JP4394654B2 - 高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理方法及びその装置 - Google Patents
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Description
ここで、炭化処理の熱源としては、該炭化処理により生成された熱分解ガスを分解ガス燃焼炉で燃焼させた燃焼排ガスを用いている。
上記分解ガス燃焼炉での燃焼時におけるNOxの生成を抑制した高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理方法及びその装置の一つに、本件出願人の出願に係る特許文献1(特開2005−199157号公報)の発明が提供されている。
図3において、この炭化処理装置は、主として、下水汚泥を脱水する脱水機10と、下水汚泥に熱風を直接接触させて乾燥する乾燥炉20と、乾燥させた下水汚泥を炭化処理する外熱式ロータリーキルン型の炭化炉1と、該炭化炉1で生成された熱分解ガスを主に燃焼する燃焼炉40と、該炭化炉1に加熱ガスを送る燃焼炉50とにより構成されている。
上記炭化炉1の内部と燃焼炉40とは、炭化炉1内で生成した熱分解ガスの配管であるライン31で接続されている。このライン31には熱分解ガス中から炭化物を分離除去するサイクロン32が設けられている。該サイクロン32の底部と炭化炉1の炭化物出口には、炭化物6を排出するライン33とライン34とがそれぞれ設けられている。
上記燃焼炉40には、ファン48が設置され、該ファン48により燃焼用空気を燃焼炉40内部に送り込むことができるように構成されている。そして、該燃焼炉40には、上記ファン48からの燃焼用空気と、上記サイクロン32を経た熱分解ガスと、上記乾燥炉20での乾燥処理後の乾燥排ガスと、LNG(天然ガス)又は重油等の化石燃料で構成される助燃料とが供給され、該熱分解ガスが燃焼せしめられるようになっている。
また、上記燃焼炉50には、燃焼用空気としてライン53により循環されるガス、及びライン61からの予熱された空気及び助燃料が供給されるようになっている。
次いで、脱水した下水汚泥を乾燥炉20に送る。該乾燥炉20では、汚泥の水分が約30%位になるまで乾燥する。該乾燥炉20での乾燥は、ライン44から導入される燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。なお、乾燥に必要な量以上の燃焼排ガスは、ライン45の系統に送られる。乾燥させた汚泥はライン21を介して炭化炉1に導入される。
上記炭化炉1での加熱は、上記燃焼炉50で助燃料をライン61及び循環ライン53からの燃焼用空気で燃焼し、これにより得られる加熱ガスをライン51を通して該炭化炉1の外筒に供給し、汚泥に直接に接触しないで間接加熱により行う。
なお、ライン61からの空気は、上記空気予熱器38での排ガスとの熱交換により加熱されている。
該燃焼炉40の第1段燃焼部40aでは、空気比<1.0で熱分解ガスを助燃料と共に燃焼空気を用いて900〜1100℃で高温還元雰囲気で燃焼させることにより、熱分解ガス中のNH3を分解し、N2Oを分解し、NOxを還元している。次いでこの熱分解ガスを第2段燃焼部40bに導き、該第1段燃焼部40bにおいて、燃焼空気を吹き込み、空気比>1.0で850〜1000℃の低温酸化雰囲気で燃焼させることにより、未燃ガスを完全燃焼させている。
かかるNH3含有ガスからのNOxへの転換を抑制する燃焼方法としては、化石燃料からなる助燃料を用いての高温還元燃焼による低NOx燃焼が有効であるが、この場合は助燃料を多く要して、助燃料の燃料消費率が多くなり勝ちとなり、この点に改良の余地がある。
(1)上記最終的燃焼処理において燃焼ガスに上記乾燥排ガスを複数段に亘って投入し、両者を高温燃焼させる(請求項2)。
(2)上記分解ガス燃焼炉に投入される上記乾燥排ガスの10〜30%を上記第1次投入ガス量とし、上記乾燥排ガスの70〜90%を上記第2次投入ガス量とする(請求項3)。
(3)上記1次燃焼空気及び2次燃焼空気は、空気予熱器にて上記炭化炉での炭化処理後に排出される炭化処理排ガスによって予熱された空気を用い、空気量調整手段によって該1次燃焼空気と2次燃焼空気との供給空気量の割合を調整して上記分解ガス燃焼炉に供給する(請求項4)。
高含水有機物を乾燥装置にて乾燥処理し、該乾燥処理を経た後の高含水有機物を炭化炉にて炭化処理し、該炭化処理により生成された熱分解ガスを燃焼処理する高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理装置において、上記炭化炉で生成された熱分解ガスが導入される熱分解ガス導入口と、上記乾燥装置での乾燥処理後の乾燥排ガスが導入される複数段の乾燥排ガス導入口と、燃焼用空気が導入される複数段の燃焼用空気導入口と、燃焼排ガスを送出する燃焼排ガス送出口とを有する分解ガス燃焼炉を備え、該分解ガス燃焼炉は、上記熱分解ガス導入口を最上流側に設けて該熱分解ガス導入口から上記燃焼排ガス送出口へと上記熱分解ガスが長手方向に流動可能に形成され、上記複数段の乾燥排ガス導入口の一方を上記燃焼用空気導入口よりも上流側部位に開口して熱分解ガスの還元雰囲気での燃焼処理を可能とし、他の乾燥排ガス導入口を上記燃焼用空気導入口よりも下流側に開口して、上記燃焼後の炉内ガスに上記燃焼用空気を供給して酸化雰囲気での燃焼処理を行ない、次いでこの酸化雰囲気での燃焼ガスに上記乾燥排ガスを第2次投入して最終的燃焼処理を行なうことを可能に構成したことを特徴とする(請求項5)。
また、上記還元雰囲気中で、熱分解ガスよりも低温の乾燥排ガスを適量分解ガス燃焼炉内に吹き込んで、該分解ガス燃焼炉内の温度を1200℃以下に保持することにより、分解ガス燃焼炉の炉壁を保護できて、分解ガス燃焼炉の耐久性を向上できる。
さらにこの酸化雰囲気での燃焼ガスに、上記還元雰囲気中での燃焼ゾーンで消費した乾燥排ガスの残りの乾燥排ガス(好ましくは乾燥排ガスの70〜90%:請求項3)を第2次投入して最終的燃焼処理を行なうことにより(請求項1)、多量の乾燥排ガス中のNH3による自己脱硝作用によって、上記熱分解ガス燃焼ゾーンの酸化雰囲気での燃焼時に生成されたNOxを還元して低NOx燃焼をなすとともに、上記乾燥排ガス及び2次燃焼空気によって脱臭及び完全燃焼を行なうことができる。
図1は本発明の実施形態に係る高含水有機物の炭化処理装置の系統図、図2は分解ガス燃焼炉の縦断面構成図である。
この実施形態では、高含水有機物、特に高含水含窒素有機物として下水汚泥をその処理対象としている。
図1に示すように、本実施形態に係る炭化処理装置は、主として、下水汚泥を脱水する脱水機10と、脱水した下水汚泥に熱風を直接接触させて乾燥する乾燥炉20と、乾燥させた下水汚泥を炭化処理する炭化炉1と、該炭化炉1で生成した熱分解ガスを主に燃焼する分解ガス燃焼炉2と、該分解ガス燃焼炉2からの高温の燃焼ガスをさらに燃焼、加熱して炭化炉1に送り込む炭化炉用燃焼装置3等により構成されている。
上記炭化炉1の内部と上記分解ガス燃焼炉2とは、該炭化炉1内で生成した熱分解ガスの配管であるライン19で接続され、このライン19には熱分解ガス中から炭化物を分離除去するサイクロン32が設けられている。
該サイクロン32の底部及び上記炭化炉1の炭化物出口には、炭化物6を排出するライン34とライン33がそれぞれ設けられている。
上記分解ガス燃焼炉2の詳細については後述する。
上記炭化炉用燃焼装置3においては、上記分解ガス燃焼炉2からの950℃程度(通常900〜1000℃)の高温の燃焼排ガスが、LNG(天然ガス)又は重油等の化石燃料で構成される助燃料と、後述する空気予熱器38で予熱され空気ライン61を通して供給される燃焼用空気とによって燃焼して1100℃程度(通常1050〜1150℃)に昇温され、炭化炉1に供給される。
13は上記空気予熱器38に燃焼用空気を供給するためのファンである。80,82は上記分解ガス燃焼炉2内に助燃料を供給するための助燃料供給ラインである。この助燃料供給ラインは必要に応じて設ける。
また、上記空気予熱器38で燃焼用空気を予熱した後の炭化炉排ガスは、ファン14により排ガスライン81を通して排ガス処理装置8に送り込まれ、所要の浄化処理がなされた後、煙突17から大気中に排出されるようになっている。
上記熱交換器7には、上記分解ガス燃焼炉2出口の燃焼排ガスライン41から分岐した燃焼排ガスライン9を通して、950℃程度(通常900〜1000℃)の高温ガスが導入されて、上記乾燥炉20から乾燥炉排ガスライン11を通して供給された乾燥炉排ガスを530℃程度(通常510〜550℃)まで加熱し、乾燥炉排ガスライン71及び乾燥炉排ガスライン71から分岐された3つの乾燥炉排ガスライン73、74、75を通して上記分解ガス燃焼炉2に還流するようになっている。
上記熱交換器7出口の乾燥炉排ガスライン71から、上記3つの乾燥炉排ガスライン73、74、75への乾燥炉排ガス流量の分配割合は、該3つの乾燥炉排ガスライン73、74、75に設置した流量調節弁により行なっている。
高温の排ガスの排熱を用いて、白煙防止用の高温空気を製造する熱交換器で、ファン16から供給される空気を加熱する。該熱交換器15により冷却された後の上記排ガスは、上記空気予熱器38を経た排ガスと合流されて上記排ガス処理装置8に供給されるようになっている。
また、上記分解ガス燃焼炉2のケース210の上側部には、燃焼用空気ライン38aから分岐された燃焼用1次空気ライン39に接続される1次空気入口202が設けられ、上記空気予熱器38出口の燃焼用空気ライン38aから分岐された1次空気ライン(燃焼用空気ライン)39を通して1次空気が供給されるようになっている。
上記乾燥排ガス上部導入口203には、上記熱交換器7で530℃程度(通常510〜550℃)まで加熱された乾燥炉排ガスが、上記乾燥炉排ガスライン71及び該乾燥炉排ガスライン71から分岐された乾燥炉排ガスライン73を通して供給されている。また、上記2つの乾燥排ガス下部導入口206及び207には、乾燥炉排ガスが、上記乾燥炉排ガスライン71から分岐された乾燥炉排ガスライン74及び75をそれぞれ通して供給されている。
さらに、上記2つの2次空気導入口204及び205には、空気予熱器38出口の燃焼用空気ライン38aから分岐された2次空気ライン(燃焼用空気ライン)76及び77を通して2次空気がそれぞれ供給されるようになっている。
また、上記分解ガス燃焼炉2のケース210の、上記乾燥炉排ガスライン73の近傍、及び上記2つの乾燥排ガス下部導入口206及び207の近傍には、助燃料ライン80,82に接続される助燃料導入口(図示省略)が必要に応じて設置され、助燃料ライン80,82を通した助燃料を上記分解ガス燃焼炉2の上部又は下部の燃焼域に投入可能となっている。
先ず、脱水機10に下水汚泥を導入し、下水汚泥の水分が約80%になる位まで脱水する。次いで、脱水した下水汚泥を乾燥炉20に送る。乾燥炉20では、汚泥の水分が約30%位になるまで乾燥する。
該乾燥炉20での乾燥は、上記分解ガス燃焼炉2からのライン41から分岐されたライン5を通して導入される燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。この場合、上記分解ガス燃焼炉2からの燃焼排ガスの温度は上記のように950℃程度(通常900〜1000℃)の高温であるので、該燃焼排ガスを、該乾燥炉20の燃焼排ガス出入口と上記ライン5とを接続した循環ライン50を上記ファン12によって循環させながら、該乾燥炉20において低温の上記下水汚泥と熱交換させることによって830℃程度(通常810〜850℃)まで降温させて該乾燥炉20に作用させる。
上記乾燥炉20で乾燥させた下水汚泥は、ライン21を通して炭化炉1に導入される。
炭化炉1では、下水汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約300〜600℃に加熱して炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である炭化物6とを生成する。該炭化物6はライン33を通して排出される。
この炭化炉1における加熱は、上記炭化炉用燃焼装置3で1100℃程度(通常1050〜1150℃)に昇温した燃焼排ガスを該炭化炉1の外筒に供給することにより、該燃焼排ガスを下水汚泥に直接接触しない間接加熱によって行う。
この場合、上記空気予熱器38からの燃焼用空気は、該空気予熱器38出口の燃焼用空気ライン38aから上記3つの燃焼用空気ライン39、76、77に分岐されて上記分解ガス燃焼炉2の1次空気導入口202、2つの2次空気導入口204及び205に導入されるが、上記1次空気導入口202、2つの2次空気導入口204及び205への燃焼用空気量の供給量は、上記燃焼用空気ライン39、76、77にそれぞれ設けられた流量調節弁39a、76a、77aの開度を変化させることにより行なう。
上記空気予熱器38での燃焼用空気の予熱によって300℃程度(通常280〜320℃)まで降温された炭化炉排ガスは、ファン14により排ガス処理装置8に送り込まれ、所要の浄化処理がなされた後、煙突17から大気中に排出される。
一方、上記炭化炉1で生成された熱分解ガスは、ライン19を通して上記サイクロン32に送り込まれ、該サイクロン32にて炭化物6を分離除去した後、上記分解ガス燃焼炉2に導入される。該サイクロン32にて分離された炭化物36はライン34を通して排出される。
上記分解ガス燃焼炉2の最上部に設けられた熱分解ガス入口201から炉内2dに導入
された上記炭化炉1からの熱分解ガスは、該炉内2dを下方に向けて流動する。また、上記分解ガス燃焼炉2の上側部の1次空気入口202からは上記空気予熱器38で予熱された1次空気(燃焼用空気)が導入される。
さらに、上記熱分解ガス入口201から上記乾燥排ガス上部導入口203を経て上記上側の2次空気導入口204までの領域Z1は還元域で、該還元域Z1に1次空気入口202から供給される1次空気は、空気比0.7〜0.8で滞留時間が1.5秒以上の条件で供給される。また、該還元域Z1に上記乾燥排ガス上部導入口203から投入される空気比0.1程度(通常0.05〜0.15)の乾燥機排ガスは、上記乾燥機20での乾燥処理後の乾燥機排ガスの10〜30%の流量で、吹込み流速30m/s程度(通常15〜45m/s)で上記還元域Z1内に吹き込まれる。
また、上記還元域Z1に、熱分解ガスよりも低温の乾燥機排ガスを適量分解ガス燃焼炉2内に吹き込んで、該分解ガス燃焼炉2内の温度を1200℃以下に保持することにより、分解ガス燃焼炉の炉壁を保護できて、該分解ガス燃焼炉2の耐久性を向上できる。
このように、上記還元域Z1における還元雰囲気中での低NOx燃焼後の炉内ガス(熱分解ガス)に、酸化域Z2において2次空気を供給して酸化雰囲気での燃焼処理を行なうことにより、上記還元雰囲気中での未燃ガスを完全燃焼することができる。
その後に、上記乾燥排ガス下部導入口206及び207から、乾燥機排ガスが、上記乾燥機20での乾燥処理後の乾燥機排ガスの70〜90%の流量で、流速30m/s程度(通常25〜35m/s)で上記乾燥機排ガス燃焼ゾーンYに吹き込まれる。ここでの燃焼温度は、950℃以上、滞留時間は2秒以上が好適である。
以上の処理により、上記燃焼排ガス送出口208出口の燃焼排ガスの温度を950℃程度(通常900〜1000℃)に保持する。
上記燃焼排ガスの温度を950℃程度(通常900〜1000℃)に保持できない場合は、助燃料ライン80,82を通した助燃料を上記熱分解ガス燃焼ゾーンZあるいは、乾燥機排ガス燃焼ゾーンYに投入することによって、脱臭及び完全燃焼を行なうことができる。
2 分解ガス燃焼炉
2d 炉内
201 熱分解ガス入口
202 1次空気入口
203 乾燥排ガス上部導入口
204 2次空気導入口
205 2次空気導入口
206 乾燥排ガス下部導入口
207 乾燥排ガス下部導入口
208 燃焼排ガス送出口
210 ケース
3 炭化炉用燃焼装置
6 炭化物
7 熱交換器
10 脱水機
20 乾燥炉
38 空気予熱器
Claims (6)
- 高含水有機物を乾燥装置にて乾燥処理し、該乾燥処理を経た後の高含水有機物を炭化炉にて炭化処理し、該炭化処理により生成された熱分解ガスを燃焼処理する高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理方法であって、上記炭化炉で生成された熱分解ガスを分解ガス燃焼炉に導入し、該分解ガス燃焼炉において上記乾燥装置での乾燥処理後の乾燥排ガスの一部を第1次投入するとともに1次燃焼空気を供給して還元雰囲気での燃焼処理を行ない、次いでこの還元雰囲気での燃焼ガスに2次燃焼空気を供給して酸化雰囲気での燃焼処理を行ない、次いでこの酸化雰囲気での燃焼ガスに上記乾燥排ガスを第2次投入して最終的燃焼処理を行なうことを特徴とする高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理方法。
- 上記最終的燃焼処理において燃焼ガスに上記乾燥排ガスを複数段に亘って投入し、両者を高温燃焼させることを特徴とする請求項1に記載の高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理方法。
- 上記分解ガス燃焼炉に投入される上記乾燥排ガスの10〜30%を上記第1次投入ガス量とし、上記乾燥排ガスの70〜90%を上記第2次投入ガス量としたことを特徴とする請求項1に記載の高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理方法。
- 上記1次燃焼空気及び2次燃焼空気は、空気予熱器にて上記炭化炉での炭化処理後に排出される炭化処理排ガスによって予熱された空気を用い、空気量調整手段によって該1次燃焼空気と2次燃焼空気との供給空気量の割合を調整して上記分解ガス燃焼炉に供給することを特徴とする請求項1に記載の高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理方法。
- 高含水有機物を乾燥装置にて乾燥処理し、該乾燥処理を経た後の高含水有機物を炭化炉にて炭化処理し、該炭化処理により生成された熱分解ガスを燃焼処理する高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理装置において、上記炭化炉で生成された熱分解ガスが導入される熱分解ガス導入口と、上記乾燥装置での乾燥処理後の乾燥排ガスが導入される複数段の乾燥排ガス導入口と、燃焼用空気が導入される複数段の燃焼用空気導入口と、燃焼排ガスを送出する燃焼排ガス送出口とを有する分解ガス燃焼炉を備え、該分解ガス燃焼炉は、上記熱分解ガス導入口を最上流側に設けて該熱分解ガス導入口から上記燃焼排ガス送出口へと上記熱分解ガスが長手方向に流動可能に形成され、上記複数段の乾燥排ガス導入口の一方を上記燃焼用空気導入口よりも上流側部位に開口して熱分解ガスの還元雰囲気での燃焼処理を可能とし、他の乾燥排ガス導入口を上記燃焼用空気導入口よりも下流側に開口して、上記還元雰囲気での燃焼後の炉内ガスに上記燃焼用空気を供給して酸化雰囲気での燃焼処理を行ない、次いでこの酸化雰囲気での燃焼ガスに上記乾燥排ガスを第2次投入して最終的燃焼処理を行なうことを可能に構成したことを特徴とする高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理装置。
- 上記分解ガス燃焼炉は、上記熱分解ガスの流動方向に沿って、上記熱分解ガス導入口及び複数段の燃焼用空気導入口のうちの1次空気導入口を最上流側に、複数段の上記乾燥排ガス導入口の一方、上記複数段の燃焼用空気導入口のうちの2次空気導入口、上記複数段の上記乾燥排ガス導入口の他方、及び上記燃焼排ガス送出口を長手方向に沿って配設した筒状体にて構成されたことを特徴とする請求項5に記載の高含水有機物炭化処理システムの熱分解ガス処理装置。
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