JP2009262047A - Method for utilizing waste material containing sludge in coal boiler for power generation - Google Patents

Method for utilizing waste material containing sludge in coal boiler for power generation Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for utilizing a waste material which can efficiently use a large amount of a waste material, especially a waste material mainly comprising sludge, as fuel in a coal boiler for power generation, and at the same time promote effective utilization of coal ash generated from the coal boiler, and can reduce harmful nitrogen oxides generated from the coal boiler. <P>SOLUTION: The waste material containing sludge is partially oxidized with oxygen or oxygen enriched air in an entrained bed gasifier to be converted into combustible gas and slag. Coal and the combustible gas are burned by air in the coal boiler, and the coal ash is separated from the generated exhaust gas containing coal ash. The separated coal ash is added to the entrained bed gasifier, thereby transforming the coal ash into slag, and partially oxidizing unburned solid carbon remaining in the coal ash to transform it into combustible gas. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、下水や産業排水の生物学的処理により発生する活性汚泥を、発電用石炭ボイラーにおける燃料として有効利用する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for effectively using activated sludge generated by biological treatment of sewage and industrial wastewater as fuel in a coal boiler for power generation.

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)、木材(間伐材、建設廃材、製材残材等)を代表格とする木質系バイオマスは、化石燃料を代替するクリーンかつ再生利用可能な炭素質資源としてその有効利用が期待されている。しかし、汚泥やバイオマスは通常の状態における水分含有量が多く、かつ石炭と同様の固体ベースの燃料であるためハンドリング性が悪く、また、酸素含有量が多いという特性上、同じ重量当りの化石燃料と比較して発熱量が低い等、使用し難いエネルギー資源であることもまた事実であり、廃棄物の一種としての扱われているのが現状である。   Woody biomass such as surplus activated sludge (hereinafter abbreviated as sludge) and timber (thinned wood, construction waste, residual lumber, etc.) generated when purifying wastewater, especially sewage by biological treatment, It is expected to be used effectively as a clean and recyclable carbonaceous resource that replaces fossil fuels. However, sludge and biomass have a high water content under normal conditions, and are solid-based fuels similar to coal, so they are poor in handling properties and have a high oxygen content. It is also a fact that it is an energy resource that is difficult to use, such as its calorific value is low compared to, and is currently treated as a kind of waste.

汚泥や木質バイオマスを、手軽にかつ低コストに有効利用する手段としては、主として発電用用途で用いられる石炭ボイラーの燃料として使用する直接燃料利用が一般的であり、既にいくつか実用化例も報告されている。しかし、これら廃棄物系原料と石炭との間には、基本性状(組成、灰融点等)、燃焼性、ハンドリング性等、様々な差異が存在するため、石炭に混合してボイラーで燃焼させることのできる割合には限界があった。   As a means to effectively use sludge and woody biomass at low cost, direct fuel use is mainly used as fuel for coal boilers used mainly for power generation, and some practical examples have already been reported. Has been. However, since there are various differences between these waste materials and coal, such as basic properties (composition, ash melting point, etc.), combustibility, and handling properties, they must be mixed with coal and burned in a boiler. There was a limit to the rate at which

また、特に汚泥中には石炭あるいは木質バイオマスと比較して窒素含有量が多く、そのまま石炭ボイラーで燃焼させた場合には、燃焼に付随して発生する有害な窒素酸化物発生量が増加してしまうという問題もあった。   In particular, sludge has a higher nitrogen content than coal or woody biomass, and when it is directly burned in a coal boiler, the amount of harmful nitrogen oxides generated accompanying combustion increases. There was also a problem of end.

その様な石炭ボイラーにおいて汚泥や木質系バイオマス等の廃棄物系燃料を利用する上での量的な制約を緩和する一つの方法として、例えば特許文献1には、廃棄物燃料に含有される塩素系化合物等有害物質による石炭ボイラーへの負荷を低減するため、廃棄物燃料をガス化して可燃性ガスへと転換し、その可燃性ガス中に含有される塩素系化合物等の有害物質を除去した後に、石炭ボイラーの燃料として用いる廃棄物の利用方法が提案されている。   For example, Patent Document 1 discloses chlorine contained in waste fuel as one method for reducing quantitative restrictions in using waste fuel such as sludge and woody biomass in such a coal boiler. In order to reduce the burden on coal boilers due to toxic substances such as volatile compounds, waste fuel was gasified and converted to flammable gases, and toxic substances such as chlorinated compounds contained in the flammable gases were removed. Later, there has been proposed a method of using waste used as fuel for coal boilers.

特開平9−241666号公報JP-A-9-241666

特許文献1においては、そのままではハンドリング性の問題から発電用の石炭ボイラーへ投入することができないゴミを主体とする廃棄物をガス化して可燃性ガスへと転換し、可燃性ガス中に含有される腐食性の塩素化合物や重金属成分をベンチュリースクラバーによる水洗浄を行うことによって浄化した後に、石炭ボイラーへ燃料として供給するものと述べられている。しかし、この方法においては、廃棄物を高温でガス化して生成した可燃性ガスの持つ顕熱を全く利用していないことになり、廃棄物の持つエネルギーを最大限有効かつ効率良く利用するという目的には反するものであった。   In Patent Document 1, waste that mainly cannot be thrown into a coal boiler for power generation is converted into a combustible gas by being treated as it is, and is contained in the combustible gas. It is said that corrosive chlorine compounds and heavy metal components are purified by washing with a venturi scrubber and then supplied as fuel to a coal boiler. However, in this method, the sensible heat of the combustible gas generated by gasifying the waste at a high temperature is not used at all, and the purpose of using the energy of the waste as much as possible effectively and efficiently. It was contrary to.

一方、現在、石炭ボイラーから日々大量に発生する石炭灰(フライアッシュ)は、セメント原料(粘土代替の混和材)、コンクリート原料、土壌改良剤としての有効利用が行われているものの、依然として有効利用されずに埋め立てられてしまう場合も多く、これまで以上に幅広い有効利用方法の開発が望まれている。また、仮に、石炭灰をやむを得ず最終的に埋め立ててしまう場合であっても、石炭灰中に微量に含有される有害金属物質(例えば、As、Pb、Cr等)の長期的スパンにおける溶出のおそれもあることから、これら環境への配慮も今後益々重要となることは必至である。   On the other hand, coal ash (fly ash), which is generated in large quantities every day from coal boilers, is still being used effectively, although it is effectively used as a cement raw material (additive for clay substitutes), a concrete raw material, and a soil conditioner. In many cases, landfills are not landfilled, and there is a demand for the development of a wider range of effective utilization methods than ever before. In addition, even if coal ash is unavoidably finally landfilled, there is a risk of leaching of harmful metal substances (for example, As, Pb, Cr, etc.) contained in a small amount in the coal ash in the long-term span. Therefore, it is inevitable that these environmental considerations will become increasingly important in the future.

それら石炭灰を有効利用するための種々の課題を解決する手段として、石炭灰をその融点以上の温度で溶融させスラグ化することは極めて有効である。例えば、スラグとすることによって、建設材料(路盤材)としての条件(粒度、強度等)を満たすため、その用途が拡大する。また、スラグ状態であれば、いかなる方法であっても石炭灰を有効利用する際に問題となる含有される重金属類の溶出を抑制することが可能となる。更には、やむを得ず埋め立てを行う場合であっても、スラグとすることによって石炭灰の場合よりも嵩密度が格段に大きくなるため、埋め立て地への運搬および埋め立て地の延命対策のためには有意義である。   As a means for solving various problems for effectively using the coal ash, it is extremely effective to melt the coal ash at a temperature equal to or higher than its melting point to form a slag. For example, by using slag, the conditions (granularity, strength, etc.) as a construction material (roadbed material) are satisfied, so that its application is expanded. Moreover, if it is a slag state, it will become possible to suppress the elution of the contained heavy metals which becomes a problem when using coal ash effectively by any method. Furthermore, even when landfill is unavoidable, the use of slag makes the bulk density much larger than that of coal ash, so it is meaningful for transportation to landfill and measures for extending the life of landfill. is there.

しかし、石炭灰を電気炉、アーク炉等の炉によって溶融し、スラグとすることは勿論可能であるが、その効果に対するコスト(設備コスト、操業コスト)を比較した場合、現状では石炭灰をスラグ化することは経済的に厳しいのが現実であった。   However, it is of course possible to melt coal ash in a furnace such as an electric furnace or an arc furnace to make slag, but when comparing the costs (equipment cost, operation cost) for the effect, at present the coal ash is slag The reality is that it is economically difficult.

また、石炭灰中には、ボイラー内において燃焼しきらなかった未燃炭素分が少なくとも1質量%以上、平均すると5〜10質量%程度は含有されていることが知られている。石炭灰を埋め立て処理する場合、これらの未燃炭素分は、当然のことながら基本的には何らエネルギー的に利用されることなく廃棄されるということになってしまう。また、石炭灰中に含有されるカーボンは、現状、石炭灰の有効利用を行うにあたっても問題となっている。例えば、セメント原料として用いる場合にはセメントキルンにおける安定操業を阻害し、またコンクリートと混合して路盤材として用いる場合には、強度の低下を引き起こす原因となってしまう。従って、石炭灰中に含有される炭素自体を低減あるいは有効利用することができれば、エネルギー的観点からは勿論のこと、その後の石炭灰の有効利用を行う観点からも極めて好ましい。   Moreover, it is known that the coal ash contains at least 1% by mass or more, on average about 5 to 10% by mass, of unburned carbon that could not be combusted in the boiler. When coal ash is landfilled, these unburned carbon components are naturally discarded without being used for any energy. In addition, the carbon contained in the coal ash is a problem at present in making effective use of the coal ash. For example, when used as a cement raw material, stable operation in a cement kiln is hindered, and when mixed with concrete and used as a roadbed material, it causes a decrease in strength. Accordingly, if the carbon contained in the coal ash can be reduced or effectively used, it is extremely preferable from the viewpoint of effective use of the coal ash as well as the energy.

そこで、本発明の目的は、廃棄物、特に汚泥を主体とする廃棄物を、発電用石炭ボイラーにおいて大量かつ効率良く燃料として用い、同時に石炭ボイラーから発生する石炭灰の有効利用を促進し、更には石炭ボイラーから発生する有害な窒素酸化物を削減することが可能な廃棄物利用方法を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to use waste, particularly waste mainly composed of sludge, as a fuel in a large amount and efficiently in a coal boiler for power generation, and at the same time promote effective utilization of coal ash generated from the coal boiler, Is to provide a waste utilization method that can reduce harmful nitrogen oxides generated from coal boilers.

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) 噴流床型ガス化炉で、汚泥を含む廃棄物を、酸素または酸素富化空気により部分酸化させて可燃性ガスとスラグへ転換し、石炭ボイラーで、石炭および前記可燃性ガスを空気により燃焼し、生じる石炭灰を含む排ガスから当該石炭灰を分離し、前記分離後の石炭灰を前記噴流床型ガス化炉へ投入して、前記石炭灰をスラグへと転換すると共に、前記石炭灰中に残留する未燃の固体炭素分を部分酸化させて可燃性ガスへと転換することを特徴とする、発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。
(2) 前記汚泥が、汚泥乾燥設備で乾燥された乾燥汚泥であることを特徴とする、(1)に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。
(3) 前記汚泥を含む廃棄物に、木質バイオマスを含むことを特徴とする、(1)又は(2)に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。
(4) 前記石炭ボイラーで生じた排ガス中に含有される窒素酸化物を、前記噴流床型ガス化炉で転換されて生じた前記可燃性ガス中に含有されるアンモニアと反応させることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。
(5) 前記汚泥乾燥設備から排出されるアンモニアを含む排ガスを、前記噴流床型ガス化炉または前記石炭ボイラーに投入することを特徴とする、(2)〜(4)のいずれか1項に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。
(6) 前記汚泥を含む廃棄物中の灰分と、前記石炭灰中の灰分とを、前記噴流床型ガス化炉内にて混合することで、混合後の灰分の融点を、前記石炭灰中の灰分の融点よりも低下させることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows.
(1) In a spouted bed gasifier, waste containing sludge is partially oxidized with oxygen or oxygen-enriched air to convert it into combustible gas and slag, and the coal and the combustible gas are converted into air using a coal boiler. The coal ash is separated from the exhaust gas containing coal ash that is burned and generated, and the separated coal ash is input to the spouted bed gasification furnace to convert the coal ash into slag, and the coal A method for using waste containing sludge in a coal boiler for power generation, characterized in that the unburned solid carbon remaining in the ash is partially oxidized and converted into a combustible gas.
(2) The method for using waste containing sludge in a coal boiler for power generation according to (1), wherein the sludge is dried sludge dried by a sludge drying facility.
(3) The method for using waste containing sludge in a coal boiler for power generation according to (1) or (2), wherein the waste containing sludge contains woody biomass.
(4) The nitrogen oxide contained in the exhaust gas generated in the coal boiler is reacted with ammonia contained in the combustible gas generated by being converted in the spouted bed gasifier. The utilization method of the waste containing the sludge in the coal boiler for electric power generation of any one of (1)-(3) to do.
(5) In any one of (2) to (4), exhaust gas containing ammonia discharged from the sludge drying facility is introduced into the spouted bed gasifier or the coal boiler. The utilization method of the waste containing the sludge in the coal boiler for power generation as described.
(6) By mixing the ash in the waste containing the sludge and the ash in the coal ash in the spouted bed gasifier, the melting point of the ash after mixing is determined in the coal ash The method for using waste containing sludge in a coal boiler for power generation according to any one of (1) to (3), wherein the melting point is lower than the melting point of ash.

本発明によれば、廃棄物、特に汚泥を主体とする廃棄物を、発電用石炭ボイラーにおいて大量かつ効率良く燃料として用い、同時に石炭ボイラーから発生する石炭灰の有効利用を促進し、更には石炭ボイラーから発生する有害な窒素酸化物を削減することが可能となる。   According to the present invention, waste, particularly waste mainly composed of sludge is used as a fuel in a large amount and efficiently in a coal boiler for power generation, and at the same time, effective utilization of coal ash generated from the coal boiler is promoted. It is possible to reduce harmful nitrogen oxides generated from the boiler.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

図1は、本発明の一実施形態に係る廃棄物の利用方法のフローを示す説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing a flow of a waste utilization method according to an embodiment of the present invention.

本実施形態では、汚泥と木質バイオマスを含む廃棄物を用いる例を示すが、汚泥単独でも本発明を実施することができる。   In the present embodiment, an example is shown in which waste containing sludge and woody biomass is used, but the present invention can be implemented even with sludge alone.

以下に述べる噴流床型ガス化溶融炉(以下、「噴流床型ガス化炉」と称する。)とは、一般的には10mm以下にまで微粉化したガス化原料を窒素または空気等のガスによる気流搬送によって炉内へ投入し、ガス化原料と同時に炉内へ投入される酸素と瞬時に反応(ガス化反応、部分酸化反応、不完全燃焼反応)させることによって、ガス化原料を短時間(一般的には20sec以内)でガスへと転換し、同時にガス化原料中に含有される灰分を溶融させ、スラグ化する機能を併せ持つタイプのガス化炉であるものと定義される。   The spouted bed type gasification and melting furnace (hereinafter referred to as “entrained bed type gasification furnace”) described below is generally a gasification raw material that is pulverized to 10 mm or less using a gas such as nitrogen or air. The gasification raw material is put into the furnace by air current conveyance, and instantaneously reacts with oxygen (gasification reaction, partial oxidation reaction, incomplete combustion reaction) and oxygen introduced into the furnace at the same time as the gasification raw material. In general, the gasification furnace is defined as a type of gasification furnace that has a function of converting into gas within 20 sec) and simultaneously melting ash contained in the gasification raw material to form slag.

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。   The slag described here means one in which ash contained in 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 Meltability Test Method).

また、以下に述べるところの石炭ボイラーとは、石炭をエネルギー源として、その燃焼反応熱を利用して蒸気を発生させ、発生した蒸気の熱エネルギーを発電設備(スチームタービンおよび発電機)17を用いて電気エネルギーへと変換する蒸気原動機プラントにおいて、高温高圧の蒸気を発生する機器であるものと定義される。なお、ボイラーには、自然循環ボイラー、強制循環ボイラー、貫流ボイラー等、様々な形式なものが存在するが、近年の発電用大体積ボイラーとしては超臨界圧貫流ボイラーが採用される場合がほとんどである。   The coal boiler described below uses coal as an energy source, generates steam using the heat of combustion reaction, and uses the heat energy of the generated steam using a power generation facility (steam turbine and generator) 17. It is defined as a device that generates high-temperature and high-pressure steam in a steam power plant that converts it into electrical energy. There are various types of boilers, such as natural circulation boilers, forced circulation boilers, and once-through boilers, but supercritical pressure once-through boilers are mostly used as large-volume boilers for power generation in recent years. is there.

下水処理場の生物学的処理施設から排出された汚泥(いわゆる脱水ケーキ)1の一部は、熱風乾燥機、伝導伝熱乾燥機等の汚泥乾燥設備2へ導入され、乾燥処理が施される。この際、乾燥処理後の乾燥汚泥中の水分をできる限り少なくすることが、後段のガス化溶融炉における熱効率を高めるためには望ましい。しかし、必要以上に汚泥の乾燥を進行させることは汚泥乾燥設備の規模増大、所要燃料の増加等へと繋がってしまうため、乾燥汚泥中の水分含有率は乾燥汚泥の微粉化が容易となる25質量%以下とすれば良い。   Part of the sludge (so-called dehydrated cake) 1 discharged from the biological treatment facility of the sewage treatment plant is introduced into a sludge drying facility 2 such as a hot air dryer or a conduction heat transfer dryer, and subjected to a drying treatment. . At this time, it is desirable to reduce the moisture in the dried sludge after the drying treatment as much as possible in order to increase the thermal efficiency in the latter gasification melting furnace. However, if the drying of the sludge is advanced more than necessary, it will lead to an increase in the scale of the sludge drying equipment, an increase in the required fuel, etc. Therefore, the moisture content in the dried sludge makes it easy to pulverize the dried sludge. What is necessary is just to set it as the mass% or less.

汚泥乾燥設備2から排出された乾燥汚泥3および微粉(チップ)に加工された木質バイオマス4、更には石炭ボイラー16から発生した石炭灰23は、窒素または空気の気流搬送によって噴流床型のガス化溶融炉7へ投入される。ガス化溶融炉7内において、乾燥汚泥3および木質バイオマス4中の有機物および石炭灰23中に存在する炭素分を主体とした有機物(未燃物)は、酸素5あるいは酸素富化空気をガス化剤とした部分酸化反応(不完全燃焼)によって、1100〜1700℃の高温でガス化され、高温の可燃性ガス15(主成分はH、CO、CH、CO、HO)へと転換する。また同時に、乾燥汚泥3および木質バイオマス4中の灰分および石炭灰23中の灰分は溶融しスラグへと転換する。スラグの大半はガス化溶融炉7の底部より抜き出され製品スラグ11として回収されるが、その一部はガス化溶融炉7から排出された高温の可燃性ガス15中に飛散同伴するため、ガス化溶融炉7上部のガス冷却器8においてスプレー水あるいはクエンチガス12を吹き込んで1000℃以下にまで冷却し、飛散した溶融スラグを固化することによって灰付着トラブル(スラッギング)を防止することが望ましい。この際、必要以上にガス冷却を行うことは、ガス顕熱を後段の石炭ボイラー16において有効に利用することができなくなることは勿論のこと、ガス冷却器8のサイズアップにも繋がってしまうため好ましくない。従って、ガス冷却器8出口でのガス温度は、800〜1000℃とすることが望ましい。 The dried sludge 3 discharged from the sludge drying facility 2, the woody biomass 4 processed into fine powder (chips), and the coal ash 23 generated from the coal boiler 16 are spouted bed type gasified by air flow of nitrogen or air. Charged into the melting furnace 7. In the gasification melting furnace 7, the organic matter (unburned matter) mainly composed of carbon in the dry sludge 3 and the woody biomass 4 and the coal ash 23 is gasified from oxygen 5 or oxygen-enriched air. It is gasified at a high temperature of 1100 to 1700 ° C. by the partial oxidation reaction (incomplete combustion) used as an agent, and becomes a high-temperature combustible gas 15 (main components are H 2 , CO, CH 4 , CO 2 , H 2 O). And turn. At the same time, the ash in the dried sludge 3 and the woody biomass 4 and the ash in the coal ash 23 are melted and converted into slag. Most of the slag is extracted from the bottom of the gasification melting furnace 7 and recovered as product slag 11, but a part of it is scattered in the high-temperature combustible gas 15 discharged from the gasification melting furnace 7, It is desirable to prevent ash adhesion trouble (slagging) by blowing spray water or quench gas 12 in the gas cooler 8 at the upper part of the gasification melting furnace 7 and cooling it to 1000 ° C. or less, and solidifying the scattered molten slag. . At this time, if the gas cooling is performed more than necessary, the sensible heat of the gas cannot be effectively used in the coal boiler 16 at the subsequent stage, and the size of the gas cooler 8 is increased. It is not preferable. Therefore, the gas temperature at the outlet of the gas cooler 8 is desirably 800 to 1000 ° C.

ガス化溶融炉7から排出された高温の可燃性ガス15は石炭ボイラー16へと投入され、燃料の石炭18と共に、空気19により燃焼されて、ボイラー燃料として有効利用される。廃棄物を固体の状態で直接燃料として石炭ボイラー16へ供給する場合と異なり、可燃性ガスへと転換して供給することにより、石炭ボイラー16内におけるこれら廃棄物由来燃料の燃焼性は、石炭自体が燃焼する速度よりも数段速くなるため、元来の石炭ボイラー16の持つ効率、操業性等を何ら阻害することなく、多量の廃棄物を石炭ボイラー16における燃料として利用することが可能となる。   The high-temperature combustible gas 15 discharged from the gasification melting furnace 7 is put into a coal boiler 16 and burned by air 19 together with fuel coal 18 to be effectively used as boiler fuel. Unlike the case where the waste is supplied directly to the coal boiler 16 in the solid state as a fuel, the combustibility of these waste-derived fuels in the coal boiler 16 is changed by supplying the combustible gas to the coal itself. As a result, it becomes possible to use a large amount of waste as fuel in the coal boiler 16 without impeding the efficiency and operability of the original coal boiler 16. .

またこの際、ガス冷却器8から排出された可燃性ガス15を直ちに石炭ボイラー16へ投入することによって、可燃性ガス15の顕熱までも石炭ボイラー16におけるスチーム製造熱源(すなわち発電用熱源)として有効に利用することができる。勿論、このためには、可燃性ガス15中に石炭ボイラー16側へ何らかのダメージを与える可能性がある腐食性物質等が多量に含有されていてはならないため、塩素を含有する都市ゴミ、塩化ビニルを主体とした廃プラスチックのような廃棄物は本発明においては使用しないことが望ましい。   At this time, the combustible gas 15 discharged from the gas cooler 8 is immediately put into the coal boiler 16, so that even the sensible heat of the combustible gas 15 is a steam production heat source (that is, a heat source for power generation) in the coal boiler 16. It can be used effectively. Of course, for this purpose, the combustible gas 15 must not contain a large amount of corrosive substances that may cause any damage to the coal boiler 16 side. In the present invention, it is desirable not to use waste such as waste plastic mainly composed of

石炭ボイラー16から排出された石炭灰を含む排ガス25は、脱硝設備20、空気予熱器21、脱塵設備22(電気集塵機)、脱硫設備24を経て浄化された後に、浄化後排ガス26として煙突から放散される。   The exhaust gas 25 containing coal ash discharged from the coal boiler 16 is purified through a denitration facility 20, an air preheater 21, a dust removal facility 22 (electric dust collector), and a desulfurization facility 24, and then as a purified exhaust gas 26 from a chimney. Dissipated.

脱塵設備22において回収された石炭灰23の全量または一部はガス化溶融炉7内へと投入され、石炭灰23中に含まれる炭素を主体とした有機物が可燃性ガスへと転換されると共に、大半の成分である灰分はスラグ化される。   All or a part of the coal ash 23 recovered in the dust removal equipment 22 is put into the gasification melting furnace 7, and the organic matter mainly composed of carbon contained in the coal ash 23 is converted into a combustible gas. At the same time, most of the ash content is slag.

ガス化溶融炉7内におけるガス化反応はいわゆる還元性雰囲気下における反応であるため、汚泥1や木質バイオマス4といった廃棄物中に含有される窒素分(特に汚泥中に多量に含有される窒素分)は、その多くがアンモニア(NH)へと転換する。また、汚泥1中には下水中に溶存した形態で含まれているアンモニウムイオン(NH4+)由来のアンモニアも元々含有されており、これらのアンモニアは乾燥やガス化に際してガスとして放出される。従って、汚泥1を汚泥乾燥設備2で乾燥させる際に発生する乾燥排ガス27および汚泥1を含む廃棄物をガス化した結果生成する可燃性ガス15中には相当量のアンモニアが含有される結果となる。 Since the gasification reaction in the gasification melting furnace 7 is a reaction under a so-called reducing atmosphere, nitrogen contained in waste such as sludge 1 and woody biomass 4 (particularly nitrogen contained in a large amount in sludge). ) Is mostly converted to ammonia (NH 3 ). In addition, the sludge 1 originally contains ammonia derived from ammonium ions (NH 4+ ) contained in a form dissolved in sewage, and these ammonia is released as a gas during drying and gasification. Accordingly, a considerable amount of ammonia is contained in the combustible gas 15 generated as a result of gasifying the waste gas containing the dried exhaust gas 27 and the sludge 1 generated when the sludge 1 is dried by the sludge drying facility 2. Become.

汚泥乾燥設備2の方式によっても異なるが、乾燥排ガス27は乾燥工程で使用する熱風等の空気中に汚泥から発生した水蒸気、アンモニア、臭気成分(メチルメルカプタン等)が混合した成分となっている。通常、乾燥排ガスは含有されるアンモニアや臭気成分を除去するためのガス処理設備が必要となるが、本発明においては石炭ボイラー16における燃焼用空気の一部として使用することが適当である。なお、乾燥排ガス27中に含有される臭気成分は石炭ボイラー16中で燃焼分解される。   Although different depending on the method of the sludge drying facility 2, the dry exhaust gas 27 is a component in which water vapor, ammonia, and odor components (such as methyl mercaptan) generated from the sludge are mixed in air such as hot air used in the drying process. Usually, dry exhaust gas requires a gas treatment facility for removing ammonia and odor components contained therein, but in the present invention, it is appropriate to use it as a part of combustion air in the coal boiler 16. The odor component contained in the dry exhaust gas 27 is burned and decomposed in the coal boiler 16.

石炭ボイラー16中へ乾燥排ガス27および可燃性ガスを構成する一部として吹き込まれたアンモニアは、以下の反応によって、石炭が石炭ボイラー16中で燃焼する際に発生する窒素酸化物(NO)と反応し、それらの無害化ならびに削減に寄与する。すなわち、本発明では、石炭ボイラーで生じた排ガス中に含有される窒素酸化物を、噴流床型ガス化炉で転換されて生じた可燃性ガス中に含有されるアンモニアと反応させることにより、窒素酸化物を削減することができる。
NO + NH + O → HO + N
Ammonia blown into the coal boiler 16 as part of the dry exhaust gas 27 and combustible gas is combined with nitrogen oxide (NO x ) generated when the coal burns in the coal boiler 16 by the following reaction. It reacts and contributes to their detoxification and reduction. That is, in the present invention, nitrogen oxide contained in the exhaust gas produced in the coal boiler is reacted with ammonia contained in the combustible gas produced by conversion in the spouted bed gasifier, thereby producing nitrogen. Oxide can be reduced.
NO X + NH 3 + O 2 → H 2 O + N 2

一般的に、石炭ボイラー16の後段には排ガス25中に含有される窒素酸化物を除去するための脱硝設備20が必要となるが、本発明おいては、アンモニアによる窒素酸化物の低減効果のため、脱硝設備の規模を削減(あるいは脱硝設備の稼働能力を低減)することが可能になる。   In general, a denitration facility 20 for removing nitrogen oxides contained in the exhaust gas 25 is required after the coal boiler 16, but in the present invention, the effect of reducing nitrogen oxides by ammonia is reduced. Therefore, it is possible to reduce the scale of the denitration facility (or reduce the operating capacity of the denitration facility).

各種灰分の融点の高低は、灰中の塩基性成分(Fe、CaO、MgO、KO、NaO)と酸性成分(SiO、Al、TiO)の含有量と関係のあることが知られている。すなわち、塩基性成分を増加させることによって融点は低下し、逆に酸性成分を増加させることによって融点は上昇するため、以下の式で定義される灰分中の塩基性成分と酸性成分の比(以下、「塩基度」と称する)を指標とすれば、融点の高低を表す相対的な目安となる。
塩基度=(Fe+CaO+MgO+KO+NaO)/(SiO+Al+TiO
※灰組成の単位は[質量%]
The melting point of various ash components is the content of basic components (Fe 2 O 3 , CaO, MgO, K 2 O, Na 2 O) and acidic components (SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 ) in the ash. It is known to be related to That is, the melting point is lowered by increasing the basic component, and conversely, the melting point is increased by increasing the acidic component. Therefore, the ratio of the basic component and the acidic component in the ash (defined below) , Referred to as “basicity”) as an index, it is a relative measure of the melting point.
Basicity = (Fe 2 O 3 + CaO + MgO + K 2 O + Na 2 O) / (SiO 2 + Al 2 O 3 + TiO 2 )
* The unit of ash composition is [mass%].

石炭ボイラー16から発生する石炭灰23の組成や性状は、当然石炭の種類によっても異なるが、一般的に、石炭ボイラー16内における灰の付着トラブルを避けるために、通常ボイラー燃料用途に用いられる石炭18としては、比較的灰の融点が高い石炭(1300℃以上)が採用される傾向が強い。また、同様に、汚泥1および木質バイオマス4中に含有される灰分の組成や性状も多種多様であるが、石炭18中の灰分と比較すると塩基性成分の含有量が多く、融点が大幅に低い場合が一般的である。   The composition and properties of the coal ash 23 generated from the coal boiler 16 naturally vary depending on the type of coal, but in general, in order to avoid ash adhesion troubles in the coal boiler 16, coal typically used for boiler fuel applications As 18, there is a strong tendency to adopt coal (1300 ° C. or higher) having a relatively high melting point of ash. Similarly, the composition and properties of the ash contained in the sludge 1 and the woody biomass 4 are various, but the content of the basic component is larger than the ash in the coal 18 and the melting point is significantly low. The case is common.

従って、ガス化溶融炉7内において吹き込まれた各原料(汚泥、木質バイオマス、石炭灰)中の灰分が混合してできる灰の融点は、その中の大部分を占める石炭灰23の灰融点と比べると大幅な融点降下が起きている。更に加えて、ガス化溶融炉7内は還元性の可燃性ガスの充満したいわゆる還元性雰囲気条件となるが、石炭灰23は還元性雰囲気下においては酸化性雰囲気下よりも融点が50℃以上も低下することが知られている。従って、ガス化溶融炉7内の温度が通常の石炭灰の融点よりも低い温度であっても、溶融スラグ化を促進することができ、殆どの石炭灰について充分にスラグ化を行うことが可能となり、石炭灰23をそれ単独で電気炉等を用いてスラグ化する場合よりも、大幅な省エネルギーを達成することが可能である。すなわち、本発明では、汚泥を含む廃棄物中の灰分と、石炭灰中の灰分とを、噴流床型ガス化炉内にて混合することで、混合後の灰分の融点を、石炭灰中の灰分の融点よりも低下させることにより、溶融スラグ化を促進することができる。   Therefore, the melting point of the ash formed by mixing the ash in each raw material (sludge, woody biomass, coal ash) blown in the gasification melting furnace 7 is the ash melting point of the coal ash 23 occupying most of the ash. Compared to this, there is a significant melting point drop. In addition, the gasification melting furnace 7 has a so-called reducing atmosphere condition filled with a reducing combustible gas. The coal ash 23 has a melting point of 50 ° C. or higher in the reducing atmosphere than in the oxidizing atmosphere. Is also known to decrease. Therefore, even when the temperature in the gasification melting furnace 7 is lower than the melting point of ordinary coal ash, the melting slag can be promoted, and the slag can be sufficiently formed for most coal ash. Thus, it is possible to achieve a significant energy saving as compared with the case where the coal ash 23 is made into slag by using an electric furnace alone. That is, in the present invention, the ash content in the waste containing sludge and the ash content in the coal ash are mixed in a spouted bed gasification furnace so that the melting point of the ash after mixing is reduced in the coal ash. By making it lower than the melting point of ash, melting slag can be promoted.

なお、特に木質バイオマス中にはKOやNaOのような酸性成分が多く含有されるため、石炭灰の融点降下への効果が大きい。従って、ガス化溶融炉7内へ投入される廃棄物の中の20質量%以上を木質バイオマスとすることが望ましい。 In particular, woody biomass contains a large amount of acidic components such as K 2 O and Na 2 O, and thus has a great effect on the melting point drop of coal ash. Therefore, it is desirable to use 20% by mass or more of the waste put into the gasification melting furnace 7 as woody biomass.

ガス化溶融炉7内の温度は、汚泥1および木質バイオマス4等の廃棄物の中に含まれる灰分および石炭灰23が充分に溶融、スラグ化し、ガス化溶融炉7の炉底から安定して抜き出すことが可能な低粘度状態となる温度以上とするが、必要以上の高温とすることは、ガス化溶融炉7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℃以下とすることが望ましい。より好ましくは1300℃以下とすることができれば、特殊な耐火物(クロム系耐火物)等を用いる必要がなくなるため好適である。   The temperature in the gasification melting furnace 7 is such that the ash and coal ash 23 contained in the waste such as the sludge 1 and the woody biomass 4 are sufficiently melted and slagged, and stabilized from the bottom of the gasification melting furnace 7. The temperature is higher than the temperature at which the low viscosity state can be extracted, but if it is higher than necessary, the life of the furnace wall in the gasification melting furnace 7 is extremely shortened, and heat loss due to heat dissipation also increases. For this reason, the temperature is preferably 1600 ° C. or lower. More preferably, if it can be set to 1300 ° C. or lower, it is not necessary to use a special refractory (chromium refractory) or the like, which is preferable.

石炭灰23中に含有される固体炭素は、石炭ボイラー16において通常の空気燃焼では燃焼させることができなかったいわゆる燃え残り成分(未燃物)であり、酸素との反応性に極めて乏しいが(ガス化速度、燃焼速度が遅い)、ガス化の際にガス化剤として酸素又は酸素富化空気を用いることで、この未燃分の固体炭素を反応させることができる。このような石炭灰23中に含有される炭素を高い転換効率でガスへと転換するために、また併せて同伴窒素による持ち出し顕熱を削減する観点からも、ガス化剤としては、酸素が好ましく、更に、酸素5としては可能な限り高濃度酸素を用いることがより好ましい。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10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5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体積%以上)で構わない。   The solid carbon contained in the coal ash 23 is a so-called unburned component (unburned material) that could not be burned in the coal boiler 16 by ordinary air combustion, and is extremely poor in reactivity with oxygen ( The gasification rate and the combustion rate are slow.) By using oxygen or oxygen-enriched air as a gasifying agent during gasification, the unburned solid carbon can be reacted. In order to convert carbon contained in such coal ash 23 into gas with high conversion efficiency, and also from the viewpoint of reducing sensible heat brought out by accompanying nitrogen, oxygen is preferable as the gasifying agent. Furthermore, it is more preferable to use oxygen as high as possible as the oxygen 5. However, the production of oxygen at a concentration higher than necessary only increases the demerits such as an increase in input energy in the oxygen production facility 10 and has little influence on the gasification itself. Therefore, the oxygen 5 used here is a general one. A concentration (80% by volume or more) that can be produced by an oxygen production method (adsorption separation method <PSA>, cryogenic separation method) may be used.

また、酸素製造設備10の規模削減のため、空気9から酸素製造設備10によって製造した酸素5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7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7における熱効率向上、また石炭灰23中の炭素を少しでも高い効率(炭素転換率)でガスへと転換するためには、ガス化剤として酸素富化空気よりも80体積%以上の酸素を用いることが望ましい。   In order to reduce the scale of the oxygen production facility 10, oxygen-enriched air obtained by mixing oxygen 5 produced from the air 9 by the oxygen production facility 10 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 of the gasification melting furnace 7 due to the sensible heat of the accompanying nitrogen is somewhat avoided. it can. However, in order to improve the thermal efficiency in the gasification melting furnace 7 and to convert the carbon in the coal ash 23 into gas with a little higher efficiency (carbon conversion rate), the gasifying agent is 80 volumes more than oxygen-enriched air. It is desirable to use at least% oxygen.

ここで添加する酸素量は、汚泥1、木質バイオマス4、石炭灰23中の全て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。その割合は各々の原料中の発熱量およびガス化溶融炉7の内部温度をいくらに設定するかによって異なるが、理論酸素量を1とした場合の相対割合(酸素比として定義される指標)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(H、CH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(CO、HO)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、0.4〜0.7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体積%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 an amount of oxygen smaller than the amount of oxygen (so-called theoretical oxygen amount) necessary for complete combustion of all organic matter in the sludge 1, woody biomass 4, and coal ash 23. 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 much the calorific value in each raw material and the internal temperature of the gasification melting furnace 7 are set, but is a relative ratio (an index defined as an oxygen ratio) when the theoretical oxygen amount is 1. It is preferable to adjust within the range of 0.2-0.8. 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 most 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 0.4 to 0.7. 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、汚泥1および木質バイオマス4等の廃棄物原料中の炭素を主体とする有機物と石炭灰23中に含有される同じく有機物ではそのガス化反応速度が大きく異なるため、それぞれ別々のバーナーからガス化溶融炉7内へ投入し、酸素比を各々の適切な値で管理することが望ましい。すなわち、ガス化反応速度の速い(ガス化し易い)汚泥1および木質バイオマス4用のバーナー13の酸素比よりも、ガス化反応速度が遅い(ガス化し難い)石炭灰用のバーナー14の酸素比を高くすることが望ましい。   In addition, organic materials mainly composed of carbon in waste materials such as sludge 1 and woody biomass 4 and organic materials contained in coal ash 23 have greatly different gasification reaction rates, so gasification is performed from separate burners. It is desirable to put it into the melting furnace 7 and manage the oxygen ratio with each appropriate value. That is, the oxygen ratio of the burner 14 for coal ash whose gasification reaction rate is slower (difficult to gasify) than the oxygen ratio of the burner 13 for sludge 1 and woody biomass 4 having a fast gasification reaction rate (easy to gasify). It is desirable to raise it.

また、ガス化剤としてスチーム6を酸素5と併用しても良い。特に、ガス化し難い石炭灰23用のバーナー14においては、炭素転換率を向上させるためにスチーム6をガス化剤として酸素5と共に添加することが望ましい。   Further, steam 6 may be used in combination with oxygen 5 as a gasifying agent. In particular, in the burner 14 for the coal ash 23 that is difficult to gasify, it is desirable to add the steam 6 as a gasifying agent together with the oxygen 5 in order to improve the carbon conversion rate.

なお、ガス化溶融炉7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7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 7 is not particularly specified, but if the pressure is lower than the atmospheric pressure, there is a risk of explosion due to air leakage from the outside, which is not preferable. Further, when the pressurization condition is higher than the atmospheric pressure, there is an advantage that the gasification melting furnace 7 can be made compact.

ガス化溶融炉7内へ投入される汚泥1以外の廃棄物としては、塩素等の腐食性物質を多量に含有しないものであれば、木質バイオマス、草藁系バイオマス、廃プラスチック、食品系残渣、各種炭材等、ガス化溶融炉7内へ気流搬送によって投入することができるものであれば何を用いても構わない。また、廃棄物ではなく、石炭(微粉炭)を汚泥1と共にガス化原料として使用しても構わない。   Wastes other than the sludge 1 thrown into the gasification melting furnace 7 are those that do not contain a large amount of corrosive substances such as chlorine, wood biomass, grass biomass, waste plastic, food residue, Any carbon material can be used as long as it can be introduced into the gasification melting furnace 7 by airflow conveyance. Further, instead of waste, coal (pulverized coal) may be used as a gasification raw material together with the sludge 1.

なお、石炭ボイラーから発生する窒素酸化物の低減効果を最大限発揮するためには、最初からアンモニアを多く含有する汚泥のみをガス化溶融炉内へ投入する廃棄物として利用するのが良いが、それ以外の廃棄物に含有されるアンモニア以外の窒素の一部に関しても、ガス化の際にアンモニアに転換し、汚泥中に元来含有されるアンモニアと同様の効果を発揮するため、ガス化溶融炉内へ投入される廃棄物の中の30質量%以上を汚泥が占めていれば特に構わない(汚泥の重量は汚泥乾燥機後の重量ベース)。   In order to maximize the reduction effect of nitrogen oxides generated from coal boilers, it is better to use only sludge containing a lot of ammonia from the beginning as waste to be put into the gasification melting furnace. Other nitrogen other than ammonia contained in other wastes is also converted into ammonia during gasification, and the same effect as ammonia originally contained in the sludge is exhibited. Any sludge occupies 30% by mass or more of the waste put into the furnace (the sludge weight is based on the weight after the sludge dryer).

本発明で使用する汚泥1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 1 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, Excess sludge discharged from wastewater treatment facilities of various food factories) may be used.

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

使用した下水汚泥1、木質バイオマス4、石炭灰23の分析値をそれぞれ表1、表2、表3に示す。なお、この下水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 analytical values of the sewage sludge 1, woody biomass 4 and coal ash 23 used are shown in Table 1, Table 2 and Table 3, respectively. In addition, this sewage sludge is what was discharged | emitted from the dehydrator of the sewage treatment plant (dehydrated cake).

Figure 2009262047
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下水汚泥1(脱水ケーキ)150t/dayを汚泥乾燥設備2において乾燥後、生成した微粉状の乾燥汚泥3(32t/day,水分含有量5.1質量%)を同じく微粉(チップ状)の木質バイオマス4(50t/day)と共に同一のバーナー13(2本)から、また石炭ボイラー16から発生した石炭灰23(50t/day)を別のバーナー14(2本)から、空気による気流搬送によってガス化溶融炉7内へ投入した。   After drying sewage sludge 1 (dehydrated cake) 150 t / day in the sludge drying facility 2, the finely divided dried sludge 3 (32 t / day, moisture content 5.1 mass%) produced is also finely divided (chip-like) wood. The biomass 4 (50 t / day) together with the same burner 13 (two), and the coal ash 23 (50 t / day) generated from the coal boiler 16 from another burner 14 (two) by gas transportation by air. It was put into the chemical melting furnace 7.

ガス化溶融炉7内において、各々のバーナーへは酸素製造設備10において製造された酸素5(酸素濃度93%)をガス化剤として供給(47500Nm/day)したが、乾燥汚泥3および木質バイオマス4用のバーナー13における酸素比は0.55、石炭灰用のバーナー14における酸素比は0.62となるように調整した。また、石炭灰用のバーナー14へはガス化剤として酸素5と共にスチーム6を供給(2t/day)した。 In the gasification melting furnace 7, oxygen 5 (oxygen concentration 93%) produced in the oxygen production facility 10 was supplied to each burner as a gasifying agent (47500 Nm 3 / day). The oxygen ratio in the burner 13 for No. 4 was adjusted to 0.55, and the oxygen ratio in the burner 14 for coal ash was adjusted to 0.62. Moreover, steam 6 was supplied to the burner 14 for coal ash together with oxygen 5 as a gasifying agent (2 t / day).

ガス化溶融炉7内の温度は、1300℃に維持した結果、各々の原料中の有機物は可燃性ガス15へと転換し、また、炉内温度は石炭灰の融点よりも低い温度ではあったが、各々の原料中の灰分は、ガス化溶融炉内で混合され、乾燥汚泥3および木質バイオマス4の灰分による融点降下および還元性ガス雰囲気による融点降下により溶融スラグ化が促進された結果、問題無く製品スラグ11として回収できた。生成した高温の可燃性ガスはガス化溶融炉の上部のガス冷却器8において水スプレーによって1000℃まで冷却された後、石炭ボイラー16へ導入され、石炭ボイラー16において発電を行うための燃料として有効に利用された。   As a result of maintaining the temperature in the gasification melting furnace 7 at 1300 ° C., the organic matter in each raw material was converted into the combustible gas 15, and the furnace temperature was lower than the melting point of coal ash. However, the ash content in each raw material is mixed in the gasification melting furnace, and the melting slag is promoted by the melting point decrease due to the ash content of the dry sludge 3 and the woody biomass 4 and the melting point decrease due to the reducing gas atmosphere. It was able to collect as product slag 11 without. The generated high-temperature combustible gas is cooled to 1000 ° C. by water spray in the gas cooler 8 at the upper part of the gasification melting furnace, and then introduced into the coal boiler 16, which is effective as a fuel for generating electricity in the coal boiler 16. It was used for.

また、汚泥乾燥設備2から排出された乾燥排ガス27は燃焼用空気の一部として石炭ボイラーへ投入された(図示せず)。乾燥排ガス中にはアンモニアが1.2質量%、可燃性ガス中にはアンモニアが0.3質量%(3000ppm)含有されており、このアンモニアを投入した効果によって、石炭ボイラー16から排出される排ガス中のNO濃度は130ppm(脱硝設備20入口)となった。比較例として、ボイラーにおいて石炭のみを燃焼した操業も行ったが、排ガス中のNO濃度は200ppm(同じく脱硝設備20入口)となり、実施例では、大幅に排ガス中の窒素酸化物の発生量を低下させることが可能であった。 Moreover, the dry exhaust gas 27 discharged | emitted from the sludge drying equipment 2 was thrown into the coal boiler as a part of combustion air (not shown). The dry exhaust gas contains 1.2% by mass of ammonia, and the combustible gas contains 0.3% by mass (3000 ppm) of ammonia. The exhaust gas discharged from the coal boiler 16 due to the effect of introducing ammonia. concentration of NO X in the became 130 ppm (denitration equipment 20 inlet). As a comparative example, only coal was also operated burned in a boiler, NO X concentration in the exhaust gas is 200 ppm (also denitrification equipment 20 inlet) and, in the embodiment, the generation amount of significant nitrogen oxides in the exhaust gas It was possible to reduce.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this example. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

本発明の一実施形態に係る廃棄物の利用方法のフローを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the utilization method of the waste which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施例における廃棄物の利用方法のフローおよびマスバランスを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow and mass balance of the utilization method of the waste in the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 汚泥(脱水ケーキ)
2 汚泥乾燥設備
3 乾燥汚泥
4 木質バイオマス
5 酸素
6 スチーム
7 ガス化溶融炉
8 ガス冷却器
9 空気
10 酸素製造設備
11 製品スラグ
12 スプレー水またはクエンチガス
13 汚泥または汚泥および木質バイオマス用バーナー
14 石炭灰用バーナー
15 可燃性ガス
16 石炭ボイラー
17 発電設備(スチームタービンおよび発電機)
18 石炭
19 燃焼用空気
20 脱硝設備
21 空気予熱器
22 脱塵設備
23 石炭灰
24 脱硫設備
25 排ガス
26 浄化後排ガス
27 乾燥排ガス

1 Sludge (dehydrated cake)
2 Sludge drying equipment 3 Dry sludge 4 Wood biomass 5 Oxygen 6 Steam 7 Gasification melting furnace 8 Gas cooler 9 Air 10 Oxygen production equipment 11 Product slag 12 Spray water or quench gas 13 Sludge or sludge and wood biomass burner 14 Coal ash Burner 15 Combustible gas 16 Coal boiler 17 Power generation equipment (steam turbine and generator)
18 Coal 19 Combustion air 20 Denitration equipment 21 Air preheater 22 Dedusting equipment 23 Coal ash 24 Desulfurization equipment 25 Exhaust gas 26 Purified exhaust gas 27 Dry exhaust gas

Claims (6)

噴流床型ガス化炉で、汚泥を含む廃棄物を、酸素または酸素富化空気により部分酸化させて可燃性ガスとスラグへ転換し、
石炭ボイラーで、石炭および前記可燃性ガスを空気により燃焼し、生じる石炭灰を含む排ガスから当該石炭灰を分離し、
前記分離後の石炭灰を前記噴流床型ガス化炉へ投入して、前記石炭灰をスラグへと転換すると共に、前記石炭灰中に残留する未燃の固体炭素分を部分酸化させて可燃性ガスへと転換することを特徴とする、発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。
In a spouted bed gasifier, waste containing sludge is partially oxidized with oxygen or oxygen-enriched air and converted into combustible gas and slag.
In a coal boiler, coal and the combustible gas are combusted by air, and the coal ash is separated from exhaust gas containing coal ash,
The separated coal ash is charged into the spouted bed gasifier and converted into slag, and the unburned solid carbon remaining in the coal ash is partially oxidized to be combustible. A method for using waste containing sludge in a coal boiler for power generation, characterized by being converted to gas.
前記汚泥が、汚泥乾燥設備で乾燥された乾燥汚泥であることを特徴とする、請求項1に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。   The said sludge is the dry sludge dried with the sludge drying equipment, The utilization method of the waste containing the sludge in the coal boiler for electric power generation of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記汚泥を含む廃棄物に、木質バイオマスを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。   The waste containing a sludge in the coal boiler for power generation according to claim 1 or 2, wherein the waste containing the sludge contains woody biomass. 前記石炭ボイラーで生じた排ガス中に含有される窒素酸化物を、前記噴流床型ガス化炉で転換されて生じた前記可燃性ガス中に含有されるアンモニアと反応させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。   The nitrogen oxide contained in the exhaust gas generated in the coal boiler is reacted with ammonia contained in the combustible gas generated by conversion in the spouted bed gasifier. The utilization method of the waste containing the sludge in the coal boiler for electric power generation of any one of claim | item 1-3. 前記汚泥乾燥設備から排出されるアンモニアを含む排ガスを、前記噴流床型ガス化炉または前記石炭ボイラーに投入することを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1項に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。   The coal for power generation according to any one of claims 2 to 4, wherein the exhaust gas containing ammonia discharged from the sludge drying facility is introduced into the spouted bed gasifier or the coal boiler. How to use waste containing sludge in boilers. 前記汚泥を含む廃棄物中の灰分と、前記石炭灰中の灰分とを、前記噴流床型ガス化炉内にて混合することで、混合後の灰分の融点を、前記石炭灰中の灰分の融点よりも低下させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発電用石炭ボイラーでの汚泥を含む廃棄物の利用方法。

By mixing the ash in the waste containing the sludge and the ash in the coal ash in the spouted bed gasification furnace, the melting point of the ash after mixing is reduced to the ash content in the coal ash. The utilization method of the waste containing the sludge in the coal boiler for electric power generation of any one of Claims 1-3 characterized by making it lower than melting | fusing point.

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011173842A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 Gunma Univ Method for producing 2,2,6,6-tetramethyl-4-oxopiperidine
JP2011220543A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Boiler facility
JP2014101434A (en) * 2012-11-19 2014-06-05 Central Research Institute Of Electric Power Industry Operational method of plant, production method of mixed fuel, and plant
CN107096354A (en) * 2017-05-05 2017-08-29 温州中环正源水务有限公司 Sludge drying carrier gas system
CN107365040A (en) * 2017-08-11 2017-11-21 江苏绿威环保科技有限公司 One kind is slagged tap heat drying Disposal System of Mud Burning and processing method
CN109359369A (en) * 2018-10-08 2019-02-19 沈阳工程学院 NO_x formation predicts quick calculation method in a kind of biomass layer combustion boiler furnace
JP2020069468A (en) * 2018-10-29 2020-05-07 株式会社タクマ System for treating sludge-drying carrier gas
JP2020169743A (en) * 2019-04-01 2020-10-15 王子ホールディングス株式会社 Heat recovery device from sludge, heat recovery system from sludge, and factory utilizing heat recovered from sludge
CN112441718A (en) * 2020-11-30 2021-03-05 西安交通大学 System and method for cooperatively treating sludge by boiler

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011173842A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 Gunma Univ Method for producing 2,2,6,6-tetramethyl-4-oxopiperidine
JP2011220543A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Boiler facility
JP2014101434A (en) * 2012-11-19 2014-06-05 Central Research Institute Of Electric Power Industry Operational method of plant, production method of mixed fuel, and plant
CN107096354A (en) * 2017-05-05 2017-08-29 温州中环正源水务有限公司 Sludge drying carrier gas system
CN107365040A (en) * 2017-08-11 2017-11-21 江苏绿威环保科技有限公司 One kind is slagged tap heat drying Disposal System of Mud Burning and processing method
CN109359369A (en) * 2018-10-08 2019-02-19 沈阳工程学院 NO_x formation predicts quick calculation method in a kind of biomass layer combustion boiler furnace
JP2020069468A (en) * 2018-10-29 2020-05-07 株式会社タクマ System for treating sludge-drying carrier gas
JP2020169743A (en) * 2019-04-01 2020-10-15 王子ホールディングス株式会社 Heat recovery device from sludge, heat recovery system from sludge, and factory utilizing heat recovered from sludge
CN112441718A (en) * 2020-11-30 2021-03-05 西安交通大学 System and method for cooperatively treating sludge by boiler

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