JP3790431B2 - 循環流動層炉を用いた廃棄物焼却方法とその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物を焼却する循環流動層炉を用いた廃棄物焼却方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
産業廃棄物や都市ゴミ、下水汚泥等の焼却処理には、循環流動層炉が用いられる。循環流動層炉では、炉内に廃棄物とともに石灰石(CaCO 3 )や消石灰(Ca(OH)2)等の脱硫剤を投入し、炉内で脱硫・脱塩を行い、排ガス中の有害成分である硫黄酸化物(SOx)や塩化水素(HCl)を除去する技術が種々提案されている。
【0003】
かかる技術は、例えば特開平11−63458号において、脱水処理された汚泥を消石灰を添加した状態で、乾燥処理した後得られた乾燥汚泥を循環流動層炉により焼却処理し、該流動層炉から排出される排ガスの硫黄酸化物濃度を可及的に低減する技術であり、汚泥中の硫黄成分が1モルに対し、0.5〜4モルとなる比率で消石灰を汚泥に添加混合させている。
【0004】
しかしながら前記従来技術では、汚泥中の硫黄成分が1Ca/S当量比(当量比:理論的必要量の倍数)に対し、0.5〜1モル程度では硫黄酸化物が十分反応させられず、図4より明らかなように、2Ca/S当量比で脱硫率が70%、3Ca/S当量比で脱硫率が80%、4Ca/S当量比で脱硫率が90%、5Ca/S当量比で脱硫率が95%、となるために、循環流動層炉で所定の脱硫効率(80〜95%)を得るために、脱硫剤の投入量を当量比3.0〜5.0程度供給する必要がある。
【0005】
従って、このように前記従来技術は、廃棄物由来の焼却灰に加えこの余剰に供給する脱硫剤に由来する灰分により、灰の発生量の総量は、廃棄物由来の灰発生量の1.2〜1.4倍若しくはそれ以上になる。
【0006】
このような、従来の循環流動層炉焼却システムの一例について、図2を参照しながら説明する。
本焼却システムは、上流側より本焼却システムは、脱水ケーキ2と脱硫剤1を3.5当量比前後で投入させた後、定量ずつ圧送ポンプ4に給送する定量ホッパ3と、砂層部9とフリーボード部10を具え、散気ノズル8より流動空気を砂層部9に給送するとともに、助燃ノズル7より砂層部9内に助燃料6を供給し、前記脱水ケーキ2の焼却を行う循環流動層炉11、前記フリーボード部10より排出された流動砂を排気ガスと分離し、流動砂のみを循環流動層炉11に戻すホットサイクロン12、該サイクロン12で分離された排気ガスの熱を利用して流動ブロワ22より供給される流動空気の予熱を行う空気予熱器13、更に白煙防止ファン45よりの空気を排気ガスと熱交換させて煙突18に加温空気を供給する白煙防止器37、冷却水24との熱交換により排気ガスの冷却を行うガス冷却塔15、排ガス中より飛灰を除去するバグフィルタ16、排気ガスの吸引と煙突18への排出を行う誘引ファン17からなる。
一方バグフィルタ16で除去された飛灰は灰ホッパ19に集められ、灰加湿機43で加湿水47と撹拌され、加湿灰48として排出するシステムとして構成されている。
【0007】
かかるシステムにおいては、有機系廃棄物(脱水ケーキ)2は、圧送ポンプ4により循環流動層炉11に安定連続供給され、砂層部9で乾燥−熱分解−焼却しフリーボード部10で未燃ガスの焼却を行った後、焼却排ガスは、循環流動層炉11から排出される。また、循環流動層炉11内では、有機系廃棄物(脱水ケーキ)2と混合供給される脱硫剤である石灰石(CaCO 3 )や消石灰(Ca(OH)2)等により脱硫・脱塩が行われる。更に、排ガスに同伴される循環砂はホットサイクロン12で分離捕集され炉に返送される。
【0008】
一方、燃焼排ガスは、空気予熱器13で熱回収され燃焼空気を約650℃まで昇温した後、白煙防止器37で更に白煙防止空気に熱回収され、ガス冷却塔24で約200℃まで冷却され、バグフィルタ16で焼却灰は捕集除去される。その後、煙突18から排出される。
また、捕集された焼却灰は灰ホッパ19に貯留後、灰加湿機43で、含水率20〜40%程度に加湿後、加湿灰48として場外に排出され埋立処分している。
【0009】
しかしながら、このような循環流動層炉焼却システムにおいて、循環流動層炉で所定の脱硫効率(80〜95%)を得るために、脱硫剤1の投入量を当量比3.0〜5.0程度(当量比:理論的必要量の倍数)供給しており、廃棄物由来の焼却灰に加えこの余剰に供給する脱硫剤2に由来する灰分により、灰の発生量の総量は、廃棄物由来の灰発生量の1.2〜1.4倍若しくはそれ以上になる。焼却灰を加湿灰として全量埋立する場合、これは処分費の高騰をまねく。
【0010】
一般的に、加湿灰処分費は、灰トンあたり1〜2万円であるため、例えば脱水ケーキ処理量150t/日の処理場では、1日に15〜30万円、年間300日処理する場合で4,500〜9,000万円に達する。このうち、脱硫剤による増加費用は、1,000〜2,000万円にも達する。
【0011】
本発明は、かかる技術課題を解決するために、脱硫剤余剰分を循環利用し、脱硫剤投入量を低減化させるとともに、循環灰により乾燥機性能の向上や臭気発生量の低減化を行う循環流動層炉を用いた焼却設備を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題の解決のために、請求項1記載の発明として、下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石(CaCO 3 )や消石灰(Ca(OH)2)等の脱硫剤が2Ca/S当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行うとともに、前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻すことを特徴とする。
【0013】
この場合前記灰分が焼却灰捕集除去手段により捕捉した飛灰であり、該飛灰の返送率が20〜80%であるのが好ましく、又前記灰分の返送先が汚泥ホッパであるのがよい。
又前記廃棄物が乾燥手段を介して循環流動層炉に導かれるとともに、前記灰分の返送先が乾燥手段及びその上流側の汚泥ホッパであることも良い方法である。
【0014】
請求項3記載の発明は、前記発明を効果的に達成する装置に関する発明で、下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石(CaCO 3 )や消石灰(Ca(OH)2)等の脱硫剤が2Ca/S当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行う循環流動層炉を用いた廃棄物焼却装置において、
前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、該灰分を少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻す経路を設けたことを特徴とする。
【0015】
そしてかかる発明においても、前記灰分が焼却灰捕集除去手段により捕捉される飛灰であり、該焼却灰捕集除去手段と灰分戻し経路間に、飛灰分配手段を介装し、該分配手段により飛灰の返送率を20〜80%に設定し、更に前記灰分の戻し経路の出口端が廃棄物の汚泥投入ホッパと循環流動層炉間に乾燥機を介装した場合には、前記灰分の戻し経路先が乾燥機及びその上流側の汚泥ホッパであるのがよい。
【0016】
従って本発明によれば、下水汚泥等の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、石灰石(CaCO 3 )や消石灰(Ca(OH)2)等の脱硫剤により高効率炉内脱硫を行うとともに、捕集焼却灰を循環利用することにより、脱硫剤投入量を低減化出来る。
【0017】
又前記焼却灰循環利用により、炉内脱硫の結果増加する灰発生量も低減化が可能である。
更に、前記の焼却灰循環利用における返送先を、汚泥ホッパとし、汚泥と脱硫剤と循環灰中の脱硫剤を均一に混合、焼却炉における燃焼負荷の大部分を占める流動砂層部に供給、または循環焼却灰を炉内砂層部に直接供給することで、炉内脱硫効率を向上させる事が出来る。
【0018】
特に、前記システムが汚泥乾燥−焼却システムの場合、前記循環焼却灰により、乾燥機における性能(水分蒸発速度)を向上させるとともに、上記乾燥機における汚泥蒸発時に、前記循環焼却灰飛灰中に含まれるCaOにより汚泥がアルカリ性になることから、汚泥中バクテリアの増殖を抑制する。その結果、汚泥の臭気源であるアンモニア、硫化水素の発生を抑制することから、汚泥の臭気を低減できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の種類、材料、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0020】
本発明の実施形態に係る焼却灰循環利用システムについて図1を参照しながら詳細に説明する。
本焼却システムは、脱水ケーキ2と脱硫剤1とともに、バグフィルタ(焼却灰捕集除去 手段)16により分離された、脱硫剤余剰分(CaO)を含む飛灰*1を戻し経路30より導いて投入撹拌させた後、これらを定量ずつ圧送ポンプ4により給送する定量ホッパ3と、圧送ポンプ4により給送された脱水ケーキ2と脱硫剤1及び飛灰*1を乾燥して循環流動層炉11に送り込む乾燥機5を備えている。
【0021】
乾燥機5は、汚泥のような粘凋質の物質を蒸気を使って間接的に乾燥するのに有効で、給水23を廃熱ボイラ14で排ガスと熱交換して得られる蒸発水蒸気を熱媒体として乾燥する。
【0022】
又、乾燥機5は、あらかじめ定量ホッパ3で脱水ケーキと混合された循環灰の効果により、乾燥性能である蒸発速度を向上することができる。これは、循環灰が乾燥により蒸発された水分の通り道となること、間接乾燥機伝熱面(図3の羽根状突起50a、邪魔板53)への汚泥のこげつきを防止することによる。
【0023】
ここで図3の乾燥機5の模式図を簡単に説明するに、乾燥機5は、水蒸気が通る蒸気通路54が内部に形成されているシャフト50と、脱水ケーキ2と脱硫剤1及び含脱硫剤飛灰*1が乾燥されながら通る汚泥通路51がシャフト50による仕切壁を介して流れ方向に沿って2つに分割され、又シャフトは50は汚泥通路側に拡径する羽根状突起50aを有し、該羽根状突起壁に汚泥が衝突して伝熱と乾燥が図れる。
又突起ピッチの間の汚泥通路51には、流れ方向に向けて傾斜させた邪魔板53が配設され、該邪魔板53に汚泥が衝突して破壊と分解がなされ、前記乾燥を促進する。尚、水を含んだ脱硫剤(Ca(OH)2)の場合は、前記乾燥機5内で、乾燥して酸化カルシウム(CaO)となる。
【0024】
かかる乾燥機5において、あらかじめ定量ホッパ3で脱水ケーキ2と混合された循環含脱硫剤飛灰*1の熱的効果により予備的な乾燥がなされ、乾燥性能である蒸発速度を向上することができる。更に図3の乾燥機5模式図の通り、循環含脱硫剤飛灰*1が滑剤の役目をして、間接的に乾燥機伝面への汚泥のこげつきを防止することが出来る。
【0025】
更に、本実施例では、上記間接式乾燥機5において循環焼却灰の飛灰中に含まれる含脱硫剤(CaO)により汚泥がアルカリ性になることから、汚泥中バクテリアの増殖を抑制する。その結果、汚泥の臭気源であるアンモニア、硫化水素の発生を抑制することから、汚泥の臭気を低減できる。
【0026】
一方乾燥機出口側に設けた循環流動層炉11は、砂層部9とフリーボード部10を具え、散気ノズル8より流動空気を砂層部9に給送するとともに、助燃ノズル7より砂層部9内に助燃料6を供給し、前記脱水ケーキ2の焼却を行うとともに、前記フリーボード部10より排出された流動砂を排気ガスと分離し、ホットサイクロン12で流動砂のみを循環流動層炉11に戻す。
そして該サイクロン12で分離された排気ガスは、空気予熱器13で流動ブロワ22より供給される流動空気の予熱を行った後、廃熱ボイラ14に導かれ、前記給水23を加熱し、乾燥機5に導く蒸気32を生成する。勿論ここに含水汚泥を熱交換させて乾燥させて脱水ケーキ*2を生成して定量ホッパ3に導くように構成しても良い。
【0027】
そして前記排気ガス経路の下流側には、冷却水24との熱交換により排気ガスの冷却を行うガス冷却塔15、排ガス中より飛灰を除去するバグフィルタ16、排気ガスの吸引と煙突18への排出を行う誘引ファン17が設けられている。
一方バグフィルタ16で除去された飛灰*1は灰ホッパ19に集められ、分配機40により乾灰排出装置20と灰輸送機21に所定割合で分配され、乾灰排出装置20側では、乾灰としてそのまま若しくは前記従来技術と同様に灰加湿機で加湿水と撹拌され、加湿灰として排出するシステムとして構成され、一方灰輸送機21では戻し経路30を介して定量ホッパ3に戻している。
【0028】
かかるシステムにおいては、廃熱ボイラ14により乾燥された有機系廃棄物(脱水ケーキ)1は、脱硫剤1及びバグフィルタ16により分離された、脱硫剤余剰分(CaO)を含む飛灰*1とともに定量ホッパ3下に供給され、圧送ポンプ4により乾燥機5に投入されて乾燥後、循環流動層炉11に供給され、砂層部9で乾燥−熱分解−焼却しフリーボード部10で未燃ガスの焼却を行った後、焼却排ガスは、循環流動層炉11から排出される。また、循環流動層炉11内では、有機系廃棄物(脱水ケーキ)1と混合供給される脱硫剤である石灰石(CaCO 3 )2と飛灰中の酸化カルシウムにより脱硫・脱塩が行われる。更に、排ガスに同伴される流動砂はホットサイクロン12で分離捕集され炉に返送される。
【0029】
一方、燃焼排ガスは、空気予熱器13で熱回収され燃焼空気を約650℃まで昇温した後、廃熱ボイラ14で更に蒸気として熱回収され、ガス冷却塔15で約200℃まで冷却され、バグフィルタ16で焼却灰は捕集除去される。その後、煙突18から排出される。
【0030】
また、捕集された焼却灰は灰ホッパ19に貯留後、分配器40により分配されてその一部は乾灰排出装置20により乾灰として排出され、セメント原料や改良土原料として有効利用される。
【0031】
更に、捕集灰の一部はを灰輸送機21により、定量ホッパ3に返送し、脱水ケーキ1と脱硫剤2に本循環灰を混合供給する。
【0032】
次に上記焼却灰循環量と排出灰の関係を図5に示す。
図5において、目標当量比を3.5当量比に設定し、飛灰返送率を、0、20、40、60、80%に変化させた場合の状況を示し、かかる実施例によると、例えば焼却灰の80%循環利用する場合供給石灰石当量比1.5で焼却炉での実質当量比3.5が達成でき、炉内で高脱硫効率を達成できるとともに、脱硫剤投入による 灰増量分を約60%低減化できることが理解される。
一方、焼却灰の飛灰返送率が60%と80%では、炉出口側の飛灰量が1062kg/hから2041kg/hに大幅に増加する。このため飛灰返送量は好ましくは80%未満がよい。
又焼却灰の飛灰返送率が20%未満では脱硫剤の石灰石や飛灰削減量も小さくあまり効果が出ない。
【0033】
さらに、3.6t/d実証試験機における上記脱硫効率の運転データを図4に示す。図4では図5の(6)に示すように、供給石灰石当量比を3.5%と一定にし、飛灰返送率を、0、20、40、60、80%に設定して総当量比を増加させた場合の状況を示し、かかる実施例によれば焼却灰の20%増加で脱硫率が90%、40%増加で脱硫率が93%、60%増加で脱硫率が96%、80%%増加で脱硫率が98%と増加するが、80%以上にしても脱硫率の増加程度が低減し、かえって炉出口側の飛灰量が大幅に増加し、好ましくないことが理解できる。
即ち、焼却灰の20〜80%を返送した場合、実質当量比は4.0〜5.5(脱硫剤当量比は3.5)に増加し、炉出口側の飛灰量が大幅に増加することなく、脱硫効率90〜98%を達成している。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炉内脱硫に使用される脱硫剤を低減化できるとともに、脱硫剤添加による焼却灰増量を低減化することができる。
【0035】
更に、本発明によれば、乾燥機において、あらかじめ定量ホッパで脱水ケーキと混合された循環灰の効果により、乾燥性能である蒸発速度を向上することができる。これは、図3の乾燥機模式図の通り、循環灰が汚泥より蒸発された水分の通り道となること、間接乾燥機伝面への汚泥のこげつきを防止することによる。
【0036】
更に、本発明では、上記間接式乾燥機において循環焼却灰飛灰中に含まれるCaOにより汚泥がアルカリ性になることから、汚泥中バクテリアの増殖を抑制する。その結果、汚泥の臭気源であるアンモニア、硫化水素の発生を抑制することから、汚泥の臭気を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る焼却灰循環利用焼却システムを概略的に示す全体図である。
【図2】 従来の循環流動層炉焼却システムの一実施形態を概略的に示す全体図である。
【図3】 図1の乾燥機における乾燥模式図である。
【図4】 3.6t/d実証試験機における、当量比と脱硫効率の運転データを示すグラフ図である。
【図5】 焼却灰の返送による灰発生総量の低減効果を表す表図である。
【符号の説明】
1 脱水ケーキ
*1循環含脱硫剤飛灰
2 脱硫剤
3 定量ホッパ
4 圧送ポンプ
5 乾燥機
9 砂層部
10 フリーボード部
11 循環流動層炉
12 ホットサイクロン
13 空気予熱器
14 廃熱ボイラ
15 ガス冷却塔
16 焼却灰捕集除去手段
17 誘引ファン
18 煙突
19 灰ホッパ
20 乾灰排出装置
21 灰輸送機
30 戻し経路
40 分配器
Claims (4)
- 下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石(CaCO 3 )や消石灰(Ca(OH)2)等の脱硫剤が2Ca/S当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行うとともに、前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻すことを特徴とする循環流動層炉を用いた廃棄物焼却方法。
- 前記灰分が焼却灰捕集除去手段により捕捉した飛灰であり、該飛灰の返送率が20〜80%になるように設定したことを特徴とする循環流動層炉を用いた請求項1記載の廃棄物焼却方法。
- 下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石(CaCO 3 )や消石灰(Ca(OH)2)等の脱硫剤が2Ca/S当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行う循環流動層炉を用いた廃棄物焼却装置において、
前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、該灰分を少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻す経路を設けたことを特徴とする循環流動層炉を用いた廃棄物焼却装置。 - 前記灰分がバグフィルタにより捕捉される飛灰であり、該バグフィルタと灰分戻し経路間に、飛灰分配手段を介装し、該分配手段により飛灰の返送率を20〜80%に設定したことを特徴とする循環流動層炉を用いた請求項3記載の廃棄物焼却装置。
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