JP4855644B2

JP4855644B2 - 有機系廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP4855644B2
Application number: JP2003335523A
Authority: JP
Inventors: 貴清芹沢; 健之君島; 貴憲山本; 昌士中村; 健史國西
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005097063A

Description

本発明は、有機系廃棄物の処理方法に関するものであり、特に、セメント焼成設備の燃焼ガスを利用した有機性廃棄物の乾燥又は炭化方法に関する。さらには、乾燥または炭化処理された有機性廃棄物を、セメント焼成工程に燃料もしくは原料として供給することが可能な有機性廃棄物の処理方法に関する。

近年、大量に発生する産業廃棄物の処理方法として、これらの産業廃棄物の処理にセメント製造設備を利用することが行われている。また、セメント製造設備では、セメント原料として従来から使用されてきたスラグや石炭灰に加えて、従来は処理が困難であった有機性廃棄物についても利用が検討され実施されつつある。

セメント焼成装置のロータリーキルンにおいては、これらの有機性廃棄物うち、燃料の一部を代替するものとして、可燃性廃棄物の使用がおこなわれている。特に、廃タイヤや廃プラスチックを切断又は粉砕したものを、ロータリーキルンに直接投入し、これを燃焼させることで焼成熱量の一部として利用している。

図２には従来のニューサスペンションプレヒータ付きキルン（ＮＳＰキルン）の全体構成図を示している。１は焼成炉であるロータリーキルンであり、２は、サスペンションプレヒータ、３は、クリンカクーラ、４は仮焼炉、そして５は窯尻部を示している。
例えば、廃タイヤなどは、前処理をせずに直接、もしくは細断したものを窯尻部５に投入していた。また廃プラスチックスは、通常２０〜３０ｍｍ以下に粗砕または粉砕したものを、キルン１の出口から吹込み燃焼する方法や、仮焼炉４に直接投入し燃焼する方法が取られている。

また、最近は、燃焼可能であるが水分を多く含む有機性廃棄物を、ロータリーキルンに直接投入し、焼却処理する方法も行われている。
例えば、以下の特許文献１のように、含水汚泥を、乾燥することなく、また、添加剤を用いて前処理することなく直接、ロータリーキルンの窯尻部分又は仮焼炉に導入して焼却する方法がある。
有機性の含水汚泥は、その殆どが水分と有機成分であるため、焼却により残留する灰分はごく微量であり、セメントクリンカの品質に影響を及ぼすこともなく、通常運転を行えるものである。
特開平２００２−５２３９７号公報

図３は、有機性廃棄物である含水汚泥６をロータリーキルン窯尻５に投入し、ロータリーキルン１内で焼却処理をする処理手段を、模式的に示す図である。図３に示すように、汚泥をロータリーキルン窯尻５に投入する場合には、投入された高含水汚泥がロータリーキルン１内で瞬時に蒸発脱水し、汚泥中の有機物は燃焼し焼却される。７は、含水汚泥６をロータリーキルン窯尻５に供給するためのポンプである。なお、含水汚泥は、仮焼炉４に供給することも可能である。

しかし、このような水分を多く含む有機性廃棄物の利用もしくは処理において、これらの廃棄物をロータリーキルンに直接投入する方法は、廃棄物中の水分の蒸発に伴い、ロータリーキルン窯尻部の原料温度の低下や、原料の持つ潜熱を低下、あるいはセメント原料がクリンカ状に焼結する帯域（キルン焼成帯）の温度を低下させる原因になり、焼成されたセメントクリンカの品質が劣化する虞がある。

このため、有機性廃棄物はその投入量を制限する必要があり、前述の廃タイヤや廃プラスチック等の可燃性廃棄物では、直接投入量がロータリーキルンで使用する燃料消費量の１０％未満であるのに対し、含水の多い有機性廃棄物では、クリンカ焼成量に対して、数重量％に制限される。

また、有機性廃棄物の使用量を増加させるため、以下の特許文献２では、ロータリーキルンの原料投入側に仮焼炉を備えたサスペンションプレヒータを接続し、ロータリーキルンのクリンカ排出側にクーラを接続してなるセメント原料焼成装置において、前記クーラで生じた高温空気を前記仮焼炉に導入するためのダクトに、高温空気の一部を用いて可燃性産業廃棄物を乾留すると共に、可燃性の乾留ガスを発生させるガス発生装置を設け、前記乾留ガスを燃料としてセメント原料の仮焼を行うバーナを上記ダクトに設けたセメント原料焼成装置が開示されている。
この構成により、可燃性廃棄物、特に廃タイヤをロータリーキルンに直接投入せずに、セメント焼成設備の外部において、該廃タイヤを乾留し、この乾留ガスを仮焼炉に利用することにより、可燃性廃棄物の使用量を高めようとしたものである。
特開平１１−２９２５８０号公報

また、以下の特許文献３においては、大量の産業廃棄物を処理すると共に、塩素を含む産業廃棄物をＮＳＰキルンに供給しても流路を閉塞するのを防止するため、廃棄可燃物を焼却するバーナを備えた焼却装置と、焼却により発生した焼却灰のみをセメント焼成設備に供給する灰供給装置とを備えたセメント焼成用廃棄物処理装置が開示されている。
特開平１１−２９４９６０号公報

しかしながら、特許文献２及び３のセメント焼成設備の外部に設置した可燃性廃棄物の処理装置においては、可燃性廃棄物の持つ燃焼熱の全てを有効利用するものではなく、しかも、別途バーナを設け燃料を燃焼させることが必要であり、このため余分な燃料消費が掛かる。
また、特許文献２においては、乾留が間接加熱のため処理効率が劣るなどの問題点があり、実際のセメント焼成設備には一般化されていない。

本発明は上述した種々の問題点を解決し、廃タイヤや廃プラスチックスといった熱量の有効利用が容易な可燃性廃棄物のみならず、水分が多量に含まれる汚泥等も処理が可能であり、処理能力も向上させた有機系廃棄物の処理方法を提供するものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、セメント焼成工程において、排出する高温ガスにより有機系廃棄物を乾燥処理または炭化処理する装置を設け、該装置で処理された後の乾燥物または炭化物をセメント焼成工程に利用することを特徴とする有機系廃棄物の処理方法である。

特に、請求項１に係る発明では、該高温ガスの少なくとも一部は、セメントロータリーキルン窯尻からの、該セメント原料から発生する酸化カルシウム粉末を多量に含む高温排ガスを直接抽気し、該高温ガスは、該有機系廃棄物に直接接触して乾燥処理または炭化処理することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の有機系廃棄物の処理方法において、該高温ガスに含有される酸素濃度が１０％以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の有機系廃棄物の処理方法において、前記の乾燥処理または炭化処理する装置が、ロータリーキルンであって、高温ガスと有機系廃棄物は並流処理されることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、セメント焼成工程において排出する高温ガスにより有機系廃棄物を乾燥処理または炭化処理するため、従来の燃料を別途燃焼させて得られた高温ガスを利用して有機系廃棄物の処理を行う方法と比較して、セメント焼成設備において発生した熱エネルギーの有効利用を図ることが可能となる。
また、セメント焼成工程に利用する有機系廃棄物は、乾燥処理または炭化処理後の乾燥物または炭化物であるため、従来の前処理を行わずに直接セメント焼成設備に投入する処理方法に比較して、セメント焼成工程に与える影響を抑制できるため、有機系廃棄物の処理可能量を多くすることが可能となる。

また、該高温ガスの少なくとも一部は、セメントロータリーキルン窯尻からの、該セメント原料から発生する酸化カルシウム粉末を多量に含む高温排ガスを直接抽気し、該高温ガスは、該有機系廃棄物に直接接触して乾燥処理または炭化処理するため、ガス温度が高く、必要に応じて所定の温度に下げて利用することも可能となる。これにより、有機系廃棄物の特性に対応して、燃料として好適な炭化が可能となり、セメント焼成工程での利用効率も高くなる。
さらに、キルン排ガスには、セメント原料から発生する酸化カルシウム粉末が多量に含まれており、乾燥または炭化すべき有機系廃棄物中に塩化ビニルなどの塩素系有機物が存在した場合でも、分解生成した塩化水素ガス等の酸性ガスは直ちに中和され、塩化カルシウムなどのカルシウム塩となる。このため、酸性ガスの外部への放出を抑制できる。

請求項２に係る発明により、高温ガスに含有される酸素濃度が１０％以下であるため、有機系廃棄物と高温ガスとの直接接触による処理が可能となり、乾燥または炭化の処理能力を高めることができる。

請求項３に係る発明により、乾燥処理または炭化処理に利用される装置が、ロータリーキルンであるため、高温ガスと有機系廃棄物とは並流処理が可能となり、処理装置内で有機系廃棄物が燃焼するなどの不具合がなく、炭化処理量も向上する。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係る有機系廃棄物の処理方法に利用されるセメント焼成装置の模式図を、図１に示す。本発明においては、セメント焼成設備の高温排ガスを利用して、有機系廃棄物の乾燥もしくは炭化処理を行うものであれば、特に図１の形態に限定するものではない。

本発明においては、有機系廃棄物は粉砕が容易な状態まで脱水し、燃料化される。好ましくはセメント焼成用固体燃料と同等な扱いが可能な状態まで、乾燥または炭化処理をおこない、セメント焼成設備のバーナから粉末燃料として燃焼処理される。

以下、図１を参考に、本発明に係る有機系廃棄物の処理方法の実施の態様について、説明をおこなう。
図１において、有機系廃棄物を乾燥又は炭化するシステムは、有機系廃棄物６を乾燥または炭化処理する、乾燥・炭化装置１２と、該乾燥・炭化装置１２に、有機系廃棄物６を供給する供給装置、およびセメント焼成設備から高温排ガスを抽気し、該乾燥・炭化装置に送るライン１１、また排出した排ガスをセメント焼成装置に戻すガスライン１４、更に乾燥又は炭化した有機系廃棄物を石炭ミル２１に供給する装置などから構成されるものである。

乾燥または炭化した有機系廃棄物を石炭ミル２１に供給する装置は、乾燥・炭化装置１２の排ガス中に含まれる微細ダストをサイクロン１３にて分離し、該微細ダストと乾燥または炭化した有機系廃棄物とを合わせて供給する。
ただし、該サイクロン１３にて捕集されるダストは、セメントロータリーキルンでダストとして発生するセメント原料の仮焼物や、その他の塩素や金属の揮発成分等の無機物などを多量に含んでいる場合には、石炭ミル２１に供給せずに、別途の処理を行うことが好ましい。

また、乾燥または炭化した有機性廃棄物の性状によっては、該乾燥または炭化物を粉砕せずに、仮焼炉４に直接投入し燃焼させてもよい。

この構成における乾燥・炭化装置１２は、ロータリーキルン方式に限定はされないが、例えばロータリーキルン方式を採用した場合は、次のような利点を有する。
ロータリーキルン方式においては、抽気した高温排ガスと有機系廃棄物とを、併流処理すること可能である。ガスと有機系廃棄物を併流処理することにより、ロータリーキルン炉内での高温ガスは、有機系廃棄物に含まれる水分や揮発成分の蒸発、あるいは揮発潜熱として優先的に使用される。このため、有機系廃棄物が必要以上に高温とならず、乾燥または炭化した有機物の再燃焼を防止することができる。

また、ロータリーキルン方式では、有機系廃棄物に要求される乾燥または炭化の程度に対応して、入り口のガス温度を調整することが可能である。
入り口に供給されるガスの温度調整方法としては、セメントロータリーキルン窯尻５からの高温排ガスの抽気量に対して、サスペンションプレヒータ２の排ガスの混入割合を調整することにより処理される。１５は、サスペンションプレヒータからの排ガス抽気ラインを示す。

通常、セメントロータリーキルンの窯尻排ガスは９００〜１０００℃であり、酸素濃度は３％以下である。またサスペンションプレヒータの排ガスにおいては、３００〜３７０℃，酸素濃度は５％以下である。そして、前記のようにセメントロータリーキルンの窯尻排ガスとサスペンションプレヒータの排ガスの混合割合を変更することにより、低酸素濃度を保持しつつ、ガス温度を自在に変更することが可能となる。

一般に、セメントロータリーキルン窯尻５からの多量の排ガス抽気は、セメント焼成設備でのセメントクリンカ焼き出し能力を低下させ熱効率を悪化させる原因となる。
しかしながら、廃木材等の有機性廃棄物を利用する場合等は、乾燥または炭化された有機系廃棄物を燃料として、セメント焼成設備に供給することにより、排ガス抽気により低下した熱量以上の熱量を発生させることも可能となる。

セメントロータリーキルン窯尻からの抽気ガスを多くせずに、高温排ガスが必要となる場合には、乾燥・炭化装置に該抽気ガスを導入する前に、別途燃焼装置を設置し、該抽気ガスを加熱することによって、達成することも可能である。
即ち、本発明の有機系廃棄物の処理方法においては、処理される有機系廃棄物の性状によって、有機系廃棄物の乾燥または炭化の程度が決定される。決定された乾燥または炭化処理に必要なガスの供給量や温度、あるいはガス成分を得るため、セメント焼成設備からの抽気位置および抽気量が決定される。また、上記燃焼装置などのように、必要に応じて適切な装置も選定される。

また、本発明に適用できる有機系廃棄物は、廃タイヤや廃プラスチックスに限らず、廃木材、有機性の都市ゴミ、製紙スラッジ、下水汚泥などが利用可能である。
廃木材等の比較的含水量が少ない有機系廃棄物においては、セメントロータリーキルン窯尻からの抽気ガスを多くし、高温状態で炭化することが好ましい。得られた炭化物は、石炭ミルにて粉砕され、セメント焼成炉のバーナより他の粉末燃料に混合して、燃焼利用することが好ましい。

一方、汚泥の場合は通常８０％を越す水分を含有しており、有機系廃棄物処理装置における処理は、汚泥の含む水分の蒸発のみとし、乾燥した有機物を、セメントロータリーキルンに直接投入することも可能である。
これにより、従来から行われている高含水汚泥の状態で、セメントロータリーキルン窯尻に直接投入し処理する方法と比較して、処理可能量は格段に多くなる。

以上のように、本発明に係る有機系廃棄物の処理方法によれば、廃タイヤや廃プラスチックスといった熱量の有効利用が容易な可燃性廃棄物のみならず、水分が多量に含まれる汚泥等も処理が可能であり、処理能力も向上させた有機系廃棄物の処理方法を提供することが可能となる。

本発明の有機系廃棄物の処理方法の実施形態を示す図である。従来のNSPキルンの全体構成を示す図である。汚泥類の有機系廃棄物をＮＳＰキルンに投入する模式図である。

符号の説明

１焼成炉（ロータリーキルン）
２サスペンションプレヒータ
３クリンカクーラ
４仮焼炉
５窯尻部
６有機系廃棄物
７汚泥供給ポンプ
１１窯尻ガス抽気ライン
１２乾燥又は炭化装置（ロータリーキルン方式）
１３サイクロン
１４乾燥又は炭化装置の排ガスライン
１５サスペンションプレヒータ排ガス抽気ライン
１６乾燥または炭化物の輸送ライン
２１石炭ミル

Claims

セメント焼成工程において、排出する高温ガスにより有機系廃棄物を乾燥処理または炭化処理する装置を設け、該装置で処理された後の乾燥物または炭化物をセメント焼成工程に利用する有機系廃棄物の処理方法であって、前記高温ガスの少なくとも一部は、セメントロータリーキルン窯尻からの、該セメント原料から発生する酸化カルシウム粉末を多量に含む高温排ガスを直接抽気し、
該高温ガスは、該有機系廃棄物に直接接触して乾燥処理または炭化処理することを特徴とする有機系廃棄物の処理方法。
請求項１に記載の有機系廃棄物の処理方法において、該高温ガスに含有される酸素濃度が１０％以下であることを特徴とする有機系廃棄物の処理方法。
請求項１又は２に記載の有機系廃棄物の処理方法において、前記の乾燥処理または炭化処理する装置が、ロータリーキルンであって、高温ガスと有機系廃棄物は並流処理されることを特徴とする有機系廃棄物の処理方法。