JP2003176906A - 焼却炉内注水ノズル - Google Patents

焼却炉内注水ノズル

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JP2003176906A
JP2003176906A JP2001376115A JP2001376115A JP2003176906A JP 2003176906 A JP2003176906 A JP 2003176906A JP 2001376115 A JP2001376115 A JP 2001376115A JP 2001376115 A JP2001376115 A JP 2001376115A JP 2003176906 A JP2003176906 A JP 2003176906A
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JP
Japan
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pipe
injection nozzle
water injection
incinerator
water
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Yoshihiro Iwai
良博 岩井
Yoichi Nishimura
洋一 西村
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Sanki Engineering Co Ltd
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Sanki Engineering Co Ltd
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  • Incineration Of Waste (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥焼却炉内の高温に耐え、水拡散性のよい
注水ノズルを提案する。 【解決手段】 ステンレス鋼管製の外管2と内管3との
二重構造とされ、前記内管の内面側が水および高圧空気
の混合流体の送路部とされ、外管内の内管外側は冷却用
空気の送路部とされ、両管内を流れる流体の合流部位下
流側に管出口2a、2bがあり、前記管出口は押しつぶ
し狭められた細長い形状の噴出口が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流動式汚泥焼却炉
の燃焼制御用注水ノズルに関するものである。さらに詳
しく述べると汚泥焼却の際、流動式焼却炉における炉内
温度が安全温度以上に上昇したとき炉内に注水を行い、
燃焼温度を降下させるために使用する注水ノズルに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】下水処理場では毎日大量の下水を処理し
ており、下水に含まれた固形物は沈殿して汚泥が発生す
る。都市化による都市への人口集中や下水事業の普及、
高度処理の実施によって、各地の下水処理場より発生す
る下水汚泥は年々増大することが予想されている。汚泥
の処理方式は、埋立て、緑農地利用、海洋還元、建設資
材利用などが知られている。しかし、埋立て処分場は有
限であり、都市の拡大に伴って用地の確保は、次第に困
難になってきている。
【0003】そこで求められるのが、埋立てに代わる下
水汚泥の効率的な最終処分方法であるが、埋立てに代わ
る効率的な処分方法は未だ開発されていない。このた
め、下水汚泥を焼却して減量化することが多くなり、こ
こ数年とくに汚泥焼却設備の重要性がクローズアップさ
れている。
【0004】下水処理場で発生した汚泥は脱水機にかけ
脱水ケーキにされ、その後脱水ケーキが焼却炉で焼却さ
れる。汚泥焼却に用いられる焼却炉の大半は流動式焼却
炉である。流動式焼却炉では、熱せられて流動状態にな
った砂等の流動媒体の中に脱水ケーキが投入される。炉
に供給された脱水ケーキは、流動層内の流動媒体と接触
して、かくはんを伴なった急激な熱伝達作用を受け、水
分の蒸発及びケーキの燃焼分解が起こる。燃焼温度は、
800℃〜850℃である。
【0005】ところで、流動式汚泥焼却炉では炉内温度
を制御して燃焼状態を安定させることが重要である。炉
内の温度制御の方法としてセンサーで炉内の温度を測定
して補助燃料の供給量を調整していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、自燃時(補助
燃料を必要としないとき)における炉内温度を常に適正
範囲に保つことは困難である。そこで炉内温度が安全温
度を超えた場合、炉内に注水することで速やかに炉内温
度を下降させることができる注水ノズルを設置する必要
がある。しかるに焼却炉内注水ノズルに求められる機能
は、高温の炉内温度に耐えられる耐熱性能と、炉投影面
に小さな水滴で広く拡散する拡散性能である。しかるに
従来品は何れの点でも充分でなかった。
【0007】そこで本発明は、流動式汚泥焼却炉の高温
での使用に耐える耐熱性能を有するとともに、水拡散性
能の良い流動式汚泥焼却炉内注水ノズルを提供すること
を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明が採用した焼却炉内注水ノズルの構成は下記
の通りである。請求項1に係る本発明の注水ノズルは、
流動式汚泥焼却炉における炉内温度が安全範囲を超えた
場合に操作される注水ノズルであって、ステンレス鋼管
製の外管と内管との二重構造とされ、前記内管の内面側
が水および高圧空気の混合流体の送路部とされ、外管内
の内管外側は冷却用空気の送路部とされ、両管内を流れ
る流体の合流部位下流側に管出口があり、前記管出口は
押しつぶし狭められた細長い形状の噴出口が形成されて
いることを特徴とする。
【0009】請求項2に係る本発明の注水ノズルは、前
記管出口の中央部に、ひし形柱状の拡散方向誘導部材が
設置されていることを特徴とする請求項1に記載の焼却
炉内注水ノズルである。
【0010】請求項3に係る本発明の注水ノズルは、前
記内管先端部分の外周に四方に向かってステンレス鋼材
製の振れ止めリブが形成されていることを特徴とする請
求項1または2に記載の焼却炉内注水ノズルである。
【0011】請求項4に係る本発明は、請求項1から3
のいずれかに記載の焼却炉内注水ノズルが流動式汚泥焼
却炉の炉頂付近と、流動層の上との少なくとも二箇所に
設置されていることを特徴とする流動式汚泥焼却炉であ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1において、符号1は本発明流
動式汚泥焼却炉用の耐熱性注水ノズルの構成図である。
符号2は外管、符号3は内管で、それぞれステンレス鋼
管により形成される。管材料としてのステンレス鋼材と
しては、SUS310が適当である。外管2の上流側先端
部分に溶接して形成されたフランジ部分11と、内管上
流側の先端近くに溶接して形成されたフランジ部分12
とをボルト(図略)により固定し、内管3を外管2の内
側に取り付ける。
【0013】内管3の上流側の先端部分に高圧空気流入
口4および冷却水流入口5を設ける。内管3の下流側出
口付近の外周には、外管2の内周に向かって四方に張り
出すように振れ止めリブ6を設置する。外管2に取り付
けられた低圧空気流入口9より流入した冷却用空気は、
内管3外側の外管2との間を流れる。
【0014】外管2の低圧空気流入口9より下流部分に
形成されたフランジ13,13に、ボール弁7の両端に
形成されたフランジ部14,14を取り付け、ボール弁
7をノズルに固定している。このボール弁7は、炉内外
遮断用弁であって該弁7は、内部にほぼ球形をしたボー
ル体(図省略)があり、ボール体中心に円筒状の穴が開
設され、コック8を回すと、弁7内のボール体が回転す
る。
【0015】外管2の下流側先端形状は、図1に示すよ
うな形状に加工されている。すなわち管出口には、押し
つぶし狭められた細長い形状の噴出口が形成されてい
る。この点を更に詳細に述べると、外管2の出口形状
は、図3に示すように先端が偏平となるように押し潰す
ことで流出開口断面2a、2bを小さくして流出速度お
よび流出力を高めている。さらに、図2に示すように、
外管2先端内面側にひし形柱状の拡散方向誘導部材10
を設置している。
【0016】次に上記注水ノズル1の作用について説明
する。低圧空気流入口9より外管3に流入する空気は冷
却用空気で、注水ノズル1が高温になるのを防ぐ。高圧
空気流入口4から内管3に流入した高圧空気と冷却水流
入口5から内管3に流入した水は、混合され内管3内を
流れる。注水ノズルの先端付近で外管2と内管3とを流
れてきた流体が合流し、注水ノズルの先端が狭くなって
いるために水にかかる圧力はさらに大きくなり、拡散方
向誘導部材10により、左右に分けられた後、広い角度
に拡散され、細かい霧状粒子となって噴出する。拡散方
向誘導部材10の左側から噴出する水は、角度Aの範囲
に拡散し、拡散方向誘導部材10の右側から噴出する水
は、角度Bの範囲に拡散する。このような特別の方向誘
導部材10を設置することで、より広い範囲に水を拡散
させることができる。
【0017】本発明の注水ノズル1は流動式汚泥焼却炉
内の温度を制御に用いられるもので、実施形態の一例を
図4に示している。図4中の符号1a、1bは上記の注
水ノズルである。符号20は流動式汚泥焼却炉で、炉底
部のウインドボックス21、炉中央の流動層22、炉上
部のフリーボード部23の3層構造になっている。注水
ノズル1aは、流動層22上に水を散布できるように、
焼却炉に斜め下向きに設置されている。注水ノズル1b
は炉頂近くのフリーボード部23に設置されている。
【0018】ウインドボックス21には650℃程度に
予熱された空気が送られる。ウインドボックス21の空
気は流動層22の燃焼用空気として、流動層22との間
に設置された空気分散装置24を通過し流動層22に送
り込まれる。焼却炉の流動層22を形成する流動媒体は
約800℃に熱せられて流動状態になっている。この流
動媒体の中に脱水汚泥のケーキを投入口32より投入す
ると、脱水ケーキは瞬間的に燃焼し、ガス化する。脱水
ケーキは、流動媒体の蓄熱により自燃するが、必要に応
じて燃料制御弁30が操作され補助燃料が燃料供給口2
9より供給される。
【0019】燃焼中の流動層22の温度は温度計25に
より検出され、燃焼温度が安全温度を超えた場合(例え
ば、800℃を超え850℃まで上昇した場合)には、
温度制御装置26による指令で注水制御弁27が操作さ
れ、注水ノズル1aより水を流動層22に向けて散布す
る。注水ノズル1より散布される水は、細かい水滴とな
って広い角度に分散される。これにより、流動層22の
温度を速やかに降下させて安全温度範囲に保ち、燃焼が
安定状態を維持できるように制御する。
【0020】流動層22の上方にあるフリーボード部2
3では、脱水ケーキが燃焼して灰となり、排ガスととも
に上へと移動し、炉頂の排出口37より排出される。排
出された灰およびガスは空気予熱用熱交換器を通過す
る。この装置では約800℃の排ガスの熱を利用して、
流動式焼却炉のウインドボックス21に送られる燃焼用
空気を約650℃に暖めている。空気予熱用熱交換器を
出た後、排ガスはさらにもうひとつ別の熱交換器を通過
する。熱交換により熱が回収される。回収された熱は汚
泥の乾燥などに有効利用される。熱交換器を通過して熱
回収された排ガスは、サイクロン、電気集塵機を通り、
灰が取り除かれ、さらに排煙処理塔で有毒ガスを除去し
た後に大気に放出される。
【0021】炉頂の排出口37より排出されるガスの温
度が高いと、その後にガスの通過する熱交換器にかける
負荷が大きくなり過ぎ、熱交換器が故障する原因となる
ため、炉頂より排出されるガス温度の調節も重要であ
る。フリーボード部23の適正温度の範囲は、830℃
から850℃で、炉頂より排出され、熱交換器を通過す
る排ガス温度は約800℃となる。フリーボード部23
の温度を炉頂温度計33により検出し、900℃まで上
昇した場合には、温度制御装置34による指令により注
水制御弁35が操作され注水ノズル1bからフリーボー
ド部23に水が散布されて、速やかにフリーボード部2
3の温度を降下させ、フリーボード部23の温度を適正
範囲に制御する。注水ノズル1bから散布される水も細
かい水滴となって広い角度に拡散する。フリーボード部
23の温度制御により、炉頂から排出されるガス温度が
高くなりすぎるのを防止することができる。
【0022】
【発明の効果】本発明の流動式汚泥焼却炉用注水ノズル
は、耐熱性のあるステンレス鋼材を使用しているため、
焼却炉の高温にも強く、破損や故障の虞が少ない。また
本発明の注水ノズルは、水と空気とが非常によく混合
し、ノズルからの噴出時に水を細かい粒子の霧状にして
散布できるうえ、拡散方向誘導部材をノズル先端に設置
することで、より広い範囲に水を散布させることができ
る。
【0023】以上のように、本発明によれば焼却炉の高
温での使用に耐える耐熱性能を有するとともに、水拡散
性能の良い流動式汚泥焼却炉内注水ノズルを提供するこ
とができ、流動式汚泥焼却炉内の温度制御において、迅
速な温度修正を可能にし、安定した燃焼状態を維持でき
るようにするとともに、排ガス温度も適正温度に維持す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の焼却炉内注水ノズルの縦断面図であ
る。
【図2】同上注水ノズルの先端部分の横断面図である。
【図3】同上注水ノズルの先端を下流側から見た側面図
である。
【図4】本発明の注水ノズルを適用した一実施の形態で
ある流動式汚泥焼却炉の模式図である。
【符号の説明】
1、1a、1b 注水ノズル 2 外管 3 内管 4 高圧空気流入口 5 水流入口 6 振れ止めリブ 7 ボール弁 8 コック 9 低圧空気流入口 10 拡散方向誘導部材 11、12、13、14 フランジ 20 流動式汚泥焼却炉 21 ウインドボックス 22 流動層 23 フリーボード部 24 空気分散装置 25 流動層温度計 26、34 温度制御装置 27、35 流体制御弁 29 補助燃料供給口 30 燃料制御弁 32 脱水ケーキ投入口 33 炉頂温度計 37 排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K061 AA11 AB01 AC02 BA03 BA04 DB19 3K062 AA11 AB01 AC02 BA02 BA04 CA01 CB05 CB06 DA01 DA08 DB28 3K064 AA06 AA08 AB03 AD08 AE15 AF01 BA15 BA19

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流動式汚泥焼却炉における炉内温度が安
    全範囲を超えた場合に操作される注水ノズルであって、
    ステンレス鋼管製の外管と内管との二重構造とされ、前
    記内管の内面側が水および高圧空気の混合流体の送路部
    とされ、外管内の内管外側は冷却用空気の送路部とさ
    れ、両管内を流れる流体の合流部位下流側に管出口があ
    り、前記管出口は押しつぶし狭められた細長い形状の噴
    出口が形成されていることを特徴とする焼却炉内注水ノ
    ズル。
  2. 【請求項2】 前記管出口の中央部に、ひし形柱状の拡
    散方向誘導部材が設置されていることを特徴とする請求
    項1に記載の焼却炉内注水ノズル。
  3. 【請求項3】 前記内管先端部分の外周に四方に向かっ
    てステンレス鋼材製の振れ止めリブが形成されているこ
    とを特徴とする請求項1または2に記載の焼却炉内注水
    ノズル。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の焼却
    炉内注水ノズルが流動式汚泥焼却炉の炉頂付近と、流動
    層の上との少なくとも二箇所に設置されていることを特
    徴とする流動式汚泥焼却炉。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018040505A (ja) * 2016-09-05 2018-03-15 月島機械株式会社 流動炉及びその冷却方法
JP2020193804A (ja) * 2020-09-07 2020-12-03 月島機械株式会社 流動炉及びその冷却方法

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