(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等の脱硫剤が２Ｃａ／Ｓ当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行うとともに、前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻すことを特徴とする循環流動層炉を用いた廃棄物焼却方法。
【請求項２】
前記灰分が焼却灰捕集除去手段により捕捉した飛灰であり、該飛灰の返送率が２０〜８０％になるように設定したことを特徴とする循環流動層炉を用いた請求項１記載の廃棄物焼却方法。
【請求項３】
下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等の脱硫剤が２Ｃａ／Ｓ当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行う循環流動層炉を用いた廃棄物焼却装置において、
前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、該灰分を少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻す経路を設けたことを特徴とする循環流動層炉を用いた廃棄物焼却装置。
【請求項４】
前記灰分がバグフィルタにより捕捉される飛灰であり、該バグフィルタと灰分戻し経路間に、飛灰分配手段を介装し、該分配手段により飛灰の返送率を２０〜８０％に設定したことを特徴とする循環流動層炉を用いた請求項３記載の廃棄物焼却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物を焼却する循環流動層炉を用いた廃棄物焼却方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物や都市ゴミ、下水汚泥等の焼却処理には、循環流動層炉が用いられる。循環流動層炉では、炉内に廃棄物とともに石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等の脱硫剤を投入し、炉内で脱硫・脱塩を行い、排ガス中の有害成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）や塩化水素（ＨＣｌ）を除去する技術が種々提案されている。
【０００３】
かかる技術は、例えば特開平１１−６３４５８号において、脱水処理された汚泥を消石灰を添加した状態で、乾燥処理した後得られた乾燥汚泥を循環流動層炉により焼却処理し、該流動層炉から排出される排ガスの硫黄酸化物濃度を可及的に低減する技術であり、汚泥中の硫黄成分が１モルに対し、０．５〜４モルとなる比率で消石灰を汚泥に添加混合させている。
【０００４】
しかしながら前記従来技術では、汚泥中の硫黄成分が１Ｃａ／Ｓ当量比（当量比：理論的必要量の倍数）に対し、０．５〜１モル程度では硫黄酸化物が十分反応させられず、図４より明らかなように、２Ｃａ／Ｓ当量比で脱硫率が７０％、３Ｃａ／Ｓ当量比で脱硫率が８０％、４Ｃａ／Ｓ当量比で脱硫率が９０％、５Ｃａ／Ｓ当量比で脱硫率が９５％、となるために、循環流動層炉で所定の脱硫効率（８０〜９５%）を得るために、脱硫剤の投入量を当量比３．０〜５．０程度供給する必要がある。
【０００５】
従って、このように前記従来技術は、廃棄物由来の焼却灰に加えこの余剰に供給する脱硫剤に由来する灰分により、灰の発生量の総量は、廃棄物由来の灰発生量の１．２〜１．４倍若しくはそれ以上になる。
【０００６】
このような、従来の循環流動層炉焼却システムの一例について、図２を参照しながら説明する。
本焼却システムは、上流側より本焼却システムは、脱水ケーキ２と脱硫剤１を３．５当量比前後で投入させた後、定量ずつ圧送ポンプ４に給送する定量ホッパ３と、砂層部９とフリーボード部１０を具え、散気ノズル８より流動空気を砂層部９に給送するとともに、助燃ノズル７より砂層部９内に助燃料６を供給し、前記脱水ケーキ２の焼却を行う循環流動層炉１１、前記フリーボード部１０より排出された流動砂を排気ガスと分離し、流動砂のみを循環流動層炉１１に戻すホットサイクロン１２、該サイクロン１２で分離された排気ガスの熱を利用して流動ブロワ２２より供給される流動空気の予熱を行う空気予熱器１３、更に白煙防止ファン４５よりの空気を排気ガスと熱交換させて煙突１８に加温空気を供給する白煙防止器３７、冷却水２４との熱交換により排気ガスの冷却を行うガス冷却塔１５、排ガス中より飛灰を除去するバグフィルタ１６、排気ガスの吸引と煙突１８への排出を行う誘引ファン１７からなる。
一方バグフィルタ１６で除去された飛灰は灰ホッパ１９に集められ、灰加湿機４３で加湿水４７と撹拌され、加湿灰４８として排出するシステムとして構成されている。
【０００７】
かかるシステムにおいては、有機系廃棄物（脱水ケーキ）２は、圧送ポンプ４により循環流動層炉１１に安定連続供給され、砂層部９で乾燥−熱分解−焼却しフリーボード部１０で未燃ガスの焼却を行った後、焼却排ガスは、循環流動層炉１１から排出される。また、循環流動層炉１１内では、有機系廃棄物（脱水ケーキ）２と混合供給される脱硫剤である石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等により脱硫・脱塩が行われる。更に、排ガスに同伴される循環砂はホットサイクロン１２で分離捕集され炉に返送される。
【０００８】
一方、燃焼排ガスは、空気予熱器１３で熱回収され燃焼空気を約６５０℃まで昇温した後、白煙防止器３７で更に白煙防止空気に熱回収され、ガス冷却塔２４で約２００℃まで冷却され、バグフィルタ１６で焼却灰は捕集除去される。その後、煙突１８から排出される。
また、捕集された焼却灰は灰ホッパ１９に貯留後、灰加湿機４３で、含水率２０〜４０%程度に加湿後、加湿灰４８として場外に排出され埋立処分している。
【０００９】
しかしながら、このような循環流動層炉焼却システムにおいて、循環流動層炉で所定の脱硫効率（８０〜９５%）を得るために、脱硫剤１の投入量を当量比３．０〜５．０程度（当量比：理論的必要量の倍数）供給しており、廃棄物由来の焼却灰に加えこの余剰に供給する脱硫剤２に由来する灰分により、灰の発生量の総量は、廃棄物由来の灰発生量の１．２〜１．４倍若しくはそれ以上になる。焼却灰を加湿灰として全量埋立する場合、これは処分費の高騰をまねく。
【００１０】
一般的に、加湿灰処分費は、灰トンあたり１〜２万円であるため、例えば脱水ケーキ処理量１５０ｔ／日の処理場では、１日に１５〜３０万円、年間３００日処理する場合で４，５００〜９，０００万円に達する。このうち、脱硫剤による増加費用は、１，０００〜２，０００万円にも達する。
【００１１】
本発明は、かかる技術課題を解決するために、脱硫剤余剰分を循環利用し、脱硫剤投入量を低減化させるとともに、循環灰により乾燥機性能の向上や臭気発生量の低減化を行う循環流動層炉を用いた焼却設備を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題の解決のために、請求項１記載の発明として、下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等の脱硫剤が２Ｃａ／Ｓ当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行うとともに、前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻すことを特徴とする。
【００１３】
この場合前記灰分が焼却灰捕集除去手段により捕捉した飛灰であり、該飛灰の返送率が２０〜８０％であるのが好ましく、又前記灰分の返送先が汚泥ホッパであるのがよい。
又前記廃棄物が乾燥手段を介して循環流動層炉に導かれるとともに、前記灰分の返送先が乾燥手段及びその上流側の汚泥ホッパであることも良い方法である。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記発明を効果的に達成する装置に関する発明で、下水汚泥、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等の固形炭素質系の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、該炉内に石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等の脱硫剤が２Ｃａ／Ｓ当量比以上になるように投入して炉内脱硫を行う循環流動層炉を用いた廃棄物焼却装置において、
前記循環流動層炉より排出される排ガス中より脱硫剤余剰分を含む灰分を捕集して、該灰分を少なくとも流動層炉上流側に位置する乾燥手段の上流側に戻す経路を設けたことを特徴とする。
【００１５】
そしてかかる発明においても、前記灰分が焼却灰捕集除去手段により捕捉される飛灰であり、該焼却灰捕集除去手段と灰分戻し経路間に、飛灰分配手段を介装し、該分配手段により飛灰の返送率を２０〜８０％に設定し、更に前記灰分の戻し経路の出口端が廃棄物の汚泥投入ホッパと循環流動層炉間に乾燥機を介装した場合には、前記灰分の戻し経路先が乾燥機及びその上流側の汚泥ホッパであるのがよい。
【００１６】
従って本発明によれば、下水汚泥等の廃棄物焼却に循環流動層炉を用い、石灰石（ＣａＣＯ３）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等の脱硫剤により高効率炉内脱硫を行うとともに、捕集焼却灰を循環利用することにより、脱硫剤投入量を低減化出来る。
【００１７】
又前記焼却灰循環利用により、炉内脱硫の結果増加する灰発生量も低減化が可能である。
更に、前記の焼却灰循環利用における返送先を、汚泥ホッパとし、汚泥と脱硫剤と循環灰中の脱硫剤を均一に混合、焼却炉における燃焼負荷の大部分を占める流動砂層部に供給、または循環焼却灰を炉内砂層部に直接供給することで、炉内脱硫効率を向上させる事が出来る。
【００１８】
特に、前記システムが汚泥乾燥−焼却システムの場合、前記循環焼却灰により、乾燥機における性能（水分蒸発速度）を向上させるとともに、上記乾燥機における汚泥蒸発時に、前記循環焼却灰飛灰中に含まれるＣａＯにより汚泥がアルカリ性になることから、汚泥中バクテリアの増殖を抑制する。その結果、汚泥の臭気源であるアンモニア、硫化水素の発生を抑制することから、汚泥の臭気を低減できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の種類、材料、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
本発明の実施形態に係る焼却灰循環利用システムについて図１を参照しながら詳細に説明する。
本焼却システムは、脱水ケーキ２と脱硫剤１とともに、バグフィルタ（焼却灰捕集除去手段）１６により分離された、脱硫剤余剰分（ＣａＯ）を含む飛灰＊１を戻し経路３０より導いて投入撹拌させた後、これらを定量ずつ圧送ポンプ４により給送する定量ホッパ３と、圧送ポンプ４により給送された脱水ケーキ２と脱硫剤１及び飛灰＊１を乾燥して循環流動層炉１１に送り込む乾燥機５を備えている。
【００２１】
乾燥機５は、汚泥のような粘凋質の物質を蒸気を使って間接的に乾燥するのに有効で、給水２３を廃熱ボイラ１４で排ガスと熱交換して得られる蒸発水蒸気を熱媒体として乾燥する。
【００２２】
又、乾燥機５は、あらかじめ定量ホッパ３で脱水ケーキと混合された循環灰の効果により、乾燥性能である蒸発速度を向上することができる。これは、循環灰が乾燥により蒸発された水分の通り道となること、間接乾燥機伝熱面（図３の羽根状突起５０ａ、邪魔板５３）への汚泥のこげつきを防止することによる。
【００２３】
ここで図３の乾燥機５の模式図を簡単に説明するに、乾燥機５は、水蒸気が通る蒸気通路５４が内部に形成されているシャフト５０と、脱水ケーキ２と脱硫剤１及び含脱硫剤飛灰＊１が乾燥されながら通る汚泥通路５１がシャフト５０による仕切壁を介して流れ方向に沿って２つに分割され、又シャフトは５０は汚泥通路側に拡径する羽根状突起５０ａを有し、該羽根状突起壁に汚泥が衝突して伝熱と乾燥が図れる。
又突起ピッチの間の汚泥通路５１には、流れ方向に向けて傾斜させた邪魔板５３が配設され、該邪魔板５３に汚泥が衝突して破壊と分解がなされ、前記乾燥を促進する。尚、水を含んだ脱硫剤（Ｃａ（ＯＨ）２）の場合は、前記乾燥機５内で、乾燥して酸化カルシウム（ＣａＯ）となる。
【００２４】
かかる乾燥機５において、あらかじめ定量ホッパ３で脱水ケーキ２と混合された循環含脱硫剤飛灰＊１の熱的効果により予備的な乾燥がなされ、乾燥性能である蒸発速度を向上することができる。更に図３の乾燥機５模式図の通り、循環含脱硫剤飛灰＊１が滑剤の役目をして、間接的に乾燥機伝面への汚泥のこげつきを防止することが出来る。
【００２５】
更に、本実施例では、上記間接式乾燥機５において循環焼却灰の飛灰中に含まれる含脱硫剤（ＣａＯ）により汚泥がアルカリ性になることから、汚泥中バクテリアの増殖を抑制する。その結果、汚泥の臭気源であるアンモニア、硫化水素の発生を抑制することから、汚泥の臭気を低減できる。
【００２６】
一方乾燥機出口側に設けた循環流動層炉１１は、砂層部９とフリーボード部１０を具え、散気ノズル８より流動空気を砂層部９に給送するとともに、助燃ノズル７より砂層部９内に助燃料６を供給し、前記脱水ケーキ２の焼却を行うとともに、前記フリーボード部１０より排出された流動砂を排気ガスと分離し、ホットサイクロン１２で流動砂のみを循環流動層炉１１に戻す。
そして該サイクロン１２で分離された排気ガスは、空気予熱器１３で流動ブロワ２２より供給される流動空気の予熱を行った後、廃熱ボイラ１４に導かれ、前記給水２３を加熱し、乾燥機５に導く蒸気３２を生成する。勿論ここに含水汚泥を熱交換させて乾燥させて脱水ケーキ＊２を生成して定量ホッパ３に導くように構成しても良い。
【００２７】
そして前記排気ガス経路の下流側には、冷却水２４との熱交換により排気ガスの冷却を行うガス冷却塔１５、排ガス中より飛灰を除去するバグフィルタ１６、排気ガスの吸引と煙突１８への排出を行う誘引ファン１７が設けられている。
一方バグフィルタ１６で除去された飛灰＊１は灰ホッパ１９に集められ、分配機４０により乾灰排出装置２０と灰輸送機２１に所定割合で分配され、乾灰排出装置２０側では、乾灰としてそのまま若しくは前記従来技術と同様に灰加湿機で加湿水と撹拌され、加湿灰として排出するシステムとして構成され、一方灰輸送機２１では戻し経路３０を介して定量ホッパ３に戻している。
【００２８】
かかるシステムにおいては、廃熱ボイラ１４により乾燥された有機系廃棄物（脱水ケーキ）１は、脱硫剤１及びバグフィルタ１６により分離された、脱硫剤余剰分（ＣａＯ）を含む飛灰＊１とともに定量ホッパ３下に供給され、圧送ポンプ４により乾燥機５に投入されて乾燥後、循環流動層炉１１に供給され、砂層部９で乾燥−熱分解−焼却しフリーボード部１０で未燃ガスの焼却を行った後、焼却排ガスは、循環流動層炉１１から排出される。また、循環流動層炉１１内では、有機系廃棄物（脱水ケーキ）１と混合供給される脱硫剤である石灰石（ＣａＣＯ３）２と飛灰中の酸化カルシウムにより脱硫・脱塩が行われる。更に、排ガスに同伴される流動砂はホットサイクロン１２で分離捕集され炉に返送される。
【００２９】
一方、燃焼排ガスは、空気予熱器１３で熱回収され燃焼空気を約６５０℃まで昇温した後、廃熱ボイラ１４で更に蒸気として熱回収され、ガス冷却塔１５で約２００℃まで冷却され、バグフィルタ１６で焼却灰は捕集除去される。その後、煙突１８から排出される。
【００３０】
また、捕集された焼却灰は灰ホッパ１９に貯留後、分配器４０により分配されてその一部は乾灰排出装置２０により乾灰として排出され、セメント原料や改良土原料として有効利用される。
【００３１】
更に、捕集灰の一部はを灰輸送機２１により、定量ホッパ３に返送し、脱水ケーキ１と脱硫剤２に本循環灰を混合供給する。
【００３２】
次に上記焼却灰循環量と排出灰の関係を図５に示す。
図５において、目標当量比を３．５当量比に設定し、飛灰返送率を、０、２０、４０、６０、８０％に変化させた場合の状況を示し、かかる実施例によると、例えば焼却灰の８０%循環利用する場合供給石灰石当量比１．５で焼却炉での実質当量比３．５が達成でき、炉内で高脱硫効率を達成できるとともに、脱硫剤投入による  灰増量分を約６０%低減化できることが理解される。
一方、焼却灰の飛灰返送率が６０％と８０%では、炉出口側の飛灰量が１０６２ｋｇ／ｈから２０４１ｋｇ／ｈに大幅に増加する。このため飛灰返送量は好ましくは８０％未満がよい。
又焼却灰の飛灰返送率が２０％未満では脱硫剤の石灰石や飛灰削減量も小さくあまり効果が出ない。
【００３３】
さらに、３．６ｔ／ｄ実証試験機における上記脱硫効率の運転データを図４に示す。図４では図５の（６）に示すように、供給石灰石当量比を３．５％と一定にし、飛灰返送率を、０、２０、４０、６０、８０％に設定して総当量比を増加させた場合の状況を示し、かかる実施例によれば焼却灰の２０％増加で脱硫率が９０％、４０％増加で脱硫率が９３％、６０％増加で脱硫率が９６％、８０％％増加で脱硫率が９８％と増加するが、８０％以上にしても脱硫率の増加程度が低減し、かえって炉出口側の飛灰量が大幅に増加し、好ましくないことが理解できる。
即ち、焼却灰の２０〜８０%を返送した場合、実質当量比は４．０〜５．５（脱硫剤当量比は３．５）に増加し、炉出口側の飛灰量が大幅に増加することなく、脱硫効率９０〜９８%を達成している。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炉内脱硫に使用される脱硫剤を低減化できるとともに、脱硫剤添加による焼却灰増量を低減化することができる。
【００３５】
更に、本発明によれば、乾燥機において、あらかじめ定量ホッパで脱水ケーキと混合された循環灰の効果により、乾燥性能である蒸発速度を向上することができる。これは、図３の乾燥機模式図の通り、循環灰が汚泥より蒸発された水分の通り道となること、間接乾燥機伝面への汚泥のこげつきを防止することによる。
【００３６】
更に、本発明では、上記間接式乾燥機において循環焼却灰飛灰中に含まれるＣａＯにより汚泥がアルカリ性になることから、汚泥中バクテリアの増殖を抑制する。その結果、汚泥の臭気源であるアンモニア、硫化水素の発生を抑制することから、汚泥の臭気を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る焼却灰循環利用焼却システムを概略的に示す全体図である。
【図２】  従来の循環流動層炉焼却システムの一実施形態を概略的に示す全体図である。
【図３】  図１の乾燥機における乾燥模式図である。
【図４】  ３．６ｔ／ｄ実証試験機における、当量比と脱硫効率の運転データを示すグラフ図である。
【図５】  焼却灰の返送による灰発生総量の低減効果を表す表図である。
【符号の説明】
１  脱水ケーキ
＊１循環含脱硫剤飛灰
２  脱硫剤
３  定量ホッパ
４  圧送ポンプ
５  乾燥機
９  砂層部
１０  フリーボード部
１１  循環流動層炉
１２  ホットサイクロン
１３  空気予熱器
１４  廃熱ボイラ
１５  ガス冷却塔
１６  焼却灰捕集除去手段
１７  誘引ファン
１８  煙突
１９  灰ホッパ
２０  乾灰排出装置
２１  灰輸送機
３０  戻し経路
４０  分配器
【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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