(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉を用いて製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する方法において、
前記焼却炉として気泡型流動層炉を用い、燃焼温度を流動層部で８５０〜９００℃、フリーボード部で９５０〜１１００℃として焼却を行い、
焼却炉排ガスの集塵装置を焼却炉直後の高温用と冷却後の低温用の２段に分けて設置して別々に焼却灰を取り出し、かつ前記排ガスを焼却炉及び高温用集塵装置において９５０〜１１００℃の温度に所定時間連続して保持して高温用集塵装置から塩素含有率０．０５重量％以下とした焼却灰を取り出し、低温用集塵装置からは、高温用集塵装置から送られる灰分含有排ガスから高塩素含有率の焼却灰と低塩素含有率の排ガスを取り出すことを特徴とする製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する方法。
【請求項２】
前記排ガスを焼却炉及び高温用集塵装置において、９５０〜１１００℃の温度に１０〜３０分間連続して保持し、高温用集塵装置から取り出される焼却灰の塩素含有率を０．０５重量％以下に調節することを特徴とする請求項１記載の塩素含有物を焼却し灰化する方法。
【請求項３】
製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却して灰化する装置であって、
気泡型流動層炉からなる焼却炉、該焼却炉に続く、低塩素含有率灰分取出用の高温用集塵装置、該高温用集塵装置から送られる灰分含有排ガスの冷却装置、該冷却装置からの冷却排ガスから高塩素含有率の灰分を分離する低温用集塵装置及び該低温集塵装置からの低塩素含有率排ガスを放出する排ガス排出装置を備え、
前記焼却炉が、燃焼温度を流動層部で８５０〜９００℃、フリーボード部で９５０〜１１００℃として焼却できる構造を有し、
かつ、前記焼却炉及び高温用集塵装置において前記排ガスを９５０〜１１００℃の温度に所定時間連続して保持できる構造を有し、
高温用集塵装置から塩素含有率０．０５重量％以下の焼却灰を取り出し、低温用集塵装置からは、高温用集塵装置から送られる灰分含有排ガスから高塩素含有率の焼却灰と低塩素含有率の排ガスを取り出すことができる
ことを特徴とする製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する装置。
【請求項４】
前記高温用集塵装置は、灰分を所定時間滞留させる機能を有する高温サイクロンであり、前記低温集塵装置はバグフィルターであることを特徴とする請求項３に記載の製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩素含有燃料や塩素含有廃棄物等からなる塩素含有物を焼却処理するための方法と装置に関し、特に、焼却処理工程から取り出される焼却灰として、低塩素含有焼却灰と高塩素含有焼却灰を別々に取り出すことができる塩素含有物を焼却処理するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物の減量化、再利用化を図ることは社会的な要求であり、古紙及び廃タイヤ等の再資源化は広く行われている。しかし、建設廃材のように未だその再利用、再資源化が進んでいないものも多い。例えば、紙パルプ製造工場における排水処理工程から出る排水スラッジ（製紙スラッジ）等は焼却して、その焼却灰の一部のものをセメント原料やコンクリート製品の原料及び窯業原料として有効利用しているが、他には有効な利用方法がなく、大部分の焼却灰は廃棄物として埋め立て処理されているのが現状である。
【０００３】
近年、このような製紙スラッジの焼却灰にも種々の有望な利用方法が提案されている。特開平８−２６９４５０号公報には、製紙スラッジ焼却灰とセメント系固化剤とを混合して改良材を作成し、この改良材と製紙スラッジとを混合・養生して土木材料を形成する方法が提案されており、特開平５−２１２３９８号公報には、製紙工場排水スラッジを乾燥・燃焼後、粉砕し、加圧成形後、焼成して強度の高い焼結体（敷ブロック、滑り止めタイル、透水ブロック等）を形成する方法が提案され、特公平６−４１３９２号公報には、製紙汚泥と木材チップを燃焼させた多孔性焼却灰に、セメント、砂利、砂等を混合して養生・硬化させて軽量コンクリート製品を得る方法が提案されている。
【０００４】
さらに、特開平６−２８５４９８号公報には、泥水を使用する建設工事に伴う排出泥土の脱水固化促進剤にペーパースラッジを使用する方法が提案され、特開平７−２９２０５４号公報には、発泡ウレタンにペーパースラッジ焼却灰を添加して防炎性を改善する方法が提案されている。
これらの提案されている方法は、いずれも製紙スラッジなどの紙パルプ製造工場からの廃棄物を有効に利用しているが、その使用量は未だ少なく、紙パルプ製造工場から排出される大量の廃棄物を有効利用するという課題の解決に道を開くまでには至っていない。
【０００５】
上記したように、紙パルプ製造工場からの廃棄物の有効利用を困難ならしめている要因は、製紙スラッジ等の廃棄物が含有する塩化物にある。製紙スラッジ等の塩素分を含有する廃棄物や燃料は、通常の方法で焼却すると、焼却灰中に相当量の塩化物が残留し、この塩化物が焼却灰の有効利用の妨げになっている。
例えば、セメント原料として利用する場合には、この塩化物が腐食の原因となるため、セメント会社では塩素含有量の受入規格（例えば、０．０５重量％以下）を設けている場合が多い。また、陶磁器原料としては、塩化物が融点を下げて陶磁器の完全な焼成を困難にする。
【０００６】
特公平４−５７９６号公報には、パルプスラッジを無機アルカリ物質又はアルカリ前駆物質の存在下で焼却する方法が提案されている。しかし、この方法は、パルプスラッジ中の塩素分の中和・固定方法であって焼却灰中の塩化物を減少せしめるものではないため、その利用分野は限られている。
【０００７】
紙パルプ製造工場の排水スラッジ等を焼却処理する場合のフローは、図２に示されるものである。図中の焼却炉の温度は高温であり、焼却灰はかかる高温条件下に数秒間おかれる。焼却炉の温度は炉の形式によって異なるが、７００〜１５００℃が一般的である。そして、焼却を数秒間で終了した排ガス及び灰分は、熱回収装置又はガス冷却装置において熱交換又は水噴射等によって急激に温度を下げられる。この温度は採用する集塵方式によって異なるが、１５０〜３５０℃程度となり、この比較的低い温度部分に集塵装置を設置して焼却灰を取り出している。しかし、このような従来の焼却条件では、塩素分がガス側に充分に移行せず、焼却灰中に多くは残存する。
【０００８】
さらに、集塵装置に入るところでガス温度が下げられるために一旦ガス側に移行した塩素分が再び焼却灰と反応し、焼却灰の塩素分濃度が高くなる。この現象は、カルシウム等の塩素吸収成分を含む焼却灰の場合に顕著であることから、この現象を利用して、集塵装置の入口又は前半部で消石灰等の塩化水素吸収材を投入してガス中に移行している塩化水素を吸収除去することも行われている。しかし、いずれにしても取り出す焼却灰中の塩素分濃度を低減することはできない。他に、集塵装置を２段に設置した循環流動層炉がある。この流動層炉では前段の高温集塵炉で回収した焼却灰は未燃分を含むことから、高温集塵炉の焼却灰は未燃分を完全燃焼処理するために全量流動層炉に循環することが行われている。そして、この流動層炉の後段の集塵装置も他の集塵装置と同様の形式のものであり、一旦ガス側に移行した塩素分が焼却灰に再吸収されることを防ぐことはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、紙パルプ製造工場から排出される排水スラッジすなわち製紙スラッジのような塩素含有物を焼却処理する工程において、塩素分の含有量が少ない焼却灰を得ることができる方法と装置を提供することを目的とするものである。
特に本発明は、塩素分を中和・固定したり、除去するための薬剤を使用せず、また、塩素分を除去するための特別の化学的除去工程を付加することなく、紙パルプ製造工場（製紙工場）の排水スラッジ等の塩素分含有物焼却工程から、塩素分含有量の少ない焼却灰を取り出すことができる焼却処理方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来の焼却処理工程における燃焼条件及び燃焼排ガス処理条件について鋭意研究を進めた結果、焼却処理工程から、焼却灰中の塩化物含量が大幅に低減されている焼却灰を取り出すことができることを見出し、以下に示す本発明を完成させた。
【００１１】
（１）焼却炉を用いて製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する方法において、
前記焼却炉として気泡型流動層炉を用い、燃焼温度を流動層部で８５０〜９００℃、フリーボード部で９５０〜１１００℃として焼却を行い、
焼却炉排ガスの集塵装置を焼却炉直後の高温用と冷却後の低温用の２段に分けて設置して別々に焼却灰を取り出し、かつ前記排ガスを焼却炉及び高温用集塵装置において９５０〜１１００℃の温度に所定時間連続して保持して高温用集塵装置から塩素含有率０．０５重量％以下とした焼却灰を取り出し、低温用集塵装置からは、高温用集塵装置から送られる灰分含有排ガスから高塩素含有率の焼却灰と低塩素含有率の排ガスを取り出すことを特徴とする製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する方法。
【００１２】
（２）前記排ガスを焼却炉及び高温用集塵装置において、９５０〜１１００℃の温度に１０〜３０分間連続して保持し、高温用集塵装置から取り出される焼却灰の塩素含有率を０．０５重量％以下に調節することを特徴とする（１）に記載の製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する方法。
（３）前記製紙スラッジを含む塩素含有物は、紙パルプ製造工場から排出される排水スラッジ（製紙スラッジ）単独、あるいは他の廃棄物及び／又は燃料を混合した排水スラッジの混合物であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する方法。
【００１３】
（４）製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却して灰化する装置であって、
気泡型流動層炉からなる焼却炉、該焼却炉に続く、低塩素含有率灰分取出用の高温用集塵装置、該高温用集塵装置から送られる灰分含有排ガスを冷却して熱回収する冷却装置（熱回収装置）、該冷却装置からの冷却排ガスから高塩素含有率の灰分を分離する低温用集塵装置及び該低温用集塵装置からの低塩素含有率排ガスを放出する排ガス排出装置を備え、
前記焼却炉が、燃焼温度を流動層部で８５０〜９００℃、フリーボード部で９５０〜１１００℃として焼却できる構造を有し、
かつ、前記焼却炉及び高温用集塵装置において前記排ガスを９５０〜１１００℃の温度に所定時間連続して保持できる構造を有し、
高温用集塵装置から塩素含有率０．０５重量％以下の焼却灰を取り出し、低温用集塵装置からは、高温用集塵装置から送られる灰分含有排ガスから高塩素含有率の焼却灰と低塩素含有率の排ガスを取り出すことができる
ことを特徴とする製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する装置。
（５）前記高温用集塵装置は高温サイクロンであり、前記焼却炉で生成される灰分を、前記焼却炉及び高温サイクロンを通じて９５０〜１１００℃の温度に１０分間以上連続して保持できる構造を有することを特徴とする前記（４）記載の製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する装置。
【００１４】
（６）前記低温用集塵装置はバグフィルターであることを特徴とする（４）又は（５）に記載の製紙スラッジを含む塩素含有物を焼却し灰化する装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
前記本発明の方法及び装置の構成から明らかなように、本発明は、紙パルプ製造工場から排出される排水スラッジのような塩素分含有物を単独あるいは他の廃棄物や重油等の燃料と共に焼却炉で焼却し、ついで燃焼排ガスから集塵装置で焼却灰を回収することからなる塩素分含有廃棄物の焼却処理工程において、基本的には、燃焼排ガスから焼却灰を回収する集塵装置を、高温側と低温側に２段設置すると共に、焼却炉及び高温側に設置した高温用集塵装置の操業条件を厳密に規定することにより、高温用集塵装置から塩素含有量の少ない焼却灰を得ることを特徴とするものである。
【００１６】
紙パルプ製造工場からの排水スラッジと一緒に焼却することができる他の廃棄物は、バーク、損紙、古紙、古タイヤ等多岐にわたり、これらの廃棄物と共に重油等の燃料を添加して焼却処理を行ってもよい。
【００１７】
前記本発明においては、前記の焼却炉、高温用集塵装置及び低温用集塵装置における厳密に規定された条件での処理が不可欠である。高温用集塵装置のみでは、排ガス中の塩素分濃度が高くなり、排出ガス規制を満たすことができない場合が生じるが、本発明では、低温側に配置した集塵装置において、高温用集塵装置からの排ガス中に存在する塩素分を随伴している焼却灰中に吸収させて排ガス中の塩素分を低減している。この低温用集塵装置における排ガスからの塩素分の除去のためには、焼却灰中のカルシウム等の塩素吸収成分を利用しているが、一般に行われている消石灰等をさらに添加することも可能である。
【００１８】
本発明の製紙スラッジの焼却方法とその装置の場合、焼却炉の高温部の焼却温度は９５０〜１１００℃である。また、焼却炉に後続する高温用集塵装置の温度も９５０〜１１００℃に保持することが必要である。
焼却炉の高温部及び高温用集塵装置の温度が９５０℃未満では、焼却灰中の塩素分がガス側に充分に移行しないし、１１００℃を越えて焼却灰中の塩素分のガス側への移行をより完全ならしめようとしても必要とするエネルギーコストに見合った効果は期待できない。
【００１９】
本発明で使用する焼却炉は、高温雰囲気が安定して維持できる流動層炉が好ましい。炉内脱硫を行う場合には、脱硫反応と脱塩反応を個別に行うことができる気泡型流動層炉がさらに好ましい。この場合、流動層部では脱硫効率の最も高い８５０〜９００℃での焼却を行い、フリーボード部では脱塩効率のよい９５０〜１１００℃で焼却を行うことによって、脱硫反応ゾーンと脱塩反応ゾーンとを分けることにより、脱硫効率を低下させることなく脱塩をも行うことができる。
焼却炉内における流動層部とフリーボード部に温度差を付ける方法は、焼却炉内への燃焼空気の吹き込みを２段とし、流動層部では燃焼効率を低くして燃焼温度を下げ、その分フリーボード部での未燃ガスを増やして、ここに２次空気を投入することによりフリーボード部の温度を上げる方法を用いることができる。
なお、焼却炉は、単なる焼却炉であってもよいが、エネルギーの有効利用の点から蒸気発生装置を併設した、いわゆるボイラーとしてもよく、本発明の焼却炉はこのようなボイラーも含むものである。
【００２０】
高温用集塵装置は、高温に対する耐久性があり、搬入される灰分が所定時間滞留した後、排出される構造のサイクロン型がよい。
この焼却炉及び後続する高温用集塵装置内における焼却灰の滞留時間は重要であり、１０〜３０分が好ましい。１０分未満では焼却灰中の塩素分のガス側への移行が不十分であり、３０分を越えても焼却灰中の塩素分のガス側への移行をより以上完全に、効率よく達成することは困難であり、設備の大型化が必要となるため好ましくない。
高温用集塵装置内における灰分の滞留時間は、該集塵装置内からの灰分の取り出し量の調節などによっておこなうことができる。
【００２１】
高温用集塵装置から捕集した塩素分含有量の低い焼却灰は系外へ取り出す。高温用集塵装置を通過した塩素濃度の高い排ガス及び未捕集の微細な灰分は、熱回収装置又はガス冷却装置により１５０〜３５０℃程度にまで冷却し、必要に応じて焼却灰中へカルシウム及び／又は消石灰等の塩素吸収成分を添加することにより、排ガス中の塩素分を再び焼却灰へ吸収させる。
この低温用集塵装置としては、吸収反応を起こし易いバグフィルターがよく、捕集した塩素含有量が高い焼却灰は系外へ取り出す。塩素含有量が低減されていて、排ガス基準を満たす排ガスは外部に放出する。
以上の本発明により、高温用集塵装置から再利用分野に応じた要求基準を満たす低塩素含有率の焼却灰を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、焼却灰等における灰分、カルシウム、塩素及び塩化水素の各濃度の測定方法はつぎのとおりである。
（１）灰      分：ＪＩＳ  Ｐ−８１２８  紙及び板紙の灰分試験法。
（２）カルシウム：スラッジ灰をアルカリ溶融し、その溶解液に修酸アンモニウムを添加し、修酸カルシウムとして測定する重量法。
（３）塩      素：ＪＩＳ  Ｋ−０１０１  工業用水試験方法（３２、塩化物イオン、チオシアン酸水銀（II）吸光光度法）。
（４）塩化水素：  ＪＩＳ  Ｋ−Ｏ１Ｏ７  排ガス中の塩化水素分析法（チオシアン酸水銀（II）吸光光度法）。
なお、特に断らないかぎり、実施例及び比較例における％は重量％を示す。
【００２３】
試験例１〜５：
後記実施例及び比較例で焼却処理したものと同様の製紙スラッジについて、電気炉（東京本山商会製、高速昇温電気炉ＳＳ２０３０Ｐ）を用いて３０分間、表１に示す５段階の焼却温度条件で焼却・加熱処理した後、それぞれの焼却灰の塩素含有率を測定した。結果は表１に示す。
【００２４】
【表１】
0003882280.tif 000002
【００２５】
試験例６〜８：
試験例１〜５で使用したと同様の製紙スラッジについて、同様の電気炉により、焼却・加熱処理温度を１０００℃とし、表２に示す３段階の焼却・処理時間を採用して焼却・加熱処理を行った。結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
0003882280.tif 000003
【００２７】
実施例１
クラフト法で蒸解したパルプを、酸素−塩素／二酸化塩素−アルカリ／酸素−ハイポ−二酸化塩素の晒シーケンスで漂白し、一部に新聞古紙を主体とする脱墨パルプを用いて上質紙、中質紙、クラフト紙、塗工紙、家庭用紙を生産する紙パルプ製造工場から排出される製紙スラッジを用いた。この製紙スラッジは、凝集沈殿スラッジ５０％、晒排水脱色スラッジ３０％及び塗工カラー排水スラッジ２０％を含む混合スラッジであり、該混合スラッジの灰分は４５．８％、カルシウム含有率１５．２％（対灰分）及び塩素含有率０．６７％（対灰分）であった。
【００２８】
上記製紙混合スラッジを図１に示す本発明の処理装置を用いて、前記試験例１の電気炉試験と同様の温度で、同様の塩素含有率の高温サイクロン取り出し灰が得られるように焼却、加熱処理した。
まず、流動層炉（気泡型流動層炉）１の流動層２を８５０℃〜９００℃に維持し、焼却炉１のフリーボード部３は１１００℃に維持した。高温用集塵装置４として１１００℃の温度に維持されているサイクロン型の集塵装置を使用した。流動層炉１に製紙スラッジＡを供給しながら、サイクロン下部取り出し口より、焼却灰成分５を取り出してその塩素含有率を測定し、その測定値に応じて取り出し量を調節しながら、取り出しされる焼却灰の塩素含有率を常時０．０２０％に維持した。
【００２９】
高温サイクロン取り出し口からの焼却灰５の塩素含有率が０．０２０％に維持されている状態では、前記試験例１の結果から、製紙スラッジＡ中にあって焼却加熱処理されている灰分の焼却炉１及び高温サイクロン４中における滞留時間は約３０分であると推定された。高温サイクロン４からの取り出し焼却灰５の塩素含有率が０．０２０％と安定した状態で、バグフィルター６（低温用集塵装置）に送られるガスから取り出す焼却灰７と煙突８からの排気ガス９のそれぞれにおける塩素含有率を測定した。結果を表３に示す。
【００３０】
実施例２及び比較例１〜３
実施例１と同様の処理装置を使用し、焼却炉１及び高温サイクロン４の温度条件を前記試験例２〜５の温度条件とし、かつ該温度条件での３０分間の焼却処理によって達成されている各試験例２〜５における高温サイクロン４からの取り出し焼却灰５の塩素含有率が維持された状態で、実施例１と同様にバグフィルター６からの灰分７及び排気ガス９それぞれの塩素含有率を測定した。結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
0003882280.tif 000004
【００３２】
【発明の効果】
表１及び表３より明らかなように、焼却炉１及び高温用集塵装置４における焼却・加熱処理温度が１０００℃以上の実施例１及び２では、高温用集塵装置４からの取り出し焼却灰５の塩素含有率が０．０３％以下であり、排ガス９中の塩化水素含有率も３００ｖｏｌｕｍｅ  ｐｐｍ以下と排出基準（規制値は４３０ｖｏｌｕｍｅ  ｐｐｍ）を満たすものであるのに対して、バグフィルター６からの焼却灰７の塩素含有率は５．７％と高い率を示している。
【００３３】
この結果から、実施例１及び２の本発明の方法では、製紙スラッジ中の塩素分は低温用集塵装置であるバグフィルター６から回収される焼却灰７に凝縮されて系外へ取り出され、高温用集塵装置である高温サイクロン４からは、種々の分野での再利用が可能な低塩素含有率の焼却灰５が得られ、しかも排気ガス９も排出基準を満たしていることから、そのまま大気中に排出できるという効果が達成されることが分かる。
【００３４】
また、表２から、本発明の方法において、高温用集塵装置である高温サイクロン集塵機４から低塩素含有率の焼却灰５を得るためには、焼却炉１及び高温用集塵装置４において製紙スラッジ中の灰分を高温条件下で比較的長い時間にわたって焼却・加熱処理する必要があること、換言すれば、焼却炉１及び高温用集塵装置４における所定の滞留時間が不可欠であることは明らかである。
以上に説明したように、本発明は、製紙スラッジのような塩化物含有廃棄物から、通常の焼却プラントを利用し、軽微な工夫を加えるだけで多くの分野における再利用が可能な焼却灰を得ることができる方法を提供し得たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼却・加熱処理方法の概略説明図。
【図２】従来の焼却処理方法の概略説明図。
【符号の説明】
１：流動層炉、２：流動層部、３：フリーボード部、４：高温用集塵装置、５：焼却灰、６：低温用集塵装置、７：焼却灰、８：煙突、９：排ガス、１０：ガス冷却装置、Ａ：紙パルプ製造工場の排水スラッジ（製紙スラッジ）。
【図１】
0003882280.tif 000005
【図２】
0003882280.tif 000006