JP7278385B2 - 可燃物の処理方法及び処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、廃プラスチック、廃タイヤ、もみがら、木屑、ＰＫＳ、ＲＤＦ、汚泥等の可燃性廃棄物を有効利用すると共に、前記可燃性廃棄物及び石炭、コークス等の化石燃料の燃焼効率を向上させ、さらにセメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度を効率よく低減する技術に関する。
都市ごみ等の一般廃棄物及び汚泥等の産業廃棄物は、そのまま埋立処分されたり、ごみ焼却場等で焼却される。焼却の際に発生した焼却灰は最終処分場へ持ち込まれるが、近年最終処分場の新規立地が難しいことから、最終処分場の残余容量は逼迫しつつある。そこで、廃プラスチックや汚泥等の可燃性廃棄物を焼却したりガス化処理して有効利用している（例えば、特許文献１）。また、可燃性廃棄物を窯尻や仮焼炉で燃焼させる技術はあるが、処理量を増やすには細かく破砕するか、仮焼炉内の燃焼時間を１～３秒から５秒以上に改造する必要があった。
また、昨今では廃プラスチックの排出量が増加していると共に、中国等で廃プラスチックが輸入禁止となったため、国内外で廃プラスチック処理のニーズが増大している。また、中国、韓国で大気に放出される排ガスのＮＯｘ規制が強化されている。
一方、セメントキルンの排ガスには、焼成帯の高温域に起因するＮＯｘが含まれ、ＮＯｘの濃度が高い場合には、尿素やアンモニア等の脱硝剤を投入したり、仮焼炉における燃焼による還元作用によってＮＯｘ濃度を低減している。しかし、尿素を脱硝剤として利用する方法では、尿素が高価であるため運転コストが高騰する。また、尿素を添加するのみでは脱硝効率が低く、ＮＯｘと反応しなかった余剰アンモニアがそのまま系外へ排出される虞もある。
そこで、本出願人は、セメントキルンの窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込む脱硝用バーナーを設け、セメントキルン排ガス中のＮＯｘを窯尻内の低酸素領域において還元すると共に、燃料を燃焼させることでセメント原料の脱炭酸効率も向上させることができ、仮焼炉の形式を問わず、良好な焼成状態を維持しながらセメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度を効率よく低減する技術を提案した（特許文献２参照）。
日本特開２０１８－１５５４８４号公報 日本国特許第６４７６１６５号公報
廃プラスチック、廃タイヤ、もみがら、木屑、ＰＫＳ、ＲＤＦ、汚泥等の可燃性廃棄物をガス化すると、タールが発生するため、付着や詰まり等により安定運転が阻害される問題があった。また、燃焼により爆発等の危険性が否定できなかった。
一方、セメントキルンの排ガスの脱硝について、特許文献２に記載の石炭の二段燃焼ではＮＯｘの還元剤が不足し、脱硝効果が十分でないと共に、石炭の導入部にコーチングが付着するなどの問題もあった。
そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、安定運転を維持しながら、廃プラスチック、廃タイヤ、もみがら、木屑、ＰＫＳ、ＲＤＦ、汚泥等の可燃性廃棄物を有効利用すると共に、石炭、コークス等の化石燃料の燃焼効率を向上させ、さらにセメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、可燃物の処理方法であって、可燃物をセメント焼成装置のプレヒータサイクロンの原料シュートから分取した６００℃以上９００℃以下の予熱原料と混合してガス化し、ガス化した可燃物及び前記予熱原料をセメント焼成装置の窯尻から仮焼炉の領域に供給することを特徴とする。
本発明によれば、可燃性廃棄物や化石燃料等の可燃物を予熱原料と混合することで、ガス化の際に生じたタールによる付着トラブル等を回避することができる。また、無酸素状態で可燃物をガス化させることで還元物質を発生させることができ、予熱原料中のＦｅ2Ｏ3もＦｅＯへ還元でき還元剤の量を増加できる。さらには、ガス化により燃焼時間を短縮することができるため、可燃性廃棄物を仮焼炉内の排ガスの滞留時間が１～３秒の従来の石炭燃焼用仮焼炉でも効果的に燃焼させることができ、石炭使用量及び発生するＣＯの量を削減することができる。還元剤を含むガス化した可燃物と、還元剤を含む前記予熱原料が随伴して窯尻から仮焼炉の領域に供給され、粉体及びガスをガス中に分散させることができ、セメントキルン燃焼ガス中のＮＯｘを効果的に還元することができる。さらに、ガス化した可燃物及び前記予熱原料は仮焼炉に導入されるため、コーチングの付着トラブルを回避することができる。また、ガス化により燃焼時間を短縮することができるため、可燃物の破砕電力を低減することもできる。
前記可燃物の処理方法において、前記可燃物を前記予熱原料と混合する際に水分を添加して水性ガス化反応を行い、生じた水性ガス及び前記予熱原料をセメント焼成装置の窯尻から仮焼炉の領域に導入することができる。酸素を導入せずに水蒸気で封印するため、爆発の危険性がなく、水性ガス化反応によりＨ2の還元剤が発生すると共に、原料中のＦｅ2Ｏ3もＦｅＯに還元されるため、還元剤の量が飛躍的に増加する。これによって、セメントキルン燃焼ガス中のＮＯｘを効果的に還元することができる。
また、本発明は、可燃物の処理装置であって、可燃物をセメント焼成装置のプレヒータサイクロンの原料シュートから分取した６００℃以上９００℃以下の予熱原料と混合してガス化する混合装置と、ガス化した可燃物及び前記予熱原料をセメント焼成装置の窯尻から仮焼炉の領域に供給する供給装置とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、可燃性廃棄物や化石燃料等の可燃物を予熱原料と混合することで、ガス化の際に生じたタールによる付着トラブル等を回避することができる。また、無酸素状態で可燃物をガス化させることで還元物質を発生させることができ、予熱原料中のＦｅ2Ｏ3もＦｅＯへ還元でき還元剤の量を増加できる。さらには、ガス化により燃焼時間を短縮することができるため、可燃性廃棄物を仮焼炉内の排ガスの滞留時間が１～３秒の従来の石炭燃焼用仮焼炉でも効果的に燃焼させることができ、石炭使用量及び発生するＣＯの量を削減することができる。還元剤を含むガス化した可燃物と、還元剤を含む前記予熱原料が随伴して窯尻から仮焼炉の領域に供給され、粉体及びガスをガス中に分散させることができ、セメントキルン燃焼ガス中のＮＯｘを効果的に還元することができる。さらに、ガス化した可燃物及び前記予熱原料は仮焼炉に導入されるため、コーチングの付着トラブルを回避することができる。また、ガス化により燃焼時間を短縮することができるため、可燃物の破砕電力を低減することもできる。
前記可燃物の処理装置において、前記混合装置に水分を添加して水性ガス化反応を行わせる水分添加装置を備えることができる。これによって、爆発の危険性を解消し、水性ガス化反応によりＨ2の還元剤が発生し、原料中のＦｅ2Ｏ3もＦｅＯに還元されるため、還元剤の量が飛躍的に増加し、セメントキルン燃焼ガス中のＮＯｘを効果的に還元することができる。また、水性ガス化反応は吸熱反応であり、基本的には温度が上がり過ぎることもないため、混合装置の材料をＳＵＳ３１０Ｓで賄うことができる。仮に温度が上昇しても、水分の蒸発、原料の脱炭酸により吸熱し、最高でも８５０℃までしか温度上昇しない。
以上のように、本発明によれば、安定運転を維持しながら、廃プラスチックや汚泥等の可燃性廃棄物を有効利用すると共に、前記可燃性廃棄物及び石炭、コークス等の化石燃料の燃焼効率を向上させ、さらにセメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することができる。
本発明に係る可燃物の処理装置の一実施の形態を示す概略図である。
図１は、本発明に係る可燃物の処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置１は、可燃物Ｃを受け入れるホッパ２と、ホッパ２から供給された可燃物Ｃをセメント焼成装置１０のプレヒータ１１の下から２段目のサイクロン１１Ｂから分取した６００℃以上９００℃以下の予熱原料Ｒ２と混合してガス化する混合装置３と、ガス化した可燃物Ｃ及び予熱原料Ｒ２（ガス化しなかった可燃物Ｃも含む、以下「混合原料Ｍ」という。）をセメント焼成装置１０のセメントキルン１３の窯尻１３ａから仮焼炉１２の領域に供給する供給装置５を備える。尚、図１では、サイクロン１１Ｂが２つ描かれているが、説明の便宜上であり、２つは同一のものである。
上記処理対象の可燃物Ｃは、廃プラスチック、廃タイヤ、もみがら、木屑、ＰＫＳ、ＲＤＦ、汚泥等の可燃性廃棄物や、石炭、コークス等の化石燃料等である。
混合装置３は、水平軸３ａに多数のブレード３ｂが取り付けられ、水平軸３ａを回転させることでブレード３ｂも回転するパグミル等であって、可燃物Ｃを予熱原料Ｒ２と混合してガス化する。
混合装置３の上方には散水装置（不図示）が設けられ、混合装置３内に散水され（水分Ｗが供給され）、水性ガス化反応が行われる。混合装置３には、急激な水蒸気発生によって飛散ダストが増大することを防止するため、フード３ｃが設けられる。
混合装置３の下方には、シャットダンパー４が設置され、気密性を保ちながら混合原料Ｍを供給装置５を介してセメント焼成装置１０のセメントキルン１３の窯尻１３ａから仮焼炉１２の領域に導入する。また、ガス化したガスＧを排出する排気ダクト６が設けられ、排気ダクト６から排出されたガスＧは、シャットダンパー４の下方で混合原料Ｍと合流し、供給装置５を介して、セメント焼成装置１０のセメントキルン１３の窯尻１３ａから仮焼炉１２の領域に導入される。供給装置５にはシュート、ダクト、輸送機が利用される。
上記処理装置１が付設されるセメント焼成装置１０は、セメント原料Ｒ１を予熱するプレヒータ１１と、プレヒータ１１の下から２段目のサイクロン１１Ｂからの予熱原料Ｒ２を仮焼する仮焼炉１２と、プレヒータ１１の最下段サイクロン１１Ａからの原料Ｒ３を主バーナー１５から吹き込まれた燃料Ｆによって焼成するセメントキルン１３と、セメントキルン１３で焼成されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラ１４等で構成され、従来のものと同様である。尚、供給装置５による混合原料Ｍの供給位置には、本出願人による特許第６３９６４３３号の粉粒体分散装置を設置し、ガス化した可燃物Ｃ及び粉体の予熱原料をガス中に効果的に分散させることが好ましい。
次に、上記処理装置１による可燃物の処理方法について、図１を参照しながら説明する。
セメント焼成装置１０の運転時に、ホッパ２に受け入れた可燃物Ｃを混合装置３に供給すると共に、プレヒータ１１のサイクロン１１Ｂから排出される予熱原料Ｒ２の一部を分取し、分取した予熱原料Ｒ２を混合装置３に導入する。尚、分取されなかった予熱原料Ｒ２は、通常通り仮焼炉５、最下段サイクロン１１Ａで脱炭酸された後、セメントキルン１３で焼成されてセメントクリンカが生成する。
混合装置３において、可燃物Ｃと予熱原料Ｒ２を混合撹拌しながら搬送し、分取した予熱原料Ｒ２によって可燃物Ｃを加熱してガス化すると共に、散水装置から散水し、水性ガス化反応を行う。可燃物Ｃを予熱原料Ｒ２と混合することで、ガス化の際に生じたタールによる付着トラブルを回避することができる。また、可燃物Ｃから発生した酸性ガスは予熱原料Ｒ２に固定することができる。さらに、ガス化により燃焼時間を短縮することができるため、従来の石炭燃焼用の仮焼炉１２でも効果的に燃焼させることができ、石炭使用量及び発生するＣＯの量を削減することができる。
尚、可燃物Ｃと予熱原料Ｒ２の混合割合は特に限定されないが、可燃物Ｃが混合装置３の内部や搬送路に付着する場合には、予熱原料Ｒ２の混合割合を増加させる。また、廃プラスチック等を処理する場合には、混合装置３の前段で予め２００ｍｍ以下程度に破砕しておくことが好ましい。また、混合装置３における可燃物Ｃの滞留時間を５～１５分とし、混合装置３の水平軸３ａの回転速度を可変とし、滞留時間を調整できるように構成することが好ましい。
また、混合装置３に酸素を導入せずに水蒸気で封印するため、爆発の危険性がなく、水性ガス化反応によりＨ2の還元剤が発生すると共に、予熱原料Ｒ２中のＦｅ2Ｏ3もＦｅＯに還元されるため、還元剤の量が飛躍的に増加する。
混合装置３から排出された混合原料Ｍは、シャットダンパー４を経て、供給装置５によってセメント焼成装置１０のセメントキルン１３の窯尻１３ａから仮焼炉１２の領域に供給される。上述のように、還元剤の量が飛躍的に増加しているため、セメントキルン燃焼ガス中のＮＯｘを効果的に還元することができる。また、混合原料Ｍのうち、ガス化しなかった可燃物Ｃは、仮焼炉１２で燃料代替として利用され、分取した予熱原料Ｒ２は仮焼炉１２、最下段サイクロン１１Ａで脱炭酸された後、セメントキルン１３で焼成されてセメントクリンカが生成する。
尚、上記実施の形態においては、プレヒータ１１のサイクロン１１Ｂから予熱原料Ｒ２を分取したが、分取するセメント原料の温度が６００℃以上９００℃以下であれば他の部位から分取することもできる。
また、散水装置を設け、混合装置３内に散水することで水性ガス化反応を行ったが、散水をせずに、可燃物Ｃを分取した予熱原料Ｒ２で混合してガス化するだけでも、ガス化の際に生じたタールによる付着トラブルを回避することができ、ガス化により燃焼時間を短縮することができるなどの効果があり、処理装置１及びセメント焼成装置１０の安定運転を維持しながら、可燃物Ｃを有効利用すると共に、セメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することができる。
さらに、混合装置３の構成は上述のものに限定されず、可燃物Ｃを分取した予熱原料Ｒ２で混合してガス化することができれば、さらに、水分を添加して水性ガス化反応を行うことができれば、他の種類の装置でも採用可能である。
１ 可燃物の処理装置
２ ホッパ
３ 混合装置
４ シャットダンパー
５ 供給装置
６ 排気ダクト
１０ セメント焼成装置
１１ プレヒータ
１２ 仮焼炉
１３ セメントキルン
１４ クリンカクーラ
１５ 主バーナー

Claims (4)

  1. 可燃物をセメント焼成装置のプレヒータサイクロンの原料シュートから分取した６００℃以上９００℃以下の予熱原料と混合してガス化し、
    ガス化した可燃物及び前記予熱原料をセメント焼成装置の窯尻から仮焼炉の領域に供給することを特徴とする可燃物の処理方法。
  2. 前記可燃物を前記予熱原料と混合する際に水分を添加して水性ガス化反応を行い、生じた水性ガス及び前記予熱原料をセメント焼成装置の窯尻から仮焼炉の領域に導入することを特徴とする請求項１に記載の可燃物の処理方法。
  3. 可燃物をセメント焼成装置のプレヒータサイクロンの原料シュートから分取した６００℃以上９００℃以下の予熱原料と混合してガス化する混合装置と、
    ガス化した可燃物及び前記予熱原料をセメント焼成装置の窯尻から仮焼炉の領域に供給する供給装置とを備えることを特徴とする可燃物の処理装置。
  4. 前記混合装置に水分を添加して水性ガス化反応を行わせる水分添加装置を備えることを特徴とする請求項３に記載の可燃物の処理装置。
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