JP2013096685A

JP2013096685A - 廃棄物焼却炉の燃焼方法

Info

Publication number: JP2013096685A
Application number: JP2011243032A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Samejima; 良二鮫島; Daisuke Ayukawa; 大祐鮎川
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】設備の大型化や複雑化を招くことなく、燃焼室内での攪拌力を維持しながら燃焼負荷の変動に対しても燃焼空気比を一定に保つことができ、これによって完全燃焼に向けて燃焼性能の向上を図ることができる廃棄物焼却炉の燃焼方法を提供する。
【解決手段】廃棄物を燃焼する燃焼室８を有し、この燃焼室８で発生した燃焼排ガスの熱回収を行うボイラ３が付設されてなる廃棄物焼却炉２の燃焼方法であって、燃焼排ガスの一部をボイラ３の排ガス出口から引き抜いて循環排ガスとし、この循環排ガスと二次燃焼空気とを混合して排ガス混合空気とし、この排ガス混合空気の燃焼室への吹込量を一定としながら循環排ガスと二次燃焼空気との混合比率を制御することにより、燃焼排ガスの酸素濃度を所定値で一定に保つものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物等を焼却処理する廃棄物焼却炉の燃焼方法に関するものである。

従来、この種の廃棄物焼却炉において、一次燃焼と二次燃焼とを行う二段燃焼炉では、安定した高効率燃焼を実現するために、燃焼室出口の排ガス酸素濃度が一定となるように燃焼室に吹き込む二次燃焼空気量を制御するようにされている。但し、二次燃焼空気による燃焼室内の攪拌・混合能力を確保するために、二次燃焼空気の最小吹込量を設定し、それ以下とならないようにしている。

一方、燃焼室内の温度を低下させることなく多量の排ガスを燃焼室に吹き込んで強い攪拌を行うことにより、完全燃焼に向けて燃焼性能を上げるようにした廃棄物焼却炉が例えば特許文献１にて提案されている。

特開２００４−２００７１号公報

この特許文献１に係る廃棄物焼却炉においては、当該焼却炉に付設されるボイラの下流側に減温塔を介して配される集塵機の下流から燃焼排ガスを引き抜いて返送排ガスとし、この返送排ガスに二次燃焼空気を混合して排ガス混合空気とし、この排ガス混合空気を燃焼室に吹き込むようにされている。
ここで、排ガス混合空気の一部は、燃焼室内に配された熱交換器に導入されて加熱された後、排ガス混合空気の残部と合流される。また、返送排ガスに混合する二次燃焼空気量を制御することにより、燃焼排ガスの酸素濃度を調整するようにされるとともに、返送排ガス量を調節することにより、燃焼排ガスの温度を調整するようにされている。

しかしながら、上記の従来の二段燃焼炉では、二次燃焼空気の最小吹込量を設定しても、燃焼室内での未燃ガスとの攪拌・混合が不良になることがあり、また全体の燃焼空気比を所定値（例えば、１．３）で一定に制御することができなくなることがあり、運転動力の増加につながるという問題点がある。

一方、特許文献１に係る廃棄物焼却炉では、例えば燃焼負荷が低い場合、燃焼排ガス温度を一定にしようとすると、返送排ガス量を減少させなければならず、燃焼室内に吹き込む排ガス混合空気による攪拌力が低下するという問題点がある。
また、集塵機の下流から燃焼排ガスを引き抜いて返送排ガスとされているため、当該焼却炉に付設のボイラから下流の減温塔を経て集塵機に至るまでの設備容量を循環ガス量分大きくする必要があり、設備の大型化を招くという問題点がある。
さらに、排ガス混合空気の一部を加熱するために、その排ガス混合空気の一部が導入される熱交換器をボイラ内に配置する必要があり、設備の複雑化を招くという問題点もある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、設備の大型化や複雑化を招くことなく、燃焼室内での攪拌力を維持しながら燃焼負荷の変動に対しても燃焼空気比を一定に保つことができ、これによって完全燃焼に向けて燃焼性能の向上を図ることができる廃棄物焼却炉の燃焼方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による廃棄物焼却炉の燃焼方法は、
廃棄物を燃焼する燃焼室を有し、この燃焼室で発生した燃焼排ガスの熱回収を行うボイラが付設されてなる廃棄物焼却炉の燃焼方法であって、
前記燃焼排ガスの一部を前記ボイラの排ガス出口から引き抜いて循環排ガスとし、この循環排ガスと二次燃焼空気とを混合して排ガス混合空気とし、この排ガス混合空気の前記燃焼室への吹込量あるいは吹込エネルギーを一定としながら前記循環排ガスと二次燃焼空気との混合比率を制御することにより、前記燃焼排ガスの酸素濃度を所定値で一定に保つことを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記ボイラの排ガス出口から引き抜かれる燃焼排ガスに対して除塵処理が施されるのが好ましい（第２発明）。

本発明においては、燃焼排ガスの一部がボイラの排ガス出口から引き抜かれて循環排ガスとされ、この循環排ガスと二次燃焼空気とが混合されて排ガス混合空気とされる。このため、ボイラから下流側の設備容量を大きくする必要がなく、また排ガス混合空気を加熱するために熱交換器をボイラ内に配置する不要もないので、設備の大型化や複雑化を招くようなことがない。
また、排ガス混合空気の燃焼室への吹込量あるいは吹込エネルギーが一定とされるので、燃焼室内での攪拌力を維持することができる。さらに、排ガス混合空気における循環排ガスと二次燃焼空気との混合比率の制御によって燃焼排ガスの酸素濃度（空気比）が所定値で一定に保たれるので、燃焼負荷の変動に対しても燃焼空気比を一定に保つことができる。
本発明によれば、燃焼室内での攪拌力が維持され、かつ燃焼負荷の変動に対しても燃焼空気比が一定に保たれるので、完全燃焼に向けて燃焼性能の向上を図ることができる。

また、第２発明の構成を採用することにより、ボイラの排ガス出口から引き抜かれた燃焼排ガスを燃焼室側へと還流させるための送風機や配管等の機器をダスト等から保護することができる。

本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却炉を具備する廃棄物焼却処理施設の概略システム構成図

次に、本発明による廃棄物焼却炉の燃焼方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜廃棄物焼却処理施設の概略説明＞
図１に示される廃棄物焼却処理施設１において、廃棄物は廃棄物焼却炉２（以下、単に「焼却炉２」という。）で燃焼される。この焼却炉２での廃棄物の燃焼に伴い発生する燃焼排ガスは、焼却炉２に付設のボイラ３での熱交換に供されるとともに、エコノマイザ４でのボイラ３への給水の加熱に供された後に、減温塔５で所定温度まで冷却されてからバグフィルタを用いた集塵装置６に送られる。この集塵装置６でばいじんが除去された排ガスは、誘引通風機７により、図示されない煙突を介して系外に排出される。

＜焼却炉の説明＞
焼却炉２は、ストーカ式焼却炉であって、廃棄物を燃焼する燃焼室８を備えている。この燃焼室８は、下部に図示されないストーカを備えた主燃焼室８ａと、この主燃焼室８ａで発生した未燃ガスを二次燃焼させる二次燃焼室８ｂとから構成されている。

焼却炉２には、一次燃焼空気吹込装置９と、二次燃焼空気吹込装置１０と、排ガス循環装置１１とが付設されている。

＜一次燃焼空気吹込装置の説明＞
一次燃焼空気吹込装置９は、一次燃焼空気を送り出す一次燃焼空気送風機１２と、この一次燃焼空気送風機１２からの一次燃焼空気を主燃焼室８ａへと導く一次燃焼空気流通管路１３とを備え、一次燃焼空気送風機１２からの一次燃焼空気を、一次燃焼空気流通管路１３を通して主燃焼室８ａ内に吹き込むように構成されている。
なお、一次燃焼空気流通管路１３には、その管路内を流れる一次燃焼空気の流量を検出する流量センサ１４が付設されており、この流量センサ１４からの検出信号は制御装置１５に与えられる。

＜二次燃焼空気吹込装置の説明＞
二次燃焼空気吹込装置１０は、二次燃焼空気を送り出す二次燃焼空気送風機１６と、この二次燃焼空気送風機１６からの二次燃焼空気を二次燃焼室８ｂへと導く二次燃焼空気流通管路１７とを備え、二次燃焼空気送風機１６からの二次燃焼空気を、二次燃焼空気流通管路１７を通して二次燃焼室８ｂ内に吹き込むように構成されている。
二次燃焼空気流通管路１７には、流量調節ダンパ１８が介設されており、制御装置１５からの制御信号に基づいて、二次燃焼空気送風機１６から二次燃焼室８ｂに向かって送られる二次燃焼空気の流量を流量調節ダンパ１８で調節することができるようになっている。

＜排ガス循環装置の説明＞
排ガス循環装置１１は、ボイラ３の排ガス出口から引き抜かれた燃焼排ガス（以下、「循環排ガス」と称する。）に含まれるばいじんをセラミックフィルタで除去する集塵装置１９と、この集塵装置１９によってばいじんが除去された循環排ガスを上流側に向けて送り出す循環ファン２０と、この循環ファン２０からの循環排ガスを二次燃焼空気流通管路１７に合流させる循環排ガス合流管路２１とを備えて構成されている。ここで、集塵装置１９を循環ファン２０の上流側に設けることにより、循環ファン２０における送風羽根へのダスト付着による振動等を確実に防止することができる。
循環排ガス合流管路２１には、流量調節ダンパ２２が介設されており、制御装置１５からの制御信号に基づいて、循環ファン２０から二次燃焼空気流通管路１７に向かって送られる循環排ガスの流量を流量調節ダンパ２２で調節することができるようになっている。
なお、燃焼排ガスは、ボイラ３の排ガス出口でなく、更に上流の高温部から引き抜くようにしても良い。この場合、循環ファン２０としては、耐熱のセラミック送風機で対応するのが好ましい。

＜排ガス混合空気の燃焼室への吹込動作の説明＞
本実施形態においては、二次燃焼空気吹込装置１０と排ガス循環装置１１との協働により、二次燃焼空気と循環排ガスとを、二次燃焼空気流通管路１７と循環排ガス合流管路２１との合流部で混合して排ガス混合空気とし、この排ガス混合空気を、二次燃焼空気流通管路１７を通して燃焼室８内に吹き込むようにされている。ここで、二次燃焼空気流通管路１７には、その管路内を流れる排ガス混合空気の流量を検出する流量センサ２３が付設されており、この流量センサ２３からの検出信号は制御装置１５に与えられる。

＜燃焼排ガスの酸素濃度の測定の説明＞
焼却炉２における燃焼室８の出口近傍には、燃焼排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計２４が設けられている。この酸素濃度計２４からの測定信号は制御装置１５に与えられる。

＜制御装置による制御内容の説明＞
制御装置１５は、流量センサ２３からの検出信号によって求められる排ガス混合空気の現在の流量が、最適な攪拌効率が得られる所定流量となるように、流量調節ダンパ１８，２２に制御信号を送信する。これにより、排ガス混合空気の燃焼室８への吹込量を最適な攪拌効率が得られる所定流量で一定に保つことができる。

制御装置１５は、酸素濃度計２４からの測定信号によって求められる燃焼排ガスの現在の酸素濃度が所定値となる循環排ガスと二次燃焼空気との混合比率を演算し、その演算によって得られる混合比率となるように、流量調節ダンパ１８，２２に制御信号を送信する。これにより、燃焼排ガスの酸素濃度（空気比）を所定値（例えば、１．３）で一定に保つことができる。

制御装置１５は、燃焼室８の攪拌に最適な一次燃焼空気量と二次燃焼空気量との相関データに基づいて、流量センサ１４からの検出信号によって求められる一次燃焼空気の現在の流量と、流量センサ２３からの検出信号によって求められる二次燃焼空気（排ガス混合空気）の現在の流量とがその相関データに合致した流量配分となるように、流量調節ダンパ１８，２２に制御信号を送信する。これにより、一次燃焼空気量と二次燃焼空気量とを燃焼室８の攪拌に最適な流量配分で一定に保つことができる。なお、かかる相関データとしては、例えばシミュレーション等の実施によって予め取得されたものが使用される。

＜作用効果の説明＞
本実施形態においては、燃焼排ガスの一部がボイラ３の排ガス出口から引き抜かれて循環排ガスとされる。この循環排ガスのボイラ３からの抜き出し位置の温度は、３００℃以上であるため、循環排ガスを加熱する必要はない。したがって、特許文献１に係る廃棄物焼却炉のように、排ガス混合空気を加熱するために熱交換器をボイラ内に配置する不要がなく、設備の複雑化を招くようなことがない。
この循環排ガスは、排ガス循環装置１１によって二次燃焼空気と混合されて排ガス混合空気とされる。このため、ボイラ３から下流側のエコノマイザ４や減温塔５、集塵装置６等の設備容量を大きくする必要がなく、設備の大型化を招くようなことがない。

制御装置１５による流量調節ダンパ１８，２２の制御により、排ガス混合空気の燃焼室８への吹込量が、最適な攪拌効率が得られる所定流量で一定に保たれるので、燃焼室８内での攪拌力を維持することができる。
制御装置１５による流量調節ダンパ１８，２２の制御により、排ガス混合空気における循環排ガスと二次燃焼空気との混合比率の制御が実施され、これによって燃焼排ガスの酸素濃度（空気比）が所定値（例えば、１．３）で一定に保たれるので、燃焼負荷の変動に対しても燃焼空気比を一定に保つことができる。
制御装置１５による流量調節ダンパ１８，２２の制御により、燃焼室８の攪拌に最適な一次燃焼空気と二次燃焼空気との流量配分の制御が実施される。これにより、一次燃焼空気量と二次燃焼空気量とを燃焼室８の攪拌に最適な流量配分で一定に保つことができる。

排ガス混合空気は、焼却炉８内の燃焼排ガスを十分に攪拌・混合することができるように次の（１）〜（３）のいずれかを満足するようにその吹込量が制御される。
（１）焼却炉８内への吹込速度を一定とする（実ガス量一定）。
（２）焼却炉８内への吹込時のエネルギー（（吹込速度）^２×吹込空気比重）を一定とする。
（３）一次燃焼空気量（一次排ガス量）に見合った吹込速度（エネルギー）とする。

本実施形態によれば、常に最適な攪拌が可能な排ガス混合空気の吹き込みによって燃焼室８内での攪拌力が最適に維持され、かつ燃焼負荷の変動に対しても燃焼空気比が１．３で一定に保たれるので、無駄な動力を省くことができるとともに、安定的に完全燃焼を維持することができ、ダイオキシン類の低減にもつながるという効果がある。

以上、本発明の廃棄物焼却炉の燃焼方法について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の廃棄物焼却炉の燃焼方法は、設備の大型化や複雑化を招くことなく、燃焼室内での攪拌力を維持しながら燃焼負荷の変動に対しても燃焼空気比を一定に保つことができ、これによって完全燃焼に向けて燃焼性能の向上を図ることができるという特性を有していることから、一般廃棄物や産業廃棄物等の焼却処理の用途に好適に用いることができる。

１廃棄物焼却処理施設
２廃棄物焼却炉
３ボイラ
８燃焼室
８ａ主燃焼室
８ｂ二次燃焼室
９一次燃焼空気吹込装置
１０二次燃焼空気吹込装置
１１排ガス循環装置
１９集塵装置
２４酸素濃度計

Claims

廃棄物を燃焼する燃焼室を有し、この燃焼室で発生した燃焼排ガスの熱回収を行うボイラが付設されてなる廃棄物焼却炉の燃焼方法であって、
前記燃焼排ガスの一部を前記ボイラの排ガス出口から引き抜いて循環排ガスとし、この循環排ガスと二次燃焼空気とを混合して排ガス混合空気とし、この排ガス混合空気の前記燃焼室への吹込量あるいは吹込エネルギーを一定としながら前記循環排ガスと二次燃焼空気との混合比率を制御することにより、前記燃焼排ガスの酸素濃度を所定値で一定に保つことを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼方法。
前記ボイラの排ガス出口から引き抜かれる燃焼排ガスに対して除塵処理が施される請求項１に記載の廃棄物焼却炉の燃焼方法。