JP2006145198A - 廃棄物焼却装置、及び廃棄物焼却方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸素供給式燃焼システムに、少なくとも1つのバーナと、予め定められた純度の酸素を供給するための酸素供給源と、炭素系燃料を供給する炭素系燃料供給源とを含む炉が設けられている。この酸素および炭素系燃料は相対的化学量論比で炉内に給送されて、酸素または炭素系燃料のいずれかの化学量論比に対する余剰分が5%未満に抑えられている。この炭素系燃料を燃焼させて、約4500°Fを超える温度の火炎を形成する。炉からの排気流には、酸化剤から形成された、実質的に窒素を含有しない燃焼生成ガス化合物が含まれており、温暖化ガスの生成量は低減されている。
【選択図】図1
Description
具体的な使用方法として、酸素供給式燃焼システム(酸素燃料またはガス式とも呼ぶ)をアルミニウムスクラップ回収プラント10で使用する。この例示的プラント用のフロー工程を図1および図2に例示する。概して12として図示するアルミニウムスクラップは溶融炉14内に給送され、液化される。プラント10には、平行運転される複数の炉14を設けることができ、その1つを例示する。液化アルミニウムまたは溶湯アルミニウムを溶融炉14から引き込み、小型保持炉またはホルダ16に給送する。保持炉16もガス式炉である。溶融アルミニウムをこの溶融炉14から必要に応じて引き込み、保持炉16内で特定の予め定められたレベルを維持する。これにより、溶融炉14からの連続的な引き込み、あるいは必要に応じた「バッチ」への引き込みが可能となる。
本溶融炉14は主に、鋼鉄および耐火材料で製造されている。図5〜図9を参照すると、炉の外郭構造42の外側寸法は、幅約20フィート、長さ40フィート、高さ12フィートとなっている。鋼鉄製外郭構造42は、プレートと梁とから形成されている。プレートおよび梁を、特に記載のない限り、炉の外郭構造42について図面全体を通じてそれぞれ44および46として示す。床48は、1インチ厚さの鋼板44を互いに溶接することにより製造されている。各溶接部を梁46の上方に位置させて、炉外郭構造42の健全性を確保する。
燃焼システム
当業者には明白であるように、本発明による燃焼システム100用の酸素要件は極めて高い可能性がある。このため、酸素を購入して配送してもらい、使用するまでシステム内で貯蔵することも可能であるが、酸素生成設備を、例示したアルミニウムスクラップ処理プラントなどの酸素供給式燃焼システム付近またはこのシステムの一部として保有するとさらに望ましい。
アルミニウム処理システム10には、さまざまな処理から廃熱を回収できるという利点がある。具体的に言えば、この処理プラント10に、図4では概して200として示す廃熱回収システムを含むことができる。202として示す、溶融炉14および保持炉16からの排気を、廃熱回収熱交換器204の片側に方向付ける。排気202の温度が約1000°Fであるため、回収できるエネルギはかなりの量である。さらに、排気からは主要な炉のバス領域60の上方でもエネルギを回収することができる。
ここで図2を参照すると、溶融炉14からの不純物またはドロスDを、インラインアルミニウム回収とは別に概して164として示すドロス回収処理において、さらに処理する。ドロスDを、掬い取りなどにより、溶融炉14における溶融アルミニウムプール60の上部から除去する。このドロスDを、機械的手段により篩状のボール168にプレスする。プレスにより、アルミニウムAをドロスDから押出す。ボール168の開口部170から、ドロスDから押出されたアルミニウムAが回収され、溶融炉14に戻される。
上述したように、連続処理全体において酸素を用いることにより、効率向上を実現可能であることが明白である。例えば、発電所では、燃焼処理に(空気ではなく)酸素を導入することにより、火炎温度を上昇させる、あるいはボイラ内のLOIを削減することができる。これにより、操作上の効率を高めることができる。本質的に、あらゆる炭素系燃料の燃焼も、酸素の導入により改良することができる。これは経済および環境の両面で有益である。現在のところ、ガラス製造業のみが酸素燃料技術を採り入れている。ガラス製造業において、この技術は、効率がよいからではなく、ガラス製造処理に必要な高い溶融温度が得られるから利用されているのである。
酸素燃料燃焼による有益性および利点は、当業者であれば明白であろう。実際、例示的なアルミニウムスクラップ処理施設において、天然ガス用に装備され、空気を燃料とする炉を利用すると、アルミニウムスクラップ1ポンドの処理または溶融に必要なエネルギ(使用した天然ガスft3で特定)は3620BTUであることがわかっている。すなわち、アルミニウム各1ポンドを溶融するには約3.45標準立方フィート(SCF)の天然ガスが必要である。3620BTUというエネルギ要件は、1050BTUの熱容量をもつ天然ガスの各SCFに基づいたものである。
<表1>
空気−ガス、酸素−ガスおよび酸素―油燃焼システムに対する燃料ガス分析
いる。
12…アルミニウムスクラップ
14…溶融炉
16…保持炉(ホルダ)
18…塩素
20…窒素
22…フィルタ
24…ガス抜き装置
26…フラックス
28…スターラ
30…キャスタ
32…コイル
34…フライス盤
42…外郭構造
44…プレート
46…梁
48…床部
50…底部鋼板
52…底部
54…側壁
56…屋根
58…ドア
60…チャンバ
62…充填容器
64…正面
66…充填領域
68…循環ポンプ領域
70…ポンプ
72…第1の開口部
74…第2の開口部
76…第3の開口部
78…フード
80…排気筒
82…バグハウス
84…バーナ
86…第1の材料
88…床材料
90…絶縁体
92…耐火物
94…絶縁ブリック
96…壁部
98、108、110、112、114、116…熱電対
100…燃焼システム
102…酸素ライン
104、104a、104b…燃料ライン
106…中央演算処理装置(CPU)
118…制御盤
120…制御システム
122…第1の部分
124…第2の部分
126…火炎検出器
130…ボール型閉止弁
132…配管
134…ストレーナ
136…ガスパイロットライン
138…排圧調整器
140、240…主遮断弁
142、242…安全弁
144…流量計
146…オリフィス
148、248…酸素用制御弁
150a、150b…弁
152…入口ノズル本体
154…燃料ガス入口
164…ドロス回収処理
166…回収炉
168…ボール
170…開口部
172…溶湯
180…極低温プラント
182…コンプレッサ
184…エキスパンダ
186…極低温蒸留カラム
188…気相酸素
190…液体酸素
191…タンク
192…酸素ブロワ
194…気相窒素
196…液体窒素
200…廃熱回収システム
202…排気
204…廃熱回収熱交換器
208…気化器
206…作動流体
210…タービン−発電機セット
212…冷却器
300…炉
302…ウィンドボックス
304…壁部
306…バーナ
308…石炭管
310…一次空気
312…三次空気
314…二次空気
316…計測器
318…過燃焼空気システム
400…産業炉
402…廃棄物
404…排気筒
406…バーナ
408…空気
410…燃料
412…一酸化炭素モニタ
414…離れた位置
Claims (7)
- 燃焼の補助のために空気の侵入を実質的に防止するように構成された廃棄物焼却装置であって、
燃焼領域と、
バーナと、
燃料供給用燃料供給源と、
燃焼を補助するために予め定められた純度の酸素を供給する酸化剤供給源と、
灰化する廃棄物を燃焼領域に給送する廃棄物供給源と、
前記酸素及び前記燃料及び廃棄物を相対的化学量論比で前記焼却装置に給送する手段と、
前記酸素または前記燃料のいずれか及び廃棄物の前記相対的化学量論比に対する余剰分を5%未満に抑える手段と、
前記廃棄物を灰化するように前記燃料および廃棄物および前記酸素の燃焼を制御することにより、前記廃棄物を灰化するために約4500°Fを超える温度の火炎を形成する手段と
を具備することを特徴とする廃棄物焼却装置。 - 前記燃焼領域内に酸素を噴射するための追加酸素噴射装置をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の廃棄物焼却装置。
- 実質的に空気を導入しないように構成されていることを特徴とする請求項1記載の廃棄物焼却装置。
- 燃焼領域、バーナ、燃料供給源、および酸化剤供給源を備え、燃焼の補助のために空気の侵入を実質的に防止するように構成された廃棄物焼却装置を準備するステップと、
燃料を前記バーナに供給するステップと、
燃焼を補助するために予め定められた純度の酸素を前記バーナに供給するステップと、
廃棄物を前記燃焼領域に供給するステップと、
相対的化学量論比で前記酸素および前記燃料および廃棄物を前記焼却装置に供給するステップと、
前記酸素または前記燃料のいずれかおよび廃棄物の前記化学量論比に対する余剰分を5%未満に抑えるステップと、
前記廃棄物を灰化するように前記酸素および前記燃料および廃棄物の燃焼を制御することにより、前記廃棄物を灰化するために前記燃料および廃棄物および前記酸素を前記バーナで燃焼させ、約4500°Fを超える温度の火炎を形成するステップと、
廃棄物を灰化するステップと
を有することを特徴とする廃棄物焼却方法。 - 濃度が少なくとも約85%である酸素を前記バーナに供給するステップをさらに有することを特徴とする請求項4記載の廃棄物焼却方法。
- 前記予め定められた純度の酸素を前記バーナに供給するステップとは別に、酸素を燃焼領域内に噴射するステップを有することを特徴とする請求項4記載の廃棄物焼却方法。
- 燃焼の補助のために空気の侵入を実質的に防止するように構成された廃棄物焼却装置であって、
燃焼領域と、
バーナと、
燃料供給用燃料供給源と、
燃焼を補助するために予め定められた純度の酸素を供給する酸化剤供給源と、
灰化する廃棄物を前記燃焼領域に給送する廃棄物供給源と、
前記酸素および前記燃料および廃棄物を相対的化学量論比で前記焼却装置に給送する手段と、
前記酸素または前記燃料のいずれかおよび廃棄物の前記化学量論比に対する余剰分を5%未満に抑える手段と、
前記燃料および廃棄物および前記酸素の燃焼を制御することにより、前記燃焼領域内の前記廃棄物の共振時間を、空気供給式燃焼システムにおける前記廃棄物の灰化のための共振時間より大きくする手段と
を具備することを特徴とする廃棄物焼却装置。
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