JP3735243B2

JP3735243B2 - 廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法および装置

Info

Publication number: JP3735243B2
Application number: JP2000298921A
Authority: JP
Inventors: 一毅村橋; 功有光; 義広小野; 寿博宮谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2001191052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークスベッド式ガス化高温溶融炉一体型プロセスの廃棄物ガス化溶融炉から排出される集じん灰を処理して集じん灰中に含まれる有機ハロゲン化合物等の有機物を効率的に分解させる廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却施設から排出される集じん灰は、ばいじんと称し特別管理一般廃棄物に指定され、重金属の安定化のための中間処理対策がされてきたが、新たに集じん灰に含まれるダイオキシン類等の有機物を低減することが必要となった。
【０００３】
従来のストーカ炉、流動床炉に代表されるごみ焼却炉の集じん灰を処理対象として加熱によってダイオキシン類を低減する方法が提案されている。
【０００４】
例えば特公平６−３８８６３号公報に記載された処理方法は、ごみ焼却プラントからのフライアッシュを酸素欠乏状態の閉鎖系で２００℃から５５０℃の温度において加熱することからなり、フライアッシュに含まれる元素が触媒作用があるとしている。
【０００５】
また、別の方法として流動床ごみ焼却プラントの集じん灰を４００℃から５５０℃の温度において加熱することで、灰中のダイオキシン類を揮散させずに分解し低減できるとの報告がある（第９回環境工学総合シンポジウム’９９講演論文集ｐ１７９−１８２１９９９年６月２９日社団法人日本機械学会発行）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術のうち前者の酸素欠乏状態での加熱は、灰に含まれる未燃炭素が部分的に酸化することによるダイオキシン類のデ・ノボ合成を抑制するには有効な手段ではあるが、酸素欠乏状態としたために、ダイオキシン類の低減は脱ハロゲン化反応が主体となり、ダイオキシン類の骨格部分やダイオキシン類の生成原料である未燃炭素は酸化分解することなく残留してしまう。そのため、加熱後の冷却過程の条件によってはダイオキシン類が再合成したり、デ・ノボ合成したりするおそれがあるという課題がある。
【０００７】
また、ガス化溶融炉から排出される集じん灰は、空気雰囲気での４００℃から５５０℃の加熱によって灰中ダイオキシン類の多くがガス側へ移行する。よって、ガス化溶融炉の集じん灰は後者とは異なったメカニズムでダイオキシン類処理を行う必要がある。
【０００８】
そこで本発明はコークスベッド式ガス化高温溶融一体型プロセスの廃棄物ガス化溶融炉から排出される集じん灰を対象として加熱処理する場合に適用し、集じん灰中に含まれる有機ハロゲン化合物等の有機物を効率的に分解させる方法及び装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃棄物ガス化溶融炉から排出される集じん灰を昇温し、空気存在下４００℃〜５５０℃に温度保定処理し、ダイオキシン類をはじめとする有機ハロゲン化合物等の有機物の大部分をガス側に移行させ、ろ過式集じん機のフィルタに形成された触媒作用を有する集じん灰からなるろ過灰層と酸化分解触媒で効率的に酸化分解し、ガス側に移行せずに集じん灰に残留する少量のダイオキシン類は前記温度保定処理段階で、集じん灰中で熱分解することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において、空気流通下で廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰を加熱することによって、次の作用がある。
【００１１】
（１）集じん灰中のダイオキシン類をはじめとする有機ハロゲン化合物等の有機物を容易にガス側へ移行させ、ガス側の効率的な酸化分解機構を使って分解無害化することができる。
【００１２】
（２）集じん灰中の未燃炭素はもともと含有量が少ないことに加え空気流通下で加熱処理することで灰グラムあたりピコグラムオーダーの極微量ダイオキシン類の原料としても問題のないレベルまで燃焼分解することが出来る。
【００１３】
（３）同時に灰に残留するダイオキシン類は少量であるので、少量のダイオキシン類を対象として４００℃〜５５０℃までの温度と灰自身の触媒作用によって熱分解すれば、より低濃度まで分解無害化出来る。
【００１４】
（４）これらの加熱処理に当たってはダイオキシン類のガスへの移行や分解と同時にＣｕＣｌ_２を触媒としてＤｅａｃｏｎ反応によって生成されるＣｌ_２またはＣｌラジカルによる有機物の塩素化に伴うダイオキシン類の合成が起こり、加熱処理時のダイオキシン類の見かけの分解率を下げている。
【００１５】
２ＨＣｌ＋１／２Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ＋Ｃｌ_２
これを抑制するためにアルカリ金属やアルカリ土類金属によるＣｌの捕捉が有効であるが、なかでもＣａＣｌ_２がＮａＣｌ、ＫＣｌよりも安定であることから塩素化によるダイオキシン類の合成防止には消石灰が効果的であり、処理対象灰のＣａ／Ｃｌのモル比を少なくとも０．５以上とするように消石灰を吹込むことが有効である。
【００１６】
Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｃｌ_２→ＣａＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ＋１／２Ｏ_２
本発明では、コークスベッド式ガス化高温溶融一体化プロセスの廃棄物ガス化溶融炉から排出される集じん灰を昇温し、４００℃〜５５０℃で温度保定すると共に空気流通による酸素存在下で撹拌し、有機ハロゲン化合物などの有機物の殆どをガス側に移行させ、また、集じん灰に残留する有機ハロゲン化合物等の有機物を集じん灰自身が含有する塩化銅、塩化鉄、塩化鉛等の触媒成分の作用により熱分解する。
【００１７】
この時Ｄｅａｃｏｎ反応によって生成されるＣｌ_２またはＣｌラジカルによって有機物の塩素化によるダイオキシン類の合成があるため、これを抑制するため排ガス中のＨＣｌ、ＳＯ_Ｘを中和処理する目的で吹き込んでいる消石灰の量を、処理対象灰のＣａ／Ｃｌモル比が少なくとも０．５以上となるように吹き込むことで見かけ分解率の低下を防止できる。
【００１８】
一方、ガス側に移行した有機ハロゲン化合物等の有機物は、ろ過式集じん機に形成された、触媒作用を有する集じん灰からなるろ過灰層と、その後段に設けた酸化分解触媒に接触せることにより酸化分解させる。触媒としてはＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＭｏＯ_３等を使用する。
【００１９】
この場合、集じん灰中の有機ハロゲン化合物等の有機物は、加熱初期の段階で大部分をガス側に移行させているので、集じん灰中に残留し、灰中で加熱分解を要する量は僅かとなる。このため、集じん灰中の有機ハロゲン化合物等の有機物をより低濃度まで低減でき、また、ガス側に移行した有機ハロゲン化合物等の有機物は、３００℃以上のガス温度を維持しつつ、ろ過式集じん器に形成されたろ過灰層と接触しながら通過することに加え、酸化分解触媒と接触することにより効率的に酸化分解し、無害化できる。
【００２０】
特に、触媒作用を有する集じん灰からなるろ過灰には塩化銅、塩化鉄、塩化鉛などの酸化分解能を有する元素がヒューム状の微細な状態で濃縮してろ過層を形成するため触媒活性が高く、効率的な酸化分解が期待できる。このため灰側、ガス側の双方で効率的な分解処理ができる。
【００２１】
【実施例】
図１は本発明の分解処理装置を備えたプロセスの一実施例を示す説明図である。
【００２２】
コークスベッド式ガス化高温溶融一体化プロセスは、ごみを少量のコークス、石灰石と共に廃棄物ガス化溶融炉１に投入し、ごみとコークスの高温燃焼排ガスからの伝熱によってごみを乾燥・乾留ガス化させる方式である。
【００２３】
ごみの可燃分は、廃棄物ガス化溶融炉１内で乾燥帯、乾留帯、ソリューション反応帯、コークスとごみの高温燃焼・溶融帯を経てガス化される。ごみ中の可燃分のガス化により得られた可燃性ガスは、別途設けられた燃焼室２でガス燃焼される。
【００２４】
廃棄物ガス化溶融炉１では、乾留帯が高温でありソリューション反応が存在するため可燃分、特に炭素のガス化率が９割以上と高く、燃焼室２ではその発生ガスをガス燃焼する。
【００２５】
燃焼室２及びボイラ３、ガス温度調節器４などのガス冷却過程で沈降し回収される灰は、重金属・塩類の含有が少なく、廃棄物ガス化溶融炉１に戻され再溶融される。
【００２６】
一方、排ガスはガス温度調節器４でガス温度を１６０℃前後に冷却された後、消石灰が吹込まれたガス中のＨＣｌ、ＳＯ_Ｘが中和反応により捕捉され、集じん灰とともにバグフィルタ５にて捕集される。この消石灰吹き込み量を集じん灰中のＣａ／Ｃｌのモル比が少なくとも０．５以上となるように調整することで集じん灰の加熱の際に有機物が塩素化されることに伴うダイオキシン類の合成を抑制することが出来る。集じん灰には消石灰とＨＣｌおよびＳＯ_Ｘの中和反応物、未反応消石灰、微細ヒューム状の重金属および微量の有機ハロゲン化合物等の有機物を含有している。
【００２７】
バグフィルタ５から排出される排ガスは、誘引通風機７、排ガス再加熱器８、および触媒反応塔９を介して煙突１０から排出される。
【００２８】
バグフィルタ５の集じん灰排出コンベア１１は、集じん灰貯槽１２を介して加熱装置１３に接続されている。集じん灰貯槽１２は、集じん灰量の変動を平滑化し、集じん灰を加熱装置１３に定量供給する。加熱装置１３は、円筒横型で、集じん灰を撹拌する撹拌用パドル１４を備え、円筒の外側に集じん灰を加熱する電気ヒータ１５を備えている。
【００２９】
加熱装置１３に入った集じん灰は、撹拌用パドル１４によって撹拌されながら出口側に向かって移動しつつ昇温された後、空気流通下で４００℃〜５５０℃、好ましくは４５０℃〜５００℃で所定時間、温度保定処理された後に、加熱装置１３から排出される。排出口には出口せき１３ａを設けてもよい。集じん灰を加熱する際、空気吹き込みファン１６によって加熱装置１３内に空気を吹き込み、温度保定領域を灰流れと向流に空気を流通させ、昇温領域には、灰の流れと並流にガスを流通させる。この場合、昇温領域を流通するガスとしては予熱した空気が有効である。未燃炭素の含有が多い場合、例えば活性炭を含有する場合には、昇温領域を流通するガス量を調整することで未燃炭素を加熱源として利用できる。前記ガスの流通と集じん灰の撹拌によって、集じん灰中の殆どの有機ハロゲン化合物等の有機物をガス側に移行させる。また、集じん灰中に残留する僅かな有機ハロゲン化合物等の有機物は、集じん灰自身の触媒作用により温度保定時間の間に熱分解し無害化される。
【００３０】
集じん灰の加熱装置１３は、撹拌用パドル１４の羽根軸１４ａを中空構造とし、羽根軸１４ａの集じん灰の入口側はローターリージョイントを介してガス供給ラインに接続し、集じん灰出口近傍の羽根軸１４ａに予熱ガスの噴出ノズル１４ｂを設置することもできる。
【００３１】
加熱装置１３では、４００℃〜５５０℃の温度に保定する領域の撹拌用パドル１４は高温腐食が懸念され、その対策として羽根軸内を、水冷をすると冷却効果が大きすぎ羽根軸は低温腐食の危険があると共に加熱すべき灰が冷えること、熱ロスが大きいことが問題となるが、羽根軸内を空気冷却すると灰が冷えない状態で撹拌用パドル１４の羽根軸１４ａを冷却保護でき、また、得られた高温の予熱空気を例えば噴出ノズル１４ｂから噴出させることによって加熱装置１３内での温度保定過程の流通空気として利用することにより熱回収すれば熱ロスが少なくなる。
【００３２】
また、加熱装置１３の排ガスは、排ガス吸引ファン１７により吸引してろ過式集じん機１８を経由して触媒反応器１９を通過させる。触媒反応器１９の触媒には、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_３、Ｗ_３Ｏ、Ｍ_ＯＯ_３等を使用する。
【００３３】
ろ過式集じん機１８は、加熱装置１３の昇温過程領域と温度保定過程の境界部に設ける。加熱装置１３内の昇温過程ではガスと灰の流れ方向を並流として流し、このことによって、ガス・灰とも徐々に温度上昇するため集じん灰からガス側に移行した有機ハロゲン化合物等の有機物が灰側に再度吸着しないで済む。一方、温度保定過程及び冷却過程では、ガスと灰の流れ方向を向流として流し、集じん灰が温度降下することによるガス中の有機ハロゲン化合物等の有機物が処理灰に再吸着することを避ける。本方法によれば冷却過程での灰の顕熱回収も可能となり、加熱装置の電力消費を抑制する。以上の結果、並流と向流の両者のガスがぶつかる所、即ち昇温過程と温度保定過程の境界部に開口部を設けそれに接続するろ過式集じん機１８を介して、加熱装置１３からガスを排出することが好ましい。
【００３４】
また、前記境界部の上部ガス空間に隔壁１８ｂを設け、両者のガスが混合しないようにすることが有効である。
【００３５】
集じん灰からガス側に移行した有機ハロゲン化合物は、ろ過式集じん機１８に形成されたろ過灰層２４及び触媒反応器１９と接触させることにより、酸化分解され無害化される。
【００３６】
図２は本発明の集じん機における有機ハロゲン化合物等の有機物のろ過灰層による無害化の過程を示す説明図である。
【００３７】
加熱装置１３において加熱処理され、集じん灰からガス側に移行したガス状及び粒子状の有機ハロゲン化合物等の有機物は、ろ過式集じん機１８のフィルタ１８ａに形成されたろ過灰層２４に至る。このときガス状の有機ハロゲン化合物等の有機物は、ろ過灰層に含まれる塩化銅、塩化鉄、塩化鉛等の触媒成分と酸素の存在下で接触することにより酸化分解され無害化される。同様に粒子状の有機ハロゲン化合物等の有機物は、フィルタ１８ａのろ過灰層に一定時間保持され、前記ガス状物と同様に酸化分解され無害化される。一方、灰中に残留する有機ハロゲン化合物等の有機物は加熱と集じん灰自身の触媒作用により大部分が熱分解され無害化される。
【００３８】
加熱装置１３を出た集じん灰は、冷却装置２０で所定温度まで冷却した後、ピンミキサー２１で水及びセメントなどの重金属溶出防止剤とともに混練し、溶出防止処理をした後に、養生コンベア２２を経て、固化物ホッパ２３に貯留される。
【００３９】
集じん灰の加熱装置１３に接続する冷却装置２０には撹拌用パドルが設けられ、撹拌用パドル１４の羽根軸は水冷構造とし、灰の流れと向流に空気を吹き込みノズル２０ａを設けることができる。これにより、換気空気が高温の灰と向流に接触し、灰を冷却すると共に空気を予熱する。この予熱空気を加熱装置１３と冷却装置２０をつなぐ流路を通じて加熱装置に導入することにより熱回収すれば、加熱装置の電力消費を抑制することができる。
【００４０】
表１は本発明の処理方法によるダイオキシンの低減の結果を示し、また、図３は低減の結果をグラフ化したものである。
【００４１】
【表１】

表１及び図３から、加熱装置に供給された集じん灰中のダイオキシンを１００％としたとき、加熱により大部分がガス側に移行し、ろ過式集じん機のろ過灰層を経て触媒と接触させることにより分解している。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融炉の集じん灰を加熱し、空気存在下４００℃〜５５０℃で温度保定し、ダイオキシン類の大部分をガス側に移行させ、ろ過式集じん機のろ過灰層の触媒作用と次工程の触媒で効率的に酸化分解し、ガス側に移行せずに集じん灰中に残留する少量のダイオキシン類は、前記温度保定段階で集じん灰自身の触媒作用により熱分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分解処理装置を備えたプロセスの一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の集じん機におけるろ過灰層による有機ハロゲン化合物の無害化の過程を示す説明図である。
【図３】本発明の処理方法によるダイオキシンの低減の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：廃棄物ガス化溶融炉、２：燃焼室、３：ボイラ、４：ガス温度調節器、
５：バグフィルタ、６：消石灰、７：誘引通風機、８：排ガス再加熱機、
９：触媒反応塔、１０：煙突、１１：集じん灰排出コンベア、
１２：集じん灰貯槽、１３：加熱装置、１３ａ：出口せき、１４：撹拌用パドル、
１４ａ：羽根軸、１４ｂ：ノズル、１５：電気ヒータ、
１６：空気吹き込みファン、１７：排ガス吸引ファン、１８：ろ過式集じん機、
１８ａ：フィルタ、１８ｂ：隔壁、１９：触媒反応器、２０：冷却装置、
２０ａ：空気吹き込みノズル、２１：ピンミキサー、２２：養生コンベア、
２３：固化物ホッパ、２４：ろ過灰層

Claims

廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス中の灰をバグフィルタで捕集し、バグフィルタから排出した集じん灰を加熱し含有する有機ハロゲン化合物等の有機物を低減する方法において、
前記排出した集じん灰を加熱装置に供給し、空気存在下で４００℃〜５５０℃に昇温後温度保定して集じん灰中の有機ハロゲン化合物等の有機物をガス化し、ガスを加熱装置から排出してろ過式集じん機に導入して触媒作用を有する集じん灰からなるろ過灰層をフィルタに形成するとともに、ろ過灰層を通過させた後に触媒に接触させることにより有機ハロゲン化合物等の有機物を酸化分解することを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法。
集じん灰中のＣａ／Ｃｌ比率がモル比にて少なくとも０．５以上となるようにバグフィルタの上流に吹き込む消石灰量を調整した灰を処理することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法。
前記集じん灰を空気存在下で４００℃〜５５０℃に昇温後温度保定する際に、集じん灰の昇温過程では空気の流れと集じん灰の流れを並流とし、それ以降の集じん灰の温度保定過程では空気の流れと集じん灰の流れを向流とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理方法。
廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス中の灰をバグフィルタで捕集し、バグフィルタから排出した集じん灰を空気存在下で昇温過程で４００℃〜５５０℃に昇温後温度保定過程で温度保定する加熱装置と、
前記加熱装置に接続され、加熱装置から排出する排ガスをろ過分離するろ過灰層が形成されるフィルタを備えた集じん機と、
前記集じん機に接続され、集じん機のフィルタを通過したガスを触媒と接触させる触媒反応器とを備えたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理装置。
前記加熱装置の昇温過程と温度保定過程の境界部の開口部に前記集じん機を接続したことを特徴とする請求項４に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理装置。
前記加熱装置に設けられた撹拌用パドルの羽根軸を中空構造とし、羽根軸の集じん灰入口側はロータリジョイントを介してガス供給ラインに接続し、集じん灰出口近傍の羽根軸は羽根軸外側の灰加熱空間に直接通じるガスの噴出ノズルを設置したことを特徴とする請求項４又は５に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理装置。
前記加熱装置に集じん灰の冷却装置を接続し、冷却装置には撹拌用パドルが設けられ、撹拌用パドルの羽根軸は水冷構造とし、灰の流れと向流に換気空気を吹き込むノズルを設けたことを特徴とする請求項４、５又は６に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理装置。
前記加熱装置の昇温過程と温度保定過程の境界部に両者のガス空間を隔てる隔壁を設けたことを特徴とする請求項４、５、６又は７に記載の廃棄物ガス化溶融炉からの集じん灰の加熱処理装置。