JP2007252992A - Inflammable gas from sludge, recovery process of slag, and gasification melting furnace of sludge - Google Patents

Inflammable gas from sludge, recovery process of slag, and gasification melting furnace of sludge Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out the gasification melting treatment of activated sludge mainly generated by the biological treatment of sewage highly efficiently and at a low cost, simultaneously recover phosphorous contained in sludge, and utilizing it as a fertilizer and a phosphorous raw material. <P>SOLUTION: This recovery process comprises blowing the sludge into a gas flow bed gasification melting furnace having a temperature of not less than a melting point of sludge ash from a plurality of raw material supply nozzles by air flow conveyance such that a blowing angle in a direction perpendicular to a furnace wall is 0 to 45 degrees downward and in a tangential direction of a swiveling circle coaxial with a furnace having a diameter smaller than that of 1/5 of the inner furnace of the gasification melting furnace, generating a flammable gas by partially reacting the sludge with oxygen and an oxygen enrichment gas, generating a slag containing phosphorous by melting the ash, and recovering generated flammable gas and the slag. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、主として下水の生物学的処理により発生する活性汚泥をガス化溶融処理して、汚泥中の有機物等を可燃性ガスとして回収すると共に、汚泥中に含有されるリンをスラグ中に取り込んで回収し、肥料またはリン原料として有効利用する方法、及びそのために使用する汚泥のガス化溶融炉に関するものである。   The present invention gasifies and melts activated sludge generated mainly by biological treatment of sewage to recover organic matter in the sludge as a combustible gas, and incorporates phosphorus contained in the sludge into the slag. It is related with the method of collect | recovering by this and using effectively as a fertilizer or phosphorus raw material, and the gasification melting furnace of the sludge used for it.

排水、特に下水を生物学的処理によって浄化する際に発生する余剰の活性汚泥(以下汚泥と略す)は、下水道の普及、また下水処理場における高度処理プロセス(窒素、リンの除去等)の導入等に伴って益々増加する傾向にある。これら汚泥は、現状ではその多くが減容化処理の後、単純に埋め立て処分されている。その際の汚泥の形態としては、脱水処理後のいわゆる脱水ケーキ(水分含有率80質量%程度)、あるいは脱水ケーキを焼却処理後の焼却灰として埋め立てられる場合が大半を占めている。   Excess activated sludge (hereinafter abbreviated as sludge) generated when wastewater, especially sewage is purified by biological treatment, is used to disseminate sewage systems and introduce advanced treatment processes (such as nitrogen and phosphorus removal) at sewage treatment plants. It tends to increase more and more with such. Currently, most of these sludges are simply disposed of in landfills after volume reduction treatment. As the form of the sludge at that time, the majority of cases are so-called dehydrated cake after dehydration (water content of about 80% by mass) or the case where the dehydrated cake is reclaimed as incinerated ash after incineration.

また、近年では、埋め立て地の逼迫等の理由によって、更なる汚泥の減容化あるいは有効利用を狙いとして、汚泥の溶融処理が一部で実施されている。汚泥の溶融処理は、汚泥を灰の溶融点以上の高温雰囲気下で空気燃焼させることによって、汚泥をスラグへと変換し、汚泥の嵩密度の低減あるいは建設資材等としての有効利用を図る技術である。   In recent years, some sludge melting treatments have been carried out for the purpose of further reducing sludge volume or effectively using sludge for reasons such as tightness in landfills. Sludge melting treatment is a technology that converts sludge into slag by burning it in a high-temperature atmosphere above the melting point of ash to reduce the bulk density of sludge or effectively use it as a construction material. is there.

汚泥は乾燥状態においては6300〜21000kJ/kg−dry程度の発熱量を持つのが一般的であるが、通常の下水処理場における最終形態である脱水ケーキの状態においては依然として80質量%程度の大量の水分を含有しているため、熱損失(炉体からの放散熱、燃焼用空気中の同伴窒素による持ち出し顕熱、水の蒸発潜熱等)を加味すると汚泥自体の持つ発熱量のみで燃焼(すなわち自燃)させることは困難である。従って従来の汚泥焼却炉においては、何らかの方法(炉内へ直接添加する、空気予熱用燃料として使用する等)で補助燃料を使用することが必要不可欠である。なお、補助燃料削減を狙いとして、焼却炉から排出される高温排ガス中の顕熱を熱交換機等の熱回収設備によって間接的に回収し、燃焼空気の予熱に利用する場合が一般的である。   Sludge generally has a calorific value of about 6300 to 21000 kJ / kg-dry in a dry state, but still a large amount of about 80% by mass in the state of a dehydrated cake which is the final form in a normal sewage treatment plant. In consideration of heat loss (heat dissipated from the furnace body, sensible heat brought out by entrained nitrogen in the combustion air, latent heat of water evaporation, etc.) That is, it is difficult to self-combust). Therefore, in a conventional sludge incinerator, it is indispensable to use auxiliary fuel by some method (added directly into the furnace, used as air preheating fuel, etc.). For the purpose of reducing auxiliary fuel, the sensible heat in the high-temperature exhaust gas discharged from the incinerator is generally indirectly recovered by a heat recovery facility such as a heat exchanger and used for preheating combustion air.

また、通常の汚泥溶融炉においては、溶融炉内を灰の溶融点以上の高温(1100〜1600℃程度、焼却炉は灰の融点以下の1000℃以下)に保つ必要があり、脱水ケーキを直接炉内へ投入したのでは大量の補助燃料が必要なので極めて非効率となるため、事前に乾燥設備によって汚泥の乾燥作業を行う場合が一般的である。しかし、汚泥中の水分を削減して蒸発潜熱による熱損失を防いだ場合であっても、その他の熱損失を加味すると、汚泥を完全に燃焼させたとしても炉内温度を灰の融点以上の高温に維持することは困難であり、汚泥焼却炉の場合と同様、何らかの方法(炉内へ直接添加する、空気予熱用燃料として使用する等)で補助燃料を使用することが必要不可欠である。また当然、前段の乾燥設備においては別途乾燥のための熱源が必要となるが、外部からの燃料(補助燃料、例えば、重油、灯油、軽油、LPG、LNG、都市ガス、消化ガス等)の導入を極力抑えるため、溶融炉から排出される高温排ガス中の顕熱を廃熱ボイラーや熱交換機等の熱回収設備によって間接的に回収し、乾燥機における必要熱源の一部に充当して用いることが一般的である。   In a normal sludge melting furnace, it is necessary to maintain the inside of the melting furnace at a temperature higher than the melting point of ash (about 1100 to 1600 ° C., and the incinerator is 1000 ° C. or lower than the melting point of ash). Since a large amount of auxiliary fuel is required when it is put into the furnace, it becomes extremely inefficient. Therefore, it is common to dry sludge with a drying facility in advance. However, even if the moisture in the sludge is reduced to prevent heat loss due to latent heat of vaporization, if other heat losses are taken into account, even if the sludge is completely burned, the furnace temperature will exceed the melting point of ash. It is difficult to maintain a high temperature, and it is indispensable to use auxiliary fuel by some method (added directly into the furnace, used as air preheating fuel, etc.) as in the case of a sludge incinerator. Of course, a separate heat source is required for the drying facility in the previous stage, but external fuel (auxiliary fuel, such as heavy oil, kerosene, light oil, LPG, LNG, city gas, digestion gas, etc.) is introduced. In order to suppress the heat as much as possible, the sensible heat in the high-temperature exhaust gas discharged from the melting furnace is indirectly recovered by a heat recovery facility such as a waste heat boiler or heat exchanger, and applied to a part of the necessary heat source in the dryer. Is common.

一方、汚泥中には主に排水中に含有されるリンに由来する比較的高濃度のリンが蓄積していることが知られている。汚泥中に含まれるリン濃度は、通常のリン製造プロセスにおける原料であるリン鉱石と同等レベルに達する場合もあるため、近年汚泥を焼却したあとの焼却灰からリンを回収し有効利用を図る技術が提案されている。   On the other hand, it is known that relatively high concentration of phosphorus derived mainly from phosphorus contained in waste water is accumulated in sludge. Since the concentration of phosphorus contained in sludge may reach the same level as the phosphorus ore that is the raw material in the normal phosphorus production process, in recent years there has been technology to recover phosphorus from incineration ash after incineration of sludge and make effective use of it. Proposed.

例えば、特許文献1および特許文献2においては、汚泥を焼却処理した後の焼却灰をカルシウム成分およびマグネシウム成分と混合後に溶融して生産したスラグをリン肥料(熔成リン肥代替)として使用する汚泥中リンの有効利用方法が提案されている。   For example, in patent document 1 and patent document 2, sludge which uses slag produced by melting incinerated ash after incineration treatment of sludge after mixing with calcium component and magnesium component as phosphorus fertilizer (substitute for molten phosphorus fertilizer) An effective utilization method for medium phosphorus has been proposed.

また、特許文献3においては、汚泥を乾燥後、気流搬送して溶融炉に吹き込み、酸素又は酸素富化空気で汚泥を部分燃焼して還元ガスとスラグを回収する方法が提案されており、この方法では補助燃料を使用しなくとも汚泥のガス化、溶融が可能となる。   Further, Patent Document 3 proposes a method of drying sludge, transporting it in an air stream, blowing it into a melting furnace, partially burning the sludge with oxygen or oxygen-enriched air, and recovering reducing gas and slag. The method enables gasification and melting of sludge without using auxiliary fuel.

特開2001−80979号公報JP 2001-80979 A 特開2003−112988号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-112988 特開平11−159722号公報JP-A-11-159722 仙波範明、保田静生、西川進、川見佳正、古角雅之「第7回廃棄物学会研究発表会講演論文集」廃棄物学会、1996年、p464Noriaki Senba, Shizuo Yasuda, Susumu Nishikawa, Yoshimasa Kawami, Masayuki Furukaku “Proceedings of the 7th Annual Conference of the Japan Society of Waste Management” The Japan Society of Waste Management, 1996, p464 義家亮、西村誠、守富寛「第11回廃棄物学会研究発表会講演論文集」廃棄物学会、2000年、p864Ryo Yoshiya, Makoto Nishimura, Hiroshi Moritomi "Proceedings of the 11th Annual Meeting of the Waste Society" Waste Society, 2000, p864

図1に特許文献1および特許文献2に記載されている従来の排水の生物学的処理により発生しリン含有灰分を有する汚泥の有効利用方法(スラグをリン肥料として利用)の基本フローを示す。従来の方法においては、汚泥(脱水ケーキ)1を空気2によって燃焼させることによって減容化する汚泥焼却炉4の後段へ更にリン肥料製造用の灰溶融炉9を設置する2段構成のプロセスとなっている。このようなプロセスにおいては、当然炉を2基分設置するため、設備コストは増大しかつ大きな設置スペースを必要とする。特に、汚泥焼却炉4においては汚泥1(場合によっては補助燃料も一緒に)を過剰の空気2によって高温燃焼させて発生した大量かつ高温の排ガス5(主成分はN2、CO2、H2O)から処理するための一連の排ガス処理設備11(廃熱回収器、脱塵設備、脱硫設備等)は極めて大がかりなものとなり、設置コストおよび設備スペースが上乗せされる大きな一因となっている。 FIG. 1 shows a basic flow of a method of effectively using sludge having phosphorus-containing ash generated by biological treatment of conventional waste water described in Patent Document 1 and Patent Document 2 (using slag as phosphorus fertilizer). In the conventional method, a two-stage process in which an ash melting furnace 9 for producing phosphorus fertilizer is further installed downstream of the sludge incinerator 4 for reducing the volume by burning the sludge (dehydrated cake) 1 with air 2. It has become. In such a process, of course, since two furnaces are installed, the equipment cost increases and a large installation space is required. In particular, in the sludge incinerator 4, a large amount of high-temperature exhaust gas 5 (main components are N 2 , CO 2 , H 2 ) generated by high-temperature combustion of sludge 1 (sometimes together with auxiliary fuel) with excess air 2. A series of exhaust gas treatment equipment 11 (waste heat recovery device, dust removal equipment, desulfurization equipment, etc.) for treating from O) is extremely large, which is a major factor in adding installation cost and equipment space. .

また、前記した通り、汚泥焼却炉4においては補助燃料3の使用が必要不可欠であり、また、後段の灰溶融炉9においては一般的に電気炉が使用されるため、従来のプロセスにおいては、燃料コスト、電力コスト等のユーティリティーコストが極めて高額になってしまうという問題もあった。   In addition, as described above, the use of the auxiliary fuel 3 is indispensable in the sludge incinerator 4, and the electric furnace is generally used in the latter ash melting furnace 9, so in the conventional process, There was also a problem that utility costs such as fuel costs and power costs would become extremely high.

灰溶融炉9内においては汚泥の焼却灰6を肥料化のために必要な副資材8(マグネシウム、カルシウム等)とともに灰の融点以上の高温まで昇温させる必要があり、その際汚泥中に含有される金属成分の一部分は揮発し、スラグから除去されることが知られている。炉内を還元性雰囲気とした場合、揮発は更に促進される(例えば、非特許文献1、2参照)。特許文献2においても炉内を還元性雰囲気に保ち重金属類をスラグ10中へ極力移行させないようにするものと述べられているが、そのためには炭素源として外部から高価な燃料であるコークス7を添加する必要があった。   In the ash melting furnace 9, the incineration ash 6 of the sludge must be heated to a temperature higher than the melting point of the ash together with the auxiliary materials 8 (magnesium, calcium, etc.) necessary for fertilization, and in that case contained in the sludge It is known that a portion of the metal component to be volatilized and removed from the slag. When the inside of the furnace is a reducing atmosphere, volatilization is further promoted (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). Patent Document 2 also states that the inside of the furnace is maintained in a reducing atmosphere so that heavy metals are not transferred into the slag 10 as much as possible. For this purpose, coke 7 which is an expensive fuel is used as a carbon source from the outside. It was necessary to add.

尚、特許文献3には、リンの回収については記載されていないが、汚泥の部分酸化反応時間を長く確保するため、汚泥ノズルに相当するバーナーの角度を、燃焼ガスの旋回流が大きくなるように炉壁に沿うようにセットしているため、汚泥中のリンは揮発が促進されて燃焼ガス側に大部分移行してしまい、スラグ中にリンを取り込んで回収することは困難であった。   Although Patent Document 3 does not describe the recovery of phosphorus, in order to ensure a long partial oxidation reaction time of sludge, the angle of the burner corresponding to the sludge nozzle is set so that the swirling flow of combustion gas becomes large. Therefore, the phosphorus in the sludge is promoted to volatilize and mostly migrates to the combustion gas side, and it is difficult to take in the phosphorus in the slag and recover it.

なお、特に有害な金属成分である水銀、砒素、クロム、鉛、カドミウム、セレン等に関しては元々汚泥中に含有されている量自体が僅かであるため、生成したスラグを有効利用する上で実質的にはほとんど問題とはならない。しかし、亜鉛に関しては、一般家庭で用いられる洗剤等、様々な由来の成分が下水中に多量に排出される関係上、最大1%程度の含有量であることが一般的である。亜鉛はスラグを有効利用する上での有害物質(建設資材として使用する際の溶出の規制値、 肥料として使用する際の含有量の規制値)には指定されていないが、土壌中の含有許容量には規制があるため、特に生成したスラグを肥料として使用する際には、農地の土壌中へ溶け出した亜鉛が徐々に蓄積してしまうという大きな問題があった。   In particular, mercury, arsenic, chromium, lead, cadmium, selenium, etc., which are particularly harmful metal components, are essentially contained in the sludge, so it is practical to use the generated slag effectively. There is almost no problem. However, with respect to zinc, it is general that the content is about 1% at the maximum because various components such as detergents used in general households are discharged into sewage. Zinc is not specified as a hazardous substance for effective use of slag (elution limit when used as construction material, content limit when used as fertilizer). Since there is a restriction on the capacity, there is a big problem that zinc dissolved in the soil of farmland gradually accumulates, especially when the generated slag is used as fertilizer.

本発明の目的は、汚泥を高効率かつ低コストに溶融処理し、可燃性ガスを回収すると共に、汚泥中に含有されるリンの多くをスラグ中に取り込んで回収し、肥料またはリン原料として使用するためのスラグを得ることが可能な、汚泥有効利用方法及びそのための汚泥のガス化溶融炉を提供することである。   The object of the present invention is to melt sludge with high efficiency and low cost, collect flammable gas, and take in and collect much of phosphorus contained in sludge and use it as fertilizer or phosphorus raw material It is providing the sludge effective utilization method which can obtain the slag for performing, and the gasification melting furnace of sludge for it.

上記目的を達成するための本発明の要旨は次の通りである。
(1)排水の生物学的処理により発生しリンを含有する汚泥を、前記灰分の融点以上の温度を有する気流床型ガス化溶融炉内へ、炉壁に対して垂直方向の吹き込み角度が下向き0〜45度となるように、且つ、ガス化溶融炉の炉内直径に対して1/5より小さな直径からなる炉と同軸の旋回円の接線方向に向けて、複数本の原料供給ノズルから気流搬送で吹き込み、前記汚泥を酸素又は酸素富化空気と部分酸化反応させて可燃性ガスを生成すると共に、前記灰分を溶融させてリンを含有するスラグを生成し、当該生成した可燃性ガス及びスラグを回収することを特徴とする汚泥からの可燃性ガス及びスラグの回収方法。
(2)前記生成したスラグを水中において急冷し、水砕スラグとして回収することを特徴とする(1)記載の汚泥からの可燃性ガス及びスラグの回収方法。
(3)前記汚泥に、マグネシウム成分、カルシウム成分、シリカ成分の少なくともいずれかを添加し、当該添加後の汚泥を前記ガス化溶融炉内へ吹き込むことを特徴とする(1)又は(2)に記載の汚泥からの可燃性ガス及びスラグの回収方法。
(4)排水の生物学的処理により発生しリンを含有する汚泥のガス化溶融炉であって、前記汚泥を気流搬送で前記ガス化溶融炉の内部に吹き込む原料供給ノズルを複数本有し、当該ノズルは、前記ガス化溶融炉の炉壁に対して垂直方向の吹き込み角度を下向き0〜45度とし、且つ、前記ガス化溶融炉の炉内直径に対して1/5より小さな直径からなる炉と同軸の旋回円の接線方向に向けて配置される、又は、お互いに向き合った対向方向に配置されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows.
(1) Sludge that is generated by biological treatment of wastewater and contains phosphorus into a gas bed gasification melting furnace having a temperature equal to or higher than the melting point of the ash, and the blowing angle in the direction perpendicular to the furnace wall is downward From a plurality of raw material supply nozzles toward the tangential direction of the swirl circle coaxial with the furnace having a diameter smaller than 1/5 with respect to the diameter in the furnace of the gasification melting furnace so as to be 0 to 45 degrees Blowing by air current conveyance, the sludge is partially oxidized with oxygen or oxygen-enriched air to generate a combustible gas, and the ash is melted to generate phosphorus-containing slag, the generated combustible gas and A method for recovering flammable gas and slag from sludge, characterized by recovering slag.
(2) The method for recovering flammable gas and slag from sludge according to (1), wherein the generated slag is rapidly cooled in water and recovered as granulated slag.
(3) In (1) or (2), at least one of a magnesium component, a calcium component, and a silica component is added to the sludge, and the sludge after the addition is blown into the gasification melting furnace. A method for recovering combustible gas and slag from the described sludge.
(4) A sludge gasification and melting furnace that is generated by biological treatment of wastewater and contains phosphorus, and has a plurality of raw material supply nozzles that blow the sludge into the gasification and melting furnace by airflow conveyance, The nozzle has a downward blowing angle of 0 to 45 degrees with respect to the furnace wall of the gasification melting furnace, and has a diameter smaller than 1/5 with respect to the diameter of the gasification melting furnace in the furnace. It arrange | positions toward the tangent direction of the turning circle | round | yen coaxial with a furnace, or is arrange | positioned in the opposing direction facing each other, It is characterized by the above-mentioned.

本発明は、主として下水の生物学的処理により発生する余剰の活性汚泥を高効率且つ低コストにガス化溶融処理し、可燃性ガスを回収すると共に、汚泥中に含有されるリンをスラグ中に取り込んで回収し、肥料またはリン原料として有効利用することが可能となる。   The present invention gasifies and melts excess activated sludge generated mainly by biological treatment of sewage with high efficiency and low cost, collects combustible gas, and contains phosphorus contained in sludge in slag. It can be taken in and collected and used effectively as a fertilizer or phosphorus raw material.

以下、本発明を詳細に説明する。図2に本発明に関するフローシートを示す。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. FIG. 2 shows a flow sheet relating to the present invention.

本フローにおける設備構成は、汚泥乾燥設備12の後段に、上部にガスクエンチャー18が設けられたガス化溶融炉(高温ガス化部)17が設置され、その後段に、廃熱回収器23(廃熱ボイラー、空気予熱器等)、高温フィルター(金属フィルター、セラミックスフィルター等)またはサイクロ(登録商標)ン等の脱塵設備24、脱硫設備26が配置され、更に、製品である可燃性ガス(クリーン)27の汚泥乾燥設備12への循環ライン29が設けられたものである。   The equipment configuration in this flow is that a gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 having a gas quencher 18 provided in the upper part is installed at the rear stage of the sludge drying equipment 12, and the waste heat recovery unit 23 ( Waste heat boilers, air preheaters, etc.), high temperature filters (metal filters, ceramics filters, etc.), dedusting equipment 24 such as cyclo (registered trademark), and desulfurization equipment 26 are arranged, and further combustible gas (product) Clean) 27 is provided with a circulation line 29 to the sludge drying facility 12.

汚泥乾燥設備12から排出された乾燥汚泥13は微粉状態であり、気流床型のガス化溶融炉(高温ガス化部)17へ気流搬送によって投入される。ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内において汚泥は酸素16をガス化剤とした部分酸化反応(不完全燃焼)によって、1100〜1600℃の高温でガス化され、高温の可燃性ガス(主成分はH2、CO、CH4、CO2、H2O)とスラグへと転換される。 The dried sludge 13 discharged from the sludge drying facility 12 is in a fine powder state and is fed into an airflow bed type gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17 by airflow conveyance. In the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17, sludge is gasified at a high temperature of 1100 to 1600 ° C. by a partial oxidation reaction (incomplete combustion) using oxygen 16 as a gasifying agent, and a high-temperature combustible gas ( main component is converted to H 2, CO, CH 4, CO 2, H 2 O) and slag.

なお、ここで述べるところのスラグとは、汚泥中に含有される灰分がその融点以上の温度において溶融したものを意味する(再度冷却されて固化したものも含む)。また、灰分の融点とはJIS M8801(灰の溶融性試験方法)において規定される溶流点温度を意味する。   In addition, the slag described here means that the ash contained in the sludge is melted at a temperature equal to or higher than its melting point (including one that has been cooled and solidified again). The melting point of ash means the melting point temperature defined in JIS M8801 (ash melt test method).

空気(すなわち空気中に含有される酸素)を過剰に加えることによって汚泥を完全燃焼させる必要のある通常の汚泥焼却炉あるいは汚泥溶融炉における炉内雰囲気は酸化性雰囲気となるが、本発明におけるガス化溶融炉(高温ガス化部)17内においては酸素不足状態下での反応が起きるため還元性雰囲気となる。そのような高温の還元性雰囲気において汚泥を溶融した場合、汚泥中に含有される重金属類の揮発が促進されることが知られている(例えば非特許文献1、2参照)。   The atmosphere in a normal sludge incinerator or sludge melting furnace in which sludge needs to be completely burned by adding excessive air (that is, oxygen contained in the air) is an oxidizing atmosphere. In the gasification and melting furnace (high-temperature gasification section) 17, a reaction occurs under an oxygen-deficient state, so that a reducing atmosphere is formed. It is known that when sludge is melted in such a high-temperature reducing atmosphere, volatilization of heavy metals contained in the sludge is promoted (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

特に本ガス化溶融炉(高温ガス化部)17へ投入された微粉状の汚泥は、瞬時に有機分がガス化されると同時に灰分が溶融し、スラグの微細粒子へと転換される。スラグが微粒子化することによって比表面積が増加し、周囲の還元性雰囲気ガスとの接触するタイミングも増加するため、汚泥中に含有される重金属類、特に含有量の多い亜鉛はその揮発量が飛躍的に増加する。この際のガス化溶融炉(高温ガス化部)17へ投入する前の微粉状汚泥の粒径は1mm以下とすることが、重金属の揮発除去量を高める観点から望ましい。揮発した重金属成分は高温の可燃性ガス中へ同伴され、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17から排出される。   In particular, the fine powdery sludge charged into the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17 instantly gasifies the organic component, and at the same time the ash melts and is converted into fine particles of slag. As the slag becomes finer, the specific surface area increases and the timing of contact with the surrounding reducing atmosphere gas also increases, so the volatility of heavy metals contained in sludge, especially zinc with a high content, has jumped. Increase. In this case, the particle size of the fine powdery sludge before being charged into the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 is preferably 1 mm or less from the viewpoint of increasing the volatile removal amount of heavy metals. The volatilized heavy metal component is entrained in the high temperature combustible gas and is discharged from the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17.

なお、汚泥は元来が微生物および細菌の集合体であるため、汚泥乾燥設備12において水分含有率15質量%以下程度まで乾燥を行えば、その多くは粒径1mm以下程度の微粉状態となる。しかし、汚泥乾燥設備12の方式(例えば、撹拌破砕機付回転乾燥方式)や汚泥の性状によっては、直径1mmより大きな粒状の汚泥が少量混合する場合も起こりうる。これら1mmより大きい粒径の汚泥粒子は、先に述べたスラグからの重金属揮発低下の原因となるばかりではなく、微粉汚泥を気流搬送する際の配管閉塞等のトラブル原因となるため、そのような場合は、汚泥乾燥設備12の後段にローラーミル、カッターミル等の粉砕機を設置し、すべての汚泥粒子を1mm以下に調整することが望ましい。また、粉砕機の代わりに振動篩いを設置し、1mmより大きな粒径の汚泥を除去しても良い。   Since sludge is originally an aggregate of microorganisms and bacteria, if it is dried to a water content of about 15% by mass or less in the sludge drying facility 12, most of the sludge is in a fine powder state with a particle size of about 1 mm or less. However, depending on the method of the sludge drying facility 12 (for example, the rotary drying method with a stirring crusher) and the properties of the sludge, a small amount of granular sludge having a diameter of 1 mm or more may be mixed. These sludge particles having a particle size larger than 1 mm cause not only the above-mentioned decrease in volatilization of heavy metals from the slag, but also causes troubles such as pipe clogging when conveying fine powder sludge. In this case, it is desirable to install a pulverizer such as a roller mill or a cutter mill at the subsequent stage of the sludge drying facility 12 and adjust all sludge particles to 1 mm or less. Further, instead of a pulverizer, a vibration sieve may be installed to remove sludge having a particle size larger than 1 mm.

このようにして調整した汚泥粒子は、通常、粒径として1mm以下、その内10μm以下の粒子を20%程度の割合で含有する粒度分布となる。なお、汚泥の粒径を必要以上に微細とすることは、多くの動力を消費するばかりではなく、気流搬送する際の配管閉塞や供給用ホッパーの棚つり等のトラブル原因となるため好ましくない。   The sludge particles thus adjusted usually have a particle size distribution containing particles having a particle size of 1 mm or less, of which 10 μm or less is about 20%. It is not preferable to make the particle size of the sludge finer than necessary because it not only consumes a lot of power, but also causes troubles such as blockage of pipes when carrying the air current and racking of the supply hopper.

なお、ここで定義される汚泥の粒子径は篩い分け粒度分布測定装置によって測定されるものである。   In addition, the particle diameter of the sludge defined here is measured by a sieving particle size distribution measuring device.

なお、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内においては、汚泥中の重金属成分のみならずリンに関しても揮発が起きることが知られている。本気流床型ガス化溶融炉においては炉内にスラグ成分が滞在する時間が比較的短くなるため、電気炉タイプの溶融炉等と比較するとリンの揮発割合自体は減少するものの、揮発した一部のリンは炉後段の設備において付着性の強いダストとして析出し、長期間の安定操業を阻害するため、また、スラグの付加価値向上(スラグに含有されるリン含有量増大)のためには、揮発するリンを可能な限り抑制しスラグ中に移行させることが望ましい。   In the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17, it is known that volatilization occurs not only with respect to heavy metal components in sludge but also with respect to phosphorus. In this air-bed type gasification and melting furnace, the slag component stays in the furnace for a relatively short time. In order to prevent long-term stable operation and to improve the added value of slag (increased phosphorus content contained in slag), It is desirable to suppress volatilized phosphorus as much as possible and transfer it into the slag.

発明者らは、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内へ吹き込まれた汚泥粒子が炉内に滞留する時間を、汚泥中の有機物が部分酸化反応によって可燃性ガスへと転換するのに必要最低限な短い時間内に制御することによって、汚泥中のリンの揮発を抑制可能であることを見出した。なお、この場合の汚泥粒子とは、元来の汚泥粒子がガス化溶融炉(高温ガス化部)17内へ吹き込まれ、汚泥粒子中の有機物は部分酸化反応によってその大半がガスへと転換し、同時に汚泥中に含有される灰分はその融点以上の温度において溶融し、遂にはスラグ粒子へと変換していく一連の過程の粒子を意味する。また、汚泥粒子が炉内に滞留する時間(粒子滞留時間)とは、汚泥粒子がガス化溶融炉(高温ガス化部)17内へと吹き込まれてスラグ粒子へと変換し、更にそのスラグ粒子が炉底へ到達するまでの時間を意味する。   The inventors converted the time that sludge particles blown into the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 stays in the furnace to convert the organic matter in the sludge into a combustible gas by a partial oxidation reaction. It was found that the volatilization of phosphorus in the sludge can be suppressed by controlling within the minimum necessary short time. The sludge particles in this case are the original sludge particles blown into the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17, and most of the organic matter in the sludge particles is converted to gas by the partial oxidation reaction. At the same time, the ash contained in the sludge is melted at a temperature above its melting point, and finally converted into slag particles. Further, the time for which sludge particles stay in the furnace (particle retention time) means that the sludge particles are blown into the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17 to be converted into slag particles, and the slag particles. Means the time to reach the furnace bottom.

なお、汚泥粒子の炉内における滞留時間を短くすることによって汚泥中の有機物が可燃性ガスへと転換した割合を示す指標である炭素転換率が若干低下する場合があるが、汚泥は粒子滞留時間が1秒程度の短時間であっても90%以上の高い炭素転換率が得られるため、特に問題とはならない。   In addition, the carbon conversion rate, which is an index indicating the ratio of the organic matter in the sludge converted to combustible gas, may be slightly reduced by shortening the residence time of the sludge particles in the furnace, but the sludge has a particle residence time. However, there is no particular problem because a high carbon conversion rate of 90% or more can be obtained even in a short time of about 1 second.

すなわち、図3に示すように、微粉に調整された乾燥汚泥を気流搬送によって炉内へ投入する原料供給ノズル30(複数本設置)をガス化溶融炉(高温ガス化部)17の壁に対して垂直方向に下向き0度以上の角度となるように設置し、同様の角度で微粉状の汚泥をガス化溶融炉(高温ガス化部)17内へ吹き込むことによって、汚泥中の有機物が部分酸化反応によって可燃性ガスへ転換するために必要な時間は確保しつつ、同時に灰分が溶融することによって生じたスラグは不必要に炉内に滞留することなく炉底へと到達し、スラグポット20へ排出することが可能となる。   That is, as shown in FIG. 3, the raw material supply nozzle 30 (installed in plural) for feeding the dried sludge adjusted to a fine powder into the furnace by airflow conveyance is provided against the wall of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17. The vertical sludge is installed at an angle of 0 ° or more downward, and fine powder sludge is blown into the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 at the same angle to partially oxidize the organic matter in the sludge. The slag generated by melting the ash at the same time reaches the bottom of the furnace without unnecessarily staying in the furnace while securing the time necessary for conversion to flammable gas by the reaction, and enters the slag pot 20. It becomes possible to discharge.

また、ノズル内およびノズル手前の汚泥搬送配管における汚泥粒子の閉塞を防止する観点からは原料供給ノズル30(複数本設置)をガス化溶融炉(高温ガス化部)17の壁に対して垂直方向に下向き15〜45度の角度となるように設置することがより望ましい。原料供給ノズル30を0度(水平)よりも上向きに設置した場合、吹き込まれた汚泥粒子およびその後のスラグ粒子はノズルより上方の炉上部まで到達し、その後炉底へと落下する軌跡をたどった結果、炉内に滞留する時間が長くなり、リンの揮発量が増加してしまうため、更にはノズル内およびノズル手前の汚泥搬送配管における汚泥粒子の閉塞が発生する可能性が高くなるため好ましくない。また、45度よりも吹き込み角度を大きくした場合には、ノズル先に形成させる高温のフレーム(火炎)が炉底や炉壁と接触することによって生じる、炉底や炉壁の損傷が激しくなるために好ましくない。   Further, from the viewpoint of preventing the sludge particles from being blocked in the sludge transfer pipe in the nozzle and in front of the nozzle, the raw material supply nozzle 30 (installed in plural) is perpendicular to the wall of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17. It is more desirable to install it at an angle of 15 to 45 degrees downward. When the raw material supply nozzle 30 is installed upward from 0 degree (horizontal), the sludge particles blown in and the slag particles thereafter reach the top of the furnace above the nozzle, and then follow the trajectory of dropping to the furnace bottom. As a result, the residence time in the furnace becomes longer, and the volatilization amount of phosphorus increases. Further, the possibility of occurrence of clogging of sludge particles in the sludge conveying pipe in the nozzle and in front of the nozzle increases. . In addition, when the blowing angle is made larger than 45 degrees, damage to the furnace bottom and the furnace wall caused by the high temperature frame (flame) formed at the nozzle tip coming into contact with the furnace bottom and the furnace wall becomes severe. It is not preferable.

更に加えて、微粉に調整された乾燥汚泥をガス化溶融炉(高温ガス化部)17内へ吹き込む際、炉内の周方向への旋回が大きくなることは、汚泥粒子の滞留時間の増加につながるため好ましくない。すなわち、図4(a)、(b)に図示するように、当該原料供給ノズル30が、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の炉内直径34に対して1/5より小さな直径からなる炉と同軸の旋回円35(図4(a)、(b)は1/6の例)の接線方向に向けて複数本設置することが好適である。なお、各ノズル30は同一の旋回円35の接線方向に向けられることが好ましいが、ズレてもよい。また、図5(a)、(b)に示すように、旋回円の直径をゼロとし、すべてのノズルが炉の中心軸を向くように設置しても構わない。   In addition, when the dried sludge adjusted to fine powder is blown into the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17, the swirling in the circumferential direction in the furnace increases, which increases the residence time of the sludge particles. It is not preferable because it is connected. That is, as shown in FIGS. 4A and 4B, the raw material supply nozzle 30 has a diameter smaller than 1/5 with respect to the in-furnace diameter 34 of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17. It is preferable to install a plurality of circles in the tangential direction of the turning circle 35 coaxial with the furnace to be formed (FIGS. 4A and 4B are examples of 1/6). Each nozzle 30 is preferably directed in the tangential direction of the same turning circle 35, but may be displaced. Further, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the diameter of the swirl circle may be set to zero, and all the nozzles may face the central axis of the furnace.

原料供給ノズル30の本数は、2本でも可能であるが、旋回流の安定性から3本以上が好ましく、取り扱い安さ及び経済性の面からは、6本以下が好ましい。   Although the number of the raw material supply nozzles 30 may be two, three or more are preferable from the viewpoint of the stability of the swirling flow, and six or less are preferable from the viewpoint of handling ease and economy.

なお、上記に示したような汚泥の吹き込み手段によって、汚泥粒子の滞留時間を適切に制御するためには、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の内径が5m以内、高さが10m以内の円筒形とし、また、気流搬送によって汚泥粒子を吹き込む際の速度(線流速)を5m/s以上100m/s以下とすることが望ましい。また、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の内径及び高さの下限としては、内径0.3m以上、高さ0.3m以上とすることが、炉製作の際の作業性、および炉の効率維持の観点から望ましい。   In order to appropriately control the residence time of the sludge particles by the sludge blowing means as described above, the inner diameter of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17 is within 5 m and the height is within 10 m. In addition, it is desirable that the speed (linear flow velocity) when the sludge particles are blown by airflow conveyance is 5 m / s or more and 100 m / s or less. In addition, the lower limit of the inner diameter and height of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17 is that the inner diameter is 0.3 m or more and the height is 0.3 m or more. It is desirable from the viewpoint of maintaining efficiency.

一般的なガス化溶融炉内において、汚泥粒子の滞留時間はガス滞留時間の数倍から数十倍程度の値を示す。しかし、先に述べたような条件に設定することによって、汚泥粒子の滞留時間はガス滞留時間と同様程度の滞留時間を示すようになる。なお、汚泥粒子中の有機物が部分酸化反応によってガスへと転換するのに必要な時間は1〜2秒であるため、粒子滞留時間も同様の1〜2秒の範囲とすることが望ましい。   In a general gasification melting furnace, the sludge particle residence time is several times to several tens of times the gas residence time. However, by setting the conditions as described above, the sludge particle residence time exhibits a residence time similar to the gas residence time. In addition, since the time required for the organic substance in the sludge particles to be converted into gas by the partial oxidation reaction is 1 to 2 seconds, the particle residence time is desirably in the same range of 1 to 2 seconds.

また、図6に示すように、原料供給ノズル30が設置されるガス化溶融炉(高温ガス化部)17の高さ方向の位置は、炉底部の温度を高温に維持し、スラグを抜き出し易くするために、炉高さ(内のり)の下半分の範囲とすることが望ましい。なお、この際のガス化溶融炉(高温ガス化部)とはガスクエンチャーおよびスラグポットを含めない、高温ガス化部のみを意味する。原料供給ノズル30の設置位置をこれよりも高い位置とした場合、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の炉底から抜き出されずにガスと共に同伴されるスラグの量が増えるために好ましくない。   Further, as shown in FIG. 6, the position in the height direction of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17 where the raw material supply nozzle 30 is installed maintains the temperature at the bottom of the furnace at a high temperature so that slag can be easily extracted. Therefore, the lower half of the furnace height (inner) is desirable. In addition, the gasification melting furnace (high temperature gasification part) in this case means only a high temperature gasification part which does not include a gas quencher and a slag pot. If the position of the raw material supply nozzle 30 is set higher than this, it is preferable because the amount of slag that is accompanied with the gas increases without being extracted from the bottom of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17. Absent.

生成した溶融状態のスラグは炉底に設置された抜き出し用の穴(スラグタップ)より取り出され、水が充填されているスラグポット20へと落下する。水中においてスラグは急冷されることによって急速に凝固し(水砕)、ガラス質(非晶質)の凝固体(水砕スラグ)へと変換される。水砕を行うことによって、スラグ中のリン酸は他の成分とガラス状の共融体を形成し、その大半が水溶性ではなくク溶性(2%クエン酸液に可溶)を示すようになる。ク溶性のリン酸は、土壌中あるいは水中において徐々に溶出する性質を持つようになるため、生成したスラグ21を遅効性肥料(熔成リン肥)として直接有効利用するために好適である。生成したスラグ21を配合肥料原料あるいはリン製造プロセスの原料であるリン鉱石の代替として使用する場合(本スラグを原料としてリンを製造する場合)、スラグの最終形態は水砕スラグ、徐冷スラグ等どのような形態であっても特に構わない。なお、徐冷スラグを製造する場合は、スラグタップから抜き出した溶融スラグを自然冷却すれば良い。   The produced molten slag is taken out from an extraction hole (slag tap) installed at the bottom of the furnace and falls into a slag pot 20 filled with water. In water, slag rapidly solidifies by being cooled (water granulated) and converted into a vitreous (amorphous) solidified body (granulated slag). By performing water granulation, the phosphoric acid in the slag forms a glassy eutectic with other components, and most of them are not water-soluble but soluble in water (soluble in 2% citric acid solution). Become. Since soluble phosphoric acid has a property of gradually eluting in soil or water, it is suitable for directly and effectively using the produced slag 21 as a slow-acting fertilizer (molten phosphorus fertilizer). When the generated slag 21 is used as an alternative to the blended fertilizer raw material or the phosphorus ore that is the raw material of the phosphorus production process (when phosphorus is produced using this slag as the raw material), the final form of the slag is granulated slag, slow-cooled slag, etc. Any form is acceptable. In addition, what is necessary is just to naturally cool the molten slag extracted from the slag tap when manufacturing slowly-cooled slag.

なお、生成したスラグ21を直接、熔成リン肥として使用するためには、現状の肥料取締法に基づく規格(ク溶性リン酸:17.0質量%以上、ク溶性苦土(Mg):12.0質量%以上、アルカリ分:40.0質量%以上、可溶性ケイ酸:20.0質量%以上を含有)を満たさなければならない。元来の汚泥にはこの規格を満たすだけの成分が含まれていない場合が多いため、別途これらの成分を副資材8として添加してガス化溶融炉(高温ガス化部)17において汚泥と共に処理する必要がある。   In addition, in order to use the produced | generated slag 21 directly as molten phosphorus fertilizer, the specification based on the present fertilizer control method (Cu-soluble phosphoric acid: 17.0 mass% or more, ku-soluble magnesia (Mg): 12 0.0 mass% or more, alkali content: 40.0 mass% or more, soluble silicic acid: 20.0 mass% or more) must be satisfied. In many cases, the original sludge does not contain components that satisfy this standard, so these components are separately added as auxiliary materials 8 and treated with sludge in the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17. There is a need to.

上記規格を満たすためには、マグネシウム成分、カルシウム成分、シリカ成分を添加する必要がある。しかし、得られたスラグ21を直接熔成リン肥として用いるのではなく、規格外の特殊肥料として、あるいはリン製造原料(リン鉱石代替)等として用いる場合には、これら副資材8を添加する必要はない。   In order to satisfy the above specifications, it is necessary to add a magnesium component, a calcium component, and a silica component. However, when the obtained slag 21 is not directly used as molten phosphorous fertilizer but is used as a nonstandard fertilizer or as a raw material for producing phosphorus (substitute for ore), it is necessary to add these auxiliary materials 8 There is no.

この際添加するマグネシウムの形態は特に問わない。すなわち、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、焼成ドロマイト、ジャモン石、更にはマグネシウム成分を含有する廃棄物(廃レンガ等)等、どのような形態であっても構わない。   The form of magnesium added at this time is not particularly limited. That is, it may be in any form such as magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium hydrogen carbonate, magnesium carbonate, dolomite, calcined dolomite, jamonite, and waste containing a magnesium component (such as waste brick). .

この際添加するカルシウムの形態に関しても、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸カルシウム、ドロマイト、焼成ドロマイト、カルシウム成分を含有する廃棄物(廃レンガ等)等、どのような形態であっても構わない。   Regarding the form of calcium added at this time, any form such as calcium oxide, calcium hydroxide, calcium hydrogen carbonate, calcium carbonate, dolomite, calcined dolomite, waste containing calcium components (waste bricks, etc.) It doesn't matter.

同じく、この際添加するシリカの形態に関しても、二酸化ケイ素、珪石、ジャモン石、シリカ成分を含有する廃棄物(廃レンガ等)等、どのような形態であっても構わない。   Similarly, regarding the form of silica to be added at this time, any form such as silicon dioxide, silica stone, jamonite, waste containing silica component (waste brick or the like) may be used.

また、マグネシウム成分、カルシウム成分、シリカ成分の混合割合は、肥料取締法に基づく規格に合うように適宜調整すれば良い。   Moreover, what is necessary is just to adjust suitably the mixing ratio of a magnesium component, a calcium component, and a silica component so that the specification based on the fertilizer control law may be met.

これら副資材8を汚泥へ添加するタイミングに関し、汚泥乾燥設備12前の汚泥(脱水ケーキ)1に添加しても良く、また汚泥乾燥設備12後の乾燥汚泥13に添加しても良い。しかし、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウムを副資材として使用する場合は、汚泥乾燥設備12前の汚泥(脱水ケーキ)1に添加することが望ましい。添加された酸化マグネシウムまたは酸化カルシウムは脱水ケーキ中に多量に含有される水分と以下の(1)または(2)式で示される反応式によって反応し、脱水ケーキ中の水分の一部が除去されるため、汚泥乾燥設備における所要燃料を削減することが可能となる。   Regarding the timing of adding these auxiliary materials 8 to the sludge, they may be added to the sludge (dehydrated cake) 1 before the sludge drying facility 12 or may be added to the dried sludge 13 after the sludge drying facility 12. However, when using magnesium oxide or calcium oxide as an auxiliary material, it is desirable to add to the sludge (dehydrated cake) 1 before the sludge drying facility 12. The added magnesium oxide or calcium oxide reacts with water contained in a large amount in the dehydrated cake according to the reaction formula shown by the following formula (1) or (2), and a part of the water in the dehydrated cake is removed. Therefore, the required fuel in the sludge drying facility can be reduced.

MgO+H2O→Mg(OH)2 …(1)
CaO+H2O→Ca(OH)2 …(2)
なお、副資材8として添加したマグネシウムおよびカルシウムの一部は脱硫剤としても機能する。すなわち汚泥中に含まれる硫黄分を硫化物(MgS、CaS)あるいは硫酸塩(MgSO4、CaSO4)としてスラグ中へ固定化することによって、ガス化の際にガス中へ移行する硫黄分(H2S、COSとして)を減少させる。ガス中へ移行する硫黄分の減少は、ガス化溶融炉後段への設置が必須である脱硫設備11の規模を削減できるメリットがある。
MgO + H 2 O → Mg (OH) 2 (1)
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 (2)
A part of magnesium and calcium added as the auxiliary material 8 also functions as a desulfurizing agent. That is, the sulfur content contained in the sludge is fixed as sulfide (MgS, CaS) or sulfate (MgSO 4 , CaSO 4 ) in the slag, so that the sulfur content (H 2 As S and COS). The reduction of the sulfur content transferred into the gas has an advantage of reducing the scale of the desulfurization facility 11 which must be installed in the latter stage of the gasification melting furnace.

一方、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17から排出された高温の可燃性ガスは、ガスクエンチャー18においてスプレー水あるいはクエンチガス19を吹き込むことによって1000℃以下にまで冷却し、ガスと共に上部へ飛散したスラグを融点以下の温度で固化することによって灰付着(スラッギング)トラブルを防止した後、廃熱ボイラーあるいは空気予熱器等の廃熱回収器23へと導入され、更なる熱の有効利用を図るものとするが、ガス中に同伴されるリンの含有量が少ないため、廃熱回収器23の内面(伝熱面)へのリン由来の強粘着性ダスト析出による設備トラブルを回避することが可能となる。   On the other hand, the high-temperature combustible gas discharged from the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 is cooled to 1000 ° C. or less by blowing spray water or quenching gas 19 in the gas quencher 18, and the upper part together with the gas. After preventing slagging troubles by solidifying the slag scattered to a temperature below the melting point, it is introduced into a waste heat recovery unit 23 such as a waste heat boiler or an air preheater for further effective use of heat. However, since the content of phosphorus entrained in the gas is small, avoid troubles due to precipitation of strong adhesive dust derived from phosphorus on the inner surface (heat transfer surface) of the waste heat recovery unit 23. Is possible.

廃熱回収器23から排出された可燃性ガスは、フィルター(金属フィルター、セラミックスフィルター、バグフィルター等)またはサイクロ(登録商標)ンからなる脱塵設備24においてガス中に含有されるダスト分を除去される。ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内において揮発した重金属成分が再び凝縮し、ダスト25と共に回収可能となるように、脱塵設備24において導入されるガスの温度は、大部分の重金属成分が凝縮する350℃以下とすることが望ましい。   The combustible gas discharged from the waste heat recovery unit 23 removes dust contained in the gas in a dust removal facility 24 made of a filter (metal filter, ceramic filter, bag filter, etc.) or cyclo (registered trademark). Is done. The temperature of the gas introduced in the dedusting facility 24 is such that most heavy metal components are condensed so that the heavy metal components volatilized in the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 are condensed again and can be recovered together with the dust 25. It is desirable that the temperature be 350 ° C. or less at which condensation occurs.

脱塵設備24から排出された可燃性ガスは脱硫設備26において精製された後に、その全量あるいは一部を汚泥乾燥用燃料として汚泥乾燥設備において利用する。なお、可燃性ガスの発熱量および生成量は、ガス化される汚泥の発熱量、ガス化条件、及びクエンチ条件に応じて変動するが、可燃性ガス全量を乾燥用燃料として利用してもなお乾燥に必要な熱源が不足する場合には、別途補助燃料3を併用しても良い。また、逆に余剰の可燃性ガス28が生じた場合、あるいは乾燥用に本可燃性ガス以外の別の熱源を使用した場合には、生成した可燃性ガス27を乾燥以外の用途(例えば発電用燃料、メタノール等化学品合成原料、水素原料)に利用しても良い。   The combustible gas discharged from the dedusting facility 24 is refined in the desulfurization facility 26, and then the entire amount or a part thereof is used in the sludge drying facility as sludge drying fuel. The calorific value and generated amount of the combustible gas vary depending on the calorific value of the sludge to be gasified, the gasification conditions, and the quenching conditions. However, even if the entire amount of the combustible gas is used as the drying fuel, If the heat source necessary for drying is insufficient, the auxiliary fuel 3 may be used separately. On the contrary, when surplus combustible gas 28 is generated or when another heat source other than the combustible gas is used for drying, the generated combustible gas 27 is used for purposes other than drying (for example, for power generation). It may be used as a fuel, a chemical synthesis raw material such as methanol, a hydrogen raw material).

汚泥乾燥設備12の方式としては、高温の熱風と汚泥を直接接触させる直接加熱方式のものが、粉砕機を用いずにまたは簡易かつ小型の粉砕機を介するだけで容易に微粉汚泥が得られる点において、また汚泥中の水分含有率(=水分質量/汚泥質量−wet×100)を15%以下にまで低減できる点において好適である。具体的な乾燥機としては、気流乾燥機、熱風粉砕乾燥機、流動層式乾燥機、攪拌機付回転ドラム式乾燥機等、様々な種類のものが利用可能である。   As a method of the sludge drying equipment 12, a direct heating method in which high-temperature hot air and sludge are brought into direct contact can easily obtain fine powder sludge without using a pulverizer or only through a simple and small pulverizer. In addition, it is preferable in that the moisture content in sludge (= water mass / sludge mass−wet × 100) can be reduced to 15% or less. Various types of dryers such as an air dryer, a hot air pulverizer, a fluidized bed dryer, and a rotary drum dryer with a stirrer can be used as specific dryers.

乾燥後の汚泥中の水分含有率は、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の高効率化を達成する観点から、また前述した通り、汚泥は元来が微生物および細菌の集合体であるため、汚泥乾燥設備12において水分含有率15質量%以下程度まで乾燥を行えば、その大半は自然に粒径1mm以下程度の微粉状態となることから、15質量%以下とすることが望ましい。なお、汚泥の性状によっても異なるが、水分含有率を5質量%以下とすることは、乾燥の際に必要なエネルギー消費量が大きくなるため好ましくない。   The moisture content in the sludge after drying is from the viewpoint of achieving high efficiency of the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17, and as described above, the sludge is originally an aggregate of microorganisms and bacteria. Therefore, if the sludge drying equipment 12 is dried to a moisture content of about 15% by mass or less, most of the powder naturally becomes a fine powder having a particle size of about 1 mm or less, so it is desirable to set it to 15% by mass or less. In addition, although it changes also with the property of sludge, it is not preferable to make water content into 5 mass% or less because energy consumption required in the case of drying becomes large.

ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内の温度は、汚泥中に含まれる灰分の融点に応じた温度に設定され、灰分の融点よりも高い温度とするので1100℃以上とするが、必要以上の高温とすることは、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内の炉壁の寿命を極度に短縮し、かつ放熱による熱損失も増加するために好ましくないので1600℃以下とする。   The temperature in the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 is set to a temperature corresponding to the melting point of the ash contained in the sludge, and is set to a temperature higher than the melting point of the ash, so that it is 1100 ° C. or higher. The above high temperature is not preferable because the life of the furnace wall in the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17 is extremely shortened and the heat loss due to heat dissipation increases, so it is set to 1600 ° C. or lower.

ガス化の際にガス化剤として添加する酸素16は同伴窒素による持ち出し顕熱を削減する観点から、可能な限り高濃度酸素を用いることが好ましい。しかし、必要以上に高濃度の酸素を製造することは酸素製造設備15における投入エネルギーの増大等デメリットが増すばかりであり、ガス化そのものに与える影響は少ないため、ここで用いる酸素は一般的な酸素製造法(吸着分離法〈PSA〉、深冷分離法)によって製造可能な濃度(80容量%以上)で良い。また、酸素製造設備15の規模削減のため、酸素製造設備15によって製造した酸素を空気と混合した酸素富化空気を酸素の代わりに使用しても良い。この際の酸素富化空気中の酸素濃度は空気中に通常含有される酸素濃度よりも高い濃度であれば、同伴する窒素の持ち出し顕熱によるガス化溶融炉の効率低下を多少なりとも回避できる。しかし、ガス化溶融炉における効率上昇、ガス化溶融炉以降に設置される廃熱回収器23、脱塵設備24、脱硫設備26等一連の機器類の規模削減のためにはガス化剤として酸素富化空気よりも80容量%以上の酸素を用いることが望ましい。   The oxygen 16 added as a gasifying agent during gasification is preferably as high as possible from the viewpoint of reducing the sensible heat brought out by the accompanying nitrogen. However, the production of oxygen at a concentration higher than necessary increases not only the disadvantages such as an increase in input energy in the oxygen production facility 15, but also has little influence on the gasification itself. Therefore, oxygen used here is general oxygen. The concentration (80% by volume or more) that can be produced by the production method (adsorption separation method <PSA>, deep cold separation method) may be used. In order to reduce the scale of the oxygen production facility 15, oxygen-enriched air obtained by mixing oxygen produced by the oxygen production facility 15 with air may be used instead of oxygen. At this time, if the oxygen concentration in the oxygen-enriched air is higher than the oxygen concentration normally contained in the air, the efficiency reduction of the gasification melting furnace due to the sensible heat of the accompanying nitrogen can be avoided to some extent. . However, in order to increase the efficiency in the gasification melting furnace and reduce the scale of a series of equipment such as the waste heat recovery unit 23, the dust removal equipment 24, the desulfurization equipment 26 installed after the gasification melting furnace, oxygen is used as a gasifying agent. It is desirable to use 80% or more oxygen by volume rather than enriched air.

本発明例においては、酸素を製造するためのエネルギー(電力)が別途必要となるが、従来法と比較して炉出口以降のガス処理関係の設備規模を大幅に縮小できるため、その部分での電力削減分で充分にカバーすることができる。   In the example of the present invention, energy (electric power) for producing oxygen is separately required. However, since the scale of gas treatment-related equipment after the furnace outlet can be greatly reduced as compared with the conventional method, The amount of power reduction can be covered sufficiently.

ここで添加する酸素量は、水分を含有する汚泥中の有機物を完全燃焼させるために必要な酸素量(いわゆる理論酸素量)よりも少ない酸素量とする。ここでいう有機物とは乾燥ベースの汚泥中の灰分を除いた部分(炭素、水素、窒素、硫黄、酸素を主体)を意味する。その割合は汚泥発熱量およびガス化溶融炉内温度を何度に設定するかによって異なるが、理論酸素量を1とした場合の割合で0.2〜0.8の範囲内で調整することが好適である。0.2未満の酸素比では、ガス化せずに未燃物へと転換する有機物が極めて多くなるため、また、0.8を超過する酸素比では、可燃性のガス成分(H2、CH4等)へ転換する割合がほとんどなくなり、大部分が燃焼ガス(CO2、H2O)まで転換してしまうため、本発明の目的からして好ましくない。より好ましくは、0.3〜0.6の範囲内で調整することである。この範囲でガス化を行えば、汚泥の持つ有機物に対して発生する未燃物の割合を30質量%以下に抑え、かつ可燃性ガス中に含有される可燃性成分の割合を40容量%以上(ドライガスベース)とすることが可能である。 The amount of oxygen added here is less than the amount of oxygen necessary to completely burn the organic matter in the sludge containing moisture (so-called theoretical oxygen amount). The organic matter here means a portion (mainly carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur, oxygen) from the ash content in the dry base sludge. The ratio varies depending on how many times the sludge heat generation amount and the gasification melting furnace temperature are set, but the ratio when the theoretical oxygen amount is 1 can be adjusted within the range of 0.2 to 0.8. Is preferred. When the oxygen ratio is less than 0.2, the amount of organic matter that is converted into unburned material without being gasified becomes extremely large. When the oxygen ratio exceeds 0.8, combustible gas components (H 2 , CH 4 ) and the like, and almost all of them are converted to combustion gases (CO 2 , H 2 O), which is not preferable for the purpose of the present invention. More preferably, the adjustment is made within the range of 0.3 to 0.6. If gasification is performed within this range, the proportion of unburned matter generated with respect to the organic matter contained in the sludge is suppressed to 30% by mass or less, and the proportion of combustible components contained in the combustible gas is 40% by volume or more. (Based on dry gas).

また、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内の温度制御の目的も兼ねて、ガス化剤としてスチームを酸素16と併用しても良い。   Further, steam may be used in combination with oxygen 16 as a gasifying agent for the purpose of temperature control in the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17.

なお、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内の圧力は特に規定しないが、大気圧よりも低い圧力とした場合には、外部からの空気の漏れ込みによる爆発の危険性があるため好ましくない。また、大気圧よりも高い加圧条件とする場合にはガス化溶融炉をコンパクトにすることのできるメリットもある。   The pressure in the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 is not particularly specified. However, when the pressure is lower than atmospheric pressure, there is a risk of explosion due to leakage of air from the outside, which is preferable. Absent. Moreover, when it is set as the pressurization conditions higher than atmospheric pressure, there also exists a merit which can make a gasification melting furnace compact.

本発明で使用する汚泥として、下水汚泥以外に、産業排水の生物学的処理施設から発生する余剰の活性汚泥(例えば、コークス炉排水(安水)処理設備、ステンレス酸洗排水の処理設備、各種食品工場の排水処理設備から排出される余剰汚泥等)を用いても良い。   As sludge used in the present invention, in addition to sewage sludge, surplus activated sludge generated from biological wastewater treatment facilities (for example, coke oven wastewater (safe water) treatment equipment, stainless pickling wastewater treatment equipment, various Excess sludge discharged from a wastewater treatment facility in a food factory may be used.

実施例1
図7に示したフローに従って、本発明例を実施した。
Example 1
According to the flow shown in FIG.

使用した下水汚泥の分析値を表1に示す(灰の組成に関しては、表示以外の成分を含有し、分析途中のロスも生じるため合計が100%とならない)。なお、この汚泥は下水処理場の脱水機から排出されたもの(脱水ケーキ)である。   The analysis values of the sewage sludge used are shown in Table 1 (in terms of the ash composition, it contains components other than those indicated and a loss during the analysis also occurs, so the total does not become 100%). In addition, this sludge is what was discharged | emitted from the dehydrator of the sewage treatment plant (dehydrated cake).

Figure 2007252992
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下水汚泥(脱水ケーキ)1(100t/day)を、気流(熱風)型の汚泥乾燥設備に12おいて乾燥後、生成した乾燥汚泥13(水分含有量7質量%、平均粒径470μm)を、汚泥供給ホッパー14より、酸素製造設備15の副産物である窒素による気流搬送によってガス化溶融炉(高温ガス化部)17へ投入した。なお、原料供給ノズルは4本とし、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の炉底から1/3の高さ位置において、下向きの15度の角度で、各々のノズルからガス化溶融炉の炉内直径に対して1/6の直径からなる炉と同軸の旋回円の接線方向に向けて、微粉状の乾燥汚泥13を気流搬送(ガス流速10m/s、固気比15)によって吹き込むものとした。   After drying sewage sludge (dehydrated cake) 1 (100 t / day) in an airflow (hot air) type sludge drying facility 12, the produced dried sludge 13 (water content 7 mass%, average particle size 470 μm) From the sludge supply hopper 14, the gas was supplied to the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 by air current conveyance using nitrogen which is a by-product of the oxygen production facility 15. The number of raw material supply nozzles is four, and the gasification melting furnace is connected to each of the gasification melting furnaces (high-temperature gasification section) 17 at an angle of 15 degrees downward at a height of 1/3 from the furnace bottom. The dry sludge 13 in the form of fine powder is blown by air flow (gas flow rate 10 m / s, solid-gas ratio 15) toward the tangential direction of a turning circle coaxial with the furnace having a diameter of 1/6 with respect to the inner diameter of the furnace. It was supposed to be.

ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内において、汚泥は酸素16と共に、温度1350℃でガス化溶融され、高温の可燃性ガスおよびスラグへと転換すると同時に汚泥中に含有される重金属の一部がガス中へ揮発した。生成した溶融スラグは炉底のスラグタップより抜き出され、スラグポット内において水砕された後に水砕のスラグ21として回収された。一方、生成した高温の可燃性ガスはガス化溶融炉(高温ガス化部)17の上部のガスクエンチャー18においてスプレー水36によって900℃まで冷却された後、空気予熱器37において顕熱を回収された後、脱塵設備24へ導入され、ダスト分を除去し、更には脱硫設備26へ導入され、クリーンな可燃性ガス27として回収できた。その可燃性ガス27の全量を燃料ガスとして汚泥乾燥設備12へ導入し、空気予熱器37において予熱された空気と共に燃焼させることによって、乾燥熱源として利用した。本実施例に関して、補助燃料は一切必要なく、プロセスを熱的に自立させることが可能であった。   In the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17, the sludge is gasified and melted at a temperature of 1350 ° C. together with oxygen 16, converted into high temperature combustible gas and slag, and at the same time, one of the heavy metals contained in the sludge. Part volatilized into the gas. The generated molten slag was extracted from a slag tap at the bottom of the furnace, and after being crushed in a slag pot, was recovered as a slag 21 for granulation. On the other hand, the generated high-temperature combustible gas is cooled to 900 ° C. by the spray water 36 in the gas quencher 18 at the upper part of the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 and then recovered by the air preheater 37. Then, it was introduced into the dedusting facility 24 to remove the dust, and further introduced into the desulfurization facility 26, and recovered as a clean combustible gas 27. The entire amount of the combustible gas 27 was introduced into the sludge drying facility 12 as a fuel gas and burned with air preheated in the air preheater 37 to be used as a drying heat source. For this example, no auxiliary fuel was needed and the process could be thermally independent.

表2にスラグポット20から回収された水砕スラグ21の組成を示す。元の汚泥中に含まれていたリンの中の96%をスラグ中へ移行させることが可能であった。すなわち、リンの揮発は大幅に抑制しつつ、汚泥中に含有されていた重金属を揮発させ、スラグから除去することが可能であった。特に汚泥中に多く含有されていた亜鉛の大部分を除去することが可能であった。   Table 2 shows the composition of the granulated slag 21 recovered from the slag pot 20. It was possible to transfer 96% of the phosphorus contained in the original sludge into the slag. That is, it was possible to volatilize the heavy metal contained in the sludge and remove it from the slag while largely suppressing the volatilization of phosphorus. In particular, most of the zinc contained in the sludge could be removed.

なお、生成したスラグ21は配合肥料原料として有効利用可能であった。   In addition, the produced | generated slag 21 was effectively usable as a compound fertilizer raw material.

Figure 2007252992
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表3に本発明例(実施例1)および従来のリン回収プロセス(流動床型汚泥焼却炉+リン回収用電気式灰溶融炉)におけるユーティリティー使用量を示す。本発明例においては、従来法よりも補助燃料使用量および電力使用量を大幅に削減できた。また、従来法よりも設備構成が極めてシンプルであるため、設備コストおよび設備設置スペースも7割程度に削減可能であった。   Table 3 shows the amount of utility used in the present invention example (Example 1) and the conventional phosphorus recovery process (fluidized bed sludge incinerator + phosphorus recovery electric ash melting furnace). In the example of the present invention, the amount of auxiliary fuel used and the amount of power used can be greatly reduced as compared with the conventional method. In addition, since the equipment configuration is much simpler than that of the conventional method, the equipment cost and equipment installation space can be reduced to about 70%.

Figure 2007252992
Figure 2007252992

実施例2
図8に示したフローに従って、本発明例を実施した。
Example 2
According to the flow shown in FIG.

使用した下水汚泥の分析値を表4に示す(灰の組成に関しては、表示以外の成分を含有し、分析途中のロスも生じるため合計が100%とならない)。なお、この汚泥は下水処理場の脱水機から排出されたもの(脱水ケーキ)である。   The analysis values of the sewage sludge used are shown in Table 4 (in terms of the ash composition, it contains components other than those indicated and a loss during the analysis also occurs, so the total does not become 100%). In addition, this sludge is what was discharged | emitted from the dehydrator of the sewage treatment plant (dehydrated cake).

Figure 2007252992
Figure 2007252992

下水汚泥(脱水ケーキ)1(100t/day)を、気流(熱風)型の汚泥乾燥設備12において乾燥後、生成した乾燥汚泥13(水分含有量7質量%、平均粒径470μm)を、副資材8であるドロマイト2.6t/dayおよび珪石0.5t/dayと混合後、汚泥供給ホッパー14より、酸素製造設備15の副産物である窒素による気流搬送によってガス化溶融炉(高温ガス化部)17へ投入した。なお、原料供給ノズルは4本とし、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の炉底から1/3の高さ位置において、下向きの15度の角度で、各々のノズルからガス化溶融炉の炉内直径に対して1/6の直径からなる炉と同軸の旋回円の接線方向に向けて、副資材が混合された微粉汚泥を気流搬送(ガス流速10m/s、固気比15)によって吹き込むものとした。ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内において、汚泥は酸素と共に、温度1400℃でガス化溶融され、高温の可燃性ガスおよびスラグへと転換すると同時に汚泥中に含有される重金属の一部がガス中へ揮発した。生成した溶融スラグは炉底のスラグタップより抜き出され、スラグポット内において水砕された後に水砕のスラグ(リン肥料)10として回収された。一方、生成した高温の可燃性ガスはガス化溶融炉(高温ガス化部)17の上部のガスクエンチャー18においてスプレー水36によって900℃まで冷却された後、空気予熱器37において顕熱を回収された後、脱塵設備24へ導入され、ダスト分を除去し、更には脱硫設備26へ導入され、クリーンな可燃性ガス27として回収できた。その可燃性ガス27の全量を燃料ガスとして汚泥乾燥設備へ導入し、空気予熱器において予熱された空気と共に燃焼させることによって、乾燥熱源として利用した。本実施例に関して、汚泥乾燥設備における補助燃料3としてA重油を3L/t−脱水ケーキ使用した。   After drying sewage sludge (dehydrated cake) 1 (100 t / day) in an airflow (hot air) type sludge drying facility 12, the produced dried sludge 13 (water content 7 mass%, average particle size 470 μm) is used as an auxiliary material. After mixing with 2.6 t / day of dolomite 8 and 0.5 t / day of silica, the gasification and melting furnace (high-temperature gasification section) 17 is transferred from the sludge supply hopper 14 by air flow using nitrogen as a by-product of the oxygen production facility 15. It was thrown into. The number of raw material supply nozzles is four, and the gasification melting furnace is connected to each of the gasification melting furnaces (high-temperature gasification section) 17 at an angle of 15 degrees downward at a height of 1/3 from the furnace bottom. The fine powder sludge mixed with the auxiliary materials is air-flowed toward the tangential direction of the turning circle coaxial with the furnace having a diameter of 1/6 with respect to the inner diameter of the furnace (gas flow rate 10 m / s, solid-gas ratio 15) To be blown by. In the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17, sludge is gasified and melted at a temperature of 1400 ° C. together with oxygen to be converted into high-temperature combustible gas and slag, and at the same time, a part of heavy metals contained in the sludge Volatilized into the gas. The produced molten slag was extracted from the slag tap at the bottom of the furnace, and after being granulated in a slag pot, it was recovered as granulated slag (phosphorous fertilizer) 10. On the other hand, the generated high-temperature combustible gas is cooled to 900 ° C. by the spray water 36 in the gas quencher 18 at the upper part of the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 and then recovered by the air preheater 37. Then, it was introduced into the dedusting facility 24 to remove the dust, and further introduced into the desulfurization facility 26, and recovered as a clean combustible gas 27. The entire amount of the combustible gas 27 was introduced into the sludge drying facility as a fuel gas and burned with air preheated in an air preheater to be used as a drying heat source. In this example, 3 L / t-dehydrated cake of A heavy oil was used as the auxiliary fuel 3 in the sludge drying facility.

表5にスラグポット20から回収された水砕スラグ10の組成を示す。元の汚泥中に含まれていたリンの中の95%をスラグ中へ移行させることが可能であった。すなわち、リンの揮発は大幅に抑制しつつ、汚泥中に含有されていた重金属を揮発させ、スラグから除去することが可能であった。特に汚泥中に多く含有されていた亜鉛の大部分を除去することが可能であった。   Table 5 shows the composition of the granulated slag 10 recovered from the slag pot 20. It was possible to transfer 95% of the phosphorus contained in the original sludge into the slag. That is, it was possible to volatilize the heavy metal contained in the sludge and remove it from the slag while largely suppressing the volatilization of phosphorus. In particular, most of the zinc contained in the sludge could be removed.

なお、生成したスラグ10は熔成リン肥としての規格を満たしていたため、直接リン肥料として有効利用可能であった。   In addition, since the produced | generated slag 10 satisfy | filled the specification as molten phosphorus fertilizer, it was effectively usable as direct phosphorus fertilizer.

Figure 2007252992
Figure 2007252992

表6に本発明例(実施例1)および従来のリン回収プロセス(流動床型汚泥焼却炉+リン回収用電気式灰溶融炉)におけるユーティリティー使用量を示す。本発明例においては、従来法よりも補助燃料使用量および電力使用量を大幅に削減できた。また、従来法よりも設備構成が極めてシンプルであるため、設備コストおよび設備設置スペースも7割程度に削減可能であった。   Table 6 shows utility usage in the present invention example (Example 1) and the conventional phosphorus recovery process (fluidized bed sludge incinerator + phosphorus recovery electric ash melting furnace). In the example of the present invention, the amount of auxiliary fuel used and the amount of power used can be greatly reduced as compared with the conventional method. In addition, since the equipment configuration is much simpler than that of the conventional method, the equipment cost and equipment installation space can be reduced to about 70%.

Figure 2007252992
Figure 2007252992

比較例
図9に示したフローに従って、本発明例を実施した。
Comparative Example The inventive example was carried out according to the flow shown in FIG.

使用した下水汚泥の分析値を表7に示す(灰の組成に関しては、表示以外の成分を含有し、分析途中のロスも生じるため合計が100%とならない)。なお、この汚泥は下水処理場の脱水機から排出されたもの(脱水ケーキ)である。   The analysis values of the sewage sludge used are shown in Table 7 (the composition of ash contains components other than those indicated, and the loss during the analysis also occurs, so the total does not become 100%). In addition, this sludge is what was discharged | emitted from the dehydrator of the sewage treatment plant (dehydrated cake).

Figure 2007252992
Figure 2007252992

下水汚泥(脱水ケーキ)1(100t/day)を、気流(熱風)型の汚泥乾燥設備に12おいて乾燥後、生成した乾燥汚泥13(水分含有量7質量%、平均粒径470μm)を、汚泥供給ホッパー14より、酸素製造設備15の副産物である窒素による気流搬送によってガス化溶融炉(高温ガス化部)17へ投入した。なお、原料供給ノズルは4本とし、ガス化溶融炉(高温ガス化部)17の炉底から1/3の高さ位置において、0度の角度で、各々のノズルからガス化溶融炉の炉内直径に対して1/2の直径からなる炉と同軸の旋回円の接線方向に向けて、微粉状の乾燥汚泥13を気流搬送(ガス流速10m/s、固気比15)によって吹き込むものとした。   After drying sewage sludge (dehydrated cake) 1 (100 t / day) in an airflow (hot air) type sludge drying facility 12, the produced dried sludge 13 (water content 7 mass%, average particle size 470 μm) From the sludge supply hopper 14, the gas was supplied to the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 by air current conveyance using nitrogen which is a by-product of the oxygen production facility 15. It should be noted that there are four raw material supply nozzles, and from each nozzle at an angle of 1/3 from the furnace bottom of the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17, each nozzle is connected to the furnace of the gasification melting furnace. A fine powdery dry sludge 13 is blown by air flow (gas flow rate 10 m / s, solid-gas ratio 15) toward the tangential direction of a turning circle coaxial with the furnace having a diameter of ½ of the inner diameter. did.

ガス化溶融炉(高温ガス化部)17内において、汚泥は酸素16と共に、温度1350℃でガス化溶融され、高温の可燃性ガスおよびスラグへと転換すると同時に汚泥中に含有される重金属の一部がガス中へ揮発した。生成した溶融スラグは炉底のスラグタップより抜き出され、スラグポット内において水砕された後に水砕のスラグ21として回収された。一方、生成した高温の可燃性ガスはガス化溶融炉(高温ガス化部)17の上部のガスクエンチャー18においてスプレー水36によって900℃まで冷却された後、空気予熱器37において顕熱を回収された後、脱塵設備24へ導入され、ダスト分を除去し、更には脱硫設備26へ導入され、クリーンな可燃性ガス27として回収できた。その可燃性ガス27の全量を燃料ガスとして汚泥乾燥設備12へ導入し、空気予熱器37において予熱された空気と共に燃焼させることによって、乾燥熱源として利用した。本実施例に関して、補助燃料は一切必要なく、プロセスを熱的に自立させることが可能であった。   In the gasification melting furnace (high temperature gasification section) 17, the sludge is gasified and melted at a temperature of 1350 ° C. together with oxygen 16, converted into high temperature combustible gas and slag, and at the same time, one of the heavy metals contained in the sludge. Part volatilized into the gas. The generated molten slag was extracted from a slag tap at the bottom of the furnace, and after being crushed in a slag pot, was recovered as a slag 21 for granulation. On the other hand, the generated high-temperature combustible gas is cooled to 900 ° C. by the spray water 36 in the gas quencher 18 at the upper part of the gasification melting furnace (high-temperature gasification section) 17 and then recovered by the air preheater 37. Then, it was introduced into the dedusting facility 24 to remove the dust, and further introduced into the desulfurization facility 26, and recovered as a clean combustible gas 27. The entire amount of the combustible gas 27 was introduced into the sludge drying facility 12 as a fuel gas and burned with air preheated in the air preheater 37 to be used as a drying heat source. For this example, no auxiliary fuel was needed and the process could be thermally independent.

表8にスラグポット20から回収された水砕スラグ21の組成を示す。元の汚泥中に含まれていたリンの中でスラグ中へ移行させることができた割合は77%であった。すなわち、実施例1と比較してリンの揮発が促進され、ダスト中に移行した割合が多くなった。なお、これらリンを高濃度で含有するダストの一部は後段の空気予熱器37の伝熱面(内面)に付着し、熱交換能力低下の原因となった。   Table 8 shows the composition of the granulated slag 21 recovered from the slag pot 20. The proportion of the phosphorus contained in the original sludge that could be transferred into the slag was 77%. That is, the volatilization of phosphorus was promoted as compared with Example 1, and the ratio of migration into dust increased. Part of the dust containing phosphorus at a high concentration adhered to the heat transfer surface (inner surface) of the air preheater 37 in the subsequent stage, causing a reduction in heat exchange capacity.

Figure 2007252992
Figure 2007252992

図10に実施例1と同様のガス化条件における、リンのスラグへの移行割合と汚泥の吹き込み角度との関係を示す。吹き込み角度を0度よりも上向き(図中ではマイナスで表示)とすることによって、リンのスラグへの移行割合が小さくなった。また、吹き込み角度を45度よりも大きくすることによって、炉壁、炉底等のガス化炉体の損傷が激しくなった。更に吹き込み角度を15度よりも小さくすることによって、汚泥の気流搬送配管内において閉塞が発生する頻度が大きくなった。   FIG. 10 shows the relationship between the rate of transfer of phosphorus to slag and the sludge blowing angle under the same gasification conditions as in Example 1. By making the blowing angle upward from 0 degree (indicated by a minus sign in the figure), the ratio of phosphorus to slag was reduced. In addition, by increasing the blowing angle to more than 45 degrees, damage to the gasification furnace bodies such as the furnace wall and the furnace bottom became severe. Furthermore, by making the blowing angle smaller than 15 degrees, the frequency of clogging in the sludge air-flow conveying pipe has increased.

図11に実施例1と同様のガス化条件における、リンのスラグへの移行割合と汚泥の吹き込み方向(炉内直径に対する旋回円径のサイズ)との関係を示す。旋回円径を炉内直径の1/5以上とすることによって、リンのスラグへの移行割合が小さくなった。   FIG. 11 shows the relationship between the rate of transfer of phosphorus to slag and the sludge blowing direction (the size of the turning circle diameter relative to the furnace diameter) under the same gasification conditions as in Example 1. By making the turning circle diameter 1/5 or more of the furnace inner diameter, the rate of transfer of phosphorus to slag was reduced.

従来技術に関するフローシートである。It is the flow sheet regarding a prior art. 本発明に関するフローシートである。It is a flow sheet concerning the present invention. 本発明の乾燥汚泥の吹き込み方法に関するフローシートである。It is a flow sheet regarding the blowing method of dry sludge of the present invention. 本発明の乾燥汚泥の吹き込み方法に関するフローシートである。It is a flow sheet regarding the blowing method of dry sludge of the present invention. 本発明の乾燥汚泥の吹き込み方法に関するフローシートである。It is a flow sheet regarding the blowing method of dry sludge of the present invention. 本発明の乾燥汚泥の吹き込み方法に関するフローシートである。It is a flow sheet regarding the blowing method of dry sludge of the present invention. 本発明の実施例におけるフローシートおよびマスバランスである。It is a flow sheet and mass balance in the example of the present invention. 本発明の実施例におけるフローシートおよびマスバランスである。It is a flow sheet and mass balance in the example of the present invention. 本発明の比較例におけるフローシートおよびマスバランスである。It is a flow sheet and mass balance in a comparative example of the present invention. リンのスラグへの移行割合と汚泥の吹き込み角度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the transfer ratio to the slag of phosphorus, and the blowing angle of sludge. リンのスラグへの移行割合と汚泥の吹き込み方向(炉内直径に対する旋回円径のサイズ)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the transfer ratio to the slag of phosphorus, and the blowing direction of sludge (size of the turning circle diameter with respect to the diameter in a furnace).

符号の説明Explanation of symbols

1 汚泥(脱水ケーキ)
2 空気
3 補助燃料
4 汚泥焼却炉
5 排ガス
6 焼却灰
7 コークス
8 副資材
9 灰溶融炉
10 スラグ(リン肥料)
11 排ガス処理設備
12 汚泥乾燥機
13 乾燥汚泥
14 汚泥供給ホッパー
15 酸素製造設備
16 酸素
17 ガス化溶融炉(高温ガス化部)
18 ガスクエンチャー
19 スプレー水またはクエンチガス
20 スラグポット
21 スラグ
22 可燃性ガス
23 廃熱回収器
24 脱塵設備技術センター
25 ダスト
26 脱硫設備
27 可燃性ガス(クリーン)
28 可燃性ガス(余剰分)
29 可燃性ガス(クリーン)の汚泥乾燥設備への循環ライン
30 原料供給ノズル
31 汚泥吹き込み範囲
32 ガス化溶融炉高さ
33 原料供給ノズル設置位置
34 ガス化溶融炉(高温ガス化部)の炉内直径
35 旋回円
36 スプレー水
37 空気予熱器
1 Sludge (dehydrated cake)
2 Air 3 Auxiliary fuel 4 Sludge incinerator 5 Exhaust gas 6 Incinerated ash 7 Coke 8 Secondary material 9 Ash melting furnace 10 Slag (phosphorous fertilizer)
11 Exhaust gas treatment equipment 12 Sludge dryer 13 Dry sludge 14 Sludge supply hopper 15 Oxygen production equipment 16 Oxygen 17 Gasification melting furnace (high temperature gasification section)
18 Gas quencher 19 Spray water or quench gas 20 Slag pot 21 Slag 22 Combustible gas 23 Waste heat recovery device 24 Dedusting equipment technology center 25 Dust 26 Desulfurization equipment 27 Combustible gas (clean)
28 Combustible gas (surplus)
29 Circulation line of flammable gas (clean) to sludge drying equipment 30 Raw material supply nozzle 31 Sludge blowing range 32 Gasification melting furnace height 33 Raw material supply nozzle installation position 34 Inside of gasification melting furnace (high temperature gasification section) Diameter 35 Swirl circle 36 Spray water 37 Air preheater

Claims (4)

排水の生物学的処理により発生しリンを含有する汚泥を、前記灰分の融点以上の温度を有する気流床型ガス化溶融炉内へ、炉壁に対して垂直方向の吹き込み角度が下向き0〜45度となるように、且つ、ガス化溶融炉の炉内直径に対して1/5より小さな直径からなる炉と同軸の旋回円の接線方向に向けて、複数本の原料供給ノズルから気流搬送で吹き込み、前記汚泥を酸素又は酸素富化空気と部分酸化反応させて可燃性ガスを生成すると共に、前記灰分を溶融させてリンを含有するスラグを生成し、当該生成した可燃性ガス及びスラグを回収することを特徴とする汚泥からの可燃性ガス及びスラグの回収方法。   The sludge generated by biological treatment of the wastewater and containing phosphorus is blown into the air bed type gasification melting furnace having a temperature equal to or higher than the melting point of the ash, and the blowing angle in the direction perpendicular to the furnace wall is 0-45 downward. And by air flow from a plurality of raw material supply nozzles in the tangential direction of a swirl circle coaxial with the furnace having a diameter smaller than 1/5 of the diameter in the furnace of the gasification melting furnace. Blowing, and causing the sludge to partially oxidize with oxygen or oxygen-enriched air to produce a combustible gas, melt the ash to produce phosphorus-containing slag, and recover the produced combustible gas and slag A method for recovering flammable gas and slag from sludge. 前記生成したスラグを水中において急冷し、水砕スラグとして回収することを特徴とする請求項1記載の汚泥からの可燃性ガス及びスラグの回収方法。   The method for recovering combustible gas and slag from sludge according to claim 1, wherein the generated slag is rapidly cooled in water and recovered as a granulated slag. 前記汚泥に、マグネシウム成分、カルシウム成分、シリカ成分の少なくともいずれかを添加し、当該添加後の汚泥を前記ガス化溶融炉内へ吹き込むことを特徴とする請求項1又は2に記載の汚泥からの可燃性ガス及びスラグの回収方法。   The sludge according to claim 1 or 2, wherein at least one of a magnesium component, a calcium component, and a silica component is added to the sludge, and the sludge after the addition is blown into the gasification melting furnace. How to collect flammable gas and slag. 排水の生物学的処理により発生しリンを含有する汚泥のガス化溶融炉であって、前記汚泥を気流搬送で前記ガス化溶融炉の内部に吹き込む原料供給ノズルを複数本有し、当該ノズルは、前記ガス化溶融炉の炉壁に対して垂直方向の吹き込み角度を下向き0〜45度とし、且つ、前記ガス化溶融炉の炉内直径に対して1/5より小さな直径からなる炉と同軸の旋回円の接線方向に向けて配置されることを特徴とする汚泥のガス化溶融炉。   A gasification and melting furnace for sludge generated by biological treatment of wastewater and containing phosphorus, having a plurality of raw material supply nozzles for blowing the sludge into the gasification and melting furnace by airflow conveyance, The gas injection melting furnace has a vertical blowing angle of 0 to 45 degrees downward and coaxial with a furnace having a diameter smaller than 1/5 of the diameter of the gasification melting furnace in the furnace. A sludge gasification and melting furnace, which is arranged in a tangential direction of the swirl circle of the sludge.
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