JP2004085027A

JP2004085027A - 乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法及び乾燥汚泥熱分解装置

Info

Publication number: JP2004085027A
Application number: JP2002244638A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Sawai; 澤井　正和; Masaki Tsuzawa; 津澤　正樹; Shuichiro Hatakeyama; 畠山　修一郎
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-26
Also published as: JP3789872B2

Abstract

【課題】廃棄物焼却炉において、ダイオキシン類の発生を抑制する。下水汚泥の混焼を可能とする。
【解決手段】ストーカ式ゴミ焼却炉１０に代表される廃棄物焼却炉の２次燃焼部１２に乾燥汚泥有機分の熱分解ガス又は乾燥汚泥を空気とともに導入し、焼却炉で発生した燃焼排ガスと混合してガスを攪拌するとともに、有機分が燃焼する温度上昇により燃焼排ガスを完全燃焼させる。この場合、乾燥汚泥を原料とする内燃式旋回炭化炉３２で熱分解ガスを得る。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾燥汚泥有機分の熱分解ガス又は乾燥汚泥を燃料として利用することで、下水汚泥の混焼が可能となり、しかも、ダイオキシン類の発生が抑制できる廃棄物焼却炉の運転方法、及び乾燥汚泥が原料となる炭化炉であって熱分解ガスを得るのに適した乾燥汚泥熱分解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却炉に代表される廃棄物焼却炉には、大きく分けてストーカ炉と流動床炉があるが、流動床炉はストーカ炉と比較してダイオキシン類の発生抑制が難しく、ダイオキシン類の発生を抑制するのが容易なのはストーカ炉の方である。
一方、下水処理場から発生する汚泥の処分は焼却が一般的であるが、水分の多い汚泥のみの焼却施設は効率が悪く、大型のゴミ焼却施設で混焼するのが合理的である。ゴミ焼却炉が流動床炉の場合、水分の高い汚泥は混焼可能である。しかし、ゴミ焼却炉がストーカ炉の場合は水分の高い汚泥の混焼に適さず、ストーカ炉では下水汚泥の混焼が難しい。
【０００３】
ゴミ焼却炉に代表される廃棄物焼却炉は、ゴミ等の原料及び原料投入速度が不均一であり、負荷変動が多い。この負荷変動において一時的な空気不足状態が起こり、このことがダイオキシン類の発生につながっている。
ストーカ炉のダイオキシン類抑制方法としては、例えば、図５に示すように、ストーカ式ゴミ焼却炉１０の２次燃焼部１２に、２次燃焼空気とＬＮＧ（液化天然ガス）等の燃料を導入する方法がある。ＬＮＧを２次空気とともに投入することによって、２次燃焼部のガスが攪拌されるとともに、ＬＮＧが燃焼する温度上昇により、２次燃焼部で燃焼排ガスが完全燃焼してダイオキシン類の発生が抑制される。１４は２次燃焼用空気ノズル、１６は２次燃焼部ＬＮＧ投入ノズルである。
【０００４】
また、例えば、特開平１１−１０８３２１号公報には、焼却炉からの排ガスが通過する排気筒に、耐熱フィルター及びフィルター加熱装置を設け、耐熱フィルターを１０００℃以上に加熱してダイオキシン類の排出を抑制するという技術が開示されている。
また、特開平１０−２８８３２５号公報には、ごみ焼却炉で発生する燃焼排ガスを排出する煙道において、燃焼排ガスに２次燃焼用空気、冷却用空気、混合攪拌用空気をそれぞれ吹き込み、燃焼排ガスの２次燃焼、冷却及び混合を的確に行い、かつ未燃ガスの吹抜けを抑制し、ダイオキシン類の発生を抑制するという技術が開示されている。
また、特開平６−３００２３９号公報には、焼却炉へのごみ供給量、排ガスＣＯ濃度、排ガスＯ_２濃度、炉出口ガス温度等の検出値が変化傾向にあるときに、ごみ供給量、２次空気量等を調整することで排ガス中のＣＯ濃度を減少させ、ダイオキシン類の発生を確実に防止する制御技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ストーカ炉等の廃棄物焼却炉のダイオキシン対策として行われている２次燃焼部の攪拌、加熱において、２次燃焼空気とＬＮＧ等の燃料ではなく、燃料として乾燥汚泥の炭化熱分解ガス又は乾燥汚泥そのものを利用することにより、ダイオキシン類の発生が抑制できると同時に、従来は受け入れられなかった下水汚泥が受け入れ可能となり、下水汚泥の混焼が可能となる廃棄物焼却炉の運転方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、２次燃焼部以降の炉出口温度、排ガスＣＯ濃度といった燃焼の指標となる信号によって、乾燥汚泥の炭化熱分解ガス又は乾燥汚泥の投入量等を制御することにより、負荷変動の少ない焼却が可能になり、空気比低下による未燃の有害ガス発生を低減するだけでなく、炉耐火材の劣化を低減することができる廃棄物焼却炉の運転方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、乾燥汚泥が原料となる炭化炉で、熱分解ガスを得るのに適しており、安価、単純な構造、操作性に優れた設備である内燃式旋回炭化炉からなる乾燥汚泥熱分解装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法は、廃棄物焼却炉の２次燃焼部に乾燥汚泥の熱分解ガスを空気とともに導入し、焼却炉で発生した燃焼排ガスと混合してガスを攪拌するとともに、熱分解ガス中の有機分が燃焼する温度上昇により燃焼排ガスを完全燃焼させるように構成されている（図１参照）。この場合、乾燥汚泥を原料とする内燃式の炭化炉で熱分解ガスを得ることができる（図１、図２、図３参照）。
【０００７】
また、本発明の方法は、廃棄物焼却炉の２次燃焼部に乾燥汚泥を空気とともに導入し、焼却炉で発生した燃焼排ガスと混合してガスを攪拌するとともに、乾燥汚泥中の有機分が燃焼する温度上昇により燃焼排ガスを完全燃焼させることを特徴としている（図４参照）。
これらの方法において、廃棄物焼却炉の排ガス温度（炉出口温度）及び／又は排ガスＣＯ濃度（炉出口ＣＯ濃度）により、乾燥汚泥熱分解ガス又は乾燥汚泥の焼却炉の２次燃焼部への投入量を制御し、廃棄物焼却炉の負荷変動を抑制することが好ましい。
【０００８】
本発明の乾燥汚泥熱分解装置は、略円筒縦型の炭化炉本体に空気搬送された乾燥汚泥が投入される原料投入口が炉本体横断面の略接線方向に接続され、乾燥汚泥が空気とともに炭化炉内に旋回しながら投入されるようにし、バーナーノズルから噴射される炎が炭化炉内に起こる旋回流と同じ向きとなるようにバーナーが炉本体横断面の略接線方向に接続され、炭化炉内で乾燥汚泥が旋回流を形成しながら炭化・熱分解されるようにし、炭化炉本体の底部に炭化物を抜き出す炭化物排出手段が設けられ、炉本体の上部に熱分解ガスを排出する熱分解ガス排出配管が接続されてなることを特徴としている（図２、図３参照）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
図１は、本発明の実施の第１形態による乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法を実施する装置を示している。図１に示すように、収集運搬されたゴミはホッパ１８に貯留され、ゴミ焼却原料投入機（プッシャー等）２０によりストーカ式ゴミ焼却炉１０内へ切り出し投入される。ゴミ焼却原料投入機２０はゴミの定量切り出しができるような構成であるが、原料が不均一であるためにストーカ式ゴミ焼却炉１０内に投入されるゴミをカロリー（発熱量）で一定にすることは不可能であり、焼却炉での燃焼変動は避けられない。
負荷変動に伴う燃焼変動は、炉出口温度、炉出口ＣＯ濃度の変化に現れ、通常は炉出口温度計２２、炉出口ＣＯ濃度計２４に現れる原料負荷変動信号から補助燃料の投入量を制御することによって、いずれも一定に保たれるのであるが、急激な負荷変動には追従できず、低負荷の時は空気過剰で炉出口温度、炉出口ＣＯ濃度とも低下傾向にあり、高負荷の時は逆に炉出口温度、炉出口ＣＯ濃度とも上昇傾向にある。
【００１０】
下水処理場で発生する下水汚泥は脱水、乾燥された後、下水処理場からローリー車等で運搬され、乾燥汚泥サイロ２６に一旦貯留される。乾燥汚泥サイロ２６に貯留された乾燥汚泥は、乾燥汚泥切り出し機（ロータリーバルブ等）２８によって定量切り出しされて、乾燥汚泥空送ブロワ３０によって空気輸送されて内燃式旋回炭化炉３２に投入される。内燃式旋回炭化炉３２では、例えば、配管で接続されたストーカ式ゴミ焼却炉１０の２次燃焼部１２から十分な吸引力により、マイナス圧が保たれ、内燃式旋回炭化炉３２に設けられた炭化バーナー３４へは補助燃料（石油、ＬＮＧ等）と燃焼用空気が送られ、全体の可燃物に対する空気量を抑制しておけば、無酸素状態で汚泥がバーナー３４からの補助燃料燃焼熱を受けて加熱される。内燃式のため、若干の乾燥汚泥は灰化してしまうが、炭化汚泥に部分的に焼却灰が含まれても、熱分解ガスを得ることには何ら影響しない。このようにして、無酸素状態での炭化（部分燃焼）が起こり、炭化物はストーカ炉１０からの吸引力を利用した内燃式旋回炭化炉３２の慣性集塵効果で落下集積し、炭化物排出機（ロータリーバルブ等）３６より系外へ排出される。なお、この炭化物の物性は、内燃式旋回炭化炉３２の温度と空気比によって変化させることができ、炭化物の有効利用先によってより適切な運転方法を選択することができる。
【００１１】
内燃式旋回炭化炉３２の慣性集塵機構により炭化物と分離した熱分解ガスは、炭化熱分解ガス投入配管３８を経て熱分解ガス吹き込み口４０より、ストーカ式ゴミ焼却炉１０の２次燃焼部１２に吸引投入される。なお、熱分解ガスをストーカ炉の２次燃焼部に押し込み投入する構成としてもよい。
ストーカ炉の２次燃焼部１２では、従来は２次燃焼空気とともにＬＮＧ等の燃料が注入され、ダイオキシン類の発生抑制を行ってきた。空気は主にガスの攪拌、ＬＮＧは主としてガスの再加熱に利用され、均一かつ完全な燃焼を完結させることでダイオキシン類の発生が抑制される。
一例として、熱分解ガス吹き込み口４０より２次燃焼部１２に投入された約６００℃の熱分解ガスは、２次燃焼用空気ノズル１４から吹き込まれる２次燃焼空気とともに２次燃焼部１２で約８００℃以上で燃焼される。本発明では、従来のダイオキシン抑制法におけるＬＮＧ等の代わりに、汚泥熱分解ガスを利用しており、ダイオキシン類の発生抑制には同様の効果が認められる。また、下水汚泥の混焼にも適したシステムとなる。
【００１２】
さらに、炉出口温度計２２、炉出口ＣＯ濃度計２４に現れる原料負荷変動信号を演算し、乾燥汚泥切り出し機（ロータリーバルブ等）２８の切り出し量を調整すれば、空気比の変動の少ない運転が可能となる。例えば、温度が低下したり、ＣＯ濃度が低下しやすい一時的な低負荷運転時には、乾燥汚泥切り出し機（ロータリーバルブ）２８の切り出し量を増大させてやることで、炉出口温度を一定に保ち、空気過剰な状態も補正ができる。逆に、一時的な高負荷運転時（温度上昇、ＣＯ濃度増加）には、乾燥汚泥供給量を下げて、２次燃焼空気は補充することで燃焼への影響を最低限にくい止められる。
【００１３】
つぎに、本実施の形態の内燃式旋回炭化炉３２、すなわち、乾燥汚泥熱分解装置について説明する。図２、図３に示すように、例えば、サイクロン形状の円筒縦型の炭化炉本体４２には、空気搬送された乾燥汚泥が投入される原料投入口４４が炉本体横断面の接線方向に接続されている。また、バーナー３４が炉本体横断面の接線方向に接続されている。原料投入口４４よりもバーナー３４の方が上の位置にあり、乾燥汚泥が直接バーナー炎に当たらないようになっている。乾燥汚泥が投入される原料投入口４４、バーナー炎が噴射されるバーナー３４はいずれも炉本体内に起こる同じ旋回流の接線方向に向いて取り付けられている。原料投入口４４から空気とともに導入された乾燥汚泥は、旋回流を形成しながらバーナー３４で加熱された炉本体４２内を回転し、炭化・熱分解していく。熱分解ガスは酸素不足の状態で生成されており、有機分が燃焼せずにガス中に含まれている。熱分解ガスは炭化物と分離された後、炉本体４２上部の熱分解ガス排出配管４６から排出される。炭化物は慣性集塵効果で落下集積し、炉本体４２底部の炭化物排出機（ロータリーバルブ等）３６から排出される。なお、炭化炉本体４２を上から見た概略図である図３では、原料投入口４４とバーナー３４の位置関係の一例を示しているが、この位置関係は同じ向きの旋回流となる接線方向であればよく、何ら限定されるものではない。
【００１４】
図４は、本発明の実施の第２形態による乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法を実施する装置を示している。本実施の形態は、ストーカ式ゴミ焼却炉１０の２次燃焼部１２に乾燥汚泥を空気とともに導入する構成である。図４に示すように、収集運搬されたゴミはホッパ１８に貯留され、ゴミ焼却原料投入機（プッシャー等）２０によりストーカ式ゴミ焼却炉１０内へ切り出し投入される。上述したように、炉内に投入されるゴミをカロリーで一定にすることは不可能であり、焼却炉での燃焼変動は避けられない。
下水処理場から運搬された乾燥汚泥は、乾燥汚泥サイロ２６に一旦貯留された後、乾燥汚泥切り出し機（ロータリーバルブ等）２８によって定量切り出しされて、乾燥汚泥空送ブロワ３０によって空気輸送されてストーカ式ゴミ焼却炉１０の２次燃焼部１２に投入される。
【００１５】
２次燃焼部１２に投入された乾燥汚泥は、２次燃焼用空気ノズル１４から吹き込まれる２次燃焼空気とともに２次燃焼部１２で燃焼してガス温度を上昇させ、燃焼排ガスを完全燃焼させる。本発明では、従来のダイオキシン抑制法におけるＬＮＧ等の代わりに、乾燥汚泥を利用しており、ダイオキシン類の発生抑制には同様の効果が認められる。また、下水汚泥の混焼にも適したシステムとなる。
他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）　ストーカ炉等の廃棄物焼却炉のダイオキシン対策として行われている２次燃焼部の攪拌、加熱において、２次燃焼空気とＬＮＧ等の燃料ではなく、燃料として乾燥汚泥の炭化熱分解ガス又は乾燥汚泥そのものを利用することにより、ダイオキシン類の発生が抑制できると同時に、従来は受け入れられなかった下水汚泥が受け入れ可能となり、下水汚泥の混焼が可能となる。
（２）　２次燃焼部以降の炉出口温度、排ガスＣＯ濃度といった燃焼の指標となる信号によって、乾燥汚泥の炭化熱分解ガス又は乾燥汚泥の投入量等を制御することにより、負荷変動の少ない焼却が可能になる。このことは空気比低下による未燃の有害ガス発生を低減するだけでなく、炉耐火材の劣化を低減することにも寄与する。
（３）　本発明の乾燥汚泥熱分解装置は、乾燥汚泥が原料となる内燃式旋回炭化炉であって、熱分解ガスを得るのに適しており、安価、単純な構造、操作性に優れた設備である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第１形態における乾燥汚泥熱分解装置を示す概略構成説明図である。
【図３】図２に示す装置を上から見た概略構成の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の第２形態による乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図５】従来の廃棄物焼却炉の一例を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０　ストーカ式ゴミ焼却炉
１２　２次燃焼部
１４　２次燃焼用空気ノズル
１６　２次燃焼部ＬＮＧ投入ノズル
１８　ホッパ
２０　ゴミ焼却原料投入機
２２　炉出口温度計
２４　炉出口ＣＯ濃度計
２６　乾燥汚泥サイロ
２８　乾燥汚泥切り出し機
３０　乾燥汚泥空送ブロワ
３２　内燃式旋回炭化炉
３４　炭化バーナー
３６　炭化物排出機
３８　炭化熱分解ガス投入配管
４０　熱分解ガス吹き込み口
４２　炭化炉本体
４４　原料投入口
４６　熱分解ガス排出配管

Claims

廃棄物焼却炉の２次燃焼部に乾燥汚泥の熱分解ガスを空気とともに導入し、焼却炉で発生した燃焼排ガスと混合してガスを攪拌するとともに、熱分解ガス中の有機分が燃焼する温度上昇により燃焼排ガスを完全燃焼させることを特徴とする乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法。
乾燥汚泥を原料とする内燃式の炭化炉で熱分解ガスを得る請求項１記載の乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法。
廃棄物焼却炉の２次燃焼部に乾燥汚泥を空気とともに導入し、焼却炉で発生した燃焼排ガスと混合してガスを攪拌するとともに、乾燥汚泥中の有機分が燃焼する温度上昇により燃焼排ガスを完全燃焼させることを特徴とする乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法。
廃棄物焼却炉の排ガス温度及び／又は排ガスＣＯ濃度により、乾燥汚泥熱分解ガス又は乾燥汚泥の焼却炉の２次燃焼部への投入量を制御し、廃棄物焼却炉の負荷変動を抑制する請求項１、２又は３記載の乾燥汚泥を利用する廃棄物焼却炉の運転方法。
略円筒縦型の炭化炉本体に空気搬送された乾燥汚泥が投入される原料投入口が炉本体横断面の略接線方向に接続され、乾燥汚泥が空気とともに炭化炉内に旋回しながら投入されるようにし、バーナーノズルから噴射される炎が炭化炉内に起こる旋回流と同じ向きとなるようにバーナーが炉本体横断面の略接線方向に接続され、炭化炉内で乾燥汚泥が旋回流を形成しながら炭化・熱分解されるようにし、炭化炉本体の底部に炭化物を抜き出す炭化物排出手段が設けられ、炉本体の上部に熱分解ガスを排出する熱分解ガス排出配管が接続されてなることを特徴とする乾燥汚泥熱分解装置。