JP4008430B2 - 燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法に関する。

焼却プラント、特に廃棄物焼却プラントから排出される燃焼残さには未燃物やダイオキシン類等の有機汚染物質や重金属類等を含まれており、埋立てたり、路盤材料として再利用を考えた際には土壌汚染の原因となる。この問題の解決策として近年、灰溶融炉や灰焼成炉等により焼却残さの無害化を図る方法が多用され始めている（特許文献１）。しかしながら、これらの方法は電力や補助燃料等の大量の外部エネルギー消費を伴なわざるを得ない。また、これらの方法では、設備を付加することによるイニシャル・ランニングコスト増加や敷地面積の増加を招くおそれがある。
特開平５−２５３５５７号公報

本発明は、上記事情に対して、大量のエネルギーの消費を伴うことなく、かつ設備の大幅な付加を伴うことのない燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、燃焼残さの特性を改善する処理システムであって、燃料を火格子上で燃焼させ、生じた燃焼残さの温度を燃焼制御によって上昇させ、燃焼残さを焼結及び/又は溶解して主灰とする燃焼装置と、該燃焼装置から主灰を排出するための乾式灰押出し装置と、完全焼結主灰と溶融又は焼結していない残さを分級するための分離装置と、上記溶融又は焼結していない残さを上記燃焼装置に戻すラインとを備え、上記乾式灰押出し装置が、篩側から上記燃焼装置への余分な空気の侵入を防止するための回動自在のフラップを備え、上記完全焼結主灰を洗浄するための洗浄装置をさらに含み、該洗浄装置が洗浄水の循環ラインを含み、該循環ラインは、上記洗浄装置からの洗浄水及び主灰上水すすぎ工程からの水を循環し、上記洗浄装置の上流に上記完全焼結主灰を粉砕する粉砕装置を設け、該完全焼結主灰が、該粉砕に先立って粗洗浄工程を実施されたものであることを特徴とする。

本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システムは、その一実施の形態で、上記燃焼装置から排出した飛灰を回収するためのボイラ及び／又は除塵装置を備え、回収した飛灰を上記燃焼装置に戻すための飛灰循環ラインをさらに備える。またさらに、別の実施の形態で、上記除塵装置を二段に構成し、排ガス中の固体粒子及び／又は捕捉ダイオキシン類を吸着するための一段目の除塵装置と、酸性ガスを中和除去する二段目の除塵装置とを備え、該二段目の除塵装置から排出される飛灰の少なくとも一部を上記燃焼装置へ戻すための飛灰循環ラインを備える。

また、本発明は、別の側面で、燃焼残さの特性を改善する方法であって、燃料を火格子上で燃焼させ、生じた燃焼残さの温度を燃焼制御によって上昇させ、燃焼残さを焼結及び/又は溶解して主灰とする焼却工程と、該燃焼装置から主灰を乾式灰押出し装置によって排出するための灰押出し工程と、完全焼結主灰と溶融又は焼結していない残さを分級するための分離工程とを含み、上記溶融又は焼結していない残さを上記燃焼装置に戻し、上記灰押出し工程において、回動自在のフラップによって、篩側から上記燃焼装置への余分な空気の侵入を防止するようにし、上記完全焼結主灰を洗浄するための洗浄工程をさらに含み、該洗浄工程で洗浄水を循環するとともに、主灰上水すすぎ工程からの水も循環し、上記洗浄装置の上流で上記完全焼結主灰を粉砕する粉砕工程を行い、かつ該粉砕工程に先立って、予め完全焼結主灰を洗浄する粗洗浄工程を実施することを特徴とする。

本発明に係る燃焼残さの特性を改善する方法は、その一実施の形態で、ボイラ及び／又は除塵装置で上記燃焼装置から排出した飛灰を回収し、回収した飛灰を上記燃焼装置に戻すようにしている。またさらに、別の実施の形態で、排ガス中の固体粒子及び／又は捕捉ダイオキシン類を吸着するための一段目の除塵工程と、酸性ガスを中和除去する二段目の除塵工程とを含み、該二段目の除塵工程で排出される飛灰の少なくとも一部を上記燃焼装置へ戻すようにしている。

本発明によれば、大量のエネルギーの消費を伴うことなく、かつ設備の大幅な付加を伴うことのない燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法が提供される。

以下に、添付した図面を参照して、本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法の実施の形態を説明する。
図１に、本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システムの一実施の形態を示す。ここでは、この処理システムを実施する手順を時系列的に説明することにより、併せて本処理システムの実施による燃焼残さの処理方法についても説明する。なお、本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法は、焼却プラントと一般的に指称される設備で実施することができる。

まず、本実施の形態では、燃焼装置としてストーカ式焼却炉１００を採用している。
このストーカ式焼却炉１００は、燃料を火格子上で燃焼させ、生じた燃焼残さの温度を燃焼制御によって上昇させ、燃焼残さを焼結及び／又は溶解して主灰とする機能を備えている。図示のように、例えば、１１０ｋｇの灰分を有する廃棄物１０００ｋｇを，燃焼残さの２５〜７５％が完全焼結するようにストーカ式焼却炉１００にて焼却する。ここで、焼結させる手段として、例えば、一次燃焼空気を酸素富化し酸素濃度≒２１〜４０ｖｏｌ％（好ましくは２１〜３０％）、空気比≒０．８〜１．２とし廃棄物・灰層を高温化するのがより良い。少なくともこの範囲であれば、火格子が過度に加熱されることがなく、冷却装置も不要である。
ここで、赤外線カメラや温度計により廃棄物・灰の温度を監視し、灰が溶融しない程度に高温に制御するのが好ましい。

そして、灰分の一部（１０ｋｇ）は、いわゆる飛灰として排出され、後段のボイラ１０２や除塵装置１０４にて回収される。なお、除塵装置１０４には、活性炭・消石灰等を吹き込み、排ガスを処理する。除塵装置１０４を経た排ガスは、煙突から排出される（工程１０６）。回収された飛灰は、無害化・安定化処理１０８を施した後、廃棄処分（工程１１０）される。

一方、上記ストーカ式焼却炉１００から排出される主灰として、１００ｋｇの燃焼残さを乾式灰押出し装置１１２に排出する。そして、続く分級プロセス１１４では、分離装置、例えば、篩等の機械的分離装置により完全焼結した完全焼結主灰１１６とそうでないもの（微小物）とに分級する。

ここで、「完全焼結主灰」という用語は、例えば８ｍｍ以上の粒径を代表的に有する焼結及び/又は溶融による塊状物からなる材料を意味している。これらの塊状物は全体的な溶融又は表面の溶融によって塊状になった廃棄物から得られた燃焼残さからなる。このような焼結及び/又は溶融による塊状物は、焼結又は溶融中のガスの離脱による多孔構造を有することが好ましい。完全焼結主灰の多孔性は、燃料床における溶融灰の温度が十分に低い粘度をもたらすに十分なほど高くなく、ガラス製造において公知の脱気泡プロセスと類似のプロセスによってガスの気泡が離脱した後に孔が残るという現象による。この多孔性という点において、完全焼結主灰は、耐火物がライニングされた坩堝炉又は他の溶融ユニットを用いる下流の高温処理法によって得られるガラス化によって特徴付けられた主灰と異なる。

なお、燃焼プロセスによって実質的に影響されずに火格子上を通過したガラス又は金属のような廃棄物成分は、厳密には、燃料床において溶融又は焼結のいずれもなされていない。しかし、完全焼結主灰は、このようなガラスや金属を含んでいてもよい。
文献［ヘンメリー、廃液及び廃棄物３１、主灰及び他の残さの処分に関する補遺、１４２ページ、１９９４年：Hammerli (Mull und Abfall 31, Supplement on Disposal of Bottom Ash and Other Residues, page 142, 1994)］に、「焼結」は、溶融及び凝固の特殊な場合であると記載されている。したがって、「粒子の表面溶融又は粒子の相互的な溶融」という意味で以下の説明に用いられる「焼結」という用語は、一般的な科学的解釈から外れる場合がある。完全焼結主灰の焼結による塊状物は完全に溶融されていてもよいし又は部分的に溶融されていてもよい。

焼結及び/又は溶融されていない主灰成分は、上記微小物に該当し、別に残留主灰とも指称される。残留主灰は、完全焼結主灰と比較して、粒径が小さく、強熱減量が高く、また溶出の可能性のある汚染物の含有率が高いという点に特徴がある。

上記のように、分級プロセス１１４で微小物と粗大物（完全焼結主灰）とに分離される。このとき、２〜１０ｍｍで分級するのが好ましい。この工程１１４により例えば微小物５０ｋｇと粗大物５０ｋｇとなる。なお、図中主灰２００ｋｇと表示され、粗大物１００ｋｇ、微小物１００ｋｇと表示されているのは、系内でのみ循環する１００ｋｇの分を含めて表示しているためである。

粗大物１１６は、主灰の洗浄装置により主灰洗浄工程１１８で水により洗浄され、表面に付着した超微細な粒子が除去される。そして、磁選・アルミ選別工程（磁力選別・アルミニウム選別工程）１２０を経た後、リサイクル１２２、１２４等として系外へ排出される。

一方、微小物は、焼結の進行していない主灰１２６として、コンベア１２８により搬送され、廃棄物ピットあるいは廃棄物投入ホッパシュート１３０に再度循環され、廃棄物と混合した後にストーカ式焼却炉１００にて再度熱処理を受ける。その際、循環した微小物は一部焼結が進行するものや十分に焼結が進行しないものが含まれる。

また、前述の洗浄工程１１８にて発生した超微細粒子は、プラント排水処理系統又は専用のろ過装置１３２により回収され微小物と同様に廃棄物ピット１３０に運ばれ、再度ストーカ式焼却炉１００にて熱処理を受ける。なお、用いた水は、排ガス冷却装置に送られ、又は排水として放流される（工程１３４）。

このようにして、このように何度も循環工程を経て最終的に得られる焼却残さは、先に説明したように、粗大物１００ｋｇ、微小物１００ｋｇとなる。ここで粗大物、すなわち完全焼結主灰１１６は、路盤材など建設資材等へリサイクル１２４される。

このように、図１について説明した本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法は、焼結の進行したもの（完全焼結主灰）としていない主灰（微小物）を分け、焼結の進行していない主灰を再度ストーカ式焼却炉へ循環し熱処理を施すことで焼結を促す。これによって、焼結の進行した大きな灰（水による洗浄で表面の微細粒子を除去した灰）は、有害物質も少なく、強度も十分であり道路用建設資材に十分な性状が得られる。また、再循環させた主灰は熱処理過程にて一部焼結が進行するため、ストーカ式焼却炉１００内にて灰が無限に増大することもない。さらに、主灰の性状改善のために電力や補助燃料などの外部エネルギーを投入することもなく、溶融炉が必要なく、新たな機器追設が非常に少ない。このため、イニシャル・ランニングコストを抑えられる。その上新たなスペースを設ける必要がない。

本発明では、加えて、上記のように、主灰を乾式にて取出し、分級することで再循環させる微小物の取り扱いが容易となる。

ここで、乾式灰押出し装置１１２を用いる場合の具体的一形態を図６について説明する。
この形態の乾式灰押出し装置１１２は、ストーカ式焼却炉１００の下方に設けられ、押し出し具６００によって主灰６０２を篩側へ押し出している。この際、回動自在のフラップ６０４が、篩側から焼却炉１００への余分な空気の侵入を防止することによって、排ガス流量の増加を招いたり，燃焼状態に悪影響を及ぼすことがない。

次に、図２に、本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システムの他の実施の形態を示す。この実施の形態は、図１の実施の形態にさらに工夫を加えたものであり、図１の実施の形態と同一部分は、同一の構成及び／又は処理内容を示し、同一の作用・機能を果たすので、その説明を省略する。
この実施の形態では、主灰洗浄工程１１８の水を循環するための循環ライン１３６を設け、さらに一部抜出し、プラント排水処理系統１３２等へ接続する。また、抜出した水に相当する分を補給する。そして、さらに循環水にて洗浄した粗大物を少量の上水にてすすぐ工程１３８を施している。

この実施の形態によれば、システム全体での水の消費量を低減させるとともに、循環水に含まれている重金属類などの有害物質を最終的に上水にてすすぐことで除去し、完全焼結主灰の品質を向上できる。さらに、排水処理設備の大型化を回避できる。

次に、図３に、本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システムの他の実施の形態を示す。この実施の形態は、図２の実施の形態にさらに工夫を加えたものであり、図２の実施の形態と同一部分は、同一の構成及び／又は処理内容を示し、同一の作用・機能を果たすので、その説明を省略する。

この実施の形態では、主灰洗浄工程１１８の上流に、完全焼結主灰１１６を粉砕する工程１４０を追設している。粉砕は、粒径８〜２０ｍｍ程度とすることを目的としている。
この実施の形態によれば、完全焼結主灰１１６の重金属類溶出量が所望するよりも多い場合又はさらに低減したい場合、ある程度粉砕することで完全焼結主灰１１６の比表面積が増大し、その後に洗浄することで重金属類を水側へ移行させ、完全焼結主灰１１６の性状をさらに向上させることができる。

次に、図４に、本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システムの他の実施の形態を示す。この実施の形態は、図３の実施の形態にさらに工夫を加えたものであり、図３の実施の形態と同一部分は、同一の構成及び／又は処理内容を示し、同一の作用・機能を果たすので、その説明を省略する。
この実施の形態では、ボイラ１０２及び除塵装置１０４にて回収される飛灰を少なくとも一部、循環ライン１４２により、再度ストーカ式焼却炉１００へ循環し、加熱処理を施すようにしている。

この実施の形態によれば、飛灰は絶対排出量が、主灰に比較して少ないものの、ダイオキシン類が比較的多く含まれている。この飛灰を再度ストーカ式焼却炉１００へ循環し、高温滞留時間を増加させることで分解促進を図り、有害物質排出量を低減できる。なお、図中飛灰を５ｋｇ循環しているため、循環する微小物が１０５ｋｇとなり、かつ完全焼結主灰１１６に移行する飛灰があるため、粗大物１０２ｋｇの表示になっている。
上記図２〜図４で順次付加された改良は、図１の実施の形態に対し、単独に又は別の組み合わせで実施できる。これは、当業者にとって理解できる別の改良である。

図５に、本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システムの他の実施の形態を示す。この実施の形態は、図４の実施の形態と同一部分は、同一の構成及び／又は処理内容を示し、同一の作用・機能を果たすので、その説明を省略する。

この実施の形態では、除塵装置１０４を二段とし、一段目の除塵装置１４４は、排ガス中固体粒子の捕捉やダイオキシン類等の吸着のために機能し、二段目除塵装置１４６は、その上流で例えば消石灰等を排ガス中に噴霧して排ガス中の塩化水素などに代表される酸性ガスを中和除去する役割とする。その上で，二段目の除塵装置１４６から排出される飛灰（消石灰＋反応生成物）の少なくとも一部をストーカ式焼却炉１００へ再循環し主灰とともに加熱処理を施す。

この実施の形態によれば、二段目の除塵装置１４６の入口では排ガス中固体粒子すなわち重金属類やダイオキシン類等の有害物質は除去されてほとんど存在しておらず、塩化水素などの酸性ガスが残るのみである。そこで、酸性ガスを消石灰で中和除去し、二段目の除塵装置１４６にて消石灰と反応生成物（塩化カルシウムなど）を回収する。これをストーカ式焼却炉１００へ再循環した場合、焼却主灰の塩基度が上昇する。例えば、一般的なごみ焼却主灰は塩基度が1より小さい。塩基度が1に近づくと灰の融点が降下してくることがわかっている。そのため、燃焼域を通過する焼却灰はより低い温度で溶融した状態に近づき、灰中での物質拡散がより促進される。また，この除塵装置１４６で得られた飛灰には塩化カルシウムなどが含まれているため、焼却主灰中の重金属類（例えば鉛，亜鉛）が塩化物形態となり易くなる。この塩化物となった重金属類は比較的沸点が低いため、揮発して排ガスに同伴され、後段の一段目の除塵装置１４４にて回収される。したがって、焼結主灰中の重金属類を更に低減してより良い性状とすることができる。加えてダイオキシン類や重金属類などの有害物質を一段目の除塵装置１４４に集約することと、二段目の除塵装置１４６の集塵灰排出量の減少で最終処分費の低減を図ることができる。

他の実施の形態
本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法には、上記説明した以外の形態で実施することができる。
例えば、図３〜図５の完全焼結主灰１１６を、焼結主灰粉砕工程１４０に先立って予め洗浄する粗洗浄工程を実施することができる。この工程によれば、洗浄工程の役割分担が明確になり，完全焼結主灰１１６の性状を向上させることができるだけでなく、水の消費量を低減できるといった効果を期待することができる。

本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法について、その一実施の形態を説明する概念図である。 本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法について、他の実施の形態を説明する概念図である。 本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法について、他の実施の形態を説明する概念図である。 本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法について、他の実施の形態を説明する概念図である。 本発明に係る燃焼残さの特性を改善する処理システム及び方法について、他の実施の形態を説明する概念図である。 本発明で採用する乾式灰押出し装置の一実施の形態を説明する断面図である。

符号の説明

１００ ストーカ式焼却炉
１０２ ボイラ
１０４ 除塵装置
１０８ 無害化・安定化処理
１１０ 廃棄処分
１１２ 乾式灰押出し装置
１１４ 分級プロセス
１１８ 主灰洗浄工程
１２０ 磁力選別・アルミニウム選別工程
１２８ コンベア
１３０ 廃棄物ピット又は廃棄物ホッパーシュート
１３２ プラント排水処理又は専用ろ過装置
１３８ 主灰上水すすぎ工程
１４４ 第一除塵装置
１４６ 第二除塵装置
６０４ フラップ

Claims (6)

1. 燃焼残さの特性を改善する処理システムであって、燃料を火格子上で燃焼させ、生じた燃焼残さの温度を燃焼制御によって上昇させ、燃焼残さを焼結及び/又は溶解して主灰とする燃焼装置と、該燃焼装置から主灰を排出するための乾式灰押出し装置と、完全焼結主灰と溶融又は焼結していない残さを分級するための分離装置と、上記溶融又は焼結していない残さを上記燃焼装置に戻すラインとを備え、上記乾式灰押出し装置が、篩側から上記燃焼装置への余分な空気の侵入を防止するための回動自在のフラップを備え、上記完全焼結主灰を洗浄するための洗浄装置をさらに含み、該洗浄装置が洗浄水の循環ラインを含み、該循環ラインは、上記洗浄装置からの洗浄水及び主灰上水すすぎ工程からの水を循環し、上記洗浄装置の上流に上記完全焼結主灰を粉砕する粉砕装置を設け、該完全焼結主灰が、該粉砕に先立って粗洗浄工程を実施されたものであることを特徴とする燃焼残さの特性を改善する処理システム。
2. 上記燃焼装置から排出した飛灰を回収するためのボイラ及び／又は除塵装置を備え、回収した飛灰を上記燃焼装置に戻すための飛灰循環ラインをさらに備えたことを特徴とする請求項１の燃焼残さの特性を改善する処理システム。
3. 上記除塵装置を二段に構成し、排ガス中の固体粒子及び／又は捕捉ダイオキシン類を吸着するための一段目の除塵装置と、酸性ガスを中和除去する二段目の除塵装置とを備え、該二段目の除塵装置から排出される飛灰の少なくとも一部を上記燃焼装置へ戻すための飛灰循環ラインをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかの燃焼残さの特性を改善する処理システム。
4. 燃焼残さの特性を改善する方法であって、燃料を火格子上で燃焼させ、生じた燃焼残さの温度を燃焼制御によって上昇させ、燃焼残さを焼結及び/又は溶解して主灰とする焼却工程と、該燃焼装置から主灰を乾式灰押出し装置によって排出するための灰押出し工程と、完全焼結主灰と溶融又は焼結していない残さを分級するための分離工程とを含み、上記溶融又は焼結していない残さを上記燃焼装置に戻し、上記灰押出し工程において、回動自在のフラップによって、篩側から上記燃焼装置への余分な空気の侵入を防止し、上記完全焼結主灰を洗浄するための洗浄工程をさらに含み、該洗浄工程で洗浄水を循環するとともに、主灰上水すすぎ工程からの水も循環し、上記洗浄装置の上流で上記完全焼結主灰を粉砕する粉砕工程を行い、かつ該粉砕工程に先立って、予め完全焼結主灰を洗浄する粗洗浄工程を実施することを特徴とする燃焼残さの特性を改善する方法。
5. ボイラ及び／又は除塵装置で上記燃焼装置から排出した飛灰を回収し、回収した飛灰を上記燃焼装置に戻すようにしたことを特徴とする請求項４の燃焼残さの特性を改善する方法。
6. 排ガス中の固体粒子及び／又は捕捉ダイオキシン類を吸着するための一段目の除塵工程と、酸性ガスを中和除去する二段目の除塵工程とを含み、該二段目の除塵工程で排出される飛灰の少なくとも一部を上記燃焼装置へ戻すようにしたことを特徴とする請求項４又は５の燃焼残さの特性を改善する方法。

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