(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を熱処理する熱処理装置と、この熱処理装置による熱処理時に発生する発生熱を回収するボイラとを備える廃棄物熱処理システムにおいて、
排水処理設備からの処理水を貯留する再利用水槽と、前記再利用水槽のオーバーフロー水を貯留する炉内噴射水槽と、この炉内噴射水槽内の処理水を前記熱処理装置内に噴射する余剰水噴射装置と、前記ボイラ通過後の排ガスを前記再利用水槽からの処理水にて減温する排ガス減温装置とを備え、前記炉内噴射水槽の水位が所定位置まで上がったときに、この炉内噴射水槽内の処理水が前記余剰水噴射装置に供給されるように制御することを特徴とする廃棄物熱処理システム。
【請求項２】
前記熱処理装置内に助燃料を吹き込む助燃バーナが設けられ、この助燃バーナからの助燃料の吹き込み量が前記熱処理装置内の燃焼ガス温度に応じて制御される請求項１に記載の廃棄物熱処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を熱処理する熱処理装置と、この熱処理装置による熱処理時に発生する発生熱を回収するボイラとを備える廃棄物熱処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、廃棄物はその質および種類が様々であるため、この廃棄物を熱処理する熱処理施設を設計するための主要因子である低位発熱量は一定値ではなく、ある程度の幅を持つことになる。例えば一般廃棄物の熱処理施設の設計においては、低質、平均および高質の３種類の廃棄物に対してそれぞれ発熱量を設定するのが一般的である。このように異なる発熱量を持った廃棄物を熱処理した場合、発生するガスの量および温度も異なることになる。さらに、ボイラを設置して発生した排ガスからの熱処理を行う場合、ボイラを出た排ガスの量および温度も廃棄物の質により異なってくる。すなわち、廃棄物の発熱量が低いほど、排ガスの量は少なく、温度は低くなる。
【０００３】
一方、焼却炉等の廃棄物の熱処理施設においては、この施設から発生する排水を処理するための排水処理設備が付設されており、この排水処理設備からの処理水（排水処理水）は当該施設内で再利用されることが多い。また、この再利用後に余剰水が発生する場合には、その余剰水は下水道など施設外に放流されることになる。しかし、このような施設を下水道の整備されていない地域に設置する場合には、処理水を全て施設内で再利用することが必要となる。
【０００４】
ところで、この種の熱処理施設においては、燃焼ガスの冷却設備として、大規模施設ではボイラが設置され、中小規模施設では水噴射による燃焼ガス冷却装置が設置されている。また、中小規模施設は下水道の整備されていない地域に立地され、無放流を条件とされることが多かったが、燃焼ガスの冷却に多量の水を消費するために特に問題となることはなかった。しかし、近年、未利用エネルギーの有効利用の観点から廃棄物の熱利用が促進され、前述の中小規模施設においてもボイラを設置して熱回収を行うことが一般的となってきている。このため、ボイラを設置した場合に、燃焼ガス冷却装置に使用されていた排水処理水をどの用途に使用するかということが新たな問題となってくる。
【０００５】
前記排水処理水全量を再利用する方法を考える場合、最も有効な再利用の用途しては、排ガス減温水、言い換えればボイラから出た排ガス中に水を吹き込んでガス温度を下げ、バグフィルタなどの後続の排ガス処理設備に適した温度にするための水が挙げられる。
【０００６】
図３には、排水処理水を排ガス減温水に用いる従来の排水無放流システムの一例が示されている。
【０００７】
この従来システムにおいては、焼却炉５１の排ガス出口にボイラ５２が設置されてそのボイラ５２にて熱回収がなされ、このボイラ５２を通過した排ガスは減温塔５３にて冷却された後、バグフィルタ等の集塵装置５４に送られ、この集塵装置５４にてダストが除去された後、誘引送風機を介して煙突から大気に放出される。ここで、前記減温塔５３にて噴霧される排ガス減温水として排水処理水が用いられる。この排水処理水はまず再利用水槽５５に貯留され、この再利用水槽５５に貯留された排水処理水は、減温水ポンプ５６により減温塔５３に送られ、この減温塔５３において排ガス減温水として噴霧される。また、前記再利用水槽５５には、排ガス減温水以外の用途に用いるために再利用水揚水ポンプ５７が接続され、この再利用水揚水ポンプ５７によって他の設備にも排水処理水が送られる。
【０００８】
また、前記再利用水槽５５には、この再利用水槽５５の水位低下時に別の水源より補給水を供給するための補給水供給管５８が接続され、その水位の低下が水位検出装置５９によって検出されると、水位制御装置６０によって流量制御弁６１を制御して補給水を供給するように構成されている。なお、図中符号６２にて示されるのは、炉の立ち上げ用に炉内に助燃料を吹き込む助燃バーナである。
【０００９】
このシステムにおいては、再利用水槽５５の水位低下時の水補給については前述のように自動的に行うことができるが、水位上昇時の自動制御は不可能である。このため、次のような方法が採られている。まず、排水処理水や再利用水の水量が変動して再利用水槽５５の水位が上昇した場合に備え、その分通常運転水位を最高水位より低くしておく。すなわち、再利用水槽５５の容量には、所定の滞留時間を確保するほか、この水量変動を加味する必要がある。また、再利用水槽５５の水位が上昇傾向にないかどうかを監視しておく必要もある。そして、再利用水槽５５の水位上昇が止まらない場合には、排ガス減温水量を増やすか、あるいは排水処理水を減らす必要がある。排ガス減温水量を増やすためには、排ガス量を増やす、すなわち廃棄物の投入量を増やすことが必要となり、また排水処理水を減らすためには、施設からの排水量を減らす、すなわち施設内での新水の使用量を減らすなどが必要になる。いずれにしても施設の運営に制限を与えるものとなる。
【００１０】
次に、前記従来の排水無放流システムにおける発熱量と水量等との関係を、図４を参照しつつ説明する。なお、この図４において、グラフ上部は、発熱量とボイラ出口排ガス量との関係（実線）および発熱量とボイラ出口排ガス温度との関係（破線）を示し、グラフ下部は、発熱量と水量との関係であって、発熱量と排水処理水量との関係（実線）および発熱量と再利用可能水量（排ガス減温水量＋他の再利用水量）との関係（破線）を示している。
【００１１】
図４に示されるように、従来システムでは、排ガス減温水量は、最低発熱量ＨＬにおいて再利用可能水量が排水処理水量以上になるように決定され、この排ガス減温水量に対応してボイラ出口排ガス温度が決定され、これに応じてボイラの伝熱面積を設計するようにされている。こうして設計されたボイラを用いると、発熱量が高いほどボイラ出口ガス温度が高くなり、このボイラ出口ガス温度は最高発熱量ＨＨ時にはＴＨまで上昇する。また、ボイラ出口ガス温度が高いほど必要とする排ガス減温水量は増加するため、再利用可能水量も増加する。一方、排水処理水量も発熱量の上昇とともに増加するものの、その傾きは排ガス減温水量の増加に比べて緩やかである。したがって、再利用可能水量と排水処理水量との差は発熱量が上昇するほど大きくなり、最高発熱量ＨＨ時にはＧｒＨ−ＧｗＨまで増加する。
【００１２】
このように排ガス減温水量は、ボイラからの排ガス量が多いほど、またボイラ出口の排ガス温度が高いほど多くの量を消費する。したがって、余剰水が発生しないように、これらボイラ出口排ガス量およびボイラ出口排ガス温度を設計すれば良いことになる。ここで、ボイラ出口排ガス量については、廃棄物の処理量を増減させることで操作可能であるが、施設能力以上に廃棄物量を増減させることはできない。また、一定量の廃棄物を処理した時の排ガス量は廃棄物の性質に依存するため、施設のシステム構築において操作可能な設計因子ではない。廃棄物の組成に応じて燃焼に必要な空気量が決定されるため、発生する排ガス量は廃棄物の組成により決定される。また、廃棄物の発熱量も組成により決定される。したがって、排ガス量は廃棄物の性質により一定値に決定されるため、機器設計において操作できるものではない。一方、ボイラ出口排ガス温度については、ボイラの伝熱面積を増減させることで設計段階での変更は可能である。すなわち、余剰水が発生しないようにボイラ出口排ガス温度を決定し、ボイラの設計を行う必要がある。
【００１３】
以上の検討に基づき、排水無放流システムにおける廃棄物の発熱量と各水量について整理すると次のようになる。すなわち、廃棄物の発熱量が高いほどボイラ出口の排ガス量が多く、温度が高くなるため、排ガス減温水量は多くなる。また、施設からの排水量（排水処理水量）についても発熱量が高いほど多くなるが、この排水処理水量の変動幅は排ガス減温水量の変動幅に比べて小さいものとなる。したがって、発熱量が高い条件で余剰水が発生しないように設計しても、発熱量が低い条件では余剰水が発生する水バランスとなる。このことから、図４によって説明したように、ボイラ出口排ガス温度は発熱量が低い条件で決定する必要がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のようにしてシステム設計を行うと、次の問題点が生じる。
（１）廃棄物の発熱量が高い条件においてボイラ出口排ガス温度が高くなるため、十分な熱回収を行えなくなる。
（２）廃棄物の発熱量が高い条件においてボイラ出口排ガス温度と後続の減温塔出口排ガス温度との差が大きくなるため、排ガス減温水の必要量も増加する。したがって、減温塔出口排ガス量も増加し、集塵装置、誘引送風機および煙突など後続の機器の必要容量も大きくなる。
（３）排水処理水量が変動した場合や廃棄物処理量が低下した場合などに、余剰水が発生しないよう再利用水槽に一定容量を確保する必要がある。
（４）施設の運転においても、再利用水槽の水位を監視する必要がある。また、水位が上昇するようであれば、上水の使用水量を減らしたり、廃棄物の処理量を増やすなどの調整が必要となり、施設の運転に制約が生じることになる。
【００１５】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、廃棄物に対し焼却などの熱処理を行い、その熱処理時に発生する発生熱をボイラにて回収するようにした施設において、この施設からの排水を施設外部に放流することなく、熱回収を高効率に行うことができ、かつ排ガス量も低減することのできる廃棄物熱処理システムを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による廃棄物熱処理システムは、
廃棄物を熱処理する熱処理装置と、この熱処理装置による熱処理時に発生する発生熱を回収するボイラとを備える廃棄物熱処理システムにおいて、
排水処理設備からの処理水を貯留する再利用水槽と、前記再利用水槽のオーバーフロー水を貯留する炉内噴射水槽と、この炉内噴射水槽内の処理水を前記熱処理装置内に噴射する余剰水噴射装置と、前記ボイラ通過後の排ガスを前記再利用水槽からの処理水にて減温する排ガス減温装置とを備え、前記炉内噴射水槽の水位が所定位置まで上がったときに、この炉内噴射水槽内の処理水が前記余剰水噴射装置に供給されるように制御することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明によれば、再利用水槽の余剰水を余剰水噴射装置によって熱処理装置内に噴射させて蒸発させることができるので、廃棄物の最低発熱量より高い発熱量にて排水が無放流となるようにボイラ出口排ガス温度を決定することができ、最高発熱量時のボイラ出口排ガス温度を下げることができる。したがって、ボイラにおける熱回収効率を向上させることができ、かつ排出ガス量も低減することができる。こうして、排ガス処理装置などのボイラ後続機器の設備容量を小さくすることができるとともに、排水無放流を維持するために行う再利用水槽の監視、廃棄物処理量の調節や施設内使用新水量の抑制などが全く不要となる。
【００１８】
また、本発明によれば、再利用水槽のオーバーフロー水を貯留する炉内噴射水槽が設けられ、この炉内噴射水槽からの処理水が前記余剰水噴射装置に供給されるので、再利用水槽に貯留された処理水のうち排ガス減温水等の用途に使用された後の余剰水のみを炉内噴射水槽に貯留し、この貯留水を熱処理装置内に噴射することができるので、排水処理設備からの処理水をそれぞれの用途に応じて有効利用することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記ボイラ通過後の排ガスを前記再利用水槽からの処理水にて減温する排ガス減温装置が設けられているので、再利用水槽に貯留された処理水を排ガス減温装置にて排ガス減温水として利用することができる。
【００２０】
本発明においては、前記熱処理装置内に助燃料を吹き込む助燃バーナが設けられ、この助燃バーナからの助燃料の吹き込み量が前記熱処理装置内の燃焼ガス温度に応じて制御されるのが好ましい。このようにすれば、熱処理装置内への余剰水の噴射により燃焼ガス温度が低下しても、助燃料の吹き込みによりその熱処理装置内のガス温度を所定温度に保つことができ、不完全燃焼の発生を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による廃棄物熱処理システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１には、本発明の一実施形態に係る廃棄物熱処理システムの全体構成図が示されている。
【００２３】
本実施形態の廃棄物熱処理システムにおいては、一般廃棄物もしくは産業廃棄物を焼却する焼却炉（熱処理装置）１が設けられ、この焼却炉１の排ガス出口にボイラ２が設置され、このボイラ２の後流側に減温塔（排ガス減温装置）３およびバグフィルタ等の集塵装置４がそれぞれ設置され、この集塵装置４の後流側に誘引送風機および煙突が設置されている。このような構成において、焼却炉１から排出される排ガスはボイラ２に導入されることによりそのボイラ２にて熱回収がなされ、このボイラ２を通過した排ガスは減温塔３にて冷却されて所定温度以下に減温された後、集塵装置４に送られ、この集塵装置４にてダストが除去された後、誘引送風機を介して煙突から大気に放出される。
【００２４】
一方、施設内の排水処理水は再利用水槽５に一旦貯留される。この再利用水槽５に貯留された排水処理水は、減温水ポンプ６により減温塔３に送られ、この減温塔３において排ガス減温水として噴霧される。また、前記再利用水槽５には、排ガス減温水以外の用途に用いるために再利用水揚水ポンプ７が接続され、この再利用水揚水ポンプ７によって他の設備にも排水処理水が送られる。また、前記再利用水槽５には、この再利用水槽５の水位低下時に別の水源より補給水を供給するための補給水供給管８が接続され、その水位の低下が水位検出装置９によって検出されると、水位制御装置１０によって流量制御弁１１を制御して補給水を供給するようにされている。
【００２５】
本実施形態においては、前記再利用水槽５が、仕切壁５ａを介して炉内噴射水槽５Ａに接続され、再利用水槽５のオーバーフロー水（余剰水）が炉内噴射水槽５Ａに供給されるよう構成されている。また、前記炉内噴射水槽５Ａには噴射水供給管１２が接続され、この炉内噴射水槽５Ａ内の処理水が炉内噴射水ポンプ１３によってその噴射水供給管１２を通って噴射ノズル（余剰水噴射装置）１４に供給され、この噴射ノズル１４から焼却炉１内に噴射されるように構成されている。また、前記噴射水供給管１２の途中には流量制御弁１５が介挿され、この流量制御弁１５が、炉内噴射水槽５Ａの水位を検出する水位検出装置１６からの信号に基づき水位制御装置１７によって開閉制御されるようにされている。
【００２６】
さらに、焼却炉１の下部に配される助燃バーナ１８からの助燃料の吹き込み量を制御する流量制御弁１９が設けられるとともに、焼却炉１内には温度検出装置２０が設けられ、この温度検出装置２０からの信号に基づき燃焼ガス温度制御装置２１によって前記流量制御弁１９が開閉制御されるようにされている。
【００２７】
このように構成されているので、排水処理水はまず再利用水槽５に貯留され、この再利用水槽５から減温水ポンプ６により減温塔３に送られるとともに、再利用水揚水ポンプ７により他の設備にも送られる。そして、この再利用水槽５の水位が低下すると、水位制御装置１０によって流量制御弁１１が開作動されて補給水が供給される。
【００２８】
一方、前記再利用水槽５内の排水処理水の全てが前記用途で使用されない場合には、その水位が上がりオーバーフローにより炉内噴射水槽５Ａに流れ込む。そして、この炉内噴射水槽５Ａの水位が所定位置まで上がると、流量制御弁１５が開作動されてその炉内噴射水槽５Ａ内の排水処理水は炉内噴射水ポンプ１３によって噴射ノズル１４に供給され、この噴射ノズル１４から焼却炉１内に噴射される。ここで、前記流量制御弁１５が水位検出装置１６からの信号を受けた水位制御装置１０によって制御されることで、炉内噴射水量が自動制御される。また、炉内噴射水槽５Ａの水位が所定の位置まで下がると、炉内噴射ポンプ１３が停止される。なお、前記再利用水槽５内の排水処理水の全てが前記用途で使用される場合には、その水位が下がりオーバーフローは止まる。
【００２９】
炉内への水噴射により焼却炉１内の燃焼ガス温度が低下した場合には、この水噴射後の燃焼ガス温度が温度検出装置２０にて検出され、この温度が所定の温度になるように燃焼ガス温度制御装置２１からの信号を受けて流量制御弁１９が制御されて助燃バーナ１８からの助燃料の吹き込み量が制御される。なお、この助燃バーナ１８から吹き込まれた助燃料の燃焼熱はボイラ２にて回収される。
【００３０】
本実施形態において、助燃料を炉内に吹き込むための装置としては、炉の立ち上げ用に装備する助燃バーナを利用することができる。また、炉内への水噴霧を行う噴射ノズル１４についても、他の流体を吹き込むノズル（例えばごみ汚水を噴霧するためのノズル）が装備されている場合にはそのノズルを流用することもできる。
【００３１】
次に、本実施形態の廃棄物熱処理システムにおける発熱量と水量等との関係を、図２を参照しつつ説明する。なお、この図２においては、前記図４と同様の項目のほか、上部に発熱量と助燃量との関係が追加されるとともに、再利用可能水量の内訳に炉内噴射水量が追加されている。また、従来のガス量、温度および再利用可能水量についても併せて示されている。
【００３２】
本実施形態のシステムでは、最低発熱量より高い発熱量にて排水が無放流となるようにボイラ出口排ガス温度が決定される。なお、図２の例では平均的な発熱量にて決定した場合が示されている。この方法によれば、最高発熱量ＨＨ時のボイラ出口ガス温度は従来のＴＨより低いＴＨ２まで下げることができる。すなわち、ボイラでの熱回収量を従来に比べて増やすことができるようになる。さらに、ボイラ出口ガス温度が従来より低くなるため、排ガス減温水量も従来より少なくすることができる。最高発熱量ＨＨ時でみると、再利用可能水量が従来のＧｒＨからＧｒＨ２にまで減少することになる。装置の大きさは最高発熱量ＨＨ時の排ガス量にて決定されるので、排ガス減温水量が減少した分、減温塔３出口以降の排ガス量も少なくなり、後続の排ガス処理装置などの装置をコンパクトにすることができる。
【００３３】
一方、発熱量が低く排ガス減温水への利用のみでは排水処理水に余剰が発生する場合には、焼却炉１内にその余剰水が噴霧されるので、排水無放流の条件は満足される。ただし、焼却炉１内への水噴霧により燃焼ガス温度が低下し、不完全燃焼を引き起こす可能性があるため、炉内に助燃料が吹き込まれて所定のガス温度を保つようにする。なお、図２においては、平均発熱量ＨＭ時より低い発熱量における炉内水噴射量が示されており、そのときの助燃料が最上部に示されている。
【００３４】
ここで、炉内に水噴霧と助燃料の吹き込みとを行うと、これを行わない場合に比べてボイラ出口排ガス量が増加するため、排ガス減温水量も従来に比べて増加する。したがって、最低発熱量ＨＬから平均発熱量ＨＭの間における発熱量に対する排ガス減温水量の変化は、平均発熱量ＨＭから最高発熱量ＨＨの間における排ガス減温水量の変化に比べて緩やかなものとなる。つまり、ごみ質低下に伴う炉内噴射水量の増加は、炉内水噴射の不要な高いごみ質域での排ガス減温水量の変化率より小さいため、低いごみ質における炉内の噴射水量が必要以上に多くなるのを抑制している。
【００３５】
本実施形態の廃棄物熱処理システムによれば、廃棄物の最低発熱量より高い発熱量にて排水が無放流となるようにボイラ出口排ガス温度を決定することができるので、最高発熱量時のボイラ出口排ガス温度を下げることができ、ボイラにおける熱回収効率を向上させることができるとともに、排出ガス量も低減することができる。この結果、排ガス処理装置などのボイラ後続機器の設備容量を小さくすることができ、また排水無放流を維持するために行う再利用水槽の監視、廃棄物処理量の調節や施設内使用新水量の抑制などが全く不要になるという利点がある。
【００３６】
本実施形態においては、再利用水槽５のオーバーフロー水を炉内噴射水槽５Ａに供給するように構成したが、このようにオーバーフロー水を利用せずに、再利用水槽５内の処理水を直接ポンプを用いて噴射ノズル１４に供給するようにすることもできる。
【００３８】
本発明のシステムは廃棄物に限らず、発熱量が一定でなく幅を持つような燃料を用いて発生熱をボイラにて回収する施設に適用しても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る廃棄物熱処理システムの全体構成図である。
【図２】図２は、本実施形態の廃棄物熱処理システムにおける発熱量と水量等との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、排水処理水を排ガス減温水に用いる従来の排水無放流システムの一例を示す図である。
【図４】図４は、従来の排水無放流システムにおける発熱量と水量等との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１                焼却炉
２                ボイラ
３                減温塔
４                集塵装置
５                再利用水槽
５Ａ              炉内噴射水槽
６                減温水ポンプ
７                再利用水揚水ポンプ
８                補給水供給管
９，１６          水位検出装置
１０，１７        水位制御装置
１１，１５，１９  流量制御弁
１２              噴射水供給管
１３              炉内噴射水ポンプ
１４              噴射ノズル
１８              助燃バーナ
２０              温度検出装置
２１              燃焼ガス温度制御装置
【図１】
0004079612.tif 000002
【図２】
0004079612.tif 000003
【図３】
0004079612.tif 000004
【図４】
0004079612.tif 000005