JP2005195302A

JP2005195302A - 汚泥焼却排ガス処理方法と装置

Info

Publication number: JP2005195302A
Application number: JP2004004351A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Mukai; 利文向井; Hiroshi Ichiyanagi; 宏一柳; Hiroshi Kawazoe; 博川添; Yoshinori Taguchi; 善規田口
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】蓄熱燃焼装置を備えた汚泥焼却排ガス処理装置で、蓄熱燃焼装置の蓄熱体へのシリカの付着を抑制する。
【解決手段】乾燥汚泥２を焼却する汚泥焼却炉３と、この汚泥焼却炉３が汚泥の焼却に伴って生成、排出する汚泥焼却ガスを利用して汚泥を乾燥して乾燥汚泥２とする汚泥乾燥器６と、汚泥乾燥器６を通過して汚泥を乾燥し、汚泥乾燥ガスとなった汚泥焼却ガスと、汚泥乾燥器を通過しなかった汚泥焼却ガスとを集合して燃焼処理する蓄熱燃焼装置１２とを有してなる汚泥焼却排ガス処理装置であって、前記蓄熱燃焼装置１２の上流側に、前記汚泥乾燥ガスと汚泥乾燥器を通過しなかった汚泥焼却ガスを混合した混合ガスを、前記汚泥焼却炉３に供給する燃焼用空気４と熱交換させ、１２０〜１５０℃まで減温する換熱式熱交換器９を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥焼却炉とその排ガス処理装置として蓄熱燃焼装置を組み合わせた汚泥焼却排ガス処理方法と装置に係り、特に蓄熱体へのシリカの付着抑制に関する。

汚泥焼却設備から排気されるガス（汚泥焼却ガス）中には、ＣＯ、臭気が含まれるとともに微量のダイオキシンを含んでいる可能性がある。この対策として、設備の下流側に排ガス処理装置を設置し、８５０℃以上で処理することで、上記有害成分を除去することができる。

排ガス処理装置としては、省エネルギ式の炉が前提となり、９０％以上の熱回収率を発現できる蓄熱燃焼式排ガス処理装置が脚光を浴びている。この装置は、燃焼室と熱を回収するための再生式熱交換器とから構成され、さらに再生式熱交換器は蓄熱体と蓄熱体を通過する源ガスと処理済ガスを周期的に切り替える分配弁とからなっている。本装置の特徴は、蓄熱体によって源ガスと処理済ガスの間で熱を交換することであり、前述のように換熱式の熱交換器と比べると、熱回収特性が高く、コンパクトにできるところである。

一方、汚泥は様々な成分を含んでおり、特に産業廃棄物汚泥はもとより一般廃棄物の汚泥の中にも有機シリコン（シリコーン）が含まれる。このような有機シリコン含有の汚泥を焼却した場合は、有機シリコンが酸化して固体の無機シリカに変化する。燃焼ガスの場合は下流側にバグフィルタを設置すれば該シリカが殆ど除去できるため、下流側の蓄熱燃焼装置の蓄熱体に付着するといった問題は殆ど生じることはない。ところが、汚泥はかなり水分を含んでいるため燃焼を安定して行うためには水分を除去することが好ましく、一般的には汚泥の焼却排ガスの排熱を利用し、汚泥を乾燥する方法が採られている。この場合は、有機シリコンの蒸気を含んだガスが下流側に設置した蓄熱燃焼装置に導かれるために、蓄熱体にシリカが付着し、セルが狭くなることにより圧損が高くなるとともに最悪の場合はセルが閉塞し運転不可能になることがある。また、これに加えてセルの部分的な目詰まりによって蓄熱体の表面積が減少し、それに伴って蓄熱燃焼装置の特長である熱回収率が低下するといった現象も生じることがある。

これに対して、蓄熱体のセルへのシリカの抑制法としては特許文献１に開示されたように、セルを局所的に粗くする方法がとられているが、延命対策にはなるが、恒久対策にはならないといった問題があった。

特許文献２には、汚泥乾燥ガスを減湿塔で水噴霧により４０℃まで減湿・降温したのち、さらに６０℃に昇温して蓄熱燃焼脱臭装置に導入する技術が示されているが、無機シリカの蓄熱体への付着の防止についてはなにも述べられていない。

また、特許文献３には、臭気を帯びた油分や水分のミストを含む低温（約２０〜６０℃）の原ガスを蓄熱式燃焼脱臭装置で燃焼脱臭する際に、原ガスを前記ミストの蒸発温度以上に加熱したのちに、蓄熱式燃焼脱臭装置に導入する技術が記載されている。しかし、特許文献３にも、無機シリカの蓄熱体への付着の防止についてはなにも述べられていない。

特開２００２−１９５５３８号公報特開２００１−２０１０３４号公報特開２０００−１７１０２１号公報

汚泥焼却設備とその下流側に配置されて排ガスを処理する蓄熱燃焼装置を組み合わせた汚泥焼却システムは、排ガス処理の燃料消費量が従来の直接燃焼装置と比べても燃料消費量を大幅に削減することができるものの、汚泥中の有機シリコンにより蓄熱体の内部でシリカが詰まるといった問題が生じ、蓄熱体を頻繁に清掃する必要があった。

本発明の目的は、汚泥焼却システムの蓄熱燃焼装置の蓄熱体へのシリカの付着を抑制するにある。

上記の課題は、乾燥汚泥を焼却し、乾燥汚泥を焼却して生成される汚泥焼却ガスを用いて汚泥を乾燥して乾燥汚泥とするとともに、汚泥を乾燥して汚泥乾燥ガスとなった汚泥焼却ガスと汚泥乾燥に使用されなかった汚泥焼却ガスとを蓄熱燃焼装置により燃焼処理する汚泥焼却排ガス処理方法に、前記汚泥乾燥ガスもしくは汚泥乾燥ガスと汚泥乾燥に使用されなかった汚泥焼却ガスを混合した混合ガスを、前記蓄熱燃焼装置に導入する前に、１２０〜１５０℃まで減温する減温手順を備えることで達成される。

この減温方法として、汚泥焼却用の燃焼用空気と、汚泥乾燥ガスもしくは汚泥乾燥ガスと汚泥乾燥に使用されなかった汚泥焼却ガスの混合ガスとで熱交換する方法、また汚泥乾燥ガスもしくは汚泥乾燥ガスと汚泥乾燥に使用されなかった汚泥焼却ガスの混合ガスに水を噴霧（水スプレ）することにより減温する方法が可能である。

上記の課題はまた、乾燥汚泥を焼却する汚泥焼却炉と、この汚泥焼却炉が汚泥の焼却に伴って生成、排出する汚泥焼却ガスを利用して汚泥を乾燥して乾燥汚泥とする汚泥乾燥器と、汚泥乾燥器を通過して汚泥を乾燥し、汚泥乾燥ガスとなった汚泥焼却ガスと、汚泥乾燥器を通過しなかった汚泥焼却ガスとを集合して燃焼処理する蓄熱燃焼装置とを有してなる汚泥焼却排ガス処理装置で、前記蓄熱燃焼装置の上流側に、前記汚泥乾燥ガスもしくは汚泥乾燥ガスと汚泥乾燥器を通過しなかった汚泥焼却ガスを混合した混合ガスを、１２０〜１５０℃まで減温する減温手段を備えることによっても達成される。

前記減温手段は、乾燥汚泥焼却のための燃焼用空気と、前記汚泥乾燥ガスもしくは前記混合ガスの間で熱交換させる熱交換器としてもよいし、前記汚泥乾燥ガスもしくは前記混合ガスに水を噴霧して減温する水スプレ式減温器としてもよい。

汚泥焼却炉とその排ガスを処理するための蓄熱燃焼装置を組み合わせた装置において、蓄熱燃焼装置の蓄熱体へのシリカの付着が抑制され、蓄熱体の清掃や取替えなしに長時間運転できるとともに、高い熱回収特性を維持することが可能である。

（実施例１）
図１を参照して本発明の実施例１を説明する。図示の汚泥焼却排ガス処理システムは、汚泥乾燥器６と、汚泥乾燥器６で乾燥された乾燥汚泥を焼却し汚泥焼却ガスを前記汚泥乾燥器６に送給する汚泥燃焼炉３と、汚泥乾燥器６と汚泥燃焼炉３に接続されたサイクロン式集塵機７と、サイクロン式集塵機７に接続された換熱式熱交換器９と、換熱式熱交換器９に接続されたバグフィルタ１０と、バグフィルタ１０に接続された蓄熱燃焼装置１２と、蓄熱燃焼装置１２に接続された煙突１３と、を含んで構成されている。

図３に、蓄熱燃焼装置１２の要部構成を模式的に示す。蓄熱燃焼装置１２は、分配弁２２と、分配弁２２の上方に配置された複数の蓄熱体１７と、蓄熱体１７の上方に配置された燃焼室１６とを備えて構成され、燃焼室１６には、助燃バーナ１５が設けられている。

分配弁２２は、軸線を鉛直方向にして配置され前記軸線を中心にして回転する円板２０と、円板２０の上に円板２０と同心に配置された円板状の固定弁１９と、固定弁１９の上に軸線を前記軸線に平行させて配置された複数の連絡管と、前記円板２０の下方に円板２０と同心に配置された二重管状のケーシング２１と、ケーシング２１の中心に円板２０と同心に配置され上端が円板２０の上面上に位置するパージ空気管と、を含んで構成されている。ケーシング２１の二重管の内筒には汚泥焼却ガスが導入され、外筒は前記燃焼室で燃焼処理された処理済ガスの流路となっている。円板２０には、内筒に対応する位置と外筒に対応する位置に、それぞれ扇形の開孔が形成され、内筒に対応する位置の扇形の開孔と外筒に対応する位置の扇形の開孔は、円板２０の中心を挟んで互いに反対の位置に形成されている。前記複数の連絡管の下端は、それぞれ前記固定弁１９に形成された開孔に取り付けられ、上端は、それぞれ蓄熱体１７の一つの下端に接続してある。また、固定弁１９を構成する円板の下面は扇形の複数の扇形区画に区画され、前記連絡管は、各扇形区画に均等に配分されている。

以下、上記構成の装置の動作を説明する。まず、脱水処理された１５％程度水分を含む汚泥１が汚泥乾燥器６に導入される。汚泥乾燥器６には、汚泥燃焼炉３から汚泥を焼却してできた汚泥焼却ガスが送り込まれており、導入された汚泥１はここで汚泥焼却ガスによって汚泥中の水分を除去される。完全に水分が除去された乾燥汚泥２は、汚泥焼却炉３に投入される。汚泥焼却炉３には、換熱式熱交換器９で昇温された燃焼用空気が供給されており、乾燥汚泥２の有機物は完全に燃焼し残った汚泥焼却灰５は炉外へ取り出される。

一方、汚泥を焼却してできた汚泥焼却ガスの一部は、前述のように汚泥乾燥器６の熱源として利用され、残りの燃焼ガスは汚泥乾燥器６を通過した汚泥焼却ガス（以下、汚泥乾燥ガスという）と合流し、混合ガスとなってサイクロン式集塵機７へと送られる。サイクロン式集塵機７へ送られた混合ガス中の１０μｍ以上のダストは、このサイクロンでサイクロン灰として除去される。

サイクロン式集塵機７を通過した混合ガスは換熱式熱交換器９に導入され、燃焼用空気４と熱交換して酸露点温度近くまで冷却される。酸露点温度近くまで冷却されることで、硫酸を凝縮させることなく混合ガス中の汚泥乾燥ガスに含まれる有機シリコンの蒸気のみが除去される。理論的には酸露点温度まで冷却できるが、局所的に凝縮することもありうることや、バグフィルタでの放熱も考えられることから、換熱式熱交換器９出口温度は、低温腐食を防止するために酸露点温度＋２０℃程度で制御することが好ましい。通常の汚泥をＡ重油で燃焼処理してもＳＯｘが数十ｐｐｍ、水蒸気濃度が１０〜２０％程度であることから、酸露点温度が１１０℃であり、１２０〜１５０℃まで冷却可能である。本実施例では、１３５℃に冷却した。

換熱式熱交換器９で減温された混合ガスはバグフィルタ１０に導入され、ガス中のシリカが除去される。ここで、冷却後の集塵器としてはバグフィルタを用いた例を示しているが、電気集塵器を適用しても何ら問題はない。

バグフィルタ１０を通過した混合ガスは、この後、蓄熱燃焼装置１２に導入され、燃焼処理される。混合ガスはケーシング２１の内筒に導入され、円板２０の内筒に対応する位置の扇形開孔を経て固定弁１９の円板下面の前記線形開孔に対応する位置の前記扇形区画に流入する。前記扇形区画に流入した混合ガスはその扇形区画の開孔に接続された連絡管１８を経て連絡管１８の上端に接続する蓄熱体１７に流入し、蓄熱体内を上昇しつつ蓄熱体と熱交換して昇温された後、燃焼室１６に流入する。

燃焼室１６では、助燃バーナ１５により温度が８００〜８４０℃まで昇温され、混合ガス、すなわち汚泥焼却ガス及び汚泥乾燥ガス中のＣＯ及び臭気成分は完全に酸化処理（燃焼処理）される。燃焼処理された混合ガス（処理済ガス）は、前記上昇してきた蓄熱体１７とは異なる蓄熱体１７に流入し、蓄熱体内を下降しつつ蓄熱体に熱を与える。蓄熱体を通過した処理済ガス２４は、通過した蓄熱体の下端に接続された連絡管１８に流入し、円板２０の外筒に対応する位置の扇形開孔、ケーシング２１の外筒を経て煙突１３に導入される。

円板２０は図３の矢印の方向に順次回転するから、処理前の混合ガスが流入していた蓄熱体には次にパージ空気が吹き込まれ、パージ空気が吹き込まれていた蓄熱体には次に高温の処理済ガスが流入する。処理済ガス２４は、煙突１３から大気に放出される。

本実施例によれば、上流側、すなわち、換熱式熱交換器９で一旦ガス温度を１３５℃に降下させることにより、蓄熱燃焼装置１２の蓄熱体において有機シリコン由来のシリカの析出が少なく、蓄熱体の目詰まりが防止できるか、たとえ付着しても付着物の清掃作業のサイクルを極端に長くすることができる。また、蓄熱体へのシリカの付着が抑制される結果、付着物による蓄熱体の熱回収率の低下が減少し、本来の熱回収率を維持できた。

図１に示す実施例１では、水蒸気濃度１５％、ＳＯx：３０ppm（ＳＯ_２→ＳＯ_３の転化率：1％）で、露点温度が１０７℃であり、換熱式熱交換器９を介して混合ガスの温度を１３５℃まで冷却した。この場合、蓄熱燃焼装置１２の入口温度は約１２０℃となり、該蓄熱燃焼装置１２の分配弁２２内での凝縮は生ぜず、低温腐食の問題はなかった。
（実施例２）
図２を参照して本発明の実施例２を説明する。実施例２が前記実施例１と異なるのは、実施例１における換熱式熱交換器９に代えて、混合ガスに水を噴霧して減温する水スプレ式減温器１４を用いた点である。他の構成は実施例１と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略した。本実施例では、混合ガスの減温に水スプレ式減温器１４を使って減温したが、前記実施例１と同様の結果が得られた。

上記実施例１，２においては、汚泥乾燥ガス及び汚泥焼却ガスの合流後の混合ガスを対象に冷却する構成としたが、汚泥乾燥ガス単独で存在する部位において１２０〜１５０℃まで冷却しても同様の効果が得られる。

有機シリコン含有ガスの冷却による蓄熱体への付着物抑制効果について、その作用を以下に示す。有機シリコン含有ガスのガス温度と飽和有機シリコン濃度の関係を図４に示す。また、図５に１８０℃のガス温度から１５０℃、１３５℃、１２０℃まで冷却した場合の有機シリコンの濃度低減割合を示す。汚泥焼却ガスの排ガス処理設備に対しては、通常バグフィルタが耐えうる温度で、しかも省エネルギの観点からできるだけ高い温度である約１８０℃で供給する。これに対して、１５０℃まで冷却すれば、有機シリコンの濃度は１８０℃の場合の約１／１０、上記各実施例のように１３５℃まで冷却すれば１／５０、１２０℃まで冷却すれば１／３００まで低減することができる。蓄熱体へのシリカの付着量は有機シリコン濃度と比例することから、蓄熱体へ導入される燃焼処理前のガスの温度を１２０〜１５０℃まで降下させることにより、蓄熱体へのシリカの付着量を上記割合で大幅に削減できる。

この結果、蓄熱体へのシリカの付着を防止できるか、もしくは清掃までのインターバルを延ばすことができ、蓄熱体の許容圧損に対応した寿命時間は、蓄熱体へ導入される燃焼処理前のガスの温度が１８０℃の場合と比べると、１５０℃に冷却して導入する場合で１０倍、１３５℃に冷却して導入する場合で５０倍、１２０℃に冷却して導入する場合で３００倍まで、それぞれ改善できる。

蓄熱燃焼装置上流側の集塵器としては、バグフィルタ以外に電気集塵器も適用できる。

本発明の実施例１に係る汚泥焼却排ガス処理装置の系統図である。本発明の実施例２に係る汚泥焼却排ガス処理装置の系統図である。蓄熱燃焼装置の構成の例を示す分解斜視図である。温度に対する有機シリコンの飽和蒸気特性を示すグラフである。１８０℃を基準とし、それ以下に冷却した場合の有機シリコンガス濃度の濃度低減倍率を示すグラフである。

符号の説明

１汚泥
２乾燥汚泥
３汚泥燃焼炉
４燃焼用空気
５汚泥焼却灰
６汚泥乾燥器
７サイクロン式集塵機
８サイクロン灰
９換熱式熱交換器
１０バグフィルタ
１１バグフィルタ灰
１２蓄熱燃焼装置
１３煙突
１４水スプレ式減温器
１５助燃バーナ
１６燃焼室
１７蓄熱体
１８連絡管
１９固定弁
２０円板
２１ケーシング
２２分配弁
２３汚泥焼却ガス
２４処理済ガス
２５パージ空気

Claims

乾燥汚泥を焼却し、乾燥汚泥を焼却して生成される汚泥焼却ガスを用いて汚泥を乾燥して乾燥汚泥とするとともに、汚泥を乾燥して汚泥乾燥ガスとなった汚泥焼却ガスと汚泥乾燥に使用されなかった汚泥焼却ガスとを蓄熱燃焼装置により燃焼処理する汚泥焼却排ガス処理方法であって、前記汚泥乾燥ガスもしくは汚泥乾燥ガスと汚泥乾燥に使用されなかった汚泥焼却ガスを混合した混合ガスを、前記蓄熱燃焼装置に導入する前に、１２０〜１５０℃まで減温する減温手順を備えた汚泥焼却排ガス処理方法。
請求項１記載の汚泥焼却排ガス処理方法において、前記減温手順は、乾燥汚泥焼却のための燃焼用空気と、前記汚泥乾燥ガスもしくは前記混合ガスの間で熱交換させる手順であることを特徴とする汚泥焼却排ガス処理方法。
請求項１記載の汚泥焼却排ガス処理装置において、前記減温手順は、前記汚泥乾燥ガスもしくは前記混合ガスに水を噴霧して減温する手順であることを特徴とする汚泥焼却排ガス処理方法。
乾燥汚泥を焼却する汚泥焼却炉と、この汚泥焼却炉が汚泥の焼却に伴って生成、排出する汚泥焼却ガスを利用して汚泥を乾燥して乾燥汚泥とする汚泥乾燥器と、汚泥乾燥器を通過して汚泥を乾燥し、汚泥乾燥ガスとなった汚泥焼却ガスと、汚泥乾燥器を通過しなかった汚泥焼却ガスとを集合して燃焼処理する蓄熱燃焼装置とを有してなる汚泥焼却排ガス処理装置であって、前記蓄熱燃焼装置の上流側に、前記汚泥乾燥ガスもしくは汚泥乾燥ガスと汚泥乾燥器を通過しなかった汚泥焼却ガスを混合した混合ガスを、１２０〜１５０℃まで減温する減温手段を備えた汚泥焼却排ガス処理装置。
請求項４記載の汚泥焼却排ガス処理装置において、前記減温手段は、乾燥汚泥焼却のための燃焼用空気と、前記汚泥乾燥ガスもしくは前記混合ガスの間で熱交換させる熱交換器であることを特徴とする汚泥焼却排ガス処理装置。
請求項４記載の汚泥焼却排ガス処理装置において、前記減温手段は、前記汚泥乾燥ガスもしくは前記混合ガスに水を噴霧して減温する水スプレ式減温器であることを特徴とする汚泥焼却排ガス処理装置。