JP5297066B2 - 汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法及び装置 - Google Patents
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このような汚泥を炭化し、その際に発生する熱分解ガスを燃焼させる熱分解ガス燃焼炉においては、還元多段燃焼及び前記乾燥機から発生するNH3を含む乾燥機排ガスによる無触媒脱硝により熱分解ガス燃焼炉出口でのNOX濃度を所定の濃度以下とすることが行われている。
図6は従来技術における下水汚泥の炭化処理装置の系統図である。
図6に示す従来技術に係る下水汚泥の炭化処理装置は、主として、汚泥を脱水する脱水機110、脱水した汚泥を乾燥する乾燥機120、乾燥した汚泥を炭化処理する炭化炉101、及び該炭化炉101で生成した熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉102から構成されている。
まず脱水機110に下水汚泥などの汚泥を導入し、汚泥の水分が約70〜80%程度になるまで脱水する。次いで、脱水した汚泥を乾燥機120に送り、汚泥の水分が約20〜30%になるまで乾燥する。該乾燥機120での乾燥は、前記熱分解ガス燃焼炉102からの燃焼排ガスライン141から分岐されたライン105を通して導入される後述する燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。
前記乾燥機120で発生した乾燥機排ガスはライン111を通じて循環ガス予熱器107に送られ、前記熱分解ガス燃焼炉102からの燃焼排ガスライン141から分岐されたライン109を通じて導入される後述する燃焼排ガスと熱交換されて加温され、熱分解ガス燃焼炉102へ導入される。
前記熱分解ガス燃焼炉102の最上部から炉内に導入された熱分解ガスは、炉内を下方に向けて流動する。また、前記熱分解ガス燃焼炉102の上側部からは燃焼空気ライン139を経て1次空気が導入される。
さらに、前記熱分解ガス焼却炉102の入口から後述する燃焼空気ライン176を経た2次空気の導入口までの領域は還元域で、該還元域に導入される1次空気は、空気比1.0未満(0.7〜0.8)の条件で導入される。
以上の処理により、前記熱分解ガス焼却炉102出口の燃焼排ガスの温度を950℃程度に保持する。
これにより、多量の乾燥排ガス中のNH3による自己脱硝作用によって、NOxを還元して、低NOx燃焼をなすことが可能となる。
前記空気予熱器138からの燃焼空気ライン138aは、還元雰囲気を形成しつつ前記熱分解ガスバーナに導入する一次空気ライン139と、酸化雰囲気を形成する二次空気ライン176、177(図7では176のみ図示)とにそれぞれを一定の割合にて分岐している。一次空気と二次空気を合算した導入量は、熱分解ガス燃焼炉102出口の酸素濃度を酸素濃度計142によって連続的に測定し、該測定結果に基づいて前記熱分解ガス燃焼炉102出口の酸素濃度が二次空気によって熱分解ガス燃焼炉内に酸化雰囲気が形成されるような酸素濃度となるように燃焼炉コントローラ143によって前記燃焼空気ライン138aに設けられたダンパー138bの開度を調整することで一次空気と二次空気を合算した空気導入量をコントロールしている。
また、乾燥機排ガスについては熱分解ガスバーナ設置位置直後の還元域に温度調整のため導入されるものと、酸化雰囲気形成後に脱硝用に導入するものとに分岐している。
また、前記補助燃料に関しては、前記熱分解ガス燃焼炉102出口のライン141上に設けられた温度計144により、熱分解ガス燃焼炉102出口の温度の変動を検知し、該温度の変動に応じてコントローラ145によって補助燃料導入ライン182上に設けたダンパー182aの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉2へ導入する補助燃料量を調整することで、前記温度計144によって検出される燃焼排ガス温度が、所定の温度(2次燃焼域においてNH3を還元剤としたNOXの無触媒脱硝が可能な温度)となるように調整する。
なお、本従来例においては前記ライン141上にO2濃度計142を設けたが、前記O2濃度計142に変えて代えてCO濃度計を用いることもできる。CO濃度計を用いる場合にはCOの発生を抑えるように前記ダンパー138b開度を調整する。
前記燃焼空気(一次空気及び二次空気)と乾燥機排ガスの分配の割合については試運転時などに適正と思われる配分に調整される。
例えば、乾燥機での変動あるいは、炭化炉での変動により、導入する熱分解ガス、乾燥機排ガス又は燃焼空気のバランスが崩れた際にNOx濃度が基準値を超える可能性もある。
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら1次空気を導入して還元雰囲気で1次燃焼処理を行い、ついで前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら前記還元雰囲気の燃焼ガスに2次空気を導入して酸化雰囲気で2次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記1次空気導入量を制御することで、前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、前記1次燃焼域の燃焼温度を検知し、該検知温度に応じて前記1次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御することで、前記1次燃焼域の燃焼温度を1次燃焼域中のNH3等窒素化合物を分解できる温度とし、前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知し、該検知濃度に応じて前記2次空気の導入量を制御することで、前記2次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする。
これにより、2次燃焼域では、乾燥排ガス中のNH3による自己脱硝作用によって、NOxを還元して、低NOx燃焼をなすことが可能となる。NH3は900〜1000℃で特にNOXを還元するため、前記補助燃料量の制御により2次燃焼域の燃焼温度を900〜1000℃とすることが最適である。
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉を備え、該熱分解ガス燃焼炉は、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら1次空気を導入して還元雰囲気で燃焼処理を行う1次燃焼域と、該1次燃焼域の燃焼ガスに前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら2次空気を導入して酸化雰囲気で燃焼処理を行う2次燃焼域から形成される汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知する手段と、該検知量に応じて前記1次空気導入量を制御する手段とを設け、前記1次空気導入量の制御によって前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、前記1次燃焼域の燃焼温度を検知する手段と、該検知温度に応じて前記1次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御する手段とを設け、前記1次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量の制御によって1次燃焼域の燃焼温度を1次燃焼域中のNH3等窒素化合物を分解できる温度とし、前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知する手段と、該検知濃度に応じて前記2次空気の導入量を制御する手段とを設け、前記2次空気の導入量の制御によって前記2次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする
まず図1に基づき実施例1に係る下水汚泥の炭化処理装置の構成について説明する。
図1に示すように、実施例1に係る炭化処理装置は、主に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接触させて乾燥する乾燥機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燃焼する熱分解ガス燃焼炉2とから構成されている。なお前記炭化炉1は、間接加熱式ロータリーキルン型が好適であるが、特にこれに限定されるものではなく他の形態の炭化炉とすることもできる。
前記加熱炉3は、前記熱分解ガス燃焼炉2からの燃焼排ガスを、補助燃料によって加熱して昇温し炭化炉1 に導入するために設けられている。
前記循環ガス予熱器7出口の乾燥機排ガスライン71から、前記2つの乾燥炉排ガスライン73、74への乾燥機排ガス流量の分配割合については後述する。
まず脱水機10に下水汚泥を導入し、下水汚泥の水分が約70〜80%程度になるまで脱水する。次いで、脱水した下水汚泥を乾燥機20に送り、汚泥の水分が約20〜30%になるまで乾燥する。該乾燥機20での乾燥は、前記熱分解ガス燃焼炉2からの燃焼排ガスライン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。
前記乾燥機20で発生した乾燥機排ガスはライン11を通じて循環ガス予熱器7に送られ、前記熱分解ガス燃焼炉2からの燃焼排ガスライン41から分岐されたライン9を通じて導入される燃焼排ガスと熱交換されて加温され、熱分解ガス燃焼炉2へ導入される。
一方、前記炭化炉1で生成された熱分解ガスは、熱分解ガスライン19を通して熱分解ガスバーナ(不図示)より前記分解ガス燃焼炉2に導入されて炉内を流動する。また、前記熱分解ガス燃焼炉2には燃焼空気ライン39を経て1次空気が導入される。
なお、前記熱分解ガス焼却炉2の入口から後述する燃焼空気ライン76を経て2次空気の導入される2次空気導入口までの領域は還元域2a1で、該還元域に導入される1次空気は、空気比1.0未満(0.7〜0.8)の条件で導入される。
また、前記還元域2a1にはライン71から分岐されたライン73を経て乾燥機排ガスが導入される。
さらに必要に応じてライン82から補助燃料が導入される。
以上の処理により、前記熱分解ガス焼却炉2出口の燃焼排ガスの温度を950℃程度に保持する。
これにより、脱硝域2bでは、多量の乾燥排ガス中のNH3による自己脱硝作用によって、NOxを還元して、低NOx燃焼をなすことが可能となる。
前記燃焼空気ライン38は、還元雰囲気を形成しつつ前記熱分解ガスバーナに導入する一次空気ライン39と、酸化雰囲気を形成する二次空気ライン76とに分岐している。前記一次空気に関しては、前記炭化炉1内で発生した熱分解ガスの配管である熱分解ガスライン19上に設けられた圧力計19aによって熱分解ガスの発生量に応じて変動する熱分解ガスライン19の圧力変動を検知し、該圧力変動に応じてコントローラ19bによって燃焼空気ライン39上に設けたダンパー39aの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉2へ導入する一次空気流量を制御する。熱分解ガスの発生量に応じて変動する熱分解ガスライン19の圧力変動に応じて一次空気流量を制御する、即ち熱分解ガス発生量に応じて制御を行うことで、確実に還元雰囲気を形成することができる。なお、本実施例においては前記熱分解ガスライン19上に圧力計19aを設けたが、熱分解ガスの発生量又は熱分解ガスの発生量の変動に対応して変動する値を検出する検出手段を圧力計19aに代えて用いることもできる。
なお、脱硝域2bに導入する乾燥機排ガスについては、還元域2a1に導入される排ガスの残りになり、流量が従来よりも低減する可能性もあるが、上記制御により還元・酸化域2aでのNOx発生量を確実に低減でき、脱硝域2bで脱硝すべきNOX量が少なくなるため特に問題とはならない。
なお、本実施例においては前記ライン41上にO2濃度計42を設けたが、前記O2濃度計42に変えて代えてCO濃度計を用いることもできる。CO濃度計を用いる場合にはCOの発生を抑えるように前記ダンパー76a開度を調整する。
また酸化域2a2においては2次空気の導入量の制御によって確実に酸化雰囲気を形成し、未燃分の完全燃焼を図るとともに、補助燃料の導入量の制御によってNH3を還元剤としたNOXの無触媒脱硝が可能な燃焼温度に確実に調整することができる。
従って、乾燥機での変動あるいは、炭化炉での変動などが発生しても、熱分解ガス、乾燥機排ガス又は燃焼空気のバランスが崩れず、低NOx濃度運転が可能である。
2 熱分解ガス燃焼炉
19 熱分解ガスライン
20 乾燥機
39 一次空気ライン
76 二次空気ライン
71、73、74 乾燥機排ガスライン
Claims (4)
- 乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら1次空気を導入して還元雰囲気で1次燃焼処理を行い、ついで前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら前記還元雰囲気の燃焼ガスに2次空気を導入して酸化雰囲気で2次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、
炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記1次空気導入量を制御することで、前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、
前記1次燃焼域の燃焼温度を検知し、該検知温度に応じて前記1次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御することで、前記1次燃焼域の燃焼温度を1次燃焼域中のNH3等窒素化合物を分解できる温度とし、
前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知し、該検知濃度に応じて前記2次空気の導入量を制御することで、前記2次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。 - 前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知し、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記1次燃焼域に導入することで、前記2次燃焼域の燃焼温度をNH3を還元剤としたNOXの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする請求項1に記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。
- 乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉を備え、
該熱分解ガス燃焼炉は、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら1次空気を導入して還元雰囲気で燃焼処理を行う1次燃焼域と、該1次燃焼域の燃焼ガスに前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら2次空気を導入して酸化雰囲気で燃焼処理を行う2次燃焼域から形成される汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置において、
炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知する手段と、該検知量に応じて前記1次空気導入量を制御する手段とを設け、前記1次空気導入量の制御によって前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、
前記1次燃焼域の燃焼温度を検知する手段と、該検知温度に応じて前記1次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御する手段とを設け、前記1次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量の制御によって1次燃焼域の燃焼温度を1次燃焼域中のNH3等窒素化合物を分解できる温度とし、
前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知する手段と、該検知濃度に応じて前記2次空気の導入量を制御する手段とを設け、前記2次空気の導入量の制御によって前記2次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。 - 前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知する手段と、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記1次燃焼域に導入する制御手段とを設け、前記補助燃料導入量の制御によって前記2次燃焼域の燃焼温度をNH3を還元剤としたNOXの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする請求項3に記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。
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