申请日2010.10.21
公开(公告)日2012.05.16
IPC分类号C10J3/56; C04B7/28
摘要
本发明提供一种包含污泥的废弃物的处理设备。本发明的课题是，在使废弃物热分解的流动床式气化炉(1)中，即使是对大量包含高含水率的脱水污泥的废弃物进行处理，也能够将流动层(1a)的温度维持于合适的范围。解决的手段是，在水泥制造设备(200)的附近建设包含污泥的废弃物的处理设备(100)。该废弃物处理设备具备使废弃物气化产生热分解气体的流动床式气化炉(1)、以及将产生的热分解气体与炭和灰分一起输送到从水泥预热器(10)到分解炉(20)之间的气体输送管线(6)。利用水泥制造设备(200)的废热使提供给气化炉(1)的流动化空气升温的废气空气加热器(41)等升温装置。
翻译权利要求书
1.一种废弃物处理设备，与水泥制造设备相邻设置，并具备
使废弃物气化产生热分解气体的流动床式气化炉、
将在所述气化炉产生的热分解气体在保持含有炭和灰分的情况下输送到从所述水泥制造设备的水泥预热器到分解炉之间的气体输送通道，以及
利用所述水泥制造设备的废热使提供给所述气化炉的流动化空气升温的升温装置。
2.根据权利要求1所述的废弃物处理设备，其特征在于，所述废弃物中包含脱水污泥，且所述废弃物处理设备具备能够将该脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物分别投入所述气化炉的投入装置。
3.根据权利要求2所述的废弃物处理设备，其特征在于，所述投入装置形成使脱水污泥从所述气化炉的流动层的上方的多个地方分散投入所述流动层的结构。
4.根据权利要求2所述的废弃物处理设备，其特征在于，所述气化炉具备向流动层提供助燃材料的燃料供给装置。
5.根据权利要求4所述的废弃物处理设备，其特征在于，所述燃料供给装置向流动层提供平均粒径为0.1～3mm的固体助燃材料。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的废弃物处理设备，其特征在于，具备在将所述脱水污泥提供给气化炉之前，利用水泥制造设备的废热使所述脱水污泥干燥的干燥装置。
7.一种废弃物处理方法，是对包含脱水污泥的废弃物的处理方法，并包括
邻近水泥制造设备设置并使所述废弃物气化产生热分解气体的流动床式气化炉，
利用所述水泥制造设备的废热使提供给所述气化炉的流动化空气升温，
同时将在所述气化炉产生的热分解气体在保持含有炭和灰分的情况下输送到从所述水泥制造设备的水泥预热器到分解炉之间的气体输送通道。
8.根据权利要求7所述的废弃物处理方法，其特征在于，
将所述脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物分别投入所述气化炉，同时调整所述脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物的至少其一的投入量，以将所述流动层的温度维持于规定的范围内。
9.根据权利要求8所述的废弃物处理方法，其特征在于，调整所述脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物的投入量之比，以使全部废弃物的低位发热量在规定值以上。
10.根据权利要求9所述的废弃物处理方法，其特征在于，
在投入所述气化炉之前预先求出脱水污泥的低位发热量并加以存储，
首先将脱水污泥以外的废弃物投入所述气化炉，测定流动层的温度，根据该测定结果推定所述脱水污泥以外的废弃物的低位发热量，
根据该推定值与存储的所述脱水污泥的低位发热量，调整脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物的投入量之比，以使全部废弃物的低位发热量在所述规定值以上。
11.根据权利要求10所述的废弃物处理方法，其特征在于，
一边将脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物投入所述气化炉，一边测定流动层的温度，根据该测定结果，调整所述脱水污泥的投入量，以使流动层的温度接近目标值。
12.根据权利要求8所述的废弃物处理方法，其特征在于，
首先，一边将脱水污泥以外的废弃物投入所述气化炉，一边测定流动层的温度，根据该测定结果，调整所述废弃物的投入量，以使流动层的温度比目标值高，
其后，一边将脱水污泥也投入所述气化炉，一边测定流动层的温度，根据该测定结果调整所述脱水污泥的投入量，以使流动层的温度为所述目标值。
13.根据权利要求7～12中的任一项所述的废弃物处理方法，其特征在于，调整包含所述脱水污泥的全部废弃物的投入量，以使得气化炉内部维持负压。
说明书
包含污泥的废弃物的处理设备
技术领域
本发明涉及利用水泥制造设备卫生地处理废弃物用的设备，特别是涉及包含有高含水率污泥的废弃物的处理。
背景技术
近年来，随着例如发展中国家生活水平的提高，也越来越需要对垃圾进行卫生处理，其焚烧处理量在增大也在预测之中。但是也存在建设一般的垃圾焚烧炉需要很大的费用，需要很长的工期的问题。而且在日本还存在掩埋分解炉产生的炉灰的掩埋处理场不足的问题，在设立新垃圾处理场的情况下，灰熔融炉的设置和灰的再利用方法的确立等是必要条件。
对此，本申请的发明人开发出有效利用已有的水泥制造设备的垃圾处理系统，首先提出了专利申请(专利文献1)。这是邻近已有的水泥制造设备设置流动床式气化炉，在该气化炉使垃圾等废弃物气化，将产生的热分解气体在保持含有的炭和灰分不变的情况下提供给水泥分解炉或烧成炉(烧成窑)的技术。
如果能够这样使垃圾的热分解气体在水泥分解炉或烧成炉中燃烧，则能够用比建设新的垃圾焚烧炉低得多的费用而且能够在较短的时间建设垃圾处理设备。而且提供给水泥分解炉和烧成炉的热分解气体和炭成为燃料的一部分，灰分成为水泥原料的一部分。也就是说，不是停留在只利用已有的水泥制造设备，而是在水泥的制造过程中能够利用垃圾产生的热分解气体、炭以及灰分，互惠关系成立。
但是，与上述垃圾处理的需求增大相同，随着下水处理场的整备的进展，产生的下水污泥的处理量也增大。通常是将下水污泥脱水后掩埋，但是下水污泥可能污染地下水而且有恶臭，对此有人提出如下所述将污泥与垃圾一起焚烧，或将其投入气化炉使其热分解的方案。还有，用已有的垃圾焚烧炉混烧少量的脱水污泥是一直在使用的技术。
作为一个例子，专利文献2记载有在使用于废弃物的焚烧或热分解的流动炉中，通过改变与固体废弃物混烧的污泥的供给量，控制砂层的温度的技术。而在专利文献3记载的废弃物气化装置的情况下，用流动床式气化炉将污泥和污泥以外的废弃物混烧时，向炉子内提供例如木屑那样的高热量废弃物，保持所需要的发热量使其燃烧、热分解的技术。
专利文献1：中国专利申请公开第101434461号说明书;
专利文献2：日本特开平11-337036号公报;
专利文献3：日本特开2006-220365号公报。
发明内容
但是通常脱水污泥的含水率高达约80%，其水分的蒸发潜热大，而且脱水污泥的固体成分的粒径比破碎的垃圾小，在流动层气化、发热之前飞散的比例高。因此废弃物中污泥的比例如果高，则流动层的温度下降，可能难以维持热分解反应。
因此在已有的焚烧炉与垃圾混烧的污泥的比例通常为5%左右，实际上最多也只能够处理10%左右。还有，像上述专利文献3那样，木屑作为助燃材料使用是有效的，但是不见得像木屑那样的高热量废弃物能够确保与平常污泥的处理量平衡，因此不能不说这种技术缺乏实用性。例如在同时处理生活废弃物(0.8千克/人·日)与生活下水(300升/人·日)的脱水污泥的情况下，30万人口的都市同时处理240吨/日的废弃物与60吨/日的脱水污泥，即必须同时处理20%的污泥。
鉴于这样的情况，本发明的目的在于，提供即使是处理比以往包含更多高含水率脱水污泥的废弃物，也能够使气化炉的流动层温度维持于合适的温度范围的废弃物处理设备。
如上所述，本申请的发明人开发研究已有的水泥制造设备与相邻设置的废弃物处理设备之间的互惠关系而成立的系统，为了进一步改善该系统，继续锐意进行研究中，想到利用水泥制造设备的废热作为气化炉流动层维持温度用的热源，完成了本发明。
亦即本发明以与水泥制造设备相邻设置的废弃物处理设备为对象，具备使废弃物气化产生热分解气体的流动床式气化炉、将在所述气化炉产生的热分解气体在保持含有炭和灰分的情况下输送到从所述水泥制造设备的水泥预热器到分解炉之间的气体输送通道，以及利用所述水泥制造设备的废热使提供给所述气化炉的流动化空气升温的升温装置。
借助于这样的结构，对处理废弃物用的流动床式气化炉升温过的流动化空气，因此即使是废弃物中包含比较多的脱水污泥，也能够将气化炉的流动层的温度保持于合适的范围。流动化空气的升温由于利用水泥制造设备的废热，可以不消耗助燃材料或大大减少其消耗量，很适合环境保护。
而且在气化炉产生的热分解气体在保持含有炭和灰分的情况下利用气体输送通道输送到水泥预热器、分解炉，其燃烧产生的热被利用于水泥原料的预热和分解。脱水污泥产生的水蒸汽也与该热分解气体一起输送，与其一起，如上所述使用于流动化空气的升温的热量也被输送到水泥预热器和分解炉。
也就是说，水泥制造设备的废热被使用于气化炉的流动层的温度的维持后，再度与在该处产生的热分解气体等一起返回水泥制造设备。换句话说，通过将废弃物处理设备与水泥制造设备组合，能够有效利用水泥制造设备产生的热量，维持气化炉的流动层的温度，其结果是，能够将比以往多的污泥与垃圾等同时处理。
在上述废弃物处理设备中，最好是具备能够将脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物分别投入气化炉的投入装置。这样一来，不仅调整包含脱水污泥的废弃物的总投入量，而且调整发热量互不相同的脱水污泥和脱水污泥以外的其他废弃物中的某一种的投入量，改变两者的投入量的比例，也能够调整流动层的温度。特别是调整高含水率的脱水污泥的投入量是有效的。
还有，在这里所谓“投入量”是单位时间的投入量，所谓对其“进行调整”也意味着根据例如流动层的温度改变投入量的反馈控制外，预先调查脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物的发热量，设定脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物的投入量乃至于其比例这些运行条件，将流动层的温度维持于规定的范围内。
作为一个例子，例如，如果调整脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物的投入量的比例，以使得包含脱水污泥的全部废弃物的低位发热量为规定值(例如800～1200千卡/千克左右)以上，则能够由它们自己的燃烧确保热分解用的热量，可以不要提供助燃材料。
为此，在投入气化炉之前预先进行脱水污泥的成分分析等，求出其低位发热量加以存储。而且首先在气化炉中投入脱水污泥以外的废弃物，测定流动层的温度，根据该测定结果推定脱水污泥以外的废弃物的低位发热量。而且根据该推定值与上述存储的脱水污泥的低位发热量，调整脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物的投入量的比例，以使全部废弃物的低位发热量在所述规定值以上即可。
也可以那样调整投入量的比例，并且一边把脱水污泥和脱水污泥以外的废弃物投入气化炉一边测定流动层的温度，根据该测定结果改变脱水污泥的投入量，以此使流动层的温度接近目标值。通过改变高含水率的脱水污泥的投入量，能够迅速调整流动层的温度。
作为另一例子，首先一边把脱水污泥以外的废弃物投入气化炉一边测定流动层的温度，根据该测定结果调整上述废弃物(不包含脱水污泥)的投入量，以此使流动层的温度高于目标值。其后也可以一边把脱水污泥也投入气化炉一边测定流动层的温度，根据该测定结果调整脱水污泥的投入量，以此使流动层的温度为上述目标值。
那时候，脱水污泥以外的废弃物的投入量可以维持一定，也可以改变其投入量。又可以不调整脱水污泥的投入量，而代之以调整脱水污泥以外的废弃物的投入量。通常气化炉在空气比小于1的无氧状态下运行，因此如果使废弃物的投入量增大，则与其热容量相应，层温度降低。另一方面，如果增大流动化空气的供给量，作为燃烧更旺，层温度上升。
而且如上所述，在本发明中，由于利用水泥制造设备的废热使进入气化炉的流动化空气升温，通过调整该升温的程度、即调整提供给流动化空气的热量，也能够调整流动层的温度。也就是说，除了包含脱水污泥的废弃物的投入量外，通过调整流动化空气的供给量乃至于其温度等，也能够控制流动层的温度，因此在控制得到提高的同时，其自由度也高了。例如能够使气化炉内维持为负压、或合适地维持流动介质的流动化状态等，各种条件能够得到满足同时能够维持流动层于合适的温度。
但是如上所述将脱水污泥投入气化炉的流动层的情况下，如果大量将其投入一处，则在其附近会发生局部温度大幅度下降的情况，有可能热分解反应不能够发生。因此在使脱水污泥的投入比例增加的情况下，最好是脱水污泥从气化炉流动层的上方的多个地方分散投入所述流动层。如果这样做，能够方便对流动层的温度的控制，有利于将该温度维持于规定的范围。
而且即使是如上所述使流动化空气升温，仅此也不能够维持层温度的情况下，也可以具备向流动层提供助燃材料的燃料供给装置。如果这样做，则能够处理更多的脱水污泥，同时即使脱水污泥以外的废弃物是发热量比设想的发热量低的所谓低品位废弃物，也能够利用助燃材料的燃烧维持层温度。
具体地说，这样的助燃材料可以采用炭微粉那样的固体助燃材料，将其投入流动层上方的空塔部。在这种情况下，炭微粉颗粒如果过细，则会随着热分解气体的气流从气化炉排出，另一方面，如果颗粒过大则在流动层内立即下沉，也许不能够对燃烧作出充分的贡献。因此炭微粉的平均粒径最好是0.1～3mm左右。
还有，助燃材料不限于炭微粉，除此以外也可以是例如废轮胎、塑料、木片、炭、泥炭化合物等，只要是能够在流动层内燃烧的材料即可，不管其种类。
在上述废弃物处理设备中，也可以具备在将脱水污泥提供给气化炉之前，利用水泥制造设备的废热将其干燥的干燥装置。如果这样做，则能够提高包含脱水污泥的废弃物的发热量，有利于维持流动层的温度。由于脱水污泥的含水率低，将其投入时流动层的局部温度下降也得到抑制。
如上所述，如果采用本发明的废弃物处理设备，即使是在气化炉中处理的废弃物中大量包含高含水率的脱水污泥的情况下，也能够利用水泥制造设备的废热使流动化空气升温，借助于此，能够将流动层的温度维持于规定的范围。也就是说，在水泥制造设备中产生的热能够得到有效利用，在废弃物处理设备中能够在处理垃圾等的同时处理比以往多的脱水污泥。