JPS6056965B2

JPS6056965B2 - 汚泥等の焼却方法及び装置

Info

Publication number: JPS6056965B2
Application number: JP53012057A
Authority: JP
Inventors: 操五十嵐; 益男長谷川; 靖地田
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 1978-02-06
Filing date: 1978-02-06
Publication date: 1985-12-12
Also published as: JPS54105867A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は下水汚泥や産業廃水汚泥などの有機性汚泥、
又はその類似物を焼却処理する方法及びその装置に関す
る。

従来、下水汚泥等の焼却には、多段炉、ロータリーキ
ルン、流動炉等を用いる方法が多く採用されているが、
これらいずれの方法においても、含有有機物を完全に焼
却して残渣中に未燃分を含まないようにするためには、
燃焼温度を高くするか、空気過剰率を高くして理論空気
量に比べてかなり大量の空気を送入するか、或いはその
両方を併用することが必要である。

しかし、このように燃焼温度及び／又は空気過剰率を
高くする方法を採用すると、燃焼排ガス中のＮ０ｘ濃度
が高くなり、また被焼却物中に含まれるクロム金属の６
価クロムの転化率が高まつて、燃焼残渣中に可溶性の６
価クロムが混入し、従つて２次公害の原因になる等の問
題が生じる。

このため、これら従来型焼却炉の欠点を改善する方法
として、多段炉において、空気過剰率を減じることによ
り還元雰囲気下で燃焼を行い、これによつて６価クロム
の生成を抑制すると共に、燃焼ガスは脱臭を目的として
後燃焼を行う方法、或いは流動燃焼炉において、微粉炭
などの固形補助は燃料等を還元剤として添加し、６価ク
ロム及びＮＯｘの発生を抑制する方法（特開昭５０−８
０６７４、特開昭５０−１２０１７５）が開発されてい
る。特に特開昭５０−８０６７４号記載の従来方法を本
発明方法に係わる限りにおいて再録すれば、通常の流動
炉は、その請止時粒子層高さが５００〜１０００ｍ！ｔ
１温度が７５０〜８５０℃の流動層を形成するものであ
り、ここに過剰空気率（１．１〜１．３）を少なく供給
して形成する（第５欄８行〜第７欄１桁目）ものであつ
て、かつ二次空気をその供給口と流動層上面と間の所謂
Ｎｊ部Ｎ（明細書中に図示）にλ〉１（即ち、過剰空気
率１．０以上）として供給する（第１０欄３行〜８行目
）ことにより、高含水率の、燃焼性の悪い脱水ケーキを
焼却する方法が示されてる。そして、汚泥を焼却する場
合に通常の方法で焼却すると、汚泥中に含まれるクロム
金属の大部分が酸化されて可溶性の６価クロムに転化す
る。本発明者等は、この６価クロムへの転化防止を要旨
とし、有機汚泥とその類似物の焼却処理について研究と
実験を行ない、幾つかの新しい知見を得た。表１は実験
の成果の１つである。知見のその１は、被焼却物中のク
ロム金属の６価クロムへの転化防止は、燃焼時の空気過
剰率を流動層内において１．０以下に抑制して低く保持
することによつて可能であり、その２は、流動層内を空
気過剰率を低くすることによつて還元雰囲気に保有する
とともに、有機物の未燃分をできるだけ低くして流動層
の上部で燃焼する未燃分処理量を小さくすることにより
、良好な焼却処理条件を保持し得、その結果、残渣中の
未燃分をほぼ完全に流動層内て処理可能とし得ることに
あり、更にその３は、流動層を所定の温度に確実に維持
するためには、充分な上方を有する流動層を燃焼過程．
の補助燃料が好適に拡散できる流動層下部の適当な位置
に補助燃料を直接供給することが、局部加熱を避け、使
用燃料の有効効率を高めることとなる、との知見であつ
た。

（なお、表１は流動炉で汚泥を燃焼させた場合における
空気過剰率と６価一クロム生成量との関係を示したもの
であり、これより両者には明確な相関があり、空気過剰
率が１．０乃至０．９以下になると６価クロムは殆んど
生成しないことが知見される。）一方、燃焼時に発生す
るＮＯｘは燃焼温度によ・つて生成量が異るが、燃焼雰
囲気に炭素の如き還元物質が存在すると、ＮＯｘが還元
されてその発生と放散が抑制される。

従つて、このように空気過剰率を抑制したり、還元物質
を添加する方法は、６価クロム及びＮＯｘの生成抑制に
有効である。しかるに、上述の両改良法においても、多
段炉を用いて空気過剰率を抑制する前者の方法は、燃焼
残渣中の未燃物量を減少させることが困難であること、
及び燃焼ガス生成排ガス）の後燃焼を行う必要があり、
この際に高温の雰囲気になるのでＮＯｘの発生が避けら
れない等の問題があり、また流動層の固形の還元性補助
燃料を加える後者の方法は、この還元性補助燃料を完全
に燃焼させる必要があるために高温の反応を必要とし、
このため排ガスからの熱回収装置が大型化し、また微粉
炭等の上記補助燃料の混和装置が必要とされるなど、設
備費上昇の要因になる等の問題がある。

更に、従来型の流動炉を使用する場合の懸念すべき問題
点として、空気過剰率を低くして運転しても、上記多段
炉の場合と同様に、６価クロム、ＮＯｘの生成は抑制さ
れるものの、被焼却物中の有機物の燃焼が極めて不完全
になる等が挙げられる。本発明は上述したような従来の
汚泥焼却法及び焼却装置の欠点を改善するためになされ
たもので、その目的とするところは、低コストてしかも
比較的簡便な方法により、６価クロム、ＮＯｘ等の生成
を抑制して、２次公害の発生を確実に防止すると共に、
被焼却物中の有機物を殆んど完全に分解、燃焼し得て、
生成残渣中の未燃分を殆んどなくすることがてき、かつ
装置の構造も比較的簡単で安価に製作し得る有機性汚泥
等の焼却方法及びその装置を提供するものである。

即ち、本発明では、上記の目的を達成するため、硅砂等
の通常平均粒径が０．４〜０．５Ｔｎの無機質粒子を熱
媒体として流動焼却炉本体内に充填し、この粒子を燃焼
用の空気で流動させて形成される流動層の有機性汚泥等
の被焼却物を供給し、流動層内で急激に被焼却物と熱媒
体とを混合攪拌させて、加熱、乾燥、燃焼を行う流動焼
却炉において、流動層の運転時の層高（通常静止時の１
．５倍程度）を１．５ｍ，以上２．５ｍ．以下とする従
来炉より深い流動層を形成し、更に空気量については実
際の燃焼に必要な空気量のうち、理論空気量の８５乃至
１００％に相当する量を流動層の下部から供給し、残り
の２０乃至３５％に相当する空気を二次空気として流動
層の上端部付近に供給するようにした汚泥等の焼却方法
であつて、更に本発明方法の一実施態様として、前記流
動層の下部ほぼ１１３までの部分に補助燃料を直接供給
するようにしたことを特徴とするものてある。

本発明装置は、流動層内部に運転時において層高１．５
ＴｒＬ以上２．５ＴｒＬ，以下の無機質熱媒体粒子によ
る流動層が形成されると共に、下部に空気吹込ノズルを
有する分散板が配設され、かつ上部に排ガス抜出口が設
けられてなる流動焼却炉本体と、理論空気量の８５〜１
００％に相当する量の空気を上記分散板を介して上記流
動層の下部に供給すると共に、理論空気量の２５〜３０
％に相当する量の二次空気を上記流動層の上端部付近に
供給する空気供給気構と、上記流動層内に有機性汚泥等
の被焼却物を供給する被焼却物供給機構と、及び燃焼残
渣の溢流機構とを具備したことを特徴とし、その一実施
態様として、上記流動層の下部ほぼ１１３までの部分に
補助燃料を供給する補．助燃料供給機構を備えたことを
特徴とするものである。以下、本発明の一実施例につき
図面を参照して説明する。

第１図は流動焼却炉の一例を示すもので、図中．１は断
熱材及び外装鋼板によつて形成されるほぼ円筒状の流動
焼却炉本体であり、この本体１の底部には空気吹込ノズ
ル２を多数具備した分散板３が本体１の下端開口部を閉
塞する如く配設されている。

上記本体１の下端面には、空気供給主管一（風箱）４が
取り付けられており、その空気吹込口５より供給された
高温空気が上記ノズル２内を通つて本体１内に下方から
上方に向けて吹込まれるようになつており、また上記本
体１内に充填された通常平均粒径０．４〜０．５ｗｆｔ
のけい砂等の無機質粒子６が空気の流入によつて流動化
し、上記無機質粒子６を熱媒体粒子とする層高１．５〜
２．５ｍの流動層７が上記分散板３の上方に形成される
ようになつている。流動層深さの下限値１．５ｍ，は、
有機物の未燃分の許容レベルまで低下させる必要な補助
燃料の拡散域を良好に保つ要件として決まるものであり
、その上限値２．５ＴｒＬ，はＮＯｘ生成が下限となる
レベルであつて、この上限値以上の設定は不・要である
。また、上記本体１の内部には、上記流動層７の上方に
流動気体の流速を低下させて流動熱媒体である無機質固
体及び燃焼残渣のうち粒径の大きいものを分離する固体
分離部８が形成され、ここで生成燃焼排ガスに随伴する
比較的粒径の大きい固体粒子が分離されると共に、固体
粒子を分離した燃焼排ガスが本体１上端開口部の排ガス
抜出口９より排出されるようになつている。上記本体１
の下側部には、上記流動層７の下部ほぼ１１３の位置（
上記分散板３からほぼ０．５〜０．８ｍ程度の高さの位
置）に重油等の補助燃料Ｆを供給する補助燃料供給管１
０の一端が配設されていると共に、第１図に図示するよ
うに、上記流動層７のほぼ中間部にあつて、少くとも補
助燃料供給管１０の上方に位置する有機性汚泥等の被焼
却物Ｓを供給するスクリューフィーダー（被焼却物供給
装置）１１の先端部が配設され、また本体１側部の上記
流動層７と固体分離部８との境界付近に位置して、流動
層７上端部付近に二次空気を供給する二次空気供給管１
２が所定数周方向に沿つて配設されている。なお、図中
１３は熱媒体粒子（無機質粒子）６の供給管、１４は熱
媒体粒子排出管、１５は流動層上端部付近に連通する燃
焼残渣の溢流管である。第２図は上記構成の焼却炉を組
込んだ燃焼装置全体のフローシートを示すもので、一端
が燃焼空気ブロワー１６に連結されていると共に、熱交
換器１７及び流量計１８がそれぞれ介装された導管１９
の他端が上記風箱４に連結し、また一端が上記導管１９
の熱交換器１７と流量計１８との間の所定箇所に連結さ
れていると共に、調節弁２０及び流量計２１がそれぞれ
介装された分岐管２２の他端が上記空気供給管１２に連
結しており、上記調節弁２０を適宜調節することにより
、ブロワー１６から上記導管１９、風箱４内を順次通つ
て流動層７の下部に理論空気量の８５〜１００％に相当
する量の一次空気が供給されると共に、導管１９より分
岐管２２、空気供給管１２内の順次通つて流動層７の上
端部付近に理論空気量の３５〜２５％（前記した一次空
気％表示に順記）に相当する量の二次空気が供給される
ようになつている。

また、上記本体１上端開口部の抜出口９は導管２３を介
してサイクロン２４内部と連通しており、このサイクロ
ン２４は導管２５を介してマルチサイクロン２６と連結
し、かつこのマルチサイクロン２６は導管２７を介して
上記熱交換器１７と連結している。そして上記抜出口９
より排出された燃焼排ガスが、上記両サイクロン２４，
２６内を順次通過し、この際随伴するフライアッシュを
分離した後、熱交換器１７より導管２８を経て、必要に
より電気集塵器（図示せず）等て更に浄化した後、大気
に放出されるようになつていると共に、上記サイクロン
２４で分離されたフライアッシュは導管２９を介して本
体１内に返送され、またマルチサイクロン２６のフライ
アッシュは導管３０を経て系外に排出されるようになつ
ている。次に、上記構成の流動焼却炉を組込んだ装置を
使用して、下水汚泥、産業廃水汚泥などの有機性汚泥、
その他の被焼却物を焼却する方法につき説明する。

まず、運転開始時は、熱媒体粒子供給管１３より硅砂等
の平均粒径０．４〜０．５Ｔｎ程度の無機質耐熱性熱媒
体粒子６を流動焼却炉本体１に供給すると共に、ブロワ
ー１６を作動させて空気吹込口５より風箱４及び吹込ノ
ズル２内を順次通して加熱した空気を上記本体１内の下
端部から上方に向けて吹込み、上記粒子６を流動化させ
、層高１．５〜２．５ｍの流動層７を形成する。

そして、上記粒子６の温度が重油等の補助燃料Ｆの着火
温度に達した時点で、補助燃料供給管１０より補助燃料
Ｆを供給して燃焼させ、流動層７の温度を所定温度、通
常６００〜８５０′Ｃ１まで昇温し、しかる後に被焼却
物供給装置１１より被焼却物Ｓを供給する。そうすると
、流動層７内に供給された被焼却物Ｓは、直ちに乾燥し
、含有有機物が燃焼する。この場合、酸素の消費量が増
加するので、二次空気供給管１２より上記流動層７の上
端部付近にも二次空気を供給する。次いで、上記被焼却
物の焼却処理により発生する燃焼排ガスは、ガス抜出口
９を通つて更に後述するように系外に排出されるが、こ
の排出ガス中の酸素濃度を測定し、これに基いて全体と
しての空気過剰率が１．１〜１．２になるように送入空
気量を調節すると共に、更に、調節弁２０を適宜調節す
ることにより、燃焼空気プロア１６で昇圧され、熱交換
器１７で加熱された送入空気のうち、理論空気量の８５
〜１００％に相当する量の空気が、一次空気として流量
計１８を通り、更に上記風箱牡ノズル２内を通つて流動
層７の下部に供給されるように調節し、かつ残りの理論
空気量の２５〜３５％に相当する量の空気が、二次空気
として調節弁２０を通り、流量計２１で計量された後、
二次空気供給管１２内を通つて流動層７の上端部付近に
供給されるように調節し、以後上記状態を保持して運転
を継続し、被焼却物Ｓを連続的に処理する。

このようにして被焼却物Ｓが焼却処理されるが、このと
き発生する燃焼排ガスは固体分離部８で随伴する流動熱
媒体６と燃焼残渣のうちかなり粒径の大きいものを分離
した後、抜出口９より導管２３を経てサイクロン２４内
に流入し、ここで粒径の大きいアッシュ等を捕集、分離
し、続いて導管２４を経てマルチサイクロン２内に入り
、更に細かいアッシュを捕集、分離し、次いで熱交換器
１７で熱回収を行ない、更に必要に応じて電気集塵機等
て浄化した後、大気へ放散する。一方、被焼却物Ｓの焼
却により生成する燃焼残渣は溢流管１５より排出し、ま
た上記サイクロン２４て捕集されたアッシュ等は導管２
９内を通つて本体１・内に戻し、マルチサイクロン２６
て捕集されたアッシュは系外に排出する。次に本発明の
作用について説明する。

本発明にて取扱う下水汚泥等の含水率が高く、燃焼性の
悪い、かつ含有物中に６価クロムへの転化率の高いクロ
ム金属を有する被焼却物の焼却処理においては、１．５
〜２．５ＴｒＬという深い流動層７を形成し、この流動
層７の下部に理論空気量８５〜１００％に相当する量の
一次空気を供給するとともに、上記流動層７の上端部付
近に理論空気量の３５〜２５％（前記Ｌした一次空気％
表示に順記）に相当する量の二次空気を供給することに
より、流動層７が安定した良好な状態で形成され、その
層内では還元雰囲気下にあるので、クロム金属があつて
もその６価クロムへの転化は抑制され、流動層の下限深
さが充分であり、従つて補助燃料の上向拡散域が確保さ
れているので、有機活性汚泥等の被焼却物が確実に処理
される。流動層内の理論空気比を１．０以下にすること
により生ずる可燃性排ガス、流動層内の燃焼残渣中の未
燃物、即ち未燃の可燃性の含有有機物は、流動層上部の
固液分離部において、二次空気の供給を受けて殆んど完
全に燃焼させることができる。かつ、生成ＮＯｘ量を低
減できると共に、特に被焼却物中にクロム金属が含有さ
れていても、その酸化による６価クロムへの転化がなく
、２次公害の発生を確実に防止することができる。即ち
、流動層７を従来のように浅く形成すると、上述したよ
うにＮＯｘ及び６価クロムの生成量が増大するという危
険性を招き、かつこれを防止するため空気過剰率を低く
すれば、良好な焼却処理が行われず、残渣中にかなりの
未燃分が含まれる等の問題を生じ、また流動層を２．５
ｗ１．を越えてかなり深く形成する場合には、流動層の
深さの増加に伴つて必要空気圧力が増加し、効力の損失
となる上、ＮＯｘの生成は流動層の高さ２．５ＴｒＬ，
程度でほぼ下限に達するので、特にこれ以上高くする必
要は無く、かつまた送入空気の殆んど全てを流動層の下
部から供給すると、６価クロムの生成量が増大する等の
問題を生じ、逆に流動層下部への供給空気量が少な過ぎ
ると良好な流動層が形成されす、被焼却物も良好に処理
されない等の問題を生じる。しかし、本発明では層高１
．５〜２．５ｍの適度に深い流動層７を形成し、かつそ
の下部より理論空気量の８５〜１００％の空気を供給す
るので、流動層７内は還元雰囲気下に保たれ、６価クロ
ムの生成が確実に抑制され、ＮＯｘの発生量も低減させ
ることができ、しかも流動層７の形成に必要な空気圧力
も無闇に高くなく、効力の損失が少い状態で安定した流
動層が形成されて、被焼却物の処理が支障なく行われる
と共に、上記流動層７の上端部付近に理論空気量の２５
〜３５％の二次空気を供給するので、被焼却物中の有機
物及び生成排ガスが確実に燃焼せしめられ、燃焼残渣中
にかなりの不燃分が残る如き不都合は生じない。更に、
流動層７の下部ほぼ１′３の部分に重油等の補助燃料を
直接供給することにより、流動層７が所定の温度に確実
に維持され、被焼却物を良好に処理することができる。
従つて、本発明においては、空気過剰率を全体として無
闇に低下させる方式を採用することなく、６価クロム、
Ｍ奴の生成を抑制でき、かつ微粉炭等の還元性固体補助
燃料を添加する必要もなく、硅砂等の無機物粒子のみを
熱媒体粒子として流動化させて被焼却物を処理でき、操
作性も良好で、能率よく簡単に焼却処理操作を行うこと
ができ、しかも装置の大型化、複雑化を伴うこともなく
、経済性も優れている。

次に、上述した方法により下水汚泥を実際に焼却処理し
た場合の結果を表２に示す。

なお、本実施例において使用した流動焼却炉本体の内径
は２ｍ１高さは約８７ＴＬである。表２に示したように
、流動層の深さを増加し、燃焼用空気を２段に分割して
供給し、なおかつ補助燃料を流動層下部に直接供給する
方法は、燃焼排ガス中のＮＯｘを低減させ、燃焼残渣中
の６価クロムを零とし、更に残渣（アッシュ）中の未燃
分を低くする上で極めて有効であることが明らかである
。

なお、上記実施例ては、被焼却物供給装置１１を流動層
７に連通するようにしたが、これに限られることはなく
、固体分離部８に連通するように配設することができ、
また殆んどの汚泥の焼却処理に際しては、熱収支上補助
燃料を必要とするが、高温空気の導入と被焼却物の燃焼
による熱エネルギーの発生により熱収支上問題がなけれ
ば、補助燃料の供給を必ずしも行う必要はない。

しかし、補助燃料を供給する場合は、上述したように流
動層７の下部総層高のほぼ１１３の高さ、もしくはこれ
より低い部分に直接投入することが好ましい。なおまた
、上記実施例ては、流動層７の下部及び上部への投入空
気量の制御を分岐管２２を介＝装した制御弁２０により
行つたが、それ以外に従来公知の種々の方式を採用する
ことがてき、その他の構成についても本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変更して差支えない。以上説明した
ように、本発明によれば、６価クロム、ＮＯｘ等の生成
を抑制して低公害の状態で下水汚泥、廃業廃水汚泥等の
被焼却物を焼却処理することができ、２次公害の発生を
確実に防止することができると共に、被焼却物中の有機
物を殆んど完全に分解、燃焼し得て、生成残渣中の未燃
分を殆んどなくすることができ、しかも確実かつ簡便に
、また能率的に被焼却物を処理し得る上、経済的てあり
、更に装置の構造も比較的簡単で安価に製作できる等の
利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流動焼却炉の一例を示す縦断面図
、第２図は同焼却炉を用いて被焼却物を処理する場合の
フローシート図である。１・・・流動焼却炉本体、２・・・空気吹込ノズル、３
・・・分散板、４・・・風箱、６・・・熱媒体粒子、７
・・・流動層、９・・・排ガス抜出口、１０・・・補助
燃料供給管、１１・・・被焼却物供給装置、１２・・・
二次空気供給管、１５・・・燃焼残渣溢流管、１６・・
・ブロワー、２０・・・制御弁。

Claims

【特許請求の範囲】１無機質の熱媒体粒子を気体で流動させることによつ
て形成される流動層内で有機性汚泥等の被焼却物を焼却
処理する流動層方式による有機性汚泥等の焼却方法にお
いて、上記流動層の運転時の高さを１．５ｍ以上２．５
ｍ以下に保つと共に、この流動層の下部に理論空気量の
８５〜１００％に相当する量の空気を流動用気体を兼ね
て供給し、かつ上記流動層の上端部付近に理論空気量の
２５〜３５％に相当する量の二次空気を供給して、上記
流動層内に供給された有機性汚泥等の被焼却物を焼却処
理することを特徴とする有機性汚泥等の焼却方法。２上記流動層の下部ほぼ１／３までの部分に補助燃料
を直接供給する特許請求の範囲第１項記載の有機性汚泥
等の焼却方法。３内部に運転時において層高１．５ｍ以上２．５ｍ以
下の無機質媒体粒子による流動層が形成されると共に、
下部に空気吹込ノズルを有する分散板が配設され、かつ
上部に排ガス抜出口が設けられてなる流動焼却炉本体と
、理論空気量の８５〜１００％に相当する量の空気を上
記分散板を介して上記流動層の下部に供給すると共に、
理論空気量の２５〜３０％に相当する量の二次空気を上
記流動層の上端部付近に供給する空気供給機構と、上記
流動層内に有機性汚泥等の被焼却物を供給する被焼却物
供給機構と、及び燃焼残渣の溢流機構とを具備したこと
を特徴とする有機性汚泥等の焼却装置。４上記流動層の下部ほぼ１／３までの部分に補助燃料
を供給する補助燃料供給機構を備えた特許請求の範囲第
３項記載の有機性汚泥等の焼却装置。