CN1062199A

CN1062199A - 抑制垃圾焚烧炉产生未燃烧部分的方法及垃圾焚烧炉

Info

Publication number: CN1062199A
Application number: CN91110930A
Authority: CN
Inventors: 关口善利; 佐佐木邦夫; 冲上升; 滨道孝平; 家山一夫; 近藤守
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1992-06-24
Also published as: EP0487052B1; DE69124666D1; US5313895A; DE69124666T2; EP0487052A3; ATE148938T1; KR960002751B1; DK0487052T3; EP0487052A2; KR920010208A

Abstract

抑制垃圾焚烧炉产生未燃烧部分的方法，是靠在垃圾焚烧炉燃烧室的周壁上设置喷嘴实现的，喷嘴向燃烧室内喷射从空气、水、水蒸气、惰性气体、以及燃烧排气中选出的至少一种混合用流体，并使其在燃烧室内产生该流体的涡流。在此垃圾炉焚烧垃圾时，由喷嘴向燃烧室喷射上述混合用流体。这样就使燃烧室内产生的火焰以及未燃烧部分和供给燃烧室的空气的残存部分充分混合，从而可以促进完全燃烧。

Description

本发明涉及抑制焚烧城市垃圾、工业废弃物等的焚烧炉中产生CO、碳氢化合物等未燃烧部分的方法，以及使用此技术的垃圾焚烧炉。

城市垃圾、工业废弃物可以用如图15所示的垃圾焚烧炉焚烧。在图15中，垃圾焚烧炉具有：在其内部的一次燃烧室（10）;设置在一次燃烧室（10）上方的二次燃烧室（11）;燃烧排放通路（12），它将二次燃烧室（11）产生的燃气从图中未示出的燃气出口排出;炉算（13），分段设置于一次燃烧室（10）内，向前下方倾斜;喷烧器（14），它设置在倾斜放置的炉算（13）的上端（后部），指向倾斜的下方。另外，图中省略了设置在燃气排放通路（12）出口边上的排热回收装置和排气冷却用的热交换器。

垃圾（R）放置在一次燃烧室（10）中分段设置的倾斜炉算（13）上，从倾斜炉算（13）的下方供给一次空气，靠喷烧器（14）使垃圾燃烧。二次空气供给喷嘴（15）贯通地安装在二次燃烧室（11）的前壁面上。

焚烧垃圾（R）所产生的燃烧气体，通过燃气排放通路（12），进入图中未示出的排热回收装置和热交换器，被冷却后，作为燃烧排气从燃气排出口排出，送至图中未示出的排气处理装置。

另外，在焚烧垃圾时，有局布温度过高的现象。这样带来的问题是产生NO_x，同时灰尘熔化会产生熔渣，而为了防止这种情况，有采用以下方法的，即，在二次燃烧室（11）内的上部，设置向下的冷却水喷撒喷嘴（16），由此冷却水喷嘴，向下方喷撒冷却水。

但是，用上述垃圾焚烧炉焚烧垃圾，存在以下问题。即，近年来，随着可燃垃圾的高热值化，从焚烧炉的一次燃烧室（10）的后侧部的垃圾（R）中，释放出大量的挥发物，由此形成的火焰（F）和燃气，从一次燃烧室（10）的后侧部分升起。但是，因为挥发量大，从炉算（13）后侧部下面输送的一次空气量不足以使上述挥发物质完全燃烧。发生不完全燃烧时，大量未燃烧物质随着火焰以及燃烧气体上升。另外，为了促进挥发物质放出后的炭的燃烧，使灰中的未燃烧部分燃烧，必须从炉算（13）前端部分的下侧，输送过量的空气，而供给灰中未燃烧物质燃烧的空气的剩余部分（A），从一次燃烧室的前端部分上升。上述火焰（F）及未燃烧部分，与剩余空气（A），即使在二次燃烧室（11）内也不能完全混合，因而未燃烧部分与燃烧排气同时排出。并且，由于在未燃烧部分中存在大量的二恶英（ダイオキシン）前驱物，所以在燃烧排气中生成毒性很强的二恶英，排放到大气中。

本发明的目的就是要解决上述问题，提供一种能够在焚烧城市垃圾，工业废弃物等时，在未燃烧部分产生之前，抑制其产生的方法以及适用这种方法的垃圾焚烧炉。

由本发明提供的抑制垃圾焚烧炉产生未燃烧部分的方法的特征在于：在垃圾焚烧炉中焚烧垃圾时，向燃烧室内喷射从空气、水，水蒸气、惰性气体，以及燃烧排气中选出的至少一种混合用流体。

由本发明构成的垃圾焚烧炉的特征在于：在燃烧室的周壁上设置喷嘴，向燃烧室内喷射从空气、水、水蒸气、惰性气体、以及燃烧排气中选出的至少一种混合用流体，并且使之在燃烧室内形成该流体的涡流。

如果采用本发明抑制未燃烧部分产生的方法，那么，因为要向垃圾焚烧炉的燃烧室内喷射从空气、水、水蒸气、惰性气体，以及燃烧排气中选出的至少一种混合用流体，所以，可以把在燃烧室中产生的火焰以及未燃烧部分，同供给燃烧室的剩余空气充分混合，促进完全燃烧。因而，含有二恶英前驱物的排气中的未燃烧部分锐减，予防了二恶英的产生，从而可以向大气排放二恶英含量极低，或不含二恶英的排气。

如果垃圾焚烧炉采用本发明，那么因为是在燃烧室周壁上设置喷嘴，向燃烧室内喷射从空气、水、水蒸气、惰性气体，以及燃烧排气中选出的至少一种混合用流体，并且，使之在燃烧室内产生该流体的涡流，所以，可以简单地实施上述方法。

下面，参照附图详细说明本发明。

图1是垃圾焚烧炉第一实施例的垂直剖视图;

图2第1实施例的垃圾焚烧炉水平面视面的放大图;

图3是垃圾焚烧炉第二实施例相当于图2的剖面图;

图4是垃圾焚烧炉第三实施例的垂直剖视图;

图5是第三实施例的垃圾焚烧炉水平剖视图的放大图;

图6是垃圾焚烧炉第四实施例的垂直剖视图;

图7是第4实施例垃圾焚烧炉水平剖视图的放大图;

图8表示实施例1与比较实施例1的比较结果，是表示二次燃烧室内的高度和排气中CO浓度以及二恶英浓度关系的座标图;

图9表示实施例2的结果，是表示喷嘴出口的角度与排气中CO浓度以及HC浓度关系的座标图;

图10表示实施例3的结果，表示的是喷水量与CO浓度降低率之间关系的座标图;

图11表示实施例4的结果，表示的是入口温度与CO降低率之间关系的座标图;

图12表示实施例5的结果，表示的是喷射流体同燃烧气体运动的比与CO降低率之间关系的座标图;

图13表示实施例6的结果，表示喷射流体的速度和CO降低率之间关系的座标图;

图14是实施例7与比较实施例2的比较结果，表示的是一次燃烧室内左右方向同宽，与水平假想圆直径的比值同排气中CO浓度和HC浓度关系的座标图。

图1-图7中的同一物以及同一部分，图1-图7中与图15表示的同一物及同一部分，分别付与同一符号，省略说明。

在说明书中，图1-图7以及图15的右侧为焚烧炉的前面，左侧为后面，另外，图5和图7的上侧为左面，下侧为右面。

图1及图2表示垃圾焚烧炉的第一实施例。图中，在垃圾焚烧炉的一次燃烧室（10）的后部，设置一个喷射口指向前方的混合用流体喷嘴（1）。喷嘴（1）可以使用能够喷射从空气、水蒸气、惰性气体、以及燃烧排气中选出的至少一种气体，使水雾化的高压气流雾化式水喷嘴，不用气体雾化水的雾化喷嘴，喷射从空气、水蒸气、惰性气体，以及燃烧排气中选出的至少一种气体的喷嘴。

喷嘴喷口的理想指向是，以垂直于一次燃烧室（10）内燃气（火焰（F））流动的方向为基准，例如在水平方向上下45°范围内，最好是在±30°范围内。另外，喷嘴的喷口形状最好是成偏平状。

一次燃烧室（10）内的倾斜炉算不是分段安装的。另外，喷烧器（14）安装在倾斜炉算（2）下端（前部），指向倾斜方向的后面。

在具有这种构成的一次燃烧室（10）内，装在倾斜炉算（2）上的垃圾（R），通过炉算（2）下矶供给的一次空气，由喷烧器焚烧。这时，从一次燃烧室（10）的后部的垃圾中，释放出大量挥发物质，由此形成的火焰（F）从一次燃烧室（10）的后部升起。另外，为了促进挥发物放出后的炭的燃烧，使灰中的未燃烧部分燃尽，从炉算（2）的前端的下方送入空气，与灰中未燃烧部分燃烧后剩余的空气（A），从一次燃烧室（10）的前端上升。

这里，使用喷嘴（1）以垂直于火焰（F）流动的方向为基准，在上下45°范围内，喷射从空气、细微水滴，水蒸气，惰性气体，以及燃烧排气中选出的至少一种混合用流体。于是，火焰（F）与未燃烧部分随射流运动，与前方剩余的空气（A）充分混合，混合后进入二次燃烧室（2）内。这时，如图2所示，在一次燃烧室（10）内产生涡流（S），靠它进行混合。作为惰性气体可以使用如N₂、CO₂的气体。再有，此混合效率无论是单独喷射空气、水蒸气、惰性气体，以及燃烧排气，还是喷射细微水滴和水蒸气的混合物，或只喷射其中一种，都是很高的。

另外，当喷出的流体含有水滴以及水蒸气中的至少一种时，由于水或水蒸气的作用，将引起水煤气反应：

这些反应也使未燃烧的碳黑和CO的量减少。进而，由于水滴或水蒸气的作用，在炉算（2）的后部产生的火焰（F）附近的温度较低，因而可以防止NO_x的产生，同时也可以防止在一次燃烧室（10）内产生熔渣。在这种情况下，就不需要冷却水喷撒喷头。含有水滴以及水蒸气中至少一种的流体，是用从空气，水蒸气，惰性气体，以及燃烧排气中选出的至少一种气体雾化水得到的，并且最好使用空气以及水蒸气中的一种。

这之后，由二次空气供给喷嘴（15）供给二次空气，进行二次燃烧，未燃烧部分大幅度下降。然而，也不一定需要二次空气供给喷嘴供给二次空气。这样就需要从炉算（2）下面，提供比预测生成的可燃部分完全燃烧所需要的理论空气量多的空气。

图3表示垃圾焚烧炉的第二实施例。图中，在一次燃烧室（10）的前后两部分，在左右方向分别设置多个喷嘴（1）。前面喷嘴（1）指向后方，后面喷嘴（1）指向前方。在这种情况下，在一次燃烧室（10）中，由各喷嘴（1）产生涡流（S），另外，也可以在一次燃烧室（10）的前面或后面的左右方向上，设置多个喷嘴。进而，也可以在上下设置多个喷嘴。

图4和图5表示垃圾焚烧炉的第三实例。图中，在垃圾焚烧炉的一次燃烧室（10）的周壁（10a）上，设置多个，例如4个混合用流体喷嘴。喷口位于同一水平面上，并向着水平假想圆的切线方向。

如设一次燃烧室（10）左右方向幅宽为L，水平假想圆的直径为D，则两者的比L/D最好是在5-15范围内。此比值最佳范围是5-12。另外，在设置喷嘴（1）的部位的上侧，例如在二次燃烧室（11）高度的中间部位设置颈缩部分（3）。设置了颈缩部分（3）后，由于在二次燃烧室（11）中的流体被搅乱，因而火焰（F）和未燃烧部分同剩余空气（A）可以更加充分地进行混合。并且，可以抑制偏流的发生。另外，在这种垃圾焚烧炉中，也要求喷嘴（1）的喷口指向，以垂直于燃烧气体（火焰（F））流动的方向为基准，例如，在水平方向上，上下45°或上下30°范围内。

在具有这种构成的垃圾焚烧炉的一次燃烧室（10）中，当使装在分段设置的炉算（13）上的垃圾（R）燃烧时，使用喷嘴（1）向上述水平假想圆（C）的切点方向，喷射与第一实例相同的混合用流体，由此在一次燃烧室（10）内，形成如图5所示的涡流（S），从而使在上述炉算（13）后部产生的火焰（F）和未燃烧部分，与从炉算（13）前端供给的剩余空气进行充分混合，促进完全燃烧。

被上述涡流（S）混合后的火焰（F）、未燃烧部分以及剩余空气（A）进入二次燃烧室，由于经过颈缩部分（3），所以其流动被搅乱，进一步被混合，从而更加促进了完全燃烧。并且，可以抑制偏流的发生。

图6和图7表示垃圾焚烧炉第四实例。图中，在垃圾焚烧炉的一次燃烧室（10）的周壁上，安装喷嘴（1），它产生的涡流方向与图5所示的相反。另外，倾斜炉算（2）为阶梯状，喷烧器（14）的位置与第一实施例相同。此垃圾焚烧炉抑制未燃烧部分生成的方法，与第三实例相同。

在上述第三和第四实例中，设置4个喷嘴（1），其喷嘴在同一水平面上，指向同一水平面上的假想圆（C）的切线方向，然而，并不仅限于此，也可以以垂直于燃烧气体（火焰（F））流动的方向为基准，例如在水平方向上，上下45°范围内。进而假想圆（C）也可以在非水平面上。

另外，在上述第三和第四实例中，设置了4个喷嘴，而喷嘴数也不只限于此。

再有，在上述第一到第四实例中，采用的是具有倾斜炉算的垃圾焚烧炉，而其它的，如具有转动等形式的炉算的垃圾焚烧炉，以及没有炉算的垃圾焚烧炉也可以适用本发明。

下面，说明本发明的实施例。

实施例1

在第一实例的垃圾焚烧炉中焚烧垃圾时，从喷嘴（1）分别喷射空气、水蒸气、N₂、空气和水的混合物以及水蒸气和水的混合物，在二次燃烧室（11）的不同高度上，测定排气中的CO浓度以及二恶英浓度。在焚烧垃圾时，从炉算（2）下面供给的空气量，要多于预测生成的可燃部分完全燃烧时所需要的理论空气量。另外，进行上述焚烧时，设定二次燃烧室（11）入口处的温度为920°-940℃，排气中含氧量为7%。

比较实施例1

在图15所示的垃圾焚烧炉中，与上述实施例1同样焚烧垃圾，在二次燃烧室（11）内的不同高度上，测定排气中CO浓度，以及二恶英浓度。另外，测定二次燃烧室（11）入口部的温度是940℃。

实施例1和比较实施例1的结果归纳于图8。从图8所示的结果可知，若采用本发明的方法，则无论喷射哪种流体，都可以得到同样的效果，与以往的方法比较，未燃烧CO浓度减少，二恶英含量也极少。在图8中，（）内的数值表示二恶英的浓度。

实施例2

在与实施例1同样的条件下，用垃圾焚烧炉焚烧垃圾时，使用喷嘴（1）喷射空气和水的混合物，喷射方向以垂直于燃气（火焰（F））流动的方向为基准，改变不同的喷射方向。并且，调查上述角度和排气中CO浓度以及HC浓度之间的关系。

其结果如图9所示。从图9所示的结果可以判定，喷嘴（1）的喷口最好在垂直于燃气流动方向的上下45°范围内，最佳范围是上下30°。

进而可知，使用第三和第四实例中的垃圾焚烧炉，也可以得到同样的结果。

实施例3

使用第一实例的垃圾焚烧炉焚烧垃圾，设定二次燃烧室（11）的入口处温度为850℃，900℃以及950℃，焚烧量为4吨/小时，在这种条件下，使用高压气流雾化式水喷嘴（1），喷射空气和水的混合物，测定排气中CO浓度。使用80Nm³/h的高压空气（压力3.5kg/cm²G）喷射混合物，对一次燃烧室（10）内的燃气进行变水量的喷射。进而，在燃烧时，要求从炉算（2）的下方供给的空气量，要多于预测生成的可燃部分完全燃烧所需要的理论空气量。

其结果如图10所示。从图10所示的结果可以判定，在喷射空气和水的混合物时，水量对应于一次燃烧室（10）内的燃气量1000Nm³，最好是0.5升以上。

实施例4

使用第一实例中的垃圾焚烧炉焚烧垃圾，设定二次燃烧室（11）入口处的温度为800°-950℃，这时，分别喷射水蒸气（25Nm³/h），空气（15Nm³/h），N₂（15Nm³/h），燃烧排气（5Nm³/h、700mmAg的低压喷射），水（20L/h）、空气（15Nm³/h），和水（20L/h）的混合物，以及水蒸气（15Nm³/h），和水（20L/h）的混合物，并且调查CO降低率（%）。

其结果如图11所示，从图11所示的结果判定，最好设定二次燃烧室（11）入口处的温度在800℃以上，理想的是850℃以上。

进而可知，使用第三和第四实例的垃圾焚烧炉，也可以得到同样的结果。特别是第三和第四实例的中垃圾焚烧炉，它使用少量的水蒸气，例如15Nm³/h也可以得到同样的结果。

实施例5

使用第一实例的垃圾焚烧炉焚烧垃圾，并设定二次燃烧室入口处的温度为950°-970℃，从圆形喷嘴分别喷射一定量的空气和燃烧排气。另外，在水平方向上，从偏平状的喷嘴喷射一定量的空气，并且调查喷射流体的运动量（质量×流速）和一次燃烧室内的燃气运动量的比，与CO降低率（%）的关系。

其结果如图12所示，从图12的结果可以判定，喷射流体的运动量最好高于燃气运动量的5%以上。另外，喷嘴的喷口最好是偏形的。

进而可知，使用第三和第四实例的垃圾焚烧炉，也可以得到同样的结果。

实施例6

使用第一实例的垃圾焚烧炉焚烧垃圾，设定二次燃烧室（11）的入口温度为950℃，改变喷射速度，喷射一定量的空气（15Nm³/h），并调查CO降低率（%）。

其结果如图13所示。从图13可以判定，喷射速越大越好。因而，如果使喷射流体具有很高流速，设定二次燃烧室（11）入口处的温度为800℃以上，最好是850℃以上，并且使射流的运动量加大，就可以更有效地降低CO的浓度。为了加大射流的运动量，就要增加喷射流体的量，而这样就很难设定上述800℃以上的温度。

进而可知，在使用第三和第四实例的垃圾焚烧炉，也可以得到同样的结果。

实施例7

使用第三实例的垃圾焚烧炉焚烧垃圾，连续改变垃圾焚烧炉的一次燃烧室（10）的左右方向幅宽L，和水平假想圆直径D的比值L/D，测定排气中CO浓度以及HC浓度。在进行焚烧时，从喷嘴（1）喷射空气、水蒸气、N₂、空气和水蒸气的混合物以及水蒸气和水的混合物中的任意一种流体。

比较实施例2

使用图15所示的以往的垃圾焚烧炉，和上述实施例7一样焚烧垃圾，测定排气中CO的浓度和HC浓度。

实施例7和比较实施例2的结果汇总于图14上。从图14所示的结果可知，使用本发明的垃圾焚烧炉比使用以往的垃圾焚烧炉，未燃烧的CO以及HC减少。

Claims

1、抑制垃圾焚烧炉产生未燃烧部分的方法，其特征在于：在垃圾焚烧炉中焚烧垃圾时，从空气、水、水蒸气、惰性气体，以及燃烧排气中选出至少一种混合用流体，喷射到燃烧室内。

2、权利要求1的方法，其特征在于：混合用流体就是用空气和水蒸气中的至少一种气体使水雾化了的流体。

3、权利要求1的方法，其特征在于：是从前方和/或后方向室内喷射混合用流体的。

4、权利要求1的方法，其特征在于：是从3个以上的多个地方，向假想圆的切点喷射混合用流体。

5、权利要求1的方法，其特征在于：是向垃圾焚烧炉的一次燃烧室内喷射混合用流体，垃圾焚烧炉由具有炉算的一次燃烧室和安装在上部的二次燃烧室构成。

6、垃圾焚烧炉，其特征在于：在燃烧室的周壁上设置喷嘴，把从空气、水、水蒸气、惰性气体，以及燃烧排气中选出的至少一种混合用流体喷射到燃烧室内，并在燃烧室内产生该流体的涡流。

7、权利要求6的垃圾焚烧炉，其特征在于：是在燃烧室的周壁的前侧部分和/或后侧部分设置喷嘴。

8、权利要求6的垃圾焚烧炉，其特征在于：设置3个以上的喷嘴，使各喷口向着同一假想圆的切线方向。

9、权利要求6的垃圾焚烧炉，其特征在于：喷嘴是利用气体雾化水的。

10、权利要求6的垃圾焚烧炉，其特征在于：喷嘴的喷口是偏平状的。

11、权利要求6的垃圾焚烧炉，其特征在于：在燃烧室内设置喷嘴处的上方，设置颈缩部分。

12、权利要求6的垃圾焚烧炉，其特征在于：具有设置炉算的一次燃烧室，和在其上方与之连接的二次燃烧室，在一次燃烧室的周壁上设置喷嘴，在二次燃烧室设置颈缩部分。