CN102141251B - 燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种燃烧装置，能够减少燃烧废气中含有的煤尘、以及NOx或一氧化二氮。该燃烧装置具有：纵型双层筒状的炉体，具有规定燃烧空间的外筒和内筒；上级燃烧器，使热解气体在燃烧空间内与一次燃烧空气混合燃烧；对上级燃烧器供给热解气体的线路；对上级燃烧器供给一次燃烧空气的线路；下级燃烧器，配置在比上级燃烧器靠下方，喷射二次燃烧空气，使燃烧空间内的未燃烧气体与该二次燃烧空气混合燃烧；以及对下级燃烧器供给二次燃烧空气的线路。内筒的下端开口，形成将来自燃烧空间的燃烧废气排出的流路。上级燃烧器具有在外筒的上部内周壁上开口的第1燃烧口，以沿外筒的上部内周壁的周向喷射热解气体和一次燃烧空气，在燃烧空间内形成回转流。

Description

燃烧装置

本申请基于日本专利申请2010-20637(申请日：2010年2月1日)，从该申请享受优先权。本申请通过参照该申请而包括该申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及在处理有机性废弃物的废弃物处理系统中使用的燃烧装置。

背景技术

处理脱水污泥等的有机性废弃物的废弃物处理系统，将有机性废弃物在热解炉内以低氧状态热解，将热解气体和热解残渣排出。被从热解炉排出的热解气体是可燃性的，所以热解气体被作为燃烧装置的热源使用。

在JP、P2007-270018A中记载的废弃物处理系统中，在有机性废弃物中含有灰分的情况下，在使有机性废弃物燃烧或热解时，产生很多煤尘。随着时间推移，煤尘附着堆积在用热设备上，用热设备的热传导率下降。因此，用热设备的热效率分别下降。此外，在有机性废弃物中含有有机氮的情况下，燃烧废气中的作为大气污染物质的NOx增加，或者如果燃烧温度较低，则生成作为温室效应气体的一氧化二氮。

在JP、P2004-205161A或JP、P2006-207840A中记载的燃烧装置作为减少NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体的方法而采用二级燃烧方式。但是，这些二级燃烧方式的燃烧装置不能解决煤尘附着于用热设备等的内壁上的问题。因此，使用将附着在用热设备等的内壁上的煤尘机械性除去的方法。煤尘的机械性除去机构由于设备成本及维护成本都较高，所以导致系统整体的成本增大。

发明内容

本发明要解决的课题是提供一种能够减少NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体、并且能够减少在排出的燃烧废气中含有的煤尘量的燃烧装置。

实施例涉及的燃烧装置，使在将有机性废弃物热解的废弃物处理系统的热解炉中产生的可燃性的热解气体燃烧，具备：纵型双层筒状的炉体，具有规定用来使热解气体燃烧的燃烧空间的外筒和内筒，内筒形成从燃烧空间排出燃烧废气的流路；上级燃烧器，对燃烧空间内喷射热解气体和一次燃烧空气，使热解气体与一次燃烧空气混合燃烧；热解气体供给线路，对上级燃烧器供给热解气体；一次燃烧空气供给线路，对上级燃烧器供给一次燃烧空气；下级燃烧器，配置在比上级燃烧器靠下方，对燃烧空间内喷射二次燃烧空气而使燃烧空间内的未燃烧气体与二次燃烧空气混合燃烧；以及二次燃烧空气供给线路，对下级燃烧器供给二次燃烧空气；上级燃烧器具有沿外筒的上部内周壁的周向喷射热解气体和一次燃烧空气的、在外筒的上部内周壁上开口的第1燃烧口。

根据上述结构，能够减少在从燃烧装置排出的燃烧废气中含有的煤尘量。

附图说明

图1是表示具有有关第1实施例的燃烧装置的废弃物处理系统的结构框图。

图2A～图2D分别是表示将相对于外筒的安装位置进行各种改变的二级燃烧器的横截面图。

图3是表示有关第2实施例的燃烧装置的内部透视示意图。

图4是表示有关第3实施例的燃烧装置的内部透视示意图。

图5是表示具有有关第4实施例的燃烧装置的废弃物处理系统的结构框图。

图6是表示有关第4实施例的燃烧装置的内部透视示意图。

图7是表示冷却空气导入管的安装位置的一例的横截面图。

具体实施方式

在实施例的燃烧装置中，二级燃烧方式的炉体为纵型。通过将炉体做成由外筒和内筒构成的双层筒构造，形成纵筒形状的燃烧空间。进而，通过使从上下二级的燃烧器向燃烧空间的气体喷射方向为外筒的内周壁的周向，在燃烧空间内产生燃烧废气的回转流。如果对这样的纵筒形状的燃烧空间从上下二级的燃烧器喷射气体，则形成燃烧废气一边回转一边下降的所谓螺旋状的气体流。如果在燃烧废气上作用有离心力，则比重比燃烧废气大的煤尘在燃烧空间的周缘部流动，附着在外筒的内周壁上，从燃烧废气分离煤尘。通过这样的离心分离作用，将煤尘从燃烧废气高效率地分离。因而，根据实施例的燃烧装置，能够减少燃烧废气中含有的煤尘量。而且如果煤尘的附着量增加，则附着并堆积的煤尘通过自重而从内周壁剥落，将剥落的煤尘从燃烧装置的下部回收。在煤尘剥落后的内周壁上再次附着煤尘，如果煤尘的附着量增加，则其在自重下自然剥落。这样，根据实施例的燃烧装置，通过燃烧废气中的煤尘的附着→剥离落下→附着的循环，从燃烧废气中将煤尘高效率地分离回收。

在实施例中，外筒的下部为了使在燃烧空间内回转下降的燃烧气体流的角速度增大，优选地形成为随着向下方行进而直径逐渐减小的倒圆锥形。

根据实施例，由于将外筒的下部形状做成倒圆锥形，所以燃烧废气的回转流随着在燃烧空间中下降而回转流的角速度变大，离心力增大。因此，能够从燃烧废气将煤尘更高效率地分离。

在实施例中，优选的是，下级燃烧器具有在比第1燃烧口靠下方的位置在外筒的上部内周壁上开口的第2燃烧口，以沿外筒的上部内周壁的周向喷射气体而在燃烧空间内形成燃烧废气的回转流。

有用来使燃烧废气中的NOx、一氧化二氮、未燃烧气体减少的空气比及燃烧温度的要求、与用来进行煤尘的分离的流速的要求不一致的情况。因此，仅通过1级的燃烧器难以同时实现燃烧效率的提高和煤尘的分离效率的提高。所以，在实施例中，从下级燃烧器的第2燃烧口使二次燃烧空气沿外筒的内周壁的周向喷射。因而，在一次燃烧后的未燃烧气体中混入二次燃烧空气而燃烧效率提高，NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体减少。此外，回转流的角速度增大，由此，将煤尘分离的效率提高。所谓内周壁的周向，是内切切线方向。在此情况下，作为二次燃烧空气也可以使用使从用热设备的下游回流的燃烧废气。

在实施例中，优选的是，还具备冷却气体注入管，该冷却气体注入管具有在比下级燃烧器的第2燃烧口靠下方的位置在外筒的内周壁上开口的气体注入口。

配置在燃烧装置的上游侧的热解炉使用高温空气将有机性废弃物热解。代替高温空气而使用高温水蒸气也能够将有机性废弃物热解。也有通过在高温水蒸气的存在下间接地将有机性废弃物加热而将有机性废弃物热解的情况。有机性废弃物中含有的PCB(多氯联苯)或二噁英类等的有害污染物质是在较低的加热温度下难以分解的难分解物质。PCB或二噁英类随着温度的上升而分解率也逐渐上升，但不能100％完全分解，极微量在未分解的状态下残留。在实施例中，为了使这样的高温的热解气体在燃烧装置内进一步一次燃烧及二次燃烧，燃烧废气为900℃以上、进而950℃以上或1000℃以上的高温。因此，容易发生燃烧装置的一部分局部地变为高温、发生温度分布的不均匀等的不良状况。因此，燃烧装置的运转操作的控制较困难。为了防止这样的温度分布的不均匀的发生，可以考虑向燃烧空间注入冷却气体、将高温的燃烧废气稀释而使温度下降的对策。

根据实施例，从冷却气体注入管作为冷却气体而将从用热设备的下游回流的温度已下降的燃烧废气在未燃烧气体的燃烧后的区域中沿外筒的内周壁的周向注入。由此，高温的二次燃烧废气被低温的燃烧废气稀释。由此，防止燃烧空间的下部区域中的过热。此外，通过燃烧废气的流速进一步增大，煤尘的分离效率提高。

在实施例中，优选的是，还具有与外筒的下部连通的煤尘回收容器。

根据实施例，如果附着煤尘、即煤尘块成长而其厚度增加，则通过自重而煤尘块从外筒的内周壁剥落，剥落的煤尘块自然下落到煤尘回收容器之中。因此，不再需要刮板装置等的机械性除去机构。

在实施例中，优选的是内筒与外筒同轴地配置在外筒中，以使从外筒到内筒的半径方向的距离遍及整周实质上均等。

根据实施例，如果将内筒与外筒同轴地配置在外筒中，则燃烧空间的半径方向的距离、即宽度变得均匀。由此，燃烧废气流不产生紊流而平滑地一边回转一边下降，所以煤尘的分离回收效率提高。

以下，参照附图说明各种实施例。

(第1实施例)

参照图1和图2说明第1实施例的燃烧装置。

图1所示的实施例的废弃物处理系统1具备热解炉3、燃烧装置4、用热设备5及煤尘回收容器6。该处理系统1的系统内被配置在下游侧的、未图示的单个或多个鼓风机吸引排气。此外，处理系统1的整体由未图示的过程控制计算机综合管理、控制。热解炉3将有机性废弃物在高温的还原性气体环境下热解。燃烧装置4使在热解炉3中产生的可燃性的热解气体燃烧。用热设备5利用从燃烧装置4排出的高温的燃烧废气。以下，说明废弃物处理系统1的各构成单元。

热解炉3是具有被旋转驱动的中空炉室31和将其加热的加热套32的回转炉方式或螺旋给料方式的横置型的装置。中空炉室31具有中空圆筒状的耐火材料壁及给料螺杆，由未图示的旋转驱动机构可旋转地支承。有机性废弃物被从未图示的供给源经由废弃物供给线路L1供给到中空炉室31的中空部中，给料螺杆向正向旋转而将有机性废弃物沿轴向输送。废弃物供给线路L1包括例如带式输送机、计量器、喷射器及料斗。中空炉室31内的有机废弃物被通过加热套32的载热体加热，分解为热解气体和热解残渣物。中空炉室31的下游侧的端部、即出口端部经由热解气体线路L2连接在燃烧装置4的上级燃烧器43上，将热解气体经由热解气体线路L2排出。此外，在中空炉室31的下游侧的适当处设有炭化物排出线路L5，经由炭化物排出线路L5将作为热解后的残渣的炭化物从中空炉室31排出。

加热套32是包围中空炉室31的至少一部分的套容器。载热体供给管33和载热体排出管34连接在加热套32上。从未图示的载热体供给源经由载热体供给管33，作为载热体而将高温的空气、例如400～600℃的干燥空气供给到加热套32内。在将中空炉室31内的有机废弃物加热后，将载热体经由载热体排出管34从加热套32排出。另外，也可以将载热体供给管33和载热体排出管34用返回线路连接而形成循还回路，将使用完的载热体再利用。另外，作为热解炉3的热源，可以使用电阻加热装置或燃烧加热装置等的公知的通用加热装置。从经济性的观点看，燃烧加热装置是最优选的。此外，在未图示的温度测量装置中使用热电偶等的公知的通用计测仪器。

燃烧装置4具有具备火焰喷射方式的上下二级的燃烧器43、44的纵型的炉主体。燃烧装置4的炉主体呈由同轴配置的外筒41及内筒42构成的双层圆筒形。在外筒41与内筒42之间形成有燃烧空间40。炉主体的上部被盖45封闭。内筒42在下端具有开口42a，上端部贯通盖45而连通到燃烧废气线路L3。内筒42形成将燃烧废气从燃烧空间40排出的流路。燃烧废气一边在燃烧空间40中回转一边下降，从内筒的下端开口42a通过内筒42的内部流路、再通过连接在上端上的燃烧废气线路L3被输送给用热设备5。

上下二级的炉43、44分别具有在外筒41的上半部贯通外筒41而在外筒41的内周壁上开口的第1及第2燃烧口43a、44a。上级燃烧器43经由热解气体线路L2向热解炉3的中空炉室31连接，被从热解炉3供给可燃性的热解气体。此外，上级燃烧器43与一次燃烧空气供给线路L6连接，被供给一次燃烧空气。如果从上级燃烧器43将一次燃烧空气与热解气体一起同时喷射，则两者混合而燃烧。

另一方面，下级燃烧器44与二次燃烧空气供给线路L7连接，被供给二次燃烧空气。如果从下级燃烧器44喷射二次燃烧空气，则在上级燃烧器43中一次燃烧后的热解气体中的未燃烧部分的气体被与二次燃烧空气混合而燃烧。因而，NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体减少。

用热设备5的入口连接在燃烧废气线路L3上，出口连接在低温燃烧废气线路L4上。用热设备5的主体具有能够与燃烧废气热交换的热交换介质通流的流路。作为用热设备5可以使用例如废热锅炉。

煤尘回收容器6安装在燃烧装置4的下部。煤尘回收容器6具备为了将在燃烧装置4的燃烧反应中产生的煤尘回收而连通到燃烧空间40的开口40a。在燃烧装置4中被从燃烧废气分离的煤尘通过开口40a而沉降到回收容器6内，或者附着在外筒41的内周壁上之后通过自重而从壁面剥落，向回收容器6之中落下。另外，也可以在燃烧装置4与煤尘回收容器6之间的开口40a处安装未图示的调节阀，通过将该调节阀定期地开闭、或者根据运转状况临时开闭来回收煤尘。

参照图2，对燃烧装置的二级燃烧器的结构和作用详细地说明。

上下二级的燃烧器43、44为了使热解气体中的没有一次燃烧的未燃烧部分在二次燃烧中完全燃烧，在装置的轴向、即垂直方向上离开规定的距离而安装在外筒41上。外筒41的周向上的燃烧器43、44的安装位置即方位比较自由。如图2A～图2D所示，可以将燃烧器43、44的位置各种各样地配置。例如如图2A所示，上级燃烧器43和下级燃烧器44也可以上下重合那样以相同的方位安装。从第1燃烧口43a的燃烧喷射和从第2燃烧口44a的燃烧喷射是相同的方位。此外，如图2B所示，也可以在从上级燃烧器43的安装方位向顺时针错移90°的方位安装下级燃烧器44。从第2燃烧口44a的燃烧喷射相比从第1燃烧口43a的燃烧喷射延迟90°。此外，如图2C所示，也可以在从上级燃烧器43的安装方位向顺时针错移180°的方位安装下级燃烧器44。从第2燃烧口44a的燃烧喷射相比从第1燃烧口43a的燃烧喷射延迟180°。进而，如图2D所示，也可以在从上级燃烧器43的安装方位向顺时针错移270°的方位安装下级燃烧器44。从第2燃烧口44a的燃烧喷射相比从第1燃烧口43a的燃烧喷射延迟270°。

在上下二级的燃烧器43、44以图2A～图2D的任一个方位安装的情况下，都从第1燃烧口43a将热解气体和一次燃烧空气向内切于外筒41的内周壁的顺时针方向的切线方向喷射，此外，从第2燃烧口44a将二次燃烧空气向内切于外筒41的内周壁的顺时针方向的切线方向喷射。因此，在燃烧空间40内，燃烧废气向图中的顺时针方向回转。

在本实施例中，燃烧废气一边在燃烧空间40中回转一边下降，从内筒的下端开口42a通过内筒42的内部流路、再通过燃烧废气线路L3而被输送给用热设备5。如果在燃烧废气上作用离心力，则比燃烧气体比重大的煤尘在燃烧空间的周缘部流动，附着在外筒41的内周壁上，被从燃烧废气分离。通过这样的离心分离作用煤尘被从燃烧废气高效率地分离。因而，根据实施例的燃烧装置，能够减少燃烧废气中含有的煤尘量。此外，附着在比其靠下游侧的用热设备上的煤尘减少，用热设备的热利用效率提高。进而，从下级燃烧器44喷射二次燃烧空气，将在上级燃烧器43中一次燃烧后的热解气体中的未燃烧部分的气体与二次燃烧空气混合而燃烧，所以NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体减少。此外，根据实施例的燃烧装置，如果煤尘的附着量增加，则附着并堆积的煤尘通过自重从内周壁剥落，剥落的煤尘被从燃烧装置的下部回收。在煤尘剥落后的内周壁上再次附着煤尘。如果煤尘的附着量增加，则煤尘通过自重而自然剥落。这样，第1实施例的燃烧装置4能够将从燃烧废气分离的煤尘高效率地回收。

(第2实施例)

接着，参照图3说明第2实施例。另外，省略与第1实施例共通的部分的说明。

本实施例的燃烧装置4A在装置的下部不具备图1所示的煤尘回收容器6。燃烧装置4A具备将外筒41的下端开口堵塞的底盖49。底盖49能够开闭。

在本实施例的燃烧装置中，煤尘60附着在外筒41的内周壁上，最终从壁面剥落而堆积在底盖49上。将底盖49定期打开，将堆积的煤尘60从外筒41中回收。

根据本实施例，带有底盖49的外筒41作为煤尘回收容器发挥功能。因而，燃烧装置4A不另外需要煤尘回收容器，所以燃烧装置4A成为小型的。此外，本实施例的燃烧装置4A与第1实施例的燃烧装置4同样，能够从燃烧废气高效率地分离煤尘，能够将煤尘高效率地回收。因而，从燃烧装置4A排出的燃烧废气中含有的NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体减少，并且煤尘量减少。此外，附着在比其靠下游侧的用热设备上的煤尘减少，用热设备的热利用效率提高。

(第3实施例)

接着，参照图4说明第3实施例。另外，省略与上述各实施例共通的部分的说明。

在本实施例的燃烧装置4B中，外筒的下半部的形状是倒圆锥筒状。即，外筒的上半部41a的形状是圆筒状。外筒的下半部41b的形状是倒圆锥状，进而外筒的最下部41c是小圆筒状。最下部41c为排出部。倒圆锥筒状的外筒的下半部41b随着向下方行进而内径逐渐变小。内筒的下端开口42a位于倒圆锥筒状的外筒的下半部41b。此外，外筒的最下部41c即排出部在下端具有开口41d。排出部的开口41d连通到未图示的煤尘回收容器。

在本实施例的燃烧装置4B中，煤尘60附着在倒圆锥筒状的外筒的下半部41b的内周壁上，从壁面剥落，通过作为排出部的最下部41c的开口41d而下落到未图示的回收容器中。

根据本实施例，由于外筒的下半部的形状是倒圆锥筒状，所以随着燃烧废气的回转流在燃烧空间中下降，燃烧废气的回转流的角速度变大，离心力增大。因此，实施例的燃烧装置4B能够从燃烧废气更高效率地分离煤尘，能够将煤尘高效率地回收。因而，从燃烧装置4B排出的燃烧废气中含有的NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体减少，并且煤尘量进一步减少。附着在比其靠下游侧的用热设备上的煤尘减少，用热设备的热利用效率提高。

(第4实施例)

接着，参照图5～图7说明第4实施例。另外，省略与上述各实施例共通的部分的说明。在图5中表示本实施例的废弃物处理系统1C。

本实施例的燃烧装置4C具有安装在外筒的倒圆锥筒状部上的冷却气体注入管46。来自用热设备5的出口侧的废气体循还线路L4连接在冷却气体注入管46上。从用热设备5出来的使用完的低温燃烧废气被从冷却气体注入管46注入到燃烧空间40的下部中。

有用来减少燃烧废气中的NOx、一氧化二氮、未燃烧部分的空气比及燃烧温度的要求、与用来进行煤尘的分离的流速的要求不一致的情况。在此情况下，通过使其他流体混入到二次燃烧后的燃烧废气中而使流速增大，提高分离煤尘的效率。在作为混入的流体而使用通过了用热设备的低温燃烧废气的情况下，与利用空气的情况相比热效率提高。

热利用后的低温燃烧废气的温度处于100℃以上350℃以下的范围内。低温燃烧废气经由作为低温燃烧废气线路的废气体循还线路L4被从冷却气体导入管46导入到燃烧空间40中。

本实施例的燃烧装置从冷却气体注入管46作为冷却气体而将热利用后的低温燃烧废气在未燃烧气体燃烧后的区域中沿外筒的内周壁的周向注入。根据本实施例的燃烧装置，通过将高温的二次燃烧废气用低温的冷却气体稀释，防止燃烧空间的下部区域中的过热。此外，燃烧废气的流速进一步增大，煤尘的分离效率提高，能够将煤尘高效率地回收。因而，从燃烧装置4C排出的燃烧废气中含有的NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体减少，并且煤尘量减少。附着在比其靠下游侧的用热设备上的煤尘减少，用热设备的热利用效率提高。

根据以上所述的至少一个实施例的燃烧装置，从燃烧装置排出的燃烧废气中含有的NOx或一氧化二氮、或未燃烧气体减少，并且能够减少煤尘量。

说明了本发明的几个实施例，但这些实施例是作为例子提示的，并不意味着限定发明的范围。这些新的实施例能够以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施例及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在与权利要求书中记载的发明等同的范围中。

Claims (10)

1.一种燃烧装置，使在将有机性废弃物热解的废弃物处理系统的热解炉中产生的可燃性的热解气体燃烧，其特征在于，具备：

纵型双层筒状的炉体，具有规定用来使上述热解气体燃烧的燃烧空间的外筒和内筒，上述燃烧空间形成于外筒与内筒之间，上述内筒形成从上述燃烧空间排出燃烧废气的流路；

上级燃烧器，对上述燃烧空间内喷射上述热解气体和一次燃烧空气，使上述热解气体与上述一次燃烧空气混合燃烧；

热解气体供给线路，对上述上级燃烧器供给上述热解气体；

一次燃烧空气供给线路，对上述上级燃烧器供给上述一次燃烧空气；

下级燃烧器，配置在比上述上级燃烧器靠下方，对上述燃烧空间内喷射二次燃烧空气而使上述燃烧空间内的未燃烧气体与上述二次燃烧空气混合燃烧；以及

二次燃烧空气供给线路，对上述下级燃烧器供给上述二次燃烧空气；

上述上级燃烧器具有沿上述外筒的上部内周壁的周向喷射上述热解气体和一次燃烧空气的、在上述外筒的上部内周壁上开口的第1燃烧口。

2.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，

上述外筒的下部的形状是直径逐渐减小的倒圆锥状。

3.如权利要求1或2所述的燃烧装置，其特征在于，

上述下级燃烧器具有沿外筒的上部内周壁的周向喷射上述二次燃烧空气的、在比上述第1燃烧口靠下方的位置在上述外筒的上部内周壁上开口的第2燃烧口。

4.如权利要求3所述的燃烧装置，其特征在于，

还具备冷却气体注入管，该冷却气体注入管具有在比上述下级燃烧器的第2燃烧口靠下方的位置在上述外筒的内周壁上开口的气体注入口。

5.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，

上述上级燃烧器及上述下级燃烧器设在上述外筒的上半部。

6.如权利要求2所述的燃烧装置，其特征在于，

上述外筒的下半部的形状被设为倒圆锥状。

7.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，

在上述外筒的下部，还具有与上述燃烧空间连通的煤尘回收容器。

8.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，

上述内筒与上述外筒同轴配置。

9.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，

在上述外筒的下部，还具有可开闭的盖。

10.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，

上述内筒将上述燃烧废气从下端导入，将上述燃烧废气从上端排出。

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