JP4197289B2 - 灰処理設備 - Google Patents
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Description
本発明は、灰溶融炉排出ガスの処理装置に関する。
従来から、下水汚泥、都市ゴミ及び産業廃棄物等の煤塵や焼却灰は、資源化、減量化及び無害化するためガス、油、電気エネルギー等により灰溶融炉内において溶融され、スラグやメタルとして取り出されている。スラグは冷却され固形化されると、大きく容積が減少し且つガラス化した状態となるので、重金属類は封入され安定化する。このため有害物質が雨水、地下水に溶出しないので、埋め立てによる二次公害の心配がない。また、コンクリートの骨材やブロック化して道路のタイルに再利用できる。
一方、灰溶融炉内で溶融処理中に発生した排ガスには、飛灰（主としてＮａＣｌ、ＫＣｌ）、ダイオキシン、重金属等が含まれるため、排ガス処理装置で無害化する必要がある。図４を用い説明する。溶融炉３で発生したガスは排ガス処理装置に導かれ、二次燃焼室２９で排ガス中の未燃分一酸化炭素ガス、水素ガスの燃焼及びダイオキシンの分解が行われる。二次燃焼室２９を通過した排ガスは減温塔３０に導かれ、ダイオキシンの再合成を防止するため水や空気を減温塔３０に導入して、排ガス温度を摂氏２００℃程度まで冷却する。冷却された排ガスは除塵装置１５に送られ塵を取り除いた後、脱硝装置、脱硫装置に送られる。
しかしながら、上述した従来の排ガス処理装置では、排ガス中に含まれる飛灰が排ガス処理装置内に付着して堆積し、内部の閉塞の原因となる。特に出滓口付近や第二ダクト３１等の屈曲部には付着堆積しやすい。この堆積物を取り除くため清掃装置３２が排ガス処理装置に設置される。清掃装置３２には、ダクト外部から内部にエアを吹き込んで堆積物を除去する装置、電磁コイルまたはエアの力で質量のある物体をダクト表面に叩きつけることで内部の堆積物に衝撃を与えて除去するダクト外部の表面に設置された装置、偏心したおもりをつけたモータをまわして振動を与えることで内部の堆積物を除去するダクト表面に設置された装置などがある。これらの装置は内部に堆積した飛灰を剥離除去し、除去された堆積物は塔内を落下する。減温塔３０の下部にはホッパ２８と堆積物排出装置１４が設置され堆積物を集め、排ガス処理装置外に排出する。いっぽう二次燃焼室２９側では、堆積物が冷却水槽７に直接落ち冷却水を汚染する。冷却水槽の冷却水の汚染はスラグ、メタルの汚染の原因となる。冷却水槽の冷却水の汚染を防止している従来技術を図５に示す。除去された堆積物が冷却水槽７に直接落下しないよう、二次燃焼室２９の下部にも、ホッパ２８、堆積物排出装置１４を配置している。
特許文献１に再燃焼の機能と冷却の機能とを一体に備えた再燃焼・冷却塔が開示される。該文献の図１に示されるように、再燃焼・冷却塔は上部に第二冷却ゾーンを有し、その下方に再燃焼・第一冷却ゾーンが配置される。このような排ガス処理装置は、再燃焼ゾーンの上方で水を噴霧するため再燃焼ゾーンに水が落ちたり、冷やされた排ガスが再び再燃焼ゾーンに落ち込んだり、再燃焼中の排ガス温度の低下の原因となる。すなわち、水噴霧ノズルに飛灰が付着すると正常な水の噴霧ができなくなり、水の粒が再燃焼ゾーンに落下する。また、再燃焼ゾーンで温められ上昇しようとする排ガスと、冷却ゾーンにより冷やされ下降しようとする排ガスが互いに衝突する向きに流れ、排ガスの滞留を招く。このような再燃焼ゾーンと冷却ゾーンの排ガスの干渉や冷却水の落ち込みは、ダイオキシンの再合成に適する温度領域が再燃焼・冷却塔内部に広がる問題が生じる。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排ガス処理装置内での飛灰の堆積をできるだけ防ぎ、堆積飛灰の除去の容易化、スラグ、メタル及びその冷却水の汚染防止、ダイオキシンの分解と再合成の抑制、排ガス処理装置の簡便化を実現した排ガス処理装置を有する灰処理設備を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、灰溶融炉と、前記灰溶融炉からの排ガスを処理する二次燃焼部と減温部とからなる排ガス処理装置とを備えた灰処理設備において、前記減温部は前記二次燃焼部の下方に配置されるとともに、前記灰溶融炉に設けられた出滓口に出滓口部ダクトを介して連通して、冷却水によってスラグを砕き冷却する水砕水ノズルが設置された水砕ノズルカバーが設けられ、同水砕ノズルカバーの上部と前記第二次燃焼部の上部とを水平面を有さないダクトによって連通してなることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の灰処理設備において、前記出滓口より下方に前記二次燃焼部を設けることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の灰処理設備において、前記二次燃焼部と前記減温部を一体に備えたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の灰処理設備において、前記排ガス処理装置には前記減温部の下方にのみ堆積物排出装置が配置されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項３に記載の灰処理設備において、前記二次燃焼部と前記減温部とは略鉛直に建てられた円筒からなることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４に記載の灰処理設備において、前記堆積物排出装置は、解砕部と移送部とからなることを特徴とする。
以上の発明の構成から、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
請求項１記載の発明により、二次燃焼部で生じる飛灰等の堆積物と排ガス中の飛灰、減温部で生じる飛灰等の堆積物と排ガス中の飛灰も一箇所に収集できることを実現した上で、二次燃焼部と減温部の排ガスの干渉を防止し、ダイオキシンの再合成や飛灰の付着防止する温度分布を実現することができる。
また、二次燃焼部が出滓口より下方にあるときのみならず上方にあっても、灰溶融炉と二次燃焼部とを連通するダクトを大きく上方に立ち上げることなく設置でき、灰溶融炉に排ガス取り出し口を設けずに排ガスを取り出すことができる。したがって、灰溶融炉の炉内耐火材に排ガス取り出し口の穴を設けずに済み、そのため耐火材の耐久性が増す。また、ダクトは水平面を有さないので同ダクトに飛灰が堆積して閉塞するのが防止される。
また、二次燃焼部が出滓口より下方にあるときのみならず上方にあっても、灰溶融炉と二次燃焼部とを連通するダクトを大きく上方に立ち上げることなく設置でき、灰溶融炉に排ガス取り出し口を設けずに排ガスを取り出すことができる。したがって、灰溶融炉の炉内耐火材に排ガス取り出し口の穴を設けずに済み、そのため耐火材の耐久性が増す。また、ダクトは水平面を有さないので同ダクトに飛灰が堆積して閉塞するのが防止される。
請求項２記載の発明により、排ガスを灰溶融炉から二次燃焼部に向かって導く第一ダクトを上方に立ち上げる必要がなく、ダクトの屈曲も従来より小さく、屈曲部分への飛灰の付着、堆積を低減できる。
請求項３記載の発明により、二次燃焼部と減温部をつなぐダクトが不要となり、ダクト内に飛灰が付着堆積して閉塞する恐れがなくなる。また、ダクトに付着堆積した飛灰を取り除く清掃装置が不要となる。
請求項４記載の発明により、二次燃焼部下方に堆積物搬出装置を設ける必要がなく、減温部に設けた堆積物搬出装置により、二次燃焼部と減温部で生じた堆積物等を排出することができる。
請求項５記載の発明により、二次燃焼部で生じた堆積飛灰の堆積物、排ガスの飛灰も減温部で生じた堆積飛灰も同一円筒内を落下し、一箇所で収集することができる。また、従来のように二次燃焼室と減温塔を別個に設置する必要がなくなり機器設置面積を節約することができる。
請求項６記載の発明により、大きな塊の堆積物も解砕し、搬出することができる。
以下、図面に示す発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。
本発明の実施例１を図１に示す。本実施例の灰処理設備は、少なくとも灰溶融炉３、排ガスを処理する二次燃焼部１０・減温部１１と除塵装置１５等を備える。排ガス処理装置は、少なくとも二次燃焼部１０と減温部１１を備え、出滓口部ダクト２２から、排ガスファン１７に至るまでの一連の装置を含めることができる。
投入灰貯槽１は、灰定量供給装置２を介して灰溶融炉３に接続される。灰溶融炉３は、第一ダクト２３により二次燃焼部１０に接続される。この第一ダクトには出滓口近傍に出滓口バーナ４、二次燃焼部入口付近に二次燃焼バーナ５が設けられる。また二次燃焼部入口温度計測装置２４も設置される。二次燃焼部１０の下方に減温部１１が設置される。減温部１１には、減温部上方で冷却水ノズル１２、減温部下方に冷却空気ノズル１３が設置される。減温部１１の下部にはホッパ２８が備えられる。ホッパ２８下部には堆積物排出装置１４が設置される。減温部下方と除塵装置１５は第三ダクト３３により接続される。除塵装置１５下部には灰排出装置１６が設置される。除塵装置１５後方から第四ダクト３４が接続され排ガスファン１７と連通する。図中、一点破線はスラグの排出経路を、破線は排ガスの流れの経路を示す。
第一ダクト２３から下方に分岐する水砕ノズルカバー３５には水砕水ノズル６が設置され、さらにその下方には、冷却水槽７が置かれる。スラグ排出コンベヤ８は冷却水槽７からスラグやメタルを搬出できるよう一部が冷却水に浸る形で設置される。一方の端は、スラグピットもしくはメタルピット９まで導かれている。
ここで、第一ダクト２３とは、灰溶融炉３と二次燃焼部１０を連通するダクト、第二ダクト３１は二次燃焼室２９と減温塔３０を連通するダクト、第三ダクト３３は減温部１１と除塵装置１５を連通するダクト、第四ダクト３４は除塵装置１５と排ガスファン１７を連通するダクト、のことをいう。
投入灰貯槽１は、焼却炉から発生する焼却灰、飛灰を蓄える。灰定量供給装置２は、スクリューコンベヤを駆動させることにより灰溶融炉３に一定量の灰を供給する役割を持つ。灰溶融炉３に投入された灰は溶融処理される。溶融処理は灰溶融炉３の形式によって異なる。プラズマ灰溶融炉では、プラズマトーチにプラズマ生成用ガス（窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス等）を供給し、電圧を印加して、２０００〜１００００℃以上の高温、高速のプラズマ状態を作り、灰を溶融する。灰溶融炉内部は耐火材に覆われ、高温に耐えることができる。なお、本発明の実施の形態は、プラズマ式灰溶融炉に限られるものではなく、アーク式灰溶融炉、抵抗式灰溶融炉などにも適用することができる。
灰溶融炉３の中で、灰は溶融され、上層にスラグ、下層にメタルとしてわかれている。
スラグは１４００℃以上の温度で、出滓口２０から連続出滓される。ここで図１の出滓口２０、出滓樋２１付近の拡大図を図２に示す。出滓口２０はスラグやメタルを出滓する灰溶融炉３の側壁下部に設けられた開口部である。出滓口２０からは出滓樋２１が下方に延び、灰溶融炉内のスラグやメタルは出滓口２０、出滓樋２１を通り冷却水槽７に落ちる。本実施例における灰溶融炉３は、傾動により炉内底部に溜まったメタルを出滓口２０から出滓する。傾動は、傾動装置１８が灰溶融炉３を傾動軸１９を回転中心にして灰溶融炉３を傾けることをいう。
スラグは１４００℃以上の温度で、出滓口２０から連続出滓される。ここで図１の出滓口２０、出滓樋２１付近の拡大図を図２に示す。出滓口２０はスラグやメタルを出滓する灰溶融炉３の側壁下部に設けられた開口部である。出滓口２０からは出滓樋２１が下方に延び、灰溶融炉内のスラグやメタルは出滓口２０、出滓樋２１を通り冷却水槽７に落ちる。本実施例における灰溶融炉３は、傾動により炉内底部に溜まったメタルを出滓口２０から出滓する。傾動は、傾動装置１８が灰溶融炉３を傾動軸１９を回転中心にして灰溶融炉３を傾けることをいう。
出滓樋２１には出滓樋を覆う出滓口部ダクト２２が設置される。出滓口部ダクト２２は、第一ダクト２３に隙間なく挿入されており、円弧を描く形状をしている。この出滓口部ダクト２２の形状により傾動時も出滓口部ダクト２２と第一ダクト２３の間に隙間を生じず、傾動することができ、排ガスをもらさず排ガス処理装置に導くことができる。出滓口２０から排ガスを取り出すことで、灰溶融炉に別途排ガス取り出し口を設けずに済む。したがって灰溶融炉の耐火材に穴を開けずに済み、耐火材の維持に都合が良い。なお、本発明の実施の形態は、排ガスを出滓口から取り出すことに限定されるものではなく、炉蓋等に別途排ガス取り出し口を設けて排ガスを処理する灰処理設備にも適用できる。
本実施例では、出滓口２０より下方に排ガス処理装置の二次燃焼部１０を設け、灰溶融炉３において発生した排ガスは出滓樋２１の延長した先にある排ガス処理装置に導かれる。排ガスには、一酸化炭素ガス、ナトリウム・カリウム等の塩化物、亜鉛・カドミウム・鉛・砒素等の重金属類が含まれる。排ガス処理装置には、二次燃焼部１０と二次燃焼部の下方に配置される減温部１１が設けられている。排ガスは出滓口２０から出た後、排ガス処理装置の上部の二次燃焼部１０に導かれ、二次燃焼部下方の減温部１１に向かって下向きに流れる。第一ダクト２３内、出滓口付近には出滓口バーナ４が、二次燃焼部入口付近には二次燃焼バーナ５が設置され、排ガスの温度が一定温度（８００℃）を下回らないよう必要に応じて点火される。
出滓口バーナ４、二次燃焼バーナ５からは、燃料（石油、都市ガス、ＬＰＧガス等）と空気の混合ガスが噴出する。二次燃焼部１０を一定温度以上を保つことで、ダイオキシン類及びその前駆物質を抑制でき、また、飛灰の付着を防止することができる。したがって排ガス温度がダイオキシン類の抑制等に必要な温度が保たれる限り二次燃焼バーナ５は必須の構成要素とは限らない。
二次燃焼部１０ではダイオキシン類及びその前駆物質を抑制するため、（ｉ）８００℃以上での燃焼、（ｉｉ）２秒以上の滞留時間、（ｉｉｉ）燃焼ガスとの混合を保つことが要される。一方、飛灰の融点は３００℃から８００℃にある。飛灰の付着防止には、この融点温度を避けることが求められる。
減温部１１には冷却水ノズル１２と冷却空気ノズル１３が設置され、排ガスの温度を下げるために水、空気を吹き込む。短い時間でおよそ２００℃程度にまで排ガスを冷却することができ、ダイオキシン類の再合成が行われ易い温度を避けることができる。二次燃焼部１０から減温部１１に８００℃以上で送り込まれる排ガスは、まず冷却水ノズル１２から噴出される水により、およそ５００℃にまで冷却され、次に冷却空気ノズル１３から噴出される空気によりおよそ２００℃にまで冷却される。
二次燃焼部１０で分解されたダイオキシン類は３００℃から４００℃程度の温度環境下で再合成してしまうため、短い時間で排ガスの冷却が行われる必要がある。すなわち、排ガス処理装置内の温度分布は、二次燃焼部１０の８００℃以上の高温部と減温部１１のおよそ２００℃以下の低温部に明確に分かれ、その中間である温度の空間が広がらないことが望ましい。なお、排ガスを冷却空気のみでも冷却可能なときは、冷却水は噴霧されないこともある。
二次燃焼部１０と減温部１１が一体になる排ガス処理装置は、外部材質は、耐熱性のある金属材料で円筒形状をなす。内部の二次燃焼部１０には耐火キャスタブルを設置し、二次燃焼部１０に比べ温度の低い減温部１１には耐熱塗装を施して、排ガス処理装置の構造体を熱から保護する。
排ガスはその後除塵装置１５へ送出される。このとき除塵装置入口付近では排ガス温度は１５０℃にまで冷却されている。除塵装置１５は、電気集塵装置、バグフィルタ、マルチサイクロンなどがある。本実施例ではバグフィルタにより塵を収集する。バグフィルタで使われるろ布にはポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレンなどの繊布、または、フエルト、耐熱ナイロン、ガラス繊維、テフロン（商標）が用いられる。そのため排ガスはこれらのろ布を通すことができる温度にまで冷却されている必要がある。集められた塵は、除塵装置下部に設けられた灰排出装置１６により除塵装置外へ排出される。除塵装置後方には排ガスファン１７が配置され、排ガスファン１７は排ガスが灰溶融炉３から二次燃焼部１０、減温部１１、除塵装置１５に順次流れるよう排ガスを引いている。塵を除いた排ガスは、脱硝装置、脱硫装置等を経て無害化される。
排ガスの温度を監視するため、二次燃焼部入口、減温部入口、減温部出口、除塵装置入口、除塵装置出口に温度計測装置２４、２５、２６、２７を設置する。温度計測装置の排ガス温度の計測結果により、二次燃焼部バーナ５からの燃焼ガス噴霧、減温部の冷却水ノズル１２より水噴霧を必要に応じて行う。
一方、灰溶融炉３で溶融された灰からは、メタルとスラグが生成される。出滓口２０から出滓されたスラグは出滓樋２１を流れ、第一ダクト下方に分岐した水砕ノズルカバー３５を通り排出される。スラグは、分岐したダクト内において水砕水ノズル６から放出された冷却水によって砕かれ冷却される。その後スラグは冷却水槽７にたまりスラグ排出コンベヤ８によりスラグピット／メタルピット９へ運ばれる。なお、スラグの冷却は空気によるものでもよく、急冷、徐冷でもよい。メタルも傾動により、出滓口から出滓され、スラグ同様冷却され、スラグピット／メタルピット９に運ばれる。
二次燃焼部１０と減温部１１が一体且つ同一の円筒内存在することから、排ガス処理装置において堆積物搬出装置１４は一つ設置するだけで足りる。二次燃焼部１０と減温部１１から落下する堆積物や飛灰は、減温部下方のホッパ２８に集まる。ホッパ２８は二次燃焼部・減温部の塔と堆積物排出装置１４をつなぐため堆積物搬出装置に向かって絞り込まれている。ホッパ２８に集まった堆積物等は堆積物搬出装置１４にて取り除かれる。従来のように二次燃焼室下部及び減温塔下部に別個に堆積物搬出装置１４を置く必要がなくなった。堆積物搬出装置１４は解砕部と搬送部からなる。解砕部はホッパ２８にたまった堆積物を砕く役割を果たす。砕かれた堆積物は搬送部に載せられ、溶融飛灰貯槽に集められる。その後堆積物はキレートとコンクリートで固められ処分される。解砕部にはロータリーバルブ等を、移送部にはコンベヤ（ベルトコンベヤ、エプロンコンベヤ、パンコンベヤ、スクリューコンベヤ等）を用いることができる。
従来必要であった第二ダクト３１が不要になったことで、この部位の飛灰堆積がなくなった。すなわち清掃装置を取り付ける必要がなくなった。
図３に示す本発明を実施する第２の形態において、二次燃焼部１０が出滓口２０より下方に設置することができない場合において、第一ダクト２３は、大きく上方に立ち上げることなく二次燃焼部１０に接続する。出滓口部ダクト２２は水砕ノズルカバー３５に接続され、この水砕ノズルカバー３５の上部は第一ダクト２３に接続される。第一ダクト２３は水平面を有さず、飛灰が堆積して閉塞するのを防止している。他は第１の実施例と同じである。
１…投入灰貯槽
２…灰定量供給装置
３…灰溶融炉
４…出滓口バーナ
５…二次燃焼バーナ
６…水砕水ノズル
７…冷却水槽
８…スラグ排出コンベヤ
９…スラグピット／メタルピット
１０…二次燃焼部
１１…減温部
１２…冷却水ノズル
１３…冷却空気ノズル
１４…堆積物排出装置
１５…除塵装置
１６…灰排出装置
１７…排ガスファン
１８…傾動装置
１９…傾動軸
２０…出滓口
２１…出滓樋
２２…出滓口部ダクト
２３…第一ダクト
２４…二次燃焼部入口温度計測装置
２５…減温部入口温度計測装置
２６…減温部出口温度計測装置
２７…除塵装置入口温度計測装置
２８…ホッパ
２９…二次燃焼室
３０…減温塔
３１…第二ダクト
３２…エアブラスタ
３３…第三ダクト
３４…第四ダクト
３５…水砕ノズルカバー
２…灰定量供給装置
３…灰溶融炉
４…出滓口バーナ
５…二次燃焼バーナ
６…水砕水ノズル
７…冷却水槽
８…スラグ排出コンベヤ
９…スラグピット／メタルピット
１０…二次燃焼部
１１…減温部
１２…冷却水ノズル
１３…冷却空気ノズル
１４…堆積物排出装置
１５…除塵装置
１６…灰排出装置
１７…排ガスファン
１８…傾動装置
１９…傾動軸
２０…出滓口
２１…出滓樋
２２…出滓口部ダクト
２３…第一ダクト
２４…二次燃焼部入口温度計測装置
２５…減温部入口温度計測装置
２６…減温部出口温度計測装置
２７…除塵装置入口温度計測装置
２８…ホッパ
２９…二次燃焼室
３０…減温塔
３１…第二ダクト
３２…エアブラスタ
３３…第三ダクト
３４…第四ダクト
３５…水砕ノズルカバー
Claims (6)
- 灰溶融炉と、前記灰溶融炉からの排ガスを処理する二次燃焼部と減温部とからなる排ガス処理装置とを備えた灰処理設備において、
前記減温部は前記二次燃焼部の下方に配置されるとともに、
前記灰溶融炉に設けられた出滓口に出滓口部ダクトを介して連通して、冷却水によってスラグを砕き冷却する水砕水ノズルが設置された水砕ノズルカバーが設けられ、
同水砕ノズルカバーの上部と前記第二次燃焼部の上部とを水平面を有さないダクトによって連通してなることを特徴とする灰処理設備。 - 請求項１に記載の灰処理設備において、灰溶融炉の出滓口より下方に前記二次燃焼部を設けることを特徴とする灰処理設備。
- 請求項１又は請求項２に記載の灰処理設備において、前記二次燃焼部と前記減温部を一体に備えたことを特徴とする灰処理設備。
- 請求項１又は請求項２に記載の灰処理設備において、前記排ガス処理装置には前記減温部の下方にのみ堆積物排出装置が配置されていることを特徴とする灰処理設備。
- 請求項３に記載の灰処理設備において、前記二次燃焼部と前記減温部とは略鉛直に建てられた円筒からなることを特徴とする灰処理設備。
- 請求項４に記載の灰処理設備において、前記堆積物排出装置は、解砕部と移送部とからなることを特徴とする灰処理設備。
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