JP2007120842A

JP2007120842A - 灰溶融炉水砕水の処理方法とその装置

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Publication number: JP2007120842A
Application number: JP2005312459A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Tani; 克己谷; Yoshimasa Kawami; 佳正川見; Yoshito Ogawa; 義人小川; Toshiaki Obara; 聡明小原; Shinsuke Kanayama; 真介金山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】排水処理装置を使用しないため排水処理装置の大型化の必要がなく、水砕水を再利用しないために再利用水の塩濃度が上昇することもなく、また、燃焼エネルギーを下げることなく、水砕水を処理する方法を提供する。
【解決手段】スラグ冷却水である水砕水を沈殿槽を介して粒度分離し、焼却炉の減温塔または溶融減温塔に噴霧し蒸発させて処理する。また、粒子径が０．０１ｍｍ以上の粒子を沈殿槽で粒度分離して取り除くことで、減温塔へ噴霧するノズルの閉塞を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ごみ等を焼却した際に生じる灰を灰溶融設備にて溶融処理した後のスラグを冷却するための水砕水の処理方法に関する。

ごみ等を焼却した際に生じる焼却灰を溶融してスラグ化する灰溶融設備は、焼却灰の減容化及び資源化を目的として、従来より広く用いられている。灰溶融設備では、焼却灰を１２００℃以上の高温で溶融した後に水で急冷することによって水砕スラグとよばれるＳｉＯ_２、ＣａＯ及びＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするガラス質の固化物が得られる。また、灰溶融設備での溶融時に、灰に含まれるダイオキシン類は熱分解され、焼却灰中の重金属の大半は高温により揮発除去されるが、残留する微量の重金属類は前記ガラス質のスラグ内に封じ込められるため、水砕スラグは安全な物質であり、路盤材、コンクリート用骨材、アスファルト混合用骨材等として再生利用が可能である。

水砕スラグを得るためには、焼却灰を溶融したスラグを水で急冷する工程が必要であり、その急冷するための水は、水砕水とよばれる。水砕水には、溶融飛灰、溶融排ガスからの塩類が混入するため、水砕水の塩濃度は高く、金属配管を腐食させやすいため、再利用水として使用することは困難である。そのため、水砕水は排水処理を実施し、放流する方法がとられていた。

しかしながら、昨今ごみ焼却設備周辺の環境保全のために排水の無放流化が求められており、焼却設備内で処理して再利用水として場内循環使用を余儀なくされていた。そのため、再利用水の塩濃度が上昇し、機器の腐食や、機器の腐食を防ぐために高級材質を使用することによる設備費の増大という問題があった。また、排水処理装置で排水処理を行う必要があるため、排水処理装置が大型化するという問題もあった。

そのため、水砕水を焼却炉へ噴霧し蒸発させて処理する方法が従来より行われている。また、特許文献１には、水砕水を灰溶融炉の溶融排ガスを完全に燃焼させる二次燃焼室へ噴霧させて処理する方法が開示されている。
特開２００５−９５７４９号公報

しかしながら、前記水砕水を焼却炉へ噴霧し蒸発させて処理する方法は、燃焼炉へ水砕水を吹き込むことで、焼却炉の燃焼エネルギーが下がるという問題があった。また、特許文献１に開示した方法も同様に二次燃焼室の燃焼エネルギーが下がるという問題があった。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、排水処理装置を使用しないため排水処理装置の大型化の必要がなく、水砕水を再利用しないために再利用水の塩濃度が上昇することもなく、また、燃焼エネルギーを下げることなく、水砕水を処理する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、灰溶融炉より排出されたスラグを冷却した後の水砕水をスラグ沈殿槽に導いて所定粒径以上のスラグ粒子を粒度分離し、該粒度分離された後の水砕水を、焼却炉または溶融炉の排ガス経路に設けた減温塔に噴霧し蒸発させて処理することを特徴とする。
尚、前記スラグ沈殿槽におけるスラグの粒度分離は液体サイクロンや濾過を用いてもよいが、好ましくは沈降処理がよく、該沈降処理により粒子径が０．０１ｍｍ以上の粒子を粒度分離して取り除くのがよい。
そして本発明に好適に用いる装置は、灰溶融炉より排出されたスラグを冷却した後の水砕水中のスラグを沈殿させる沈殿槽と、焼却炉または溶融炉の排ガス経路に設けた減温塔と、前記沈殿槽で所定粒径以上のスラグ粒子を粒度分離し、該粒度分離された後の水砕水を、前記減温塔に導く水砕水導入ラインと、該ラインを介して前記減温塔に噴霧する手段からなることを特徴とする。
本装置においても、前記スラグ沈殿槽が沈降処理によりスラグの粒度分離を行う沈殿槽であり、該沈殿槽より水砕水導入ラインに導かれる水砕水が粒子径が実質的に０．０１ｍｍ以上のスラグ粒子のみを含む水砕水であることがよく、更に前記スラグ沈殿槽への水砕水の注入量をＡ（ｔ／ｈ）、沈殿槽の水砕水の流れと交差する方向の槽幅がＸ（ｍ）であるとき、水砕水の流れ方向の槽長さがＹ（ｍ）以上である沈殿槽を用いるのがよい。

本発明によれば、水砕水を減温塔へ噴霧して処理するため、排水処理装置は使用せず、大型化する必要はなく、排水の塩濃度も上昇しない。また、廃熱を回収したボイラ出口以降の排ガスへ水を噴霧して温度を下げる工程である減温塔に水砕水を噴霧するため、発電量を下げることがなく効率的である。
したがって本発明により、排水処理装置を使用しないため排水処理装置の大型化の必要がなく、水砕水を再利用しないために再利用水の塩濃度が上昇することもなく、また、燃焼エネルギーの回収率を下げることなく、水砕水を処理する方法を提供できる。
また、本発明を実用する際、燃焼炉と比べると温度の低い減温塔へ噴霧して水砕水を処理するため、噴霧する際に細かいノズル径の噴霧ノズルを使用する必要があり、このことにより、水砕水中に含まれるスラグの破片の粒子（以下「スラグのＳＳ」とよぶ）が噴霧ノズルを閉塞させるという問題があるため、粒子径０．０１ｍｍ以上の粒子を粒度分離して取り除くことによって、ノズルを閉塞させることなく、水砕水を処理することができる。粒度分離には、水砕水処理量の変動の影響を受けずに粒度分離装置を安定して運転することができ、粒度分離装置のつまりもなく、所要動力も少ないため、沈降処理を用いることが最適である。
そして、沈殿槽への水砕水の注入量、沈殿槽の水砕水の流れと交差する方向の槽幅から最適な水砕水の流れ方向の槽長さを求めた沈殿槽を用いることによって、最も効率的に粒子径０．０１ｍｍ以上の粒子を粒度分離して取り除くことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、水砕水を減温塔へ噴霧した本発明の処理方法を用いたフロー図である。ごみ等は焼却炉１で焼却され、焼却の際に生じた主灰は灰溶融炉５へ送られ、排ガスはボイラ２へ送られる。ボイラ２へ送られた排ガスはボイラ２で冷却され、減温塔３で水を噴霧することによりさらに冷却され、バグフィルタ４へ送られる。バグフィルタ４では、排ガスに含まれる煤塵及び吹き込まれた反応薬品により、ＨＣｌ、ＳＯ_ｘ等を吸着除去した飛灰として灰溶融炉５へ送られる。灰溶融炉５へ送られた前記主灰及び飛灰は、灰溶融炉５で約１４００〜１７００℃（好ましくは１５５０〜１６５０℃）のスラグ温度で溶融される。溶融されて得られた溶融スラグは、灰溶融炉５を出て水砕槽７へ落下する。溶融スラグは、例えば水砕槽７での水砕水との接触に伴う水蒸気爆発を防止するために、水砕水槽７へ落下途中に、水砕水を噴射されることにより急冷され、水砕スラグとして水砕槽７に回収される。溶融スラグへ噴射された水砕水は溶融スラグと共に水砕槽７へ落下する。

水砕水槽７から流出する水砕水は、水砕水温水槽８に受け入れて一時貯留の後に、水砕水ポンプ９から送り出されて水砕水熱交換器１７を経て冷却後、再度急冷する水砕水として循環し使用している。水砕水を循環使用すると溶融飛灰、溶融排ガスからの塩類が混入するため、水砕水の塩濃度は高く濃縮されるので、一定以上の塩濃度とならないように、水砕水の一部を水砕水排水ポンプ１０にてスラグ沈殿槽１１に抜き出す。抜き出した水砕水はスラグ沈殿槽１１にて粒度分離し、粒子径が０．０１ｍｍ以上の粒子はスラグピット１２へ、粒子径が０．０１ｍｍ以上の粒子を取り除かれた水砕水は堰１８より水砕水減温水送水槽１３、水砕水減温水送水ポンプ１４、減温水槽１５、減温水ポンプ１６を経て減温塔３へ噴霧され、蒸発処理される。

本発明は、燃焼炉と比べると温度の低い減温塔へ噴霧して水砕水を処理するため、噴霧する際に細かいノズル径の噴霧ノズルを使用する必要があり、本実施例においてはノズルの開孔が０．４ｍｍであるノズルを使用した。しかし、細かな噴霧ノズルを使用すると水砕水中に含まれるスラグのＳＳが噴霧ノズルを閉塞させるという問題があるため、スラグ沈殿槽１１で大きな粒子を取り除いた。
図４は、スラグ沈殿槽１１のスラッジの粒度分布のグラフである。縦軸は相対粒子量（％）、横軸は粒子径（μｍ）である。グラフより、１０μｍ（＝０．０１ｍｍ）の粒子が約９０％であることがわかる。また、図５はスラグ沈殿槽１１のスラッジの電子顕微鏡写真である。図中矢印は１０μｍ（＝０．０１ｍｍ）を表している。図４、図５から、取り除く粒子は粒子径が０．０１ｍｍ以上である粒子とした。

０．０１ｍｍ以上の粒子を取り除くために必要な沈殿槽の大きさは以下の根拠を元に設置した。
図６は、比重２．８の粒子の沈降速度と粒径の関係のグラフである。縦軸は沈降速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、横軸は粒子の粒径（ｍｍ）を表している。グラフから粒径０．０１ｍｍの粒子の沈降速度は３．３ｍｍ／ｍｉｎ（＝０．００３３ｍ／ｍｉｎ）であることがわかる。
そこで、スラグ沈殿槽１１への水砕水の注入量をＡ（ｔ／ｈ）、沈殿槽の水砕水の流れと交差する方向の槽幅がＸ（ｍ）であるとき、水砕水の流れ方向の槽長さをＹ（ｍ）以上である沈殿槽が必要となる。ここで、前記Ａ、Ｘ、Ｙの関係は、沈殿槽から流出する水頭が０．０５ｍ程度であることを考慮すると、
Ｙ＝（Ａ／６０）×（１／０．０５Ｘ）×（０．０５／０．００３３）
である。

図２は、水砕水を溶融減温塔へ噴霧した本発明の処理方法を用いたフロー図である。水砕水を噴霧して蒸発処理する箇所を溶融減温塔にした他は実施例１と同じフロー、構成とした。

灰溶融炉５で灰を溶融させた際に発生した排ガスは、二次燃焼室６へ送られ完全に燃焼される。二次燃焼室６で発生した排ガスは、溶融減温塔２１へ送られ水を噴霧されることによって冷却され、溶融バグフィルタ２２を通して処理される。また、スラグ沈殿槽１１へ送られた処分する水砕水は、スラグ沈殿槽１１で粒度分離される。粒子径が０．０１ｍｍ以上の粒子はスラグピット１２へ、粒子径が０．０１ｍｍ以上の粒子を取り除かれた水砕水は堰１８より水砕水減温水送水槽１３、水砕水減温水送水ポンプ１４、減温水槽１５、減温水ポンプ１６を経て溶融減温塔２１へ噴霧され、蒸発処理される。

なお、溶融減温塔も実施例１と同じく焼却炉よりも温度が低いため、溶融減温塔へ噴霧するためには細かいノズル径の噴霧ノズルを使用する必要がある。そのため実施例１と同じく噴霧ノズルの閉塞の問題があるため、噴霧ノズル、スラグ沈殿槽１１、スラグ沈殿槽１１で取り除く粒子径（０．０１ｍｍ以上）は実施例１と同じとした。

（比較例１）
水砕水を排水処理装置で処理し、再利用水として利用する従来の方法で、水砕水の処理を行った。

（比較例２）
図３は水砕水を焼却炉へ噴霧した従来の処理方法を用いたフロー図である。水砕水を噴霧して蒸発処理する箇所を焼却炉にしたことと、減温水槽１５及び減温水ポンプ１６を設けなかったこと以外は実施例１、２と同じフローとした。

また、スラグ沈殿槽１１へ送られた処分する水砕水は堰１８より水砕水減温水送水槽１３、水砕水減温水送水ポンプ１４を経て焼却炉１へ噴霧され、蒸発処理される。スラグ沈殿槽１１で取り除く粒子径は特に決めなかった。また、スラグ沈殿槽１１はスラグ沈殿槽１１へ投入される水砕水を処理できる大きさであれば何でもよい。

〔排水処理装置〕
実施例１、実施例２、比較例２においては排水処理装置は不要であったが、比較例１においては排水処理装置が必要であり、排水処理装置の大型化が必要であった。
図７は実施例１、実施例２及び比較例２、つまり排水処理装置が不要である場合の水バランスであり、図８は比較例１、つまり排水処理装置が必要である場合の水バランスである。図７及び図８からわかるように実施例１、実施例２、比較例２においては排水処理量は８０ｔ／ｄａｙであったが、比較例１では１３０ｔ／ｄａｙであり、排水処理装置の大型化が必要であった。

〔再利用水塩濃度〕
比較例１においては塩濃度の高い水砕水を再利用水として循環利用するため水砕水及び再利用水の塩濃度が高く、実施例１、実施例２、比較例２においては塩濃度の高い水砕水を再利用水としないため、水砕水及び再利用水の塩濃度は比較例１と比べると低いため、機器の腐食の可能性は低く、また機器の腐食を防ぐために高級材質を使用する必要もない。
図９は比較例１実施時の水砕水及び再利用水の塩濃度を約７ヶ月に亘って測定した測定値である。縦軸は塩素（Ｃｌ）濃度（ｍｇ／ｌ）、横軸は測定月日を参考的に表している。図９から水砕水の塩素（Ｃｌ）濃度は５０００〜７０００ｍｇ／ｌであり、再利用水は３０００〜４２００ｍｇ／ｌであることがわかる。この水砕水及び再利用水の塩素濃度は、実施例１、実施例２及び比較例２においては、水砕水塩素濃度が３０００〜５０００ｍｇ／ｌ、再利用水塩素濃度が１０００〜２２００ｍｇ／ｌに低下した。

〔燃焼エネルギー〕
比較例２においては、燃焼炉に水砕水を噴霧して蒸発処理するため、燃焼炉の燃焼エネルギーの低下という問題が発生した。しかし、実施例１、実施例２においては、温度を下げる工程である減温塔へ噴霧して処理するため、燃焼エネルギーの低下という問題は発生しなかった。また、比較例１は蒸発処理を行わないので、燃焼エネルギー低下の問題は発生しなかった。

表１に、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の課題毎の結果をまとめた。実施例１、実施例２ともに比較例１、比較例２で問題であった点をすべて解決している。

本発明によれば、排水処理装置を使用しないため排水処理装置の大型化の必要がなく、水砕水を再利用しないために再利用水の塩濃度が上昇することもなく、また、燃焼エネルギーを下げることなく、水砕水を処理する方法を提供することができる。

水砕水を減温塔へ噴霧した本発明の処理方法を用いたフロー図である。水砕水を溶融減温塔へ噴霧した本発明の処理方法を用いたフロー図である。水砕水を焼却炉へ噴霧した従来の処理方法を用いたフロー図である。スラグ沈殿槽１１のスラッジの粒度分布のグラフである。スラグ沈殿槽１１のスラッジの電子顕微鏡写真である。比重２．８の粒子の沈降速度と粒径の関係のグラフである。排水処理装置が不要である場合の水バランスである。排水処理装置が必要である場合の水バランスである。水砕水を排水処理装置で処理し、再利用水として利用する従来の方法で、水砕水の処理を行った時の水砕水及び再利用水の塩濃度を約７ヶ月に亘って測定した測定値である。

符号の説明

１焼却炉
２ボイラ
３減温塔
４バグフィルタ
５灰溶融炉
６二次燃焼室
７水砕水槽
８水砕水温水槽
９水砕水ポンプ
１０水砕水排水ポンプ
１１スラグ沈殿槽
１２スラグピット
１３水砕水減温水送水槽
１４水砕水減温水送水ポンプ
１５減温水槽
１６減温水ポンプ

Claims

灰溶融炉より排出されたスラグを冷却した後の水砕水をスラグ沈殿槽に導いて所定粒径以上のスラグ粒子を粒度分離し、該粒度分離された後の水砕水を、焼却炉または溶融炉の排ガス経路に設けた減温塔に噴霧し蒸発させて処理することを特徴とする水砕水の処理方法。
前記スラグ沈殿槽におけるスラグの粒度分離が沈降処理であり、該沈降処理により粒子径が０．０１ｍｍ以上の粒子を粒度分離して取り除くことを特徴とする請求項１記載の水砕水の処理方法。
前記スラグ沈殿槽への水砕水の注入量をＡ（ｔ／ｈ）、沈殿槽の水砕水の流れと交差する方向の槽幅がＸ（ｍ）であるとき、水砕水の流れ方向の槽長さがＹ（ｍ）以上である沈殿槽を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の水砕水の処理方法。
Ｙ：以下の式で計算される値
Ｙ＝（Ａ／６０）×（１／０．０５Ｘ）×（０．０５／０．００３３）
灰溶融炉より排出されたスラグを冷却した後の水砕水中のスラグを沈殿させる沈殿槽と、焼却炉または溶融炉の排ガス経路に設けた減温塔と、前記沈殿槽で所定粒径以上のスラグ粒子を粒度分離し、該粒度分離された後の水砕水を、前記減温塔に導く水砕水導入ラインと、該ラインを介して前記減温塔に噴霧する手段からなることを特徴とする水砕水の処理装置。
前記スラグ沈殿槽が沈降処理によりスラグの粒度分離を行う沈殿槽であり、該沈殿槽より水砕水導入ラインに導かれる水砕水が粒子径が実質的に０．０１ｍｍ以上のスラグ粒子のみを含む水砕水であることを特徴とする請求項４記載の水砕水の処理装置。
前記スラグ沈殿槽が、沈殿槽への水砕水の注入量をＡ（ｔ／ｈ）、沈殿槽の水砕水の流れと交差する方向の槽幅がＸ（ｍ）であるとき、水砕水の流れ方向の槽長さがＹ（ｍ）以上である沈殿槽であることを特徴とする請求項５記載の水砕水の処理装置。
Ｙ：以下の式で計算される値
Ｙ＝（Ａ／６０）×（１／０．０５Ｘ）×（０．０５／０．００３３）