JP2006159033A

JP2006159033A - 流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法

Info

Publication number: JP2006159033A
Application number: JP2004351846A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Takebayashi; 竹林　　保
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】焼却灰の表面に付着している塩素化合物を常温の乾式操作で効率良く分離する。【解決手段】逆円錐台形の胴部２８を有する被処理灰分級器２１の下部に設けたノズル３４から噴射する空気ａによって被処理灰分級器２１内の被処理灰ｆ’を上部に噴き上げる工程と、被処理灰分級器２１の上部に噴き上げられた被処理灰ｆ’を前記胴部２８の傾斜壁面に沿って降下させる工程と、前記噴き上げ及び降下工程中に被焼却灰ｆ’の表面から剥離した塩素化合物や被焼却灰中の微粒子灰を前記ノズル３４から噴射する空気を利用して被処理灰分級器２１外に排除する工程と、塩素化合物が除去されたクリーンな粗粒子灰を被処理灰分級器２１の底部から回収する工程とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法、より詳しくは、流動層ボイラで発生した焼却灰の表面に付着している塩素化合物を常温の乾式操作で効率良く分離する流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法に関するものである。

流動層ボイラ１は、図４に示すように、流動用の空気ａによってベッド材ｂを流動化させた流動層ｃ内で燃料ｄを燃焼させる火炉２と、火炉２の頂部から流出する燃焼ガスｅと焼却灰ｆとを分離するサイクロン３と、サイクロン３によって分離された焼却灰ｆを貯留して焼却灰ｆが保有している熱エネルギーを回収する外部熱交換器（過熱器）４と、サイクロン３によって焼却灰ｆが除去された燃焼ガスｅを導入して燃焼ガスｅが保有している熱エネルギーを回収する対流伝熱部（蒸発部および節炭器）５を備えている。

この流動層ボイラは、外部熱交換器４内の焼却灰ｆをリサイクルライン６を経て流動層ｃに戻すようになっている。なお、流動層ｃのベッド材ｂが不足する場合には、不足分を外部熱交換器４に供給するようになっている。

更に、この流動層ボイラ１は、対流伝熱部５を経た燃焼ガスｅ中の粒子サイズが細かいためサイクロン３を通過した焼却灰ｆ’を捕捉するバグフィルタ７と、バグフィルタ７によって捕捉された焼却灰ｆ’を貯蔵する灰サイロ８と、バグフィルタ７から排出された焼却灰ｆ’を灰サイロ８に移送する灰コンベア９と、バグフィルタ７によって浄化された排気ガスｇを大気中に放出する煙突１０を備えている。

なお、図中、１１は流動層ｃに流動用空気ａを供給する押し込みファン、１２は排気ガスを誘引する誘引ファンである。

そして、灰サイロ８内に貯蔵された焼却灰ｆ’は、従来、加湿後、埋め立てに供されていたが、埋立地不足などの諸事情により、上記焼却灰の有効利用が望まれていた。

他方、流動層ボイラは、当初、主として石炭を燃料としていたが、昨今、石炭以外の燃料、すなわち、一般家庭からでる一般ごみ、産業廃棄物、建築廃材チップなどの各種のごみ類が燃料として使用されるようになった。

ところで、建築廃材チップなどのバイオマス燃料を上記の流動層ボイラで燃焼した時にでる焼却灰の成分を分析したところ、その成分は、ＳｉＯ₂が４６．２ｗｔ％、ＣａＯが２７．１ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃が７．７１ｗｔ％、ＴｉＯ₂が５．２３ｗｔ％、Ｆｅ₂Ｏ₃が０．６９ｗｔ％、ＭｇＯが１．２２ｗｔ％、Ｋ₂Ｏが０．２３ｗｔ％、Ｎａ₂Ｏが０．４１ｗｔ％、ＳＯ₃が３．５９ｗｔ％、Ｃｌが０．５１ｗｔ％、未燃炭素が１．５８ｗｔ％であり、ポルトランドセメントの原料である粘土に類似していることが分かった。

そこで、バイオマス燃料などの比較的不純物の少ない燃料からでる焼却灰をセメント原料に適用することを考えたが、この焼却灰には、塩素が重量割合で０．５〜２．０％程度含まれているため、セメント会社の焼却灰引き取り条件、すなわち、塩素含有率０．０５〜０．２ｗｔ％以下を満たすことができず、セメントの原料に適用する上で大きな障害となっていた。

他方、建築廃材チップなどのバイオマス燃料を上記の流動層ボイラで燃焼した場合には、バグフィルタ７によって捕捉された焼却灰ｆ’の中に流動層ｃのベッド材ｂや循環粒子として使用されている硅砂が２０〜４０％含まれていることも分かったので、これを流動層ボイラのベッド材や循環粒子として再利用することも考えた。

ところが、この硅砂ｈには、図５に示すように、硅砂ｈのアルカリ成分と反応した塩素がＫａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂などが塩素化合物ｉとなって付着しているため、流動層ボイラのベッド材や循環粒子としても再利用するには、これらの塩素化合物を除去する必要があった。

従って、流動層ボイラの焼却灰をセメント原料に適用するには、塩素濃度を０．０５％以下にする必要があり、流動層ボイラの焼却灰を流動層ボイラのベッド材や循環粒子に再利用するには、５０ミクロン以上の粗粒子で、なおかつ、ＫａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂などの塩素化合物を除去する必要があった。

そこで、焼却灰の塩素除去及び粒子選別方法について調査してみると、従来、湿式水洗浄法によって燃焼灰の塩素除去および比重選別する方法が提案されていた。この方法は、水槽内の水を上下に運動させることにより、水槽内に供給した都市ごみ燃焼灰を上下に躍動させて、都市ごみ燃焼灰中の塩素分を水洗すると同時に、比重の差を利用した比重選別によって都市ごみ燃焼灰のうち、比較的比重の小さい灰成分を分離するとともに、比較的比重の大きな金属類成分を除去するというものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−９０４０８号公報（第５−６頁、図１）

しかしながら、上記の発明のように、水槽内の水を上下させるのみでは、都市ごみ焼却灰を十分に水洗することが困難であり、都市ごみ燃焼灰の塩素含有率を、セメント会社の引き取り条件を満たすようにすることが難しい。また、特許文献１の発明は、都市ごみ燃焼灰の水洗に用いた水を処理するための排水処理設備が必要になるため、灰処理に要する費用が大幅にアップするという問題がある。

また、上記の発明のように、比重の差を利用した比重選別では、比重の小さい灰成分と、比重の大きな金属類成分とを分離することができでも、粒径の微細な微粒子と、粒径の大きな粗粒子とを分離することが困難である。

そこで、本発明者は、上記焼却灰の浄化および分級について、鋭意、検討したところ、次のような問題があることが分かった。

すなわち、
（１）流動層ボイラの焼却灰は、粒子径が１０〜１００ミクロンの微粒子のため、従来の流動層分級設備では、均一な流動化が達成できないため、粗粒子だけを選択的に分級することが困難である。そこで、微粒子の流動化を達成するため、流動層自体に振動や攪拌を加えることも考えたが、装置が複雑になるのみならず、動力費が高くなるという問題があった。

（２）既に説明したように、焼却灰の表面には、ＫａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂などの塩素化合物となって付着しているが、鋭意、検討の結果、これらの塩素化合物は、焼却灰を流動化させて焼却灰どうしを接触させることで剥離することが分かったが、粒子どうしの接触や摩擦を促進するために、流動化の空気流速をアップすると、微粒子のため、装置からすぐに飛び出してしまうという問題があった。

係る問題を解消するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項１に記載の発明は、逆円錐台形の縦長の胴部を有する被処理灰分級器の下部に設けたノズルから噴射する空気によって被処理灰分級器内の被処理灰を被処理灰分級器内の上部に噴き上げる工程と、被処理灰分級器内の上部に噴き上げられた被処理灰を前記胴部の傾斜壁面に沿って降下させる工程と、前記噴き上げ及び降下工程中に被焼却灰の表面から剥離した塩素化合物や被焼却灰中の微粒子灰を前記ノズルから噴射する空気を利用して被処理灰分級器外に排除する工程と、塩素化合物が除去されたクリーンな粗粒子灰を被処理灰分級器の底部から回収する工程とからなる流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法である。

請求項２に記載の発明は、胴部の傾斜角度θを、７５〜８０度の急傾斜にして被処理灰の降下を促進させることを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法である。

請求項３に記載の発明は、被処理灰分級器下部のノズルに対向する整流板を被処理灰分級器内の上部に設け、該整流板によって被処理灰分級器内の空気流速を均一化することを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法である。

請求項４に記載の発明は、被処理灰を、被処理灰分級器内に空気流を利用して供給することを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法である。

請求項５に記載の発明は、被処理灰分級器を、被処理灰の圧力損失分が２００〜４００ｍｍＡｑ程度になるように運転することを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法である。

上記のように、請求項１に記載の発明は、逆円錐台形の縦長の胴部を有する被処理灰分級器の下部に設けたノズルから噴射する空気によって被処理灰分級器内の被処理灰を被処理灰分級器内の上部に噴き上げる工程と、被処理灰分級器内の上部に噴き上げられた被処理灰を前記胴部の傾斜壁面に沿って降下させる工程と、前記噴き上げ及び降下工程中に被焼却灰の表面から剥離した塩素化合物や被焼却灰中の微粒子灰を前記ノズルから噴射する空気を利用して被処理灰分級器外に排除する工程と、塩素化合物が除去されたクリーンな粗粒子灰を被処理灰分級器の底部から回収する工程とから構成されているので、被処理灰分級器内に供給された被処理灰は、噴き上げ工程中の被焼却灰どうしの接触、あるいは、降下工程中の被焼却灰どうしの接触や、被焼却灰と被処理灰分級器壁面との接触により、被焼却灰の表面から塩素化合物が剥離する。

その結果、塩素化合物が剥離したクリーンな粗粒子灰は、塩素含有率がセメント会社の引き取り条件である０．０５〜０．２ｗｔ％以下となり、セメント原料として有効利用することができる。

他方、被処理灰の表面から剥離した塩素化合物や被焼却灰中の微粒子灰は、前記ノズルから噴射する空気を利用して被処理灰分級器外に排除されるので、塩素化合物が除去されたクリーンな粗粒子灰を被処理灰分級器の底部から回収することにより、流動層ボイラのベッド材や循環粒子として再利用することができる。

請求項２に記載の発明は、胴部の傾斜角度θを、７５〜８０度の急傾斜にして被処理灰の降下を促進させるので、被処理灰分級器内における被処理灰の上下方向の循環が促進され、以て、被処理灰の浄化および分級を促進させることができる。

請求項３に記載の発明は、被処理灰分級器下部のノズルに対向する整流板を被処理灰分級器内の上部に設け、該整流板によって被処理灰分級器内の空気流速を均一化するので、被処理灰分級器内における被処理灰の循環が促進され、以て、被処理灰の浄化および分級を促進させることができる。

請求項４に記載の発明は、被処理灰を、被処理灰分級器内に空気流を利用して供給するので、被処理灰を、被処理灰分級器内に空気流を利用して分散供給することができる。その結果、被処理灰の上下方向の循環が均一化する。

請求項５に記載の発明は、被処理灰分級器を、被処理灰の圧力損失分が２００〜４００ｍｍＡｑ程度になるように運転するので、被処理灰分級器内の被処理灰量が適正に保持され、被処理灰どうしの接触による表面剥離作用が促進される。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明方法に適用する焼却灰分級設備の概略構成図である。

この焼却灰分級設備は、図１に示すように、原料灰サイロ２０と、被処理灰分級器である流動層分級器２１と、微粒子灰サイロ２２と、粗粒子灰サイロ２３とを備えている。

流動層分級器２１の分級器本体２４は、円筒形の原料導入部２５と、その上部に設けた円錐台形の頭部２６と、この頭部２６の上部に設けた円筒形の微粒子灰排出部２７と、前記原料導入部２５の下部に設けた逆円錐台形の胴部２８と、この胴部２８の下部に接続した円筒形の空気導入部２９により形成されている。

更に、流動層分級器２１は、胴部２８と空気導入部２９との境界部に仕切板３３を設けるとともに、仕切板３３に、該仕切板３３を貫通する上向きの空気噴出ノズル３４を複数本設けている。また、原料導入部２５と胴部２８との境界部分に複数の整流板３５および３６を設けている。

上段の整流板３５は、横断面円弧状の樋型部材を凸側を上にして円環状に成形したものであり、原料導入部２５の下部部分にほぼ水平に設けられている。他方、下段の整流板３６は、陣笠状のものであり、円環状の上段整流板３５の中央空間部の下方に位置するように設けられている。これらの整流板３５および３６は、図示しない支持部材によって分級器本体２４に取り付けられている。

また、流動層分級器２１は、流動化ファン３７によって分級器本体２４の下部にある空気導入部２９に空気を供給するようなっている。また、この流動層分級器２１は、胴部２８の下部部分に下り勾配の粗粒子抜き出し用ダクト３８を設けている。その上、粗粒子抜き出し用ダクト３８と粗粒子灰サイロ２３との間に粗粒子抜き出しフィーダ３９を渡し、流動層分級器２１の胴部２８から抜き出した粗粒子灰Ｄ２を粗粒子灰サイロ２３に移送するようになっている。

ここで、粗粒子抜き出しフィーダとしては、スクリュー式フィーダなどが好ましい。

更に、流動層分級器２１は、分級器本体２４の上部に設けた微粒子灰排出部２７と微粒子灰サイロ２２との間にダクト４１を渡すとともに、微粒子灰サイロ２２の上部に誘引ファン４２およびバグフィルター４３を設け、分級器本体２４から流動化空気や微粒子灰Ｄ１などを誘引するようになっている。

上記原料灰サイロ２０は、その下方に灰抜き出しフィーダ４６を設置し、原料灰サイロ２０の焼却灰ｆ’を抜き出すようになっている。灰抜き出しフィーダ４６によって抜き出された焼却灰ｆ’は、搬送コンベア４７によって流動層分級器２１に供給するようになっている。この搬送コンベア４７は、流動層分級器２１の手前に原料灰分散用ダクト４８を備え、そこから導入した空気ａ’によって原料灰ｆ’を分級器本体２４内に分散するようになっている。

ここで、灰抜き出しフィーダとしては、スクリュー式フィーダなどが好ましい。また、搬送コンベアとしては、フレクスベルコンベヤベルト、パイプコンベヤ、モノコンシリンバヤ、ポットコンベヤなどが好ましい。

更に、流動層分級器２１は、制御装置５０を備え、空気導入部２９に設置した第１圧力計５１と、微粒子排出部２７に設置した第２圧力計５２との差圧ΔＰが設定値を満たすように原料灰サイロ２０の灰抜き出しフィーダ４６の電動モータ５３と、搬送コンベア４７の電動モータ５４とを制御するようになっている。

ここで、１０〜１００ミクロンの焼却灰の中から粒子径５０ミクロン以上の粗粒子灰を分級するには、流動層分級器２１を、次のように運転する必要がある。

すなわち、
（１）流動層分級器２１の底部では、５０ミクロン粒子が飛び出す流速とする。つまり、ボトム空気流速Ｕ１（ｍ／ｓｅｃ）が（１）式を満たすようにする。
Ｕ１＝３×Ｕｔ・・・・・（１）

（２）流動層分級器２１の胴部では、５０ミクロン粒子が飛び出し速度の半分の速度とする。これにより、５０ミクロン粒子は、分級器内部で上下に循環し、相互の接触により粒子表面に付着した塩素化合物が剥離される。つまり、胴部空気流速Ｕ２（ｍ／ｓｅｃ）が（２）式を満たすようにする。
Ｕ２＜０．５×Ｕｔ・・・・・（２）

（３）５０ミクロン以下の粒子は、流動層から速やかに飛び出す。つまり、出口空気流速Ｕ３（ｍ／ｓｅｃ）が（３）式を満たすようにする。
Ｕ３＞３×Ｕ１・・・・・（３）
ここで、Ｕｔ（ｍ／ｓｅｃ）は、５０ミクロン粒子の飛び出し空気流速である。

また、分級器内の内部循環を促進し、分級効率をアップさせるため、以下の条件を設定している。

すなわち、
（１）胴部２８の傾斜角度θを８０度の急傾斜とし、粒子の降下を促進する。

つまり、水平面３１に対する胴部側面３２の角度θは、８０°、就中、７５〜８０°の範囲が好ましい。この胴部側面３２の角度θが７５°未満の場合は、５０ミクロン以下の微粒子が粗粒子中に混合する割合が増加するなどの問題があり、この胴部側面３２の角度θが８０°を超える場合は、７５°未満の場合と同様の問題を生ずる。

（２）胴部２８の空気流速を均一にするため、整流板３５，３６を設ける。

（３）原灰を空気によって分級器２１内に吹き込むことにより、分級器２１内の分散を促進する。

（４）分級器２１の運転条件として、分級器２１内の粒子量が圧力損失分として、２００〜４００ｍｍＡｑ程度に保持して運転する。これにより、分級器２１内の粒子ホールド量が適正に保持され、粒子どうしの接触による表面剥離作用が促進される。

次に、この流動層分級器の作用について説明する。

図１に示すように、流動化ファン３７を稼働し、流動層分級器胴部２６の下部に設けた空気噴出ノズル３４から空気ａを上向きに噴出させながら、原料灰サイロ２０の灰抜き出しフィーダ４６および搬送コンベア４７を稼働させると、原料灰サイロ２０内に貯蔵されていた焼却灰、すなわち、流動層ボイラに付随するバグフィルタによって捕捉された微細な焼却灰（粒子径：１０〜１００ミクロン）ｆ’が、灰抜き出しフィーダ４６および搬送コンベア４７によって分級器本体２４内に導入される。

このとき、搬送コンベア４７に付随する原料灰分散用ダクト４８から供給された空気ａ’によって焼却灰ｆ’が、分級器本体２４内にほぼ均一に分散される。

分級器本体２４内に供給された焼却灰ｆ’は、分級器本体２４の下部に設けた空気噴出ノズル３４から噴出する空気ａによって噴き上げられ、その間に焼却灰ｆ’どうしが接触して焼却灰ｆ’の表面に付着しているＫａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂などの塩素化合物ｉが剥離する。

また、分級器本体２４内の上部に噴き上げられた焼却灰ｆ’は、胴部２８の急斜面に沿って降下するが、その間に焼却灰ｆ’どうしや、焼却灰ｆ’と胴部２８の壁面とが接触して焼却灰ｆ’の表面に付着しているＫａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂などの塩素化合物ｉが剥離する。

しかして、焼却灰ｆ’の表面から剥離した塩素化合物ｉや、粒子径が５０ミクロン未満の微粒子灰Ｄ１は、流動化用空気ａによって微粒子灰サイロ２２に排出される。

他方、循環運動によって塩素化合物が除去された５０ミクロン以上、つまり、５０〜１００ミクロンの粗粒子灰Ｄ２は、粗粒子抜き出しフィーダ３９によって粗粒子灰サイロ２３に移送される。

微粒子灰サイロ２２に貯蔵された塩素化合物ｉや、粒子径が５０ミクロン未満の微粒子灰Ｄ１は、埋め立てに給され、粗粒子灰サイロ２３に貯蔵されたクリーンな粗粒子灰Ｄ２は、セメント原料や、流動層ボイラのベッド材や循環粒子として再利用される。

以上の説明では、バグフィルタ７で捕捉された焼却灰の分級および浄化について説明したが、本発明によれば、外部熱交換器４から排出された焼却灰の分級および浄化についても適用することができる。

（実施例）
図１に示す焼却灰分級設備を用いて建築廃材チップ焼却灰の塩素除去および分級を行った。
ここで、
・焼却灰分級設備のボトム流速Ｕ１：０．３ｍ／ｓｅｃ
・焼却灰分級設備の胴部流速Ｕ２：０．０５ｍ／ｓｅｃ
・焼却灰分級設備の出口流速Ｕ３：１ｍ／ｓｅｃ
・焼却灰分級設備の胴部の傾斜角度θ：８０度
とした。

その結果を「表１」および「表２」に示す。

「表２」から粗粒子灰中の塩素濃度が０．０３％となり、セメント会社の焼却灰納入基準以下になっていることが分かる。また、「表２」によれば、粗粒子灰の成分の組成は、ＳｉＯ₂が７８．２ｗｔ％、ＣａＯが２．１ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃が１２．６ｗｔ％、ＴｉＯ₂が２．２３ｗｔ％、Ｆｅ₂Ｏ₃が１．８０ｗｔ％、ＭｇＯが０．４１ｗｔ％、Ｋ₂Ｏが０．０７ｗｔ％、Ｎａ₂Ｏが０．１２ｗｔ％、ＳＯ₃が１．２１ｗｔ％、Ｃｌが０．０３ｗｔ％、未燃炭素が０．１０ｗｔ％であり、ポルトランドセメントの原料である粘土に類似した成分であることから、セメントの原料に供給できることが分かった。

本発明方法に適用する焼却灰分級設備の概略構成図である。（ａ）処理前の焼却灰の模式図、（ａ）処理後の焼却灰の模式図である。分級器本体の流速設定図である。流動層ボイラの概略構成図である。処理前の焼却灰の模式図である。

符号の説明

２１被処理灰分級器
３４ノズル
ａ空気
ｆ’ 被処理灰
ｉ塩素化合物
Ｄ１微粒子灰
Ｄ２粗粒子灰

Claims

逆円錐台形の縦長の胴部を有する被処理灰分級器の下部に設けたノズルから噴射する空気によって被処理灰分級器内の被処理灰を被処理灰分級器内の上部に噴き上げる工程と、被処理灰分級器内の上部に噴き上げられた被処理灰を前記胴部の傾斜壁面に沿って降下させる工程と、前記噴き上げ及び降下工程中に被焼却灰の表面から剥離した塩素化合物や被焼却灰中の微粒子灰を前記ノズルから噴射する空気を利用して被処理灰分級器外に排除する工程と、塩素化合物が除去されたクリーンな粗粒子灰を被処理灰分級器の底部から回収する工程とからなる流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法。
胴部の傾斜角度θを、７５〜８０度の急傾斜にして被処理灰の降下を促進させることを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法。
被処理灰分級器下部のノズルに対向する整流板を被処理灰分級器内の上部に設け、該整流板によって被処理灰分級器内の空気流速を均一化することを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法。
被処理灰を、被処理灰分級器内に空気流を利用して供給することを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法。
被処理灰分級器を、被処理灰の圧力損失分が２００〜４００ｍｍＡｑ程度になるように運転することを特徴とする請求項１記載の流動層ボイラ焼却灰からの塩素除去方法。