JP2001208319A - 廃棄物流動層式焼却炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、燃焼効率や脱硫効率の低下を招く
ことなく、Ｎ_２ＯとＮＯの両者を同時に低減できる廃棄
物流動層式焼却炉を提供する。 【解決手段】 廃棄物が投入される流動層の上方に、燃
焼ガス生成物等が再燃焼されるフリーボード域を設けて
なる廃棄物流動層式焼却炉において、前記流動層の上方
に昇温バーナを、更にその上方に燃焼促進体を配し、昇
温バーナより燃焼促進体入口側の空気比を、燃焼促進体
出口側の空気比より低く設定し、そして前記燃焼促進体
は、昇温バーナよりの輻射熱を反射させて、昇温バーナ
より燃焼促進体入口側の温度分布の均一化を図る輻射変
換体で構成するのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄物流動層式焼却
炉に係り、特に下水汚泥焼却に用いる流動層式焼却炉に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より廃棄物焼却炉にはストーカ式焼
却炉と流動層式焼却炉が主流を占めているが、下水汚泥
焼却においては、熱負荷容量の大きい流動層式焼却炉が
有利である。一方、下水汚泥には廃棄物中の窒素分が高
く、又流動層式焼却炉を用いても廃棄物中の含水率が高
いために燃焼温度が低くなることから、酸化窒素(ＮＯ)
に比較して亜酸化窒素(Ｎ_２Ｏ)が多くなる傾向がある。
然も亜酸化窒素は温室効果係数が二酸化炭素(ＣＯ_２)の
３１０倍であり、地球温暖化の影響が極めて大きい。

【０００３】このため流動層内の亜酸化窒素(Ｎ_２Ｏ)の
低減技術としてはＮ_２Ｏの期限となるＨＣＮやＮＨ_３か
らＮ_２ＯとＮＯへの転換割合(選択率)を変えることであ
り、燃焼温度を上げる、酸素濃度(空気比)を下げる、接
触粒子との混合を促進する、などの方法が有効である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な方法を採っても端にＮ_２ＯとＮＯへの転換割合が変わ
るだけで窒素酸化物全体としての排出濃度の合計値(２
Ｎ_２Ｏ＋ＮＯ)はほぼ一定している。即ち、Ｎ_２Ｏを低
減しようとするとＮＯが増大し、一方ＮＯを低減しよう
とするとＮ_２Ｏが増大してしまう。そしてＮＯは大気汚
染上極めて問題となる物質である。このため両者を同時
に低減できる物質として二段燃焼法が有効であるが、二
段燃焼法は燃焼効率や脱硫効率の低下を招く。本発明
は、かかる課題に鑑み、燃焼効率や脱硫効率の低下を招
くことなく、Ｎ _２ＯとＮＯの両者を同時に低減できる廃
棄物流動床焼却を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するために、請求項１記載の発明は、廃棄物が投入さ
れる流動層の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼される
フリーボード域を設けてなる廃棄物流動層式焼却炉にお
いて、前記流動層の上方に昇温バーナを、更にその上方
に燃焼促進体を配し、燃焼促進体を挟んで空気比が異な
る区域を形成したことを特徴とする。即ち、より具体的
には昇温バーナより燃焼促進体入口側の空気比を、燃焼
促進体出口側の空気比より低く設定したことを特徴とす
る。そしてこのことは請求項２に記載のように、廃棄物
が投入される流動層の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃
焼されるフリーボード域を設けてなる廃棄物流動層式焼
却炉において、前記流動層の上方に昇温バーナを、更に
その上方に燃焼促進体を配し、昇温バーナより燃焼促進
体入口側の酸素濃度を、燃焼促進体出口側の酸素濃度よ
り低く設定したことを特徴とすることになる。

【０００６】そして前記燃焼促進体は、請求項３に記載
のように、二次空気導入手段と燃焼バーナの組み合わせ
で構成してもよく、又請求項４に記載のように、昇温バ
ーナよりの輻射熱を反射させて、昇温バーナより燃焼促
進体入口側の温度分布の均一化を図る輻射変換体で構成
してもよいが、好ましくは後者がよい。輻射変換体は、
一般にセラミック管の集合体やセラミック多孔質の連続
通気孔(特願平１０-２１６３４５)、更にはセラミック
ブロックを左右交互に配置し、ジグザグ状の通路を形成
しその配置部分の上流側の空間の温度分布の均一化を図
るものである。

【０００７】そして空気比や酸素濃度を明瞭に区別する
ために、請求項５に記載のように、前記燃焼促進体の、
入口側若しくは促進体内に二次空気を導入させるのがよ
い。

【０００８】更に請求項６に記載のように、昇温バーナ
より燃焼促進体入口側の温度が、９００℃〜１０００℃
の範囲になるように昇温バーナを制御することにより、
サーマルＮＯxが顕著に増加することなく、本発明の効
果を円滑に達成しうる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定
的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１は本発
明の第１実施形態にかかる流動層式燃焼装置で、１は流
動層式燃焼炉、２は押し込みファン、３はエアヒータ
で、該エアヒータ３で加熱された空気は一次空気として
流動層１１底部より、流動層１１内に導入される。又前
記加熱空気の一部は二次空気として二次空気導入ノズル
１２より導入されている。

【００１０】４は下水汚泥投入ポンプで、加熱された流
動層１１内に汚泥が投入される。５は昇温バーナで、Ｌ
ＰＧやＬＮＧ等の可燃ガスにより生成された燃焼炎が流
動層１１上方に位置する昇温バーナ５より燃焼促進体６
入口側の空間を加熱するとともにその空間Ａの空気比の
低減、言い換えれば酸素濃度の低減を図る。燃焼促進体
６の上方は二次空気により燃焼ガス生成物等(熱分解ガ
ス)が再燃焼されるフリーボード域Ｂが形成されてい
る。

【００１１】そして前記流動層式燃焼炉１から排出され
た排ガス等は、ガスクーラ７、サイクロン８等を介して
飛灰や大気汚染物を除去した後、誘引ファン９、煙突１
０を介して大気放出される。かかる点は公知である。

【００１２】図２は多数のＡl２Ｏ３等のセラミック管
２１の集合体からなる輻射変換体２０で、前記セラミッ
ク管２１とこれを固定するフレーム板２２からなり、前
記セラミック管２１同士の隣接空間２３を加熱された燃
焼ガス生成物等(熱分解ガス)が通過することにより、該
セラミック管２１が加熱されて輻射率が８０％程度の輻
射変換体を形成しうる。そしてかかる輻射変換体２０が
前記燃焼促進体６として用いられている。

【００１３】次にかかる実施例に基づく作用を説明す
る。Ｎ_２Ｏ、ＮＯの発生には、廃棄物窒素分から生成さ
れるＨＣＮ、ＮＨ_３などの中間生成物が大きな役割を果
たしている。Ｎ_２Ｏの生成はこのうち主としてＨＣＮに
よるものであり、ＨＣＮが酸化されてできたＮＣＯをＮ
Ｏとの（１）の反応により生成される。温度との関係を
みると、Ｎ_２Ｏ排出温度は燃焼温度に強く依存し、７３
０〜８３０℃で最大値を示す。これより高温場では
（２）、（３）のＮＣＯのＮＯへの転換反応が（１）の
Ｎ_２Ｏへの転換反応より速くなるため、Ｎ_２Ｏは温度の
増加に伴い減少する。また、１２３０℃以上の高温場で
は（４）のＮ_２Ｏ生成抑制反応およびＨ、ＯＨラジカル
による（５）、（６）の分解反応が生成反応を上回り、
Ｎ_２Ｏ生成はさらに抑制されるが、一方ではサーマルＮ
Ｏxが顕著に増加してしまう。

【００１４】 ＮＣＯ＋ＮＯ→Ｎ_２Ｏ＋ＣＯ （１） ＮＣＯ＋Ｏ →ＮＯ＋ＣＯ （２） ＮＣＯ＋ＯＨ→ＮＯ＋ＣＯ＋Ｈ （３） ＮＣＯ＋Ｈ →ＮＨ＋ＣＯ （４） Ｎ_２Ｏ＋Ｈ →Ｎ_２＋ＯＨ （５） Ｎ_２Ｏ＋ＯＨ→Ｎ_２＋ＨＯ_２ （６）

【００１５】また、燃焼温度とＮＯとＮ_２Ｏの関係につ
いてまとめると、図４の通り燃焼温度上昇に伴い両方と
も低減化する傾向となる。従来技術においては燃焼温度
の増加に伴いＮＯ生成量は増加し、またＮ_２Ｏ生成量は
減少すると言われているが、今回の試験結果において、
ＮＯの生成量は、燃焼温度の上昇に伴い低減するという
従来の知見とは逆の傾向になった。

【００１６】即ち、図４のＲＵＮ１は昇温バーナも燃焼
促進体６(輻射変換体２０)も設けない状態で燃焼したも
の、ＲＵＮ２は燃焼促進体６(輻射変換体２０)のみを設
けた状態で燃焼したもの、ＲＵＮ３は本発明の実施例
で、昇温バーナと燃焼促進体(輻射変換体)とを設けた状
態で燃焼したものを示し、図４は、流動層上面と燃焼体
入口温度の平均値とＮＯとＮ_２Ｏの濃度の関係を示すグ
ラフ図である。本図より明らかな如くＲＵＮ３はＲＵＮ
１より燃焼平均温度が８８０℃〜９７０℃と１００℃以
上上昇し、これに比例してＮＯとＮ_２Ｏのいずれもが低
下している。

【００１７】一方、流動層上面から燃焼促進体入口部で
の空気比とＮＯとＮ２Ｏの関系についての試験結果を図
５にまとめた。本図より明らかな如く、ＲＵＮ３はＲＵ
Ｎ１やＲＵＮ２より空気比が１．３〜〜１．４から１．
０〜１．１に低減し、これに比例してＮＯとＮ_２Ｏのい
ずれもが低下している。又燃焼促進体５出口側のフリー
ボード域Ｂは二次空気の導入により空気比が高く、これ
により、昇温バーナ５より燃焼促進体６入口側の空間Ａ
の空気比を、燃焼促進体６出口側のフリーボード域Ｂの
空気比より低く設定し、言い換えれば、前記流動層１１
の上方に昇温バーナ５を、更にその上方に燃焼促進体６
を配し、昇温バーナ５より燃焼促進体６入口側空間Ａの
酸素濃度を、燃焼促進体６出口側の酸素濃度より低く設
定することによりＮＯ、Ｎ_２Ｏの発生量がいずれも低減
する。

【００１８】図６はかかる図４、図５に基づいて、ＮＯ
とＮ_２ＯそれぞれがＲＵＮ３（促進体＋バーナ）におい
て、低減されている状態を示す。従って本実施例によれ
ば、昇温バーナ５による燃焼温度の上昇によりＮ_２Ｏが
低減され、又、流動層部〜燃焼促進体入口側空間Ａの空
気比を出口側のフリーボード域Ｂより低く設定すること
により、ＦｕｅｌＮＯｘが低減され、結果としてＮＯも
Ｎ_２Ｏも低減されるたためである。昇温バーナ５によ
り、燃焼温度は上昇したものの、サーマルＮＯｘも増加
することなく、又炭酸ガス濃度、ダイオキシン濃度、ア
ンモニア濃度のいずれもが本実施例のＲＵＮ３は、従来
技術のＲＵＮ１より大幅に低減していることが確認され
た。

【００１９】尚、図３は図１の輻射変換体２０の代わり
に、に燃焼バーナ(第２の昇温バーナ２５)を用いた他の
実施例で、二次空気導入ノズル１２と対面する炉壁位置
に第２の昇温バーナ２５を配し、二次空気導入ノズル１
２と燃焼バーナ２５の組み合わせで燃焼促進体を構成し
ている。かかる実施例も前記実施例と同様な効果を得る
ことが出来る。

【００２０】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、燃焼
効率や脱硫効率の低下を招くことなく、Ｎ_２ＯとＮＯの
両者を同時に低減できる廃棄物流動層式焼却炉を提供出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態にかかる流動層式燃焼
装置を示す概略図である。

【図２】 多数のＡl２Ｏ３等のセラミック管の集合体
からなる輻射変換体を示す正面図と平面図である。

【図３】 本発明の第２実施形態にかかる流動層式燃焼
装置を示す概略図である。

【図４】 流動層上面と燃焼体入口温度の平均値とＮＯ
とＮ_２Ｏの濃度の関係を示すグラフ図である。

【図５】 流動層上面から燃焼促進体入口部での空気比
とＮＯとＮ_２Ｏの関系についての試験結果をまとめたグ
ラフ図である。

【図６】 ＮＯとＮ_２Ｏそれぞれが本実施例において、
低減されている状態を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 流動層式燃焼炉 ２ 押し込みファン ３ エアヒータ ４ 下水汚泥投入ポンプ ５ 昇温バーナ ６ 燃焼促進体 １１ 流動層 １２ 二次空気導入ノズル ２５ 第２の昇温バーナ（燃焼バーナ） Ａ 昇温バーナより燃焼促進体入口側の空間 ｂ フリーボード域

フロントページの続き (72)発明者 本多 裕姫 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 石川 出 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 川村 謙一 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 山村 一生 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 青野 滋 横浜市中区錦町12番地 三菱重工業株式会 社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 3K064 AA01 AB03 AC02 AD03 AD08 AE08 AE13 AF09 BA03 3K078 BA03 CA02 CA09 CA12 CA15 EA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物が投入される流動層の上方に、燃
   焼ガス生成物等が再燃焼されるフリーボード域を設けて
   なる廃棄物流動層式焼却炉において、 前記流動層の上方に昇温バーナを、更にその上方に燃焼
   促進体を配し、燃焼促進体を挟んで空気比が異なる区域
   を形成し、昇温バーナより燃焼促進体入口側の空気比
   を、燃焼促進体出口側の空気比より低く設定したことを
   特徴とするたことを特徴とする廃棄物流動層式焼却炉。
2. 【請求項２】 廃棄物が投入される流動層の上方に、燃
   焼ガス生成物等が再燃焼されるフリーボード域を設けて
   なる廃棄物流動層式焼却炉において、 前記流動層の上方に昇温バーナを、更にその上方に燃焼
   促進体を配し、昇温バーナより燃焼促進体入口側の酸素
   濃度を、燃焼促進体出口側の酸素濃度より低く設定した
   ことを特徴とする廃棄物流動層式焼却炉。
3. 【請求項３】 前記燃焼促進体が、二次空気導入手段と
   燃焼バーナの組み合わせでで構成した事を特徴とする請
   求項１若しくは２記載の廃棄物流動層式焼却炉。
4. 【請求項４】 前記燃焼促進体が、昇温バーナよりの輻
   射熱を反射させて、昇温バーナより燃焼促進体入口側の
   温度分布の均一化を図る輻射変換体で構成した事を特徴
   とする請求項１若しくは２記載の廃棄物流動層式焼却
   炉。
5. 【請求項５】 前記燃焼促進体の、入口側若しくは促進
   体内に二次空気を導入させる事を特徴とする請求項１若
   しくは２記載の廃棄物流動層式焼却炉。
6. 【請求項６】 昇温バーナより燃焼促進体入口側の温度
   が、９００℃〜１０００℃の範囲になるように昇温バー
   ナを制御したことを特徴とする請求項１若しくは２記載
   の廃棄物流動層式焼却炉。