JP2004169976A

JP2004169976A - ダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備

Info

Publication number: JP2004169976A
Application number: JP2002335303A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kotoyama; 勝彦毎山; Toshio Jo; 俊雄城; Kazuya Onishi; 和弥大西; Shigekatsu Mori; 滋勝森
Original assignee: EARTH ENGINEERING KK; TAKAHASHI KIKAN KK
Current assignee: EARTH ENGINEERING KK; TAKAHASHI KIKAN KK
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】溶融灰の再利用を容易するとともに、灰溶融炉の運転準備を容易する。
【解決手段】本発明に係るダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備は、固形燃料焼却炉３０を備えるダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備１０であって、固形燃料焼却炉３０から排出された灰ＹＤ，ＦＤを炉内で加熱して溶融させ、その灰ＹＤ，ＦＤに含まれるダイオキシンを分解する灰溶融炉４０を有しており、灰溶融炉４０は、コークスＣの燃焼熱で灰ＹＤ，ＦＤを加熱する構成であることを特徴とする。このため、灰溶融炉４０から排出される溶融灰に金属が入り込むことがない。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形燃料焼却炉を備えるダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これに関する従来のダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備が特開２００２―４８３２７号公報において開示されている。
このダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備７０は、図３に示すように、都市ゴミ固形燃料（ＲＤＦ）を焼却する固形燃料焼却炉７１の熱を利用してボイラー本体７２を加熱する方式である。
都市ゴミＲＤＦの燃焼により発生した燃焼ガス（排ガス）及び燃焼灰ＹＤには有害なダイオキシンが含まれている。しかし、上記ダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備７０では、排ガス中の塩素ガスを消石灰で中和することにより、排ガス中のダイオキシンを規定値以下に抑えている。また、燃焼灰ＹＤをテルミット式の灰溶融炉７３内で１２００℃以上に加熱して溶融させることで、ダイオキシンを分解し、その燃焼灰ＹＤを無害化している。ここで、テルミット式の灰溶融炉７３は、酸化鉄とアルミニウムとの酸化還元反応であるテルミット反応熱とバーナ加熱との複合作用で燃焼灰ＹＤを加熱溶融させ、溶融スラグに転化させるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４８３２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したテルミット式の灰溶融炉７３の場合、酸化鉄とアルミニウムとの酸化還元反応を利用するため、その灰溶融炉７３から排出された溶融灰に金属が入り込むようになる。このため、溶融灰の再利用が難しい。
また、灰溶融炉７３の運転に酸化鉄の微粉末とアルミの微粉末とが必要となるため、それら微粉末の調製が面倒である。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、灰溶融炉から排出された溶融灰の再利用を容易にするとともに、準備が容易で安価な燃料を使用して灰溶融炉を運転できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、固形燃料焼却炉を備えるダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備であって、前記固形燃料焼却炉から排出された灰を炉内で加熱して溶融させ、その灰に含まれるダイオキシンを分解する灰溶融炉を有しており、前記灰溶融炉は、コークスの燃焼熱で前記灰を加熱する構成であることを特徴とする。
【０００６】
本発明によると、灰溶融炉は、コークスの燃焼熱で灰を加熱溶融させる構成のため、灰溶融炉から排出される溶融灰に金属が入り込むことがなく、その溶融灰の再利用が容易になる。また、コークスを使用するため、灰溶融炉の運転準備が容易になるとともに、燃料費も安価になる。
【０００７】
請求項２の発明によると、灰溶融炉は、炉内で発生したガスを固形燃料焼却炉内に供給できるように構成されている。このため、コークスの燃焼熱等をボイラーの過熱に使用できるようになる。
【０００８】
請求項３の発明によると、灰溶融炉は、高さ方向に長く形成された炉本体と、前記炉本体の下部に形成されており、その炉本体の内部に燃焼空気を供給するための空気吹き込み口と、前記空気吹き込み口の下方で前記炉本体の底部に形成されており、溶融状態の灰を流出させるための灰排出口と、前記炉本体の上端部に形成されており、その炉本体の内部で発生したガスを排出するための発生ガス出口とを有している。
【０００９】
このように、灰溶融炉の炉本体は高さ方向に長く形成されているため、炉内でコークスを積み上げることが容易になる。また、炉本体の下部に空気吹き込み口が形成されているため、炉本体の下部では酸化雰囲気下でコークスを燃焼させることができる。酸化雰囲気下におけるコークスの燃焼で発生した二酸化炭素は、炉内を上昇する過程で赤熱したコークスに接触し、一酸化炭素に変わる。このため、炉本体の上部は還元性雰囲気となる。そして、炉本体の上部の一酸化炭素ガス等が発生ガス出口から固形燃料焼却炉に供給され、その固形燃料焼却炉内で燃焼するようになる。このため、コークスの燃焼熱と灰溶融炉で発生したガス（一酸化炭素ガス等）の燃焼熱とをボイラーの過熱に利用できるようになり、エネルギー効率が向上する。
また、灰排出口が炉本体の底部に形成されているため、溶融状態の灰を効率的に外部に排出できるようになる。
【００１０】
請求項４の発明によると、灰溶融炉は、灰を溜めるホッパーと、そのホッパーに溜められた灰をほぼ一定量づつ炉内に供給するフィーダとから構成される灰供給装置を備えている。このように、灰を灰供給装置でほぼ一定量づつ炉内に供給できるため、一定条件下で前記灰の加熱溶融を行なえるようになる。
【００１１】
請求項５の発明によると、固形燃料焼却炉で発生した燃焼灰と、前記固形燃料焼却炉の排気ガス中に含まれる飛灰とを回収する回収手段と、回収した燃焼灰と飛灰とを灰溶融炉まで搬送する搬送手段とを有している。このため、燃焼灰のみならず飛灰も灰溶融炉で処理することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２に基づいて、本発明の実施形態１に係るダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備の説明を行う。本実施形態に係るダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備は、固形燃料焼却炉の熱を利用してボイラー本体を加熱する方式であり、図１にダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備を構成するボイラー本体、固形燃料焼却炉及び灰溶融炉の縦断面図が示されている。また、図２には、ダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備の全体構成図が示されている。
ダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備１０は、図２に示すように、ボイラー本体２０と、固形燃料焼却炉３０と、排ガス処理装置５０と、灰溶融炉４０とから構成されている。
【００１３】
ボイラー本体２０は、水（缶水）を溜める略円筒形をした密閉容器であり、固形燃料焼却炉３０上に設置されている。ボイラー本体２０は、図１等に示すように、密閉容器を長手方向（図中左右方向）に貫通する複数本の煙管２５，２７を備えている。煙管２５，２７は、ボイラー本体２０の中央よりも上側と下側とに分けられており、下側の煙管２５（第１煙管２５）の出口と上側の煙管２７（第２煙管２７）の入口とがガス室２９を介して連通している。また、第１煙管２５の入口は、固形燃料焼却炉３０の下部煙道３６ｄに接続されており、第２煙管２７の出口が固形燃料焼却炉３０の上部煙道３６ｕに接続されている。
【００１４】
これによって、固形燃料焼却炉３０の排気ガスがボイラー本体２０の第１煙管２５からガス室２９、第２煙管２７を通過できるようになる。そして、その排気ガスが第１煙管２５及び第２煙管２７を通過する過程で、排気ガスと缶水との間で熱交換が行われる。
ボイラー本体２０には、後記する排ガス処理装置５０のエコノマイザー５２を通過した温水が供給される（図２参照）。そして、前記温水がボイラー本体２０で加熱され、それにより発生した蒸気が蒸気タービンを備える発電装置２２に供給される。また、発電装置２２の蒸気タービンを出た蒸気が、例えば、暖房等に使用される。
【００１５】
固形燃料焼却炉３０は、固形燃料、例えば、ゴミ固形燃料（ＲＤＦ）やプラスチック固形燃料あるいは木質固形燃料等を燃焼させる炉であり、図１等に示すように、炉底部３３と、ガス化部３４と、燃焼部３５及び煙道部３６とから構成されている。
固形燃料焼却炉３０の炉底部３３には、奥側（図１において右側）に灰溜室３３ｈが形成されており、その灰溜室３３ｈ内にプッシャ式の幅方向灰出部材３３ｐが設置されている。灰溜室３３ｈは一定高さの隔壁３３ｋによって炉底部３３の前室３３ｆと仕切られており、その前室３３ｆに灰を掻き出す掻出部材３３ｙが設置されている。前室３３ｆに溜まった燃焼灰ＹＤは掻出部材３３ｙによってピット３３ｘに落されるようになっている。
【００１６】
固形燃料焼却炉３０のガス化部３４は、固形燃料焼却炉３０に投入された固形燃料Ｒを移動させながら熱分解してガス化させる部分であり、炉底部３３の上に位置している。ガス化部３４には、燃料供給フィーダ３４ｆと水冷式ストーカ３４ｗ及び図示されていない着火バーナ等が設けられている。
水冷式ストーカ３４ｗは、燃料供給フィーダ３４ｆによって投入された固形燃料Ｒを受けてその固形燃料Ｒを投入位置から灰溜室３３ｈまで重力を利用してほぼ定速で搬送する装置であり、固形燃料Ｒの滞留を防止するため、振動装置を備えている。
【００１７】
固形燃料焼却炉３０の燃焼部３５は、ガス化部３４でガス化された固形燃料Ｒのガス化成分を火炎燃焼させる部分であり、燃焼したガスが２秒以上滞留できる容積を備えている。燃焼部３５の後半部とガス化部３４の後半部とは、輻射熱防止壁３４ｂによって上下に仕切られている。また、燃焼部３５の上部は天井壁３５ｙによって塞がれており、その天井壁３５ｙの上にボイラー本体２０が設置されている。また、天井壁３５ｙの後端部には、垂下壁３５ｔが形成されており、その垂下壁３５ｔと輻射熱防止壁３４ｂとの間に燃焼部出口３５ｄが形成されている。
【００１８】
固形燃料焼却炉３０の煙道部３６は、燃焼部３５の燃焼部出口３５ｄから排出された排気ガスをボイラー本体２０に導くとともに、ボイラー本体２０を通過した排気ガスを排ガス処理装置５０まで導けるように構成されている。即ち、煙道部３６は、上部煙道３６ｕと下部煙道３６ｄとから構成されており、その下部煙道３６ｄによって固形燃料焼却炉３０の燃焼部３５とボイラー本体２０の第１煙管２５とが接続されている。また、上部煙道３６ｕによってボイラー本体２０の第２煙管２７と排ガス処理装置５０とが接続されている。
【００１９】
排ガス処理装置５０は、排気ガス中の飛灰や有毒成分（ダイオキシン等）を除去する装置であり、図２に示すように、エコノマイザー５２、消石灰投入器５３、バグフィルター５４及び誘引ファン５５、煙突５６等から構成されている。エコノマイザー５２は、排気ガスの温度を１８０℃以下まで冷却する装置であり、排気ガスの冷却に使用された水（温水）がボイラー本体２０の缶水として使用される。
消石灰投入器５３は、排気ガス中の塩素ガスを中和してダイオキシン濃度を規定値以下に抑える働きをする。
バグフィルター５４は、排気ガスを濾過してその排気ガス中の粉塵（飛灰）を除去する働きをする。なお、排気ガスの温度はエコノマイザー５２で１８０℃以下まで冷却されるため、前記排気ガスの熱でバグフィルター５４の濾布が劣化することはない。
【００２０】
灰溶融炉４０は、固形燃料焼却炉３０から排出された燃焼灰ＹＤに含まれるダイオキシンと、バグフィルター５４で回収された排気ガス中の飛灰ＦＤに含まれるダイオキシンとを熱で分解して無害化するための炉であり、それらの灰ＹＤ，ＦＤをコークスＣの燃焼熱で１２００℃以上に加熱できるように構成されている。
灰溶融炉４０は、コークスＣを積み上げ可能なように、高さ方向に長く形成された炉本体４２を備えている。炉本体４２は、図１に示すように、熱で溶融した灰（以下、溶融灰という）を溜めることができる底部４２ｂを備えており、その底部４２ｂの側面に前記溶融灰を流出させるための灰排出口４３が形成されている。なお、灰排出口４３は図示されていないプラグにより閉鎖可能に構成されている。
【００２１】
炉本体４２の下部で、底部４２ｂの若干上方には、周方向にほぼ等間隔で空気吹き込み口４４が形成されており、それらの空気吹き込み口４４から炉本体４２の内部に燃焼空気が吹き込まれるようになっている。燃焼空気は空気ブロア４４ｂによって空気吹き込み口４４に供給される構成であり、それらの空気吹き込み口４４と空気ブロア４４ｂとを連通させる配管（図示されていない）の途中に空気流量調節弁が装着されている。
【００２２】
また、炉本体４２の上部外側面には、炉本体４２の内部に燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤを供給する灰供給装置４５が取付けられている。灰供給装置４５は、燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤを溜めることができるホッパー４５ｈと、そのホッパー４５ｈに溜められた燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤをほぼ一定量づつ炉本体４２の内部に供給するフィーダ４５ｆとから構成されている。このように、灰供給装置４５で燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤをほぼ一定量づつ炉本体４２の内部に供給できるため、ほぼ一定条件下で前記灰ＹＤ，ＦＤの加熱溶融を行なえるようになる。
【００２３】
灰供給装置４５のホッパー４５ｈには、密閉構造のコンベヤ（図示されていない）によって固形燃料焼却炉３０のピット３３ｘに溜められた燃焼灰ＹＤとバグフィルター５４で回収された飛灰ＦＤとが定期的に供給されるようになっている。
即ち、固形燃料焼却炉３０のピット３３ｘ及びバグフィルター５４等が本発明の回収手段に相当し、密閉構造のコンベヤが本発明の搬送手段に相当する。
【００２４】
炉本体４２の側面には、灰供給装置４５とほぼ同じ高さ位置にコークスＣの投入口（図示されていない）が形成されており、その投入口が蓋部材（図示されていない）によって開閉可能に構成されている。
また、炉本体４２の天井部４２ｔの近傍には、その炉本体４２の内部で発生したガス（主として一酸化炭素ガス）の出口４７（以下、発生ガス出口４７という）が形成されており、その発生ガス出口４７と固形燃料焼却炉３０の下部煙道３６ｄとが戻り配管４８によって接続されている。このため、炉本体４２の内部で発生したガスは戻り配管４８によって固形燃料焼却炉３０の下部煙道３６ｄまで導かれる。
【００２５】
炉本体４２の下方には、その炉本体４２の灰排出口４３から流出する溶融灰を受ける受け部材４９が設置されている。その受け部材４９には、常時、溶融灰を冷却するための水が溜められている。
【００２６】
次に、上記したダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備１０の動作を簡単に説明する。
燃料供給フィーダ３４ｆによって固形燃料Ｒが固形燃料焼却炉３０内に連続的に投入されると、固形燃料Ｒは水冷式ストーカ３４ｗによって受けられ、ゆっくりと灰溜室３３ｈの方向に移動する。移動中の固形燃料Ｒは、燃焼部３５の炉壁からの輻射熱を受けて加熱（約３００℃から約４５０℃程度）されてガス化する。固形燃料Ｒのガス化成分は燃焼部３５まで上昇し、火炎燃焼する。この状態で、燃焼部３５内の平均温度は約８００℃以上となり、燃焼したガスの滞留時間は２秒以上となる。前述のように、燃焼部３５の天井壁３５ｙ上にはボイラー本体２０が設置されているため、ボイラー本体２０の缶水は燃焼部３５の熱で加熱される。
【００２７】
燃焼部３５で燃焼したガス（排気ガス）は、燃焼部出口３５ｄ、下部煙道３６ｄ、ボイラー本体２０の第１煙管２５、ガス室２９及び第２煙管２７を通過して缶水を加熱した後、上部煙道３６ｕから排ガス処理装置５０に導かれる。
排ガス処理装置５０に導かれた排気ガスは、エコノマイザー５２で１８０℃以下まで冷却され、消石灰投入器５３から消石灰が投入されることで排気ガス中の塩素ガスが中和される。さらに、中和後の排気ガスはバグフィルター５４で濾過された後、煙突５６から排出される。
【００２８】
また、固形燃料焼却炉３０から排出された燃焼灰ＹＤと、バグフィルター５４で回収された飛灰ＦＤとは、密閉構造のコンベヤによって灰溶融炉４０の灰供給装置４５まで搬送される。
【００２９】
次に、灰溶融炉４０の動作説明を行なう。
灰溶融炉４０においてコークスＣの着火を行なう場合には、炉本体４２の底部４２に薪を入れて着火し、その上にコークスＣを置くことにより行なう。コークスＣが着火された後は、一定量のコークスＣを投入した後、一定量の燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤを供給し、さらに一定量のコークスＣを投入するという作業を繰り返し、コークス層とコークス層との間に燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤを挟むようにする。このとき、コークスＣと燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤとの体積比は、およそ１０対１に設定するのが好ましい。なお、前記体積比は燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤ等の条件によって適宜変更する。
【００３０】
さらに、炉本体４２の下部でコークスＣが不完全燃焼しないように、炉本体４２の内部には空気吹き込み口４４から適量の燃焼空気が吹き込まれる。このように、炉本体４２の下部では燃焼空気が吹き込まれるため、酸化雰囲気下でコークスの燃焼が行われる。コークスＣの燃焼により発生した二酸化炭素は、炉本体４２の内部を上昇する過程で赤熱したコークスＣに接触し、一酸化炭素に変わる。このため、炉本体４２の上部は還元性雰囲気となる。そして、炉本体４２の上部の一酸化炭素ガス等が発生ガス出口４７から戻り配管４８によって固形燃料焼却炉３０に供給され、その固形燃料焼却炉３０内で燃焼するようになる。このため、コークスＣの燃焼熱と、灰溶融炉４２で発生したガス（一酸化炭素ガス等）の燃焼熱とをボイラーの過熱に利用できるようになり、エネルギー効率が向上する。
【００３１】
炉本体４２に供給された燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤはコークスＣの燃焼熱で１２００℃以上に加熱され、それらの灰ＹＤ，ＦＤに含まれるダイオキシンは熱分解されて無害化する。加熱された灰ＹＤ，ＦＤは溶融して、炉本体４２の底部４２ｂに溜まり、灰排出口４３から定期的に排出される。そして、排出された溶融灰が受け部材４９に落下し、その受け部材４９に溜められた水で冷却され、スラグとなる。前記スラグは乾燥された後、路盤材等として再利用される。
【００３２】
上記したように、本実施形態に係るダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備１０によると、灰溶融炉４０は、コークスＣの燃焼熱で燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤを加熱溶融させる構成のため、灰溶融炉４０の運転の準備が容易になるとともに、燃料費も安価になる。また、灰溶融炉４０から排出される溶融灰に金属が入り込むことがないため、その溶融灰の再利用が容易になる。
【００３３】
また、灰溶融炉４０の炉本体４２内で燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤをコークス層とコークス層との間に配置するため、コークスＣの熱を効率的に燃焼灰ＹＤ及び飛灰ＦＤに伝達できるようになる。
なお、本実施形態では、水冷式ストーカ３４ｗを有する固形燃料焼却炉３０を備えるダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備１０を例に説明をしたが、例えば、チェーンストーカやレシプロストーカを有する固形燃料焼却炉を備える固形燃料ボイラー設備に本発明を応用することも可能である。
【００３４】
また、本実施形態では、灰溶融炉４０の発生ガスを戻り配管４８によって固形燃料焼却炉３０の下部煙道３６ｄに戻す例を示したが、固形燃料焼却炉３０の燃焼部３５に戻すことも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によると、溶融灰の再利用が容易になるとともに、灰溶融炉の運転準備が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備を構成するボイラー本体、固形燃料焼却炉及び灰溶融炉の縦断面図である。
【図２】ダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備の全体構成図である。
【図３】従来のダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備の概略縦断面図である。
【符号の説明】
ＹＤ燃焼灰
ＦＤ飛灰
Ｃコークス
２０ボイラー本体
３０固形燃料焼却炉
３３ｘピット（回収手段）
３３ｙ掻出部材（回収手段）
４０灰溶融炉
４２炉本体
４３灰排出口
４４空気吹き込み口
４７発生ガス出口
５４バグフィルター（回収手段）

Claims

固形燃料焼却炉を備えるダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備であって、
前記固形燃料焼却炉から排出された灰を炉内で加熱して溶融させ、その灰に含まれるダイオキシンを分解する灰溶融炉を有しており、
前記灰溶融炉は、コークスの燃焼熱で前記灰を加熱する構成であることを特徴とするダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備。
請求項１に記載されたダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備であって、
灰溶融炉は、炉内で発生したガスを固形燃料焼却炉内に供給できるように構成されていることを特徴とするダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備。
請求項１又は請求項２に記載のダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備であって、
灰溶融炉は、
高さ方向に長く形成された炉本体と、
前記炉本体の下部に形成されており、その炉本体の内部に燃焼空気を供給するための空気吹き込み口と、
前記空気吹き込み口の下方で前記炉本体の底部に形成されており、溶融状態の灰を流出させるための灰排出口と、
前記炉本体の上端部に形成されており、その炉本体の内部で発生したガスを排出するための発生ガス出口と、
を有することを特徴とするダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備。
請求項１〜請求項３に記載のダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備であって、
灰溶融炉は、灰を溜めるホッパーと、そのホッパーに溜められた灰をほぼ一定量づつ炉内に供給するフィーダとから構成される灰供給装置を備えていることを特徴とするダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備。
請求項１〜請求項４に記載のダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備であって、
固形燃料焼却炉で発生した燃焼灰と、前記固形燃料焼却炉の排気ガス中に含まれる飛灰とを回収する回収手段と、
回収した燃焼灰と飛灰とを灰溶融炉まで搬送する搬送手段と、
を有することを特徴とするダイオキシン対応固形燃料ボイラー設備。