JP2006207960A - 高含水物処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 焼却炉の燃焼効率や装置全体の熱効率を従来よりも向上させる。
【解決手段】 高含水物処理装置に係る第１の解決手段として、循環流動層焼却炉を構成する焼却炉から排出された流動媒体を用いて処理対象物である高含水物を乾燥させた後、前記焼却炉で焼却処理する高含水物処理装置において、前記高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭する脱臭装置を備え、脱臭済みの水蒸気を流動媒体の循環経路を経由することなく排気する、という手段を採用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高含水物処理装置及び方法に関する。

例えば特公平０７−０４５９２８号公報には、下水汚泥等の高含水可燃物を焼却炉から飛散・排出した流動媒体粒子を混合させて一次乾燥させた後、高含水可燃物及び流動媒体粒子を焼却炉から排出された廃ガスを用いて自燃状態まで二次乾燥させて、焼却炉で焼却する高含水可燃物の焼却装置が開示されている。
より具体的には、この焼却装置は、循環流動層焼却炉を利用したものであり、流動媒体粒子の循環経路内に下水汚泥を一次乾燥させるためのミキサ１３と、当該ミキサ１３から供給された下水汚泥を自燃状態まで二次乾燥させる第二の乾燥手段１５とを設けたものである。上記ミキサ１３は、直立円筒状の流動焼却炉１１の上部に連通する第一サイクロン１２の次段に設けられ、当該第一サイクロン１２から供給された流動媒体粒子を下水汚泥に混合させて当該下水汚泥を一次乾燥する。一方、第二の乾燥手段１５は、流動焼却炉１１の供給口１４に連接され、ミキサ１３から供給された下水汚泥と流動媒体粒子との混合物Ｍを流動焼却炉１１の廃ガスによって予熱し、流動焼却炉１１に供給する。また、このような焼却装置では、高含水可燃物である下水汚泥の乾燥によって発生した水蒸気を流動焼却炉１１に供給することにより燃焼脱臭している。
特公平０７−０４５９２８号公報

ところで、上記従来の焼却装置は、装置規模小型化して設備コストを低減すること、及び補助燃料を削減してランニングコストを低減することを技術課題とするものであり、装置全体の熱効率を考慮したものではない。
例えば、上記焼却装置では第一サイクロン１２で流動媒体粒子と分離された廃ガスをミキサ１３及び第二の乾燥手段１５から出力された水蒸気（下水汚泥から分離したもの）と混合させ、つまり高温の廃ガスを当該廃ガスよりも低温な水蒸気と混合し、この混合ガスを廃ガス循環路２７を介して流動焼却炉１１に還流させるようにしている。このような構成は、下水汚泥の乾燥によって発生した水蒸気を流動焼却炉１１に供給して燃焼脱臭させるためのものであり、流動焼却炉１１の燃焼効率や装置全体の熱効率を低下させるものである。下水汚泥を焼却する実用的な装置を実現するためには、流動焼却炉１１の燃焼効率や装置全体の熱効率をさらに向上させる必要あがる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、焼却炉の燃焼効率や装置全体の熱効率を従来よりも向上させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、高含水物処理装置に係る第１の解決手段として、循環流動層焼却炉を構成する焼却炉から排出された流動媒体を用いて処理対象物である高含水物を乾燥させた後、前記焼却炉で焼却処理する高含水物処理装置において、前記高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭する脱臭装置を備え、脱臭済みの水蒸気を流動媒体の循環経路を経由することなく排気する、という手段を採用する。
また、高含水物処理装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭する脱臭装置をさらに備える、という手段を採用する。
高含水物処理装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、焼却炉の後段に燃焼排ガスを用いて水蒸気を発生させるボイラをさらに備える、という手段を採用する。
高含水物処理装置に係る第４の解決手段として、上記第３の手段において、燃焼用空気を予熱する空気予熱器をさらに備え、ボイラから排出される燃焼排ガスと水蒸気とを混合して空気予熱器に熱源として供給する、という手段を採用する。
高含水物処理装置に係る第５の解決手段として、上記第２〜第４いずれかの手段において、流動媒体は硫化水素を吸着する吸着剤を含み、脱臭装置は、高含水物を乾燥させることによって発生した水蒸気を流動媒体と接触させることにより当該水蒸気から硫化水素を除去する、という手段を採用する。
高含水物処理装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５いずれかの手段において、焼却炉の燃焼排ガスを所定の環境基準に適合する状態に処理する燃焼排ガス後処理装置をさらに備える、という手段を採用する。
一方、本発明では、高含水物処理方法に係る第１の解決手段として、循環流動層焼却炉を構成する焼却炉から排出された流動媒体を用いて処理対象物である高含水物を乾燥させた後、前記焼却炉で焼却処理する高含水物処理方法において、前記高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭し、脱臭済みの水蒸気を流動媒体の循環経路を経由することなく排気する、という手段を採用する。
また、高含水物処理方法に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭する、という手段を採用する。
高含水物処理方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、焼却炉の燃焼排ガスを用いて水蒸気を発生させる、という手段を採用する。
高含水物処理方法に係る第４の解決手段として、上記第３の手段において、燃焼用空気を予熱するための熱源としてボイラから排出される燃焼排ガスと水蒸気との混合ガスを用いる、という手段を採用する。
高含水物処理方法に係る第５の解決手段として、上記第２〜第４いずれかの手段において、流動媒体は硫化水素を吸着する吸着剤を含み、
高含水物を乾燥させることによって発生した水蒸気を流動媒体と接触させることにより当該水蒸気から硫化水素を除去して脱臭する、という手段を採用する。
高含水物処理方法に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５いずれかの手段において、焼却炉の燃焼排ガスを所定の環境基準に適合する状態に後処理する、という手段を採用する。

本発明によれば、高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭した後、流動媒体の循環経路を経由することなく排気するので、つまり燃焼炉を含む比較的高温な流動媒体の循環経路に比較的低温な水蒸気を加えることによって流動媒体の循環経路を温度低下させないので、従来の装置に比較して燃焼炉における燃焼効率及び全体としての熱効率が向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る高含水物処理装置の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本高含水物処理装置は、乾燥装置１、焼却炉２、サイクロン３、ボイラ４、脱臭装置５、空気予熱器６、白煙防止予熱器７、冷却塔８、バグフィルタ９及び洗煙塔１０等から構成されている。なお、これら各構成要素のうち、乾燥装置１、焼却炉２及びサイクロン３は循環流動層焼却炉を構成し、一方、冷却塔８、バグフィルタ９及び洗煙塔１０は焼却炉２の燃焼排ガスを所定の環境基準に適合する状態に後処理する燃焼排ガス後処理装置を構成している。

乾燥装置１は、処理対象物として外部から供給された下水汚泥にサイクロン３から供給された加熱状態の砂を混ぜ合わせることによって乾燥するものであり、乾燥した下水汚泥を焼却炉２に排出する一方、下水汚泥を乾燥させることにって発生した水蒸気を脱臭装置５に排出する。処理対象物である下水汚泥は、含水率が極めて高い高含水物であり、例えば８０％の含水率を有している。乾燥装置１は、このような下水汚泥を６０％あるいはそれ以下の含水率まで乾燥させ、焼却炉２において自燃可能な状態（補助的な燃料を必要とせず自ら燃焼する状態）、あるいは焼却炉２を完全燃焼状態とする。

焼却炉２は、周知の流動層焼却炉であって、炉床の砂（流動媒体）に外部から空気を吹き込むことによって流動層を形成し、当該流動層中に乾燥装置１から供給された下水汚泥を投入することにより焼却するものである。このような焼却炉２では、下水汚泥の焼却処理によって発生する高温の燃焼排ガスが内部に飛散する砂と共にサイクロン３に排出される。焼却炉２内の燃焼温度は、例えば８５０°Ｃを超える高温であり、よって焼却炉２から排出される燃焼排ガス及び砂も８５０°Ｃに近い極めて高温状態にある。

サイクロン３は、このような高温状態の燃焼排ガス及び砂を旋回させることによって分離するものであり、比重が比較的軽い燃焼排ガスを上部からボイラ４に排出する一方、比重が比較的重い砂を下部から乾燥装置１に排出する。ボイラ４は、サイクロン３から供給された高温の燃焼排ガスを熱源として水蒸気を発生するものであり、熱交換後の燃焼排ガスを熱交換用の熱源として空気予熱器６に供給する。

ここで、上記乾燥装置１から排出される水蒸気は、下水汚泥から気化したものであり、アンモニアや硫化水素あるいは各種有機物等が含まれている。そして、この水蒸気は、これらアンモニア等が含まれていることによって臭気を有するものである。脱臭装置５は、このような水蒸気の脱臭を行うものであり、アンモニアを触媒によって酸化分解するアンモニア分解触媒器、硫化水素を湿式吸収する湿式吸収器及び各種有機物を吸着・除去する活性炭等から構成されている。このような脱臭装置５によって脱臭処理された水蒸気は、図示するように空気予熱器６の前段（ボイラ４の後段）、白煙防止予熱器７の前段（空気予熱器６の後段）、冷却塔８の前段（空白煙防止予熱器７の後段）、バグフィルタ９の前段（冷却塔８の後段）及び洗煙塔１０の後段に供給される。

空気予熱器６は、焼却炉２に供給される燃焼用空気を、ボイラ４から排出された燃焼排ガス及び脱臭装置５から供給された水蒸気と熱交換することによって予熱するものである。白煙防止予熱器７は、白煙防止用空気を空気予熱器６から排出された燃焼排ガス及び脱臭装置５から供給された水蒸気と熱交換することによって予熱するものである。

冷却塔８は、白煙防止予熱器７から排出された燃焼排ガス及び脱臭装置５から供給された水蒸気を所定温度に冷却してバグフィルタ９に排出する。バグフィルタ９は、主に冷却塔８から排出された燃焼排ガスに含まれる粉塵を除去して洗煙塔１０に排出する。洗煙塔１０は、バグフィルタ９から排出された燃焼排ガス及び脱臭装置５から供給された水蒸気に含まれる有害ガス（塩化物や硫化物等）を除去し、上記燃焼排ガス及び水蒸気を所定の環境基準に適合した状態として外気に放出する。

次に、このように構成された本高含水物処理装置の動作について詳しく説明する。
本高含水物処理装置では、有機物を多く含むと共に高含水（例えば含水率：８０％）である下水汚泥は、乾燥装置１に連続的に供給され、当該乾燥装置１において高温の砂と混ぜ合わされることによって自燃可能な状態（例えば含水率：６０％）にまで乾燥される。

そして、このように乾燥された下水汚泥は、焼却炉２の流動層に投入されて燃焼処理され、当該燃焼によって燃焼排ガスや燃焼残渣に変換される。この燃焼排ガスや燃焼残渣のうち、固形物である燃焼残渣は焼却炉２の下部から外部に排出され、一方、気体である燃焼排ガス及び焼却炉２内に飛散する砂は焼却炉２の上部からサイクロン３に向けて連続的に排出される。この燃焼排ガス及び砂の混合物は、焼却炉２内の燃焼温度（例えば８５０°Ｃ）に順ずる高温であり、サイクロン３内を旋回することによって、その比重差に起因して燃焼排ガスと砂とに分離される。

そして、高温状態の砂は、外部から供給された下水汚泥を乾燥させるための熱源として、サイクロン３の下部から乾燥装置１に連続的に供給される。乾燥装置１は、このサイクロン３から順次供給される砂を用いて高含水の下水汚泥を順次乾燥させて焼却炉２に供給する。

すなわち、流動媒体である砂は、焼却炉２→乾燥装置１→サイクロン３→焼却炉２と循環するようになっており、これら乾燥装置１、焼却炉２及びサイクロン３は循環流動層焼却炉を構成している。また、乾燥装置１は、このような循環流動層焼却炉を構成すると共に高温である砂の熱を用いて下水汚泥を乾燥させ、当該乾燥によって発生した水蒸気を砂の循環サイクル外にある脱臭装置５に排出する。

ここで、上述した従来の循環流動層焼却炉形式の焼却装置は、下水汚泥の乾燥によって発生した水蒸気を流動焼却炉に戻すことによって焼却脱臭しており、つまり流動焼却炉内の燃焼温度よりもかなり低温の水蒸気を流動焼却炉に供給するため、燃焼効率や熱効率が悪い。これに対して、本高含水物処理装置では、専用の脱臭装置５を別途設け、乾燥装置１、燃焼炉２及びサイクロン３からなる砂の高温循環経路外、つまり空気予熱器６の前段（ボイラ４の後段）、白煙防止予熱器７の前段（空気予熱器６の後段）、冷却塔８の前段（空白煙防止予熱器７の後段）、バグフィルタ９の前段（冷却塔８の後段）及び洗煙塔１０の後段に脱臭装置５から排出された水蒸気を供給する構成を採用するので、燃焼効率及び熱効率が良い。

また、脱臭装置５から排出された水蒸気をサイクロン３の後段（ボイラ４の前段）に供給することも考えられるが、この場合、当該水蒸気の温度はサイクロン３から排出される燃焼炉２の燃焼排ガスよりもかなり低温であるために、ボイラ４の熱効率が低下するので好ましくない。したがって、本高含水物処理装置では、ボイラ４の前段ではなく、燃焼排ガスの温度がより低温なボイラ４の後段以降に脱臭装置５から排出された水蒸気を供給することにより、ボイラ４の熱効率を低下させることなく、当該水蒸気の熱を燃焼用空気や発煙防止用空気の予熱に活用している。

なお、下水汚泥の乾燥によって発生した水蒸気の脱臭方法については、図２に示すような脱臭装置５Ａであっても良い。すなわち、この変形例では、流動媒体を砂及び硫化水素を吸着する吸着剤（例えば酸化鉄ＦｅＯ）とから構成すると共に、乾燥装置１とサイクロン３とを結ぶ接続配管５ａ及び当該接続配管５ａにサイクロン３側で連接する排出配管５ｂとから脱臭装置５Ａを構成する。

このような脱臭装置５Ａでは、接続配管５ａ内において、上方（サイクロン３）から降下する高温な砂及び吸着剤と下方（乾燥装置１）から上昇する水蒸気とが接触することにより、水蒸気中に含まれる硫化水素が下記の化学反応に基づいて上記吸着剤で吸着・除去される。
ＦｅＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＦｅＳ＋Ｈ_２Ｏ
そして、このようにして硫化水素が除去された水蒸気は、接続配管５ａにサイクロン３側で接続された排出配管５ｂを介してボイラ４の後段等に供給される一方、硫化水素を吸着した吸着剤は、乾燥装置１を経て燃焼炉２に供給されることにより、下記の化学反応に示すように燃焼再生される。
ＦｅＳ＋Ｏ_２→＋ＦｅＯ＋ＳＯ_２

このような脱臭装置５Ａは、吸着剤が硫化水素の吸着と再生とを繰り返すので、水蒸気に硫化水素が多量に含まれている場合に有効である。
また、この脱臭装置５Ａでは、硫化水素以外の臭気成分つまりアンモニアや有機物については、高温な砂の熱によって分解・除去される。

なお、上記実施形態は脱臭装置５を構成要件とするものであるが、環境基準を考慮する必要のない地域に対応する高含水物処理装置では、脱臭装置５が不要となる。

本発明の一実施形態に係わる高含水物処理装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における脱臭装置５Ａの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…乾燥装置、２…焼却炉、３…サイクロン、４…ボイラ、５，５Ａ…脱臭装置、６…空気予熱器、７…白煙防止予熱器、８…冷却塔、９…バグフィルタ、１０…洗煙塔

Claims (12)

1. 循環流動層焼却炉を構成する焼却炉から排出された流動媒体を用いて処理対象物である高含水物を乾燥させた後、前記焼却炉で焼却処理する高含水物処理装置であって、
   前記高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を流動媒体の循環経路を経由することなく排気すること特徴とする高含水物処理装置。
2. 高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭する脱臭装置をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の高含水物処理装置。
3. 焼却炉の後段に燃焼排ガスを用いて水蒸気を発生させるボイラをさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の高含水物処理装置。
4. 燃焼用空気を予熱する空気予熱器をさらに備え、
   ボイラから排出される燃焼排ガスと水蒸気とを混合して空気予熱器に熱源として供給することを特徴とする請求項３記載の高含水物処理装置。
5. 流動媒体は硫化水素を吸着する吸着剤を含み、
   脱臭装置は、高含水物を乾燥させることによって発生した水蒸気を流動媒体と接触させることにより当該水蒸気から硫化水素を除去することを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載の高含水物処理装置。
6. 焼却炉の燃焼排ガスを所定の環境基準に適合する状態に処理する燃焼排ガス後処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の高含水物処理装置。
7. 循環流動層焼却炉を構成する焼却炉から排出された流動媒体を用いて処理対象物である高含水物を乾燥させた後、前記焼却炉で焼却処理する高含水物処理方法であって、
   前記高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を流動媒体の循環経路を経由することなく排気する
   ことを特徴とする高含水物処理方法。
8. 高含水物を乾燥させることによって発生する水蒸気を脱臭することを特徴とする請求項７記載の高含水物処理方法。
9. 焼却炉の燃焼排ガスを用いて水蒸気を発生させることを特徴とする請求項７または８記載の高含水物処理方法。
10. 燃焼用空気を予熱するための熱源としてボイラから排出される燃焼排ガスと水蒸気との混合ガスを用いることを特徴とする請求項９記載の高含水物処理方法。
11. 流動媒体は硫化水素を吸着する吸着剤を含み、
    高含水物を乾燥させることによって発生した水蒸気を流動媒体と接触させることにより当該水蒸気から硫化水素を除去して脱臭する
    ことを特徴とする請求項８〜１０いずれかに記載の高含水物処理方法。
12. 焼却炉の燃焼排ガスを所定の環境基準に適合する状態に後処理することを特徴とする請求項７〜１１いずれかに記載の高含水物処理方法。
    
    

Images