JP4822849B2

JP4822849B2 - 灰溶融炉の排ガス処理装置

Info

Publication number: JP4822849B2
Application number: JP2006003562A
Authority: JP
Inventors: 大祐鮎川; 博昭南條; 聡吉本; 暁洋松本
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP2007187338A

Description

本発明は、ごみ焼却炉からの焼却残渣や飛灰などを溶融処理する溶融炉排ガス処理を大幅に削減し、その溶融排ガスからの熱回収を効率よく行える灰溶融炉の排ガス処理装置に関するものである。

近時、廃棄物などを焼却する焼却炉から排出される焼却残渣や飛灰などを灰溶融炉によって溶融固化する処理方法が、廃棄物処理に当たっての有害物質の固化処理と減容化や溶融スラグの再利用、最終埋立処分地の延命手段として利用されている。

ところで、一般的なごみ焼却炉であるストーカ炉から排出される焼却残渣や飛灰の溶融固化処理を行う灰溶融炉では、例えば図３にストーカ炉と表面溶融炉とによるごみ焼却・溶融処理システムの処理系統図で示されるように、それぞれ独立した排ガス処理システムを有している。

このごみ焼却・溶融処理システムでは、ストーカ炉３０で発生する燃焼排ガスＧ１は煙道によって減温塔３２に導かれ、この減温塔３２によって排ガスが冷却され、後処理可能な温度まで減温された排ガスがバグフィルタ３３，３３′によって同伴するダストを集塵除去され、清浄化されて誘引排風機３４により煙突３７に送られて大気中に放散される。一方、ストーカ炉３０から排出された焼却残渣Ｃ１や前記バグフィルタ３３，３３′で捕集された飛灰Ｃ２，Ｃ３などの被溶融物Ｄは、灰溶融炉１０（この図示例では表面溶融炉）に送られて化石燃料を用いるバーナ１２によって溶融され、溶融されたスラグＳ１を水冷することにより水砕スラグＳ２としてスラグ回収槽４１で回収する。図中符号３１は排熱ボイラ、３５は主灰槽、３６，３６′は飛灰槽、３９はスラグ水槽、３９′はスラグコンベア、４７は磁選器、４８は篩、４９は破砕機である。

また、灰溶融炉１０で発生した溶融排ガスＧ２は、二次燃焼室４２，空気予熱器４３，ガス冷却室４４およびバグフィルタ４５を経て無害な状態に処理した後、誘引排風機４６により煙突３７に送られ、その煙突３７から大気中に放散されている。

このほかに、焼却炉からの焼却残渣を溶融処理するに伴い発生する排ガス処理として、還元性雰囲気で操業する溶融炉で溶融残渣を溶解処理した際に発生する排ガスをごみ焼却炉の二次燃焼室の入口へ導入する排ガス処理方法が特許文献１によって知られている。また、灰溶融炉の排ガス処理手段として、灰溶融炉で発生する排ガスを導く高温煙道の後流側に乾式の冷却手段を備える集塵器を配するとともに、この集塵器通過後の排ガスを集塵器出口煙道を通じてごみ焼却炉に送って燃焼させるようにするものが、特許文献２により本出願人の先行技術として開示されている。さらに、電気抵抗式灰溶融炉で発生する排ガスを回転式火格子炉における二次燃焼室へ送込んで燃焼させるものが特許文献３によって知られている。

特開２０００−３２０８１３号公報特開２００２−８９８１３号公報特開平１１−５７４０３号公報

前記図３に示されるような従来技術では、ごみ焼却炉（ストーカ炉３０）での排ガスＧ１と灰溶融炉（表面溶融炉１０）での排ガスＧ２とが、それぞれ独立した排ガス処理システムを備えている。この場合、灰溶融炉１０から排出される溶融排ガスＧ２は、焼却炉排ガス処理設備Ｉと別系統で排ガス処理設備ＩＩが存在するため、多大な設備費や広い設置面積を必要とするという問題がある。また、溶融排ガスからの熱回収は、溶融排ガス量が少なく、ボイラ設置が困難なことから溶融排ガスの単独処理設備に設けられた空気予熱に限られるという問題もある。そこで、例えば特許文献１などで知られるように、溶融排ガスをごみ焼却炉内へ混入する方法が提示されている。しかし、この方法では、灰溶融炉で揮発した重金属類が再びごみ焼却炉排ガスに混入するため、重金属類が高濃度で処理系内を循環するという問題がある。そのために、スラグの再利用の面からも、現実的に実用化することは困難である。なお、前記特許文献１によって知られるものでは、灰溶融炉（還元性雰囲気で操業する溶融炉）の溶融排ガスについて、具体的な溶融排ガスの誘引方法ならびに灰溶融炉内の負圧確保の方法が記載されておらず、単に溶融排ガスのダクトがごみ焼却炉へ接続されることを示しているに過ぎない。現実には、ごみ焼却炉内の負圧は溶融排ガスの誘引に弱く、この特許文献１で示されている構成では溶融炉内を負圧に保つことが困難である。また、重金属類が再びごみ焼却炉へ戻り、循環するという問題点についてなんら対策が認められない。

また、通常のバグフィルタが使用可能な温度域（１５０〜２００℃）まで溶融排ガスを減温し、その後ごみ焼却炉へ導入しようとすれば、溶融排ガスの冷却に大量の空気が必要になり、結果的にごみ焼却炉へ余分な空気が入るので、焼却炉排ガス処理設備の容量が過大となる。また、溶融排ガスを水噴射によって減温するのであれば、減温塔が必要となるため十分なコストダウン・省スペース化にはつながらない。

さらに、特許文献２に開示のものでは、溶融排ガスを冷却するとともにダストを分離除去する集塵器が用いられているが、このような集塵装置では粒径の細かいダストの除去が十分に行えないため、重金属類対策として不十分である。また、前記特許文献３によって知られるものでは、灰溶融炉での溶融排ガスをスクラッバーで処理して回転式火格子炉の二次燃焼室へ送込む方式がとられており、この方式においても、細かいダストはスクラッバーによって十分に除去できないので、前述のように重金属類の対策が不十分であるという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、灰溶融炉での溶融排ガスを減温処理して高温除塵手段で除塵し、そのまま焼却炉の二次燃焼空気として使用することで、溶融排ガスを合理的に処理できる灰溶融炉の排ガス処理装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による灰溶融炉の排ガス処理装置は、
灰溶融炉で発生する溶融排ガスを導出する溶融排ガス流路と、この溶融排ガス流路内に空気を送入することによりその溶融排ガス流路内の溶融排ガスの温度を３００℃以下まで冷却する冷却手段と、前記冷却手段にて冷却された溶融排ガスが導かれるセラミックフィルタよりなる高温集塵器と、前記高温集塵器によって除塵された後の溶融排ガスを二次燃焼空気供給口を介して焼却炉内へ供給する二次燃焼空気用送風機とを備えることを特徴とするものである。

前記第１発明において、前記冷却手段は、前記溶融排ガス流路内への空気の送入に加えて、前記溶融排ガス流路内へ冷却水を噴射することにより溶融排ガスを冷却するのが好ましい（第２発明）。

また、前記二次燃焼空気用送風機の吸い込み側の排ガス流路に設けられた温度センサによって溶融排ガスの温度が検知され、この検知データに基づき前記冷却手段による空気の送入が制御されるのが好ましい（第３発明）。

さらに、前記灰溶融炉の炉内圧が炉内圧センサによって検知され、この検知データに基づき前記二次燃焼空気送風機の駆動が制御されるのが好ましい（第４発明）。

第１発明によれば、溶融排ガスの処理として高温集塵器を用いるとともに、その上流側で溶融排ガスを混在する重金属類の大半が固化する温度である３００℃以下に冷却して、溶融排ガス中に同伴するダスト中の重金属類を捕捉除去できるようにしたことで、重金属を固形の状態に保たせて排ガス処理系で循環させることなく確実に除去することができるという効果を奏する。しかも、溶融排ガスの単独処理として合理化できるという利点がある。

また、設備としては高温集塵器のみとなり、システムのコンパクト化ならびにコストダウンを図ることができる。また、通風設備も焼却炉の二次燃焼空気の送風機を兼用できるという利点がある。そして、前記高温集塵器としてセラミックフィルタが用いられているので、排ガスがバグフィルタで処理できない温度の高い状態でも支障なくダストを捕集して除塵できるのである。また、溶融排ガスを焼却炉の二次燃焼空気用の送風機で吸引するようにしたことにより、灰溶融炉内圧をその送風機の作動と連動させて適正状態に維持することができる。また、焼却炉の二次燃焼空気として溶融排ガスを供給するようにされているので、常温空気の２〜３倍の実ガス量をもつ二次空気として利用でき、燃焼室での攪拌効果を高めることができる。同時に低ＣＯ・ＮＯｘ化が可能になるという利点がある。

次に、本発明に係る灰溶融炉の排ガス処理装置を具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る灰溶融炉の排ガス処理システムの全体構成図が示されている。なお、前記図３の系統図において示した構成と同一のものについては、それと同一の符号を付している。

灰溶融炉の排ガス処理装置１は、ごみ焼却炉３０と灰溶融炉１０とを主体にして、その灰溶融炉１０で発生する溶融排ガスＧ２をごみ焼却炉１０の二次燃焼室３２に供給するように関連させた構成とされている。そして、ごみ焼却炉３０には図示されない排ガスの処理設備が付帯され、灰溶融炉１０にはスラグの処理設備が具備されている。

前記ごみ焼却炉３０としては、公知の排熱ボイラを備えたストーカ式ごみ焼却炉が使用されており、ストーカの下部には一次燃焼空気用送風機Ｆ１によって所定量の一次燃焼空気が供給される。また、二次燃焼室３２の二次燃焼空気供給口３２ａには、後述する灰溶融炉１０で発生して処理された溶融排ガスＧ２が二次燃焼空気として供給されるようになっている。

前記灰溶融炉１０には、表面溶融炉が使用されており、溶融炉本体１１の天井部に化石燃料を使用するバーナ１２が複数配置され、溶融炉本体１１の周囲に形成されている被溶融物（焼却残渣や飛灰）の収容室１１ａからブッシャ１４によって炉底上に繰り出され、前記バーナ１２によって加熱溶融するようにされている。ここで溶融された被溶融物は溶融スラグＳ１となって炉底に設けたスラグタップ１３ａからスラグ水槽３９内に落下し、水砕スラグＳ２としてスラグコンベア３９′によってスラグ回収槽４１内に回収されるようになっている。

前記灰溶融炉１０の溶融炉本体１１の内部空間１３内で発生した溶融排ガスＧ２は、スラグタップ１３ａを通じて炉底とスラグ水槽３９との間に形成されるスラグ通路１５に開口された溶融排ガス出口から溶融排ガス流路１６にて高温集塵器１７に送られ、その高温集塵器１７で清浄化されて排ガス流路１８にて前記ごみ焼却炉３０の二次燃焼空気供給口３２ａに供給され、二次燃焼ガス（二次燃焼空気）として使用される。こうすることで、排ガスの所有する熱エネルギを有効利用することができ排熱ボイラ３１での熱回収をより有効にすることができる。

前記スラグ通路１５の溶融排ガス出口から高温集塵器１７の入口までの排ガス流路１６には冷却手段２０として空気吹き込み管２１と水噴射ノズル２２とが設けられ、その空気吹き込み管２１には排ガス流路１８における焼却炉への二次燃焼空気用送風機Ｆの吸い込み側で検知する温度センサ２５により制御手段２６が空気量を制御する制御弁２１ａが設けられている。また、水噴射ノズル２２への冷却水供給管路２２ｂには冷却水供給を制御する弁２２ａが設けられている。

また、前記高温集塵器１７としては、冷却後も高温状態にある溶融排ガス中に同伴するダストを捕集して除塵可能なようにセラミックフィルタが採用される。この高温集塵器１７は、例えば図２（ａ）（ｂ）で示されるように、所要直径の外筒５１と同心円上に配される内筒５２とで形成される円筒状空間部５３に、多孔質のセラミックにて形成されるチューブにてなる多数のセラミックフィルタ５４が水平状態にして放射状に多段で配置されている。そして、それらセラミックフィルタ５４は外筒５１支持側を閉鎖され、内筒５２支持側が開口して内筒５２の内部に通じるようにされている。また前記円筒状空間部５３の上部を閉じる蓋体５５に排ガス流入口５６が設けられ、その排ガス流入口５６から溶融排ガスを導入して、各セラミックフィルタ５４に形成される細孔を通って内筒５２の内部に清浄化された排ガスが流動するようになっている。内筒５２の頂部には清浄化された排ガス出口５７が形成され、この排ガス出口５７に排ガス流路１８が接続されて二次燃焼空気用送風機Ｆの吸引によりごみ焼却炉３０の二次燃焼室３２に処理済み排ガスが送り込まれるようにされている。なお、前記円筒状空間部５３の底部５８には断面三角状に形成されたダスト収集部５８ａを複数箇所設けて、前記セラミックフィルタ５４によって捕集されたダストＤａが回収されるようにダストの取出し口５９を設けてある。

前記清浄化された排ガスをごみ焼却炉３０の二次燃焼室３２に供給する排ガス流路１８に配置される二次燃焼空気用送風機Ｆは、前記灰溶融炉１０の天井部に炉内圧センサ２３が設けられ、圧力制御手段２４で前記炉内圧センサ２３による炉内の負圧データに基づいて前記二次燃焼空気用送風機Ｆの駆動モータＭを制御して所定の負圧状態に維持されるように清浄化された排ガスＧ３の吸引力を調整し、結果的に溶融排ガスＧ２の吸引、引いては運転中常時負圧に保たれる灰溶融炉１０の炉内圧を制御するようにされている。

このように構成される灰溶融炉の排ガス処理システムにおいては、灰溶融炉１０で被溶融物（ごみ焼却炉からの焼却残渣や飛灰）を溶融してスラグ化する際発生する溶融排ガスを排ガス流路１６に導いて、冷却手段２０によって外部から空気を送入し、この空気の送入によって冷却操作を行わせる。この空気の吹き込みによって溶融排ガスの温度をほぼ３００℃程度になるように空気量を制御弁２１ａによって制御する。

この高温集塵器１７への入口手前で溶融排ガスの温度を３００℃程度に希釈・冷却することにより、溶融排ガス中に同伴する重金属類が気化することなく固形状態のダストとして処理される。同伴するダストが軟化を始め、粘性を持ち始める温度がおよそ４００℃程度であり、この状態でのダストはセラミックフィルタの運転阻害となることから、運転温度が４００℃以下、軟化したダストがフィルタ表面に付着することを考慮して２５０〜３２０℃の範囲に収まることが望ましい。こうすれば、重金属類（特に鉛およびその化合物）についても確実に固体化しているので、ほぼ除塵して除去することが可能である。ちなみに、鉛の融点は３２７℃である。このことから、ダスト中に含まれる重金属として代表的な鉛が固形状態で捕捉することができ、しかもフィルタの機能を阻害しないので系内循環を阻止することができる。

また、排ガスの温度は、排ガス流路１８に設けられた温度センサ２５によって二次燃焼空気用送風機Ｆの吸い込み側の温度を知ることにより検知され、この検知データに基づき制御手段２６による指令で空気吹き込み管中の制御弁２１ａを制御して過剰空気の送入を阻止し、二次燃焼空気の温度状態を制御する。また、排ガス温度が設定以下に収まり難い場合には自動もしくは手動によって冷却水供給管路２２ｂの弁２２ａを開閉し、水噴射ノズル２２により冷却水を溶融排ガス中に噴射し、排ガス温度を下げるようにする。上述したように、溶融排ガスＧ２を冷却手段２０によって前記適正温度に冷却することができるので、減温塔を設けることなく操業することが可能である。

また、溶融排ガスは高温集塵器１７を通じて除塵し、ごみ焼却炉３０の二次燃焼空気として使用することにより、従来の常温空気を二次燃焼空気として使用するのに比べ、高温で低酸素化の溶融排ガスでは２倍以上の実ガス量となるため、二次燃焼室３２に吹き込んで高い焼却炉内攪拌効果を得ることができ、低ＣＯ、低ＮＯｘ化を図ることができる。

ちなみに、従来の排ガス処理方法による場合と本実施形態による排ガス処理方法（処理システム）とを比較してみると、表１によって示すとおりである。

本発明の一実施形態に係る灰溶融炉の排ガス処理システムの全体構成図高温集塵器の一具体例平断面図（ａ）と高温集塵器の一具体例一部を断面にして表わす図（ｂ）従来のストーカ炉と表面溶融炉とによるごみ焼却・溶融処理システムの処理系統図

符号の説明

１灰溶融炉の排ガス処理装置
１０灰溶融炉
１１溶融炉本体
１２バーナ
１３ａスラグタップ
１５スラグ通路
１６溶融排ガス流路
１７高温集塵器
１８排ガス流路
２０冷却手段
２１空気吹き込み管
２２水噴射ノズル
２１ａ空気量の制御弁
２２ａ水噴射の水供給の弁
２３炉内圧センサ
２４，２６制御手段
２５排ガスの温度センサ
３０ごみ焼却炉
３２二次燃焼室
３９スラグ水槽
４１スラグ回収槽
５４セラミックフィルタ

Claims

灰溶融炉で発生する溶融排ガスを導出する溶融排ガス流路と、この溶融排ガス流路内に空気を送入することによりその溶融排ガス流路内の溶融排ガスの温度を３００℃以下まで冷却する冷却手段と、前記冷却手段にて冷却された溶融排ガスが導かれるセラミックフィルタよりなる高温集塵器と、前記高温集塵器によって除塵された後の溶融排ガスを二次燃焼空気供給口を介して焼却炉内へ供給する二次燃焼空気用送風機とを備えることを特徴とする灰溶融炉の排ガス処理装置。
前記冷却手段は、前記溶融排ガス流路内への空気の送入に加えて、前記溶融排ガス流路内へ冷却水を噴射することにより溶融排ガスを冷却する請求項１に記載の灰溶融炉の排ガス処理装置。
前記二次燃焼空気用送風機の吸い込み側の排ガス流路に設けられた温度センサによって溶融排ガスの温度が検知され、この検知データに基づき前記冷却手段による空気の送入が制御される請求項１に記載の灰溶融炉の排ガス処理装置。
前記灰溶融炉の炉内圧が炉内圧センサによって検知され、この検知データに基づき前記二次燃焼空気送風機の駆動が制御される請求項１に記載の灰溶融炉の排ガス処理装置。