JP4241578B2 - 含水廃棄物の燃焼方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、含水廃棄物の燃焼方法及び装置に関するものである。

近年、生ゴミ、下水汚泥を含む汚泥類等は増加の一途を辿っており、その処理が社会的な問題となっている。生ゴミや下水汚泥等を処理する処理方法の主なものとしては、例えば、燃焼炉による焼却処理が挙げられる。しかし、下水汚泥はおよそ７０〜８０［％］程度の水分を含有しており、又、生ゴミでは６０［％］前後の水分を含有しており、このように高い水分割合を有している含水廃棄物を焼却炉で焼却しようとした場合には、炉内温度が低下する傾向となり、そのために含水廃棄物はそのまま焼却することができない。

図４は従来の下水汚泥の焼却処理設備の一例を示すものであって、１は焼却炉、２は空気予熱器、３は冷却塔、４はバグフィルタ、５は排煙処理器である。

図４に示す焼却処理設備では、焼却炉１に下水汚泥ａが供給されると共に、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料ｂが供給されて、焼却炉１内部で下水汚泥ａと助燃料ｂの混焼が行われるようになっており、焼却炉１からの排ガスが空気予熱器２を通過する際に燃焼用空気と熱交換し、予熱された燃焼用空気は前記焼却炉１へ導入される。一方、前記空気予熱器２を通過した排ガスは、冷却塔３において噴霧される水により冷却され、続いて、バグフィルタ４で焼却灰が分離除去された後、排煙処理器５において噴霧される水により前記バグフィルタ４で分離除去しきれなかった灰が除去され、クリーンなガスとして大気放出されるようになっている。

又、図５は従来の焼却処理設備の他の例を示すものであって、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、下水汚泥ａを乾燥させて焼却炉１へ供給する乾燥機６を追加装備したものである。

図５に示される焼却処理設備においては、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥ａが乾燥機６で乾燥され、含有する水分がおよそ３０〜５０［％］程度まで低減された乾燥汚泥は焼却炉１に供給されて、該焼却炉１において乾燥汚泥の自燃が行われ、その排ガスが空気予熱器２を通過する際に燃焼用空気と熱交換し、予熱された燃焼用空気が前記焼却炉１へ導入される一方、前記焼却炉１から排出される排ガスの一部が前記乾燥機６へ導かれてその廃熱が下水汚泥ａの乾燥に供されるようになっている。又、前記空気予熱器２を通過した排ガスは、図４に示される例の場合と同様に、冷却塔３において噴霧される水により冷却され、続いて、バグフィルタ４で焼却灰が分離除去された後、排煙処理器５において噴霧される水により前記バグフィルタ４で分離除去しきれなかった灰が除去され、クリーンなガスとして大気放出されるようになっている。

しかし、前記図４に示されるような従来の焼却処理設備では、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥ａを焼却炉１で焼却するためには、都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料ｂが大量に必要となり、このために運転コストが大幅に増大してしまう問題がある。

又、前記図５に示されるような従来の焼却処理設備では、水分をおよそ７０〜８０［％］程度含有する下水汚泥をまず乾燥機６で乾燥させ、含有する水分がおよそ３０〜５０［％］程度まで低減された乾燥汚泥を焼却炉１で自燃させるようにしているため、図４の焼却炉１での都市ガス、或いは灯油や重油等の助燃料ｂは不要にできるものの、乾燥機６を余分に設置する必要があり、且つそのための設置スペースも必要となる。又、乾燥機６で乾燥した乾燥汚泥はポンプで圧送することができないために、乾燥機６から焼却炉１への搬送はベルトコンベヤ等を使用せざるを得ないが、ベルトコンベヤ等で搬送すると臭気の放散が避けられず、実用化する上で大きな問題となっていた。

一方、下水汚泥を焼却処理する他の例としては、循環流動炉が例えば特許文献１に示されている。

この循環流動炉は、図６に示すように、流動層７とフリーボード８を形成する流動層炉本体９と、前記フリーボード８に吹き上げられる排ガスを出口ダクト１０を介して導入し排ガス中の流動媒体（砂等）を捕集する媒体分離装置１１（ホットサイクロン）と、流動媒体を返送するダウンカマー１２と、炉内の未燃ガスのホットサイクロン１１への吹き抜けを防止するシールポット１３と、ダウンカマー１２の流動媒体を流動層炉本体９に戻す戻り管１４とから構成されている。又、前記ホットサイクロン１１で流動媒体を分離した排ガスは、空気予熱器１５に導かれて空気の予熱を行い、予熱した空気の一部は空気口１６から流動用空気として前記シールポット１３に供給され、又、予熱空気の他部は一次空気口１７から流動用空気として流動層炉本体９内下部に供給され、又、予熱空気の残りは二次空気口１８から流動層７の上部に供給される。図６中、１９は流動層炉本体９の流動層７の上部に下水汚泥を供給する下水汚泥供給口、２０は起動時などに流動層７に都市ガス、或いは灯油や重油等の補助燃料を供給する燃料供給口である。

上記した循環流動炉においては、空気予熱器１５で予熱されて一次空気口１７から流動層炉本体９に供給される流動用空気によって流動化している流動層７上に、下水汚泥供給口１９から下水汚泥を供給すると、下水汚泥は流動層７内で混合攪拌されつつ、流動媒体との接触により微細化され、且つ流動媒体により加熱されて乾燥及び熱分解しながら燃焼される。一方、前記流動層７の流動媒体と共に吹き上げられる下水汚泥中の未燃ガスや揮発分等の軽い成分は、二次空気口１８からの二次空気によりフリーボード８へ導かれ、該フリーボード８でその未燃分が燃焼される。この後、流動媒体は、出口ダクト１０を介してホットサイクロン１１で流動媒体が捕集され、流動媒体はダウンカマー１２、シールポット１３及び戻り管１４を経て再び流動層炉本体９に還流される。
特開２００２−１３０６４１号公報

しかし特許文献１の構成を示す図６の循環流動炉においても、ホットサイクロン１１出口の排ガスと空気予熱器１５で熱交換した予熱空気を、シールポット１３の流動媒体を流動させるための流動用空気と、流動層炉本体９の流動層７を形成するための流動用空気と、流動層炉本体９に供給するための二次空気として供給しているが、前記空気予熱器１５で熱交換して得られる予熱空気は流動層炉本体９出口の排ガスより低い温度であり、このように低い温度の予熱空気を単にシールポット１３や流動層炉本体９に供給したのみでは流動層炉本体９の炉内温度を高く維持することは困難である。又、このように流動層炉本体９の炉内温度が低下すると、ホットサイクロン１１に導かれる排ガスの温度も低下し、ダウンカマー１２を経て流動層炉本体９に戻される流動媒体の温度も低下してしまう。従って、このように流動層炉本体９の炉内温度が低下した状態では、前記流動層炉本体９に水分割合が高い下水汚泥を供給した場合に含水廃棄物を自燃させることができない問題がある。

従って、このような場合には、下水汚泥を燃焼させるために、燃料供給口２０から都市ガス、或いは灯油や重油等の補助燃料を常時供給して燃焼することにより炉内温度を高める必要が生じ、よって運転コストが大幅に増大してしまう問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、含水廃棄物を乾燥・部分ガス化して得られる可燃性ガスを燃焼させた高温ガスにて燃焼炉の炉内温度を高め、又、燃焼炉には含水廃棄物の乾燥・部分ガス化によって生じた可燃性固形分のみを供給して燃焼性を高めるようにした含水廃棄物の燃焼方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、分離した流動媒体と流動空気と含水廃棄物を部分ガス化炉に供給して流動層を形成し含水廃棄物を乾燥・部分ガス化することにより可燃性ガスと可燃性固形分とを生成させ、部分ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃焼させて得た高温ガスを前記燃焼炉の外周に導いて該燃焼炉を外部から加熱し、前記部分ガス化炉で生成した可燃性固形分及び部分ガス化炉の流動媒体と流動用空気を燃焼炉に供給して流動層を形成し前記可燃性固形分を燃焼炉で燃焼させることを特徴とする含水廃棄物の燃焼方法に係るものである。

前記燃焼方法においては、前記媒体分離装置から導出される排ガスの廃熱により燃焼炉及び部分ガス化炉に供給する流動用空気を予熱することは好ましい。

又、前記燃焼方法においては、前記部分ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃焼させて得た高温ガスの一部を前記部分ガス化炉に供給することは好ましい。

又、前記燃焼方法においては、前記含水廃棄物に、生ゴミ、食品廃棄物、工場排液汚泥、下水汚泥、及び家畜排泄物を含むし尿系汚泥からなる含水廃棄物の少なくとも１つを用いることができる。

又、前記燃焼方法においては、前記燃焼炉と部分ガス化炉の少なくとも一方に、固形燃料、易燃焼性のバイオマス、廃プラスチックからなる加熱用燃料の少なくとも１つを供給することができる。

一方本発明は、流動用空気により流動層を形成して可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、流動用空気により流動層を形成して投入される含水廃棄物の乾燥・部分ガス化を行い可燃性ガスと可燃性固形分を生成する部分ガス化炉と、前記燃焼炉からの排ガスを導入して排ガスから流動媒体を分離し分離した流動媒体を前記部分ガス化炉に供給する媒体分離装置と、前記部分ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃焼させて高温ガスを得る燃焼器と、前記燃焼炉の外周に形成され前記燃焼器からの高温ガスを導入して燃焼炉を外部から加熱する外側流路と、前記部分ガス化炉で生成した可燃性固形分を流動媒体と共に前記燃焼炉に戻す戻り管と、を備えたことを特徴とする含水廃棄物の燃焼装置に係るものである。

前記燃焼装置においては、前記外側流路が螺旋流路であることは好ましい。

又、前記燃焼装置においては、前記媒体分離装置からの排ガスと熱交換して燃焼炉及び部分ガス化炉に導く流動用空気を予熱する空気予熱器を備えることは好ましい。

又、前記燃焼装置においては、前記燃焼器からの高温ガスの一部を前記部分ガス化炉に供給することは好ましい。

又、前記燃焼装置においては、前記空気予熱器下流の排ガスと熱交換して廃熱を回収する熱エネルギ回収装置を備えることは好ましい。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

本発明の含水廃棄物の燃焼方法及び装置においては、燃焼炉と部分ガス化炉の夫々に砂等の流動媒体を装入しておき、先ず、燃焼炉に起動用燃料と流動用空気を供給して燃焼させ流動媒体をバブリングさせることにより流動層を形成する。又、部分ガス化炉にも流動用空気を供給することにより流動層を形成する。このとき、燃焼炉からの排ガスと熱交換して得た流動用空気を前記燃焼炉及び部分ガス化炉に供給して流動層の形成を行う。

上記起動用燃料の燃焼によって燃焼炉の炉内温度が所定の温度に高まると、循環する流動媒体温度が上昇し、空気予熱器による流動用空気の温度も上昇することによって部分ガス化炉の内部温度も高まる。部分ガス化炉内が所定の温度に達すると、部分ガス化炉内に、生ゴミ、食品廃棄物、工場排液汚泥、下水汚泥、及び家畜排泄物を含むし尿系汚泥からなる含水廃棄物の少なくとも１つを供給する。供給された含水廃棄物は、部分ガス化炉内を流動する高温の流動媒体と混合接触して加熱乾燥されると共に熱分解される乾燥・部分ガス化作用を受け、未燃ガスや揮発分等の軽い可燃性ガスとガス化されない可燃性固形分とが生成する。このとき、部分ガス化炉内部では含水廃棄物から蒸発する水分が存在している条件で高温が保持されることにより水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］が起こり、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガスが生成する。

上記部分ガス化炉で生成した可燃性固形分は、流動媒体と共に燃焼炉に供給されて燃焼される。

上記部分ガス化炉で生成した可燃性ガスは、燃焼器に導かれて燃焼することにより高温ガスとなり、この高温ガスが燃焼炉の外周に形成した外側流路に供給されることにより燃焼炉は外部から加熱される。従って、前記部分ガス化炉から供給される可燃性固形分は固定炭素分を多く含有して比較的燃焼し難い性質を有しているが、前記したように燃焼炉の炉内温度が高く維持されていることによって、可燃性固形分は高温のフリーボードで完全に燃焼して焼却される。このように、燃焼炉の炉内温度が高く維持されることにより、燃焼炉に供給している起動用燃料の供給が停止できるようになる。従って、前記含水廃棄物は含水廃棄物自身を燃料とする自燃によって効率良く焼却されるようになる。

又、上記において燃焼器からの高温ガスの一部を前記部分ガス化炉に供給すると、部分ガス化炉の温度を更に高めることができるので、部分ガス化炉での乾燥・部分ガス化作用を促進することができる。

更に、燃焼装置が含水廃棄物の自燃によって運転されている状態において、空気予熱器出口の排ガス温度が高く保持されている場合には、その排ガスの廃熱を熱エネルギ回収装置により蒸気或いは温水として回収し、得られた蒸気及び温水を暖房等のために利用することができる。又、空気予熱器出口の排ガス温度が更に高い場合には、ボイラにより蒸気を生じさせて蒸気発電を行うこともできる。従って上記燃焼装置によって、含水廃棄物を焼却処理する作用と熱エネルギを回収する作用を同時に達成することができる。

一方、前記燃焼炉と部分ガス化炉の少なくとも一方に加熱用燃料を供給すると、燃焼炉からの排ガス温度、流動媒体温度が高まることによって、部分ガス化炉での乾燥・部分ガス化作用による可燃性ガスの生成量が大幅に増大し、燃焼器による高温ガスのガス温度が高められるため、燃焼炉及び部分ガス化炉の内部温度が更に高められ、よって空気予熱器出口の排ガス温度が上昇して、排ガスから回収できる廃熱量が増大する。従って、熱エネルギ回収装置により取り出せる蒸気温度（或いは蒸気量）、温水温度（或いは温水量）等の熱エネルギが大幅に増大し、蒸気発電によって生じる電力量を増大できるので、前記燃焼装置を熱エネルギの発生装置として積極的に利用できるようになる。このとき、前記加熱用燃料として、比較的安価で入手が容易な固形燃料（例えば石炭、ゴミ固形燃料ＲＤＦ等）、易燃焼性バイオマス（例えば廃棄木材チップ等）、廃プラスチック等を用いることにより、低コストで大きな熱エネルギを取り出すことができる。

本発明の請求項１〜１０記載の含水廃棄物の燃焼方法及び装置によれば、部分ガス化炉において含水廃棄物を乾燥・部分ガス化することにより可燃性ガスと可燃性固形分を生じさせ、可燃性ガスを燃焼させてその高温ガスにより燃焼炉を外部から加熱して燃焼炉の炉内温度を高く維持するので、前記部分ガス化炉から供給される可燃性固形分を燃焼炉の高温によって完全に燃焼させて焼却することができる効果がある。このとき、媒体分離装置出口の排ガスと熱交換して得られた流動用空気を燃焼炉及び部分ガス化炉に供給して流動層を形成しているので、前記燃焼炉及び部分ガス化炉の内部温度が更に高められる効果がある。

又、燃焼装置が含水廃棄物の自燃によって運転されている状態において、空気予熱器出口の排ガス温度が高く保持されている場合には、その排ガスの廃熱を熱エネルギ回収装置により蒸気或いは温水として回収し、得られた蒸気及び温水を暖房等のために利用することができ、又、空気予熱器出口の排ガス温度が更に高い場合にはボイラにより蒸気を生じさせて蒸気発電にも利用できるので、燃焼装置によって含水廃棄物の焼却処理と熱エネルギの回収を同時に達成できる効果がある。

一方、前記燃焼炉と部分ガス化炉の少なくとも一方に加熱用燃料を供給すると、燃焼炉からの排ガス温度、流動媒体温度が高まることによって、部分ガス化炉での乾燥・部分ガス化作用による可燃性ガスの生成量が大幅に増大し、燃焼器による高温ガスのガス温度が高められるため、燃焼炉及び部分ガス化炉の内部温度が更に高められ、よって空気予熱器出口の排ガス温度が上昇して、排ガスから回収できる廃熱量を増大することができ、蒸気発電による電力発生量も増大するので、前記燃焼炉を熱エネルギの発生装置として積極的に利用することができる効果がある。更に、このとき、前記加熱用燃料として、比較的安価で入手が容易な固形燃料、易燃焼性バイオマス、廃プラスチック等を用いることができ、これによって低コストで大きな熱エネルギが取り出せる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例であって、図１の燃焼装置は、主に可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉２１と、主に含水廃棄物の乾燥・部分ガス化を行う部分ガス化炉２２とから構成されている。前記燃焼炉２１の下部には、従来の流動層を加熱するのに一般に用いられている都市ガス、灯油、重油等の起動用燃料２３と流動用空気とが供給されて砂等の流動媒体とバブリングしながら混合燃焼することにより流動層２４が形成され、燃焼炉２１内上部には高温のフリーボード２５が形成されるようになっている。このとき、図１では散気板２４ａを備えて該散気板２４ａにより燃焼炉２１内に流動用空気を吹込んで流動層２４を形成する場合を例示したが、従来から実施されている散気ノズルを用いて流動用空気を吹込んで流動層２４を形成するようにしてもよい。

前記燃焼炉２１の上部には排ガス管２８が接続されており、排ガス管２８から導出した排ガスは、媒体分離装置２９（ホットサイクロン）に導かれて排ガス中の流動媒体を分離するようになっており、媒体分離装置２９で分離された流動媒体は前記部分ガス化炉２２に供給されるようになっている。

前記部分ガス化炉２２の上部には含水廃棄物投入口２６が設けてあり、該含水廃棄物投入口２６から、生ゴミ、食品廃棄物、工場排液汚泥、下水汚泥、及び家畜排泄物を含むし尿系汚泥からなる含水廃棄物２７を供給するようにしている。前記含水廃棄物２７はその１つを供給しても或いは複数を同時に供給するようにしてもよい。

前記媒体分離装置２９にて流動媒体が分離された排ガスは、空気予熱器３０に導かれて空気を加熱するようにしており、空気予熱器３０で加熱した流動用空気は流動用空気管３１により前記燃焼炉２１の散気板２４ａ下部に導かれて前記流動層２４を形成し、一方、前記流動用空気の一部は部分ガス化炉２２の散気板３２ａ下部に導かれて流動層３２を形成するようになっている。この場合も散気板３２ａに代えて散気ノズルを用いるようにしてもよい。

上記したように、部分ガス化炉２２に流動用空気が供給されると、前記含水廃棄物２７と流動媒体が流動化して流動層３２を形成し、これにより、前記含水廃棄物２７は乾燥・部分ガス化されて可燃性ガスと可燃性固形分を生成するようになっている。そして、部分ガス化炉２２で生成した可燃性固形分は、部分ガス化炉２２内の流動媒体の一部と共に戻り管２１ａを通り燃焼炉２１に供給されるようになっている。

一方、前記燃焼炉２１の外部には、該燃焼炉２１を包囲する外壁３３が設けられて２重構造になっており、燃焼炉２１と外壁３３との間に外側流路３４が形成されている。

前記部分ガス化炉２２において含水廃棄物２７の乾燥・部分ガス化によって生成した可燃性ガスは、ガス取出管３５により燃焼器３６に供給されて燃焼し高温ガスを生じるようになっている。そして、前記燃焼器３６で生じた高温ガスは、高温ガス管３７により前記燃焼炉２１の外周に形成した外側流路３４の下端に供給するようにしている。

又、前記燃焼器３６によって得られた高温ガスの一部は高温ガス管３７により前記部分ガス化炉２２の散気板３２ａ下部に供給するようにしている。

前記部分ガス化炉２２において含水廃棄物２７の乾燥・部分ガス化によって生成した可燃性固形分は、部分ガス化炉２２内で流動する流動媒体の一部と共に傾斜した戻り管２１ａを通って燃焼炉２１の流動層２４に供給されるようになっている。

更に、図１の構成では、前記空気予熱器３０で流動用空気の加熱を行った後の排ガスは、排ガス管３８により熱交換器３９ａ等からなる熱エネルギ回収装置３９に導かれ、水と熱交換することにより蒸気又は温水を生成するようになっている。このとき、空気予熱器３０出口の排ガス温度が高い場合は、熱エネルギ回収装置３９にボイラを備えて蒸気を生じさせ、この蒸気で発電用のタービンを駆動して電力を出力させることもできる。更に、前記熱エネルギ回収装置３９で水の加熱を行った後の排ガスは、排ガス管３８によりスクラバ４０に導き、排ガスに対して水を噴霧し、アンモニアやタールの処理並びに脱硫、脱硝、灰処理等を行いと共に、排ガス中の蒸気を凝縮し、クリーンなガスとして大気放出するようになっている。

又、前記外側流路３４に導入されて燃焼炉２１を外部から加熱した後の加熱後排ガスは、上部の加熱後排ガス管４１により取り出されて前記スクラバ４０の入口部の排ガス管３８に合流され、前記排ガスと共にスクラバ４０で排ガス処理されるようになっている。このとき、前記加熱後排ガスが前記熱エネルギ回収装置３９で熱回収できる高い温度を有している場合には、破線で示すように熱エネルギ回収装置３９の入口部に前記加熱後排ガスを合流させることによって熱エネルギを回収するようにしてもよい。

図２は、本発明を実施する形態の他の例であって、前記燃焼炉２１と部分ガス化炉２２の少なくとも一方に、加熱用燃料４２を供給するようにしている。図２では前記燃焼炉２１の流動層２４の内部に含水廃棄物２７を供給し、同時に、部分ガス化炉２２の流動層３２の内部に補助としての加熱用燃料４２を供給する場合を示している。尚、蒸気加熱用燃料４２は、前記燃焼炉２１と部分ガス化炉２２の熱バランス等に基づいてその一方に供給するようにしても、或いは図２の如く両方に供給するようにしてもよい。前記加熱用燃料４２としては、安価で入手が容易な固形燃料（例えば石炭、ゴミ固形燃料ＲＤＦ等）、易燃焼性バイオマス（例えば廃棄木材チップ等）、廃プラスチック等を用いることができる。この加熱用燃料４２は、その１つを供給しても或いは複数を同時に供給するようにしてもよい。

更に、前記空気予熱器３０とスクラバ４０との間の排ガス管３８には、ボイラ４３ａによって高温・高圧の蒸気を生成するようにした熱エネルギ回収装置４３が設けてあり、この熱エネルギ回収装置４３で生成した蒸気により蒸気タービン４４を駆動して発電機４５により電力を発生するようにしている。このとき、熱エネルギ回収装置４３で熱を回収した後の排ガスがまだ高い温度を有している場合には、熱エネルギ回収装置４３の下流に図１に示すような熱エネルギ回収装置３９を備えて、水と熱交換することにより蒸気又は温水を生成するようにしてもよい。従って、図２によれば燃焼装置を熱エネルギの発生装置として積極的に利用することができる。

前記図１、図２に示す燃焼炉２１の外側流路３４は、内部を流動する高温ガスによって燃焼炉２１を効果的に加熱できることが望ましく、このために、図３では燃焼炉２１の外周に螺旋流路４６を形成してこの螺旋流路４６に高温ガスを導入するようにしている。このような螺旋流路４６の形状とすることにより、螺旋流路４６内を流動する高温ガスの流速が高まり、熱の伝達が向上されることによって燃焼炉２１の加熱効果が高まるようになる。

次に、上記図示例の作用を説明する。

図１の燃焼装置において燃焼炉２１を起動するには、燃焼炉２１と部分ガス化炉２２の夫々に砂等の流動媒体を装入しておき、先ず、燃焼炉２１に起動用燃料２３と流動用空気を供給して燃焼させ、流動媒体をバブリングさせることにより流動層２４を形成する。又、部分ガス化炉２２にも前記流動用空気を供給することにより流動層３２を形成する。このとき、燃焼炉２１からの排ガスの廃熱によって空気予熱器３０で熱交換して得た流動用空気を、流動用空気管３１により前記燃焼炉２１及び部分ガス化炉２２に供給して流動層２４，３２を形成させる。

上記起動用燃料２３の燃焼によって燃焼炉２１の炉内温度が所定の温度に高まると、循環する流動媒体の温度が上昇し、空気予熱器３０による流動用空気の温度も上昇するので、部分ガス化炉２２の内部温度も上昇する。部分ガス化炉２２内が所定の温度に達すると、部分ガス化炉２２内に生ゴミ、食品廃棄物、工場排液汚泥、下水汚泥、及び家畜排泄物を含むし尿系汚泥からなる含水廃棄物２７の少なくとも１つを供給する。含水廃棄物２７は、部分ガス化炉２２内を流動する高温の流動媒体と混合接触して加熱・乾燥されると共に熱分解される乾燥・部分ガス化作用を受け、これにより含水廃棄物２７は未燃ガスや揮発分等の軽い可燃性ガスと可燃性固形分となる。このとき、部分ガス化炉２２内部では含水廃棄物から蒸発する水分の存在下で高温が保持されることにより水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］が起こり、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガスが生成する。

上記部分ガス化炉２２で生成した可燃性固形分は、部分ガス化炉２２内の流動媒体の一部と共に戻り管２１ａを通り燃焼炉２１に供給されて燃焼される。

一方、部分ガス化炉２２で生成した可燃性ガスは、ガス取出管３５により燃焼器３６に供給されて燃焼することにより高温ガスとなる。この高温ガスは高温ガス管３７により前記燃焼炉２１の外周に形成した外側流路３４に供給されて燃焼炉２１を外部から加熱する。このとき、前記燃焼器３６で燃焼する高温ガスは前記燃焼炉２１の炉内温度よりも高い温度とすることができ、よってこの高温ガスにて燃焼炉２１を外部から加熱することにより燃焼炉２１の炉内温度を高い温度に維持することができるようになる。従って、部分ガス化炉２２から供給される固定炭素分を多く含有して比較的燃焼し難い可燃性固形分は燃焼炉２１の高温のフリーボード２５により完全に燃焼されて焼却されるようになる。このように、燃焼炉２１の炉内温度を高く維持することができたことにより、含水廃棄物２７を自燃させることが可能になり、よって燃焼炉２１に供給している起動用燃料２３による補助燃焼をなくすことができる。従って、前記含水廃棄物２７は含水廃棄物２７自身を燃料とする自燃によって効率良く焼却されるようになる。

又、上記形態において、前記燃焼器３６で生じた高温ガスの一部を部分ガス化炉２２に供給すると、部分ガス化炉２２の内部温度を高めることが容易に可能になり、よって部分ガス化炉２２での含水廃棄物２７の乾燥・部分ガス化作用を安定して促進させることができる。

更に、燃焼装置が上記したように含水廃棄物２７の自燃によって運転されている状態において、空気予熱器３０出口の排ガス温度が高く保持されている場合には、その排ガスの廃熱を熱エネルギ回収装置３９により蒸気或いは温水として回収し、得られた蒸気及び温水を暖房等のために利用することができる。又、空気予熱器３０出口の排ガス温度が更に高い場合には、ボイラを備えて高温の蒸気を生じさせることにより蒸気発電を行うこともできる。従って上記燃焼装置によれば、含水廃棄物２７を焼却処理する作用と熱エネルギを回収する作用とを同時に達成することができる。

一方、図２に示す如く、前記燃焼炉２１と部分ガス化炉２２の少なくとも一方に加熱用燃料４２を供給すると、燃焼炉２１からの排ガス温度、流動媒体温度が高まり、部分ガス化炉２２の温度も高まるため、部分ガス化炉２２における乾燥・部分ガス化作用によって生じる可燃性ガスの生成量が大幅に増大する。このため、燃焼器３６による高温ガスのガス温度が高まり、燃焼炉２１及び部分ガス化炉２２の内部温度が更に高められるようになるので、空気予熱器３０出口の排ガス温度が上昇し、よって排ガスから回収できる廃熱量が増大する。従って、熱エネルギ回収装置４３によって取り出される蒸気温度（或いは蒸気量）を高めることができるので、蒸気タービン４４を駆動して発電機４５によって取り出す電力量を増大することができる。従って、図２の燃焼装置では熱エネルギの発生装置として更に積極的に利用することができる。又、前記したように、加熱用燃料４２を燃焼炉２１に供給するようにした場合には、燃焼装置の起動時に加熱用燃料４２を起動用燃料２３と共に燃焼させて起動用燃料２３の使用量を削減することもできる。

このとき、前記加熱用燃料４２として、比較的安価で入手が容易な固形燃料（例えば石炭、ゴミ固形燃料ＲＤＦ等）、易燃焼性バイオマス（例えば廃棄木材チップ等）、廃プラスチック等を用いることにより、低コストで大きな熱エネルギを取り出すことができる。

尚、燃焼炉２１の炉内温度が低いと、石炭のように固定炭素分が多い燃料は燃え難いという問題があるが、前記したように、空気予熱器３０で加熱した流動用空気を燃焼炉２１に導くと共に、外側流路３４に燃焼器３６からの高温ガスを供給し燃焼炉２１を外部から加熱して炉内温度を高く維持しているので、固定炭素分が多くしかも水分含有率も高い泥炭、亜炭、褐炭等の一般に低級炭と称されている石炭も容易に効率良く燃焼することができ、よって上記低級炭も加熱用燃料４２として有効に利用することができる。

尚、本発明の含水廃棄物の燃焼方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例としての燃焼装置の全体概要構成図である。 本発明を実施する形態の他の例としての燃焼装置の全体概要構成図である。 燃焼炉の外周に螺旋流路を形成した例を示す切断側面図である。 従来の焼却処理設備の一例を示す全体概要構成図である。 従来の焼却処理設備の他の例を示す全体概要構成図である。 従来の循環流動炉の一例を示す全体概要構成図である。

符号の説明

２１ 燃焼炉
２１ａ 戻り管
２２ 部分ガス化炉
２４ 流動層
２７ 含水廃棄物
２８ 排ガス管
２９ 媒体分離装置（ホットサイクロン）
３０ 空気予熱器
３１ 流動用空気管
３２ 流動層
３４ 外側流路
３５ ガス取出管
３６ 燃焼器
３７ 高温ガス管
３８ 排ガス管
３９ 熱エネルギ回収装置
４２ 加熱用燃料
４３ 熱エネルギ回収装置
４６ 螺旋流路

Claims (10)

1. 燃焼炉から導出される排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、分離した流動媒体と流動空気と含水廃棄物を部分ガス化炉に供給して流動層を形成し含水廃棄物を乾燥・部分ガス化することにより可燃性ガスと可燃性固形分とを生成させ、部分ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃焼させて得た高温ガスを前記燃焼炉の外周に導いて該燃焼炉を外部から加熱し、前記部分ガス化炉で生成した可燃性固形分及び部分ガス化炉の流動媒体と流動用空気を燃焼炉に供給して流動層を形成し前記可燃性固形分を燃焼炉で燃焼させることを特徴とする含水廃棄物の燃焼方法。
2. 前記媒体分離装置から導出される排ガスの廃熱により燃焼炉及び部分ガス化炉に供給する流動用空気を予熱する請求項１記載の燃焼方法。
3. 前記部分ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃焼させて得た高温ガスの一部を前記部分ガス化炉に供給する請求項１又は２記載の燃焼方法。
4. 前記含水廃棄物が、生ゴミ、食品廃棄物、工場排液汚泥、下水汚泥、及び家畜排泄物を含むし尿系汚泥からなる含水廃棄物の少なくとも１つである請求項１〜３のいずれか１つに記載の含水廃棄物の燃焼方法。
5. 前記燃焼炉と部分ガス化炉の少なくとも一方に、固形燃料、易燃焼性のバイオマス、廃プラスチックからなる加熱用燃料の少なくとも１つを供給する請求項１〜４のいずれか１つに記載の含水廃棄物の燃焼方法。
6. 流動用空気により流動層を形成して可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、流動用空気により流動層を形成して投入される含水廃棄物の乾燥・部分ガス化を行い可燃性ガスと可燃性固形分を生成する部分ガス化炉と、前記燃焼炉からの排ガスを導入して排ガスから流動媒体を分離し分離した流動媒体を前記部分ガス化炉に供給する媒体分離装置と、前記部分ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃焼させて高温ガスを得る燃焼器と、前記燃焼炉の外周に形成され前記燃焼器からの高温ガスを導入して燃焼炉を外部から加熱する外側流路と、前記部分ガス化炉で生成した可燃性固形分を流動媒体と共に前記燃焼炉に戻す戻り管と、を備えたことを特徴とする含水廃棄物の燃焼装置。
7. 前記外側流路が螺旋流路である請求項６記載の含水廃棄物の燃焼装置。
8. 前記媒体分離装置からの排ガスと熱交換して燃焼炉及び部分ガス化炉に導く流動用空気を予熱する空気予熱器を備えた請求項６又は７記載の含水廃棄物の燃焼装置。
9. 前記燃焼器からの高温ガスの一部を前記部分ガス化炉に供給するようにした請求項６〜８のいずれか１つに記載の含水廃棄物の燃焼装置。
10. 前記空気予熱器下流の排ガスと熱交換して廃熱を回収する熱エネルギ回収装置を備えた請求項９記載の含水廃棄物の燃焼装置。
    

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