JP2006200886A

JP2006200886A - 廃棄物の処理方法、装置、廃棄物からの熱回収方法及び装置

Info

Publication number: JP2006200886A
Application number: JP2006037888A
Authority: JP
Inventors: Takashi Noto; 隆能登; Akira Nakamura; 章中村; Seiji Kinoshita; 誠二木ノ下; Hajime Akiyama; 肇秋山
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】廃棄物燃焼ガスからボイラにて熱回収する際に、ボイラチューブの腐食の問題を解決し、効率よく熱回収できる廃棄物の処理方法、装置、廃棄物からの熱回収方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】廃棄物を燃焼反応を伴う部分酸化炉１にて、炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して、不完全燃焼、もしくは部分酸化させて可燃ガスを生成し、該可燃ガスを２５０〜４５０℃で除塵装置２に導入して除塵し、除塵された該可燃ガスを燃焼炉３にて燃焼させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物の処理方法、装置、廃棄物からの熱回収方法及び装置に関するものである。

都市ごみあるいは産業廃棄物(以下「廃棄物」という)を部分酸化させて、ガス化せしめた後に燃焼させる方法が特許文献１に提案されている。その代表的な例の構成の概要を添付図面の図６に示す。

図６にて、廃棄物は部分燃焼流動床炉５１にて、流動層温度４５０〜６５０℃、空気比０.１５〜０.５程度の還元雰囲気でガス化され、サイクロン、衝突式集塵器等の集塵装置５２を介して二次燃焼炉５３へ導入される。生成ガスは二次燃焼炉５３で二次空気と混合して８００〜１０００℃の高温で完全燃焼する。このとき、脱塩剤を供給してＨＣｌガスの発生を抑制させ、熱回収を行う。集塵器５２の下方にはダスト回収ライン５４が設置されており、脱塩剤の一部とダストの全部又は一部は、冷却器５５で冷却された後、再び部分酸化流動床炉に戻されるようになっている。
特開平７−３５３２２

このような燃焼方法において廃棄物を部分酸化させた後に燃焼させる場合、二次燃焼炉で脱塩剤を使用しなければならない。そのため、ダスト濃度が高くなり、除塵の点で不利になる。また、二次燃焼炉におけるダスト濃度を一定値以下に制御しなければ、熱回収のために後段に配されるボイラにおいてダスト中の塩などによるボイラチューブの腐食が間題となる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、上記問題点を発生させることなく部分酸化させ、効率よく熱回収することができる廃棄物の処理方法、装置、廃棄物からの熱回収方法及び装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第一の手段は、廃棄物を燃焼反応を伴う部分酸化炉にて、炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して、不完全燃焼、もしくは部分酸化させて可燃ガスを生成し、該可燃ガスを２５０〜４５０℃で除塵装置に導入して除塵し、除塵された該可燃ガスを燃焼炉にて燃焼させることを特徴とする廃棄物の処理方法である。

部分酸化炉内では廃棄物の部分酸化が行われ、除塵装置入口に２５０〜４５０℃と比較的温度の低い可燃ガスが送られる。ここで、上記除塵装置入口での温度を上記範囲に設定した理由は、２５０℃未満ではタール付着等の問題があり、４５０℃より上ではダイオキシン類生成の可能性及び塩による目づまりの可能性があるからである。

このとき部分酸化炉の空気比を０．１５〜０．９となるように調整をする。その理由は、空気比が０．１５未満では、強還元ガスとしてタール付着等の問題が発生し、０．９より上では二次燃焼炉に導入する前に可燃ガスの酸化が促進されてしまうためである。これにより、炉出口での酸素濃度を低く抑え、可燃成分と酸素による爆発の危険が少なくなる。また、このように比較的低温であるため、減温塔などの設備を介して過度の冷却することなく、除塵を行うことができる。除塵装置においては、ダスト濃度を０.１ｇ／Ｎｍ³以下に除塵してから燃焼炉で可燃ガスを燃焼させ、効率よく高温化を実現することができる。このときの除塵装置は、該可燃ガスの温度によって、バグフィルター、セラミックフィルター、高温電気集塵器、慣性力集塵器、高性能サイクロン、遠心力集塵機等を用いれば良い。

本発明方法の場合、除塵装置にてダスト濃度を０.１ｇ／Ｎｍ³以下になるように除塵するため、ダスト中の塩の量が低減され、後段のボイラチューブ等の腐食の可能性が激減する。

さらにまた、有害ガスの排出を抑制させることができる。部分酸化炉で部分酸化された後の可燃ガスを燃焼炉で酸化剤と混合させ高温で燃焼させるので、ＣＯ等の未燃分の排出がほぼ完全に抑制される。また、可燃ガスを除塵してから高温燃焼させるので、すすに起因する芳香族系有機化合物濃度は低くなり、結果として不完全燃焼生成物であるダイオキシン類物質濃度も低減される。

上記課題を解決する第二の手段は、除塵装置としてセラミックフィルタを使用することとする廃棄物の処理方法である。これにより、効率的に除塵を行うことができ、有害ガスの排出はさらに抑制される。ここでセラミックフィルタへの付着物を酸素濃度５％以下のガスで定期的に払い落とすようにするとよい。酸素濃度を５％以下とするのは、酸素による可燃ガスの酸化を抑制し、不要な爆発、燃焼の危険性を低減させるためである。この酸素濃度５％以下のガスは排ガス再循環、あるいは圧力スイング吸着法や膜分離法を利用して得ることができる。

また、セラミックフィルタへの付着物を窒素ガスで定期的に払い落とすようにしてもよい。付着物の払い落としに窒素を用いることにより集塵器において可燃ガスは酸化することがない。また、この手段に起因する不要な爆発、燃焼等はなくなる。

上記課題を解決する第三の手段は、上記の第一または第二の手段において、燃焼炉にあるいは燃焼炉の下流にボイラを配設し、該ボイラにて熱回収を行うこととする廃棄物処理方法である。効率よく高温を熱回収できるので、高温高圧ボイラが可能になる。

上記課題を解決する第四の手段は、廃棄物を燃焼反応を伴う部分酸化炉にて、炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して、不完全燃焼、もしくは部分酸化させて可燃ガスを生成し、該可燃ガスを２５０〜４５０℃で除塵装置に導入して除塵し、除塵された該可燃ガスを燃焼炉にて燃焼させ、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラにて燃焼ガスから熱回収することを特徴とする廃棄物からの熱回収方法である。

上記課題を解決する第五の手段は、炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して廃棄物を不完全燃焼もしくは部分酸化させ可燃ガスを生成する部分酸化炉と、その後流に設置され、２５０〜４５０℃で該可燃ガスを除塵する除塵装置と、さらにその後流に設置された燃焼炉と、を有することを特徴とする廃棄物の処理装置である。

部分酸化炉内では、廃棄物は部分酸化が行われ、除塵装置入口で２５０〜４５０℃と比較的温度の低い可燃ガスが生成される。このとき部分酸化炉の空気比を０．１５〜０．９となるように調整をする。これにより、酸素濃度が低く、爆発等の危険が少ない可燃ガスが生成される。また、この可燃ガスは、比較的低温であるので、減温塔などの設備による過度の冷却なしに、除塵される。部分酸化炉の炉出口からダクト等で接続されている後流の除塵装置においてダスト濃度を０.１g／Ｎｍ³以下に除塵した後に、可燃ガスは後流の燃焼炉で燃焼され、効率よく高温化される。このときの除塵装置は、該可燃ガスの温度によって、バグフィルター、セラミツクフィルター、高温電気集塵器、慣性力集塵器、高性能サイクロン、遠心力集塵機等を用いれば良い。本装置の場合、ダスト濃度を０.１ｇ／Ｎｍ³以下になるように除塵するので、ダスト中の塩の量が低減され、後流のボイチューブ等の腐食が極めて少なくなる。

さらにまた、有害ガスの排出を抑制させることができる。部分酸化炉にて部分酸化された後の可燃ガスを燃焼炉で酸化剤と混合させ高温で燃焼させるので、ＣＯ等の未燃分の排出がほぼ完全に抑制される。また、可燃ガスを除塵してから高温燃焼させるので、すすに起因する芳香族系有機化合物濃度は低くなり、結果として不完全燃焼生成物であるダイオキシン類物質濃度も低減される。

上記課題を解決する第六の手段は、第五の手段において、除塵装置がセラミックフィルタであることとする廃棄物の処理装置である。

また、上記課題を解決する第七の手段は、第五または第六の手段において、燃焼炉にあるいは燃焼炉の下流に配設されたボイラを有することを特徴とする廃棄物処理装置である。

さらに、上記課題を解決する第八の手段は、炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して廃棄物を不完全燃焼もしくは部分酸化させ可燃ガスを生成する部分酸化炉と、その後流に設置され、２５０〜４５０℃で該可燃ガスを除塵する除塵装置と、さらにその後流に設置された燃焼炉と、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラを有することを特徴とする廃棄物からの熱回収装置である。

本発明においては、部分酸化させたガスを比較的低温で除塵してから燃焼炉で燃焼させることにより高温を得ることとしたので、ガス化した廃棄物の処理が効率的に行えると同時に、高温高圧ボイラを設置することによる熱回収も効率よく行える。また、ダイオキシンやフラン等の有害ガスの排出を抑制することもできる。さらに、従来技術と比較してプラント全体を簡素化でき、必要設置面積も小さくてすむ。

以下、添付図面の図１ないし図３にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態の概要構成を示す図である。図において、符号１は部分酸化炉であり、該部分酸化炉１には酸化のための空気あるいは、蒸気や排ガスによって酸素濃度を制御された空気主体のガスが供給されるようになっており、廃棄物が炉内へ投入されて着火し部分酸化し可燃ガスを生成する。上記部分酸化炉１には、該可燃ガスの除塵を行う除塵装置２、可燃ガスを燃焼する燃焼炉３、燃焼したガスの熱回収を行うボイラ４が順次接続されている。

上記部分酸化炉１では、炉内温度は廃棄物が自燃でき、かつ部分酸化する程度であれば良く、４００〜８００℃であることが望ましい。また、部分酸化の空気比がおよそ０.１５〜０.９程度となるように制御される。その後、該可燃ガスは部分酸化炉１内での滞留時間によりその温度が制御され、２５０〜４５０℃で除塵装置２へ送られる。この温度範囲とする理由は、２５０℃以下ではタール等の付着物が問題となり、４５０℃以上ではダイオキシン類生成の問題及びＮａＣｌやＫＣｌ等の塩による目つまりの問題があるからである。

次に、可燃ガスは除塵装置２へもたらされ、該除塵鼓置２では０.１ｇ／Ｎｍ³以下の濃度まで除塵される。この濃度まで除塵すれば、ダスト中の塩の量が低減されるため、後段のボイラチューブ等の腐食が低減される。図２に除塵後のダスト濃度と後流のボイラチューブの耐用年数の関係を示す。この図から、除塵後のダスト濃度を０.１ｇ／Ｎｍ³以下にすれば後流のボイラチューブの腐食を実用に耐え得る程度まで抑えられることがわかる。

上記除塵装置２には図３に示すようなキャンドル型セラミックフィルターを使うことが望ましいが、ろ布や、目開き１０ｍｍ以下のハニカム状セラミックフィルターの使用も考えられる。払い落としは、可燃ガスの酸化を抑制し、不用意な爆発、燃焼の危険を低減させるために酸素濃度５％以下のガス、又は窒素で行うのが望ましい。また、付着物の剥離効果を考えると払い落とし方法の条件は、ガス圧力１ｋｇ／ｃｍ²以上、払い落とし間隔は数秒〜数十分、払い落とし時間は０.０２秒〜数十秒程度であることが望ましい。

可燃ガスは除塵装置２にて除塵された後に燃焼炉３に導入されここで約１０００℃程度まで温度上昇する。ここでは完全燃焼が行われるため、未燃ガス等の排出がほぼ完全に抑制される。また、可燃ガスは、予め除塵が行われているために、すすに起因する芳香族系有機化合物濃度は低くなり、結果として不完全燃焼生成物であるダイオキシン類物質濃度も低減される。

本実施形態では、好ましい例として、この燃焼炉３の後段にボイラ、例えば３００℃以上、２０ａｔａ以上の高温高圧ボイラ４の水管が設置されており、効率よく燃焼ガスから熱回収をすることができる。必要に応じて高温空気の回収も可能になる。予め除塵が行われているため、ダストに起因するボイラチューブの腐食を抑えることができる。塩化水素ガスによる腐食効果が増大する排ガス温度６００℃以上の高温場から熱を回収する場合には、ボイラチューブの寿命を長くするため耐腐食性を有するセラミック材質を使ったボイラチューブを用いれば良い。熱回収が終わった排ガスは下流の排ガス処理設備(図示せず)を経て、煙突から排出される。

本発明の実施例を図４にもとづき説明する。本実施例装置では、図１装置の部分酸化炉として流動床炉１を採用している。他は、図１装置と同じであり、図４では図１と共通部分に同一符号を付してある。

図４装置では、流動床炉１で流動化空気温度を２０〜６５０℃、砂層温度４００〜６００℃とし、廃棄物たる都市ごみを１ｔ／ｈで該流動床式炉１へ供給し、空気比を０.２〜０.８の間で操作して部分酸化させ可燃ガスを生成した。可燃ガスは２５０〜４５０℃で除塵装置２に供給し、キャンドル型セラミックフィルターにより除塵を行った。キャンドル型セラミックフィルターの材質は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、コージュライト、上記材料のコンポジット、あるいはそれに類似する無機材料のセラミックファイバー型か、多孔質体型である。払い落としには窒素ガスを用い、払い落とし圧力４ｋｇ／ｃｍ²、払い落とし間隔５秒〜５０分、払い落とし時間０.１秒〜２０秒の範囲とした。これにより、除塵装置２への流入前のダスト濃度が５〜２０ｇ／Ｎｍ³であったものが０.１ｇ／Ｎｍ³以下まで除塵された。この除去されたダスト等は回収後に溶融炉及び焼却炉で無害化処理された。かかる除塵後の可燃ガスを燃焼炉３で燃焼させて９００〜１０００℃まで温度を上げた。このとき、後段のボイラ４で３５０〜５４０℃、５０〜１００ａｔａの蒸気を用いて熱回収を行うことができた。なお、ボイラチューブとしてステンレス鋼、インコネル他の合金鋼を用いたが、著しい腐食等は認められず、材料によっては複数年使用可能な耐腐食性を確認した。また、高温空気の回収も行ったところ、３５０〜７００℃の高温空気の回収が可能であることが判明した。

また、図５に示される火格子式炉での適用性の確認も行った。図５装置では部分酸化炉として火格子式炉１を採用した。他は、図１装置と同じである。この火格子式炉１では酸化用空気温度を２０〜２５０℃とし、火格子上部温度５００〜８００℃として廃棄物たる都市ごみを炉内へ供給し、空気比を０.３〜０.９の間で操作して部分酸化させた。可燃ガスは２５０〜４５０℃で除塵装置２に供給し、キャンドル型セラミックフィルター及びハニカム型セラミックフィルターにより除塵を行った。セラミックフィルターの材質は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、コージュライト、上記材料のコンポジット、あるいはそれに類似する無機材科のセラミックファイバー型か、多孔質体型である。払い落としには窒素ガスを用い、払い落とし圧力３ｋｇ／ｃｍ²、払い落とし間隔１０秒〜２０分、払い落とし時間０.０５秒〜１５秒の範囲とした。これにより、除塵装置２に流入する前のダスト濃度が１〜５ｇ／Ｎｍ³であったものが０.１ｇ／Ｎｍ³以下まで除塵された。この除去されたダスト等は回収後に溶融炉及び焼却炉で無害化処理を行った。除塵後の可燃ガスを燃焼炉３で燃焼させて９００〜１１００℃まで温度を上げた。燃焼炉３では、爆発等の危険を回避すべくパイロットバーナ(図示せず)を用いて常時点火源をおいて、可燃ガスを連続的に燃焼した。このバーナは燃料として天然ガスあるいは灯油を用い、出力数万ｋｃａｌ／ｈ〜数十万ｋｃａｌ／ｈのバーナを配設した。このとき、後段のボイラ４で５４０℃、１００ａｔａの蒸気を用いて熱回収を行うことができた。なお、ボイラチューブとしてステンレス鋼、インコネル他の合金鋼を用いたが、著しい腐食等は認められず、1年以上の安定稼働を確認した。

本発明の一実施形態装置の概要構成図である。ダスト濃度とボイラチューブの耐用年数との関係を示す図である。図１装置の除塵装置に採用可能なキャンドル型セラミックフィルターの概略図である。本発明の一実施形態装置の概要構成図である。図４装置の変形を示す装置の概要構成図である。従来の廃棄物処理装置の概要構成図である。

符号の説明

１部分酸化炉
２除塵装置
３燃焼室
４ボイラ

Claims

廃棄物を燃焼反応を伴う部分酸化炉にて、炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して、不完全燃焼、もしくは部分酸化させて可燃ガスを生成し、該可燃ガスを２５０〜４５０℃で除塵装置に導入して除塵し、除塵された該可燃ガスを燃焼炉にて燃焼させることを特徴とする廃棄物の処理方法。
除塵装置としてセラミックフィルタを使用することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
燃焼炉にあるいは燃焼炉の下流にボイラを配役し、該ボイラにて熱回収を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃棄物処理方法。
廃棄物を燃焼反応を伴う部分酸化炉にて、炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して、不完全燃焼、もしくは部分酸化させて可燃ガスを生成し、該可燃ガスを２５０〜４５０℃で除塵装置に導入して除塵し、除塵された該可燃ガスを燃焼炉にて燃焼させ、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラにて燃焼ガスから熱回収することを特徴とする廃棄物からの熱回収方法。
炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して廃棄物を不完全燃焼もしくは部分酸化させ可燃ガスを生成する部分酸化炉と、その後流に設置され、２５０〜４５０℃で該可燃ガスを除塵する除塵装置と、さらにその後流に設置された燃焼炉と、を有することを特徴とする廃棄物の処理装置。
除塵装置がセラミックフィルタであることを特徴とする請求項５に記載の廃棄物の処理装置。
燃焼炉にあるいは燃焼炉の下流に配設されたボイラを有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の廃棄物処理装置。
炉内温度を４００〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して廃棄物を不完全燃焼もしくは部分酸化させ可燃ガスを生成する部分酸化炉と、その後流に設置され、２５０〜４５０℃で該可燃ガスを除塵する除塵装置と、さらにその後流に設置された燃焼炉と、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラを有することを特徴とする廃棄物からの熱回収装置。