JP2634320B2 - ガススクラバーの後に後燃焼と熱回収とを行う一段焼却炉を用いたスラッジ焼却方法 - Google Patents
ガススクラバーの後に後燃焼と熱回収とを行う一段焼却炉を用いたスラッジ焼却方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は有機廃棄スラッジを焼却し、焼却で生じた排
ガスを大気中に放出する前に浄化する方法および装置に
関するものであり、特に、流動床反応装置、並流ロータ
リーキルン、火床型炉、廃棄物ボイラーまたはオーブン
等の一段焼却装置を用いたスラッジ処理に関するもので
ある。
ガスを大気中に放出する前に浄化する方法および装置に
関するものであり、特に、流動床反応装置、並流ロータ
リーキルン、火床型炉、廃棄物ボイラーまたはオーブン
等の一段焼却装置を用いたスラッジ処理に関するもので
ある。
従来の技術 廃棄スラッジの焼却は世界的に大きな問題となってい
る。一般には焼却炉でスラッジを焼却して灰とガスに
し、アフターバーナーでガスを燃焼し残留有機物および
／またはその他の不純物を分解した後にスクラバーで微
粒子と凝縮物とを除去する。
る。一般には焼却炉でスラッジを焼却して灰とガスに
し、アフターバーナーでガスを燃焼し残留有機物および
／またはその他の不純物を分解した後にスクラバーで微
粒子と凝縮物とを除去する。
焼却炉は基本的に２種類あり、１つの基本型はロータ
リーキルンや多段炉床式炉のように、導入されたスラッ
ジと燃焼ガスとが向流に流れるカウンターフローの炉で
あり、もう１つの基本型はほぼ均質なスラッジにガス流
を流してスラッジを焼却する一段式ユニットであり、流
動床反応装置、並流ロータリーキルン、単格子燃焼器ま
たは廃棄物ボイラーなどが典型として挙げられる。
リーキルンや多段炉床式炉のように、導入されたスラッ
ジと燃焼ガスとが向流に流れるカウンターフローの炉で
あり、もう１つの基本型はほぼ均質なスラッジにガス流
を流してスラッジを焼却する一段式ユニットであり、流
動床反応装置、並流ロータリーキルン、単格子燃焼器ま
たは廃棄物ボイラーなどが典型として挙げられる。
流動床反応装置は耐火材でライニングされた単一の室
を有し、その内部ではシリカ砂、アルミナまたはセラミ
ック材料などの熱的に不活性な細かな物質ベッド（床）
がプレナム（加圧空間）上に配置された有孔金属板また
は耐火プレート上に支持されている。プレナムに導入さ
れた燃焼・流動化用の空気は有孔金属とベッドとを通っ
て上向きに流える。ベッドの体積はこの空気によって30
〜60％膨張され、微粒子の層は流動化され、激しく撹拌
されて、あたかも沸騰液体のような挙動をする。この状
態のベッドは極めて均質な温度と熱密度（thermal dens
itiy）を有している。流動化に必要なガス量はベットの
材料によって異なるが、一般には上向きのガス流を作り
出すのに必要な量すなわち空間レート（space rate）が
２〜4fpsとなるような量にする（この空間レートはガス
がベッドと同じ断面積の空の容器を通過すると仮定して
測定される）。
を有し、その内部ではシリカ砂、アルミナまたはセラミ
ック材料などの熱的に不活性な細かな物質ベッド（床）
がプレナム（加圧空間）上に配置された有孔金属板また
は耐火プレート上に支持されている。プレナムに導入さ
れた燃焼・流動化用の空気は有孔金属とベッドとを通っ
て上向きに流える。ベッドの体積はこの空気によって30
〜60％膨張され、微粒子の層は流動化され、激しく撹拌
されて、あたかも沸騰液体のような挙動をする。この状
態のベッドは極めて均質な温度と熱密度（thermal dens
itiy）を有している。流動化に必要なガス量はベットの
材料によって異なるが、一般には上向きのガス流を作り
出すのに必要な量すなわち空間レート（space rate）が
２〜4fpsとなるような量にする（この空間レートはガス
がベッドと同じ断面積の空の容器を通過すると仮定して
測定される）。
現在用いられている流動層スラッジ焼却法では、燃料
を加えて流動ベッドを予め704〜816℃（1300〜1500゜
F）にした後にスラッジをベッドの上部に投入するか、
ベッド中に噴射してベッド中で燃焼させてベッド温度を
スラッジ燃焼レベルに維持する。スラッジ燃焼温度を維
持できない場合には自動燃料供給システムを用いてベッ
ドの温度を最低限の燃焼温度に維持する。ベッドから出
てくるガスには可燃性有機物が含まれる。この可燃性有
機物はベッドの上方の自由空間（freeboard）内で燃焼
するので、自由空間温度はベッド温度よりも一般に93〜
149℃（200〜300゜F）程度高くなる。また、ベッドおよ
び／または自由空間が過熱される危険を避けるために水
を散布したり、湿ったガスまたは空気を散布して温度を
制御している。灰、その他のガスに随伴した粒子は排出
ガス流と一緒に炉から出ることになる。
を加えて流動ベッドを予め704〜816℃（1300〜1500゜
F）にした後にスラッジをベッドの上部に投入するか、
ベッド中に噴射してベッド中で燃焼させてベッド温度を
スラッジ燃焼レベルに維持する。スラッジ燃焼温度を維
持できない場合には自動燃料供給システムを用いてベッ
ドの温度を最低限の燃焼温度に維持する。ベッドから出
てくるガスには可燃性有機物が含まれる。この可燃性有
機物はベッドの上方の自由空間（freeboard）内で燃焼
するので、自由空間温度はベッド温度よりも一般に93〜
149℃（200〜300゜F）程度高くなる。また、ベッドおよ
び／または自由空間が過熱される危険を避けるために水
を散布したり、湿ったガスまたは空気を散布して温度を
制御している。灰、その他のガスに随伴した粒子は排出
ガス流と一緒に炉から出ることになる。
一般に、従来の流動炉の操作では炉から出てきたガス
流を先ず間接熱交換に導入して、流動炉に送られる流動
化燃焼空気を予備過熱し、その後にベンチュリスクラバ
ーおよび／または電気集塵器で浄化・冷却され、浄化さ
れたガスが大気中に放出される。
流を先ず間接熱交換に導入して、流動炉に送られる流動
化燃焼空気を予備過熱し、その後にベンチュリスクラバ
ーおよび／または電気集塵器で浄化・冷却され、浄化さ
れたガスが大気中に放出される。
発明が解決しようとする課題 この流動層燃焼装置は極めて有効なものであるが、ス
ラッジに重金属や低融点共融混合物（eutectics）等の
廃棄物成分が含まれている場合には運転が困難になると
いう問題がある。すなわち、ガスの最終浄化に必要な温
度よりも低い温度で炉の運転をしなければならないとい
う欠点がある。
ラッジに重金属や低融点共融混合物（eutectics）等の
廃棄物成分が含まれている場合には運転が困難になると
いう問題がある。すなわち、ガスの最終浄化に必要な温
度よりも低い温度で炉の運転をしなければならないとい
う欠点がある。
事実、ダイオキシン、ジエルドリン、PCBといった耐
熱性の有機物がスラッジ中に存在する場合には、1260℃
（2,300゜F）程度の高温に加熱する必要があるが、米国
の新しい法規制では燃焼温度を871〜982℃（1600〜1800
゜F）にすることが要求されているので、この問題は次
第に大きくなりつつある。
熱性の有機物がスラッジ中に存在する場合には、1260℃
（2,300゜F）程度の高温に加熱する必要があるが、米国
の新しい法規制では燃焼温度を871〜982℃（1600〜1800
゜F）にすることが要求されているので、この問題は次
第に大きくなりつつある。
また、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムのような低融点
共融混合物は流動床の閉塞・固化の原因となる。さら
に、低融点共融混合物が高温排出ガスに随伴する過程で
融解するとスラッグ化したり、炉壁やダクトや熱交換器
の一部に付着してしまう。この問題はパルプ工場や製紙
工場の黒液燃焼器で行われているように流動床および自
由空間の運転温度を灰の融点以下の温度にすれば解決で
きるが、黒液燃焼器の運転温度は704〜735℃（1300〜13
50゜F）であり、この温度では排出ガスを完全に酸化す
ることはできない。
共融混合物は流動床の閉塞・固化の原因となる。さら
に、低融点共融混合物が高温排出ガスに随伴する過程で
融解するとスラッグ化したり、炉壁やダクトや熱交換器
の一部に付着してしまう。この問題はパルプ工場や製紙
工場の黒液燃焼器で行われているように流動床および自
由空間の運転温度を灰の融点以下の温度にすれば解決で
きるが、黒液燃焼器の運転温度は704〜735℃（1300〜13
50゜F）であり、この温度では排出ガスを完全に酸化す
ることはできない。
一方、カドミウム、クロミウム、銅、鉛または亜鉛の
ような重金属は約704℃（1300゜F）でヒューム化（煙
化）し始め、760〜816℃（1400〜1500゜F）以上ではヒ
ューム化がひどくなる。このヒューム化は、金属が流動
中にある場合でも自由空間中がガスに随伴して存在する
場合でも、温度が高くなれば起こる。金属が一旦ヒュー
ム化すると、それをガスから除去するのは極めて困難で
ある。しかし、これを除去しないと、金属が大気中に放
出され、国または地方の大気汚染規制に違反することに
なる。
ような重金属は約704℃（1300゜F）でヒューム化（煙
化）し始め、760〜816℃（1400〜1500゜F）以上ではヒ
ューム化がひどくなる。このヒューム化は、金属が流動
中にある場合でも自由空間中がガスに随伴して存在する
場合でも、温度が高くなれば起こる。金属が一旦ヒュー
ム化すると、それをガスから除去するのは極めて困難で
ある。しかし、これを除去しないと、金属が大気中に放
出され、国または地方の大気汚染規制に違反することに
なる。
要するに、単一室式の一段炉にとって不利な状況で運
転しなければならない場合がある。
転しなければならない場合がある。
その典型的な状況は、スラッジ中にヒューム化し易い
重金属や流動床の使用を不可能にする粘着性の炭酸ナト
リウムや炭酸カリウム等の共融混合物が含まれ、しか
も、927〜1260℃（1700〜2300゜F）といった高温のガス
燃焼温度でなければ条例を満足しないような場合であ
る。
重金属や流動床の使用を不可能にする粘着性の炭酸ナト
リウムや炭酸カリウム等の共融混合物が含まれ、しか
も、927〜1260℃（1700〜2300゜F）といった高温のガス
燃焼温度でなければ条例を満足しないような場合であ
る。
このような高温では随伴する重金属がヒューム化し、
共融混合物がスラグ化して、共融混合物によって流動床
が使用不可能になるか、装置壁面にスケールが生じるの
が必至である。重金属がガスのヒュームが処理系の一部
へ排出されたり、大気中に放出された場合には、当局か
ら工場の閉鎖が命ぜられることになる。
共融混合物がスラグ化して、共融混合物によって流動床
が使用不可能になるか、装置壁面にスケールが生じるの
が必至である。重金属がガスのヒュームが処理系の一部
へ排出されたり、大気中に放出された場合には、当局か
ら工場の閉鎖が命ぜられることになる。
本発明の第１の目的は重金属のヒューム化／または共
融混合物のスラッジ化を防ぎ、しかも、ガスの後燃焼を
高温で行えるようにした一段式炉とガス浄化システムと
を用いたスラッジ処理手段および方法を提供し、スラッ
ジ処理用の一段式炉の運転を簡単にし、しかも、システ
ムから排出されるガスの品質を高い基準を満足するよう
にすることにある。
融混合物のスラッジ化を防ぎ、しかも、ガスの後燃焼を
高温で行えるようにした一段式炉とガス浄化システムと
を用いたスラッジ処理手段および方法を提供し、スラッ
ジ処理用の一段式炉の運転を簡単にし、しかも、システ
ムから排出されるガスの品質を高い基準を満足するよう
にすることにある。
本発明の他の目的は、後燃焼時の熱回収が最大で且つ
システムの全燃料消費量が最小となるような、上記スラ
ッジ処理手段の運転方法を提供することにある。
システムの全燃料消費量が最小となるような、上記スラ
ッジ処理手段の運転方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、重金属や共融混合物を、
それらが所望の高温度の後燃焼に付される前に、ガスか
ら除去するシステムとその運転方法とを提供することに
ある。
それらが所望の高温度の後燃焼に付される前に、ガスか
ら除去するシステムとその運転方法とを提供することに
ある。
本発明のさらに他の重要な目的は、共融混合物のスラ
グ化と重金属のヒューム化とが防止され、しかも、現在
のガス品質基準を全て満足するような高温でのガス燃焼
が行えるような条件で、既存の一段式炉を運天できるよ
うにする方法と手段とを提供することにある。
グ化と重金属のヒューム化とが防止され、しかも、現在
のガス品質基準を全て満足するような高温でのガス燃焼
が行えるような条件で、既存の一段式炉を運天できるよ
うにする方法と手段とを提供することにある。
課題を解決するための手段 上記およびその他の本発明の目的は、スラッジ燃焼帯
域の上部に自由空間を有し、燃焼ガスがスラッジ燃焼帯
域を通って自由空間へ上昇する形式の単一チャンバーの
炉と、スラッジ燃焼帯域および自由空間の温度をコント
ロールする手段と、自由空間からのガスをスクラビング
・冷却して微粒子、湿分、無機および有機凝縮物を除去
する手段と、こうしてコンディショニングされたガスを
排出規制値に見合った最終ガス浄化度に応じて要求され
る温度で燃焼するアフターバーターとを組合わせて用い
たシステムによって達成される。
域の上部に自由空間を有し、燃焼ガスがスラッジ燃焼帯
域を通って自由空間へ上昇する形式の単一チャンバーの
炉と、スラッジ燃焼帯域および自由空間の温度をコント
ロールする手段と、自由空間からのガスをスクラビング
・冷却して微粒子、湿分、無機および有機凝縮物を除去
する手段と、こうしてコンディショニングされたガスを
排出規制値に見合った最終ガス浄化度に応じて要求され
る温度で燃焼するアフターバーターとを組合わせて用い
たシステムによって達成される。
本発明は、単一の燃焼ベッドとその上部の自由空間の
温度とを望ましくない重金属のヒューム化および／また
は共融混合物の溶解またはスラッジ化が起こる温度より
も低い温度に維持し、その結果得られる汚れたガスを直
ちに冷却・スクラビングして重金属と共融混合物とを含
む凝縮物および随伴微粒子を除去し、その後に、ガスを
アフターバーナーを用いて予想最高温度［1260℃（2300
゜F）以上でもよい］で後燃焼して乾燥した清浄ガスと
し、この乾燥・清浄なガスを熱回収のために冷却するこ
とによって大気中に放出可能なガスになるという発見に
基づいている。
温度とを望ましくない重金属のヒューム化および／また
は共融混合物の溶解またはスラッジ化が起こる温度より
も低い温度に維持し、その結果得られる汚れたガスを直
ちに冷却・スクラビングして重金属と共融混合物とを含
む凝縮物および随伴微粒子を除去し、その後に、ガスを
アフターバーナーを用いて予想最高温度［1260℃（2300
゜F）以上でもよい］で後燃焼して乾燥した清浄ガスと
し、この乾燥・清浄なガスを熱回収のために冷却するこ
とによって大気中に放出可能なガスになるという発見に
基づいている。
発明の実施の形態 共融混合物や重金属が存在する場合には、スラッジ化
および／またはヒューム化を防ぐためにベッド温度をで
きるだけ低くし、しかも、最低の燃料供給で燃焼温度を
維持するために初期の燃焼段階での熱放出の大部分が起
こるのに十分な温度に維持する必要がある。
および／またはヒューム化を防ぐためにベッド温度をで
きるだけ低くし、しかも、最低の燃料供給で燃焼温度を
維持するために初期の燃焼段階での熱放出の大部分が起
こるのに十分な温度に維持する必要がある。
相対的に定温でベッドを運転すると、多量の揮発性可
燃性物質に重金属粒子と残留灰とが随伴した燃焼ガスが
生じる。こうして随伴した重金属はベッド温度以上の一
定温度で自由空間内でヒューム化するため、自由空間の
温度はヒューム化が起こる温度以下に保つ必要がある。
換言すれば、自由空間の温度はベッド温度付近またはそ
れ以下でなければならない。これは水、湿ったガス、空
気等の冷却媒体を用いるか、間接熱交換手段を用いて行
うことができる。ガスに随伴した物質および凝縮物は冷
却とスクラビングで除去すると27〜49℃（80〜120゜F）
の乾燥したガス流になる。こうして得られたガス流を再
加熱してコンディショニングし、その後の高温での後燃
焼に適した状態にする。
燃性物質に重金属粒子と残留灰とが随伴した燃焼ガスが
生じる。こうして随伴した重金属はベッド温度以上の一
定温度で自由空間内でヒューム化するため、自由空間の
温度はヒューム化が起こる温度以下に保つ必要がある。
換言すれば、自由空間の温度はベッド温度付近またはそ
れ以下でなければならない。これは水、湿ったガス、空
気等の冷却媒体を用いるか、間接熱交換手段を用いて行
うことができる。ガスに随伴した物質および凝縮物は冷
却とスクラビングで除去すると27〜49℃（80〜120゜F）
の乾燥したガス流になる。こうして得られたガス流を再
加熱してコンディショニングし、その後の高温での後燃
焼に適した状態にする。
1260℃（2300゜F）以上のアフターバーナーと多段式
炉とを組合わせて運転する方法は公知である。この運転
方法では、中程度の温度の湿った汚い排ガスが炉で生
じ、この排ガスを直ちに冷却・スクラビングし、その後
アフターバーナーで再加熱した後に高温でガスを浄化す
る。この運転方法では有害物質は随伴後に酸化またはヒ
ューム化せずにスクラビングによって除去されるので、
NOxの生成は最少となり、重金属のヒューム化も最少と
なる。この改良システムでは、ガスが予め冷却・スクラ
ビングされているのでアフターバーナーでの熱回収に高
効率熱交換器を使用することができ、従って、系全体の
総燃料消費量が大幅に減少する。
炉とを組合わせて運転する方法は公知である。この運転
方法では、中程度の温度の湿った汚い排ガスが炉で生
じ、この排ガスを直ちに冷却・スクラビングし、その後
アフターバーナーで再加熱した後に高温でガスを浄化す
る。この運転方法では有害物質は随伴後に酸化またはヒ
ューム化せずにスクラビングによって除去されるので、
NOxの生成は最少となり、重金属のヒューム化も最少と
なる。この改良システムでは、ガスが予め冷却・スクラ
ビングされているのでアフターバーナーでの熱回収に高
効率熱交換器を使用することができ、従って、系全体の
総燃料消費量が大幅に減少する。
本発明は上記の教訓を生かして、単一の燃焼ベッドと
その上部の自由空間とを従来法でスラッジが効率良く燃
焼する通常の温度よりも意図的に低い温度で運転したも
のである。すなわち、本発明方法では、従来より汚れた
ガスが生じ、上昇ガスに重金属や共融混合物が随伴する
が、NOxの生成および重金属のヒューム化および共融混
合物の融解は少なくなる。
その上部の自由空間とを従来法でスラッジが効率良く燃
焼する通常の温度よりも意図的に低い温度で運転したも
のである。すなわち、本発明方法では、従来より汚れた
ガスが生じ、上昇ガスに重金属や共融混合物が随伴する
が、NOxの生成および重金属のヒューム化および共融混
合物の融解は少なくなる。
本発明では、炉からのガスを高温度で後燃焼する前
に、先ずスクラビング・冷却して微粒子を除去し、約27
〜49℃（80〜120゜F）に冷却されたコンディショニング
済のガスを得る。このスクラビング・冷却処理の後に初
めてガスを排出規制を満足するように高温で後燃焼して
浄化する。ガスは既にスクラビング済みであるため蓄熱
式交換器のような高効率の熱交換器と組み合わせたシス
テムで後燃焼することができ、その後、大気中に放出す
ることができる。
に、先ずスクラビング・冷却して微粒子を除去し、約27
〜49℃（80〜120゜F）に冷却されたコンディショニング
済のガスを得る。このスクラビング・冷却処理の後に初
めてガスを排出規制を満足するように高温で後燃焼して
浄化する。ガスは既にスクラビング済みであるため蓄熱
式交換器のような高効率の熱交換器と組み合わせたシス
テムで後燃焼することができ、その後、大気中に放出す
ることができる。
後燃焼は現在の全ての規制に合った任意の高温で行え
る。現在、いくつかの自治体では後燃焼温度として871
〜982℃（1600〜1800゜F）を要求しているが、今後は規
制がさらに厳しくなるのは必至である。しかし、本発明
では、初めの冷却とスクラビングによって高温で問題に
なる物質を除去することができるので、任意の高温に対
応できる。本発明はPCB、ダイオキシン等の耐熱性の有
機物の燃焼に必要な1260℃（2300゜F）以上の高温にす
ることができる。
る。現在、いくつかの自治体では後燃焼温度として871
〜982℃（1600〜1800゜F）を要求しているが、今後は規
制がさらに厳しくなるのは必至である。しかし、本発明
では、初めの冷却とスクラビングによって高温で問題に
なる物質を除去することができるので、任意の高温に対
応できる。本発明はPCB、ダイオキシン等の耐熱性の有
機物の燃焼に必要な1260℃（2300゜F）以上の高温にす
ることができる。
簡単に言えば、本発明では、単一の燃焼帯域と、その
上部に設けられた自由空間とを、炭酸ナトリウムや炭酸
カリウムのような共融混合物が融解せずおよび／または
重金属がヒューム化しない温度で運転する。最適な温度
制御は湿ったスラッジを自由空間を通してベッド上に送
ることによって行うことができる。また、自由空間への
冷却媒体の注入を自動制御してベッドへの燃焼ガスの導
入を注意深くコントロールすることによって温度を制御
し且つNOxの生成を制御することができる。これらの対
策によってベッドと自由空間とをほど同じ温度で運転す
ることができ、後燃焼の前に微粒子と凝縮物をスクラビ
ング・冷却によって除去することができる。
上部に設けられた自由空間とを、炭酸ナトリウムや炭酸
カリウムのような共融混合物が融解せずおよび／または
重金属がヒューム化しない温度で運転する。最適な温度
制御は湿ったスラッジを自由空間を通してベッド上に送
ることによって行うことができる。また、自由空間への
冷却媒体の注入を自動制御してベッドへの燃焼ガスの導
入を注意深くコントロールすることによって温度を制御
し且つNOxの生成を制御することができる。これらの対
策によってベッドと自由空間とをほど同じ温度で運転す
ることができ、後燃焼の前に微粒子と凝縮物をスクラビ
ング・冷却によって除去することができる。
本発明では、流動化ベッドをスラッジの燃焼を維持す
るのに十分な高温で、しかし共融混合物の融点以下且つ
重金属がヒューム化する温度以下であるいはNOxが生成
する温度以下に維持する。一般に、このことはベッドが
649〜76℃（1200〜1400゜F）の低い温度範囲にあるとい
うことを意味している。例えば、黒液燃焼では流動床反
応器を649〜704℃（1200〜1300゜F）の温度で運転する
が、自由空間の温度は593〜649℃（1100〜1200゜F）に
維持しなければならない。これとは対照的に、現在の大
部分の都市スラッジ炉はベッドが704〜760℃（1300〜14
00゜F）、自由空間が843〜899℃（1550〜1650゜F）で運
転されている。
るのに十分な高温で、しかし共融混合物の融点以下且つ
重金属がヒューム化する温度以下であるいはNOxが生成
する温度以下に維持する。一般に、このことはベッドが
649〜76℃（1200〜1400゜F）の低い温度範囲にあるとい
うことを意味している。例えば、黒液燃焼では流動床反
応器を649〜704℃（1200〜1300゜F）の温度で運転する
が、自由空間の温度は593〜649℃（1100〜1200゜F）に
維持しなければならない。これとは対照的に、現在の大
部分の都市スラッジ炉はベッドが704〜760℃（1300〜14
00゜F）、自由空間が843〜899℃（1550〜1650゜F）で運
転されている。
本発明ではベッド温度を制御するとともに、自由空間
内での共融混合物の融解と重金属のヒューム化および／
またはNOxの生成を防ぐために、自由空間の温度も制御
する必要がある。これは重要な条件である。すなわち、
自由空間の温度制御を行わないと、ガスから発生する可
燃性物質が燃焼して、自由空間内のガスの温度が少なく
ともベッド温度以上に上昇してしまう。その結果、共融
混合物が溶融し、重金属がヒューム化し、NOxが生成す
る。一般に、自由空間はベッド温度の上下66℃（150゜
F）の範囲内に温度制御することができる。
内での共融混合物の融解と重金属のヒューム化および／
またはNOxの生成を防ぐために、自由空間の温度も制御
する必要がある。これは重要な条件である。すなわち、
自由空間の温度制御を行わないと、ガスから発生する可
燃性物質が燃焼して、自由空間内のガスの温度が少なく
ともベッド温度以上に上昇してしまう。その結果、共融
混合物が溶融し、重金属がヒューム化し、NOxが生成す
る。一般に、自由空間はベッド温度の上下66℃（150゜
F）の範囲内に温度制御することができる。
本発明をより容易に理解し実施できるようにするため
に、以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等
物によって解釈されなければならない。
に、以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等
物によって解釈されなければならない。
実施例 図示した焼却炉はハウジング11を有する流動床型反応
炉10であり、ハウジング11は水平な有孔炉床12によって
上部燃焼帯域と底部プレナムすなわちウィンドボックス
13とに仕切られている。炉床12上に支持された砂、その
他の不活性物質からなるベッド14の上部には自由空間
（フリーボード）16がある。この自由空間16を通って上
向きに流れたガス流は排出用導管17を通って排出された
後に下向きに流れて間接熱交換器18を通り、その後にベ
ンチュリスクラバ／冷却器部19と、電気集塵器21とへ導
かれ、最後にアフターバーナー／熱回収ステーション22
へ導入される。
炉10であり、ハウジング11は水平な有孔炉床12によって
上部燃焼帯域と底部プレナムすなわちウィンドボックス
13とに仕切られている。炉床12上に支持された砂、その
他の不活性物質からなるベッド14の上部には自由空間
（フリーボード）16がある。この自由空間16を通って上
向きに流れたガス流は排出用導管17を通って排出された
後に下向きに流れて間接熱交換器18を通り、その後にベ
ンチュリスクラバ／冷却器部19と、電気集塵器21とへ導
かれ、最後にアフターバーナー／熱回収ステーション22
へ導入される。
冷却・凝縮されたアフターバーナー／熱回収ステーシ
ョン22で再加熱されて、ガスの浄化に必要な1260℃（23
00゜F）以上の温度で後加熱され、熱回収される。こう
して得られた清浄で比較的低温のガスが大気中に放出さ
れる。
ョン22で再加熱されて、ガスの浄化に必要な1260℃（23
00゜F）以上の温度で後加熱され、熱回収される。こう
して得られた清浄で比較的低温のガスが大気中に放出さ
れる。
電気集塵器21から排出されるガスは低温で比較的乾燥
しており、凝縮物や随伴微粒子を含んでいない。このガ
スがアフターバーナーに送られて再加熱・再燃焼され
る。アフターバーナー／熱回収ステーション22はそのプ
レナム24中に適当なバーナ23を備えており、このバーナ
23にはダクト26を通って燃焼空気が導入され、適当なバ
ルブ付ダクト28を介して補助燃焼が供給される。熱はセ
ラミック蓄熱要素31と適当なバルブとダクト32、33とを
備えた高効率蓄熱式熱交換器29によって効率良く回収さ
れる。最終ガスの大気中への放出はファン34と煙突35と
によって行われる。
しており、凝縮物や随伴微粒子を含んでいない。このガ
スがアフターバーナーに送られて再加熱・再燃焼され
る。アフターバーナー／熱回収ステーション22はそのプ
レナム24中に適当なバーナ23を備えており、このバーナ
23にはダクト26を通って燃焼空気が導入され、適当なバ
ルブ付ダクト28を介して補助燃焼が供給される。熱はセ
ラミック蓄熱要素31と適当なバルブとダクト32、33とを
備えた高効率蓄熱式熱交換器29によって効率良く回収さ
れる。最終ガスの大気中への放出はファン34と煙突35と
によって行われる。
本発明方法で高効率の蓄熱式または再熱式熱交換器が
使用できるということは重要である。すなわち、本発明
では流動床から出たガスを冷却し、スクラビングした後
に燃焼するので、炉の温度を低くでき、しかも、冷却・
スクラビングによってガス中に存在する有害な共融混合
物、NOx、ヒューム化重金属を除去することができる。
使用できるということは重要である。すなわち、本発明
では流動床から出たガスを冷却し、スクラビングした後
に燃焼するので、炉の温度を低くでき、しかも、冷却・
スクラビングによってガス中に存在する有害な共融混合
物、NOx、ヒューム化重金属を除去することができる。
運転開始時には、熱交換器18を予備加熱した後に、流
動化空気をポンプ36からプレナムに導入してベッドを通
して上昇させる。バーナ37と燃料ダクト38を開いて炉の
上部入口39から導入されるスラッジを乾燥・燃焼させる
のに十分な温度までベッドを予備加熱する。最低限のベ
ッド温度を保つために、必要に応じて燃料を30からベッ
ドへ自由的に導入する。ベッドおよび自由空間の温度の
制御にはスラッジの含水量とコンシステンシー（硬さ）
を用いることができる。さらに、湿式集塵器から適当な
バルブ付きダクト41とポンプ42とを介して低温のガスを
再循環することによって追加の温度制御を行うこともで
きる。さらに必要な場合には、ポンプ／ノズル組立体43
から水を注入する。
動化空気をポンプ36からプレナムに導入してベッドを通
して上昇させる。バーナ37と燃料ダクト38を開いて炉の
上部入口39から導入されるスラッジを乾燥・燃焼させる
のに十分な温度までベッドを予備加熱する。最低限のベ
ッド温度を保つために、必要に応じて燃料を30からベッ
ドへ自由的に導入する。ベッドおよび自由空間の温度の
制御にはスラッジの含水量とコンシステンシー（硬さ）
を用いることができる。さらに、湿式集塵器から適当な
バルブ付きダクト41とポンプ42とを介して低温のガスを
再循環することによって追加の温度制御を行うこともで
きる。さらに必要な場合には、ポンプ／ノズル組立体43
から水を注入する。
ポンプ36から導入される流動化空気の大部分はダクト
44を通って熱交換器18に入り、排出口17からの593〜760
℃（1100〜1400゜F）のガスと間接熱交換されて予備加
熱される。予備加熱されたガスはダクト46を通って導入
チャンバー47に入り、次いでプレナム13へ送られる。
44を通って熱交換器18に入り、排出口17からの593〜760
℃（1100〜1400゜F）のガスと間接熱交換されて予備加
熱される。予備加熱されたガスはダクト46を通って導入
チャンバー47に入り、次いでプレナム13へ送られる。
最初の熱交換器から出た予備冷却後のガスの温度は26
0〜649℃（500〜1200゜F）である。この予備冷却後のガ
スは続いてベンチュリスクラバー19と湿式電気集塵器21
とを通って27〜49℃（80〜120゜F）になり、その大部分
はダクト33とバルブ32とを経てアフターバーナー22へ流
れる。
0〜649℃（500〜1200゜F）である。この予備冷却後のガ
スは続いてベンチュリスクラバー19と湿式電気集塵器21
とを通って27〜49℃（80〜120゜F）になり、その大部分
はダクト33とバルブ32とを経てアフターバーナー22へ流
れる。
スクラバー水中のスラリー状の灰は排出口51、52から
排出される。
排出される。
冷却後のガスは熱交換器53,54中を上下に流れる。先
ず、交換器53を下から上に流れてアフターバーナー23を
有するプレナム24へ入り、ここで燃焼されて高温、例え
ば927〜約1093℃（1700〜2000゜F）になる。こうして後
加熱された高温ガスはプレナム24から第２の交換器54を
下向きに流れて93〜177℃（200〜350゜F）に冷却され、
マニホールド55に入り、そこからファン34を通って煙突
35へ流れる。
ず、交換器53を下から上に流れてアフターバーナー23を
有するプレナム24へ入り、ここで燃焼されて高温、例え
ば927〜約1093℃（1700〜2000゜F）になる。こうして後
加熱された高温ガスはプレナム24から第２の交換器54を
下向きに流れて93〜177℃（200〜350゜F）に冷却され、
マニホールド55に入り、そこからファン34を通って煙突
35へ流れる。
流下する高温のガスによって熱交換器の蓄熱要素が所
定の温度まで加熱された時に、湿式集塵器からの低温の
ガスが加熱済みの熱交換器の蓄熱要素の中を上向きに流
れるようにバルブが切替えられ、それと同時に、アフタ
ーバーナー23からの高温のガスが別の熱交換器の冷却さ
れた蓄熱要素中を下向きに流れるようにバルブが切替え
られる。通常は、２つの熱交換器53、54のみが同時に使
用され、熱交換器56は待機している。このように、低温
のガスは熱交換器53を上向きに流れ、アフターバーナー
23で予備加熱され、低温の熱交換器54を通って流下す
る。この操作は熱交換器53が冷却され、熱交換器54が加
熱されるまで続く。最後にこの流れを逆にする。高効率
の熱交換器を用いた場合にはこの操作で燃料効率が大幅
に向上する。通常、蓄熱式熱交換器は導入した熱の90〜
95％を回収することが可能であり、復熱式熱交換器は80
〜85％まで回収することができる。この結果得られるガ
スは比較的低温［93〜149℃（200〜300゜F）］で、乾燥
しており、大気中に放出しても煙にならない。
定の温度まで加熱された時に、湿式集塵器からの低温の
ガスが加熱済みの熱交換器の蓄熱要素の中を上向きに流
れるようにバルブが切替えられ、それと同時に、アフタ
ーバーナー23からの高温のガスが別の熱交換器の冷却さ
れた蓄熱要素中を下向きに流れるようにバルブが切替え
られる。通常は、２つの熱交換器53、54のみが同時に使
用され、熱交換器56は待機している。このように、低温
のガスは熱交換器53を上向きに流れ、アフターバーナー
23で予備加熱され、低温の熱交換器54を通って流下す
る。この操作は熱交換器53が冷却され、熱交換器54が加
熱されるまで続く。最後にこの流れを逆にする。高効率
の熱交換器を用いた場合にはこの操作で燃料効率が大幅
に向上する。通常、蓄熱式熱交換器は導入した熱の90〜
95％を回収することが可能であり、復熱式熱交換器は80
〜85％まで回収することができる。この結果得られるガ
スは比較的低温［93〜149℃（200〜300゜F）］で、乾燥
しており、大気中に放出しても煙にならない。
以上のことから、本発明はスラッジを一段燃焼炉で燃
焼し、それによって生じたガスを、廃棄スラッジが低融
点共融混合物やヒューム化する重金属が存在しない場合
には一段燃焼炉の直ぐ上の自由空間で後燃焼可能な温度
で、燃焼すると溶解したり、ヒューム化するという問題
のある物質を含む場合に適用できるということは理解で
きよう。
焼し、それによって生じたガスを、廃棄スラッジが低融
点共融混合物やヒューム化する重金属が存在しない場合
には一段燃焼炉の直ぐ上の自由空間で後燃焼可能な温度
で、燃焼すると溶解したり、ヒューム化するという問題
のある物質を含む場合に適用できるということは理解で
きよう。
明細書では、燃料の添加、ガスの再循環、水の注入、
熱交換の切替えシーケンス等を制御して温度を自動制御
するシステムを用いる場合を説明したが、その詳細な説
明は不必要であろうと考えて省略した。もちろん、現在
利用可能な任意のその他の制御方法を用いることが可能
である。
熱交換の切替えシーケンス等を制御して温度を自動制御
するシステムを用いる場合を説明したが、その詳細な説
明は不必要であろうと考えて省略した。もちろん、現在
利用可能な任意のその他の制御方法を用いることが可能
である。
図面の簡単な説明 図１は本発明を採用した流動床型反応炉を有するシス
テムの図。
テムの図。
（符号の説明） 10……流動床型反応炉、14……流動床 16……自由空間、18……間接熱交換器 19……ベンチュリスクラバ／冷却器部、21……電気集塵
器 22……アフターバーナー／熱回収ステーション
器 22……アフターバーナー／熱回収ステーション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｇ 7/06 １０１ Ｆ２３Ｇ 7/06 １０１Ｂ Ｆ２３Ｌ 15/02 Ｆ２３Ｌ 15/02 (72)発明者 バチュレイ，アレン アメリカ合衆国 22108 ヴァージニア キャタルペン アルディー ロード 4005
Claims (11)
- 【請求項１】スラッジを焼却した時に生じる排ガスを燃
焼して浄化するのに必要な最高温度において好ましくな
い廃棄物質を生じるような有機廃棄物スラッジの処理方
法において、 ａ） 上記にガスを収容する自由空間を備えた燃焼器本
体で有機廃棄物スラッジを燃焼して実質的に全ての可燃
性固体を焼却し且つ随伴粒子、可燃成分、不燃成分、揮
発性物質および凝縮可能物を含む湿ったガスを生成さ
せ、この際、燃焼器本体と上部の自由空間との温度を上
記の好ましくない廃棄物質が生じる温度よりも低い温度
に維持し、 ｂ） 自由空間から排出したガスをスクラビング・冷却
して、27〜49℃（80〜120゜Ｆ）の温度範囲のコンディ
ショニング済みガスとし、 ｃ） このコンディショニングガス済みガスを燃焼によ
る浄化に必要な温度まで再加熱して清浄な高温ガスを生
成させ、 ｄ） 次いで、得られた清浄な高温ガスを冷却して大気
中に放出する各階段によって構成される方法。 - 【請求項２】燃焼器本体および自由空間の温度を649〜7
60℃（1200〜1400゜F）に維持し、コンディショニング
済みガスを予熱し、約760℃（1400゜F）以上且つ好まし
くない廃棄物が生じる温度以上で焼却する請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】好ましくない廃棄物質が732℃（1350゜F）
以上で軟化して害を及ぼす不燃性低融点共融混合物であ
り、燃焼器本体と自由空間との温度をこの物質が軟化す
る温度以下に維持する請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】燃焼器本体の温度を、燃料、スラッジ燃焼
用空気および水分の供給量を制御して維持する請求項３
に記載の方法。 - 【請求項５】自由空間内の温度を制御をするために冷却
ガスを自由空間内に注入する請求項３に記載の方法。 - 【請求項６】好ましくない廃棄物質が、燃焼器本体中で
スラッジを完全燃焼させ且つ自由空間内でガスを燃焼さ
せるのに必要な温度以下でヒューム化する有害な少なく
とも一種の重金属であり、燃焼器本体と自由空間との温
度をこの重金属がヒューム化する温度以下に維持する請
求項３に記載の方法。 - 【請求項７】燃焼器本体の温度をスラッジ、水分、燃焼
空気および補助燃料の供給量の制御で調節する請求項６
に記載の方法。 - 【請求項８】自由空間の温度を水を注入して制限する請
求項６に記載の方法。 - 【請求項９】自由空間から排出されたガスを浄化・冷却
して得た低温のコンディショニング済みガスを自由空間
へ注入して温度制御の一部分を行う請求項８に記載の方
法。 - 【請求項１０】スラッジを燃焼する単一の燃焼ベッド
（14）とこの燃焼ベッドの上部に位置する燃焼によって
生じるガスを焼却するガスを収容する自由空間（16）と
を備えた炉10と、炉に導入される燃焼空気を自由空間か
ら排出されたガスで予備加熱するための予備加熱器（1
8）と、この予備加熱器からのガスを受けて且つ浄化・
冷却したガスを大気中に放出するガススクラバー／冷却
器（21）とを含む廃棄有機スラッジを焼却し、その結果
生じた排ガスを燃焼処理するための装置において、 燃焼ベッドおよびその上部の自由空間の温度を、燃焼さ
せるスラッジに含まれる全ての共融混合物の融点以下且
つ全ての重金属のヒューム化温度以下に制限するための
温度制御手段と、 燃料供給系（28）と、燃料バーナ（23）と、ガラスクラ
バー／冷却器（21）の出口と後燃焼チャンバー（22）の
内部とを連結する第１のダクト（33）と、後燃焼チャン
バー（22）からのガスを最終的に大気中へ放出する第２
のダクト（55）と、後燃焼チャンバー（22）の手前で浄
化・冷却されたガスを予備加熱し且つ後燃焼チャンバー
から第２のダクトによって導かれるガスを大気中に放出
する手前で冷却する第１および第２ダクト（33,55）と
組合された熱交換手段（53,54,56）とを含む後燃焼チャ
ンバーによって構成されるガスの後燃焼装置（22）と、 を含むことを特徴とする、好ましくない低融点共融混合
物および／またはヒューム化重金属を含むスラッジを燃
焼する装置。 - 【請求項１１】炉（10）が単一のベットの流動床反応炉
であり、燃焼ベッドおよび自由空間の温度制御手段が水
および／またはガスを自由空間および／または燃焼ベッ
ドに選択的に注入するノズルを含む請求項10に記載の装
置。
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|---|---|---|---|
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| US335,231 | 1989-04-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04504465A JPH04504465A (ja) | 1992-08-06 |
| JP2634320B2 true JP2634320B2 (ja) | 1997-07-23 |
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|---|---|
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| AU (1) | AU624703B2 (ja) |
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| DE (1) | DE69006498T2 (ja) |
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