汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法及び装置
【課題】熱分解ガス燃焼炉へ導入される燃焼空気及び乾燥機排ガス量を適正に制御し、ＮＯｘ量の低減が可能である汚泥炭化処理装置における熱分解ガス処理方法及び装置を導入する。
【解決手段】乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉２に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気３９を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気７６を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御する。
【解決手段】乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉２に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気３９を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気７６を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法及び装置に関し、特に乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行い、さらに前記乾燥機排ガスの残りを導入し、処理を行なう汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場等で発生する下水汚泥などの汚泥を炭化する場合、一般的には原料を乾燥処理した後、炭化炉で炭化処理を行う。前記炭化炉で発生する熱分解ガスは、熱分解ガス燃焼炉で燃焼されて無害化され、その一部は前記乾燥機及び炭化炉の熱源として用いられる。
このような汚泥を炭化し、その際に発生する熱分解ガスを燃焼させる熱分解ガス燃焼炉においては、還元多段燃焼及び前記乾燥機から発生するＮＨ３を含む乾燥機排ガスによる無触媒脱硝により熱分解ガス燃焼炉出口でのＮＯＸ濃度を所定の濃度以下とすることが行われている。
【０００３】
上記のような熱分解ガス燃焼炉での熱分解ガスの燃焼時における炉出口でのＮＯｘ濃度を低減させた技術は例えば特許文献１に開示されている。
図６は従来技術における下水汚泥の炭化処理装置の系統図である。
図６に示す従来技術に係る下水汚泥の炭化処理装置は、主として、汚泥を脱水する脱水機１１０、脱水した汚泥を乾燥する乾燥機１２０、乾燥した汚泥を炭化処理する炭化炉１０１、及び該炭化炉１０１で生成した熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉１０２から構成されている。
【０００４】
図６に示した炭化処理装置を用いて汚泥を炭化処理する方法及び炭化炉１０１で生成する熱分解ガスの処理方法について説明する。
まず脱水機１１０に下水汚泥などの汚泥を導入し、汚泥の水分が約７０〜８０％程度になるまで脱水する。次いで、脱水した汚泥を乾燥機１２０に送り、汚泥の水分が約２０〜３０％になるまで乾燥する。該乾燥機１２０での乾燥は、前記熱分解ガス燃焼炉１０２からの燃焼排ガスライン１４１から分岐されたライン１０５を通して導入される後述する燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。
前記乾燥機１２０で発生した乾燥機排ガスはライン１１１を通じて循環ガス予熱器１０７に送られ、前記熱分解ガス燃焼炉１０２からの燃焼排ガスライン１４１から分岐されたライン１０９を通じて導入される後述する燃焼排ガスと熱交換されて加温され、熱分解ガス燃焼炉１０２へ導入される。
【０００５】
一方、前記乾燥機１２０で乾燥させた汚泥は、ライン１２１を通して炭化炉１０１に導入される。炭化炉１０１では、汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約３００〜６００℃に加熱して炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である炭化物１０６とを生成する。該炭化物１０６はライン１３３を通して排出される。
【０００６】
前記炭化炉１０１で汚泥の炭化処理を行なった後の炭化炉排ガスは、ライン１１８を通って空気予熱器１３８に導入される。該空気予熱器１３８においては、ファン１１３により導入された燃焼空気を炭化炉排ガスによって予熱して前記熱分解ガス燃焼炉１０２に送り込む。この場合、前記空気予熱器１３８で予熱された燃焼空気は、該空気予熱器１３８出口の燃焼空気ライン１３８ａから燃焼空気ライン１３９、１７６、１７７に分岐されて前記熱分解ガス燃焼炉１０２に、１次空気及び２次空気として送り込まれる。
【０００７】
一方、前記炭化炉１０１で生成された熱分解ガスは、ライン１１９を通してサイクロン１３２を経て、熱分解ガスバーナ（不図示）より前記熱分解ガス燃焼炉１０２に導入される。
前記熱分解ガス燃焼炉１０２の最上部から炉内に導入された熱分解ガスは、炉内を下方に向けて流動する。また、前記熱分解ガス燃焼炉１０２の上側部からは燃焼空気ライン１３９を経て１次空気が導入される。
さらに、前記熱分解ガス焼却炉１０２の入口から後述する燃焼空気ライン１７６を経た２次空気の導入口までの領域は還元域で、該還元域に導入される１次空気は、空気比１．０未満（０．７〜０．８）の条件で導入される。
【０００８】
したがって、前記還元域においては、１次空気の導入によって還元雰囲気を形成し、前記乾燥機排ガスの導入によって還元域の温度を熱分解ガス中のＮＨ３を分解することが可能かつ１２００℃以下の温度に調整することで、熱分解ガス燃焼時におけるＮＯｘ発生量を低減するとともに熱分解ガス燃焼炉の炉壁を保護している。
【０００９】
そして、前記還元域での還元燃焼後の炉内ガス（熱分解ガス）に空気比０．３５〜０．６程度の２次空気を吹き込み、未燃成分の完全燃焼を図るとともに乾燥機排ガスによる無触媒脱硝に必要な酸素濃度を確保する。その後に、前記乾燥排ガスを吹き込む。
以上の処理により、前記熱分解ガス焼却炉１０２出口の燃焼排ガスの温度を９５０℃程度に保持する。
これにより、多量の乾燥排ガス中のＮＨ３による自己脱硝作用によって、ＮＯｘを還元して、低ＮＯｘ燃焼をなすことが可能となる。
【００１０】
次に、熱分解ガス焼却炉１０２の動作について図６及び図７を用いて説明する。図７は従来の熱分解ガス燃焼炉１０２における動作説明図である。
前記空気予熱器１３８からの燃焼空気ライン１３８ａは、還元雰囲気を形成しつつ前記熱分解ガスバーナに導入する一次空気ライン１３９と、酸化雰囲気を形成する二次空気ライン１７６、１７７（図７では１７６のみ図示）とにそれぞれを一定の割合にて分岐している。一次空気と二次空気を合算した導入量は、熱分解ガス燃焼炉１０２出口の酸素濃度を酸素濃度計１４２によって連続的に測定し、該測定結果に基づいて前記熱分解ガス燃焼炉１０２出口の酸素濃度が二次空気によって熱分解ガス燃焼炉内に酸化雰囲気が形成されるような酸素濃度となるように燃焼炉コントローラ１４３によって前記燃焼空気ライン１３８ａに設けられたダンパー１３８ｂの開度を調整することで一次空気と二次空気を合算した空気導入量をコントロールしている。
また、乾燥機排ガスについては熱分解ガスバーナ設置位置直後の還元域に温度調整のため導入されるものと、酸化雰囲気形成後に脱硝用に導入するものとに分岐している。
また、前記補助燃料に関しては、前記熱分解ガス燃焼炉１０２出口のライン１４１上に設けられた温度計１４４により、熱分解ガス燃焼炉１０２出口の温度の変動を検知し、該温度の変動に応じてコントローラ１４５によって補助燃料導入ライン１８２上に設けたダンパー１８２ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する補助燃料量を調整することで、前記温度計１４４によって検出される燃焼排ガス温度が、所定の温度（２次燃焼域においてＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度）となるように調整する。
なお、本従来例においては前記ライン１４１上にＯ２濃度計１４２を設けたが、前記Ｏ２濃度計１４２に変えて代えてＣＯ濃度計を用いることもできる。ＣＯ濃度計を用いる場合にはＣＯの発生を抑えるように前記ダンパー１３８ｂ開度を調整する。
前記燃焼空気（一次空気及び二次空気）と乾燥機排ガスの分配の割合については試運転時などに適正と思われる配分に調整される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２２５２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記燃焼空気と乾燥機排ガスの分配の割合については、試運転時などに適正と思われる配分に調整されているものの、各種運転条件の変動による個別の調整は行われていないため、運転の変動によっては適正な流量配分でない条件で運転をする恐れがある。
例えば、乾燥機での変動あるいは、炭化炉での変動により、導入する熱分解ガス、乾燥機排ガス又は燃焼空気のバランスが崩れた際にＮＯｘ濃度が基準値を超える可能性もある。
【００１３】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、熱分解ガス燃焼炉へ導入される燃焼空気及び乾燥機排ガス量を適正に制御し、ＮＯｘ量の低減が可能である汚泥炭化処理装置における熱分解ガス処理方法及び装置を導入することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため本発明においては、
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御することで、前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、前記１次燃焼域の燃焼温度を検知し、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御することで、前記１次燃焼域の燃焼温度を熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする。
【００１５】
前記熱分解ガス発生量に応じて一次空気量の制御を行うことで、前記１次燃焼域で確実に還元燃焼雰囲気を形成することができる。なお、前記熱分解ガスの発生量を直接検知することは困難であるため、熱分解ガスの発生量に代えて熱分解ガスの発生量に応じて変動する値を検知してもよく、例えば炭化炉から熱分解ガス燃焼炉に至る熱分解ガスの流通するライン中の流量を検知してもよく、また熱分解ガスにはタール分も含まれており前記ライン中の流量を検知することも困難である場合には前記炭化炉から熱分解ガス燃焼炉に至る熱分解ガスの流通するライン中の圧力変動を検知するようにすると好適である。
【００１６】
また、一次燃焼域の燃焼温度に応じて一次燃焼域に導入する乾燥炉排ガス量を調整することで、前記一次燃焼域の温度が所定値を保つことができる。これにより、一次燃焼域において熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解でき且つ炉壁の焼損を防止することができる温度に保ち、ＮＯｘの発生抑制ならびに炉壁の焼損を防止することができる。前記乾燥機排ガスを投入することによって一次燃焼域を１２００℃程度に保つと、熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解することができ、且つ炉壁の焼損を防止することができる。
【００１７】
また、前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知し、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御することで、前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする。
これにより、２次燃焼域で確実に酸化雰囲気を形成することができる。
【００１８】
さらにまた、前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知し、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入することで、前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする。
これにより、２次燃焼域では、乾燥排ガス中のＮＨ３による自己脱硝作用によって、ＮＯｘを還元して、低ＮＯｘ燃焼をなすことが可能となる。ＮＨ３は９００〜１０００℃で特にＮＯＸを還元するため、前記補助燃料量の制御により２次燃焼域の燃焼温度を９００〜１０００℃とすることが最適である。
【００１９】
また、課題を解決するための装置発明として、
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉を備え、該熱分解ガス燃焼炉は、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で燃焼処理を行う１次燃焼域と、該１次燃焼域の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で燃焼処理を行う２次燃焼域から形成される汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知する手段と、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御する手段とを設け、前記１次空気導入量の制御によって前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、前記１次燃焼域の燃焼温度を検知する手段と、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御する手段とを設け、前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量の制御によって１次燃焼域の燃焼温度を熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする。
【００２０】
また、前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知する手段と、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御する手段とを設け、前記２次空気の導入量の制御によって前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする。
【００２１】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知する手段と、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入する制御手段とを設け、前記補助燃料導入量の制御によって前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
以上記載のごとく本発明によれば、熱分解ガス燃焼炉へ導入される燃焼空気及び乾燥機排ガス量を適正に制御し、ＮＯｘ量の低減が可能である汚泥炭化処理装置における熱分解ガス処理方法及び装置を導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２４】
図１は実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置の系統図であり、図２は実施例１に係る熱分解ガス燃焼炉２における動作説明図である。
まず図１に基づき実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置の構成について説明する。
図１に示すように、実施例１に係る炭化処理装置は、主に下水汚泥を脱水する脱水機１０と、脱水した下水汚泥に熱風を接触させて乾燥する乾燥機２０と、乾燥させた下水汚泥を炭化処理する炭化炉１と、該炭化炉１で生成した熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉２とから構成されている。なお前記炭化炉１は、間接加熱式ロータリーキルン型が好適であるが、特にこれに限定されるものではなく他の形態の炭化炉とすることもできる。
【００２５】
前記乾燥機２０と炭化炉１とはライン２１で接続されており、前記炭化炉１と前記熱分解ガス燃焼炉２とは、該炭化炉１内で発生した熱分解ガスの配管である熱分解ガスライン１９で接続されている。また、前記炭化炉１の炭化物出口にはライン３３が設けられており、該ライン３３は炭化物コンベア６ａ、後処理装置６ｂとを介してタンク６Ｃに接続されている。
【００２６】
前記熱分解ガス燃焼炉２出口に接続される燃焼排ガスライン４１は、炭化炉用の加熱炉３への燃焼排ガスライン４と、前記乾燥機２０への燃焼排ガスライン５と、後述する循環ガス予熱器７への燃焼排ガスライン９とに分岐されている。
前記加熱炉３は、前記熱分解ガス燃焼炉２からの燃焼排ガスを、補助燃料によって加熱して昇温し炭化炉１ に導入するために設けられている。
【００２７】
また、３９、７６は前記熱分解ガス燃焼炉２にそれぞれ一次空気、二次空気を送り込むラインであり、８２は前記熱分解ガス燃焼炉２内に助燃料を導入するための助燃料導入ラインである。
【００２８】
また、１１は前記乾燥機２０で汚泥を乾燥させ２００℃程度まで降温された後の乾燥機排ガスを、循環ガス予熱器７に送給する乾燥炉排ガスラインである。前記循環ガス予熱器７には、前記熱分解ガス燃焼炉２出口の燃焼排ガスライン４１から分岐した燃焼排ガスライン９を通して、９５０℃程度の高温ガスが導入されて前記乾燥機排ガスを加熱し、該加熱された乾燥機排ガスは乾燥機排ガスライン７１及び該乾燥機排ガスライン７１から分岐された２つの乾燥炉排ガスライン７３、７４を通じて前記熱分解ガス燃焼炉２に導入されるように構成されている。
前記循環ガス予熱器７出口の乾燥機排ガスライン７１から、前記２つの乾燥炉排ガスライン７３、７４への乾燥機排ガス流量の分配割合については後述する。
【００２９】
８は排煙処理塔で、前記循環ガス予熱器７で前記熱分解ガス燃焼炉２に導入される乾燥機排ガスを加熱したライン９からの燃焼排ガス及び炭化炉１の排ガスを処理する。該排煙処理塔８で処理されたガスはブロワ８０によって煙突に送られて大気放出される。
【００３０】
次に、実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置を用いて、下水汚泥を炭化処理する方法及び熱分解ガスの処理方法について説明する。
まず脱水機１０に下水汚泥を導入し、下水汚泥の水分が約７０〜８０％程度になるまで脱水する。次いで、脱水した下水汚泥を乾燥機２０に送り、汚泥の水分が約２０〜３０％になるまで乾燥する。該乾燥機２０での乾燥は、前記熱分解ガス燃焼炉２からの燃焼排ガスライン４１から分岐されたライン５を通して導入される燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。
前記乾燥機２０で発生した乾燥機排ガスはライン１１を通じて循環ガス予熱器７に送られ、前記熱分解ガス燃焼炉２からの燃焼排ガスライン４１から分岐されたライン９を通じて導入される燃焼排ガスと熱交換されて加温され、熱分解ガス燃焼炉２へ導入される。
【００３１】
一方、前記乾燥機２０で乾燥させた下水汚泥は、ライン２１を通して炭化炉１に導入される。炭化炉１では、下水汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約３００〜６００℃に加熱して炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である炭化物とを生成する。該炭化物は前記ライン３３、コンベア６ａ及び後処理装置６ｂとを経てタンク６Ｃに貯蔵される。
【００３２】
前記炭化炉１で下水汚泥の炭化処理を行った後の炭化炉排ガスは、ライン１８を通り、前記排煙処理塔８で処理された後、ブロワ８０によって煙突に送られて大気放出される。
一方、前記炭化炉１で生成された熱分解ガスは、熱分解ガスライン１９を通して熱分解ガスバーナ（不図示）より前記分解ガス燃焼炉２に導入されて炉内を流動する。また、前記熱分解ガス燃焼炉２には燃焼空気ライン３９を経て１次空気が導入される。
なお、前記熱分解ガス焼却炉２の入口から後述する燃焼空気ライン７６を経て２次空気の導入される２次空気導入口までの領域は還元域２ａ１で、該還元域に導入される１次空気は、空気比１．０未満（０．７〜０．８）の条件で導入される。
また、前記還元域２ａ１にはライン７１から分岐されたライン７３を経て乾燥機排ガスが導入される。
さらに必要に応じてライン８２から補助燃料が導入される。
【００３３】
前記還元域２ａ１においては、１次空気の導入によって還元雰囲気を形成し、前記乾燥機排ガスの導入によって還元域の温度を熱分解ガス中のＮＨ３を分解することが可能かつ１２００℃以下の温度に調整することで、熱分解ガス燃焼時におけるＮＯｘ量を低減するとともに灰分の溶着及び耐火材の熱損などしないようにして熱分解ガス燃焼炉の炉壁を保護している。
【００３４】
そして、前記還元域での燃焼処理後の炉内ガス（熱分解ガス）に燃焼空気ライン７６を経て空気比０．３５〜０．６程度の２次空気を吹き込み、未燃分の完全燃焼を図るとともに乾燥機排ガスによる自己脱硝に必要な酸素濃度を確保する。その後に、ライン７１から分岐されたライン７４を経て乾燥機排ガスが吹き込まれる。なお２次空気導入以降が酸化域２ａ２にとなり、さらに脱硝用の乾燥機排ガス導入以降が脱硝域２ｂとなる。
以上の処理により、前記熱分解ガス焼却炉２出口の燃焼排ガスの温度を９５０℃程度に保持する。
これにより、脱硝域２ｂでは、多量の乾燥排ガス中のＮＨ３による自己脱硝作用によって、ＮＯｘを還元して、低ＮＯｘ燃焼をなすことが可能となる。
【００３５】
次に、熱分解ガス燃焼炉２の動作について図２を用いて説明する。
前記燃焼空気ライン３８は、還元雰囲気を形成しつつ前記熱分解ガスバーナに導入する一次空気ライン３９と、酸化雰囲気を形成する二次空気ライン７６とに分岐している。前記一次空気に関しては、前記炭化炉１内で発生した熱分解ガスの配管である熱分解ガスライン１９上に設けられた圧力計１９ａによって熱分解ガスの発生量に応じて変動する熱分解ガスライン１９の圧力変動を検知し、該圧力変動に応じてコントローラ１９ｂによって燃焼空気ライン３９上に設けたダンパー３９ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する一次空気流量を制御する。熱分解ガスの発生量に応じて変動する熱分解ガスライン１９の圧力変動に応じて一次空気流量を制御する、即ち熱分解ガス発生量に応じて制御を行うことで、確実に還元雰囲気を形成することができる。なお、本実施例においては前記熱分解ガスライン１９上に圧力計１９ａを設けたが、熱分解ガスの発生量又は熱分解ガスの発生量の変動に対応して変動する値を検出する検出手段を圧力計１９ａに代えて用いることもできる。
【００３６】
また、熱分解ガス燃焼炉２の還元域２ａに導入する乾燥機排ガスについては、還元域２ａに設けた温度計２ｃにより、還元域２ａの温度変動を検知し、該温度変動に応じてコントローラ２ｄによって乾燥炉排ガスライン７３上に設けたダンパー７３ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２の還元域２ａへ導入する乾燥炉排ガス量を制御することで、前記還元域の温度が所定温度を保つようにする。該所定値は熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解でき且つ炉壁の焼損が起こらない温度とし、１２００℃程度とすることが好ましい。これにより、還元燃焼域を所定の温度に保ち、ＮＯｘの発生抑制、炉壁への飛灰の溶着ならびに炉壁の焼損の確実な防止が可能となる。
なお、脱硝域２ｂに導入する乾燥機排ガスについては、還元域２ａ１に導入される排ガスの残りになり、流量が従来よりも低減する可能性もあるが、上記制御により還元・酸化域２ａでのＮＯｘ発生量を確実に低減でき、脱硝域２ｂで脱硝すべきＮＯＸ量が少なくなるため特に問題とはならない。
【００３７】
また、前記二次空気に関しては、前記熱分解ガス燃焼炉２出口のライン４１上に設けられたＯ２濃度計４２により、熱分解ガス燃焼炉２出口のＯ２濃度の変動を検知し、該Ｏ２濃度の変動に応じてコントローラ４３によって燃焼空気ライン７６上に設けたダンパー７６ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する二次空気流量を制御することで、前記Ｏ２濃度計４２によって検出されるＯ２濃度が所定値を保ち、脱硝域に酸化雰囲気を形成させる。
なお、本実施例においては前記ライン４１上にＯ２濃度計４２を設けたが、前記Ｏ２濃度計４２に変えて代えてＣＯ濃度計を用いることもできる。ＣＯ濃度計を用いる場合にはＣＯの発生を抑えるように前記ダンパー７６ａ開度を調整する。
【００３８】
なお、補助燃料に関する温度計４４、コントローラ４５の動作については従来例における温度計１４４、コントローラ１４５と同様であるため説明を省略する。
【００３９】
上記のように、還元域２ａにおいては、１次空気の導入量の制御によって確実に還元雰囲気を形成するとともに、乾燥機排ガスの導入量の制御によって熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解でき且つ炉壁の焼損が起こらない燃焼温度に確実に調整することができる。
また酸化域２ａ２においては２次空気の導入量の制御によって確実に酸化雰囲気を形成し、未燃分の完全燃焼を図るとともに、補助燃料の導入量の制御によってＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な燃焼温度に確実に調整することができる。
従って、乾燥機での変動あるいは、炭化炉での変動などが発生しても、熱分解ガス、乾燥機排ガス又は燃焼空気のバランスが崩れず、低ＮＯｘ濃度運転が可能である。
【００４０】
図３は前記コントローラ１９ｂを用いた一次空気導入量制御を示すグラフであり、横軸はダンパー３９ａの開度（％）、縦左軸は一次空気流量（ｋｇ／ｈ）、縦右軸は熱分解ガス発生量（ｋｇ／ｈ）である。このようにして、熱分解ガスの発生量が少なければダンパー３９ａ開度を小さくして一次空気流量を小さくすることで、前述の通り前記還元域２ａで確実に還元燃焼雰囲気を形成することができる。
【００４１】
図４は前記コントローラ４３を用いた二次空気導入量制御を示すグラフであり、一次空気流量が一定である場合を表している。横軸はダンパー４３の開度（％）、縦左軸は二次空気流量（ｋｇ／ｈ）、縦右軸は前記熱分解ガス燃焼炉２出口のライン４１上のＯ２濃度（％）である。図４に示したように、ダンパー７ａの開度を大きくするほど二次空気量が多くなり、ライン４１上のＯ２濃度（％）も大きくなる。Ｏ２濃度の変動に応じてコントローラ４３によって燃焼空気ライン７６上に設けたダンパー７６ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する二次空気流量を調整することで、前記Ｏ２濃度計４２によって検出されるＯ２濃度が所定値を保つようにする。
【００４２】
図５は前記コントローラ２ｄを用いた乾燥機排ガス導入量制御を示すグラフであり、横軸はダンパー７３ａの開度（％）であり該開度が大きいほどライン７１を流れる乾燥機排ガスのうちライン７３側から熱分解ガス燃焼炉２へ導入される乾燥機排ガスの割合が大きくなる。縦左軸は熱分解ガス燃焼炉２の還元域２ａにおける燃焼温度（℃）、縦右軸は前記熱分解ガス燃焼炉２の出口ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）である。ダンパー７３ａの開度を大きくするほど乾燥機排ガスが還元域２ａへ導入される乾燥機排ガスが多くなるため還元域２ａにおける燃焼温度が下がり、熱分解ガス燃焼炉２出口でのＮＯｘ温度が下がる。しかし、図５には示していないが還元域２ａにおける燃焼温度を下げすぎると還元域２ａにおけるＮＨ３の分解に支障が出てＮＯｘ濃度が上がる可能性があるため、還元域２ａを炉壁の焼損が発生せず且つＮＨ３の分解に支障がでない所定の温度に保つようにする。なお、前記所定の温度は１２００℃程度とすることが好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
熱分解ガス燃焼炉へ導入される燃焼空気及び乾燥機排ガス量を適正に制御し、ＮＯｘ量の低減が可能である汚泥炭化処理装置における熱分解ガス処理方法及び装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置の系統図である。
【図２】実施例１に係る熱分解ガス燃焼炉２における動作説明図である。
【図３】一次空気導入量制御を示すグラフである。
【図４】二次空気導入量制御を示すグラフである。
【図５】乾燥機排ガス導入量制御を示すグラフである。
【図６】従来技術における下水汚泥の炭化処理装置の系統図である。
【図７】従来の熱分解ガス燃焼炉における動作説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 炭化炉
２ 熱分解ガス燃焼炉
１９ 熱分解ガスライン
２０ 乾燥機
３９ 一次空気ライン
７６ 二次空気ライン
７１、７３、７４ 乾燥機排ガスライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法及び装置に関し、特に乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行い、さらに前記乾燥機排ガスの残りを導入し、処理を行なう汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場等で発生する下水汚泥などの汚泥を炭化する場合、一般的には原料を乾燥処理した後、炭化炉で炭化処理を行う。前記炭化炉で発生する熱分解ガスは、熱分解ガス燃焼炉で燃焼されて無害化され、その一部は前記乾燥機及び炭化炉の熱源として用いられる。
このような汚泥を炭化し、その際に発生する熱分解ガスを燃焼させる熱分解ガス燃焼炉においては、還元多段燃焼及び前記乾燥機から発生するＮＨ３を含む乾燥機排ガスによる無触媒脱硝により熱分解ガス燃焼炉出口でのＮＯＸ濃度を所定の濃度以下とすることが行われている。
【０００３】
上記のような熱分解ガス燃焼炉での熱分解ガスの燃焼時における炉出口でのＮＯｘ濃度を低減させた技術は例えば特許文献１に開示されている。
図６は従来技術における下水汚泥の炭化処理装置の系統図である。
図６に示す従来技術に係る下水汚泥の炭化処理装置は、主として、汚泥を脱水する脱水機１１０、脱水した汚泥を乾燥する乾燥機１２０、乾燥した汚泥を炭化処理する炭化炉１０１、及び該炭化炉１０１で生成した熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉１０２から構成されている。
【０００４】
図６に示した炭化処理装置を用いて汚泥を炭化処理する方法及び炭化炉１０１で生成する熱分解ガスの処理方法について説明する。
まず脱水機１１０に下水汚泥などの汚泥を導入し、汚泥の水分が約７０〜８０％程度になるまで脱水する。次いで、脱水した汚泥を乾燥機１２０に送り、汚泥の水分が約２０〜３０％になるまで乾燥する。該乾燥機１２０での乾燥は、前記熱分解ガス燃焼炉１０２からの燃焼排ガスライン１４１から分岐されたライン１０５を通して導入される後述する燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。
前記乾燥機１２０で発生した乾燥機排ガスはライン１１１を通じて循環ガス予熱器１０７に送られ、前記熱分解ガス燃焼炉１０２からの燃焼排ガスライン１４１から分岐されたライン１０９を通じて導入される後述する燃焼排ガスと熱交換されて加温され、熱分解ガス燃焼炉１０２へ導入される。
【０００５】
一方、前記乾燥機１２０で乾燥させた汚泥は、ライン１２１を通して炭化炉１０１に導入される。炭化炉１０１では、汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約３００〜６００℃に加熱して炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である炭化物１０６とを生成する。該炭化物１０６はライン１３３を通して排出される。
【０００６】
前記炭化炉１０１で汚泥の炭化処理を行なった後の炭化炉排ガスは、ライン１１８を通って空気予熱器１３８に導入される。該空気予熱器１３８においては、ファン１１３により導入された燃焼空気を炭化炉排ガスによって予熱して前記熱分解ガス燃焼炉１０２に送り込む。この場合、前記空気予熱器１３８で予熱された燃焼空気は、該空気予熱器１３８出口の燃焼空気ライン１３８ａから燃焼空気ライン１３９、１７６、１７７に分岐されて前記熱分解ガス燃焼炉１０２に、１次空気及び２次空気として送り込まれる。
【０００７】
一方、前記炭化炉１０１で生成された熱分解ガスは、ライン１１９を通してサイクロン１３２を経て、熱分解ガスバーナ（不図示）より前記熱分解ガス燃焼炉１０２に導入される。
前記熱分解ガス燃焼炉１０２の最上部から炉内に導入された熱分解ガスは、炉内を下方に向けて流動する。また、前記熱分解ガス燃焼炉１０２の上側部からは燃焼空気ライン１３９を経て１次空気が導入される。
さらに、前記熱分解ガス焼却炉１０２の入口から後述する燃焼空気ライン１７６を経た２次空気の導入口までの領域は還元域で、該還元域に導入される１次空気は、空気比１．０未満（０．７〜０．８）の条件で導入される。
【０００８】
したがって、前記還元域においては、１次空気の導入によって還元雰囲気を形成し、前記乾燥機排ガスの導入によって還元域の温度を熱分解ガス中のＮＨ３を分解することが可能かつ１２００℃以下の温度に調整することで、熱分解ガス燃焼時におけるＮＯｘ発生量を低減するとともに熱分解ガス燃焼炉の炉壁を保護している。
【０００９】
そして、前記還元域での還元燃焼後の炉内ガス（熱分解ガス）に空気比０．３５〜０．６程度の２次空気を吹き込み、未燃成分の完全燃焼を図るとともに乾燥機排ガスによる無触媒脱硝に必要な酸素濃度を確保する。その後に、前記乾燥排ガスを吹き込む。
以上の処理により、前記熱分解ガス焼却炉１０２出口の燃焼排ガスの温度を９５０℃程度に保持する。
これにより、多量の乾燥排ガス中のＮＨ３による自己脱硝作用によって、ＮＯｘを還元して、低ＮＯｘ燃焼をなすことが可能となる。
【００１０】
次に、熱分解ガス焼却炉１０２の動作について図６及び図７を用いて説明する。図７は従来の熱分解ガス燃焼炉１０２における動作説明図である。
前記空気予熱器１３８からの燃焼空気ライン１３８ａは、還元雰囲気を形成しつつ前記熱分解ガスバーナに導入する一次空気ライン１３９と、酸化雰囲気を形成する二次空気ライン１７６、１７７（図７では１７６のみ図示）とにそれぞれを一定の割合にて分岐している。一次空気と二次空気を合算した導入量は、熱分解ガス燃焼炉１０２出口の酸素濃度を酸素濃度計１４２によって連続的に測定し、該測定結果に基づいて前記熱分解ガス燃焼炉１０２出口の酸素濃度が二次空気によって熱分解ガス燃焼炉内に酸化雰囲気が形成されるような酸素濃度となるように燃焼炉コントローラ１４３によって前記燃焼空気ライン１３８ａに設けられたダンパー１３８ｂの開度を調整することで一次空気と二次空気を合算した空気導入量をコントロールしている。
また、乾燥機排ガスについては熱分解ガスバーナ設置位置直後の還元域に温度調整のため導入されるものと、酸化雰囲気形成後に脱硝用に導入するものとに分岐している。
また、前記補助燃料に関しては、前記熱分解ガス燃焼炉１０２出口のライン１４１上に設けられた温度計１４４により、熱分解ガス燃焼炉１０２出口の温度の変動を検知し、該温度の変動に応じてコントローラ１４５によって補助燃料導入ライン１８２上に設けたダンパー１８２ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する補助燃料量を調整することで、前記温度計１４４によって検出される燃焼排ガス温度が、所定の温度（２次燃焼域においてＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度）となるように調整する。
なお、本従来例においては前記ライン１４１上にＯ２濃度計１４２を設けたが、前記Ｏ２濃度計１４２に変えて代えてＣＯ濃度計を用いることもできる。ＣＯ濃度計を用いる場合にはＣＯの発生を抑えるように前記ダンパー１３８ｂ開度を調整する。
前記燃焼空気（一次空気及び二次空気）と乾燥機排ガスの分配の割合については試運転時などに適正と思われる配分に調整される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２２５２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記燃焼空気と乾燥機排ガスの分配の割合については、試運転時などに適正と思われる配分に調整されているものの、各種運転条件の変動による個別の調整は行われていないため、運転の変動によっては適正な流量配分でない条件で運転をする恐れがある。
例えば、乾燥機での変動あるいは、炭化炉での変動により、導入する熱分解ガス、乾燥機排ガス又は燃焼空気のバランスが崩れた際にＮＯｘ濃度が基準値を超える可能性もある。
【００１３】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、熱分解ガス燃焼炉へ導入される燃焼空気及び乾燥機排ガス量を適正に制御し、ＮＯｘ量の低減が可能である汚泥炭化処理装置における熱分解ガス処理方法及び装置を導入することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため本発明においては、
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御することで、前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、前記１次燃焼域の燃焼温度を検知し、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御することで、前記１次燃焼域の燃焼温度を熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする。
【００１５】
前記熱分解ガス発生量に応じて一次空気量の制御を行うことで、前記１次燃焼域で確実に還元燃焼雰囲気を形成することができる。なお、前記熱分解ガスの発生量を直接検知することは困難であるため、熱分解ガスの発生量に代えて熱分解ガスの発生量に応じて変動する値を検知してもよく、例えば炭化炉から熱分解ガス燃焼炉に至る熱分解ガスの流通するライン中の流量を検知してもよく、また熱分解ガスにはタール分も含まれており前記ライン中の流量を検知することも困難である場合には前記炭化炉から熱分解ガス燃焼炉に至る熱分解ガスの流通するライン中の圧力変動を検知するようにすると好適である。
【００１６】
また、一次燃焼域の燃焼温度に応じて一次燃焼域に導入する乾燥炉排ガス量を調整することで、前記一次燃焼域の温度が所定値を保つことができる。これにより、一次燃焼域において熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解でき且つ炉壁の焼損を防止することができる温度に保ち、ＮＯｘの発生抑制ならびに炉壁の焼損を防止することができる。前記乾燥機排ガスを投入することによって一次燃焼域を１２００℃程度に保つと、熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解することができ、且つ炉壁の焼損を防止することができる。
【００１７】
また、前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知し、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御することで、前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする。
これにより、２次燃焼域で確実に酸化雰囲気を形成することができる。
【００１８】
さらにまた、前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知し、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入することで、前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする。
これにより、２次燃焼域では、乾燥排ガス中のＮＨ３による自己脱硝作用によって、ＮＯｘを還元して、低ＮＯｘ燃焼をなすことが可能となる。ＮＨ３は９００〜１０００℃で特にＮＯＸを還元するため、前記補助燃料量の制御により２次燃焼域の燃焼温度を９００〜１０００℃とすることが最適である。
【００１９】
また、課題を解決するための装置発明として、
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉を備え、該熱分解ガス燃焼炉は、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で燃焼処理を行う１次燃焼域と、該１次燃焼域の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で燃焼処理を行う２次燃焼域から形成される汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置において、炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知する手段と、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御する手段とを設け、前記１次空気導入量の制御によって前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、前記１次燃焼域の燃焼温度を検知する手段と、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御する手段とを設け、前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量の制御によって１次燃焼域の燃焼温度を熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする。
【００２０】
また、前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知する手段と、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御する手段とを設け、前記２次空気の導入量の制御によって前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする。
【００２１】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知する手段と、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入する制御手段とを設け、前記補助燃料導入量の制御によって前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
以上記載のごとく本発明によれば、熱分解ガス燃焼炉へ導入される燃焼空気及び乾燥機排ガス量を適正に制御し、ＮＯｘ量の低減が可能である汚泥炭化処理装置における熱分解ガス処理方法及び装置を導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２４】
図１は実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置の系統図であり、図２は実施例１に係る熱分解ガス燃焼炉２における動作説明図である。
まず図１に基づき実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置の構成について説明する。
図１に示すように、実施例１に係る炭化処理装置は、主に下水汚泥を脱水する脱水機１０と、脱水した下水汚泥に熱風を接触させて乾燥する乾燥機２０と、乾燥させた下水汚泥を炭化処理する炭化炉１と、該炭化炉１で生成した熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉２とから構成されている。なお前記炭化炉１は、間接加熱式ロータリーキルン型が好適であるが、特にこれに限定されるものではなく他の形態の炭化炉とすることもできる。
【００２５】
前記乾燥機２０と炭化炉１とはライン２１で接続されており、前記炭化炉１と前記熱分解ガス燃焼炉２とは、該炭化炉１内で発生した熱分解ガスの配管である熱分解ガスライン１９で接続されている。また、前記炭化炉１の炭化物出口にはライン３３が設けられており、該ライン３３は炭化物コンベア６ａ、後処理装置６ｂとを介してタンク６Ｃに接続されている。
【００２６】
前記熱分解ガス燃焼炉２出口に接続される燃焼排ガスライン４１は、炭化炉用の加熱炉３への燃焼排ガスライン４と、前記乾燥機２０への燃焼排ガスライン５と、後述する循環ガス予熱器７への燃焼排ガスライン９とに分岐されている。
前記加熱炉３は、前記熱分解ガス燃焼炉２からの燃焼排ガスを、補助燃料によって加熱して昇温し炭化炉１ に導入するために設けられている。
【００２７】
また、３９、７６は前記熱分解ガス燃焼炉２にそれぞれ一次空気、二次空気を送り込むラインであり、８２は前記熱分解ガス燃焼炉２内に助燃料を導入するための助燃料導入ラインである。
【００２８】
また、１１は前記乾燥機２０で汚泥を乾燥させ２００℃程度まで降温された後の乾燥機排ガスを、循環ガス予熱器７に送給する乾燥炉排ガスラインである。前記循環ガス予熱器７には、前記熱分解ガス燃焼炉２出口の燃焼排ガスライン４１から分岐した燃焼排ガスライン９を通して、９５０℃程度の高温ガスが導入されて前記乾燥機排ガスを加熱し、該加熱された乾燥機排ガスは乾燥機排ガスライン７１及び該乾燥機排ガスライン７１から分岐された２つの乾燥炉排ガスライン７３、７４を通じて前記熱分解ガス燃焼炉２に導入されるように構成されている。
前記循環ガス予熱器７出口の乾燥機排ガスライン７１から、前記２つの乾燥炉排ガスライン７３、７４への乾燥機排ガス流量の分配割合については後述する。
【００２９】
８は排煙処理塔で、前記循環ガス予熱器７で前記熱分解ガス燃焼炉２に導入される乾燥機排ガスを加熱したライン９からの燃焼排ガス及び炭化炉１の排ガスを処理する。該排煙処理塔８で処理されたガスはブロワ８０によって煙突に送られて大気放出される。
【００３０】
次に、実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置を用いて、下水汚泥を炭化処理する方法及び熱分解ガスの処理方法について説明する。
まず脱水機１０に下水汚泥を導入し、下水汚泥の水分が約７０〜８０％程度になるまで脱水する。次いで、脱水した下水汚泥を乾燥機２０に送り、汚泥の水分が約２０〜３０％になるまで乾燥する。該乾燥機２０での乾燥は、前記熱分解ガス燃焼炉２からの燃焼排ガスライン４１から分岐されたライン５を通して導入される燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。
前記乾燥機２０で発生した乾燥機排ガスはライン１１を通じて循環ガス予熱器７に送られ、前記熱分解ガス燃焼炉２からの燃焼排ガスライン４１から分岐されたライン９を通じて導入される燃焼排ガスと熱交換されて加温され、熱分解ガス燃焼炉２へ導入される。
【００３１】
一方、前記乾燥機２０で乾燥させた下水汚泥は、ライン２１を通して炭化炉１に導入される。炭化炉１では、下水汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約３００〜６００℃に加熱して炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である炭化物とを生成する。該炭化物は前記ライン３３、コンベア６ａ及び後処理装置６ｂとを経てタンク６Ｃに貯蔵される。
【００３２】
前記炭化炉１で下水汚泥の炭化処理を行った後の炭化炉排ガスは、ライン１８を通り、前記排煙処理塔８で処理された後、ブロワ８０によって煙突に送られて大気放出される。
一方、前記炭化炉１で生成された熱分解ガスは、熱分解ガスライン１９を通して熱分解ガスバーナ（不図示）より前記分解ガス燃焼炉２に導入されて炉内を流動する。また、前記熱分解ガス燃焼炉２には燃焼空気ライン３９を経て１次空気が導入される。
なお、前記熱分解ガス焼却炉２の入口から後述する燃焼空気ライン７６を経て２次空気の導入される２次空気導入口までの領域は還元域２ａ１で、該還元域に導入される１次空気は、空気比１．０未満（０．７〜０．８）の条件で導入される。
また、前記還元域２ａ１にはライン７１から分岐されたライン７３を経て乾燥機排ガスが導入される。
さらに必要に応じてライン８２から補助燃料が導入される。
【００３３】
前記還元域２ａ１においては、１次空気の導入によって還元雰囲気を形成し、前記乾燥機排ガスの導入によって還元域の温度を熱分解ガス中のＮＨ３を分解することが可能かつ１２００℃以下の温度に調整することで、熱分解ガス燃焼時におけるＮＯｘ量を低減するとともに灰分の溶着及び耐火材の熱損などしないようにして熱分解ガス燃焼炉の炉壁を保護している。
【００３４】
そして、前記還元域での燃焼処理後の炉内ガス（熱分解ガス）に燃焼空気ライン７６を経て空気比０．３５〜０．６程度の２次空気を吹き込み、未燃分の完全燃焼を図るとともに乾燥機排ガスによる自己脱硝に必要な酸素濃度を確保する。その後に、ライン７１から分岐されたライン７４を経て乾燥機排ガスが吹き込まれる。なお２次空気導入以降が酸化域２ａ２にとなり、さらに脱硝用の乾燥機排ガス導入以降が脱硝域２ｂとなる。
以上の処理により、前記熱分解ガス焼却炉２出口の燃焼排ガスの温度を９５０℃程度に保持する。
これにより、脱硝域２ｂでは、多量の乾燥排ガス中のＮＨ３による自己脱硝作用によって、ＮＯｘを還元して、低ＮＯｘ燃焼をなすことが可能となる。
【００３５】
次に、熱分解ガス燃焼炉２の動作について図２を用いて説明する。
前記燃焼空気ライン３８は、還元雰囲気を形成しつつ前記熱分解ガスバーナに導入する一次空気ライン３９と、酸化雰囲気を形成する二次空気ライン７６とに分岐している。前記一次空気に関しては、前記炭化炉１内で発生した熱分解ガスの配管である熱分解ガスライン１９上に設けられた圧力計１９ａによって熱分解ガスの発生量に応じて変動する熱分解ガスライン１９の圧力変動を検知し、該圧力変動に応じてコントローラ１９ｂによって燃焼空気ライン３９上に設けたダンパー３９ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する一次空気流量を制御する。熱分解ガスの発生量に応じて変動する熱分解ガスライン１９の圧力変動に応じて一次空気流量を制御する、即ち熱分解ガス発生量に応じて制御を行うことで、確実に還元雰囲気を形成することができる。なお、本実施例においては前記熱分解ガスライン１９上に圧力計１９ａを設けたが、熱分解ガスの発生量又は熱分解ガスの発生量の変動に対応して変動する値を検出する検出手段を圧力計１９ａに代えて用いることもできる。
【００３６】
また、熱分解ガス燃焼炉２の還元域２ａに導入する乾燥機排ガスについては、還元域２ａに設けた温度計２ｃにより、還元域２ａの温度変動を検知し、該温度変動に応じてコントローラ２ｄによって乾燥炉排ガスライン７３上に設けたダンパー７３ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２の還元域２ａへ導入する乾燥炉排ガス量を制御することで、前記還元域の温度が所定温度を保つようにする。該所定値は熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解でき且つ炉壁の焼損が起こらない温度とし、１２００℃程度とすることが好ましい。これにより、還元燃焼域を所定の温度に保ち、ＮＯｘの発生抑制、炉壁への飛灰の溶着ならびに炉壁の焼損の確実な防止が可能となる。
なお、脱硝域２ｂに導入する乾燥機排ガスについては、還元域２ａ１に導入される排ガスの残りになり、流量が従来よりも低減する可能性もあるが、上記制御により還元・酸化域２ａでのＮＯｘ発生量を確実に低減でき、脱硝域２ｂで脱硝すべきＮＯＸ量が少なくなるため特に問題とはならない。
【００３７】
また、前記二次空気に関しては、前記熱分解ガス燃焼炉２出口のライン４１上に設けられたＯ２濃度計４２により、熱分解ガス燃焼炉２出口のＯ２濃度の変動を検知し、該Ｏ２濃度の変動に応じてコントローラ４３によって燃焼空気ライン７６上に設けたダンパー７６ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する二次空気流量を制御することで、前記Ｏ２濃度計４２によって検出されるＯ２濃度が所定値を保ち、脱硝域に酸化雰囲気を形成させる。
なお、本実施例においては前記ライン４１上にＯ２濃度計４２を設けたが、前記Ｏ２濃度計４２に変えて代えてＣＯ濃度計を用いることもできる。ＣＯ濃度計を用いる場合にはＣＯの発生を抑えるように前記ダンパー７６ａ開度を調整する。
【００３８】
なお、補助燃料に関する温度計４４、コントローラ４５の動作については従来例における温度計１４４、コントローラ１４５と同様であるため説明を省略する。
【００３９】
上記のように、還元域２ａにおいては、１次空気の導入量の制御によって確実に還元雰囲気を形成するとともに、乾燥機排ガスの導入量の制御によって熱分解ガス中のＮＨ３等窒素化合物を分解でき且つ炉壁の焼損が起こらない燃焼温度に確実に調整することができる。
また酸化域２ａ２においては２次空気の導入量の制御によって確実に酸化雰囲気を形成し、未燃分の完全燃焼を図るとともに、補助燃料の導入量の制御によってＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な燃焼温度に確実に調整することができる。
従って、乾燥機での変動あるいは、炭化炉での変動などが発生しても、熱分解ガス、乾燥機排ガス又は燃焼空気のバランスが崩れず、低ＮＯｘ濃度運転が可能である。
【００４０】
図３は前記コントローラ１９ｂを用いた一次空気導入量制御を示すグラフであり、横軸はダンパー３９ａの開度（％）、縦左軸は一次空気流量（ｋｇ／ｈ）、縦右軸は熱分解ガス発生量（ｋｇ／ｈ）である。このようにして、熱分解ガスの発生量が少なければダンパー３９ａ開度を小さくして一次空気流量を小さくすることで、前述の通り前記還元域２ａで確実に還元燃焼雰囲気を形成することができる。
【００４１】
図４は前記コントローラ４３を用いた二次空気導入量制御を示すグラフであり、一次空気流量が一定である場合を表している。横軸はダンパー４３の開度（％）、縦左軸は二次空気流量（ｋｇ／ｈ）、縦右軸は前記熱分解ガス燃焼炉２出口のライン４１上のＯ２濃度（％）である。図４に示したように、ダンパー７ａの開度を大きくするほど二次空気量が多くなり、ライン４１上のＯ２濃度（％）も大きくなる。Ｏ２濃度の変動に応じてコントローラ４３によって燃焼空気ライン７６上に設けたダンパー７６ａの開度を調整し、熱分解ガス燃焼炉２へ導入する二次空気流量を調整することで、前記Ｏ２濃度計４２によって検出されるＯ２濃度が所定値を保つようにする。
【００４２】
図５は前記コントローラ２ｄを用いた乾燥機排ガス導入量制御を示すグラフであり、横軸はダンパー７３ａの開度（％）であり該開度が大きいほどライン７１を流れる乾燥機排ガスのうちライン７３側から熱分解ガス燃焼炉２へ導入される乾燥機排ガスの割合が大きくなる。縦左軸は熱分解ガス燃焼炉２の還元域２ａにおける燃焼温度（℃）、縦右軸は前記熱分解ガス燃焼炉２の出口ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）である。ダンパー７３ａの開度を大きくするほど乾燥機排ガスが還元域２ａへ導入される乾燥機排ガスが多くなるため還元域２ａにおける燃焼温度が下がり、熱分解ガス燃焼炉２出口でのＮＯｘ温度が下がる。しかし、図５には示していないが還元域２ａにおける燃焼温度を下げすぎると還元域２ａにおけるＮＨ３の分解に支障が出てＮＯｘ濃度が上がる可能性があるため、還元域２ａを炉壁の焼損が発生せず且つＮＨ３の分解に支障がでない所定の温度に保つようにする。なお、前記所定の温度は１２００℃程度とすることが好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
熱分解ガス燃焼炉へ導入される燃焼空気及び乾燥機排ガス量を適正に制御し、ＮＯｘ量の低減が可能である汚泥炭化処理装置における熱分解ガス処理方法及び装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１に係る下水汚泥の炭化処理装置の系統図である。
【図２】実施例１に係る熱分解ガス燃焼炉２における動作説明図である。
【図３】一次空気導入量制御を示すグラフである。
【図４】二次空気導入量制御を示すグラフである。
【図５】乾燥機排ガス導入量制御を示すグラフである。
【図６】従来技術における下水汚泥の炭化処理装置の系統図である。
【図７】従来の熱分解ガス燃焼炉における動作説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 炭化炉
２ 熱分解ガス燃焼炉
１９ 熱分解ガスライン
２０ 乾燥機
３９ 一次空気ライン
７６ 二次空気ライン
７１、７３、７４ 乾燥機排ガスライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、
炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御することで、前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、
前記１次燃焼域の燃焼温度を検知し、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御することで、前記１次燃焼域の燃焼温度を１次燃焼域中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。
【請求項２】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知し、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御することで、前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする請求項１記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。
【請求項３】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知し、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入することで、前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。
【請求項４】
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉を備え、
該熱分解ガス燃焼炉は、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で燃焼処理を行う１次燃焼域と、該１次燃焼域の燃焼ガスに前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら２次空気を導入して酸化雰囲気で燃焼処理を行う２次燃焼域から形成される汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置において、
炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知する手段と、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御する手段とを設け、前記１次空気導入量の制御によって前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、
前記１次燃焼域の燃焼温度を検知する手段と、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御する手段とを設け、前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量の制御によって１次燃焼域の燃焼温度を１次燃焼域中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。
【請求項５】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知する手段と、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御する手段とを設け、前記２次空気の導入量の制御によって前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする請求項４記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。
【請求項６】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知する手段と、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入する制御手段とを設け、前記補助燃料導入量の制御によって前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする請求項４又は５記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。
【請求項１】
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを熱分解ガス燃焼炉に導入し、該熱分解ガス燃焼炉で、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で１次燃焼処理を行い、ついで前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら前記還元雰囲気の燃焼ガスに２次空気を導入して酸化雰囲気で２次燃焼処理を行う汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法において、
炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知し、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御することで、前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、
前記１次燃焼域の燃焼温度を検知し、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御することで、前記１次燃焼域の燃焼温度を１次燃焼域中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。
【請求項２】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知し、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御することで、前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする請求項１記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。
【請求項３】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知し、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入することで、前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理方法。
【請求項４】
乾燥機で乾燥した汚泥を炭化処理することによって生成される熱分解ガスを燃焼する熱分解ガス燃焼炉を備え、
該熱分解ガス燃焼炉は、前記乾燥機で発生する乾燥機排ガスの一部を導入しながら１次空気を導入して還元雰囲気で燃焼処理を行う１次燃焼域と、該１次燃焼域の燃焼ガスに前記乾燥機排ガスの一部を導入しながら２次空気を導入して酸化雰囲気で燃焼処理を行う２次燃焼域から形成される汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置において、
炭化炉で生成される熱分解ガス発生量を検知する手段と、該検知量に応じて前記１次空気導入量を制御する手段とを設け、前記１次空気導入量の制御によって前記熱分解ガス燃焼炉内に還元雰囲気を形成するとともに、
前記１次燃焼域の燃焼温度を検知する手段と、該検知温度に応じて前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量を制御する手段とを設け、前記１次燃焼域に導入する乾燥機排ガス量の制御によって１次燃焼域の燃焼温度を１次燃焼域中のＮＨ３等窒素化合物を分解できる温度とすることを特徴とする汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。
【請求項５】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の酸素濃度を検知する手段と、該検知濃度に応じて前記２次空気の導入量を制御する手段とを設け、前記２次空気の導入量の制御によって前記２次燃焼域に酸化雰囲気を形成することを特徴とする請求項４記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。
【請求項６】
前記熱分解ガス燃焼炉出口の燃焼排ガス温度を検知する手段と、該検知温度に応じた量の補助燃料を前記１次燃焼域に導入する制御手段とを設け、前記補助燃料導入量の制御によって前記２次燃焼域の燃焼温度をＮＨ３を還元剤としたＮＯＸの無触媒脱硝が可能な温度とすることを特徴とする請求項４又は５記載の汚泥炭化処理設備における熱分解ガス処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２４３７１４（Ｐ２００９−２４３７１４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８８０３４（Ｐ２００８−８８０３４）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（５０１３７０３７０）三菱重工環境エンジニアリング株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（５０１３７０３７０）三菱重工環境エンジニアリング株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]