(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却主灰を水没させて塩類を溶出させるピットと、該ピットから排出される前記塩類を含有する脱塩水を、セメント製造設備から排出された２００℃以下のガスによって濃縮する濃縮装置と、該濃縮装置で発生した水蒸気を凝縮させる凝縮装置と、該凝縮装置で生成された凝縮水を前記ピットへ戻す循環装置とを備える焼却主灰の脱塩処理システムであって、
前記濃縮装置は、
前記２００℃以下のガス流れに外表面が接触し、内部を前記脱塩水が流れる予熱管と、 前記２００℃以下のガス流れにおいて前記予熱管の上流側に配置され、該２００℃以下のガス流れに外表面が接触し、内部を前記予熱管によって予熱された脱塩水が流れる蒸発濃縮管とを備えることを特徴とする焼却主灰の脱塩処理システム。
【請求項２】
前記濃縮装置は、前記セメント製造設備のセメントキルン排ガスを大気に放出する煙突の上流側煙道に配置されることを特徴とする請求項１に記載の焼却主灰の脱塩処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ等の焼却炉で発生した焼却主灰を脱塩処理してセメント原料等として有効利用するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ等の焼却炉からは、炉床からの焼却主灰（以下、適宜「主灰」と略称する）と燃焼排ガスの飛灰が発生し、飛灰は無害化処理をした後、管理型処分場で埋め立て処理され、主灰は一般廃棄物として管理型処分場にそのまま埋め立て処分されている。しかし、近年、最終埋め立て処分場の残余容量が減少しているため、様々な代替処理方法が検討、実施されている。
【０００３】
塩素含有率が高く、粒度の細かい飛灰は、水洗により脱塩処理されてセメント原料に利用されている。一方、塩素含有率が低く、粒度が粗い主灰は、飛灰と比べて水洗による塩素除去効果が低い。そのため、脱塩原料として十分な除去率を得るには多量の水が必要となる。このため、多量の排水が発生し、大型の排水処理設備が必要となり、低コストで脱塩処理を行うことが困難である。
【０００４】
そこで、特許文献１には、２段以上の複数の機械式湿式分級機を直列に配置し、前段の分級機に焼却灰を投入し、後段の分級機に洗浄水を添加し、洗浄脱水作用と粒子分級作用を伴いながら、焼却灰を前段から後段へ、水を後段から前段へ向流的に接触移動させ、粗粒の焼却灰を後段から系外に取り出し、微粒の焼却灰を含んだ洗浄液を前段から取り出し、その後、洗浄液と微粒とを分離させ、脱塩された焼却灰と含塩洗浄液を得る方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８０１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の処理方法では、スクリュー方式のエーキンス分級機を２台設置する必要があり、設備コストが高くなるのに加え、灰粒子を撹拌槽で充分に撹拌するために水分量を調整し、撹拌に適した粘度に調整する必要があるなど運転コストも高くなり、その結果、主灰の処理コストを低減することは困難である。
【０００７】
そのため、実際には、主灰については脱塩処理せずにセメントキルンに投入し、焼成工程で塩素分を濃縮して排出し、脱塩処理している。しかし、この主灰の処理方法では、焼成工程での加熱により塩素を揮発させ、揮発した塩素を高温部から系外へ排出するため、熱量原単位の悪化を引き起こすことになる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメント焼成工程における熱量原単位の悪化を引き起こすことなく、低コストで主灰を処理することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、焼却主灰を水没させて塩類を溶出させるピットと、該ピットから排出される前記塩類を含有する脱塩水を、セメント製造設備から排出された２００℃以下のガスによって濃縮する濃縮装置と、該濃縮装置で発生した水蒸気を凝縮させる凝縮装置と、該凝縮装置で生成された凝縮水を前記ピットへ戻す循環装置とを備える焼却主灰の脱塩処理システムであって、前記濃縮装置は、前記２００℃以下のガス流れに外表面が接触し、内部を前記脱塩水が流れる予熱管と、前記２００℃以下のガス流れにおいて前記予熱管の上流側に配置され、該２００℃以下のガス流れに外表面が接触し、内部を前記予熱管によって予熱された脱塩水が流れる蒸発濃縮管とを備えることを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明によれば、濃縮装置によって焼却主灰の脱塩水を濃縮し、濃縮によって発生した水蒸気を凝縮させた凝縮水を循環使用することで、脱塩水の排水処理設備を小型化することができるとともに、脱塩水の濃縮に従来利用されていなかったセメント製造設備から排出された２００℃以下のガスを用いるため、焼却主灰の処理コストを大幅に低減することができ、セメント焼成工程における熱量原単位の悪化を引き起こすこともない。また、この構成により、２００℃以下のガス流れと、脱塩排水とを向流的に接触させることができ、効率よく脱塩排水を蒸発濃縮することができる。
【００１２】
上記焼却主灰の脱塩処理システムにおいて、前記濃縮装置を、前記セメント製造設備のセメントキルン排ガスを大気に放出する煙突の上流側煙道に配置することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、焼却主灰の脱塩水の排水処理設備を小型化し、従来利用されていなかったセメント製造設備からの排ガスを用い、セメント焼成工程における熱量原単位の悪化を引き起こすことなく、低コストで焼却主灰を処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる焼却主灰の脱塩処理システムを設置したセメント製造設備をを示す全体構成図である。
【図２】本発明にかかる焼却主灰の脱塩処理システムの濃縮装置及びその近傍を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】本発明にかかる焼却主灰の脱塩処理システムの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明にかかる焼却主灰の脱塩処理システム（以下、「脱塩処理システム」と略称する）を設置したセメント製造設備を示し、このセメント製造設備１は、セメント原料を粉砕する原料粉砕装置３と、原料粉砕装置３で粉砕されたセメント原料Ｒを予熱するプレヒーター７と、予熱されたセメント原料Ｒを仮焼する仮焼炉８と、仮焼したセメント原料Ｒを焼成するセメントキルン９と、焼成により得られたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラー１１と、プレヒーター７から排出された燃焼排ガスＧ１の顕熱を利用して発電を行う廃熱発電設備２と、原料粉砕装置３の排ガスＧ２の集塵を行うバグフィルター４と、上記排ガスを吸引するファン５と、ファン５からの排ガスＧ３を大気に放出する煙突６等で構成され、本発明にかかる脱塩処理システム２１は、ファン５と煙突６との間の煙道５１及びその近傍に配置される。
【００１９】
脱塩処理システム２１は、主灰Ａに水Ｗを添加し、主灰Ａを水没させて塩類を溶出させるピット２２と、ピット２２から排出される脱塩水Ｗ１をファン５からの排ガスＧ３を用いて濃縮する濃縮装置２３と、濃縮装置２３で発生した水蒸気Ｓを凝縮させる凝縮装置２４等を備え、凝縮装置２４で生成した凝縮水Ｗ４は、ピット２２に戻される。
【００２０】
濃縮装置２３は、図２に示すように、上記ピット２２からの脱塩水Ｗ１を搬送するポンプ３１と、ポンプ３１によって搬送された脱塩水Ｗ１を煙道５１内を流れる排ガスＧ３によって加熱して蒸発させるために煙道５１内に配置される予熱管３２及び蒸発濃縮管３３と、加熱された脱塩水Ｗ１を貯留する第１貯槽３４と、第１貯槽３４に貯留された脱塩水Ｗ１を蒸発濃縮管３３に搬送するポンプ３５と、蒸発濃縮管３３で濃縮された濃縮水Ｗ２を貯留する第２貯槽３６と、第２貯槽３６に貯留した濃縮水Ｗ２を排水処理設備（不図示）に搬送するポンプ３７等で構成される。
【００２１】
予熱管３２及び蒸発濃縮管３３は、煙道５１内に鉛直方向に各々複数本延設され、予熱管３２が排ガスＧ３流れの下流側に、蒸発濃縮管３３が上流側に配置される。予熱管３２及び蒸発濃縮管３３は、各々の管の上方に供給された脱塩水Ｗ１を排ガスＧ３と直接接触させずに熱交換させて加熱する。蒸発濃縮管３３は、薄膜流下式蒸留を行うように構成され、蒸発した水蒸気Ｓを蒸気搬送管３８を介して凝縮装置２４に搬送する。
【００２２】
凝縮装置２４は、濃縮装置２３の下流側に配置され、蒸気搬送管３８を介して搬送された水蒸気Ｓを吸引する真空ポンプ４１と、凝縮装置２４に供給された冷却水によって水蒸気Ｓを凝縮させて発生した凝縮水Ｗ４をピット２２へ戻すためのポンプ（循環装置）４２を備える。
【００２３】
次に、上記構成を有する脱塩処理システム２１を用いた焼却主灰の脱塩処理方法について説明するが、まず、脱塩処理システム２１が配置されたセメント製造設備１のフローについて図１を参照しながら説明する。
【００２４】
原料粉砕装置３で粉砕され、プレヒーター７に供給されたセメント原料Ｒは、プレヒーター７で予熱され、仮焼炉８で仮焼された後、セメントキルン９で焼成されてクリンカが生成される。セメントキルン９から排出されたクリンカは、クリンカクーラー１１で冷却され、後段のセメント粉砕ミル（不図示）で石膏等とともに粉砕されてセメントが製造される。
【００２５】
一方、プレヒーター７から排出される燃焼排ガスＧ１は、廃熱発電設備２に導入され、燃焼排ガスＧ１が保有する熱を廃熱発電設備２の廃熱ボイラーで回収し、廃熱ボイラーで発生した蒸気を用いて発電が行われる。そして、廃熱発電設備２から排出され、原料粉砕装置３を経た１５０℃程度の排ガスＧ２は、バグフィルター４によって集塵される。回収されたダストＤは、セメント製造工程に戻される。一方、バグフィルター４から排出され、ファン５を通過した約１５０℃の排ガスＧ３は、脱塩処理システム２１において利用された後、煙突６から大気に放出される。
【００２６】
次に、脱塩処理システム２１を用いた焼却主灰の脱塩処理方法について、図３を中心に参照しながら説明する。
【００２７】
図３の左上断面図に示すように、塩素濃度が約１％の主灰Ａをピット２２に導入し、主灰Ａと等重量程度の水Ｗを加え、主灰Ａに含まれている塩類を水Ｗに溶出させる。この際、水温は３０℃以上、溶出時間は６時間以上とするのが好ましい。塩類の溶出後、ピット２２から塩類を含む脱塩水Ｗ１を抜き出す。これによって、脱塩主灰Ａ’を得ることができる。ここで、脱塩水Ｗ１の塩素濃度は約０．４％となっている。
【００２８】
次に、脱塩水Ｗ１を図２に示した濃縮装置２３を用いて濃縮し、２％程度の塩素分を含む濃縮水Ｗ２（Ｗ１の１／５の量）と、塩素分をほとんど含まない水蒸気Ｓ（Ｗ１の４／５の量）に分離する。
【００２９】
具体的には、図２において、ポンプ３１によって脱塩水Ｗ１を予熱管３２に導入し、煙道５１内を通過する約１５０℃の排ガスＧ３によって加熱する。これにより、脱塩水Ｗ１は、約８０℃に予熱され、この際に発生した水蒸気Ｓは、蒸気搬送管３８を介して凝縮装置２４に取り込まれ、未蒸発分は第１貯槽３４に一時的に貯留された後、ポンプ３４によって上流側の蒸発濃縮管３３に注入される。蒸発濃縮管３３において脱塩水Ｗ１が排ガスＧ３によって加熱され、発生した水蒸気Ｓは蒸気搬送管３８を介して凝縮装置２４に取り込まれ、未蒸発分（濃縮水Ｗ２）は、ポンプ３７によって排水処理設備へ搬送される。
【００３０】
次に、濃縮工程で得られた水蒸気Ｓを真空ポンプ４１によって吸引し、凝縮装置２４に供給された冷却水によって水蒸気Ｓを凝縮させ、発生した凝縮水Ｗ４をポンプ４２によってピット２２へ搬送し、主灰Ａの洗浄用に再利用する。一方、濃縮水Ｗ２には重金属も含まれるため、排水処理工程でキレート処理した後、放流する。重金属が除去された濃縮水Ｗ３には約２％の塩素分が含まれているが、この濃度は海水中の塩分と同程度であるため、そのまま放流することができる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態では、濃縮装置２３によって脱塩水Ｗ１を濃縮し、濃縮によって発生した水蒸気Ｓを凝縮させた凝縮水Ｗ４を循環使用することで、濃縮水Ｗ２のみを排水処理すればよく、この際、濃縮水Ｗ２の量は、脱塩水Ｗ１の１／５となっているため、排水処理設備を大幅に小型化することができる。
【００３２】
また、脱塩水Ｗ１を濃縮するにあたって、従来利用されていなかった排ガスＧ３を用い、この排ガスＧ３は、温度が約１５０℃で、風量としては、２．０Ｎｍ3／ｋｇ−ｃｅｍ（セメント製造設備１で１ｋｇのセメントを製造する際に２．０Ｎｍ3発生する）程度の大量の熱量を有するため、廃熱の有効利用を図ることができるとともに、この排ガスＧ３は、セメント焼成に関与するものではないため、セメント焼成における熱量原単位の悪化を引き起こすこともない。
【００３３】
また、上記実施の形態では、予熱管３２及び蒸発濃縮管３３を用いることにより、脱塩水Ｗ１に排ガスＧ３を直接接触させず、排ガスＧ３の有する熱のみを利用した間接加熱であるため、脱塩水Ｗ１中に排ガスＧ３内の微細なダストが混入するなどの問題は発生しない。
【００３４】
尚、上記実施の形態では、セメント製造設備１の廃熱発電設備２の下流側に原料粉砕装置３が配置されている場合を例示したが、原料粉砕装置３に代えて原料乾燥装置等が配置されていてもよく、また、バグフィルター４に代えて電機集塵機が配置されている場合などでも本発明を適用することができる。
【００３５】
また、セメント製造設備１における脱塩処理システム２１の設置位置は、ファン５と煙突６の間に限定されず、バグフィルター４とファン５の間であってもよく、セメント製造設備１から排出された２００℃以下のガスを利用することができればよい。従って、セメントキルン９の燃焼排ガスに留まらず、クリンカクーラー１１からの排気を利用することもできる。
【００３６】
さらに、上記実施の形態では、濃縮装置２３の予熱管３２を排ガスＧ３の流れの下流側に、蒸発濃縮管３３を上流側に配置したが、これとは逆に、予熱管３２を上流側に、蒸発濃縮管３３を下流側に配置することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１  セメント製造設備
２  廃熱発電設備
３  原料粉砕装置
４  バグフィルター
５  ファン
６  煙突
７  プレヒーター
８  仮焼炉
９  セメントキルン
１１  クリンカクーラー
２１  脱塩処理システム
２２  ピット
２３  濃縮装置
２４  凝縮装置
３１  ポンプ
３２  予熱管
３３  蒸発濃縮管
３４  第１貯槽
３５  ポンプ
３６  第２貯槽
３７  ポンプ
３８  蒸気搬送管
４１  真空ポンプ
４２  ポンプ
５１  煙道
Ａ  主灰
Ａ’  脱塩主灰
Ｇ１  燃焼排ガス
Ｇ２、Ｇ３  排ガス
Ｓ  水蒸気
Ｒ  セメント原料
Ｗ  水
Ｗ１  脱塩水
Ｗ２、Ｗ３  濃縮水
Ｗ４  凝縮水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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