JP4121645B2

JP4121645B2 - 廃棄物からの熱回収方法及び装置

Info

Publication number: JP4121645B2
Application number: JP34175598A
Authority: JP
Inventors: 隆能登; 章中村; 誠二木ノ下; 肇秋山
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: JP2000161637A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物からの熱回収方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみあるいは産業廃棄物(以下「廃棄物」という）を部分酸化させて、ガス化せしめた後に燃焼させる方法が特開平９-１５９１３２に提案されている。その代表的な例の構成の概要を添付図面の図５に示す。
【０００３】
図５にて、燃焼炉でごみを燃焼させて発生した燃焼排ガスは、廃熱ボイラ１２で節炭器１６からの加熱された水２０により４５０〜６５０℃まで冷却され、フィルター１３により除塵される。該フィルター１３を出た燃焼排ガスの一部または全量は加熱炉１４に供給され、補助燃料２１を用いた追い焚きによりこの加熱炉１４にて高温化され、さらに蒸気過熱器１５を廃熱ボイラ１２からの飽和蒸気２２で５００℃程度までに過熱する。さらに燃焼排ガスは、節炭器１５と空気予熱器１７で、廃熱回収される。その後、燃焼排ガスは誘引送風機１８を経て煙突１９から排気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような燃焼方法において可燃物を処理する場合、フィルターにて除塵された後のダスト濃度が一定値以下に制御できないと、熱回収のために後段に配されるボイラにおいてダスト中の塩などによるボイラチューブの腐食が問題となる。また、燃焼炉で発生させた燃焼排ガスの未燃分が少なければ、その後流の加熱炉で効率的に廃熱回収ができなくなる。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、上記問題点を発生させることなく部分酸化させ、効率よく熱回収することができる廃棄物からの熱回収方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第一の手段は、廃棄物を燃焼反応を伴う部分酸化炉にて、炉内温度を４５０〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して不完全燃焼、もしくは部分酸化させて可燃ガスを生成し、該可燃ガスを４５０〜６５０℃でセラミックフィルタに導入してダスト濃度を０．１ｇ／Ｎｍ^３以下に除塵し、除塵された該可燃ガスを湿式ガス処理装置に導入して該可燃ガス中の塩化水素濃度を２０ｐｐｍ以下にし、処理された該可燃ガスを燃焼炉にて高温で燃焼させ、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラにて燃焼したガスから熱回収することを特徴とする廃棄物からの熱回収方法である。
【０００７】
部分酸化炉内では廃棄物の部分酸化が行われ、セラミックフィルタ入口で４５０〜６５０℃と比較的温度の低い可燃ガスが送られる。ここで、上記セラミックフィルタ入口での温度を上記範囲に設定した理由は、４５０℃未満では後流の配管や燃焼炉で再着火による爆発の可能性があり、６５０℃より上ではダスト中の塩が溶融し、除塵装置の目つまりの問題があるからである。このとき部分酸化炉での空気比が０．１５〜０．９となるように該空気比を調整をする。その理由は、空気比が０．１５未満では、強還元ガスとしてタール付着等の問題が発生し、０．９より上では燃焼炉に導入する前に可燃ガスの酸化が促進されてしまうためである。これにより、炉出口での酸素濃度を低く抑え、可燃成分と酸素による爆発の危険が少なくなる。このようにセラミックフィルタ入口で可燃ガスの温度が比較的低温であるため、減温塔などの設備を介して過度の冷却することなく、除塵を行うことができる。その後、該可燃ガスを湿式ガス処理装置へ導入する。ここで可燃ガス中の塩化水素分を除去し、該可燃ガス中の塩化水素濃度を２０ｐｐｍ以下としてから燃焼炉で可燃ガスを燃焼させ、効率よく高温化を実現することができる。該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設された上記ボイラでは効率よく燃焼ガスから熱回収でき、高温高圧ボイラが可能になる。
【０００８】
本発明の方式の場合、セラミックフィルタにてダスト濃度を０.１ｇ／Ｎｍ³以下になるように除塵するので、ダスト中の塩の量が低減される。その後、可燃ガスを湿式ガス処理装置へ導きガス中の塩化水素を除去するので、高温燃焼させても塩化水素ガスの発生が低減し、後流の設備、特に燃焼炉の後段のボイラチューブ等における腐食が激減する。耐腐食性の高い材料を使わなければならなかった部品等を安価な材料に切り替えることができる。
【０００９】
さらにまた、有害ガスの排出を抑制させることができる。部分酸化炉で部分酸化された後の可燃ガスを燃焼炉で酸化剤と混合させ高温で燃焼させるので、ＣＯ等の未燃分の排出がほぼ完全に抑制される。また、可燃ガスを除塵してから高温燃焼させるので、すすに起因する芳香族系有機化合物濃度は低くなり、結果として不完全燃焼生成物であるダイオキシン類物質濃度も低減される。
【００１０】
上記課題を解決する第二の手段は、第一の手段において、セラミックフィルタへの付着物を酸素濃度５％以下のガスで定期的に払い落とすこととする廃棄物からの熱回収方法である。これにより、効率的に除塵を行うことができ、有害ガスの排出はさらに抑制される。ここで酸素濃度を５％以下とするのは、酸素により可燃ガスの酸化を抑制し、不要な爆発、燃焼の危険性を低減させるためである。この酸素濃度５％以下のガスは排ガス再循環、あるいは圧力スイング吸着法や膜分離法を利用して得ることができる。
【００１１】
上記課題を解決する第三の手段は、第一の手段において、セラミックフィルタへの付着物を窒素ガスで定期的に払い落とすこととする廃棄物からの熱回収方法である。付着物の払い落としに窒素を用いることにより集塵器において可燃ガスは酸化することがない。また、この手段に起因する不要な爆発、燃焼等はなくなる。
【００１２】
上記課題を解決する第四の手段は、上記の第二または第三の手段において、払い落としガスの温度を除塵装置における可燃ガスとほぼ同じ温度あるいはそれ以上とする廃棄物からの熱回収方法である。部分酸化された排ガスを４５０℃〜６５０℃で処理するとき、その温度状態から少しでも冷やされると、凝縮し液状に成りやすいガス状成分が多く含まれている。もし、それらが液状になると、除塵装置内でそれらが付着し、目つまりなどのトラブルが発生することがある。そのため、払い落とし用ガス温度を制御することが好ましい。
【００１３】
上記課題を解決する第五の手段は、第一ないし第四の手段において、燃焼炉に点火源を配設し、可燃ガスを連続して燃焼させる廃棄物からの熱回収方法である。可燃ガスは、除塵された後に燃焼炉に送られて燃焼するが、ここに常時点火源をおくことにより、失火して再び可燃ガスと空気が混合して爆発する危換性が回避される。
【００１５】
上記課題を解決する第六の手段は、炉内温度を４５０〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して廃棄物を不完全燃焼もしくは部分酸化させ可燃ガスを生成する部分酸化炉と、その後流に設置され、４５０〜６５０℃で該可燃ガス中のダストの濃度を０．１ｇ／Ｎｍ^３以下に除塵するセラミックフィルタと、除塵後の可燃ガス中の塩化水素濃度を２０ｐｐｍ以下とする湿式ガス処理装置と、さらにその後流に設置された燃焼炉と、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラを有することを特徴とする廃棄物からの熱回収装置である。
【００１６】
上記課題を解決する第七の手段は、第六の手段において、燃焼炉に点火源を配設することとする廃棄物からの熱回収装置である。
【００１７】
部分酸化炉内では、廃棄物は部分酸化が行われ、セラミックフィルタ入口で４５０〜６５０℃と比較的温度の低い可燃ガスが生成される。このとき部分酸化炉での空気比が０．１５〜０．９となるように該空気比を調整する。これにより、酸素濃度が低く、爆発等の危険が少ない可燃ガスが生成される。また、この可燃ガスは、比較的低温であるので、減温塔などの設備による過度の冷却なしに、除塵される。部分酸化炉の炉出口からダクト等で接続されている後流のセラミックフィルタにおいてダスト濃度を０.１g／Ｎｍ³以下とした後に、該可燃ガスを後流の湿式ガス処理装置へ導入する。ここで可燃ガス中の塩化水素分を除去し、該可燃ガス中の塩化水素濃度を２０ｐｐｍ以下とした後、可燃ガスは後流の燃焼炉で燃焼され、効率よく高温化される。本装置の場合、ダスト濃度を０.１ｇ／Ｎｍ³以下になるように除塵するので、ダスト中の塩の量が低減される。その後湿式ガス処理装置へ導きガス中の塩化水素を除去するので、高温燃焼させても塩化水素ガスを低濃度に抑えることができ、後流の設備、特に燃焼炉の後段のボイラチューブ等における腐食への配慮を減らすことができる。耐腐食性の高い材料を使わなければならなかった部品等を安価な材料に切り替えることができる。また、部分酸化炉での空気比を一定の範囲の値にすることにより、発生する可燃ガスのポテンシャルの変動が少なくなり、安定した操業が可能になる。
【００１８】
さらにまた、有害ガスの排出を抑制させることができる。部分酸化炉にて部分酸化された後の可燃ガスを燃焼炉で酸化剤と混合させ高温で燃焼させるので、ＣＯ等の未燃分の排出がほぼ完全に抑制される。また、可燃ガスを除塵してから高温燃焼させるので、すすに起因する芳香族系有機化合物濃度は低くなり、結果として不完全燃焼生成物であるダイオキシン類物質濃度も低減される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１及び図２にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図1は、本発明の一実施形態の概要構成を示す図である。図において、符号１は部分酸化炉であり、該部分酸化炉１には酸化のための空気あるいは蒸気や排ガスによって酸素濃度を制御された空気主体のガスが供給されるようになっており、廃棄物が炉内へ投入されて着火し部分酸化し可燃ガスを生成する。上記部分酸化炉１には、該可燃ガスの除塵を行う除塵装置２、湿式ガス処理装置３、可燃ガスを燃焼する燃焼炉４、燃焼したガスの熱回収を行うボイラ５が順次接続されている。
【００２１】
上記部分酸化炉１では、炉内温度は廃棄物が自燃でき、かつ部分酸化する程度であれば良く、４５０〜８００℃であることが望ましい。また、この部分酸化での空気比が制御され、このときの空気比はおよそ０.１５〜０.９程度とされる。その後、該可燃ガスは部分酸化炉１内での滞留時間によりその温度が制御され、４５０〜６５０℃で除塵装置２へ送られる。この温度範囲とする理由は、４５０℃以下では後流において再着火や爆発等の危険があり６５０℃以上ではダスト中の塩が溶融して除塵装置内で目つまりなどの問題があるからである。
【００２２】
次に、可燃ガスは除塵装置２へもたらされ、該除塵鼓置２では０.１ｇ／Ｎｍ³以下の濃度まで除塵される。この濃度まで除塵すれば、ダスト中の塩の量が低減されるため、後段のボイラチューブ等の腐食が低減される。除塵後のダスト濃度を０.１ｇ／Ｎｍ³以下にすれば後流のボイラチューブの腐食を実用に耐え得る程度まで抑えられることがわかる。
【００２３】
上記除塵装置２には図２に示すようなキャンドル型セラミックフィルターを使うことが望ましいが、ろ布や、目開き１０ｍｍ以下のハニカム状セラミックフィルターの使用も考えられる。払い落としは、可燃ガスの酸化を抑制し、不要な爆発、燃焼の危険を低減させるために酸素濃度５％以下のガス、又は窒素で行うのが望ましい。また、付着物の剥離効果を考えると払い落とし方法の条件は、ガス圧力１ｋｇ／ｃｍ²以上、払い落とし間隔は数秒〜数十分、払い落とし時間は０.０２秒〜数十秒程度であることが望ましい。
【００２４】
可燃ガスは、除塵された後、湿式ガス処理装置３に導入され、必要に応じて苛性ソーダ等の中和剤の濃度を変え、塩化水素濃度が２０ｐｐｍ以下まで処理される。
【００２５】
可燃ガスは湿式ガス処理装置３にて処理された後に燃焼炉４に導入されここで約１０００℃程度まで温度上昇する。ここでは完全燃焼が行われるため、未燃ガス等の排出がほぼ完全に抑制される。また、可燃ガスは、予め除塵が行われているために、すすに起因する芳香族系有機化合物濃度は低くなり、結果として不完全燃焼生成物であるダイオキシン類物質濃度も低減される。また、燃焼炉に点火源を配設することとすれば、可燃ガスは連続して燃焼するので、失火して再び可燃ガスと空気が混合して爆発する危険性が回避できる。
【００２６】
本実施形態では、好ましい例として、この燃焼炉４の後段にボイラ、例えば３００℃以上、２０ａｔａ以上の高温高圧ボイラ５の水管が設置されており、効率よく燃焼ガスから熱回収をすることができる。必要に応じて高温空気の回収も可能になる。予め除塵が行われているため、ダストに起因するボイラチューブの腐食を抑えることができる。塩化水素ガスによる腐食効果が増大する排ガス温度６００℃以上の高温場から熱を回収する場合には、ボイラチューブの寿命を長くするため耐腐食性を有するセラミック材質を使ったボイラチューブを用いれば良い。熱回収が終わった排ガスは下流の排ガス処理設備(図示せず）を経て、煙突から排出される。
【００２７】
【実施例】
本発明の実施例を図３にもとづき説明する。本実施例装置では、図１装置の部分酸化炉として流動床炉１を採用している。他は、図１装置と同じであり、図３では図１と共通部分に同一符号を付してある。
【００２８】
図３装置では、流動床炉１で流動化空気温度を２０〜６５０℃、砂層温度４００〜６００℃とし、廃棄物たる都市ごみを１ｔ／ｈで該流動床式炉１へ供給し、空気比を０.２〜０.８の間で操作して部分酸化させ可燃ガスを生成した。可燃ガスは４５０〜６５０℃で除塵装置２に供給し、キャンドル型セラミックフィルターにより除塵を行った。キャンドル型セラミックフィルターの材質は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、コージュライト、上記材料のコンポジット、あるいはそれに類似する無機材料のセラミックファイバー型か、多孔質体型である。払い落としには排ガスを再循環して酸素濃度を５％以下と抑えたガスと窒素ガスを用い、払い落とし圧力３〜７ｋｇ／ｃｍ²、払い落とし間隔５秒〜５０分、払い落とし時間０.１秒〜２０秒の範囲とした。これにより、除塵装置２への流入前のダスト濃度が５〜２０ｇ／Ｎｍ³であったものが０.１ｇ／Ｎｍ³以下まで除塵された。この除去されたダスト等は回収後に溶融炉及び焼却炉で無害化処理された。除塵後の可燃ガスを湿式ガス処理装置３に導入して塩化水素の除去を行った。湿式ガス処理装置入口塩化水素濃度が４００ｐｐｍであったものが２０ｐｐｍまで除去された。その後、かかる処理後の可燃ガスを燃焼炉４で燃焼させて９００〜１０００℃まで温度を上げた。このとき、後段のボイラ５で３５０〜５４０℃、５０〜１００ａｔａの蒸気を用いて熱回収を行うことができた。なお、ボイラチューブとして安価なステンレス鋼を用いたが、著しい腐食等は認められず、材料によっては複数年使用可能な耐腐食性を確認した。また、高温空気の回収も行ったところ、３５０〜７００℃の高温空気の回収が可能であることが判明した。
【００２９】
また、図４に示される火格子式炉での適用性の確認も行った。図４装置では部分酸化炉として火格子式炉１を採用した。他は、図１装置と同じである。この火格子式炉１では酸化用空気温度を２０〜２５０℃とし、火格子上部温度５００〜８００℃として廃棄物たる都市ごみを炉内へ供給し、空気比を０.３〜０.９の間で操作して部分酸化させた。可燃ガスは４５０〜６５０℃で除塵装置２に供給し、キャンドル型セラミックフィルター及びハニカム型セラミックフィルターにより除塵を行った。セラミックフィルターの材質は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、コージュライト、上記材料のコンポジット、あるいはそれに類似する無機材科のセラミックファイバー型か、多孔質体型である。払い落としには窒素ガスを用い、払い落とし圧力３〜７ｋｇ／ｃｍ²、払い落とし間隔１０秒〜２０分、払い落とし時間０.０５秒〜１５秒の範囲とした。これにより、除塵装置２に流入する前のダスト濃度が１〜５ｇ／Ｎｍ³であったものが０.１ｇ／Ｎｍ³以下まで除塵された。この除去されたダスト等は回収後に溶融炉及び焼却炉で無害化処理を行った。除塵後の可燃ガスを湿式ガス処理装置３に導入して塩化水素の除去を行った。湿式ガス処理装置入口塩化水素濃度が２５０ｐｐｍであったものが２０ｐｐｍまで除去された。その後この処理後の可燃ガスを燃焼炉４で燃流させて９００〜１１００℃まで温度を上げた。燃焼炉４では、爆発等の危険を回避すべくパイロットバーナ(図示せず）を用いて常時点火源をおいて、可燃ガスを連続的に燃焼した。このバーナは燃料として天然ガスあるいは灯油を用い、出力数万ｋｃａｌ／h〜数十万ｋｃａｌ／hのバーナを配設した。このとき、後段のボイラ５で５４０℃、１００ａｔａの蒸気を用いて熱回収を行うことができた。なお、ボイラチューブとして耐食性が然程ないステンレス鋼、インコネル他の合金鋼を用いたが、著しい腐食等は認められず、1年以上の安定稼働を確認した。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明においては、部分酸化させたガスを比較的低温で除塵し、湿式ガス処理装置で塩化水素を低減してから燃焼炉で燃焼させることにより高温を得ることとしたので、ガス化した廃棄物からの熱回収が効率的に行えると同時に、塩化水素による腐食が抑制されるため安価な鋼材等を用いたボイラチューブでも高温高圧ボイラとすることができ、また、かかる高温高圧ボイラを設置することによる熱回収も効率よく行える。さらに、ダイオキシンやフラン等の有害ガスの排出を抑制することもできる。また、部分酸化炉での空気比と除塵の際のダスト濃度を一定の範囲の値とすることにより、ボイラチューブ等の腐食の心配がなくなり、安定した操業が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成図である。
【図２】図１装置の除塵装置に採用可能なキャンドル型セラミックフィルターの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態装置の概要構成図である。
【図４】図３装置の変形を示す装置の概要構成図である。
【図５】従来の廃棄物処理装置の概要構成図である。
【符号の説明】
１部分酸化炉
２除塵装置
３湿式ガス処理装置
４燃焼室
５ボイラ

Claims

廃棄物を燃焼反応を伴う部分酸化炉にて、炉内温度を４５０〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して不完全燃焼、もしくは部分酸化させて可燃ガスを生成し、該可燃ガスを４５０〜６５０℃でセラミックフィルタに導入してダスト濃度を０．１ｇ／Ｎｍ^３以下に除塵し、除塵された該可燃ガスを湿式ガス処理装置に導入して該可燃ガス中の塩化水素濃度を２０ｐｐｍ以下にし、処理された該可燃ガスを燃焼炉にて高温で燃焼させ、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラにて燃焼したガスから熱回収することを特徴とする廃棄物からの熱回収方法。
セラミックフィルタへの付着物を酸素濃度５％以下のガスで定期的に払い落とすこととする請求項１に記載の廃棄物からの熱回収方法。
セラミックフィルタへの付着物を窒素ガスで定期的に払い落とすこととする請求項１に記載の廃棄物からの熱回収方法。
払い落としガスの温度がセラミックフィルタにおける可燃ガスとほぼ同じ温度あるいはそれ以上であることとする請求項２または請求項３に記載の廃棄物からの熱回収方法。
燃焼炉に点火源を配設し、可燃ガスを連続して燃焼させることとする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の廃棄物からの熱回収方法。
炉内温度を４５０〜８００℃に、空気比を０．１５〜０．９に制御して廃棄物を不完全燃焼もしくは部分酸化させ可燃ガスを生成する部分酸化炉と、その後流に設置され、４５０〜６５０℃で該可燃ガス中のダストの濃度を０．１ｇ／Ｎｍ^３以下に除塵するセラミックフィルタと、除塵後の可燃ガス中の塩化水素濃度を２０ｐｐｍ以下とする湿式ガス処理装置と、さらにその後流に設置された燃焼炉と、該燃焼炉にあるいは該燃焼炉の下流に配設されたボイラを有することを特徴とする廃棄物からの熱回収装置。
燃焼炉は点火源が配設されていることとする請求項６に記載の廃棄物からの熱回収装置。