JP2000274636A - Ｒｄｆ燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動層炉および二次燃焼炉の高さを低くし、
その結果燃焼装置全体の小形化を図る。 【解決手段】 流動層炉１においてＲＤＦを燃焼させ
る。流動層炉１から排出される流動媒体をサイクロン２
により燃焼ガスから分離して捕集し、捕集した流動媒体
を流動媒体還流路３を通して流動層炉１に戻す。サイク
ロン２から出てきた燃焼ガス中の未燃分を、サイクロン
２の後流側に設けられた二次燃焼炉４で燃焼させる。揮
発分量と固定炭素量との比が１以上であるＲＤＦを使用
する。流動層炉１内のガス流速を４〜６ｍ／ｓに設定す
るとともに、流動層炉１内温度を６００〜１０００℃に
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＲＤＦを燃料と
するボイラや、同じくＲＤＦを燃料とし、発生した熱エ
ネルギを利用して発電を行う発電装置に適用されるＲＤ
Ｆ燃焼方法に関する。

【０００２】この明細書において、「ＲＤＦ」という語
は、廃棄物再生燃料（Refuse Derived Fuel ）を意味
するものとする。

【０００３】

【従来の技術】従来、廃棄物は、焼却減容化または直接
埋立てにより処理されていた。しかしながら、焼却減容
化においては焼却処理場でのダイオキシン等の有害物質
の排出が問題となり、また埋立てにおいては埋立て最終
処分場の用地不足が問題となってきた。

【０００４】そこで、このような問題を解決するため
に、廃棄物からＲＤＦをつくり、これをボイラや発電装
置の燃料等として用いることが考えられている。

【０００５】ＲＤＦを燃料とする燃焼装置として、本出
願人は、先に、流動層炉と、流動層炉の後流側に配置さ
れかつ流動層炉から排出される流動媒体を燃焼ガスから
分離させて捕集する集塵装置と、集塵装置と流動層炉と
の間に設けられかつ集塵装置で捕集された流動媒体を流
動層炉に戻す流動媒体還流路と、流動媒体還流路の途中
に設けられかつ流動層炉に戻される流動媒体の有する熱
を回収する熱回収装置と、集塵装置の後流側に設けられ
かつ集塵装置から出てきた燃焼ガス中の未燃分を、三次
空気を導入して燃焼させる二次燃焼炉と、二次燃焼炉の
後流側に設けられかつ二次燃焼炉から出てきた燃焼ガス
の有する熱を回収する熱回収装置とを備えたものを提案
した（特開平１０−２５３０１１号公報参照）。

【０００６】上記構成の燃焼装置において、ＲＤＦを燃
焼させるにあたり、流動層炉内に所定量の珪砂等の流動
媒体が初期充填され、一次空気および二次空気により流
動媒体を用いて流動層が形成される。ＲＤＦは流動層炉
に導入されて流動層炉内の流動層において燃焼させられ
る。流動媒体を含む燃焼ガスは、流動層炉の上端から排
出されてサイクロンに送られ、ここで流動媒体が燃焼ガ
スと分離されて捕集される。サイクロンで捕集された流
動媒体は、流動媒体還流路を通って流動層炉に戻され
る。流動媒体の有する熱は、流動媒体還流路の途中に設
けられた熱回収装置によって回収される。

【０００７】サイクロンから出た燃焼ガスは二次燃焼炉
に入り、ここで三次空気の導入下に燃焼ガス中の未燃分
が燃焼させられる。二次燃焼炉から出た燃焼ガスの有す
る熱は、二次燃焼炉の後流側に設けられた熱回収装置に
よって回収される。

【０００８】そして、２つの熱回収装置で回収された熱
が有効利用されるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た公報には、流動層炉および二次燃焼炉の高さを低く
し、その結果燃焼装置全体の小形化を図りうる操業条件
については全く記載されていない。

【００１０】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
であって、流動層炉および二次燃焼炉の高さを低くし、
その結果燃焼装置全体の小形化を図りうるＲＤＦ燃焼方
法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段と発明の効果】この発明に
よるＲＤＦ燃焼方法は、流動層炉においてＲＤＦを燃焼
させ、流動層炉から排出される流動媒体を集塵装置によ
り燃焼ガスから分離して捕集し、捕集した流動媒体を流
動媒体還流路を通して流動層炉に戻し、一方集塵装置か
ら出てきた燃焼ガス中の未燃分を、集塵装置の後流側に
設けられた二次燃焼炉で燃焼させるＲＤＦ燃焼方法にお
いて、揮発分量と固定炭素量との比（つまり、揮発分量
／固定炭素量）が１以上であるＲＤＦを使用し、流動層
炉内のガス流速を４〜６ｍ／ｓに設定するとともに、流
動層炉内温度を６００〜１０００℃に設定することを特
徴とするものである。

【００１２】上記において、ＲＤＦ中の揮発分量および
固定炭素量は、JIS Ｍ８８１２の方法により測定される
ものである。

【００１３】この発明の方法によれば、ＲＤＦを流動層
炉内に投入すると、ＲＤＦが熱分解され、可燃ガスおよ
びタールからなる揮発分と、チャーからなる固定炭素と
が発生する。可燃ガスは、主にＨ₂ 、ＣＨ₄ 、ＣＯ、Ｃ
Ｏ₂ 、Ｃ₂ Ｈ₄ 、Ｃ₂ Ｈ₆ であり、タールはＣ₃ 〜Ｃ₂₀
の炭化水素（プロピレン、ベンゼン、トルエン、ナフタ
レン等の軽油成分に類似）である。そして、流動層炉内
温度を６００〜１０００℃にすると、揮発分は１〜２秒
の時間で完全燃焼する。一方、チャー（固定炭素）は、
流動層炉内温度が６００〜１０００℃であれば、完全燃
焼するのに３〜５秒の時間を要する。ここで、揮発分量
と固定炭素量との比が１以上であるＲＤＦを使用してい
ると、揮発分の発生量が固定炭素の発生量以上になる。
また、流動層炉内のガス流速を４〜６ｍ／ｓにしておく
と、流動層炉内高さが比較的低い４〜１２ｍであって
も、揮発分は完全燃焼し、微量のチャーだけが残存する
ことになる。したがって、二次燃焼炉においては微量の
チャーだけを燃焼させればよく、二次燃焼炉の高さも比
較的低くすることができる。その結果、装置全体の小形
化を図ることができる。なお、流動層炉内のガス流速の
下限値を４ｍ／ｓに限定したのは、これ未満であると、
流動層炉、集塵装置および流動媒体還流路の間での流動
媒体の循環が効率良く行われなくなるからである。ま
た、流動層炉内のガス流速の上限値を６ｍ／ｓに限定し
たのは、流動層炉の高さを揮発分を完全燃焼しうる必要
最小限の高さに抑えるためである。

【００１４】この発明のＲＤＦ燃焼方法において、ＲＤ
Ｆの少なくとも一部を流動媒体還流路に投入し、集塵装
置から流動層炉に戻される流動媒体によって、ＲＤＦを
流動媒体還流路において解砕することがある。この場
合、解砕ＲＤＦはかなり小さくなるので、流動媒体還流
路において流動層炉内に導入されるまでの間に熱分解さ
れて揮発分およびチャーが発生し、この揮発分およびチ
ャーが流動層炉内に導入される。その結果、流動層炉内
において流動媒体の流動が阻害されることはなく、しか
も流動層炉内に導入された揮発分およびチャーの燃焼が
促進され、流動層炉内での燃焼が安定化する。したがっ
て、流動層炉および二次燃焼炉の高さを一層低くするこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。

【００１６】図１はこの発明のＲＤＦ燃焼方法の実施に
用いられる装置を示す。

【００１７】図１において、燃焼装置は、垂直円筒状の
流動層炉(1) と、流動層炉(1) の後流側に配置されかつ
流動層炉(1) から排出される流動媒体を燃焼ガスから分
離させて捕集するサイクロン(2) （集塵装置）と、サイ
クロン(2) と流動層炉(1) との間に設けられかつサイク
ロン(2) で捕集された流動媒体を流動層炉(1) に戻す流
動媒体還流路(3) と、サイクロン(2) の後流側に設けら
れかつサイクロン(2)から出てきた燃焼ガス中の未燃分
を、三次空気を導入して燃焼させる二次燃焼炉(4) とを
備えている。

【００１８】流動層炉(1) は、空気予熱器から送られて
きた一次空気および二次空気により砂等の流動媒体を用
いて流動層を形成する。ＲＤＦはホッパ(5) 内に投入さ
れており、ホッパ(5) から導出されて定量供給スクリュ
ーフィーダ(6) により投入路(7) を通して、流動層炉
(1) の周壁に形成されたＲＤＦ投入口(8) から所定量ず
つ流動層炉(1) 内に導入されるようになっている。な
お、投入路(7) にはロータリーバルブ(9) が設けられて
いる。

【００１９】流動媒体還流路(3) の途中に熱回収部(3a)
が設けられており、熱回収部(3a)内に流動層炉(1) に戻
される流動媒体の有する熱を回収する熱回収用熱交換器
(10)が配置されている。また、熱回収部(3a)および流動
媒体還流路(3) における熱回収部(3a)よりも流動層炉
(1) 側の部分に、それぞれ流動媒体移送空気が吹き込ま
れるようになっている。これらの流動媒体移送空気は、
流動層炉(1) に吹き込まれる一次空気および二次空気と
同じ供給系から供給される。流動媒体還流路(3)の流動
層炉(1) 側の端部はＲＤＦ投入口(8) よりも上方に開口
している。流動媒体還流路(3) における熱回収部(3a)よ
りも流動層炉(1) 側の部分にＲＤＦ投入口(11)が設けら
れ、ＲＤＦが、ホッパ(5) から伸びる投入路(7) の分岐
部(7a)を通して、ＲＤＦ投入口(11)より所定量ずつ熱媒
体還流路(3) に導入されるようになっている。なお、図
示は省略したが、流動媒体還流路(3) における熱回収部
(3a)よりも流動層炉(1) 側の部分に、流動層炉(1) 内に
おいて流動層を形成するケイ砂等の流動媒体が投入され
るようになっている。

【００２０】二次燃焼炉(4) には三次空気が供給され、
流動層炉(1) からサイクロン(2) を経て送られてきた燃
焼ガス中の未燃分を完全燃焼させる。三次空気は、流動
層炉(1) に吹き込まれる一次空気および二次空気や、流
動媒体還流路(3) に吹き込まれる流動媒体移送空気と同
じ供給系から供給される。なお、図示は省略したが、二
次燃焼炉(4) に、プロパンパイロットバーナのような補
助バーナを設けておき、この補助バーナにより追い炊き
を行ってもよい。

【００２１】サイクロン(2) の後流側に熱回収塔(12)が
配置されている。熱回収塔(12)内には、サイクロン(2)
から排出された燃焼ガスの有する熱を回収する熱回収用
熱交換器(13)が配置されている。

【００２２】熱回収塔(12)の後流側には減温塔(14)およ
びバグフィルタ(15)が配置されている。減温塔(14)は熱
回収塔(12)を通過してきた燃焼ガスの温度をさらに低下
させるものである。バグフィルタ(15)は燃焼ガス中の塩
化水素、硫黄酸化物および煤塵等を捕集するものであ
り、その前流側で消石灰等の中和剤や、反応助剤が燃焼
ガス中に添加される。バグフィルタ(15)を通過した燃焼
ガスは、ファン(16)により煙突(17)に送られ、煙突(17)
から大気中に排出される。

【００２３】バグフィルタ(15)の下端から排出される飛
灰は、飛灰処理装置（図示略）に送られるようになって
いる。

【００２４】上記構成の燃焼装置において、揮発分量と
固定炭素量との比が１以上のＲＤＦを燃焼させるにあた
り、流動層炉(1) 内に所定量の珪砂等の流動媒体を初期
充填し、一次空気および二次空気により流動媒体を用い
て流動層を形成しておく。また、流動層炉(1) 内のガス
流速が４〜６ｍ／ｓとなり、流動層炉(1) 内温度が６０
０〜１０００℃、好ましくは８００〜９５０℃となるよ
うに設定しておく。

【００２５】このような状態で、ホッパ(5) 内のＲＤＦ
を、定量スクリューフィーダ(6) により投入路(7) およ
びＲＤＦ投入口(8) を通して流動層炉(1) に直接導入す
る。また、ＲＤＦを、流動層炉(1) に直接導入する代わ
りに、あるいは流動層炉(1)に直接導入するのと同時
に、投入路(7) の分岐部(7a)および投入口(11)を通して
流動媒体還流路(3) を経て流動層炉(1) に導入する。流
動層炉(1) に直接導入されたＲＤＦは、炉(1) 内で熱分
解され、可燃ガスおよびタールからなる揮発分と、チャ
ーからなる固定炭素とが発生する。揮発分は、流動層炉
(1) 内を上昇する間に完全燃焼し、灰分が発生する。固
定炭素は流動層炉(1) 内を上昇する間にその大部分が燃
焼する。一方、流動媒体還流路(3) に投入されたＲＤＦ
は、サイクロン(2) から流動層炉(1) に戻される流動媒
体により解砕されて小さくなる。解砕ＲＤＦは、流動媒
体還流路(3) において流動層炉(1) 内に導入されるまで
の間に熱分解され、可燃ガスおよびタールからなる揮発
分と、チャーからなる固定炭素とが発生し、これらが流
動層炉(1) 内に導入される。揮発分は、流動層炉(1)内
を上昇する間に完全燃焼し、灰分が発生する。固定炭素
は流動層炉(1) 内を上昇する間にその大部分が燃焼す
る。

【００２６】流動媒体と、微量の固定炭素および未燃物
と、灰分とを含む燃焼ガスは、流動層炉(1) の上端から
排出されてサイクロン(2) に送られ、ここで流動媒体が
燃焼ガスと分離されて捕集される。サイクロン(2) で捕
集された流動媒体は、流動媒体還流路(3) を通って流動
層炉(1) に戻される。流動媒体の有する熱は、熱回収部
(3a)を通過する間に熱回収用熱交換器(10)によって回収
される。

【００２７】サイクロン(2) から出た燃焼ガスは二次燃
焼炉(4) に入り、ここで三次空気の導入下に燃焼ガス中
の微量の固定炭素および未燃物が燃焼させられる。

【００２８】二次燃焼炉(4) から出た燃焼ガスは熱回収
塔(12)内に入り、燃焼ガスの有する熱は熱回収塔(12)を
通過する間に熱回収用熱交換器(13)によって回収され
る。ついで、燃焼ガスは減温塔(14)内に流入し、ここで
さらに温度が下げられる。その後、燃焼ガスは、消石灰
等の中和剤および反応助剤が添加された後バグフィルタ
(15)に流入し、ここで塩化水素、硫黄酸化物および煤塵
が除去される。その後、ファン(16)により煙突(17)に送
られ、煙突(17)から大気中に排出される。

【００２９】そして、２つの熱回収用熱交換器(10)(13)
で回収された熱が、有効利用されるようになっている。

【００３０】次に、図１に示す装置を用いて行ったこの
発明の方法の実施例について説明する。

【００３１】実施例１ 流動層炉(1) の高さ６ｍ、内径１５０ｍｍとしておい
た。流動媒体としては珪砂JIS ６号を使用した。ＲＤＦ
としては、一般都市ごみから作製され、水分６．５ｗｔ
％、灰分１０．９ｗｔ％、Ｃ４４．１ｗｔ％（dry ）、
Ｈ６．２ｗｔ％（dry ）、Ｎ０．９ｗｔ％（dry ）、Ｏ
３６．９ｗｔ％（dry ）、Ｃｌ０．２ｗｔ％（dry ）、
Ｓ０．１ｗｔ％（dry ）、発熱量４１２０ｋｃａｌ／ｋ
ｇ（dry ）、理論空気量４．３３Ｎｍ₃ ／ｋｇ（dry
）、理論乾き排ガス量４．２７Ｎｍ₃／ｋｇ（dry ）と
いう性状のものを使用した。

【００３２】そして、流動媒体の流動層炉(1) 内への初
期充填量を４０ｋｇとし、流動媒体の循環量を１ｔ／
ｈ、サイクロン(2) から流動層炉(1) に戻される流動媒
体の温度を６００℃に調節した。この状態で、揮発分量
と固定炭素量との比が１以上であるＲＤＦを２０ｋｇ／
ｈとなるようにＲＤＦ投入口(8) から流動層炉(1) 内に
直接導入した。また、流動層炉(1) 内に吹き込まれるト
ータル空気量を１５０Ｎｍ³ （空気比１．５）、流動層
炉(1) 内の温度を９００℃、流動層炉(1) 内のガス流速
を６ｍ／ｓｅｃに調節した。こうして、ＲＤＦを燃焼さ
せた。

【００３３】実施例２ ＲＤＦをＲＤＦ投入口(11)から流動媒体還流路(3) を経
て流動層炉(1) 内に導入した他は、上記実施例１と同じ
条件でＲＤＦを燃焼させた。

【００３４】評価試験 流動層炉(1) の７００〜８００℃の温度域における燃焼
ガス中の成分を調べた。その結果を図２に示す。図２か
ら明らかなように、Ｈ₂ 、ＣＨ₄ 、ＣＯ、ＣＯ₂ 、Ｃ₂
Ｈ₄ 、Ｃ₂ Ｈ₆ 等の可燃ガスおよびＣ₃ 〜Ｃ₂₀の炭化水
素等のタールからなる揮発分の量は、全体の約５０％を
占めている。これらの揮発分は１〜２秒で完全燃焼する
と考えられる。

【００３５】また、流動層炉(1) の炉底から６ｍの高さ
位置でガスサンプリングを行い、未燃物量、チャーの
量、Ｏ₂ 濃度、ＣＯ濃度および揮発分濃度を測定した。

【００３６】実施例１および２のいずれにおいても、炉
底から６ｍの高さ位置では揮発分は消失していた。

【００３７】また、実施例１における炉底から６ｍの高
さ位置での未燃物およびチャーの量の測定結果を図３
(a) に示し、同じくＯ₂ 濃度およびＣＯ濃度の測定結果
を図３(b) に示す。また、実施例２における炉底から６
ｍの高さ位置での未燃物およびチャーの量の測定結果を
図４(a) に示し、同じくＯ₂ 濃度およびＣＯ濃度の測定
結果を図４(b) に示す。

【００３８】これらの図面から明らかなように、流動層
炉(1) の炉底から６ｍの高さ位置においては、実施例１
および２のいずれの場合も、未燃物およびチャーの量は
少なく、Ｏ₂ 濃度およびＣＯ濃度の変動も比較的少な
い。したがって、実施例１および２のいずれの場合に
も、少量のチャーおよび未燃物を二次燃焼炉(4) で燃焼
させればよい。特に、実施例２の場合は、未燃物量が少
なく、しかもＯ₂ 濃度およびＣＯ濃度の変動は少ないの
で、流動層炉(1) 内での燃焼が安定化し、ＣＯ、ダイオ
キシン等の有害成分の発生を未然に防止することができ
る。

【００３９】このような結果から、この発明の方法によ
れば、流動層炉(1) の炉内高さを６ｍにしても安定した
燃焼を行うことができ、その結果流動層炉(1) の高さを
従来の装置の場合に比べて低くしうることが分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法を実施する燃焼装置の全体構成
を示す概略図である。

【図２】流動層炉の７００〜８００℃の温度域における
燃焼ガス中の成分を示すグラフである。

【図３】(a) は実施例１における炉底から６ｍの高さ位
置での未燃物およびチャーの量の測定結果を示すグラフ
であり、(b) は実施例における炉底から６ｍの高さ位置
でのＯ₂ 濃度およびＣＯ濃度の測定結果を示すグラフで
ある。

【図４】(a) は実施例２における炉底から６ｍの高さ位
置での未燃物およびチャーの量の測定結果を示すグラフ
であり、(b) は実施例における炉底から６ｍの高さ位置
でのＯ₂ 濃度およびＣＯ濃度の測定結果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

(1)：流動層炉 (2)：サイクロン（集塵装置） (3)：流動媒体還流路 (4)：二次燃焼炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 龍太郎 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層炉においてＲＤＦを燃焼させ、流
   動層炉から排出される流動媒体を集塵装置により燃焼ガ
   スから分離して捕集し、捕集した流動媒体を流動媒体還
   流路を通して流動層炉に戻し、一方集塵装置から出てき
   た燃焼ガス中の未燃分を、集塵装置の後流側に設けられ
   た二次燃焼炉で燃焼させるＲＤＦ燃焼方法において、揮
   発分量と固定炭素量との比が１以上であるＲＤＦを使用
   し、流動層炉内のガス流速を４〜６ｍ／ｓに設定すると
   ともに、流動層炉内温度を６００〜１０００℃に設定す
   ることを特徴とするＲＤＦ燃焼方法。
2. 【請求項２】 ＲＤＦの少なくとも一部を流動媒体還流
   路に投入し、集塵装置から流動層炉に戻される流動媒体
   によって、ＲＤＦを流動媒体還流路において解砕する請
   求項１記載のＲＤＦ燃焼方法。