JP2005270716A

JP2005270716A - 下水汚泥ガス化方法及び装置

Info

Publication number: JP2005270716A
Application number: JP2004084390A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Murakami; 高広村上; Toshiro Fujimori; 俊郎藤森
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料を使用することなく且つ臭気の問題等を生じさせずに下水汚泥を効率良く処理することができ、又、その水分をガス化剤として有効活用でき、生成されたガスをガスエンジンやガスタービンによる発電に利用し得る下水汚泥ガス化方法及び装置を提供する。
【解決手段】流動層ガス化炉７内下部に、流動用空気によりバブリングされ且つ燃料が供給される流動層７ｂを形成すると共に、該流動層７ｂの上方から下水汚泥を供給するよう構成したガス化炉７ａを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水汚泥ガス化方法及び装置に関するものである。

近年、下水汚泥は増加の一途を辿っており、その処理が社会的な問題となっているが、下水汚泥の処理の主なものとしては、例えば、汚泥焼却炉による焼却処理が挙げられる。

図２は従来の下水汚泥処理設備の一例を示すものであって、１は汚泥焼却炉、２は空気予熱器、３は冷却塔、４はバグフィルタ、５は排煙処理器である。

図２に示される下水汚泥処理設備においては、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥が汚泥焼却炉１に供給され、該汚泥焼却炉１において都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料と一緒に下水汚泥の混焼が行われ、その排ガスが空気予熱器２を通過する際に燃焼用空気と熱交換し、予熱された燃焼用空気が前記汚泥焼却炉１へ導入され、前記空気予熱器２を通過した排ガスは、冷却塔３において噴霧される水により冷却され、続いて、バグフィルタ４で焼却灰が分離除去された後、排煙処理器５において噴霧される水により前記バグフィルタ４で分離除去しきれなかった灰が除去され、クリーンなガスとして大気放出されるようになっている。

又、図３は従来の下水汚泥処理設備の他の例を示すものであって、図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、下水汚泥を乾燥させて汚泥焼却炉１へ供給する乾燥機６を追加装備したものである。

図３に示される下水汚泥処理設備においては、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥が乾燥機６で乾燥され、含有する水分がおよそ３０〜５０［％］程度まで低減された乾燥汚泥が汚泥焼却炉１に供給され、該汚泥焼却炉１において乾燥汚泥の自燃が行われ、その排ガスが空気予熱器２を通過する際に燃焼用空気と熱交換し、予熱された燃焼用空気が前記汚泥焼却炉１へ導入される一方、前記汚泥焼却炉１から排出される排ガスの一部が前記乾燥機６へ導かれてその廃熱が下水汚泥の乾燥に供され、前記空気予熱器２を通過した排ガスは、図２に示される例の場合と同様に、冷却塔３において噴霧される水により冷却され、続いて、バグフィルタ４で焼却灰が分離除去された後、排煙処理器５において噴霧される水により前記バグフィルタ４で分離除去しきれなかった灰が除去され、クリーンなガスとして大気放出されるようになっている。

尚、下水汚泥を焼却処理する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００２−１３０６４１号公報

しかしながら、図２に示されるような従来の下水汚泥処理設備では、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥を汚泥焼却炉１で燃焼させるために、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料が大量に必要となり、省エネ上、好ましくないと共に、コストアップにもつながるという欠点を有していた。

又、図３に示されるような従来の下水汚泥処理設備では、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥を乾燥機６で乾燥させ、含有する水分がおよそ３０〜５０［％］程度まで低減された乾燥汚泥を汚泥焼却炉１で自燃させるようになっているため、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料は不要となるものの、乾燥機６が余分に必要となって設置スペースも広く取らねばならず、又、乾燥汚泥は、ポンプで圧送することが困難となり、乾燥機６から汚泥焼却炉１への搬送は、ベルトコンベヤ等を使用せざるを得ないため、臭気の発生が避けられず、実用化する上で大きな問題となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料を大量に使用することなく且つ臭気の問題等を生じさせずに下水汚泥を効率良く処理することができ、又、その水分をガス化剤として有効活用でき、生成されたガスをガスエンジンやガスタービンによる発電に利用し得る下水汚泥ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、流動層内で燃料を燃焼させつつ、流動層の上方から下水汚泥を供給し、該下水汚泥をフリーボードでガス化させることを特徴とする下水汚泥ガス化方法にかかるものである。

前記下水汚泥ガス化方法においては、燃料を廃棄物とすることができ、該廃棄物を廃プラスチックやバイオマスとすることができる。

又、前記下水汚泥ガス化方法においては、燃料を石炭とすることもできる。

更に又、前記下水汚泥ガス化方法においては、下水汚泥をガス化させて生成されるガス化ガスの廃熱の一部により、流動層へ供給される流動用空気を予熱することが有効となる。

一方、本発明は、流動層ガス化炉内下部に、流動用空気によりバブリングされ且つ燃料が供給される流動層を形成すると共に、該流動層の上方から下水汚泥を供給するよう構成したガス化炉を備えたことを特徴とする下水汚泥ガス化装置にかかるものである。

前記下水汚泥ガス化装置においては、燃料を廃棄物とすることができ、該廃棄物を廃プラスチックやバイオマスとすることができる。

又、前記下水汚泥ガス化装置においては、燃料を石炭とすることもできる。

更に又、前記下水汚泥ガス化装置においては、下水汚泥をガス化させて生成されるガス化ガスの廃熱の一部により、流動層へ供給される流動用空気を予熱する空気予熱器を有することが有効となる。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

本発明の下水汚泥ガス化方法及び装置においては、先ず、ガス化炉の流動層ガス化炉内下部において、廃プラスチックやバイオマス等の廃棄物、或いは石炭等の燃料を砂等のベッド材と一緒に流動用空気によりバブリングさせて燃焼させ、流動層を形成した状態で、該流動層の上に水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥をそのまま落下させると、該下水汚泥に含まれる水分が蒸発して蒸気が発生しつつ、下水汚泥の乾燥が行われる。

前記下水汚泥は、乾燥すると揮発性が高いため、揮発分がすぐに放出され、前記流動層で燃料を燃焼させることによって生じたＣＯ₂と、前記下水汚泥から蒸発して発生した蒸気とがガス化剤として、前記流動層上方のフリーボード領域で前記揮発分と反応し、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガスを多く含むガス化ガスが生成される。

これにより、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥を汚泥焼却炉で燃焼させる従来の下水汚泥処理設備とは異なり、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料が必要とならず、廃プラスチックやバイオマス等の廃棄物をその処理も兼ねて有効に活用可能となり、省エネに役立つと共に、コストアップも避けられる。尚、海外、特に中国等では、廃プラスチックやバイオマス等の廃棄物より石炭等の方が燃料としては主流となっているが、本発明の下水汚泥ガス化方法及び装置の場合、前記流動層に供給する燃料として石炭を使用できるため、海外向けのプラントとしても対応可能となる。

又、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥を乾燥機で乾燥させ、含有する水分がおよそ３０〜５０［％］程度まで低減された乾燥汚泥を汚泥焼却炉で自燃させる従来の下水汚泥処理設備とは異なり、乾燥機が余分に必要とならず設置スペースも広く取らなくて済み、しかも、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥をポンプで圧送して流動層の上にそのまま落下させるだけで良いため、臭気が発生する心配も全くない。

一方、本発明の下水汚泥ガス化方法及び装置において、前記ガス化ガスの廃熱の一部を用いて流動層へ供給される流動用空気を予熱してやれば、固定炭素分を多く含んで燃えにくい石炭を燃料として使用する場合にも、該石炭をより効率良く燃焼させることが可能となり、下水汚泥のガス化を促進できる。

本発明の請求項１〜１２記載の下水汚泥ガス化方法及び装置によれば、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料を使用することなく且つ臭気の問題等を生じさせずに下水汚泥を効率良く処理することができ、又、その水分をガス化剤として有効活用でき、生成されたガスをガスエンジンやガスタービンによる発電に利用し得るという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例であって、流動層ガス化炉７内下部に、流動用空気によりバブリングされ且つ燃料が供給される流動層７ｂを形成すると共に、該流動層７ｂの上方から下水汚泥を供給するよう構成したガス化炉７ａを設けたものである。

前記燃料としては、例えば、廃プラスチックやバイオマス等の廃棄物、或いは石炭等を用いることができ、これらの燃料を砂等のベッド材と一緒に流動用空気によりバブリングさせて燃焼させ、この流動層７ｂの上に水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥をそのまま落下させるようにしてある。

又、本図示例の場合、前記ガス化炉７ａで下水汚泥をガス化させて生成されるガス化ガスの廃熱の一部により、流動層７ｂへ供給される流動用空気を予熱する空気予熱器８を設けるようにしてある。

尚、前記空気予熱器８の下流側には、該空気予熱器８を通過したガス化ガスの廃熱により水を加熱して温水を得るためのボイラ９と、該ボイラ９を通過したガス化ガスに対して水を噴霧し、アンモニアやタールの処理並びに脱硫、脱硝、灰処理等を行うと共に、ガス化ガス中の蒸気を凝縮させ、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガスを含むドライなガスにするためのスクラバ１０と、該スクラバ１０で生成された可燃性ガスが導入されて発電を行うためのガスエンジンやガスタービン等の発電機器１１とを設けるようにしてある。

次に、上記図示例の作用を説明する。

先ず、流動層ガス化炉７内下部において、廃プラスチックやバイオマス等の廃棄物、或いは石炭等の燃料を砂等のベッド材と一緒に流動用空気によりバブリングさせて燃焼させ、流動層７ｂを形成した状態で、該流動層７ｂの上に水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥をそのまま落下させると、該下水汚泥に含まれる水分が蒸発して蒸気が発生しつつ、下水汚泥の乾燥が行われる。

前記下水汚泥は、乾燥すると揮発性が高いため、揮発分がすぐに放出され、前記流動層７ｂで燃料を燃焼させることによって生じたＣＯ₂と、前記下水汚泥から蒸発して発生した蒸気とがガス化剤として、前記流動層７ｂ上方のフリーボード領域で前記揮発分と反応し、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガスを多く含むガス化ガスが生成される。

これにより、図２に示されるような従来の下水汚泥処理設備とは異なり、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥を汚泥焼却炉１で燃焼させるのではないため、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料が大量に必要とならず、廃プラスチックやバイオマス等の廃棄物をその処理も兼ねて有効に活用可能となり、省エネに役立つと共に、コストアップも避けられる。尚、海外、特に中国等では、どちらかというと、廃プラスチックやバイオマス等の廃棄物より石炭等の方が燃料としては主流となっているが、図１に示す流動層ガス化炉７の場合、前記流動層７ｂに供給する燃料として石炭を使用できるため、海外向けのプラントとしても対応可能となる。

又、図３に示されるような従来の下水汚泥処理設備とは異なり、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥を乾燥機６で乾燥させ、含有する水分がおよそ３０〜５０［％］程度まで低減された乾燥汚泥を汚泥焼却炉１で自燃させるのではないため、乾燥機６が余分に必要とならず設置スペースも広く取らなくて済み、しかも、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥をポンプで圧送して流動層７ｂの上にそのまま落下させるだけで良いため、臭気が発生する心配も全くない。

一方、前記流動層ガス化炉７で下水汚泥をガス化させて生成されたガス化ガスは、空気予熱器８を通過する際に流動用空気と熱交換し、予熱された流動用空気が前記流動層ガス化炉７の流動層７ｂへ供給される。

ここで、前記ガス化ガスの廃熱の一部を用いて流動層７ｂへ供給される流動用空気を予熱してやれば、固定炭素分を多く含んで燃えにくい石炭を燃料として使用する場合にも、該石炭をより効率良く燃焼させることが可能となり、下水汚泥のガス化を促進できる。

前記空気予熱器８を通過した排ガスは、ボイラ９においてその廃熱により水を加熱し、これにより温水が得られ、温水プール、お湯の提供等に利用される。

前記ボイラ９を通過したガス化ガスは、スクラバ１０において水を噴霧され、アンモニアやタールの処理並びに脱硫、脱硝、灰処理等が行われると共に、ガス化ガス中の蒸気が凝縮され、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガスを含むドライなガスとなる。

前記スクラバ１０で生成された可燃性ガスは、ガスエンジンやガスタービン等の発電機器１１へ導入され発電が行われる。

こうして、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料を使用することなく且つ臭気の問題等を生じさせずに下水汚泥を効率良く処理することができ、又、その水分をガス化剤として有効活用でき、生成されたガスをガスエンジンやガスタービンによる発電に利用し得る。

尚、本発明の下水汚泥ガス化方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例としての下水汚泥ガス化装置を含む下水汚泥ガス化発電設備を示す全体概要構成図である。従来の下水汚泥処理設備の一例を示す全体概要構成図である。従来の下水汚泥処理設備の他の例を示す全体概要構成図である。

符号の説明

７流動層ガス化炉
７ａガス化炉（フリーボード）
７ｂ流動層
８空気予熱器
９ボイラ
１０スクラバ
１１発電機器

Claims

流動層内で燃料を燃焼させつつ、流動層の上方から下水汚泥を供給し、該下水汚泥をフリーボードでガス化させることを特徴とする下水汚泥ガス化方法。
燃料を廃棄物とした請求項１記載の下水汚泥ガス化方法。
廃棄物を廃プラスチックとした請求項２記載の下水汚泥ガス化方法。
廃棄物をバイオマスとした請求項２記載の下水汚泥ガス化方法。
燃料を石炭とした請求項１記載の下水汚泥ガス化方法。
下水汚泥をガス化させて生成されるガス化ガスの廃熱の一部により、流動層へ供給される流動用空気を予熱するようにした請求項５記載の下水汚泥ガス化方法。
流動層ガス化炉内下部に、流動用空気によりバブリングされ且つ燃料が供給される流動層を形成すると共に、該流動層の上方から下水汚泥を供給するよう構成したガス化炉を備えたことを特徴とする下水汚泥ガス化装置。
燃料を廃棄物とした請求項７記載の下水汚泥ガス化装置。
廃棄物を廃プラスチックとした請求項８記載の下水汚泥ガス化装置。
廃棄物をバイオマスとした請求項８記載の下水汚泥ガス化装置。
燃料を石炭とした請求項７記載の下水汚泥ガス化装置。
下水汚泥をガス化させて生成されるガス化ガスの廃熱の一部により、流動層へ供給される流動用空気を予熱する空気予熱器を有した請求項１１記載の下水汚泥ガス化装置。