JP2004278815A

JP2004278815A - 都市ごみのガス化溶融法で使用される溶融炉の二次燃焼室構造

Info

Publication number: JP2004278815A
Application number: JP2003066920A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Yamakawa; 佳久山川; Miyafumi Futamura; 宮史二村; Mitsuo Tabata; 光男田端; Takashi Mukai; 孝向井; Masanori Ikeno; 昌紀池野; Takahiro Ashizawa; 貴弘芦澤
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd; Kurimoto Ltd; Toray Engineering Co Ltd; Unitika Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd; Kurimoto Ltd; Toray Engineering Co Ltd; Unitika Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】排出ガス中の未燃焼成分量及びダイオキシン量を低減できるごみ処理用溶融炉の提供。
【解決手段】主燃焼室と二次燃焼室を備えたごみ処理用溶融炉において、二次燃焼室に側方から空気を吹き込むために、燃焼室周壁を水平に切断した場合及び斜めに切断した場合にそれぞれ想定される燃焼室の断面に、複数本の空気ノズルが等間隔で並んだ１本の水平ノズル列と、２本の斜行ノズル列とを設け、２本の斜行ノズル列を、１本の水平ノズル列に関して対称の位置関係とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主燃焼室と二次燃焼室を備えたごみ処理用溶融炉に関するものであって、さらに詳しくは、側方から特定な態様で空気を吹き込める二次燃焼室を備えたごみ処理用溶融炉に係る。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみの処理ないしは処分方法として、近年、ガス化溶融法が注目されている。ガス化溶融法によれば、都市ごみの減容化が可能であるうえ、有害なダイオキシン類の発生を低レベルに維持できる利点があるからである。都市ごみのガス化溶融法は、基本的には、都市ごみを低酸素雰囲気下で熱分解するガス化炉と、ガス化炉で生成された熱分解ガスと熱分解残渣とを高温燃焼させる溶融炉とを使用する。溶融炉からの排ガスは、廃熱回収装置、ガス冷却装置、バグフィルター、触媒処理装置などを経て、大気中に放出されるのが通例である。
【０００３】
上記したガス化溶融法で使用される溶融炉の従来例としては、特開平１１−１４０２４号公報に記載された縦型円筒状溶融炉がある。この円筒状溶融炉は、炉内に側方から空気を供給できる空気ノズルを炉周壁に複数本を設けることによって、炉内に旋回気流を生起させ、以って、炉内で生成する溶融スラグに遠心力を作用させて周壁方向への移動を促し、溶融炉排出ガスに同伴される溶融スラグ（溶融飛灰）の減量を狙ったもので、その構造上の特徴は次のとおりである。
すなわち、特開平１１−１４０２４号公報記載の縦型円筒状溶融炉は、炉内頂部にガス化炉からの熱分解ガスと熱分解残渣と燃焼用空気を供給できる構造にあり、かつ、円筒状溶融炉の周壁に、周方向に等間隔で並んだ複数本の空気ノズルで構成されるノズル列を、円筒状溶融炉の高さ方向に複数列設け、しかも、少なくとも１つのノズル列を構成する個々のノズルを、その中心線と水平面とのなす角度が５〜５０度の範囲にあり、ノズルの中心線と円筒状溶融炉のノズル設置位置における法線とのなす角度が１０〜５０度の範囲になるように配置した構造にある。
【０００４】
都市ごみのガス化溶融法に使用される溶融炉の別の従来例としては、特開２００１−１４１２１５号公報に見られる如く、主燃焼室と二次燃焼室を備えた溶融炉が知られている。このタイプの溶融炉では、一般に、主燃焼室の頂部から熱分解ガスと熱分解残渣が下向きに室内に噴射されると共に、補助燃料及び燃焼用空気も同じく下向きに噴射され、補助燃料からの熱量補給を受けて、熱分解ガスと熱分解残渣は高温燃焼せしめられて溶融スラグを産生する。ちなみに、可燃分に富んだ高質ごみから得られる熱分解ガス及び熱分解残渣にあっては、補助燃料からの熱量補給を行うことなく、自己発熱による熱量供給のみで溶融スラグを産生する場合もある。いずれにしても、主燃焼室で生じた溶融スラグは下方に流下し、溶融炉の底部で冷却されて回収される。二次燃焼室は底部を主燃焼室と共有して主燃焼室に隣接し、主燃焼室を通過したガス中の可燃性成分を燃焼させる領域として機能する。そして、このタイプの溶融炉でも、主燃焼室内並びに二次燃焼室内で旋回気流が形成させるよう、各燃焼室の側壁には工夫を凝らして複数本の空気ノズルを設置するのが通例である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ごみ処理用溶融炉における二次燃焼室の役割は、溶融炉から出る排ガスに可燃性成分ができるだけ含まれないよう、ダイオキシン類の発生を極力抑制しながら、溶融炉内で可燃性成分を完全燃焼させることにある。従って、完全燃焼に必要な酸素（空気）を二次燃焼室に補給し、これを可燃性成分と充分に混合するため、その周壁に設置した複数本の空気ノズルから空気を吹き込んでいるのは上記したとおりである。しかしながら、従来の空気吹き込み方法では、溶融炉排ガスに含まれる可燃性成分の量やダイオキシン類の量を期待したほど低減させることができない。その理由は必ずしも詳らかではないが、燃焼室内に形成される旋回気流が、時計回りか反時計回りのいずれか一方でしかないことが一因であると考えられる。
本発明者等は、二次燃焼室の周壁に設けられる複数本の空気ノズルの配置位置や配置方向について検討を重ねた結果、二次燃焼室内に時計回り、反時計回り、時計回り３段の旋回気流又は反時計回り、時計回り、反時計回りの３段の旋回気流が形成され、しかも、各旋回気流が燃焼室の周壁近傍のみならず、燃焼室の中心軸付近にも生起するように空気を吹き込むことによって、溶融炉排ガスに含まれる可燃性成分の量やダイオキシン類の量を低減できることを見出した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るごみ処理用溶融炉は、都市ごみ処理施設のガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣を高温燃焼させて溶融スラグを生成させるための主燃焼室と、主燃焼室と連通して主燃焼室通過ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼させる縦長の二次燃焼室とを備え、底部に溶融スラグの取り出し口を有する溶融炉において、
上記の二次燃焼室に側方から空気を吹き込むために、二次燃焼室を水平に切断した場合に想定される燃焼室周壁の水平断面上に、周方向に等間隔で並んで軸が水平方向に延びる複数本の空気ノズルを配置して形成される水平ノズル列と、二次燃焼室を水平面に対して２０度±５度の傾きで切断した場合に想定される燃焼室周壁の斜め断面上に、周方向に等間隔で並んで軸が水平方向に延びる複数本の空気ノズルを配置して形成される第１斜行ノズル列と、上記斜め断面と傾斜角度が同じで傾き方向だけが異なる燃焼室周壁の斜め断面上に、周方向に等間隔で並んで軸が水平方向に延びる複数本の空気ノズルを配置して形成される第２斜行ノズル列とを、前記水平ノズル列が前記の第１及び第２斜行ノズル列に挟まれる位置関係で二次燃焼室の周壁に配列させ、前記の水平ノズル列では下記の空気ノズル（ａ）及び（ｂ）を交互に配置し、前記の第１及び第２斜行ノズル列では下記の空気ノズル（ｃ）及び（ｄ）を交互に設置したことを特徴とする。
（ａ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、一方向に３０度±２度傾斜した空気ノズル。
（ｂ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、一方向に４５度±２度傾斜した空気ノズル。
（ｃ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、上記一方向とは逆方向に３０度±２度傾斜した空気ノズル。
（ｄ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、上記一方向とは逆方向に４５度±２度傾斜した空気ノズル。
【０００７】
上記した水平ノズル列、第１及び第２ノズル列を構成する空気ノズルの本数は、ノズル列毎に、二次燃焼室直径の応じて６〜１０本の範囲で選ぶことができ、必ずしも各ノズル列を同数の空気ノズルで構成させる必要なない。
水平ノズル列、第１及び第２ノズル列は、二次燃焼室の入口側に、換言すれば、縦長の二次燃焼室の下方側に設けることが好ましく、ノズル列同士の間隔は、最短でも二次燃焼室直径の４０％程度とすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、都市ごみをガス化溶融法で処理する場合の典型的なフローチャートを示すものである。厨芥、雑芥、灰分、産業廃棄物などを含む都市ごみは、例えば、流動床式ガス化炉１において、低酸素雰囲気下で熱分解される。この熱分解で都市ごみ中の可燃物は、熱分解ガスとチャーを主成分とする熱分解残渣に転化されて炉上部から排出され、鉄分、非鉄金属などを含む不燃物は、通常、ガス化炉下部から系外に取り出される。熱分解ガスと熱分解残渣は、次いで、主燃焼室２及び二次燃焼室３を備えた溶融炉４に投入される。主燃焼室は、ガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣を下向きに放出できる噴出口と、補助燃料並びに燃焼用空気を同じく下向きに放出できる噴出口を頂部に備えているのが通例であって、ガス化炉からの熱分解ガスと熱分解残渣は、補助燃料からの熱量の補給を受けて高温燃焼される。この高温燃焼により、熱分解残渣中の灰分は溶融されて溶融スラグを形成し、このものは、溶融炉４の底部から系外に取り出される。
【０００９】
溶融炉４の底部を共有して主燃焼室２に隣接する縦長の二次燃焼室３は、主燃焼室での高温燃焼によっても完全燃焼していない可燃成分を燃焼させる領域を提供している。図示していないが、主燃焼室及び二次燃焼室では、それぞれの周壁に設けた複数本の空気ノズルから、特定の向きに空気を燃焼室内に噴出させて室内に旋回気流を形成させるのが通例である。二次燃焼室３から排出される溶融炉排ガスは、廃熱回収装置５、ガス冷却塔６、集塵装置７及び誘引送風機８を経て煙突９に導かれる。
なお、集塵装置７と誘引送風機８との間には、必要に応じて触媒塔などを設置することがある。
【００１０】
本発明に係るごみ処理用溶融炉は、図１に示すフローの溶融炉４として使用される。図２及び図３を参照して本発明に係るごみ処理用溶融炉の一実施例を説明するが、これら図面では、各燃焼室の周壁に設けた空気ノズルへの空気供給管、燃焼室外壁に通常付設される断熱保護壁などの図示が便宜上省略されている。
本発明のごみ処理用溶融炉は、縦長の円筒状又はオーバル状を呈する内部空間（燃焼領域）を持つ主燃焼室２２と、これに隣接し、通常は直立円筒状の内部空間（燃焼領域）を持つ二次燃焼室２３とを備え、底部には溶融スラグの取り出し口を備えている。
主燃焼室の頂部には、ガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣の供給口２４と、補助燃料の供給口２５と、燃焼用空気の供給口２６が設けられる。図示が省略されているが、パイロットバーナーもこの頂部に設けられる。そして、主燃焼室２２の周壁には、図示されていないが、内部空間に側方から空気を吹き込むための複数本の空気ノズルが設置されている。
【００１１】
主燃焼室に隣接する二次燃焼室は、通常、直立円筒状の内部空間を有し、これを取り囲む周壁２７には、複数本の空気ノズルが周方向に等間隔で配置される。本発明のごみ処理用溶融炉においては、二次燃焼室の周壁に設けた空気ノズルが、図示のとおり、１本の水平ノズル列と２本の斜行ノズル列を形成し、２本の斜行ノズル列は、一本の水平ノズル列を挟んで互いに対称の位置関係にある。２本の斜行ノズル列は、水平面に対する傾きの方向の違いによって、一方を第１斜行ノズル列と呼び、他方を第２斜行ノズル列と呼ぶ。
水平ノズル列を構成する複数本の空気ノズルは、燃焼室を水平に切断した場合に想定される燃焼室周壁の水平断面上に、周方向に等間隔で並び、各空気ノズルの軸は水平に保持されている。斜行ノズル列を構成する複数本の空気ノズルは、燃焼室を水平面に対して２０度±５度の傾きで切断した場合に想定される燃焼室周壁の斜行断面上に、周方向に等間隔で並び、各空気ノズルの軸は何れも水平に保持されている。
【００１２】
水平ノズル列を構成する各空気ノズルの軸方向と、ノズル設置位置での燃焼室周壁の法線との関係は、図３に示される。すなわち、水平ノズル列は、（ａ）ノズル設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、ノズルの中心線を一方向に３０度±２度の範囲で傾斜させて設置した空気ノズル（図３のＡ参照）と、（ｂ）ノズル設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、ノズルの中心線を上記と同じ向きの一方向に４５度±２度の範囲で傾斜させて設置した空気ノズル（図３のＢ参照）を、交互に配列させることで構成される。従って、水平ノズル列は、偶数本の空気ノズルからなり、その本数は二次燃焼室の直径に応じて６〜１０本の範囲で任意に選ぶことができる。
第１及び第２斜行ノズル列を構成する各空気ノズルの軸方向と、ノズル設置位置での燃焼室周壁の法線との関係も、上記した水平ノズル列と同様であって、唯一の相違点は、各法線に対してノズルの中心線が傾く方向が、水平ノズル列を構成する空気ノズルとは逆方向である点だけである。つまり、第１及び第２斜行ノズル列は、それぞれ、（ｃ）ノズル設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、ノズルの中心線を上記一方向とは逆方向に３０度±２度の範囲で傾斜させて設置した空気ノズルと、（ｄ）ノズル設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、ノズルの中心線を上記と同じ逆方向に４５度±２度の範囲で傾斜させて設置した空気ノズルを、交互に配列させることで構成される。各斜行ノズル列を構成する空気ノズルの本数も、二次燃焼室の直径に応じて６〜１０本の範囲で任意に選ぶことができる。各斜行ノズル列のノズル本数は、必ずしも斜行ノズル列同士で同数である必要はなく、水平ノズル列と同数である必要もない。
【００１３】
水平ノズル列と第１及び第２斜行ノズル列を上記のように構成する複数本の空気ノズルから空気を二次燃焼室に吹き込むことにより、その内部空間には入口側から時計回り、反時計回り、時計回りのと反転する３段の旋回気流又は反時計回り、時計回り、反時計回りと反転する３段の旋回気流を形成させることができる。そして、個々の旋回気流は、特に水平ノズル列によって形成される旋回気流は、燃焼室周壁近傍に形成される旋回気流と、燃焼室軸心近傍に形成される旋回気流とで構成させることができる。
上記のように反転する旋回気流は、二次燃焼室の上流側に、言い換えれば、入口側に形成されることが好ましいので、水平ノズル列、第１及び第２ノズル列は、二次燃焼室の入口側に、換言すれば、縦長の二次燃焼室の下方側に設けることを可とする。そして、ノズル列同士の間隔は、最短でも二次燃焼室直径の４０％程度とすることが好ましい。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のごみ処理用溶融炉では、その二次燃焼室内において少なくとも２回反転する旋回空気流を形成できるばかりでなく、個々の旋回空気流は、二次燃焼室の周壁近傍で旋回する空気流と、二次燃焼室の軸心近傍で旋回する空気流とで形成されるため、主燃焼室から送られるガスに含まれる可燃性成分を空気と充分混合することができ、結果的に、溶融炉排出ガス中の可燃性成分の含有量及びダイオキシン類の含有量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】都市ごみをガス化溶融法で処理する場合のフローチャートである。
【図２】本発明に係るごみ処理用溶融炉の縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線での断面図である。
【符号の説明】
１流動床式ガス化炉２主燃焼室
３二次燃焼室４溶融炉
５廃熱回収装置６ガス冷却塔
７集塵装置８誘引送風機
９煙突２２主燃焼室
２３二次燃焼室２４熱分解ガス及び熱分解残渣の供給口
２５補助燃料供給口２６燃焼用空気供給口
２７燃焼室周壁Ａ，Ｂ空気ノズル

Claims

都市ごみのガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣を高温燃焼させる主燃焼室と、主燃焼室と連通して主燃焼室通過ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼させる縦長の二次燃焼室とで構成され、底部に溶融スラグの取り出し口を有する溶融炉において、
上記の二次燃焼室に側方から空気を吹き込むために、二次燃焼室を水平に切断した場合に想定される燃焼室周壁の水平断面上に、周方向に等間隔で並び、軸が水平方向に延びる複数本の空気ノズルを配置して形成されるる水平ノズル列と、上記の二次燃焼室を水平面に対して２０度±５度の傾きで切断した場合に想定できる燃焼室周壁の斜め断面上に、周方向に等間隔で並び、軸が水平方向に延びる複数本の空気ノズルを配置して形成される第１斜行ノズル列と、上記斜め断面と傾斜角度が同じで傾き方向だけが異なる燃焼室周壁の斜め断面上に、周方向に等間隔で並び、軸が水平方向に延びる複数本の空気ノズルを設置して形成される第２斜行ノズル列とを、前記水平ノズル列が２本の前記斜行ノズル列に挟まれる位置関係で二次燃焼室の周壁に配列させ、前記の水平ノズル列では下記の空気ノズル（ａ）及び（ｂ）を交互に配置し、前記の第１及び第２斜行ノズル列では下記の空気ノズル（ｃ）及び（ｄ）を交互に配置したことを特徴とするごみ処理用溶融炉の二次燃焼室構造。
（ａ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、一方向に３０度±２度傾斜した空気ノズル。
（ｂ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、上と同じ一方向に４５度±２度傾斜した空気ノズル。
（ｃ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、上記一方向とは逆方向に３０度±２度傾斜した空気ノズル。
（ｄ）空気ノズルの軸が、ノズルの設置位置での燃焼室周壁の法線に対して、上記一方向とは逆方向に４５度±２度傾斜した空気ノズル。