JP3623705B2

JP3623705B2 - ごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去設備及びその除去方法

Info

Publication number: JP3623705B2
Application number: JP35717799A
Authority: JP
Inventors: 征三勝井
Original assignee: Plantec Inc
Current assignee: Plantec Inc
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001173936A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物等のごみを焼却するごみ焼却施設において、該ごみ焼却施設の排ガス中のダイオキシン類を除去する除去設備及びその除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のごみ焼却施設は、排ガス中のダイオキシン類規制値強化等により、焼却炉の出口に再燃焼室を追設するとともに、排ガス処理装置は従来の電気集じん器からバグフィルタに取替えられることとなり、その方針に基づき、新設及び既設設備改造工事が進められている。
【０００３】
そのため、排ガス処理装置に導入される排ガスの温度は、ダイオキシン類の再合成防止や濾布の耐熱温度等の制約により、以前の３００℃程度から１７０〜２００℃へと大幅に低下した。
【０００４】
この排ガス温度低下のため、外気温度が低下する時間帯及び季節には、排ガス中に含有される水分が白煙と化し、周辺住民のひんしゅくを買うため、ごみ焼却施設、特に水噴射冷却式の場合は、白煙防止装置が不可欠なものとなった。
【０００５】
図４は、従来の白煙防止装置を含むごみ焼却施設における排ガス及び空気に関する概略フローの一例を示す。
【０００６】
まず、太線で示す排ガスの流れに沿って説明する。
【０００７】
図４において、焼却炉ａ_１内における燃焼によって発生し、再燃焼室ａ_２内で未燃物を再燃焼された水分を含む８００〜９５０℃の排ガスｂ_１は、ガス冷却装置ｃによって４５０℃前後まで冷却された高温の排ガスｂ_２となり、次いで、余熱利用設備を構成する燃焼用空気予熱器ｄ_１、温水用空気予熱器ｄ_２及び白煙防止（以下、白防と略称する。）用空気加熱装置ｅに流入する。この白防用空気加熱装置ｅは、複数基（図示例では４基）の空気加熱器ｅ_１〜ｅ_４で構成されている。
【０００８】
ここで、排ガスｂ_２は、燃焼用空気予熱器ｄ_１及び温水用空気予熱器ｄ_２において、後述の熱交換を行い、３５０〜４００℃まで温度降下した排ガスｂ_３となる。
【０００９】
続いて、排ガスｂ_３は、白防用空気加熱装置ｅを通過することにより、さらに１７０〜２００℃まで減温された排ガスｂ_４となり、バグフィルタｆに導入されて、１５０〜１８０℃で相対湿度３０〜４０％の中温多湿の清浄ガスｂ_５となり、誘引通風機ｇに吸引されて混合煙道ｈに到達する。
【００１０】
次に、細い実線で示す空気の流れに沿って説明すると、燃焼用空気ｄ_１１は、押込送風機ｄ_１２により、図示しないごみピット上部から常温で吸引され、燃焼用空気予熱器ｄ_１で昇温された燃焼空気ｄ_１３となり、焼却炉ａ_１の下方から炉内に送入される。
【００１１】
また、温水用空気予熱器ｄ_２により加温された空気ｄ_２１は、温水用送風機ｄ_２２によって、温水用空気予熱器ｄ_２と温水貯槽ｄ_２３との間を循環して、温水貯槽ｄ_２３内の温水を昇温させる。
【００１２】
さらに、白防用空気送風機ｅ_１１によって吸引された、常温で湿度が低い白防冷空気ｅ_１２は、白防用空気加熱装置ｅで加熱されて１６０〜１８０℃の中温低湿の白防温空気ｅ_１３となって混合煙道ｈに送られ、上述の中温多湿の清浄ガスｂ_５と混合して、白煙が発生しない状態である相対湿度１５〜１７％の清浄ガスｊとなり、図示しない煙突から大気中に放出される。
【００１３】
一方、ごみ焼却炉内でのダイオキシン類の熱分解を助長する手段として、図５に示す特開平４−３０９７０８号公報記載のものに見られるような「火格子型ごみ焼却炉」が提案されている。
【００１４】
図５において、ホッパｋから燃焼室Ｌ内に投入されたごみｍは、乾燥火格子ｎ_１、燃焼火格子ｎ_２、後燃焼火格子ｎ_３上を順次送られて、燃焼室Ｌ内の火炎による放射熱と各火格子下から送入される一次燃焼空気ｐによって乾燥・燃焼されて、乾燥火格子ｎ_１側からの未燃ガスｑ_１と燃焼火格子ｎ_２側からの燃焼ガスｑ_２を発生し、残余は焼却灰ｒとなって図示しない灰処理装置側に排出される。
【００１５】
ここで、未燃ガスｑ_１と燃焼ガスｑ_２とからなる排ガスｑの中には、塩化水素ガスの他に一酸化炭素や炭化水素等の未燃物が含まれており、二次燃焼室ｓ内で二次燃焼させても、排ガスｑと一次燃焼空気ｐとの混合が完全に行われないために、排ガスｑ中の未燃分の減少即ち、ダイオキシン類の発生を完全に防ぐことはできない。
【００１６】
そのために、燃焼室後壁Ｌ_１に１基または複数基の二次空気供給ノズルｔを取付け、その先端の噴口ｕの方向を燃焼室前部傾斜天井部Ｌ_２に向け、二次燃焼空気ｖが燃焼室Ｌ内のゴミ層表面に沿って高速で送り込まれるように設置してある。
【００１７】
これにより、燃焼が促進され、未燃分の発生を減少させ、ダイオキシン類の発生を防止することができるとしている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す従来の白煙防止装置を含むごみ焼却施設による白煙防止方式においては、再燃焼室ａ_２において排ガス中のダイオキシン類を一旦熱分解したものの、ガス冷却装置ｃから白防用空気加熱装置ｅの間では、排ガス温度が４５０〜３５０℃であるために、ダイオキシン類の再合成現象が発生し、後続のバグフィルタ装置での除去が完全に行い難いだけでなく、排ガス温度が低いために白防用空気加熱器ｅの発生熱量に限度があり、清浄ガスｊの加熱が十分に行われていなかった。
【００１９】
また、図５に示す従来の火格子型ごみ焼却炉における二次燃焼空気ｖの噴射による燃焼室Ｌ内での排ガスの燃焼促進は、未燃分の発生を減少させることにより、二次燃焼室ｓの効果と相まって、ダイオキシン類の発生を相当程度抑止する効果があるものの、その構造上、未燃ガスｑ_１は二次燃焼室ｓ側に直進して二次燃焼空気ｖとの混合が充分に行えないために、後続の設備によっては排ガス中に残存する不燃物によるダイオキシン類の再合成が発生する恐れさえあり、システムとしては、充分なものとは言えない。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去設備は、ごみを焼却するごみ焼却施設において、燃焼室出口部に、燃焼室内で発生した未燃ガスを旋回させるとともに高温の燃焼ガスと混合させる、燃焼室内に張り出した傾斜天井部を設けるとともに、燃焼室後壁に１基または複数基の排ガス混合用の二次空気噴出手段を備えたごみ焼却炉と、ごみ焼却炉の燃焼室出口部に連設され、本体上部の高温帯に複数の伝熱管を水平に配して設置された燃焼空気加熱用の高温用空気予熱器を備えた再燃焼室と、上記高温用空気予熱器の下流に連設された高温用白煙防止空気加熱器と、上記高温用白煙防止空気加熱器に連設され、複数段の水噴射ノズル群を有するガス冷却室と、該ガス冷却室出口煙道部に設置された冷却空気吹込手段とを備えたガス冷却装置と、上記ガス冷却装置に連通され、バグフィルタと誘引通風機を備えた排ガス処理装置とで構成されたものである。
【００２１】
請求項２に係る発明のごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去方法は、ごみを焼却するごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去方法であって、ごみ焼却炉の燃焼室出口部から排出される排ガスを再燃焼室で燃焼させた後、ダイオキシン類の再合成温度以上に保ちつつ高温用空気予熱器と後続の高温用白煙防止空気加熱器とを通じてガス冷却装置に導き、当該ガス冷却装置で６３０〜８００℃から後続のバグフィルタの最適温度である１７０〜１８０℃まで一挙に低下させる一方、上記再燃焼室及び／または高温用白煙防止空気加熱器の外壁部を覆うケーシングと高温用白煙防止空気加熱器とを通って加熱された白防空気を、バグフィルタ下流の混合煙道に送入することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係るごみ焼却施設におけるダイオキシン類除去設備の全体構成を示す一部破断の概略図である。
【００２４】
図１において、１はごみ焼却炉であり、耐火物及び鋼材で構築された傾斜天井部１１を含む燃焼室１２と、乾燥火格子、燃焼火格子、後燃焼火格子、燃焼完結装置から成る火格子群１３と、火格子群１３の下方に設けられた各火格子下ホッパ１４と、燃焼室１２内に設けられた助燃バーナ１５と、燃焼室１２の外部に設置されたごみ投入用の投入ホッパ１６と、押込送風機１７を備え前記各火格子下ホッパ１４に連通された燃焼風道１８と、燃焼風道１８から分岐されて燃焼室１２の後壁から内部に挿入される１基または複数基の二次空気噴出手段１９とで構成されている。
【００２５】
２は、ごみ焼却炉１の燃焼室出口上部に設置された再燃焼室であり、下端部に再燃バーナ２１を配設した再燃室本体２２と、その上部に載置された高温用空気予熱器２３と、再燃焼室２全体の外壁部を覆う再燃室ケーシング２４と次段の高温用白煙防止空気加熱器（以下、白防加熱器と略称する。）３とを接続する高温煙道２５とで構成されている。
【００２６】
上記再燃室本体２２は、耐火物及び鋼材で構築され、外壁部構造としては二重ケーシング構造になされている。
【００２７】
上記高温用空気予熱器２３は、上下に複数段設けられた複数の基体（図示例では３基）からなり、各基体には複数の伝熱管が水平に配設されている。この高温用空気予熱器２３の伝熱管の材質は、普通鋼管に耐火物をライニングした方式または耐熱鋼材が使用されている。
【００２８】
そして、高温用空気予熱器２３の入口には、前記押込送風機１７に連通された上流側の前記燃焼風道１８が接続され、高温用空気予熱器２３の出口に下流側の前記燃焼風道１８が接続されている。
【００２９】
３は、白防加熱器であり、上記高温用空気予熱器２３と同様の構造（但し、図示例では４基の基体からなる）である白防加熱器本体３１と、該白防加熱器本体３１の外壁部を覆う白防加熱器ケーシング３２とで主体を構成している。つまり、白防加熱器本体３１の外壁部は、二重ケーシング構造になされている。
【００３０】
外部の白防送風機３３に接続された上流側の白防風道３４は白防加熱器本体３１入口に接続されるとともに、該白防風道３４の途中部から分岐した２本の吸熱風道３５と３６とは、それぞれ前記再燃室ケーシング２４と白防加熱器ケーシング３２の出入口に接続されて白防空気の一次加熱に利用されたのち、再び白防風道３４に回帰される。
【００３１】
一方、白防加熱器本体３１出口に接続され、随時使用される余熱利用手段３７を併設した下流側の白防風道３８は、後述の混合煙道５４に接続されている。
【００３２】
白防加熱器３の下流に位置するガス冷却装置４は、耐熱・耐水性の耐火物で構成されたガス冷却室４１と、該ガス冷却室４１の入口部に複数段（図示例では２段）に配設された複数の水噴射ノズル４２群と、ガス冷却室４１の出口部に連結された中温煙道４３及び、該中温煙道４３に接続された冷却空気吹込手段４４とで構成されている。
【００３３】
排ガス処理装置５は、排ガス中のはいじんを除去し、酸性有害ガスを中和し、ダイオキシン類を吸着するバグフィルタ５１と、誘引通風機５２と、清浄ガス煙道５３と、白防煙道３８が接続される混合煙道５４と、煙突５５及び、中温煙道４３に供給される中和・吸収用薬剤の供給装置５６とで構成されている。
【００３４】
なお、上述した各機器のうち高温部には、適宜保温手段が施されている。
【００３５】
次に、上述のように構成されたごみ焼却施設のダイオキシン類の除去方法について、主に図２及び図３を、必要に応じて図ｌを参照しながら説明する。
【００３６】
図２は、ごみ焼却施設における主要物質の流れを示す概略フロー図であり、図３は、各機器間の排ガス及び空気の流れと温度変化の一例を示す概略フロー図であり、破線は水系統及びごみその他の系統（該当するものには６０番台の符号を付す。）を、二重線は主空気系で一点鎖線は外被吸熱の空気系統（該当するものには７０番台の符号を付す。）を、太線はガス系統（該当するものには８０番台の符号を付す。）を示す。
【００３７】
図２及び図３において、図示しないごみ貯留設備から投入ホッパ１６に投入された生ごみ６１は、図１に示した下流側の燃焼風道１８を通じて火格子下ホッパ１４から送入される２００〜２５０℃の後述する主燃焼空気７２により火格子群１３（図１参照）上で乾燥・燃焼されて、４５０〜６００℃で未燃物を含んだ未燃ガス８１と、８５０〜９５０℃でほぼ燃焼を終えた燃焼ガス８２とを発生させ、残余は焼却灰６２となって、図示しない灰処理装置に搬出される。
【００３８】
上記未燃ガス８１は傾斜天井部１１により燃焼室１２内を旋回しながら、高温の燃焼ガス８２と混合されるとともに、図１に示した二次空気噴出手段１９を通じて高速で噴出される２００〜２５０℃の後述する二次空気７３によりさらに攪拌・混合されることにより、燃焼を促進されて次段の再燃焼室２に送られ、再燃バーナ２１の火炎により、残存する未燃物を完全に燃焼し尽くした８８０〜９５０℃の再燃ガス（排ガス）８３となって、高温用空気予熱器２３側に上昇する。以下、バグフィルタ５１を通過するまでのガスを一般に排ガスというが、ここでは説明の便宜のため各部位での排ガスを適宜に区別して説明する。
【００３９】
再燃室本体２２上に載置された高温用空気予熱器２３は、複数の伝熱管が水平に配設されており、該伝熱管が再燃ガス８３の通気抵抗となるために、再燃焼室２内での再燃ガス８３の流れを平均化させ、再燃室本体２２内での再燃焼を効率化させることができる。
【００４０】
高温用空気予熱器２３内では、上記再燃ガス８３と押込送風機１７から図１に示した上流側の燃焼風道１８を通じて送入された常温の空気とが熱交換されて、２００〜２５０℃の高温空気７１となり、火格子下ホッパ１４から供給される主燃焼空気７２と分岐された二次空気７３とがごみ焼却炉１内に送入されて生ごみ６１を燃焼させる。
【００４１】
上記熱交換を終わった再燃ガス８３は、７６０〜９００℃の高温ガス（排ガス）８４となって白防加熱器３に導入され、下記常温の空気と熱交換されて、６３０〜８００℃に低下した高温ガス（排ガス）８５となり、白防加熱器本体３１により整流されてガス冷却室４１に排出される。
【００４２】
白防送風機３３から送入された常温の主流空気７４は、図１に示した上流側の白防風道３４を通じて白防加熱器３に直接送風されるとともに、その一部の分岐空気７５が当該白防風道３４から分岐した吸熱風道３５と３６を通じてそれぞれ再燃室ケーシング２４と白防加熱器ケーシング３２とに入って再燃焼室２及び白防加熱器３の外壁部（外被）を冷却・吸熱した後、再び上流側の白防風道３４に還流されて白防加熱器３に送られ、そこで熱交換された常温の空気は、従来技術よりも７０〜９０℃も高い２５０℃の白防空気７６となって図１に示した下流側の白防風道３８を通じて混合煙道５４に送られる。
【００４３】
ガス冷却室４１に排出された熱交換後の高温ガス８５は、複数段に区分した水噴射ノズル４２群からのガス冷却水６３により、６３０〜８００℃からダイオキシン類再合成の恐れのない１９０〜２００℃まで一挙に冷却された冷却ガス（排ガス）８６となって中温煙道４３に排出され、冷却空気吹込手段４４からの冷却空気７７により更に１７０〜１８０℃まで冷却されるとともに、供給装置５６からの消石灰や活性炭等の薬剤６４を吹込まれた混合ガス（排ガス）８７となって、バグフィルタ５１に送られる。
【００４４】
ここで、水噴射ノズル４２群は、噴霧域が相互干渉しないように複数段に区分して制御されているために、上記の一挙のガス冷却を行っても、ガス冷却室４１内での結露が発生せず、バグフィルタ５１内の濾布への水分付着や煙突からの白煙排出の防止に有効である。
【００４５】
上述の一挙のガス冷却により、ダイオキシン類の再合成を阻止した混合ガス８７は、バグフィルタ５１において、含有するばいじんと塩化水素及び、少量ながら残存するダイオキシン類を、前記吹込まれた薬剤６４により濾過・中和・吸収されて清浄ガス８８となる。
【００４６】
バグフィルタで処理された１４５〜１６０℃の清浄ガス８８は、混合煙道５４において、前記白防空気７６を吹込まれて１８０〜１９０℃の中温低湿で無害な清浄排ガス８９となって、煙突５５から大気中に放出される（図ｌ参照）。
【００４７】
なお、図ｌ及び図２における高温用空気予熱器２３と白防加熱器本体３１の段数・構成等は一例を示すもので、図示以外でも差し支えない。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る発明のごみ焼却施設におけるダイオキシン類除去設備は、燃焼室出口部に傾斜天井を設けるとともに、燃焼室後壁に排ガス混合用の二次空気噴出手段を備えたごみ焼却炉と、上部に複数の伝熱管を水平に配した高温用空気予熱器を備えた再燃焼室と、高温用白煙防止空気加熱器と、複数段の水噴射ノズル群を有するガス冷却室と冷却空気吹込手段とを備えたガス冷却装置と、排ガス処理装置とが順次接続されて構成されている。
【００４９】
従って、燃焼室及び再燃焼室内での未燃ガスの混合効果が良いためにダイオキシン類の熱分解が完全に行われるだけでなく、再燃焼室と高温用白煙防止空気加熱器とが高温域に設置されているために、再燃焼室の高温用空気予熱器と高温用白煙防止空気加熱器とによる排ガスからの余熱吸収が効率よく行われ、煙突からの白煙公害を抑止する事が出来る。
【００５０】
また、請求項２に係る発明のごみ焼却施設におけるダイオキシン類除去方法は、ごみ焼却炉の燃焼室出口部から排出される燃焼ガスを再燃焼室で燃焼させた後、ダイオキシン類の再合成温度以上に保ちつつ高温用空気予熱器と後続の高温用白煙防止空気加熱器とを通じてガス冷却装置に導き、当該ガス冷却装置で後続のバグフィルタの最適温度まで一挙に低下させるために、排ガス系統内でのダイオキシン類の再合成現象が発生せず、無公害の清浄ガスを排出する事が出来るとともに、白防空気の一部を再燃焼室及び／または高温用白煙防止空気加熱器の外壁部の二重ケーシングを通すことにより、効果的に予熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去設備の全体構成を示す一部破断の概略図である。
【図２】ごみ焼却施設における主要物質の流れを示す概略フロー図である。
【図３】各機器間の排ガス及び空気の流れと温度変化の一例を示す概略フロー図である。
【図４】従来の白煙防止装置を含むごみ焼却施設における排ガス及び空気に関する概略のフロー図である。
【図５】従来の火格子型ごみ焼却炉を示す概略図である。
【符号の説明】
１ごみ焼却炉
１１傾斜天井
１９二次空気噴出手段
２再燃焼室
２３高温用空気予熱器
３高温用白煙防止空気加熱器
４ガス冷却装置
４１ガス冷却室
４２水噴射ノズル
４４冷却空気吹込手段
５排ガス処理装置
５１バグフィルタ
５２誘引通風機

Claims

ごみを焼却するごみ焼却施設において、
燃焼室出口部に、燃焼室内で発生した未燃ガスを旋回させるとともに高温の燃焼ガスと混合させる、燃焼室内に張り出した傾斜天井部を設けるとともに、燃焼室後壁に１基または複数基の排ガス混合用の二次空気噴出手段を備えたごみ焼却炉と、
ごみ焼却炉の燃焼室出口部に連設され、本体上部の高温帯に複数の伝熱管を水平に配して設置された燃焼空気加熱用の高温用空気予熱器を備えた再燃焼室と、
上記高温用空気予熱器の下流に連設された高温用白煙防止空気加熱器と、
上記高温用白煙防止空気加熱器に連設され、複数段の水噴射ノズル群を有するガス冷却室と、該ガス冷却室出口煙道部に設置された冷却空気吹込手段とを備えたガス冷却装置と、
上記ガス冷却装置に連通され、バグフィルタと誘引通風機を備えた排ガス処理装置とで構成されたことを特徴とするごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去設備。
ごみを焼却するごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去方法であって、
ごみ焼却炉の燃焼室出口部から排出される排ガスを再燃焼室で燃焼させた後、ダイオキシン類の再合成温度以上に保ちつつ高温用空気予熱器と後続の高温用白煙防止空気加熱器とを通じてガス冷却装置に導き、当該ガス冷却装置で６３０〜８００℃から後続のバグフィルタの最適温度である１７０〜１８０℃まで一挙に低下させる一方、
上記再燃焼室及び／または高温用白煙防止空気加熱器の外壁部を覆うケーシングと高温用白煙防止空気加熱器とを通って加熱された白防空気を、バグフィルタ下流の混合煙道に送入することを特徴とするごみ焼却施設におけるダイオキシン類の除去方法。