JP6063307B2 - 汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、流動媒体を循環させて燃焼する循環型燃焼方式を採用し、脱水汚泥の焼却により生じる窒素酸化物の発生量を効率的に低減することができる汚泥燃焼装置及び汚泥燃焼方法を提供することを目的とする。
図1に示す汚泥燃焼装置100は、循環燃焼部10及び後燃焼部20を備える。汚泥燃焼装置100は、循環燃焼部10にて還元雰囲気下で脱水汚泥を不完全燃焼し、その後、後燃焼部20にて、酸化雰囲気下で不完全燃焼により生じた未燃ガスを完全燃焼させる多層燃焼装置である。図1には示さないが、汚泥燃焼装置100は、後燃焼部20の後に、後燃焼部20から排出される排気ガスを冷却するための冷却塔と、排気ガス中のダスト成分等を捕集するバグフィルタ、スクラバー等とを備えても良い。なお、還元雰囲気とは、供給された脱水汚泥の完全燃焼に必要な酸素量である理論酸素量よりも少ない量の酸素を供給した雰囲気を指し、酸化雰囲気とは、理論酸素量以上の酸素を供給した雰囲気を指す。因みに、理論酸素量は、脱水汚泥中に含まれている燃焼時に酸素と結合可能な元素(C、H、N、O、S、Cl等)の量、及び図示しない補助燃料取込部から取り込まれる補助燃料の量に基づいて、化学量論を用いて算出することができる。具体的には、炭素(C)、水素(H)、及び窒素(N)量はCHN元素分析装置により測定し、酸素(O)、全硫黄(S)、可燃性硫黄、全塩素(Cl)、及び可燃性塩素量は、JISM8813に従って測定し、不燃性硫黄及び不燃性塩素は、それぞれ、全硫黄(S)及び可燃性硫黄、全塩素(Cl)及び可燃性塩素から計算により算出した。また、補助燃料の量は、JISM8814に従って算出した総発熱量に基づいて決定した。
即ち、鉄系無機凝集剤を用いて得た脱水汚泥は、鉄系無機凝集剤由来の鉄成分を含む。そして、脱水汚泥中の当該鉄成分は、還元雰囲気下で燃焼させると、燃焼の際に酸素と反応して2価の鉄(Fe2+)である酸化第1鉄(FeO)となる。ここで、窒素酸化物は、汚泥中に含まれる窒素成分と、燃焼空気中の酸素とが結合することにより生成されるが、鉄系無機凝集剤由来の鉄成分が存在する場合、当該鉄成分が燃焼中に酸素と結合して酸化第1鉄(FeO)となることにより、汚泥中に含まれる窒素成分と燃焼雰囲気中の酸素とが結合して窒素酸化物を生成するのを妨げる。また、酸化第1鉄(FeO)が形成した場合、当該酸化第1鉄(FeO)が燃焼中に酸素と結合して酸化第2鉄(Fe2O3)となることにより、汚泥中に含まれる窒素成分と燃焼雰囲気中の酸素とが結合して窒素酸化物を生成するのを妨げる。
具体的には、図2は、有機系高分子凝集剤のような有機凝集剤のみを用いて脱水処理して得た脱水汚泥(1液脱水汚泥)と、有機凝集剤及び鉄系無機凝集剤(ポリ硫酸第2鉄)を併用して得た脱水汚泥(2液脱水汚泥)とについて、後燃焼部内最高温度を変化させて燃焼した場合の、窒素酸化物である一酸化ニ窒素(N2O)の排出量(Kg-N2O/t−DS:脱水汚泥固形分1トン当りのN2O排出量をKg表示した値)を示すグラフである。有機凝集剤による1液脱水汚泥は鉄系無機凝集剤(ここでは、ポリ硫酸第2鉄)を使用しないため、脱水汚泥中に凝集剤由来の鉄成分が含まれていない。そのため、凝集助剤由来の鉄成分を含有しない1液脱水汚泥を焼却した場合の一酸化ニ窒素の排出量は、2液脱水汚泥よりも多い。図中、常に2液脱水汚泥の方が一酸化ニ窒素(N2O)の排出量が少ないが、特に、後燃焼部最高温度が低い場合において、一酸化ニ窒素(N2O)の排出量の差が顕著であった。
ここで、上記構成からも明らかなように、この汚泥燃焼装置100では、循環部12では流動媒体を回収し、燃焼生成物回収部14では流動媒体よりも比重の小さい固形燃焼生成物を回収する。従って、燃焼生成物回収部14としてのサイクロンでは、回収装置としてのサイクロンよりも大きな遠心力を負荷する。即ち、回収装置において負荷する遠心力は、流動媒体は回収されるが燃焼生成物の大部分(例えば、95質量%以上)は回収されない大きさの遠心力とし、燃焼生成物回収部14のサイクロンで負荷する遠心力は、燃焼生成物を回収し得る大きさ以上とする。
このようにして、本発明による汚泥燃焼装置100は、後燃焼部20の上層部の空気比を最適化して燃焼場を完全燃焼状態として、汚泥燃焼装置100内における最高温度場を提供する。汚泥燃焼装置100は、かかる燃焼場にて、ダクト19を通じて燃焼生成物回収部14から提供される未燃物(不燃ガス等)を含む生成物を完全燃焼させる。そして、汚泥燃焼装置100は、後燃焼部20の下層部(下流側に位置する部分)において最高温度場に次ぐ温度の燃焼場を提供して、上層部で燃え残った不燃ガスを完全燃焼させる。後燃焼部20の上層部及び下層部における各燃焼場の温度をこのように設定することで、不燃ガスの燃え残りを確実に燃焼させることができる。
以下、汚泥燃焼装置100の動作について説明する。
まず、汚泥供給手段13を通じて燃焼部11に供給された脱水汚泥は、燃焼部11において、高温に熱せられた砂と激しく混合されつつ燃焼される。燃焼部11は、図示しない補助燃料取込部から取り込まれる補助燃料及び脱水汚泥中の炭素等の元素の量との関係で燃焼部11内の空気比が0.9以上1.0未満となるように空気取込部16から空気を取り込み、脱水汚泥を燃焼する。空気取込部16からの空気は、例えば、650℃〜700℃に熱せられた熱風であり、燃焼部11内の温度は、例えば、燃焼部11の下層部である、流動媒体の粒子密度が高い濃厚層部で750℃〜800℃である。さらに、後燃焼部20の中層における温度は、850℃〜890℃であることが好ましい。燃焼部11内における温度を後燃焼部20における完全燃焼状態の燃焼場の温度よりも低温とすることで、鉄成分が溶解することを抑制し、流動媒体である砂に溶解した鉄成分が付着して砂の粒子径が大きくなることを防ぐとともに、酸化第1鉄又は酸化第2鉄を含む燃焼生成物の回収を効率化することができる。
また、本発明の汚泥燃焼方法においては、有機凝集剤を使用することなく、ポリ硫酸第2鉄及びポリ塩化第2鉄のような鉄系無機凝集剤を使用して得た脱水汚泥を燃焼させることももちろん可能である。この場合、有機凝集剤の使用にかかる工程及び費用がかからないため、汚泥処理のコストを低減することができる。
燃焼生成物回収部14、ダクト18、及び燃焼生成物供給部15を備えないこと以外は図1に示した汚泥燃焼装置100と同様の構成を有する汚泥燃焼装置を用いて脱水汚泥を燃焼した結果を表1に示す。表1は、循環燃焼部10の燃焼部11内における空気比と、後燃焼部20から排出される一酸化ニ窒素(N2O)の濃度及び循環燃焼部10及び後燃焼部20の操炉安定性との関係を示す。操炉安定性は、燃焼部11の下層部の温度(以下、濃厚層部温度Tとする。)により評価した。空気比mが1.1以上1.2未満と比較的高いほど完全燃焼状態に近づくため、操炉安定性にとっては好ましい一方で、燃焼部11における一酸化ニ窒素(N2O)の生成量が増加し、多層燃焼装置を用いたことによる窒素酸化物の抑制効果(以下、多層燃焼効果という)が低減する傾向がある。
A:40ppm未満で、多層燃焼効果が大きい
B:40ppm以上90ppm未満で、やや多層燃焼効果あり
C:90ppm以上で、通常焼却相当
また、操炉安定性については、評価は以下に従った。
A:操炉安定(濃厚層部温度Tが750℃≦T<800℃)
B:操炉不安定(濃厚層部温度Tが700℃≦T<750℃)
C:操炉不可能(濃厚層部温度TがT<700℃)
図1に示す汚泥燃焼装置100により脱水汚泥を燃焼した。燃焼部11に対して、燃焼生成物回収部14で回収された固形燃焼生成物を供給することにより、循環燃焼部10における空気比が0.9〜1.0の場合における後燃焼部出口N2O濃度の値の評価をA(20ppm)とすることができる。このようにして、本発明による汚泥燃焼装置100において、燃焼部11に対して、燃焼生成物回収部14で回収された固形燃焼生成物を供給する構成を採用した場合には、多層燃焼効果をより一層向上させることができる。
11 :燃焼部
12 :循環部
13 :汚泥供給手段
14 :燃焼生成物回収部
15 :燃焼生成物供給部
16 :空気取込部
17 :ダウンカマー
18,19,23〜25 :ダクト
20 :後燃焼部
21 :第1空気取込部
22 :第2空気取込部
26 :切替装置
100 :汚泥燃焼装置
Claims (8)
- 鉄系無機凝集剤を混合した汚泥を脱水し、脱水汚泥を生成する脱水部と、
前記脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成する燃焼部と、
前記生成物から前記流動媒体を回収し、前記燃焼部に供給する循環部と、
前記燃焼部に対して前記脱水汚泥を供給する汚泥供給手段と、
前記生成物から前記固形燃焼生成物を回収する燃焼生成物回収部と、
前記燃焼生成物回収部で回収された前記固形燃焼生成物を前記燃焼部に供給する燃焼生成物供給部と、
を備える、汚泥燃焼装置。 - 前記燃焼生成物供給部は、前記汚泥供給手段を介して前記固形燃焼生成物を前記燃焼部に供給し、
前記汚泥供給手段は、混合手段を備え、該混合手段により前記固形燃焼生成物と前記脱水汚泥とを混合してから前記燃焼部に対して供給する、請求項1に記載の汚泥燃焼装置。 - 前記燃焼生成物供給部は、酸素を含有しないガスにより前記固形燃焼生成物を搬送する、請求項1又は2に記載の汚泥燃焼装置。
- 前記燃焼生成物回収部は、前記循環部を経た生成物から前記固形燃焼生成物を回収する、請求項1〜3の何れかに記載の汚泥燃焼装置。
- 鉄系無機凝集剤を使用して脱水処理を行った脱水汚泥を流動媒体と共に還元状態で燃焼して、燃焼ガス、固形燃焼生成物、未燃物、及び流動媒体を含む生成物を生成し、
前記生成物から前記流動媒体を回収し、前記燃焼のために循環させ、さらに、
前記生成物から前記固形燃焼生成物を回収し、回収された前記固形燃焼生成物を前記還元状態における前記脱水汚泥の燃焼時に供給する、
汚泥燃焼方法。 - 前記固形燃焼生成物の供給を、前記脱水汚泥と混合した状態で行うことを更に含む、請求項5に記載の汚泥燃焼方法。
- 前記固形燃焼生成物を前記還元状態における燃焼時に供給するにあたり、酸素を含有しないガスにより前記固形燃焼生成物を搬送することを更に含む、請求項5又は6に記載の汚泥燃焼方法。
- 前記流動媒体を回収した後の生成物から前記固形燃焼生成物を回収する、請求項5〜7の何れかに記載の汚泥燃焼方法。
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