JP2001280633A

JP2001280633A - 溶融排ガス処理システム

Info

Publication number: JP2001280633A
Application number: JP2000099280A
Authority: JP
Inventors: Wakako Shimodaira; 和佳子下平; Manabu Yamamoto; 学山本; Kazuki Kobayashi; 和樹小林; Masaki Sato; 政樹佐藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】廃棄物等から発生した灰を、加熱溶融、冷却
固化して減容化及び無害化を図る溶融炉の排ガス処理に
おいて薬剤で処理する溶融飛灰の量を極力低減するこ
と。【解決手段】廃棄物に含まれる灰を高温の溶融炉２で
溶融してスラグ化するとともに、溶融炉２の排ガスを冷
却１２後に集塵装置１３で処理する溶融排ガス処理シス
テムにおいて、溶融炉２の出口から集塵装置１３入口ま
での間の排ガス経路に、高温のサイクロン２１を設置
し、高温サイクロン２１で分離回収した排ガス中のナト
リウム等の粒子を溶融炉に循環する配管２２を設置した
溶融排ガス処理システム。高温サイクロンは、排ガス中
のナトリウム、カリウムを含む気散分の気散温度よりも
高い排ガス温度領域に設置されること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ、ＲＤ
Ｆ、産業廃棄物等から発生した灰を、加熱溶融、冷却固
化して減容化及び無害化を図る溶融炉の排ガス処理シス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題がクローズアップされて
いるが、ごみ焼却炉に関しても例外ではなく、排ガス、
焼却飛灰等の各種排出物の規制が厳しくなっている。特
にダイオキシン類の低減や、溶融処理による灰の無害化
・減容化が必要となってきた。一方、都市ごみは近年発
熱量が高くなってきており、エネルギーの有効利用の観
点から、焼却によって発生する熱によるごみ発電を行う
ことが要求されている。このような中で、最近は、ごみ
を部分燃焼ガス化し、その生成物を高温で燃焼・溶融
し、発電を行うシステムが注目されている。

【０００３】図３に、従来技術によるごみガス化溶融シ
ステムのフローを示す。流動床式ガス化炉１には、予熱
空気が供給されており、投入されたごみには低空気比で
ガス化され、チャー及び可燃ガスが生成する。これらの
ガス化生成物は、耐火材で内張りされた旋回式溶融炉２
に導入され、１３００〜１４００℃の高温で燃焼・溶融
され、灰分がスラグ化され、スラグピット３へと流下す
る。

【０００４】通常、スラグピット３には水が張られてお
り、流下した溶融スラグを速やかに冷却し固化する。ス
ラグピット３内に溜まった冷却固化されたスラグ４はコ
ンベア等によって取り出され、そのまま埋立等によって
破棄されるか、または建設資材、成形品等として有効利
用される。

【０００５】溶融炉２の排ガスは二次燃焼室５で完全燃
焼される。溶融炉２と二次燃焼室５の間にはスラグスク
リーン６が設置され、溶融炉２から飛散してくるスラグ
を捕集する。二次燃焼室５を出た排ガスは、過熱器７に
導入され、ボイラ８で発生した蒸気をさらに過熱する。
過熱された蒸気は蒸気タービン９に送られ、発電機１０
によって発電が行われる。過熱器７を出た排ガスは空気
予熱器１１に送られ、ガス化炉１及び燃焼溶融炉２に供
給される空気を予熱し、ボイラ８で水を蒸気に変換す
る。

【０００６】排ガスに含まれる灰成分の内、沸点の高い
シリカ、アルミナ等はほとんどが溶融してスラグ中に固
定化されるが、ナトリウム、カリウム、塩素等の化合物
は、溶融炉２内の１３００〜１４００℃という高温では
多くが気散（成分を気化させて雰囲気中に去らせるこ
と）し、排ガス中に含まれるため、排ガス処理が必要で
ある。そこで、熱回収後の溶融排ガスは減温塔１２で水
噴射によって冷却され、脱塩剤として消石灰を吹込ま
れ、バグフィルタ１３で除塵・浄化後、誘因送風機１４
によって煙突１５から排出される。

【０００７】溶融炉２で気散していた成分は、温度低下
によって気相で析出し、塩濃度の高い溶融飛灰としてバ
グフィルタ１３で捕集されるのである。バグフィルタ１
３から取り出された飛灰は塩濃度が高いため、通常のセ
メント固化では処理することが困難である。そこで一般
には、固化処理装置１６において、キレート剤などの固
化薬剤を添加して、安定化処理済灰１７として最終処分
される。

【０００８】上述した前記ガス化溶融システムは、流動
床ガス化炉１と旋回式溶融炉２を直列に接続しており、
ガス化炉１から排出されたガスが溶融炉２にそのまま導
入される。この方式は、ガス化炉をキルン式とし、溶融
炉を表面溶融式とした場合に比べて、ガス化炉から溶融
炉へのチャーの搬送装置が不要であるため簡便・低コス
トである上、ガス化炉から排出されたチャーの温度を下
げずに溶融炉へ導入できるため、熱的にも有利な方式と
言える。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のガス化
溶融システムには、以下のような課題がある。即ち、旋
回式溶融炉は、炉内壁に灰粒子を衝突させることによ
り、スラグとして捕捉している。しかし、炉内のガス流
速が速いため、スラグの飛沫（飛散スラグ）がガスに同
伴されて炉から出てしまう量が、静置した灰層の表面を
バーナで加熱して溶融させる表面式溶融炉に比べて多
い。

【００１０】また、溶融炉と二次燃焼室の間にスラグス
クリーンを設置すれば、いくらかは捕捉できるが、ほと
んどの飛散スラグは、そのまま後流へと流されてしま
う。スラグスクリーンはスラグの付着や摩耗により損傷
しやすいが、炉内に設置されている複雑な構造物である
ため、メンテナンスには大きな労力を必要とする。

【００１１】また、炉内壁の耐火材が灰粒子の衝突によ
って摩耗を受け、その破片も飛散スラグと同様に、後流
へと流される。このため、バグフィルタで捕集された飛
灰は、本来の溶融飛灰と、飛散スラグ及び耐火材片の混
合物となる。表面溶融炉の飛灰の主成分であるナトリウ
ム、カリウム、塩素は各々含有率が２０〜４５％であ
り、シリカ、アルミナはいずれも１％にも満たないのに
対し、旋回溶融炉の飛灰はシリカ、アルミナが非常に多
く、合わせて２５％を越えることもあり、飛散スラグや
耐火材片が混入していることが明らかである。

【００１２】このように、バグフィルタで捕集された灰
に、本来は溶融飛灰ではない粒子が多量に含まれている
ため、固化処理に必要な薬剤が余分に必要となる。薬剤
は高価であるだけでなく、最終処分量が多くなるという
課題もある。溶融飛灰の多くは気相析出したものである
ため、飛散スラグや耐火材片に比べて粒子径が小さく、
比重も小さいため、薬剤処理する前に粒子径の違いによ
ってある程度は分離できる。

【００１３】しかし、飛散スラグや耐火材片の表面に
は、排ガスの冷却過程で気散分が凝縮しているため、そ
のまま利用したり廃棄したりすることはできない。これ
を完全に分離するためには、水洗などの処理が別途必要
となり、煩雑で装置的にも複雑となる。

【００１４】このような課題は、ガス化溶融システムに
限らず、図４に示すような、焼却炉で発生した灰を、別
置きの旋回式溶融炉で溶融する場合の溶融飛灰処理にお
いても、同様に発生する。図４において、溶融炉２は灯
油などの燃料を燃焼することによって、灰の溶融温度１
３００〜１４００℃に昇温されている。焼却炉から排出
された灰は、灰ホッパ１８に溜められており、ロータリ
ーフィーダ１９によって定量的に搬出され、予熱空気に
よって旋回式溶融炉２へと搬送される。

【００１５】本発明は、従来技術のこのような課題に鑑
み、薬剤で処理する溶融飛灰の量を極力低減することが
可能な、溶融排ガスの処理システムを提供しようとする
ものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１７】廃棄物に含まれる灰を高温の溶融炉で溶融
してスラグ化するとともに、前記溶融炉の排ガスを冷却
後に集塵装置で処理する溶融排ガス処理システムにおい
て、前記溶融炉の出口から前記集塵装置入口までの間の
排ガス経路に、高温のサイクロンを設置し、前記高温サ
イクロンで分離回収した前記排ガス中の粒子を前記溶融
炉に循環する配管を設置した溶融排ガス処理システム。

【００１８】また、前記溶融排ガス処理システムにおい
て、前記溶融炉の前段に廃棄物をガス化するガス化炉を
設置し、前記高温サイクロンで分離回収した排ガス中の
粒子を、前記溶融炉に循環する配管に代えて、前記ガス
化炉に循環する配管を設置した溶融排ガス処理システ
ム。

【００１９】また、前記溶融排ガス処理システムにおい
て、前記高温サイクロンは、前記排ガス中のナトリウ
ム、カリウムを含む気散分の気散温度よりも高い排ガス
温度領域に設置される溶融排ガス処理システム。

【００２０】また、前記溶融排ガス処理システムにおい
て、前記サイクロンで分離回収した排ガス中の粒子を前
記溶融炉又は前記ガス化炉に循環する配管を、傾斜した
シュート構造とした溶融排ガス処理システム。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る溶融排ガ
ス処理システムについて、図１と図２を用いて以下説明
する。図１は本発明の実施形態に係る溶融排ガス処理シ
ステムの構成を示し、図２は本発明の実施形態に係る灰
溶融システムの構成を示す。

【００２２】図１において、二次燃焼室５と過熱器７の
間に耐火材を内張りした高温サイクロン２１を設置し、
溶融排ガスから粗い粒子を分離回収する。このとき、高
温サイクロンの温度を９００℃以上とすることにより、
排ガス中のナトリウム、カリウム等の気散分の多くはガ
ス状となるため、回収された粒子のほとんどは、飛散ス
ラグと耐火材片であり、これらの粒子への気散分の凝縮
量も少ない。

【００２３】回収された粒子は、高温のままで耐火材を
内張りした管状の循環シュート（Ｃｈｕｔｅ）２２によ
り溶融炉２へと戻される。循環ラインを高温対応のシュ
ート構造とすることで、回収された粒子は重力により移
動するため機械的な稼動部がないため、高温粒子を移送
してもトラブルが起こりにくい。

【００２４】また、高温サイクロンで回収された粒子は
シリカ、アルミナが主成分であり不活性なため、シュー
ト内への付着も少ない。このとき、循環シュートを溶融
炉へ供給される予熱空気ラインに接続すれば、簡単に溶
融炉内へ粒子を供給することができる。溶融炉へ戻され
た粒子（飛散スラグ、耐火材片）は、高温で再び溶融ス
ラグ化され、スラグピット３へと流下する。通常の耐火
材は塊であるためスラグの溶融温度では溶融しないが、
二次燃焼室からガスに乗って出て行くような細かい粒子
になれば溶融可能である。

【００２５】このように、高温サイクロンで回収した粒
子を溶融炉に戻しても、溶融炉においては、また飛散ス
ラグや耐火材片は発生してしまうが、循環を繰り返すこ
とにより、スラグピットにスラグとして回収される割合
を増やすことができる。高温サイクロン２１を通過した
溶融排ガスからは、熱回収による温度の低下とともにナ
トリウム等の気散分が析出し、バグフィルタ１３で捕集
されるが、予め高温サイクロン２１により飛散スラグや
耐火材片が除去されているため、バグフィルタの負担が
軽減され、最終的に薬剤固化しなければならない灰の量
が少なくなる。

【００２６】また、高温サイクロン２１を用いて、二次
燃焼室５の後で粗大粒子を回収することにより、後流の
過熱器７や空気予熱器１１の、熱交換チューブの摩耗も
低減することができる。さらに、図３のスラグスクリー
ン６が不要となるため、メンテナンスが省力化できる。

【００２７】また、本発明の実施形態の応用例として、
高温サイクロン２１で回収した粒子を流動床式ガス化炉
１の空塔部に戻すことにより、ガス化炉１の生成ガスに
同伴させて、旋回式溶融炉２に導入することにより、同
様の効果が得られる。

【００２８】図２は、焼却炉と溶融炉を別置きにした場
合の、灰溶融システムへの本発明の実施形態の適用例を
示している。二次燃焼室５と過熱器７の間に耐火材を内
張りした高温サイクロン２１を設置し、溶融排ガスから
粗大粒子を分離回収する。回収された粒子を、循環シュ
ート２２により、灰搬送用の予熱空気ラインに合流さ
せ、溶融炉へ導入する。

【００２９】図１と図２の説明では、サイクロン２１を
二次燃焼室５の後流であって、過熱器７（図１）又は空
気予熱器１１（図２）の前流側に設置した構成例を取り
上げたが、この設置例に限らず、二次燃焼器の後流でバ
グフィルタ１３の前流側であっても良いものである。

【００３０】以上説明したように、本発明の実施形態の
要旨は、二次燃焼室の後の排ガスラインに高温サイクロ
ンを設置し、このサイクロンで回収された粗大粒子を高
温のまま溶融炉又はガス化炉へ戻す循環シュートを設置
した構成であり、この構成の採用により、バグフィルタ
よりも上流で、飛散スラグや耐火材片を中心とした粗大
粒子がサイクロンで捕集されるため、バグフィルタまで
到達せず、バグフィルタで処理する灰は主にナトリウム
等の気散分の析出物となる。また、サイクロンで回収し
た粗大粒子を再度溶融することにより、スラグ回収率が
向上する。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、粗大粒子が予め除去さ
れることにより、バグフィルタの負担が軽減される。

【００３２】また、スラグ回収率が向上するため、薬剤
で処理すべき灰の量が減り、薬剤にかかるコストが低減
でき、最終処分量も低減できる。

【００３３】更に、スラグスクリーンが不要となるた
め、炉のメンテナンスが省力化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るガス化溶融システムの
構成を示す図である。

【図２】本発明の実施形態に係る灰溶融システムの構成
を示す図である。

【図３】従来技術のガス化溶融システムの構成を示す図
である。

【図４】従来技術の灰溶融システムの構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１流動床式ガス化炉２旋回式溶融炉３スラグピット４回収スラグ５二次燃焼室６スラグスクリーン７過熱器８ボイラ９タービン１０発電機１１空気予熱器１２減温塔１３バグフィルタ１４誘引送風機１５煙突１６灰固化装置１７固化済灰１８灰ホッパ１９ロータリーフィーダ２１高温サイクロン２２循環シュート（Ｃｈｕｔｅ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０９Ｂ 3/00 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４ＡＦ２３Ｊ 1/00 １０４ＧＦ２７Ｄ 3/10 １０５Ａ 17/00 １０４１０５ＫＦ２３Ｊ 15/00 Ｚ１０５Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ３０３Ｌ (72)発明者小林和樹広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者佐藤政樹広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内Ｆターム(参考） 3K061 NB01 NB07 3K070 DA09 4D004 AA36 AA46 CA12 CA27 CA29 CA32 CB05 CB31 CB44 CB50 DA02 DA06 4K055 FA01 FA09 4K056 AA05 BA06 BB01 CA20 DA02 DA13 DA32 DB05 DB13 DB23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物に含まれる灰を高温の溶融炉で溶
融してスラグ化するとともに、前記溶融炉の排ガスを冷
却後に集塵装置で処理する溶融排ガス処理システムにお
いて、前記溶融炉の出口から前記集塵装置入口までの間の排ガ
ス経路に、高温のサイクロンを設置し、前記高温サイクロンで分離回収した前記排ガス中の粒子
を前記溶融炉に循環する配管を設置したことを特徴とす
る溶融排ガス処理システム。
【請求項２】請求項１に記載の溶融排ガス処理システ
ムにおいて、前記溶融炉の前段に廃棄物をガス化するガス化炉を設置
し、前記高温サイクロンで分離回収した排ガス中の粒子
を、前記溶融炉に循環する配管に代えて、前記ガス化炉
に循環する配管を設置したことを特徴とする溶融排ガス
処理システム。
【請求項３】請求項２に記載の溶融排ガス処理システ
ムにおいて、前記ガス化炉を流動床式とし、前記溶融炉を旋回式とし
た溶融排ガス処理システム。
【請求項４】請求項１に記載の溶融排ガス処理システ
ムにおいて、前記高温サイクロンは、前記排ガス中のナトリウム、カ
リウムを含む気散分の気散温度よりも高い排ガス温度領
域に設置されることを特徴とする溶融排ガス処理システ
ム。
【請求項５】請求項１又は２に記載の溶融排ガス処理
システムにおいて、前記サイクロンで分離回収した排ガス中の粒子を前記溶
融炉又は前記ガス化炉に循環する配管を、傾斜したシュ
ート構造としたことを特徴とする溶融排ガス処理システ
ム。
【請求項６】請求項１又は２に記載の溶融排ガス処理
システムにおいて、前記サイクロンで分離回収した排ガス中の粒子を前記溶
融炉又は前記ガス化炉に循環する配管を、前記溶融炉又
は前記ガス化炉の予熱空気用配管に連結させたことを特
徴とする溶融排ガス処理システム。