JPH0151960B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、完全にガス洩れを防止しかつ粉塵の
発生を少なくした汚泥等の乾留焼却方法及び装置
に関するものである。

従来、脱水汚泥等の高含水可燃物を乾燥焼却す
る装置としては、多段式乾留装置が用いられるこ
とが多い。この装置は第１図に示すように通常の
多段焼却炉と同じ構造の多段乾留炉１、再燃焼炉
２、熱風発生炉３等から構成されている。上記多
段乾留炉１は堅形円筒状の鋼板製の外殻１ａを有
し、この外穀の内側に耐火材１ｂが内張りされて
いる。さらに耐火煉瓦の炉床１ｃで多段に仕切ら
れている。この多段乾留炉１の中心には、縦方向
の回転軸１ｄが設けられ、、この回転軸１ｄには
金属製のアーム１ｅが取付けられている。この多
段乾留炉１の上部の投入口１ｆより、例えば脱水
汚泥のような被処理物を投入するとともに、多段
乾留炉１下方の熱風導入口１ｇより熱風発生炉３
で発生された加熱用熱風を吹込む。被処理物はア
ーム１ｅによつて撹拌されながら乾燥されつつ、
一段おきに仕切段の中心部および周部より下段に
落されて、徐々に下方に移動する。この多段乾留
炉１の下方段は乾留帯となつており、この部分に
一般的な焼却炉に比べて少ない空気が空気導入口
１ｈより吹込まれる。乾燥した被処理物は乾留帯
で乾留が行われ、乾留物は外部へ取り出される。
乾留帯で発生した可燃性ガスは、上記熱風ととも
に、上部の乾燥帯で被処理物を乾燥せしめた後、
排ガスは排ガス導出口１ｉより導出され再燃焼炉
２へ導入される。再燃焼炉２には排ガス中の可燃
性ガスを完全に燃焼させるため、空気Ａさらに必
要に応じて燃料Ｂが吹込まれる。また熱風発生炉
３には、熱風を発生させるための空気Ａおよび燃
料Ｂが導入されている。ところで、上記多段乾留
炉１は、通常の被処理物を対象としているため、
特殊な被処理物を処理するには問題がある。例え
ばアルフア線を放出する放射性物質を多数の動物
に投与し、その影響を研究する実験施設等では、
放射性物質で汚染した糞、尿、食べ残し飼料等が
大量に発生する。これらを洗浄した排水はそのま
ま放流することが出来ないので、含有する有機物
を微生物処理し、さらに活性炭吸着処理等を行な
つた後放流する。このような排水処理設備から発
生する高水分汚泥（例えば含有水分98％程度の動
物の糞、飼料、余剰汚泥等）は腐敗性がありかつ
量が多いため、そのまま貯蔵することは出来な
い。水分を10％以下となるように乾燥すれば腐敗
しにくいが、大きな減容はできずかつ吸湿すれば
腐敗するので、長期間の保管は極めて困難であ
る。この汚泥を大きな減容比で安定な状態にする
ためには焼却処理するのが最適である。しかしこ
のような汚泥を焼却する場合、上記のような装置
では次のような問題点がある。

(1) 装置の気密性に対する配慮が少ない。例えば
軸封にはサンドシールが使われる等厳密なシー
ルがされていない。このため微量のダストの外
気放散も避けなければならない放射性物質、特
にアルフア核種を含む廃棄物の処理は不適当で
ある。

(2) 炉内の耐火材および耐火煉瓦等の寿命が短か
いので、点検、補修頻度が高く、放射性物質等
を含有する被処理物を処理する場合には、炉内
の粉塵の飛散防止、補修作業者の保護対策その
他に多大な費用、労力を必要とする。

(3) 炉の内張りに耐火材を使用し、多段に仕切る
炉床に耐火練瓦を使用しているため炉の小型化
が困難で通常の汚泥焼却炉などと比較して処理
量の少ない放射性の被処理物の乾留焼却炉には
適用しにくい。

(4) 加熱熱源として熱風を多段炉内に吹込むた
め、排ガス量が多くなるとともにガス流速が早
くなり排ガス中の粉塵量（通常5.6〜19.0ｇ／
Ｎm³程度）が多い。このため排ガス中の放射性
物質が厳しく規制されている放射性物質を含む
被処理物の処理には不適当である。

(5) 耐火材や耐火煉瓦の表面は多孔性でかつ加熱
により細かいクラツクが発生するので、この部
分に被処理物が蓄積し、その除去が困難であ
る。（放射性物質による汚染を除去することを
除染という） 本発明は上記の事情に鑑みてなしたもので、金
属製多段炉とサイクロン型再燃焼炉とを主体に
し、排ガス量が少なくかつ排ガス中に含有する粉
塵量も可及的に少なくできる汚泥等の乾燥焼却方
法及び装置を提供するものである。

以下本発明の一実施例を図面を参照して詳細に
説明する。第２図ないし第４図は本発明を放射性
物質を含有する汚泥の処理に適用した場合の実施
例で、第２図は装置の概略構成図である。放射性
物質を含有する高水分汚泥Ｄは適量の可燃性の脱
水助材Ｅ（例えば木粉、乾燥汚泥等）が混合され、
脱水機１１より脱水される。脱水機１１として例
えば高圧縮真空吸引式脱水機を使用すれば、前記
高水分汚泥は水分50〜60％程度に脱水され、脱水
ケーキＦとして脱水ケーキホツパ１２に一時貯蔵
される。なおＨは液である。この貯蔵された脱
水ケーキＦは、図示しないフイーダで金属製の多
段炉２１の上部に投入される。この際ホツパ、フ
イーダは多段炉２１の気密性を保持して脱水ケー
キＦの投入が出来るようになつている。投入され
た脱水ケーキＦは金属製の多段炉２１の上方より
下方へ順次移行しつつ乾燥帯域、乾留帯域を通過
する。さらに燃焼帯域で多段炉２１の下部から量
を制限して導入される空気Ａによつて燃焼し、下
部より灰Ｇとなつて取出され、密封された状態で
安全に保管される。また多段炉２１の上部から排
出される燃焼ガス、乾留生成ガスおよび脱水ケー
キより発生した水蒸気は、サイクロン型の再燃焼
炉３１に送られる。再燃焼炉３１に導入された可
燃性の乾留生成ガスを含む排ガスは、粉塵の相当
部分が除去されるとともに、導入された空気Ａに
より完全に燃焼される。尚導入される空気Ａは、
多段炉２１および再燃焼炉３１の熱負荷を低減さ
せるため、予じめヒータ等で加熱しておくことも
できる。完全に燃焼されたガスは次に排ガス処理
装置１３に入り含有する粉塵が除去され、ガス温
度が降下される。この排ガス処理装置１３は放射
性廃棄物の焼却において一般に用いられる湿式又
は乾式の装置である。この排ガス処理装置１３で
大部分の粉塵が除去され、温度の下つた排ガス
は、微細粒子を捕集する高性能エアフイルタ１４
に通された後、ブロア１５によりスタツク１６よ
り大気中に放出される。

上記装置のうち金属性の多段炉２１は放射性物
質等を含有する被処理物を乾燥乾留したのち焼却
処理する重要な機能を有し、サイクロン型の再燃
焼炉３１は金属を主体として小型に形成され、上
記多段炉２１で発生した乾留生成ガスを完全燃焼
させるとともに粉塵を補集する機能を有するもの
である。

第３図ａ，ｂは金属製の多段炉２１の縦断面図
および横断面図であり、図中２１ａは円筒状の耐
熱鋼（例えばインコロイ800相当の遠心鋳銅）製
の炉本体である。炉本体２１ａの外周には炉内を
間接加熱するヒータ２１ｂ、例えば電気ヒータが
取付けられている。このヒータ２１ｂは炉本体２
１ａの上下方向に数分割し、それぞれのヒータ
に、対応する炉内の温度を検出し所要の温度に保
持できるような温度検出器と温度調整器（図示せ
ず）を備えている。このヒータ２１ｂの外側には
断熱材２１ｃが取付けられている。断熱材２１ｃ
の外側には外面保護用の鋼製の外装板２１ｄが取
付けられている。また炉本体２１ａの下部は外装
板２１ｄの下面から露出しており、この露出部分
２１ｅの外周には環状の凸部２１ｆが設けられて
いる。多段炉２１は上記凸部２１ｆが基台２２に
取付けられた下部梁２２ｄに固定された炉本体支
持部材２２ｅに乗せられ、かつ支柱２２ａ…およ
び支柱２２ａ…を連絡する上部梁２２ｂ…によつ
て支持されている。また炉本体２１ａの下方には
空気導入口２１ｐが取付けられ下端には灰取出口
２１ｇが設けられている。また炉本体２１ａの上
端部は断熱材２１ｃより上部に突出して上部開口
端２１ｈとなつており、この上部開口端２１ｈの
外周には、伸縮継手２１ｉの上縁が気密に取付け
られ、伸縮継手２１ｉの下縁は鋼製の外装板２１
ｄ上面に気密に取付けられている。この突出した
上部開口端２１ｈおよび伸縮継手２１ｉを覆つ
て、内側に耐火断熱材２１ｑが取付けられた鋼製
の外装板２１d′が設けられ、炉本体２１ａの蓋体
２１ｊを形成している。この蓋体２１ｊは上部蓋
体２１j′と下部蓋体２１j″に上下に分割されてお
り、上部蓋体２１j′と下部蓋体２１j″とは、たが
いに外装板２１d′によつて形成されたフランジ部
を介してボルト・ナツト等により着脱自在にかつ
気密性を保持して取付けられている。またこの下
部蓋体２１j″の外装板２１d′は炉本体２１ａの外
装板２１ｄの上面に気密に取付けられている。上
記蓋体２１ｊには被処理物の投入口２１ｍおよび
排ガス導出口２１ｎが設けられている。また上記
炉本体２１ａの内部には、その中心を上下に貫通
する金属製の回転軸２３が設けられている。この
回転軸２３の下方は、炉本体２１ａ（下方の露出
部２１ｅ）を貫通して上記炉本体支持部材２２ｅ
に支持された下部軸受２３ａに回転自在かつ気密
を保持して取付けられている。また回転軸２３の
下端には、図示しない電動機及び変速機を介して
回転軸２３に回転駆動力を伝達する歯車２３ｂが
取付けられている。上記下部軸受２３ａと炉本体
２１ａの底面との間には下部伸縮継手２３ｃが気
密に取付けられている。また回転軸２３の上端
は、上記蓋体２１ｊを貫通し蓋体２１ｊの外装板
２１d′の上面に支持部材２２ｃを介して取付けら
れた上部軸受２３ｄに回転自在に支持されてい
る。この上部軸受２３ｄと上記蓋体２１ｊの外装
板２１ｄの上面との間には上部伸縮継手２３ｅが
設けられている。なお上記伸縮継手２１ｉ，２３
ｃ，２３ｅは例えば全金属製のベロー型伸縮継手
を使用でき、これにより炉本体２１ａ、回転軸２
３の加熱による伸びは炉の気密性を損うことなく
吸収されるようになつている。尚上部軸受２３ｄ
は回転軸の軸受として一般的に用いられるもの
で、容易に回転軸２３から抜き出せる構造であ
る。この上部軸受２３ｄには公知のシールガス機
構（図示せず）があり、多段炉２１の内部圧力よ
りわずかに高い圧力の不活性ガスまたは空気等を
シールガスとして、上部軸受２３ｄと回転軸２３
との間隙に流すことにより、多段炉２１内のガス
が外部に漏れないようにしている。また炉本体２
１ａの内部は仕切段２４…により多段に仕切られ
ている。また仕切板２４の中央開口部の中心を通
る回転軸２３には各仕初段２４…上の被処理物を
撹拌する撹拌部材２５…が取付けられている。こ
の撹拌部材には、回転軸２３に対して対称な位置
にアーム２５ａ，２５ａが取付けられ、このアー
ム２５ａ，２５ａの下部には、仕切段２４上の被
処理物を中心部に掻寄せるブレード５ｂ…が取付
けられている。またアーム２５ａ，２５ａの上部
には、上位の仕切段の中央開口部より落される被
処理物を仕切段２４の外周部にすべり落す陣笠状
の案内部材２５ｃの下縁が取付けられ、この案内
部材２５ｃの頂部は回転軸２３に取付けられてい
る。尚２１ｍは被処理物を炉本体２１ａの内部に
導入する投入口、２１ｎは被処理物を焼却して発
生する排ガスを炉本体２１ａの外部へ導出する排
ガス導出口である。この排ガス導出口２１ｎは炉
本体２１ａの中間部（乾燥帯の下部）に取付ける
こともできる。

また再燃焼炉３１は次のような構成となつてい
る。すなわち、第４図に示すように下部がコーン
状に形成された円筒状の耐熱鋼製の炉体３１ａが
設けられ、この炉体３１ａの上面略中央にはガス
排出口３１ｂ、側部上方には炉体３１ａに対し接
線方向に設けられた排ガス導入口３１ｃ、コーン
側部には空気導入口３１ｄ、コーン下端には灰取
出口３１ｅがそれぞれ取付けられている。また炉
体３１ａの円筒状部外周面にはヒータ３１ｆが取
付けられている。このヒータ３１ｆおよびヒータ
３１ｆが取付けられていない炉体３１ａを覆い、
かつ上記の各導出入口３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，
３１ｅが外部に開口するように、断熱材３１ｇが
取付けられている。さらに炉体３１ａの内部上面
には該炉体３１ａの円筒状部との間に適宜間隙を
隔てられ、かつ該円筒状部と同心状となつてお
り、下端が該円筒状部の下端部近くまで延長され
ている耐熱性材料で作られた燃焼筒３１ｈが、該
燃焼筒３１ｈの内面延長内にガス排出口３１ｂが
ある様に設けられている。

次はこのように構成された本発明に係る装置の
操作を説明する。

放射性物質を含有する高水分の汚泥（以下汚泥
と記す）は、要すれば凝集助剤を添加したのち木
粉等の可燃性の脱水助剤を混合したのち脱水機１
１により脱水する。脱水機１１により水分50％〜
60％程度に脱水した汚泥は脱水ケーキホツパ１２
からフイーダにより多段炉２１の気密性を保持し
ながら投入口２１ｍを経て投入される。投入され
た汚泥は、撹拌部材２５の低速回転により中央部
に掻寄せられ、仕切段２４の中央開口部より下段
に落され、陣笠状の案内部材２５ｃによつて仕切
段２４の上面外周部に落される。尚撹拌部材２５
の回転速度は、汚泥の炉内における必要保持時間
より定められる。このようにして汚泥は多段炉２
１内を上方より下方に徐々に移行し、乾燥し、乾
留、燃焼帯域を通過する。この間汚泥はヒータ２
１ｂによる外部よりの間接加熱と後述する多段炉
２１下部の燃焼帯域で生じる高温の燃焼ガスによ
つて乾燥、乾留される。この場合、多段炉２１内
の各部分を所要の温度に保持するよう外部加熱量
を制御できるので比較的低温度（600℃程度）で
完全な乾燥、乾留が行なわれる。乾留によつて可
燃分が大巾に減少した乾留残渣はさらに下部の燃
焼帯域に落ち、多段炉２１の下部より量を制限し
て吹込まれる空気により燃焼されあるいは燃焼さ
れながら下段に落され、数段にわたつて燃焼され
るので、さらに燃焼が促進される。この燃焼の際
発生する燃焼ガスの量は、乾留によつて乾留残渣
中の可燃分が大巾に減少しているため、乾留せず
に直接燃焼した場合に比べ少ない。灰は多段炉２
１の下部の灰取出口２１ｇより取出される。また
汚泥の含水量によつては多段炉２１と再燃焼炉３
１の間で、排ガスの温度が低下し排ガス中の水分
および乾留生成ガスが凝縮する場合もあるが、こ
の際、多段炉２１の中間部（乾燥帯域の下方）に
排ガス導出口２１ｎを設け、炉本体２１ａの外周
に分割して取付けたヒータ２１ｂの上部のものの
加熱量を大きくし排ガス温度を高め凝縮を防止す
る。

多段炉２１の乾燥帯域で発生した水蒸気、乾留
帯域で生じ可燃性ガスを含む乾留生成ガスおよび
燃焼帯域で発生した燃焼ガスよりなる排ガスは排
ガス導出口２１ｎより出て、若燃焼炉３１に導入
される。排ガス導入口３１ｃは炉体３１ａに接線
方向に取付けられているので、サイクロン作用に
より粉塵は下方に落ちるとともに、導入排ガスは
旋回流となつて、ヒータ３１ｆによつて加熱され
ている炉体３１ａおよび燃焼筒３１ｈの間を通る
ことにより十分予熱されて、燃焼筒の下部に導入
され空気導入口３１ｄより供給される空気と混合
されて燃焼筒３１ｈ内に燃焼されるので可燃性ガ
スは完全に燃焼されたガス排出口３１ｂより次の
工程に送られる。

以上述べた如く本発明による乾留焼却装置は下
記に示す利点をもつている。まず多段炉は(1)炉本
体が金属材料で出来ているので炉本体の内部のガ
スが漏洩し易い個所を覆いかつ炉本体の熱による
伸びを吸収できる伸縮継手を使用することにより
炉全体の気密性が容易に得られる。(2)炉本体が金
属製であり間接加熱の加熱量を制御できるので炉
本体が比較的低い所要の温度に容易に保持できる
ので炉の耐久性が増し、寿命が長くかつ十分な乾
燥乾留を行なうことが出来る。(3)耐火断熱材が雰
囲気温度の低い炉の上部のみしか使われていない
ため耐火断熱材の破損の生じる率は極めて少な
い。したがつて多段炉の補修作業が少ない。(4)炉
本体が金属製で、表面が滑らかであるため放射性
物質を含む粉塵等は表面付着だけであり、除染は
耐火断熱材に比べて極めて容易である。(5)炉本体
が金属製で間接加熱部を有しその外側に断熱材が
設けられるので小型の炉が容易に製作出来る。(6)
加熱方法として外部ヒータによる間接加熱が用い
られるので、加熱用熱風や燃料油等のバーナを必
要としない。さらに、汚泥の乾留により可燃分が
大巾に減少した乾留残渣を燃焼させるに必要な空
気の量および燃焼により発生する燃焼ガスの量は
少なくなる。したがつて、炉内を上昇するガス速
度は小さく、同伴される粉塵も少ない。さらに排
ガス処理系における処理装置、フイルター等の容
量は小さくてよい。

また実施例の再燃焼炉においては同心状に燃焼
筒を内装した耐熱鋼製でサイクロン型であるの
で、(1)導入された排ガスは炉体と燃焼筒の間を旋
回し粉塵が落されるとともに、炉体からの間接加
熱と燃焼筒の両面より十分予熱された後空気が混
合されて燃焼筒に入るので含有する可燃性乾留ガ
スは完全に燃焼される。(2)さらに炉体は火焔に直
接ふれず、乾留焼却炉より導入される比較的低い
温度のガスに接触しているので、長期間使用して
も熱影響による劣化がなく耐久性が増す。従つて
最も点検補修の頻度の高い燃焼筒のみ交換すれば
よいようになつている。(3)乾留により発生した可
燃ガスおよび乾燥により発生した水蒸気を含んだ
燃焼ガスを多段炉の最上部から抜くと、被処理物
投入口部分で被処理物が高温の燃焼ガスにさらさ
れて乾燥し、しばしばつまりが生ずる（特に回分
的に被処理物を投入する場合、この現象が顕著に
生ずる）とともに、多段炉の最上部の温度を下げ
ると、多段炉と再燃焼炉との間で上記燃焼ガスが
凝縮する恐れがあるが、ガス導出口を多段炉の高
さ方向の略中間部分に取付けて、乾留により発生
した可燃ガスおよび乾燥により発生した水蒸気を
含んだ燃焼ガスを多段炉の上記ガス導出口のみよ
り導出し、該燃焼ガスを再燃焼炉に導入して燃焼
させるようにすると、上記の問題点が解消され、
多段炉の最上部の温度が下げられて被処理物がつ
まることなく多段炉にスムーズに供給されるよう
になり、また回転軸の軸受部分が高温のためシー
ルが難しくなるのが改善されるとともに、多段炉
と再燃焼炉との間で上記燃焼ガスが凝縮すること
もない。

以上説明したように放射性物質を含有する汚泥
処理に際し、このような多段炉および再燃焼炉を
組込むことにより、補修の費用が減少し、また排
ガス量、粉塵量が少ないことにより排ガス処理設
備の容量縮少など、安全性の面、運転経費、補修
費、設備費等の面における利益は極めて大きいも
のである。

尚実施例では被処理物として放射性物質を含有
する汚泥を対象として説明したが、汚泥のみでな
く使用済の活性炭、細断された紙、布等の可燃物
および動物死体等にも適用できることはいうまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の乾留焼却炉の概略フロー図、第
２図は本発明の装置を使用した処理装置の全体を
示す概略構成図、第３図ａ，ｂは、金属製多段炉
の一実施例を示すもので、第３図ａは縦断面図、
ｂは横断面図、第４図はサイクロン型の再燃焼炉
の縦断面図である。 ２１……多段炉、２１ａ……炉本体、２１ｂ…
…ヒータ、２１ｄ……外装板、２１d′……蓋体の
外装板、２１ｇ……灰取出口、２１ｈ……上部開
口端、２１ｉ……伸縮継手、２１ｊ……蓋体、２
１j′……上部蓋体、２１j″……下部蓋体、２１ｍ
……投入口、２１ｎ……排ガス導出口、２１ｐ…
…空気導入口、２１ｑ……耐火断熱材、２３……
回転軸、２３ａ……下部軸受、２３ｃ……下部伸
縮継手、２３ｄ……上部軸受、２３ｅ……上部伸
縮継手、２４……仕切段、２５……撹拌部材、２
５ａ……アーム、２５ｂ……ブレード、２５ｃ…
…案内部材、３１……再燃焼炉、Ａ……空気、Ｆ
……脱水ケーキ、Ｇ……灰。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外周に上下方向に複数分割されそれぞれ対応
   する炉内の温度を制御する電気ヒータにより間接
   加熱される密閉可能な円筒状の金属製多段炉の上
   部より被処理物を投入し、順次下方に移動させて
   乾燥帯域、乾留帯域および燃焼帯域を通過させ、 上記燃焼帯域において空気量を制限して燃焼さ
   せ、燃焼灰を炉下部よりとり出すとともに発生し
   た燃焼ガスを直接加熱の熱源とし、かつ上記間接
   加熱の熱源である複数分割された電気ヒータで炉
   内の各部分を所要の温度に制御して上記乾留帯域
   の変動を防止しながら、上記乾燥、乾留を行い、 乾留により発生した可燃ガスおよび乾燥により
   発生した水蒸気とを含んだ燃焼ガスを再燃焼炉に
   導入して燃焼させることを特徴とする乾留焼却方
   法。 ２ 乾留により発生した可燃ガスおよび乾燥によ
   り発生した水蒸気を含んだ燃焼ガスを多段炉の高
   さ方向中間部のみより導出する特許請求の範囲第
   １項記載の乾留焼却方法。 ３ 上部が開口した円筒状の金属製の炉本体と、
   間接加熱部として前記炉本体外周に上下方向に複
   数分割されそれぞれ対応する炉内の温度を制御す
   る電気ヒータと、前記電気ヒータの外方側に設け
   られた断熱材と、前記断熱材の外方側に設けられ
   た炉外装板と、前記炉本体の上端開口部と接する
   ことなく該上端開口部を覆い前記炉外装板に気密
   に取付けられる蓋外装板を有する蓋体と、前記炉
   本体中心に取付けられ被処理物を順次下段に掻き
   落とすアームの付いた回転軸と、炉本体下部に設
   けられた焼却灰の取出し口および空気の導入口
   と、前記蓋体に設けられた被処理物投入口と、前
   記蓋体または前記炉本体に設けられたガス導出口
   とを具備することを特徴とする乾留焼却装置。 ４ ガス導出口が多段炉の高さ方向の略中間部分
   に取付けられた特許請求の範囲第３項記載の乾留
   焼却炉。