JP5275309B2

JP5275309B2 - 廃棄物処理システム

Info

Publication number: JP5275309B2
Application number: JP2010208484A
Authority: JP
Inventors: 正今井; 幸司林; 英明小峰
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: JP2012063095A

Description

本発明の実施形態は、脱水汚泥などの有機系廃棄物を処理する廃棄物処理システムに関する。

河川や海洋の汚泥、下水汚泥、し尿汚泥、食品残渣等の有機性廃棄物の多くはこれまで焼却処分されてきたが、焼却処分時にダイオキシン類が発生すること、また、有機性廃棄物には多量の水分が含まれていることから焼却処分に多量の燃料を必要とし、エネルギ多消費による環境問題に発展していることが問題視されている。

このような背景から、近時、これまでの焼却処分に代わる処理方式として炭化処理が注目されている。例えば図３に示す炭化処理方式では、加熱用ジャケット12を有する蒸気間接型乾燥機15内にラインL10を介して有機性廃棄物を装入し、乾燥機15内で有機性廃棄物を加熱して乾燥させ、乾燥有機性廃棄物と蒸気とに分離し、蒸気は図示しない熱利用機器に送られ、乾燥有機性廃棄物はラインL11を介して熱分解炉13に送られ、熱分解炉13内で乾燥有機性廃棄物を低酸素状態で加熱して熱分解させ、可燃性の固体炭化物と可燃性の気体および液体状の熱分解ガスとを生成する。生成した固体炭化物は、処理後に熱分解炉13から排出される。ラインL8は乾燥機12からのドレンラインであり、乾燥機12内で凝縮した水分などの液化成分を排出するものである。ドレンは必要に応じて回収され、水質調整等を経た後に補給水として廃熱ボイラ14に送り、廃熱ボイラ14で再利用することもできる。なお、ラインL18は熱分解炉13からの炭化物排出ラインである。

一方、生成した熱分解ガスは、燃焼用燃料としてラインL12を通って燃焼炉16に送られ、燃焼炉16内でラインL16からの燃焼用空気とともに燃焼される。下流側の廃熱ボイラ14の加熱熱量が不足する場合、燃焼炉16ではラインL17からの補助燃料を使用して不足熱量を補完することがある。高温燃焼排ガスは、熱源として燃焼炉16からラインL13を介して廃熱ボイラ14へ送られ、廃熱ボイラ14においてラインL19からの補給水と熱交換し、加熱用スチームの生成に利用される。生成されたスチームは、廃熱ボイラ14からラインL15を介して乾燥機の加熱用ジャケット12へ送られ、有機性廃棄物を乾燥させるための加熱用熱源として利用される。一方、廃熱ボイラ14において補給水と熱交換した燃焼排ガスは、さらに温度が低下して低温燃焼排ガスとなる。低温燃焼排ガスは、ラインL14を通って廃熱ボイラ14から排出され、必要に応じて除塵、脱硝などの排ガス処理設備（図示しない)を経て大気中に放出される。

ところで、上述の図３に示す炭化処理方式では、燃焼炉16で生じた高温燃焼排ガスを用いて熱分解炉13を加熱しているが、燃焼炉16において有毒性のダイオキシン類の抑制を行う場合、通常８５０℃以上の燃焼温度とする必要がある。また、温室効果ガスである亜酸化窒素の抑制を行う場合も、同様に９００〜９５０℃以上の燃焼温度とする必要がある。ここで、鉄を主成分とする汎用の構造用鉄鋼材料は通常６００〜７００℃程度の耐熱性しかなく、８５０℃以上の高温燃焼排ガスを有効に利用するためには、耐熱性に優れた高価な超合金やセラミック素材を使用することになる。しかし、高価な構造材料を用いて装置をつくると設備コストが膨大なものになる。

このため、より低温のガスを高温燃焼排ガスに混入して、全体としてのガス温度をさらに下げて燃焼炉からの高温燃焼排ガスを利用する方式の炭化処理が知られている。例えば図４に示す降温ガス方式の炭化処理では、蒸気間接型乾燥機22内にラインL20を介して有機性廃棄物を装入し、乾燥機22内で有機性廃棄物を加熱して乾燥させ、乾燥有機性廃棄物と蒸気とに分離し、蒸気は図示しない熱利用機器に送られ、乾燥有機性廃棄物は次の熱分解炉23に移送される。

熱分解炉23内に設置されたバーナ26はラインL26からの補助燃料とラインL27からの燃焼用空気の燃焼により熱分解炉23内を所定の温度に維持し、乾燥有機性廃棄物を低酸素状態で加熱して熱分解させ、可燃性の固体炭化物と可燃性の気体および液体状の熱分解ガスとを生成する。生成した固体炭化物は、処理後に熱分解炉23から排出される。

一方、生成した熱分解ガスは、燃焼炉24内でラインL29からの燃焼用空気とともに燃焼されて、高温燃焼排ガスを生成する。高温燃焼排ガスは、合流点27にて後述する低温燃焼排ガスと混合して、下流側機器、配管が耐えうる温度まで下げた中温燃焼排ガスとなり、乾燥機の加熱用ジャケット25の加熱熱源となる。乾燥機22にて熱交換して温度が下がった低温燃焼排ガスの一部は、調整路を経由して合流点27にて高温燃焼排ガスと混合して、高温燃焼排ガスよりも温度を下げた中温燃焼排ガスを製造する。なお、余剰の低温燃焼排ガスは、必要に応じて除塵、脱硝などの排ガス処理（図示しない)を経て大気放出される。また、乾燥機22の加熱熱量が不足の場合、燃焼炉24ではラインL30からの補助燃料を使用して不足熱量を補完することがある。

特開２００７−２７００１８号公報特許第４１９８４２６号公報

しかしながら、図３に示す従来の方式では、ダイオキシン類や地球温暖化ガスを抑制することを目的として燃焼炉内の燃焼温度を上げた場合、下流側機器に高価な超合金やセラミック系素材を使用することになる。この場合、熱分解炉や乾燥機のように内部を固形物質が流通する複雑な機器では、単に高コストになるばかりでなく、その製作や加工が非常に難しいという問題がある。

一方、図４に示す従来の方式においては、低温燃焼排ガスを循環させる系統が必要になり、システム構成が複雑となるという問題がある。ここで、低温燃焼排ガスを循環利用せずに外部空気を混合して温度を下げるという方策も考えられる。しかし、このような方策では、大気放出する燃焼排ガスの量が増大し、排ガス処理の負担が増大することになる。また、１８０℃未満の低い温度に調整された低温燃焼排ガスを大気中に放出すると、外気と混合してガス中の水分が凝縮し、白煙を生じることがある。

さらに、燃焼排ガスには煤塵が多く含まれる場合があるが、図３の従来システムの熱分解炉や図４の従来システムの乾燥機のように複雑な機器の加熱熱源として使用する場合、煤塵が付着または固着するため、故障の原因となることがある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ダイオキシン類や温室効果ガスなどの環境負荷の高い物質の生成を効果的に抑制し、乾燥機や熱分解炉のような複雑な機器の故障を抑制する廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る廃棄物処理システムは、有機性廃棄物を乾燥し、熱分解し、熱分解ガスを燃焼させた高温燃焼排ガスを蒸気生成用の熱源として利用する廃棄物処理システムであって、熱源として蒸気を用いて有機性廃棄物を加熱して乾燥有機性廃棄物を得る蒸気間接加熱型乾燥機と、補助燃料を燃焼させて補助燃料燃焼排ガスを生成する補助燃料燃焼手段と、前記乾燥有機性廃棄物を受け入れ、受け入れた乾燥有機性廃棄物を前記補助燃料燃焼手段を用いて低酸素状態で加熱して熱分解させ、固体炭化物と熱分解ガスを生成する熱分解炉と、前記熱分解炉の周囲を取り囲む間接加熱用ジャケットと、前記熱分解ガスを８５０℃以上の温度で燃焼させ、高温燃焼排ガスを生成する燃焼炉と、前記高温燃焼排ガスと補給水とを熱交換させ蒸気を生成し、生成した蒸気を前記蒸気間接加熱型乾燥機に熱源として送る廃熱ボイラと、前記廃熱ボイラにて熱交換した後の前記高温燃焼排ガスから大気汚染物質を除去する湿式排ガス処理装置と、前記補助燃料燃焼排ガスを前記乾燥有機性廃棄物と熱交換した後の温度を３００℃以上に調整して低温燃焼排ガスとし、該低温燃焼排ガスを前記湿式排ガス処理装置から出てくる高温燃焼排ガスと混合して大気中に放出する手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る廃棄物処理システムを示す構成ブロック図。本発明の第２の実施形態に係る廃棄物処理システムを示す構成ブロック図。従来のシステムを示す構成ブロック図。他の従来システムを示す構成ブロック図。

本発明の好ましい実施の形態を説明する。

本実施形態の廃棄物処理システムは、有機性廃棄物を乾燥し、熱分解し、熱分解ガスを燃焼させた高温燃焼排ガスを蒸気生成用の熱源として利用する廃棄物処理システムであって、
熱源として蒸気を用いて有機性廃棄物を加熱して乾燥有機性廃棄物を得る蒸気間接加熱型乾燥機と、
補助燃料を燃焼させて補助燃料燃焼排ガスを生成する補助燃料燃焼手段と、
前記乾燥有機性廃棄物を受け入れ、受け入れた乾燥有機性廃棄物を前記補助燃料燃焼手段を用いて低酸素状態で加熱して熱分解させ、固体炭化物と熱分解ガスを生成する熱分解炉と、
前記熱分解炉の周囲を取り囲む間接加熱用ジャケットと、
前記熱分解ガスを８５０℃以上の温度で燃焼させ、高温燃焼排ガスを生成する燃焼炉と、
前記高温燃焼排ガスと補給水とを熱交換させ蒸気を生成し、生成した蒸気を前記蒸気間接加熱型乾燥機に熱源として送る廃熱ボイラと、
前記廃熱ボイラにて熱交換した後の前記高温燃焼排ガスから大気汚染物質を除去する湿式排ガス処理装置と、
前記補助燃料燃焼排ガスを前記乾燥有機性廃棄物と熱交換した後の温度を３００℃以上に調整して低温燃焼排ガスとし、該低温燃焼排ガスを前記湿式排ガス処理装置から出てくる高温燃焼排ガスと混合して大気中に放出する手段と、を具備することを特徴としている。

本実施形態では、高温燃焼排ガスの熱利用を、煤塵に耐えやすい可動部のない廃熱ボイラとし、複雑な構成機器である乾燥機や熱分解炉の熱源は、乾燥機については廃熱ボイラで製造した加熱スチームとし、熱分解炉の熱源は電気ヒータや補助燃料を使用することにより、ダイオキシン類や温室効果ガスなどの環境負荷の高い物質の生成を効果的に抑制し、乾燥機や熱分解炉のような複雑な機器の故障を抑制することができる。

本明細書中に記載した用語を以下のように定義する。

電気ヒータとは、通電により抵抗発熱する発熱体を有する電気機器のことをいう。本発明において、電気ヒータは熱分解炉を所望の温度に加熱する性能を備えていれば、発熱体の形状、大きさ、材質は特定のものに限定されない。

以下、添付の図面を参照して本発明の種々の好ましい実施の形態をそれぞれ説明する。

（第１の実施形態）
先ず図１を参照して第１の実施形態を説明する。

本実施形態の廃棄物処理方法に用いられる廃棄物処理システム１は、加熱用ジャケット２ａを備えた蒸気間接加熱型乾燥機２、電気ヒータ６を備えた熱分解炉３、燃焼炉４、廃熱ボイラ５、および各種ラインＬ１〜Ｌ１１を有している。各種配管ラインＬ１〜Ｌ１１には図示しないポンプ、ブロワ、バルブ、センサ等の周辺機器類が取り付けられている。これらの周辺機器類は図示しない制御器により動作が制御され、これによりシステム全体が統括的にコントロールされるようになっている。

乾燥機２は、円筒状または角筒状の本体、本体の一端に形成された入口と、本体の他端に形成された出口と、本体の外周を覆うように取り付けられた蒸気間接加熱用ジャケット２ａとを備えている。乾燥機２の入口には有機性廃棄物ラインＬ１が連通し、図示しない汚泥貯留部から多量の水分を含む脱水汚泥（汚泥ケーキ）が有機性廃棄物としてラインＬ１を介して入口から本体内に装入されるようになっている。

蒸気間接加熱用ジャケット２ａの入口には廃熱ボイラ５からの蒸気供給ラインＬ６が接続され、廃熱ボイラ５で高温燃焼排ガスと熱交換された蒸気が加熱用ジャケット２ａに供給され、これにより乾燥機２内の有機性廃棄物が所望の温度（例えば100℃以上）に加熱されるようになっている。乾燥機２の出口には図示しない蒸気排出ラインを介して使用後の低温蒸気（排スチーム）が排出されるようになっている。また、乾燥機２で乾燥された乾燥有機廃棄物は、乾燥機２からラインＬ２を通って熱分解炉３に移送されるようになっている。

加熱用ジャケット２ａの本体底部にはドレンラインＬ８が設けられ、有機性廃棄物を加熱・乾燥することで蒸気が結露してドレン水として加熱用ジャケット本体の底部に溜まり、所定の時間間隔で図示しないドレンバルブを開閉することなどにより、ドレン水がラインＬ８を通って加熱用ジャケット２ａの本体から排出されるようになっている。

熱分解炉３は、本体が電気ヒータ６により周囲を取り囲まれ、本体内に装入された乾燥有機性廃棄物が所望の温度（例えば250℃以上）に加熱されるようになっている。乾燥有機性廃棄物が熱分解されて発生する生成物のうち熱分解ガスは、ラインＬ３を介して熱分解炉３から燃焼炉４に送られ、燃焼炉４内で燃焼される熱源となる。もう１つの生成物である固体炭化物は、図示しない開閉扉を開閉するなどにより熱分解炉３から取り出されるようになっている。

燃焼炉４は、ラインＬ１１からの燃焼用空気と熱分解炉３からの熱分解ガスとを混合して燃焼させ、所望の温度（例えば850℃以上）の高温燃焼排ガスを生成し、生成した高温燃焼排ガスをラインＬ４を介して廃熱ボイラ５に供給するものである。燃焼炉４においては必要に応じてラインＬ１０を介して補助燃料を供給することにより不足熱量を補充するようになっている。

廃熱ボイラ５は、燃焼炉４からの高温燃焼排ガスを熱源として蒸気を生成し、生成した蒸気をラインＬ６を介して乾燥機の蒸気間接加熱型ジャケット２ａに供給するものである。すなわち、廃熱ボイラ５内においてラインＬ４からの高温燃焼排ガスとラインＬ７からの補給水とが熱交換されることにより蒸気が生成され、この蒸気がラインＬ６を通って乾燥機のジャケット２ａに送られ、有機性廃棄物を加熱乾燥させるようになっている。また、廃熱ボイラ５で熱交換された後に高温燃焼排ガスは、ラインＬ５を通って図示しない除塵、脱硝などの排ガス処理設備を経て大気中に放出されるようになっている。

次に本実施形態の作用を説明する。

下水処理設備の汚泥貯留部から有機性廃棄物として脱水汚泥をラインＬ１を介して乾燥機２の本体内に導入する。脱水汚泥は多量の水分を含んでいる。所定量の脱水汚泥を乾燥機２の本体内に導入すると共に、蒸気間接加熱用ジャケット２ａに蒸気（約150℃）を供給し、乾燥機２を外側から加熱することにより内部の脱水汚泥を約100℃に加熱する。これにより含有水分が数％〜20％程度に低下した乾燥有機性廃棄物が得られる。

乾燥有機性廃棄物を乾燥機２から熱分解炉３に移送し、熱分解炉３を電気ヒータ６で所望の温度（例えば250℃以上）に加熱する。これにより乾燥有機性廃棄物が熱分解され、可燃性の固体炭化物と可燃性の気体および液体状の熱分解ガスとが生成される。

生成された熱分解ガスは、熱分解炉３から燃焼炉４に送られ、燃焼炉４内で燃焼用空気とともに少なくとも850℃以上の温度で燃焼させ、ダイオキシン類あるいは亜酸化窒素の生成を抑制する。これにより850℃以上の高温燃焼排ガスが生成される。

燃焼炉４で生成した高温燃焼排ガスは、熱損失を防ぐため排ガスラインＬ４を可能な限り短い距離として、廃熱ボイラ５に送られる。廃熱ボイラ５において、高温燃焼排ガスは補給水と熱交換し、乾燥機の間接加熱用ジャケット２ａで使用される蒸気を生成する。補給水と熱交換した後の高温燃焼排ガスは温度が低下して低温燃焼排ガスとなる。この低温燃焼排ガスは必要に応じて除塵、脱硝などの排ガス処理（図示しない)を経てラインＬ５を通って大気放出される。廃熱ボイラ５で生成された蒸気は、乾燥機２の加熱熱源として使用された後に結露してドレンを生じる。ドレンは必要に応じてドレンラインを介して図示しない回収部に回収され、水質調整等を経た後にラインＬ７の補給水として再利用することも可能である。なお、廃熱ボイラ５の加熱熱量が不足する場合は、ライン１０から燃焼炉４内に補助燃料を供給して不足する熱量を補充する。

本実施形態によれば、高温燃焼排ガスの熱利用を、煤塵に耐えやすい可動部のない廃熱ボイラとし、複雑な構成機器である乾燥機や熱分解炉の熱源は、乾燥機については廃熱ボイラで製造した加熱スチームとし、熱分解炉の熱源は電気ヒータや補助燃料を使用することにより、ダイオキシン類や温室効果ガスなどの環境負荷の高い物質の生成を効果的に抑制し、乾燥機や熱分解炉のような複雑な機器の故障を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図２を参照して第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の廃棄物処理システム１Ａでは、乾燥有機性廃棄物を加熱するための手段として上述した電気ヒータ６に代えてバーナ７で燃焼した補助燃料燃焼排ガスを利用する間接加熱用ジャケット８を熱分解炉３Ａに取り付けている。また、本実施形態のシステム１Ａでは、排ガス処理のために大気放出ラインＬ１６の直前に湿式排ガス処理装置９を設置するとともに、さらにラインＬ１６を流れる低温燃焼排ガスにラインＬ１５からの補助燃料燃焼排ガスを混合した後に大気中に放出するようにしている。

すなわち、補助燃料ラインＬ１２からの補助燃料とラインＬ１３からの燃焼用空気とをバーナ７で燃焼させ、補助燃料燃焼排ガスを生成し、この補助燃料燃焼排ガスを間接加熱用ジャケット８に送り、熱分解炉３Ａ内の乾燥有機性廃棄物を加熱して熱分解するようになっている。熱交換後の補助燃料燃焼排ガスは、温度が３００℃以下の低温燃焼排ガスとしてラインＬ１５を通ってラインＬ１６を流れる低温燃焼排ガスと合流して混合された後に、大気中に放出されるようになっている。

また、湿式排ガス処理装置９は、廃熱ボイラ５で熱交換された後の高温燃焼排ガスをガス洗浄（ＮＯx、ＳＯx、HCl等の大気汚染物質の除去）するとともに、ガス温度を１００℃以下に温度降下させる機能を備えている。

次に本実施形態の作用を説明する。

熱分解炉３Ａの加熱熱源をバーナ７でラインＬ１２からの補助燃料とラインＬ１３からの燃焼用空気の燃焼により生成したジャケット加熱補助燃料燃焼排ガスとする。加熱用ジャケット８内に導入されたジャケット加熱燃焼排ガスは、乾燥有機性廃棄物と熱交換した後に加熱用ジャケット８から排出される補助燃料燃焼排ガスとなる。この補助燃料燃焼排ガス（ジャケット排出ガス）は、加熱用ジャケット８の出口温度で３００℃以上とし、排出ラインＬ１５を通ってラインＬ１６を流れる温度１００℃以下の湿式排ガス処理装置９からの低温燃焼排ガスと混合された後に、大気中に放出される。

このようにして大気放出されるガス温度を１８０℃よりも十分に高くしているので、白煙の発生が有効に防止される。

１，１Ａ…廃棄物処理システム、
２，２Ａ…乾燥機（蒸気間接加熱型乾燥機）、２ａ…蒸気間接加熱用ジャケット、
３，３Ａ…熱分解炉、
４…燃焼炉、５…廃熱ボイラ、６…電気ヒータ、
７…補助燃料燃焼用バーナ、８…間接加熱用ジャケット、
９…湿式排ガス処理装置、
Ｌ１…有機性廃棄物ライン、
Ｌ２…乾燥有機性廃棄物ライン、
Ｌ３…熱分解ガスライン、
Ｌ４…高温燃焼排ガスライン、
Ｌ５…低温燃焼排ガスライン、
Ｌ６…蒸気供給ライン、
Ｌ７…補給水ライン、
Ｌ８，Ｌ９…ドレンライン、
Ｌ１０，Ｌ１２…補助燃料ライン、Ｌ１１，Ｌ１３…燃焼用空気ライン。

Claims

有機性廃棄物を乾燥し、熱分解し、熱分解ガスを燃焼させた高温燃焼排ガスを蒸気生成用の熱源として利用する廃棄物処理システムであって、
熱源として蒸気を用いて有機性廃棄物を加熱して乾燥有機性廃棄物を得る蒸気間接加熱型乾燥機と、
補助燃料を燃焼させて補助燃料燃焼排ガスを生成する補助燃料燃焼手段と、
前記乾燥有機性廃棄物を受け入れ、受け入れた乾燥有機性廃棄物を前記補助燃料燃焼手段を用いて低酸素状態で加熱して熱分解させ、固体炭化物と熱分解ガスを生成する熱分解炉と、
前記熱分解炉の周囲を取り囲む間接加熱用ジャケットと、
前記熱分解ガスを８５０℃以上の温度で燃焼させ、高温燃焼排ガスを生成する燃焼炉と、
前記高温燃焼排ガスと補給水とを熱交換させ蒸気を生成し、生成した蒸気を前記蒸気間接加熱型乾燥機に熱源として送る廃熱ボイラと、
前記廃熱ボイラにて熱交換した後の前記高温燃焼排ガスから大気汚染物質を除去する湿式排ガス処理装置と、
前記補助燃料燃焼排ガスを前記乾燥有機性廃棄物と熱交換した後の温度を３００℃以上に調整して低温燃焼排ガスとし、該低温燃焼排ガスを前記湿式排ガス処理装置から出てくる高温燃焼排ガスと混合して大気中に放出する手段と、を具備することを特徴とする廃棄物処理システム。