JP2008272707A - クロムを含有する燃料の焼却飛灰からの６価クロム溶出抑制方法及びこれに用いる燃焼装置 - Google Patents
クロムを含有する燃料の焼却飛灰からの６価クロム溶出抑制方法及びこれに用いる燃焼装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 クロムを含有する有機物を燃料とする燃焼装置において、燃焼装置から排出された飛灰中の６価クロムの溶出をより経済的に、しかも長期に亘って確実に抑制できるようにする。
【解決手段】 クロムを含有する有機物を燃料とする燃焼装置において、燃焼排ガスを浄化処理するバグフィルタの上流側へ反応助剤を吹き込むと共に、バグフィルタによる捕集飛灰を焼成することにより飛灰中の６価クロムを安定なクロム鉱物とし、６価クロムの溶出を抑制する。
【選択図】 図１
【解決手段】 クロムを含有する有機物を燃料とする燃焼装置において、燃焼排ガスを浄化処理するバグフィルタの上流側へ反応助剤を吹き込むと共に、バグフィルタによる捕集飛灰を焼成することにより飛灰中の６価クロムを安定なクロム鉱物とし、６価クロムの溶出を抑制する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、クロムを含有する有機物を燃料とする燃焼装置から排出された焼却飛灰の処理方法に関するものであり、焼却飛灰を焼成して安定なクロム鉱物とすることにより、恒久的に６価クロムの溶出を抑制できるようにした焼却飛灰からの６価クロムの溶出抑制方法に関するものである。
バガスや廃木材等の木質バイオマスは、所謂バイオマスエネルギーの有効利用を図ると云う観点からエネルギー源として注目されている。しかし、木質バイオマスを燃料とするボイラ等の燃焼装置や木質バイオマスを含んだ廃棄物の焼却炉から排出された焼却飛灰には、有害物質である６価クロムが多量に含まれる場合があり、環境保全を図る上で様々な問題が起生する。
図２は、従前のこの種木質バイオマスを燃料とする流動層式燃焼装置の一例を示すものであり、図２において、２１は流動層炉本体、２２は流動層部（還元ゾーン）、２３はフリーボード部（酸化ゾーン）、２４はボイラ部、２５は燃料供給装置、２６は節炭器、２７はマルチサイクロン、２８はバグフィルタ、２９は燃焼用空気供給ファン、３０は誘引ファン、３１は煙突、３２は過熱器、３３は薬剤等貯留槽、Ａ1は１次空気、Ａ2は２次空気である。
流動層炉本体２１の流動層部２２へ供給された木質バイオマス燃料（以下、燃料と呼ぶ）は、１次空気Ａ1の供給により流動層が形成されている流動層部（還元ゾーン）２２で所謂流動層燃焼（還元燃焼）されたあと、フリーボード部（酸化ゾーン）２３で２次空気Ａ2を供給することにより２次燃焼される。尚、当該流動層炉本体２１による燃焼は、一般に全空気比１．３〜１．７及び１次空気比０．７〜１．０の下で行われ、燃焼ガス等の流動層炉２２における滞留時間は約２秒程度、また、フリーボード部２３における滞留時間は約５秒程度とされている。
フリーボード部２３からの燃焼排ガスＧは過熱器３２等から成るボイラ部２４や節炭器２６で熱回収を行い、バクフィルタ２８で飛灰の除去を行ったあと、大気中へ放散されて行く。また、排ガス浄化性能を高めるため、場合によっては薬剤等貯留槽３３から所定の薬剤が燃焼排ガスＧ内へ吹込みされる。
フリーボード部２３からの燃焼排ガスＧは過熱器３２等から成るボイラ部２４や節炭器２６で熱回収を行い、バクフィルタ２８で飛灰の除去を行ったあと、大気中へ放散されて行く。また、排ガス浄化性能を高めるため、場合によっては薬剤等貯留槽３３から所定の薬剤が燃焼排ガスＧ内へ吹込みされる。
前記ボイラ部２４やマルチサイクロン２７下部、バグフィルタ２８等で回収されたボイラ灰、ボイラ飛灰には、使用する燃料によって前述の如く有害な６価クロムが含まれる場合がある。この6価クロムは、木質バイオマス燃料中に安全な３価クロムの形態で含有されているクロムが、燃焼中に酸化されることにより形成され、ボイラ部２４やマルチフィルタ２７下部で捕集された灰よりも、バフフィルタ２８で捕集された飛灰中に多く含まれている。例えば、バグフィルタ２８で捕集されたボイラ飛灰１ｋｇ内の全クロム重量を２０〜２００ｍｇとすると、その内の１５〜６０％が６価クロムであることが判明している。
而して、従前の木質バイオマスを燃料とする燃焼装置や焼却炉では、排出された燃焼残渣や飛灰に薬剤を添加することにより、６価クロムやその他の有害な重金属類を処理する方法が主として用いられており、特許第３６７６７６８号、特開２００５−３３６１２８号、特開２００５−３３４７３０号、特開２００５−２９６７３１号等の技術が開示されている。また、前記各技術の他に、６価クロムを含む木材の再資源化を図る技術（特開２００５−１９９１１２号）等が開示されている。
例えば、特許第３６７６７６８号では、６価クロム等有害重金属を含む焼却灰を酸化カルシウムや酸化マグネシウム及びそれ等の前駆物質から成る群から選ばれた少なくとも一種のアルカリ性物質の存在下で、酸素含有率１．５％以上及び温度６００〜１０００℃の第１反応域と、酸素含有率が１．５％以下及び温度が５００〜１０００℃の第２反応域との両高温域で２回反応させることにより、灰を無害化するようにしている。しかし、この発明は、焼却灰を６００〜１０００℃と５００〜１０００℃の両高温域で２回反応させることにより無害化するものであるため、エネルギー消費が大きく、しかも、各反応域間の縁切りが必要なため、設備が複雑化する。また、第２反応域では窒素ガスの吹込みを必要としており、エネルギー消費が増大すると云う難点がある。
同様に、特開２００５−２９６７３１号や特開２００５−３３４７３０号では、６価クロムを含む焼却灰（飛灰）を硫酸第一鉄（還元剤）を用いて還元処理することにより、また、特開２００５−３３６１２８号では、６価クロム等有害重金属を含む飛灰にキレート剤を混練して固化させることにより、焼却灰（飛灰）を夫々無害化するようにしている。しかし、前者にあっては、薬剤（還元剤）を必要とするうえ、処理後の焼却灰は埋立廃棄を必要とし、灰の有効利用が図れないと云う問題がある。また、後者には、キレートへの封じ込めの長期安定性の点に問題があり、結果として、灰の有効利用が阻害されると云う難点がある。
一方、上述の如き薬剤を用いた処理上の問題を解決するものとして、６価クロムを含む木材そのものを安全な燃料資源に転換する技術（特開２００５−１９９１１２号等）の開発が進められている。
即ち、当該特開２００５−１９９１１２号では、銅、クロム、砒素（ＣＣＡ処理剤）等の重金属類を含む廃木材に消石灰を添加し、還元雰囲気下で加熱して無害な炭化物を生成することにより、炭として再資源化するようにしたものである。
しかし、廃木材を無害な炭に転換するには相当の処理費用が掛かり、低価格の輸入木炭に経済性の点で太刀打ち出来ないうえ、廃木材から生成した木炭に対しては需要そのものが極めて少ないという問題がある。
即ち、当該特開２００５−１９９１１２号では、銅、クロム、砒素（ＣＣＡ処理剤）等の重金属類を含む廃木材に消石灰を添加し、還元雰囲気下で加熱して無害な炭化物を生成することにより、炭として再資源化するようにしたものである。
しかし、廃木材を無害な炭に転換するには相当の処理費用が掛かり、低価格の輸入木炭に経済性の点で太刀打ち出来ないうえ、廃木材から生成した木炭に対しては需要そのものが極めて少ないという問題がある。
本発明は、従前のこの種木質バイオマスを燃料とする燃焼炉や燃焼装置等から排出される燃焼残渣の無害化処理、特に飛灰中に含まれる有害な６価クロムの溶出防止に於ける上述の如き問題、即ち（イ）薬剤を使用して燃焼残渣を処理する方法にあっては、処理コストやエネルギー消費が増大するだけでなく、灰の有効利用が困難なこと、及び（ロ）廃木材等を炭化させることにより無害化する方法は、経済性に欠けて実用的でないこと、等の問題を解決せんとするものであり、クロムを含有する木質バイオマス等の有機物燃料を用いるボイラ等の燃焼装置から排出される飛灰を、燃焼排ガスの排熱をその加熱源の一部として用いることにより７００〜１０００℃の高温下で焼成し、飛灰中の６価クロムを安定なクロム鉱物に転換することにより６価クロムの溶出を抑制するようにした、焼却飛灰からの６価クロムの溶出抑制方法及び当該方法の実施に用いる燃焼装置を提供することを発明の主目的とするものである。
上記発明の目的を達成するため、本願請求項１の発明は、クロムを含有する有機物を燃料とする燃焼装置において、燃焼排ガスを浄化処理するバグフィルタの上流側へ反応助剤を吹き込むと共に、バグフィルタによる捕集飛灰を焼成することにより飛灰中の６価クロムを安定なクロム鉱物とし、６価クロムの溶出を抑制するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、焼成温度を７００〜１０００℃とするようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、焼成雰囲気を還元雰囲気とするようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、焼成の加熱源として燃焼排ガスの排熱を用いるようにしたものである。
請求項５の発明は、請求項１の発明において、ケイ素（Ｓｉ）を主成分とする物質を反応助剤として燃焼排ガス中へ吹き込むようにしたものである。
請求項６の発明は、燃焼装置と、燃焼装置からの燃焼排ガスの熱を回収するボイラと、ボイラからの燃焼排ガスを清浄化するバグフィルタを含む浄化処理装置と、前記バグフィルタ上流側の燃焼排ガス内へ吹込みする反応助剤の貯留槽と、バグフィルタでの捕集飛灰を焼成する焼成装置と、燃焼排ガスと加熱して前記焼成装置へ加熱源として供給する予熱器とから構成され、捕集飛灰を焼成して飛灰中の６価クロムをクロム鉱物に転換することにより、６価クロムの溶出を抑制するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
請求項７の発明は、請求項６の発明において、焼成装置を、７００℃〜１０００℃の温度下で捕集飛灰を焼成する焼成装置としたものである。
請求項８の発明は、請求項６の発明において、燃料を木質バイオマスとすると共に、燃焼装置を流動層燃焼装置とするようにしたものである。
請求項９の発明は請求項６の発明において焼成装置を還元雰囲気で作動する焼成装置とする用にしたものである。
クロムを含有する有機物を燃料とするボイラ等の燃焼装置の除廃処理は、反応助剤を吹き込まないで行うのが一般的な方法である。しかし、本願発明に於いては、必ず反応助剤を吹き込むと共に、排出される飛灰を７００〜１０００℃で焼成することで、飛灰中の６価クロムを安定なクロム鉱物にすることにより、６価クロムの溶出を抑制する。また、焼成には排ガスからの排熱を用いることにより、焼成に必要とするエネルギー消費を抑える。
クロムを含有する有機物燃料のクロムは３価クロムの形態で含有されるが、燃焼により６価クロムに転化される。ダイオキシン類等の有機塩素化合物を分解するためには、燃焼温度が８００℃以上（８５０℃以上及び２秒以上が望ましい）必要であり、このような燃焼は、３価クロムを６価クロムに転化する酸化反応を促進するため、飛灰中に６価クロムが含有されることとなる。飛灰中の６価クロムは、一般にキレート剤等の薬剤による還元作用により３価クロムとすることにより、６価クロムとしての溶出を抑制する方法がとられている。しかし、当該方法は、時間経過とともに３価クロムが酸化され、再び溶出することとなる。そのため、本願発明では、飛灰中の６価クロムをクロム鉱物にすることにより、恒久的に６価クロムの溶出を抑制する。
安定なクロム鉱物は、ＣｒとＳｉ、Ｃａを焼成して結晶化することにより得られる。Ｃａは灰の主成分であり、有機物を燃料とする焼却飛灰には１５〜３０％含まれている。これに対して、有機物を燃料とする焼却飛灰中のＳｉ分は、１〜１５％であり、前記Ｃａ分に比べてその含有量が少ない。よって、ボイラ等の焼却飛灰をそのまま焼成した場合には、安定なクロム鉱物を形成できない場合が発生し、これを防ぐためには飛灰中のＳｉ分を補う必要がある。Ｓｉ分を含むものとしては、活性白土やケイ砂などが挙げられるが、バグフィルタ前段で反応助剤を吹き込むことがより効果的にＳｉ分を補うことが出来る。
反応助剤は、一般にＳｉＯ2６５〜８０％、Ａｉ2Ｏ3が１２〜１７％、その他Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏから形成されている。この反応助剤は、バグフィルタ表面での薬剤と排ガスとの反応を促進させたり、ろ布の目詰まりを防止するために使用され、直接排ガスとは反応せずに飛灰と共に排出される。そのため、反応助剤を吹き込んだ飛灰には、安定なクロム鉱物を形成するのに十分な量のＳｉ分が含まれることとなる。
Ｃａ分及びＳｉ分を十分に含んだ飛灰を７００〜１０００℃で焼成することにより、飛灰中の６価クロムは安定なクロム鉱物に転換され、６価クロムの溶出が抑制される。また、このとき、燃焼排ガスの排熱を加熱源として用いることにより、焼成に必要なエネルギー消費が抑えられる。
本願発明では、Ｃａ及びＳｉ成分を十分に含んだ焼却飛灰を高温下で焼成して結晶化することにより、焼却飛灰中の有害な６価クロムを還元して安定なクロム鉱物とするようにしている。その結果、有害な６価クロムの溶出を恒久的に抑制されることになる。
また、本願発明では、燃焼排ガスＧ内へ反応助剤を吹き込む以外に特別な薬剤の使用を必要としないため、薬剤コストの上昇を抑えることが出来るうえ、助剤の吹込みにより、バグフィルタの濾布表面での有害ガスと薬剤との反応効率が向上する。
更に、助剤の吹込みにより、バグフィルタの濾布の目詰まりが防止されると共に濾布表面に固着した反応生成物の剥離、脱落が容易となる。
そのうえ、本発明による有害な６価クロムの溶出抑制は、燃焼装置の種類や型式、燃料の種類を問わずあらゆる焼却飛灰に適用することができる。
また、本願発明では、燃焼排ガスＧ内へ反応助剤を吹き込む以外に特別な薬剤の使用を必要としないため、薬剤コストの上昇を抑えることが出来るうえ、助剤の吹込みにより、バグフィルタの濾布表面での有害ガスと薬剤との反応効率が向上する。
更に、助剤の吹込みにより、バグフィルタの濾布の目詰まりが防止されると共に濾布表面に固着した反応生成物の剥離、脱落が容易となる。
そのうえ、本発明による有害な６価クロムの溶出抑制は、燃焼装置の種類や型式、燃料の種類を問わずあらゆる焼却飛灰に適用することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る燃焼装置の全体系統図であり、図１に於いて、１は流動層炉、２はボイラ、３はバグフィルタ、４は飛灰焼成装置、５は予熱器、６は煙突である。
前記流動層炉１は還元ゾーン（ベッド部）７、酸化ゾーン（フリーボード部）８、燃料供給装置９、押込み送風機１０等を備えた公知の流動層炉であり、１次空気Ａ、及び２次空気Ａ2が押込み送風機１０から流動層炉１内へ供給される。
前記ボイラ２は過熱器１１、熱交換管１２、節炭器１３、マルチサイクロン１４等を備えた公知の廃熱回収ボイラである。また、ボイラ２の下流側には、燃焼排ガスを浄化処理する公知のバグフィルタ３が設けられており、更に、バグフィルタ３の上流側には、燃焼排ガスＧ内へ吹込む有害ガスの中和剤等を貯留した薬剤等貯槽１５及び公知の反応助剤を貯留した助剤貯層１６が夫々備えられている。
前記飛灰の焼成装置４は助燃バーナ１７を備えた予熱器５と貯留槽１８とを具備している。そして、予熱器１７において、誘引ファン１９の上流側から分岐した燃焼排ガスＧｏが助燃バーナ１７により加熱され、この加熱された燃焼排ガスＧｏを主体とする加熱ガスＧｈが焼成用熱源として焼成装置４へ供給される。
図１を参照して、燃料供給装置９から流動層炉本体１内へ供給された有機燃料、例えばチップ状の木質バイオマス燃料Ｆは、還元ゾーン７で所謂１次燃焼（還元燃焼）され、発生した燃焼ガスは、酸化ゾーン８で２次空気Ａ2が供給されることによりその未燃ガス成分が完全燃焼され、燃焼排ガスＧとなってボイラ２へ排出されて行く。
高温の燃焼排ガスＧは、ボイラ２内で熱交換管１２等により熱回収されたあと、節炭器１３及びマルチサイクロン１４等を経てバグフィルタ３へ導入される。また、熱回収後の燃焼排ガスＧ内へバグフィルタ３の上流側に於いて、活性炭や消石灰等の排ガス処理用薬剤Ｍが薬剤等貯槽１５から及び反応助剤Ｓが助剤貯留槽１６から、夫々所定量づつ吹込みされる。
バグフィルタ３による燃焼排ガスＧの浄化処理により捕集された飛灰Ｅは、焼成装置４へ排出され、また、浄化された燃焼排ガスＧｏは、誘引ファン１９及び煙突６を介して系外へ排出されて行く。尚、前記焼成装置４へ排出された飛灰Ｅには、有害な６価クロムのみならず吹込みされた反応助剤Ｓ等が含まれている。
焼成装置４内へ排出された飛灰には、予熱器５から供給される助燃バーナ１７により加熱された燃焼排ガスＧを主体とする７００〜１０００℃の加熱ガスＧＲにより加熱、焼成される。この加熱焼成により、飛灰Ｅ内のＣｒとＳｉとＣａとは結晶化されることになり、飛灰中の有害な６価クロムは安定なクロム鉱物に転換されて、６価クロムの溶出が恒久的に抑制されることとなる。
尚、前記飛灰Ｅの焼成は、還元雰囲気で行うのが望ましい。何故なら安定な３価クロムから有害な６価クロムの転化が防止されるからである。
また、本実施形態では、バグフィルタ３からの捕集飛灰Ｅのみを焼成装置４へ供給しているが、マルチサイクロン１４やボイラ主体から排出した飛灰（図示省略）を前記バグフィルタからの飛灰Ｅと一緒に焼成装置４へ供給してもよいことは勿論である。
尚、前記飛灰Ｅの焼成は、還元雰囲気で行うのが望ましい。何故なら安定な３価クロムから有害な６価クロムの転化が防止されるからである。
また、本実施形態では、バグフィルタ３からの捕集飛灰Ｅのみを焼成装置４へ供給しているが、マルチサイクロン１４やボイラ主体から排出した飛灰（図示省略）を前記バグフィルタからの飛灰Ｅと一緒に焼成装置４へ供給してもよいことは勿論である。
本願発明は、流動層炉を方式の燃焼装置のみならず、各種型式の燃焼炉を用いた燃焼装置へ適用することができ、また、燃料もクロムを含有する木材チップのみならず、あらゆる種類のクロムを含む有機物を燃料とする燃焼装置に適用することができる。
Ａ1 １次空気
Ａ2 ２次空気
Ｇ 燃焼排ガス
Ｇｏ 浄化後の燃焼排ガス
Ｇｈ 加熱ガス
Ｆ 燃料
Ｍ 排ガス処理用薬剤
Ｓ 助剤
Ｅ 飛灰
１は流動層炉
２はボイラ
３はバグフィルタ
４は飛灰焼成装置
５は予熱器
６は煙突
７は還元ゾーン（ベッド部）
８は酸化ゾーン（フリーボード部）
９は燃料供給装置
１０は押込み送風機
１１は過熱器
１２は熱交換管
１３は節炭器
１４はマルチサイクロン
１５は薬剤等貯槽
１６は助剤貯槽
１７は助燃バーナ
１８は貯留槽
１９は誘引ファン
Ａ2 ２次空気
Ｇ 燃焼排ガス
Ｇｏ 浄化後の燃焼排ガス
Ｇｈ 加熱ガス
Ｆ 燃料
Ｍ 排ガス処理用薬剤
Ｓ 助剤
Ｅ 飛灰
１は流動層炉
２はボイラ
３はバグフィルタ
４は飛灰焼成装置
５は予熱器
６は煙突
７は還元ゾーン（ベッド部）
８は酸化ゾーン（フリーボード部）
９は燃料供給装置
１０は押込み送風機
１１は過熱器
１２は熱交換管
１３は節炭器
１４はマルチサイクロン
１５は薬剤等貯槽
１６は助剤貯槽
１７は助燃バーナ
１８は貯留槽
１９は誘引ファン
Claims (9)
- クロムを含有する有機物を燃料とする燃焼装置において、燃焼排ガスを浄化処理するバグフィルタの上流側へ反応助剤を吹き込むと共に、バグフィルタによる捕集飛灰を焼成することにより飛灰中の６価クロムを安定なクロム鉱物とし、６価クロムの溶出を抑制するようにしたことを特徴とするクロムを含有する燃料の燃焼飛灰からの６価クロム溶出抑制方法。
- 焼成温度を７００〜１０００℃とするようにした請求項１に記載のクロムを含有する燃料の燃焼飛灰からの６価クロム溶出抑制方法。
- 焼成雰囲気を還元雰囲気とするようにした請求項１に記載のクロムを含有する燃料の焼却飛灰からの６価クロム溶出抑制方法。
- 焼成の加熱源として燃焼排ガスの排熱を用いるようにした請求項１に記載のクロムを含有する燃料の焼却飛灰からの６価クロム溶出抑制方法。
- ケイ素（Ｓｉ）を主成分とする物質を反応助剤として燃焼排ガス中へ吹き込むようにした請求項１に記載のクロムを含有する燃料の燃焼飛灰からの６価クロム溶出抑制方法。
- 燃焼装置と、燃焼装置からの燃焼排ガスの熱を回収するボイラと、ボイラからの燃焼排ガスを清浄化するバグフィルタを含む浄化処理装置と、前記バグフィルタ上流側の燃焼排ガス内へ吹込みする反応助剤の貯留槽と、バグフィルタでの捕集飛灰を焼成する焼成装置と、燃焼排ガスと加熱して前記焼成装置へ加熱源として供給する予熱器とから構成され、捕集飛灰を焼成して飛灰中の６価クロムをクロム鉱物に転換することにより、６価クロムの溶出を抑制するようにしたことを特徴とするクロムを含有する燃料を用いる燃焼装置。
- 燃焼装置を、７００℃〜１０００℃の温度下で捕集飛灰を焼成する焼成装置とした請求項６に記載のクロムを含有する燃料を用いる燃焼装置。
- 燃料を木質バイオマスとすると共に、燃焼装置を流動層燃焼装置とするようにした請求項６に記載のクロムを含有する燃料を用いる燃焼装置。
- 焼成装置を還元雰囲気で作動する焼成装置とする用にした請求項６に記載のクロムを含有する燃料を用いる燃焼装置。
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