JP3149484B2 - 汚泥溶融炉の燃焼制御方法 - Google Patents

汚泥溶融炉の燃焼制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、下水汚泥から分離し
た粉粒体の乾燥汚泥を溶融処理して汚泥スラグを得るた
めの汚泥溶融炉において、バーナから炉内に乾燥汚泥と
ともに導入される空気量を制御するための燃焼制御方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、下水処理場で発生する汚泥は、脱
水後焼却炉で焼却処理されるのが通常である。しかし、
このような処理後の焼却灰は扱いにくく、また埋め立て
用程度にしか利用できない。このような背景から、近
年、汚泥を脱水し、乾燥し、粉粒体とし、この粉粒体の
乾燥汚泥、あるいは前記焼却灰を溶融炉で溶融してスラ
グ化することにより、取扱の容易化と汚泥スラグの有効
利用を図ろうとする研究が行われ、一部が既に実用化さ
れている。
【0003】汚泥のスラグ化は、下記工程からなる。即
ち、下水から汚泥を分離し、分離した汚泥を脱水し、次
いで、脱水した汚泥を含水分5%程度まで乾燥し、次い
で、300μm 程度の粒径(但し、粒径は前記数値に限定
されない)の粉粒体とし、そして、溶融炉内で乾燥汚泥
の可燃分と助燃料を熱源とし、空気を酸化剤として燃焼
させ、乾燥汚泥中の灰分を溶融する。かくして、液状の
汚泥スラグが得られる。この汚泥の溶融処理をコンパク
トな構造で比較的高い燃焼効率で行うことができる炉と
して、旋回流式の汚泥溶融炉が用いられている。
【0004】図2は従来の旋回流式の汚泥溶融炉を示す
垂直縦断面図、図3は図2のA−A線断面図である。図
面において、1は旋回流式の溶融炉本体、2は二次燃焼
室、3は汚泥バーナ(以下、「バーナ」という)、4は
助燃バーナである。溶融炉本体1は竪型円筒形に構成さ
れ、そのコーン状の低部5の中央にスラグ出湯口7が、
また、上端に炉体内径より小径の燃焼ガス排出口6が形
成されている。
【0005】溶融炉本体1の下部には、バーナ3と助燃
バーナ4とが設けられており、助燃バーナ4はバーナ3
よりも下方、すなわちスラグ出湯口7寄りに位置してい
る。両バーナ3は、図3に示すように、炉体の略同一レ
ベルの周方向に複数のノズル30を有している。即ち、バ
ーナ3は周方向の4ヶ所にノズル30を有している。これ
らノズル30は旋回流を形成すべく、その噴射方向が炉中
心より偏向している。一方、助燃バーナ4も、図示しな
いが、周方向の4ヶ所にノズルを有している。これらの
ノズルも旋回流を形成すべく、その噴射方向が炉中心よ
り偏向し、上記ノズル30の旋回流の内側に比較的小径の
旋回流を形成させるようになっている。
【0006】なお、溶融炉本体1の燃焼ガス排出口6の
直上には二次燃焼室2が直結されている。この二次燃焼
室2も竪型円筒状に構成され、その入側の周方向の複数
箇所に壁面に沿った旋回流を形成させるための複数の空
気吹込口16が設けられている。
【0007】以上のような汚泥溶融炉においては、バー
ナ3から粉粒体の乾燥汚泥とともに、燃焼用空気が導入
される。一方、助燃バーナ4からは助燃料とともに、燃
焼用空気が導入される。この燃焼用空気は、汚泥および
助燃料とともに、それぞれのバーナ3、4から旋回流を
形成するようにして炉内に導入される。このように炉内
に導入された汚泥または助燃料を含む燃焼用空気は、旋
回流(同一方向に旋回する旋回流)となって炉内を流れ
る。即ち、炉内では、外側(炉壁側)がバーナ3、ま
た、内側が助燃バーナ4による多重の旋回流が形成され
る。汚泥は旋回流の遠心力によって炉壁側に押しやら
れ、主として炉壁面で溶融してスラグ化し、この溶融汚
泥スラグは壁面を下方に流下してスラグ出湯口7から排
出される。溶融炉1の炉内温度は約1400℃前後の温度で
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】バーナ3のノズル30か
ら炉内に導入される空気と粉粒体の乾燥汚泥との流量の
比は、常時適正な値を維持することが必要である。空気
と乾燥汚泥との流量の比が適正値を外れると、炉内の温
度が低下し、これに伴う種々の問題が生じる。即ち、乾
燥汚泥の流量の空気流量に対する比率が適正値を外れる
と、バーナ3のノズル30先端付近の火炎の温度が下が
り、ノズル30先端上部に溶融した汚泥スラグが被覆し、
更に、被覆した汚泥スラグがノズル30の先端から吹き出
る空気によって炉の周縁部の炉壁から炉の中央に向けて
庇状になり、これが徐々に発達し、そして凝固し、炉内
に傘状の壁ができ、炉内を閉塞する。このように、汚泥
スラグによる炉内閉塞がおこると、炉内上下に圧力差が
生じる。また、スラグ出湯口7から火炎が吹き出る問題
もある。このような場合には、炉内を閉塞する汚泥スラ
グを取り除く作業が必要であり、操業上不利である。
【0009】上記問題が発生しないように、バーナ3か
ら炉内に導入される空気と粉粒体の乾燥汚泥との流量の
比は、常に適正範囲内とすることが必要であり、このた
めに、乾燥汚泥の定量フィーダが用いられている。定量
フィーダとしては、例えば、テーブルフィーダ等が使用
される。この定量フィーダにより、常に一定の流量の乾
燥汚泥が空気とともにバーナ3に供給されるようになっ
ており、これによりバーナ3のノズル30から炉内に導入
される空気と乾燥汚泥との流量の比が常に一定に維持さ
れるようになっている。
【0010】しかしながら、定量フィーダは、その構造
上、常に一定の流量の乾燥汚泥を供給できない問題を有
している。即ち、乾燥汚泥の含有水分の変動、あるい
は、汚泥中の繊維質物質(髪の毛等))の引っ掛かり等
の種々の理由から、定量フィーダから供給される乾燥汚
泥の流量が変化する問題である。これにより、空気と乾
燥汚泥との流量の比が変化し、適正範囲から外れ、上述
の問題が生じる。
【0011】これに対して、従来は、ノズル出口の酸素
(O2 ) 濃度を検出し、この検出値から上記「空気/乾燥
汚泥比」を求め、求めた値から空気の流量調整弁を作動
させて空気の流量を制御することにより空気と乾燥汚泥
との流量の比を適正範囲内に制御する方法などが用いら
れていた。しかしながら、この方法では、乾燥汚泥の流
量の変化に迅速に対応することができなかった。
【0012】従って、この発明の目的は、上述の問題を
解決し、バーナに供給される空気と粉粒体の乾燥汚泥と
の流量の比を、常に適正の範囲内に維持することができ
る、汚泥溶融炉の燃焼制御方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明は、バーナに粉
粒体の乾燥汚泥を供給するための定量フィーダ、およ
び、前記バーナに供給される空気の流量調整弁を備え、
前記バーナに供給される粉粒体の乾燥汚泥の流量と、前
記空気の流量との比を、前記流量調整弁によって制御す
る汚泥溶融炉の燃焼制御方法において、前記定量フィー
ダの出口付近に前記定量フィーダから供給される粉粒体
の乾燥汚泥の流量を検出するための粉粒体流量計を設
け、および、前記粉粒体流量計の検出値から空気の流量
を求めて前記流量調整弁を作動するための調整器を設
け、そして、前記粉粒体流量計によって前記定量フィー
ダから供給される乾燥汚泥の流量を検出し、次いで、前
記検出値から空気の流量を求め、前記流量調整弁を作動
して空気の流量を制御し、かくして、前記バーナに供給
される空気の流量と粉粒体の乾燥汚泥の流量との比を所
定の範囲内とすることに特徴を有するものである。
【0014】次に、この発明を図面を参照しながら説明
する。図1は、この発明の1実施態様を示す工程図であ
る。図1において示される旋回流式の汚泥溶融炉は、図
2、図3において示したのと同一の汚泥溶融炉である。
図面において、1は溶融炉本体、3は溶融炉本体1の下
部に設けられたバーナ、4はバーナ3の下部に設けられ
た助燃バーナである。バーナ3において、乾燥汚泥を含
有する空気は、溶融炉本体1の周方向の4ヶ所に設けら
れた各ノズル30に均等に供給される。また、助燃バーナ
4においても、図示しない装置から助燃料を含有する空
気が溶融炉本体1の周方向の4ヶ所に設けられた各ノズ
ルに均等に供給される。
【0015】バーナ3には、空気輸送用の導管8および
9が接続されている。導管8の途中の上方には、定量フ
ィーダ11が設けられている。定量フィーダ11の出口と導
管8の途中との間には、粉粒体の乾燥汚泥が通過(落
下)するための導管10が設けられている。定量フィーダ
11の出口から落下する乾燥汚泥は、導管10を落下して導
管9の途中から導管9内を通過中の空気中に供給され
る。導管10の定量フィーダ11の出口付近には、静電容量
式の粉粒体流量計12が設けられている。粉粒体流量計12
は、乾燥汚泥の流量を常時検出する機能を有している。
粉粒体流量計としては、インパクトライン式粉粒体流量
計、ベルトスケール式粉粒体流量計等を使用することも
できる。
【0016】導管9の途中には、流量調整弁13が設けら
れている。粉粒体流量計12には、変換器14が接続されて
おり、変換器14には調節器15が接続されている。そし
て、調節器15は流量調整弁13に接続されている。変換器
14および調節器15によって調整器が構成されている。粉
粒体流量計12は、定量フィーダ11から供給される乾燥汚
泥の流量を常時検出し、検出値の信号を変換器14を介し
て調節器15に出力する。調節器15は、前記検出値から適
正な空気流量を演算し、前記演算値に基づいて、流量調
整弁13を作動する指令を流量調整弁13に出力する。かく
して、流量調整弁13によって導管9の空気流量が制御さ
れ、バーナ3に供給される空気と乾燥汚泥との流量の比
は、常に適正の範囲内に維持される。
【0017】粉粒体流量計12によって検出した時から流
量調整弁13が作動するまでに費やされる時間は、粉粒体
流量計12によって検出した時から乾燥汚泥がバーナ3に
到達するまでに費やされる時間よりも短い時間とする。
【0018】
【実施例】次に、この発明を実施例により、説明する。
図2、図3に示す旋回溶融炉1を使用し、この発明の制
御方法によって汚泥(粉粒体の乾燥汚泥)の溶融化処理
を行い、溶融処理時の炉内温度および炉内の上部(P1)と
下部(P2)との圧力差(P1−P2)と、処理時間との関係を
調べた。その結果を図4に示す。比較のため、図2、図
3に示す旋回溶融炉1を使用し、粉粒体流量計による空
気流量制御を行わずに、実施例と同一の汚泥(粉粒体の
乾燥汚泥)の溶融化処理を行った。この比較例において
は、処理中の炉内温度に基づいて炉内温度の制御を行っ
た。そして、溶融処理時の炉内温度および炉内の上部(P
1)と下部(P2)との圧力差(P1−P2)と、処理時間との関
係を調べた。その結果を図4に併せて示す。
【0019】図4に示すように、実施例においては、炉
内温度が1350℃よりも高いほぼ一定の温度に維持されて
いた。また、炉内の上部と下部との圧力差も、2から5
mmAgの低い値の範囲内であった。
【0020】これに対して比較例においては、炉内温度
が1350℃まで低下したときに温度制御を行ったが、炉内
温度は1300℃よりも低い温度にまで低下し、しかも、温
度の回復までにはかなりの時間を要した。また、炉内の
上部と下部との圧力差も、60mmAgに近い大きな数値とな
った。また、圧力差が5mmAgに回復するまでには、上記
温度回復以上の時間を要した。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、バーナから炉内に導入される空気と粉粒体の乾燥汚
泥との流量の比を、常時適正範囲内に維持することがで
き、汚泥スラグによる炉内閉塞が発生するのを防止する
ことができ、これにより、炉内の温度の変動、炉内の上
下部における圧力差の発生およびスラグ出湯口からの火
炎の吹き出し等が防止できる、汚泥溶融炉の燃焼制御方
法を得ることができ、かくして、工業上有用な効果がも
たらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の1実施態様を示す工程図
【図2】従来の旋回溶融炉を示す垂直縦断面図
【図3】図2のA−A線断面図
【図4】溶融処理時の炉内温度および炉内の上部と下部
との圧力差と処理時間との関係を示すグラフ
【符号の説明】
1 溶融炉本体 2 二次燃焼室 3 バーナ 30 ノズル 4 助燃バーナ 5 底部 6 燃焼ガス排出口 7 スラグ出湯口 8、9、10 導管 11 定量フィーダ 12 粉粒体流量計 13 流量調整弁 14 変換器 15 調節器 16 空気吹込口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−282109(JP,A) 特開 平2−101313(JP,A) 特開 昭62−123320(JP,A) 特開 昭63−246619(JP,A) 特開 平2−99829(JP,A) 国際公開88−8504(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23G 5/50 F23G 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バーナに粉粒体の乾燥汚泥を供給するた
    めの定量フィーダ、および、前記バーナに供給される空
    気の流量調整弁を備え、前記バーナに供給される粉粒体
    の乾燥汚泥の流量と、前記空気の流量との比を、前記流
    量調整弁によって制御する汚泥溶融炉の燃焼制御方法に
    おいて、 前記定量フィーダの出口付近に前記定量フィーダから供
    給される粉粒体の乾燥汚泥の流量を検出するための粉粒
    体流量計を設け、および、前記粉粒体流量計の検出値か
    ら空気の流量を求めて前記流量調整弁を作動するための
    調整器を設け、そして、前記粉粒体流量計によって前記
    定量フィーダから供給される乾燥汚泥の流量を検出し、
    次いで、前記検出値から空気の流量を求め、前記流量調
    整弁を作動して空気の流量を制御し、かくして、前記バ
    ーナに供給される空気の流量と粉粒体の乾燥汚泥の流量
    との比を所定の範囲内とすることを特徴とする、汚泥溶
    融炉の燃焼制御方法。
  2. 【請求項2】 前記粉粒体流量計は、静電容量式粉粒体
    流量計である請求項1記載の汚泥溶融炉の燃焼制御方
    法。
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