(57)【要約】【課題】  ごみ焼却炉等から排出される燃焼排ガス内の亜酸化窒素や窒素酸化物の量をより経済的に安定して、しかも大幅に削減できるようにする。【課題を解決するための手段】  有機性廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却炉の燃焼室内へ水素ガスを吹込み、燃焼ガスを高温燃焼させることにより燃焼排ガス内の亜酸化窒素及び窒素酸化物の含有量を削減させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却炉の燃焼室内へ水素ガスを吹込み、燃焼ガスを高温燃焼させることにより燃焼排ガス内の亜酸化窒素及び窒素酸化物の含有量を削減させることを特徴とする温暖化ガスの排出を抑制した廃棄物の燃焼方法。
【請求項２】
有機性廃棄物の水素発酵処理により発生させた水素ガスを燃焼室内へ吹込みするようにした請求項１に記載の温暖化ガスの排出を抑制した廃棄物の燃焼方法。
【請求項３】
廃棄物焼却炉を流動層型焼却炉とすると共に、２次燃焼空気の供給位置より下方の流動層近傍の燃焼室内へ水素ガスを吹込む構成とした請求項１又は請求項２に記載の温暖化ガスの排出を抑制した廃棄物の燃焼方法。
【請求項４】
廃棄物焼却炉をストーカ型焼却炉とすると共に、２次燃焼空気の供給位置より下方のストーカ近傍の燃焼室内へ水素ガスを吹込む構成とした請求項１又は請求項２に記載の温暖化ガスの排出を抑制した廃棄物の燃焼方法。
【請求項５】
水素ガスの一部を２次燃焼室内へ同時に供給するようにした請求項３又は請求項４に記載の温暖化ガスの排出を抑制した廃棄物の燃焼方法。
【請求項６】
汚泥を水素発酵処理して水素発酵ガスを発生させる水素発酵槽と、前記水素発酵ガスから水素ガスを分離させる水素ガス分離装置と、前記分離した水素ガスを貯留する水素ガス貯留槽と、前記水素発酵槽から取り出した水素発酵残渣から液分を除去処理する固液分離装置と、前記固液分離装置により処理した水素発酵残渣の固形分を焼却すると共に、当該固形分を燃焼中の燃焼室内へ前記水素ガス貯留槽から供給した水素ガスを吸込みする廃棄物焼却炉とから構成したことを特徴とする温暖化ガスの排出を抑制した廃棄物の燃焼装置。
【請求項７】
廃棄物燃焼炉を循環流動層焼却炉や流動層焼却炉又はストーカ型焼却炉とした請求項６に記載の温暖化ガスの排出を抑制した廃棄物の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥や都市ごみ等の有機性廃棄物の燃焼処理に利用されるものであり、地球温暖化ガスの一種である亜酸化窒素の発生を抑制することを可能とした廃棄物の燃焼処理方法とこれに用いる燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥や都市ごみ等の廃棄物の燃焼処理に際しては、炭酸ガスと同様に地球温暖化をもたらす亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）の生成が不可避であり、特に当該亜酸化窒素は温暖化効果が炭酸ガスの約３００倍程度と高いうえ、フロンガスと同様にオゾン層の破壊をもたらすため、その発生量の抑制が地球環境を保全する上で重要な課題となっている。
【０００３】
そのため、これ迄にも各種の亜酸化窒素の発生を抑制するための技術が開発されている。
例えば、（イ）亜酸化窒素の排出特性が廃棄物の燃焼温度に大きく依存し、約１３００℃程度の高温燃焼時には殆ど生成されないが、約７００℃〜９００℃程度の低温燃焼時には生成量が増大すると云う点に着目し、プロパンや微粉炭等を燃料とするバーナを用いて燃焼排ガスを高温燃焼させることにより、亜酸化窒素の発生を抑制する方法（特開平３−２３６５１０号等）、（ロ）微粉炭コークス、活性炭、低揮発炭等の低揮発性炭素材を流動床式燃焼装置のフリーボード部内方へ供給し、炭素材による還元反応により亜酸化窒素を還元して外部への排出量を低減させる方法（特許第３０５８０１９号等）、（ハ）Ｆｅ2Ｏ3、ＣOＯ、アルミナ等の亜酸化窒素の除去触媒を用い、所謂触媒反応を利用して燃焼排ガス内から亜酸化窒素成分を除去する方法（特開２００１−３１７７２４等）が知られている。
【０００４】
しかし、前記（イ）の方法には、バーナ用燃料に化石燃料を使用すると化石燃料中の揮発分から炭酸ガスやＮＯXが発生し、亜酸化窒素以外の有害成分が増加すると云う基本的な問題が存在する。
また、前記（ロ）の方法には、フリーボード部へ炭素材を供給するため必然的に飛灰量が増加し、下流側の集塵装置の大型化が避けられないうえ、炭素材の供給量が過剰になると、捕集飛灰の熱灼減量が増加すると云う問題がある。
更に、前記（ハ）の方法には、燃焼排ガス内の硫黄酸化物や塩化水素等によって亜酸化窒素除去触媒が被毒し、触媒活性が早期に低下するため、亜酸化窒素除去触媒のランニングコストが高騰する等の問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２３６５１０号
【特許文献２】特許３０５８０１９号
【特許文献３】特開平５−５２３１６号
【特許文献４】特開２００１−３１７７２４号
【特許文献５】特開２００１−３１７７２５号
【特許文献６】特開２００２−１５３７３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、廃棄物等の燃焼処理時に生じた燃焼排ガス内の亜酸化窒素の低減技術に於ける上述の如き問題、即ち燃焼排ガスをバーナ加熱する場合には、助燃料に起因するＣＯ2やＮＯXの発生があること、炭素材を燃焼排ガス内へ供給する場合には、飛灰量の増加や熱灼減量の増加、集塵装置の大型化を来たすこと及び亜酸化窒素除去触媒を利用する場合には、被毒による触媒活性の低下が激しいこと、等の問題を一挙に解決せんとするものであり、ＣＯ2やＮＯXの増加を招くことなしに燃焼排ガス内の亜酸化窒素の含有量を確実に低減させることができ、しかも飛灰の増加や除塵装置の大型化等を招かないようにした、温暖化ガスの排出を抑制する廃棄物の燃焼方法を提供することを発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、有機性廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却部の燃焼室内へ水素ガスを吹込み、燃焼ガスを高温燃焼させることにより燃焼排ガス内の亜酸化窒素及び窒素酸化物の含有量を削減させることを発明の基本構成とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、有機性廃棄物の水素発酵処理により発生させた水素ガスを燃焼室内へ吹込みするようにしたものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、廃棄物焼却炉を流動層型焼却炉とすると共に、２次燃焼空気の供給位置より下方の流動層近傍の燃焼室内へ水素ガスを吹込むようにしたものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、廃棄物焼却炉をストーカ型焼却炉とすると共に、２次燃焼空気の供給位置より下方のストーカ近傍の燃焼室内へ水素ガスを吹込むようにしたものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４の発明に於いて、水素ガスの一部を２次燃焼室内へ同時に供給するようにしたものである。
【００１２】
請求項６の発明は、汚泥を水素発酵処理して水素発酵ガスを発生させる水素発酵槽と、前記水素発酵ガスから水素ガスを分離させる水素ガス分離装置と、前記分離した水素ガスを貯留する水素ガス貯留槽と、前記水素発酵槽から取り出した水素発酵残渣から液分を除去処理する固液分離装置と、前記固液分離装置により処理した水素発酵残渣の固形分を焼却すると共に、当該固形分を燃焼中の燃焼室内へ前記水素ガス貯留槽から供給した水素ガスを吸込みする廃棄物焼却炉とを発明の基本構成とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６の発明に於いて、廃棄物燃焼炉を循環流動層焼却炉や流動層型焼却炉又はストーカ型焼却炉としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明においては、廃棄物焼却炉の燃焼室内へ水素ガスを吹込み、これを助燃体として２次燃焼室内で燃焼ガスを高温燃焼させるようにしている。その結果、亜酸化窒素と窒素酸化物が高温下で効率よく熱分解され、その濃度が削減されることになる。
【００１５】
本願発明においては、燃焼ガスの２次燃焼の前にその内部へ還元力の強い水素ガスを吹込むようにしているため、２次燃焼室の下方領域に高温の還元域が形成される。その結果、亜酸化窒素と窒素酸化物とが効率よく還元分解され、その排出量が削減される。
【００１６】
吸込みする水素ガスを有機性廃棄物の水素発酵処理により発生させた水素とした場合、水素ガス内にメタンガス等が混入する場合がある。しかし、焼却処理を行なうために、メタンガスの存在は問題を生じない。その結果、汚泥の水素発酵ガスを吹込み用水素ガスとして利用することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本願方法発明を適用した廃棄物処理装置Ａのブロック構成図を示すものであり、図１に於いて、１は水素発酵槽、２は水素ガス分離装置、３は水素ガス貯留槽、４は固液分離装置、５は廃棄物焼却炉、６は廃熱回収装置、７はガス浄化処理装置である。
【００１８】
また、図１に於いて、Ｄは被処理物（廃棄物）である汚泥、Ｈ2’は水素発酵ガス、Ｈ2は水素ガス、ＤOは水素発酵残渣、ＷOは水素発酵残渣分離水、Ｄ1は水素発酵残渣固形分、Ｃは焼却残渣（焼却灰）、Ｇは燃焼排ガス、ＧOは排出ガスである。
【００１９】
前記水素発酵槽１は、汚泥Ｄを嫌気性水素発酵させることにより水素発酵ガスＨ2’を発生させるものであり、水素生成菌を優占化した微生物群による反応系を主体として構成されている。尚、水素発酵槽へ投入される汚泥Ｄには、前処理として可溶化処理等をしておくのが望ましい。前記水素発酵槽１から取り出しされた水素発酵ガスＨ2’は、水素と炭酸ガスを主体とする混合ガスであり、これに微量のメタンガス及び硫化水素ガスが含まれる場合もある。
【００２０】
水素ガス分離装置２は、ガス分離膜装置やガス洗浄装置等から構成されており、前記水素発酵槽１から抜き出された水素発酵ガスＨ2’は、水素ガス分離装置２へ導入されることにより、水素ガスＨ2と炭酸ガス等を主体とする他の混合ガスとに分離される。尚、分離回収した水素ガスＨ2内にメタンガスが混入していても問題のないことは勿論である。
【００２１】
分離回収された水素ガスＨ2（又はメタンガスが混入した水素ガスＨ2）は、一旦水素ガス貯留槽３へ貯留され、ここから後述する廃棄物焼却炉へ所定の流量で供給される。また、水素発酵槽１により取り出された水素発酵ガスＨ2’の性状によっては、水素ガス分離装置２を経ずに水素ガス貯留層３に貯留し、廃棄物焼却炉５へ投入することも可能である。
【００２２】
一方、水素発酵槽１で発酵処理された後の水素発酵残渣ＤOは固液分離装置４へ搬入され、ここで所謂固液分離が行なわれる。
そして、分離された水素発酵残渣の固形分Ｄ1は廃棄物焼却炉６へ搬入され、ここで順次焼却処理される。
また、水素発酵残渣からの分離水ＷOは、その内部に有機酸が含まれているため、貯留槽（図示省略）に貯留されたあと、排水の脱窒素処理に供すこともできる。
【００２３】
廃棄物焼却炉５としては公知の流動層炉や循環流動層炉（以下、流動層型焼却炉と呼ぶ）及びストーカ炉が多く使用され、本実施例では流動層炉が使用されている。
即ち、流動層型焼却炉は周知の如く、流動用媒体と一次燃焼空気とから成る流動層内へ被燃焼物（水素発酵残渣の固形物である汚泥）Ｄ1を供給することにより、被燃焼物Ｄ1を所謂流動燃焼させると共に、発生した未燃ガス等を含む燃焼排ガスを流動層の上方部に形成したフリーボード部で２次燃焼させ、２次燃焼させた後の燃焼排ガス（又は燃焼排ガスと流動媒体等の固形物）をフリーボード部の最上部から外部へ引き出すように構成されている。
【００２４】
本発明に於いては、図２に示すように前記廃棄物焼却炉５の流動層８の上方部、即ちフリーボード部１０の下方部に対応する燃焼室９内へ、水素吸込みノズル１１を通して前記水素ガス貯留槽３からの水素ガスＨ2が吹出される。
尚、図２において１２は２次燃焼室１０内へ２次燃焼用空気を供給する２次燃焼用空気ノズルである。
【００２５】
前記水素ガス吸込みノズル１１から燃焼室９内へ水素ガスＨ2を吹込むことにより、燃焼室９の部分に温度が５００℃〜８００℃の高温の還元域が形成されることになり、亜酸化窒素Ｎ2Ｏ及び窒素酸化物ＮＯXの両方が所謂還元分解されることになる。
【００２６】
また、噴出された水素ガスは燃焼ガスＧ’と共に２次燃焼室１０へ上昇し、ここで２次燃焼空気ａ2が供給されることにより、水素ガスＨ2と燃焼ガスＧ’内の未燃焼ガスとが高温燃焼をすることにより、２次燃焼室１０内の温度が約１０００℃以上に上昇する。これによりＮ2Ｏ及びＮＯXの高熱分解がより促進されることになり、亜酸化窒素及び窒素酸化物が削減されることになる。
【００２７】
尚、上記図２の実施例においては、２次燃焼室１０の下方部の燃焼室９内へのみ水素ガスＨ2を供給するようにしているが、２次燃焼室１０内へ水素ガスＨ2を同時に噴出するようにしてもよい。
【００２８】
図３は、廃棄物焼却炉５としてストーカ型焼却炉を使用した場合の水素ガスＨ2の吹込み位置の一例を示すものであり、前記図２の場合と同様に燃焼室９内へＨ2ガスを噴射する構成としている。尚、２次燃焼室１０の部分へＨ2ガスの一部を同時に噴射するようにしてもよいことは勿論である。
【００２９】
尚、前記図１の実施形態に於いては、汚泥の水素発酵処理により得た水素ガスＨ2を廃棄物焼却炉５内へ吹込みする構成としているが、使用する水素ガスＨ2はその製造過程が如何なるものであってもよいことは勿論である。
【００３０】
また、前記図１乃至図３の実施形態では、水素ガスＨ2を温度が３００〜５００℃の燃焼ガスの領域内へ噴出し、燃焼ガス雰囲気を還元域にすることにより、水素の強い還元力を利用して亜酸化窒素Ｎ2Ｏと窒素酸化物ＮＯXを還元分解させると共に、水素ガスＨ2を含有した燃焼ガスを２次燃焼させることにより燃焼排ガスの温度を約１０００℃以上に上昇させて亜酸化窒素Ｎ2Ｏや窒素酸化物ＮＯXを高温熱分解させる構成としているが、上記還元分解か若しくは高温熱分解の何れか一方のみを利用することも可能である。
【００３１】
例えば、燃焼排ガスＧの排出用ダクト系の適宜箇所（排ガスＧの温度が３００〜５００℃以上の箇所）へ水素ガスＨ2を吹込み、水素ガスの還元力を利用して燃焼排ガスＧ内の亜酸化窒素Ｎ2Ｏを還元分解させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、廃棄物を焼却処理するごみ焼却炉、例えば循環流動層型ごみ焼却炉や流動層ごみ焼却炉、ストーカ型ごみ焼却炉等の亜酸化窒素Ｎ2Ｏを含有する燃焼排ガスを排出する燃焼装置へ主に適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を実施した廃棄物処理装置のブロック構成図を示すものである。
【図２】流動層廃棄物焼却炉を用いた場合の水素ガス吹込み位置の一例を示す説明図である。
【図３】ストーカ型廃棄物焼却炉を用いた場合の水素ガス吹込み位置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａは廃棄物処理装置
Ｄは被処理物（汚泥）
Ｈ2’は水素発酵ガス
Ｈ2は水素ガス
ＤOは水素発酵残渣
ＷOは水素発酵残渣からの分離水
Ｄ1は水素発酵残渣の固形分
Ｃは燃焼残渣（焼却灰）
Ｇ’は燃焼ガス
Ｇは燃焼排ガス
ＧOは排出ガス
ａ2は２次燃焼空気
１は水素発酵槽
２は水素ガス分離装置
３は水素ガス貯留槽
４は固液分離装置
５は廃棄物焼却炉（流動層炉、循環流動層炉、ストーカ炉等）
６は廃熱回収装置
７はガス浄化処理装置
８は流動層
９は燃焼室
１０はフリーボード部（２次燃焼部）
１１は水素吹込みノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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