JP2014172020A - 汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流動媒体を循環させて燃焼する循環型燃焼方式を採用し、脱水汚泥の焼却により生じる窒素酸化物の発生量を効率的に低減することができる汚泥燃焼装置を提供する。
【解決手段】鉄系無機凝集剤を混合した汚泥を脱水し、脱水汚泥を生成する脱水部と、脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成する燃焼部11と、生成物から流動媒体を回収し、燃焼部に供給する循環部12と、燃焼部に対して脱水汚泥を供給する汚泥供給手段13と、を備える汚泥燃焼装置100である。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法に関し、特に、汚泥を脱水して得られた脱水汚泥を焼却する汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法に関するものである。

下水処理場、し尿処理場、廃水処理設備等から排出される脱水汚泥を焼却する際に生じる排気ガスにはＮ_２Ｏなどの窒素酸化物（ＮＯｘ）等の大気汚染物質が含まれている。これらの大気汚染物質は排出を抑制することが望まれている。

そこで、従来、排気ガス中の窒素酸化物を低減するために、燃焼用空気を複数段階に分けて炉に供給することで、脱水汚泥中に含まれる窒素が窒素酸化物に転化することを抑制することができる、燃焼装置が開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。このような燃焼装置においては、まず、最初の段階で完全燃焼に必要な空気量である理論空気量よりも少ない量の空気を供給して脱水汚泥を不完全燃焼させることで脱水汚泥中に含まれる窒素が窒素化合物に転化することを抑制する。その後、さらに一以上の段階に分けて空気を供給して、未燃物を完全に燃焼させる。

さらに、特許文献１に記載の燃焼装置は、脱水汚泥の燃焼するための炉内で砂のような流動媒体を循環させることにより、炉内の温度を高温に保ち脱水汚泥を迅速且つ完全に乾燥及び焼却させることができる循環型燃焼装置でもある。特に、特許文献１による燃焼装置は、燃焼炉外に排出された燃焼灰及び流動媒体（砂）を含む排気ガスから、粒子径が大きいものを除去して燃焼炉内に戻すことにより、排気ガスから熱を回収する熱回収室の磨耗を防止することができる。

特許第２６５１７６９号明細書

ここで、特許文献１に記載の燃焼装置は、窒素酸化物の低減という観点からすると、脱水汚泥中の窒素と結合可能な燃焼空気中の酸素量を減らして（空気比（＝供給空気量／理論空気量）を低くして）脱水汚泥の燃焼により生じる窒素酸化物の量を低減させるという思想に基づくものであった。しかし、空気比を下げれば下げるほど、脱水汚泥の燃焼量が減少して燃焼装置内の温度が十分に上がらず、燃焼装置を安定的に運転することが難しくなってしまう。このため、特許文献１に記載の燃焼装置による窒素酸化物の発生量の低減効果には限界があった。
そこで、本発明は、流動媒体を循環させて燃焼する循環型燃焼方式を採用し、脱水汚泥の焼却により生じる窒素酸化物の発生量を効率的に低減することができる汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、鉄系無機凝集剤を使用して脱水処理を行った脱水汚泥を還元雰囲気下で燃焼した場合、脱水汚泥中に含まれる鉄系無機凝集剤由来の鉄成分により窒素酸化物の発生量を低減することができることを見出して、この発明を完成した。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の汚泥燃焼装置は、鉄系無機凝集剤を混合した汚泥を脱水し、脱水汚泥を生成する脱水部と、前記脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成する燃焼部と、前記生成物から前記流動媒体を回収し、前記燃焼部に供給する循環部と、前記燃焼部に対して前記脱水汚泥を供給する汚泥供給手段と、を備えることを特徴とする。このように、鉄系無機凝集剤を用いて得た脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼することで、燃焼時に脱水汚泥中の窒素と酸素とが結合して生じる窒素酸化物の生成量を効率的に低減することができる。

ここで、本発明の汚泥燃焼装置では、前記生成物から前記固形燃焼生成物を回収する燃焼生成物回収部と、前記燃焼生成物回収部で回収された前記固形燃焼生成物を前記燃焼部に供給する燃焼生成物供給部と、を更に備えることが好ましい。燃焼部において脱水汚泥を燃焼する際に固形燃焼生成物を供給することで、燃焼時に脱水汚泥中の窒素と酸素とが結合して生じる窒素酸化物の生成量をより一層効率的に低減することができるからである。

また、本発明の汚泥燃焼装置では、前記燃焼生成物供給部は、前記汚泥供給手段を介して前記固形燃焼生成物を前記燃焼部に供給し、前記汚泥供給手段は、混合手段を備え、該混合手段により前記固形燃焼生成物と前記脱水汚泥とを混合してから前記燃焼部に対して供給することが好ましい。固形燃焼生成物を燃焼部に戻す際に、脱水汚泥中に分散させて汚泥と共に燃焼部に供給することで、脱水汚泥の燃焼にあたり、脱水汚泥中の窒素と酸素との結合を効率的に阻害し、窒素酸化物の生成量を更に低減することが可能となる。

また、本発明の汚泥燃焼装置では、前記燃焼生成物供給部は、酸素を含有しないガスにより前記固形燃焼生成物を搬送することが好ましい。かかる構成を採用することにより、窒素酸化物発生抑制効果を更に向上させることができる。

更に、本発明の汚泥燃焼装置では、前記燃焼生成物回収部は、前記循環部を経た生成物から前記固形燃焼生成物を回収することが好ましい。流動媒体と固形燃焼生成物とを別々に回収して燃焼部に供給することにより、燃焼部において脱水汚泥を安定的に燃焼させることができるからである。また、固形燃焼生成物と脱水汚泥とを混合して燃焼部へと供給する場合には、混合手段が流動媒体により摩耗するのを抑制することができるからである。

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、鉄系無機凝集剤を使用して脱水処理を行った脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成し、前記生成物から前記流動媒体を回収し、前記燃焼のために循環させることを特徴とする。これにより、燃焼時に脱水汚泥中の窒素と酸素とが結合して生じる窒素酸化物の生成量を効率的に低減することができる。

また、本発明の汚泥燃焼方法は、前記生成物から前記固形燃焼生成物を回収し、
回収された前記固形燃焼生成物を前記還元状態における前記脱水汚泥の燃焼時に供給することが好ましい。これにより、燃焼時に脱水汚泥中の窒素と酸素とが結合して生じる窒素酸化物の生成量をより一層効率的に低減することができるからである。

また、本発明の汚泥燃焼方法は、前記固形燃焼生成物の供給を、前記脱水汚泥と混合した状態で行うことが好ましい。これにより、脱水汚泥の燃焼にあたり、脱水汚泥中の窒素と酸素との結合を効率的に阻害し、窒素酸化物の生成量を更に低減すること可能となるからである。

また、本発明の汚泥燃焼方法は、前記固形燃焼生成物を前記還元状態における燃焼時に供給するにあたり、酸素を含有しないガスにより前記固形燃焼生成物を搬送することが好ましい。これにより、窒素酸化物発生抑制効果を更に向上させることができるからである。

更に、本発明の汚泥燃焼方法は、前記流動媒体を回収した後の生成物から前記固形燃焼生成物を回収することが好ましい。流動媒体と固形燃焼生成物とを別々に回収して燃焼に供することにより、脱水汚泥を安定的に燃焼させることができるからである。また、固形燃焼生成物と脱水汚泥とを混合して燃焼に供する場合には、固形燃焼生成物と脱水汚泥との混合に用いる混合手段が流動媒体により摩耗するのを抑制することができるからである。

本発明の汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法によれば、循環型燃焼方式を採用し、脱水汚泥の焼却により生じる窒素酸化物の発生量を効率的に低減する汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法を提供することができる。

本発明に従う代表的な汚泥燃焼装置の概略構成を示す図である。 図１に示す汚泥燃焼装置について、後燃焼部内の最高温度と一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）排出量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の汚泥燃焼装置を、図面に基づき詳細に説明する。なお、本発明の汚泥燃焼方法は、本発明の汚泥燃焼装置の説明から明らかになる。

＜汚泥燃焼装置＞
図１に示す汚泥燃焼装置１００は、循環燃焼部１０及び後燃焼部２０を備える。汚泥燃焼装置１００は、循環燃焼部１０にて還元雰囲気下で脱水汚泥を不完全燃焼し、その後、後燃焼部２０にて、酸化雰囲気下で不完全燃焼により生じた未燃ガスを完全燃焼させる多層燃焼装置である。図１には示さないが、汚泥燃焼装置１００は、後燃焼部２０の後に、後燃焼部２０から排出される排気ガスを冷却するための冷却塔と、排気ガス中のダスト成分等を捕集するバグフィルタ、スクラバー等とを備えても良い。なお、還元雰囲気とは、供給された脱水汚泥の完全燃焼に必要な酸素量である理論酸素量よりも少ない量の酸素を供給した雰囲気を指し、酸化雰囲気とは、理論酸素量以上の酸素を供給した雰囲気を指す。因みに、理論酸素量は、脱水汚泥中に含まれている燃焼時に酸素と結合可能な元素（Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｃｌ等）の量、及び図示しない補助燃料取込部から取り込まれる補助燃料の量に基づいて、化学量論を用いて算出することができる。具体的には、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、及び窒素（Ｎ）量はＣＨＮ元素分析装置により測定し、酸素（Ｏ）、全硫黄（Ｓ）、可燃性硫黄、全塩素（Ｃｌ）、及び可燃性塩素量は、ＪＩＳＭ８８１３に従って測定し、不燃性硫黄及び不燃性塩素は、それぞれ、全硫黄（Ｓ）及び可燃性硫黄、全塩素（Ｃｌ）及び可燃性塩素から計算により算出した。また、補助燃料の量は、ＪＩＳＭ８８１４に従って算出した総発熱量に基づいて決定した。

ところで、汚泥燃焼装置では、通常、汚泥の焼却を効率化する観点から、汚泥を脱水して得られる脱水汚泥を焼却する。汚泥の脱水方法には、脱水助剤を添加した汚泥をスクリュープレス等の機械プレス手段により圧搾する方法がある。脱水助剤としては、高分子凝集剤のような有機凝集剤や、ポリ硫酸第２鉄及びポリ塩化第２鉄のような無機凝集剤がある。有機凝集剤及び無機凝集剤は、それぞれ単独で使用されることもあるし、併用されることもある。有機凝集剤及び無機凝集剤を併用する場合は、有機凝集剤である高分子凝集剤を汚泥に加えることでフロックを生成してから無機凝集剤を加えることが好ましい。なお、脱水対象の汚泥の固形物質に対して２０〜３０質量％の無機凝集剤を投入することが一般的である。

ここで、本発明の汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法では、燃焼させる脱水汚泥を得る際に、少なくとも所定の無機凝集剤を使用することを特徴とする。即ち、無機凝集剤には、ポリ塩化アルミニウムなどのアルミニウム系無機凝集剤や、ポリ硫酸第２鉄及びポリ塩化第２鉄のような鉄系無機凝集剤など、様々な種類の無機凝集剤が存在するが、本発明の汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法では、鉄系無機凝集剤を用いて得た脱水汚泥を燃焼させることを特徴とする。鉄系無機凝集剤を用いて得た脱水汚泥を燃焼させることで、脱水汚泥の燃焼時に脱水汚泥中の窒素と酸素とが結合して生じる窒素酸化物の生成量を効率的に低減することができるからである。

ここで、鉄系無機凝集剤を用いて得た脱水汚泥を燃焼させることで窒素酸化物の生成量を効率的に低減することができるメカニズムは、明らかではないが、以下のようなものであると推測される。
即ち、鉄系無機凝集剤を用いて得た脱水汚泥は、鉄系無機凝集剤由来の鉄成分を含む。そして、脱水汚泥中の当該鉄成分は、還元雰囲気下で燃焼させると、燃焼の際に酸素と反応して２価の鉄（Ｆｅ^２＋）である酸化第１鉄（ＦｅＯ）となる。ここで、窒素酸化物は、汚泥中に含まれる窒素成分と、燃焼空気中の酸素とが結合することにより生成されるが、鉄系無機凝集剤由来の鉄成分が存在する場合、当該鉄成分が燃焼中に酸素と結合して酸化第１鉄（ＦｅＯ）となることにより、汚泥中に含まれる窒素成分と燃焼雰囲気中の酸素とが結合して窒素酸化物を生成するのを妨げる。また、酸化第１鉄（ＦｅＯ）が形成した場合、当該酸化第１鉄（ＦｅＯ）が燃焼中に酸素と結合して酸化第２鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）となることにより、汚泥中に含まれる窒素成分と燃焼雰囲気中の酸素とが結合して窒素酸化物を生成するのを妨げる。

なお、鉄系無機凝集剤を用いて得た脱水汚泥を燃焼させることで窒素酸化物の生成量を効率的に低減し得ることは、図１に示す汚泥燃焼装置を用いて種々の条件下で脱水汚泥を燃焼させた際の後燃焼部内の最高温度と一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）排出量との関係からも明らかである。
具体的には、図２は、有機系高分子凝集剤のような有機凝集剤のみを用いて脱水処理して得た脱水汚泥（１液脱水汚泥）と、有機凝集剤及び鉄系無機凝集剤（ポリ硫酸第２鉄）を併用して得た脱水汚泥（２液脱水汚泥）とについて、後燃焼部内最高温度を変化させて燃焼した場合の、窒素酸化物である一酸化ニ窒素（Ｎ_２Ｏ）の排出量（Ｋｇ-Ｎ_２Ｏ／ｔ−ＤＳ：脱水汚泥固形分１トン当りのＮ_２Ｏ排出量をＫｇ表示した値）を示すグラフである。有機凝集剤による１液脱水汚泥は鉄系無機凝集剤（ここでは、ポリ硫酸第２鉄）を使用しないため、脱水汚泥中に凝集剤由来の鉄成分が含まれていない。そのため、凝集助剤由来の鉄成分を含有しない１液脱水汚泥を焼却した場合の一酸化ニ窒素の排出量は、２液脱水汚泥よりも多い。図中、常に２液脱水汚泥の方が一酸化ニ窒素（Ｎ_２Ｏ）の排出量が少ないが、特に、後燃焼部最高温度が低い場合において、一酸化ニ窒素（Ｎ_２Ｏ）の排出量の差が顕著であった。

以下、有機凝集剤及び鉄系無機凝集剤（ポリ硫酸第２鉄：［Ｆｅ_２（ＯＨ）n（ＳＯ_４）_{３−ｎ／２}］ｍ 但し、〇＜ｎ≦２ｍ＝ｆ（ｎ））を併用して得た２液脱水汚泥を燃焼させる汚泥燃焼装置１００の構成について更に詳述する。

汚泥燃焼装置１００は、鉄系無機凝集剤を混合した汚泥を脱水し、脱水汚泥を生成する脱水部（図示せず）を備えている。また、汚泥燃焼装置１００は、脱水部で得られた脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成する燃焼部１１、及び、生成物から流動媒体を回収し、燃焼部に供給する循環部１２を有する循環燃焼部１０と、当該循環燃焼部１０の燃焼部１１に対して、鉄系無機凝集剤由来の鉄成分を含む汚泥を供給する汚泥供給手段１３とを備える。燃焼部１１は、空気を燃焼部１１内に取り込む空気取込部１６を備えると共に、ダクト２４及びダウンカマー１７を備える循環部１２と連通される。具体的には、燃焼部１１は、流動媒体として砂を利用する流動層燃焼炉であり、高温の砂が流動することにより、汚泥を粉砕・攪拌し燃焼させるものである。また、循環部１２は、ダクト２４と、ダクト２４を介して燃焼部１１から排出された燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物から流動媒体を回収する回収装置（例えば、サイクロン）と、回収装置で回収した流動媒体を燃焼部１１内に戻すダウンカマー１７とを備えている。

さらに、汚泥燃焼装置１００は、循環燃焼部１０の循環部１２を経た生成物（流動媒体を回収された生成物）から固形燃焼生成物を回収する燃焼生成物回収部１４と、当該燃焼生成物回収部１４で回収された固形燃焼生成物を燃焼部１１に供給する燃焼生成物供給部１５とを備えることが好ましい。燃焼生成物回収部１４はダクト２５により循環部１２の回収装置と連通され、さらにダクト１８を備える。具体的には、燃焼生成物回収部１４は、遠心力により粉体を回収するサイクロンにより構成されうる。燃焼生成物回収部１４は、固形燃焼生成物である灰等を回収し、ダクト１８を通じて固形燃焼生成物を落下させる。なお、ダクト１８から燃焼生成物供給部１５が分岐する位置において切替装置２６を設けて、ダクト１８を通じて落下する固形燃焼生成物の一部を、燃焼生成物供給部１５へ供給することができる。燃焼生成物供給部１５へ供給されなかった固形燃焼生成物は、最終的に産業廃棄物として廃棄される。
ここで、上記構成からも明らかなように、この汚泥燃焼装置１００では、循環部１２では流動媒体を回収し、燃焼生成物回収部１４では流動媒体よりも比重の小さい固形燃焼生成物を回収する。従って、燃焼生成物回収部１４としてのサイクロンでは、回収装置としてのサイクロンよりも大きな遠心力を負荷する。即ち、回収装置において負荷する遠心力は、流動媒体は回収されるが燃焼生成物の大部分（例えば、９５質量％以上）は回収されない大きさの遠心力とし、燃焼生成物回収部１４のサイクロンで負荷する遠心力は、燃焼生成物を回収し得る大きさ以上とする。

燃焼生成物供給部１５は、燃焼生成物回収部１４において分離された、燃焼部１１における固形燃焼生成物である灰を、汚泥供給手段１３を介して燃焼部１１へと供給する。固形燃焼生成物の搬送は、例えば、図示しない誘引ファン等の手段により実施する。固形燃焼生成物は、燃焼部１１にて汚泥中の鉄成分と燃焼空気中の酸素とが結合して生成された酸化第１鉄（ＦｅＯ）を含んでいる。酸化第１鉄（ＦｅＯ）は、燃焼により３価の鉄（Ｆｅ^３＋）である酸化第２鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を生じて、燃焼時に汚泥中の窒素と酸素とが結合するのを妨げることができる。このため、酸化第１鉄を含む固形燃焼生成物の一部を循環させ、燃焼部１１における汚泥の燃焼に再利用することで、窒素酸化物の生成を効率的に阻害することができる。なお、窒素酸化物とならなかった汚泥中の窒素は、窒素（Ｎ_２）となって、汚泥燃焼装置１００の外に排出される。因みに、酸化第２鉄は非常に安定な物質であり、その後還元されて酸化第１鉄に戻ることはない。好ましくは、燃焼生成物回収部１４のサイクロンで負荷する遠心力は、酸化第１鉄を含む固形燃焼生成物の比重以上の物質が回収される大きさとする。このようにして、酸化第１鉄又は酸化第２鉄を含まない不要な物質が燃焼部１１に返送されることを防ぎ、汚泥燃焼装置１００の運転を効率化することができる。

ここで、燃焼生成物供給部１５は、固形燃焼生成物を燃焼部１１に直接戻すのではなく、固形燃焼生成物を汚泥供給手段１３に供給し、汚泥供給手段１３が、固形燃焼生成物と汚泥とを混合してから燃焼部１１に供給している。例えば、汚泥供給手段１３は、混合手段としてスクリュー手段を備え、当該スクリュー手段により固形燃焼生成物と汚泥とを混合することができる。固形燃焼生成物中に含まれる酸化第１鉄を汚泥に予め練りこんでから燃焼部１１に供給することで、脱水汚泥中に２価の鉄（Ｆｅ^２＋）を分散させることができ、燃焼部１１における脱水汚泥の燃焼にあたり、脱水汚泥中の窒素と、燃焼空気中の酸素との結合を効率的に阻害することが可能となる。

このように、循環部１２及び燃焼生成物回収部１４で、流動媒体及び固形燃焼生成物を別個に回収し、流動媒体はそのまま、固形燃焼生成物は汚泥供給手段１３を介してから燃焼部１１に戻すという構成を採用することで、循環燃焼部１０の燃焼部１１内の温度低下を防ぐとともに、汚泥供給手段の混合手段の劣化を防ぐという効果が生じる。仮に、流動媒体及び固形燃焼生成物を同時に回収して、これらの混合物を汚泥供給手段１３に戻した場合には、流動媒体である砂の粒子により汚泥供給手段１３に備えられた混合手段が磨耗する虞がある。さらに、この場合、燃焼生成物供給部１５へ供給されなかった固形燃焼生成物を廃棄する際に加熱された流動媒体の一部も廃棄されることになるため、燃焼部１１内の温度が下がる虞がある。

さらに、燃焼部１１の空気取込部１６は、燃焼部１１内の空気比が０．８以上１．０未満、好ましくは、０．９以上１．０未満となるように、燃焼部１１内に空気を取込む。空気比が０．８を下回ると、酸素不足により燃焼部１１内の温度が上がらず、循環燃焼部１０が十分に機能しない。また、空気比が１．０以上となると、燃焼部１１内が還元雰囲気とならず、燃焼部１１において生成される窒素酸化物の量が増加してしまう。

さらに、本発明による燃焼生成物供給部１５は、酸素を含有しないガスにより固形燃焼生成物を汚泥供給手段１３に搬送することが好ましい。固形燃焼生成物が燃焼部１１に投入される前に、固形燃焼生成物中に含まれる酸化第１鉄（ＦｅＯ）が酸化されて、酸化第２鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）となることを防ぐためである。これにより、窒素酸化物抑制効果を更に向上させることができる。

なお、後燃焼部２０は、第１空気取込部２１、第２空気取込部２２、及びダクト２３を備える。第１空気取込部２１及び第２空気取込部２２は、それぞれ、異なる空気比で後燃焼部２０内へ空気を取り込む。第１空気取込部２１は、燃焼部１１よりも高い空気比で循環燃焼部１０を経た生成物を燃焼する燃焼場を後燃焼部２０の上層部（上流側に位置する部分）において提供するような空気比で空気を取り込む。第２空気取込部２２は、第１空気取込部２１よりも低く、好ましくは、燃焼部１１よりも高い空気比で後燃焼部２０の上層部の燃焼場を経た生成物を燃焼する燃焼場を提供するような空気比で空気を取り込む。
このようにして、本発明による汚泥燃焼装置１００は、後燃焼部２０の上層部の空気比を最適化して燃焼場を完全燃焼状態として、汚泥燃焼装置１００内における最高温度場を提供する。汚泥燃焼装置１００は、かかる燃焼場にて、ダクト１９を通じて燃焼生成物回収部１４から提供される未燃物（不燃ガス等）を含む生成物を完全燃焼させる。そして、汚泥燃焼装置１００は、後燃焼部２０の下層部（下流側に位置する部分）において最高温度場に次ぐ温度の燃焼場を提供して、上層部で燃え残った不燃ガスを完全燃焼させる。後燃焼部２０の上層部及び下層部における各燃焼場の温度をこのように設定することで、不燃ガスの燃え残りを確実に燃焼させることができる。

＜汚泥燃焼装置の動作＞
以下、汚泥燃焼装置１００の動作について説明する。
まず、汚泥供給手段１３を通じて燃焼部１１に供給された脱水汚泥は、燃焼部１１において、高温に熱せられた砂と激しく混合されつつ燃焼される。燃焼部１１は、図示しない補助燃料取込部から取り込まれる補助燃料及び脱水汚泥中の炭素等の元素の量との関係で燃焼部１１内の空気比が０．９以上１．０未満となるように空気取込部１６から空気を取り込み、脱水汚泥を燃焼する。空気取込部１６からの空気は、例えば、６５０℃〜７００℃に熱せられた熱風であり、燃焼部１１内の温度は、例えば、燃焼部１１の下層部である、流動媒体の粒子密度が高い濃厚層部で７５０℃〜８００℃である。さらに、後燃焼部２０の中層における温度は、８５０℃〜８９０℃であることが好ましい。燃焼部１１内における温度を後燃焼部２０における完全燃焼状態の燃焼場の温度よりも低温とすることで、鉄成分が溶解することを抑制し、流動媒体である砂に溶解した鉄成分が付着して砂の粒子径が大きくなることを防ぐとともに、酸化第１鉄又は酸化第２鉄を含む燃焼生成物の回収を効率化することができる。

燃焼部１１において生成された生成物は循環部１２に供給され、循環部１２において、例えば、下降旋回流により生成物から流動媒体である砂が分離される。分離された砂は、ダウンカマー１７を通じて燃焼部１１に戻り、再び流動床を構成する。他の成分を含む生成物は、ダクト２５を経て燃焼生成物回収部１４に供給され、燃焼生成物回収部１４は、例えば、下降旋回により生成物から固形燃焼生成物を分離する。分離された固形燃焼生成物は、ダクト１８を下降し、一部は産業廃棄物として廃棄され、一部は燃焼生成物供給部１５を経て汚泥供給手段１３に供給される。

そして、汚泥供給手段１３において、図示しない混合手段により脱水汚泥と固形燃焼生成物とが混合された混合物が生成され、燃焼部１１に供給される。燃焼部１１に供給された混合物は、固形燃焼生成物由来の酸化第１鉄（ＦｅＯ）及び鉄系無機凝集剤由来の鉄成分は、燃焼空気中の酸素と反応することにより、脱水汚泥中の窒素と燃焼空気中の酸素とが反応して窒素酸化物を生成することを阻害する。上述の通り、燃焼部１１内は不完全燃焼状態となるように空気取込量が制御されているので、鉄分による窒素酸化物生成の抑制効果との相乗効果により、燃焼部１１において生成される窒素酸化物量を効率的に低減することができる。

一方、燃焼生成物回収部１４を経た未燃物を含む生成物は、ダクト１９を通じて後燃焼部２０へ供給される。第１空気取込部２１及び第２空気取込部２２は、それぞれ、後燃焼部２０の上層部の空気比が、下層部の空気比より低くなるように、後燃焼部２０内へ空気を取り込む。例えば、後燃焼部２０の上層部の空気比は、１．０以上１．１未満であり、下層部の空気比は、１．１以上１．３未満である。このとき、後燃焼部２０内の温度は、上層部で約９００℃、下層部で約８５０℃である。後燃焼部２０における燃焼により生成された排気ガスは、ダクト２３を通じて後燃焼部２０より排出される。その後、汚泥燃焼装置１００は、図示しない冷却塔、バグフィルタ、及びスクラバー等を経て、排気ガスを装置外に排出する。

以上、一例を用いて本発明の汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法について説明したが、本発明の汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法は、上記一例に限定されることはなく、本発明の汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法には、適宜変更を加えることができる。
また、本発明の汚泥燃焼方法においては、有機凝集剤を使用することなく、ポリ硫酸第２鉄及びポリ塩化第２鉄のような鉄系無機凝集剤を使用して得た脱水汚泥を燃焼させることももちろん可能である。この場合、有機凝集剤の使用にかかる工程及び費用がかからないため、汚泥処理のコストを低減することができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
燃焼生成物回収部１４、ダクト１８、及び燃焼生成物供給部１５を備えないこと以外は図１に示した汚泥燃焼装置１００と同様の構成を有する汚泥燃焼装置を用いて脱水汚泥を燃焼した結果を表１に示す。表１は、循環燃焼部１０の燃焼部１１内における空気比と、後燃焼部２０から排出される一酸化ニ窒素（Ｎ_２Ｏ）の濃度及び循環燃焼部１０及び後燃焼部２０の操炉安定性との関係を示す。操炉安定性は、燃焼部１１の下層部の温度（以下、濃厚層部温度Ｔとする。）により評価した。空気比ｍが１．１以上１．２未満と比較的高いほど完全燃焼状態に近づくため、操炉安定性にとっては好ましい一方で、燃焼部１１における一酸化ニ窒素（Ｎ_２Ｏ）の生成量が増加し、多層燃焼装置を用いたことによる窒素酸化物の抑制効果（以下、多層燃焼効果という）が低減する傾向がある。

ここで、後燃焼部出口Ｎ_２Ｏ濃度[ppm]については、評価は以下に従った。
Ａ：４０ppm未満で、多層燃焼効果が大きい
Ｂ：４０ppm以上９０ppm未満で、やや多層燃焼効果あり
Ｃ：９０ppm以上で、通常焼却相当
また、操炉安定性については、評価は以下に従った。
Ａ：操炉安定（濃厚層部温度Ｔが７５０℃≦Ｔ＜８００℃）
Ｂ：操炉不安定（濃厚層部温度Ｔが７００℃≦Ｔ＜７５０℃）
Ｃ：操炉不可能（濃厚層部温度ＴがＴ＜７００℃）

表１より明らかな通り、循環燃焼部１０における空気比ｍが０．９以上１．０未満の場合に、後燃焼部出口Ｎ_２Ｏ濃度の値の評価はＢであり、操炉安定性がＡであり、多層燃焼効果及び操炉安定性のバランスがとれているといえる。

（実施例２）
図１に示す汚泥燃焼装置１００により脱水汚泥を燃焼した。燃焼部１１に対して、燃焼生成物回収部１４で回収された固形燃焼生成物を供給することにより、循環燃焼部１０における空気比が０．９〜１．０の場合における後燃焼部出口Ｎ_２Ｏ濃度の値の評価をＡ（２０ppm）とすることができる。このようにして、本発明による汚泥燃焼装置１００において、燃焼部１１に対して、燃焼生成物回収部１４で回収された固形燃焼生成物を供給する構成を採用した場合には、多層燃焼効果をより一層向上させることができる。

本発明の汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法によれば、循環型燃焼方式を採用し、汚泥の焼却により生じる窒素酸化物の発生量を効率的に低減することができる汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法を提供することができる。

１０ ：循環燃焼部
１１ ：燃焼部
１２ ：循環部
１３ ：汚泥供給手段
１４ ：燃焼生成物回収部
１５ ：燃焼生成物供給部
１６ ：空気取込部
１７ ：ダウンカマー
１８，１９，２３〜２５ ：ダクト
２０ ：後燃焼部
２１ ：第１空気取込部
２２ ：第２空気取込部
２６ ：切替装置
１００ ：汚泥燃焼装置

Claims (10)

1. 鉄系無機凝集剤を混合した汚泥を脱水し、脱水汚泥を生成する脱水部と、
   前記脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成する燃焼部と、
   前記生成物から前記流動媒体を回収し、前記燃焼部に供給する循環部と、
   前記燃焼部に対して前記脱水汚泥を供給する汚泥供給手段と、
   を備える、汚泥燃焼装置。
2. 前記生成物から前記固形燃焼生成物を回収する燃焼生成物回収部と、
   前記燃焼生成物回収部で回収された前記固形燃焼生成物を前記燃焼部に供給する燃焼生成物供給部と、
   を更に備える、請求項１に記載の汚泥燃焼装置。
3. 前記燃焼生成物供給部は、前記汚泥供給手段を介して前記固形燃焼生成物を前記燃焼部に供給し、
   前記汚泥供給手段は、混合手段を備え、該混合手段により前記固形燃焼生成物と前記脱水汚泥とを混合してから前記燃焼部に対して供給する、請求項２に記載の汚泥燃焼装置。
4. 前記燃焼生成物供給部は、酸素を含有しないガスにより前記固形燃焼生成物を搬送する、請求項２又は３に記載の汚泥燃焼装置。
5. 前記燃焼生成物回収部は、前記循環部を経た生成物から前記固形燃焼生成物を回収する、請求項２〜４の何れかに記載の汚泥燃焼装置。
6. 鉄系無機凝集剤を使用して脱水処理を行った脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成し、
   前記生成物から前記流動媒体を回収し、前記燃焼のために循環させる、汚泥燃焼方法。
7. 前記生成物から前記固形燃焼生成物を回収し、
   回収された前記固形燃焼生成物を前記還元状態における前記脱水汚泥の燃焼時に供給する、
   ことを更に含む、請求項６に記載の汚泥燃焼方法。
8. 前記固形燃焼生成物の供給を、前記脱水汚泥と混合した状態で行うことを更に含む、請求項７に記載の汚泥燃焼方法。
9. 前記固形燃焼生成物を前記還元状態における燃焼時に供給するにあたり、酸素を含有しないガスにより前記固形燃焼生成物を搬送することを更に含む、請求項７又は８に記載の汚泥燃焼方法。
10. 前記流動媒体を回収した後の生成物から前記固形燃焼生成物を回収する、請求項７〜９の何れかに記載の汚泥燃焼方法。

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