JP2005315563A - 排ガス処理装置及び排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 排ガスに含まれる未燃ガスを除去するとともにダイオキシンの再合成を抑制し、さらには塩化物ダストによるダクトの閉塞を防止することのできる排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】 ロータリーキルン７の窯尻部に反応塔１を接続し、その反応塔１の側壁部上部に設けられた排ガス出口１０と、冷却塔２の側壁部上部に設けられた排ガス入口２０とを、短いダクト３によって接続する。冷却塔２内には下方に向かって散水する散水ノズル２１を設け、この散水ノズル２１からの散水によって排ガスを急冷する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、焼却灰等の廃棄物を加熱、焼成等する際に発生する排ガスの処理装置及び当該排ガスの処理方法に関する。

従来より、可燃性の家庭ごみ廃棄物及び産業廃棄物は、廃棄物焼却施設のストーカ式焼却炉又は流動床式焼却炉において焼却され、焼却灰として廃棄物最終処分場に埋立て処分されてきた。しかし、この焼却灰は、セメント原料として必要なＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３等を含んでおり、セメント焼成用の原料として十分に再資源化することができるため、近年、焼却灰を原料の一部に用いたセメント製造技術が確立されつつある。

焼却灰を原料としたセメント製造方法においては、焼却灰をロータリーキルンにて焼成し、そこで発生した排ガスを集塵装置に導入し、集塵装置からは直接系外に排出することが通常であった（特許文献１参照）。
特開平１１−２５３９２０号公報

しかし、上記排ガスには一酸化炭素、炭化水素等の未燃ガスが含まれることがあり、これらは大気汚染物質に該当するものの、集塵装置での除去が困難であるため、可燃性廃棄物の処理量が制限されていた。

一方、上記焼却灰にはダイオキシンが含まれることが多いが、ダイオキシンは、通常、焼却灰焼成時に分解され、塩素化合物、及びベンゼン環を有する炭化水素類となって排ガス中に含まれることとなる。しかし、分解したダイオキシンは、排ガスを徐冷する過程で再合成されてしまうことが多い。

また、焼却灰には塩素が含まれており、この塩素はキルン内で塩素化合物として揮散する。このように排ガス中に含まれる塩素化合物は、排ガスの温度が所定の温度以下になると、飛散ダストに凝縮、吸着されて塩化物ダストとなり、その塩化物ダストが溶融状態となってダクト内壁面にコーティングを形成することがある。このコーティングは、ダクト等の閉塞を起こすものであり、かかるダクト閉塞によって操業中断に至ることもある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、排ガスに含まれる未燃ガスを除去するとともに、ダイオキシンの分解の促進及び再合成の抑制を図り、さらには塩化物ダストによるダクトの閉塞を防止することのできる排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１に本発明は、ロータリーキルンに接続される排ガス燃焼装置と、前記排ガス燃焼装置に接続された冷却塔とを備え、前記排ガス燃焼装置及び冷却塔は、前記排ガス燃焼装置から排出された排ガスが前記冷却塔に導入されるまでに前記排ガスの温度が実質的に降下しないように接続されていることを特徴とする排ガス処理装置を提供する（請求項１）。

上記発明（請求項１）においては、排ガス燃焼装置によって排ガスに含まれる未燃ガスを燃焼させて除去することができるとともに、排ガスに含まれるダイオキシンを分解することができる。また、排ガス燃焼装置から冷却塔に至る際に排ガスは徐冷されないため、そこでダイオキシンが再合成されることは防止される。さらに、排ガスの温度は、排ガスが冷却塔に導入されるまで大きく低下しないため、冷却塔より前段で塩化物ダストは生成せず、塩化物ダストによるダクト閉塞は防止される。

上記発明（請求項１）において、前記排ガス燃焼装置と前記冷却塔とは、長さが０．５ｍ以下のダクトを介して接続されていることが好ましい（請求項２）。

上記発明（請求項１，２）において、前記排ガス燃焼装置は反応塔によって構成され、前記反応塔の下部はロータリーキルンの窯尻部に接続されることが好ましい（請求項３）。反応塔の下部がロータリーキルンの窯尻部に接続されることにより、ロータリーキルンからの排ガスの温度を降下させることなく、排ガスを直接反応塔内に導入することができるため、ロータリーキルンから反応塔にかけてダイオキシンが再合成されること及び塩化物ダストが生成されることを効果的に防止することができる。

上記発明（請求項３）において、前記反応塔は加熱装置（例えばバーナー等）を備えていることが好ましい（請求項４）。この加熱装置によって排ガスを加熱することにより、反応塔内の排ガスの温度が大きく低下することを防止し、反応塔内で未分解のダイオキシンを分解することができるとともに、塩化物ダストが生成することを防ぐことができる。

上記発明（請求項３，４）において、前記反応塔における排ガス出口は、前記反応塔の側壁部に設けられていることが好ましく（請求項５）、また、上記発明（請求項１〜５）において、前記冷却塔における排ガス入口は、前記冷却塔の側壁部に設けられていることが好ましい（請求項６）。このように排ガス出口及び／又は排ガス入口を設けることにより、反応塔と冷却塔とを接続するダクトを非常に短くすることが可能である。

上記発明（請求項６）において、前記冷却塔内には散水部が設けられており、前記散水部は、前記排ガス入口よりも下の位置から下方に向けて散水するように設けられていることが好ましい（請求項７）。このような構成を採用することにより、冷却塔の排ガス入口付近の排ガスが徐冷されてダイオキシンが再合成されること及び塩化物ダストが生成して排ガス入口付近にコーティングが形成されることを防止することができる。

第２に本発明は、廃棄物の加熱又は焼成処理により発生する排ガスを処理する方法であって、前記排ガスに含まれる未燃ガスを燃焼させた後、直ちに前記排ガスを急冷することを特徴とする排ガス処理方法を提供する（請求項８）。

上記発明（請求項８）によれば、未燃ガスを燃焼させた後にダイオキシンが再合成されることを抑制することができる。また、排ガスを急冷する工程より前段では排ガスの温度は大きく低下しないため、塩化物ダストは生成されない。なお、排ガスの急冷によって塩化物ダストが生成することはあるが、この塩化物ダストは急冷工程で容易に捕集することが可能であるため、急冷工程より後段で塩化物ダストによるコーティングが形成されることは容易に防止することができる。

上記発明（請求項８）においては、内部温度が８００℃以上の反応塔に前記排ガスを１秒以上滞留させた後、直ちに前記排ガスを３００℃以下まで急冷することが好ましい（請求項９）。

また、上記発明（請求項８，９）においては、前記排ガスの急冷を、１５０℃／秒以上の冷却速度で行うことが好ましい（請求項１０）。

本発明の排ガス処理装置又は排ガス処理方法によれば、排ガスに含まれる未燃ガスを燃焼・除去することができるとともに、ダイオキシンの分解を促進し、またダイオキシンの再合成を抑制し、さらには塩化物ダストによるダクトの閉塞を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置の概略構成図を示したものである。

図１に示すように、本実施形態に係る排ガス処理装置は、ロータリーキルン７に接続された反応塔１と、反応塔１にダクト３を介して接続された冷却塔２と、冷却塔２に接続されたサイクロン４と、サイクロン４に接続された集塵機５と、集塵機５に接続された煙突６とから構成される。

反応塔１は、その下部においてロータリーキルン７の窯尻部に接続され、ロータリーキルン７で発生した排ガスを直接反応塔１内に導入することのできる構造となっている。反応塔１内には、図示しないバーナーが設けられており、反応塔１内を高温状態に保持することができるようになっている。

かかる反応塔１によって、排ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素等の未燃ガスを完全に燃焼させることができるとともに、排ガス温度の低下によるダイオキシンの再合成及び塩化物ダストの生成を防止することができる。

反応塔１の大きさについては、排ガスが反応塔１内に１秒以上滞留し、排ガス中の未燃ガスが完全に燃焼し得るために、反応塔１の細長比（断面の最小二次率半径に対する塔の高さの比）が２７〜３８、特に３３〜３５であることが好ましい。

本実施形態においては、反応塔１の側壁部上部に排ガス出口１０が設けられており、また、冷却塔２の側壁部上部に排ガス入口２０が設けられており、それら反応塔１の排ガス出口１０と冷却塔２の排ガス入口２０とはダクト３によって連通している。

ダクト３の長さは、反応塔１から排出される排ガスの温度を実質的に降下させることなく冷却塔２に排ガスを導入することができる程度に短いことが必要であり、具体的には０．５ｍ以下であることが好ましい。ダクト３の長さが０．５ｍを超えると、反応塔１から排出された排ガスが冷却塔２に導入されるまでの間に熱放散により徐冷され、ダイオキシンが再合成されたり、塩化物ダストが生成されてコーティングが形成されたりするおそれがある。

なお、本実施形態では、反応塔１の排ガス出口１０は反応塔１の側壁部に設けられており、冷却塔２の排ガス入口２０は冷却塔２の側壁部に設けられているため、排ガス出口１０が反応塔１の上面部、排ガス入口２０が冷却塔２の上面部に設けられる場合よりも、ダクト３の長さを短くすることが可能となっている。

冷却塔２内の上部には、下方に向かって散水できる微霧型の散水ノズル２１が設けられており、散水ノズル２１の下端開口部は、上記排ガス入口２０よりも下側に位置している。このように散水ノズル２１を設置することにより、排ガス入口２０及びダクト３付近の排ガスが徐冷されてダイオキシンが再合成されること、塩化物ダストが生成されて排ガス入口２０やダクト３にコーティングが形成されることを防止することができる。

散水ノズル２１は、面積平均径が３０〜１００μｍの水粒子を放出できるものであるのが好ましい。このような径を有する水粒子は蒸発が早く、排ガスを効率良く冷却することができるため、冷却塔２をコンパクトなものにすることが可能である。

上記散水ノズル２１の周囲にはノズルカバー２２が設けられており、排ガス入口２０から冷却塔２内に導入された高温の排ガスが直接散水ノズル２１に接触しないようになっている。このようなノズルカバー２２を設けることによって、散水ノズル２１を熱から保護し、散水ノズル２１の寿命を延ばすことができる。

冷却塔２の胴径は、散水ノズル２１から放出される冷却水が、冷却塔２の内壁面から３００ｍｍ以上離れ得るように設定することが好ましい。排ガスの冷却により、排ガス中の塩素化合物は、飛散ダストに凝縮、吸着されて塩化物ダストとなる。この塩化物ダストが散水ノズル２１から放出される冷却水とともに冷却塔２の内壁面に接触すると、塩化物ダストは冷却塔２の内壁面に付着してしまうが、放出される冷却水が上記のように冷却塔２の内壁面と離れていることにより、塩化物ダストの冷却塔２内壁面への付着を防止することができる。

本実施形態における冷却塔２の底部は、排ガスの冷却によって発生する塩化物ダストが沈降し得るようにダスト捕集部２３となっている。

本実施形態における冷却塔２の排ガス出口２４は、冷却塔２の下部に設けられており、この冷却塔２の排ガス出口２４に接続されたダクトは、サイクロン４に繋がる。なお、サイクロン４、集塵機５及び煙突６としては、従来公知のものを使用することができる。

上記のような構成を有する排ガス処理装置においては、ロータリーキルン７での廃棄物（焼却灰、焼却飛灰等）の焼成により発生した排ガスは、直接反応塔１内に導入される。反応塔１に導入される排ガスの温度は８００℃程度であるが、この排ガスは反応塔１内のバーナーで加熱され、排ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素等の未燃ガスが完全に燃焼する。バーナーによって加熱された排ガスは、反応塔１の排ガス出口１０においても約６００〜７００℃の温度を保持し得るため、反応塔１内での温度低下によるダイオキシンの再合成は防止される。

反応塔１の排ガス出口１０から排出された排ガスは、ダクト３を通って冷却塔２の排ガス入口２０から冷却塔２内に導入される。ここで、ダクト３は短く構成されているため、排ガスは約６００〜７００℃の温度を保ったまま冷却塔２内に導入される。したがって、ダクト３内にてダイオキシンが再合成されること、塩化物ダストによるコーティングが形成されることは防止される。

冷却塔２内に導入された排ガスは、散水ノズル２１からの散水によって３００℃以下にまで急冷される。このときの冷却速度は、１５０℃／秒以上であることが好ましい。冷却速度が１５０℃／秒未満である場合は、冷却塔２内にてダイオキシンが再合成されるおそれがある。

排ガスの冷却によって発生した塩化物ダストは、冷却塔２の内壁面に付着することなく、冷却塔２底部のダスト捕集部２３に沈降する。したがって、塩化物ダストが後段のダクト内でコーティングを形成してダクトを閉塞することは防止される。

一方、上記のようにして冷却塔２内で冷却された排ガスは、冷却塔２の排ガス出口２４からサイクロン４、次いで集塵機５に導入され、煤塵等が除去されてから、煙突６より排出される。

以上のとおり、本実施形態に係る排ガス処理装置によれば、排ガスに含まれる未燃ガスを除去するとともに、ダイオキシンの分解を促進し、またダイオキシンの再合成を抑制し、さらには塩化物ダストによるダクトの閉塞を防止して処理効率の向上を図ることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物を含む趣旨である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

〔実施例１〜４〕
図１に示す排ガス処理装置を用意して排ガス処理を行い、排ガスに含まれるダイオキシン濃度を測定した。具体的には、当該排ガス処理装置のロータリーキルン７内に焼却灰を主とする廃棄物（各種金属、ガラス、陶器等を含む）を１時間に１５ｋｇ投入して焼却し、煙突６から排出された排ガスに含まれるダイオキシン濃度を測定した。

実施例で使用した排ガス処理装置は、反応塔１内に排ガスが５秒間滞留するように、反応塔１の細長比を３４に設定し、反応塔１の排ガス出口１０に連続するダクト３内の排ガス温度（以下「Ａ温度」という）が７５０〜９００℃になるように反応塔１内に設けられたバーナーの火力を調整した。また、ダクト３の長さを０．５ｍに設定した。さらに、散水ノズル２１から放出される冷却水が冷却塔２の内壁面から３００ｍｍ離れるように冷却塔２の胴径を設定し、かつ、冷却塔２中心部における排ガス流速が０．１８〜０．２０ｍ／ｓｅｃになり、冷却速度が３２５〜２５０℃／ｓｅｃになり、冷却塔２の排ガス出口の排ガス温度（以下「Ｂ温度」という）が２５０℃になるように冷却塔の大きさを設定した。
上記排ガス処理装置から排出される排ガスに含まれるダイオキシン濃度の測定結果を表１に示す。

〔比較例１〜４〕
図２に示す排ガス処理装置を用意して排ガス処理を行い、排ガスに含まれるダイオキシン濃度を測定した。当該排ガス処理装置は、図２に示すように、ロータリーキルン７’の窯尻部に接続された反応塔１’と、反応塔１’にダクト３’を介して接続されたサイクロン４’と、サイクロン４’に接続された集塵機５’と、集塵機５’に接続された煙突６’とから構成されており、冷却塔２を備えていない以外は実施例１〜４に係る排ガス処理装置と同様の構成要素を備えているものである。この排ガス処理装置のロータリーキルン７’内に焼却灰を主とする廃棄物（各種金属、ガラス、陶器等を含む）を１時間に１５ｋｇ投入して焼却し、排ガス処理装置の煙突６’から排出された排ガスに含まれるダイオキシン濃度を測定した。

比較例で使用した排ガス処理装置は、反応塔１’に排ガスが３秒間滞留するように、反応塔１’の細長比を２５に設定し、反応塔１’の排ガス出口１０’に連続するダクト３’内の排ガス温度（Ａ温度）が７５０〜９００℃になるように反応塔１’内に設けられたバーナーの火力を調整した。また、反応塔１’の排ガス出口１０’に連続するダクト３’内の排ガス流速が８．９〜９．０ｍ／ｓｅｃになるように、ダクト３’の大きさを設定した。
上記排ガス処理装置から排出される排ガスに含まれるダイオキシン濃度の測定結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜４に係る排ガス処理装置から排出される排ガスに含まれるダイオキシン濃度は、０．０２８〜０．０３０（ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ）であった。一方、比較例１〜４に係る排ガス処理装置から排出される排ガスに含まれるダイオキシン濃度は、３．７〜４．１（ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ）であった。したがって、実施例１〜４に係る排ガス処理装置は、比較例１〜４に係る排ガス処理装置に比して、ダイオキシンの排出量を低減させ得ることが確認された。このことから、実施例１〜４に係る排ガス処理装置は、ダイオキシンの再合成を効果的に抑制できると考えられる。

本発明の排ガス処理装置及び排ガス処理方法は、特に焼却灰、焼却飛灰等のダイオキシンを含む廃棄物を焼成してセメント原料等を製造する場合に有用である。

本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。 比較例に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１’…反応塔
１０，１０’…排ガス出口
２…冷却塔
２０…排ガス入口
２１…散水ノズル（散水部）
３，３’…ダクト
４，４’…サイクロン
５，５’…集塵機
６，６’…煙突
７，７’…ロータリーキルン

Claims (10)

1. ロータリーキルンに接続される排ガス燃焼装置と、
   前記排ガス燃焼装置に接続された冷却塔とを備え、
   前記排ガス燃焼装置及び冷却塔は、前記排ガス燃焼装置から排出された排ガスが前記冷却塔に導入されるまでに前記排ガスの温度が実質的に降下しないように接続されていることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 前記排ガス燃焼装置と前記冷却塔とは、長さが０．５ｍ以下のダクトを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記排ガス燃焼装置は反応塔によって構成され、前記反応塔の下部はロータリーキルンの窯尻部に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記反応塔は加熱装置を備えていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
5. 前記反応塔における排ガス出口は、前記反応塔の側壁部に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の排ガス処理装置。
6. 前記冷却塔における排ガス入口は、前記冷却塔の側壁部に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス処理装置。
7. 前記冷却塔内には散水部が設けられており、前記散水部は、前記排ガス入口よりも下の位置から下方に向けて散水するように設けられていることを特徴とする請求項６に記載の排ガス処理装置。
8. 廃棄物の加熱又は焼成処理により発生する排ガスを処理する方法であって、
   前記排ガスに含まれる未燃ガスを燃焼させた後、直ちに前記排ガスを急冷することを特徴とする排ガス処理方法。
9. 内部温度が８００℃以上の反応塔に前記排ガスを１秒以上滞留させた後、直ちに前記排ガスを３００℃以下まで急冷することを特徴とする請求項８に記載の排ガス処理方法。
10. 前記排ガスの急冷を、１５０℃／秒以上の冷却速度で行うことを特徴とする請求項８又は９に記載の排ガス処理方法。
    

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