JP2008142684A - 熱利用システム及びその発停時運転方法、並びに熱処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵含有ガスを用いた熱交換器を備えたシステムにおいて、系内に粉塵が堆積することによりシステムの発停時に粉塵爆発や発火が発生することを防止し、且つ既存の設備を用いて安全性の高い熱利用システム及びその発停時運転方法、並びに熱処理システムを提供する。
【解決手段】被処理物を乾燥させる直接加熱式乾燥機１と、乾燥処理物を炭化する炭化炉６と、該炭化炉６で生じた熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉１１と、該燃焼炉１１から排出される高温の燃焼排ガスと乾燥機１から排出される低温の乾燥排ガスとを熱交換する熱交換器４と、熱交換器４を通って冷却された燃焼排ガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置５２を含む排ガス処理ライン５と、を備えた熱処理システムにおいて、システムの発停時に、酸性ガス除去装置５２より下流側から燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、低酸素濃度で且つ低温の燃焼排ガスを熱交換器４に導入するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、粉塵含有ガスを用いた熱交換器を備えたシステムにおいて、系内に粉塵が堆積することによりシステムの発停時に粉塵爆発や発火が発生することを防止するようにした熱利用システム及びその発停時運転方法、並びに熱処理システムに関する。

燃焼炉を備えたシステムにおいては、熱効率向上のために熱交換器を設けて高温の燃焼排ガスから熱回収を行っている。例えば、乾燥機を備えたシステムでは、乾燥処理物を炭化や溶融する熱処理炉、或いは乾燥排ガスを脱臭する脱臭炉が具備されることが多く、この燃焼炉から排出される高温側の燃焼排ガスと、乾燥機から排出される低温側の乾燥排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼排ガスを冷却するとともに乾燥排ガスを昇温して有効利用している。

しかし、熱交換器に供給されるガスに粉塵が多く含まれる場合、運転に伴って熱交換器自体やダクトなどの系内に粉塵が堆積してしまい、システムの起動時や停止時、異常が発生した際の非常停止時など、冷却用の空気が系内に流入すると粉塵爆発や発火が引き起こされる惧れがある。
図４の表に示されるように、粉塵爆発はガス中の酸素濃度とガス温度に依存する（非特許文献１）。従って、高温に晒される可能性がある場合には、出来るだけ酸素濃度を低くすることが必要であり、一般には９％以下の酸素濃度とすることで粉塵爆発の危険性を大幅に低減できることがわかっている。

一般に粉塵ガスを用いない熱交換器においては、低温側ガスが供給されない場合には、高温側ガスにより機器が急激に温度上昇してしまい不具合が発生するため、大気などの代替ガスを供給して温度上昇を防ぐようにしていたが、上記したような理由から、粉塵ガスを用いた熱交換器のシステムに対しては、酸素濃度の高い大気を代替ガスとして利用することはできない。

下水汚泥や廃棄物などを乾燥させる乾燥機からは粉塵ガスが多く発生するため、上記したように粉塵爆発や発火の危険性が高い。従って、乾燥機を備えた設備においては、この危険性を回避する方法が求められている。特に、運転発停時には、機器の温度上昇やリークエアによる酸素濃度上昇が発生し易く、粉塵爆発や発火の危険性が増大する。
そこで、特許文献１には、都市ごみ乾燥設備における発火防止方法が提案されている。これは、熱風炉にて生成した高温ガスを乾燥機に供給して被処理物を乾燥させる設備において、熱風炉と乾燥機の間にダンパを備え、また熱風炉を介さないで乾燥ファンと乾燥機の熱風吹込口とを接続するバイパスを備えた構成とし、圧力や温度が急激に変化する不安定運転時には、ダンパを閉鎖して熱風炉を介さず且つ外気の進入しない循環経路を形成することにより酸素濃度の低い状態で乾燥機を冷却するようにしている。

特開平９−１３８０６９号公報 「安全工学便覧」、安全工学協会編、コロナ社、１９７６年、Ｐ．４６９

上記したように、粉塵ガスを用いた熱交換器において、運転発停時に大気を代替ガスとして用いると粉塵ガスによる粉塵爆発や発火の危険性があり問題となっていた。
一方、粉塵ガスが発生する乾燥機においては、これらの危険性を回避するために乾燥機内の温度や酸素濃度を抑えるような構成とした技術は従来から提案されていた（特許文献１等）。しかし、粉塵ガスが導入される熱交換器については何ら対策が採られていないのが実状であった。低温の不活性ガスを供給する方法や、低酸素濃度で且つ低温のガスを製造して熱交換器に供給する方法も考えられるが、新たに設備を設ける必要があるなどコストの面で問題があり、発停時のためだけに新たな設備増設は経済上困難であった。

従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、粉塵含有ガスを用いた熱交換器を備えたシステムにおいて、系内に粉塵が堆積することによりシステムの発停時に粉塵爆発や発火が発生することを防止し、且つ新たな設備を増設することなく既存の設備を用いて安全性の高いシステムとすることを可能とした熱利用システム及びその発停時運転方法、並びに熱処理システムを提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、低温側の粉塵含有ガスと高温側の燃焼排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器の後段に設けられ前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を含む排ガス処理ラインとを備えた熱利用システムにおいて、
前記酸性ガス除去装置より下流側の排ガス処理ラインから燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、低温で且つ低酸素濃度の該燃焼排ガスを前記熱交換器に導入する燃焼排ガス返送ラインを備えるとともに、
前記熱利用システムの発停時に、前記粉塵含有ガスが前記熱交換器へ供給されるガス供給ラインから前記燃焼排ガス返送ラインへ切り替える切替手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、システムの発停時に、酸性ガス除去装置より下流側の燃焼排ガスを熱交換器に導入することにより、低温で且つ低酸素濃度の燃焼排ガスを熱交換器に供給することができ、粉塵が堆積した熱交換器を含む系内においても粉塵爆発や発火することなく、安全性の高いシステムとすることができる。さらに、この燃焼排ガスは酸性ガス除去後のクリーンなガスであるため、熱交換器を含む系内の腐食を防止することが可能である。

また、前記熱交換器は直接加熱式乾燥機の後段側に設けられた熱交換器であり、前記粉塵含有ガスが該熱交換器から排出された乾燥排ガスであることを特徴とする。
直接加熱式乾燥機は、被処理物に直接高温ガスを吹き付けて乾燥する装置であるため、粉塵が発生しやすい。また、直接加熱式乾燥機には撹拌手段を備える装置が多く存在し、これによりさらに粉塵発生量が増大する。これらの要因から、従来は直接加熱式乾燥機の粉塵ガスは粉塵爆発や発火の危険性が高かったが、本実施例を適用することにより、既存設備を利用して低コストで安全性の高いシステムを提供することを可能とした。

また運転方法の発明として、低温側の粉塵含有ガスと高温側の燃焼排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器を備えた熱利用システムの発停時における運転方法において、
前記熱利用システムの発停時に、前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去した後の低温で且つ低酸素濃度の燃焼排ガスを前記粉塵含有ガスの代替として前記熱交換器に導入するようにしたことを特徴とする。

さらに、被処理物を乾燥させる直接加熱式乾燥機と、前記乾燥機にて得られた乾燥処理物を炭化する炭化炉と、該炭化炉で生じた熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉と、該燃焼炉から排出される高温側の燃焼排ガスと前記乾燥機からサイクロンを経て排出される低温側の粉塵含有ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器の後段に設けられ前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を含む排ガス処理ラインと、を備えた熱処理システムにおいて、
前記酸性ガス除去装置より下流側の排ガス処理ラインから燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、低温で且つ低酸素濃度の該燃焼排ガスを前記熱交換器に導入する燃焼排ガス返送ラインを備えるとともに、
前記熱処理システムの発停時に、前記乾燥機から前記熱交換器へのガス供給ラインから前記燃焼排ガス返送ラインへ切り替える切替手段を備えたことを特徴とする。

本発明のような構成とすることにより、乾燥機と炭化炉を備えたシステムにおいても粉塵爆発や発火の危険性のない安全性の高いシステムを提供することが可能となる。
即ち、低温で且つ低酸素濃度の燃焼排ガスが循環ガス予熱器に導入されるため、粉塵が堆積した熱交換器を含む系内に供給されても、粉塵爆発や発火することなく、安全性の高い運転が可能となる。さらに、この燃焼排ガスは酸性ガス除去後のクリーンなガスであるため、熱交換器を含む系内の腐食を防止することが可能である。また、本発明では、発停時の安全対策として、新たに設備を設けることなく既存の設備で行うことができるため設備コストを抑えることができるとともに、通常運転時と既設の排ガスラインから導いているため、ランニングコストも抑えることが可能である。
尚、本発明においては、前記被処理物が下水汚泥であることが好ましい。下水汚泥は、乾燥機にて乾燥した際に多量の粉塵が発生し易く、従って本発明を適用することにより安全に処理することが可能となる。

また、被処理物を乾燥させる直接加熱式乾燥機と、前記乾燥機にて得られた乾燥処理物を溶融する溶融炉と、該溶融炉で生じた熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉と、該燃焼炉から排出される高温側の燃焼排ガスと前記乾燥機からサイクロンを経て排出される低温側の粉塵含有ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器の後段に設けられ前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を含む排ガス処理ラインと、を備えた熱処理システムにおいて、
前記酸性ガス除去装置より下流側の排ガス処理ラインから燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、低温で且つ低酸素濃度の該燃焼排ガスを前記熱交換器に導入する燃焼排ガス返送ラインを備えるとともに、
前記熱処理システムの発停時に、前記乾燥機から前記熱交換器へのガス供給ラインから前記燃焼排ガス返送ラインへ切り替える切替手段を備えたことを特徴とする。
これによれば、炭化炉の場合と同様に、溶融炉を備えたシステムにおいても、粉塵爆発や発火の惧れのない安全性の高いシステムを提供することができる。

さらに、前記排ガス処理ライン上と前記ガス供給ライン上とに夫々誘引ファンが設置され、前記燃焼排ガス返送ラインは、前記排ガス処理ライン上の誘引ファンより下流側の正圧域から分岐され、前記ガス供給ライン上の負圧域に合流されるようにしたことを特徴とする。
このように、システムの発停時に、ガス供給ラインから正圧域の燃焼排ガスに切り替えるようにしたため、円滑にガスが流入し短時間での切替が可能となる。

以上記載のごとく本発明によれば、粉塵含有ガスを用いた熱交換器を備えたシステムにおいて、システムの発停時に粉塵爆発や発火の惧れがなく安全性の高いシステムを提供することが可能となる。また、既存の排ガス処理ラインから粉塵ガスの代替ガスを導くようにしたため、新たに設備を追設することなく既存の設備を用いることができ低コストで安全性の高いシステムを確立することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置及び各プロセスの温度、圧力、含水率等はこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は実施例１に係る粉塵ガス利用の熱交換器の概略構成図、図２は実施例２に係る熱交換器と炭化炉を備えた熱処理システムの構成図、図３は実施例３に係る熱交換器と溶融炉を備えた熱処理システムの構成図である。
本実施例は、運転の発停時においても粉塵爆発や発火などの不具合を発生することなく安全性の高いシステムである。ここで、運転の発停時とは、通常運転における起動時、停止時、及び非常時における停止時を含むものである。

図１を参照して、本実施例に係る熱交換器の概略構成につき説明する。
本実施例の熱交換器は、低温側の粉塵含有ガス（以下、粉塵ガスという）と、高温側の燃焼排ガスとを熱交換する装置であり、粉塵ガスの昇温とともに燃焼排ガスの冷却を目的としている。図１において、この熱交換器は循環ガス予熱器４で示される。循環ガス予熱器４は、相変化を伴わないガス−ガス熱交換器であり、粉塵ガス入口及び出口と、燃焼排ガス入口及び出口とを備える。
循環ガス予熱器４により冷却されて燃焼排ガス出口から排出された燃焼排ガスは、酸性ガス除去装置５１を含む排ガス処理ライン５に導かれる。酸性ガス除去装置５１は、ＳＯｘやＨＣｌ等の酸性ガスを除去する装置であり、スクラバ、バグフィルタ等が挙げられる。

スクラバは、苛性ソーダ等のアルカリ剤を含む洗浄水を噴霧することによって酸性ガスを除去する。このとき排ガス温度も低下させることができる。スクラバは、ＳＯｘの除去に適しているため、処理対象としては燃焼排ガス中にＳＯｘが多く含まれる下水汚泥が好ましい。
一方、バグフィルタは、排ガス入口側にて消石灰を噴霧することによりＨＣｌを主とする酸性ガスを除去する。バグフィルタを設置する場合、バグフィルタより上流側に減温塔を設置してバグフィルタ入口温度を所定温度まで低下させる必要がある。バグフィルタは、ＨＣｌの除去に適しているため、処理対象としては燃焼排ガス中にＨＣｌが多く含まれる一般ごみなどの廃棄物が好ましい。

排ガス処理ライン５には、酸性ガス除去装置５１の下流側に誘引ファン２２が設置されている。このとき、誘引ファンより上流側は負圧系となっており、下流側は正圧系となっている。
酸性ガス除去装置５１の下流側で且つ誘引ファン２２より下流側には、燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させた燃焼排ガス返送ライン２５と、該返送ライン２５上に設けられガス流量を調節するダンパ２４が設置されている。

次に、本実施例の熱交換器の運転方法について説明する。
通常運転時には、低温側の粉塵ガスと、高温側の燃焼排ガスとが循環ガス予熱器４に導入され、これらが熱交換することにより燃焼排ガスは冷却されて排出され、粉塵ガスは昇温されて排出される。冷却された燃焼排ガスは排ガス処理ライン５に送給され、酸性ガス除去装置５１により排ガス中に含まれる酸性ガスを除去されるとともに所定温度まで冷却され、さらに必要に応じて他のガス処理を施された後、煙突より大気放出される。通常運転時には、燃焼排ガス返送ライン２５上のダンパ２４は閉の状態に制御される。

一方、運転の発停時には、燃焼排ガス返送ライン２５上のダンパ２４を開の状態に制御する。これにより、正圧系の燃焼排ガス、即ち酸性ガス除去装置５１より下流側で且つ誘引ファン２２より下流側の燃焼排ガスが循環ガス予熱器４に流入することとなる。この燃焼排ガスは、低温で且つ低酸素濃度であるため、粉塵が堆積した循環ガス予熱器４を含む系内に供給されても、粉塵爆発や発火することなく、安全性の高い運転が可能となる。さらに、この燃焼排ガスは酸性ガス除去後のクリーンなガスであるため、循環ガス予熱器４を含む系内の腐食を防止することが可能である。

また、本実施例では、上記した循環ガス予熱器４の上流側に、直接加熱式乾燥機１を配設した構成とすることが好ましい。
直接加熱式乾燥機１は、高温ガスを直接接触させることにより被処理物を乾燥させる装置であればどのような構成を有していてもよいが、一例として図１に示すようなロータリーキルン式の乾燥機が挙げられる。これは、キルン本体１０１に回転軸１０２が偏芯した状態で挿設され、該回転軸１０２には複数のパドル１０３が設けられる。キルン本体１０１の一側には被処理物投入口と、他側には乾燥処理物排出口が形成されるとともに、該キルン本体１０１には、被処理物の乾燥に用いられる高温ガスの導入口と、被処理物の乾燥で生じた乾燥排ガスを排出する乾燥排ガス排出口が設けられている。キルン内に投入された被処理物は、高速で回転する回転軸１０２と、該回転軸１０２に対して逆方向に低速で回転するキルン本体１０１によりキルン内を移送されながら、高温ガスと接触することにより乾燥される。被処理物として下水汚泥を用いる場合には、上記した構成を有するロータリーキルン式乾燥機が適している。これは、下水汚泥の含水率によって粘土が高くなる域があるため、回転軸１０２を高速で回転することにより汚泥のキルン本体１０１への固着を防止できるためである。

このような直接加熱式乾燥機１からは粉塵を多く含む乾燥排ガスが排出される。乾燥排ガスは、後段に設置されたサイクロン２により集塵されるが、サイクロン２の集塵率は８０％程度であるため粉塵が残存した粉塵ガスが後流側へ送られる。この粉塵ガスは、前記循環ガス予熱器４の低温側へ導入される。
直接加熱式乾燥機１は、被処理物に直接高温ガスを吹き付けて乾燥する装置であるため、粉塵が発生しやすい。また、直接加熱式乾燥機１には撹拌手段を備える装置が多く存在し、これによりさらに粉塵発生量が増大する。また、乾燥機１からは、被処理物の一部が炭化して発火しやすい粉塵を多く含むガスが排出する。これらの要因から、直接加熱式乾燥機１の粉塵ガスは粉塵爆発や発火の危険性が高かったが、本実施例を適用することにより、既存設備を利用して低コストで安全性を高めることを可能とした。

図２を参照して、粉塵ガス利用の熱交換器と炭化炉とを備えた熱処理システムの全体構成につき説明する。本実施例では、一例として下水汚泥を被処理物とした場合につき説明する。尚、以下の実施例２及び実施例３において、上記実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
図２において、本システムの構成は、脱水汚泥を乾燥する直接加熱式乾燥機１と、乾燥機１から排出される乾燥汚泥を炭化する炭化炉６と、該炭化炉６にて発生した熱分解ガスを燃焼させる乾燥機燃焼炉１１と、前記炭化炉６に供給する高温ガスを生成する炭化炉燃焼炉１０と、からなる各種炉を備えるとともに、炭化炉６の加熱に用いられた排ガスから熱回収を行う空気予熱器７と、乾燥機燃焼炉１１にて生成した高温ガスから熱回収を行う循環ガス予熱器４、及び白煙防止器１２と、からなる各種熱交換器を備えている。また、系内にて発生した排ガスを処理する排ガス処理ライン５を備え、該排ガス処理ライン５は排煙処理塔５２と、湿式電気集塵機５３とを有している。

本システムのフローを、各装置の具体的構成とともに説明する。尚、ここに記載される温度、圧力、含水率は一実施例であり、これらに限定されるものではない。
直接加熱式乾燥機１には、下水汚泥を脱水した脱水汚泥が供給される。脱水汚泥は８０％程度の含水率である。同時に、該乾燥機１には８５０℃の高温ガスが導入される。この高温ガスは、乾燥機燃焼炉１１にて生成された９５０℃の高温ガスに、該乾燥機１から排出される乾燥排ガスが混合されて生成されたものである。
乾燥機１にて脱水汚泥は２５％の含水率になるまで乾燥され、排出される。乾燥機１にて発生した乾燥排ガスは粉塵を含む粉塵ガスである。粉塵ガスはサイクロン２にて集塵された後、その一部が分岐されて乾燥機１に導入する高温ガス側へ送られ、他の粉塵ガスはガス供給ライン２６を介して循環ガス予熱器４に導かれる。

乾燥機１から排出された乾燥汚泥は炭化炉６に供給される。同図において炭化炉６は、間接加熱式のロータリーキルンを示しているが、他の構成を有するものであってもよい。間接加熱式炭化炉６のジャケットには、１１００℃の高温ガスが導入される。この高温ガスは、乾燥機燃焼炉１１で生成された９５０℃の高温ガスの一部を空気とともに炭化炉燃焼炉１１に供給し、これらを補助燃料を用いて燃焼させて生成されたものである。
高温ガスにより還元雰囲気で加熱された乾燥汚泥は炭化し、生成した炭化物は炭化物冷却コンベヤ８、加湿機９を経て炭化物ホッパへ送給される。
また、炭化に用いられた高温ガスは、炭化炉のジャケットから６７０℃で排出され、空気予熱器７に供給される。空気予熱器７では、炭化炉６から排出された高温ガスと、常温の燃焼用空気とを熱交換し、高温ガスの冷却及び燃焼用空気の加熱が行われる。加熱された燃焼用空気は、乾燥機燃焼炉１１に導入され、冷却された高温ガスは排ガス処理ライン５に送られる。

一方、炭化炉６にて発生した熱分解ガスは乾燥機燃焼炉１１に導かれ、該乾燥機燃焼炉１１にて補助燃料を用いて燃焼され、９５０℃の高温ガスを生成する。ここで生成された高温ガスは３系統に分岐され、一系統は乾燥機１に導かれて乾燥用熱源として用いられ、別の一系統は炭化炉燃焼炉１０に導かれてさらに高温化して炭化炉用熱源として用いられ、残りの一系統は後段の排ガス処理ライン５に送られる。

乾燥機燃焼炉１１にて生成された高温ガスのうち、排ガス処理ライン５に送られる系統は、まず循環ガス予熱器４に導入される。循環ガス予熱器４は、上記した実施例１と同様の構成を有するもので、乾燥機燃焼炉１１からの高温ガスと、乾燥機１から粉塵ガスとが導入され、これらの間で熱交換が行われる。熱交換により昇温された粉塵ガスは乾燥機燃焼炉１１に供給される。
循環ガス予熱器４により冷却された高温ガスは、白煙防止器１２にて白煙防止用空気と熱交換されてさらに冷却された後、排煙処理塔５２にて酸性ガスの除去が行われ、湿式電気集塵機５３にて集塵された後に煙突から大気放出される。白煙防止器１２にて昇温された白煙防止用空気は、煙突の直前に導入され排ガスを昇温するために用いられる。

排煙処理塔５２と電気集塵機５３の間の排ガス処理ライン５上と、乾燥機１から循環ガス予熱器４の間の粉塵ガス循環ライン２６上には、夫々誘引ファン２２、２１が設置されており、これらの誘引ファン２２、２１により上記したようなガス流れを形成している。これらの誘引ファン２２、２１により、乾燥機燃焼炉１１を基点とし該乾燥機燃焼炉１１が−５０Ｐａ、サイクロン２出口が−２０００Ｐａ、誘引ファン２１入口側が−２５００Ｐａ、誘引ファン２２出口が１０００Ｐａとなる。即ち、乾燥機燃焼炉１１から乾燥機１、循環ガス予熱器４を介して乾燥機燃焼炉１１までは負圧系ラインとなり、同様に乾燥機燃焼炉１１から誘引ファン２２までは負圧系ラインとなる。これに対して、誘引ファン２２から煙突までは正圧系ラインとなっている。

さらに本実施例の特徴的構成として、乾燥機１からの粉塵ガスを誘引ファン２１により循環ガス予熱器４に導入するガス供給ライン２６に対して、排煙処理塔５２より下流側で且つ誘引ファン２２より下流側の燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、前記ガス供給ライン２６に接続する燃焼排ガス返送ライン２５を設けている。燃焼排ガス返送ライン２５上には、ダンパ２４が設けられており、通常運転時には閉の状態とする。また、ガス供給ライン２６上にもダンパ２３が設けられており、通常運転時には開の状態とすることにより、粉塵ガスが循環ガス予熱器４に供給されるようになっている。
運転の発停時には、ガス供給ライン２６上のダンパ２３を閉に徐々に切り替え、燃焼排ガス返送ライン２５上のダンパ２４を開に切り替える。これにより、正圧の燃焼排ガスが循環ガス予熱器４に円滑に供給されるようになる。

本実施例によれば、低温で且つ低酸素濃度の燃焼排ガスが循環ガス予熱器４に導入されるため、粉塵が堆積した循環ガス予熱器４を含む系内に供給されても、粉塵爆発や発火することなく、安全性の高い運転が可能となる。さらに、この燃焼排ガスは酸性ガス除去後のクリーンなガスであるため系内の腐食を防止することが可能である。また、本実施例では、発停時の安全対策として、新たに設備を設けることなく既存の設備で行うことができるため設備コストを抑えることができるとともに、通常運転時と既設の排ガス処理ラインから導いているため、ランニングコストも抑えることが可能である。

図３を参照して、粉塵ガス利用の熱交換器と溶融炉とを備えた熱処理システムの全体構成につき説明する。本実施例では、一例としてごみを被処理物とした場合につき説明する。
図３において、本システムの構成は、ごみを乾燥する直接加熱式乾燥機１と、乾燥機１から排出される乾燥ごみを溶融する溶融炉３０と、該溶融炉３０にて発生した熱分解ガスを燃焼させる乾燥機燃焼炉１１と、からなる各種炉を備えるとともに、溶融炉３０から排出された熱分解ガスを含む高温の溶融炉排ガスから熱回収を行う空気予熱器７と、乾燥機燃焼炉１１にて生成した高温ガスから熱回収を行う循環ガス予熱器４、及び白煙防止器１２と、からなる各種熱交換器を備えている。また、系内にて発生した排ガスを処理する排ガス処理ライン５を備え、該排ガス処理ライン５は排煙処理塔５２と、湿式電気集塵機５３とを有している。

本実施例では、乾燥機１にて乾燥させた乾燥ごみを溶融炉３０にて溶融処理し、溶融炉３０から排出したスラグをスラグコンベア３１を介してスラグホッパへ送給するようになっている。
乾燥機１にて発生した粉塵ガスは、サイクロン２により集塵された後に粉塵ガス供給ライン２６を介して循環ガス予熱器４に導かれる。循環ガス予熱器４にて、乾燥機燃焼炉１１からの高温側の燃焼排ガスと、低温側の粉塵ガスとの間で熱交換を行った後、粉塵ガスは乾燥機燃焼炉１１に導入され、補助燃料の供給により燃焼される。
乾燥機燃焼炉１１から排出される燃焼排ガスは３系統に分岐され、一部はガス供給ライン３１を通って溶融炉３０の燃焼空気として導入され、他の一部はガス供給ライン３２を通って乾燥機１に導かれて乾燥用熱源として用いられ、残りはガス供給ライン３３を通って排ガス処理ライン５に送られる。

また、実施例２と同様に、排煙処理塔５２と電気集塵機５３の間の排ガス処理ライン５上と、乾燥機１から循環ガス予熱器４の間の粉塵ガス循環ライン２６上には、夫々誘引ファン２２、２１が設置されており、通常運転時には、燃焼排ガス返送ライン２５上のダンパ２５は閉の状態で、粉塵ガス供給ライン２６上のダンパ２３は開の状態となっており、循環ガス予熱器４では低温側の粉塵ガスと高温側の燃焼排ガスとの間で熱交換が行われる。
一方、システムの発停時には、燃焼排ガス返送ライン２５上のダンパ２５を開に制御し、粉塵ガス供給ライン２６上のダンパ２３は閉に制御する。これにより、低温で且つ低酸素濃度の燃焼排ガスが循環ガス予熱器４に供給される。即ち、循環ガス予熱器４では低温側の燃焼排ガスと高温側の燃焼排ガスとの間で熱交換が行われる。
本実施例の構成とすることにより、溶融炉３０を備えた熱処理システムにおいても、実施例１と同様の効果を得ることが可能である。

実施例１に係る粉塵ガス利用の熱交換器の概略構成図である。 実施例２に係る熱交換器と炭化炉を備えた熱処理システムの構成図である。 実施例３に係る熱交換器と溶融炉を備えた熱処理システムの構成図である。 かっ炭粉塵の発火温度と酸素濃度及び不活性ガスの種類の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 直接加熱式乾燥機
２ サイクロン
３ 燃焼炉
４ 循環ガス予熱器
５ 排ガス処理ライン
６ 炭化炉
７ 空気予熱器
１０ 炭化炉燃焼炉
２１、２２ 誘引ファン
２３、２４ ダンパ
２５ 燃焼排ガス返送ライン
２６ 粉塵ガス供給ライン
３０ 溶融炉
５１ 酸性ガス除去装置
５２ 排煙処理塔

Claims (6)

1. 低温側の粉塵含有ガスと高温側の燃焼排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器の後段に設けられ前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を含む排ガス処理ラインとを備えた熱利用システムにおいて、
   前記酸性ガス除去装置より下流側の排ガス処理ラインから燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、低温で且つ低酸素濃度の該燃焼排ガスを前記熱交換器に導入する燃焼排ガス返送ラインを備えるとともに、
   前記熱利用システムの発停時に、前記粉塵含有ガスが前記熱交換器へ供給されるガス供給ラインから前記燃焼排ガス返送ラインへ切り替える切替手段を備えたことを特徴とする熱利用システム。
2. 前記熱交換器は直接加熱式乾燥機の後段側に設けられた熱交換器であり、前記粉塵含有ガスが該熱交換器から排出された乾燥排ガスであることを特徴とする請求項１記載の熱利用システム。
3. 低温側の粉塵含有ガスと高温側の燃焼排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器を備えた熱利用システムの発停時における運転方法において、
   前記熱利用システムの発停時に、前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去した後の低温で且つ低酸素濃度の燃焼排ガスを前記粉塵含有ガスの代替として前記熱交換器に導入するようにしたことを特徴とする熱利用システムの発停時運転方法。
4. 被処理物を乾燥させる直接加熱式乾燥機と、前記乾燥機にて得られた乾燥処理物を炭化する炭化炉と、該炭化炉で生じた熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉と、該燃焼炉から排出される高温側の燃焼排ガスと前記乾燥機からサイクロンを経て排出される低温側の粉塵含有ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器の後段に設けられ前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を含む排ガス処理ラインと、を備えた熱処理システムにおいて、
   前記酸性ガス除去装置より下流側の排ガス処理ラインから燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、低温で且つ低酸素濃度の該燃焼排ガスを前記熱交換器に導入する燃焼排ガス返送ラインを備えるとともに、
   前記熱処理システムの発停時に、前記乾燥機から前記熱交換器へのガス供給ラインから前記燃焼排ガス返送ラインへ切り替える切替手段を備えたことを特徴とする熱処理システム。
5. 被処理物を乾燥させる直接加熱式乾燥機と、前記乾燥機にて得られた乾燥処理物を溶融する溶融炉と、該溶融炉で生じた熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉と、該燃焼炉から排出される高温側の燃焼排ガスと前記乾燥機からサイクロンを経て排出される低温側の粉塵含有ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器の後段に設けられ前記燃焼排ガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置を含む排ガス処理ラインと、を備えた熱処理システムにおいて、
   前記酸性ガス除去装置より下流側の排ガス処理ラインから燃焼排ガスの少なくとも一部を分岐させ、低温で且つ低酸素濃度の該燃焼排ガスを前記熱交換器に導入する燃焼排ガス返送ラインを備えるとともに、
   前記熱処理システムの発停時に、前記乾燥機から前記熱交換器へのガス供給ラインから前記燃焼排ガス返送ラインへ切り替える切替手段を備えたことを特徴とする熱処理システム。
6. 前記排ガス処理ライン上と前記ガス供給ライン上とに夫々誘引ファンが設置され、前記燃焼排ガス返送ラインは、前記排ガス処理ライン上の誘引ファンより下流側の正圧域から分岐され、前記ガス供給ライン上の負圧域に合流されるようにしたことを特徴とする請求項４若しくは５記載の熱処理システム。

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