(57)【要約】【課題】廃棄物などの可燃物が還元雰囲気で部分酸化や熱分解される際に生じて、還元雰囲気で捕集された炭素含有黒色ダストを最終処分可能とする炭素含有黒色ダストの処理装置及び方法を提供することを課題とする。【解決手段】炭素含有黒色ダストの処理装置において、炭素を４重量％以上含有し黒色を呈するダストを空気により流動させながら、該ダストに含有される炭素を酸化させて白色化する気泡流動層炉１を備え、炉内でダストを気泡流動させることで黒色ダストを白色ダストとする。【選択図】図１
2019002613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有黒色ダストの処理装置において、
炭素を４重量％以上含有し黒色を呈するダストを空気により流動させながら、該ダストに含有される炭素を酸化させて白色化する気泡流動層炉を備えることを特徴とする炭素含有黒色ダストの処理装置。
【請求項２】
気泡流動層炉の炉内雰囲気を所定条件に維持する制御装置をさらに備えることとする請求項１に記載の炭素含有黒色ダストの処理装置。
【請求項３】
気泡流動層炉は、炉内温度を測定する炉内温度計と、炉内を加熱する加熱装置とを備え、制御装置は、炉内温度計による炉内温度測定値に基づき上記加熱装置を操作し炉内温度を４００℃以上５００℃以下に制御する温度制御装置を形成していることとする請求項２に記載の炭素含有黒色ダストの処理装置。
【請求項４】
気泡流動層炉は、炉内の上方空間のＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度計を備え、制御装置は、気泡流動層炉内への空気の供給を実行及び停止する空気供給切替手段と、ＣＯ濃度計による炉内上方空間のＣＯ濃度測定値に基づきＣＯ濃度測定値がゼロになるまで空気の供給を実行するように空気供給切替手段を操作する空気供給制御装置を形成していることとする請求項２または請求項３に記載の炭素含有黒色ダストの処理装置。
【請求項５】
炭素含有黒色ダストの処理方法において、
炭素を４重量％以上含有し黒色を呈するダストを気泡流動層炉内で空気により流動させながら、該ダストに含有される炭素を酸化させて白色化することを特徴とする炭素含有黒色ダストの処理方法。
【請求項６】
制御装置により気泡流動層炉の炉内雰囲気を所定条件に維持することとする請求項５に記載の炭素含有黒色ダストの処理方法。
【請求項７】
気泡流動層炉に設けられた炉内温度を測定する炉内温度計と、炉内を加熱する加熱装置とを用い、制御装置により、炉内温度計による炉内温度測定値に基づき上記加熱装置を操作し炉内温度を４００℃以上５００℃以下に制御することとする請求項６に記載の炭素含有黒色ダストの処理方法。
【請求項８】
気泡流動層炉に設けられた、炉内の上方空間のＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度計を用い、ＣＯ濃度計による炉内上方空間のＣＯ濃度測定値に基づき、制御装置により気泡流動層炉内への空気の供給をＣＯ濃度測定値がゼロになるまで空気の供給を実行することとする請求項６または請求項７に記載の炭素含有黒色ダストの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃物を部分酸化、熱分解して生成される炭素含有黒色ダストの処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の部分酸化を行う部分酸化炉など可燃物を還元雰囲気で部分酸化する場合には、排ガスから集塵したダストには炭素が４重量％以上含まれており該ダストは黒色を呈する。この黒色ダストは十分に焼却処理されておらず、不完全燃焼物であり未燃分が残存すると判断され最終処分場で受け入れられないことがある。このようなダストを最終処分場で埋立処分すると、未燃分が発火する危険性があると判断されるからである。そのため、ダストから炭素分を除去しておくことが求められる。
【０００３】
特許文献１では、ダスト中の炭素に吸着されているダイオキシン類を除去するために、このダスト中の未燃炭素を他成分から分離して除去する方式が開示されている。特許文献１で開示されている方式は、「湿式分離プロセス」と「乾式分離プロセス」の二種が挙げられている。
【０００４】
「湿式分離プロセス」は、縦型カラム式浮遊装置内に溶媒としての水が充填されていて、ダストは水中に懸濁した状態に保たれている。この懸濁液に対して、カラム下部からバブリング空気を導入すると、その気泡により炭素粒子は捕集されてカラム内を上昇して、液面に泡沫層を形成する。この泡沫層をオーバフローさせて除去することで、炭素粒子を回収除去する。
【０００５】
「乾式分離プロセス」では、回転ドラム型の静電分離機のドラム表面にダストを落下供給する。金属製ドラムは電気的に接地され、ドラム表面に対向した静止位置にマイナス電極に保たれている高圧電極が配置されている。導電性を有する炭素粒子は高圧電極に吸引されてドラム表面とともに移動しつつ重力によりドラム表面から落下し、炭素以外の粒子は不良導体はドラムに付着したまま移動し、ブラシ等で掻き落される。かくして、炭素粒子はそれ以外と分離された状態で除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７３９３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、溶融炉から排出される排ガス中の未燃炭素が１％程度と低く、他成分と混合された状態となっているので、上述の湿式分離プロセスあるいは乾式分離プロセスで他成分から分離して除去することが容易に可能となる。
【０００８】
しかしながら、廃棄物などの可燃物が還元雰囲気で部分酸化や熱分解される際に生じ還元雰囲気で集塵されるダストには炭素が４重量％以上（通常５〜１０重量％）の高い濃度で含有されていて、ダストの外観が黒色を呈している。この黒色ダストは十分に焼却処理されておらず、不完全燃焼物であり未燃分が残存すると判断され最終処分場で受け入れられないことがある。このようなダストを最終処分場で埋立処分すると、未燃分が発火する危険性があると判断されるからである。そのため、黒色ダストから炭素分を除去しておくことが求められる。  このような黒色ダストは、全てのダスト粒子に炭素が付着あるいは含有されているため、炭素粒子と他成分が単に混合されている状態のダストを扱う特許文献１に記載の方法のようには非ダストとダストに分離することができない。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑み、廃棄物などの可燃物が還元雰囲気で部分酸化や熱分解される際に生じて、還元雰囲気で捕集された炭素含有黒色ダストを最終処分可能とする炭素含有黒色ダストの処理装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にあっては、上述の課題は、次の炭素含有黒色ダストトの処理装置または炭素含有黒色ダストの処理方法によって解決される。
【００１１】
＜炭素含有黒色ダストの処理装置＞
炭素含有黒色ダストの処理装置において、炭素を４重量％以上含有し黒色を呈するダストを空気により流動させながら、該ダストに含有される炭素を酸化させて白色化する気泡流動層炉を備えることを特徴とする炭素含有黒色ダストの処理装置。
【００１２】
本発明において、炭素含有黒色ダストの処理装置は、さらに気泡流動層炉の炉内雰囲気を所定条件に維持する制御装置を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明において、気泡流動層炉は、炉内温度を測定する炉内温度計と、炉内を加熱する加熱装置とを備え、制御装置は、炉内温度計による炉内温度測定値に基づき上記加熱装置を操作し炉内温度を４００℃以上５００℃以下に制御する温度制御装置を形成していることが好ましい。
【００１４】
本発明において、気泡流動層炉は、炉内の上方空間のＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度計を備え、制御装置は、気泡流動層炉内への空気の供給を実行及び停止する空気供給切替手段と、ＣＯ濃度計による炉内上方空間のＣＯ濃度測定値に基づきＣＯ濃度測定値がゼロになるまで空気の供給を実行するように空気供給切替手段を操作する空気供給制御装置を形成していることが好ましい。
【００１５】
＜炭素含有黒色ダストの処理方法＞
炭素含有黒色ダストの処理方法において、炭素を４重量％以上含有し黒色を呈するダストを気泡流動層炉内で空気により流動させながら、該ダストに含有される炭素を酸化させて白色化することを特徴とする炭素含有黒色ダストの処理方法。
【００１６】
本発明において、さらに、制御装置により気泡流動層炉の炉内雰囲気を所定条件に維持することが好ましい。
【００１７】
本発明において、気泡流動層炉に設けられた炉内温度を測定する炉内温度計と、炉内を加熱する加熱装置とを用い、制御装置により、炉内温度計による炉内温度測定値に基づき上記加熱装置を操作し炉内温度を４００℃以上５００℃以下に制御することが好ましい。
【００１８】
本発明において、気泡流動層炉に設けられた、炉内の上方空間のＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度計を用い、ＣＯ濃度計による炉内上方空間のＣＯ濃度測定値に基づき、制御装置により気泡流動層炉内への空気の供給をＣＯ濃度測定値がゼロになるまで空気の供給を実行することが好ましい。
【００１９】
このような本発明装置そして方法によれば、例えば除塵装置で捕集されたダストを気泡流動層炉に供給する。気泡流動層炉ではダスト層の下方から空気が供給されダストを流動させて気泡流動層を形成する。ダストを流動させながら、ダストに空気を接触させダストに含まれる炭素を酸化して、ＣＯ，ＣＯ２とする。気泡流動層の温度雰囲気を炭素の酸化に適した温度雰囲気とするため気泡流動層炉内を加熱する加熱装置を備えており、炭素を含み黒色のダストは、次第に炭素が酸化されて白色になり、十分に焼却処理されていると判断され最終処分可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上のように、炭素含有黒色ダストの処理装置及び方法において、炭素を４重量％以上含有し黒色を呈するダストを空気で気泡流動させながら、該ダストに含有されている炭素を酸化させることとしたので、ダストは白色化されていて、十分に焼却処理されている状態であると判断され、最終処分場での受入れが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態装置で処理される炭素含有黒色ダスト（単にダストという）について説明する。
【００２３】
＜ダスト＞
例えば、廃棄物を部分酸化炉に供給するとともに、空気を該部分酸化炉に供給して該廃棄物を部分酸化して可燃性ガスを生成し、この可燃性ガスを燃焼して高温の燃焼排ガスから熱回収して高温高圧蒸気を得て発電に用いる廃棄物発電装置において、部分酸化炉で生成された可燃性ガスを除塵装置に導入して含まれるダストを捕集することとなる。
【００２４】
除塵されたダストは、後述の本実施形態の気泡流動層炉へ送られ、また、ダストが除塵された可燃性ガスは、部分酸化炉に接続された燃焼炉に導入され、さらに空気が供給されて燃焼し、生成された高温排ガスがボイラに導かれて該ボイラで該高温排ガスからの熱回収により過熱蒸気を発生させる。高温の過熱蒸気は発電機に接続されたタービンを駆動することで該発電機で発電を行う。
【００２５】
＜気泡流動層炉＞
図１にみられるように、気泡流動層炉１は、高さ方向で縦筒状に延びる炉本体１Ａ内の下部に、空気を透過する、例えばセラミック製の多孔板により形成された分散板１Ｂが設けられていて、該分散板１Ｂより下方空間を風箱１Ｃとしており、空気供給切替手段としての開閉弁２Ａを有する送気管２を経て炉本体１Ａの底部から該風箱１Ｃへ空気が送入され、該空気が風箱１Ｃから上記分散板１Ｂを透過して炉本体１Ａ内を上昇し、分散板１Ｂの上方でダストを浮遊させて気泡流動層１Ｄを形成するようになっている。さらに、該気泡流動層炉１は、炉本体１Ａ内の気泡流動層１Ｄの温度を所定温度範囲に維持する加熱装置１Ｅが炉本体１Ａの外側部に設けられている。この加熱装置１Ｅは、高さ方向では分散板１Ｂより上方で気泡流動層１Ｄが形成される範囲に及んでいる。
【００２６】
上記気泡流動層炉１の炉本体１Ａの上部にダストを受け入れるダスト投入口１Ｆと排ガス排出管１Ｇとが設けられ、さらに炉本体１Ａの底壁を貫通し開閉弁１Ｊをもつダスト排出管１Ｈが設けられている。該ダスト排出管１Ｈは、その上端が分散板１Ｂに形成された排出孔１Ｂ−１に開口していて分散板１Ｂ上の処理されたダストを炉外へ排出する。
【００２７】
さらに、上記気泡流動層炉１は、炉本体１Ａ内の雰囲気としてＣＯ濃度そして温度を検出するために、炉内上方空間のフリーボード１Ｋに設けられるＣＯ濃度センサ３ＡをもつＣＯ濃度計３と、気泡流動層１Ｄが形成される範囲に設けられ炉内温度として気泡流動層１Ｄの温度を測定する炉内温度計４とを備えている。本実施形態では、単にＣＯ濃度計３と炉内温度計４を備えていて炉内雰囲気を監視できるのみならず、炉内雰囲気、すなわちＣＯ濃度や炉内温度の測定値に基づき空気供給切替手段や加熱装置１Ｅを制御する制御装置５をも備えている。
【００２８】
制御装置５は、温度制御装置５Ａと空気供給制御装置５Ｂとを備えている。
【００２９】
温度制御装置５Ａは、上記炉内温度計４からの炉内温度測定値にもとづき、気泡流動層１Ｄにおける炉内温度をダストの炭素を酸化させるに適した４００℃以上５００℃以下に維持するように、上記加熱装置１Ｅを制御する。気泡流動層１Ｄの温度が４００℃より低いと、ダストに含まれる炭素の酸化反応が進行しないか又は進行しても緩慢であり酸化が終了するまで長時間を要し不適であるため、４００℃以上に加熱することが好ましい。気泡流動層１Ｄの温度が５００℃より高いと、ダスト中に存在する塩類が溶融し始めダスト同士が結合して、流動が不良な状態になるため、５００℃以下に維持することが好ましい。
【００３０】
一方、空気供給制御装置５Ｂは、ＣＯ濃度計３のＣＯ濃度センサ３Ａで測定された炉内上方空間のフリーボード１ＫでのＣＯ濃度測定値にもとづき、ＣＯ濃度がゼロになるまで、換言すると、ダストの炭素が完全に酸化してＣＯの発生がなくなるまで、開閉弁２Ａを開として空気を炉内へ供給しつづけるように、上記開閉弁２Ａを制御する。フリーボード１ＫでのＣＯ濃度がゼロになれば、ダストの炭素が完全に酸化したと見做し、開閉弁２Ａを閉として空気の炉内への供給を停止する。
【００３１】
このように構成される本実施形態装置では、ダストは次の要領で処理そして排出される。
【００３２】
（ｉ）例えば廃棄物の部分酸化炉で排出された排ガスから除塵装置により除塵されたダスト、多くの場合炭素が４重量％以上含まれ黒色を呈しているダストを気泡流動層炉１のダスト投入口１Ｆから炉本体１Ａ内へ投入する。
【００３３】
（ii）気泡流動層炉１の下部の風箱１Ｃへは、開状態の開閉弁２Ａを通して送気管２から空気が送入されており、この空気は分散板１Ｂを透過上昇することで分散して上方へ噴き上げられ、分散板１Ｂ上の上に供給されたダストは上記下方からの空気により流動化され、気泡流動層１Ｄを形成する。ダスト層の下方から導入される空気量はダストを上方へ吹き飛ばして気泡流動層炉１から炉外へ飛散させないように、平均空筒速度を最小流動化速度の２〜４倍程度に抑える。
【００３４】
（iii）気泡流動層１Ｄの温度雰囲気をダスト中の炭素の酸化に適した温度範囲（４００℃以上５００℃以下）とするため、温度制御装置５Ａで加熱装置１Ｅを制御して気泡流動層１Ｄを所定温度範囲となるように加熱し、炭素を酸化する。かかる加熱装置１Ｅは気泡流動層１Ｄの側面に位置していることにより気泡流動層１Ｄを加熱し、炉内温度計４による温度測定値にもとづき、上述したように、気泡流動層温度（炉内温度）を炭素の酸化に適した温度範囲である４００℃以上５００℃以下とするように制御する。
【００３５】
（iv）炉本体１Ａ内で気泡流動層１Ｄを形成し加熱されたダストは流動化空気中の酸素と接触し、炭素が空気と反応してＣＯ，ＣＯ２を生成し、ダスト中の炭素が除去される。黒色のダストの炭素が除去されて、白色のダストが得られる。開閉弁１Ｊを開き白色化したダストをダスト排出管１Ｈから排出する。かかる白色化の操作はバッチ処理で行う。
【００３６】
（ｖ）ダスト中の炭素の酸化が進んでいるかどうかのモニタリングは、気泡流動層炉１における排ガス中ＣＯ濃度を測定することにより行う。その際、ＣＯ濃度計３により測定されたフリーボード１ＫのＣＯ濃度がゼロになるまで、換言すればダストの炭素が酸化して完全になくなるまで気泡流動層１Ｄへ空気を供給するように、送気管２の開閉弁２Ａは、開とするように、空気供給制御装置５Ｂにより制御される。フリーボード１ＫでのＣＯ濃度がゼロになれば、ダストの炭素が完全に酸化したと見做し、開閉弁２Ａを閉として空気の炉内への供給を停止する。
【００３７】
かくして、ダストそのものを流動粒子として、炉本体１Ａの下方の風箱１Ｃから供給する空気により分散板１Ｂ上の上方で気泡流動層１Ｄを形成し、ダスト中の炭素と空気を効率よく接触させることで、炭素を完全に酸化させて除去し、黒色ダストを白色ダストにするようになる。白色となった処理ダストを排出し処理ダスト貯留槽（図示せず）に一時貯留する。処理ダストは最終処分場へ移送され最終処分される。
【００３８】
気泡流動層炉１でダストを気泡流動化するように空気を供給する際に、ダストを上方へ吹き飛ばして気泡流動層炉１から炉外へ飛散させないように、平均空筒速度を最小流動化速度の２〜４倍程度に抑える。空筒速度をこのように抑えても、なおも微細なダストは舞い上がって飛散し排出されるので、この微細ダストは排出されるガスに随伴されて排ガス排出管１Ｇから排出されてしまう。気泡流動層炉１から排出される排ガスは排出管１Ｇに設けられた濾過フィルタ（図示せず）に導かれ排ガス中の微細ダストを該濾過フィルタで捕集し、微細ダストが除去されたガスが排ガス排出管１Ｇから排出される。
【００３９】
以上のように、本発明によれば、ダスト中の炭素を気泡流動層にて効率よく空気中の酸素と接触するように構成したので、炭素の酸化を効率よく行なわれて、黒色ダストを炭素不含有の白色ダストとすることができ、ダストの最終処分を問題なく行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００４０】
１  気泡流動層炉
１Ｄ  気泡流動層
１Ｅ  加熱装置
２Ａ  空気供給切替手段（開閉弁）
３  ＣＯ濃度計
４  炉内温度計
５  制御装置
５Ａ  温度制御装置
５Ｂ  空気供給制御装置
【図１】
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