JP2004219028A - 酸性ガスの発生を伴う被処理物の処理方法及び処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内温度の制御の容易化を図ると共に、酸性ガスの中和処理の効率化を図ることを可能とする被処理物の処理方法及び処理設備を提供する。
【解決手段】炉１２内での処理により酸性ガスの発生を伴う被処理物の処理方法である。この方法では、被処理物を処理している炉１２内に、石灰石３８を加熱し焼成された直後の生石灰を投入する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉内での処理により酸性ガスの発生を伴う被処理物の処理方法及び処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥等の被処理物を焼却処理するに際しては、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩化水素等を含有する酸性ガスが発生する。この酸性ガスは人体のみならず地球環境にとっても有害であるため、排ガス中の酸性ガスを中和する必要がある。
【０００３】
酸性ガスを中和するための手法として、従来より、焼却炉内に直接アルカリ性カルシウム系化合物を投入することが行われる。例えば、特許文献１には、循環流動床炉により被処理物を焼却処理するに際し、団塊状の石灰石や消石灰、あるいは生石灰を炉内に直接投入して酸性ガスを中和処理する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３０６３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、団塊状の消石灰や生石灰を炉内に直接投入すると、炉内温度の低下を招いて炉内温度の制御が難しくなると共に、酸性ガスの中和処理の効率も悪いという問題があった。
【０００６】
特に、団塊状の石灰石を炉内に直接投入するときには、石灰石が生石灰と二酸化炭素に分解するときに多大な熱量を奪うため、炉内温度の低下は一層大きく、炉内温度の制御がより難しくなると共に、酸性ガスの中和処理の効率低下もより著しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために為されたものであり、炉内温度の制御の容易化を図ると共に、酸性ガスの中和処理の効率化を図ることを可能とする被処理物の処理方法及び処理設備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】
本発明に係る被処理物の処理方法は、炉内での処理により酸性ガスの発生を伴う被処理物の処理方法であって、被処理物を処理している炉内に、石灰石を加熱し焼成された直後の生石灰を投入することを特徴とする。
【０００９】
この処理方法によれば、石灰石を加熱し焼成された直後の生石灰を炉内に投入することで、炉内温度の低下が抑制されて炉内温度の制御の容易化が図られる。また、焼成された直後の生石灰はイオン化されており、このような反応性の高い生石灰を投入することで、酸性ガスとの中和反応が早くなって、中和処理の効率化が図られる。
【００１０】
本発明に係る被処理物の処理設備は、被処理物の処理を行うための炉と、石灰石を加熱し、生石灰を焼成するための焼成装置と、炉と焼成装置とを繋ぎ、焼成された直後の生石灰を炉内に供給するための供給路と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この処理設備によれば、焼成装置において石灰石を加熱し焼成した直後の生石灰を、供給路を通して炉内に投入することができる。よって、炉内温度の低下が抑制されて炉内温度の制御の容易化が図られる。また、焼成された直後の生石灰はイオン化されており、このような反応性の高い生石灰を投入することで、炉内で被処理物の処理に伴い発生する酸性ガスとの中和反応が早くなって、中和処理の効率化が図られる。
【００１２】
本発明に係る被処理物の処理設備では、焼成装置は粉体熔融用バーナを含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、粉体熔融用バーナは非常に高温のフレームを生成することができ、フレーム中に石灰石を直接供給することで、フレーム中で石灰石から生石灰を焼成するための反応を起すことが可能であるため、焼成のためのスペースを小さくすることができる。
【００１３】
本発明に係る被処理物の処理設備では、炉内への被処理物の投入量に合わせて生石灰の供給量を制御する制御装置を備えることを特徴としてもよい。このようにすれば、酸性ガスの発生量に応じて適量の生石灰を炉内に供給することが可能となり、生石灰の供給量の著しい過不足を無くして安定した処理を行うことが可能となる。
【００１４】
本発明に係る被処理物の処理設備では、炉は被処理物を焼却処理するための流動床炉を含むことを特徴としてもよい。本発明は、流動床炉での被処理物の焼却処理に好適である。
【００１５】
本発明に係る被処理物の処理設備では、焼成装置は石灰石を加熱するためのバーナを有し、バーナは炉内の昇温にも利用可能であることを特徴としてもよい。流動床炉は、一般に炉内の昇温のためのバーナを必要とするが、このように焼成装置のバーナに炉内の昇温のためのバーナを兼用させることで、装置構成の簡略化及び製造コストの抑制が図られる。
【００１６】
本発明に係る被処理物の処理設備では、焼成装置は石灰石を加熱するためのバーナを有し、バーナは炉内の助燃にも利用可能であることを特徴としてもよい。流動床炉は、一般に炉内の助燃のためのバーナを必要とするが、このように焼成装置のバーナに炉内の助燃のためのバーナを兼用させることで、装置構成の簡略化及び製造コストの抑制が図られる。
【００１７】
本発明に係る被処理物の処理方法は、炉内での処理により酸性ガスの発生を伴う被処理物の処理方法であって、被処理物を処理している炉内に、イオン化された生石灰を投入することを特徴とする。
【００１８】
この処理方法は、イオン化された生石灰を炉内に投入するものであり、このようにイオン化された状態で生石灰は高温であるため、炉内温度の低下が抑制されて、炉内温度の制御の容易化が図られると共に、酸性ガスとの中和反応も早くなって、中和処理の効率化が図られる。
【００１９】
【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について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る被処理物の処理設備として、都市ゴミや下水汚泥等の廃棄物の焼却設備の構成を示す図である。図１に示すように、この焼却設備１０は、焼却炉１２と焼成装置１４と供給路１６とを備えている。
【００２１】
焼却炉１２は、廃棄物を焼却処理するための気泡式流動床炉である。この焼却炉１２は、外形が縦型円筒状をなし、空気供給部１８と燃焼部２０とを有している。空気供給部１８は、焼却炉１２の最下部に設けられており、炉外に延びる一次空気導入口２２から導入された空気を燃焼部２０に供給する。
【００２２】
燃焼部２０は、空気供給部１８上に設けられており、流動床部２４とフリーボード部２６とを有している。流動床部２４は、砂や灰等の流動媒体を含んでいる。この流動媒体は、一次空気導入ライン２２を通して空気供給部１８から導入された空気により流動され、流動床を構成する。流動床部２４の側壁には、助燃バーナ２８が設けられている。この助燃バーナ２８は、流動床部２４での廃棄物の乾燥や燃焼に十分な温度を確保することができないときに補助的に用いられる。この流動床部２４の下方には、不燃物を排出するための不燃物排出ライン３０が接続されている。この不燃物排出ライン３０は、空気供給部１８で外側を冷却されて焼却炉１２外に引き出されている。
【００２３】
フリーボード部２６は、流動床部２４の上部に設けられている。フリーボード部２６では、流動床部２４での燃焼が不十分な未燃分が燃焼される。このフリーボード部２６の側壁には、廃棄物を投入するための投入口３２が設けられている。またフリーボード部２６の上壁には、廃棄物の焼却処理により生じた排気ガスを排出するための排気口３４が設けられている。
【００２４】
焼成装置１４は、バーナ３６により石灰石３８を加熱して生石灰を焼成するための焼成炉４０と、石灰石３８を貯留するための貯留槽４２と、貯留槽４２から石灰石３８を切り出すためのロータリーバルブ等の切り出し機４４と、切り出し機４４により切り出された石灰石３８を焼成炉４０に定量的に供給するための定量供給装置４６と、を有している。
【００２５】
供給路１６は、焼却炉１２と焼成装置１４とを繋いでいる。より詳細には、供給路１６は焼成装置１４の焼成炉４０と焼却炉１２のフリーボード部２６とを繋いでいる。従って、焼成装置１４において焼成された直後の生石灰を焼却炉１２内に直接供給可能となっている。なお、焼成装置１２の焼成炉４０内に石灰石３８が供給されていない状態でバーナ３６を燃焼させることで、供給路１６を通して焼却炉１２内に熱風を導入して焼却炉１２内を昇温させることが可能である。一般に、流動床炉は炉内の昇温のためのバーナを必要とするが、このように焼成装置１４のバーナ３６に焼却炉１２内の昇温のためのバーナを兼用させることで、装置構成の簡略化及び製造コストの抑制が図られている。
【００２６】
次に、上記した構成の焼却設備１０を利用した本実施形態に係る廃棄物の焼却方法について説明する。
【００２７】
まず、定量供給装置４６から焼成炉４０内に石灰石３８が供給されていない状態で、バーナ３６を燃焼させて供給路１６を通して焼却炉１２内に熱風を導入し、焼却炉１２内をフリーボード部２６の温度で８００〜８５０℃程度に昇温させる。それと同時に、一次空気導入ライン２２を通して空気供給部１８から流動床部２４に空気を導入し、流動媒体を流動化させ、流動床部２４を６５０〜７５０℃に昇温させる。
【００２８】
次に、投入口３２から焼却炉１２内への廃棄物の投入を開始する。投入口３２から投入された廃棄物は流動床部２４に落下し、乾燥され燃焼されて焼却処理される。流動床部２４での未燃分は、フリーボード部２６で燃焼される。不燃物は、不燃物排出ライン３０から焼却炉１２外へ排出される。なお、流動床部２４での廃棄物の乾燥や燃焼に十分な温度を確保することができないときは、助燃バーナ２８を燃焼させて流動床部２４を昇温させる。
【００２９】
ここで、廃棄物を焼却処理するに際しては、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩化水素等を含有する酸性ガスが発生する。酸性ガスは、人体のみならず地球環境にとって有害であるため、酸性ガスを中和処理する必要がある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、投入口３２から廃棄物の投入が開始された後、定量供給装置４６により焼成炉４０への石灰石３８の供給を開始する。そして、バーナ３６により焼成炉４０内を約９００℃以上に昇温させ、石灰石３８を加熱焼成して生石灰と二酸化炭素に分解させる。そして、焼成炉４０内で焼成された直後の生石灰を、高温ガスと共に供給路１６を通して焼却炉１２内に連続的に供給する。
【００３１】
ここで、焼成された直後の生石灰は熱分解により、
【数１】

といった具合に平衡状態にあってイオン化されている。ここで、本明細書では、このように平衡状態にある生石灰を「イオン化された生石灰」ということにする。一般に、酸性ガスである亜硫酸ガス（ＳＯ_２）と生石灰との中和反応は約５００℃で生起するものであり、９００℃以上の温度で焼成されイオン化されて反応性の高い生石灰を焼却炉１２内に直接投入することで、酸性ガスとの中和反応が促進されて、中和処理の効率化が図られる。また、焼却炉１２内の温度の低下も抑制されて、炉内温度の制御の容易化が図られる。
【００３２】
そして、酸性ガスの中和処理が施された排気ガスは、排気口３４を通して系外に排出される。
【００３３】
以上、本実施形態では、石灰石３８を焼成して生成された直後の生石灰を焼却炉１２内に供給するようにしている。従来のように、石灰石を焼却炉内に直接投入する方法では、炉内の温度が常時９００℃以上に保持されている必要があり、また石灰石の投入により炉内温度の低下を来たすため、運転が非常に困難である。これに対し、本実施形態では、石灰石３８を焼成し生成された直後の生石灰を焼却炉１２内に供給することで、イオン化され反応性の高い生石灰により酸性ガスの中和処理の効率化を図り、更に炉内温度の低下を抑制して炉内温度の制御の容易化を図ることが可能となる。更に、安価に入手可能な石灰石を利用することで、ランニングコストの低減を図ることが可能となる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態で説明した要素と同一の要素には同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
【００３５】
図２は、第２実施形態に係る被処理物の処理設備として、都市ゴミや下水汚泥等の廃棄物の焼却設備の構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態に係る焼却設備５０は、生石灰を焼成するための焼成装置５２以外の構成は、上記した第１実施形態に係る焼却設備１０と同一であるため、焼成装置５２以外の構成についての説明は省略し、焼成装置５２の構成について説明する。
【００３６】
本実施形態に係る焼却設備５０が備える焼成装置５２は、粉体熔融バーナを有している。この粉体熔融バーナは、石灰石を供給するための石灰石供給口５４と、燃料（例えば、酸素、重油、ガス等）を供給するための燃料供給口５６と、空気を供給するための空気供給口５８と、燃焼により発生したフレームＦを案内するための筒部６０と、を含んでいる。石灰石供給口５４には、パウダー状の石灰石を連続的に供給可能な図示しない供給装置が接続されている。
【００３７】
この焼成装置５２は、筒部６０を介して供給路１６と連通されている。従って、焼成装置５２で焼成された生石灰は、供給路１６を通して焼却炉１２内に直接供給される。なお、この焼成装置５２は、焼却炉１２の側壁に筒部６０を介して直接取り付けることも可能であり、その場合は側壁に設けられた開口部分が生石灰を供給するための供給路１６として機能する。
【００３８】
この焼却設備５０では、焼成装置５２の燃料供給口５６及び空気供給口５８からそれぞれ供給された燃料及び空気を混合させ、燃焼させる。このとき、燃焼により生成されたフレームＦは、１５００℃程度の温度を達成することが可能である。従って、石灰石供給口５４からフレームＦ中にパウダー状の石灰石を供給し、フレームＦ中で生石灰を焼成する。そして、焼成された直後の生石灰を、供給路１６を通して焼却炉１２内に直接供給する。
【００３９】
なお、焼成装置５２のフレームＦ中に石灰石を供給していない状態でバーナを燃焼させることで、供給路１６を通して焼却炉１２内に熱風を導入して焼却炉１２内を昇温させることが可能である。このように焼成装置５２としての粉体熔融バーナに焼却炉１２内の昇温のためのバーナを兼用させることで、装置構成の簡略化及び製造コストの抑制が図られている。
【００４０】
本実施形態に係る焼却設備５０でも、焼成装置５２としての粉体熔融バーナのフレームＦ中で焼成され、イオン化されて反応性の高い生石灰を焼却炉１２内に直接投入することで、酸性ガスとの中和反応が促進されて、中和処理の効率化が図られる。また、焼却炉１２内の温度の低下も抑制されて、炉内温度の制御の容易化が図られる。更に、安価に入手可能な石灰石を利用することで、ランニングコストの低減が図られる。
【００４１】
特に、本実施形態では、フレームＦ中に石灰石を直接供給し、フレームＦ中で生石灰を焼成するための反応を起すことが可能であるため、第１実施形態で説明したような焼成炉（図１の４０）を必要とせず、焼成のためのスペースを小さくすることが可能となって、装置構成のコンパクト化が図られる。
【００４２】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記した第１実施形態では、焼成装置１４のバーナ３６を炉内の昇温のために兼用（昇温バーナとの兼用）する場合について説明したが、図３に示すように、焼成装置１４のバーナ３６を炉内の助燃のために兼用（助燃バーナとの兼用）するようして焼却設備７０を構成してもよい。一般に、流動床炉は炉内の助燃のためのバーナを必要とするが、このように焼成装置１４のバーナ３６に炉内の助燃のためのバーナを兼用させることで、装置構成の簡略化及び製造コストの抑制が図られる。なお、この場合は、図３に示すように、フリーボード部２６の側壁に昇温バーナ４８が別途設けられる。
【００４３】
また、図４に示すように、焼却設備８０は、焼却炉１２内への廃棄物の投入量に合わせて生石灰の供給量を制御する制御装置８２を備えてもよい。この制御装置８２は、投入口３２からの廃棄物の投入量を検出し、この検出量に基づいて定量供給装置４６による石灰石３８の供給量を制御し、曳いては焼却炉１２への生石灰の供給量を制御する。このようにすれば、酸性ガスの発生量に応じて適量の生石灰を焼却炉１２内に供給することが可能となり、焼却炉１２内への生石灰の供給量の著しい過不足を無くすことが可能となる。
【００４４】
また、上記した実施形態では、焼却設備１０，５０，７０，８０として気泡式の流動床炉を備える場合の焼却処理について説明したが、炉の形態はこれに限定されることなく、循環式の流動床炉を備える場合の焼却処理にも本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００４５】
また、上記した実施形態では、下水汚泥等の廃棄物の焼却処理について説明したが、これに限定されること無く、炉内での被処理物の処理に酸性ガスの発生を伴う場合に広く適用することができる。例えば、ボイラー等において、炉内で燃料を燃焼させることで酸性ガスの発生を伴う場合にも本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、炉内温度の制御の容易化を図ると共に、酸性ガスの中和処理の効率化を図ることを可能とする被処理物の処理方法及び処理設備が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る廃棄物の焼却設備の構成を示す図である。
【図２】第２実施形態に係る廃棄物の焼却設備の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る廃棄物の焼却設備の変形例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る廃棄物の焼却設備の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０，５０，７０，８０…焼却設備、１２…焼却炉、１４，５２…焼成装置、１６…供給路、３６…バーナ、３８…石灰石、８２…制御装置。

Claims (8)

1. 炉内での処理により酸性ガスの発生を伴う被処理物の処理方法であって、
   前記被処理物を処理している前記炉内に、石灰石を加熱し焼成された直後の生石灰を投入することを特徴とする被処理物の処理方法。
2. 被処理物を処理するための炉と、
   石灰石を加熱し、生石灰を焼成するための焼成装置と、
   前記炉と前記焼成装置とを繋ぎ、焼成された直後の前記生石灰を該炉内に供給するための供給路と、
   を備えることを特徴とする被処理物の処理設備。
3. 前記焼成装置は粉体熔融用バーナを含むことを特徴とする請求項２に記載の被処理物の処理設備。
4. 前記炉内への前記被処理物の投入量に合わせて前記生石灰の供給量を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項２に記載の被処理物の処理設備。
5. 前記炉は前記被処理物を焼却処理するための流動床炉を含むことを特徴とする請求項２に記載の被処理物の処理設備。
6. 前記焼成装置は前記石灰石を加熱するためのバーナを有し、該バーナは前記炉内の昇温にも利用可能であることを特徴とする請求項５に記載の被処理物の処理設備。
7. 前記焼成装置は前記石灰石を加熱するためのバーナを有し、該バーナは前記炉内の助燃にも利用可能であることを特徴とする請求項５に記載の被処理物の処理設備。
8. 炉内での処理により酸性ガスの発生を伴う被処理物の処理方法であって、
   前記被処理物を処理している前記炉内に、イオン化された生石灰を投入することを特徴とする被処理物の処理方法。

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