(57)【要約】化学工場及び下水処理場の最終副産物として発生する産業廃水スラッジ、都市ゴミ、生ゴミ及び下水スラッジなど高含水廃棄物を蓄熱材を用いて焼却処理する蓄熱式廃棄物焼却システムに関する。この焼却システムは、流れ込まれる廃棄物を乾燥するために外気を高温に転換させ、焼却後焼却灰を含有する高温の処理ガスより熱を回収するためのセラミック層１０５、１０６と、流れ込まれる廃棄物が乾燥されて急冷温度を補償して焼却温度を保たせ、焼却後高温の熱を蓄熱するセラミック層１０７、１０８と、セラミック層１０５、１０６と他のセラミック層１０７、１０８間の廃棄物投入口１０９、１１０及び焼却時生じる焼却灰を捕集するサイクロン１１１と、サイクロンで捕集されていない残留焼却灰を捕集するバックフィルター１１２よりなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆方向運転において高温の処理ガスより熱を蓄積し、順方向運転において低温のガスに前記蓄積された熱を再生する第１及び第２セラミック層と、
前記順方向運転において高温のガスから熱を蓄積し、前記逆方向運転において蓄積された熱を再生する第３及び第４セラミック層と、
前記第１セラミック層と前記第２セラミック層との間に位置し、前記順方向運転において廃棄物を導入する第１廃棄物導入弁と、
前記第３セラミック層と前記第４セラミック層との間に位置し、前記逆方向運転において廃棄物を導入する第２廃棄物導入弁と、
前記第２セラミック層と前記第３セラミック層との間に位置し、焼却のための熱を供給するバーナーと、
前記順方向運転時、前記第１セラミック層を通じてシステムに空気を導入する第１空気弁と、
前記逆方向運転時、前記第４セラミック層を通じてシステムに空気を導入する第２空気弁と、を含むことを特徴とする蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項２】
焼却時生じる焼却灰がセラミック層間を通過すべく構成されることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項３】
燃焼用空気を供給する送風機が焼却炉の前端に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項４】
燃焼用空気を供給する送風機が焼却炉の後端に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項５】
前記自動で開閉される弁は３方向弁であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項６】
前記自動で開閉される弁は４方向弁であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項７】
焼却残滓を捕集するためのサイクロンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項８】
焼却残滓を捕集するためのバックフィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システム。
【請求項９】
廃棄物投入口のうち燃焼用空気の流入方向に位置した廃棄物投入口にのみ廃棄物を投入し、一定時間後に廃棄物の投入を中断して炉内に残存する未処理廃棄物を完全焼却して焼却灰を炉内で除去する順方向運転と、燃焼用空気流路を反対に切り換えて同じ方法で廃棄物を投入焼却する過程を反復することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式廃棄物焼却システムを用いた蓄熱式廃棄物焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水分含量の高い廃棄物を、２次汚染物質を発生させず、経済的に焼却させるシステムであって、化学工場及び下水処理場の最終副産物として生じる産業廃水スラッジ、都市ゴミ、生ゴミ及び下水スラッジを蓄熱材を用いて焼却処理する蓄熱式廃棄物焼却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃水スラッジ、都市ゴミ、生ゴミ及び下水スラッジなどは一般に焼却または埋立て処理されるが、このうち焼却は廃棄物の体積を最も多く減少させ、２次汚染発生も低くて最も推奨されるスラッジ処理方法として提示されている。
一般の廃棄物焼却装置のうち、流動層焼却炉は、１９６２年から都市下水処理場の廃棄物を焼却するために用いられており、主に液状廃棄物やスラッジを焼却し、構造は円筒形耐火壁体よりなっており、炉の下部には流動媒体として用いられる砂が入れられている。流動化のために空気を使用し、この時、空気の圧力は２０〜３４ｋＰａ程度で砂層を支持している板の流出口を通じて砂層に流入されることによって砂層の流動化を起こす。焼却炉の稼動時、砂層の温度は約８００℃以上保たれ、流動化によって砂層の体積は３０〜６０％程度膨脹される。廃棄物は下部から流れ込まれるが、空気の流速が大きい場合、炉の上部から燃焼ガス中に未燃焼されるので、細心な流速調節が要求される。流動化は空気と廃棄物の表面との接触を最大化させて最適の燃焼になるようにする。流動媒体として用いられる多量の砂が熱貯蔵媒体の役割を行うので、高含水率廃棄物の燃焼には適切であるが、廃棄物の燃焼状態によって流動媒体である砂粒子の塊現象が生じることがあり、廃熱の回収が容易でなくて運転費が過度にかかり、処理施設が高価であるという短所がある。
【０００３】
廃棄物処理用として広く用いられているロータリーキルン焼却装置も固形廃棄物やスラッジの焼却に使われている。この装置の内壁は耐火材で取り囲まれており、水平軸を中心に回転し、水平軸は通常２〜３％未満の傾斜を有するように設けられている。キルオンの回転に伴ってキルン内にある廃棄物は連続的に熱とガス流れ中の酸素と接触することによって燃焼が進行される。キルンの回転速度は多少の差はあるが、通常０．２５〜１．５ｒｐｍ程度であり、炉の外壁移動速度は０．３〜１．５ｍ／ｍｉｎ程度である。廃棄物は直接キルンの内部に投入され、キルンの回転と共に燃焼されて灰となり、灰はキルンの端部にあるタンクに捕集される。この時、熱源の提供はキルンの出口側に位置したバーナーから提供される。これは廃棄物の焼却速度調節が容易で焼却前処理が大きく要求されず、多様な形態の廃棄物の同時焼却が可能で、キルン内廃棄物滞留時間の調節が容易な長所があるが、揮発性物質の燃焼のために別の後燃焼機が必要であり、キルンの長さによって燃焼条件が変わるので、均一な燃焼条件を維持し難しくてキルンの完全密閉が難しく、燃焼室の熱源供給が多くて運転費が過多に所要される問題点がある。
【０００４】
補助燃料費が過多に所要される流動層焼却炉やロータリーキルンの短所を補完した多段焼却炉は現在下水処理場で生じるスラッジの焼却のために最も普遍化された焼却炉である。スラッジは、炉の上部投入部から流入され、炉の内部は耐火レンガで取り囲まれた円筒形であって上部から下部まで様々な段より構成されている。上部から投入されたスラッジが続けて各段を経つつ下部に移動するようにし、また各段でよく燃焼されるようにスラッジを撹拌させるランス軸と、ランス軸を回転させるランス駆動装置で構成されている。スラッジの移動のために上部から奇数番目の段は中心軸と段との間に、そして偶数番目の段は炉壁と段との間に小さな穴があってランスの作用でスラッジが通過し、また各段でスラッジの燃焼で生成されたガスがこの穴を通じて上部に抜け出るようになっている。ランスによるスラッジの撹拌と各段で下段にスラッジが移動する度にスラッジは新しい表面を燃焼ガスに露出させる。したがって焼却炉の上方に位置する段では主にスラッジが含有している多量の水分が高温の燃焼ガスに蒸発されて大気に排出される燃焼ガスはスラッジから蒸発された水蒸気を含んでいて悪臭問題が生じる短所がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解消するために、燃焼後高温の排ガスが汚染源の処理前スラッジやゴミと再接触せず、別途に熱を蓄熱回収し、この熱を再生してスラッジ及びゴミ焼却に再利用することによって、高含水率のスラッジを経済的に焼却するだけでなく、ここで引き起こされうる２次公害要因の悪臭及び一酸化炭素など不完全燃焼物の発生を抑制するのにその目的がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る蓄熱式廃棄物焼却システムが図１及び図２に示されている。この高温の処理ガスより熱を回収するための第１、第２セラミック層１０５、１０６と、流れ込まれる廃棄物が乾燥されて急冷温度を補償して焼却温度を保たせ、焼却後高温の熱を蓄熱する第３、第４セラミック層１０７、１０８と、第１セラミック層１０５と第３セラミック層１０７間の空間と第２セラミック層１０６と第４セラミック層１０８間の空間に設けられた廃棄物投入口１０９、１１０と、第３セラミック層１０７と第４セラミック層１０８間で燃焼物質が完全に燃焼さるべく十分な空間が備えられて蓄熱及び熱再生が可能に自動で開閉される弁１０１、１０２、１０３、１０４により動作する２ベッド型蓄熱式焼却システム、燃焼用空気を投入する送風機１００、焼却残滓を捕集するためのサイクロン１１１及びバックフィルター１１２が結合された構造よりなっている。送風機１００は、図１のように焼却炉の前端に、または図２のように後端に設けられる。自動で開閉される弁１０１、１０２、１０３、１０４は図３のように３方向弁１１４、１１５または図４のように４方向弁１１６に置換えられる。
【０００７】
前記のように構成された蓄熱式廃棄物焼却システムの運転方法を図１を参照して説明すれば次の通りである。
送風機１００で燃焼用空気を、弁１０１を通じて蓄熱されたセラミック層１０５には吹き込んで８００−１２００℃の高温で予熱する。この時、弁１０１、１０４は開状態であり、弁１０２、１０３は閉じられている。高含水率が高い廃棄物は廃棄物投入口１０９を通じてセラミック層１０５とセラミック層１０７間の空間に投入される。この時、廃棄物投入弁１１０は閉じられている。セラミック層１０５を通過した高温の空気により濡れた廃棄物は水蒸気と乾燥された廃棄物とに分離され、蒸発熱の供給で燃焼用空気の温度は急に下降するが、高温に蓄熱された他のセラミック層１０７を経つつ燃焼用空気、水蒸気及び廃棄物の温度が再上昇し、乾燥された廃棄物は焼却され、この燃焼熱により排ガスの温度はセラミック層１０７の通過時よりさらに上昇する。
【０００８】
排ガスは、以前過程の運転で冷却されたセラミック層１０８、１０６を通過しつつ熱のほとんどがセラミック層に排出される。排ガスの温度は廃棄物の含水率によって変わるので、セラミック層１０８、１０６が次の過程の運転に十分な熱を有するように足りない熱量はバーナー１１３から提供する。前記方法で一定時間運転した後、廃棄物投入弁１０９を閉じ、セラミック層１０５とセラミック層１０７間の空間に未処理廃棄物をセラミック層１０５を通過した高温の空気で完全焼却し、焼却後に残った焼却灰が抜け出るようにする。この運転を順方向運転とし、この順方向運転を終了した後、弁１０１、１０４は閉じ、弁１０２、１０３は開放して空気流路をスイッチングし、廃棄物投入弁１１０を開放してセラミック層１０６とセラミック層１０８間の空間に投入する。この時、廃棄物投入弁１０９を閉じて順方向運転と同じ方法で逆方向運転を実施してこの順方向／逆方向運転を繰返して運転する。
【０００９】
焼却時に生じる焼却灰は順方向運転時にセラミック層１０７、１０８、１０６を経て弁１０４を通じてサイクロン１１１で分離され、逆方向運転時にセラミック層１０８、１０７、１０５を経て弁１０３を通じてサイクロン１１１で分離される。サイクロンで捕集されていない残留焼却灰はサイクロン後端に設けられたバックフィルター１１２で捕集する。浄化された空気は大気に放出する。
本発明の実施例に係る蓄熱式廃棄物焼却システムと従来の流動層焼却炉との燃料消費量の比較計算例は次の実施例１のようである。
【００１０】
＜実施例１＞
蓄熱式廃棄物焼却システムに流入されたスラッジは含水率８７％、Ａｓｈ濃度３％、有機物はＣ８Ｈ８Ｏ２Ｃｌ０．１Ｎ１１Ｓ０．１形状を有し、含有率は１０％である。１トン／ｈｒであり、燃焼温度は焼却温度の８５０℃、放熱損失は５％を基準にした。濡れたスラッジの総発熱量は５，８８０ｋｃａｌ／ｋｇである。
蓄熱式廃棄物焼却システムに流れ込まれる空気量は５，０００Ｎｍ３／ｈｒ、入出口温度差は△Ｔ＝８０℃、総排ガス量は６，１４９Ｎｍ３／ｈｒである。この時、総必要熱量は７５４，０００ｋｃａｌ／ｈｒであり、スラッジ自体発熱量の５８８，０００ｋｃａｌ／ｈｒを除すれば純粋に１６６，０００ｋｃａｌ／ｈｒが必要である。
【００１１】
既存の流動式スラッジ焼却炉の補助熱量を計算すれば次の通りである。流動式スラッジ焼却炉に流れ込まれる空気量は空気比１．３の場合１，６００Ｎｍ３／ｈｒ、総排ガス量は２，７９３Ｎｍ３／ｈｒである。流入燃焼容空気が排ガスを用いて３５０℃まで予熱する場合、総必要熱量は１，１２５，０００ｋｃａｌ／ｈｒであり、廃棄物自体発熱量の５８８，０００ｋｃａｌ／ｈｒを除すれば純粋に５３７，０００ｋｃａｌ／ｈｒが必要である。
よって、本発明による蓄熱式廃棄物焼却システムを使用すれば既存の流動式スラッジ焼却炉と比較する時、エネルギー節減効果が大きい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係る蓄熱式廃棄物焼却システムは、高温の排ガスがセラミック充填材を直接加熱し、常温の空気を加熱された空気と接触させて熱を再生した後、この高温の予熱空気で高含水率の廃棄物を乾燥及び焼却する方法であって、熱回収率が非常に高くて高含水率廃棄物の焼却時の最大の問題となる補助燃料費を画期的に節減できるだけでなく、焼却後の排ガスが燃焼前廃棄物と直接接触しないので、排ガスの悪臭及び不完全燃焼による２次汚染物質の排出がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る蓄熱式廃棄物焼却装置。
【図２】
本発明に係る送風機が焼却炉後端に構成された蓄熱式廃棄物焼却装置。
【図３】
本発明に係る自動開閉弁が３方向弁で構成された廃棄物焼却システム。
【図４】
本発明に係る自動開閉弁が４方向弁で構成された廃棄物焼却装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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