CN104334971A - 焚烧炉的燃烧运转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种焚烧炉的燃烧运转方法，其将供给一次燃烧空气而发生燃烧的炉内的一次燃烧室整体作为燃烧空间来有效地利用。从位于焚烧炉内的底部具备的多个炉排中干燥用炉排上方的炉的顶壁，以及从相对炉内的垃圾的供给方向的下游侧的炉的后壁，供给从焚烧炉排出的废气，使其不直接接触炉底的炉排，并且吸引因燃烧产生的气体。

Description

焚烧炉的燃烧运转方法
技术领域
本发明涉及一种用于焚烧处理垃圾的焚烧炉的燃烧运转方法。
背景技术
一直以来，已知如下的焚烧炉，该焚烧炉将多个炉排以倾斜式或水平式设置于炉底部，从炉排下侧送入用于燃烧的一次空气，进一步将由垃圾燃烧产生的气体送至设置在其上部的二次燃烧室，向该二次燃烧室送入二次空气，在这里进行二次燃烧。
在专利文献1中记载了如下的焚烧炉的运转方法，在如上的焚烧炉中，能够将炉出口的废气温度调节至规定的温度范围内，而且具有高的氮氧化物限制效果，同时不用担心炉排等腐蚀。
在该运转方法中，将从焚烧炉排出且冷却的废气循环送入焚烧炉内部的炉排上部，通过送入焚烧炉的废气直接冷却燃烧火焰。即，废气向直接接触燃烧火焰的方向被送入。根据该运转方法，通过输送至焚烧炉内的废气，能够直接冷却焚烧火焰，而且包含燃烧气体的混合、搅拌效果，能够使燃烧气体缓慢地完全燃烧，因此，在能够将炉出口的废气温度调节至规定范围内的同时，能够良好地限制氮氧化物的生成。
此外，在专利文献2中记载了如下方法，设置配置在燃烧炉的前部炉壁上的废气喷嘴，将燃烧废气从干燥区侧送入火焰燃烧区侧；设置预先配置在燃烧炉的后部炉壁上的废气喷嘴，将燃烧废气从燃烧区侧送入火焰燃烧区侧；从各喷嘴以火焰燃烧区火焰的中心部为目标送入燃烧废气。
根据该方法，由于火焰中的热气温度、氧浓度降低，因此火焰温度降低，火焰部空间扩大。其结果，能够防止高热值燃料焚烧时熔渣向炉底、炉壁附着以及炉底炉壁的损伤，同时，随着火焰温度降低，能够限制NOx的生成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利公开昭和59-44513号公报
专利文献2:日本专利公告平成5-31045号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种焚烧炉的燃烧运转方法，其将供给一次燃烧空气而发生燃烧的炉内的一次燃烧室整体作为燃烧空间来有效地利用。
(二)技术方案
本发明人等发现，如果从炉内的特定位置供给再循环废气，由于再循环废气的吹出部附近的压力低于周围的压力，因此来自垃圾层的燃烧废气被吸引，其结果，能够将一次燃烧室整体作为燃烧空间来有效地利用，并完成了本发明。
即，本发明的焚烧炉的燃烧运转方法的特征在于，从位于焚烧炉内的底部具备的多个炉排中相对炉内的垃圾前进方向的上游侧的干燥用炉排上方的炉的顶壁，以及从相对炉内的垃圾的前进方向的下游侧的炉的后壁，供给从焚烧炉排出的废气，使其不直接接触炉底的炉排，并且吸引因燃烧产生的气体。
来自位于干燥用炉排上方炉顶壁的再循环废气供给方向，只要是不直接接触炉底的炉排，并且吸引因燃烧产生的气体这样的方向即可，但例如为相对水平方向向下15°～向上15°，优选为水平方向。此外，供给口可以位于多处，进而，可以从单段或2段等多段供给。
来自后壁的再循环废气供给方向，只要是不直接接触炉底的炉排，并且吸引因燃烧产生的气体这样的方向即可，但例如为水平方向～相对水平方向向上40°的方向，优选向上5～30°。此外，供给口可以位于多处，进而，可以从单段或2段等多段供给。
顶壁与后壁间的再循环废气的流量分配比例通常为50：50，但根据炉排上的垃圾的燃烧位置(火焰位置)来改变分配比例。
此外，本发明使上述焚烧炉的燃烧运转方法中，从干燥段上部顶壁及后壁供给的再循环废气的总量/炉出口的废气量×100所表示的废气再循环率高于15.0％。由此，能够进一步降低炉出口的NO浓度。
进而，本发明是如下的方法，在上述焚烧炉的燃烧运转方法中，从干燥段上部顶壁及后壁供给再循环废气，使其满足下述的全部必要条件，由此在一次燃烧室内形成循环流，
(1)从干燥段上部顶壁供给的再循环废气的供给角度小于干燥段上部顶壁的角度；
(2)来自干燥段上部顶壁的再循环废气的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置)与炉排间的距离h(垂直方向)为3500mm以下；
(3)从后壁供给的再循环废气的供给角度小于后燃烧段顶壁的角度；
(4)来自后壁的再循环废气的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置)与炉排间的距离h’(垂直方向)为700mm以上；
(5)后燃烧段顶壁与来自后壁的再循环废气的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最上段的位置)间的距离h”为150mm以上；
(6)调整来自两壁的再循环废气的供给位置及供给角度，使沿着来自干燥段上部顶壁的再循环废气供给方向的延长线与沿着来自后壁的再循环废气供给方向的延长线交叉的交点x，位于以沿着二次燃烧室的隔壁延长的垂直面为基准，比基准垂直面要靠近前壁侧；
(7)来自干燥段上段顶壁的再循环废气的气体流速为70m/s以下；
(8)关于来自后壁的再循环废气的气体流速，从后壁供给的再循环废气中，最快的再循环废气的流速为40～100m/s；以及
(9)废气再循环率高于15.0％。
由此，能够在一次燃烧室内形成循环流，能够得到进一步的NO减少效果。
(三)有益效果
本发明从位于焚烧炉内的底部具备的多个炉排中相对炉内的垃圾前进方向的上游侧的干燥用炉排上方的炉的顶壁，以及从相对炉内的垃圾的前进方向的下游侧的炉的后壁，供给从焚烧炉排出的废气，使其不直接接触炉底的炉排，并且吸引因燃烧产生的气体，因此，能够将供给一次燃烧空气而发生燃烧的炉内的一次燃烧室整体作为燃烧空间来有效地利用，并且，能够减少炉出口的氮氧化物。
附图说明
图1是表示用于焚烧城市垃圾等垃圾的焚烧炉的简略结构图。
图2是表示比较例1的再循环废气及二次空气的供给位置的图。
图3是表示比较例2-1及2-2的再循环废气及二次空气的供给位置的图。
图4是表示比较例3的再循环废气及二次空气的供给位置的图。
图5是表示实施例1-1及1-2的再循环废气及二次空气的供给位置的图。
图6是表示实施例2-1及2-2的再循环废气及二次空气的供给位置的图。
图7是表示实施例3-1及3-2的再循环废气及二次空气的供给位置的图。
图8是说明在实施方式2中，在一次燃烧室内形成循环流的状态的图。
图9是表示氧浓度与发生燃烧的临界温度之间关系的图表。
图10是表示实施例2-1、2-2、3-1、3-2的焚烧炉内的气体流通状况的图。
图11是表示比较例4-1～4-3的焚烧炉内的气体流通状况的图。
图12是用于说明实施方式3中为了形成循环流的必要条件的图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的焚烧炉的燃烧运转方法进行说明。
(实施方式1)
图1是表示用来焚烧城市垃圾等垃圾的焚烧炉的简略结构图。
焚烧炉(1)是供给一次空气的下部的一次燃烧室(2)与供给二次空气的上部的二次燃烧室(3)相连接的式样。
在一次燃烧室(2)的底部设有多个炉排(4)。在一次燃烧室(2)内，通过投入料斗(5)将应进行焚烧处理的垃圾运入炉内。因此，图示的一次燃烧室(2)的左侧是供给应进行焚烧处理的垃圾的一侧，附图中炉内左侧的炉排(4)作为干燥用炉排使用。
通过鼓风机(6)从各炉排(4)下方将用于燃烧的一次空气供给各炉排。
此外，在一次燃烧室(2)的上方，在位于干燥用的左侧炉排(4)上方的顶壁(7)，以及一次燃烧室(2)内的相对垃圾供给方向的下游侧的后壁(8)上，经多处设置有喷嘴(没有图示)。通过所述喷嘴，从二次燃烧室(3)排出的废气作为再循环废气供给一次燃烧室(2)内。所述喷嘴可以以任意角度向一次燃烧室(2)内供给再循环废气，但在本发明的方法中，如以下说明所述，使其不直接接触炉底的炉排(4)，并且吸引因燃烧产生的气体地进行供给。
以下，通过使用了通用软件Fluent版本6.3的热流体分析，计算出炉出口的NO生成量，因此作为实施例进行详细的说明。
(实施例)
1.计算条件
1.1计算对象炉
在本实施例中，将图1中简略表示的卧式炉排炉(水平ストーカ炉)(焚烧规模：150t/d)作为对象，对于改变了再循环废气的供给位置的条件进行计算。将比较例1、2-1、2-2、3-1及3-2，以及实施例1-1、1-2、2-1及2-2的共同的计算条件示于表1A，将比较例4-1、4-2及4-3，以及实施例3-1及3-2的共同的计算条件示于表1B。
表1A
※1废气再循环率＝100·再循环废气量/锅炉出口废气量
表1B
※1废气再循环率＝100·再循环废气量/锅炉出口废气量
(比较例1)
作为比较例1，以现有的方式供给再循环废气及二次空气。图2表示比较例1的再循环废气及二次空气的供给位置。在图中，下侧为再循环废气的供给口，上侧为二次空气的供给口。
(比较例2)
比较例2是除了比较例1的供给位置以外，还从一次燃烧室的后燃烧段上部顶壁供给再循环废气的情况。将比较例2的计算条件示于表2，关于比较例2-1及2-2，将再循环废气的供给位置示于图3。另外，关于二次空气的计算条件与比较例1相同。
表2
(比较例3)
比较例3是除了比较例1的供给位置以外，还从后壁供给再循环废气的情况。将比较例3的计算条件示于表3，将再循环废气的供给位置示于图4。
表3
(实施例1)
实施例1是从一次燃烧室的干燥段上部顶壁及后壁供给再循环废气的情况。将关于实施例1的再循环废气的计算条件示于表4，将再循环废气的供给位置示于图5。
表4
(实施例2)
实施例2是使一次燃烧室容积增加，从一次燃烧室的干燥段上部顶壁及后壁供给再循环废气的情况。将关于实施例2的一次燃烧室形状的计算条件示于表5，将关于再循环废气的计算条件示于表6，将再循环废气的供给位置示于图6。
表5
表6
(比较例1及比较例2的比较)
将比较例1～2的计算结果示于下述表7。
表7
※1O212％换算的干燥值。
(比较例1、比较例2-1及比较例2-2的比较)
随着将再循环废气的流量分配比(后燃烧段上部顶壁/出口)从0/100(比较例1)提高至40/60(比较例2-2)、50/50(比较例2-1)，炉出口的NO增加。这是由于从后燃烧段上部顶壁供给的再循环废气与一次燃烧室出口隔壁侧的二次空气合流，燃烧在该部分剧烈进行。
(总结)
如果从后燃烧段上部顶壁供给再循环废气，则与隔壁侧的二次空气相合，在其附近发生局部燃烧。因此，在该方式中不能实现炉出口NO的减少。
(比较例1、比较例3及实施例1的比较)
将比较例3、实施例1的计算结果示于下述表8。
表8
※1O212％换算的干燥值。
(比较例1、比较例3-1、及比较例3-2的比较)
随着将再循环废气的流量分配比(后壁/出口)从0/100(比较例1)提高至40/60(比较例3-2)、50/50(比较例3-1)，炉出口NO从108ppm减少至63ppm。这是由于通过从后壁供给再循环废气，来自垃圾层的燃烧废气吸引至后壁侧，其结果，使后燃烧后段上部的空间也作为燃烧空间而有效地利用。
(比较例1与实施例1-1的比较)
通过从干燥段上部顶壁和后壁供给再循环废气，炉出口NO减少至42ppm。这是由于来自垃圾层的燃烧废气吸引至干燥后段和后壁侧，使一次燃烧室整体作为燃烧空间而有效地利用。
(实施例1-1与实施例1-2的比较)
通过将分配比(干燥段上部顶壁/后壁)从50/50(实施例1-1)降低至40/60(实施例1-2)，来自垃圾层的燃烧废气容易吸引至后壁侧，一次燃烧室内温度上升，炉出口的NO也增加。
(总结)
如果对通过上述实施例1得到的结果进行总结，通过从后壁供给再循环废气，一次燃烧室内的燃烧被改善，炉出口NO减少。并且，通过还从干燥段上部顶壁供给再循环废气，一次燃烧室的燃烧空间被有效地利用，炉出口NO进一步减少。
(比较例1与实施例2的比较)
实施例2的计算结果如下述表9所示。
表9
※1O212％换算的干燥值。
(实施例2-1与实施例2-2的比较)
通过将再循环废气的比率从15％(实施例2-1)提高至20％(实施例2-2)，将燃烧废气吸引至干燥段侧和后壁侧的力变强，因此一次燃烧室出口的燃烧效率提高，二次燃烧室出口NO减少。其中，关于实施例2-1，炉出口NO减少至45ppm。此外，关于实施例2-2，虽然NH3被检测出10ppm左右，但炉出口NO为20ppm以下。
总结
如果使一次燃烧室容积增加，从干燥段上部顶壁和后壁以2段供给再循环废气，则与实施例1-1和实施例1-2相比，炉出口NO减少。但是，在从干燥段上部壁供给再循环废气时，如果来自前壁侧的喷流的影响变大，废气容易偏流，检测出二次燃烧室出口NH3。
(实施方式2)
在本实施方式2中，导出为了如图8所示的在一次燃烧室内形成循环流的条件，确认到在形成这样的循环流的条件下，能够得到更加良好的NO浓度降低效果。下面进行详细说明。
在图8中，如果来自一次燃烧室后部的燃烧气体被来自后壁的再循环废气吸引，并且满足其他规定的条件，则形成如图中(A)所示的循环流。来自一次燃烧室后部的可燃气体的NH3含量低，燃烧在低NH3下进行，此外，通过在这样条件下的燃烧，促进CO的燃烧。这样形成的循环流能够还原生成的NOx，同时使燃烧稳定化。另一方面，在干燥段侧形成的可燃气体被来自干燥段上部顶壁的再循环废气吸引，形成如图中(B)那样的可燃气体的气流。该可燃气流虽然含有大量NH3，会残留一定程度的NH3量，但有助于在转移至二次燃烧室时还原残留的NOx。
这里，虽然再循环废气中的氧浓度低，但如图9所示，即使在氧浓度低的情况下，如果是大于1100K的温度条件，则进入可燃区域，能够使其燃烧，通过循环流的形成，能够使一次燃烧室内整个区域的温度分布成为高温，因此再循环废气中氧浓度低不会成为问题。
为了计算出在一次燃烧室内形成循环流，并且对炉出口的NO浓度降低及二次燃烧室出口的CO及NH3浓度降低有效的条件，将关于再循环气体的计算条件示于下述表10。此外，图7表示实施例3-1及3-2的再循环废气及二次空气的供给位置。
表10
实施例2-1～2-2、3-1是垃圾的主燃烧位置位于炉排上通常位置的情况，实施例3-2及比较例4-1～4-3是垃圾的主燃烧位置位于略微靠前的情况。
实施例2-1的废气再循环率为15.0％，与此相对，实施例2-2、3-1是高于其的值。
此外，在实施例2-2、3-1、3-2中，各自的来自干燥段上部顶壁的再循环废气的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置)与炉排间的距离h(垂直方向)为3500mm以下，与此相对，在比较例4-1中，该距离为3669mm。
此外，在实施例2-2、3-1、3-2中，各自的来自后壁的再循环气体的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置)与炉排间的距离h’(垂直方向)为700mm以上，与此相对，在比较例4-2中，该距离为663mm。
进而，在实施例2-2、3-1、3-2中，调整来自各壁的再循环废气的供给位置及角度，使各自的沿着来自干燥段上部顶壁的再循环废气供给方向的延长线与沿着来自后壁的再循环废气供给方向的延长线交叉的点，位于以沿着二次燃烧室的隔壁延长的垂直面为基准，比基准垂直面要靠近前侧，即靠近前壁。与此相对，在比较例4-3中，调整来自各壁的再循环废气的供给位置及角度，使来自后壁的再循环废气的供给位置为高于实施例2-2、3-1、3-2的位置，由此，该交差点以沿着隔壁延长的垂直面为基准，位于比基准垂直面要靠近后部侧。
下述表11表示对实施例2-1、2-2、3-1、3-2及比较例4-1～4-3的数值分析结果，图10表示实施例2-1、2-2、3-1、3-2的焚烧炉内的气体流通状况，图11表示比较例4-1～4-3的焚烧炉内的气体流通状况。
表11
※1O212％换算的干燥值。
在实施例2-1中，没有形成循环流，NO浓度也高。认为这是由于废气再循环率低造成的。
在实施例2-2中，废气再循环率高于实施例2-1，形成了循环流。虽然NH3高达10ppm，但CO浓度及NO浓度均变低。
另外，由于上述实施例2-1及2-2与实施方式1中记载的实施例2-1及2-2同样地供给再循环废气，因此以实施例2-1及2-2进行表示，但如果从没有形成循环流的观点考虑，则本实施方式2中，使实施例2-1为比较例，实施例2-2具有作为实施例的意义。
在实施例3-1中，废气再循环率进一步高于实施例2-2，形成了循环流。CO浓度、NH3浓度及NO浓度均变低。
在实施例3-2中，虽然垃圾的主燃烧位置向比实施例3-1靠前的位置移动，但在这种情况下，通过形成有循环流，将CO、NH3及NO的浓度均限制为低。
在比较例4-1中，虽然形成有循环流，但被从干燥段上部顶壁供给的再循环废气吸引的燃烧废气几乎没有，NO浓度变高。
在比较例4-2中，不形成循环流，CO及NH3浓度高。
在比较例4-3中，通过使来自后壁的再循环废气的供给位置为高于实施例2-2、3-1、3-2的位置，沿着从干燥段上部顶壁供给的再循环废气供给方向的延长线与沿着从后壁供给的再循环废气供给方向的延长线交叉的点，位于比沿着隔壁延长的垂直面靠近后侧。在这种情况，虽然形成有循环流，但由于来自后壁的供给位置远离炉排，燃烧废气容易吸引至干燥段上部顶壁的供给位置，来自前侧的通过量增加，因此CO、NH3浓度变高。
基于由如上所示的实施例2-1、2-2、3-1、3-2及比较例4-1～4-3得到的结果，对每个要素分别求出为了在一次燃烧室内产生循环所必要的条件。下面说明其详细内容。图12中表示出付与下述说明中的要素的标记(a、b等)的位置。
(1)从干燥段上部顶壁供给的再循环废气的角度
从干燥段上部顶壁供给的再循环废气的供给角度a小于干燥段上部顶壁的角度b(a<b)。这里，在干燥段上部顶壁的角度为水平的情况下，角度a比水平向下。
其理由是为了避免从干燥段上部顶壁供给的再循环废气的气流受到顶壁的影响而衰减。
(2)来自干燥段上部顶壁的再循环废气的供给位置
来自干燥段上部顶壁的再循环废气的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置)与炉排间的距离h(垂直方向)为3500mm以下。其基于实施例2-2、3-1、3-2和比较例4-1的数值分析结果。
(3)从后壁供给的再循环废气的角度
从后壁供给的再循环废气的供给角度c小于后燃烧段顶壁的角度d(c<d)。
其理由是为了避免从后壁供给的再循环废气的气流受到顶壁的影响而衰减。
(4)来自后壁的再循环废气的供给位置
来自后壁的再循环废气的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置)与炉排间的距离h’(垂直方向)为700mm以上。其基于实施例2-2、3-1、3-2和比较例4-2的数值分析结果。
(5)后燃烧段顶壁与来自后壁的再循环废气的供给位置间的距离
如图12b所示，后燃烧段顶壁与来自后壁的再循环废气的供给位置(在供给位置成为多段的情况下，为最上段的位置)间的距离h”为150mm以上。
其理由是为了避免从后壁供给的再循环废气的气流受到顶壁的影响而衰减。
(6)沿着来自干燥段上部顶壁的再循环废气供给方向的延长线与沿着来自后壁的再循环废气供给方向的延长线交叉的点的位置
调整来自两壁的再循环废气的供给位置及供给角度，使两延长线交叉的交点x位于以沿着二次燃烧室的隔壁延长的垂直面为基准，比基准垂直面要靠近前壁侧。其基于实施例2-2、3-1、3-2和比较例4-3的数值分析结果。
(7)来自干燥段上段顶壁的再循环废气的气体流速
为70m/s以下。这是由于在大于70m/s的情况下，大量的热分解气体被来自干燥段上部顶壁的再循环废气吸引，来自前侧的未燃气体通过量增加。
(8)来自后壁的再循环废气的气体流速
从后壁供给的再循环废气中，最快的再循环废气的流速为40～100m/s。为了形成循环流，必须为40m/s以上。上限100m/s是出于设备制约上的观点而得出的。
(9)废气再循环率
必须高于15.0％。其基于实施例2-2、3-1、3-2和比较例2-1的数值分析结果。
通过满足上述(1)～(9)的全部必要条件，能够在一次燃烧室形成循环流。

Claims (3)

1.一种焚烧炉的燃烧运转方法，其特征在于，从位于焚烧炉内的底部具备的多个炉排中干燥用炉排上方的炉的顶壁，下称干燥段上部顶壁，以及从相对炉内的垃圾的供给方向的下游侧的炉的后壁，供给从焚烧炉排出的废气，下称再循环废气，使其不直接接触炉底的炉排，并且吸引因燃烧产生的气体。
2.根据权利要求1所述的焚烧炉的燃烧运转方法，其特征在于，来自位于干燥用炉排上方炉顶壁的再循环废气供给方向，为相对水平方向向下15°～向上15°，来自后壁的再循环废气供给方向为水平方向～相对水平方向向上40°的方向。
3.根据权利要求1或2所述的焚烧炉的燃烧运转方法，其特征在于，从干燥段上部顶壁及后壁供给再循环废气，使其满足下述的全部必要条件，由此在一次燃烧室内形成循环流，
(1)从干燥段上部顶壁供给的再循环废气的供给角度小于干燥段上部顶壁的角度；
(2)来自干燥段上部顶壁的再循环废气的供给位置与炉排间的距离h为3500mm以下，其中，在所述供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置，所述距离h为垂直方向；
(3)从后壁供给的再循环废气的供给角度小于后燃烧段顶壁的角度；
(4)来自后壁的再循环废气的供给位置与炉排间的距离h’为700mm以上，其中，在所述供给位置成为多段的情况下，为最下段的位置，所述距离h’为垂直方向；
(5)后燃烧段顶壁与来自后壁的再循环废气的供给位置间的距离h”为150mm以上，其中，在所述供给位置成为多段的情况下，为最上段的位置；
(6)调整来自两壁的再循环废气的供给位置及供给角度，使沿着来自干燥段上部顶壁的再循环废气供给方向的延长线与沿着来自后壁的再循环废气供给方向的延长线交叉的交点x，位于以沿着二次燃烧室的隔壁延长的垂直面为基准，比基准垂直面要靠近前壁侧；
(7)来自干燥段上段顶壁的再循环废气的气体流速为70m/s以下；
(8)关于来自后壁的再循环废气的气体流速，从后壁供给的再循环废气中，最快的再循环废气的流速为40～100m/s；以及
(9)废气再循环率高于15.0％。
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