JP3199568U - 焼却システム - Google Patents

Abstract

【課題】固形燃料及び煙道ガスの最適な燃焼を実現するように、酸化窒素生成／排出をできるだけ抑制するように、及び低過剰空気率（過剰空気＝１．３〜１．５）及び低煙道ガス量で安定運転を実現するように、燃焼過程を制御する燃焼システムを提供する。【解決手段】燃焼システムには、燃焼火格子５、一次燃焼用ガスを燃焼火格子を通して供給するための燃焼火格子下にあるホッパ７〜１１、及び燃焼火格子より上方にある炉１４に通じており、二次燃焼用ガスを供給するノズル２１、２２を有する。煙道ガス用の少なくとも１本の抽出ダクトを、燃焼火格子の上にある炉の後端部に設ける。このダクトを、ファンの吸込み側に接続する。圧迫側を、煙道ガス通路の上部領域に配設したノズルに接続する。該ノズルの高さによって、二次ガスを供給した後、煙道ガスに少なくとも１秒の滞留時間を与える。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照

本出願では、２００６年９月１３日に出願された独逸国特許出願第１０ ２００６ ０４３ ８０７．８号から、米国特許法第１１９条第（ａ）〜（ｄ）項に基づく優先権を主張するものであり、該出願の対象物を全て本明細書において参照することによりここに組み込む。

本発明は、一次燃焼用ガスを燃料に通過させ、二次燃焼用ガスを燃料の上方で煙道ガス流に直接導入し、一部の煙道ガスを後燃焼域の煙道ガス流から取出して内部再循環ガスとして燃焼過程に戻す焼却システムに於ける、燃焼制御方法に関する。

この種類の方法は、欧州特許第ＥＰ ０４９８０１４ Ｂ ２から既知である。この事例では、同方法を使用して煙道ガス流を減少させたが、汚染物質排出を軽減する可能性については扱わなかった。

廃棄物中の窒素の一部は燃焼中に反応してＮＯ／ＮＯ_２になり、これが煙道ガスと共に燃焼過程を出るため、複雑な処置を施してＮＯ／ＮＯ_２が汚染物質（ＮＯ_ｘ／酸化窒素）として環境へ放出されるのを防ぐ必要があることは、既知の事実である。窒素の別な一部は燃焼過程で反応して、ＮＨ_２又はＣＮ化合物／ラジカルになる。これらの中間生成物は高温で不安定で、更なる反応が生じる。該中間生成物／ラジカルは、既に生成されたＮＯ／ＮＯ_２をＮ_２に還元できるので、燃焼制御を、この作用を脱窒過程としてシステムに備えて使用するよう設計することは理に叶っている。

現在の最先端技術に従えば、燃焼システムの炉に関する燃焼制御は、燃焼火格子の上方で、該火格子で一次燃焼を行った後に、二次燃焼ゾーンを直ちに高乱流ゾーンとして形成するように設計されるが、該ゾーンに外気又は再循環させたガスが供給され、該ゾーンで、依然存在する全ての可燃性ガス成分（ガス及び固体粒子）をできる限り完全に燃焼させる。この過程は、燃焼反応を超化学量論的条件下、通常過剰空気率１．７〜２．２で行うよう制御される。二次空気及び／又は再循環させた煙道ガスが後燃焼領域に、高インパルス（力積）及び強力な混合効果を伴い供給され、その結果、上記中間生成物（ＮＨ_２化合物又はＣＮ化合物）は早期に分解、即ち酸化され、従って該中間生成物は最早既に生成された酸化窒素（ＮＯ_ｘ）とは反応できなくなる。再循環させた煙道ガスは一般的に、蒸気ボイラ及び通常煙道ガス浄化システムも通過した後、取出される。その結果、このガス流は「外部再循環ガス」と呼ばれる。

該システムを一次燃焼に関して著しく亜化学量論的レベルで運転した場合、固形燃料の完全な燃焼について、特に、激しく変動する熱量及び燃焼挙動を有する燃料を使用する際には、必ずしも保証できない。二次燃焼に関して実質的に化学量論条件下、即ち過剰空気≦１．６で運転すると、未燃ガス成分の原因となり、その結果、環境への有害な排出や下流の蒸気発生器の腐食を引き起してしまう。

本発明の目的は、固形燃料及び煙道ガスの最適な燃焼を実現するように、酸化窒素生成／排出をできるだけ抑制するように、及び低過剰空気率（過剰空気＝１．３〜１．５）及び低煙道ガス量で安定運転を実現するように、燃焼過程を制御することである。

本発明によれば、この目的を、上述した種類の過程を使用して、一次燃焼用ガス流と二次燃焼用ガス流の総量を、基本的に化学量論的又は実質的に化学量論的反応条件を、二次燃焼レベル直上の煙道ガス流に関して達成するまで減少させること、及び内部再循環ガスを三次燃焼領域に供給し、該領域で二次燃焼用ガスを導入した後、煙道ガスが少なくとも１秒の滞留時間を獲得することで、達成可能である。

一次燃焼用ガスは、一般に外気であると理解される。いくつかの特殊な例では、しかしながら、外気を酸素で富化してもよい。

（発明を実施するための最良の形態）
本発明及びその効果について一層完全に、同じ参照番号で同じ特徴を示す添付図と共に以下の既述を参照することで理解できるだろう。

従来の燃焼システムの運転モードとは対照的に、一次燃焼用ガスの供給を、略化学量論的流量のまま変化させずに、固形燃料の燃焼を最適化する。全燃焼過程に関して低過剰空気レベルを維持したまま、且つ燃焼用ガスを混合／均質化するのに必要な量の二次燃焼用ガス流を可能にするために、一次ガス流と二次ガス流の総量を、基本的に化学量論的又は実質的に化学量論的反応条件となるまで減少させる。実際には、これは、相当な量の未反応酸素を依然含む一次燃焼中に生成されるガスが二次燃焼ゾーンに流入するのを防ぐことを意味する。問題のガスは、後燃焼火格子領域で発生するものである。そこでは、一次燃焼用ガスを主に供給して、確実に固形燃料を完全に燃焼させ、且つ燃焼残渣物（ボトムアッシュ）を冷却する。結果として生じる煙道ガス流は、従って、一次燃焼用ガス又は外気と比べて、単に最小限に低減された酸素含有量という特徴を有する。

こうしたガス流を後燃焼室領域から吸引によって抽出し、それにより該ガス流が二次燃焼ゾーンに流入するのを防ぐ。このガスを内部再循環ガスと呼び、本発明によれば、これを炉上部領域、即ち明確には二次燃焼ゾーン後に、戻す。この領域を、三次燃焼領域と呼ぶが、該領域で、煙道ガスは、二次燃焼用ガスを供給後、少なくとも１秒、有利には殆ど２秒の滞留時間を有する。本発明の方法を用いて、必要なだけの酸素を二次燃焼用ガスの形で二次燃焼領域に必要な際に供給して、煙道ガス流を良好に混合又は均質化できる。

二次燃焼用ガスを、外気、外気及び外部再循環ガス、或は蒸気ボイラ及び場合によっては煙道ガス浄化システムを通過させた外部再循環ガスだけとすることも可能である。

化学量論的反応条件の領域で、好適には僅かに亜化学量論的条件を有する領域で、一次燃焼用ガス流を減少させることで、ＮＯ_ｘの発生を低減し、ＮＨ及びＣＮ化合物の生成を増大させる。効果を抑えた二次燃焼ゾーンを導入して、煙道ガス流を、全てのＮＨ及びＣＮ化合物を強力に後燃焼させずに混合し均質化した場合、これらの化合物はＮＯ_ｘをＮ_２に還元する可能性がある。実験から、該領域での１〜２秒滞留時間が、良好な反応効率に適切なことが分かっている。特に、酸化窒素濃度を低く保つ目的には、外部再循環ガスを二次燃焼領域に供給することで、上手く対応できる。しかしながら、そのために完全に煙道ガスを燃焼する、特に全有害ガスを完全に分解するのは必ずしもこの場合確実でないことを許容する必要があり、その結果更なる反応領域を作製する必要がある。

この目標を達成するために、本発明によれば三次燃焼領域を二次燃焼領域後に形成して、完全にガスを燃焼させ、依然存在する可能性があるあらゆる有機化合物を分解させる。発明によれば、必須の乱流及び必要な過剰空気を、内部再循環ガスにより提供する。内部再循環ガスは、後火格子領域から取出したガスで、二次燃焼領域に移動できないガスである。燃焼過程用の総過剰空気はそれ以上増大せず、それにより低過剰空気率で燃焼過程を実行するという目的を達成できる。その上、内部再循環ガスの再循環は、外気の形の更なる三次燃焼用空気が不要なことを意味し、それにより煙道ガス量をできる限り少なく保てる。

本発明の更なる仕組みでは、ＮＯ_ｘ還元用薬剤を燃焼設備の煙道ガス流に注入できるが、該設備では三次燃焼用ガスを供給して、ＮＯ_ｘ含有量の更なる減少を可能にし、三次燃焼領域の開始時点でまだ減少していないＮＯ_ｘ分子を捕捉する。

本発明の更なる仕組みでは、ＮＯ_ｘ還元用薬剤を、三次燃焼用ガス、即ち内部再循環ガスに添加することも可能である。この場合、三次燃焼用ガス供給による乱流発生効果を、薬剤を煙道ガス流と混和させる際に使用することもできる。

これらの薬剤は、選択的無触媒脱硝法（ＳＮＣＲ）から既知であり；尿素又はアンモニア水を好適には使用する。

これは、更なる煙道ガス乱流を、三次燃焼領域で又はその上流で、即ち内部で再循環させた煙道ガスを導入する箇所より上流で発生させる場合、更に有利である。これを、内部で再循環させた煙道ガスの導入で生じる乱流によるだけでなく、例えば炉の煙道ガス通路の断面積を、内部再循環ガスを導入する箇所又はその上流で縮小することで、或はこの領域に乱流を増大させる取付体を使用することで、達成できる。

本発明はまた、上記方法を実施するための燃焼システムに関する。

本発明について、図面（図１）での仕組みに関する一例により、以下で更に詳細に説明する。

この図面は、燃焼システムの縦断面を表した略図である。特定の燃焼システムについて図１で示し、以下で説明するが、当然ながら本発明の原理を様々な焼却システムに適合させて、所望のＮＯ_ｘ削減を達成してもよい。

図面で示すように、燃焼システムには供給ホッパ１を有し、それに続いて供給シュート２を有して供給テーブル３に燃料を供給し、該供給テーブル上には往復運動可能な供給ラム４を設けて、供給シュート２から到着する燃料を、燃料を燃焼させる燃焼火格子５上に搬送する。火格子を傾斜させるか、又は水平に配置するか、及びどの原理を適用するかは重要でない。

燃焼火格子５ の下には、全体として６で示し、一次燃焼用空気を供給し、一次燃焼用空気をダクト１３を介してファン１２を用いて導入する複数のホッパ７〜１１で構成可能な装置を配設する。チャンバ７〜１１から成る仕組みを通して、燃焼火格子を複数の下位火格子空気ゾーンに分割し、それにより一次燃焼用空気を燃焼火格子に関する必要条件によって異なる設定に調節できる。

燃焼火格子５上方には、炉１４が存在し、該炉は煙道ガス通路１５に通じており、該煙道ガス通路１５は図示しない構成要素、例えば熱回収ボイラ及び煙道ガス浄化システムへと続く。炉１４の後部領域を、ルーフ１６、後壁１７及び側壁１８で画定する。１９で示す燃料の燃焼を、煙道ガス通路１５がその上方に位置する燃焼火格子５の前方部分で行う。殆どの一次燃焼用空気を、チャンバ７、８及び９を介して、この領域に導入する。燃焼火格子５の後部領域には、その大部分に燃焼した燃料だけ、又はボトムアッシュだけが存在し、一次燃焼用空気をこの領域にチャンバ１０及び１１を介して、主に冷却目的で、及び未燃分のボトムアッシュの燃焼を促進するために、導入する。

燃焼した燃料は、その後燃焼火格子５の端部で搬出装置２０に落下する。ノズル２１及び２２を煙道ガス通路１５の領域に設けて、二次燃焼用ガスを供給して煙道ガスを上昇させ、それにより煙道ガス流を混合して、煙道ガスに残存する可燃部分の後燃焼を促進する。

本発明による過程を実行するために、煙道ガスをルーフ１６、後壁１７及び側壁１８で画定した後部炉領域から抽出する。このガスを、内部再循環ガスと呼ぶ。

吸込口２３を、本典型的実施例では、後壁１７に設ける。この吸込口２３をファン２５の吸込み側に接続し、それにより煙道ガスを抽出する。ダクト２６をファンの圧迫側に接続し、抽出した煙道ガスを煙道ガス通路１５上部領域にあるノズル２７を通して三次燃焼領域２８に供給する。この領域で、煙道ガスは二次燃焼領域を出た後、少なくとも１秒、又は有利には少なくとも２秒も滞留時間を有する。

三次燃焼領域２８内又は該領域上流で、煙道ガス通路を大幅に狭窄して、通路１５での煙道ガス流の乱流及び混合作用を増大させる。ノズル２７を、この狭窄領域に配設する。しかしながら、他の取付部品又は要素２９を、ガス流を乱すために設けて、それにより乱流を発生させることも可能である。

本発明の実施例に従う被供給燃焼用ガスを伴う焼却システムに関する高度な概略図である。

１ 供給ホッパ
２ 供給シュート
３ 供給テーブル
４ 供給ラム
５ 燃焼火格子
７〜１１ ホッパ
１２、１５ ファン
１３、２６ ダクト
１４ 炉
１５ 煙道ガス通路
１６ ルーフ
１７ 後壁
１８ 側壁
２０ 搬出装置
２１、２２、２７ ノズル
２３ 吸込口
２８ 三次燃焼領域
２９ 取付部品又は要素

Claims (11)

1. 一次燃焼用ガスを燃料に通過させ、二次燃焼用ガスを排ガス流に、燃料上方で直接導入する、及び該排ガス流の一部を排ガス流から後焼却領域で取出して、内部再循環ガスとして燃焼過程に戻す燃焼システムでの燃焼制御方法であって、一次燃焼用ガス量と二次燃焼用ガス量の総量を、基本的に化学量論的又は略化学量論的反応条件を、二次燃焼用ガス面直上の排ガス流に関して、達成する程度まで低減すること、及び内部再循環ガスを三次燃焼領域に移動させ、該領域で排ガスが、二次燃焼用ガス導入後、少なくとも１秒の滞留時間を有すること、を特徴とする燃焼システムでの燃焼制御方法。
2. 二次燃焼用ガスには外気を備えること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 二次燃焼用ガスには外気、及び蒸気発生器と、必要に応じて、排ガス浄化システムとを通過した外部再循環ガスを備えること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 二次燃焼用ガスには、蒸気発生器と、必要に応じて、排ガス浄化システムとを通過した外部再循環ガスを備えること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 酸化窒素還元用薬剤を、内部再循環ガスの供給領域、即ち三次燃焼領域に、ノズルにより、導入すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 酸化窒素還元用薬剤を、三次燃焼用ガス、即ち内部再循環ガスに混入すること、を特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 尿素又はアンモニアを、前記薬剤として使用すること、を特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 更なる排ガスの乱流を、三次燃焼領域又はその上流、即ち内部再循環ガスの導入部上流で生成すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 燃焼火格子（５）、該燃焼火格子（５）から一次燃焼用空気を供給する燃焼火格子（５）下の装置（７〜１１）を有し、その他にも、焼却室（１４）に開口し、燃焼火格子（５）上方にある、二次燃焼用空気を供給するノズル（２１、２２）を有する請求項１に記載の方法を実施する焼却システムであって、少なくとも１本の排ガス用取出ライン（２３、２４）を、焼却室（１４）に、燃焼火格子（５）上方で設けており、ファン（２５）の吸引ラインを排他的に取出ライン（２４）と連結し、該ファンの圧迫側を三次燃焼領域のノズル（２７）と、ライン（２６）を経由して連結し、該ノズルを燃焼火格子（５）より上の高さに設けて、そこで二次燃焼用ガス導入後、排ガスが少なくとも１秒の滞留時間を有すること、を特徴とする焼却システム。
10. 焼却室（１４）の排ガスの連続（１５）を三次燃焼領域で又はその上流で狭窄させ、それにより乱流を生成すること、を特徴とする請求項９に記載の焼却システム。
11. 排ガス流を妨害する取付体（２９）を焼却室（１４）の排ガスの連続（１５）に、三次燃焼領域で又はその上流で狭窄させ、乱流を生成すること、を特徴とする請求項９に記載の焼却システム。