JP2004195361A - 肉骨粉等のバイオマス系廃棄物を燃料とする灰溶融・有効利用設備 - Google Patents

Abstract

【課題】温室効果ガスの量を大幅に低減すると共に肉骨粉内のプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅可能でかつ比較的小型の灰溶融システムを提供する。
【解決手段】溶融炉と、該溶融炉内に肉骨粉を供給する肉骨粉供給部とを具備し、前記肉骨粉を前記溶融炉内において１０００℃以上に加熱することにより、前記肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅させるようにした溶融システムが提供される。さらに溶融炉と、焼却物を焼却して生ずる焼却灰を前記溶融炉内に供給するための焼却灰供給部と、肉骨粉を前記溶融炉内に供給するための肉骨粉供給部とを具備し、該肉骨粉供給部からの肉骨粉を燃料として使用することにより前記焼却灰を溶融するようにした溶融システムが提供される。さらに、結晶化コンベヤまたは水槽を具備することにより、溶融スラグを結晶化スラグまたは水砕スラグとして再利用できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰、例えば下水汚泥焼却灰などの溶融システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に下水汚泥を処理する際には下水汚泥を焼却炉において焼却することにより焼却灰を生成した後に、この焼却灰を灰溶融炉において溶融している。図２（ａ）は例えば特願平１１−１１６１９６号に示されるような従来技術における灰溶融システムの略図である。図２（ａ）に示されるように従来技術の灰溶融システム１００においては灰ホッパ１１０に投入された焼却灰が灰供給器１１１によって溶融炉１２０に供給される。下水汚泥から得られた焼却灰は可燃物をほとんど含んでいないので、化石燃料、例えば重油Ａを溶融炉１２０内に供給する。重油Ａを供給することにより焼却灰を約１４００℃から約１６００℃で溶融できる。溶融炉１２０から発生した排ガスは排ガス処理設備１７０を通過してファンにより煙突１８０から排出される。また溶融スラグは結晶化コンベヤ１９０において結晶化され、結晶化スラグとなる。
【０００３】
従来技術の灰溶融システム１００においては化石燃料、例えば重油Ａの消費量を少なくするために塩基度調整設備１５０を設置して融点を下げることが行われている。塩基度調整設備１５０は石灰ホッパ１５１および珪砂ホッパ１５２を含んでおり、石灰ホッパ１５１からの石灰（ＣａＯ）および珪砂ホッパ１５２からの珪砂（ＳｉＯ₂）を塩基度調整剤すなわち溶融助剤として溶融炉１２０に供給している。塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１程度になるようにＣａＯおよびＳｉＯ₂を供給するのが好ましく、それにより溶融炉１２０内の温度を良好に下げられる。従って、結果的に化石燃料消費量を低減できる。また従来技術の灰溶融システム１００は熱回収設備１３０も有している。熱回収設備１３０においては空気を溶融炉１２０からの排ガスの熱（約９００℃）により予熱した後に溶融炉１２０内に供給している。これにより予め加熱された空気を溶融炉１２０内に供給するので、熱効率を高めることができる。
【０００４】
一方、肉骨粉は狂牛病の原因とされるプリオンを含む場合があるので、従来技術において肉骨粉は図２（ｂ）に示すように処理されている。肉骨粉は化石燃料、例えば重油および／または下水汚泥と共に焼却炉２００内に供給されて、約８５０℃で加熱される。次いで廃熱回収設備２１０において約２５０℃まで低温された後に、排ガス処理設備２２０において排ガスと焼却灰とに分離される。図２（ｂ）に示されるように排ガスは煙突２３０から排出され、焼却灰は埋め立て処分されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特願平１１−１１６１９６号に示されるような従来技術の灰溶融システムにおいては化石燃料を必要とするので運転費用が増すと共に、化石燃料の燃焼に基づく温室効果ガス、すなわちＣＯ₂が大量に排出されるという問題があった。また熱回収設備においては灰溶融システムから排出されうる溶融飛灰は付着性であるので溶融飛灰が熱回収設備を閉塞させる可能性がある。さらに塩基度調整設備からＣａＯおよびＳｉＯ₂を灰溶融炉内に投入するので廃棄物の量が投入される焼却灰の量よりも大幅に増大する場合があり、塩基度調整設備により溶融炉内の融点を調整するときにはタイムラグが生じるので融点を迅速に調整するのは困難である。さらにこれら熱回収設備および塩基度調整設備を設置することにより灰溶融システム全体が大型化すると共に、これらの制御を伴うために灰溶融システム全体の制御が複雑になる。
【０００６】
一方、肉骨粉を焼却する際には焼却炉内において肉骨粉が浮遊する場合があり、このような場合には肉骨粉内に含まれうるプリオンを完全に死滅させることはできない。また近年の研究ではプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅させるためには肉骨粉を１０００℃以上の高温下で加熱する必要があるという報告もなされているが、このような温度条件を通常の焼却炉において形成するのは困難である。さらに、焼却された肉骨粉は通常は単に埋め立てられているが、狂牛病の感染力を消滅させた後に肉骨粉を他の用途に利用できるようにするのが好ましい。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、温室効果ガスの量を大幅に低減すると共に肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅可能でかつ比較的小型の溶融システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、溶融炉と、該溶融炉内に肉骨粉を供給する肉骨粉供給部とを具備し、前記肉骨粉を前記溶融炉内において１０００℃以上に加熱することにより、前記肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅させるようにした溶融システムが提供される。
【０００９】
すなわち請求項１に記載の発明によって、溶融炉内において肉骨粉を高温で処置できるので、肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を確実に消滅させられ、結果的に肉骨粉を有効利用可能な状態にすることができる。本願明細書におけるプリオンは反芻動物等由来タンパク質、すなわち牛、鹿、羊、キリンなどの反芻動物とミンクとに由来するタンパク質の一種である。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、溶融炉と、焼却物を焼却して生ずる焼却灰を前記溶融炉内に供給するための焼却灰供給部と、バイオマス燃料を前記溶融炉内に供給するためのバイオマス燃料供給部とを具備し、該バイオマス燃料供給部からのバイオマス燃料を燃料として使用することにより前記焼却灰を溶融するようにした溶融システムが提供される。
【００１１】
すなわち請求項２に記載の発明によって、肉骨粉を燃料として使用しているので、化石燃料、例えば重油を使用する必要がなくなる。バイオマス燃料、例えば肉骨粉の燃焼時に生ずるＣＯ₂は温室効果ガスにはカウントされないので、結果的に温室効果ガスの量を大幅に低減することができる。さらにバイオマス燃料、例えば肉骨粉内に多量に含まれるＣａＯが塩基度調整剤としての役目を果たすので塩基度調整設備のうちの少なくとも石灰ホッパを排除できると共に、溶融炉内温度を高める際には燃料としてのバイオマス燃料を溶融炉内に単に追加投入すれば足りるので熱回収設備を排除することも可能となる。従って、請求項２に記載の発明によって、バイオマス燃料として肉骨粉を使用する場合には、肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅可能であると共に比較的小型の溶融システムを提供することができる。バイオマス燃料として牛脂、骨油などを採用することもできる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、さらに、前記溶融炉内に酸素を供給する酸素供給部を具備する。
すなわち請求項３に記載の発明によって、溶融炉内に供給されるバイオマス燃料、例えば肉骨粉の量に応じて酸素を溶融炉内に供給できるので、溶融炉内の温度を容易かつ迅速に調整することができる。酸素供給部は一般的なファンでもよく、また酸素を発生できる酸素製造装置であってもよい。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、さらに、前記溶融炉において生じる溶融スラグを結晶化するための結晶化コンベヤまたは前記溶融スラグを水砕スラグにするための水槽を具備する。
すなわち請求項４に記載の発明によって、バイオマス燃料、例えば肉骨粉からの溶融スラグを結晶化スラグまたは水砕スラグとして有効利用することができる。結晶化コンベヤを採用する場合には結晶化度を上げられるので結晶化スラグの機械的強度が高まり、路板材として使用することができる。また水槽を採用する場合には水砕スラグをセメント、砂の代替品、人工骨材または生分解性の骨誘導再生膜などに使用することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、さらに、前記溶融炉からの排ガスを冷却するための排ガス冷却部および集塵部を具備する。
すなわち請求項５に記載の発明によって、排ガス冷却部により冷却された排ガスを集塵部において集塵することにより清浄化された排ガスを排出することができる。集塵部により集塵された粉塵は燃焼炉内に再び供給するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく溶融システムの略図である。図１に示されるように、溶融システム１０は二次燃焼室２２を備えた溶融炉２１を有している。溶融システム１０はさらに肉骨粉ホッパ３０を有しており、図１内の矢印で示されるように肉骨粉が肉骨粉ホッパ３０内に投入される。本出願における肉骨粉は反芻動物等由来タンパク質、すなわち牛、鹿、羊、キリンなどの反芻動物とミンクとに由来するタンパク質、例えばプリオンを含みうる。肉骨粉ホッパ３０内の肉骨粉は肉骨粉供給部３１によって溶融炉２１の供給口２４に通されて溶融炉２１内に供給される。
【００１６】
一方、図１に示されるように下水汚泥が焼却炉１１内において約８５０℃で焼却される。次いで廃熱回収設備１２において温度を約２５０℃に低減化した後に、集塵部を含む排ガス処理設備１３において排ガスと焼却灰とが分離する。ここで、廃熱回収設備１２としては廃熱ボイラを設置することが好ましい。廃熱ボイラを設置することで、溶融排ガスから廃熱を回収することができる。排ガスはファン１８によって煙突１９から排出される。焼却灰は灰ホッパ１４内に投入され、次いで焼却灰は灰供給部１５によって溶融炉２１の供給口２５に通されて溶融炉２１内に供給される。
【００１７】
溶融炉２１内に供給される焼却灰１ｋｇ当たりの熱量がほぼ０Ｊであるのに対し、肉骨粉１ｋｇ当たりの熱量は約２００００ｋＪ（約４８００ｋｃａｌ）以上であり、また肉骨粉内の可燃分は約８６．７％である。従って、化石燃料、例えば重油の代わりに肉骨粉を燃料として使用し、焼却灰を溶融させることができる。例えば溶融炉２１内に投入される肉骨粉の重量が焼却灰の重量の半分よりも多い場合には、化石燃料を使用することなしに、自燃させられる。本発明に基づく溶融システム１０おいては、肉骨粉を燃料として使用できるので、化石燃料、例えば重油を使用する必要がない。また、バイオマス燃料、例えば肉骨粉の燃焼時に生ずるＣＯ₂は温室効果ガスには含まれないので、結果的に温室効果ガスの量を大幅に低減することができる。また肉骨粉は主に約４２．２％のＣａＯと３８．０％のＰ₂Ｏ₅（酸化物換算）とを含んでいる。溶融炉２１内の温度は約１０００℃以上、例えば約１４００℃から約１８００℃であるので、肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅することができる。また溶融炉２１内の温度は、１６７０℃以上であるのが好ましい。この場合には溶融炉２１内の温度がＣａとＰとから合成されうるリン酸カルシウムの融点よりも高くなるので、肉骨粉を確実に溶融させることができる。
【００１８】
図１に示されるように溶融炉２１内において溶融スラグとなった焼却灰および肉骨粉は結晶化コンベヤ６１上に搬送されて、結晶化される。溶融スラグを結晶化させるためには溶融スラグを８００℃以上で保持する必要がある。結晶化コンベヤ６１は加熱バーナ（図示しない）を有しており、溶融スラグが８００℃以下の温度まで空冷されうる場合には加熱バーナ（図示しない）により溶融スラグを適切に加熱している。結晶化により機械的強度が高まるので、結晶化スラグを路板材として使用することができる。また、結晶化コンベヤ６１を排除して、溶融炉２１内の溶融スラグを水槽（図示しない）内に投入することにより水砕スラグを形成してもよい。この場合には、水砕スラグをセメント、砂の代替品、人工骨材または生分解性の骨誘導再生膜に使用することができる。さらに結晶化コンベヤ６１を排除して、溶融炉２１内の溶融スラグをコンベヤ（図示しない）上で１時間から４時間、好ましくは２時間程度放冷し、除冷（または空冷）スラグを形成してもよい。この場合には除冷（または空冷）スラグを石垣裏込砕石、すなわち、ぐり石として利用することができる。
【００１９】
また溶融炉２１の上方に位置する二次燃焼室２２において燃焼した肉骨粉および焼却灰からの排ガスは約９００℃の温度でガス冷却塔５１まで排出される。ガス冷却塔５１内においては冷却水源５３からの冷却水が供給されるので、排ガスの温度は約２００℃まで低下する。次いで排ガスは集塵部５２において集塵された後にファン５４により煙突１９まで供給され、この煙突１９から排出される。当然のことながら、集塵部５２により集塵された粉塵を燃焼炉２１内に再び供給するようにしてもよい。
【００２０】
図１に示されるように本発明に基づく溶融システム１０は酸素を発生させる酸素製造部４１および／または空気ファン４２を含みうる。これら酸素製造部４１および空気ファン４２はそれぞれ弁を含む圧力調節部４３、４４を介して溶融炉２１および二次燃焼室２２に接続されており、酸素を溶融炉２１内に供給することができる。これら酸素製造部４１および空気ファン４２は演算部４０、例えばコンピュータに接続されており、さらに演算部４０は肉骨粉ホッパ３０に接続された供給量制御部３２に接続されている。従って、本発明においては溶融炉２１内に供給される肉骨粉の量に応じて酸素を溶融炉内に供給でき、これにより溶融炉２１内の温度を容易かつ迅速に調整することができる。同様に二次燃焼室に空気を供給するための空気ファン２７も溶融炉２１に接続されている。さらに図１に示されるように溶融炉２１内の温度を計測する温度計を含む温度指示制御部２８も演算部４０に接続されている。従って、溶融炉２１内の温度に応じても肉骨粉ホッパ３０からの肉骨粉供給量を調節することができる。また監視カメラ２３、例えば赤外カメラを設置することにより、溶融炉内の溶融状態を監視できるようにしても良い。
【００２１】
さらに図１に示されるように、二次燃焼室２２から流出した排ガスの圧力を測定する圧力計を含む圧力指示制御部５７が、集塵部５２とファン５４との間に位置決めされた弁を含む圧力調節部５８に接続されている。従って圧力指示制御部５７により検出された圧力に応じて圧力調節部５８により弁を調節することができる。さらに集塵部５２内に進入する排ガスの温度を計測する温度計を含む温度指示制御部５５がガス冷却塔５１と集塵部５２との間に位置決めされている。この温度指示制御部５５は冷却水源５３の弁を含む圧力調節部５６に接続されており、温度指示制御部５５の温度に応じて冷却水の流量を調整できる。
【００２２】
前述したように肉骨粉内にはＣａＯが比較的多量（４２．２％）に含まれている。本発明に基づく溶融システム１０においてはＣａＯは塩基度調整剤としての役目を果たすので塩基度調整設備のうちの少なくとも石灰ホッパ（石灰供給部）を排除できる。さらに、本発明に基づく溶融システム１０においては、肉骨粉を溶融炉２１内に単に追加投入することにより、溶融炉２１内の温度を容易に高めることができるので、熱回収設備を設ける必要はない。すなわち予熱されていない空気が溶融炉２１または二次燃焼室２２内に供給されて溶融炉２１または二次燃焼室２２内の温度が低下した場合であっても、燃料としての肉骨粉を追加投入すれば温度を容易に高めることができる。従って、本発明によって、比較的小型の溶融システムを提供でき、結果的に溶融システム１０全体の制御を簡易にすることができる。
【００２３】
本発明の別の実施形態においては下水汚泥からの焼却灰に関連づけられる焼却炉１１、廃熱回収設備１２、排ガス処理設備１３、灰ホッパ１４、灰供給部１５およびファン１８を排除することができる。この場合には焼却灰を溶融炉内に投入することなしに、肉骨粉のみを溶融させる。前述したように溶融炉２１内の温度は約１０００℃以上、例えば約１４００℃から約１８００℃であるので、本実施形態においても肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅することができる。また溶融炉２１内の温度は、１６７０℃以上であるのが好ましく、この場合には溶融炉２１内の温度がＣａとＰとから合成されうるリン酸カルシウムの融点よりも高くなるので、肉骨粉を確実に溶融させることができる。従って、本実施形態においても、肉骨粉内のプリオンによる感染力を消滅させられると共に溶融スラグを結晶化スラグまたは水砕スラグとして再利用できる。
【００２４】
当然のことながら、本発明において重油を適宜使用することにより肉骨粉および／または焼却灰の溶融を促進すること、肉骨粉を焼却炉１１において焼却灰とした後に溶融炉２１内に供給すること、および肉骨粉以外のバイオマス燃料、例えば牛脂および骨油などを使用することが本発明の範囲に含まれるのは明らかである。
【００２５】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、溶融炉内において肉骨粉を高温で処理できるので、肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を確実に消滅させられ、結果的に肉骨粉を有効利用可能な状態にすることができるという共通の効果を奏しうる。
【００２６】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、温室効果ガスの量を大幅に低減すると共にバイオマス燃料、例えば肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅可能でかつ比較的小型の溶融システムを提供することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、溶融炉内の温度を容易かつ迅速に調整することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、バイオマス燃料、例えば肉骨粉からの溶融スラグを結晶化スラグまたは水砕スラグとして有効利用することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項５に記載の発明によれば、排ガス冷却部により冷却された排ガスを集塵部において集塵することにより清浄化された排ガスを排出することができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく溶融システムの略図である。
【図２】（ａ）従来技術における灰溶融システムの略図である。
（ｂ）従来技術の肉骨粉を処理する状態を示す略図である。
【符号の説明】
１０…溶融システム
１１…焼却炉
１２…廃熱回収設備
１３…排ガス処理設備
１４…灰ホッパ
１５…灰供給部
１８…ファン
１９…煙突
２１…溶融炉
２２…二次燃焼室
２３…監視カメラ
２４…供給口
２５…供給口
２７…空気ファン
２８…温度指示制御部
３０…肉骨粉ホッパ
３１…肉骨粉供給部
３２…供給量制御部
４０…演算部
４１…酸素製造部
４２…空気ファン
４３…圧力調節部
５１…ガス冷却塔
５２…集塵部
５３…冷却水源
５４…ファン
５５…温度指示制御部
５６…圧力調節部
５７…圧力指示制御部
５８…圧力調節部
６１…結晶化コンベヤ

Claims (5)

1. 溶融炉と、該溶融炉内に肉骨粉を供給する肉骨粉供給部とを具備し、前記肉骨粉を前記溶融炉内において１０００℃以上に加熱することにより、前記肉骨粉内に含まれうるプリオンに基づく狂牛病の感染力を消滅させるようにした溶融システム。
2. 溶融炉と、焼却物を焼却して生ずる焼却灰を前記溶融炉内に供給するための焼却灰供給部と、バイオマス燃料を前記溶融炉内に供給するためのバイオマス燃料供給部とを具備し、該バイオマス燃料供給部からのバイオマス燃料を燃料として使用することにより前記焼却灰を溶融するようにした溶融システム。
3. さらに、前記溶融炉内に酸素を供給する酸素供給部を具備する請求項１または２に記載の溶融システム。
4. さらに、前記溶融炉において生じる溶融スラグを結晶化するための結晶化コンベヤまたは前記溶融スラグを水砕スラグにするための水槽を具備する請求項１から３のいずれか一項に記載の溶融システム。
5. さらに、前記溶融炉からの排ガスを冷却するための排ガス冷却部および集塵部を具備する請求項１から４のいずれか一項に記載の溶融システム。

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