JP2013181732A - 廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主燃焼室11へ高温ガスを吹き込む高温ガス吹込み手段30と、二次燃焼室12へ二次燃焼用ガスを吹き込む二次燃焼用ガス吹込み手段25とを有し、高温ガス吹込み手段30は、主燃焼室11の側壁に設けられた側部吹込み口32と、主燃焼室11の天井壁に設けられた上部吹込み口33とを有し、側部吹込み口32は主燃焼室11の内方に向けかつ斜め下方に高温ガスを吹き込み、上部吹込み口33は上記幅方向の中央部位置で下向きに高温ガスを吹き込むように設定されていて、火格子上の廃棄物層の直上によどみ領域又は循環領域を形成し平面状燃焼領域を定在させる。
【選択図】図1
Description
本発明に係る廃棄物焼却炉は、廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が設けられていると共に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段が設けられている。
廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が設けられていると共に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段が設けられている廃棄物焼却炉により廃棄物が焼却される。
高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q2と、
二次燃焼用ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q3とが、下式(1)及び(2)を満足するように定めることができる。
1.0≦Q1+Q2+Q3≦1.5 …………………………………………(2)
高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q2と、
二次燃焼用ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q3とが、下式(3)及び(4)を満足するように定めることができる。
1.1≦Q1+Q2+Q3≦1.3 …………………………………………(4)
このような本発明の廃棄物焼却炉そして廃棄物焼却方法では、側壁の側部吹込み口から斜め下向きに吹き込まれ、主燃焼室天井の幅方向中央部の上部吹込み口から下向きに吹き込まれる高温ガスは、次のように寄与する。
(1)高温ガスの顕熱と輻射により廃棄物の熱分解を促進する。
(2)酸素を含んだ高温ガスの吹き込みにより廃棄物の熱分解により発生した可燃性ガスの燃焼を促進する。
(3)高温ガスを、側壁に設けた側部吹込み口から斜め下向きに吹き込み、主燃焼室天井の幅方向中央部に設けた上部吹込み口から主燃焼室内に下向きに吹き込み、高温ガスの斜め下向きの流れと下向きの流れと、廃棄物から発生する可燃性ガスと燃焼ガスとの上昇流とを対向させ廃棄物層直上に流れの遅いよどみ領域又は流れが上下方向に循環する循環領域を形成し、その結果、可燃性ガスの流れが緩やかになり酸化剤成分と十分に混合されるため安定した燃焼が行われる。この廃棄物層直上のよどみ領域又は循環領域で可燃性ガスが安定して燃焼し平面状燃焼領域(平面状火炎)が形成され定在する。
(4)定在する平面状火炎の輻射により廃棄物の熱分解を促進する。
図1に示される本実施形態の廃棄物焼却炉は、廃棄物Pを燃焼するための主燃焼室11の出口側に二次燃焼室12が連設されている。二次燃焼室12は廃熱回収のための廃熱ボイラ17の一部でもあり入口近傍部分である。
伴っている。
先ず、廃棄物投入口13へ廃棄物を投入すると、廃棄物供給手段により廃棄物は落下して乾燥火格子11aに堆積され、各火格子11a〜11cの動作により、乾燥火格子11a上から燃焼火格子11b上そして後燃焼火格子11c上へと移動し、これらの各火格子上に廃棄物の層を形成する。各火格子11a〜11cは、風箱11a−1〜11c−1を経て、燃焼用の一次空気を受けており、これにより各火格子の廃棄物は乾燥そして燃焼される。
燃焼用一次空気は、圧送用ファン23から一次燃焼用空気供給用の管路22を通って各乾燥火格子11a、燃焼火格子11b及び後燃焼火格子11cのそれぞれの下部に設けられた風箱11a−1,11b−1,11c−1に供給された後、各火格子を通過上昇して主燃焼室11内に供給される。主燃焼室11内に供給される一次燃焼用空気の流量は、上記管路22に設けられた流量調節用のダンパ24により調整され、さらに、各風箱に供給される流量は、各風箱に分岐して設けられたそれぞれの分岐供給管21a,21b,21cに備える流量調節ダンパ(図示せず)により調節される。また、風箱及び一次燃焼用空気を供給するための管路22等の構成は図示したものに限定されず、焼却炉の規模、形状、用途等により適宜選択され得る。
高温ガスは、主燃焼室11内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域において、廃棄物層に向かって、側部吹込み口32から斜め下向きに、天井の幅方向中央部の上部吹込み口33から下向きに吹き込まれる。これは、火炎が存在し可燃性ガスが多く存在する領域に、高温ガスを吹き込むことが燃焼を安定させる上で好ましいためである。なお、火格子式廃棄物焼却炉において、可燃性ガスが多く存在する領域は、燃焼開始領域から主燃焼領域までである。
高温ガス吹込み手段30として、主燃焼室11の側壁に側部吹込み口32そして主燃焼室11の天井中央部に上部吹込み口33が、乾燥火格子11aの廃棄物の移動方向下流側から燃焼火格子11bの範囲内での火格子直上の任意位置に設けられている。焼却炉の幅方向と長さ方向との複数の列にそって配置される。側部吹込み口32と上部吹込み口33は、ノズル型でもスリット型でもよい。
高温ガス吹込み口から吹き込まれる高温ガスは、5〜20m/s程度の吹込み速度で主燃焼室11内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込むことが好ましい。5〜20m/sの吹込み速度とするのは、主燃焼室11内における空塔速度(主燃焼室内ガス流量を主燃焼室内断面積で除した流速であって、最大1m/s程度である)の5〜20倍の相対速度とすることにより、主燃焼室内ガス流れによる影響を受けずに、上記対向流場を安定して形成することができるためである。高温ガスの吹込み速度は、例えば、高温ガスBを送るブロワの送風量を調整することなどにより調整される。高温ガス吹込み用の側部吹込み口32そして上部吹込み口33が複数ある場合、高温ガスは各側部吹込み口32からそして各上部吹込口33から必ずしも等流速で吹き込まれる必要はなく、焼却炉の規模、形状、用途或いは廃棄物性状、量、廃棄物層厚さ等により、各吹込口32,33からの吹き込み流速は異なるように適宜変更され得る。主燃焼室2で廃棄物から発生する可燃性ガスと燃焼ガスの発生量の変動に対応して、廃棄物層の直上に平面状燃焼領域を変動なく定在させるように、高温ガスBの吹き込み流量を調整することが好ましい。平面状燃焼領域の状態が変動すると、可燃性ガスの燃焼状態が変化し燃焼排ガス中のCO濃度、酸素濃度などが変動するため、ボイラから排出される排ガスのCO濃度、酸素濃度を計測し変化に対応して、高温ガスBの吹き込み流量を調整するようにしてもよい。
二次燃焼用ガスが二次燃焼用ガス吹込み口25Aから二次燃焼室12に吹き込まれ、未燃ガスが二次燃焼される。二次燃焼用ガスとしては、温度が常温〜200℃の範囲であり、酸素濃度は15〜21体積%の範囲のガスを用いることが好ましい。二次燃焼用ガスとして、空気、酸素を含有するガス、循環排ガスを用いてよいし、これらの混合ガスを用いてもよい。
次に、本実施形態の廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を実現するための吹き込むガスの酸素量比配分について説明する。
1.0≦Q1+Q2+Q3≦1.5 …………………………………………(2)
Q1:Q2:Q3=0.80〜1.0:0.10〜0.30:0.10〜0.30…………(3)
1.1≦Q1+Q2+Q3≦1.3 ……………………………………… (4)
ここで、上記廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量(X)は、主燃焼室内に投入される廃棄物の性状及び成分等から決定される廃棄物の単位質量当りの燃焼に必要な酸素量(Nm3/kg)と、焼却炉における廃棄物の焼却処理速度(kg/hr)との積(Nm3/hr)により決定される。
廃棄物の燃え残りや有害物質の発生を抑制して安定した低空気比燃焼を達成させることができるより好ましい配分比としては、Q1:Q2:Q3=0.90:0.15:015、λ=1.20を基準とし、焼却炉内に投入される廃棄物の組成や性状等に基づきλを1.1〜1.3の範囲でQ1,Q2,Q3を上記の範囲内で調整する。
Q1,Q2,Q3,λの具体例を以下に記載する。
Q1:Q2:Q3=0.90:0.10:0.20、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=0.90:0.20:0.10、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=0.90:0.25:0.05、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=1.00:0.05:0.15、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=1.00:0.10:0.10、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=1.00:0.15:0.05、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=0.85:0.10:0.25、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=0.85:0.20:0.15、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=0.80:0.15:0.25、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=0.80:0.20:0.20、λ=1.20
Q1:Q2:Q3=0.75:0.20:0.20、λ=1.15
Q1:Q2:Q3=0.80:0.15:0.20、λ=1.15
Q1:Q2:Q3=0.80:0.10:0.20、λ=1.10
Q1:Q2:Q3=0.80:0.15:0.15、λ=1.10
Q1:Q2:Q3=0.85:0.20:0.25、λ=1.30
Q1:Q2:Q3=0.90:0.15:0.25、λ=1.30
Q1:Q2:Q3=1.00:0.10:0.20、λ=1.30
以下、Q1,Q2,Q3の調整基準を説明する。
通常の都市ごみ等の廃棄物を燃焼させるにはQ2は0.15を基準とし、灰分や水分が少なく可燃分が大部分である廃棄物、例えばプラスチック等、或いは、揮発分の大きい廃棄物を燃焼させる場合には、Q2を0.20〜0.25程度に増加させる。Q2が少ないと、上述の高温ガス吹込みの効果が十分に得られないため、COが増加し、上記範囲を超えてQ2を増加させると、低空気比燃焼が達成できず、高温ガスを調製するための燃料代などが嵩むと共に、主燃焼室内の温度が過大となり、内壁にクリンカが生成したり、NOxが増加するなどの問題が生じるので好ましくないためである。
まず、廃棄物焼却炉の標準操業基準として、上記基準に基づき、廃棄物の組成や性状等を考慮してQ1及びQ2を決定し、次いでQ3の標準値を設定する。Q3は、0.15を基準とし、0.10〜0.40の範囲で調整する。
ガス中O2濃度:酸素濃度計
ガス中CO濃度:CO濃度計
ガス中NOx濃度:NOx濃度計
11a 乾燥火格子
11b 燃焼火格子
11c 後燃焼火格子
12 二次燃焼室
13 廃棄物投入口
21 一次空気供給手段
25 二次燃焼用ガス供給手段
30 高温ガス吹込み手段
32 側部吹込み口
33 上部吹込み口
Claims (14)
- 廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が設けられていると共に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段が設けられている廃棄物焼却炉において、
主燃焼室へ高温ガスを吹き込む高温ガス吹込み手段と、二次燃焼室へ二次燃焼用ガスを吹き込む二次燃焼用ガス吹込み手段とを有し、
上記高温ガス吹込み手段は、主燃焼室の側壁に設けられた側部吹込み口と、主燃焼室の天井壁に設けられた上部吹込み口とを有し、
側部吹込み口は主燃焼室の内方に向けかつ斜め下方に高温ガスを吹き込むように設定され、
上部吹込み口は上記幅方向の中央部位置で下向きに高温ガスを吹き込むように設定されていて、
火格子上の廃棄物層の直上によどみ領域又は循環領域を形成し平面状燃焼領域を定在させることを特徴とする廃棄物焼却炉。 - 高温ガス吹込み手段の高温ガス吹込み口の配置位置、配置数、配置間隔、吹込み方向、吹込み口形状、側部吹込み口と上部吹込み口との吹込み流量比率、高温ガスの吹込み流速及び吹込み流量のうち少なくとも一つを設定又は調整することにより、平面状燃焼領域の状態を所望の状態に制御可能としていることとする請求項1に記載の廃棄物焼却炉。
- 高温ガス吹込み手段は、高温ガスの温度、酸素濃度、流量及び流速のうち少なくとも一つを調整する高温ガス調整手段を備えることとする請求項1又は請求項2に記載の廃棄物焼却炉。
- 高温ガス吹込み手段は、温度が100〜300℃の範囲であり、酸素濃度が5〜21体積%の範囲である高温ガスを吹き込むこととする請求項1ないし請求項3のうちの一つに記載の廃棄物焼却炉。
- 高温ガス吹込み手段は、高温ガスを、主燃焼室内ガス流量を主燃焼室内断面積で除した空塔速度の5〜20倍の流速で吹き込むこととする請求項1ないし請求項4のうちの一つに記載の廃棄物焼却炉。
- 高温ガス吹込み手段は、空気、酸素を含有するガス及び焼却炉から排出された循環排ガスのうち少なくとも一つを高温ガスとして供給する高温ガス供給源を備えることとする請求項1ないし請求項5のうちの一つに記載の廃棄物焼却炉。
- 廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が設けられていると共に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段が設けられている廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、
高温ガスを、主燃焼室の側壁に設けられた側部吹込み口から吹き込むと共に主燃焼室の天井壁に設けられた上部吹込み口から吹き込み、
側部吹込み口からの高温ガスの吹込みは主燃焼室の内方に向けかつ斜め下方に向け行われ、
上部吹込み口からの高温ガスの吹込みは上記幅方向の中央部位置で下向きに行われ、
火格子上の廃棄物層の直上に燃焼ガスのよどみ領域又は循環領域を形成し平面状燃焼領域を定在させることを特徴とする廃棄物焼却方法。 - 高温ガス吹込み口の配置位置、配置数、配置間隔、吹込み方向、吹込み口形状、側部吹込み口と上部吹込み口との吹込み流量比率、高温ガスの吹込み流速及び吹込み流量のうち少なくとも一つを設定又は調整することにより、平面状燃焼領域を所望の状態に制御することとする請求項7に記載の廃棄物焼却方法。
- 高温ガスの温度、酸素濃度、流量及び流速のうち少なくとも一つを調整し、高温ガス吹込み口に供給することとする請求項7又は請求項8に記載の廃棄物焼却方法。
- 高温ガスは、温度が100〜300℃の範囲であり、酸素濃度が5〜21体積%の範囲であることとする請求項7ないし請求項9のうちの一つに記載の廃棄物焼却方法。
- 高温ガスを、主燃焼室内ガス流量を主燃焼室内断面積で除した空塔速度の5〜20倍の流速で吹き込むこととする請求項7ないし請求項10のうちの一つに記載の廃棄物焼却方法。
- 高温ガスは、空気、酸素を含有するガス及び焼却炉から排出された循環排ガスのうち少なくとも一つであることとする請求項7ないし請求項11のうちの一つに記載の廃棄物焼却方法。
- 廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量に対する燃焼用一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Q1と、
高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q2と、
二次燃焼用ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q3とが、下式(1)及び(2)を満足することとする請求項7ないし請求項12のうちの一つに記載の廃棄物焼却方法。
Q1:Q2:Q3=0.75〜1.10:0.05〜0.40:0.10〜0.40 ………(1)
1.0≦Q1+Q2+Q3≦1.5 …………………………………………(2) - 廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量に対する燃焼用一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Q1と、
高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q2と、
二次燃焼用ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Q3とが、下式(3)及び(4)を満足することを特徴とする請求項7ないし請求項12のうちの一つに記載の廃棄物焼却方法。
Q1:Q2:Q3=0.80〜1.00:0.10〜0.30:0.10〜0.30 ………(3)
1.1≦Q1+Q2+Q3≦1.3 …………………………………………(4)
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