(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の下部領域に流動媒体による流動層を形成すると共に、流動層から吹き上げられて燃焼ガスと一緒に炉内の上部から排出された流動媒体を流動層へ戻すようにした循環流動層炉を使用し、燃焼ガス供給装置から流動層の下方へ燃焼ガスを供給して流動媒体を流動させると共に炉内温度を３００℃〜５００℃まで上昇させ、その後前記流動層の上方へ焼却灰及び飛灰を投入してこれを炉本体内で加熱すると共に、循環流動層炉から排出されて除塵された清浄な排ガスの一部を高温排ガスの熱により３００℃〜４００℃に加熱したあと前記流動層の下方へ供給し、当該再循環排ガスの供給量を調整することにより前記炉内温度を３００℃〜５００℃に維持して焼却灰及び飛灰中のダイオキシンを分解することを特徴とする焼却灰及び飛灰中のダイオキシン除去方法。
【請求項２】
炉内の下部領域に流動媒体による流動層を形成すると共に、流動層から吹き上げられて燃焼ガスと一緒に炉内の上部から排出された流動媒体を流動層へ戻すようにした循環流動層炉と、循環流動層炉の流動層へ燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給装置と、炉内の下部領域に焼却灰及び飛灰を供給する灰供給装置と、循環流動層炉から排出されて除塵された清浄な排ガスの一部を循環流動層炉の流動層へ供給する排ガス再循環ダクトと、排ガス再循環ダクトに介設されたガス流量調整ダンパと、循環流動層の排ガスダクトに介設され、高温の排ガスの熱により前記循環流動層炉の流動層へ供給する清浄な排ガスの一部を加熱する熱交換器とを具備したことを特徴とする焼却灰及び飛灰中のダイオキシン除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥（下水汚泥、産業廃棄物汚泥）等の被焼却物の焼却によって生じる焼却灰や飛灰、或いはＲＤＦ、石炭等の燃料の燃焼によって生じる焼却灰や飛灰中に含まれているダイオキシンを短時間で分解処理できるようにした焼却灰及び飛灰中のダイオキシン除去方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、都市ごみや産業廃棄物等を焼却処理するごみ焼却炉から排出される焼却灰及び飛灰中にはダイオキシンが含まれている。このような焼却灰及び飛灰を埋め立て処理することは、環境汚染の原因になる等の理由から当然に回避すべきである。
【０００３】
そこで、従来にあっては、ごみ焼却炉等から排出される焼却灰及び飛灰中のダイオキシンを除去処理することが行われている。
従来、焼却灰及び飛灰中のダイオキシンを除去する方法としては、▲１▼プラズマ溶融炉や表面溶融炉等の溶融炉を用いて焼却灰及び飛灰を溶融処理する方法、▲２▼焼却灰及び飛灰に薬剤を注入する方法、▲３▼焼却灰及び飛灰を熱分解処理装置により加熱してダイオキシンを分解する方法等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、上述した▲１▼の方法は、焼却灰及び飛灰を１１００℃〜１４００℃の高温で溶融しなければならない為に設備が大掛かりになり、維持管理費が高いと云う問題があった。
又、▲２▼の方法は、使用する薬品が非常に高価である為に維持管理に膨大な費用が掛かると云う問題があった。
更に、▲３▼の方法は、焼却灰及び飛灰を攪拌しながら温度を維持する装置を利用する方法であるが、反応時間が一時間程度必要な為、装置自体が大きくなり運転方法も熟練を要すると云う問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、焼却灰及び飛灰中に含まれているダイオキシンを短時間で良好且つ確実に分解できるようにした焼却灰及び飛灰中のダイオキシン除去方法及びその装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項１の発明は、炉内の下部領域に流動媒体による流動層を形成すると共に、流動層から吹き上げられて燃焼ガスと一緒に炉内の上部から排出された流動媒体を流動層へ戻すようにした循環流動層炉を使用し、燃焼ガス供給装置から流動層の下方へ燃焼ガスを供給して流動媒体を流動させると共に炉内温度を３００℃〜５００℃まで上昇させ、その後前記流動層の上方へ焼却灰及び飛灰を投入してこれを炉本体内で加熱すると共に、循環流動層炉から排出されて除塵された清浄な排ガスの一部を高温排ガスの熱により３００℃〜４００℃に加熱したあと前記流動層の下方へ供給し、当該再循環排ガスの供給量を調整することにより前記炉内温度を３００℃〜５００℃に維持して焼却灰及び飛灰中のダイオキシンを分解することを発明の基本構成とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、炉内の下部領域に流動媒体による流動層を形成すると共に、流動層から吹き上げられて燃焼ガスと一緒に炉内の上部から排出された流動媒体を流動層へ戻すようにした循環流動層炉と、循環流動層炉の流動層へ燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給装置と、炉内の下部領域に焼却灰及び飛灰を供給する灰供給装置と、循環流動層炉から排出されて除塵された清浄な排ガスの一部を循環流動層炉の流動層へ供給する排ガス再循環ダクトと、排ガス再循環ダクトに介設されたガス流量調整ダンパと、循環流動層の排ガスダクトに介設され、高温の排ガスの熱により前記循環流動層炉の流動層へ供給する清浄な排ガスの一部を加熱する熱交換器とを具備したことを発明の基本構成とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の方法を実施する為のダイオキシン除去装置の概略系統図を示すものであり、当該ダイオキシン除去装置は、流動媒体Ｂ′（通常平均粒径１００μｍ〜１ｍｍの硅砂）が循環する循環流動層炉１に燃焼ガス供給装置２と灰供給装置３とを夫々設けると共に、循環流動層炉１の排ガス出口に排ガスダクト４を介して熱交換器５、ガス冷却塔６、バグフィルター７及び誘引ファン８を順次直列状に接続し、誘引ファン８の下流側の排ガスダクト４と循環流動層炉１とを排ガス再循環ダクト９により接続して排ガスＧ′の一部を循環流動層炉１へ供給できるように構成されて居り、循環流動層炉１の炉内Ｓを所定温度に維持しつつ流動媒体Ｂ′を循環させ、ダイオキシンを含む焼却灰及び飛灰（以下灰Ａと云う）を流動媒体Ｂ′が激しく攪拌されている炉内Ｓに投入して灰Ａ中のダイオキシンを分解するようにしたものである。
【００１０】
前記循環流動層炉１は、炉本体１０、サイクロン１１及びループシール部１２等から成り、炉本体１０の炉内Ｓの下部領域に炉内Ｓへ噴出する燃焼ガスＧにより流動媒体Ｂ′による流動層Ｂを形成すると共に、流動媒体Ｂ′の一部を流動層Ｂから炉内Ｓの上部領域に吹き上げてこの流動媒体Ｂ′を燃焼ガスＧと一緒に炉本体１０の上部から排出させ、再び流動層Ｂに戻すように構成されている。
【００１１】
前記炉本体１０の周壁の下部位置には炉内Ｓへ灰Ａを投入する為の供給口１０ａが形成されていると共に、炉本体１０の周壁の上部位置には燃焼ガスＧ及び流動媒体Ｂ′等を排出する為の排出口１０ｂが形成されている。
又、炉本体１０の底壁１０ｄの下方は、燃焼ガスＧを炉内Ｓへ供給する為のウインドボックス１０ｃに形成されている。このウインドボックス１０ｃと炉内Ｓとを隔てる底壁１０ｄには、炉内Ｓへ燃焼ガスＧを均等に供給する流動ノズル１３が複数個配設されて居り、流動ノズル１３から炉内Ｓへ噴出された燃焼ガスＧによって炉内Ｓの下部領域に流動媒体Ｂ′による流動層Ｂ（濃厚層）が形成されるようになっている。
更に、炉本体１０の周壁で且つ供給口１０ａに略対向する位置には、流動媒体Ｂ′の戻し口１０ｅが形成されている。
【００１２】
前記サイクロン１１は、炉本体１０の排出口１０ｂに接続されて居り、排出口１０ｂから排出された燃焼ガスＧ、流動媒体Ｂ′及び灰Ａの中から流動媒体Ｂ′と灰Ａを分離して炉本体１０内へ循環させるものである。
【００１３】
前記ループシール部１２は、サイクロン１１の下端部と炉本体１０の流動媒体Ｂ′の戻し口１０ｅとの間に設けられて居り、炉内Ｓとサイクロン１１内との間を流動媒体Ｂ′によりシールしつつ当該流動媒体Ｂ′を炉内Ｓへ戻すものであり、密封容器内に仕切壁１２ａと溢流部１２ｂを備えたトラップ構造に構成されている。
【００１４】
前記燃焼ガス供給装置２は、循環流動層炉１の流動層Ｂへ燃焼ガスＧを供給するものであり、この実施の形態に於いては、燃焼ガス供給装置２には熱風発生炉が使用されている。即ち、燃焼ガス供給装置２は、ウインドボックス１０ｃに連通状に接続された熱風炉本体２ａと、熱風炉本体２ａに設けたバーナ２ｂとから構成されている。この燃焼ガス供給装置２で発生した高温（８００℃〜９００℃）の燃焼ガスＧは、ウインドボックス１０ｃから流動ノズル１３を介して炉内Ｓへ供給され、炉内Ｓの下部領域に流動層Ｂを形成するようになっている。
又、バーナ２ｂには、燃焼用空気供給ダクト１４及び押込みファン１５が接続されて居り、バーナ２ｂへ燃焼用空気を供給できるようになっている。この燃焼用空気の風量調整は、バーナ２ｂの燃料量に応じて燃焼用空気供給ダクト１４に介設した風量調整ダンパ１６を制御することにより行われている。
尚、バーナ２ｂには、重油や灯油等の液体燃料を燃料とするオイルバーナ若しくは天然ガス等のガスを燃料とするガスバーナが使用されている。
【００１５】
前記灰供給装置３は、循環流動層炉１の炉内Ｓの下部領域に灰Ａを供給するものであり、炉本体１０の供給口１０ａに接続されたシュート３ａと、シュート３ａに接続され、灰Ａを炉内Ｓへ定量宛供給するフィーダー３ｂ（ロータリーフィーダーやスクリューフィーダー）等とから構成されている。
【００１６】
前記排ガス再循環ダクト９は、循環流動層炉１から排出されて除塵された清浄な排ガスＧ′の一部を循環流動層炉１の流動層Ｂへ再循環して炉内Ｓの温度を３００℃〜５００℃に維持する為のものであり、一端部側が誘引ファン８の下流側の排ガスダクト４に分岐状に接続されていると共に、他端部側がウインドボックス１０ｃに連通状に接続されている。
又、排ガス再循環ダクト９は、熱交換器５を通って居り、バクフィルター７で除塵された清浄な排ガスＧ′を熱交換器５で３００℃〜４００℃に加温してウインドボックス１０ｃへ供給できるようになっている。
更に、排ガス再循環ダクト９は、その途中にブースターファン１７及びガス流量調整ダンパ１８が介設されて居り、ウインドボックス１０ｃに供給される排ガスＧ′の量を調整して炉内Ｓの温度を所定の温度（３００℃〜５００℃）に維持できるように構成されている。
【００１７】
前記排ガス再循環ダクト９からウインドボックス１０ｃに供給される排ガスＧ′の量は、炉内Ｓの下部領域の温度が３００℃〜５００℃、好ましくは３５０℃〜４５０℃に維持されるように調整されている。この排ガスＧ′の調整は、炉内Ｓの温度を温度検出器（図示省略）により検出し、この検出温度に基づいて排ガス再循環ダクト９に介設したガス流量調整ダンパ１８を制御することにより行われている。
【００１８】
尚、誘引ファン８より下流側の排ガスダクト４には、炉圧制御ダンパ１９が介設されて居り、循環流動層炉１の運転中に炉内Ｓが負圧（−２ｍｍＨ2 Ｏ〜−２０ｍｍＨ2 Ｏ）に維持されるように大気中へ排出される排ガスＧ′の量が調整されている。この排ガスＧ′の調整は、圧力検出器２０により炉内Ｓの圧力を検出し、この検出圧力に基づいて圧力検出器により炉圧制御ダンパ１９を制御することにより行われている。
又、前記循環流動層炉１に於いては、炉内Ｓに於ける燃焼ガスＧの速度が１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓになるように調整されている。
更に、炉本体１０の底壁１０ｄには、灰取り出し口（図示省略）が形成されて居り、この灰取り出し口を通して流動層Ｂ内の灰Ａが一部の流動媒体Ｂ′と一緒に炉外へ導出されるようになっている。炉外へ導出された灰Ａと流動媒体Ｂ′は、振動篩（図示省略）等により灰Ａと流動媒体Ｂ′とに分離された後、流動媒体Ｂ′は炉内Ｓへ戻され、又、灰Ａは灰サイロ（図示省略）等へ貯留されるようになっている。
【００１９】
次に、上述したダイオキシン除去装置を用いてごみ焼却炉から排出された灰Ａ（焼却灰及び飛灰）を処理する場合について説明する。
【００２０】
前記ダイオキシン除去装置にあっては、誘引ファン８及び押込みファン１５を始動させ、燃焼ガス供給装置２を運転して燃焼ガスＧを発生させると、燃焼ガスＧがウインドボックス１０ｃから流動ノズル１３を介して炉内Ｓへ均等に吹き込まれ、炉内Ｓに投入されている流動媒体Ｂ′が流動せしめられて炉内Ｓの下部領域に流動層Ｂが形成されると共に、流動媒体Ｂ′の一部が燃焼ガスＧによって流動層Ｂから炉内Ｓの上部領域へ吹き上げられるようになっている。このとき、流動媒体Ｂ′は、流動ノズル１３から噴出する燃焼ガスＧにより激しく攪拌されながら炉内Ｓの上部領域に吹き上げられることになる。
【００２１】
流動層Ｂから吹き上げられた流動媒体Ｂ′は、燃焼ガスＧと一緒に排出口１０ｂからサイクロン１１に導入され、ここで燃焼ガスＧから分離されてループシール部１２に落下した後、当該ループシール部１２から炉内Ｓへ戻される。
【００２２】
一方、サイクロン１１に於いて流動媒体Ｂ′から分離された燃焼ガスＧは、排ガスＧ′となって熱交換器５、ガス冷却塔６、バグフィルター７及び誘引ファン８を経た後、２系統に分けられる。即ち、燃焼ガスＧの一部は、排ガス再循環ダクト９へ供給され、又、残りの排ガスＧ′は、排ガスダクト４から大気中へ排出される。
【００２３】
排ガス再循環ダクト９に供給された排ガスＧ′は、熱交換器５を通ってここで３００℃〜４００℃に加温されてからウインドボックス１０ｃに供給され、ウインドボックス１０ｃ内に於いて燃焼ガス供給装置２からの燃焼ガスＧに混合された後、流動ノズル１３から炉内Ｓへ供給される。このときの排ガスＧ′の量は、炉内Ｓの下部領域の温度が３００℃〜５００℃、好ましくは３５０℃〜４５０℃になるようにガス流量調整ダンパ１８により調整されている。尚、排ガスＧ′を炉内Ｓへ供給することによって、燃料消費量を減らすことができると共に、炉内Ｓの酸素濃度を低く抑えることができる。
【００２４】
そして、炉内Ｓの下部領域の温度が所定の温度になった時点で灰供給装置３から炉内Ｓへ灰Ａ（焼却灰及び飛灰）を投入する。そうすると、燃焼ガスＧにより炉内Ｓの流動媒体Ｂ′が激しい攪拌状態になっていると共に、炉内Ｓが低酸素状態になっている為、炉内Ｓに投入された灰Ａ中のダイオキシンは瞬時（０．５秒〜５秒）に分解されることになる。
【００２５】
ダイオキシンが分解された灰Ａの一部は、燃焼ガスＧにより流動媒体Ｂ′と一緒に炉内Ｓの上部領域へ吹き上げられる。又、流動層Ｂ内に残っている灰Ａは、底壁１０ｄに形成した灰取り出し口（図示省略）から流動媒体Ｂ′と一緒に取り出され、振動篩（図示省略）等によって流動媒体Ｂ′から分離された後、灰サイロ（図示省略）へ搬出される。更に、振動篩等によって分離された流動媒体Ｂ′は、炉内Ｓへ戻される。
【００２６】
燃焼ガスＧによって流動層Ｂから吹き上げられた一部の流動媒体Ｂ′及び灰Ａは、燃焼ガスＧと一緒に排出口１０ｂからサイクロン１１に導入され、ここで燃焼ガスから分離されてループシール部１２に落下した後、当該ループシール部１２から炉内Ｓへ戻される。このとき、一部の灰Ａは、サイクロン１１により分離されず、燃焼ガスＧに随伴されて排ガスダクト４へ排出される。
【００２７】
一方、サイクロン１１に於いて流動媒体Ｂ′及び灰Ａから分離された燃焼ガスＧは、排ガスＧ′となって熱交換器５に導かれ、ここで熱回収されてからガス冷却塔６に流入し、ガス冷却塔６内に於いて冷却水の噴霧若しくは冷却用空気によって後続のバグフィルター７の適性入口温度（１６０℃〜２００℃）にまで冷却される。
【００２８】
冷却された排ガスＧ′は、引き続きバグフィルター７に流入し、ここで排ガスＧ′中の灰Ａが除去された後、誘引ファン８により吸引される。誘引ファン８を通過した排ガスＧ′は、上述したように２系統に分けられ、一方は排ガス再循環ダクト９へ供給され、又、残りの排ガスＧ′は、排ガスダクト４から大気中へ排出される。
【００２９】
このように、上述したダイオキシン除去装置にあっては、灰Ａを流動媒体Ｂ′が激しく攪拌されている炉内Ｓに投入する為、灰Ａが瞬時に破砕昇温され、灰Ａ中のダイオキシンが短時間で分解されることになる。尚、分解に要する時間は、灰Ａ中のダイオキシン濃度に影響されるが、灰Ａが最大５秒程度炉内Ｓに存在すればダイオキシンを分解することができる。通常の一般ごみ焼却炉から排出される灰Ａを処理する場合、ダイオキシンを２秒以下で分解することができる。
【００３０】
【実施例】
上記構成のダイオキシン除去装置を用いて下記の条件で灰Ａを処理し、バグフィルター７の灰Ａを採取して灰Ａ中のダイオキシン量を測定すると、下記の表１に示すような値になった。
炉内Ｓの大きさ    ：内径３００ｍｍφ×高さ１０ｍ
灰量              ：１００ｋｇ／ｈ
炉内Ｓ温度        ：３００℃〜４５０℃
灰中ダイオキシン量：１２．５ｎｇ／ｇ
炉内Ｓガス速度    ：３ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓ
理論滞留時間      ：２秒〜３．３秒
【００３１】
【表１】
0003659834.tif 000002
【００３２】
表１からも明らかなように、灰Ａ中のダイオキシンを９９％以上除去することができ、前記ダイオキシン除去装置を用いれば、灰Ａ中のダイオキシンは略完全に分解されることになる。
【００３３】
尚、上記実施の形態に於いては、燃焼ガス供給装置２に熱風発生炉を使用したが、他の実施の形態に於いては、燃焼ガス供給装置２に層内バーナ（図示省略）を使用して炉内Ｓへ燃焼ガスＧを吹き込むようにしても良く、或いは燃焼ガス供給装置２に熱風発生炉と層内バーナの両方を使用し、炉内Ｓへ燃焼ガスＧを吹き込むようにしても良い。
【００３４】
又、上記実施の形態に於いては、排ガス再循環ダクト９にブースターファン１７を介設したが、他の実施の形態に於いては、このブースターファン１７を省略するようにしても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の請求項１のダイオキシン除去方法は、循環流動層炉を使用し、炉内を所定温度に維持しつつ流動媒体を循環させ、ダイオキシンを含む焼却灰及び飛灰を流動媒体が激しく攪拌されている炉内に投入するようにしている為、焼却灰及び飛灰が瞬時に破砕昇温され、焼却灰及び飛灰中のダイオキシンは短時間で分解されることになる。
【００３６】
本発明の請求項２のダイオキシン除去方法は、循環流動層炉から排出された排ガスの一部を炉内へ再循環し、炉内の温度を３００℃〜５００℃に維持するようにしている為、炉内の状態をダイオキシンがより分解され易い状態にすることができ、ダイオキシンの分解がより確実に行われることになる。
【００３７】
本発明の請求項３のダイオキシン除去装置は、上記各方法を好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する為のダイオキシン除去装置の概略系統図である。
【符号の説明】
１は循環流動層炉、２は燃焼ガス供給装置、３は灰供給装置、９は排ガス再循環ダクト、１８はガス流量調整ダンパ、Ａは灰（焼却灰及び飛灰）、Ｇは燃焼ガス、Ｇ′は排ガス、Ｂは流動層、Ｂ′は流動媒体、Ｓは炉内。
【図１】
0003659834.tif 000003