JPH0226614A - 湿った廃棄スラッジの燃焼によって生じる中間温度の湿った排ガスの脱臭・浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、主として有機性の下水スラッジや工
業廃棄物の処理によって生じるスラッジなどの廃棄スラ
ッジの処理に関するものである。

さらに詳細には、本発明は、このようなスラッジを多重
炉床炉、ロータリーキルンまたは電気炉などの炉の中に
、スラッジと高温ガスとが自流で通過するように供給し
て乾燥・燃焼させ、炉の分離生成物として汚れた湿った
排ガスと残留灰分とを生成するようにした廃棄スラッジ
の処理方法に関するものである。

従来の技術 廃棄物処理は世界的に大きな問題になっている。

一般に、廃水は排水処理によって排水から水と固体とを
分離し、水は再生利用し、水が分離された固体は多くの
場合、乾燥・焼却処分している。

この排水処理によって生じる廃棄スラッジは、一般に、
ベルトプレスまたは遠心分離によって水を除去すると全
固体分が１６〜２５％となり、フィルタプレスによると
２６〜３５％になる。この結果得られる湿ったケーキは
、乾燥・焼却することによって灰分とガス生成物すなわ
ち排ガス（オフガス）になるが、このガス生成物も完全
に酸化（燃焼）して浄化する必要がある。

この排ガスから有機物やその他の可燃物を除去するため
の公知の唯一の方法は、排ガスを十分な酸素の存在下で
高温度に保持する方法である。温度をより高温にして、
保持時間をより短くするためには１、一般に保持時間を
１〜３秒とし、温度を７６０〜９８２℃（１４００〜１
８００°Ｆ）の範囲にすることが必要である。

こうした従来方法でコスト上特に問題になるのは、スラ
ッジの乾燥・焼却によって生じる生成物を含有する上記
オフガスのアフターバーナー処理である。粒子やその他
の汚染物質を含んだこの湿ったりオフガスは装置を急速
に傷め、火災の原因となるので、熱交換器内で使用する
ことはできない。そのため、上記オフガスはそのまま（
湿った汚染された状態で）後燃焼され、その後、直ちに
スクラバーに送られて冷却されている。従って、このエ
ンタルピーはオフガスの予熱には全く利用することがで
きない。

このことと関連して、既存のシステムに固有な問題点は
、上記のように直ちに後燃焼できるようにオフガスを準
備（加熱）する必要がある点にある。多くの場合、この
アフターバーナーの経済性の観点から、炉の温度は十分
な高温にする必要があるが、そうすると、重金属が炉内
で「ヒユーム（煙）化」し、重金属の除去という難しい
問題が生じる。

発明が解決しようとする課題 本発明の主目的は、スラッジを焼却し、この焼却によっ
て生じるガス状生成を浄化・脱臭することによって廃棄
スラッジを処理する方法と装置を改良することにある。

課題を解決するための手段 本発明の方法では、約２６０℃（５００’　Ｆ）の中間
温度の排ガスを２６〜４９℃（８０〜１２０°Ｆ）の範
囲まで冷却し、その後に排ガスを再加熱して最終温度で
ある最低７６０〜１２０４℃（１４００〜２２００°Ｆ
）にする段階が必要とされる。

一作浬 本発明によれば、上記の最初の冷却・洗浄によって、２
６〜４９℃（８０〜１２０°Ｆ）まで冷却され且つコン
ディショニングされたクリーンな排ガスが生成される。

粒子は上記の洗浄により除去され、大部分の水分とそれ
以外の凝縮可能な揮発性ガスは冷却による凝縮と分離操
作により除去される。

従って、この後の段階でのアフターバーナー用の燃料が
著しく減少する。

上記のように、アフターバーナーに導入する前に、排ガ
スを冷却・洗浄すると、アフターバーナー用の燃料をさ
らに節約するように炉の操作条件を変えることが可能と
なる。例えば、従来方法のように炉に過剰な空気を添加
する必要がなくなる。

炉への空気を減らすことにより、発生する排ガスの体積
がそれだけ減少するので、アフターバーナーに必要な燃
料がさらに少なくなる。

本発明によって得られる利点としては以下のものが挙げ
られる。

（１）炉を処理効率を３０％以上高くして運転すること
ができる。

（２）炉の廃棄ガスが最小になるように厳密に制御する
必要がない。

（３）より少ない過剰空気で炉が運転できるため、処理
量が大きくなり、効率が向上する。

（４）炉をより低い温度で運転することができるため、
ＮＯＸの生成と重金属のヒユーム化を避けることができ
、処理が困難な汚染ガスの発生を防止することができる
。

（５）炉を冷却する空気のエンタルピーをより有効に利
用して燃料コストを減少させることができる。

（６）高温脱臭用の燃料の消費を７５〜９０％減らすこ
とができる。

（７）　　７６０℃（１４００°Ｆ）から最終燃焼温度
である９８２℃（１８００°Ｆ）にするのに燃料のコス
トがそれほどかからない。

（８）装置に対す°る要求がより緩やかであるためにメ
ンテナンスと交換のコストが減少する。

（９）排ガスは湿式スクラバー後に熱的に酸化されるた
め、スクラバー水からストリップされた揮発性物質、例
えばクロロフォルムは完全に破壊される。

（１０）　清浄な煙道ガスが煙の上昇などの目に見える
汚染となることはない。

全固体含有量が１８．６％のケーキを処理する設計容量
が１０．０９８Ｋｇ／時（２２，０００１ｂ／時）の炉
は、外径が７８５ｃｍ　（２５’　　９”）の７層ハー
ス（炉床）の炉（２，４８７ｍ”　＝２．６７４ｆｔ”
）である。本来、この炉は最上部の炉床からバイパスし
たものを７６０℃（１４００°Ｆ）以下の温度で後燃焼
するように設計されていた。

本発明ではこれを変更して、この炉の最上部のの炉床を
スラッジの乾燥に用いる。本発明の新しいシステムでは
、炉に洗浄・冷却用スクラバーを直接に接続し、・この
スクラバーに別体のアフターバーナーを付加的に接続し
、これらスクラバーとアフターバーナーとの間に高効率
熱交換器を追加して、アフターバーナーからのガスから
熱を回収し、洗浄・冷却用スクラバーからのコンディシ
ョニングされた排ガスをアフターバーナーの前段で予熱
する。

重金属の大部分は、温度を６００℃（１１１０°Ｆ）未
満に保持することによってヒユーム化するのを防ぐこと
ができる。多段炉床式炉内の固体と灰分からなるベツド
はガスより９３〜１４９　℃（２００〜３００”　Ｆ）
温度が低いので、重金属が過剰にヒユーム化することは
なく、有機物蒸気の大部分は、６４９〜７６０℃（１２
００〜１４００°Ｆ）で燃焼する。

本発明の運転効率と効果は、アフターバーナーでの燃焼
用空気を４２７〜６４９℃（８００〜１２００°Ｆ）に
予熱することによりさらに向上する。

本発明の理解を助は且つ本発明を簡単に実施することが
できるようにするために、以下添付図面を参照して説明
する。

実施例 第１図は、多段炉床式の炉を用いたシステムにおいて本
発明を実現した場合の図である。このシステムは、鉛直
方向に間隔を介して設けられた複数の炉床１１を有する
炉ｌＯを備えている。鉛直な中空シャフト１２がこの炉
を下から上方に貫通して延びている。シャフトは、この
シャフトから各炉床の上に延びる複数の中空水平アーム
１３を備えている。炉床には、その上に載った固体を撹
拌して連続的にカスケード式に下方の炉床に落ちるよう
にするレーキ１４が取り付けられている。鉛直シャフト
やレーキなどは、従来の駆動装置１７によって回転駆動
される。空気またはそれ以外の酸素含有ガスが炉の下部
の適当な地点１８から導入され、スラッジの燃焼が進行
するにつれて上方に移動し、頂上の適当なダ外ト１９を
通じて外に出る。補助燃料および／または空気は適当な
導入口から導入される。湿ったスラッジケーキは炉の頂
上の適当な導入口１５から導入され、残留灰分は底部の
適当な排出口２０から外に出る。

頂上の炉床の乾燥領域を去る排ガスは、ダクト１９によ
ってベンチュリ管２４とスクラバー２５を備えた清浄・
冷却システムに導かれる。スクラバーの水は位置２６か
ら排出され、コンディショニングされた排ガスはダクト
２７と誘導式通風ファン２８によって熱交換器２９に導
かれ、そこで、アフターバーナー３１から出てダクト３
２を通って熱交換器２９に導かれた高温で清浄なガスと
間接的に接触して予熱される。予熱された排ガスはダク
ト３３によってアフターバーナー３１に導かれ、一方、
上記によって冷却されたアフターバーナーからの排出ガ
スは適当な煙突３４を通じて大気中に放出される。補助
燃料と燃焼用空気は、３６の所からアフターバーナーに
導入される。炉を冷却する空気をアフターバーナー内で
の燃焼用空気として使用する場合には、ダクト３７を用
いて上記空気を炉から導くのがよい。

このシステムの湿式スクラバ一部分は、ガスに随伴され
る粒子を各公害防止規則で要求される濃度まで低下でき
るように設計されている。熱交換器にとって有害な塩化
物、硫化物およびその他の揮発性化合物等の汚染物質も
この段で除去され、ガスからは凝縮性蒸気が除去される
。この段を出たコンディショニング済みの排ガスは、温
度が２６〜４９℃（８０〜１２０°Ｆ）の範囲にあり、
湿分をほとんど含んでいない（スクラバー中で９０％が
除去される）。しかし、このコンディショニング済みの
排ガスにはダイオキシン、アルデヒド、クロロフォルム
などの炭化水素、有機物ヒユームおよび複合有機化合物
と、固定炭素（すす）とが依然として含まれているため
除去する必要がある。しかし、このコンディショニング
済みの排ガスには粒子が含まれておらず、本質的に乾燥
しているので、高効率熱交換器内で使用することができ
る。そこで、本発明によれば、上記のコンディショニン
グ済みの排ガスを熱交換器に導き、この熱交換器中で、
アフターバーナーからの高温ガスとの間で向流で間接熱
交換する。ここで、アフターバーナーからの高温ガスは
主として生成ガスであることに注目されたい。すなわち
、この高温ガスは清浄であり、しかも、大気中に放出す
る前に冷却しなければならないので、高効率熱交換器で
使用するのが特に適している。

予熱されたコンディショニング済みの排ガスは７６０〜
９８２℃（１４００〜１８００°Ｆ）の温度で熱交換器
を出る（耐熱性有機物の場合には、１．２０４℃（２２
００°Ｆ））。予熱器の設計に応じて、これらガスはア
フターバーナーからの排出ガスの温度に対して６６ｔ　
（１５０°Ｆ）以内の温度に予熱することができる。

本発明では温度差が小さい蓄熱式の熱交換器を使用する
ことが可能である。

予熱されたガスは、高温のアフターバーナー（７６０〜
ｂ こに１〜３秒間保持し、汚染物を排出可能な許容レベル
まで減らす。アフターバーナーからの高温ガスは予熱器
である熱交換器中を流れて最終的には比較的低い温度で
ある９３〜１４９℃（２００〜３５０°Ｆ）で排出され
る。このガスは本質的に乾燥し・ていて暖かいため、大
気中に放出しても目に見える排出物である煙は発生しな
い。

アフターバーナーに供給する燃焼用空気は、大気温度の
空気でも上記の炉を出た冷却用空気でもよい。後者は、
炉の中央カラムと撹拌アームを冷却することにより約４
００°　Ｆ〜４５０°　Ｆに予熱されているために経済
的である。必要であれば、アフターバーナーからの排出
ガスとの熱交換によって、導入されるこの空気を予熱す
ることもできる。

高効率熱交換器の予熱器はアフターバーナーからの排出
ガスと予熱された導入排ガスの間に特定の温度差を維持
するように設計することが可能であるため、アフターバ
ーナーからの排出ガスを７６０〜８１６℃（１４００〜
１５００°Ｆ）、さらには９２７℃（１７００°Ｆ）以
上に加熱するにはほんのわずかな燃料を追加するだけで
よい。

第１図の実施例に示されているように、熱交換器２９は
単一区画、単一機能のユニットであり、このユニット内
にはコンディショニングされた排ガスが一端から導入さ
れ、連続して中を通過し、他端の排出口から出てアフタ
ーバーナーに向かう。

このコンディショニングされた排ガスのみがアフターバ
ーナーからの排出ガスと向流で間接的に熱交換しながら
熱交換器を通過する。

第２図は、本発明を適用して既存の従来システムを変え
ることにより節約できる余分な燃料の典型例を示すグラ
フである。

第３図は、従来のシステムの温度曲線を、本発明を適用
した同じシステムからの排ガスの予期される温度曲線と
比較したグラフである。上方の曲線は従来の場合である
。この曲線は排ガスの温度を表し、排ガスは炉の乾燥用
最終炉床から出発して中間のアフターバーナーを通過し
て高温になり、次に冷却される。下方の曲線は本発明の
システムの排ガスの温度を表し、排ガスは同じ乾燥用炉
床から出発するが、加熱される代わりに直ちに冷却され
て洗浄される。その後、この排ガスは熱交換により予熱
され、最終的にアフターバーナーによって最大温度に加
熱される。従来はアフターバーナーで処理する排ガスが
５５．７６８に８７時（１２１，５００１ｂ／時）であ
ったのに対し、本発明ではアフターバーナーの負荷はガ
スにして３３．６２２Ｋｇ／時（７３，２５０Ｉｂ／時
）に減少していることに注目されたい。

以上、本発明とその好ましい実施例を説明したが、本発
明の範囲は請求項およびその均等物によって解釈される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシステムの実施例の概略図である。 第２図は、本発明を適用することにより生成されたガス
の流れと従来技術により生成されたガスの流れの温度曲
線を対照させたグラフである。 第３図は、本発明により達成される燃料の節約を従来の
システムの場合と比較して示した典型的なグラフである
。 （主な参照番号） １０・・炉、　　　　　　　１１・・炉床、１２・・シ
ャフト、　　　　　１３・・アーム、１４・・レーキ、
　　　　　１５・・導入口、１７・・駆動装置、 １９．２７．３２．３３．３７・　・ダクト、２０・・
排出口、　　　　　２４・・ベンチ、　ＩＪ管、２５・
・スクラバー　　　　２８−−ファン、２９・・熱交換
器、 ３１・・アフターバーナー ３４・・煙突

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）スラッジが乾燥され、次いで、燃焼されるような
   条件を熱処理領域内に維持しながら、スラッジを、この
   中を通過する燃焼用ガスと生成物の流れに対して向流の
   向きに熱処理領域内を移動させ、分離生成物として固体
   残留物と、粒子、水蒸気およびその他の物質を含み且つ
   温度が２６０〜５９３℃（約５００〜約１１００°Ｆ）
   の範囲にある排ガスとを生成させ且つ排出し、 上記排ガスを洗浄・冷却することによって温度が２６〜
   ４９℃（約８０〜約１２０゜Ｆ）の範囲にある実質的に
   粒子を含まないコンディショニングされた排ガスを生成
   させ、 このコンディショニングされた排ガスをアフターバーナ
   ー領域に導入し、 このアフターバーナー領域において燃料を燃焼用空気中
   で燃焼させ、 上記のコンディショニングされた排ガスをこのアフター
   バーナー領域に保持して、コンディショニングされた排
   ガスから温度が７６０〜１２０４℃（約１４００〜約２
   ２００°Ｆ）の範囲の完全に処理された高温排ガスを生
   成させ、 上記のコンディショニングされた排ガスが上記のアフタ
   ーバーナー領域で加熱される前に、上記の完全に処理さ
   れた高温排ガスと上記のコンディショニングされた排ガ
   スとを熱交換領域に通すことによって、コンディショニ
   ングされた排ガスを予熱するとともに、上記の完全に処
   理された高温排ガスを冷却し、 この完全に処理された高温排ガスを排出する各段階によ
   って構成される廃棄スラッジの焼却方法。 （２）上記熱処理領域内の燃焼補助ガスが、当初におい
   て、上記スラッジ中の炭素、水素、酸素、窒素、イオウ
   とこの領域に供給される燃料との全てを酸化させて二酸
   化炭素、水、二酸化イオウを生成させるのに必要とされ
   る酸素の化学量論量の７５％を越えない量の自由状態の
   酸素を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方
   法。 （３）上記アフターバーナー領域内に供給される燃焼補
   助ガスと上記排ガスが、このアフターバーナー領域内に
   供給される燃料と上記排ガス中の酸化可能な成分とを全
   て酸化させるのに必要とされる酸素の化学量論量の３０
   ％〜７５％の範囲の自由状態の酸素を含んでいることを
   特徴とする請求項１に記載の方法。 （４）上記アフターバーナー領域内に供給される燃焼用
   空気を、アフターバーナー領域からの上記の完全に処理
   された高温排ガスとの間接的熱交換によって予め予熱す
   ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 （５）上記熱処理領域を冷却するための冷却用空気とし
   て大気中の空気を使用し、これによって得られた予熱却
   された空気を上記アフターバーナー領域からの上記の完
   全に処理された高温排ガスと熱交換してさらに予熱し、
   次いで、アフターバーナー領域に燃焼用空気として供給
   することを特徴とする請求項１に記載の方法。 （６）上記の完全に処理された高温排ガスを先ず上記燃
   焼用空気と熱交換させ、次いで、上記のコンディショニ
   ングされた排ガスと熱交換させるように流すことを特徴
   とする請求項４または５に記載の方法。 （７）スラッジと灰分の中に含まれる重金属のほぼ全量
   がヒューム化する温度以下の温度に固体スラッジと灰分
   とを保つように、上記熱処理領域の条件を制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。 （８）燃焼生成物を含むガスの流れと向流にスラッジを
   通過させてスラッジを乾燥し且つ燃焼させ、排ガスが排
   出される区域において上記スラッジが乾燥させるように
   なっている炉と、 上記排ガスを２６〜４９℃（８０〜１２０°Ｆ）の範囲
   の温度まで洗浄・冷却する洗浄スクラバーと、ガス間で
   熱交換を行う熱交換器と、 酸素の存在下で燃料とガスを燃焼させて温度が７６０〜
   ９２７℃（１４００〜１７００°Ｆ）の範囲の高温ガス
   を生成させる燃焼チェンバを含むアフターバーナーと、 上記炉からの排ガスを上記洗浄・スクラバーに導く第１
   のダクトと、 上記洗浄・スクラバーから排出されたガスを上記熱交換
   器に導く第２のダクトと、 上記熱交換器からの排ガスを上記アフターバーナーに導
   く第３のダクトと、 上記アフターバーナーからの高温ガスを上記熱交換器に
   導く第４のダクトと、 この高温ガスを上記熱交換器を通過した後に排出するた
   めに上記熱交換器に設けられた最終排出口と、 によって構成されることを特徴とする湿った廃棄スラッ
   ジとその燃焼排ガスの処理装置。（９）固体残留物用と
   排ガス用の別々の排出口を有する向流炉と、上記排ガス
   の冷却スクラバーと、熱交換器と、アフターバーナーと
   、これら構成要素を機能的に接続して上記炉からの排ガ
   ス流が各構成要素中を実質的に阻止されることなく順次
   流れるように案内する手段と、上記アフターバーナーか
   らのガスを上記熱交換器に導くダクト手段と、上記熱交
   換器からの後燃焼ガスを放出する煙突を含む最終排出手
   段とが上記の順番で直列に配置されていることを特徴と
   する請求項８に記載の装置。 （１０）上記炉に、炉冷却用空気の導入口と、炉冷却用
   空気の排出口と、この炉からの上記冷却用空気を上記ア
   フターバーナーに導く独立のダクト手段とをさらに備え
   ていることを特徴とする請求項９に記載の装置。