JP2003042422A

JP2003042422A - 廃棄物燃焼方法

Info

Publication number: JP2003042422A
Application number: JP2001234348A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Sekiguchi; 善利関口; Etsuo Ogino; 悦生荻野; Ryutaro Fukushima; 龍太郎福島; Yukinobu Otsuka; 幸信大塚; Kenji Kaketa; 健二掛田; Hirohiko Tokunaga; 宏彦徳永; Motohiko Hara; 元彦原
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】排ガス中のダイオキシン類、ＣＯ、ＮＯxを
確実に低減する。【解決手段】流動層炉１内に空気を吹き込んで流動媒
体の流動層を形成するとともにこの流動層で廃棄物を燃
焼させる。流動層炉１から排出される流動媒体および燃
焼残渣をサイクロン２により燃焼ガスから分離して捕集
し、捕集した流動媒体および燃焼残渣の少なくとも一部
を熱交換器４を経て流動層炉１に戻すとともに同残部を
直接流動層炉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
後燃焼炉３で空気を供給して完全燃焼させる。流動層炉
１内の温度を８５０〜９５０℃にする。系内に供給する
全空気量を、流動層炉１内に投入される廃棄物に対して
空気比１．１５〜１．４となるように調整する。系内に
供給する全空気量から後燃焼炉３に供給する空気量を減
じた量に対する後燃焼炉３に供給する空気量の比を０．
０５〜０．２０に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は廃棄物燃焼方法に
関する。

【０００２】この発明において、「廃棄物」という用語
は、都市ごみ、汚泥等の他にごみ再生固形燃料（以下、
ＲＤＦと称する）を含むものとする。

【０００３】

【従来の技術】ＲＤＦを燃料とするボイラや、都市ご
み、汚泥等を焼却させる焼却設備において利用される燃
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
媒体および燃焼残渣を燃焼排ガスから分離させて捕集す
る集塵装置と、集塵装置で捕集された流動媒体および燃
焼残渣の一部を受け入れかつこれらの熱を回収した後流
動層炉に戻す熱交換器と、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および燃焼
残渣を流動層炉に戻す流動媒体および燃焼残渣還流路
と、この還流路から分岐しかつ流動媒体および燃焼残渣
を熱交換器を経て流動層炉に戻す分岐路と、集塵装置の
後流側に配置されかつ集塵装置から出てきた燃焼排ガス
中未燃分を、空気を導入して完全燃焼させる後燃焼炉と
を備えた燃焼装置を提案した（特開平１０−２５３０１
１号公報参照）。

【０００４】この燃焼装置を用いた廃棄物燃焼方法は、
流動層炉内に空気を吹き込んで流動媒体の流動層を形成
するとともにこの流動層で廃棄物を燃焼させ、流動層炉
から排出される流動媒体および燃焼残渣を集塵装置によ
り燃焼排ガスから分離して捕集し、捕集した流動媒体お
よび燃焼残渣の少なくとも一部を熱交換器を経て流動層
炉に戻すとともに同残部を直接流動層炉に戻し、一方集
塵装置から出てきた燃焼排ガス中の未燃分を、集塵装置
の後流側に設けられた後燃焼炉で完全燃焼させるという
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
廃棄物燃焼方法においても、流動層炉内での燃焼ガスの
滞留時間が不足して後燃焼炉における未燃分の燃焼が十
分に行うことができない場合があり、排ガス中のダイオ
キシン類、ＣＯ、ＮＯx、ＳＯx、Ｎ_２Ｏ、特にダイオキ
シン類、ＣＯ、ＮＯxを確実に低減することができない
おそれがある。

【０００６】この発明の目的は、上記問題を解決し、排
ガス中のダイオキシン類、ＣＯ、ＮＯx、ＳＯx、Ｎ
_２Ｏ、特にダイオキシン類、ＣＯ、ＮＯxを確実に低減
することができる廃棄物燃焼方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段と発明の効果】この発明
は、本発明者等が種々実験研究を重ねた結果、流動層炉
内の温度、系内に供給する全空気量の流動層炉内に投入
される廃棄物に対しての空気比、および系内に供給する
全空気量から後燃焼炉に供給する空気量を減じた量に対
する後燃焼炉に供給する空気量の比を、それぞれ所定範
囲内にすることにより、排ガス中のダイオキシン類、Ｃ
Ｏ、ＮＯx、ＳＯx、Ｎ_２Ｏ、特にダイオキシン類、Ｃ
Ｏ、ＮＯxを確実に低減しうることを見出してなされた
ものである。

【０００８】この発明による廃棄物燃焼方法は、流動層
炉内に空気を吹き込んで流動媒体の流動層を形成すると
ともにこの流動層で廃棄物を燃焼させ、流動層炉から排
出される流動媒体および燃焼残渣を集塵装置により燃焼
ガスから分離して捕集し、移送空気により捕集した流動
媒体および燃焼残渣の少なくとも一部を熱交換器を経て
流動層炉に戻すとともに同残部を直接流動層炉に戻し、
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後燃焼炉で空気を供給して完
全燃焼させる廃棄物燃焼方法において、流動層炉内の温
度を８５０〜９５０℃にすること、系内に供給する全空
気量を、流動層炉内に投入される廃棄物に対して空気比
１．１５〜１．４となるように調整すること、および系
内に供給する全空気量から後燃焼炉に供給する空気量を
減じた量に対する後燃焼炉に供給する空気量の比を０．
０５〜０．２０に調整することを特徴とするものであ
る。

【０００９】この発明の廃器物燃焼方法において、流動
層炉内の温度を８５０〜９５０℃の範囲内に限定したの
は、流動層炉内温度が８５０℃未満であると未燃炭素の
反応速度が遅くなってＣＯが発生し、９５０℃を越える
と灰の融着が起こって配管閉塞等の運転障害が発生する
からである。流動層炉内温度は８７０〜９２０℃にする
ことが好ましい。

【００１０】系内に供給する全空気量を、流動層炉内に
投入される廃棄物に対して空気比１．１５〜１．４とな
るように調整するのは、空気比が１．１５未満であると
空気が不足して酸素と炭素との反応が十分に進行しない
で不完全燃焼を起こして排ガス中の未燃炭素濃度および
ＣＯ濃度が高くなり、１．４を越えるとＮとＯの反応、
ダイオキシン前駆物質とＯとの反応が起こって排ガス中
のＮＯxおよびダイオキシン類の濃度が高くなるからで
ある。この空気比は、１．２〜１．３の範囲内であるこ
とが好ましい。

【００１１】系内に供給する全空気量から後燃焼炉に供
給する空気量を減じた量に対する後燃焼炉に供給する空
気量の比を０．０５〜０．２０に調整するのは、次の理
由による。すなわち、上記比が０．０５以上になると、
流動層炉内が還元状態（酸素不足状態）となってＮとＯ
の反応およびダイオキシン前駆物質とＯとの反応が抑制
されるとともに、ダイオキシン中の酸素も平衡上分解さ
れ、その結果排ガス中のＮＯxおよびダイオキシンの濃
度が低くなるという効果を奏する。しかしながら、上記
比が０．２０を越えると、後燃焼炉内での燃焼ガスの滞
留時間が不足して未燃分の完全燃焼を阻害し、その結果
排ガス中のＣＯが高くなる。したがって、上記比は０．
０５〜０．０２の範囲内から選択すべきである。上記比
は０．１〜０．１５の範囲内にあることが好ましい。

【００１２】この発明の廃器物燃焼方法によれば、上述
のように、排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯx濃度およびダイ
オキシン濃度を低減することができる。

【００１３】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。

【００１４】図１はこの発明の方法を実施する燃焼装置
の全体構成を概略的に示す。

【００１５】図１において、燃焼装置は、流動層炉(1)
と、流動層炉(1)の後流側に配置されたサイクロン(2)
（集塵装置）と、サイクロン(2)の後流側に配置された
後燃焼炉(3)と、サイクロン(2)で捕集された流動媒体お
よび燃焼残渣の一部を受け入れかつこれらの熱を回収し
た後流動層炉(1)に戻す熱交換器(4)と、サイクロン(2)
で捕集された流動媒体および燃焼残渣を、直接流動層炉
(1)に戻す第１環流路(5)および熱交換器(4)を経て流動
層炉(1)に戻す第２環流路(6)とに分配する分配装置(7)
と、後燃焼炉(3)の後流側に配置されたガス冷却塔(8)
と、ガス冷却塔(8)の後流側に配置されたバグフィルタ
(9)とを備えている。

【００１６】流動層炉(1)の底壁には、図示しない空気
予熱器から伸びる空気圧送管(10)から分岐した空気供給
管(11)が接続され、空気供給管(11)を通して流量F1の１
次空気が吹き込まれるようになっている。また、流動層
炉(1)の周壁下端部には、空気圧送管(10)から分岐した
空気供給管(12)が接続され、空気供給管(12)を通して流
量F2の１次空気が吹き込まれるようになっている。流動
層炉(1)では、空気供給管(11)から吹き込まれた１次空
気により、砂等の流動媒体の流動層が形成され、図示し
ない投入装置から所定量ずつ投入されたＲＤＦ等が、両
空気供給管(11)(12)から吹き込まれた１次空気の存在下
に燃焼させられる。流動媒体の一部および燃焼残渣を含
む燃焼排ガスはサイクロン(2)に送られる。また、不燃
分および流動媒体の一部は、流動層炉(1)の下端から排
出されてコンベヤ(13)により分離機(14)に送られ、不燃
分は系外に排出され、流動媒体はエレベータ(15)および
コンベヤ(16)を経て流動層炉(1)に戻されるようになっ
ている。

【００１７】サイクロン(2)は、流動層炉(1)から排出さ
れる流動媒体の一部および燃焼残渣を燃焼排ガスから分
離させて捕集する。捕集された流動媒体および燃焼残渣
は、サイクロン(2)の下端から下降管路(17)を通して分
配装置(7)に送られる。

【００１８】後燃焼炉(3)には、空気圧送管(10)から分
岐した空気供給管(19)を通して流量F3の２次空気が吹き
込まれるようになっている。後燃焼炉(3)では、吹き込
まれた２次空気により、サイクロン(2)から送られてき
た燃焼排ガス中の未燃分が完全燃焼させられる。

【００１９】熱交換器(4)の胴(21)内における入口寄り
の部分に堰(22)が設けられており、胴(21)内下端部にお
ける堰(22)よりも入口側および出口側の部分に、それぞ
れ空気圧送管(10)から分岐した空気供給管(25)(26)を通
して流量F4およびF5の流動媒体および燃焼残渣流動移送
用１次空気が吹き込まれるようになっている。空気供給
管(25)(26)から吹き込まれた１次空気により、熱交換器
(4)内の流動媒体および燃焼残渣が流動層炉(1)に流動移
送される。

【００２０】分配装置(7)は下降管路(17)の下端に設け
られたものであり、サイクロン(2)で捕集されかつ下降
管路(17)を通して送られてきた流動媒体および燃焼残渣
を受け入れる受け入れ部(27)と、受け入れ部(27)から分
岐しかつ第１環流路(5)に通じた第１振り分け通路(28)
と、同じく受け入れ部(27)から分岐しかつ第２環流路
(6)に通じた第２振り分け通路(29)とを備えている。第
１振り分け通路(28)、受け入れ部(27)、および第２振り
分け通路(29)に、それぞれ空気圧送管(10)から分岐した
空気供給管(38)(39)(40)を通して流量F6、F7およびF8の
流動媒体および燃焼残渣流動移送用１次空気が吹き込ま
れるようになっている。空気供給管(38)(40)から吹き込
まれた１次空気により、両振り分け通路(28)(29)内の流
動媒体および燃焼残渣が、それぞれ両環流路(5)(6)に流
動移送される。

【００２１】ガス冷却塔(8)は後燃焼炉(3)から送られて
きた燃焼排ガスの温度をバグフィルタ(9)の動作温度ま
で急冷する。バグフィルタ(9)は、急冷された燃焼排ガ
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
が燃焼排ガス中に添加される。バグフィルタ(9)を通過
した燃焼排ガスは系外に排出される。

【００２２】上述した全ての空気供給管(11)(12)(19)(2
5)(26)(38)(39)(40)にはそれぞれ流量制御弁(41)が設け
られており、空気供給管(11)(12)(19)(25)(26)(38)(39)
(40)から吹き出される空気量を調整しうるようになって
いる。

【００２３】上記構成の燃焼装置において、ＲＤＦが流
動層炉(1)へ投入され、空気供給管(11)から吹き込まれ
る１次空気により形成されている流動層で燃焼させられ
る。流動媒体の一部および燃焼残渣を含む燃焼排ガスは
サイクロン(2)に送られ、サイクロン(2)において、流動
媒体および燃焼残渣が燃焼排ガスから分離されて捕集さ
れる。サイクロン(2)から出た燃焼排ガスは後燃焼炉(3)
に送られ、ここで空気供給管(19)から吹き込まれる２次
空気により、燃焼排ガス中の未燃分が完全燃焼させられ
る。後燃焼炉(3)を出た燃焼排ガスは、ガス冷却塔(8)で
急冷された後バグフィルタ(9)に送られる。ガス冷却塔
(8)を出た燃焼排ガスには、バグフィルタ(9)の前流側で
中和剤や反応助剤が添加され、バグフィルタ(9)におい
て燃焼排ガス中の塩化水素、硫黄酸化物および煤塵等が
除去される。バグフィルタ(9)を通過した燃焼排ガスの
残部は系外に排出される。

【００２４】サイクロン(2)において捕集された流動媒
体および燃焼残渣は、下降管路(17)を通して分配装置
(7)に送られ、受け入れ部(27)を経て第１振り分け通路
(28)と第２振り分け通路(29)とに振り分けられる。第１
振り分け通路(28)に入った流動媒体および燃焼残渣は、
空気供給管(38)から吹き込まれる１次空気により流動層
炉(1)に流動移送される。第２振り分け通路(29)に入っ
た流動媒体および燃焼残渣は、空気供給管(40)から吹き
込まれる１次空気により熱交換器(4)に流動移送され
る。熱交換器(4)において、流動媒体および燃焼残渣の
有する熱が回収され、空気供給管(25)(26)から吹き込ま
れる１次空気により流動層炉(1)に戻される。

【００２５】ここで、流動層炉(1)内の温度が８５０〜
９５０℃、好ましくは８７０〜９２０℃になるように、
熱交換器(4)を経て流動層炉(1)に戻される流動媒体およ
び燃焼残渣の量と、直接流動層炉(1)に戻される流動媒
体および燃焼残渣の量が調整される。また、全ての空気
供給管(11)(12)(19)(25)(26)(38)(39)(40)から吹き込ま
れる全空気量は、流動層炉(1)内に投入されるＲＤＦに
対して空気比１．１５〜１．４、好ましくは１．２〜
１．３となるように調整される。さらに、空気供給管(1
9)から吹き込まれる２次空気の量と、空気供給管(11)(1
2)(25)(26)(38)(39)(40)から吹き込まれる１次空気の量
との比が０．０５〜０．０２、好ましくは０．１〜０．
１５となるように調整される。

【００２６】次に、この発明の実施例を示す。

【００２７】実施例１流動層炉(1)として、内部水平断面形状が正方形であり
かつその一辺の長さが７００mm、高さが１２０００mmの
ものを用いた。また、流動層炉(1)内には、平均粒径２
５０μｍの珪砂からなる流動媒体を４００kg充填してお
いた。さらに、燃焼させる廃棄物として、表１に示す性
状を有するＲＤＦを用いた。

【００２８】

【表１】

【００２９】そして、次に示すような条件で、流動層炉
(1)内に吹き込まれる１次空気に後燃焼炉(3)から排出さ
れる燃焼排ガスを混入しつつ、ＲＤＦを燃焼させた。な
お、この実施例では、サイクロン(2)で捕集された流動
媒体および燃焼残渣を全て熱交換器(4)を経て流動層炉
(1)に戻すようにした。

【００３０】ＲＤＦ供給量；Q＝３６０kg/h １次空気供給量；F1＋F2＋F4＋F5＋F6＋F7＋F8＝１９３
８Nm^３/h F1＝１０４１Nm^３/h、F2＝３０４Nm^３/h、F4＝３１８Nm
^３/h、 F5＝１１０Nm^３/h、F6＝１１５Nm^３/h、F7＝０、F8＝５
０Nm^３/h、２次空気量；F3＝２６０Nm^３/h ２次空気量／１次空気量＝０．１３全体空気比＝１．１９排ガス中の酸素濃度＝４．７vol％流動層炉内温度＝９００℃ 流動層炉内ガス量；Ｖ＝RDF供給量×理論排ガス量＋
（全１次空気量−RDF供給量×理論空気量）Ｖ＝360×5.83＋（1938−360×5.15）＝2182Nm^３/h 流動層炉内のガス流速；Ｓ＝2182÷0.7^２÷3600×(273
＋900)÷273＝5.32m/s そして、系外に排出される排ガス中のＣＯ、ＳＯx、Ｎ
Ｏx、Ｎ_２Ｏおよびダイオキシン濃度を計測したとこ
ろ、ＣＯ濃度＝２ppm、ＳＯx濃度＜１ppm、ＮＯx濃度＝
９８ppm、Ｎ_２Ｏ濃度＝３．９ppm、ダイオキシン濃度＝
０．０９５ng-TEQ/Nm^３であり、いずれも良好な値とな
っていた。

【００３１】実施例２２次空気量／１次空気量を種々変化させるとともに、全
体空気比＝１．２８、流動層炉内温度＝９００℃、流動
層炉内ガス流速；Ｓ＝５〜６m/sとして、表１に示す性
状のＲＤＦを燃焼させ、系外に排出される排ガス中のＣ
Ｏ濃度およびＮＯx濃度を計測した。その結果を図２に
示す。

【００３２】図２から明らかなように、ＣＯ濃度とＮＯ
x濃度とは相反する関係にあり、２次空気量／１次空気
量の比率を上げるとＮＯx濃度は低下するがＣＯ濃度は
増大し、これとは逆に２次空気量／１次空気量の比率を
下げるとＮＯx濃度は増大するがＣＯ濃度は低下する傾
向にある。したがって、２次空気量／１次空気量の比率
を所定の範囲内にしなければ、良好な排ガス特性が得ら
れないことが判明した。図２より、２次空気量／１次空
気量の範囲を０．０５〜０．０２、好ましくは０．１〜
０．１５にすることが決定された。

【００３３】実施例３流動層炉内温度を種々変化させるとともに、２次空気量
／１次空気量＝０．１３、全体空気比＝１．２８、流動
層炉内ガス流速；Ｓ＝５〜６m/sとして、表１に示す性
状のＲＤＦを燃焼させ、系外に排出される排ガス中のＣ
Ｏ濃度およびＮＯx濃度を計測した。その結果を図３に
示す。

【００３４】図３から明らかなように、ＣＯ濃度とＮＯ
x濃度とは同様な関係にあり、流動層炉内温度が上昇す
るとＣＯ濃度およびＮＯx濃度は低下し、さらに流動層
炉内温度が８５０℃未満では温度依存性がない傾向にあ
る。また、一般に、焼却灰中の低融点物質は９５０℃以
上で一部溶融が始まることが判明している。したがっ
て、図３より、流動層炉内温度を８５０〜９５０℃、好
ましくは８７０〜９２０℃の範囲内にすることが決定さ
れた。

【００３５】実施例４全体空気比を種々変化させるとともに、流動層炉内温度
＝９００℃、２次空気量／１次空気量＝０．１３、流動
層炉内ガス流速；Ｓ＝５〜６m/sとして、表１に示す性
状のＲＤＦを燃焼させ、系外に排出される排ガス中のＣ
Ｏ濃度およびＮＯx濃度を計測した。その結果を図４に
示す。

【００３６】図４から明らかなように、ＣＯ濃度とＮＯ
x濃度とは相反する関係にあり、全体空気比を下げると
ＮＯx濃度は低下するがＣＯ濃度は増大し、これとは逆
に全体空気比を上げるとＮＯx濃度は増大するがＣＯ濃
度は低下する傾向にある。したがって、全体空気比を所
定の範囲内にしなければ、良好な排ガス特性が得られな
いことが判明した。図４より、全体空気比を１．１５〜
１．４、好ましくは１．２〜１．３の範囲内にすること
が決定された。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法の実施に用いられる燃焼装置の
全体構成を示す概略図である。

【図２】実施例１における２次空気量／１次空気量とＣ
Ｏ濃度およびＮＯx濃度との関係を示すグラフである。

【図３】実施例２における流動層炉内温度とＣＯ濃度お
よびＮＯx濃度との関係を示すグラフである。

【図４】実施例３における全体空気比とＣＯ濃度および
ＮＯx濃度との関係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)：後燃焼炉 (4)：熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２３Ｇ 5/50 Ｆ２３Ｇ 5/50 ＭＦ２３Ｃ 11/02 ３０５３１１ (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 (72)発明者大塚幸信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 (72)発明者掛田健二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 (72)発明者徳永宏彦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 (72)発明者原元彦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Ｆターム(参考） 3K062 AA11 AB01 AC01 AC02 AC19 BB02 BB03 CB03 CB09 DA01 DB06 DB08 DB09 3K064 AA01 AB03 AC02 AC03 AC05 AC12 AD08 AE02 AE04 BA07 BA15 BA19 BA21 3K065 AA11 AB01 AC01 BA02 BA04 BA07 BA08 JA00 3K078 AA04 BA22 BA24 CA02 CA11 CA24 CA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動層炉内に空気を吹き込んで流動媒体
の流動層を形成するとともにこの流動層で廃棄物を燃焼
させ、流動層炉から排出される流動媒体および燃焼残渣
を集塵装置により燃焼ガスから分離して捕集し、移送空
気により捕集した流動媒体および燃焼残渣の少なくとも
一部を熱交換器を経て流動層炉に戻すとともに同残部を
直接流動層炉に戻し、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後燃焼
炉で空気を供給して完全燃焼させる廃棄物燃焼方法にお
いて、流動層炉内の温度を８５０〜９５０℃にするこ
と、系内に供給する全空気量を、流動層炉内に投入され
る廃棄物に対して空気比１．１５〜１．４となるように
調整すること、および系内に供給する全空気量から後燃
焼炉に供給する空気量を減じた量に対する後燃焼炉に供
給する空気量の比を０．０５〜０．２０に調整すること
を特徴とする廃棄物燃焼方法。
【請求項２】流動層炉内温度を８７０〜９２０℃にす
る請求項１記載の廃棄物燃焼方法。
【請求項３】系内に供給する全空気量を、流動層炉内
に投入される廃棄物に対して空気比１．２〜１．３とな
るように調整する請求項１または２記載の廃棄物燃焼方
法。
【請求項４】系内に供給する全空気量から後燃焼炉に
供給する空気量を減じた量に対する後燃焼炉に供給する
空気量の比を０．１〜０．１５に調整する請求項１、２
または３記載の廃棄物燃焼方法。