JP5769066B2 - 焼却炉排ガスからの熱回収システム - Google Patents

Description

本発明は、下水汚泥焼却炉の排ガスから排熱を有効的に回収することができる焼却炉排ガスからの熱回収システムに関するものである。

下水処理場で発生する下水汚泥の大部分は、焼却炉において焼却処理されている。その焼却温度は、地球温暖化係数が大きい亜酸化窒素ガスの発生を抑制する目的で、多くの場合８５０℃前後の高温に設定されている。このため下水汚泥焼却炉からは約８５０℃の高温の排ガスが発生する。この排ガスの処理及び熱回収の目的で、従来より図１に示すような排ガス処理システムが用いられている。

図１において、１は下水汚泥の焼却炉、２は空気予熱器、３は廃熱ボイラ、４は集塵装置、５は排煙処理塔、６は白煙防止器、７は煙突である。焼却炉１は例えば流動炉であり、焼却炉１から排出される８５０℃前後の高温の排ガスは空気予熱器２において流動ブロワ８からの流動用空気との間で熱交換を行い、約５６０〜７００℃にまで冷却される。加熱された流動用空気は焼却炉１に吹き込まれる。

空気予熱器２を通過した排ガスは次に廃熱ボイラ３に送られ、蒸気を発生させることによって集塵に適した温度である２５０〜３５０℃程度（図１では３２０℃）まで降温する。発生した蒸気の一部は白煙防止器６の熱源として使用され、残部の蒸気は利用先に供給される。排ガスは次に集塵装置４に送られ、ダストを除去される。集塵装置４は実用的にはバグフィルタまたはセラミックフィルタである。その後、排ガスは周知の排煙処理塔５においてＳＯｘ等を除去されたうえで、煙突７から大気中に放出される。煙突７には白煙防止器６から加熱された白煙防止空気が供給され、白煙の発生を防止している。

この図１に示された排ガス処理システムは、高温の排ガスが保有する熱エネルギを廃熱ボイラ３によって有効に回収することができる利点があるため、広く普及している。しかしその反面、次のような３つの問題があった。

第１に、ダストやタール分を含んだままの排ガスが廃熱ボイラ３に送られるため、これらが廃熱ボイラ３の内部に付着し、そのメンテナンスに多くの手数とコストがかかるという問題があった。

第２に、廃熱ボイラ３は排ガス処理ライン上にあるため、焼却システムの定期点検時にしか廃熱ボイラ３のメンテナンスを行うことができない。また、年１回の廃熱ボイラ３の法令点検がある場合には必ず決まった時期に補修が必要となり、汚泥焼却処理の制約事項となっていた。すなわち、汚泥の発生状況によって焼却処理を行いたい場合にも、廃熱ボイラ３の法令点検があると焼却システムを運転できないという問題があった。

第３に、廃熱ボイラ３は排ガス処理ライン上にあるため、汚泥焼却処理中は利用先で蒸気を使用しない場合にも常に蒸気が発生する。このため復水器等を常に運転する必要があり、冷却水や冷却水ポンプ等が無駄になるという問題があった。

上記したような廃熱ボイラ３の問題点を回避するために、図２に示すように廃熱ボイラ３の代わりに白煙防止器６を用いる排ガス処理システムも知られている。図２のシステムにおいては、排ガス温度は白煙防止器６によって５６０〜７００℃から３２０℃程度まで低下する。一方、白煙防止空気は３００℃程度まで昇温される。

しかしこの図２のシステムでは、白煙防止器６による熱回収量が過多となるという問題がある。すなわち、３００℃は白煙防止に必要な温度を超えており、大量の熱量が煙突７から無駄に大気中に放出されている。具体的な例を挙げると、あるシステムでは白煙防止に必要な熱量が１４７０ｋＷであるのに対して、白煙防止器６による熱回収量が４０１０ｋＷであるため、約２５４０ｋＷが無駄に大気に放出されていることとなる。（下水汚泥処理規模：２５０ｔ／日における試算結果）

なお特許文献１には、廃熱ボイラを高温集塵装置の後段に配置した例が開示されている。しかしこの特許文献１のシステムにおいても廃熱ボイラ３が排ガス処理ライン上にあるため、図１のシステムにおける第２、第３の問題点はそのまま残ることとなる。

特開２００８−２２１２０６号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、高温の排ガスが保有する熱エネルギを廃熱ボイラによって有効に回収することができ、しかも廃熱ボイラのメンテナンスが容易であり、廃熱ボイラの法令点検中にも汚泥焼却処理が可能である下水汚泥焼却炉の排ガスからの焼却炉排ガスからの熱回収システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、下水汚泥の焼却炉の排ガス処理ラインに、熱回収用の白煙防止器と、排ガス中のダストを分離する集塵装置と、排煙処理塔とを設置するとともに、前記白煙防止器で加熱された白煙防止空気を煙突へ導くルート上に、白煙防止空気からの熱回収用ボイラを設置した焼却炉排ガスからの熱回収システムであって、前記集塵装置がセラミックフィルタであり、前記白煙防止器が集塵装置に送られる排ガス温度を回収された集塵灰を重金属の溶出が少ない清浄灰とすることができる温度と、熱回収用ボイラによる発生蒸気量を増大させることができる温度とに運転条件を切替え可能なものであることを特徴とするものである。

なお、熱回収用ボイラと並列に、白煙防止空気を直接煙突へ導くバイパスラインを形成しておくことが好ましい。また集塵装置は、排ガス入口温度を２５０〜３５０℃へ任意に設定が可能なセラミックフィルタであることが好ましい。さらに、焼却炉と白煙防止器との間に、空気予熱器を設置することが好ましい。

本発明の焼却炉排ガスからの熱回収システムにおいては、白煙防止器で加熱された白煙防止空気を煙突へ導くルート上に、白煙防止空気からの熱回収用ボイラを設置したので、熱回収用ボイラに供給されるのは排ガスと熱交換された清浄な白煙防止空気のみであり、従来のようにダストやタール分が熱回収用ボイラに付着することがない。このためボイラのメンテナンスが容易となる。またこの熱回収用ボイラは排ガス処理ライン上に設置されていないので、熱回収用ボイラの法定点検中にも焼却システムを運転することができる。また、利用先で蒸気を使用しない場合には熱回収用ボイラの運転を停止することができ、復水器用の冷却水や冷却水ポンプ等の無駄な動力を削減することができる。これにより、利用先の需要に見合った蒸気の供給が可能となる。さらに本発明の熱回収システムは、白煙防止器の運転条件を切替えることにより、集塵灰中の重金属の低減に重点を置いた熱交換と、熱の有効利用に重点を置いた熱交換とを使い分けることができる利点がある。

請求項２のように熱回収用ボイラと並列に白煙防止空気を直接煙突へ導くバイパスラインを形成しておけば、白煙防止空気を熱回収用ボイラへ供給することなく煙突に全量送ることも可能であり、上記した効果を得るうえで有利である。請求項３のように焼却炉と白煙防止器との間に、空気予熱器を設置すれば、熱回収の効果をさらに高めることができる。

従来技術を示すフロー図である。 他の従来技術を示すフロー図である。 本発明の実施形態を示すフロー図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図３において１は下水汚泥の焼却炉であり、この実施形態では流動炉である。流動炉の形式は気泡流動炉、循環流動炉の何れであっても差支えない。下水汚泥は予め脱水されたうえで焼却炉１に投入され、炉体の底部から供給される高温の流動用空気や補助燃料によって流動されながら瞬時に乾燥・焼却される。前記したように焼却温度は約８５０℃であり、焼却炉１から排出される高温の排ガスは空気予熱器２に送られる。空気予熱器２では流動ブロワ８から送られる流動用空気と高温の排ガスとの間で熱交換が行われ、加熱された流動用空気は焼却炉１の流動用空気及び燃焼用空気として用いられる。この熱交換により、排ガス温度は５６０〜７００℃まで低下する。

空気予熱器２を通過した排ガスは、次に白煙防止器６に送られる。白煙防止器６では白煙防止ファン９から送られる白煙防止空気と排ガスとの間で熱交換が行なわれ、白煙防止空気は約４００℃に加熱される。一方、排ガス温度は２５０〜３５０℃まで低下する。加熱された白煙防止空気は従来と同様に煙突７に送られて白煙を防止するのであるが、本発明では白煙防止器６で加熱された白煙防止空気を煙突７へ導くルート上に、熱回収用ボイラ１０を設置する。また、煙突７へ導くルート上には、熱回収ボイラ１０への白煙防止空気の流入量を制御するためのダンパ１３、１４、１５が設けられている。この熱回収用ボイラ１０は加熱された白煙防止空気を熱源として蒸気を発生させる設備であり、発生した蒸気は利用先に送られる。

このように白煙防止空気を煙突７へ導くルート上に設けられた熱回収用ボイラ１０は、清浄な白煙防止空気を熱源とするものであるから、従来の廃熱ボイラとは異なりダストやタール分が内部に付着することがない。このため、メンテナンスの手数及びコストが大幅に削減される。また熱回収用ボイラ１０は従来の廃熱ボイラのように排ガス処理ライン上に設置されていないので、熱回収用ボイラ１０の法令点検の際にも焼却システムを停止する必要がない。このためには図３に示すように熱回収用ボイラ１０と並列に、白煙防止空気を直接煙突７へ導くことができるバイパスライン１１を形成しておくことが好ましい。なお、白煙防止空気のラインには、熱回収用ボイラ１０の前後のダンパ１４、１５の他にバイパスライン１１上にもダンパ１３が設けられており、これらダンパの操作により、熱回収用ボイラ１０とバイパスライン１１とに導かれる白煙防止空気の流量を任意に制御できるようにしておくことが好ましい。

白煙防止器６を通過して温度が２５０〜３５０℃まで低下した排ガスは、次に集塵装置４に送られ、ダストを除去される。集塵装置４はバグフィルタまたはセラミックフィルタであるが、この実施形態では高温集塵可能なセラミックフィルタが用いられている。セラミックフィルタの耐熱温度は３５０℃を超えるので、本発明では白煙防止器６の運転条件を変えることによって、集塵装置４に送られる排ガス温度を３２０℃と２５０℃の２段階に切り替えることができるようにしてある。

集塵装置４に送られる排ガス温度を３２０℃とすれば、排ガス中に含まれるセレン等の気化した重金属等は凝集することなく集塵装置４を通過するので、集塵装置４で回収された集塵灰を重金属の溶出が少ない清浄灰とすることができる。また集塵装置４に送られる排ガス温度を２５０℃とすれば、白煙防止器６による熱回収量を増加させて白煙防止空気の温度を高めることができるので、熱回収用ボイラ１０による発生蒸気量を増大させることができる。このようにセラミックフィルタを用いれば、白煙防止器６の運転条件を変えることによって、集塵灰中の重金属の低減に重点を置いた熱交換と、熱の有効利用に重点を置いた熱交換とを使い分けることができる。

集塵装置４を通過した排ガスは最後に周知の排煙処理塔５に送られ、ＳＯｘ等を除去されたうえで、誘引ブロワ１２を介して煙突７から大気中に放出される。排煙処理塔５を通過すると排ガス温度は４０℃程度にまで低下するが、煙突７には白煙防止器６から加熱された白煙防止空気が供給されているので、白煙が発生することはない。なお集塵装置４を通過した重金属は排煙処理塔５において回収される。

以上に説明したように、本発明は白煙防止空気を煙突７へ導くルート上に熱回収用ボイラ１０を設けたことにより、次のような多くの効果を得ることができる。
第１に、熱回収用ボイラ１０にはダストやタール分が付着することがなく、メンテナンスの手数及びコストが大幅に削減される。
第２に、焼却処理を継続したままで、熱回収用ボイラ１０の法定点検を実施することができる。
第３に、蒸気の利用先が何らかの原因で停止しているような場合には、白煙防止空気を全量煙突７に送ることができる。また熱回収用ボイラ１０に送られる白煙防止空気の量を調整することにより、利用先の需要に応じた蒸気を発生させることも可能となり、復水用の無駄な動力が不要となる。
第４に、集塵灰中の重金属の低減に重点を置いた熱交換と、熱の有効利用に重点を置いた熱交換とを使い分けることができる。

なお、本発明においては発生した蒸気の利用先は特に限定されるものではないが、例えば蒸気タービンの動力や蒸気コンプレッサーの動力等として利用することにより、焼却設備の電力使用量を削減することができる。

１ 焼却炉
２ 空気予熱器
３ 廃熱ボイラ
４ 集塵装置
５ 排煙処理塔
６ 白煙防止器
７ 煙突
８ 流動ブロワ
９ 白煙防止ファン
１０ 熱回収用ボイラ
１１ バイパスライン
１２ 誘引ブロワ

Claims (3)

1. 下水汚泥の焼却炉の排ガス処理ラインに、熱回収用の白煙防止器と、排ガス中のダストを分離する集塵装置と、排煙処理塔とを設置するとともに、前記白煙防止器で加熱された白煙防止空気を煙突へ導くルート上に、白煙防止空気からの熱回収用ボイラを設置した焼却炉排ガスからの熱回収システムであって、前記集塵装置がセラミックフィルタであり、前記白煙防止器が集塵装置に送られる排ガス温度を回収された集塵灰を重金属の溶出が少ない清浄灰とすることができる温度と、熱回収用ボイラによる発生蒸気量を増大させることができる温度とに運転条件を切替え可能なものであることを特徴とする焼却炉排ガスからの熱回収システム。
2. 熱回収用ボイラと並列に、白煙防止空気を直接煙突へ導くバイパスラインを形成したことを特徴とする請求項１記載の焼却炉排ガスからの熱回収システム。
3. 焼却炉と白煙防止器との間に、空気予熱器を設置したことを特徴とする請求項１記載の焼却炉排ガスからの熱回収システム。

Images