JP2602612B2 - 廃棄物粉粒体の流動床式焼却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、廃棄物粉粒体の流動床
式焼却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術、背景および発明が解決しようとする課
題】下水等の排水を処理した際に発生する汚泥は、脱水
してケーキとした後、最終処分のために焼却されること
が多い。この場合の焼却炉としては、多段炉または流動
床炉が一般的に使用されている。

【０００３】ところで、多段炉または流動床炉で汚泥を
焼却する際、従来は補助燃料（例えば重油）を使用する
ことが行われていたが、この補助燃料の節減（省エネル
ギー）対策として、最近では焼却炉で発生する高温排ガ
スの顕熱を利用して原料の汚泥ケーキの一部を乾燥する
方法が普及し、これによって汚泥の自燃焼却も珍しくな
くなりつつある。

【０００４】上記の省エネルギー対策としての『原料汚
泥ケーキの一部乾燥』は、焼却炉の排ガスの顕熱利用に
よって原料汚泥ケーキの一部を乾燥して水分を除去する
ことにより、焼却炉に投入する汚泥の全体としての水分
量を低減して補助燃料を減じるという理論に基づくもの
である。もともと、汚泥には有機成分が多量に含まれて
おり、この有機成分は発熱量を有する燃料的成分でもあ
るため、補助燃料を減じていってそれがゼロになって
も、予備乾燥を適切に行えば、汚泥自身の燃料的成分
（有機成分）で自燃燃焼を十分維持することも可能であ
る。

【０００５】さて、汚泥を乾燥する場合は、乾燥技術
上、汚泥ケーキを一気に乾粉にまで乾燥してしまう方が
容易である。というのは、汚泥は通常含水率が７５〜８
０％程度であるが、これを乾粉にならない状態の３０〜
５０％程度の含水率（半乾き）にすると、非常に粘着性
に富んだ性状となり、その取扱いが非常に厄介だからで
ある。すなわち、一般的に含水率が７５〜８０％程度の
汚泥ケーキを４０％程度の中間的な含水率に乾燥させる
ことは技術的に難点を生じる結果となり、一気に含水率
２０％程度以下の乾粉にまで乾燥する方が技術的障害は
少ないといえる。このため、上記したように、焼却前の
予備処理として汚泥をある程度乾燥させる場合も、汚泥
ケーキの一部を一旦乾粉にまで乾燥してその乾粉を原ケ
ーキと混合し、混合汚泥の平均含水率を３０〜５０％程
度に調整して焼却炉に投入する方法が一般的に行われて
いる。このような部分乾燥方式は、従来の多段炉や流動
床炉が本来塊状または粒状の物質を対象とした焼却炉で
あり、汚泥を完全に（含水率２０％程度以下に）乾燥し
て乾粉にしてしまうと、炉内に装入しても炉内空間に舞
い上がって安定な燃焼を維持できないという特性を有す
る点からも、一般的に採用されているということができ
る。すなわち、炉内への投入汚泥の性状は、上記したよ
うに乾粉と原ケーキとを混合した、塊状のものにする必
要があったのである。

【０００６】従来は、以上詳述した焼却炉排ガス顕熱に
よる汚泥の部分乾燥が、焼却炉設備全体としての熱収支
バランスにも丁度適合していた。すなわち、補助燃料量
を最小限度乃至はゼロ（自燃）として焼却炉を運転した
場合の排ガス顕熱量で汚泥の一部（全量の５０％程度が
多い）を乾粉にまで乾燥し、この乾粉を残りの原料汚泥
と混合して塊状状態で焼却炉に投入していたのである。

【０００７】しかるに、近年の汚泥ケーキは、脱水技術
の向上による含水率の低下と汚泥中の有機成分比率の増
大によって、その燃料的性状（発熱量）が著しく高くな
ってきている。このような汚泥ケーキの性状の変化によ
って従来の焼却炉熱収支バランスがくずれ、補助燃料量
をゼロとした場合でも焼却炉排ガスの顕熱で汚泥全量を
乾粉にまで乾燥することが可能になり、さらにはそれで
も熱が余剰になるというような状況となりつつある。と
ころが、上記したように、従来の多段炉や流動床炉で
は、炉の特性上、汚泥ケーキの全量乾粉化は不可能なの
で、近年の高発熱量汚泥の焼却は、焼却炉にとって大き
な重荷となっている。そのため、焼却炉に乾燥設備が付
設されていながら乾燥設備への負荷を大幅に低減した
り、また空気比を高めて冷却用の空気を導入したり、燃
焼量を低負荷にするといった運転調整を余儀なくされて
いる。換言すれば、従来の多段炉や流動床炉では、近年
の汚泥ケーキの高発熱量化を十分に活かしきれないので
ある。

【０００８】かかる粉体燃料の燃焼装置としては、特開
昭５７−３７６０６号公報に開示されたものが公知であ
る（図２参照）。ところが、この燃焼装置は、粉体燃料
の燃焼時に発生するガスの無公害化を図るために、粉体
の粒径を粗粒と細粒に分級し、燃焼炉３１の下段のノズ
ル３２から炉内に供給される粗粒燃料を１次空気口３３
から供給される空気で１次燃焼し、次いで、上段のノズ
ル３４から炉内に細粒燃料を供給して２次燃焼し、さら
に、上段の２次空気口３５から供給される２次空気で３
次燃焼し、これらの多段燃焼により燃焼時に発生するガ
スの無公害化を達成せんとするものである。上記公報に
開示された燃焼装置も炉体下部に円錐体部３６を有して
いるが、この炉体下部に形成された円錐体部３６は炉内
で発生するクリンカー等をこの円錐体部３６に沿って下
方に押し下げ、単に炉底の開口３７より炉外に排出する
ためのものである。すなわち、図２の装置が燃焼対象と
する粉体は燃料であって、寸法粒度・組成等の性状が均
質であるから、ガス流れに特別の工夫を施さなくても良
好な燃焼を遂行することが可能である。本発明も図２の
装置と同じく粉体を燃焼対象とするとはいえ、粒度の不
揃いが宿命である汚泥乾粉を対象とするため、図２の装
置では満足に焼却することはできない。

【０００９】本発明はこのような従来の技術の有する問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、近年
の高発熱量汚泥の燃料的性状を最大限活かし、含水率２
０％以下の汚泥乾粉のみを焼却しうる、廃棄物粉粒体の
流動床式焼却方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の要旨は、空気輸送された含水率２０％以下の
粉粒体を立型焼却炉で焼却する方法であって、炉底部に
該焼却炉の燃焼排ガスと理論燃焼空気量以下の空気との
混合ガスを導入して上向きガス流を生じさせ、炉側部よ
り被焼却物質たる含水率２０％以下の粉粒体を空気流と
ともに炉内に装入し、炉底部で生じた上向きガス流中で
該粉粒体を浮遊・流動させつつ焼却する廃棄物粉粒体の
流動床式焼却方法において、炉底部を円錐体状に形成
し、炉側部より被焼却物質たる含水率２０％以下の粉粒
体を空気流とともに円錐体状の炉底部内周面に沿って旋
回させつつ炉内に装入し、円錐体状の炉底部で生じた上
向きガス流中で該粉粒体を炉内異物の生成しにくい温度
で熱分解させた後、炉内上方に設けた燃焼用空気導入口
より炉内に供給した空気で２次燃焼させることにより上
記粉粒体を焼却することを特徴とする廃棄物粉粒体の流
動床式焼却方法にある。

【００１１】

【作用】本発明の焼却方法によれば、空気流とともに円
錐体状の炉底部内周面に沿って旋回させつつ炉内に装入
した粉粒体の中で小径のものは、直ちに燃焼して、飛灰
となって排ガスとともに炉外へ排出される。また、空気
流とともに円錐体状の炉底部内周面に沿って旋回させつ
つ炉内に装入した大径粉粒体は、円錐体状の炉底部で生
じた上向きガス流にすぐには同伴せず、旋回させずに装
入した場合に比べてより長時間浮遊滞留しつつ理論燃焼
空気比が１以下で炉内異物の生成しにくい温度で熱分解
した後、炉内上方に設けた燃焼用空気導入口より炉内に
供給した空気で２次燃焼することにより焼却されるた
め、炉内上下方向各ゾーンの空気比を適正に調整するこ
とにより、各ゾーンの燃焼負荷を均一にして炉全体とし
てマイルドな燃焼を可能とし、局所高温部（ホットスポ
ット）が生じないにようすることができる。かくして、
低ＮＯｘ化を図りつつ大径粉粒体を完全に焼却すること
ができる。

【００１２】

〔乾粉の生成・輸送〕

脱水汚泥ケーキは経路９から気流乾燥機４に供給され、
この汚泥ケーキは、気流乾燥機４内で解砕され且つ熱交
換器２で間接熱交換されて経路１０を経て送給される高
温空気により含水率２０％以下に乾燥され、且つ細粒化
が図られ、かくして含水率２０％以下の汚泥乾粉が生成
される。この乾粉は経路１１中を気流にのってサイクロ
ン５まで送給され、サイクロンで捕捉された後、経路１
２により乾粉供給機７まで輸送される。この乾粉供給機
７で含水率２０％以下の汚泥乾粉は経路１３から供給さ
れる空気によって経路１４を経て乾粉装入口１５、１６
または２３まで輸送される。

【００１３】〔炉底よりの上向きガス流の生成〕 排ガス処理装置３出口より一部の排ガスは、経路１７を
経て炉底部のガス導入口１８に達する。そして、円錐体
部１ａにおいて上向きのガス流Ｆとなって炉内を上昇す
る。なお、この排ガスには適宜空気を混合することによ
り、空気比を調整することができる。

【００１４】〔燃焼用空気の導入〕 サイクロン５で粉体と分離された空気は、経路１９より
乾燥排空気除湿塔６に達して除湿され、経路２０より供
給される空気とともに経路２１を経て導入口２２より炉
内に供給される。なお、経路２０より供給される外気は
経路２６を経て熱交換器２内を通過し、経路１０に通じ
ている。

【００１５】かかる構成を有する立型焼却炉を用いて次
のようなプロセスを経て含水率２０％以下の粉粒体を焼
却することができる。装置の稼働時には、補助燃料用バ
ーナー８で重油等の燃料を燃焼し、炉内を一定温度（例
えば、約８００℃）まで昇温した後、乾粉装入口１５、
１６または２３から炉内に乾粉を装入する。この補助燃
料用バーナー８による重油の燃焼は、炉内に装入された
乾粉が自燃を開始したら、直ちに停止される。そして、
炉内に装入される乾粉の中で小径のものは、炉内に装入
されるとほとんど瞬時にして焼却が完了して飛灰となっ
て排ガスとともに炉外へ排出される。一方、比較的大径
の乾粉の燃焼が完了するには一定の時間が必要である
が、ガス導入口１８から炉内に導入される上向きのガス
流中で大径乾粉は浮遊・流動しつつ、自燃燃焼により完
全に焼却され、焼却完了後、飛灰となって排ガスととも
に炉外へ排出される。

【００１６】ところで、本発明の焼却方法の特徴とし
て、燃焼用空気は、下部のガス導入口１８、乾粉の装入
口１５、１６、２３および燃焼用空気導入口２２より炉
内に分散して供給されるので、乾粉の燃焼は、いわゆる
２段燃焼的な順次燃焼で行われる。従って、各ゾーンの
空気比を適正に調整することにより、炉内各ゾーンの燃
焼負荷を均一にして炉全体としてマイルドな燃焼を行う
ことができる。すなわち、炉底部のガス導入口１８にこ
の焼却炉の燃焼排ガスと理論燃焼空気量以下の空気との
混合ガスを導入してやや空気不足気味の燃焼を行い、炉
内上部で不足空気を補うようにし、炉全体としては空気
比１．２〜１．３の条件で燃焼を行う方法を採用するこ
とができる。このような方法を採用すれば、局所的な高
温部（ホットスポット）が生じることはなく、ＮＯｘの
発生が抑制される。また、局所的な高温部が生じにくい
ので、乾粉の溶融・凝固によるクリンカー等の炉内異物
の生成も抑制される。

【００１７】そして、乾粉の装入口２３より円錐体状の
炉底部である円錐体部１ａの内周面に沿って旋回させつ
つ乾粉を炉内に装入することにより、上記に加えてさら
に次のような利点が期待できる。すなわち、乾粉は旋回
流とともに炉内に装入されるので、導入口１８から導入
されるガスの上向き流に同伴しにくくなり、炉内での乾
粉の浮遊滞留時間をより長く確保することができる。ま
た、乾粉の焼却のために円錐体部１ａの蓄熱を利用でき
るので、より完全な焼却が期待できる。さらに、炉体下
部の還元雰囲気で熱分解されるため、燃焼灰中でのＣｒ
のような重金属の酸化が抑制され、無害な３価Ｃｒとし
て排出できる。

【００１８】乾粉の焼却完了後は、炉底のバルブ２４を
開いて開口２５より炉内の異物を炉外へ排出する。

【００１９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、次の効果を奏する。

【００２０】 空気流とともに円錐体状の炉底部内周
面に沿って旋回させつつ炉内に装入した大径乾粉は、円
錐体状の炉底部で生じた上向きガス流中で熱分解した
後、炉内上方に設けた燃焼用空気導入口より炉内に供給
した空気で２次燃焼することにより焼却され、一方、小
径乾粉は炉内で直ちに焼却されて飛灰となって炉外へ排
出される。このように、汚泥乾粉の粒径に関わりなく炉
内で完全に焼却した後、炉外に排出できる。 円錐体状の炉底部内周面に沿って汚泥乾粉を炉内に
装入することにより、乾粉は旋回流とともに炉内に装入
されるので、炉底部に生じた上向きガス流に同伴しにく
く炉内での浮遊滞留時間が長くなるとともに、乾粉の焼
却のために円錐体状の炉底部の蓄熱を利用できるので、
より完全な焼却が期待できる。 汚泥乾粉の燃焼が２段燃焼的に順次に行われるた
め、炉内に局所的な高温部が生じにくく、しかも流動化
ガスが主として燃焼排ガスと空気との混合ガスであり、
酸素濃度が低いので、ＮＯｘの発生を抑制することがで
きる。 汚泥乾粉が適切な一定温度のもとで焼却されるか
ら、溶融・凝固しにくく、炉内異物が生成しにくい。 汚泥の全量を含水率２０％以下の乾粉とすること
で、焼却炉排ガス中の水分量が低減するために、排ガス
量が少なくなり、排ガス処理設備を小型化できる。例え
ば、含水率８０％の汚泥ケーキを４０％まで部分乾燥し
て炉内に装入する場合に比べて、全量を含水率１５％の
乾粉にすると、排ガス量を２０％低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物粉粒体の流動床式焼却方法を実
施することができる焼却炉を含む乾粉焼却システムの全
体構成を示す図である。

【図２】従来の粉体燃料燃焼装置の全体構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…立型焼却炉 １ａ…円錐体部 １５、１６、２３…乾粉装入口 １８…ガス導入口 ２２…燃焼用空気導入口

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−155309（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−157511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−78578（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−195109（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192504（ＪＰ，Ａ) 実公 昭50−11312（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気輸送された含水率２０％以下の粉粒
   体を立型焼却炉で焼却する方法であって、炉底部に該焼
   却炉の燃焼排ガスと理論燃焼空気量以下の空気との混合
   ガスを導入して上向きガス流を生じさせ、炉側部より被
   焼却物質たる含水率２０％以下の粉粒体を空気流ととも
   に炉内に装入し、炉底部で生じた上向きガス流中で該粉
   粒体を浮遊・流動させつつ焼却する廃棄物粉粒体の流動
   床式焼却方法において、炉底部を円錐体状に形成し、炉
   側部より被焼却物質たる含水率２０％以下の粉粒体を空
   気流とともに円錐体状の炉底部内周面に沿って旋回させ
   つつ炉内に装入し、円錐体状の炉底部で生じた上向きガ
   ス流中で該粉粒体を炉内異物の生成しにくい温度で熱分
   解させた後、炉内上方に設けた燃焼用空気導入口より炉
   内に供給した空気で２次燃焼させることにより上記粉粒
   体を焼却することを特徴とする廃棄物粉粒体の流動床式
   焼却方法。