(57)【要約】【課題】廃棄物を加熱処理する炉から排出される酸性ガス成分を、可能な限り早い段階で捕捉除去する炉排出ガスの浄化方法及び排出ガス浄化機能を備えた加熱処理装置を提供する。【解決手段】加熱処理を行なう炉内に、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質を吹込み、被加熱物から発生するガス成分と反応させることを特徴とする炉排出ガスの浄化方法、並びにロータリーキルンの窯前側に、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質の吹込み手段を設け、窯尻側には該ロータリーキルンからの排出ガス中のダストを集塵するサイクロンを設け、該サイクロン下部に該集塵ダストを系外に排出する経路を設けたことを特徴とする排出ガス浄化機能を備えた加熱処理装置である。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱処理を行なう炉内に、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質を吹込み、被加熱物から発生するガス成分と反応させることを特徴とする炉排出ガスの浄化方法。
【請求項２】
前記アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質が、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＫＯＨ及びＬｉ２ＣＯ３からなる群より選択された１種以上の化合物を含有することを特徴とする請求項１に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項３】
前記炉内に吹込む物質が粉末であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項４】
前記粉末の最大粒子径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項５】
前記粉末が、廃ガラス粉末であることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項６】
前記炉内に吹込む物質が液状であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項７】
前記炉内に吹込む物質と反応させる対象ガス成分が、砒素、硫黄及び塩素からなる群より選択された１種以上の元素を含有する酸性ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項８】
前記対象ガス成分に対し、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物が０．３モル等量以上かつ１０モル等量以下炉内に供給される様、前記炉内に吹込む物質を吹込むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項９】
前記炉内に吹込む物質と前記対象ガス成分を反応させた後、反応生成物をダストとして系外に排出することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項１０】
前記加熱処理を行なう炉が、粒状物を焼結する焼成炉であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項１１】
前記加熱処理を行なう炉がロータリーキルンであり、前記炉内に吹込む物質を窯前から吹込むことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項１２】
前記ロータリーキルンが、プレヒーター付キルンであり、該プレヒーターのボトムサイクロンから前記ダストを系外に排出することを特徴とする請求項１１に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項１３】
炉内の最高ガス温度が３００℃以上かつ２５００℃以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の炉排出ガスの浄化方法。
【請求項１４】
ロータリーキルンの窯前側に、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質の吹込み手段を設け、窯尻側には該ロータリーキルンからの排出ガス中のダストを集塵するサイクロンを設け、該サイクロン下部に該集塵ダストを系外に排出する経路を設けたことを特徴とする排出ガス浄化機能を備えた加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱処理を行う炉内で被加熱物から発生するガス成分を捕捉し炉排出ガスを浄化する方法に関し、より詳細には、焼成炉内にアルカリ金属化合物等を吹込むことにより、被加熱物より発生する酸性ガスを捕捉し、炉排出ガスを浄化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物の処理、有効活用を目的として、焼却灰、石炭灰、汚染土壌又はこれらの混合物等を、加熱処理により焼結物とし、埋立て材料等の建設用資材としてリサイクルする試みがなされている。
【０００３】
これらの廃棄物を加熱処理する場合に問題となるのは、廃棄物中に含有され最終的にガス化する成分であり、揮発性の高い有害物質（例えば砒素等）や、酸化されてガスを生じるもの（例えば硫黄等）が挙げられる。廃棄物を加熱炉内で高温に加熱処理することにより、これらの成分はいずれも有害物質あるいは腐食性物質としての酸性ガスの形で燃焼排ガス中へ移行する。そのため、大気中へ排ガスを放出するまでには、これら酸性ガスの濃度を基準値以下まで低減する必要がある。
【０００４】
そこで、焼却炉や焼成炉をはじめとした加熱処理を行う炉の後段には、前記酸性ガスについて適切な処理をするための設備が必須となり、各種の方式が採用されているが、集塵装置への消石灰等の吹込みが、その代表的な方式となっている。
【０００５】
すなわち、廃棄物を加熱処理する炉から排出された排ガスが集塵装置へ向かう煙道中に、消石灰粉末等の排ガス処理剤を投入し、集塵装置内、特にバグフィルターの濾布面上等で該処理剤と酸性ガス成分を反応させ、中和したものをダストとして系外に排出する方式が一般的に用いられているが、この方式によると、大きな設備投資を要しない上、炉内で発生する前記酸性ガス成分量が変動しても、集塵装置に吹込む処理剤量を加減することによって、大気中に排出される濃度を一定値以下に適宜調整できるという特徴がある。
【０００６】
さらに、特許文献１には、排ガス処理剤として消石灰等に代わり、廃ガラスの粉末を煙道に投入する技術が開示されている。本技術によれば、酸性ガスの処理と、廃ガラスの有効活用を同時に行なうことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２５３９５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記集塵装置へ向かう煙道中に、消石灰粉末等の排ガス処理剤を投入する方法によると、通風速度の速い煙道内では排ガス処理剤粉末と酸性ガス成分の反応は十分進行せず、最終的に反応が完結して該酸性ガスの示す腐食性が除去されるのは集塵装置内であるため、煙道や集塵装置入口部等の腐食が避けられず、また、これらの部位には有害成分が固着する可能性もあることとなる。したがって、腐食防止とともに、有害成分の確実な除去のためこれら酸性ガス成分をより早い段階で捕捉、除去する方法が求められていた。
【０００９】
そこで、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、廃棄物を加熱処理する炉から排出される酸性ガス成分を、可能な限り早い段階で捕捉、除去する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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、加熱処理を行なう炉からの排出ガスの浄化方法であって、該炉内に、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質を吹込み、被加熱物から発生するガス成分と反応させることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、通風速度が遅く滞留時間が長い炉内にアルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質を吹込むため、被加熱物から発生するガス成分との反応を十分進行させることができる。したがって、煙道や集塵装置入口部等の腐食等のトラブルを防止することができる。
【００１２】
ここで、前記アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質として、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＫＯＨ及びＬｉ２ＣＯ３からなる群より選択された１種以上の化合物を含有する物質を用いることができる。
【００１３】
そして、本発明では、前記炉内に吹込む物質は粉末とすることができ、最大粒子径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下であることが好ましい。（ここで、最大粒子径とは、９０質量％通過粒径とする。）該粉末として、廃ガラス粉末を用いることもできる。さらに、前記炉内に吹込む物質は液状であってもよく、その場合、液状の物質を微細な液滴として吹込むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、前記炉内に吹込む物質と反応させる対象ガス成分を、砒素、硫黄及び塩素からなる群より選択された１種以上の元素を含有する酸性ガスとすることができる。（本発明を実施することにより、これら元素を含有する、砒酸、二酸化硫黄、塩化水素等の酸性ガスを捕捉、除去することができる。）
【００１５】
そして、本発明では、前記対象ガス成分に対し、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物が０．３モル等量以上かつ１０モル等量以下炉内に供給される様、前記炉内に吹込む物質を吹込むことが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明では、前記炉内に吹込む物質と前記対象ガス成分を反応させた後、反応生成物をダストとして炉から出た直後に系外に排出することが好ましい。
【００１７】
そして、本発明は、前記加熱処理を行なう炉を、粒状物を焼結する焼成炉とすることができる。この場合、該焼成炉をロータリーキルンとし、前記炉内に吹込む物質を窯前から吹込むことが好ましい。ロータリーキルンの窯前から該物質を吹込むことにより、前記被加熱物から発生するガス成分との反応時間を確保することができ、該反応を十分進行させることができる。
【００１８】
ここで、前記ロータリーキルンを、プレヒーター付キルンとし、該プレヒーターのボトムサイクロンから前記反応生成物であるダストを系外に排出することができる。
【００１９】
また、本発明においては、炉内の最高ガス温度が３００℃以上かつ２５００℃以下であることが好ましい。
【００２０】
一方、本発明は、排出ガス浄化機能を備えた加熱処理装置であって、ロータリーキルンの窯前側に、アルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物を含有する物質の吹込み手段を設け、窯尻側には該ロータリーキルンからの排出ガス中のダストを集塵するサイクロンを設け、該サイクロン下部に該集塵ダストを系外に排出する経路を設けたことを特徴とするものである。本装置を用いることにより、前記本発明に係る炉排出ガスの浄化方法を効率的に行なうことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、廃棄物を加熱処理する炉から排出される酸性ガス成分を、より早い段階で捕捉、除去することが可能となり、有害成分を確実に除去できるばかりではなく、煙道や集塵装置入口部の腐食等を効果的に防止することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、前述の本発明に係る炉排出ガスの浄化方法及び排出ガス浄化機能を備えた加熱処理装置の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２３】
本発明において、加熱処理を行なう炉で処理される被加熱物としては、都市ごみ、各種焼却灰・飛灰、土壌をはじめ、砒素、硫黄、塩素等のガス化して酸性ガスを発生する成分を含有する廃棄物又は天然原料等が挙げられる。これらに対し、加熱、焼結、焼成、焼却等の加熱処理を行なう炉が、本発明を適用する対象である。該加熱処理を行なう炉の運転形態は、バッチ式、連続式を問わない。
【００２４】
加熱処理を行なう炉の熱源としては、石炭、石油又は天然ガス等の化石燃料を燃焼させ、直接被加熱物を加熱する方式であっても、電気ヒーター等により間接的に加熱する方式であってもどちらでも良く、必ずしも燃焼を伴う必要は無い。
【００２５】
これらの炉の中で、ロータリーキルンは、燃焼ガスと窯前から吹込んだ物質の接触が十分に行なえる特性があるので本発明の炉排出ガスの浄化方法が好適に適用できる。具体的には、近年、セメント工場において、セメント製造に用いない遊休のロータリーキルンの活用方法として、廃棄物等を原料とした人工骨材や廃棄物等を焼結したセメント原料を製造する試みが種々なされており、それらの加熱処理工程から生じる酸性ガスを捕捉、除去するために、アルカリ金属化合物等を窯前から吹込む本発明の浄化方法が非常に有効である。その場合、セメント焼成用ロータリーキルンに通常付設されているプレヒーターは、原料の脱炭酸が不要であることから、単なる煙道として用いられている。この時、プレヒーターのボトムサイクロン下部に、該サイクロンで集塵された前記酸性ガスと前記吹込んだ物質の反応生成物を含むダストを系外に排出するシュート等の経路を設けるよう改良を加えると、排ガスと反応生成物の分離及び系外排出が容易に実現でき、推奨される。
【００２６】
本発明に係る炉排出ガスの浄化方法において、対象とする加熱処理を行なう炉の炉内雰囲気温度は、高温であればあるほど炉内に吹込むアルカリ金属化合物等と被加熱物から発生する酸性ガス成分との反応性が高まるため、炉内最高温度として３００℃以上が好ましく、１０００℃以上がより好ましい。また、本発明が対象とする加熱処理においては、実用性の観点から、通常炉内最高温度は２５００℃以下である。
【００２７】
加熱処理を行なう炉に吹込む物質に含有されるアルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物としては、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＫＯＨ及びＬｉ２ＣＯ３等が例示できるが、これらに限定されるものではなく、酸性ガスを中和可能な塩基性の物質であれば用いることができる。例えば、廃ガラス粉末等も有効に使用できる。
【００２８】
加熱処理を行なう炉に吹込む物質は、粉末状の固体物質として用いるのが最も簡便であるが、液体であっても良く、液体と粉末の混合物であっても差し支えない。液体としては、水酸化ナトリウム水溶液等が好適である。また、水溶液に限らず、アルコール、油等の有機系溶媒を用いたものでも良い。一般に潮解性を有する物質の場合には、その粉末を水溶液等として用いることで、ハンドリング上の問題を回避できる。
【００２９】
加熱処理を行なう炉に吹込む物質が、粉末状の固体物質である場合及び液体と粉末の混合物である場合に、その粉末の粒度は、酸性ガス成分との反応性やコスト等の観点から、最大粒子径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下とすることが好ましい。１μｍ未満の粒度の場合には、そのような微細な粒度に調整するためのコストが嵩み、経済的ではない。また、１００μｍを超える場合には、接触するガス成分との反応性が低く、吹込み量を増加しなければ対象ガス成分を一定レベルまで低減できないことに加え、炉内で被加熱物の上に落下する粒子の割合が高くなるため好ましくない。なお、加熱処理を行なう炉に吹込む物質の粒度調整には、粉砕や液相からの析出等、公知の方法を用いることができる。
【００３０】
加熱処理を行なう炉に吹込む物質の吹込み量は、その中に含有されるアルカリ金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物が、対象酸性ガス成分に対し０．３モル等量以上かつ１０モル等量以下となるよう吹込むことが好ましい。０．３モル等量未満では、適切な酸性ガスの除去効果が得られない恐れがある。また、１０モル等量を超えるように吹込んでも、一定の効果以上は得られないので、経済的ではなくなる。
【００３１】
加熱処理を行なう炉に吹込む物質の吹込みは、専用の送入管を設けて吹込むことができる。この場合、送入管の素材性状、特に耐熱性等に注意を払う必要がある。必要に応じてＳＵＳ３１０等の耐熱金属で製造することが望ましい。また、キャスタブル等の耐火物で被覆したり、水冷・空冷等で適宜冷却する構造であっても良い。
【００３２】
加熱処理を行なう炉に吹込む物質の吹込み方法の他の形態としては、燃料を燃焼させるバーナーの流路の一部を利用して吹込むことができる。通常内熱式ロータリーキルン等に用いられるバーナーとしては、主燃料の流路の他、副燃料の流路、空気の流路等、複数の流路に分割されているものが多く使われている。これらの流路の一部を利用して、前記吹込む物質を吹込むことができる。また、燃料に該物質を混合して吹込むこともできる。この場合、事前に微粉炭等の燃料と前記吹込む物質を混合機により混合しても良いし、バーナー流入直前の微粉炭空気輸送管路へ、エジェクター等を通じて該物質を添加・混合しても良い。燃料が重油などの液体である場合、その液体燃料中に該物質を混合・縣濁させバーナーから吹込むこともできる。
【００３３】
前記吹込む物質の吹込み方向は、連続式加熱炉の場合送入原料に対し併流でも向流でも良いが、燃焼ガスの流れに対しては、併流に吹込む必要がある。内熱式ロータリーキルンの場合には、窯前から燃料バーナーと同一の方向に吹込むことが望ましい。この際、吹込んだ粉末粒子等が、炉底付近の被加熱物上に落下・着地しないようにする必要がある。ロータリーキルンのように傾斜がある場合には、少なくともキルンと平行以上の角度で吹込むべきであるが、角度が上向き過ぎるとキルン上辺の内壁に吹込んだ粉末粒子等が衝突して落下するので、吹込み角度の設定には細心の注意が必要である。
【００３４】
加熱処理を行なう炉内の燃焼ガスの流速は、特に限定はしないが、経済性等が許容する範囲で可能な限り流速を大きくすると、炉内部に沈降する粉末粒子等が少なく好ましい。
ロータリーキルンの場合、窯尻の排ガス流速の適正値は概ね０．３ｍ／ｓ以上、かつ１５ｍ／ｓ以下である。該流速が０．３ｍ／ｓ未満の場合は、沈降する粉末粒子等の割合が増加するため好ましくなく、１５ｍ／ｓを超えると燃料が多く必要となり経済的ではない上に、吹込む物質と酸性ガス成分との反応時間を十分に確保できなくなる。
【００３５】
加熱処理を行なう炉に吹込む物質の吹込みに用いる気体としては、空気を用いるのが一般的と考えられるが、燃焼ガスの一部を回収して用いることもできる。吹込み手段は、ルーツブロアの圧送気流中にエジェクターを介して前記吹込む物質の粉末を添加する方式が最も一般的であるが、これに限定されるものではない。前記吹込む物質が液体である場合、液体中に粉末を混合する場合には、それぞれ、ポンプ単独、ポンプとエジェクターの組み合わせ等の機構を用いて吹込むことができる。
【００３６】
吹込む物質の吹込み速度は、１ｍ／ｓ以上、かつ１００ｍ／ｓ以下が好ましい。該速度が１ｍ／ｓ未満では沈降する粉末粒子等の割合が増加するため好ましくなく、１００ｍ／ｓを超えると動力費がかかり、管路の磨耗も激しくなることに加え、吹込む物質と酸性ガス成分との反応時間を十分に確保できなくなる。