなる。また、送風量を増量し、ガス流速を上げた場合、羽口から吹き込まれた酸素の炉内流速が上昇し、羽口近傍のCとの接触時間が短くなるため、(2)式の燃焼反応は炉上部に拡がる。そのため、同じコークス粒度で、流速を上げると、図6に見られるように、炉内におけるηCOは流速の低い場合に比べて、全体的に高くなる。下段羽口を炉内に突き出すこと、あるいは羽口径を絞り、羽口風速を上げることは、送風酸素とCとの接触時間を短縮することに相当し、炉内流速を上げるのと同様の効果がある。このように、溶融炉内下部のコークスベッド高さを変更すること、さらには、送風量、羽口径、羽口突き出し位置を変更することは、炉内ηCO制御に有効な手段となる。
【0051】
つぎに、半径方向の区分け装入法を採用した複合廃棄物の処理方法が、操業の安定性、低燃料比操業に有効で、複合廃棄物の種類、粒度によらず、効率の良い操業が指向できること、また、複合廃棄物、燃料の性状に応じて、効率の良い操業を指向するための操業方法について、説明する。
半径方向の区分け装入法については、複合廃棄物の種類によって、適正な装入法がある。一つは、炉内のηCOを高くして、効率の良い操業を指向する例で、複合廃棄物のM.Fe/T.Feによる分別法であり、一方は複合廃棄物の粒度に応じた分別法である。
【0052】
まず、最初に、複合廃棄物の金属含有率(M.Fe/T.Fe)による分別法が、操業安定化に寄与し、効率の良い操業が指向できることを説明する。
複合廃棄物が数種類に及び、M.Fe/T.Feの大小で分別できる場合、好ましくは、金属含有率の高い複合廃棄物、例えば一部の洗濯機等のように金属材料を多く使用した複合廃棄物等は炉中心部に装入し、金属含有率の低い複合廃棄物、例えば分解・破砕後のプラスチック部品・部材等を炉周辺部に装入する。炉周辺部に金属含有率の低い複合廃棄物を装入し、炉中心部に金属含有率の高い複合廃棄物を装入する理由は、炉中心部のコークスベッドの高さ制御を容易にすること、中心ガス流を確保すること、低燃料比操業を指向することにある。
【0053】
この操業を指向する場合、下段羽口は、羽口先端が炉壁よりも炉内部に突き出した構造とし、基本的には、下段羽口の先端位置を、炉中心部と炉周辺部の境界に設けるのが理想的である。また、ガス流を中心流とすることを重視すると、周辺部の燃料は小径が好ましく、中心部の燃料は大径が好ましい。
【0054】
下段羽口を炉の中心部と周辺部の境界に設定する理由は、下段羽口からの送風を周辺部に存在する燃料の燃焼に使用させないためで、下段羽口からの送風はCOガス燃焼用に作用させるためである。炉中心部は溶解機能を促進させるため、炉中心部のηCO>90%の操業を指向すれば最も効率的であり、炉中心部の燃料は最低燃料比である浸炭分程度とすることができる。そのため、急激なコークスベッド高さの変化を抑制できる上、粒径を維持したコークスがコークスベッドとなるため、通気・通液性を確保した低燃料比操業が可能となる。
【0055】
この操業においては、コークスベッド高さにより、下段羽口の適正送風量が決まる。コークスベッド高さは、前記したように、コークス粒度や炉内ガス流速等によって異なるが、最適位置にコークスベッド上端レベルをセットした場合(ηCO>90%)には、下段羽口からの送風は不要となる。コークスベッド上端レベルのηCOが90%以下の場合には、下段羽口からの送風によりηCO>90%に設定することが可能であり、炉中心部に関して理想的な操業が可能となる。
【0056】
つぎに、金属含有率の低い複合廃棄物を炉周辺部に装入する場合に燃料と混合する装入法が効率的であることを説明する。
ηCOの高い操業を指向できれば、低燃料比の操業が可能となるが、金属含有率の低い複合廃棄物で酸化鉄を多く含む場合、ηCO>30%の条件で還元させる実験を実施したところ、コークスと混合しない条件では、還元反応は進行せず、高温部で操業に悪影響を及ぼす溶融還元を引き起こす。それに対し、酸化鉄を多く含み、金属含有率の低い複合廃棄物でも、コークスと混合して装入すると、コークスと混合しない場合に比べ、少なくとも20%以上の還元率改善効果があることが、オフラインシミュレータの検討結果で明かとなった。また、金属含有率の低い酸化鉄を含まない複合廃棄物はCを多く含有するため、周辺部に装入してコークス代替えに活用できる。
【0057】
このことは、金属含有率の低い複合廃棄物を装入する操業では、燃料(小径コークス)と混合する装入法が、燃料(小径コークス)と混合しない操業に比べると、低コークス比の操業を指向できることを示している。
【0058】
つぎに、コークスベッド高さを維持するための制御方法について述べる。
コークスベッド高さの制御が難しいのは、これが炉の中心下部にあり、コークス比が適当でなければ、未還元のFeO分が炉下部で溶融還元し、コークスベッドを消費することによって、コークスベッドの異常消耗が引き起こされるためである。特に、炉の中心下部で、このようなコークスの異常消耗が生じると、鉄分の溶解に支障となる上、スラグの固化等により、操業不能に陥る可能性もあり、問題となる。
【0059】
そこで、上述したように、炉中心部には、主として金属含有率の高い複合廃棄物を装入することにより、炉中心部で溶融還元の生じ難い操業とし、炉中心部のコークスベッドの異常消耗を抑制する。また、コークスのソルーションロス反応を極力抑制するために、炉中心部に装入する燃料を、炉周辺部に装入する燃料と区別し、大径コークスを使用する。これによって、炉中心部のコークスベッドの異常損耗を抑制でき、さらに、炉下部の燃焼効率ηCOを高めた操業が可能となる。
【0060】
上段羽口の設置位置は、コークス粒度、送風量等の操業諸元によって、適正位置が存在するが、基本的には、下段羽口部でのηCOレベルが、65%<ηCO<90数%程度が目安となる。
【0061】
コークスベッド高さを制御または監視する簡易法として、下段羽口部での肉眼観察、炉内圧損値による判定などがある。下段羽口部での観察は、少なくとも複合廃棄物の溶融部位が上段羽口の上部か下部のいずれかに存在することを判定できる。また、下段羽口と上段羽口の圧損差を検知することにより、コークスベッド上端位置の確認が可能である。操業例によると、コークスベッドの上端レベルが上段羽口より下にある場合、下段羽口と上段羽口の圧損差が大きく検知される。これは、溶融部位の存在が圧損値を大きくするためである。
【0062】
また、コークスベッド高さを、精度良く測定する方法としては、炉上部から装入した垂直ゾンデもしくは鉄線類の降下挙動を測定することによって、判定可能である。垂直ゾンデの場合、炉内温度が急に上昇し、1200℃以上となる部位に相当し、鉄線類を用いた場合、降下速度がストップした地点が、コークスベッドの上端部に相当する。
なお、本実施形態では、上段羽口9bから蒸気を吹き込んで処理することにより、炉頂温度は300℃以下に抑えられ、効率の良い操業が可能となる。
【0063】
本発明でいう炉中心部と炉周辺部の境界位置は、複合廃棄物の金属含有率やコークス粒度によって、多少は炉半径方向で移動する。
この炉中心部と炉周辺部の境界位置riは、各部に装入する複合廃棄物と燃料の量が決まれば、下記(3)式によって求められる。
但し、ri:中心部と周辺部との無次元境界半径(−)
Wm(c) : 中心部に装入する廃棄物重量(kg/チャージ)
Wc(c) : 中心部に装入する燃料重量(kg/チャージ)
Wm(p) : 周辺部に装入する廃棄物重量(kg/チャージ)
Wc(p) : 周辺部に装入する燃料重量(kg/チャージ)
ρm(c) : 中心部に装入する廃棄物の嵩密度(kg/m3)
ρc(c) : 中心部に装入する燃料の嵩密度(kg/m3 )
ρm(p) : 周辺部の装入する廃棄物の嵩密度(kg/m3 )
ρc(p) : 周辺部に装入する燃料の嵩密度(kg/m3 )
【0064】
なお、このriは、無次元半径で表されており、炉中心部と炉周辺部の装入物の降下速度を一定とした場合の境界位置を示している。このriで示される境界位置を調節するための装入方法については、種々考えられるが、ベル式の装入装置を使用する場合でも、アーマーを使用し、装入チャージ毎に中心装入、周辺装入を交互に繰り返して装入することにより、一部混合層が生成するものの、所定の境界設定は可能である。
【0065】
また、低コークス比操業を行うとともに、羽口送風量を上段羽口送風量>下段羽口送風量に設定する。これは、廃棄物チャーの燃焼を極力上段羽口の送風で行わせることを目的としているためである。
【0066】
さらに、下段羽口から常温の酸素富化空気とともに、廃プラスチックの吹き込みを行う。廃プラスチックの吹き込みを併用するのは、廃プラスチックを燃料として併用し、その燃焼ガスを熱源として使用することにより、低コークス化を実現するためである。
【0067】
また、コークス使用量の低減について考察した結果、次のことから廃プラスチックの吹き込み位置が廃プラスチックの果たす役割に大きく影響することが判明した。
図7は、通常のコークスベッド内に廃プラスチックを吹き込んだ場合のコークスベッド内でのηCOの変化の一例を示す図である。
コークス中のCまたは廃プラスチック中のCの消費には下記の2形態が存在する。
C + O2 → CO2 ・・・(4)
C + CO2 → 2CO ・・・(5)
【0068】
(4)式の反応は、発熱反応でコークス中のCが有効に利用されるが、(5)式の反応は吸熱反応でCが有効に利用されないことになる。従って、コークスには極力(4)式の反応をさせる必要があるが、O2 のない状態で、高温のCO2に接すると(5)式の反応によりコークスのソルーションロスが起こり、コークスが無駄に消費されることになる。
【0069】
廃プラスチックはコークスに比べ燃焼速度が速いため、コークスベッド内に廃プラスチックを吹き込むと、吹き込まない場合に比べて、O2 の消失位置が下ることになる。従って、廃プラスチックを吹き込まない条件のままで、むやみにコークスベッド内へ廃プラスチックを吹き込んでも、O2 の消失位置より上方にコークスが存在することになり、(4)式のコークス消費量を減少できても、(5)式でコークス消費量が増大し、結果的に廃プラスチック吹き込みがコークス消費量の低減に寄与することができなくなる。
【0070】
こうした状況を回避し、廃プラスチック吹き込みによりコークス代替を行わせるには、以下の二つの方法が有効である。即ち(5)式の反応をコークスベッド内で行わせないようにするか、(5)式で反応するコークス中のCを廃プラスチック中のCに置き換えることによりコークスのソルーションロスを起こさせないようにすることである。
【0071】
第一の方法は、下段羽口から吹き込まれたO2 が廃プラスチックも加味して消失する高さにコークスベッドの上端レベルを設定し、O2 の存在しない領域にはコークスも存在しないようにして、廃プラスチックを下段羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に吹き込む方法である。この場合、廃プラスチックの吹き込み位置は、下段羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間であれば下段羽口をも含めて任意の位置で良く、一段でも復数段でも良い。
【0072】
第二の方法は、下段羽口から吹き込まれたO2 が廃プラスチックも加味して消失する高さよりコークスベッドの上端レベルを上方に設定する場合で、このときは、廃プラスチックを下段羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に吹き込むとともに、O2 の存在しないコークスベッド上部領域にもコークスに代替してソルーションロスを起こさせるための廃プラスチックを吹き込む方法である。この場合、下部の廃プラスチック吹き込み位置は、下段羽口レベルとO2 消失点レベルとの間であれば下段羽口をも含めて任意の位置で良く、一段でも複数段でも良い。また、上部の廃プラスチック吹き込み位置もO2 消失点レベルとコークスベッド上端レベルとの間であれば任意の位置で良く、一段でも複数段でも良い。この方法によれば、上部に吹き込む分だけ廃プラスチックの吹き込み量を増やすことが可能となる。
【0073】
【実施例】
図8は、本実施例の複合廃棄物の処理方法を実施する装置構成を示す概略図である。図示するように、多機能溶融炉1内には、不図示の装入装置によって廃家電等の複合廃棄物が装入される。本実施例では、複合廃棄物は、解体されて一部処理されるか、或いは解体されずにまるごと処理される。多機能溶融炉1の操業条件は、下記表1に示されている。多機能溶融炉1から出銑される溶銑中のCu分は除去され、排気ガスはサイクロン14を介して排ガス処理装置15によって燃焼,冷却処理され、煙突16から放出される。
【0074】
【表1】
表1に示すように、実施例1〜4はηCOを20%に制御する場合を、実施例5〜10はηCOを45%に制御する場合を示している。廃家電は1000kgずつ装入され、CRは各実施例のコークス比を表わしている。下段羽口からコークスベッド内へ酸素富化量2%以上の常温の酸素富化空気が吹き込まれ、上段羽口から蒸気が吹き込まれる。羽口送風量は、上段羽口送風量(2次羽口送風量)>下段羽口送風量(1次羽口送風量)となるように設定されている。上段羽口からの蒸気吹き込み量は、実施例1〜5が3g/Nm3 であり、実施例6が320g/Nm3 、実施例7,8が460g/Nm3 、実施例9が550g/Nm3 、実施例10が650g/Nm3 である。
【0075】
複合廃棄物の処理ではタールなどの排出があるため、炉頂ガスの温度を極力300℃以上に制御して操業することが好ましく、より好ましくは300℃〜450℃の範囲にあることが好ましい。したがって、特に実施例1、6および7の条件が好適である。
【0076】
実施例1〜10では、下段羽口と上段羽口との間にコークスベッド上端レベルを設定し、下段羽口からコークスベッド内へ酸素富化量8%以上の常温の酸素富化空気を吹き込み、上段羽口から蒸気を吹き込むことにより、廃家電等の複合廃棄物に含まれるプラスチックを燃料成分として使用することができ、コークス使用量を低減しても多機能溶融炉の安定操業を行うことができた。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多機能溶融炉の具体的な処理条件を設定することにより、廃家電等の複合廃棄物を解体,分別せずに安全かつ効率的に溶融処理することができ、廃プラスチック処理が行えるとともに、コークス使用量を低減して溶融炉の安定操業を行うことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合廃棄物の処分方法に使用する多機能溶融炉であり、(a)はその全体構成を示す概略図、(b)はその装入装置の炉中心部への装入状況を示す概略図、(c)はその装入装置の炉周辺部への装入状況を示す概略図である。
【図2】コークスベッドの上端レベルを示す概略図である。
【図3】炉半径方向区分け装入状況を示す概略図である。
【図4】ストックレベル変更試験における排ガスηCOとの関係を示す説明図である。
【図5】コークスベッド高さとηCOの推移のオフラインシミュレータによる実験結果を示す説明図である。
【図6】同じコークス粒度で流速を変化させた場合のηCOの変化を示す説明図である。
【図7】廃プラスチック吹き込み時のηCOの変化を示す説明図である。
【図8】本実施例の複合廃棄物の処理方法を実施する装置構成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 多機能溶融炉
2 装入装置
3 バケット
4 ベル
5 可動アーマー
6 装入ガイド
7 炉体
8 排ガス管
9 羽口
9a 下段羽口
9b 上段羽口
11 炉中心部
12 炉周辺部
14 サイクロン
15 排ガス処理装置
16 煙突[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of melting and treating composite waste such as waste home appliances containing metals and plastics in a multi-functional melting furnace, and in particular, the total iron content is 10% <TotalFe (hereinafter referred to as “T.Fe”). It relates to a method for treating composite waste capable of melting <80% of composite waste.
[0002]
[Prior art]
Waste home appliances such as used washing machines, refrigerators, and air conditioners are composite wastes that contain plastic, rubber, and the like in addition to metal. Conventionally, such composite waste has been disassembled and crushed into small pieces and landfilled at the final disposal site, despite containing useful metal materials such as iron, aluminum and copper.
[0003]
However, due to the shortage of final disposal sites and the enactment of new recycling laws, a recycling demonstration plant has been constructed, and attempts have been made to separate the composite waste and recover useful metal materials. In other words, composite waste is classified according to the type of product such as washing machines, refrigerators, etc., after extracting dangerous substances such as cooling media and lubricating oil, it is disassembled for each component and member, and the dismantled piece is made of metal or plastic Each raw material is sorted and processed according to the raw material. For example, the separated metal scrap is charged into a melting furnace together with coke or the like and melted, and the sorted plastic is crushed and landfilled.
[0004]
Such a separation processing method is an effective means in that useful metal materials can be collected and the amount of crushed pieces to be landfilled can be reduced. However, the dismantling and separation work of the composite waste requires a lot of labor, and the increase in the number of man-hours has led to an increase in cost, which has been an impediment to the formation of a recycling society. In particular, today, when household appliances are diversified, the tendency is remarkable.
[0005]
Therefore, in recent years, attention has been focused on the development of a method for recovering useful metal materials by directly charging the composite waste into a vertical melting furnace without melting it and melting it. As a technology related to this, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-222424 proposes an invention relating to “a disposal method for protecting the environment of organic and inorganic non-metallic substances in used vehicles or used equipment”. Yes.
[0006]
The present invention states that "the incidental substance is chemically reacted with the iron oxide contained in the steel scrap or iron ore by putting the incidental substance together with the steel scrap of the used vehicle or the used equipment into the vertical furnace. Is used as a flux to chemically reduce and form slag, at least partially supplementing conventional fluxes for this purpose, such as coke, oil or gas. " Disposal to protect the environment of organic and inorganic non-metallic associated substances in used vehicles or other mass-produced products such as washing machines and refrigerators.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, composite waste contains a large amount of plastics, but even when plastics are contained, it can be safely disposed of in a waste melting furnace without generating harmful substances. . However, since the temperature of the waste gradually rises as it descends in the furnace, the plastics are pyrolyzed and gasified before reaching the bottom of the furnace, resulting in a high calorific value of the plastics and as a reducing material. Is not effectively utilized during high temperature melting.
[0008]
Further, the invention relating to the disposal method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-222424 is a disposal method for crushed metal scraps, partially used vehicles or used devices that have been partially dismantled, No idea has been made to melt the composite waste without disassembling it.
[0009]
Furthermore, in this disposal method, (1) control means for preheating zone, combustion zone and melting zone in vertical furnace, (2) balance of product gas, slag, hot metal, and (3) combustion exhaust gas are completely Whether combustion or partial combustion, (4) combustion space is necessary, (5) charging method (necessity of gas flow control), (6) peripheral flow formation, central flow formation, or (7) multi-stage injection No particular consideration is given to specific processing conditions such as the upper tuyere and the lower tuyere for the main tuyere.
[0010]
In view of the above problems, the object of the present invention is to effectively utilize the high calorific value of plastics during melting at high temperature and the ability as a reducing material, and set specific treatment conditions to An object of the present invention is to provide a method for treating composite waste that can be melted safely and efficiently without dismantling and separation.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention, after charging coke into a melting furnace having a two-stage fan tuyere to form a coke bed, contains metal and plastic, and has a total iron content [Total When the composite waste in which Fe is 10 mass% <[Total Fe] <80 mass% is charged with coke and dried, pyrolyzed, burned and melted to melt the composite waste, the composite waste diameter without dismantling, the larger the metal content is mixed with a large diameter coke was charged out of the composite waste fracture after grinding, the composite disposal after grinding broken into the furnace peripheral portion One with a small metal content is mixed and charged with small-diameter coke, the upper level of the coke bed is set between the upper tuyeres and the lower tuyeres, and the tuyere air volume is sent to the upper tuyeres. Set air volume> lower tuyere air volume, lower wing With oxygen-enriched air enriched amount of 2% or more at normal temperature without forming coke bed f raceways from those blowing waste plastics.
[0012]
Furthermore, it is preferable to cool the upper part of the furnace by blowing steam from the upper tuyere.
[0019]
According to the present invention, when composite waste such as waste home appliances is melted, the upper level of the coke bed is set between the upper tuyeres and the lower tuyere, and oxygen at room temperature is supplied from the lower tuyeres to the coke bed. Blowing enriched air. This is due to the following reason. That is, the waste in a state after the composite waste is charged and carbonized in the preheating process (hereinafter referred to as “waste char”) contains a large amount of iron in addition to C. Therefore, if C in this waste char is burned with oxygen-enriched air, the operational effect is large, and for this purpose, it is necessary to set the upper level of the coke bed between the upper and lower tuyere. It is.
[0020]
The conventional treatment method has a total iron content of about 50% <T. Although the composite waste of Fe was targeted, the treatment method of the present invention has 10% <T. Suitable for the treatment of complex waste with a wide range of Fe <80%. In the present invention, the lower limit of the total iron content of the composite waste is 10% <T. The reason why Fe is selected is that 10% or less is treated as normal combustible waste, and the upper limit is set to T.I. The reason why Fe <80% is that 80% or more is pretreated such as crushing / separation processing of composite waste, and is generally treated as iron scrap.
[0021]
Also, the oxygen enrichment amount of oxygen enriched air at room temperature is set to 2% or more. If it is less than 2%, it is difficult to maintain the coke bed temperature under normal temperature ventilation, and slag and metal after combustion and melting of waste char This is because it hinders the temperature rise.
[0022]
Further, steam is blown from the upper tuyere to prevent heat surplus by cooling the upper part in the furnace.
[0023]
In addition, while operating at low coke ratio, setting the tuyere air flow rate to the upper tuyere air flow rate> lower tuyere air flow rate increases the air flow rate of the upper tuyere and increases the combustion rate of waste char This is to contribute to the reduction of the coke ratio.
[0024]
Furthermore, the reason why the waste plastic is blown together with the oxygen-enriched air at room temperature from the lower tuyere is to realize low coke by using the combustion gas of the waste plastic as a heat source.
[0025]
The reason for controlling the temperature increase rate of the raw fuel in the furnace by changing the stock level of the charge is to properly control the exhaust gas ηCO.
[0026]
Furthermore, large-diameter composite waste that is not dismantled in the furnace center, crushed composite waste that has a high metal content, and large-diameter coke In order to ensure stable operation of a multi-function melting furnace, a small amount of coke with a small metal content and small diameter coke are charged by melting at the center of the furnace and forming a gas flow at the center of the furnace. To do.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the composite waste disposal method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
Fig.1 (a) is the schematic which shows the multifunctional melting furnace used for the disposal method of the composite waste of this invention. As shown in the figure, a
[0028]
An exhaust gas pipe 8 for exhausting counterflow gas in the furnace is provided on the upper portion of the furnace body 7 of the
[0029]
On the other hand, a tuyere 9 for blowing air to the lower part in the furnace is provided at the lower part of the furnace body 7. The tuyere 9 is provided in multiple stages in the side wall height direction of the furnace body 7, and is formed as a two-stage tuyere of a
[0030]
The blowing conditions are such that oxygen enriched air having an oxygen enrichment amount of 2% or more is blown from the
[0031]
In the present embodiment, the multi-stage tuyere 9 provided in the side wall height direction of the furnace body 7 is formed as a two-stage tuyere of a
[0032]
In addition, the raw material and fuel can be charged separately into the furnace
[0033]
As shown in FIG. 2, the
[0034]
The
[0035]
The waste melting furnace and cupola are common in that oxygen-containing gas is blown into a vertical furnace having a coke packed bed, but there are the following differences. That is, the waste melting furnace dry-distills and preheats municipal waste containing a large amount of combustible materials and melts the residue. Moreover, it is mainly combusted and generates a large amount of gas. Furthermore, dust collection, harmful gas treatment, exhaust gas purification equipment and methods, dezincing, detinning processes, low P, S, and Cu mixing solutions are necessary, and unloading adjustment and blowout prevention are issues. is there. Incombustibles melt and are discharged as slag.
[0036]
The
[0037]
Next, the processing method of the composite waste of this invention implemented using said
The raw materials charged from the top of the furnace are composite waste such as waste home appliances (as-is without dismantling) and composted waste after crushing. The fuel is mainly coke, and waste plastic is used as needed. .
[0038]
In the treatment method of the present invention, the total iron content is 10% <T. Suitable for the treatment of composite waste with Fe <80%. In the present invention, the lower limit of the total iron content of the composite waste is 10% <T. The reason why Fe is selected is that 10% or less is treated as normal combustible waste, and the upper limit is set to T.I. The reason why Fe <80% is that 80% or more is pretreated such as crushing / separation processing of composite waste, and is generally treated as iron scrap.
Generally, waste home appliances contain about 37% iron (T.Fe), about 37% waste plastics, and waste cars contain about 70-80% iron (T, Fe).
[0039]
The charging method includes a normal charging method in which the raw fuel is completely mixed or layered after charging the coke to form a coke bed, and a method in which the raw fuel is divided in the radial direction and charged. Is adopted. As shown in FIG. 3, the sorting and charging method is performed by mixing a large-diameter composite waste as it is and a composite waste after crushing with a large metal content with a large-diameter coke. It is aimed at operation with high reaction efficiency by mixing the mixed waste after crushing with small diameter coke and charging it into the peripheral part. That is, by implementing the charging of the raw material and the fuel, the gas flow at the center of the furnace can be promoted and the high ηCO condition can be continued.
[0040]
The operation of the multi-function melting furnace is controlled by adjusting the coke bed top level height, stock level position, sorting charging method according to the size of the raw fuel, lower tuyere ejection position, etc. In the present invention, as described above, the height of the upper end level of the
In the coke bed, the combustion reaction of coke and the solution loss reaction after combustion proceed. The reaction rate of both reactions is adjusted by the fuel particle size, gas flow rate, blowing temperature, and the like.
[0041]
In particular, in the treatment method of the present invention, oxygen-enriched air having an oxygen enrichment of 2% or more is blown from the
[0042]
Next, an outline of the control flow of ηCO in the furnace according to the present invention will be described. The control of the present invention is summarized as the following (1) to (5).
(1) The average metal content (average M.Fe / T.Fe) is determined from the components contained in the composite waste in the multi-function melting furnace and the blending amount (use amount). When aiming for more efficient operation, radial section charging is implemented, but when this charging method is applied, the average metal content rate for the composite waste charged in the central part and the peripheral part respectively. Ask for.
[0043]
(2) The ηCO level range suitable for operation is specified from the average metal content (average M.Fe / T.Fe) of the charged waste and the C content in the composite waste. When the radial section charging method is applied, an appropriate ηCO is specified for each of the central part and the peripheral part.
[0044]
(3) Since the average gas flow rate (Nm / s) in the furnace is determined by the operating conditions of the melting furnace (a guide for the output), the coke bed height from the lower tuyere is set according to the fuel particle size used.
[0045]
(4) For the stock level, the stock level (the height of the charging surface from the lower tuyere) H (m) corresponding to the target ηCO is specified and set. In the case of adopting the radial section charging method, it is preferable to set the stock level separately for the central part and the peripheral part.
[0046]
(5) Regarding the fuel ratio, in addition to the operating conditions including furnace body heat dissipation (kcal / h), target output (t / d), the type and quality of composite waste, etc. If the target ηCO shown in Fig. 2 is determined, the fuel ratio (kg / t) level is obtained from the heat / material balance. Finally, fine adjustment of the lower tuyere air volume and fine adjustment of the stock level are performed. Operate to maintain target ηCO level. When adopting the radial section charging method, the fuel ratio is set separately for each of the central part and the peripheral part.
[0047]
Next, it will be described that changing the charging height (stock level) in the melting furnace of the charging material composed of composite waste and fuel is effective for ηCO control.
As for the stock level, for example, in a cupola operation that uses a large-diameter casting coke and melts iron scraps and casting scraps, the height from the lower tuyere to the stock level (H) / furnace diameter (D ) = 4-5, however, there are no studies on the stock level for multi-functional melting furnaces using small-diameter coke such as blast furnace coke and using waste plastic as fuel. Therefore, a stock level change test was conducted under the condition of using a large amount of composite waste, and the relationship with exhaust gas ηCO was organized in FIG.
[0048]
According to the test results using a multi-function melting furnace with hearth diameter D = 1.4m, by setting H / D ≦ 3 as small as possible, it can be maintained high as exhaust gas ηCO> 50%, and by increasing the stock level It has been found that the exhaust gas ηCO can be reduced.
This is because if the stock level is increased, the heat transfer from the gas to the raw fuel will be good, and the preheating and temperature rise of the fuel will proceed from the top. As a result, the solution loss reaction region of the following formula (1) expands to the top of the furnace. Therefore, as a result, the consumption of C increases, which suggests that ηCO decreases.
C + CO 2 = 2CO (1)
Thus, the change of the stock level has a role of controlling the rate of temperature rise of the raw fuel in the furnace, and becomes a control means for the exhaust gas ηCO.
[0049]
Next, it will be described that adjusting the height of the coke bed in the lower part of the multi-function melting furnace, and further changing the air flow rate, tuyere diameter, and tuyere protruding position are effective for ηCO control.
FIG. 5 shows the results of an experiment by an offline simulator in which the coke particle size and the amount of air blown (gas flow rate) were changed to investigate the transition of the coke bed height from the tuyere and the ηCO at that portion. According to FIG. 5, oxygen in the air blown from the tuyere and enriched oxygen burn with coke in the reaction of the following formula (2) to generate CO 2 and complete combustion at the site where O 2 disappears. It reaches. This part has the highest gas temperature, and above this, the endothermic reaction (1) of the solution reaction proceeds, ηCO decreases, and the gas temperature also decreases.
C + O 2 → CO 2 (2)
[0050]
When the coke particle size is reduced, the burning rate of the equation (2) is increased, and the portion of the maximum gas temperature (O 2 = 0% and ηCO = 100%) is close to the tuyere. In addition, when the air flow rate is increased and the gas flow rate is increased, the in-furnace flow rate of oxygen blown from the tuyere increases and the contact time with C near the tuyere is shortened. The reaction extends to the top of the furnace. Therefore, when the flow rate is increased with the same coke particle size, as shown in FIG. 6, the overall ηCO in the furnace becomes higher than when the flow rate is low. Protruding the lower tuyere into the furnace or reducing the tuyere diameter and increasing the tuyere wind speed is equivalent to shortening the contact time between the blown oxygen and C, and has the same effect as increasing the furnace flow rate. There is. As described above, changing the height of the coke bed in the lower part of the melting furnace, and further changing the blowing amount, tuyere diameter, and tuyere protruding position are effective means for controlling ηCO in the furnace.
[0051]
Next, the combined waste treatment method using the radial sorting and charging method is effective for operation stability and low fuel ratio operation, and efficient operation is possible regardless of the type and particle size of the composite waste. The operation method for directing efficient operation according to the characteristics of the composite waste and the fuel will be described.
There is an appropriate charging method depending on the type of composite waste. One is an example of increasing the ηCO in the furnace and aiming for efficient operation. Fe / T. This is a separation method using Fe, and one is a separation method according to the particle size of the composite waste.
[0052]
First, it will be explained that the fractionation method based on the metal content (M.Fe / T.Fe) of the composite waste contributes to the stabilization of the operation, and the efficient operation can be directed.
There are several types of composite waste. Fe / T. When separation can be made according to the size of Fe, preferably, composite waste having a high metal content, for example, composite waste using a large amount of metal material such as some washing machines, etc. is charged in the center of the furnace. Composite waste with a low content, for example, plastic parts / members after decomposition and crushing, are charged into the furnace periphery. The reason why the composite waste with a low metal content is charged in the periphery of the furnace and the composite waste with a high metal content is charged in the furnace center is to make it easy to control the height of the coke bed in the furnace center. That is, to ensure the central gas flow and to aim at low fuel ratio operation.
[0053]
When oriented to this operation, the lower tuyere has a structure in which the tuyere tip protrudes into the furnace rather than the furnace wall, and basically the tip position of the lower tuyere is the boundary between the furnace center and the furnace periphery. Ideally provided in Further, considering the gas flow as the central flow, the peripheral fuel preferably has a small diameter, and the central fuel preferably has a large diameter.
[0054]
The reason why the lower tuyere is set at the boundary between the center and the peripheral part of the furnace is that the air blown from the lower tuyere is not used for the combustion of the fuel existing in the peripheral part. This is to make it work. Since the furnace center promotes the melting function, it is most efficient if the operation is directed to ηCO> 90% of the furnace center, and the fuel in the furnace center can be about carburized, which is the lowest fuel ratio. . Therefore, a rapid change in the coke bed height can be suppressed, and the coke having a maintained particle size becomes a coke bed, so that a low fuel ratio operation that ensures air permeability and liquid permeability becomes possible.
[0055]
In this operation, the appropriate air volume at the lower tuyere is determined by the coke bed height. As described above, the coke bed height varies depending on the coke particle size, the gas flow rate in the furnace, etc., but when the coke bed upper end level is set at the optimum position (ηCO> 90%), the air blown from the lower tuyere is not It becomes unnecessary. When ηCO at the upper end level of the coke bed is 90% or less, it is possible to set ηCO> 90% by blowing air from the lower tuyere, and ideal operation is possible with respect to the furnace center.
[0056]
Next, it will be described that the charging method of mixing with fuel when the composite waste having a low metal content is charged into the periphery of the furnace is efficient.
If the operation with a high ηCO can be directed, an operation with a low fuel ratio is possible. However, when the composite waste with a low metal content contains a large amount of iron oxide, an experiment was conducted to reduce it under the condition of ηCO> 30%. Under conditions that do not mix with coke, the reduction reaction does not proceed, causing smelting reduction that adversely affects operation at high temperatures. On the other hand, even if composite waste containing a lot of iron oxide and having a low metal content is mixed with coke and charged, it has a reduction rate improvement effect of at least 20%, compared with the case where it is not mixed with coke. It became clear by the examination result of the offline simulator. Moreover, since the composite waste which does not contain iron oxide with a low metal content contains a large amount of C, it can be used as a substitute for coke by charging it into the periphery.
[0057]
This means that in the operation of charging composite waste with a low metal content, the charging method mixed with fuel (small-diameter coke) has a low coke ratio compared to the operation without mixing with fuel (small-diameter coke). It shows that can be oriented.
[0058]
Next, a control method for maintaining the coke bed height will be described.
It is difficult to control the height of the coke bed. This is at the lower center of the furnace. If the coke ratio is not appropriate, the unreduced FeO content is melted and reduced at the lower part of the furnace, and the coke bed is consumed. This is because the abnormal consumption of this is caused. In particular, when such an abnormal consumption of coke occurs in the lower center of the furnace, it becomes a problem because it interferes with melting of iron and may become inoperable due to solidification of slag.
[0059]
Therefore, as described above, by introducing a composite waste mainly having a high metal content into the furnace center, the operation becomes difficult to cause smelting reduction in the furnace center, and the coke bed in the furnace center is abnormally consumed. Suppress. Also, in order to suppress the coke solution loss reaction as much as possible, the fuel charged in the furnace center is distinguished from the fuel charged in the furnace periphery, and large-diameter coke is used. As a result, abnormal wear of the coke bed at the center of the furnace can be suppressed, and further, an operation with an increased combustion efficiency ηCO at the lower part of the furnace becomes possible.
[0060]
The installation position of the upper tuyere is appropriate depending on the operation parameters such as coke granularity and air flow, but basically the ηCO level at the lower tuyere is 65% <ηCO <90% Degree is a guide.
[0061]
Simple methods for controlling or monitoring the coke bed height include visual observation at the lower tuyere and determination based on the pressure loss value in the furnace. The observation at the lower tuyere can determine that at least the melting point of the composite waste exists at either the upper part or the lower part of the upper tuyere. In addition, the upper end position of the coke bed can be confirmed by detecting the pressure loss difference between the lower tuyere and the upper tuyere. According to the operation example, when the upper end level of the coke bed is below the upper tuyere, the pressure loss difference between the lower tuyere and the upper tuyere is detected greatly. This is because the presence of the melted portion increases the pressure loss value.
[0062]
Moreover, as a method of measuring the coke bed height with high accuracy, it can be determined by measuring the descending behavior of a vertical sonde or iron wires charged from the upper part of the furnace. In the case of a vertical sonde, the temperature in the furnace suddenly rises and corresponds to a portion where the temperature is 1200 ° C. or higher. When iron wires are used, the point at which the descent speed stops corresponds to the upper end of the coke bed.
In the present embodiment, when the steam is blown from the
[0063]
In the present invention, the boundary position between the furnace center and the furnace periphery moves somewhat in the furnace radial direction depending on the metal content of the composite waste and the coke particle size.
The boundary position ri between the furnace central part and the furnace peripheral part can be obtained by the following equation (3) if the amount of composite waste and fuel charged in each part is determined.
Ri: dimensionless boundary radius (−) between the central portion and the peripheral portion
Wm (c): Weight of waste charged in the center (kg / charge)
Wc (c): Fuel weight charged in the center (kg / charge)
Wm (p): Weight of waste to be charged in the surrounding area (kg / charge)
Wc (p): Weight of fuel to be charged in the surrounding area (kg / charge)
ρm (c): Bulk density (kg / m 3 ) of waste charged in the center
ρc (c): Bulk density of fuel charged in the center (kg / m 3 )
ρm (p): Bulk density (kg / m 3 ) of waste to be charged at the periphery
ρc (p): Bulk density (kg / m 3 ) of the fuel charged in the periphery
[0064]
In addition, this ri is represented by a dimensionless radius, and indicates the boundary position when the descending speed of the charge in the furnace center and the furnace periphery is constant. Various charging methods for adjusting the boundary position indicated by ri can be considered. Even when a bell-type charging device is used, an armor is used, and a central charging and a peripheral charging are performed for each charging charge. Although a mixed layer is generated by charging repeatedly and alternately, a predetermined boundary can be set.
[0065]
Further, the low coke ratio operation is performed, and the tuyere air volume is set such that the upper tuyere air volume> the lower tuyere air volume. This is because the purpose of burning the waste char as much as possible is blown by the upper tuyere.
[0066]
Furthermore, waste plastic is blown in from the lower tuyere together with room temperature oxygen-enriched air. The reason why waste plastic is used in combination is to achieve low coke by using waste plastic as a fuel and using the combustion gas as a heat source.
[0067]
Moreover, as a result of considering the reduction of the amount of coke used, it has been found that the position where the waste plastic is blown greatly affects the role played by the waste plastic from the following.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a change in ηCO in a coke bed when waste plastic is blown into a normal coke bed.
There are two forms of C consumption in coke or C in waste plastic:
C + O 2 → CO 2 (4)
C + CO 2 → 2CO (5)
[0068]
In the reaction of the formula (4), C in the coke is effectively used by an exothermic reaction, but in the reaction of the formula (5), C is not effectively used by an endothermic reaction. Therefore, coke needs to be reacted as much as possible in equation (4), but when it comes into contact with high-temperature CO 2 in the absence of O 2 , coke solution loss occurs due to reaction in equation (5), and coke is wasted. Will be consumed.
[0069]
Since the waste plastic has a higher burning rate than coke, when the waste plastic is blown into the coke bed, the disappearance position of O 2 is lowered as compared with the case where the waste plastic is not blown. Therefore, even if waste plastic is blown into the coke bed under the condition that waste plastic is not blown, coke will be present above the disappearance position of O 2 , reducing the coke consumption of equation (4). Even if it can, coke consumption will increase in equation (5), and as a result, waste plastic blowing will not be able to contribute to reduction of coke consumption.
[0070]
The following two methods are effective in avoiding this situation and allowing coke substitution by waste plastic blowing. That is, the reaction of the formula (5) is not performed in the coke bed, or the Coke in the coke reacted in the formula (5) is replaced with C in the waste plastic so as not to cause a coke solution loss. It is to be.
[0071]
The first method is to set the upper level of the coke bed at such a height that O 2 blown from the lower tuyere disappears, taking into account the waste plastic, so that no coke exists in the area where O 2 does not exist. The waste plastic is blown between the lower tuyere level and the coke bed upper end level. In this case, the waste plastic blowing position may be an arbitrary position including the lower tuyere as long as it is between the lower tuyere level and the coke bed upper end level.
[0072]
The second method is when the upper level of the coke bed is set above the height at which O 2 blown from the lower tuyere disappears, taking into account the waste plastic. In this case, the waste plastic is placed at the lower tuyere level. And a coke bed upper end level, and waste plastic for causing a solution loss instead of coke is also blown into a coke bed upper region where O 2 does not exist. In this case, the lower plastic waste blowing position may be any position including the lower tuyere as long as it is between the lower tuyere level and the O 2 vanishing point level, and may be one stage or a plurality of stages. Further, the upper plastic waste blowing position may be any position between the O 2 vanishing point level and the coke bed upper end level, and may be one or more. According to this method, the amount of waste plastic blown can be increased by the amount blown into the upper part.
[0073]
【Example】
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of an apparatus for carrying out the composite waste processing method of the present embodiment. As shown in the figure, in the
[0074]
[Table 1]
As shown in Table 1, Examples 1-4 show the case where ηCO is controlled to 20%, and Examples 5-10 show the case where ηCO is controlled to 45%. Waste household appliances are charged 1000 kg each, and CR represents the coke ratio of each example. Room-temperature oxygen-enriched air with an oxygen enrichment amount of 2% or more is blown into the coke bed from the lower tuyere, and steam is blown from the upper tuyere. The tuyere air volume is set so that the upper tuyere air volume (secondary tuyere air volume)> lower tuyere air volume (primary tuyere air volume). Steam blowing amount from the upper tuyeres, Examples 1 to 5 is 3 g / Nm 3, Example 6 320 g / Nm 3, Examples 7 and 8 is 460 g / Nm 3, Example 9 550 g / Nm 3 Example 10 is 650 g / Nm 3 .
[0075]
In the treatment of the composite waste, since tar and the like are discharged, it is preferable to operate by controlling the temperature of the furnace top gas to 300 ° C or more as much as possible, and more preferably in the range of 300 ° C to 450 ° C. Therefore, the conditions of Examples 1, 6 and 7 are particularly suitable.
[0076]
In Examples 1 to 10, a coke bed upper end level is set between the lower tuyere and the upper tuyere, and oxygen-enriched air having an oxygen enrichment of 8% or more is blown into the coke bed from the lower tuyere. By blowing steam from the upper tuyere, plastic contained in composite waste such as waste home appliances can be used as a fuel component, and stable operation of the multi-function melting furnace can be performed even if the amount of coke used is reduced I was able to.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by setting specific processing conditions for the multi-function melting furnace, composite waste such as waste home appliances can be melted safely and efficiently without being disassembled and separated. In addition to being able to treat waste plastics, the coke consumption can be reduced and the melting furnace can be stably operated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a multi-function melting furnace used in the composite waste disposal method of the present invention, (a) is a schematic diagram showing the overall configuration, and (b) is a schematic diagram showing the charging equipment installed in the center of the furnace. Schematic diagram showing the charging status, (c) is a schematic diagram showing the charging status of the charging device into the furnace periphery.
FIG. 2 is a schematic view showing an upper end level of a coke bed.
FIG. 3 is a schematic view showing a state of charging in the furnace radial direction.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship with exhaust gas ηCO in a stock level change test.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an experimental result by an offline simulator of changes in coke bed height and ηCO.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in ηCO when the flow velocity is changed with the same coke particle size.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in ηCO when waste plastic is blown.
FIG. 8 is a schematic view showing the configuration of an apparatus for carrying out the composite waste processing method of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
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