JP2015218929A - 流動床炉の運転方法及び流動床炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】流動床の温度が比較的低温の状態において、流動不良の発生を抑制しながら塩化水素ガスを有効に除去することが可能な流動床炉及びその運転方法を提供すること。【解決手段】炉本体（２０）内において二酸化ケイ素を主成分とする流動媒体（３０）を流動化ガスで流動化させることによって形成される流動床（３２）で塩素含有廃棄物を加熱する流動床炉（１０）の運転方法であって、流動床（３２）の温度が４５０℃〜５５０℃に維持されるように炉本体（２０）内に流動化ガスを供給する燃焼空気工程と、流動床（３２）に塩素含有廃棄物を供給する廃棄物供給工程と、流動床（３２）にナトリウムを含む薬剤を供給する薬剤供給工程と、備えること。【選択図】図１
Description
本発明は、流動床式焼却炉や流動床式ガス化炉等の流動床炉内で発生する塩化水素ガスの除去に関するものである。
従来、流動床炉を備えた廃棄物処理設備が知られている。流動床炉は、炉本体内において流動媒体が流動することによって形成される流動床で廃棄物を加熱することにより当該廃棄物からガスを取り出す炉である。この炉本体に供給される廃棄物中に塩素系プラスチック等の塩素含有廃棄物が含まれている場合、当該塩素含有廃棄物の燃焼に起因して炉本体内に塩化水素ガスが発生する。塩化水素ガスは、廃棄物処理設備における流動床炉の下流側の設備を腐食させる懸念がある。このため、炉本体内で発生するガス中から塩化水素ガスが除去されることが望まれている。例えば、特許文献１には、炉本体に脱塩剤を供給することにより可燃性ガスに含まれる塩化水素ガスを除去することが開示されている。具体的に、特許文献１には、部分燃焼炉と、部分燃焼炉内で流動媒体が流動することによって形成される流動床と、流動床に対して消石灰や生石灰等の脱塩剤を供給する脱塩剤供給手段と、を備える流動床式ガス化炉が開示されている。脱塩剤供給手段から流動床に供給された消石灰（生石灰）は、可燃性ガスに含まれる塩化水素ガスと反応し、塩化カルシウムとなる。よって、可燃性ガス中から塩化水素ガスが除去される。
上記特許文献１に記載されるように、一般に、流動床炉では、脱塩剤として、カルシウムを含むものが用いられている。この脱塩剤中のカルシウムの反応速度は、温度に大きく依存し、廃棄物を有効に燃焼可能な流動床の温度範囲である４５０℃〜７００℃では、十分な脱塩効果が得られない。
上記の温度範囲においても塩化水素ガスを有効に除去可能な脱塩剤として、ナトリウムを含む薬剤（炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウム等）が挙げられる。すなわち、ナトリウムの反応速度は、カルシウムのそれに比べて温度の影響を受けにくいため、流動床の温度が７００℃以下であっても、ナトリウムを含む薬剤は塩化水素ガスと良好に反応し、前記ガスに含まれる塩化水素ガスを有効に除去する。
しかし、脱塩剤として前記ナトリウムを含む薬剤が流動床に供給された場合、流動媒体が大粒化し、これにより流動不良を引き起こす懸念がある。具体的に、流動床炉では、流動媒体として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主成分とする珪砂が多く用いられる。このため、脱塩剤として前記ナトリウムを含む薬剤が流動床に供給された場合、珪砂とナトリウムとが反応することによって珪酸ナトリウムが生成される。これは、５５０〜６７０℃で軟化することが知られている。よって、流動床の温度が５５０℃以上の状態で当該流動床にナトリウムを含む薬剤が供給されると、流動床で生じた珪酸ナトリウムが軟化し、これが流動媒体（珪砂）の表面に付着する。そうすると、軟化した珪酸ナトリウム同士が接触することによって流動媒体が大粒化し、これにより流動不良を引き起こすおそれがある。
本発明の目的は、流動床の温度が比較的低温の状態において、流動不良の発生を抑制しながら塩素含有廃棄物の加熱時に発生する塩化水素ガスを有効に除去することが可能な流動床炉及びその運転方法を提供することである。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、炉本体内において二酸化ケイ素を主成分とする流動媒体を流動化ガスで流動化させることによって形成される流動床で塩素含有廃棄物を加熱する流動床炉の運転方法であって、前記流動床の温度が４５０℃〜５５０℃に維持されるように前記炉本体内に前記流動化ガスを供給する燃焼空気供給工程と、前記流動床に前記塩素含有廃棄物を供給する廃棄物供給工程と、前記流動床にナトリウムを含む薬剤を供給する薬剤供給工程と、備える運転方法を提供する。
本運転方法では、塩素含有廃棄物が流動床で加熱された際に発生する塩化水素ガスがナトリウムを含む薬剤によって有効に除去され、しかも流動床の温度が４５０℃〜５５０℃に維持されるので、流動媒体中の二酸化ケイ素とナトリウムとの反応によって生じる珪酸ナトリウムの軟化が抑制される。よって、流動媒体の大粒化が抑制され、これにより流動不良の発生が抑制される。すなわち、本運転方法では、流動床の温度が比較的低温の５５０℃以下の状態において、流動不良の発生が抑制されながら塩化水素ガスが有効に除去される。
この場合において、前記薬剤供給工程では、前記薬剤として、前記流動床で前記塩素含有廃棄物が加熱されることによって生じるガスの前記炉本体のフリーボード部での流速よりも大きな終末速度となる粒径を有するものを供給することが好ましい。
このようにすれば、前記薬剤が流動床に到達する前に当該薬剤の粒子が前記ガスに随伴されて炉本体外へ飛散することが抑制される。このため、薬剤の粒子がより確実に流動床に取り込まれ、当該粒子が流動床において塩化水素ガスと反応するので、当該塩化水素ガスが一層有効に除去される。なお、前記ガスのフリーボード部での流速は、フリーボード部での前記ガスの体積流量を当該フリーボード部の断面積で除することにより算出される。また、前記薬剤の終末速度は、前記薬剤の粒径、前記薬剤の密度、前記ガスの密度及び前記ガスの粘性係数に基づいて算出される。
また、本運転方法において、前記流動床で前記塩素含有廃棄物が加熱された際に発生する塩化水素ガスの濃度を測定するガス濃度測定工程をさらに備え、前記薬剤供給工程では、前記濃度が予め設定された基準値となるように前記薬剤の供給量を制御しながら当該薬剤を供給することが好ましい。
この方法における薬剤供給工程では、前記塩化水素ガスの濃度が前記基準値となるように、すなわち流動床で発生した塩化水素ガスのうち前記基準値を超えた分が除去されるように薬剤の供給量を制御しながら当該薬剤を供給するので、前記薬剤の過剰供給が抑制される。流動床中のナトリウム濃度が増加すると、流動不良が生じやすくなることから、薬剤の過剰供給の抑制により、流動不良の発生が一層抑制される。具体的に、燃焼空気供給工程において、流動床の温度が４５０℃〜５５０℃となるように流動化ガスが供給されている場合であっても、流動床には部分的に５５０℃以上になる高温領域が生じ得る。その領域では珪酸ナトリウムが軟化するため、流動床に前記薬剤が過剰に供給されると、前記高温領域で流動媒体が大粒化することが懸念される。これに対し、本薬剤供給工程では、前記薬剤の過剰供給が抑制されるので、流動不良の発生が抑制される。
また、本発明において、前記流動床に供給される前記流動媒体の量、前記流動床に供給される前記薬剤の量、及び前記炉本体から抜き出される前記流動媒体及び前記薬剤の量に基づいて、前記流動床を形成する流動媒体中のナトリウムに対するケイ素のモル比を算出するモル比算出工程をさらに備え、前記薬剤供給工程では、前記モル比が１０以上となる範囲で、かつ前記濃度が前記基準値となるように前記薬剤の供給量を調整しながら当該薬剤を供給することが好ましい。
このようにすれば、流動不良の発生がより確実に抑制される。具体的に、流動床における前記高温領域では珪酸ナトリウムが軟化するため、前記モル比が１０未満の場合、換言すれば、流動床に含まれるナトリウム量が多くなり過ぎた場合、前記高温領域で流動媒体が大粒化することが懸念される。これに対し、本薬剤供給工程では、前記モル比が１０以上となる範囲で薬剤を供給するので、前記高温領域での流動媒体の大粒化が抑制され、これにより流動不良の発生が抑制される。
加えて、前記薬剤供給工程における前記薬剤の前記流動床への供給と同時に前記モル比が１０以上の流動媒体を前記流動床に供給する流動媒体供給工程をさらに備えることが好ましい。
このようにすれば、前記モル比を１０以上に維持しながらより多くの塩化水素ガスの除去が可能となる。具体的に、流動媒体供給工程では、薬剤の供給と同時に前記モル比が１０以上の流動媒体を供給するので、薬剤の供給による前記モル比の低下が抑制される。よって、前記モル比を１０以上に維持しながら薬剤の供給量をより多く確保することが可能となる。
具体的に、前記薬剤供給工程では、前記モル比が１０未満となった場合に、前記薬剤の供給量を減少させることが好ましい。
このようにすれば、仮に流動床中の前記モル比が１０未満になった場合であっても、流動不良の発生が有効に抑制される。具体的に、流動床では塩素含有廃棄物とナトリウムとの反応が繰り返し生じるので、前記モル比が１０未満となった場合に薬剤の供給量を減少させることにより、前記モル比は１０以上となるまで次第に上昇し、これにより流動不良の発生が有効に抑制される。
この場合において、前記流動媒体供給工程は、前記モル比が１０未満となった場合に、前記モル比が１０以上の流動媒体を前記流動床に供給することが好ましい。
このようにすれば、流動不良の発生がさらに抑制される。具体的に、前記モル比が１０未満となった場合に、薬剤供給工程で薬剤の供給量を減少させ、かつ流動媒体供給工程で前記モル比が１０以上の流動媒体を前記流動床に供給するので、前記モル比が早期に１０以上に上昇する。よって、流動不良の発生が抑制される。
また、本発明において、前記ガス濃度測定工程では、前記炉本体から流出したガスに含まれる煤塵量が低減された後の排ガスであって、当該排ガスに含まれる前記塩化水素ガスを除去する集塵機を通過する前の排ガスに含まれる前記塩化水素ガスの濃度を測定することが好ましい。
このようにすれば、ガスに含まれる煤塵量が低減され、かつ塩化水素ガスが実質的に除去されていない状態の排ガスに含まれる塩化水素ガスの濃度が測定されるので、炉本体内で発生した塩化水素ガスの濃度の正確な測定が可能となる。
また、本発明は、塩素含有廃棄物を加熱することにより当該塩素含有廃棄物からガスを取り出す流動床炉であって、炉本体と、前記炉本体内に収容されており、二酸化ケイ素を主成分とする流動媒体と、前記流動媒体を流動化させる流動化ガスを前記炉本体内に供給する燃焼空気供給部と、前記流動媒体が流動することによって形成される流動床の温度を検出する温度センサと、前記流動床に対して前記塩素含有廃棄物を供給する廃棄物供給部と、ナトリウムを含む薬剤を前記流動床に供給する薬剤供給部と、前記温度センサの検出値が４５０℃〜５５０℃に維持されるように前記燃焼空気供給部が供給する前記流動化ガスの供給量を制御する制御部と、を備える流動床炉を提供する。
本流動床炉では、流動床の温度が比較的低温の５５０℃以下の状態において、流動不良の発生が抑制されながら塩化水素ガスが有効に除去される。
この場合において、前記薬剤供給部は、前記薬剤として、前記ガスの前記炉本体のフリーボード部での流速よりも大きな終末速度となる粒径を有するものを供給することが好ましい。
このようにすれば、前記薬剤が流動床に到達する前に当該薬剤の粒子が前記ガスに随伴されて炉本体外へ飛散することが抑制されるため、薬剤の粒子がより確実に流動床に取り込まれる。
また、本発明において、前記流動床で前記塩素含有廃棄物が加熱された際に発生する塩化水素ガスの濃度を測定するガス濃度測定部をさらに備え、前記制御部は、前記濃度が予め設定された基準値となるように前記薬剤供給部が供給する前記薬剤の供給量を制御することが好ましい。
このようにすれば、流動不良の発生が一層抑制される。
また、本発明において、前記流動床に供給される前記流動媒体の量、前記流動床に供給される前記薬剤の量、及び前記炉本体から抜き出される前記流動媒体及び前記薬剤の量に基づいて、前記流動床を形成する流動媒体中のナトリウムに対するケイ素のモル比を算出するモル比算出工程をさらに備え、前記制御部は、前記モル比が１０以上となる範囲で、かつ前記濃度が前記基準値となるように前記薬剤供給部が供給する前記薬剤の供給量を制御することが好ましい。
このようにすれば、流動不良の発生がより確実に抑制される。
加えて、前記モル比が１０以上の流動媒体を前記流動床に供給する流動媒体供給部をさらに備え、前記制御部は、前記薬剤供給部の駆動と同時に前記流動媒体供給部を駆動することが好ましい。
このようにすれば、前記モル比を１０以上に維持しながらより多くの塩化水素ガスの除去が可能となる。
さらに、前記制御部は、前記モル比が１０未満となった場合に、前記薬剤供給部が供給する前記薬剤の供給量を減少させることが好ましい。
このようにすれば、仮に流動床中の前記モル比が１０未満になった場合であっても、流動不良の発生が有効に抑制される。
この場合において、前記制御部は、前記モル比が１０未満となったときに前記流動媒体供給部を駆動することが好ましい。
このようにすれば、前記モル比が早期に１０以上に上昇するので、流動不良の発生がさらに抑制される。
また、本発明において、前記ガス濃度測定部は、前記ガスに含まれる煤塵量を低減させる煤塵低減部の下流側であって、前記煤塵低減部から排出された排ガスに含まれる前記塩化水素ガスを除去する集塵機の上流側に設けられていることが好ましい。
このようにすれば、炉本体内で発生した塩化水素ガスの濃度の正確な測定が可能となる。
以上のように、本発明によれば、流動床の温度が比較的低温の状態において、流動不良の発生を抑制しながら塩素含有廃棄物の加熱時に発生する塩化水素ガスを有効に除去することが可能な流動床炉及びその運転方法を提供することができる。
本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の流動床炉１０を含む廃棄物処理設備１の全体構成の概略を示した図である。まず、この廃棄物処理設備１における廃棄物の処理要領について説明する。
図１に示されるように、本実施形態の廃棄物処理設備１は、流動床炉１０に加え、主に、二次燃焼室２００と、ボイラ３００と、集塵機４００と、誘引送風機５００と、煙突６００とを備えている。
この廃棄物処理設備１では、まず、廃棄物が定量的に流動床炉１０に供給される。流動床炉１０は、炉本体２０内において流動媒体３０が流動することによって形成される流動床３２で廃棄物を加熱することにより当該廃棄物からガスを取り出す炉である。ここで発生したガスは、二次燃焼室２００に導かれる。
二次燃焼室２００では、前記ガス中の未燃物の完全燃焼が行われる。この二次燃焼室２００から排出された排ガスは、ボイラ３００に導入される。
ボイラ３００では、前記排ガスを熱交換器に接触させることで当該排ガスの廃熱が回収される。前記排ガスは、ボイラ３００でその廃熱が回収された後、集塵機４００に導かれる。
集塵機４００では、ボイラ３００から流出した排ガスに含まれる塩化水素ガスやダイオキシン等が除去される。集塵機４００によって除塵された排ガスは、誘引送風機５００を経て煙突６００から排出される。
次に、本実施形態の流動床炉１０の詳細について説明する。
流動床炉１０は、炉本体２０と、流動媒体３０と、燃焼空気供給部４０と、二次燃焼空気供給部４２と、廃棄物供給部５０と、温度センサ６０と、制御部７０と、抜出装置８０と、分級装置９０と、切替部９５と、を備えている。
炉本体２０は、上下方向に長い筒状に形成されている。炉本体２０の側部には、当該炉本体２０内に廃棄物を供給するための供給口２２が形成されている。この供給口２２を通じて廃棄物供給部５０によって炉本体２０内に廃棄物が供給される。炉本体２０の底壁２４には、炉本体２０内から流動媒体３０及び廃棄物に含まれる不燃物等の混合物を排出するための排出口２６が形成されている。本実施形態では、流動媒体３０として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主成分とする珪砂が用いられている。
燃焼空気供給部４０は、炉本体２０の底壁２４から流動媒体３０に対し当該流動媒体３０を流動化させる流動化ガスを供給する。底部２４には、多数のガス噴射口をもつ分散板（図示せず）が設けられており、前記ガス噴射口を通じて供給された流動化ガスで流動媒体３０が流動することによって流動床３２が形成される。この流動床３２で廃棄物が燃焼されることによってガスが発生する。このガスは、炉本体２０内の流動床３２よりも上部に二次燃焼空気供給部４２から供給される二次燃焼空気によりフリーボード部２８で二次燃焼した後、炉本体２０の上部から当該炉本体２０外に流出し、二次燃焼室に流入する。
前記流動床３２の温度は、一定の範囲内に収まるように制御される。具体的に、流動床３２の温度が温度センサ６０によって検知され、制御部７０により、前記温度センサ６０の検出値が所定範囲に収まるように燃焼空気供給部４０が供給する流動化ガスの供給量が制御される。例えば、流動床３２の温度を高くする場合には、制御部７０は、流動化ガスの供給量を増加させる。また、制御部７０は、温度センサ３２の検出値が閾値を超えた場合に水供給部１００から流動床３２に水を供給させる。
抜出装置８０は、排出口２６を通じて炉本体２０内から混合物を抜き出す装置である。この排出装置８０は、排出口２６の下方に設けられ、この排出口２６から落下してきた混合物を分級装置９０へ送る。例えば、前記混合物は、抜出装置８０のスクリュー押し込み機によって分級装置９０へ送られる。
分級装置９０は、排出装置８０から送られてきた混合物から流動媒体３０を分離する装置である。ここで分離された流動媒体３０は、切替部９５を経由した後に図示略の循環装置によって炉本体２０内に戻される。なお、分級装置９０により分離された不燃物は、別途処理される。
切替部９５は、分級装置９０で分離された流動媒体３０を貯留するとともに、当該流動媒体３０を前記循環装置を経て炉本体２０内に戻すか流動床炉１０の系外に導出するかを切り替える。
一般に、廃棄物供給部５０から炉本体２０内に供給される廃棄物には、塩素系プラスチック等の塩素含有廃棄物が含まれる。この塩素含有廃棄物が流動床３２で加熱されると、塩化水素ガスが発生する。この塩化水素ガスは、廃棄物処理設備１のうち流動床炉１０の下流側の設備（ボイラ３００等）を腐食するおそれがある。このため、本流動床炉１０は、塩化水素ガスを有効に除去可能に構成されている。具体的に、流動床炉１０は、ナトリウムを含む薬剤を供給する薬剤供給部１１０と、塩化水素ガスの濃度を測定するガス濃度測定部１２０と、ナトリウムに対するケイ素のモル比を測定するモル比測定部１３０と、流動媒体３０を流動床３２に供給する流動媒体供給部１４０と、モル比算出部１５０と、をさらに備えている。
薬剤供給部１１０は、流動床３２に薬剤を供給する。本実施形態では、ナトリウムを含む薬剤として、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウムが用いられている。また、本実施形態では、薬剤として、フリーボード部２８におけるガスの流速（空塔速度）よりも大きな終末速度となる粒径を有するものが供給される。空塔速度は、フリーボード部２８での前記ガスの体積流量を当該フリーボード部２８の断面積で除することにより算出される。前記体積流量は、塩素含有廃棄物が流動床３２で完全燃焼した場合に生じるガスの量と、燃焼空気供給部４０によって供給される燃焼空気の量と、二次燃焼空気供給部４２によって供給される二次燃焼空気の量との和に基づいて算出される。なお、空塔速度は、炉本体２０に設けられた流速計４４によって計測されてもよい。終末速度は、薬剤の粒径、薬剤の密度、流動床３２で発生するガスの密度及び前記ガスの粘性係数に基づいて算出される。前記ガスの密度は、フリーボード部２８の圧力から推定される。この圧力は、フリーボード部２８の圧力を検知可能となるように炉本体２０に設けられた圧力センサ（図示略）によって検知される。この薬剤は、塩化水素ガスと反応することで塩化ナトリウムとなる。よって、炉本体２０内で発生した塩化水素ガスが有効に除去される。
ガス濃度測定部１２０は、ボイラ３００の下流側でかつ集塵機４００の上流側の排ガスに含まれる塩化水素ガスの濃度を測定する。この測定値は、制御部７０に送られる。ガス濃度測定部１２０として、レーザガス分析計等が挙げられる。ボイラ３００では、熱交換器を排ガスが通過するときに、排ガスに含まれる煤塵の一部が前記熱交換機に付着する。このため、排ガスがボイラ３００を通過することにより当該排ガス中の煤塵の量が低減する。すなわち、本実施形態では、ボイラ３００が「煤塵低減部」として機能する。
モル比測定部１３０は、流動媒体３０中のナトリウムに対するケイ素のモル比を測定する。このモル比の算出に用いられるナトリウム量には、薬剤供給部１１０から供給されるナトリウム量と廃棄物に含まれるナトリウム量とが含まれる。本実施形態では、モル比測定部１３０は、分級装置９０の下流側に設けられている。このため、モル比測定部１３０は、分級装置９０によって前記混合物から不燃物が取り除かれることで残った流動媒体３０中の前記モル比を測定する。このモル比の測定値は、制御部７０に送られる。なお、モル比測定部１３０は、省略されてもよい。
流動媒体供給部１４０は、前記モル比が１０以上の流動媒体を流動床３２に供給する。本実施形態では、流動媒体供給部１４０は、分級装置９０で分離された流動媒体とともに前記モル比が１０以上の流動媒体を流動床３２に供給する。
モル比算出部１５０は、流動床３２に供給される流動媒体３０の量、流動床３２に供給される前記薬剤の量、及び炉本体２０から抜き出される流動媒体３０及び薬剤の量に基づいて、前記モル比を算出する。流動床３２に供給される流動媒体３０の量は、廃棄物供給部５０から廃棄物とともに流動３２に供給される流動媒体３０の量である。なお、流動床３２に供給される流動媒体３０の量には、流動媒体供給部１４０から供給される流動媒体３０の量が加えられてもよい。流動床３２に供給される前記薬剤の量は、薬剤供給部１１０から供給される薬剤の量である。炉本体２０から抜き出される流動媒体３０及び薬剤の量は、切替部９５から流動床炉１０の系外に導出される流動媒体３０及び薬剤の量である。また、モル比の算出には、過去に測定されたデータが考慮されてもよい。このモル比の算出値は、制御部７０に送られる。
そして、制御部７０は、温度センサ６０の検出値が４５０℃〜５５０℃に維持されるように燃焼空気供給部４０が供給する流動化ガスの供給量を制御する。これは、流動床３２での廃棄物の安定的な燃焼機能を確保しながら当該流動床３２での流動不良の発生を抑制するためである。具体的に、ナトリウムを含む薬剤が流動床３２に供給された場合、流動媒体３０（珪砂）とナトリウムとが反応することによって珪酸ナトリウムが生成される。これは、５５０〜６７０℃で軟化することが知られている。よって、流動床３２の温度が５５０℃以上の状態で当該流動床３２にナトリウムを含む薬剤が供給されると、流動床３２で生じた珪酸ナトリウムが軟化し、これが流動媒体３０（珪砂）の表面に付着する。そうすると、軟化した珪酸ナトリウム同士が接触することによって流動媒体３０が大粒化し、これにより流動不良を引き起こす懸念がある。このため、本実施形態では、制御部７０は、温度センサ６０の検出値が５５０℃以下となるように燃焼空気供給部４０が供給する流動化ガスの供給量を制御する。また、制御部７０は、温度センサ３２の検出値が５５０℃を超えた場合に水供給部１００から流動床３２に水を供給させる。
さらに、制御部７０は、前記モル比が１０以上となる範囲で、かつ前記ガス濃度測定部１２０の測定値が予め設定された基準値となるように薬剤供給部１１０が供給する前記薬剤の供給量及び流動媒体供給部１４０の駆動を制御する。これは、流動床３２で発生する塩化水素ガスの有効な除去機能を確保しながら薬剤の過剰供給に起因する流動床３２での流動不良の発生を抑制するためである。具体的に、流動床３２の温度が５５０℃以下となるように燃焼空気供給部４０から流動化ガスが供給され、または水供給部１００から水が供給されている場合であっても、流動床３２のうち部分的に５５０℃以上になる高温領域が生じ得る。その領域では珪酸ナトリウムが軟化するため、流動床３２に薬剤が過剰に供給されることによって当該流動床３２が薬剤過多状態になった場合（流動床３２に含まれるナトリウム量が多くなり過ぎた場合）、前記高温領域での流動媒体３０同士の固着が進行し、流動不良が発生するおそれがある。このため、制御部７０は、塩化水素ガスの濃度が前記基準値となるように、すなわち流動床３２で発生した塩化水素ガスのうち前記基準値を超えた分が除去されるように薬剤供給部１１０が供給する薬剤の供給量を制御する。
前記薬剤過剰状態は、前記モル比が１０未満となった状態をいう。具体的に、流動床３２の温度が５５０℃以下であっても、前記モル比が１０未満になると、流動媒体３０の大粒化が進み、流動媒体３０中の固着物の割合が２％を超える。そうすると、前記固着物が存在する領域は流動しにくくなるため、流動床３２中に相対的に高温の領域と相対的に低温の領域とが生じる。その結果、前記相対的に高温の領域で流動媒体３０同士の固着がさらに進行し、これにより流動不良が発生すると考えられる。そのため、制御部７０は、前記モル比が１０以上となる範囲で、かつ前記濃度が前記基準値となるように薬剤供給部１１０及び流動媒体供給部１４０を制御する。すなわち、制御部７０は、前記モル比が図２の範囲Ｓ１内に収まるように薬剤供給部１１０及び流動媒体供給部１４０を制御する。なお、図２の範囲Ｓ２は、流動不良の発生が懸念される領域である。以下、制御部７０の具体的な制御内容を図３を参照しながら説明する。
まず、制御部７０は、ガス濃度測定部１２０の測定値（塩化水素ガスの濃度）を受信する（ステップＳＴ１０）。そして、前記濃度が基準値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。
その結果、前記濃度が基準値以下の場合（ステップＳＴ１１でＮＯ）、前記濃度が基準値と等しいか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。この結果、前記濃度と基準値とが等しくない場合（ステップＳＴ１２でＮＯ）、すなわち前記濃度が基準値よりも小さい場合、薬剤供給部１１０が供給する薬剤の供給量を減らし（ステップＳＴ１３）、ステップＳＴ１０に戻る。一方、前記濃度が基準値と等しい場合（ステップＳＴ１２でＹＥＳ）、薬剤供給部１１０が供給する薬剤の供給量を維持し（ステップＳＴ１４）、ステップＳＴ１０に戻る。
前記ステップＳＴ１１でＹＥＳの場合、モル比算出部１５０の算出値（前記モル比）を受信し、これが１０以下か否かを判定する（ステップＳＴ１５）。この結果、前記モル比が１０より大きい場合（ステップＳＴ１５でＮＯ）、薬剤供給部１１０が供給する薬剤の供給量を増やし（ステップＳＴ１６）、ステップＳＴ１０に戻る。一方、前記モル比が１０以下の場合、前記モル比が１０であるか否かを判定する（ステップＳＴ１７）。
この結果、前記モル比が１０より小さい場合（ステップＳＴ１７でＮＯ）、薬剤供給部１１０が供給する薬剤の供給量を減らす（ステップＳＴ１８）。その後、流動媒体供給部１４０を駆動し（ステップＳＴ１９）、ステップＳＴ１０へ戻る。一方、ステップＳＴ１７でＹＥＳの場合、すなわち前記モル比が１０の場合、薬剤供給部１１０が供給する薬剤の供給量を維持し（ステップＳＴ２０）、ステップＳＴ１０へ戻る。なお、制御部７０は、必要に応じて、モル比測定値１３０の測定値に基づいて薬剤の供給量や流動媒体３０の供給量を調整してもよい。
制御部７０は、上記の制御中において、薬剤供給部１１０の駆動と同時に流動媒体供給部１４０も駆動する。
以上説明したように、本実施形態の流動床炉１０の運転方法では、流動床３２の温度が４５０℃〜５５０℃に維持され、かつ薬剤の過剰供給が抑制されるので、流動床３２の温度が比較的低温の５５０℃以下の状態において、流動不良の発生が抑制されながら塩化水素ガスが有効に除去される。塩化水素ガスが有効に除去されることにより、流動床１０の後段に配置されたボイラ３００の腐食が抑えられる可能性がある。
また、上記実施形態では、薬剤供給部１１０は、薬剤として、流動床３２で塩素含有廃棄物が加熱されることによって生じるガスのフリーボード部２８での流速よりも大きな終末速度となる粒径を有するものを供給する。よって、薬剤が流動床３２に到達する前に当該薬剤の粒子が前記ガスに随伴されて炉本体２０外へ飛散することが抑制される。このため、薬剤の粒子がより確実に流動床３２に取り込まれ、当該粒子が流動床３２において塩化水素ガスと反応するので、当該塩化水素ガスが一層有効に除去される。
また、上記実施形態では、前記モル比が１０以上となる範囲で薬剤が供給されるので、流動不良の発生がより確実に抑制される。
また、上記実施形態では、薬剤の流動床３２への供給と同時に前記モル比が１０以上の流動媒体が流動床３２に供給されるので、前記モル比を１０以上に維持しながらより多くの塩化水素ガスの除去が可能となる。具体的に、薬剤の供給と同時に前記モル比が１０以上の流動媒体３０が供給されることにより、薬剤の供給による前記モル比の低下が抑制される。よって、前記モル比を１０以上に維持しながら薬剤の供給量をより多く確保することが可能となる。
また、上記実施形態では、前記モル比が１０未満となった場合、すなわち、流動床３２が前記薬剤過剰状態になった場合に、薬剤の供給量を減少させるので、流動不良の発生が有効に抑制される。具体的に、流動床３２では塩素含有廃棄物とナトリウムとの反応が繰り返し生じるので、前記モル比が１０未満となった場合に薬剤の供給量を減少させることにより、前記モル比は１０以上となるまで次第に上昇し、これにより流動不良の発生が有効に抑制される。
また、上記実施形態では、前記モル比が１０未満となった場合に、前記モル比が１０以上の流動媒体を流動床３２に供給するので、流動不良の発生がさらに抑制される。具体的に、前記モル比が１０未満となった場合に、薬剤の供給量を減少させ、かつ前記モル比が１０以上の流動媒体３０を流動床３２に供給するので、前記モル比が早期に１０以上に上昇する。
また、本実施形態では、ボイラ３００の下流側でかつ集塵機４００の上流側において前記濃度が測定される。つまり、ガスに含まれる煤塵量が低減され、かつ塩化水素ガスが実質的に除去されていない状態の排ガスに含まれる塩化水素ガスの濃度が測定されるので、炉本体２０内で発生した塩化水素ガスの濃度が正確に測定される。
ここで、ナトリウムを含む薬剤の脱塩効果とカルシウムを含む薬剤の脱塩効果とを、図４を参照しながら説明する。
図４に示されるように、ナトリウムを含む薬剤（炭酸ナトリウム）は、流動床３２の温度が４００℃〜８００℃の範囲において非常に高い脱塩効果を有しており、その反動速度の温度依存性も極めて小さいことが分かる。一方、カルシウムを含む薬剤（炭酸カルシウム）は、流動床３２の温度が４００℃〜８００℃のすべての範囲でナトリウムを含む薬剤よりも脱塩効果が低く、しかもその反応速度の温度依存性も非常に大きいことが分かる。特に、６００℃以上の範囲では、実質的に脱塩効果は得られない。換言すれば、本実施形態では、薬剤としてナトリウムを含むものが用いられるため、流動床３２の温度が４５０℃〜５５０℃のすべての範囲において非常に高い脱塩効果を得ることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、上記実施形態では、ボイラ３００と集塵機４００との間にガス濃度測定部１２０が設けられた例が説明されたが、ガス濃度測定部１２０は、二次燃焼室２００とボイラ３００との間に設けられてもよい。このようにすれば、炉本体２０により近い位置で塩化水素ガスの濃度が測定されるので、制御部７０による制御速度が大きくなる。あるいは、ガス濃度測定部１２０は、集塵機４００と誘引送風機５００との間に設けられてもよい。このようにすれば、既設のガス濃度測定部、つまり集塵機４００から排出された排ガスに含まれる塩化水素ガスの濃度を測定するためのガス濃度測定部の流用が可能となる。
１ 廃棄物処理設備
１０ 流動床炉
２０ 炉本体
３０ 流動媒体
３２ 流動床
４０ 燃焼空気供給部
５０ 廃棄物供給部
６０ 温度センサ
７０ 制御部
９５ 切替部
１１０ 薬剤供給部
１２０ ガス濃度測定部
１３０ モル比測定部
１４０ 流動媒体供給部
１５０ モル比算出部
２００ 二次燃焼室
３００ ボイラ（煤塵低減部）
４００ 集塵機
５００ 誘引送風機
６００ 煙突
１０ 流動床炉
２０ 炉本体
３０ 流動媒体
３２ 流動床
４０ 燃焼空気供給部
５０ 廃棄物供給部
６０ 温度センサ
７０ 制御部
９５ 切替部
１１０ 薬剤供給部
１２０ ガス濃度測定部
１３０ モル比測定部
１４０ 流動媒体供給部
１５０ モル比算出部
２００ 二次燃焼室
３００ ボイラ（煤塵低減部）
４００ 集塵機
５００ 誘引送風機
６００ 煙突
Claims (16)
- 炉本体内において二酸化ケイ素を主成分とする流動媒体を流動化ガスで流動化させることによって形成される流動床で塩素含有廃棄物を加熱する流動床炉の運転方法であって、
前記流動床の温度が４５０℃〜５５０℃に維持されるように前記炉本体内に前記流動化ガスを供給する燃焼空気供給工程と、
前記流動床に前記塩素含有廃棄物を供給する廃棄物供給工程と、
前記流動床にナトリウムを含む薬剤を供給する薬剤供給工程と、備える運転方法。 - 請求項１に記載の流動床炉の運転方法において、
前記薬剤供給工程では、前記薬剤として、前記流動床で前記塩素含有廃棄物が加熱されることによって生じるガスの前記炉本体のフリーボード部での流速よりも大きな終末速度となる粒径を有するものを供給する運転方法。 - 請求項１又は２に記載の流動床炉の運転方法において、
前記流動床で前記塩素含有廃棄物が加熱された際に発生する塩化水素ガスの濃度を測定するガス濃度測定工程をさらに備え、
前記薬剤供給工程では、前記濃度が予め設定された基準値となるように前記薬剤の供給量を制御しながら当該薬剤を供給する運転方法。 - 請求項３に記載の流動床炉の運転方法において、
前記流動床に供給される前記流動媒体の量、前記流動床に供給される前記薬剤の量、及び前記炉本体から抜き出される前記流動媒体及び前記薬剤の量に基づいて、前記流動床を形成する流動媒体中のナトリウムに対するケイ素のモル比を算出するモル比算出工程をさらに備え、
前記薬剤供給工程では、前記モル比が１０以上となる範囲で、かつ前記濃度が前記基準値となるように前記薬剤の供給量を調整しながら当該薬剤を供給する運転方法。 - 請求項４に記載の流動床炉の運転方法において、
前記薬剤供給工程における前記薬剤の前記流動床への供給と同時に前記モル比が１０以上の流動媒体を前記流動床に供給する流動媒体供給工程をさらに備える運転方法。 - 請求項５に記載の流動床炉の運転方法において、
前記薬剤供給工程では、前記モル比が１０未満となった場合に、前記薬剤の供給量を減少させる運転方法。 - 請求項６に記載の流動床炉の運転方法において、
前記流動媒体供給工程は、前記モル比が１０未満となった場合に、前記モル比が１０以上の流動媒体を前記流動床に供給する運転方法。 - 請求項３ないし７のいずれかに記載の流動床炉の運転方法において、
前記ガス濃度測定工程では、前記炉本体から流出したガスに含まれる煤塵量が低減された後の排ガスであって、当該排ガスに含まれる前記塩化水素ガスを除去する集塵機を通過する前の排ガスに含まれる前記塩化水素ガスの濃度を測定する運転方法。 - 塩素含有廃棄物を加熱することにより当該塩素含有廃棄物からガスを取り出す流動床炉であって、
炉本体と、
前記炉本体内に収容されており、二酸化ケイ素を主成分とする流動媒体と、
前記流動媒体を流動化させる流動化ガスを前記炉本体内に供給する燃焼空気供給部と、
前記流動媒体が流動することによって形成される流動床の温度を検出する温度センサと、
前記流動床に対して前記塩素含有廃棄物を供給する廃棄物供給部と、
ナトリウムを含む薬剤を前記流動床に供給する薬剤供給部と、
前記温度センサの検出値が４５０℃〜５５０℃に維持されるように前記燃焼空気供給部が供給する前記流動化ガスの供給量を制御する制御部と、を備える流動床炉。 - 請求項９に記載の流動床炉において、
前記薬剤供給部は、前記薬剤として、前記ガスの前記炉本体のフリーボード部での流速よりも大きな終末速度となる粒径を有するものを供給する流動床炉。 - 請求項９又は１０に記載の流動床炉において、
前記流動床で前記塩素含有廃棄物が加熱された際に発生する塩化水素ガスの濃度を測定するガス濃度測定部をさらに備え、
前記制御部は、前記濃度が予め設定された基準値となるように前記薬剤供給部が供給する前記薬剤の供給量を制御する流動床炉。 - 請求項１１に記載の流動床炉において、
前記流動床に供給される前記流動媒体の量、前記流動床に供給される前記薬剤の量、及び前記炉本体から抜き出される前記流動媒体及び前記薬剤の量に基づいて、前記流動床を形成する流動媒体中のナトリウムに対するケイ素のモル比を算出するモル比算出部をさらに備え、
前記制御部は、前記モル比が１０以上となる範囲で、かつ前記濃度が前記基準値となるように前記薬剤供給部が供給する前記薬剤の供給量を制御する流動床炉。 - 請求項１２に記載の流動床炉において、
前記モル比が１０以上の流動媒体を前記流動床に供給する流動媒体供給部をさらに備え、
前記制御部は、前記薬剤供給部の駆動と同時に前記流動媒体供給部を駆動する流動床炉。 - 請求項１３に記載の流動床炉において、
前記制御部は、前記モル比が１０未満となった場合に、前記薬剤供給部が供給する前記薬剤の供給量を減少させる流動床炉。 - 請求項１４に記載の流動床炉において、
前記制御部は、前記モル比が１０未満となったときに前記流動媒体供給部を駆動する流動床炉。 - 請求項９ないし１５のいずれかに記載の流動床炉において、
前記ガス濃度測定部は、前記ガスに含まれる煤塵量を低減させる煤塵低減部の下流側であって、前記煤塵低減部から排出された排ガスに含まれる前記塩化水素ガスを除去する集塵機の上流側に設けられている流動床炉。
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