CN112166289A - 可燃性废弃物吹入装置及其运转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制可燃性废弃物的着陆燃烧并且即使可燃性废弃物的使用比例发生变动也能够抑制来自水泥窑用燃烧器的火焰状态过度变化的可燃性废弃物吹入装置及其运转方法。本发明的可燃性废弃物吹入装置具有可燃性废弃物流道，所述可燃性废弃物流道配置于最内壳的所述空气流道的内侧，设置为平行于所述水泥窑用燃烧器装置的轴向，用于输送可燃性废弃物流；并且，所述可燃性废弃物流道在吹入口附近具有倾斜面，所述倾斜面以随着接近吹入口而使垂直方向的流道宽度变窄的方式朝向吹入口呈上坡。

Description

可燃性废弃物吹入装置及其运转方法
技术领域
本发明涉及一种附设于水泥窑用燃烧器等的可燃性废弃物吹入装置及其运转方法。
背景技术
废塑料、木屑、汽车粉碎残渣(ASR：automobile shredder residue)等可燃性废弃物具有能够可用作烧成(煅烧)用燃料的程度的热量。因此，在用于水泥熟料的烧成的回转窑中，人们正在推进有效利用可燃性废弃物作为主燃料即粉煤的辅助燃料。下面，将用于水泥熟料的烧成的回转窑称为“水泥窑”。
以往，对于水泥窑中的可燃性废弃物的燃料再利用，人们在不断推进对水泥熟料品质的影响小的设置于窑尾部的预烧炉中的利用。然而，由于在预烧炉中的可燃性废弃物的使用量已接近饱和，因此正在推进开发设置于窑前部的主燃烧器中的利用技术。
在此，在水泥窑的主燃烧器(下称“水泥窑用燃烧器”)中，在利用可燃性废弃物作为辅助燃料的情况下，有时会发生从水泥窑用燃烧器喷出的可燃性废弃物即使落到水泥窑内的水泥熟料上也继续燃烧的现象(下称“着陆燃烧”)。在发生这种着陆燃烧时，在发生可燃性废弃物着陆燃烧的周围的水泥熟料被还原烧成，并发生水泥熟料白色化、水泥熟料生成反应异常。
为了使从水泥窑用燃烧器喷出的可燃性废弃物不发生着陆燃烧，可以考虑若干种方法。一种方法是使水泥窑内的可燃性废弃物长时间保持悬浮状态从而使该可燃性废弃物在悬浮状态下完成燃烧。另一种方法是形成适合可燃性废弃物燃烧的环境从而加速可燃性废弃物的燃烧速度。此外，另外的方法是使可燃性废弃物在水泥窑内的远方(窑尾侧)着陆从而在熟料原料到达水泥熟料生成反应的主反应区域之前使该可燃性废弃物结束燃烧。
例如，在下述专利文献1中，作为实现降低用于使可燃性废弃物在水泥窑内的远方(窑尾侧)着陆的能量消耗量的技术，公开了一种可燃性废弃物的投入结构，该结构通过从转动自如地支承回转窑端部的窑前部端壁上突出200～500mm量的多个可燃性废弃物燃烧器来构成。另外，在下述专利文献2中，作为避免发生因可燃性废弃物吹入而引起的不良影响并且使可燃性废弃物更高效燃烧的技术，公开了一种水泥制造用回转窑，其在作为主燃料燃烧器的外周面且比主燃料燃烧器更靠垂直上方的位置另附设有辅助燃烧器以将可燃性废弃物相对于主燃料燃烧器而朝上的吹入角度进行吹入。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-90522号公报
专利文献2：日本特开2011-207682号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
通常，水泥窑用燃烧器中的作为主燃料的粉煤的使用量与作为辅助燃料的可燃性废弃物的使用量之比，有时会根据这些燃料的取得状况、性状等不同而变动，为了即使发生如此燃料构成变动也不使水泥熟料的品质发生变化，需求一种使来自水泥窑用燃烧器的火焰的状态稳定化的技术。然而，在专利文献1、2的方法中，尚存在来自水泥窑用燃烧器的火焰的状态会根据向水泥窑内吹入可燃性废弃物的吹入量以及吹入角的不同而大幅变动的问题。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可燃性废弃物吹入装置及其运转方法，其中，当在水泥熟料的制造中使用可燃性废弃物作为辅助燃料的情况下，能够抑制可燃性废弃物的着陆燃烧并且即使可燃性废弃物的使用比例发生变动也能够抑制来自水泥窑用燃烧器的火焰的状态过度变化。
课题解决问题的手段
本发明人对上述问题进行了深入研究，结果发现若是如下的可燃性废弃物吹入装置则能够解决上述问题，所述可燃性废弃物吹入装置附设于水泥窑用燃烧器装置且吹入口配置于水泥窑用燃烧器装置的中心部附近，在所述吹入口附近的可燃性废弃物的导管(下称“可燃性废弃物流道”)内的垂直下方侧(底部侧)设有朝向吹入口呈上坡的倾斜面。
即，本发明是一种可燃性废弃物吹入装置，其能够附设于水泥窑用燃烧器装置，所述水泥窑用燃烧器装置在固体粉末燃料用流道的内侧具备至少一个空气流道；
具有可燃性废弃物流道，所述可燃性废弃物流道配置于最内壳的所述空气流道的内侧，设置为平行于所述水泥窑用燃烧器装置的轴向，用于输送可燃性废弃物流；
所述可燃性废弃物流道在吹入口附近具有倾斜面，所述倾斜面以使垂直方向的流道宽度随着接近所述吹入口而变窄的方式朝向所述吹入口呈上坡。另外，以下有时将“朝向吹入口呈上坡的倾斜面”称为“朝上斜面”。另外，“吹入口”对应于水泥窑用燃烧器装置的水泥窑侧的端部。
如上所述，本说明书中的“可燃性废弃物”是指作为辅助燃料的烧成(煅烧)用燃料并且是设想与固体粉末燃料(主燃料)一起作为燃烧器的燃料加以利用的物质，其中包括：废塑料，木屑，ASR，以肉骨粉或生物质等有机质为主体的具有燃烧性的一般废弃物及工业废弃物等。更具体地说，可燃性废弃物的粒径为30mm以下。另外，“生物质(biomass)”是除了化石燃料以外的能够作为燃料利用的生物来源的有机资源，例如，旧草垫(废弃榻榻米)的粉碎物、建设废木材的粉碎物、木粉以及锯末等归属于生物质。
如上所述，可燃性废弃物流道在吹入口(水泥窑侧端部)的附近具备朝上斜面。该朝上斜面设置在可燃性废弃物流道的底部，该底部处于从用与轴心正交的面切断可燃性废弃物流道时的包含轴心的水平面起的垂直方向的下侧位置。通过在可燃性废弃物流道内设置该朝上斜面，使得可燃性废弃物向朝上的方向喷出到水泥窑内。由此，能够使从可燃性废弃物吹入装置吹入水泥窑内的可燃性废弃物(辅助燃料)在水泥窑内的悬浮状态长时间地持续，并且能够向水泥窑内的远方(窑尾侧)移动，能够在不阻碍水泥熟料生成反应的情况下完成燃烧。
所述倾斜面也可以设定为：在所述可燃性废弃物流道的轴向上与所述吹入口相反侧的端部处于距离所述吹入口150mm～2000mm的位置，仰角为1°～4°。另外，倾斜面的吹入口侧的端部可以与吹入口不一致，也可以位于沿轴向距离吹入口约数厘米的位置，并且从该倾斜面到吹入口之间由平坦面构成。
通过将倾斜表面的安装位置和仰角设置在上述数值范围内，当内径为150mm～200mm的一般尺寸的可燃废物流路中未安装向上倾斜时，吹入端口S0(cm2)的面积)，安装了向上坡度时的进气口面积S(cm2)的比S/S0可以大于0.5。由此，能够使可燃性废弃物流没有承受过度的压力损失地从可燃性废弃物流道朝向水泥窑内喷出。
所述可燃性废弃物吹入装置可以设定为：在所述可燃性废弃物流道上形成有所述倾斜面的部位具备空气流入口(下称“辅助空气流入口”)，所述空气流入口能够使空气流(下称“辅助空气流”)朝向所述可燃性废弃物流道的轴心流入所述可燃性废弃物流道内，并且所述辅助空气流入口在周向上配置于多个部位。
尤其是，所述辅助空气流入口，优选配置于在垂直方向上隔着水平面的多个部位并且所述水平面包含当以相对于所述可燃性废弃物流道的轴心而正交的面进行切断时的所述可燃性废弃物流道的轴心。
基于上述构成，在形成有所述倾斜面(朝上斜面)的部位亦即可燃性废弃物流道的吹入口附近，辅助空气流朝向可燃性废弃物流道的轴心流入，因此能够使可燃性废弃物从可燃性废弃物流道的吹入口向朝上的方向喷出，并且在水泥窑内在上下方向上适当扩散的同时喷出。由此，从位于包围可燃性废弃物吹入装置的吹入口的固体粉末燃料用流道吹入水泥窑内的主燃料与可燃性废弃物(辅助燃料)的混合状态变得良好，并且主燃料也能够与从水泥冷却器供给到水泥窑内的高温空气(二次空气)一起良好地混合，通过同时进行这些混合，能够在使可燃性废弃物与主燃料合适地混合的同时在水泥窑内形成能够有效燃烧的环境。由此，因为形成了可燃性废弃物的合适燃烧环境，所以如上所述地在水泥窑内的可燃性废弃物的燃烧速度加快，能够在悬浮的状态下完成可燃性废弃物的燃烧。
所述可燃性废弃物吹入装置也可以设定为：在所述可燃性废弃物流道的外侧的位置，具备与所述可燃性废弃物流道平行地设置的辅助空气流道；
所述辅助空气流道也可以设定为：通过所述辅助空气流入口与所述可燃性废弃物流道连接，而在比所述辅助空气流入口更靠上游侧则相对于所述可燃性废弃物流道被遮蔽。
优选构成为：在辅助空气流道中输送的空气流量在运转中能够独立地控制，以使得在可燃性废弃物流道中输送的可燃性废弃物流朝轴心方向缩小后朝垂直方向的上方喷出。由此，即使使用的固体粉末燃料(主燃料)以及可燃性废弃物(辅助燃料)的种类、使用比例发生改变，也能够在持续进行水泥窑用燃烧器运转的同时容易地进行用于保持水泥窑用燃烧器的最合适的火焰状态的调整。
在上述构成中，可燃性废弃物流道在距吹入口规定的距离处具备与辅助空气流道连接的多个辅助空气流入口。此时，优选构成为：通过与各辅助空气流道连接的风机(blower)、流量调节阀，能够针对每个辅助空气流道独立地控制通过各辅助空气流入口流入可燃性废弃物流道内的辅助空气的流量。
此外，更优选的是，从辅助空气流入口(所述辅助空气流入口的位置处于：比用与可燃性废弃物流道的轴心正交的面切断时的包含所述轴心的水平面更靠垂直方向下侧)流入可燃性废弃物流道的空气流量(称为“朝上的辅助空气流量”)是从比所述水平面更靠垂直方向上侧流入的空气流量(称为“朝下的辅助空气流量”)以上。由此，可燃性废弃物从可燃性废弃物吹入装置的吹入口以具有比朝上斜面的仰角更大的仰角的方式喷出，因此如上所述地，能够使水泥窑内的可燃性废弃物长时间保持悬浮状态，并能够使可燃性废弃物在悬浮状态下完成燃烧。
尤其是，通过调整从辅助空气流入口流入可燃性废弃物流道的空气流量，进一步地通过调整朝上的辅助空气流量与朝下的辅助空气流量的比率，即使在水泥窑用燃烧器中使用的辅助燃料的比例[＝(辅助燃料)/(主燃料+辅助燃料)]和/或作为辅助燃料使用的可燃性废弃物的种类、性状发生变化，也能够以使来自水泥窑用燃烧器的火焰的形状、温度分布不变动的方式进行控制。
另外，通过调整该朝上的辅助空气流量与朝下的辅助空气流量的比例，能够实质上调整将可燃性废弃物向水泥窑内喷出时的仰角。即，在倾斜面(朝上斜面)的仰角不够的情况下，通过提高朝上的辅助空气流量的比率，能够实质上增大喷出的可燃性废弃物流的仰角，能够提高使水泥窑内的可燃性废弃物的悬浮状态持续的效果。
此外，辅助空气流入口也可以设定为：配置于在水平方向上隔着垂直面的多个部位并且所述垂直面是当将可燃性废弃物流道以相对于轴心正交的面切断时的含有轴心的垂直面。由此，可燃性废弃物流由于接受来自左右方向的相等的空气流量的辅助空气流，所以除了垂直方向(上下方向)以外，在左右方向上也收拢，能够在上下左右的整个周向上良好地产生从可燃性废弃物吹入装置吹出后的水泥窑内的可燃性废弃物悬浮并扩散的状态。由此，能够沿着整个周边更可靠地形成前述的主燃料、二次空气与可燃性废弃物之间的良好混合状态。
所述辅助空气流入口也可以设定为：设置于距离所述可燃性废弃物流道的所述吹入口10mm～600mm的范围。若在该范围，则在具备内径为150mm～200mm的通常大小的可燃性废弃物流道并且以通常的一次空气流量(60m3/min～120m3/min)运转的可燃性废弃物吹入装置中，能够促进可燃性废弃物在悬浮状态下完成燃烧。另外，辅助空气流入口能够以圆周状地遍及一圈的方式进行配置，也能够以遍及两圈以上即多列的方式进行配置。
对于辅助空气流入口而言，只要能够使通过一次空气输送的可燃性废弃物的气流(可燃性废弃物流)朝轴心方向收拢，则其形状没有限定。另外，从容易得到利用辅助空气的收拢效果的观点出发，优选辅助空气流入口是直径5mm～25mm的圆形形状，或者是以周向为长边且以流道方向为短边的短边3mm～15mm的长方形形状(狭缝状)。在将辅助空气流入口设为圆形形状的情况下，可以等间隔地配置于圆周上，也可以非等间隔地配置于圆周上。在后者的情况下，优选设定为：当将可燃性废弃物流道以与轴心正交的面切断时的垂直轴与可燃性废弃物流道的内面之间的交叉点(顶部以及底部)附近的分布变高的方式的非等间隔的配置。
此外，所述辅助空气流入口也可以设定为具备辅助空气送入构件，所述辅助空气送入构件能够调整流入角，前述流入角是当将在所述可燃性废弃物流道内输送的所述可燃性废弃物流的输送方向作为基准时的、流入所述可燃性废弃物流道内的所述辅助空气流的流入角。
另外，本发明还是一种所述可燃性废弃物吹入装置的运转方法，其特征在于，所述可燃性废弃物流从所述可燃性废弃物流道向比水平面更靠垂直方向的上方喷出。
此时，优选利用朝上斜面赋予稳定运转时的仰角并且使从比所述水平面更靠垂直方向下侧流入的朝上的辅助空气流量是从比所述水平面更靠垂直方向上侧流入的朝下的辅助空气流量以上。在该情况下，优选为所述朝下的辅助空气流量与所述朝上的辅助空气流量之比是0.5～1.0。另外，在朝下的辅助空气流量与朝上的辅助空气流量之比是1.0的情况下，虽然不产生辅助空气对所述可燃性废弃物流赋予仰角的效果，但是通过使所述可燃性废弃物流收拢由此能够得到使可燃性废弃物在水泥窑内扩散的效果。
另外，从所述辅助空气流入口流入所述可燃性废弃物流道的空气流量的总量(m3/min)可以是流经所述可燃性废弃物流道的一次空气流量(m3/min)的5体积％～65体积％。另外，在可燃性废弃物吹入装置的运转方法中，能够采用通常的运转条件而不对流经可燃性废弃物流道的一次空气的流量进行限制。
另外，当将在所述可燃性废弃物流道内输送的所述可燃性废弃物流的输送方向作为基准时的、流入所述可燃性废弃物流道内的所述辅助空气流的流入角可以设定为大于0°且为90°以下。基于该结构，能够抑制辅助空气流朝向与可燃性废弃物流的输送方向相反的方向碰撞，因此能够使可燃性废弃物流以朝轴心方向缩小的状态从吹入口喷出而不会超出所需程度地妨碍可燃性废弃物流的流动。
发明效果
基于本发明的可燃性废弃物吹入装置及其运转方法，能够使来自水泥窑用燃烧器的火焰保持在最佳状态的同时任意地改变固体粉末燃料(主燃料)与废塑料片等可燃性废弃物(辅助燃料)的使用比例，并且能够有效利用例如粒径30mm以下的可燃性废弃物(辅助燃料)。
附图说明
图1是示意性地示出附设有本发明的可燃性废弃物吹入装置的水泥窑用燃烧器装置的一实施方式的前端部的中心部分的图。
图2A是示意性地示出本发明的可燃性废弃物吹入装置的一实施方式的前端部分的纵剖视图。
图2B是示意性地示出本发明的可燃性废弃物吹入装置的一实施方式的前端部分的横剖视图。
图3是图2A的局部放大图。
图4A是示意性地示出本发明的可燃性废弃物吹入装置的另一实施方式的前端部分的纵剖视图。
图4B是示意性地示出本发明的可燃性废弃物吹入装置的另一实施方式的前端部分的横剖视图。
图5是示意性地示出图4A以及图4B所示的可燃性废弃物吹入装置的结构的一个例子的图。
图6是示意性地示出附设有本发明的可燃性废弃物吹入装置的水泥窑用燃烧器装置的另一实施方式的前端部的中心部分的图。
图7是示意性地示出在模拟中使用的附设有可燃性废弃物吹入装置的水泥窑用燃烧器装置的一实施方式的前端部的图。
图8是示出在利用图7所示的可燃性废弃物吹入装置在表2所示的运转条件下且相对于主燃料(粉煤)定量使用直径30mm的废塑料作为辅助燃料的情况下的、与实施例1～5以及比较例1～2相关的水泥窑内的气体温度分布的模拟结果的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的可燃性废弃物吹入装置及其运转方法的实施方式进行说明。另外，下述的附图是示意性地进行表示的图，附图上的尺寸比例与实际的尺寸比例不一致。
图1是示意性地示出附设有本发明的可燃性废弃物吹入装置的水泥窑用燃烧器装置的一实施方式的前端部的中心部分的图。在图1中，(a)是包括附设的可燃性废弃物吹入装置的水泥窑用燃烧器装置的横剖视图，(b)是其纵剖视图。另外，横剖视图是指用与水泥窑用燃烧器装置的轴向垂直的平面切断水泥窑用燃烧器装置而得到的剖视图，纵剖视图是指用与水泥窑用燃烧器装置的轴向平行的平面切断水泥窑用燃烧器装置而得到的剖视图。
另外，在图1中，将水泥窑用燃烧器装置的轴向(一次空气流的方向)设为Y方向，将垂直方向设为Z方向，将与YZ平面垂直的方向设为X方向，由此设定了坐标系。下面，适当地参照该XYZ坐标系的同时进行说明。若使用该XYZ坐标系进行记载，则图1的(a)对应于用XZ平面切断水泥窑用燃烧器装置时的剖视图，图1的(b)对应于用YZ平面切断水泥窑用燃烧器装置时的剖视图。更详细地说，图1的(b)对应于在水泥窑侧端部(水泥窑用燃烧器装置的前端面)用YZ平面切断水泥窑用燃烧器装置时的剖视图。
另外，后述的在图2A～图4B、图6～图7中图示的XYZ坐标系都具有与在图1中图示的XYZ坐标系同轴的关系。
如图1的(a)所示，附设于水泥窑用燃烧器装置1的可燃性废弃物吹入装置2的可燃性废弃物流道3配置于水泥窑用燃烧器装置1中以同心圆状地配置的固体粉末燃料用流道21以及与固体粉末燃料用流道21相邻且配置于内侧的至少一个空气流道22的内侧。可以在空气流道22的内侧以与可燃性废弃物吹入装置2的可燃性废弃物流道3相邻的方式配置用于供给重油等的油用流道31等。
另外，在图1中，空气流道22在水泥窑侧端部(吹入口侧附近)具有作为回旋装置的回旋叶片22a。即，从空气流道22喷出的空气流相对于从固体粉末燃料用流道21喷出的固体粉末燃料流形成位于内侧的回旋空气流。该回旋叶片22a也可以构成为在水泥窑用燃烧器装置1的运转开始前的时刻能够调整回旋角度。
如图1的(b)所示，在水泥窑用燃烧器装置1的内部，在垂直方向(Z方向)上，可燃性废弃物流道3的底面在吹入口侧附近形成有朝上斜面8。该朝上斜面8对应于“倾斜面”。此外，在本实施方式中，如图1的(b)所示，构成为：在水泥窑用燃烧器装置1的内部，在可燃性废弃物流道3的外侧具备辅助空气流道4，辅助空气能够经由辅助空气流入口5流入可燃性废弃物流道3内。对于这一点参照图2A以及图2B在后面叙述。
朝上斜面8只要是通过可燃性废弃物流道3的底面具有倾斜来形成，则对其具体的方式方法没有限定。作为一个例子，可以采用下述方式：在Y方向的规定的范围内，通过以使与可燃性废弃物流道3的底部对应的内壁的厚度逐渐变厚的方式形成，可燃性废弃物流道3的内壁面本身形成朝上斜面8。作为另一个例子，可以采用下述方式：在Y方向的规定的范围内，通过在与可燃性废弃物流道3的底部对应的内壁设置随着向Y方向前进高度逐渐变化的另外的构件，由此该另外的构件的表面形成朝上斜面8。即使在任意的情况下，在可燃性废弃物流道3形成朝上斜面8的结果是：可燃性废弃物流道3的垂直方向的流道宽度形成为随着接近吹入口而变窄。
图2A以及图2B是示意性地示出本发明的可燃性废弃物吹入装置2的一实施方式的前端部的图。图2A是可燃性废弃物吹入装置2的纵剖视图，图2B是图2A内的Y坐标为Y1的位置(以下只简记为“Y1的位置”)的横剖视图(对应于(a))、以及Y坐标为Y2的位置(以下只简记为“Y2的位置”)的横剖视图(对应于(b))。Y1的位置对应于可燃性废弃物流道3的前端部附近(即吹入口附近)，Y2的位置对应于比Y1的位置更靠上游侧且从可燃性废弃物流道3的前端部离开的位置。
如图2A所示，在可燃性废弃物流道3的底面形成有朝上斜面8。该朝上斜面8的相对于水平面(XY平面)的仰角φ(倾斜角)为1°～4°。另外，该朝上斜面8在Y方向上从距离吹入口150mm～2000mm的部位朝向吹入口形成。
此外，在本实施方式中，如图2B所示，辅助空气流道4配置于可燃性废弃物流道3的外侧。更详细地说，本实施方式的辅助空气流道4同心圆状配置于呈圆筒形状的可燃性废弃物流道3的外侧，由分隔构件6分成垂直上侧的辅助空气流道4-1与垂直下侧的辅助空气流道4-2的两个流道。
如图2B的(b)所示，在Y2的位置，设置有连接辅助空气流道4(4-1、4-2)与可燃性废弃物流道3的辅助空气流入口5，构成为流经辅助空气流道4的辅助空气能够朝向可燃性废弃物流道3的轴心3c流入可燃性废弃物流道3内。在本实施方式中，可燃性废弃物流道3在Y2的位置具备配置于周向的10个部位的辅助空气流入口5(5-1～5-10)。更详细地说，在辅助空气流道4-1侧(垂直上侧)配置有5个辅助空气流入口(5-1～5-3，5-9，5-10)，在辅助空气流道4-2侧(垂直下侧)配置有5个辅助空气流入口(5-4～5-8)。
另外，在图2A中，为了图示的方便，在图上仅示出了10个辅助空气流入口5(5-1～5-10)中的辅助空气流入口(5-1、5-6)。
专用风机(未图示)或流量调节阀(未图示)分别与辅助空气流道(4-1、4-2)连接，能够独立地控制送入各辅助空气流道(4-1、4-2)的辅助空气流量。
图3是针对图2A所示的本发明的可燃性废弃物吹入装置2的一实施方式的前端部将辅助空气流入口(5-1、5-6)的周围放大来示意性地示出的图。
如图3所示，在连接可燃性废弃物流道3与辅助空气流道4的辅助空气流入口(5-1、5-6)设置有辅助空气送入构件7。该辅助空气送入构件7的设置是用于控制：流入可燃性废弃物流道3内的辅助空气AA的方向相对于在可燃性废弃物流道3内流动的可燃性废弃物RF的方向所成的流入角θ(θ1、θ2)。另外，在图3中，示意性地图示了当设定流入角为θ＝θ1与θ＝θ2的情况下的辅助空气送入构件7各自的状态。
流入角θ可以大于0°且为90°以下。在辅助空气AA的流入角θ为0°的情况下，几乎得不到通过辅助空气AA使可燃性废弃物RF的流动变化的效果，此外在流入角θ超过90°的情况下，由于辅助空气AA使可燃性废弃物RF的流动减速并且过度地进行搅拌，因此都不优选。
图4A以及图4B是示意性地示出本发明的可燃性废弃物吹入装置2的另一实施方式的前端部的图。与图2A同样地，图4A是可燃性废弃物吹入装置2的纵剖视图，与图2B同样地，图4B是图4A内的Y1的位置的横剖视图(对应于(a))以及Y2的位置的横剖视图(对应于(b))。另外，为了图示的方便，在图4A中未图示辅助空气流入口5。
在图4B所示的实施方式中，可燃性废弃物流道3在Y2的位置具备配置于周向的6个部位的辅助空气流入口5(5-11～5-16)。而且，可燃性废弃物流道3对于各个辅助空气流入口(5-11～5-16)的每一个分别具备专用的辅助空气流道(4-3～4-8)。由此，通过将专用风机(未图示)或流量调节阀(未图示)分别与辅助空气流道4-3～4-8连接，构成为能够独立地控制向各辅助空气流道(4-3～4-8)供给的辅助空气流量。对于这一点参照图5进行说明。
图5是示意性地示出图4所示的可燃性废弃物吹入装置的结构的一个例子的图。图5中图示的可燃性废弃物吹入装置2是重视控制的容易度而构成的，具备3台鼓风机(F1～F3)以及6个流量调节阀(B113、B114、B118、B135、B136、B137)。流量调节阀(B113、B114、B118、B135、B136、B137)例如由气阀等构成。
供给到可燃性废弃物输送管道12的可燃性废弃物RF利用由鼓风机F1形成的空气流向可燃性废弃物吹入装置2的可燃性废弃物流道3供给。从鼓风机F2供给的空气作为辅助空气AA通过空气管道11向辅助空气流道4(4-3、4-4、4-8)供给。更详细地说，空气管道11通过3个分支管(113、114、118)分支，各分支管分别与所述3条辅助空气流道(4-3、4-4、4-8)连接。同样地，从鼓风机F3供给辅助空气AA的空气管道13通过3个分支管(135、136、137)分支并与3条辅助空气流道(4-5、4-6、4-7)连接。
在各分支管(113、114、118、135、136、137)上分别设有可变式流量调节阀(B113、B114、B118、B135、B136、B137)，通过调节所述的各流量调节阀的开度，能够独立地控制在各分支管(113、114、118、135、136、137)中流动的辅助空气AA的流量。
即，在图4A、图4B以及图5所示的可燃性废弃物吹入装置2的情况下，由于对应于各个辅助空气流道4(4-3～4-8)，设有辅助空气流入口5(5-11～5-16)，所以能够对每个辅助空气流入口5(5-11～5-16)独立地控制辅助空气AA的流量。由此，能够容易地使来自水泥窑用燃烧器的火焰保持在最佳状态的同时任意地改变固体粉末燃料(主燃料)与可燃性废弃物(辅助燃料)的使用比例。
此外，在可燃性废弃物流道3的吹入口附近，在底面形成有朝上斜面8，因此能够使可燃性废弃物流从可燃性废弃物流道3向比水平面(XY平面)更靠垂直朝上(+Z方向)喷出。由此，能够使水泥窑内的可燃性废弃物的悬浮状态长期持续。
即，如图6所示，本发明的可燃性废弃物吹入装置2也可以设定为：在可燃性废弃物流道3的底面具备朝上斜面8，并且不具备辅助空气流道4以及辅助空气流入口5。然而，如图1所示的可燃性废弃物吹入装置2的方式，通过具备辅助空气流道4以及辅助空气流入口5，使辅助空气AA朝向可燃性废弃物流道3的轴心方向流入，由此能够调整为使得可燃性废弃物流进一步向垂直朝上喷出的效果，因此能够进一步提高使水泥窑内的可燃性废弃物RF的悬浮状态成为合适的状态的效果。
本发明人通过附设有可燃性废弃物吹入装置2的水泥窑用燃烧器装置1的燃烧模拟(软件：ANSYS JAPAN公司制，FLUENT)，进行来自水泥窑用燃烧器的火焰形状、水泥窑内的气体温度分布、水泥窑内的氧浓度分布、水泥窑内的气流的湍流的程度的分析等，由此发现了用于将可燃性废弃物吹入装置2的控制因子最佳化的基本的限定范围。
图7是模仿图1示意性地图示在本模拟中使用的包括可燃性废弃物吹入装置2的水泥窑用燃烧器装置1的结构的图。图7所示的水泥窑用燃烧器装置1除了图1所示的构成以外，还具备：空气流道23，配置于比固体粉末燃料用流道21更靠外侧，配置有回旋叶片23a；以及空气流道24，配置于比空气流道23更靠外侧。空气流道24是形成直流空气流的流道。即，如图7的(a)所示，作为模拟的验证对象的水泥窑用燃烧器装置1从内侧起具备形成回旋空气流的空气流道22、形成回旋主燃料流的固体粉末燃料用流道21、形成回旋空气流的空气流道23、以及形成直流空气流的空气流道24的合计4个流道，设成了所谓的四通道式燃烧器装置。
另外，后述的实施例1是使图7所示的水泥窑用燃烧器装置1不具备辅助空气流道4以及辅助空气流入口5的结构，与使图6的水泥窑用燃烧器装置1成为四通道式的结构对应。
下述表1是在以下的水泥窑用燃烧器装置1的规格以及运转条件中发现的、可燃性废弃物吹入装置2的基本限定范围的一个例子。另外，表1对应于图2中例示的可燃性废弃物吹入装置2的实施方式。
＜水泥窑用燃烧器装置1的规格＞
通道数：四通道(从最内壳侧开始为回旋空气流、回旋主燃料流、回旋空气流、直流空气流)
可燃性废弃物吹入装置2：配置于形成回旋空气流的空气流道22的内侧，附设在水泥窑用燃烧器装置1的轴心下侧。
水泥窑用燃烧器装置1的燃烧器前端的直径：700mm
可燃性废弃物吹入装置2的吹入口的内径：175mm
朝上斜面8的形成区域(范围)：从由可燃性废弃物流道3的吹入口(端部)向－Y方向前进了300mm的位置到吹入口(端部)的区域。
辅助空气流入口5：在垂直方向的上侧以及下侧，各5个直径16mm的圆形孔(在相对于垂直轴±60°的范围内间隔30°)
＜水泥窑用燃烧器装置1的运转条件＞
流经固体粉末燃料用流道21的主燃料C的燃烧量：12t/h
作为可燃性废弃物RF的废塑料(软塑料)的处理量：5t/h
作为可燃性废弃物RF的废塑料的尺寸：将厚度0.5mm片体冲裁成直径30mm的圆形片状
一次空气流量(四通道的总量)以及温度：15000Nm3/h，30℃
二次空气流量以及温度：100000Nm3/h，900℃
来自可燃性废弃物吹入装置2的一次空气流量以及温度：5000Nm3/h，30℃
来自可燃性废弃物吹入装置2的辅助空气AA的吹入方法以及温度：在来自可燃性废弃物吹入装置2的一次空气流量保持上述值的状态下追加辅助空气AA，30℃
[表1]
Figure BDA0002655125190000151
在表1中，作为基本的限定区域(范围)列举了：朝上斜面8的仰角φ(°)、辅助空气AA的流量(全部的辅助空气流量相对于可燃性废弃物吹入装置2的一次空气流量的体积％)、从比包含轴心的水平面更靠垂直上侧流入的各辅助空气流量与从比包含轴心的水平面更靠垂直下侧流入的辅助空气流量的比率r[(朝下的辅助空气流量)/(朝上的辅助空气流量)]、辅助空气流入口5距可燃性废弃物流道3的端部的距离(mm)、以及从辅助空气流入口5流入可燃性废弃物流道3的辅助空气AA的流入角(°)。
在上述各项目中，朝上斜面8的仰角φ、辅助空气AA的流量、辅助空气流入口5的位置、以及辅助空气AA量的上下方向的比率r很重要。
其理由在于：如上所述，为了即使用于水泥窑用燃烧器装置1的燃料构成发生了变化也能容易地进行用于得到稳定的火焰的调整，需要形成可燃性废弃物RF、主燃料C以及二次空气的良好的混合状态，通过调整辅助空气AA的流量，能够调整流经可燃性废弃物流道3的可燃性废弃物流的收拢的程度，由此能够在运转中独立地调整从可燃性废弃物吹入装置2喷出的可燃性废弃物RF的扩散的程度。
鉴于所述的情况，优选的是，单位时间从辅助空气流入口5流入可燃性废弃物流道3的辅助空气AA的流量V(Nm3/h)为流经可燃性废弃物流道3的一次空气流量V0(Nm3/h)的5体积％～65体积％。在V/V0小于5体积％的情况下，无法得到通过辅助空气AA使可燃性废弃物流收拢的效果，另外，在V/V0超过65体积％的情况下，可燃性废弃物流的扩散的程度变大，存在一部分可燃性废弃物RF与水泥窑的上部内壁碰撞的情况。而且，在这样地可燃性废弃物扩散到可燃性废弃物RF的一部分与窑内壁碰撞的程度这样的情况下，会导致水泥窑用燃烧器的火焰形状大幅紊乱，水泥熟料的品质变得不稳定，并且水泥窑内的耐火砖的热损耗变大。
另外，在辅助空气AA的流量为一定的情况下，可以通过改变辅助空气流入口5的位置(更详细地说，Y方向的位置)来调整从可燃性废弃物吹入装置2喷出的可燃性废弃物RF的扩散的程度。
鉴于所述的情况，优选的是，从可燃性废弃物流道3的吹入口(端部)到辅助空气流入口5的Y方向的距离为10mm～600mm的范围。在所述距离小于10mm的情况下，存在如下的情况：可燃性废弃物RF的流动的扩散的程度变大，一部分的可燃性废弃物RF与水泥窑的上部内壁碰撞。另外，在从可燃性废弃物流道3的吹入口到辅助空气流入口5的Y方向的距离超过600mm的情况下，存在有利用辅助空气AA的可燃性废弃物RF的扩散的效果消失的情况。
不论有无辅助空气AA的导入，通过调整设置在可燃性废弃物流道3的底面的朝上斜面8的仰角φ，都能够调整从可燃性废弃物流道3喷出的可燃性废弃物流的喷出角度。通过适当调整可燃性废弃物流的喷出角度，能够使水泥窑内的可燃性废弃物RF的悬浮状态长时间地持续。
鉴于上述情况，优选的是，朝上斜面8的角度(仰角φ)在1°～4°的范围。在朝上斜面8的仰角φ小于1°的情况下，需要只利用辅助空气AA产生使可燃性废弃物流朝上的作用，变得过度需求辅助空气AA的吹入所需的能量。另外，在朝上斜面8的仰角φ大于4°的情况下，辅助空气AA的扩散效果过度增加的结果是：存在产生一部分可燃性废弃物RF与水泥窑的上部内壁碰撞的可能性。
另外，辅助空气AA的流量的上下方向的比率很重要的原因在于：通过调整朝下的辅助空气流量与朝上的辅助空气流量的比率，能够调整可燃性废弃物RF喷出的方向的上下，由此能够使从可燃性废弃物吹入装置2喷出的可燃性废弃物RF的朝向成为更加垂直向上。其结果，能够将通过辅助空气AA以良好的扩散状态喷出的可燃性废弃物RF的悬浮状态调整成更合适的状态。
鉴于所述的情况，优选的是，从比包含轴心的水平面更靠垂直上侧流入的朝下的辅助空气流量与从比包含轴心的水平面更靠垂直下侧流入的朝上的辅助空气流量的比率r为0.5～1.0的范围。在比率r小于0.5的情况下，来自可燃性废弃物流的下侧的喷气变大，存在一部分可燃性废弃物RF与水泥窑的上部内壁碰撞的情况。另外，在比率r大于1.0的情况下，即在朝下的辅助空气流量一方比朝上的辅助空气流量大的情况下，对可燃性废弃物流施加朝下的力，加上朝上斜面的朝上效果，存在使可燃性废弃物流发生很大的扰乱的情况。
如上所述，按照本发明，在可燃性废弃物吹入装置2运转前，将朝上斜面8的仰角φ、辅助空气流入口5的位置以及流入角θ设定在表1所示的范围内，此外，在可燃性废弃物吹入装置2运转时，通过鼓风机和/或流量调节阀等进行辅助空气流量V以及辅助空气流量的来自上下方向的比率r的调整，由此能够使可燃性废弃物吹入装置2的运转条件最佳化，能够使水泥窑用燃烧器的火焰状态稳定化。另外，在不具备辅助空气流道4以及辅助空气流入口5的图6所示的方式的可燃性废弃物吹入装置2的情况下，通过调整朝上斜面8的仰角φ，能够使水泥窑用燃烧器的火焰状态稳定化。
接着，对在使表1的各项目变化的情况下的可燃性废弃物RF(在此为软塑料)着陆燃烧的比例(窑内下落率)的燃烧模拟进行说明。
具体地说，在将前述的水泥窑用燃烧器装置1的规格以及运转条件固定了的情况下，对于使表1的各项目变化了的情况，通过模拟(软件：ANSYS JAPAN公司制：FLUENT)进行了验证。模拟中的各项目的设定值表示在表2中。另外，作为不具有朝上斜面8且未使用辅助空气AA的当前的例子(比较例)，将可燃性废弃物RF处理量设定了2个水平(5t/h，2t/h)。
作为该模拟的结果得到的、可燃性废弃物RF(直径30mm、厚度0.5mm的软塑料)的窑内下落率示于表3中，实施例1～5以及比较例1～2的窑内的气体温度分布示于图8中。
[表2]
Figure BDA0002655125190000181
[表3]
Figure BDA0002655125190000191
根据表3的结果，确认了：在各实施例1～5的水平中，与将可燃性废弃物RF的处理量的条件以5t/h设为共同的比较例1的水平相比，能够使可燃性废弃物RF的窑内下落率充分降低。即，确认了：即使在没有利用辅助空气AA的实施例1中，与作为当前的运转条件的比较例1相比，也能够降低窑内下落率，通过设置朝上斜面8，能够得到抑制可燃性废弃物RF的着陆燃烧的效果。此外，基于设有朝上斜面8并且导入了辅助空气AA的实施例2～5，与实施例1相比，都进一步降低了窑内下落率。
与比较例1相比，基于实施例3～5能够使窑内下落率的值降低到1/3以下，尤其是基于实施例5使窑内下落率达到了0％。由此，确认了：按照本发明的可燃性废弃物吹入装置、以及可燃性废弃物吹入装置的运转方法，能够使可燃性废弃物RF有效地燃烧。
另外，在图8所示的水泥窑内的气体的温度分布中，实施例1～5的气体的温度分布与当前的运转条件下将可燃性废弃物RF的处理量设为2t/h的比较例2的情况大致相同。比较例2的运转条件是使可燃性废弃物RF的供给量比各实施例少，并且是可燃性废弃物RF的窑内下落率为0.5质量％的良好的窑燃烧器的燃烧状态。另一方面，在当前的运转条件中，在与本实施例同样为可燃性废弃物RF处理量(5t/h)的比较例1中，在水泥窑内的气体的温度大幅降低的同时，可燃性废弃物RF的窑内下落率为3.0质量％，大量的可燃性废弃物RF着陆燃烧了。即，确认了：基于本发明能够利用可燃性废弃物RF作为辅助燃料而不会较大地改变水泥窑内的气体的温度分布。
即，由此可知基于本发明能够容易地进行在保持水泥窑用燃烧器的最合适的燃烧状态下利用可燃性废弃物作为辅助燃料。
另外，可燃性废弃物吹入装置具备的辅助空气流入口的设置数量、设置位置不限于上述实施方式的构成。
附图标记说明
1：水泥窑用燃烧器装置
2：可燃性废弃物吹入装置
3：可燃性废弃物流道
3c：可燃性废弃物流道的轴心
4：辅助空气流道
4-1，4-2：辅助空气流道
4-3，4-4，4-5，4-6，4-7，4-8：辅助空气流道
5：辅助空气流入口
5-1，5-2，5-3，5-4，5-5，5-6，5-7，5-8，5-9，5-10：辅助空气流入口
5-11，5-12，5-13，5-14，5-15，5-16：辅助空气流入口
6：分隔构件
7：辅助空气送入构件
8：朝上斜面
11：空气管道
12：可燃性废弃物输送管道
13：空气管道
21：固体粉末燃料用流道
22：空气流道(第一空气流道)
22a：回旋叶片
31：油用流道
113，114，118：分支管
135，136，137：分支管
AA：辅助空气
B113，B114，B135，B136，B137，B118：流量调节阀
F1，F2，F3：鼓风机
RF：可燃性废弃物
θ：辅助空气的流入角
φ：朝上斜面的仰角

Claims (11)

1.一种可燃性废弃物吹入装置，其能够附设于水泥窑用燃烧器装置，所述水泥窑用燃烧器装置在固体粉末燃料用流道的内侧具备至少一个空气流道；
所述可燃性废弃物吹入装置的特征在于，
具有可燃性废弃物流道，所述可燃性废弃物流道配置于最内壳的所述空气流道的内侧，设置为平行于所述水泥窑用燃烧器装置的轴向，用于输送可燃性废弃物流；
所述可燃性废弃物流道在吹入口附近具有倾斜面，所述倾斜面以使垂直方向的流道宽度随着接近所述吹入口而变窄的方式朝向所述吹入口呈上坡。
2.如权利要求1所述的可燃性废弃物吹入装置，其特征在于，
所述倾斜面的所述可燃性废弃物流道的轴向上的与所述吹入口相反侧的端部处于从所述吹入口离开150mm～2000mm的位置，所述倾斜面的仰角为1°～4°。
3.如权利要求1或2所述的可燃性废弃物吹入装置，其特征在于，
在所述可燃性废弃物流道上形成有所述倾斜面的部位具备辅助空气流入口，所述辅助空气流入口能够使辅助空气流以朝向所述可燃性废弃物流道的轴心的方式流入所述可燃性废弃物流道内；
所述辅助空气流入口沿周向配置于多个部位。
4.如权利要求3所述的可燃性废弃物吹入装置，其特征在于，
所述辅助空气流入口，配置于在垂直方向上隔着水平面的多个部位并且所述水平面包含当以相对于所述可燃性废弃物流道的轴心而正交的面进行切断时的所述可燃性废弃物流道的轴心。
5.如权利要求4所述的可燃性废弃物吹入装置，其特征在于，
所述可燃性废弃物流道构成为：通过从所述辅助空气流入口流入的所述辅助空气流来将所述可燃性废弃物流朝轴心方向缩小后，能够使所述可燃性废弃物流朝垂直方向的上方喷出。
6.如权利要求3至5中任一项所述的可燃性废弃物吹入装置，其特征在于，
所述辅助空气流入口，设置于距离所述可燃性废弃物流道的所述吹入口10mm～600mm的范围。
7.一种可燃性废弃物吹入装置的运转方法，其是权利要求1或2所述的可燃性废弃物吹入装置的运转方法，其特征在于，
所述可燃性废弃物流从所述可燃性废弃物流道向比水平面更靠垂直方向的上方喷出。
8.如权利要求7所述的可燃性废弃物吹入装置的运转方法，其特征在于，
在所述可燃性废弃物流道上形成有所述倾斜面的部位具备辅助空气流入口，所述辅助空气流入口能够使辅助空气流以朝向所述可燃性废弃物流道的轴心的方式流入所述可燃性废弃物流道内；
所述辅助空气流入口沿周向配置于多个部位；
从比所述水平面更靠垂直方向下侧流入的朝上的辅助空气流量是从比所述水平面更靠垂直方向上侧流入的朝下的辅助空气流量以上。
9.如权利要求8所述的可燃性废弃物吹入装置的运转方法，其特征在于，
从所述辅助空气流入口流入所述可燃性废弃物流道的空气流量的总量是流经所述可燃性废弃物流道的一次空气流量的5体积％～65体积％。
10.如权利要求8或9所述的可燃性废弃物吹入装置的运转方法，其特征在于，
所述朝下的辅助空气流量与所述朝上的辅助空气流量之比是0.5～1.0。
11.如权利要求8至10中任一项所述的可燃性废弃物吹入装置的运转方法，其特征在于，
当将在所述可燃性废弃物流道内输送的所述可燃性废弃物流的输送方向作为基准时的、流入所述可燃性废弃物流道内的所述辅助空气流的流入角大于0°且为90°以下。
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