JP7487627B2

JP7487627B2 - 飛灰処理装置及び飛灰処理方法

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Publication number: JP7487627B2
Application number: JP2020160746A
Authority: JP
Inventors: 朝子戸田; 敦平山; 翔太川崎; 浩山本
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: JP2022053873A

Description

本発明は廃棄物焼却炉から排出され除塵された飛灰中に含まれる重金属類の溶出を抑制するために飛灰を処理する飛灰処理装置及び飛灰処理方法に関する。

廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉から排出される排ガスには多量の煤塵（飛灰）が含まれており、バグフィルタ等の除塵装置で排ガスは除塵される。除塵して排出された飛灰には鉛、カドミウム等の重金属類が含まれており、埋立処分する際には重金属類の溶出量が所定の規制値以下となるように、重金属類を固定し安定化処理して重金属類の溶出抑制処理を施すことが定められているが、一般的な重金属類の安定化処理として、安定化剤を飛灰に混合し重金属類を固定し安定化することが行われている。

また、上述の安定化処理の他にも、重金属類の溶出を抑制するための方策として、飛灰中のアルカリ成分に対して炭酸ガスを供給して炭酸化し、アルカリ飛灰のｐＨを低くする方法（炭酸化処理）がある。この方法によれば、たしかに重金属類の溶出を抑制することに関しては効果があるものの、そもそも飛灰中のアルカリ成分として酸性ガスとの中和に使用されたアルカリ剤以外に未反応のアルカリ剤が含まれているため、その処理に必要な炭酸化処理のコストも自ずと多くかかるという課題を有していた。

そこで、このような飛灰の安定化処理にかかるコストを低減しつつ炭酸化処理を効率よく行う飛灰と炭酸ガスとの反応装置、方法が特許文献１、特許文献２に開示されている。

特許文献１では、集塵部で集塵（除塵）された排ガスを約１７０℃から約４０℃まで冷却して、排ガス中の水分を凝縮してドレン水として除去し、乾燥した排ガス中の二酸化炭素を吸着することで濃縮二酸化炭素を生成し、この濃縮二酸化炭素を分離して取り出して、集塵部からの飛灰と接触させて飛灰を炭酸化させる。この結果、飛灰のｐＨが低下し、重金属類の溶出が防止、抑制される。

特許文献２では、アルカリ飛灰に水分を添加し、このアルカリ飛灰を含水率が２０％以下の湿り灰状態として反応室に供給し、水分の存在下にて、水分の蒸発を抑制できる９０℃以下の温度の加熱雰囲気下で飛灰と炭酸ガスとを反応させることとしている。

特開２０１８－０４７３９５特開２００３－０３３７４８

しかしながら、特許文献１では、排ガス中の二酸化炭素を濃縮するためにドレン除去装置や二酸化炭素濃縮装置が必要であり、装置導入コストがかさむ。さらに、発生したドレンを処理する必要がある。また、特許文献２では、アルカリ飛灰の炭酸化処理に先立ってアルカリ飛灰に水が供給されることに起因して、アルカリ飛灰粒子同士が水によって結合してアルカリ飛灰粒子と炭酸ガスとの接触が悪くなることで、炭酸化反応を速やかに進めることができず、炭酸化処理効率を向上させることに限界があった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、廃棄物焼却炉から排出され除塵された飛灰中に含まれる重金属類の溶出を抑制するための飛灰の炭酸化処理を効率よく進めることができる、飛灰処理装置及び飛灰処理方法を提供することを課題とする。

上述の課題は、本発明に基づく次の（１）または（２）の飛灰処理装置及び（３）または（４）の飛灰処理方法により解決される。

［飛灰処理装置］
（１）廃棄物焼却炉から排出された排ガスを受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵する除塵装置を有し、前記除塵装置は、前記除塵装置で除塵された除塵後の排ガスから一部抽出した１００～２００℃の排ガスの供給を受けて、集塵した飛灰を炭酸化する飛灰処理装置。

（２）廃棄物焼却炉から排出された排ガスを受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵する除塵装置と、前記除塵装置で除塵された排ガスから一部を抽出して加湿して加湿排ガスを生成する排ガス加湿装置と、を有し、前記排ガス加湿装置は、前記加湿排ガスを１００～２００℃で前記除塵装置へ供給するように前記除塵装置に接続されていて、前記除塵装置で集塵された飛灰を炭酸化する飛灰処理装置。

本発明の（２）の装置において、前記排ガス加湿装置は、除塵後の排ガスから一部抽出された排ガスへ水を噴霧して排ガスを減温する水噴霧手段を有していてもよい。

本発明の（２）の装置において、前記排ガス加湿装置は、除塵後の排ガスから一部抽出された排ガスへ水蒸気を吹き込んで排ガスを加湿する水蒸気吹込手段を有していてもよい。

［飛灰処理方法］
（３）廃棄物焼却炉から排出された排ガスを除塵装置で受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵し、前記除塵装置で除塵された排ガスから一部抽出した１００～２００℃の排ガスを前記除塵装置へ供給して、集塵した飛灰を前記除塵装置で炭酸化する飛灰処理方法。

（４）廃棄物焼却炉から排出された排ガスを除塵装置で受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵し、前記除塵装置で除塵された除塵後の排ガスの一部を抽出して加湿して加湿排ガスを生成し、前記排ガス加湿装置から前記加湿排ガスを１００～２００℃で前記除塵装置へ供給して、集塵した飛灰を前記除塵装置で炭酸化する飛灰処理方法。

本発明によれば、廃棄物焼却炉から排出され除塵された飛灰中に含まれる重金属類溶出を抑制するための、飛灰の炭酸化処理を効率よく進めることができる。

本発明の実施形態に係る飛灰処理装置の概要構成を示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を説明するが、それに先立ち、飛灰のｐＨと鉛の溶出量に対する基準、および飛灰処理の概要について説明する。

＜飛灰のｐＨと鉛の溶出量に対する基準＞
飛灰のｐＨと鉛の溶出量に対する規制値（基準値）は、埋立処分する場合、鉛の溶出量が０．３ｍｇ／１であり、資源として有効利用する場合、土壌の環境基準が求められ、鉛の溶出量が０．０１ｍｇ／１である。このため、飛灰を埋立処分したり、利用したりする場合には、飛灰を上記の規制値以下の性状にするための処理をしなければならない。

飛灰中に含まれる重金属のうち、特に含有量が多い鉛は両性金属であり、ｐＨが１２を下回る領域においては、溶解度が大幅に低下し難溶出性となるので、飛灰と炭酸ガス（二酸化炭素）との反応による炭酸化処理により飛灰のｐＨを１２以下にすることで、鉛の溶出量を極度に減少させることができる。また、鉛などの重金属が炭酸化され難溶出性物となる反応も進行して、重金属の溶出が抑制される。

＜水蒸気の効果＞
飛灰の炭酸化処理は、排ガスと飛灰を接触させることで排ガス中の水蒸気が飛灰表面に付着し、付着水として存在することで、付着水を介して炭酸ガスによる飛灰の炭酸化反応が進行する。さらに、加湿排ガスを用いることで、飛灰表面の付着水量が増加するため、炭酸化反応が促進される。

＜飛灰処理の概要＞
本実施形態では、飛灰に安定化剤を混合し飛灰中に含まれる重金属類を固定・安定化して重金属類の溶出量を所定の規制値（基準値）以下にする安定化処理の前に、飛灰に廃棄物焼却炉から排出される排ガスを接触させることにより、飛灰中に含まれるＣａ（ＯＨ）_２、ＣａＯなどのアルカリ成分に排ガス中の二酸化炭素を反応させて炭酸化させ、飛灰のｐＨを低下させて重金属類の溶出を抑制するとともに、飛灰中の鉛に排ガス中の二酸化炭素を反応させて炭酸塩を生成せしめ難溶出化する。このように飛灰のｐＨを低下させ重金属類の溶出を抑制する処理と鉛の炭酸塩を生成せしめ難溶出化する処理を行うことにより、重金属類の固定・安定化処理のための安定化剤の使用量を低減させて飛灰処理にかかるコストを低減することができる。

図１に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に示す本発明の実施形態としての飛灰処理装置は、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉１と廃棄物焼却炉１から排出された排ガスを大気に放出する煙突２との間に設けられている。飛灰処理装置は、除塵装置３と、送風機６と、排ガス加湿装置７と、飛灰処理設備８とを有している。

廃棄物焼却炉１は、燃焼排ガスの廃熱を回収するボイラ１Ａを備えている。除塵装置３は、廃棄物焼却炉１の下流側に位置し、廃棄物焼却炉１のボイラ１Ａに上流側煙道Ａで接続されている。除塵装置３は、例えばバグフィルタ等により構成されており、ボイラ１Ａから排出され上流側煙道Ａを流通する排ガスを受けて、排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵する。この排ガスには水分（水蒸気）が含まれている。また、除塵装置３は、煙突２よりも上流側に位置し、煙突２に下流側煙道Ｂで接続されている。除塵装置３で除塵された排ガスは、下流側煙道Ｂを流通し、煙突２から大気へ放出される。

除塵装置３の上流側には、上流側煙道Ａ中の排ガスにアルカリ剤を供給するためのアルカリ剤供給装置４が設けられている。除塵装置３の下流側では、除塵後の排ガスの一部を抽出するための分岐管５が下流側煙道Ｂに接続されている。この分岐管５には、送風機６およびこの送風機６の下流側に位置する排ガス加湿装置７が設けられている。この送風機６により下流側煙道Ｂから抽出された排ガスの一部が排ガス加湿装置７に供給される。この排ガスは、送風機６により下流側煙道Ｂから抽出されたときには、２００℃以下（例えば、１６０～１８０℃）の温度となっている。ここで、排ガスの温度が２００℃以下とされているのは、廃棄物焼却炉１における排ガスに含まれるダイオキシン類対策のため、バグフィルタにより構成される除塵装置３の入口における排ガス温度を概ね２００℃以下にするという指針が定められているためである。

排ガス加湿装置７は、送風機６を経て送り込まれる排ガスの他に、外部から水の供給を受けている。排ガス加湿装置７は、水を加熱して水蒸気とし分岐管５の排ガス中にこの水蒸気を吹き込んで排ガスを減温そして加湿するための水蒸気吹込手段を有している。ここで、排ガス加湿装置７に吹き込む水蒸気は、ボイラ１Ａにおいて生成された水蒸気でもよい。このように、もともと水分（水蒸気）を含んでいる排ガスに、さらに水蒸気が吹き込まれて排ガスが加湿され、加湿排ガスが生成されることにより、後述する除塵装置３における飛灰の炭酸化反応が促進される。

排ガス加湿装置７は、除塵装置３の下部に接続されている。除塵装置３の下部には集塵された飛灰が一定時間堆積し、飛灰層を形成している。本実施形態では、上述のように加湿排ガスは１００～２００℃の温度を維持したまま除塵装置３の下部へ供給され、除塵装置３内で堆積した飛灰層との接触による飛灰の炭酸化反応に利用される。除塵装置３へ加湿排ガスが供給されることにより、加湿排ガスの水分（水蒸気）が、１００～２００℃の温度で凝縮することなく飛灰粒子の表面に付着して付着水として存在する。加湿排ガス中の二酸化炭素と飛灰とは、飛灰粒子の表面の付着水を介して反応が進行する。この結果、飛灰および飛灰中の鉛の炭酸化反応が効率的に進行し、飛灰の炭酸化処理が促進される。

本実施形態では、１００～２００℃の加湿排ガスが除塵装置３へ供給されるので、炭酸化反応時に加湿排ガス中の水分は水蒸気の状態になっており、この水蒸気が飛灰表面に付着することで反応場が大きく形成される。したがって、本実施形態では、加湿排ガス中の水分が凝縮して多量の水滴となって飛灰と共存することがないので、飛灰同士が水分を介して結合し塊状となって炭酸化反応の反応性が低下することで炭酸化反応に長時間要することはない。また、本実施形態では、排ガス中の水分の凝縮によるドレン水が生じることがないので、特許文献１のようにドレン水の排水を行う必要もなく、したがって、ドレン水の処理のための装置を設ける必要がない。

既述したように、除塵装置３へ供給される加湿排ガスの温度は１００～２００℃となっている。加湿排ガスの上限温度が２００℃となっているのは、加湿排ガスの温度が２００℃に近づくほど、仮に水分量を多くしても炭酸化反応の時間が長くなるからである。一方、加湿排ガスの下限温度が１００℃となっているのは、加湿排ガスの温度を１００℃未満とすると、加湿排ガス中の水蒸気が凝縮して水滴となり、この水滴が飛灰と共存することで飛灰が塊状となり炭酸化反応が低下してしまうからである。また、機器の酸露点腐食の防止も考慮するならば、加湿排ガスの下限温度を１４０℃とすることが好ましい。

除塵装置３で飛灰の炭酸化処理に利用された加湿排ガスは、除塵装置３から排出されて下流側煙道Ｂに戻される。また、本実施形態の飛灰処理装置は、除塵装置３の下端に接続された飛灰処理設備８を有している。この飛灰処理設備８は、除塵装置３で炭酸化処理された飛灰を受けるようになっている。また、飛灰処理設備８は、安定化剤が外部から供給され、飛灰と安定化剤とを混合（混錬）することにより、飛灰中の重金属類を固定・安定化（安定化処理）し、重金属類の溶出量を基準値以下とする。

本実施形態に係る飛灰処理装置により、飛灰は次の要領で処理される。本実施形態に係る飛灰処理装置では、廃棄物焼却炉１から排出された排ガスは、上流側煙道Ａにてアルカリ剤供給装置４からアルカリ剤の供給を受けて中和された後、２００℃以下（例えば、１６０～１８０℃）の温度のもとで除塵装置３に送られて除塵され、下流側煙道Ｂを経て、適宜、無害化処理を受けて煙突２から大気へ放出される。このとき、除塵装置３では、排ガス中の飛灰とともにアルカリ剤も捕集される。下流側煙道Ｂ中の排ガスの一部は、下流側煙道Ｂから抽出されて、送風機６により分岐管５を経て排ガス加湿装置７へ送られる。

下流側煙道Ｂから抽出された排ガスは、排ガス加湿装置７にて水蒸気吹込手段（図示せず）により水蒸気を吹き込まれ、加湿されて加湿排ガスとされた後、除塵装置３下部に堆積した飛灰層へ送られる。本実施形態では、加湿排ガスは１００℃以上に維持される。したがって、排ガス中に吹き込まれた水蒸気が凝縮することはない。

除塵装置３内では、飛灰と排ガス加湿装置７で生成された加湿排ガスとが接触することで飛灰が炭酸化される。具体的には、飛灰中のアルカリ成分であるＣａＯやＣａ（ＯＨ）_２が加湿排ガス中の炭酸ガス（二酸化炭素）と反応して炭酸化し、ＣａＣＯ_３となることで飛灰のｐＨが低下する。この結果、鉛が難溶性を示す難溶性領域となり、鉛の溶出が抑えられる。また、飛灰に含まれる鉛が加湿排ガス中の炭酸ガスと反応して炭酸化し、鉛の形態が易溶性のＰｂＣｌ_２やＰｂＯから難溶性のＰｂＣＯ_３に変化し、鉛の溶出が抑制される。

除塵装置３での飛灰の炭酸化に供した後の加湿排ガスは、除塵装置３を経て下流側煙道Ｂに戻される。この下流側煙道Ｂに戻される加湿排ガスは、廃棄物焼却炉１から排出された排ガスよりも大幅に少ない量であり、除塵装置３以降の機器への影響は無視できるレベルである。また、除塵装置３で炭酸化した飛灰は、飛灰処理設備８で安定化剤と混練される。その結果、飛灰中に含まれる重金属類が固定・安定化（安定化処理）され、重金属類の溶出量が基準値以下となる。安定化処理された飛灰は、飛灰処理設備８から排出された後、埋立処分される。本実施形態では飛灰処理設備８で使用される安定化剤の量を大幅に削減することができる。

本実施形態では、排ガス加湿装置７が水蒸気吹込手段を有し、この水蒸気吹込手段によって排ガス中に水蒸気を吹き込むこととしたが、これに代えて、排ガス加湿装置７が、外部から受けた水を排ガス中に噴霧する水噴霧手段を有していてもよい。この水噴霧手段により排ガス中に水が噴霧されることで排ガスが減温されるとともに加湿される。このとき、水の噴霧により排ガスは１００～２００℃に減温される。

また、本実施形態では、排ガス加湿装置７により排ガスを加湿することとしたが、除塵装置３の下流側で下流側煙道Ｂから一部抽出した排ガスが飛灰の炭酸化処理を促進するのに十分な量の水蒸気を含んでいる場合には、排ガス加湿装置７を設けることは必須ではない。この場合、一部抽出された排ガスは除塵装置３の下部に直接供給される。

１廃棄物焼却炉
２煙突
３除塵装置
７排ガス加湿装置

Claims

廃棄物焼却炉から排出された排ガスを受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵する除塵装置を有し、
前記除塵装置は、前記除塵装置で除塵された除塵後の排ガスから一部抽出した水蒸気を含む１００～２００℃の排ガスの供給を受けて、集塵した飛灰に前記水蒸気が付着して前記飛灰を炭酸化する飛灰処理装置。
廃棄物焼却炉から排出された排ガスを受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵する除塵装置と、前記除塵装置で除塵された排ガスから一部を抽出して加湿して加湿排ガスを生成する排ガス加湿装置と、を有し、
前記排ガス加湿装置は、前記加湿排ガスを１００～２００℃で前記除塵装置へ供給するように前記除塵装置に接続されていて、前記除塵装置で集塵された飛灰を炭酸化する飛灰処理装置。
前記排ガス加湿装置は、除塵後の排ガスから一部抽出された排ガスへ水を噴霧して排ガスを減温する水噴霧手段を有していることを特徴とする請求項２に記載の飛灰処理装置。
前記排ガス加湿装置は、除塵後の排ガスから一部抽出された排ガスへ水蒸気を吹き込んで排ガスを加湿する水蒸気吹込手段を有していることを特徴とする請求項２に記載の飛灰処理装置。
廃棄物焼却炉から排出された排ガスを除塵装置で受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵し、前記除塵装置で除塵された排ガスから一部抽出した水蒸気を含む１００～２００℃の排ガスを前記除塵装置へ供給して、集塵した飛灰に前記水蒸気が付着して前記除塵装置で前記飛灰を炭酸化する飛灰処理方法。
廃棄物焼却炉から排出された排ガスを除塵装置で受けて排ガス中の飛灰を集塵して排ガスを除塵し、前記除塵装置で除塵された除塵後の排ガスから一部抽出した排ガスを排ガス加湿装置で加湿して加湿排ガスを生成し、前記排ガス加湿装置から前記加湿排ガスを１００～２００℃で前記除塵装置へ供給して、集塵した飛灰を前記除塵装置で炭酸化する飛灰処理方法。