JP2005098585A - 焼却灰の回収方法および焼却排ガス処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物の焼却灰を肥料として利用すべく回収すること。
【解決手段】 畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物を９００℃以上で焼却する焼却炉１と、焼却炉１の排ガス出口に煙道を介して接続された集塵器２と、集塵器２の排ガス出口に煙道を介して接続された廃熱回収装置（４）と、廃熱回収装置（４）から排出された排ガスを冷却する冷却装置５と、冷却装置５により冷却された排ガス中に反応助剤１８を添加して脱塩処理を行う脱塩処理装置とを備えることにより、塩素濃度およびダイオキシン類の濃度が小さい焼却灰が回収され、これを肥料として再利用することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物の焼却排ガスから焼却灰を回収する方法および焼却排ガスの処理システムに関する。

一般に、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物の処理方法としては、まず、これらの廃棄物を流動層などの焼却炉に投入して焼却し、焼却時に発生する焼却排ガスをボイラ、冷却塔などに順次導いて、例えば２５０℃に冷却した後、消石灰などの反応助剤を添加してバグフィルタのバグ表面で脱塩処理等を行うことにより、焼却排ガスを浄化することが行われている。

ところで、廃棄物の焼却時においては、焼却排ガスと共に焼却灰が生成されるため、バグフィルタには反応済みの反応助剤と共に焼却飛灰が捕集される。また、焼却排ガスは、焼却炉からバグフィルタに至るまでにダイオキシン類が再生成される温度域（例えば、３００〜５００℃）を通過するため、焼却排ガスに同伴する焼却灰中にダイオキシン類が生成される。そのため、バグフィルタにより捕集された焼却灰は、反応助剤と共にキレート処理等で安定化された後、埋め立て処分が行われている。

これに対し、焼却灰を再利用する方法として、反応助剤を焼却灰から分離すると共に焼却灰中のダイオキシン類を低減する方法が検討されている。例えば、焼却炉出口から焼却排ガス温度が５００℃以上の範囲に集塵器を設け、ここにおいて焼却灰を捕集し、その後流側で焼却排ガスの脱塩処理を行う方法が提案されている（特許文献１参照。）。

この方法によれば、焼却灰は、反応済みの反応助剤と分離して捕集され、かつダイオキシン濃度を低減できるため、例えば水和反応により固化体を生成し、土木用資材、建築資材等に利用することができる。

特開平１１−２６７６０９号公報

ところで、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物の焼却灰は、リン、カリウム、窒素等の成分を含むため、肥料としての利用価値が高い。しかし、これらの焼却灰は上記成分以外に塩素分を含むため、焼却排ガス中に塩化水素が存在し、その結果、焼却灰中の塩素濃度が高くなる。そのため、焼却灰を肥料として利用する場合、塩素分が農作物に与える影響を考慮して、焼却灰中の塩素濃度を許容量以下に抑える必要がある。

しかし、上記の特許文献１に記載される方法によれば、捕集した焼却灰を肥料として利用する点について検討がされていないため、焼却灰の塩素濃度低減については、配慮がされていない。

本発明は、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物の焼却灰を肥料として利用すべく回収することを課題とする。

本発明者は、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物の焼却灰を肥料として利用すべく、焼却灰中の塩素濃度について詳細な検討を進めた結果、焼却炉から排出される焼却灰中の塩素濃度は、雰囲気温度と相関することを知見した。すなわち、焼却灰中の塩素の気化率は、雰囲気温度が８００℃未満では小さいが、８００℃から９００℃の温度域において急激に上昇し、９００℃以上で高い気化率が安定的に得られることを知見したことにより、本発明を完成させたものである。

かくして、本発明は、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物を９００℃以上で焼却し、焼却排ガス中の焼却灰を焼却排ガスから分離して捕集することを特徴とする。

すなわち、焼却炉の炉内温度を９００℃以上に保持することにより、畜糞尿や汚泥中に含まれる塩素分のほとんどが気化してガス相に移行するため、塩素分は例えば集塵器を通過し、塩素濃度が小さい焼却灰のみが捕集される。また、この温度域では焼却灰中にダイオキシン類が生成されない。そのため、焼却灰を肥料として有効利用することができる。

この場合において、焼却灰の分離捕集は、サイクロンセパレータまたはセラミックフィルタを用いて行うことが好ましい。また、廃棄物は、流動層炉で焼却することが好ましい。これによれば、上記廃棄物に混入する質量の大きい金属や瓦礫類などを炉底部から抜き出すことができるため、炉頂部から焼却排ガスに同伴して流出する焼却灰との分離が容易となり、焼却灰への金属、瓦礫類の混入を抑制することができる。

また、本発明の焼却排ガス処理システムは、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物を９００℃以上で焼却する焼却炉と、焼却炉の排ガス出口に煙道を介して接続された集塵器と、集塵器の排ガス出口に煙道を介して接続された廃熱回収装置と、廃熱回収装置から排出された排ガスを冷却する冷却装置と、冷却装置により冷却された排ガス中に反応助剤を添加して脱塩処理を行う脱塩処理装置とを備えることにより、上記課題を解決することができる。

本発明によれば、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物の焼却灰を肥料とすべく回収することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用してなる焼却排ガス処理システムの全体構成図である。なお、本実施形態では、原料として畜糞尿から派生する有機系廃棄物を用いているが、これに限定されず、例えば、下水汚泥等の汚泥を用いてもよい。

図に示すように、焼却排ガス処理システムは、流動層焼却炉１、サイクロンセパレータ２、廃熱ボイラ３、冷却塔４、集塵装置５、煙突６から構成される。流動層焼却炉１は、流動床部７と、その後流側に設けられた１次燃焼部８と、そのさらに後流側に設けられた２次燃焼部９とから形成される。流動床部７は、下部がテーパ状に絞られた箱型容器内に、流動媒体の砂が入れられ、その中に散気管が配置されている。流動床部７の底部には、不燃物等が流動媒体とともに排出される排出口１０が設けられている。流動層部７の上部側壁には、シュートを介してスクリューフィーダ１１の一端が接続されている。スクリューフィーダ１１の他端には、原料を投入するホッパ１２が接続されている。

１次燃焼部８は、流動床部７の上方に設けられ、上方に向かって傾斜して形成されている。１次燃焼部８の上端部は、２次燃焼部９に通じる開口１４が形成され、この開口１４は、流動層部７に対し上方から見たときに重なり合わない程度に水平方向に配置されている。なお、１次燃焼部８の側壁には燃焼用の１次空気を吹き込むノズルが配設されている。

２次燃焼部９は、上下に延在する筒状に形成され、その下部はテーパ状に絞られ、下端において開口１４に接続されている。２次燃焼部９は、上部側壁から煙道を介してサイクロンセパレータ２に接続されている。２次燃焼部９の側壁には燃焼用の２次空気を吹き込むノズルが配設されている。

本実施形態では、焼却炉から排出される高温焼却排ガス中の焼却灰を捕集する集塵器としてサイクロンセパレータ２を用いているが、例えばセラミックフィルタをフィルタエレメントとする集塵装置を用いるようにしてもよい。

次に、焼却排ガス処理システムの動作を説明する。処理対象の畜糞尿（以下、廃棄物という。）がスクリューフィーダ１１からシュートを介して流動層焼却炉１内に投入されると、焼却炉内部に形成される流動層に供給され、加熱攪拌される。ここで、流動層の層温度は、例えば６００℃に維持され、１次燃焼部８および２次燃焼部９（以下、空塔部と略す。）の温度は、後述するように、ダイオキシン類の生成防止および塩素分の気化を促進させるため、例えば９００〜９５０℃に保持されている。なお、ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾダイオキシン類（ＰＣＤＤｓ）およびポリ塩化ジベンゾフラン類（ＰＣＤＦｓ）の総称をいう。

廃棄物が流動層で攪拌されることにより、廃棄物中に含まれる重量物１５（例えば、金属、瓦礫類）は、炉底部に移動し、流動媒体とともに排出口１０から抜き出される。排出口から抜き出された重量物１５は、分離装置により流動媒体と分離され、分離された流動媒体は、再び流動層焼却炉１に戻され、流動層の層高が一定となるように運転されている。一方、廃棄物が流動層で空気と接触し、燃焼することにより生成する焼却灰１６は、焼却排ガスに同伴されて焼却炉の上部から排出された後、煙道を介してサイクロンセパレータ２に導かれ、ここにおいて焼却灰１６が焼却排ガスから分離され、回収される。

焼却灰１６が除かれた焼却排ガスは、煙道を介して廃熱ボイラ３に導かれ熱回収された後、冷却塔４に導入され、水噴霧により温度が例えば２００℃以下に冷却される。冷却塔４から排出された焼却排ガスは、煙道１７を通過する際、消石灰や活性炭等の反応助剤１８が吹き込まれ、脱塩装置として機能するバグフィルタ５のバグ表面で脱塩、脱硫処理等が行われるとともに反応済みの助剤等１９が濾過される。そして、バグフィルタ５から排出された焼却排ガスは、誘引送風機により吸引され、煙突６から大気に放出される。

サイクロンセパレータ２では、全焼却灰量の約９５％以上が捕集され、後流のバグフィルタ５では、残りの煤塵が捕集される。サイクロンセパレータ２で捕集された焼却灰１６は、自然冷却された後、肥料として出荷される一方、バグフィルタ５で捕集された反応済みの助剤１９等は、キレート処理等により安定化された後、埋め立て処分される。

次に、流動層焼却炉１の炉内温度について説明する。本発明者は、流動層焼却炉１を用いた実験により、流動層燃焼により発生する焼却排ガスと焼却灰１６中に含まれる塩素量は、雰囲気温度に相関することを知見した。ここで、炉内雰囲気温度と燃料中の塩素分に対する焼却排ガス中の塩素分の比率（以下、塩素気化率という。）との関係を図２に示す。図の横軸は雰囲気温度（℃）を表し、縦軸は塩素気化率を表す。図に示すように、塩素気化率は、８００℃未満では２０％程度であるのに対し、８００〜９００℃の範囲で急激に上昇し、９００℃以上に至っては、約９５〜９８％の高い気化率で安定化することが解る。

この結果に基づき、本実施形態では、流動層焼却炉１の空塔部を９００℃より高い温度条件で運転するようにする。これにより、空塔部に存在する焼却灰１６中の塩素分が気化され、サイクロンセパレータ２で捕集された焼却灰１６中の塩素濃度が約０．０２％まで低減されるため、肥料としての塩素濃度許容値を満足することができる。また、空塔部温度を８５０℃および９５０℃で変化させた場合、焼却灰１６中の塩素濃度は、それぞれ約０．２％、０．０１％となり、８５０℃では塩素気化率が小さく、肥料として利用できないことが確認された。

また、サイクロンセパレータ２は、流動層焼却炉１から高温の焼却排ガスが導入されることにより、例えば７００〜８００℃の高温雰囲気に維持されている。そのため、ダイオキシン類の再生成はなく、捕集された焼却灰１６中のダイオキシン類濃度は検出限界値未満に低減される。

次に、廃熱ボイラ３の伝熱管における防食効果について説明する。一般に、廃熱ボイラ３は、焼却排ガスの流路内に熱交換用の伝熱管を設けている。しかし、この伝熱管は、特に高温条件下において塩素ガスによる腐食の影響を受けやすい。図３は、伝熱管の表面温度と腐食量との関係を示す図である。図に示すように、ガス相のみの場合は腐食量が小さいが、ダスト（焼却灰）が共存すると、温度増加とともに腐食量が急激に増大する。すなわち、本実施形態によれば、流動層焼却炉１内において、焼却灰１６中の塩素は、ほぼ全量気化して焼却排ガス中に移行するが、ダストの約９５％がサイクロンセパレータ２に捕集されるため、廃熱ボイラ３内に流入するダスト量は、従来の焼却炉の場合と比べ約５％程度となる。そのため、本実施形態によれば、廃熱ボイラ３の伝熱管の腐食量を大幅に低減することができる。

次に、本発明の他の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の他の実施形態における焼却排ガス処理システムの全体構成図である。ここで、図１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図１の流動層焼却炉１に代えて、周知の流動層式炭化炉２１を使用する。この場合において、炭化炉２１から排出される飛灰、つまり炭化物中には、肥料成分が含まれ、かつ炭化物中に無数の空隙が形成されている。そこで、図１と同様、炉内温度を９００℃以上に加熱し、炭化物中の塩素を気化させることにより、サイクロンセパレータ２で捕集された炭化物２４中の塩素濃度およびダイオキシン濃度を図１のレベルまで低減し、肥料や土壌化良剤等として有効利用することができる。

ここで、本実施形態の動作を簡単に説明する。まず、畜糞尿から派生する廃棄物が筒状の流動層式炭化炉２１に投入されると、流動層において炭化され、焼却排ガスと炭化物が生成される。流動層式炭化炉２１の上部から排出された焼却排ガスは、サイクロンセパレータ２に導かれ、ここにおいて炭化物２４が捕集され、回収の後、肥料等に再利用される。一方、除塵された焼却排ガスは、２次燃焼室２２に導入され、２次燃焼が行われる。２次燃焼された焼却排ガスは、熱回収装置２３に導かれて熱回収された後、冷却塔４に導入され、例えば２００℃以下に冷却される。続いて、冷却された焼却排ガスに反応助剤１８が吹き込まれ、バグフィルタ５で脱塩、脱硫処理が行われた後、煙突６から大気に放出される。

以上述べたように、上記実施形態によれば、畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物を焼却炉または炭化炉で９００℃以上、好ましくは９００〜９５０℃で加熱処理した後、高温条件下で捕集することにより、ダイオキシン類および塩素の含有量が小さい焼却灰または炭化物が得られ、これを肥料等に再利用することができる。

本発明を適用してなる焼却排ガス処理システムの全体構成図である。 炉内温度と塩素気化率との関係を示す線図である。 伝熱管の表面温度と腐食量との関係を示す線図である。 本発明を適用してなる他の焼却排ガス処理システムの全体構成図である。

符号の説明

１ 流動層焼却炉
２ サイクロンセパレータ
３ 廃熱ボイラ
４ 冷却塔
５ バグフィルタ
６ 煙突
１６ 焼却灰
１８ 反応助剤
２１ 炭化炉

Claims (4)

1. 畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物を９００℃以上で焼却し、この焼却排ガス中の焼却灰を前記焼却排ガスから分離して捕集することを特徴とする焼却灰の回収方法。
2. 前記焼却灰の分離捕集は、サイクロンセパレータまたはセラミックフィルタを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の回収方法。
3. 前記廃棄物は、流動層炉で焼却することを特徴とする請求項１または２に記載の焼却灰の回収方法。
4. 畜糞尿や汚泥から派生する廃棄物を９００℃以上で焼却する焼却炉と、該焼却炉の排ガス出口に煙道を介して接続された集塵器と、該集塵器の排ガス出口に煙道を介して接続された廃熱回収装置と、該廃熱回収装置から排出された排ガスを冷却する冷却装置と、該冷却装置により冷却された排ガス中に反応助剤を添加して脱塩処理を行う脱塩処理装置とを備えてなる焼却排ガス処理システム。
   

Images