(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を流動媒体と混合して燃焼し、燃焼排ガスを生成するライザと、
前記燃焼排ガスから前記流動媒体を捕集し、前記燃焼排ガスを煙道に排出するととともに、前記流動媒体を前記ライザに戻すサイクロンとを備える循環型流動層炉の運転方法であって、
前記ライザ内に、第１脱硫材を供給する工程と、
前記ライザ内に、第２脱硫材を供給する工程と、
を具備し、
前記第１脱硫材の粒子径は、前記サイクロンにて前記煙道側に排出されるような粒子径であり、
前記第２脱硫材の粒子径は、前記サイクロンにて捕集されるような粒子径であることを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
前記第１脱硫材の平均粒子径は、前記サイクロンの限界粒子径よりも小さいことを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
前記第２脱硫材の平均粒子径は、前記サイクロンの限界粒子径よりも大きいことを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
前記第１脱硫材及び前記第２脱硫材は、それぞれ、Ｃａ化合物を含んでいることを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項５】
請求項４に記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
前記Ｃａ化合物は、石灰石（ＣａＣＯ３）であることを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
更に、
前記ライザの上部と下部における差圧を測定する工程と、
前記差圧が一定となるように、前記第２脱硫材の前記ライザへの投入量を制御する工程と、
を具備することを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項７】
請求項６に記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
更に、
前記差圧を測定する工程による測定結果に基づいて、前記流動媒体を引き抜く工程と、
を具備することを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
前記投入量を制御する工程は、炉の入口におけるＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となるように、前記第１脱硫材及び前記第２脱硫材の投入量を制御する工程を備えていることを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
更に、
前記燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を測定する工程と、
前記燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて、前記ライザ内における前記廃棄物の燃焼のし易さを制御する工程と、
を具備することを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項１０】
請求項９に記載された循環型流動層炉の運転方法であって、
更に、
前記ライザ内に充填された前記流動媒体が流動化して得られる流動層内に、燃焼用の空気を一次空気として供給する工程と、
前記ライザ内における前記流動層の上方に形成されるフリーボード内に、燃焼用の空気を二次空気として供給する工程と、
を具備し、
前記燃焼のし易さを制御する工程は、前記一次空気と前記二次空気との供給比率を制御することを特徴とする
循環型流動層炉の運転方法。
【請求項１１】
廃棄物を流動媒体と混合して燃焼し、燃焼排ガスを生成するライザと、
前記燃焼排ガスから前記流動媒体を捕集し、前記燃焼排ガスを煙道に排出するととともに、前記流動媒体を前記ライザに戻すサイクロンと、
前記ライザ内に、第１脱硫材を供給する第１脱硫材供給機構と、
前記ライザ内に、第２脱硫材を供給する第２脱硫材供給機構と、
を具備し、
前記第１脱硫材の粒子径は、前記サイクロンにて前記煙道側に排出されるような粒子径であり、
前記第２脱硫材の粒子径は、前記サイクロンにて捕集されるような粒子径であることを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１２】
請求項１１に記載された循環型流動層炉であって、
前記第１脱硫材の平均粒子径は、前記サイクロンの限界粒子径よりも小さいことを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載された循環型流動層炉であって、
前記第２脱硫材の平均粒子径は、前記サイクロンの限界粒子径よりも大きいことを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載された循環型流動層炉であって、
前記第１脱硫材及び前記第２脱硫材は、それぞれ、Ｃａ化合物を含んでいることを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれかに記載された循環型流動層炉であって、
更に、
前記ライザの上部と下部における差圧を測定する差圧測定機構、
を具備し、
前記第２脱硫材供給機構は、前記差圧が一定となるように、前記第２脱硫材の前記ライザへの投入量を制御することを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１６】
請求項１５に記載された循環型流動層炉であって、
更に、
前記差圧測定機構による測定結果に基づいて、前記流動媒体を引き抜く流動媒体引き抜き機構、
を具備することを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載された循環型流動層炉であって、
前記第１脱硫材供給機構及び前記第２脱硫材供給機構は、炉の入口におけるＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となるように、前記第１脱硫材及び前記第２脱硫材の投入量を制御することを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１８】
請求項１１乃至１７のいずれかに記載された循環型流動層炉であって、
更に、
前記燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を測定する濃度測定機構と、
前記燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて、前記ライザ内における前記廃棄物の燃焼のし易さを制御する燃焼制御機構と、
を具備することを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項１９】
請求項１８に記載された循環型流動層炉であって、
更に、
前記燃焼制御機構は、
前記ライザ内に充填された前記流動媒体が流動化して得られる流動層内に、燃焼用の空気を一次空気として供給し、前記ライザ内における前記流動層の上方に形成されるフリーボード内に、燃焼用の空気を二次空気として供給し、前記一次空気と前記二次空気との供給比率を制御することにより、前記廃棄物の燃焼のし易さを制御することを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項２０】
請求項１１乃至１９のいずれかに記載された循環型流動層炉であって、
前記第１脱硫材供給機構と前記第２脱硫材供給機構とは、別々の投入口から、脱硫材の供給を行うことを特徴とする
循環型流動層炉。
【請求項２１】
請求項１１乃至１９のいずれかに記載された循環型流動層炉であって、
前記第１脱硫材供給機構と前記第２脱硫材供給機構とは、共通の投入口から、脱硫材の供給を行うことを特徴とする
循環型流動層炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥、都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物を焼却処理する循環型流動層炉及び該循環型流動層炉を備えたシステムに関し、特に、炉内に脱硫材を投入して脱硫反応及び脱塩反応を行なう循環型流動層炉及び該循環型流動層炉を備えたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物の燃焼処理において、循環型流動層炉が広く用いられている。循環型流動層炉は、ライザ底部から導入する一次空気により廃棄物と流動媒体とを混合しながら燃焼して飛散させ、該飛散した流動媒体を二次空気の導入によりフリーボードへ同伴して排ガス中の未燃分を完全燃焼させ、燃焼排ガスからサイクロンにより流動媒体を分離し、ライザに返送して流動媒体を循環利用するものである。このような循環型流動層炉は、廃棄物を瞬時に乾燥、焼却できるものであり、これにより流動媒体を高温に維持して連続燃焼を可能としている。また、流動媒体が保有する熱容量が非常に大きいため、停止時の放熱が少なく間欠運転にも適しており、さらに流動媒体の熱伝導率が大きいため、下水汚泥のような含水率の高い被処理物にも好適に用いられる。
【０００３】
上記したような廃棄物には硫黄成分を含有するものがあり、循環型流動層炉で燃焼処理をする際にＳＯ２等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生する場合がある。硫黄酸化物を含む排ガスは、大気汚染、酸性雨の原因となりまた人体にも有害であることから、これを除去するために脱硫を行う必要がある。
脱硫法には、湿式法、半乾式法、乾式法があり、従来より多く用いられている方法として、湿式法の一つである洗煙塔（スクラバ）がある。スクラバは、アルカリ剤が添加された洗浄水を燃焼排ガスに散布して、ＳＯｘを始めとする酸性ガスを中和して処理するものである。しかし、スクラバは、アルカリ剤として苛性ソーダ（ＮａＯＨ）が多く使用されるが、薬剤コストが高価である上、メンテナンスにも費用がかかる。また、スクラバは、水が十分に確保でき、且つ廃水処理費用のかからない場所に限られていた。さらに、スクラバまで排ガス中のＳＯｘ濃度が高いため、煙道中で露点以下になると腐食を起こし易くなるという問題があった。
【０００４】
一方、乾式法の一つに、炉内に脱硫材を直接吹き込む炉内脱硫法がある。炉内脱硫法は、設備の改造が簡単であり、水を使用しないなど簡便な方法として広く用いられている。脱硫材として最も多く用いられているのは、Ｃａ系の固体脱硫材である石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）、ドロマイト（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）などである。一般的な炉内脱硫においては、流動媒体とほぼ同じ粒子径の脱硫材を使用し、炉内に投入した脱硫材を、流動媒体とともに循環させることにより滞留時間を確保し、脱硫効率の向上を図っていた。
このような炉内脱硫を行なう循環型流動層炉は、特許文献１（特開２００２−１３０６３７号公報）等に開示されている。
また、特許文献２（特許第３７９０４３１号公報）には、炉内に脱硫材が２Ｃａ／Ｓ当量比以上となるように投入して炉内脱硫を行なう装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３０６３７号公報
【特許文献２】特許第３７９０４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、塩素を含む廃棄物に従来の炉内脱硫を適用した場合、脱硫材により一部は脱塩反応するものの、排ガス又は飛灰中のＨＣｌを十分に除去することはできなかった。従って、脱塩のために煙道に消石灰を吹き込む必要があったが、薬剤が石灰石と消石灰の２種類必要となり、コスト増大に加えて取り扱いが煩わしいという問題が残る。
また、脱硫材を流動媒体とともに循環利用すると、脱硫材が蓄積していき、炉内の循環粒子が増加して炉内圧が上昇してしまう。これにより、頻繁に流動媒体を抜き出さなければならなくなり、また増加した循環粒子を吹き上げるための空気を供給するブロワ容量を大きくしなければならなかった。
【０００７】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、炉内脱硫により脱硫とともに十分な脱塩効率を得ることができ、また簡便に且つ低コストで脱硫と脱塩を行なうことを可能とした循環型流動層炉及び該循環型流動層炉を備えた処理システム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】
【０００８】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、塩素分を含有する廃棄物を流動媒体と混合して燃焼させ、サイクロンにより燃焼排ガスから流動媒体を分離捕集して循環利用するとともに、Ｃａ化合物の粉体からなる脱硫材を投入して炉内脱硫を行なう循環型流動層炉において、
前記脱硫材の最大粒子径が１００μｍ以下であり、
前記サイクロンが、前記流動媒体は捕集し、一方前記脱硫材は燃焼排ガスに同伴させて排出する粒子分離性能を有し、
前記排ガスに同伴して排出された脱硫材により、前記サイクロンから延設される煙道上で脱硫及び脱塩を行なうことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、脱硫材を燃焼排ガスに同伴させて煙道に排出することにより、煙道上で脱塩反応を促進することができ、脱塩効率を向上させることが可能である。
また、脱硫材の粒子径が１００μｍ以下と小粒径であるため、反応面積が増大し、脱硫及び脱塩の炉内反応効率が向上する。また、脱塩が促進されることにより、ダイオキシン類や塩化アンモニウムの発生を抑えることができる。
さらに、炉内にとどまる脱硫材量が減少するため、炉内圧を低く保つことができる。その結果、炉底からの流動媒体抜き出し回数を低減することが可能で、またブロワ容量を小さくすることができる。また、循環する粒子径が小さくなるため、炉内の耐火材摩耗を低減できる。さらにまた、粒子径が小さい脱硫材は、大きい脱硫材よりも安価であるため、コスト低減が図れる。
【００１０】
また、前記サイクロンは、粒子径１５０μｍ以上の粒子を捕集する粒子分離性能を有することを特徴とする。
一般的に流動媒体の粒子径は２００μｍ程度であるため、サイクロンにて確実にこれを捕集するとともに、１００μｍ以下の脱硫材のみを燃焼排ガスに同伴させて排出することが可能となる。
【００１１】
さらに、前記脱硫材の投入量は、炉の入口におけるＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となる投入量としたことを特徴とする。
このように、脱硫材の投入量を、炉の入口におけるＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となる投入量とすることにより、サイクロンから排出される未反応のＣａ分とＨＣｌを十分に反応させ、高い脱塩効率を得ることができる。
【００１２】
さらにまた、前記脱硫材は、前記廃棄物と混合されて炉内に投入されることを特徴とする。
これにより、小粒径の脱硫材であっても該脱硫材を確実に炉下部に供給でき、十分な滞留時間を稼ぐことが可能となり、延いては脱硫効率、脱塩効率を向上させることが可能となる。また、混合が最も激しい炉下部で反応が起こることも脱硫効率向上に寄与することとなる。
【００１３】
また、前記循環型流動層炉と、該循環型流動層炉のサイクロンから延設される煙道上に設置された排ガス処理設備とを備え、該排ガス処理設備は少なくとも前記燃焼排ガス中の飛灰を捕集する除塵装置を有する処理システムにおいて、
前記除塵装置が、バグフィルタ若しくはセラミックフィルタを含むフィルタ式除塵装置であることを特徴とする。
これにより小粒径脱硫材がこのフィルタ式除塵装置で補足されることで、より効率的に脱塩反応を起こすことが可能となる。さらに好適には、フィルタ式除塵装置の差圧を管理し、フィルタに堆積するケーキ層を厚く維持するとよく、これにより該ケーキ層に保持される脱硫材により脱塩反応がより一層促進される。
【００１４】
本発明に係る循環型流動層炉の運転方法は、廃棄物を流動媒体と混合して燃焼し、燃焼排ガスを生成するライザと、前記燃焼排ガスから前記流動媒体を捕集し、前記燃焼排ガスを煙道に排出するととともに、前記流動媒体を前記ライザに戻すサイクロンとを備える循環型流動層炉の運転方法である。この運転方法は、前記ライザ内に、第１脱硫材を供給する工程を具備する。前記第１脱硫材の粒子径は、前記サイクロンにて前記煙道側に排出されるような粒子径である。
【００１５】
この発明によれば、第１脱硫材は、燃焼排ガスと共に、サイクロンによって煙道側に排出される。これにより、煙道側において、燃焼排ガスを第１脱硫材によって脱塩することができる。
【００１６】
本発明に係る循環型流動層炉は、廃棄物を流動媒体と混合して燃焼し、燃焼排ガスを生成するライザと、前記燃焼排ガスから前記流動媒体を捕集し、前記燃焼排ガスを煙道に排出するととともに、前記流動媒体を前記ライザに戻すサイクロンと、前記ライザ内に、第１脱硫材を供給する第１脱硫材供給機構とを具備する。前記第１脱硫材の粒子径は、前記サイクロンにて前記煙道側に排出されるような粒子径である。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のごとく本発明によれば、脱硫材を燃焼排ガスに同伴させて煙道に排出することにより、煙道上で脱塩反応を促進することができ、脱塩効率を向上させることが可能である。また、脱硫材の粒子径が１００μｍ以下と小粒径であるため、反応面積が増大し、脱硫及び脱塩の炉内反応効率が向上する。
さらに、炉内にとどまる脱硫材量が減少するため炉内圧を低く保つことができ、炉底からの流動媒体抜き出し回数を低減することが可能で、またブロワ容量を小さくすることができる。さらにまた、粒子径が小さい脱硫材は、大きい脱硫材よりも安価であるため、コスト低減が図れる。
【００１８】
また、サイクロンが、粒子径１５０μｍ以上の粒子を捕集する粒子分離性能を有することにより、確実に流動媒体を捕集するとともに、１００μｍ以下の脱硫材のみを燃焼排ガスに同伴させて排出することが可能となる。
さらに、脱硫材の投入量を、Ｃａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となる投入量とすることにより、サイクロンから排出される未反応のＣａ分とＨＣｌを十分に反応させ、高い脱塩効率を得ることができる。
さらにまた、脱硫材を、予め廃棄物と混合して炉内に投入することにより、小粒径の脱硫材であっても該脱硫材を確実に炉下部に供給でき、十分な滞留時間を稼ぐことが可能となる。
また、排ガス処理設備の除塵装置をフィルタ式とすることにより、小粒径脱硫材がフィルタ式除塵装置で補足されることで、より効率的に脱塩反応を起こすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例に係る循環型流動層炉を備えたシステムの全体構成図である。
【図２】本発明の実施例の応用例を示す循環型流動層炉を備えたシステムの全体構成図である。
【図３】脱硫材投入量に対する脱硫率と脱塩率を示すグラフである。
【図４】燃焼排ガス性状を示す図である。
【図５】脱硫材の作用を説明するための概略図である。
【図６】第２の実施例に係る循環型流動層炉を備えたシステムを示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施例）
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例の循環型流動層炉における処理対象は、塩素を含有する廃棄物であり、例えば、下水汚泥、都市ごみ、産業廃棄物等が挙げられるが、特に本実施例の循環型流動層炉は下水汚泥の処理に好適に用いられる。循環型流動層炉はこれらの廃棄物を燃焼処理するとともに、脱硫材の投入により炉内脱硫を行ない、脱硫及び脱塩を行なうようにしている。
【００２１】
図１を参照して、本実施例の循環型流動層炉及び処理システムにつき説明する。同図において、循環型流動層炉１は、炉底に充填されたけい砂等の流動媒体が流動化して得られる流動層２ａとその上方に位置するフリーボード２ｂからなるライザ２と、該ライザ２の上部に接続され、フリーボード２ｂから吹き上げられた流動媒体を捕集するとともに、流動媒体を分離した排ガスを煙道２１へ排出するサイクロン３と、ダウンカマー４を介してサイクロン３に接続され、炉内未燃ガスのサイクロン３への吹き抜けを防止するシールポット５と、シールポット５に貯留された流動媒体をライザ２に返送する流動媒体戻し管６と、を主要構成とする。
【００２２】
ライザ２の底部には一次空気導入口１１が設けられ、該一次空気導入口１１から導入される一次空気により流動媒体を流動化し、流動層２ａを形成している。該流動層２ａ上方のライザ炉壁には、二次空気導入口（図示略）が設けられ、ここから導入される二次空気によりフリーボード２ｂの筒速が維持されるとともに、燃焼排ガス中の未燃分が燃焼される。
前記ライザ２の流動層２ａ上方には、廃棄物投入手段１２が設けられる。該廃棄物投入手段１２は、廃棄物投入ホッパより受け入れた廃棄物を、供給フィーダにより適宜量ずつ炉内に投入する構成を備える。
【００２３】
また、循環型流動層炉１は、脱硫材を炉内に投入する脱硫材投入口１３と、流動媒体を投入する流動媒体投入口（図示略）を備えている。該脱硫材投入口１３及び流動媒体投入口は、流動媒体の循環系であればどこに設置してもよいが、好適には、前記脱硫材投入口１３は、ライザ２の二次空気導入口より下方側に設置する。
前記脱硫材投入口１３から炉内に投入する脱硫材は、Ｃａ化合物の粉体からなる脱硫材とする。また、該脱硫材は、最大粒子径が１００μｍ以下の脱硫材とする。脱硫材としては、例えば、石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）、ドロマイト（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）等が用いられる。
【００２４】
前記サイクロン３は、燃焼排ガスから流動媒体を分離して捕集し、一方脱硫材は排ガスに同伴させて煙道２１に排出する粒子分離性能を有する。好適には、サイクロン３は、粒子径１５０μｍ以上の粒子を捕集する粒子分離性能を有するようにする。
該サイクロン３から延設する煙道２１上には、サイクロン３で分離された燃焼排ガスを処理するための排ガス処理設備が設けられている。
前記排ガス処理設備は、空気予熱器２２と、廃熱ボイラ２３と、ガス冷却塔２４と、バグフィルタ２５とが直列に配設された構成を有する。
前記空気予熱器２２は、押込ファン１５により導入される空気とサイクロン３からの燃焼排ガスとを熱交換し、一次空気又は二次空気の予熱を行なう。前記廃熱ボイラ２３は、燃焼排ガスにより給水を加熱し、蒸気を生成する。前記ガス冷却塔２４は、冷却水との熱交換により燃焼排ガスを冷却する。前記バグフィルタ２５は、冷却された排ガス中の飛灰を捕集して除去する装置である。燃焼排ガスはバグフィルタ２５の後段に設置された誘引ファン２６により上記した排ガス処理設備を通過した後、煙突２７より系外へ排出される。
【００２５】
尚、排ガス処理設備は、上記した構成に限定されるものではなく、適宜必要とされる装置を選択して構成する。別の構成例として図２に示すように、空気予熱器２２と、廃熱ボイラ２３と、セラミックフィルタ２８とが直列に配設された構成がある。このように、本実施例に適用される排ガス処理設備は、少なくとも除塵装置（バグフィルタ２５又はセラミックフィルタ２８等）を備えた構成であればどのような構成であってもよい。
【００２６】
上記構成を備えた循環型流動層炉において、廃棄物投入手段１２により炉内に投入された廃棄物は、流動層２ａにて流動媒体と混合されて燃焼し、フリーボード２ｂにて未燃分が完全燃焼するとともに、脱硫材投入口１３から投入された脱硫材により、炉内脱硫される。炉内脱硫では、主に下記反応式（１）に示される脱硫反応によりＳＯｘが除去される。
ＳＯ２＋ＣａＯ＋１／２Ｏ２  →  ＣａＳＯ４  ・・・（１）
尚、ＣａＯは、石灰石や消石灰等の脱硫材が炉内の熱を受けて生成したものである。
また、炉内では、脱硫材により下記反応式（２）に示される脱塩反応によって、一部のＨＣｌが除去される。
２ＨＣｌ＋ＣａＯ  →  ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ  ・・・（２）
【００２７】
しかし、炉内での脱塩効率は大きくないため、燃焼排ガス又は飛灰中にＨＣｌが残存する。
そこで本実施例では、炉内に投入する脱硫材の最大粒子径を１００μｍ以下とするとともに、前記サイクロン３が、流動媒体は捕集し、一方脱硫材は燃焼排ガスに同伴させて排出する粒子分離性能を有するように構成しているため、サイクロン３にて流動媒体と分離された燃焼排ガス中に未反応の脱硫材が同伴されて煙道２１に排出される。
そして、排出された脱硫材により、煙道２１にて脱塩が行なわれる。勿論、同時に脱硫も行なわれる。脱塩は、特に温度が低くなると反応効率が向上するため、煙道２１を通過する際に殆どのＨＣｌが除去される。
【００２８】
本実施例によれば、脱硫材を燃焼排ガスに同伴させて煙道２１に排出することにより、煙道上で脱塩反応を促進することができ、脱塩効率を向上させることが可能である。
また、脱硫材の粒子径が１００μｍ以下と小粒径であるため、反応面積が増大し、脱硫及び脱塩の炉内反応効率が向上する。また、脱塩が促進されることにより、ダイオキシン類や塩化アンモニウムの発生を抑えることができる。
さらに、炉内にとどまる脱硫材量が減少するため、炉内圧を低く保つことができる。その結果、炉底からの流動媒体抜き出し回数を低減することが可能で、またブロワ（押込ファン１５）容量を小さくすることができる。さらにまた、循環する粒子の大きさが小さくなるため、炉内の耐火材摩耗を低減できる。また、粒子径が小さい脱硫材は、大きい脱硫材よりも安価であるため、コスト低減が図れる。
【００２９】
また、前記サイクロン３は、粒子径１５０μｍ以上の粒子を捕集する粒子分離性能を有することが好適である。一般的に流動媒体の粒子径は２００μｍ程度であるため、サイクロン３により確実にこれを捕集するとともに、１００μｍ以下の脱硫材のみを燃焼排ガスに同伴させて排出させることが可能となる。
【００３０】
また、前記脱硫材の投入量は、炉の入口におけるＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となる投入量とすることが好ましい。
図３に、脱硫材投入量に対する脱硫率と脱塩率を示す。このグラフに示されるように、脱硫率はＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が小さくても比較的高い値を示す。
一方、脱塩率は、Ｃａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５を境にして急激に増大している。
従って、このように脱硫材の投入量を、炉内のＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となる投入量とすることにより、サイクロンから排出される未反応のＣａ分とＨＣｌを十分に反応させ、高い脱塩効率を得ることができる。
【００３１】
また、本実施例では、排ガス処理設備の除塵装置が、バグフィルタ又はセラミックフィルタを含むフィルタ式除塵装置とすることが好ましく、これにより小粒径脱硫材がこのフィルタ式除塵装置で補足されることで、より効率的に脱塩反応を起こすことが可能となる。さらに好適には、フィルタ式除塵装置の差圧を管理し、フィルタに堆積するケーキ層を厚く維持するとよく、該ケーキ層に保持される脱硫材により脱塩反応がより一層促進される。
【００３２】
さらに図２に示すように、脱硫材を予め廃棄物に混合しておき、廃棄物投入手段１２により炉内に投入することが好ましい。
これにより、小粒径の脱硫材であっても該脱硫材を確実に炉下部に供給でき、十分な滞留時間を稼ぐことが可能となり、延いては脱硫効率、脱塩効率を向上させることが可能となる。また、混合が最も激しい炉下部で反応が起こることも脱硫効率向上に寄与することとなる。
【００３３】
尚、本実施例では、サイクロン３が粒子径１５０μｍ以上の粒子を捕集する粒子分離性能を有しており、脱硫材の最大粒子径が１００μｍ以下である場合について説明した。しかし、脱硫材の平均粒子径が、サイクロン３の限界粒子径よりも小さければ、同様の作用効果を奏することができる。例えば、サイクロン３の限界粒子径が１５０μｍである場合に、脱硫材として、平均粒子径が１５０μｍより小さいものを用いることもできる。このような場合であっても、脱硫材の大半が煙道に排出されるので、ＨＣｌを効率よく除去することが可能になる。
【００３４】
尚、本明細書でいう最大粒子径は、日本工業規格（ＪＩＳ規格）の「ＪＩＳ  Ｍ  ８５１１；天然黒鉛の工業分析及び試験方法」に従って得られる重量累積分布に従って、求めることができる。
【００３５】
また、本明細書でいう平均粒子径は、上記の「ＪＩＳ  Ｍ  ８５１１；天然黒鉛の工業分析及び試験方法」による重量累積分布から、累積重量が５０％になる中位径（メジアン径ｄ５０）を計算することにより、求めることができる。
【００３６】
また、本明細書でいうサイクロン３の限界粒子径は、以下のようにして求めることができる。すなわち、十分に広い粒子径分布を有する脱硫材をサイクロン３に投入する。そして、サイクロン３から排出された脱硫材を、排出脱硫材として捕集する。そして、排出脱硫材の最小粒子径を、サイクロン３の限界粒子径として求める。
【００３７】
（第２の実施例）
続いて、本発明の第２の実施例について説明する。
【００３８】
第１の実施例では、脱硫材として、平均粒子径がサイクロン３の限界粒子径よりも小さいものを用いることにより、脱塩効果を向上させることができる。ところで、循環型流動層炉に投入される廃棄物は、窒素化合物を含むことがある。廃棄物中に窒素化合物が含まれている場合には、炉内の排ガス中にも、窒素化合物（ＮＨ３、ＨＣＮ、及びＮ２Ｏなど）が含まれることになる。例えば、廃棄物として下水汚泥を投入した場合には、窒素化合物の含有量が多くなりやすい。そして、本発明者らは、平均粒子径がサイクロン３の限界粒子径よりも小さい脱硫材（以下、第１脱硫材と記載する）だけを用いた場合には、排ガス中に含まれる窒素化合物（ＮＨ３、ＨＣＨ、Ｎ２Ｏ、など）の濃度が増加してしまうことを見出した。
【００３９】
図４は、燃焼排ガス性状を示す図である。図４には、脱硫材として第１脱硫材だけを用いた場合の結果と、脱硫材として、平均粒子径がサイクロン３の限界粒子径よりも大きいもの（以下、第２脱硫材と記載する）だけを用いた場合の結果とが示されている。図４中、ａはＣＯ、ｂはＳＯ２、ｃはＮＯｘ、ｄはＨＣｌ、ｅはＨＣＮ、ｆはＮＨ３をそれぞれ示している。図４に示されるように、第１脱硫材だけを用いた場合には、第２脱硫材だけを用いた場合よりも、ＨＣｌ濃度を低減できるものの、ＨＣＮ濃度及びＮＨ３の濃度が増加してしまうことが確認される。
【００４０】
窒素化合物が増加してしまう理由としては、以下のようなメカニズムが考えられる。
【００４１】
図５は、循環型流動層炉を備えたシステムにおける脱硫材の作用を説明するための概略図である。図５には、脱硫材として、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を使用した場合の図が示されている。図５に示されるように、通常、炉（ライザ）内は、高温（例えば、約８５０℃）である。炉内に投入されたＣａＣＯ３は、高温下において酸化され、ＣａＯを生成する。生成されたＣａＯは、脱硫材本来の役割である脱硫反応を起こし、ＳＯｘをＣａＳＯ４とする。また、比較的低温（例えば、約２００℃）の煙道側では、ＣａＯがＨＣｌと脱塩反応を行い、ＣａＣｌ２が生成する。
【００４２】
炉内に存在するＣａＯは、脱硫反応だけではなく、高温雰囲気下において、窒素化合物の酸化反応の触媒作用を果たすものと考えられる。すなわち、図５に示されるように、ＮＨ３、ＨＣＮ、及びＮ２Ｏなどの窒素化合物は、ＣａＯによる触媒作用により、酸化され、ＮＯｘを生成するものと考えられる。この反応は、特に、汚泥の熱分解反応が生じるライザ下部で起こる。この理由は以下の通りである。ライザに投入された汚泥は、比重が大きいことから、まずはライザの下部に滞留する。ライザ下部に供給される一次空気は、汚泥を完全に焼却するほどの酸素を含まないことから、ライザ下部では汚泥の熱分解反応が生じ、汚泥中のＮ分から、ＮＨ３、ＨＣＮ、及びＮ２Ｏなどの窒素化合物が発生する。このようにライザ下部の窒素化合物濃度が高いため、ライザ下部でＣａＯによる窒素化合物の酸化反応が生じやすい。一方、ライザ上部は、二次空気による窒素化合物の酸化が進むため、窒素化合物濃度が低いことから、ＣａＯによる窒素化合物の酸化反応が生じにくい。
【００４３】
ここで、第１の実施例のように、第１脱硫材だけを用いた場合には、ライザ内に投入された第１脱硫材は炉内のガスに同伴されて上方へ吹き上げられるため、ライザ下部に溜まりにくい。さらに、第１脱硫材はサイクロンから排出されるため、ダウンカマを通ってライザ下部に供給されることもない。このことから、窒素化合物の酸化触媒としての作用が十分に発揮されにくくなる。その結果、排ガス中における窒素化合物濃度が上昇してしまうものと考えられる。
【００４４】
そこで、本実施例では、炉内における窒素化合物の酸化反応を促進させるための工夫が施されている。
【００４５】
図６は、本実施例に係る循環型流動層炉を備えたシステムを示す全体構成図である。第１の実施例と同一の構成については、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００４６】
図６に示されるように、本実施例のシステムには、第１脱硫材供給機構３６、第２脱硫材供給機構３７、圧力センサ３１、圧力センサ３２、差圧測定機構３３、濃度測定機構３４、流動媒体引き抜き機構３５、ファン３８、及び空気予熱器３９が追加して描かれている。また、脱硫材投入口１３として、第１脱硫材投入口１３−１と第２脱硫材投入口１３−２とが設けられている。
【００４７】
第１脱硫材供給機構３６は、第１脱硫材投入口１３−１より、第１脱硫材をライザ２内に供給する。第１脱硫材の粒径は、サイクロン３において煙道２１側に排出されるような粒径である。
【００４８】
第２脱硫材供給機構３７は、第２脱硫材投入口１３−２より、第２脱硫材をライザ２内に供給する。この第２脱硫材の粒径は、第１脱硫材とは異なり、サイクロン３において流動媒体と共に捕集されるような粒径である。具体的には、第２脱硫材として、平均粒子径がサイクロン３の限界粒子径よりも大きい脱硫材が用いられる。
【００４９】
差圧測定機構３３は、ライザ２内の上部と下部の差圧を測定する為に設けられている。ライザ上部には圧力センサ３１が取り付けられており、ライザ下部には圧力センサ３２が取り付けられている。差圧測定機構３３は、圧力センサ３１と圧力センサ３２による圧力測定結果に基づいて、ライザ２内の差圧を測定する。
【００５０】
濃度測定機構３４は、煙道２１に設けられている。濃度測定機構３４により、燃焼排ガス中のＮＯｘ成分濃度が測定される。尚、濃度測定機構３４は必ずしも煙道２１に設けられている必要はない。燃焼排ガス中の成分濃度を測定できる位置であれば他の場所に設けられていてもよい。
【００５１】
流動媒体引き抜き機構３５は、ライザ２の底部に設けられている。流動媒体引き抜き機構３５は、流動層２ａから流動媒体を引き抜く為に設けられている。
【００５２】
ファン３８は、空気予熱器３９を介して、ライザ２内の流動層２ａの上方に接続されている。ファン３８は、燃焼用の空気を、二次空気として流動層２ａの上方に供給する。
【００５３】
ファン３８は、一次空気を供給するファン１５と併せて、燃焼制御機構を構成している。すなわち、ファン３８による二次空気の供給量と、ファン１５による一次空気の供給量とを制御することによって、ライザ２内における燃焼の起こり易さを制御することが可能である。
【００５４】
続いて、本実施例に係る循環型流動層炉の運転方法について説明する。
【００５５】
廃棄物投入手段１２によってライザ２内に投入された廃棄物は、流動層２ａによって流動媒体と混合されて燃焼し、燃焼排ガスを生成する。ここで、第１脱硫材供給機構３６及び第２脱硫材供給機構３７によって、ライザ２内に第１脱硫材及び第２脱硫材が供給される。脱硫材の存在により、燃焼排ガスが脱硫される。ライザ２内の燃焼排ガスは、第１脱硫材、第２脱硫材、及び流動媒体と共に、サイクロン３に導かれる。
【００５６】
サイクロン３では、第２脱硫材及び流動媒体だけが捕集され、ライザ２に戻される。一方、第１脱硫材及び燃焼排ガスは、サイクロン３から煙道２１へ排出される。煙道に排出された第１脱硫材によって、既述の実施例と同様に、燃焼排ガスの脱塩が行なわれ、煙道２１を通過する燃焼排ガスのＨＣｌを除去することが可能となる。
【００５７】
ここで、第１脱硫材だけを供給した場合には、脱硫材が循環型流動層炉を循環しなくなる。従って、ライザ２内の脱硫材の濃度を十分に保つことができなくなる。
【００５８】
これに対して、本実施例では、第２脱硫材がライザ２に戻されるため、ライザ２内における脱硫材濃度の低下を防止できる。その結果、煙道２１にて脱塩を行いつつも、ライザ２内における脱硫作用及び未燃成分の酸化作用を促進することができる。
【００５９】
第１脱硫材の粒径について説明する。例えば、サイクロン３が、１５０μｍ以下の粒子を排出し、１５０μｍより大きい粒子を捕集するように構成されているものとする。すなわち、サイクロン３の限界粒子径が１５０μｍであるものとする。この場合に、第１脱硫材としては、最大粒子径が１５０μｍより小さいものを用いることが好ましい。
【００６０】
第２脱硫材の粒径について説明する。サイクロン３が、１５０μｍ以下の粒子を排出し、１５０μｍより大きい粒子を捕集するように構成されているものとする。すなわち、サイクロン３の限界粒子径が１５０μｍであるものとする。この場合に、第２脱硫材としては、平均粒子径が１５０μｍより大きいものを用いることが好ましい。これにより、炉内、特に、ライザ下部における脱硫材の濃度を十分に保つことができ、窒素化合物の酸化反応を十分に促進することができる。また、第２脱硫材の平均粒子径は、３５０μｍ以下であることが好ましい。平均粒子径が３５０μｍを超える場合には、第２脱硫材がライザ２の下部に堆積し、上部に吹き上げられにくくなることがある。その結果、脱硫作用や酸化触媒作用などが十分に発揮されにくくなる。また、ファン１５に要する動力も増えてしまう。
【００６１】
サイクロン３の限界粒子径が１５０μｍである場合、第２脱硫材として、より好ましくは、平均粒子径が１５０μｍより大きく、且つ、大半（重量基準にして５０％以上）の粒子の粒子径が１００μｍ以上３５０μｍ以下の範囲に入るものを用いることが好ましい。このような範囲の粒度分布を有する脱硫材を用いれば、長時間運転により確実に炉内に第２脱硫材が蓄積される上、第２脱硫材が上部に吹き上げられにくくなることもない。
【００６２】
第１脱硫材及び第２脱硫材の種類としては、既述の実施例の脱硫材と同じ種類のもの（石灰石、消石灰、及びドロマイトなど）を用いることができる。
【００６３】
第１脱硫材及び第２脱硫材の投入量は、既述の実施例と同様に、炉の入口におけるＣａ／（Ｓ＋Ｃｌ）当量比が３．５以上となるような投入量であることが好ましい。尚、この投入量は、予め、廃棄物の成分比率を測定しておくことにより、決定することができる。
【００６４】
また、本実施例では、濃度測定機構３４によって、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度が測定される。そして、濃度測定機構３４の測定結果に基づいて、燃焼制御機構（ファン１５及びファン３８）の動作が制御される。
【００６５】
既述のように、本実施例では、第２脱硫材によってライザ２内の未燃成分の酸化が促進される。未燃成分のうち、窒素化合物（ＨＣＮ、ＮＨ３、など）が酸化されると、ＮＯｘが生成することがある。従って、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度が所定の値よりも高くなった場合には、燃焼制御機構（ファン１５及びファン３８）によって、ライザ２内の環境が、燃焼（酸化）が起こり難い環境となるように、制御される。具体的には、一次空気及び二次空気の供給量を減らすか、又は、二次空気に対する一次空気の供給比率を減らすことにより、酸化反応が起こり難い環境に制御される。これによって、ＮＯｘ濃度の増加が抑制され、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００６６】
また、燃焼制御機構だけでは十分にＮＯｘ濃度を抑制できない場合には、第２脱硫材供給機構３７により、第２脱硫材の供給量が減らされる。これにより、ライザ２内における酸化反応が確実に抑制され、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を確実に抑制することができる。
【００６７】
また、本実施例では、運転時に、差圧測定機構３３によって、ライザ２の上部と下部における差圧が測定されている。既述のように、第２脱硫材は、循環型流動層炉を循環する。従って、第２脱硫材の供給量を制御することにより、炉内の差圧を制御することができる。そこで、この差圧測定機構３３による測定結果に基づいて、第２脱硫材供給機構３７が、ライザ２内の差圧が一定となるように、第２脱硫材の供給量を制御する。
【００６８】
ライザ２内の差圧は、ライザ２内に存在する粒子量に依存する。すなわち、ライザ２内に存在する差圧を一定に制御することにより、ライザ２内の粒子量を一定に制御できる。ライザ２内の粒子量を一定に制御することにより、ライザ２内の温度を均一化させることができる。また、差圧が一定であることにより、固体成分と気体成分との接触が促進され、脱硫反応及び酸化反応などを促進させることができる。
【００６９】
具体的には、差圧の測定結果が所定の値よりも小さくなった場合には、第２脱硫材供給機構３７により、第２脱硫材が補充される。一方、差圧が所定の値よりも大きくなった場合には、第２脱硫材供給機構３７により、第２脱硫材の供給が停止される。また、流動媒体引き抜き機構３５によって、流動層２ａから流動媒体と共に第２脱硫材が排出される。
【００７０】
以上説明したように、本実施例によれば、第１脱硫材と第２脱硫材とを用いることにより、煙道２１にて脱塩作用を促進させた上で、ライザ２内の酸化作用を促進することができる。
【００７１】
また、ＮＯｘ濃度が高くなった場合には、濃度測定機構３４及び燃焼制御機構（ファン１５、ファン３８）により、ライザ２内の酸化作用を抑制される。これにより、ＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００７２】
また、差圧測定機構３３、第２脱硫材供給機構３７、及び流動媒体引き抜き機構３５により、ライザ２内の粒子量を一定に保つことができる。これにより、ライザ２内の温度を均一化することができる。また、固気接触促進により脱硫反応を促進することができる。
【００７３】
尚、本実施例においては、第１脱硫材投入口１３−１と第２脱硫材投入口１３−２とが別々に設けられている場合について説明した。但し、これらは必ずしも別々である必要はなく、共通の投入口から第１脱硫材と第２脱硫材が投入されてもよい。
【００７４】
また、既述の実施例と同様に、第１脱硫材供給機構３６及び第２脱硫材供給機構３７は、廃棄物投入手段１２により、廃棄物に第１脱硫材及び第２脱硫材とを混合して、ライザ２内に投入してもよい。これにより、脱硫材を確実にライザ２の下部に供給することができ、ライザ２内における脱硫材の滞留時間を長くすることができる。その結果、脱硫効率を高めることができる。また、混合が最も激しく行われるライザ２の下部において脱硫が行われることになり、この観点からも脱硫効率を高めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、炉内脱硫により脱硫とともに十分な脱塩効率を得ることができ、また簡便に且つ低コストで脱硫と脱塩を行なうことが可能であるため、下水汚泥、都市ごみ、産業廃棄物等の塩素を含有した廃棄物を焼却処理する循環型流動層炉及びこれを備えたシステム全般に好適に適用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１    循環型流動層炉
２    ライザ
２ａ  流動層
２ｂ  フリーボード
３    サイクロン
５    シールポット
１２  廃棄物投入手段
１３  脱硫材投入口
２１  煙道
２２  空気予熱器
２３  廃熱ボイラ
２４  ガス冷却塔
２５  バグフィルタ
２８  セラミックフィルタ
３１  圧力センサ
３２  圧力センサ
３３  差圧測定機構
３４  濃度測定機構
３５  流動媒体引き抜き機構
３６  第１脱硫材供給機構
３７  第２脱硫材供給機構
３８  ファン
３９  空気予熱器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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