JP4673464B2

JP4673464B2 - 産業廃棄物焼却排ガス急冷方法及び急冷塔

Info

Publication number: JP4673464B2
Application number: JP2000096889A
Authority: JP
Inventors: 秀行森明
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001276565A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチック、廃油、汚泥、めっき廃液などの金属スクラップ以外の産業廃棄物を焼却処理した排ガスを急冷処理する方法及び急冷塔の内壁構造に関するものである。本出願人はこれら産業廃棄物の処理を、「資源と素材、リサイクリング大特集号」１９９７（１１３）、１２、第１１７７頁にて紹介したフローで、日産約１００トン処理している。又、BＡＳＦ型焼却炉で発生した排ガス中にダイオキシンを発生させないよう特定温度を急冷する急冷塔を使用している。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排ガス急冷塔は、縦型塔の上部から導入された１１７３Ｋ（９００℃）〜１２７３Ｋ（１０００℃）程度の排ガスを下向きに吸引し、途中に設けられたスプレー領域で約３６０m³/hrの流量で水を噴射し、９７３Ｋ（７００℃）以上から３４３Ｋ（７０℃）以下に急冷してダイオキシンの発生を抑止している。冷却された排ガスは塔の下部からスクラバーに送って除塵し、一方冷却水は排水処理設備に送って中和する。従来の排ガス急冷塔の内壁はスプレー領域がカーボン煉瓦、その上部のスプレー水が当たらない領域では耐火性骨材にアルミナセメントを混合した耐火キャスターが用いられていた。なお、焼却炉ではCr₂O₃含有耐火物が優れた性能を示すとの報告があり（Taikabutsu ５１[４]２３７〜２４６（１９９９））、また汎用の耐火キャスターでも実操業上の支障は来たしていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した排ガス急冷塔で実操業を行ない遭遇した問題は、スプレー領域直上の耐火キャスターが１ヶ月程度で風化してしまい、耐火物の再施工が必要になり、産業廃棄物の処理を中断せざるを得ないことであった。一方焼却炉の耐火物寿命は数ヶ月以上であり、またスプレー水が直接当る部分の耐火物寿命にも問題がないために、ノズル噴射角度外で脇に反れた少量のスプレー水と高温排ガスの競合作用による腐食が起こっていると考えられ、従来このような現象を論述した文献などがなかったので、本発明者らは各種耐火・耐熱材料につき試験を行い産業廃棄物焼却操業の安定化を実現することができた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る方法は、産業廃棄物を焼却して発生したダストを含み、かつＨＣｌ濃度が０．３〜１．５％、ＳＯ₂濃度が０．５〜３％である排ガスを、急冷塔に下向きに導入し、冷却水が当たらない塔入口側第１の領域、下記スプレーノズルのうち第1の領域に最も近い上部のスプレーノズルの上向き最先端開き角度の延長線上の塔内壁を下限とし、かつ当該上向き最先端開き角度外に散逸するスプレー水が当たる最上端塔内壁を上限とし、これら下限及び上限位置のそれぞれを通る、急冷塔の縦断面視の水平平行線で挟まれ、該スプレー水により冷却が起こる第２の領域、及びスプレーノズルから噴射された冷却水により急冷する第３の領域を順次通過せしめ、スプレーノズルを第３の領域のみに水平もしくは下向きにかつ円周方向に等間隔でかつ縦方向に複数段で配置する、産業廃棄物焼却排ガス急冷方法であって、第２領域の内壁のみにＪＩＳＲ２３０４に規定される耐火度ＳＫ３０耐火物を使用し、かつ９７３Ｋ（７００℃）以上の温度で第３の領域に導入される前記排ガスを、第３の領域から排出される時に３４３Ｋ（７０℃）以下に冷却することを特徴とする産業廃棄物焼却排ガス急冷方法であり、また本発明に係る急冷塔は、産業廃棄物を焼却して発生したダストを含む排ガスを、下向きに導入する入口と、冷却水が当たらない塔入口側第１の領域と、下記スプレーノズルのうち第1の領域に最も近い上部のスプレーノズルの上向き最先端開き角度の延長線上の塔内壁を下限とし、かつ当該上向き最先端開き角度外に散逸するスプレー水が当たる最上端塔内壁を上限とし、これら下限及び上限位置のそれぞれを通る、急冷塔の縦断面視の水平平行線で挟まれ、該冷却水により冷却が起こる第２の領域と、スプレーノズルから噴射された冷却水により、９７３Ｋ（７００℃）以上の温度で導入される前記排ガスを、３４３Ｋ（７０℃）以下に急冷して排出する第３の領域とを含んでなり、スプレーノズルが第３の領域のみに水平又は下向きに円周方向に等間隔でかつ縦方向に複数段で配置され、第２の領域の内壁のみに、ＪＩＳＲ２３０４に規定される耐火度ＳＫ３０耐火物を使用することを特徴とする。以下本発明を詳しく説明する。
【０００５】
本発明に係る産業廃棄物の焼却法はいわゆる焼却炉法に属し、本出願人の特開平１０―１８５１５４号公報で提案した流動床は使用してもよいが、一般には使用しない。発生する排ガスは主としてCO,CO₂,H₂O,O₂,N₂からなり、少量の有機物を含有するが、腐食性成分として濃度が０．３〜１．５％のＨＣｌ、濃度が０．５〜３％のＳＯ₂を含有している。以下、図１を参照して第１〜３領域を説明する。
【０００６】
急冷塔１を下向きに流れる排ガスは、冷却水が全く当たらない第１の領域２では主として塔内壁１ａとの熱交換により冷却がされ、一部は輻射冷却が起こる。この第１の領域２は、長さは１．５ｍ程度であり、温度降下は少なく、１１７３Ｋ（９００℃）から１１２３Ｋ（８５０℃）程度まであり、また侵食の問題は起こらないので通常の耐火キャスターを使用することができる。
冷却ノズル３の最先端開き角度により決定される噴射角度（α）、例えばα＝９０°の範囲内に入る第３の領域４では冷却水と排ガスの熱交換が主となり、気―液間伝熱以外は無視できる程度である。この領域４の長さは３．５ｍ程度であり、ノズル３は縦方向には３段に、円周方向には１６個を等間隔に配列する。ここでの温度降下は少なくとも９７３Ｋ（７００℃）から３４３Ｋ（７０℃）の温度範囲を急速降下であり、ダイオキシンの発生が阻止される。
【０００７】
これら領域２，４の中間に位置する第２の領域５では、冷却水が蒸発した蒸気や、噴射角度外にβ＝約３０°の範囲で散逸するスプレー水６により排ガスは冷却され、また排ガスは塔内壁１ａとの熱交換によっても冷却される。この領域５の長さは０．８ｍ程度であり、ここでの温度降下は１１２３Ｋ（８５０℃）から９７３Ｋ（７００℃）程度である。この第２の領域５において急冷塔１の内壁は原因不明であるが激しく侵食を受ける。侵食は激しい場合は耐火構造の内部が崩壊し、通常の場合は表面が大きく損耗する。そこで本発明者らは鋭意検討の結果、ＳＫ３０耐火物が意外にも極めて高い耐侵食性をもつことを見出した。また、この領域では煉瓦を固定する結合材や目地材以外はＳＫ３０耐火物煉瓦とする。
【０００８】
図２には急冷塔の全体概略構造を示す。急冷塔３０は全体の高さが５．９ｍ程度であり、内容積が２７ｍ³の縦型塔であって、第２の領域にはＳＫ３０耐火物煉瓦３５を内張りしている。塔内部に冷却水を弁３２を介して噴射するノズル３１ａ，３１ｂ，３１ｃを3段に、かつ各段に１６個周設しており、少なくとも１０７３Ｋ（８００℃）から３５３Ｋ（８０℃）の温度範囲で排ガスを急冷する。なお、かかる水冷により排ガスに含まれるＨＣｌ及びＳＯ₂は殆んどが水に溶解される。全噴射ノズルからのスプレー水量は３２０〜３６０ｍ³／ｈｒである。かかる冷却水噴射の結果、ダストの一部とＨＣｌ，Ｈ₂ＳＯ₄などを含有する処理液は底部出口３０ｂから処理液溜り３１に溜まり、この処理液は苛性ソーダの添加による中和を経て冷却水として再利用される。一方、噴射水により３４３Ｋ（７０℃）以下に冷却された排ガスは、主成分が水蒸気、ＣＯ₂、Ｏ₂等であり、流量は４００〜４５０Ｎｍ³／ｈｒ、ダスト量は０．１〜０．２ｇ／Ｎｍ³（排ガス容積）である。かかる冷却排ガスは塔下部に設けられた排ガス出口３３から排出される。続いて、本発明者が実機で行なった試験の結果を説明する。
【０００９】
図３及び４には各種耐火材及び耐熱合金を試験した状況が丸印内の数字で図解されている。試験した材料２０は、順に同じ数字で示すと、（１）カリガラス系耐酸キャスタブル（サワーアイゼン社製品Ｎｏ．５４ＬＷ，比較例）、（２）耐火・耐酸キャスタブル（日本ガイシ製品Ｅｚ３−２７００、比較例），（３）ＳＫ３０耐火物(実施例)、（４）抗火石、（５）耐酸・耐アルカリキャスタブル（ヨータイ製品、ＡＳ−１００、比較例）、（６）粘土質耐酸・耐水キャスタブル（旭ガラス製品、ＷＰＣ−１００、比較例），（７）ハステロイＣ（比較例）（登録商標）、（８）オーステナイト系ステンレス鋼（比較例）（日本冶金製品NAS64）,（９）SUS316（比較例）であり、（１）〜（６）はブロック（煉瓦）状のものであり、（７）〜（９）は金属板（３ｔ×１０００×１０００）である。これらの材料のうち（１）〜（４）は図４に示すように冷却塔内の第２領域に配列し、（７）〜（９）はこれらを固定するＳＵＳ３１６Ｌ製固定治具の表面に（７）〜（９）を配列した。これら材料２０はSUS316製固定治具２３により前面を抑え、かつ耐酸キャスター２１（サワーアイゼン社製品Ｎｏ５４ＬＷ）内に埋め込んだ。なお２２は急冷塔本体と入口ガス道との接続フランジである。２ヶ月の実操業後各材料２０（１）〜（９）を評価したところ次の結果が得られた。
（１）上部端面の損耗が激しく、一部に欠損が見られた。下部は良好であった。
（２）骨材のセルベンが残っているものの、微粉部がなくなり、損耗していた。
（３）表面がざらついていたが損耗は微少であった。
（４）損耗が激しく、内部組織も崩壊していた。
（５）表面が大きく損耗していた。
（６）表面が大きく損耗していた。
（７）試験途中で金属板を止めているボルトが脱落したので評価できなかった。
（８）約2ヶ月で金属板よりは紙片と言わざるを得ない程度まで腐食した。腐食による重量減は約９０％である。
（９）腐食による重量減は約２０％であった。
【００１０】
この試験結果よりＳＫ３０耐火物が優れた性能をもち、他の耐火物や耐熱鋼、耐熱合金は不良であることが分る。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、焼却廃ガス急冷塔の補修による中断なく産業廃棄物の焼却を実施でき、さらにまた排ガス急冷塔の寿命が延びるなどの、実操業上重要な利点が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法における第１〜３領域を説明する模式図である。
【図２】本発明の一実施例に係る急冷塔の全体説明図である。
【図３】各種供試材料を冷却塔のどの位置に配置したかを図解する図である。
【図４】各種供試材料の配列平面図である。
【符号の説明】
１−急冷却塔
２−第１の領域
３−冷却ノズル
４−第３の領域
５−第２の領域

Claims

産業廃棄物を焼却して発生したダストを含み、かつＨＣｌ濃度が０．３〜１．５％、ＳＯ₂濃度が０．５〜３％である排ガスを、急冷塔に下向きに導入し、冷却水が当たらない塔入口側第１の領域、下記スプレーノズルのうち第1の領域に最も近い上部のスプレーノズルの上向き最先端開き角度の延長線上の塔内壁を下限とし、かつ当該上向き最先端開き角度外に散逸するスプレー水が当たる最上端塔内壁を上限とし、これら下限及び上限位置のそれぞれを通る、急冷塔の縦断面視の水平平行線で挟まれ、該スプレー水により冷却が起こる第２の領域、及びスプレーノズルから噴射された冷却水により急冷する第３の領域を順次通過せしめ、スプレーノズルを第３の領域のみに水平もしくは下向きにかつ円周方向に等間隔でかつ縦方向に複数段で配置する、産業廃棄物焼却排ガス急冷方法であって、第２領域の内壁のみにＪＩＳＲ２３０４に規定される耐火度ＳＫ３０耐火物を使用し、かつ９７３Ｋ（７００℃）以上の温度で第３の領域に導入される前記排ガスを、第３の領域から排出される時に３４３Ｋ（７０℃）以下に冷却することを特徴とする産業廃棄物焼却排ガス急冷方法。
第１の領域の内壁が耐火キャスターからなり、さらに、第３の領域の内壁はカーボン煉瓦からなる請求項１記載の産業廃棄物焼却排ガス急冷方法。
産業廃棄物を焼却して発生したダストを含む排ガスを、下向きに導入する入口と、冷却水が当たらない塔入口側第１の領域と、下記スプレーノズルのうち第1の領域に最も近い上部のスプレーノズルの上向き最先端開き角度の延長線上の塔内壁を下限とし、かつ当該上向き最先端開き角度外に散逸するスプレー水が当たる最上端塔内壁を上限とし、これら下限及び上限位置のそれぞれを通る、急冷塔の縦断面視の水平平行線で挟まれ、該冷却水により冷却が起こる第２の領域と、スプレーノズルから噴射された冷却水により、９７３Ｋ（７００℃）以上の温度で導入される前記排ガスを、３４３Ｋ（７０℃）以下に急冷して排出する第３の領域とを含んでなり、スプレーノズルが第３の領域のみに水平又は下向きに円周方向に等間隔でかつ縦方向に複数段で配置され、第２の領域の内壁のみに、ＪＩＳＲ２３０４に規定される耐火度ＳＫ３０耐火物を使用することを特徴とする産業廃棄物焼却排ガス急冷塔。
第１の領域の内壁が耐火キャスターからなり、さらに、第３の領域の内壁はカーボン煉瓦からなる請求項３記載の産業廃棄物焼却排ガス急冷塔。