JP2019128040A - 廃棄物焼却炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】廃棄物焼却炉において、効果的にNOxの発生を抑制する。【解決手段】廃棄物(W)を焼却する焼却装置(7)と、前記焼却装置が配置され、前記焼却装置(7)で発生した燃焼ガス(BG)の通路を形成する燃焼室(5)とを備える廃棄物焼却炉(1)において、前記燃焼室(5)に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末(CP)を供給する触媒供給口(27)を設ける。前記窒素酸化物還元触媒物質を含む粉末(CP)は、当該廃棄物焼却炉(1)における廃棄物(W)の焼却灰(IA)であってよい。【選択図】図1
Description
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関する。
従来から、廃棄物焼却炉については、環境への配慮から、廃棄物の焼却によって生じ得る窒素酸化物(NOx)排出量の低減が求められている。廃棄物焼却時におけるNOx発生量を抑制するための方策として、例えば、一般的に、焼却過程において発生する未燃成分を、未燃成分を完全に燃焼させてNOxの排出量を低減するために、空気のような二次燃焼用のガスを燃焼室に供給している(例えば、特許文献1,2参照)。
しかし、通常廃棄物には様々な物質が含まれているから、均一に燃焼させることは元来困難である。また、一般的に採用されている、特許文献1に開示された並行流式焼却炉や、特許文献2に開示された中間流式焼却炉のいずれのタイプにおいても、その構造上、燃焼室内において局所的に高温となる部分が生じることを回避するのは困難である。このような理由から、NOx発生量を十分に低減できない場合がある。
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、廃棄物焼却炉において、効果的にNOxの発生を抑制することにある。
前記した目的を達成するために、本発明に係る廃棄物焼却炉は、
廃棄物を焼却する焼却装置と、
前記焼却装置が配置され、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの通路を形成する燃焼室と、
前記燃焼室に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末を供給する触媒供給口と、
を備える。
廃棄物を焼却する焼却装置と、
前記焼却装置が配置され、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの通路を形成する燃焼室と、
前記燃焼室に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末を供給する触媒供給口と、
を備える。
この構成によれば、高温の燃焼室に窒素酸化物還元触媒物質を供給することによって、NH3がNOxへ転化する反応が抑制され、NOxの発生を効果的に抑制することができる。
本発明の一実施形態において、前記窒素酸化物還元触媒物質を含む粉末が、当該廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却灰であってもよい。この構成によれば、廃棄物焼却炉で焼却する廃棄物の種類が一定しており、かつその廃棄物の焼却灰が窒素酸化物還元触媒物質を含むことが判明している場合、焼却灰を利用して、低コストでNOxの発生を抑制することができる。
本発明の一実施形態において、さらに、前記焼却灰を分級する分級装置を備えていてもよい。この構成によれば、焼却灰を、燃焼室内で拡散し易い粉末として供給することができる。
本発明の一実施形態において、さらに、前記燃焼室に、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの二次燃焼に使用する二次助燃ガスを噴射する二次助燃ガス噴射口であって、前記触媒供給口を兼ねる二次助燃ガス噴射口を備えていてもよい。この構成によれば、二次助燃ガスによる二次燃焼を利用することによって効果的にNOxの発生を抑制することができる。さらに、触媒供給口を追加で設けることなく二次助燃ガス噴射口を利用することにより、低コストな構造で焼却灰を燃焼室に供給することができる。
本発明の一実施形態において、前記焼却装置が、ほぼ水平方向に並べられた、最上流側に配置されて廃棄物を乾燥させる乾燥部と、前記乾燥部で乾燥された廃棄物を焼却する焼却部とを有しており、前記触媒供給口が、前記焼却部の上方に設けられていてもよい。この構成によれば、燃焼室において最も高温となる領域に触媒を供給することにより、極めて効率的にNOxの発生を抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、廃棄物焼却炉において、効果的にNOxの発生を抑制することが可能になる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
図1に、本発明の第1実施形態に係る廃棄物焼却炉(以下、単に「焼却炉」と呼ぶ。)1を示す。焼却炉1では、投入口3から投入された焼却対象の廃棄物Wが、燃焼室5に設置された焼却装置7によって焼却されるとともに、廃棄物Wの焼却の際に焼却装置7で発生した燃焼ガスBGに含まれる未燃成分が、燃焼室5の下流端部に接続された再燃焼室9において再燃焼される。すなわち、燃焼室5の焼却装置7よりも上方の領域および再燃焼室9が、燃焼ガスBGの通路を形成している。再燃焼室9で燃焼された高温の排ガスEGは、再燃焼室9の下流側に接続された排気通路11を介して排出される。この排ガスEGは、例えばボイラのような加熱装置(図示せず)の熱源として利用される場合がある。焼却装置7で廃棄物Wを焼却して生じた焼却灰IAは、排出シュート13から排出される。排出シュート13から排出される焼却灰IAを主灰と呼ぶ。
焼却装置7は、廃棄物Wをほぼ水平方向(同図では左側から右側へ向かう方向)に搬送しながら焼却する。なお、本明細書において、廃棄物Wの搬送方向としての「ほぼ水平方向」には、水平方向のみならず、水平方向成分を含む方向も含まれる。したがって、例えば、水平方向から鉛直方向に傾斜した搬送方向も上記「ほぼ水平方向」に含まれる。また、後述するように焼却装置7が複数配列されたストーカからなるような場合に、隣接するストーカ間において廃棄物Wが鉛直下方に移動する箇所が存在する場合であっても、焼却装置7全体として(つまり焼却装置7の上流端から下流端にかけて)廃棄物Wの搬送方向が水平方向成分を含む方向であれば、「ほぼ水平方向」に含まれる。
具体的には、焼却装置7は、廃棄物Wの搬送方向に沿って複数の火格子(ストーカ)を並べて配置したストーカ式焼却装置として構成されている。焼却装置7は、上流側から順に、乾燥部7a、燃焼部7b、および後燃焼部7cの3つのブロックに分けて構成されている。乾燥部7aにおいて投入口3から投入された廃棄物Wを乾燥し、燃焼部7bにおいて乾燥された廃棄物Wを燃焼し、後燃焼部7cにおいて、燃焼部7bで未燃焼となった廃棄物Wの燃焼残部を燃焼する。焼却装置7の各ブロックには、下方から一次空気A1が供給される。
このような焼却装置7が設置された燃焼室5の、焼却装置7による搬送方向の下流端部に再燃焼室9が接続されているので、燃焼室5で発生した未燃成分を含む燃焼ガスBGは、燃焼室5内において廃棄物Wの搬送方向にほぼ並行して流れることになる。焼却炉1はこのような構造を有する、いわゆる並行流式焼却炉として構成されている。
燃焼室5の上流部5aは、上方に膨出する天壁15によって覆われている。図示の例では、天壁15は、下流側に向かうに従って上方に傾斜している。燃焼室5の下流部5bに再燃焼室9が接続されている。再燃焼室9は、燃焼室5の下流部5bから上方に偏向している。より具体的には、図示の例では、再燃焼室9は燃焼室5の上流側に向けて傾斜した方向に延設されている。燃焼室5における、天壁15と、再燃焼室9の下側の側壁との間の中間部分には、天壁15から下方に凹んで再燃焼室9の下側の側壁に連なる中間壁17が設けられている。このように、燃焼室5は、上方に膨出した燃焼ガス通路を形成する上流部5aと、上流部5aから下方に向けて縮小する燃焼ガス通路を形成する下流部5bとを有している。換言すれば、燃焼室5の上流部5aとは、燃焼室5における天壁15の下方の部分であり、下流部5bとは、天壁15に覆われた上流部5aよりも下流側の部分である。
なお、燃焼室5の具体的構成は図示の例に限定されない。例えば、天壁15は、図示例の態様に限らず、水平方向に延びていてもよく、下流側に向かうに従って下方に傾斜していてもよい。また、中間壁17は設けられていなくともよい。さらに、焼却炉1は、図示した並行流式ではなく、燃焼室5から再燃焼室9への出口が燃焼室5の搬送方向における中央部付近に設けられている中間流式であってもよい。焼却装置7は図示したストーカ式のものに限定されない。
燃焼室5には、二次助燃ガスを燃焼室5内に噴射する噴射口として、二次空気噴射口19,21および再循環排ガス噴射口23が設けられている。本明細書において、二次助燃ガスとは、燃焼室5内における燃焼ガスBG中の未燃成分を二次燃焼させるために使用されるガスをいう。本実施形態では、具体的には、空気A2および排気通路11からの排ガスEGを再循環して使用した再循環排ガスRGを二次助燃ガスとして使用している。排気通路から分岐して設けられた排ガス再循環路25を介して、再循環排ガスRGが再循環ガス噴射口へ送られる。もっとも、二次助燃ガスはこれらに限定されない。
より具体的には、図示の例では、燃焼室5の上流部5aの天壁15に第1二次空気噴射口19が設けられている。また、燃焼室5の中間壁17に、燃焼室5の下流部5bに二次空気A2を噴射する第2二次空気噴射口21が設けられている。さらに、燃焼室5の上流部の5aにおける、焼却装置7の燃焼部7bの上方領域の側壁に、再循環排ガス噴射口23が設けられている。
本実施形態では、燃焼室5に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末(以下、「触媒含有粉末」という。)CPを供給する触媒供給口27が設けられている。具体的には、図示の例では、上述した二次助燃ガスの噴射口である再循環排ガス噴射口23を触媒供給口27として兼用している。
本実施形態では、触媒含有粉末CPとして、焼却灰IAである主灰を利用している。本実施形態に係る廃棄物焼却炉は、常に一定の種類の廃棄物、特には一般廃棄物の焼却処理に用いられており、廃棄物内への鉄分の残留により、この種の廃棄物の焼却灰IAは酸化鉄を含むことが知られている。
本実施形態の焼却灰IAに含まれる酸化鉄、具体的にはマグネタイト(Fe3O4)およびヘマタイト(Fe2O3)が、燃焼室内の温度(1100℃)および圧力(大気圧)環境下において、窒素酸化物を還元する触媒として機能することが実験により確認された。実験によれば、NH3を1000ppm含むガスを1100℃−大気圧環境下に流したところ、触媒物質が存在しない場合に比べ、マグネタイト存在下ではNOx発生量が約80%低減し、ヘマタイト存在下ではNOx発生量が約40%低減した。上記の温度,圧力環境下において酸化鉄が存在すると、NH3→N2+H2 の反応が進み、1100℃付近の温度ではN2はNOxに転化されないことから、NOxの発生が抑制されたと考えられる。
そこで、本実施形態では、酸化鉄を含むことが判明している主灰を回収して燃焼室5に供給することにより、別途窒素酸化物還元触媒を調達することなく、低コストでNOx発生を抑制する。このように、焼却炉1で焼却する廃棄物Wの種類が一定しており、かつその廃棄物の焼却灰IAが窒素酸化物還元触媒物質を含むことが判明している場合、焼却灰IAを利用して、低コストでNOxの発生を抑制することができる。
窒素酸化物を焼却炉の燃焼室の環境下で還元できる触媒物質であれば、窒素酸化物還元触媒物質として酸化鉄以外の物質を使用してもよい。例えば、自動車用三元触媒として一般に利用されているPt,Pd,Rhや、一般に選択触媒還元脱硝装置に使用されているセラミックに担持されたV,Mo,貴金属,ゼオライト等が窒素酸化物の還元触媒として知られており、これらを使用してもよい。焼却炉1で焼却する廃棄物の種類が一定しており、かつその廃棄物Wの焼却灰IAがこのような物質を含むことが判明している場合には、焼却灰IAを触媒含有粉末CPとして利用してNOx発生の低減を図ることができる。
本実施形態では、上述したように、再循環排ガス噴射口23から、再循環排ガスRGと共に焼却灰IAを燃焼室5に噴射している。より具体的には、図2に示すように、焼却炉1は、排出シュート13から焼却灰(主灰)IAを回収する焼却灰回収路31と、焼却灰回収路31に接続された分級装置33と、分級装置33によって分級された焼却灰IAを排ガス再循環路25に供給する焼却灰供給路35とを備えている。分級装置33設けることによって、焼却灰IAを、燃焼室5内で拡散するのに適した粒径の粉末として供給することができる。もっとも、分級装置33は省略してもよい。
本実施形態では、図1に示した態様の燃焼室5内において最も高温となる領域である、焼却装置7の燃焼部7bの上方領域の側壁に設けた再循環排ガス噴射口23を触媒供給口27として兼用している。このように高温領域に触媒含有粉末CPを供給することにより、極めて効率的にNOxの発生を抑制することができる。もっとも、再循環排ガス噴射口23に代えて、またはこれに追加して、他の二次助燃ガスの噴射口である二次空気噴射口19,21を触媒供給口27として利用してもよい。例えば、図示した並行流式の焼却炉1では、第1二次空気噴射口19が設けられている燃焼室5の天壁15付近は、構造上高温の燃焼ガスBGが滞留しやすく、かつ、二次空気A2投入による燃焼ガスBGの二次燃焼によって高温となりやすい領域である。また、第2二次空気噴射口21が設けられている中間壁17の下方は、通路面積が狭く、また焼却装置7に近いことから高温となりやすい領域である。その場合、焼却灰供給路35は、二次空気A2を各二次空気噴射口19,21に供給する二次空気供給路37に接続される。
このように構成することによって、二次助燃ガスによる二次燃焼を利用することで効果的にNOxの発生を抑制することができる。さらに、触媒供給口27を追加で設けることなく二次助燃ガスの噴射口19,21,23を利用することによって、低コストな構造で焼却灰IAを燃焼室5に供給することができる。
なお、焼却灰IAを触媒含有粉末CPとして利用する場合、主灰の代わりに、または主灰に追加して、燃焼ガスBG中に混入して再燃焼室9内を飛散する飛灰を利用してもよい。
また、触媒含有粉末CPとして焼却灰IAを利用することは必須ではなく、別途調達した触媒含有粉末CPを燃焼室5内に供給してもよい。さらに、触媒供給口27として二次助燃ガスの噴射口19,21,23を利用することは必須ではなく、燃焼室5内の他の適宜の位置に触媒供給口27を別途設けてもよい。
以上説明した本実施形態に係る廃棄物焼却炉1によれば、高温の燃焼室5に窒素酸化物還元触媒物質を供給することによって、NH3がNOxへ転化する反応が抑制され、NOxの発生を効果的に抑制することができる。
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
1 廃棄物焼却炉
5 燃焼室
7 焼却装置
7a 乾燥部
7b 焼却部
23 再循環排ガス噴射口(二次助燃ガス噴射口)
27 触媒供給口
33 分級装置
A2 二次空気(二次助燃ガス)
BG 燃焼ガス
CP 触媒含有粉末(窒素酸化物還元触媒物質)
IA 焼却灰
RG 再循環排ガス(二次助燃ガス)
W 廃棄物
5 燃焼室
7 焼却装置
7a 乾燥部
7b 焼却部
23 再循環排ガス噴射口(二次助燃ガス噴射口)
27 触媒供給口
33 分級装置
A2 二次空気(二次助燃ガス)
BG 燃焼ガス
CP 触媒含有粉末(窒素酸化物還元触媒物質)
IA 焼却灰
RG 再循環排ガス(二次助燃ガス)
W 廃棄物
Claims (5)
- 廃棄物を焼却する焼却装置と、
前記焼却装置が配置され、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの通路を形成する燃焼室と、
前記燃焼室に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末を供給する触媒供給口と、
を備える廃棄物焼却炉。 - 請求項1に記載の廃棄物焼却炉において、前記窒素酸化物還元触媒物質を含む粉末が、当該廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却灰である廃棄物焼却炉。
- 請求項2に記載の廃棄物焼却炉において、さらに、前記焼却灰を分級する分級装置を備える廃棄物焼却炉。
- 請求項2または3に記載の廃棄物焼却炉において、さらに、前記燃焼室に、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの二次燃焼に使用する二次助燃ガスを噴射する二次助燃ガス噴射口であって、前記触媒供給口を兼ねる二次助燃ガス噴射口を備える廃棄物焼却炉。
- 請求項4に記載の廃棄物焼却炉において、
前記焼却装置が、ほぼ水平方向に並べられた、最上流側に配置されて廃棄物を乾燥させる乾燥部と、前記乾燥部で乾燥された廃棄物を焼却する焼却部とを有しており、
前記触媒供給口が、前記焼却部の上方に設けられている、
廃棄物焼却炉。
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JP2018007504A JP2019128040A (ja) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | 廃棄物焼却炉 |
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-
2018
- 2018-01-19 JP JP2018007504A patent/JP2019128040A/ja active Pending
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