(57)【要約】【課題】  流動層炉のシステム全体省エネルギーを実現すると供に、環境適合性を考慮した流動層炉の燃焼方法を提供する。【解決手段】  下水汚泥が供給されて一次燃焼が行われる流動層炉１０の一次燃焼部１０Ａでは、流動層１２の砂層温度が７００℃以下に維持され、空気予熱器２０による排ガスとの熱交換及び燃焼器３０によって加熱された一次空気が８００℃程度の高温に保持された状態で流動層１２に吹き込まれ、空気比が１．４程度に維持されて焼却処理が行われる。また、流動層１２下流の二次燃焼部１０Ｂでは、二次空気が５００〜９００℃に保持された状態で吹き込まれて、一次燃焼部１０Ａで燃焼しきれなかった未燃分と下水汚泥から揮発した燃焼性ガスを確実に燃焼する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層炉の炉体の底部に形成され、砂層温度が７００℃以下に維持された流動層に廃棄物を投入し、
前記流動層の空気比を０．９から１．６の範囲内に維持し、前記流動層下部から温度が６００℃以上に保持された一次空気を吹き込んで、前記廃棄物を燃焼することを特徴とする流動層炉の燃焼運転方法。
【請求項２】
前記廃棄物の燃焼において発生した排ガス中の未燃ガス及び未燃物を、更に、前記流動層炉の炉体の上部に形成された前記流動層下流の二次燃焼室で、温度が５００〜９００℃に保持された二次空気を吹き込んで燃焼することを特徴とする請求項１に記載の流動層炉の燃焼運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥等の低質な廃棄物を流動層炉で燃焼処理する際の、流動層炉の燃焼運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物を焼却処理する際の流動層炉の燃焼運転方法では、７５０〜８５０℃に維持された流動層に廃棄物を投入して、流動層下部から大気温度と同程度から６００℃程度までに予熱された一次空気を吹き込み、流動層内で廃棄物を燃焼させている。
【０００３】
ここで、下水汚泥等の低質な廃棄物（以下、「低質廃棄物」と略する。）は、一般的に水分量が多く、流動層炉で焼却処理を行う場合には、流動層の温度を維持するため、流動層に大量の外部燃料（都市ガス、重油など）を投入することが必要となる。例えば、下水汚泥は、従来技術で脱水された後の水分率は、約８０％が有機物であり、湿分低位発熱量は３５０ｋｃａｌ／ｋｇである。このように、大量の外部燃料が必要となるのは、低質廃棄物の発熱量は自燃が困難な発熱量領域にあり、低質廃棄物の供給量変動や発熱量変動などに伴う砂層温度失速を回避するために、砂層の目標温度を一次空気よりも高めに設定したことが原因である。
【０００４】
従って、低質廃棄物を処理する商業用の流動層炉では、流動層内で化学燃料を助燃するなどして砂層温度の維持、安定化を行っているが、省エネルギー・ＣＯ2排出量低減の観点からも、外部燃料を削減することができる新たな燃焼技術が要望されている。尚、流動層の砂層温度は、低い温度に設定すると、低質廃棄物の供給量変動や発熱量変動などに伴って変動しやすいため、従来技術では７５０〜８５０℃程度になるように制御される。外部燃料を削減することのできる流動層炉の燃焼方法として、例えば、特許文献１及び２に記載される技術がある。
【０００５】
特許文献１には、燃料の使用量を節減するべく、排ガスを熱源とする空気予熱器と外部燃料を熱源とする空気予熱器による予熱によって、一次空気を８００〜１０００℃の高温に加熱して、低質廃棄物を処理する流動層炉に適用する方法が開示されている。また、特許文献２には、化学燃料を大幅に削減し、ダイオキシンの生成や未燃物の残留を抑制するべく、流動層炉の一次空気温度を６００℃以上、二次空気温度を７００℃以上、そして、二次燃焼室温度を９００℃以上と規定した方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２４１０７号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び２を含めた従来の技術では、流動層内での低質廃棄物の燃焼状態を観点とした流動層炉のシステム全体の省エネルギー性を考慮した提案には至っていない。即ち、流動層炉のシステムにおいて、流動層炉の流動層で固体の廃棄物を燃焼させる場合、廃棄物は、まず、砂層の保有している熱をもらうことにより乾燥され、温度が上昇して、その表面から揮発分を放出する。その後、チャー燃焼を行う。従って、低質廃棄物が流動層内に投入されてから、その表面上からの揮発分放出・チャー燃焼に至るまでの時間が短いほど、流動層内での低質廃棄物の燃焼状態は改善されて、低質廃棄物の燃焼によって砂層に与えられる熱量も増加し、外部熱量を低減することができる。しかし、従来の技術では、このような流動層内での低質廃棄物の燃焼状態を観点とした流動層炉のシステム全体の省エネルギー性を考慮した提案はなされていない。また、流動層炉の燃焼方法では、流動層内での低質廃棄物の燃焼状態を観点とした流動層炉のシステム全体の省エネルギー性を考慮すると供に、ＣＯ及び窒素酸化物を抑制することによる環境適合性を考慮する必要もある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、流動層炉のシステム全体の省エネルギーを実現すると供に、環境適合性を考慮した流動層炉の燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る流動層炉の燃焼運転方法は、流動層炉の炉体の底部に形成され、砂層温度が７００℃以下に維持された流動層に廃棄物を投入し、前記流動層の空気比を０．９から１．６の範囲内に維持し、前記流動層下部から温度が６００℃以上に保持された一次空気を吹き込んで、前記廃棄物を燃焼することを特徴とする。
【００１０】
これにより、流動層内での廃棄物の乾燥・加熱が促進され、流動層内での廃棄物の燃焼状態が改善し、廃棄物燃焼によって砂層に与えられる熱量が増加する。その結果、流動層内の砂層温度維持のために必要に応じて投入する外部熱量を減少することができ、流動層炉の省エネルギーを実現することができる。
【００１１】
また、前記廃棄物の燃焼において発生した排ガス中の未燃ガス及び未燃物を、更に、前記流動層炉の炉体の上部に形成された前記流動層下流の二次燃焼室で、温度が５００〜９００℃に保持された二次空気を吹き込んで燃焼することが好ましい。
【００１２】
これにより、二次燃焼室の温度が適切な温度範囲に設定され、流動層の砂層温度を従来技術よりも低めに設定した分、従来技術よりも多く流動層から二次燃焼室に導入される未燃分を完全燃焼させる。その結果、窒素酸化物を抑制することができ、環境適合性をも実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。尚、本実施の形態においては、下水汚泥を廃棄物として流動層炉において焼却する燃焼方法を想定した。
【００１４】
本発明の実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る燃焼方法を適用した流動層炉システムの概略図である。図２は、必要となる外部熱量と、一次空気温度及び砂層温度と、の関係を表した図である。
図１に示すように、流動層炉システム１００は、流動層炉１０と、空気予熱器２０と、燃焼器３０と、白煙防止予熱器４０と、冷却塔５０と、バグフィルタ５１と、排煙処理塔６０と、煙突７０と、から成っている。
【００１５】
流動層炉１０は、燃焼の状態から機能的に、炉体の下部に位置する一次燃焼部１０Ａと、炉体の上部に位置する二次燃焼部１０Ｂと、に分類される。
一次燃焼部１０Ａでは、炉体の底部に砂層が設けられており、砂層の下部に設けられている風箱１３に設置された分散板もしくは散気管などの流動化機構を介して、砂層に対して均一に一次空気が吹き込まれ、流動層１２が形成される。流動層１２には、脱水された下水汚泥が、定量フィーダ１１により供給される。そして、流動層１２では、砂層と一緒に流動循環しながら安定した状態で一次燃焼が促進される。
【００１６】
ここで、流動層１２の砂層温度は、７００℃以下となるように制御される。また、一次空気は、６００℃以上（好ましくは７００℃以上、更に好ましくは８００℃程度）の高温に保持された状態で吹き込まれる。また、流動層１２では、空気比が０．９〜１．６の範囲内（好ましくは１．１〜１．５の範囲内、更に好ましくは１．４程度）に維持されて焼却処理が行われる。これにより、流動層１２には、高温となった一次空気が吹き込まれるため、砂層温度の安定性がよく、従来よりも砂層温度を低めに設定することができる。従って、砂層の目標温度を一次空気よりも低めに設定することにより、砂層温度保持のために用いていた外部燃料を削減することができる。
【００１７】
尚、一次空気を高温にするには、砂層に吹き込まれる前に、後述する空気予熱器２０による排ガスとの熱交換により６００〜６５０℃程度に加熱する方法、後述する空気予熱器２０による排ガスとの熱交換により６００〜６５０℃程度に加熱した後に更に燃焼器３０によって８００℃に加熱する方法が考えられる。
燃焼器３０では、バーナにより外部燃料を燃焼させた燃焼熱との熱交換により一次空気を加熱する方法や、バーナにより外部燃料を燃焼させた炎を直接一次空気に当てて加熱する方法が考えられる。前者は、Ｏ2を消費しない点で、後者は、一次空気をより高温に加熱できる点で優れている。後者は、バーナにより一次空気中のＯ2濃度が減少するが、一次空気を６００℃以上に加熱して用いる本発明では、一次空気中のＯ2濃度が多少減少したとしても炉の安定操業が可能であるため、一次空気をより高温に加熱できる後者の方が好ましい。
【００１８】
また、流動層１２内に外部燃料を投入する場合と、一次空気を外部燃料によって加熱する場合とを比較すると、流動層１２内に外部燃料を投入する場合は、外部燃料が流動層炉１０内で常に完全に燃焼するわけではなく、その一部は流動層下流の二次燃焼室１０Ｂで燃焼して熱に変換する。一方、一次空気を外部燃料によって直接燃焼加熱する場合は、外部燃料による熱量は一次空気が流動層１２に吹き込まれるまでに全て熱に変換されている。従って、従来技術よりも流動層１２内に投入する外部燃料を削減して、一次空気の加熱に外部燃料を使用する本実施形態が、流動層炉システム１００自体の効率が良いことが分かる。
【００１９】
ここで、図２に基づいて、必要となる外部熱量と、一次空気温度及び砂層温度と、を比較して行った実験結果について説明する。図２では、必要となる外部熱量の示す指標、即ち、汚泥処理量あたりの外部燃料熱を、｛（投入する外部熱量＋空気持込顕熱）／処理する下水汚泥量｝とし、８００ｋｃａｌ／ｋｇ、７００ｋｃａｌ／ｋｇ、６００ｋｃａｌ／ｋｇ、５００ｋｃａｌ／ｋｇと順に必要となる外部熱量が少ないことを意味する４パターンについて実験を行った。ここで、空気持込顕熱とは、流動層に吹き込まれる一次空気の顕熱のことである。また、実験における流動層炉の砂層を３００ｍｍとした。尚、図２中、運転限界砂層温度曲線は、安定して流動層炉を運転することができる限界を示す曲線である。
図２に示すように、４パターンの実験データを比較すると、砂層温度が低く、一次空気温度は高くなるほど外部燃料の削減量が増えることがわかり、また、一次空気温度が６００℃以上、砂層温度が７００℃以下となる範囲において、必要となる外部熱量が少ない６００ｋｃａｌ／ｋｇ、５００ｋｃａｌ／ｋｇのパターンが含まれることがわかる。従って、当該範囲内において、流動層１２内での下水汚泥の乾燥・加熱が促進されることにより、流動層１２内での下水汚泥の燃焼状態が改善し、下水汚泥の燃焼によって砂層に与えられる熱量が増加しているのが分かる。
【００２０】
一方、二次燃焼部１０Ｂでは、一次燃焼部１０Ａと二次燃焼部１０Ｂとの境界に配置された二次空気ノズルを介して、二次空気が炉内に吹き込まれ、一次燃焼部１０Ａで燃焼しきれなかった未燃分と下水汚泥から揮発した燃焼性ガスを確実に燃焼する。ここで、二次空気は、５００〜９００℃に保持された状態で吹き込まれる。より詳細には、二次空気は、炉内に吹き込まれる前に、後述する空気予熱器２０による排ガスとの熱交換により加熱する他、更に燃焼器３０によって加熱することが好ましい。
これは、上述の通り流動層１２の温度を従来よりも低めに設定する分、一次燃焼室１０Ａの未燃分が二次燃焼室１０Ｂに多く導入されて、従来技術よりも局所的に高温となる箇所が現れて、前駆物質の存在とあいまって、ＮＯｘが生成しやすくなるが、高温の二次空気を吹き込んで二次燃焼部１０Ｂの温度を高めに設定することにより、ＣＯ消費や温暖化係数の高いＮ2Ｏの抑制ができるからである。
【００２１】
そして、流動層炉１０で発生した排ガスは、流動層炉１０の上部の二次燃焼部１０Ｂから回収され、空気予熱器２０において熱交換が行われる。空気予熱器２０による熱交換では、上述した通り、回収された排ガスの熱により、流動層炉１０に吹き込まれる一次空気や二次空気が加熱される。
【００２２】
空気予熱器２０において熱交換が行われた排ガスは、次に、白防空気予熱器４０において、白煙を防止するために排ガスと混合する空気を予熱する。
そして、冷却塔５０において冷却して煤塵を除去するとともにダイオキシン類の再発生を防止した後に、バグフィルタ５１にて、煤塵の除去を更に行うとともに、ダイオキシン類の除去が行われる。尚、除去された煤塵やダイオキシン類は、灰ホッパ５２及び灰加湿器５３に送られる。そして、下水汚泥には硫黄分が多く含まれているため、排煙処理塔６０において、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を苛性ソーダ（ＮａＯＨ）による湿式処理で除去する。
以上により、煤塵、ダイオキシン類、硫黄酸化物等が除去された排ガスは、誘引ファン７１により煙突７０に送られる。
【００２３】
このように、本実施形態に係る流動層炉の燃焼方法を適用した流動層炉システム１００では、流動層１２内での下水汚泥の乾燥・加熱が促進されることにより、流動層１２内での下水汚泥の燃焼状態が改善し、下水汚泥の燃焼によって砂層に与えられる熱量が増加する。その結果、流動層１２の砂層温度維持のために必要に応じて投入する外部熱量を減少することができ、流動層炉１０の省エネルギーを実現することができる。
【００２４】
また、本実施形態に係る流動層炉の燃焼方法を適用した流動層炉システム１００では、二次燃焼室１０Ｂの温度が適切な温度範囲に設定され、流動層１２の砂層温度を従来技術よりも低めに設定した分、従来技術よりも多く流動層１２から二次燃焼室１０Ｂに導入される未燃分を完全燃焼させる。その結果、窒素酸化物を抑制することができ、環境適合性をも実現することができる。
【００２５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。
【００２６】
上述の実施形態では、下水汚泥を低質廃棄物として流動層炉において焼却する際の、流動層炉の燃焼方法を想定したが、それに限らない。低質廃棄物は、水分の多い廃棄物であれば良く、例えば、コーヒーかす等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る燃焼方法を適用した流動層炉システムの概略図である。
【図２】必要となる外部熱量と、一次空気温度及び砂層温度と、の関係を表した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    流動層炉
１２    流動層
２０    空気予熱器
３０    燃焼器
１００  流動層炉システム
【図１】
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【図２】
2005164105.tif 000004