JP5789669B2 - 汚泥を含む廃棄物の処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、セメントの製造設備を利用して廃棄物を衛生的に処理するための設備に関し、特に、含水率の高い汚泥を含む廃棄物の処理に関する。

近年、例えば途上国においても生活レベルの向上とともにごみの衛生処理に対するニーズが高まっており、その焼却処理量の増大が予測されている。これに対し、一般的なごみ焼却炉の建設には多大なコストがかかり、長い工期を要するという問題もある。また、我が国においてはごみ焼却炉から発生する灰の埋め立て処分場の不足が問題になっており、新たにごみ処理場を設ける場合には灰溶融炉の設置や灰の再利用方法の確立等が必須条件になる。

この点について本願の発明者らは、既存のセメント製造設備を有効利用するごみ処理システムを開発し、先に特許出願をしている（特許文献１）。これは、既存のセメント製造設備に隣接させて流動床式のガス化炉を設け、このガス化炉においてごみ等の廃棄物をガス化して発生した熱分解ガスを、チャー及び灰分を含んだままセメントの仮焼炉や焼成炉（キルン）に供給する、というものである。

そうしてごみの熱分解ガスをセメントの仮焼炉や焼成炉で燃焼させることができれば、新たなごみ焼却炉を建設するよりも大幅に低いコストで、且つ短期間でごみ処理設備を建設することができる。しかも、セメントの仮焼炉や焼成炉に供給された熱分解ガス及びチャーは燃料の一部となり、灰分はセメント原料の一部となる。つまり、既存のセメント製造設備を利用するだけに留まらず、ごみ等に起因する熱分解ガス、チャー及び灰分をセメントの製造過程で利用できる、という互恵的関係が成立する。

ところで、前記のようなごみ処理ニーズの高まりと同様に、下水処理場の整備が進むに連れて発生する下水汚泥の処理量も増大しつつある。下水汚泥は脱水した上で埋め立てるのが一般的であるが、地下水の汚染や悪臭等が懸念されており、これに対して、以下のように汚泥をごみ等と一緒に焼却したり、或いはガス化炉に投入して熱分解することが提案されている。なお、既存のごみ焼却炉にて少量の脱水汚泥を混焼することは従来から行われている。

一例として特許文献２には、廃棄物の焼却もしくは熱分解に用いられる流動炉において、固形廃棄物と混焼する汚泥の供給量を変化させることにより、砂層の温度を制御することが記載されている。また、特許文献３に記載の廃棄物ガス化装置では、流動床式ガス化炉にて汚泥をそれ以外の廃棄物と混焼する際に、例えば木屑のような高カロリの廃棄物を炉内へ供給し、所要の発熱量を保持して燃焼、熱分解させることが記載されている。

中国特許出願公開第１０１４３４４６１号明細書

特開平１１−３３７０３６号公報

特開２００６−２２０３６５号公報

しかしながら一般に脱水汚泥の含水率は約８０％前後と高く、その水分の蒸発潜熱が大きい上に、脱水汚泥中の固形分の粒径は破砕ごみに比べて小さいため、流動層でガス化、発熱する前に飛散してしまう比率が高い。そのため、廃棄物中の汚泥の割合が多くなると流動層の温度が低下してしまい、熱分解反応を維持できなくなるおそれがある。

よって、既存のごみ焼却炉でごみと混焼する汚泥の割合は通常５％前後であり、最大でも１０％程度までしか処理できないのが実情である。なお、前記特許文献３のように木屑を助燃料として用いることは有効であるが、木屑のような高カロリの廃棄物が常時、汚泥の処理量に見合う分量だけ確保できるとは限らないので、実用性に乏しいと言わざるを得ない。例えば、生活廃棄物（０．８ｋｇ／人・日）と生活下水（３００ｌ／人・日）の脱水汚泥とを同時処理する場合、３０万人都市では２４０ｔ／日の廃棄物と６０ｔ／日の脱水汚泥とを同時に処理、即ち２０％の汚泥を同時処理する必要がある。

かかる点に鑑みて本発明の目的は、含水率の高い脱水汚泥を従来よりも多く含む廃棄物を処理しても、ガス化炉の流動層温度を好適な範囲に維持できる廃棄物処理設備を提供することにある。

上述したように本願の発明者らは、既存のセメント製造設備と隣設した廃棄物処理設備との間で互恵的な関係が成立するシステムを開発しており、このシステムのさらなる改善のために鋭意、研究を続ける中で、ガス化炉の流動層の温度を維持するための熱源としてセメント製造設備の廃熱を利用することに着想し、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１の発明は、セメント製造設備に隣設される廃棄物処理設備を対象として、脱水汚泥と脱水汚泥以外の廃棄物とを含む廃棄物をガス化して熱分解ガスを発生させる流動床式のガス化炉と、このガス化炉において発生した熱分解ガスを、チャー及び灰分を含んだまま前記セメント製造設備におけるセメントの予熱器ないし仮焼炉に搬送するガス搬送路と、前記ガス化炉へ供給する流動化空気を前記セメント製造設備の廃熱を利用して昇温させる昇温装置、前記流動化空気の温度を調整する手段、及び、前記流動化空気の流量を調整する手段を有し、前記ガス化炉へ流動化空気を供給する空気供給路と、を備えている。

かかる構成により、廃棄物を処理するための流動床式ガス化炉へ昇温された流動化空気が供給されるため、廃棄物中に比較的多くの脱水汚泥が含まれていてもガス化炉の流動層の温度を適切な範囲に維持することが可能になる。流動化空気の昇温にはセメント製造設備の廃熱を利用するため、助燃料を消費しないか、或いはその消費量を大幅に削減でき、環境適合性も高い。

そして、ガス化炉において発生した熱分解ガスは、チャー及び灰分を含んだままガス搬送路によってセメントの予熱器や仮焼炉に搬送され、その燃焼熱がセメント原料の予熱や仮焼に利用される。この熱分解ガスと共に脱水汚泥から発生する水蒸気も搬送され、これらと共に、前記のように流動化空気の昇温に使われた熱もセメントの予熱器や仮焼炉に搬送される。

つまり、セメント製造設備の廃熱が、ガス化炉の流動層の温度維持に利用された後に、そこで発生する熱分解ガス等と共に再びセメント製造設備に戻ってくることになる。換言すれば、廃棄物処理設備とセメント製造設備とを組み合わせることによって、セメント製造設備において発生する熱を可及的に有効利用して、ガス化炉の流動層温度を維持することができ、その結果、従来よりも多くの汚泥をごみ等と同時に処理できるものである。

前記の廃棄物処理設備においてガス化炉には、脱水汚泥とそれ以外の廃棄物とを別々に投入可能な投入装置を備えることが好ましい。こうすれば、脱水汚泥を含めた廃棄物全体の投入量を調整するだけでなく、互いに発熱量の異なる脱水汚泥とそれ以外の廃棄物とのいずれかの投入量を調整して、両者の投入量の比率を変更することによっても、流動層の温度を調整できる。特に含水率の高い脱水汚泥の投入量を調整することが有効である。

なお、ここで「投入量」とは時間あたりの投入量のことであり、それを「調整する」とは、例えば流動層の温度に応じて投入量を変化させるフィードバック制御を行うことの他に、予め脱水汚泥やそれ以外の廃棄物の発熱量を調べておいて、流動層温度を所定範囲に維持できるように脱水汚泥やそれ以外の廃棄物の投入量、ないしその比率といった運転条件を設定することも含む意味である。

一例として、脱水汚泥を含めた廃棄物全体の低位発熱量が所定値（例えば８００〜１２００ｋｃａｌ／ｋｇくらい）以上になるように、脱水汚泥とそれ以外の廃棄物との投入量の比率を調整すれば、それらの自燃による熱分解のための熱量を確保することができ、助燃料の供給が不要になり得る。

そのためには例えば、ガス化炉に投入する前に予め脱水汚泥の成分分析等を行って、その低位発熱量を求めて記憶しておく。その上で、まずはガス化炉に脱水汚泥以外の廃棄物を投入して流動層の温度を計測し、この計測結果に基づいて脱水汚泥以外の廃棄物の低位発熱量を推定する。そして、その推定値と前記記憶している脱水汚泥の低位発熱量とに基づいて、廃棄物全体の低位発熱量が前記所定値以上になるように脱水汚泥とそれ以外の廃棄物との投入量の比率を調整すればよい。

そのように投入量の比率を調整した上で、脱水汚泥とそれ以外の廃棄物とをガス化炉に投入しながら流動層の温度を計測し、この計測結果に基づいて脱水汚泥の投入量を変更することにより、流動層の温度を目標値に近づけるようにしてもよい。含水率の高い脱水汚泥の投入量を変更することによって、流動層の温度を速やかに調整できる。

別の例として、まず、ガス化炉に脱水汚泥以外の廃棄物を投入しながら流動層の温度を計測し、この計測結果に基づいて流動層の温度が目標値よりも高くなるように前記廃棄物（脱水汚泥を含めない）の投入量を調整する。その後、ガス化炉に脱水汚泥も投入しながら流動層の温度を計測し、この計測結果に基づいて流動層温度が前記目標値になるように脱水汚泥の投入量を調整してもよい。

その際、脱水汚泥以外の廃棄物の投入量は一定に維持してもよいし、その投入量も変化させるようにしてもよい。また、脱水汚泥の投入量の調整に代えて、それ以外の廃棄物の投入量を調整するようにしてもよい。一般的にガス化炉は空気比が１よりも小さな無酸素状態で運転するので、廃棄物の投入量を増やせばその熱容量に応じて層温度は低下する。一方、流動化空気の供給量を増やせば燃焼が盛んになり、層温度は上昇する。

また、前記のように本発明では、セメント製造設備の廃熱を利用してガス化炉への流動化空気を昇温させているので、この昇温の度合い、即ち流動化空気に与える熱量を調整することによっても流動層の温度を調整することができる。つまり、脱水汚泥を含めた廃棄物の投入量の他に、流動化空気の供給量ないしその温度等の調整によっても流動層の温度を制御できるので、制御性が向上するとともにその自由度が高くなる。例えば、ガス化炉内を負圧に維持するとか、流動媒体の流動化状態を好適に維持する等、種々の条件を満たしつつ流動層を適温に維持することが可能になる。

ところで、前記のようにガス化炉の流動層に脱水汚泥を投入する場合、それが一箇所に大量に投入されると、その付近で局所的に大幅な温度の低下が生じ、熱分解反応が進まなくなるおそれがある。そこで、脱水汚泥の投入割合を増やす場合は、ガス化炉の流動層にその上方の複数箇所から分散させて投入するのが好ましい。こうすれば、流動層の温度の制御性が向上し、その温度を所定範囲に維持する上で有利になる。

さらに、前記のように流動化空気を昇温させても、それだけでは層温度を維持できない場合に備えて、流動層へ助燃料を供給する燃料供給装置を備えてもよい。こうすれば、より多くの脱水汚泥を処理することができるとともに、脱水汚泥以外の廃棄物の発熱量が想定よりも低い、いわゆる低品位な廃棄物であっても、助燃料の燃焼によって層温度を維持することが可能になる。

そのような助燃料として具体的には、微粉炭のような固形の助燃料を用いることができ、これを流動層の上方の空塔部に投入するようにしてもよい。この場合には微粉炭の粒が細か過ぎると熱分解ガスの流れに乗ってガス化炉から排出されてしまう一方、粒が大き過ぎれば流動層内ですぐに沈下してしまい、十分に燃焼に寄与しないおそれがある。よって、微粉炭の平均粒径は０．１〜３ｍｍくらいにするのが好ましい。

なお、助燃料は微粉炭に限定されず、それ以外にも例えば廃タイヤ、プラスチック、木片、炭、汚泥炭化物等、流動層内で燃焼するものであれば、その種類は問わない。

前記の廃棄物処理設備には、脱水汚泥をガス化炉へ供給する前にセメント製造設備の廃熱を利用して乾燥させる乾燥装置を備えてもよい。こうすれば、脱水汚泥を含めた廃棄物の発熱量を高めることができ、流動層の温度維持に有利になる。脱水汚泥の含水率が低くなるので、これが投入されたときの流動層の局所的な温度低下も抑制される。

以上、述べたように本発明に係る廃棄物処理設備によると、ガス化炉において処理する廃棄物に含水率の高い脱水汚泥を多く含む場合でも、セメント製造設備の廃熱によって流動化空気を昇温させることにより、流動層の温度を所定範囲に維持することが可能になる。つまり、セメント製造設備において発生する熱を可及的に有効利用して、廃棄物処理設備において従来よりも多くの脱水汚泥をごみ等と同時に処理することができる。

本発明の第１の実施形態に係る廃棄物処理設備及びセメント製造設備の系統図である。

同廃棄物処理設備におけるガス化炉及びその制御系の構成を示す説明図である。

脱水汚泥の投入箇所における流動層の局所的な温度低下を示す説明図であり、拡散係数の大きな場合について示す。

拡散係数が小さな場合についての図３Ａ相当図である。

ガス化炉の炉床面積と流動層温度の標準偏差との関係を示す実験結果のグラフ図である。

ガス化炉の運転方法の一例を示すフローチャート図である。

ガス化炉の通常運転ルーチンにおける脱水汚泥の供給量の調整の手順を示すフローチャート図である。

通常運転の際のごみ等や脱水汚泥の投入量の変化と、これによる流動層温度の変化との関係を示すタイムチャート図である。

流動化空気の昇温によって、投入可能な脱水汚泥がどの程度、増大するか調べたシミュレーション結果のグラフ図である。

仮焼炉にクーラ排気が流入する第２の実施形態に係る図１相当図である。

旋回仮焼室と混合室とを有する仮焼炉を備えた変形例に係る図１相当図である。

周壁の途中に環状の括れ部を有し、その近傍に再燃焼用の空気を導入するようにした変形例に係る図１相当図である。

仮焼炉のない変形例に係る図１相当図である。

１００ 廃棄物処理設備

１ ガス化炉

４ ごみ投入装置

６ ガス搬送ライン（ガス搬送路）

７ 助燃料の供給装置（燃料供給装置）

８ 汚泥供給系

８０ 汚泥層

８１ 汚泥投入装置

２００ セメント製造設備

１０ サスペンションプレヒータ（予熱器）

２０ 仮焼炉

４０ エアクエンチングクーラ（クリンカクーラ）

４１ ガスエアヒータ（昇温装置）

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る廃棄物処理設備１００と、これが隣設されるセメント製造設備２００との全体的な系統図である。図１の左側に示す廃棄物処理設備１００は、廃棄物をガス化炉１において熱分解し、発生したガス（熱分解ガス）をセメントの焼成工程において混焼させる。この熱分解ガスの量は一例として２〜３万Ｎｍ³／ｈくらいであり、図示のセメント製造設備２００の排出ガス量（一例として３０万Ｎｍ³／ｈ）に比べて格段に少ないので、廃棄物処理設備１００は、既設のセメントプラントに殆ど改修を加えることなく、その隣に建設することができる。

−廃棄物処理設備−

廃棄物処理設備１００には、例えば家庭から廃棄されるごみや廃プラスチック等、可燃物を含んだ廃棄物（以下、特に脱水汚泥と区別する場合に「ごみ等」又は「ごみ等の廃棄物」と呼ぶ）が集積される。これらの廃棄物は陸送等によって運搬されてきてピット２内のバンカー２ａに投入され、図示しない破砕機によって破砕される。破砕されたごみ等の廃棄物はクレーン３によって運搬され、ホッパやコンベア等からなるごみ投入装置４に投入され、このごみ投入装置４の動作によってガス化炉１へ投入される。

また、本実施形態では、前記ごみ等とは別に脱水汚泥をガス化炉１へ供給して処理するための汚泥供給系８も設けられている。脱水汚泥は、図外の下水処理場にて下水汚泥から分離された固形分であり、陸送等によって運搬されてきて汚泥槽８０に貯留される。図示はしないが、脱水汚泥を運搬してきた車両は、これと入れ替えにピット２から汚水を積み込んで折り返し下水処理場に運搬する。ピット２からの汚水は従来、蒸発処理していたが、前記のように下水処理場へ搬出するようにすれば、それを蒸発させるための熱を別の用途に利用することができる。

一方、汚泥槽８０に貯留されている脱水汚泥は、コンベア等を備えた汚泥投入装置８１（図２を参照）の動作によって前記ごみ等の廃棄物と同様にガス化炉１へ投入される。この汚泥投入装置８１や前記のごみ投入装置４は、一例としてスクリューコンベアを備えており、その動作速度を変更することで、ごみ等や脱水汚泥の時間当たりの投入量を調整できる。こうして脱水汚泥を含めた廃棄物の投入量を調整し、以下に述べる流動化空気の温度及び流量の調整と併せて、ガス化炉１の流動層１ａの温度を制御することができる。

すなわち、ガス化炉１は流動床式のものであり、図２にも示すようにガス化炉１の炉内下部には流動砂（流動媒体）が充填されて流動層１ａを形成している。ここでは供給される流動化空気によって流動砂が浮遊され、それらの隙間を空気が上方に流れていく。脱水汚泥を含めた廃棄物が流動層１ａに投入されると、これらは流動砂によって分散されながら熱分解されて、ガス化される。この際、廃棄物の一部が燃焼することによって流動層の温度を維持し熱分解反応を促進する。

流動層１ａに供給される流動化空気は、本実施形態では電動の送風機５によって廃棄物のピット２から吸い出され、このことでピット２内が負圧に保たれて、外部に異臭が漏れ難くなる。また、送風機５からの空気は、後述するようにセメント製造設備２００の廃熱を利用して昇温された後に、ガス化炉１へと供給される。このように流動化空気を媒介として熱を供給することで、脱水汚泥を多量に混焼しても流動層１ａの温度を維持することが可能になる。

詳しくは、一般的にごみ等の廃棄物の低位発熱量は１０００〜３０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度なので、その一部が燃焼することによって熱分解のための反応熱を確保し、流動層１ａの温度を適温に維持することができる。一方、脱水汚泥には下水中の有機物質が含まれているため潜在的な発熱量は高いものの、含水率が８０％くらいとかなり高いことから、低位発熱量は低くなり、これをごみ等の廃棄物と混焼すると層温度の維持が難しくなる。

そこで、本実施形態では、ごみや脱水汚泥の投入量を調整するだけでなく、流動化空気の温度及び流量を適切に設定し、ガス化炉１において脱水汚泥を比較的多く混焼しても流動層温度を５００〜６００℃くらいの適切な範囲に維持するようにしている。すなわち、図２に模式的に示すように流動層１ａには温度センサ９１を配設し、ここからの信号を受けるコントローラ９０によってごみ投入装置４や汚泥投入装置８１の動作を制御する。

また、送風機５からの空気を昇温させるガスエアヒータ４１（ＧＡＨ：昇温装置）には、これをバイパスする空気の流量を調整するためのバイパスバルブ４２が設けられており、その開度がコントローラ９０によって制御されることで、流動化空気の温度が調整される。さらに、送風機５からガスエアヒータ４１を経てガス化炉１に至る空気供給路５ａの途中には、開度の調整が可能なダンパ５５（図２にのみ示す）が介設されており、このダンパ５５の開度と送風機５の回転数とがコントローラ９０により制御されることで、流動化空気の流量も調整される。

そのようにして流動化空気を例えば１５０〜２００℃くらいまで昇温させれば、かなりの熱量を流動層１ａに供給できるので、層温度を低下させることなく、多くの脱水汚泥を含む廃棄物を処理することができる。しかし、ごみ等の種類によっては、その発熱量が想定外に低くなることもあり（例えば１０００ｋｃａｌ／ｋｇ未満のいわゆる低品位な廃棄物）、この場合には前記のように流動化空気を昇温させていても、流動層１ａの温度を維持できない可能性がある。

この点につき本実施形態では廃棄物の投入口からガス化炉１内の空塔部に助燃料として例えば微粉炭を投入するように、微粉炭の供給装置７が設けられている。また、供給装置７によって流動層１ａに上方から投入される微粉炭の平均粒径は０．１〜３ｍｍくらいである。微粉炭の粒径が０．１ｍｍであると計算上、その終末速度が約０．９ｍ／ｓになり、ガス化炉１内を上昇する熱分解ガスや空気の流速（ガス基準の空塔流速）を少し下回ることから、その多くが飛散してしまい流動層１ａでの燃焼に寄与しないからである。

一方、微粉炭の粒径が大き過ぎると、すぐに流動層１ａ内を沈下して抜け落ちてしまい、あまり燃焼に寄与しないおそれがある。粒径が３．０ｍｍの微粉炭が５００℃程度の流動層１ａ内で燃焼するのに必要な時間は、粒径０．１ｍｍの粒子の数十倍程度であり、層内の燃焼に寄与させるためには、粒子の層内滞留時間を確保する必要がある。ここで、粒径が３．０ｍｍの微粉炭の最小流動化速度は計算上、約１．８ｍ／ｓであり、流動層１ａにおけるガス基準の空塔流速と同等であるため、平均粒径を３ｍｍ以下とすれば、問題はない。

よって、必要に応じて微粉炭を供給することにより、脱水汚泥の多く含まれている廃棄物を投入しても流動層１ａの温度を適切な範囲に維持することができ、廃棄物は効果的に熱分解されてガス化される。この熱分解ガスはガス化炉１の上部から排出され、ガス搬送ライン６（ガス搬送路）によってセメント製造設備２００に搬送される。熱分解ガス中には未燃分であるチャーや灰分が小さな粒子として浮遊しており、熱分解ガスと一緒に搬送される。

本実施形態においてガス化炉１からの熱分解ガスは、後述するセメントの仮焼炉２０の負圧を利用して搬送されるものであり、このことでガス化炉１内も負圧に保たれ、外部に熱分解ガスが漏れることはない。また、熱分解ガスは仮焼炉２０の負圧によって搬送できるから、ガス搬送ライン６には送風機は設けられていない。よって、送風機のインペラ等に熱分解ガス中のチャーや灰分が付着、堆積することによる故障の心配はない。

但しガス搬送ライン６のダクトの内壁面には、時間の経過に伴いチャーや灰分が付着し堆積することがあり、これにより圧力損失が増えるので、本実施形態ではガス搬送ライン６の途中に所定以上の間隔をあけて複数のエゼクタ装置６ａを配設している。この各エゼクタ装置６ａにより、図示しないコンプレッサから供給される圧縮空気を間欠的に吹き込んで、堆積したチャーや灰分を吹き飛ばすことができる。なお、図示は省略するが、ガス搬送ライン６には開閉式のダンパも介設されており、廃棄物処理設備１００の運転を休止するときには閉止することができる。

そのようにして廃棄物の熱分解ガスがガス化炉１の上部からガス搬送ライン６へと排出されるのに対して、ガス化炉１における熱分解後の残渣である金属片を含んだ不燃物は、流動砂の中を沈んでその砂と共にガス化炉１の下端から落下する。つまり、廃棄物の残渣は流動層１ａによっていわゆる比重分離される。そうしてガス化炉１から排出された砂と不燃物は、図示しないコンベア等により搬送され、図外の分級装置によって分離された砂がガス化炉１に戻される。一方、不燃物からは選別装置によって金属分が選別され、残りの不燃物はセメント原料として利用される。

−セメント製造設備−

セメント製造設備２００は、図１の例では一般的なＮＳＰキルンを備えたものである。セメント原料は、予熱器であるサスペンションプレヒータ１０において予熱された後に、仮焼炉２０にて９００℃くらいまで加熱され（仮焼）、焼成炉であるロータリキルン３０において１５００℃くらいの高温で焼成される。ロータリキルン３０を通過した焼成物はエアクエンチングクーラ４０（ＡＱＣ）において急冷されて、粒状のセメントクリンカとなり、図外の仕上げ工程に送られる。

前記サスペンションプレヒータ１０は、上下方向に並んで設けられた複数段のサイクロン１１を備えている。サイクロン１１は、それぞれがセメント原料を旋回流により搬送しながら、下段から吹き込まれる高温の排気と熱交換させる。この排気の流れは、後述するようにロータリキルン３０からの高温の排気（以下、キルン排気という）が仮焼炉２０内を吹き上がって、最下段のサイクロン１１に供給されるものである。キルン排気は、図に破線で示すようにサイクロン１１を一段ずつ上昇して最上段のサイクロン１１に至り、そこから排気ライン５０に流出する。

図示の如く排気ライン５０には、キルン排気を誘引して煙突５１に送り出すための大容量の誘引通風機５２が設けられ、この誘引通風機５２の手前、即ち排気流の上流側にはガスクーラ５３（一例としてボイラ）及び集塵機５４が介設されている。誘引通風機５２は、サスペンションプレヒータ１０及び仮焼炉２０を介してロータリキルン３０から多量の排気を誘引するとともに、さらに、仮焼炉２０内に負圧を形成して、これによりガス化炉１から熱分解ガスを誘引するという機能も有している。

一方、サスペンションプレヒータ１０の各サイクロン１１においては、前記のようにセメント原料が高温のキルン排気と熱交換した後に、図に実線で示すように下方に落下して、一つ下の段のサイクロン１１へと移動する。こうして最上段のサイクロン１１から一段ずつ順に複数のサイクロン１１を通過する間にセメント原料は十分に予熱されて、最下段の一つ上のサイクロン１１から仮焼炉２０へと供給される。

仮焼炉２０は、ロータリキルン３０の窯尻に上下方向に延びるように設けられており、その下端にはロータリキルン３０との間を繋ぐ下部ダクト２１が接続される一方、仮焼炉２０の上端には、サスペンションプレヒータ１０の最下段のサイクロン１１との間を繋ぐ上部ダクト２２が接続されている。前記のように誘引通風機５２によって誘引されるキルン排気は、下部ダクト２１から仮焼炉２０の下端に流入し、噴流となって上方へと吹き上がっている。

また、図示は省略するが、仮焼炉２０の下部には、助燃料である微粉炭の供給口、上述したガス化炉１からの熱分解ガスのガス導入口、及び、これらの燃焼用の空気の導入口がそれぞれ設けられている。燃焼用空気としてはエアクエンチングクーラ４０からの高温のクーラ排気が利用され、これが熱分解ガスと同じく仮焼炉２０内の負圧によって吸引されている。仮焼炉２０内に吸引された熱分解ガス及び燃焼用空気は、高温のキルン排気と混ざり合いながら十分な時間をかけて燃焼する。

そして、その仮焼炉２０内に投入されたセメント原料は、前記のようなキルン排気の噴流に乗って吹き上げられる間に９００℃くらいまで加熱されて、石灰分の８０〜９０％が脱炭酸反応される。その後、仮焼炉２０の最上部から上部ダクト２２を介して、サスペンションプレヒータ１０の最下段のサイクロン１１に搬送され、ここにおいてキルン排気はセメント原料と分離されて一つ上段のサイクロン１１へと向かい、一方、セメント原料はサイクロン１１の下端から落下してロータリキルン３０の入り口へと至る。

ロータリキルン３０は、一例として７０〜１００ｍにも及ぶ横長円筒状の回転窯を入り口から出口に向かって僅かに下向きに傾斜させて配置してなる。回転窯がその軸心の周りに緩やかに回転することによって、セメント原料が出口側に搬送される。この出口側には燃焼装置３１が配設されていて、石炭、天然ガス、重油等の燃焼による高温の燃焼ガスを入り口側に向かって噴出している。燃焼ガスに包まれたセメント原料は化学反応（セメント焼成反応）を起こし、その一部が半溶融状態になるまで焼成される。

このセメント焼成物がエアクエンチングクーラ４０において冷風を受けて急冷され、粒状のセメントクリンカとなる。そして、図示及び詳しい説明は省略するが、セメントクリンカはクリンカサイロに貯蔵された後に、石膏等を加えて成分調整された上でミルにより微粉砕される（仕上げ工程）。一方、焼成物から熱を奪って８００℃くらいに昇温されたクーラ排気は、前記したように燃焼用の空気として仮焼炉２０に供給される。つまり、廃熱を回収して仮焼炉２０での燃焼用空気を昇温させることで、熱効率の向上が図られている。

また、そのクーラ排気の一部がガスエアヒータ４１に導かれ、上述したように廃棄物処理設備１００の送風機５から送られてくる流動化空気と熱交換する。高温のクーラ排気との熱交換によって流動化空気は３００℃くらいまで昇温可能であり、図示しないバイパス通路を流れる空気の流量調整によって概ね１００〜３００℃くらいの範囲で調整される。ガスエアヒータ４１をバイパスする空気の流量は、上述したようにコントローラ９０によって制御されるバイパスバルブ４２の開度に応じて調整される。なお、流動化空気と熱交換して温度の低下したクーラ排気は、ボイラ４３及び集塵機４４を流通した後に煙突へ向かう。

以上のような構成に加えて、本実施形態のセメント製造設備２００には、サスペンションプレヒータ１０や仮焼炉２０を循環する間にガス中の塩素分やアルカリ分が濃縮されることを防ぐためにバイパスライン６０が設けられている。すなわち、本実施形態のようにセメント製造設備において廃棄物の熱分解ガスを混焼すると、元々廃棄物に含まれている塩素分やアルカリ分の影響でセメントクリンカ中の塩素分やアルカリ分濃度が高くなる傾向があり、付着トラブルが発生するおそれもあった。

そこで、図示のセメント製造設備２００においては、仮焼炉２０の下部（或いは下部ダクト２１）に接続したバイパスライン６０によってガスの一部を抽出し、冷却器６１で冷却した後にサイクロン６２（分級器）に送ってダストを分級する。冷却器６１にはファン６３により冷風が送られていて、抽気ガスを塩素化合物等の融点以下まで急冷することにより、抽気ガス中の塩素分あるいはアルカリ分を固体（ダスト）として分離する。

そして、サイクロン６２において抽気ガス中のダストが粗粉と微粉とに分級され、塩素分やアルカリ分が殆ど含まれていない粗粉は、サイクロン６２の下端から落下し、一部を省略して示す戻しライン６０ａによって仮焼炉２０へと戻される。一方、塩素分やアルカリ分の濃度が高い微粉は、サイクロン６２から吸い出される抽気ガスに乗ってバイパスライン６０の下流側ライン６０ｂに排出され、集塵機５４に捕集される。

なお、図１においてはバイパスライン６０の下流側ライン６０ｂを排気ライン５０の途中に接続して、キルン排気を煙突５１に送り出すための誘引通風機５２、ガスクーラ５３及び集塵機５４を共用するように示しているが、実際の設備ではバイパスライン６０にも専用の誘引通風機、ガスクーラ及び集塵機が設けられている。

−ガス化炉への脱水汚泥の分散投入−

上述したように、本実施形態の廃棄物処理設備１００では、ごみ等に比べて含水率の高い脱水汚泥をガス化炉１に投入することから、その投入位置の付近で局所的に流動層温度が低下することがある。そして、一箇所に多くの脱水汚泥が集中すると、熱分解反応を維持するために必要な下限値（例えば４５０℃）を下回るおそれがある。この局所的な温度の低下は、一箇所に投入する脱水汚泥の流量と、それが流動層１ａにおいて拡散する速度との影響を強く受ける。

そこで、仮に廃棄物中の脱水汚泥の割合を２５％とし、拡散速度については複数通りの値を設定して、流動層温度の変化を調べるシミュレーションを行った。拡散速度は一般に流動層１ａの流動砂の大きさや性状、流動化の状態、並びに脱水汚泥の粒子の大きさや含水率、粘性等によって変化するので、これらの要因を包括する拡散係数を定義し、その値を実験等により設定して用いた。

図３Ａ，Ｂにそれぞれ拡散係数の最も大きな場合と最も小さな場合とについてのシミュレーションの結果を示す。なお、流動層１ａの上下方向については便宜上、脱水汚泥の拡散速度を無限大とみなし、水平方向の拡散速度の違いによる影響と脱水汚泥中の水分の蒸発速度の影響とを考慮している。図Ａと図Ｂとを比較すると、拡散係数が小さいほど温度の低下する範囲（汚泥拡散範囲）が狭くなるとともに、その範囲における温度の低下が顕著になることが分かる。特に拡散係数の小さな図Ｂでは局所的に層温度が４５０℃を下回っていて、熱分解反応の継続が困難になる。

このように脱水汚泥の投入にあたってはその拡散係数を大きくすることが望ましく、その方法として、脱水汚泥を細かくして投入するために、その投入口の先端を絞ってノズルにすることも考えられる。しかしながら、そうすると高粘度の脱水汚泥がノズルの先端で詰まってしまうおそれがあり、投入口の先端をむやみに絞ることはできない。このように脱水汚泥の投入にあたって、その拡散係数を随意に変化させることは現実的には困難である。

そこで、実際にガス化炉に一箇所から脱水汚泥を投入し、流動層の温度を複数箇所で計測して、それら計測結果の標準偏差から脱水汚泥の投入の影響が及ぶ範囲を確認した。図４は、流動層温度の平均値が一定という条件の下で炉床面積と流動層温度の標準偏差との関係を示すグラフ図である。図４より、流動層温度の平均値が同じであっても炉床面積が増大するに連れて、流動層温度の標準偏差が大きくなることが分かる。すなわち、一箇所から投入した脱水汚泥が流動層温度に影響する範囲が分かる。この結果から、脱水汚泥を一箇所に投入する場合、炉床面積は５ｍ²以下でなくてはならず、３ｍ²以下が好ましいといえる。

言い換えると、炉床面積が３〜５ｍ²を超えるガス化炉においては、少なくとも５ｍ²あたりに一箇所となるように分散して脱水汚泥を投入する必要があり、３ｍ²あたりに一箇所とするのがよいことが分かった。そこで、本実施形態では図２に模式的に示すように、ガス化炉１の上部に複数の投入口８２を例えば環状若しくは格子状に並べて設け、汚泥投入装置８１から送り出される脱水汚泥を、流動層１ａの上面において３〜５ｍ²あたりに一箇所となるように分散させて投入する。

−ガス化炉の運転−

次に、ガス化炉１において流動層１ａの温度を適切な範囲に維持する運転方法について説明する。上述したように流動層１ａの温度を制御するためのパラメータは、基本的には脱水汚泥を含む廃棄物の投入量と、流動化空気の温度及び流量とであるが、本実施形態では、１日あたりのごみ等の処理量を確保すべく流動化空気の温度及び流量を設定し、運転中は流動層温度に応じて脱水汚泥の供給量を調整する。脱水汚泥を含めた廃棄物の低位発熱量が低すぎるときには、必要に応じて微粉炭を供給する。

そのようなガス化炉１の運転は、オペレータの操作に応じてコントローラ９０により行われる。図２を参照して上述したようにコントローラ９０は、流動層１ａの温度を計測する温度センサ９１からの信号と、オペレータの操作盤９２からの信号とを少なくとも入力し、これに応じてごみ投入装置４、汚泥投入装置８１の動作を制御して、脱水汚泥を含めた廃棄物の投入量を調節する。また、コントローラ９０は、ガスエアヒータ４１のバイパスバルブ４２の開度を制御して流動化空気の温度を調整し、送風機５の回転数及び空気供給路５ａのダンパ５５の開度を制御して流動化空気の流量を調整する。

以下に図５、６を参照してガス化炉１の運転について詳細に説明する。図５Ａは、オペレータによる操作も含めたガス化炉１の運転方法を示し、図５Ｂは、助燃料を使用しない通常運転の際の脱水汚泥の投入量を調整する制御の手順を示す。また、図６は、通常運転の際のごみ等や脱水汚泥の投入量の変化と、これによる流動層温度の変化との関係を概念的に示すタイムチャート図である。

一例として、本実施形態の廃棄物処理設備１００では毎朝所定時間、ごみ等の廃棄物の低位発熱量を調べる。上述したようにごみ等は、破砕されてピット２内のバンカー２ａに貯留されているので、ごみの種類による発熱量のバラツキは軽減されているものの、それでも脱水汚泥に比べるとバラツキが大きい。そのため、含水率の高い脱水汚泥を多量に混焼して流動層１ａの温度が低くなると、熱分解反応に必要な下限値（例えば４５０℃）を下回るおそれがあるからである。

具体的には毎朝、所定時刻にオペレータの操作に応じて、コントローラ９０からの指令により汚泥投入装置８１の動作が停止され、それから所定時間が経過するまで脱水汚泥の投入が停止する。この間もごみ投入装置４の動作は継続するので、ガス化炉１へはごみ等の廃棄物だけが投入される（ＳＡ１：ごみ単独運転）。図６の時刻ｔ０〜ｔ１に示すようにごみ単独運転の間、流動層１ａの温度は通常の目標値（例えば５３０℃）よりも高くなり、これを計測する温度センサ９１からの信号を受けてコントローラ９０がごみ等の低位発熱量を推定する（ＳＡ２）。

その発熱量の推定演算には、流動層温度の他にごみ等の投入量や流動化空気の温度及び流量等が用いられる。また、コントローラ９０は、推定したごみ等の発熱量から、これと同時に投入可能な脱水汚泥の最大量を演算する（ＳＡ３：汚泥の投入可能量を計算）。すなわち、脱水汚泥はごみ等に比べて組成、性状が揃っているので、その低位発熱量は予め燃焼試験等により求めてコントローラ９０のメモリに記憶しておく。そして、その脱水汚泥の低位発熱量と前記ごみ等の低位発熱量の推定値とから、両者を合わせた廃棄物全体の低位発熱量が所定値（例えば１０００ｋｃａｌ／ｋｇ）以上になるように、ごみ等の投入量に対する脱水汚泥の投入量の比率を計算する。

つまり、発熱量のバラツキが比較的大きなごみ等の低位発熱量を毎朝、調べた上で、これに脱水汚泥を加えた廃棄物全体として十分な低位発熱量になり、助燃料を投入しなくてもガス化炉１の運転を継続できる脱水汚泥の時間あたりの投入可能量を求めるのである。

そうして求めた脱水汚泥の投入可能量を、予定されている脱水汚泥の時間あたりの処理量と比較して、予定量の脱水汚泥の処理が可能か否かの判定がなされ（ＳＡ４）、この判定結果がオペレータの操作盤のディスプレーに表示される。これを見たオペレータは、予定量の処理が可能であれば（ＳＡ４でＹＥＳ）助燃料を使用しない通常運転を行う（ＳＡ５）一方、予定量の処理ができなければ（ＳＡ４でＮＯ）、助燃料を使用する助燃運転を行う（ＳＡ６）。

通常運転の場合について説明すると、図５Ｂのサブルーチンに示すようにコントローラ９０は、ごみ投入装置４の動作を継続しながら汚泥投入装置８１を動作させて、脱水汚泥の投入を開始する（ＳＢ１）。そして、図６の時刻ｔ１〜ｔ２に示すように投入量が増大し、予定されている時間あたりの処理量に見合う分量になると（時刻ｔ２）、少し遅れて流動層１ａの温度が安定する（時刻ｔ３）。コントローラ９０は、ここまでに要する所定時間の経過を判定して（ＳＢ２）、層温度の計測値（例えば移動平均を用いる）を予め設定してある目標値と比較する（ＳＢ３）。

流動層１ａの温度の適切な範囲は一例として５００〜６００℃くらいであり、４５０℃を下回らなければ熱分解反応を維持することができるが、上述したように脱水汚泥の投下位置ではそれ以外の部分よりも温度が低下することを考慮して、層温度の制御目標値は例えば５３０℃くらいにしている。そして、層温度が目標値よりも高ければ（ＳＢ３でＹＥＳ）その温度偏差に応じて脱水汚泥の投入量を増加させる（ＳＢ４）。一方、層温度が目標値よりも低ければ（ＳＢ３でＮＯ）脱水汚泥の投入量を減少させる（ＳＢ５）。なお、層温度が目標値を含む所定範囲にあるときには脱水汚泥の投入量を維持する。

脱水汚泥は含水率が高いので、前記のように投入量を増減させることによって層温度も速やかに変化し、概ね目標値の近傍に維持されるようになる（図６の時刻ｔ３以降）。勿論、脱水汚泥の投入量だけを調整するのではなく、これに加えて若しくはこれに代えて、ごみ等の廃棄物の投入量を調整するようにしてもよい。ガス化炉１は通常、空気比が１よりも小さな状態で運転するので、ごみ等の投入量を増やせばその熱容量に応じて流動層温度は低下する。但し、前記のように脱水汚泥の投入量の変化による温度調整の効果が高いので、ごみ等の投入量は一定として、１日分の予定処理量を確実に処理することが好ましい。

なお、オペレータが助燃運転を選択した場合（図５ＡのフローのＳＡ６）コントローラ９０は、廃棄物全体に微粉炭を合わせたものの低位発熱量が所定値（例えば１０００ｋｃａｌ／ｋｇ）以上になるように、微粉炭の時間あたりの供給量を計算し、これに基づいて供給装置７を動作させる。それから、前記の通常運転と同様に流動層１ａの温度の計測値に応じて脱水汚泥の投入量を増減させる。この脱水汚泥の投入量を一定とし、層温度に応じて微粉炭の供給量を増減させることも可能である。

そして、所定期間運転し、ごみ等の廃棄物を概ね予定されている分、処理した後にコントローラ９０は、脱水汚泥の処理量が予定量に達しているかどうか判定する（図５ＡのＳＡ７）。脱水汚泥の処理量は、汚泥投入装置８１の動作に基づく時間あたりの処理量を積算して求められる。そして、実際の処理量が予定量よりも多ければ、その量の偏差に応じて流動化空気の温度の低下量を演算し、バイパスバルブ４２を開いてガスエアヒータ４１をバイパスする流動化空気の流量を増やす。即ち、流動化空気の温度が低下するようにガス化炉１の運転条件を変更して（ＳＡ８）、リターンする。

つまり、流動層１ａにおける流動化の状態を保つために流動化空気の流量は変更せず、その温度を調整することにより、流動層温度を維持してごみ等や脱水汚泥の処理量を確保することができる。ごみ等や脱水汚泥の実際の処理量が概ね予定通りのものとなるので、発生する熱分解ガスの量が多くなり過ぎることもなく、ガス化炉１内を負圧状態に維持する上でも好ましい。

一方、脱水汚泥の実際の処理量が予定量よりも少なければ、その量の偏差に応じて流動化空気温度の必要上昇量を演算し、バイパスバルブ４２を閉じてガスエアヒータ４１のバイパス空気量を減らす。また、助燃運転の後では助燃料である微粉炭の供給量からその燃焼による発熱量を計算し、これに見合うように流動化空気を昇温させるべくバイパスバルブ４２を閉じる。つまり、流動化空気の温度が上昇するようにガス化炉１の運転条件を変更して（ＳＡ９）、リターンする。

以上、説明したように本実施形態の廃棄物処理設備１００によると、既存のセメント製造設備２００に隣接させて流動床式のガス化炉１を設け、脱水汚泥を含む廃棄物の熱分解ガスをチャー及び灰分と共にセメントの仮焼炉２０に供給する一方、エアクエンチングクーラ４０からの廃熱を利用してガス化炉１の流動化空気を昇温させるようにしたので、含水率の高い脱水汚泥を多量に混焼する場合でも、ガス化炉１の流動層１ａの温度を好適な範囲に維持することができる。

しかも、そのように流動化空気を昇温させて、ガス化炉１の流動層１ａの温度維持に利用された熱は、当該ガス化炉１にて発生する熱分解ガスや水蒸気と共にガス搬送路６を搬送されて、再びセメント製造設備２００に戻ってくることになり、非常に効率がよい。言い換えると、セメント製造設備２００において発生する熱を可及的に有効利用して、ガス化炉１の流動層１ａの温度を維持することにより、従来よりも多くの脱水汚泥をごみ等と同時に処理することができる。

図７のグラフは、本実施形態のように流動化空気を昇温させることによって、ガス化炉１に投入する脱水汚泥をどの程度、増やせるか示している。一例として助燃料を使用しない場合、流動化空気の温度が４０℃くらいであれば、脱水汚泥はごみ等の１５％強くらい投入可能である。この脱水汚泥のごみ等に対する投入量比を基準（１）として、図示のように流動化空気の温度が高いほど投入可能な脱水汚泥が増えてゆき、例えば１８０℃であれば１．６倍を超えるため、ごみ等の約２５％の脱水汚泥を処理できることが分かる。

また、本実施形態では必要に応じて微粉炭等の助燃料を供給するようにしており、非常に低位発熱量の低いごみ等が集積されているときでも、これを脱水汚泥と同時に処理することができ、ガス化炉１の運転に支障をきたすことがない。しかも、投入するごみ等の発熱量を毎日、調べて、これと同時に処理できる脱水汚泥の量を計算し、必要がなければ助燃料は使用しないので、その消費量は必要最小限に抑えることができる。

さらに、ガス化炉１の運転中には流動層１ａの温度を維持するために、その温度の計測値に基づいて脱水汚泥の投入量を調整し、このことに起因する脱水汚泥の処理量の変化は所定期間の運転終了後に確認し、それ以降は予定量の処理が行えるように流動化空気の温度を調整している。つまり、基本的にガス化炉１への流動化空気の供給量は変更せず、流動層１ａの状態を適切なものとしながら、脱水汚泥を含めた廃棄物の所定期間の処理量を大きく変えることなく、所要のごみ処理量、脱水汚泥処理量を実現できる。

なお、必ずしも流動化空気の流量を一定にする必要はなく、その温度とともに流量もある程度は変更するようにしてもよい。この場合は例えば流動化空気の流量が増えると燃焼が盛んになるので、流動層１ａの温度は上昇する傾向がある。このようにガス化炉１の運転状態を制御するパラメータとして、脱水汚泥を含めた廃棄物の投入量の他に流動化空気の温度及び流量、さらには助燃料の供給量もあり、制御の自由度が高いことから、ガス化炉１の状態をより好ましいものとすることが可能になる。

−第２の実施形態−

次に、本発明の第２の実施形態に係る廃棄物処理設備及びセメント製造設備について図８を参照して説明する。同図は上述した第１の実施形態の図１に相当する。なお、本実施形態では、セメント製造設備２００のサスペンションプレヒータ１０及び仮焼炉２０の構成が第１の実施形態と異なっているが、仮焼炉２０については空気導入口がないことを除いて第１実施形態のものと同じなので、同じ符号２０を付する。それ以外の同じ構成の部材にも同一符号を付してその説明は省略する。

また、同図においてはガス搬送ライン６の一部がサスペンションプレヒータ１０の陰に隠れているため、エゼクタ装置６ａの図示を省略しており、同様に便宜上、バイパスライン６０の図示も省略しているが、第１の実施形態と同じくガス搬送ライン６には複数のエゼクタ装置６ａが配設されており、また、バイパスライン６０、冷却器６１、サイクロン６２等も備えている。

そして、この第２の実施形態のセメント製造設備２００では、サスペンションプレヒータ１０が２系統に分かれていて、各系統毎に一例として５段のサイクロン１１を備えている。図の左側の系統には下段からキルン排気が吹き込まれるようになっており、仮焼炉２０が設けられていないことを除けば、第１実施形態のものと同じである。一方、図の右側の系統には仮焼炉２０が設けられているが、ここにはキルン排気ではなく、エアクエンチングクーラ４０からの高温のクーラ排気が流入している。

クーラ排気は、第１の実施形態におけるキルン排気と同様に仮焼炉２０の下端に流入し、噴流となって上方へと吹き上がっている（図には一点鎖線で示す）。このクーラ排気は仮焼炉２０内に導入される熱分解ガスと混ざり合い、これを燃焼させながらセメント原料を吹き上げて、上部ダクト２２から最下段のサイクロン１１に至る。そして、一段ずつサイクロン１１を上昇して最上段のサイクロン１１から排気ライン５０に流出する。

仮焼炉２０の下部には、詳細の図示は省略するが、第１の実施形態と同じくサイクロン１１からセメント原料が供給されるようになっており、また、ガス化炉１からの熱分解ガスを導入するガス導入口が設けられているが、これを燃焼させるための空気の導入口は設けられていない。前記のように仮焼炉２０内を吹き上がるクーラ排気は、キルン排気とは異なり酸素を多量に含んでいるからである。

その点を除いて仮焼炉２０の構造は第１の実施形態と同じであり、仮焼炉２０内に導入された熱分解ガスは、吹き上がるクーラ排気と混ざり合って十分に燃焼される。この燃焼によってクーラ排気の温度が９００℃以上まで上昇し、これにより吹き上げられるセメント原料の仮焼（脱炭酸反応）が促進される。

そして、この第２の実施形態においても廃棄物処理設備１００のガス化炉１に供給する流動化空気を、エアクエンチングクーラ４０からの排熱を利用して昇温させているので、ごみ等の廃棄物に比較的多くの脱水汚泥を混焼しても、流動層１ａの温度を適切な範囲に維持することができる。つまり、この第２の実施形態のように仮焼炉２０にクーラ排気を流入させるようにしたセメント製造設備２００に廃棄物処理設備１００を隣設する場合でも、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる。

−変形例−

図９及び図１０には、それぞれ、セメント製造設備２００の仮焼炉の構成が異なる第１実施形態の変形例を示す。また、図１１には仮焼炉のない場合について示す。これらのいずれの変形例も仮焼炉に関する構成以外は上述した第１の実施形態と同じなので、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。

まず、図９に示す変形例の仮焼炉７０は、第１実施形態のものと同様にしてロータリキルン３０の窯尻に設けられた混合室７１と、その下部に連通する旋回仮焼室７２とを有し、この旋回仮焼室７２には燃焼装置７３が配設されていて、石炭、天然ガス、重油等の燃焼による高温の燃焼ガスを噴出している。図示のように旋回仮焼室７２には、エアクエンチングクーラ４０からの高温のクーラ排気（空気）が旋回流として導入されるとともに、最下段の一つ上のサイクロン１１からは予熱されたセメント原料が供給される。

そのセメント原料が燃焼装置７３からの燃焼ガスを受けて仮焼されながら混合室７１へと移動し、ここでは下方からのキルン排気の噴流によって上方に吹き上げられる。すなわち、混合室７１ではキルン排気の流れにセメント原料を含んだ燃焼ガスの流れが合流し、両者が混じり合いながら上昇するようになる。この上昇流に乗って吹き上げられる間にセメント原料は十分に仮焼され、混合室７１の最上部の出口からダクトを介して最下段のサイクロン１１へと搬送される。なお、ガス化炉１からの熱分解ガスは、ロータリキルン３０の入り口から混合室７１の出口までの間、或いは旋回仮焼室７２と混合室７１との間に導入すればよい。

一方、図１０に示す変形例の仮焼炉７５は、第１実施形態のものと概ね同じ構造であり、ロータリキルン３０の窯尻に上下方向に延びるように設けられているが、その上下のほぼ中央部位に環状の括れ部７５ａが形成されていて、この括れ部７５ａにおいても仮焼炉７５内に空気を導入するようにしたものである。

すなわち、上述した第１実施形態のものと同じく仮焼炉７５の下部には、エアクエンチングクーラ４０からの高温のクーラ排気が旋回流として導入されるようになっているが、このクーラ排気の供給路から分かれた分岐路によってクーラ排気の一部が前記括れ部７５ａに導かれ、ここに形成されている導入口から仮焼炉７５内へ導入される。こうして導入されたクーラ排気の一部は、仮焼炉７５内を吹け上がるキルン排気の噴流の中に再燃焼用の空気として供給される。この変形例においてもガス化炉１からの熱分解ガスは、ロータリキルン３０の入り口から仮焼炉７５の出口までの間に導入すればよい。

そして、図１１に示す変形例では仮焼炉は設けられておらず、ロータリキルン３０の入り口に接続された下部ダクト２１と、サスペンションプレヒータ１０の最下段のサイクロン１１に接続された上部ダクト２２との間は、立ち上がり管２９によって繋がれている。この立ち上がり管２９にセメント原料とガス化炉１からの熱分解ガスとがそれぞれ供給されて、キルン排気の噴流により吹き上げられる。熱分解ガスは、キルン排気に含まれている酸素と反応して立ち上がり管２９及びサスペンションプレヒータ１０の中で燃焼する。

−他の実施形態−

なお、上述した第１、第２の実施形態及びその変形例の説明は例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。例えば、前記の各実施形態等では、ごみ等の発熱量を毎日、調べて、同時に処理可能な脱水汚泥の割合を特定した上で、脱水汚泥の投入を開始するようにしているが、集積されるごみ等の発熱量はそれほど急に変化するものでもないので、その発熱量は毎日、調べなくてもよい。

例えば２〜３日に１回、或いは１週間に１回程度、ごみ等の発熱量を調べるようにしてもよいし、脱水汚泥の処理量やこれに基づいて変更される流動化空気の温度等に基づいて不定期に調べるようにしてもよい。

また、必ずしも先にごみ等の発熱量を調べてから脱水汚泥を投入する必要もなく、例えば以下のような運転方法も可能である。すなわち、先にごみ等だけを投入しながら流動層１ａの温度を計測し、この計測結果に基づいて層温度が目標値よりも高くなるように廃棄物の投入量を調整する。その後、脱水汚泥も投入しながら流動層１ａの温度を計測し、この計測結果に基づいて層温度が目標値になるように脱水汚泥の投入量を調整する。

さらに、地域によっては集積されるごみ等の発熱量が非常に高く、予定量の脱水汚泥を合わせた全体の低位発熱量が優に１０００ｋｃａｌ／ｋｇを超えるような状況も考えられる。このような地域であれば、各実施形態等において助燃料の供給装置７を省略してもよい。同様に、塩素分やアルカリ分の少ない廃棄物のみを処理すればよい地域であれば、各実施形態等においてバイパスライン６０を省略してもよい。

また、前記各実施形態等ではガスエアヒータ４１にエアクエンチングクーラ４０からの排気を導くようにしているが、これに限らず、例えば排気ライン５０においてガスクーラ５３の上流側に介設してもよく、セメント製造設備２００の廃熱を利用できればよい。

また、同様にセメント製造設備２００の廃熱を利用して、ガス化炉１へ投入する前に脱水汚泥を乾燥させる乾燥装置を備えてもよい。脱水汚泥を乾燥させればその低位発熱量が高くなり、流動層１ａの温度維持に有利になる。しかも、脱水汚泥の含水率が低くなるので、これが投入されたときの流動層１ａの局所的な温度低下も抑制できる。

但し、脱水汚泥の乾燥に利用された熱は水蒸気と共に系外に排出されてしまい、セメント製造設備２００には戻ってこない。この点から乾燥装置の熱源は、流動化空気の昇温に用いられるガスエアヒータ４１等よりも低温の熱源とするのが好ましく、例えばガスエアヒータ４１を通過したクーラ排気が流通するボイラ４３の下流側に設けてもよい。

また、前記各実施形態等においてはセメント製造設備２００側の負圧を利用してガス化炉１から熱分解ガスを搬送するようにしており、ガス搬送ライン６には送風機を設けていないが、ここには送風機を設けてもよい。また、ガス搬送ライン６のエゼクタ装置６ａを省略することもできる。

さらにまた、廃棄物処理設備１００のガス化炉１やセメント製造設備２００のキルン（焼成炉）等の構造についても前記の各実施形態には限定されない。例えばセメントの焼成炉はロータリキルン３０に限定されず、流動層キルンであってもよい。

本発明によると、既存のセメント製造設備に隣設された廃棄物処理設備のガス化炉において、ごみ等の廃棄物に従来よりかなり多くの脱水汚泥を混焼し、衛生的に処理することができるから、産業上の利用性は極めて高い。

Claims (6)

1. 脱水汚泥と脱水汚泥以外の廃棄物とを含む廃棄物の処理方法であって、
   セメント製造設備に隣設した流動床式のガス化炉へ、前記セメント製造設備の排熱を利用して昇温されるとともに温度及び流量が調整された流動化空気を供給することと、
   前記ガス化炉で、前記廃棄物をガス化して熱分解ガスを発生させることと、
   前記ガス化炉において発生した熱分解ガスを、チャー及び灰分を含んだまま前記セメント製造設備におけるセメントの予熱器ないし仮焼炉に搬送することと、
   前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物とを別々に前記ガス化炉へ投入し、前記ガス化炉の流動層の温度が所定範囲内に維持されるように、前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物の少なくとも一方の投入量を調整することと、
   前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物との投入量比を、それらを合わせた廃棄物全体の低位発熱量が所定値以上になるように調整することとを含み、
   前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物との投入量比を調整することが、
   前記ガス化炉に投入する前に予め前記脱水汚泥の低位発熱量を求めて記憶しておくことと、
   前記ガス化炉に前記脱水汚泥以外の廃棄物を投入して流動層の温度を計測し、この計測結果に基づき前記脱水汚泥以外の廃棄物の低位発熱量を推定することと、
   その推定値と前記記憶している脱水汚泥の低位発熱量とに基づいて、廃棄物全体の低位発熱量が前記所定値以上になるように、前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物との投入量比を調整することとを含む、廃棄物処理方法。
2. 前記ガス化炉に前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物とを投入しながら流動層の温度を計測し、この計測結果に基づいて流動層の温度が目標値に近づくように、前記脱水汚泥の投入量を調整することを含む、請求項１に記載の廃棄物処理方法。
3. 脱水汚泥と脱水汚泥以外の廃棄物とを含む廃棄物の処理方法であって、
   セメント製造設備に隣設した流動床式のガス化炉へ、前記セメント製造設備の排熱を利用して昇温されるとともに温度及び流量が調整された流動化空気を供給することと、
   前記ガス化炉で、前記廃棄物をガス化して熱分解ガスを発生させることと、
   前記ガス化炉において発生した熱分解ガスを、チャー及び灰分を含んだまま前記セメント製造設備におけるセメントの予熱器ないし仮焼炉に搬送することと、
   前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物とを別々に前記ガス化炉へ投入し、前記ガス化炉の流動層の温度が所定範囲内に維持されるように、前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物の投入量を調整することを含み、
   前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物の投入量を調整することが、
   前記ガス化炉に前記脱水汚泥以外の廃棄物を投入しながら前記流動層の温度を計測し、この計測結果に基づいて前記流動層の温度が目標値よりも高くなるように前記脱水汚泥以外の廃棄物の投入量を調整することと、
   前記ガス化炉に前記脱水汚泥を投入しながら前記流動層の温度を計測し、この計測結果に基づいて前記流動層の温度が前記目標値になるように、前記脱水汚泥の投入量を調整することとを含む、廃棄物処理方法。
4. 前記脱水汚泥を含めた廃棄物全体の投入量を、前記ガス化炉内が負圧に維持されるように調整することを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の廃棄物処理方法。
5. セメント製造設備に隣設される廃棄物処理設備であって、
   脱水汚泥と脱水汚泥以外の廃棄物とを含む廃棄物をガス化して熱分解ガスを発生させる流動床式のガス化炉と、
   前記ガス化炉において発生した熱分解ガスを、チャー及び灰分を含んだまま前記セメント製造設備におけるセメントの予熱器ないし仮焼炉に搬送するガス搬送路と、
   前記ガス化炉へ供給する流動化空気を前記セメント製造設備の廃熱を利用して昇温させる昇温装置、前記流動化空気の温度を調整する手段、及び、前記流動化空気の流量を調整する手段を有し、前記ガス化炉へ流動化空気を供給する空気供給路と、
   前記脱水汚泥以外の廃棄物が投入されたあとの前記ガス化炉の流動層の温度を計測する温度センサと、
   計測された前記流動層の温度に基づいて前記脱水汚泥以外の廃棄物の低位発熱量を推定し、推定された前記脱水汚泥以外の廃棄物の低位発熱量と予め記憶された前記脱水汚泥の低位発熱量とに基づく前記廃棄物の低位発熱量が所定値以上となるように、前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物との投入量比を決定するコントローラと、
   前記脱水汚泥と前記脱水汚泥以外の廃棄物とを前記投入量比で前記ガス化炉へ投入する投入装置とを、備える廃棄物処理設備。
6. セメント製造設備に隣設される廃棄物処理設備であって、
   脱水汚泥と脱水汚泥以外の廃棄物とを含む廃棄物をガス化して熱分解ガスを発生させる流動床式のガス化炉と、
   前記ガス化炉において発生した熱分解ガスを、チャー及び灰分を含んだまま前記セメント製造設備におけるセメントの予熱器ないし仮焼炉に搬送するガス搬送路と、
   前記ガス化炉へ供給する流動化空気を前記セメント製造設備の廃熱を利用して昇温させる昇温装置、前記流動化空気の温度を調整する手段、及び、前記流動化空気の流量を調整する手段を有し、前記ガス化炉へ流動化空気を供給する空気供給路と、
   前記ガス化炉の流動層の温度を計測する温度センサと、
   前記脱水汚泥以外の廃棄物と前記脱水汚泥とを前記ガス化炉へ投入する投入装置と、
   前記脱水汚泥以外の廃棄物を前記ガス化炉へ投入しながら計測した前記流動層の温度に基づいて前記流動層の温度が所定の目標値よりも高くなるように前記投入装置による前記脱水汚泥以外の廃棄物の投入量を調整し、前記脱水汚泥を前記ガス化炉へ投入しながら計測した前記流動層の温度に基づいて前記流動層の温度が前記目標値となるように前記投入装置による前記脱水汚泥の投入量を調整するように構成されたコントローラとを、備える廃棄物処理設備。

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