JP3764634B2 - Oxygen burner type melting furnace - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物を焼却処理するストーカ式焼却炉や流動床式焼却炉から排出された焼却灰と各焼却炉の排ガス処理設備で捕集された焼却飛灰とを溶融処理する溶融炉に係り、特に、焼却飛灰及び焼却灰を灯油や天然ガス等の化石燃料の燃焼熱により溶融処理するようにした燃料燃焼式の酸素バーナ式溶融炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、都市ごみ等の廃棄物は、その多くがストーカ式焼却炉や流動床式焼却炉により焼却処理されている。前者のストーカ式焼却炉に於いては、焼却残渣として炉内に残る焼却灰と、排ガス中に持ち出されて集塵器等の排ガス処理設備により捕集される焼却飛灰とが発生する。又、後者の流動床式焼却炉に於いては、その構造上、焼却残渣は全て焼却飛灰として排ガス処理設備により捕集されている。
【0003】
ところで、ストーカ式焼却炉から排出される焼却灰は、一般的に粗雑物を含む為に溶融処理前に磁性物除去や粒度選別等の前処理が必要であるが、融点は比較的低い。
一方、焼却炉の排ガス処理設備で捕集された焼却飛灰は、粉体状で低沸点の重金属類等の揮散成分やダイオキシン類を多く含んでいるばかりでなく、排ガス処理設備に於いて排ガス中に含まれるHClやSOx等の酸性ガス処理として消石灰Ca(OH)2 を吹き込む乾式処理を行った場合には、高塩基度(CaO/SiO2 )で且つ高融点物質となっている。
【0004】
そこで、近年、焼却灰や焼却飛灰の減容化や無害化、安定化を図る為、焼却灰や焼却飛灰の溶融固化処理が注目され、現実に実用に供されている。特に、焼却飛灰は、焼却灰に比べてダイオキシン類の濃度や重金属類の含有量が高く、溶融固化することが強く求められている。
【0005】
焼却灰や焼却飛灰の溶融処理には、灯油や天然ガス等の化石燃料の燃焼熱を熱源とする燃料燃焼式溶融炉(例えば表面溶融炉、旋回溶融炉、コークスベッド炉)や、電気エネルギーを熱源とする電気式溶融炉(例えばアーク溶融炉、プラズマアーク炉、電気抵抗炉)等があり、何れも実用に供している。一般的に、発電設備を有する焼却設備の場合には電気式溶融炉が、又、発電設備を持たない場合や広域処理を行う場合には燃料燃焼式溶融炉が用いられている。
【0006】
燃料燃焼式溶融炉の代表的なものとしては表面溶融炉が挙げられる。即ち、表面溶融炉は、炉内に4方向から焼却灰や焼却飛灰が供給されて傾斜状の溶融面を形成する4面式構造若しくは炉内に対面2方向から焼却灰や焼却飛灰が供給されて傾斜状の溶融面を形成する対面式構造となっており、溶融炉の周囲のホッパに溜めた焼却灰や焼却飛灰を灰供給装置により炉内に押し出し、炉天井に設けた予熱空気を支燃ガスとするバーナの燃焼熱により押し出された焼却灰や焼却飛灰の表面を溶融するようにしたものである。この表面溶融炉は、焼却灰のように粗物を含む粒径の不均一な被溶融物を溶融するのに適していること、構造が簡単で多様な化石燃料を使用できること等の利点を有している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、表面溶融炉等の燃料燃焼式溶融炉で焼却灰と焼却飛灰を混合溶融する場合には次の▲1▼〜▲5▼のような問題がある。
▲1▼ 酸性ガス処理として消石灰Ca(OH)2 が吹き込まれた焼却飛灰は、高塩基度で且つ高融点となっている為、焼却飛灰と焼却灰の混合灰も必然的に融点が高くなる。その為、高融点の混合灰を溶融するには炉内温度を高く保つ必要があるが、従来の燃料燃焼式溶融炉では、炉内温度を十分な高温とする為には燃比が高くなると云う問題がある。
▲2▼ 通常の空気を支燃ガスとしたバーナを用いた従来の燃料燃焼式溶融炉では、排ガス量が多く、排ガス処理設備の大型化やコストの上昇を招くと云う問題がある。
▲3▼ 焼却飛灰には重金属類等の揮散成分が多く含まれ且つ粉粒状である為、未溶融のまま排ガスと一緒に持ち出される焼却飛灰も多く、排ガス中に含まれるダスト濃度が高くなってダクト等の閉塞を招く虞があるうえ、スラグ化率の低下を招くと云う問題がある。
▲4▼ 従来の燃料燃焼式溶融炉を用いて焼却灰と焼却飛灰を溶融するには、焼却灰及び焼却飛灰を均一に混合する為の混合機や焼却灰及び焼却飛灰を混合機に搬送するコンベヤ類等が必要となり、設置スペースの増加や設備コストの上昇を招くと云う問題がある。
▲5▼ 従来の燃料燃焼式溶融炉では、ホッパに混合灰を一定量溜めることで炉内と外部とのシール性を確保するようにしている。ところが、焼却飛灰は、吸湿性が高くて流動性が低い為、ホッパ内でブリッジを生じ、炉内へ円滑且つスムースに供給されないことがある。又、焼却飛灰は、噴流性が高い為にフラッシングを引き起こす等、燃料燃焼式溶融炉の運転上で問題となることがある。
【0008】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は廃棄物を焼却炉で焼却処理した際に発生する焼却灰及び焼却飛灰を低燃比で安定溶融することができるようにした酸素バーナ式溶融炉を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の発明は、横断面形状が円形の焼却飛灰溶融室及び焼却飛灰溶融室に連通して焼却飛灰溶融室内で発生した高温の燃焼排ガスが流入する焼却灰溶融室を有する耐火物構造の溶融炉本体と、溶融炉本体の焼却飛灰溶融室の天井壁に下向き姿勢で設けられ、支燃ガスとして一次酸素がそのウインドボックス内へ、また、二次酸素が溶融炉本体に設けた二次酸素ノズルからウインドボックス下方の焼却飛灰溶融室内へ、夫々旋回状態で供給される酸素バーナとを具備し、廃棄物の焼却処理により発生する焼却飛灰及び焼却灰を溶融するようにした酸素バーナ式溶融炉であって、焼却飛灰を酸素バーナの高温火炎中に気体輸送して焼却飛灰溶融室内で燃焼溶融すると共に、焼却灰を焼却灰溶融室内に供給して焼却飛灰溶融室から焼却灰溶融室へ流入する高温の燃焼排ガスに接触させ、焼却灰溶融室内の焼却灰を表面側から加熱溶融するようにした酸素バーナ式溶融炉において、前記溶融炉本体の焼却灰溶融室の天井壁に焼却灰溶融室内へ三次酸素を吹き込む酸素吹込みノズルを設け、焼却飛灰溶融室内の酸素量を酸素バーナの燃料の燃焼に必要な酸素量より少なくして焼却飛灰溶融室内を還元性雰囲気にすると共に、焼却灰溶融室内に酸素吹込みノズルから三次酸素を吹き込み、焼却飛灰溶融室から焼却灰溶融室に送り込まれた燃焼排ガス中の未燃焼ガスを焼却灰溶融室内に於いて三次酸素により完全燃焼させるようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、焼却飛灰を酸素バーナの高温火炎中に気体輸送する気体輸送媒体を、支燃ガスとして酸素バーナに供給される一次酸素としたものである。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、酸素バーナが、支燃ガスである酸素を焼却飛灰溶融室内へ一次酸素と二次酸素に分けて二段供給できる構造であり、一次酸素を焼却飛灰の気体輸送媒体としてこれを旋回させながら酸素バーナの高温火炎中に吹き込めると共に、二次酸素を焼却飛灰溶融室の天井壁に形成した二次酸素ノズルから旋回させながら焼却飛灰溶融室内へ吹き込めるようにしたものである。
【0012】
請求項4の発明は、請求項1の発明において、溶融炉本体の焼却飛灰溶融室の炉底に溶融スラグを溜める湯溜まり部を設け、湯溜まり部に溜まった溶融スラグを溶融炉本体の側壁下部に形成した出滓口からオーバーフローさせて出湯すると共に、焼却飛灰溶融室内の高温の燃焼排ガスを前記出滓口と対向する位置に設けた焼却飛灰溶融室と焼却灰溶融室を連通する排ガス出口から排出するようにしたものである。
【0013】
本発明の請求項5の発明は、溶融炉本体に焼却灰を焼却灰溶融室内へ押し込む灰押出し装置を設け、当該灰押出し装置により焼却灰を焼却灰溶融室内の燃焼排ガスの流れと対向して排ガス出口側に安息角をなすように押し込み、焼却灰溶融室内の燃焼排ガスと接触させることにより表面側から加熱溶融し、溶融した焼却灰の溶融スラグを湯溜まり部へ流下させるようにしたことに特徴がある。
【0014】
本発明の請求項6の発明は、溶融炉本体の焼却灰溶融室の天井壁に焼却灰溶融室内へ三次酸素を吹き込む酸素吹込みノズルを設け、焼却飛灰溶融室内の酸素量を酸素バーナの燃料の燃焼に必要な酸素量より少なくして焼却飛灰溶融室内を還元性雰囲気にすると共に、焼却灰溶融室内に酸素吹込みノズルから三次酸素を吹き込み、焼却飛灰溶融室から焼却灰溶融室に送り込まれた燃焼排ガス中の未燃ガスを焼却灰溶融室内に於いて三次酸素により完全燃焼させるようにしたことに特徴がある。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る酸素バーナ式溶融炉1のフロー図を示すものであり、当該酸素バーナ式溶融炉1は、焼却飛灰溶融室2及び焼却灰溶融室3を有する耐火物構造の溶融炉本体4と、溶融炉本体4に設けた酸素バーナ5と、酸素バーナ5に接続されて酸素バーナ5へ酸素(一次酸素A1、二次酸素A2)及び焼却飛灰Dを供給する酸素飛灰供給機構6と、酸素飛灰供給機構6へ焼却飛灰Dを供給する焼却飛灰供給装置7と、溶融炉本体4へ焼却灰D′を供給する焼却灰供給装置8等から構成されており、高融点の焼却飛灰Dを酸素バーナ5の支燃ガスである酸素(一次酸素A1)により酸素バーナ5の高温火炎中に気体輸送して焼却飛灰溶融室2内で燃焼溶融すると共に、比較的低融点の焼却灰D′を焼却灰溶融室3に供給して焼却飛灰溶融室2から焼却灰溶融室3へ流入した高温の燃焼排ガスGにより表面側から加熱溶融するようにしたものである。
【0016】
前記溶融炉本体4は、図1に示す如く、金属製ケーシング及び耐火物から成る側壁4a、天井壁4b及び炉底4cにより形成された横断面形状が円形の焼却飛灰溶融室2と、同じく金属製ケーシング及び耐火物から成る側壁4a′、天井壁4b′及び炉底4c′により形成され、焼却飛灰溶融室2に連通する焼却灰溶融室3と、焼却飛灰溶融室2を形成する側壁4a下部に形成され、溶融スラグS,S′を出湯する出滓口4d及び傾斜状の樋4eと、出滓口4dと反対側の側壁4a下部に形成され、焼却飛灰溶融室2と焼却灰溶融室3を連通すると共に焼却飛灰溶融室2内の燃焼排ガスGを焼却灰溶融室3へ導く排ガス出口4fと、焼却灰溶融室3を形成する側壁4a′の下部に排ガス出口4fに対向するように形成され、焼却灰溶融室3内に焼却灰D′を供給する焼却灰供給口4gと、焼却灰溶融室3内の燃焼排ガスGを排出する排ガス排出口4hとから構成されている。
又、焼却飛灰溶融室2の炉底4cには、焼却飛灰Dの溶融スラグSと焼却灰D′の溶融スラグS′を溜める窪み状の湯溜まり部4iが形成されており、湯溜まり部4iに溜まった各溶融スラグS,S′が出滓口4dからオーバーフローして出湯されるようになっている。
更に、溶融炉本体4の焼却灰溶融室3の天井壁4b′には、焼却灰溶融室3内へ三次酸素A3を吹き込む酸素吹込みノズル9が設けられている。この酸素吹込みノズル9は、酸素バーナ5への酸素吹込み量を燃料Fの燃焼に必要な酸素量より少なくして焼却飛灰溶融室2内を還元性雰囲気とした場合に、燃焼排ガスG中に含まれる未燃ガスを完全燃焼すると共に、焼却灰溶融室3内の温度を高温に保つ為のものであり、三次酸素供給管10、制御弁26及び流量計27を介して酸素供給源11に接続されている。この場合には、焼却飛灰溶融室2内を還元性雰囲気にすることができ、燃焼排ガスGの低NOx化を図れる。
【0017】
そして、前記溶融炉本体4には、焼却灰D′を一定量貯留する為の焼却灰ホッパ12と、焼却灰ホッパ12内の焼却灰D′を焼却灰溶融室3内へ押し込む灰押出し装置13とが夫々設けられている。
【0018】
即ち、焼却灰ホッパ12は、焼却灰溶融室3を形成する側壁4a′の外面に設けられており、焼却灰供給口4gに連通するようになっている。この焼却灰ホッパ12は、後述する焼却灰供給装置8の一部を構成するものである。
【0019】
一方、灰押出し装置13は、焼却灰ホッパ12の下部位置に設けられており、焼却灰ホッパ12の下部位置に並列状に配置され、焼却灰D′を焼却灰供給口4gから焼却灰溶融室3内へ押し込む複数台のプッシャー13aと、各プッシャー13aを進退移動させる流体圧シリンダ13bとから構成されている。
又、この灰押出し装置13は、焼却灰ホッパ12に貯留された焼却灰D′を焼却灰溶融室3内の燃焼排ガスGの流れに対向し且つ焼却灰溶融室3の炉底4c′に安息角をなすように焼却灰供給口4gから排ガス出口4f側へ押し込むようになっている。これにより、焼却灰溶融室3の炉底4c′には、表面が焼却灰供給口4g側から排ガス出口4f側へ向って漸次低くなる傾斜面となった状態の焼却灰D′層が形成されることなる。この焼却灰D′層の傾斜面は、焼却灰D′の安息角となっている。
【0020】
尚、図1に於いて、14は溶融炉本体4の出滓口4dに接続された耐火物構造の溶融スラグ落下シュート、15は溶融炉本体4の出滓口4dの下方位置に配設されたスラグ冷却水槽、16はスラグ冷却水槽内に配設された水封式スラグコンベヤである。
【0021】
前記酸素バーナ5は、溶融炉本体4の焼却飛灰溶融室2の天井壁4bの中心部に下向き姿勢で設けられており、後述する酸素飛灰供給機構6により供給された支燃ガスである酸素を焼却飛灰溶融室2内へ一次酸素A1と二次酸素A2に分けて二段供給できると共に、気体輸送媒体である一次酸素A1により気体輸送された焼却飛灰Dを一次酸素A1と一緒に焼却飛灰溶融室2内へ吹き込める構造となっている。即ち、酸素バーナ5は、一次酸素A1を焼却飛灰Dと一緒に酸素バーナ5の中心部から旋回させながら酸素バーナ5の高温火炎中に吹き込めると共に、二次酸素A2を溶融炉本体4に形成した二次酸素ノズル23から旋回させながら焼却飛灰溶融室2内へ吹き込めるように構成されている。
【0022】
具体的には、酸素バーナ5は、図2に示す如く、焼却飛灰溶融室2の天井壁4bの中心に形成したバーナスロート17及びバーナタイル18と、バーナスロート17の中心位置に配置され、先端部に焼却飛灰溶融室2内へ燃料F(灯油等の液体燃料や天然ガス等の気体燃料)を吹き込むノズル19aを備えたバーナガン19と、バーナガン19に接続された燃料供給管20と、バーナガン19に接続された噴霧媒体供給管21(燃料Fが気体燃料の場合には不要)と、バーナスロート17に連通状に接続され、バーナスロート17へ一次酸素A1と焼却飛灰Dを供給するウインドボックス22と、天井壁4b(若しくは側壁4c)に設けられ、焼却飛灰溶融室2内へ二次酸素A2を吹き込む複数の二次酸素ノズル23等から構成されており、バーナスロート17及び二次酸素ノズル23から焼却飛灰溶融室2内へ一次酸素A1及び二次酸素A2を吹き込みつつ、バーナガン19から焼却飛灰溶融室2内へ燃料Fを吹き込み、これらをパイロットバーナ等の着火器(図示省略)で着火燃焼させることによって、焼却飛灰溶融室2内に下向きの高温火炎を形成できるようになっている。
又、酸素バーナ5のウインドボックス22には、後述する酸素飛灰供給機構6の一次酸素供給管24が接線方向に接続されており、ウインドボックス22内に供給された一次酸素A1及び焼却飛灰Dが旋回しながらバーナスロート17から焼却飛灰溶融室2内へ吹き込まれるようになっている。
更に、酸素バーナ5の二次酸素ノズル23は、焼却飛灰溶融室2内へ吹き込まれる二次酸素A2が一次酸素A1と同じ方向へ旋回するように焼却飛灰溶融室2の天井壁4b(若しくは側壁4a)の数箇所に設けられており、二次酸素A2を焼却飛灰溶融室2内へ吹き込んで焼却飛灰溶融室2内に旋回流を形成できるようになっている。この二次酸素ノズル23は、後述する酸素飛灰供給機構6の二次酸素供給管25に接続されている。
【0023】
而して、前記酸素バーナ5によれば、一次酸素供給管24からウインドボックス22内に供給された一次酸素A1及び焼却飛灰Dは、ウインドボックス22内で旋回を与えられ、旋回しながらバーナスロート17から酸素バーナ5の高温火炎中に吹き込まれる。又、二次酸素供給管25から二次酸素ノズル23へ供給された二次酸素A2は、二次酸素ノズル23から一次酸素A1と同じ方向の旋回を与えられて焼却飛灰溶融室2内へ吹き込まれる。
【0024】
尚、この酸素バーナ5に於いては、燃料Fに液体燃料を使用する場合、噴霧媒体Hとして蒸気、酸素、圧縮空気を使用することができるが、NOxの発生量は蒸気<酸素<圧縮空気の順で高くなることから、NOxの抑制を考えると、噴霧媒体Hとして蒸気の使用が望まれる。
【0025】
前記酸素飛灰供給機構6は、酸素バーナ5に支燃ガスとして一次酸素A1及び二次酸素A2を供給すると共に、酸素バーナ5に気体輸送により焼却飛灰Dを供給するものであり、図1に示す如く、酸素バーナ5のウインドボックス22に接続され、ウインドボックス22に一次酸素A1及び焼却飛灰Dを供給する一次酸素供給管24と、二次酸素ノズル23に接続された二次酸素供給管25と、一次酸素供給管24及び二次酸素供給管25に接続された酸素供給源11と、一次酸素供給管24及び二次酸素供給管25に夫々介設された制御弁26及び流量計27等から構成されている。
【0026】
前記焼却飛灰供給装置7は、焼却炉の排ガス処理設備で捕集された焼却飛灰Dを貯留する飛灰用サイロ28と、飛灰用サイロ28内の焼却飛灰Dを切り出す飛灰定量切出し装置29と、切り出した焼却飛灰Dを搬送する飛灰供給コンベヤ30と、焼却飛灰Dを計量する飛灰計量機31と、飛灰計量機31内の焼却飛灰Dを排出する計量機排出装置32と、計量機排出装置32から排出された焼却飛灰Dを貯留するホッパ33と、ホッパ33内の焼却飛灰Dを一次酸素供給管24内へ切り出すホッパ定量切出し装置34と、ホッパ33内の焼却飛灰Dの貯留量を検出するホッパレベルセンサー35と、飛灰定量切出し装置29、飛灰供給コンベヤ30及び計量機排出装置32等を制御する制御装置36等から構成されており、ホッパ33内の焼却飛灰Dをホッパ定量切出し装置34により定量ずつ切り出して一次酸素供給管24内へ供給するようになっている。一次酸素供給管24内に切り出された焼却飛灰Dは、酸素供給源11から供給される一次酸素A1により気体輸送され、一次酸素A1と一緒に酸素バーナ5へ供給される。
又、焼却飛灰供給装置7は、ホッパ33内へ随時焼却飛灰Dを供給してホッパ33内の焼却飛灰Dのレベルが一定となるように制御装置36により駆動制御されている。即ち、制御装置36は、ホッパレベルセンサー35からホッパ33内の焼却飛灰Dのレベルが低下した信号を受けると、飛灰計量機31が設定された重量を検出するまで飛灰定量切出し装置29及び飛灰供給コンベヤ30を運転し、次に飛灰計量機31が設定された重量を検出すると、飛灰定量切出し装置29及び飛灰供給コンベヤ30を順次停止し、その後計量機排出装置32を運転して焼却飛灰Dをホッパ33へ供給するようになっている。
【0027】
前記焼却灰供給装置8は、焼却炉から排出された焼却灰D′を貯留する焼却灰用サイロ37と、焼却灰用サイロ37内の焼却灰D′を切り出す焼却灰定量切出し装置38と、焼却飛灰Dを計量する焼却灰計量機39と、焼却灰計量機39内の焼却灰D′を排出する計量機排出装置40と、計量機排出装置40から排出された焼却灰D′を搬送する焼却灰供給コンベヤ41と、焼却灰D′を貯留する焼却灰ホッパ12と、焼却灰ホッパ12内の焼却灰D′の貯留量を検出するホッパレベルセンサー42と、焼却灰定量切出し装置38、計量機排出装置40及び焼却灰供給コンベヤ41等を制御する制御装置43等から構成されている。
又、焼却灰供給装置8は、焼却灰ホッパ12内へ随時焼却灰D′を供給して焼却灰ホッパ12内の焼却灰D′のレベルが一定となるように制御装置43により駆動制御されている。即ち、制御装置43は、ホッパレベルセンサー42から焼却灰ホッパ12内の焼却灰D′のレベルが低下した信号を受けると、焼却灰計量機39が設定された重量を検出するまで焼却灰定量切出し装置38を運転し、次に焼却灰計量機39が設定された重量を検出すると、焼却灰定量切出し装置38を停止し、その後計量機排出装置40及び焼却灰供給コンベヤ41を運転して焼却灰D′を焼却灰ホッパ12へ供給するようになっている。
【0028】
次に、上述した酸素バーナ式溶融炉1を用いて焼却炉から排出された焼却灰D′と各焼却炉の排ガス処理設備で捕集された焼却飛灰Dとを溶融処理する場合について説明する。
焼却飛灰D及び焼却灰D′の溶融開始に際しては、予め酸素バーナ5等を作動させて溶融炉本体4の焼却飛灰溶融室2及び焼却灰溶融室3の温度を所定の温度(焼却飛灰D及び焼却灰D′を溶融できる温度)に予熱しておく。
【0029】
溶融炉本体4の焼却飛灰溶融室2及び焼却灰溶融室3内が所定の温度まで達すると、焼却飛灰供給装置7及び酸素飛灰供給機構6により焼却飛灰Dが一次酸素A1と一緒に酸素バーナ5へ供給される。即ち、飛灰用サイロ28に投入された焼却飛灰Dは、飛灰定量切出し装置29、飛灰供給コンベヤ30、飛灰計量機31、計量機排出装置32、ホッパ33及びホッパ定量切出し装置34を順次経て一次酸素供給管24に供給され、一次酸素供給管24内を流れる一次酸素A1により気体輸送されて一次酸素A1と一緒にウインドボックス22内に供給される。
【0030】
ウインドボックス22内に供給された一次酸素A1及び焼却飛灰Dは、旋回を与えられてバーナスロート17から焼却飛灰溶融室2内へ吹き込まれ、酸素バーナ5の高温火炎中で燃焼溶融されて溶融スラグSとなる。このとき、酸素バーナ5は、支燃ガスとして酸素を用いている為、支燃ガスに空気を用いる従来のバーナに比較して高温の火炎が得られる。その結果、高融点の焼却飛灰Dでも単独で確実に燃焼溶融することができる。又、支燃ガスである一次酸素A1により焼却飛灰Dを高温火炎中に気体輸送するようにしている為、個々の飛灰粒子の表面積を受熱面として十分活用することができ、焼却飛灰Dを効率良く溶融することができる。
【0031】
前記溶融スラグSは、焼却飛灰溶融室2内へ旋回しながら吹き込まれる一次酸素A1及び二次酸素A2により生じる燃焼排ガスGの旋回流により溶融炉本体4の側壁4a内面に付着して炉底4c側へ流れて行く。このとき、溶融炉本体4の側壁4a内面に付着する溶融スラグSによって、側壁4a内面には溶融スラグSのコーティング層が形成される。これによって、側壁4aを形成する耐火物の表面を酸素バーナ5の高温火炎から保護することができる。
【0032】
そして、炉底4c側へ流れた溶融スラグSは、炉底4cに形成した湯溜まり部4iに一時的に貯留された後、出滓口4dから順次オーバーフローして樋4eを流れてその下方のスラグ冷却水槽15内へ落下し、冷却水により急冷固化されて粒状の水砕スラグとなって水封式スラグコンベヤ16により運び出される。このとき、溶融炉本体4の炉底4cに形成した湯溜まり部4iに溶融スラグSを一時的に貯留するようにしている為、炉底4cを形成する耐火物の表面を酸素バーナ5の高温火炎から保護することができる。又、炉底4cの湯溜まり部4iに溶融スラグSを溜めるようにしている為、溶融スラグSの炉内への滞留時間が長くなって溶融スラグS中の重金属類の含有量が低下すると共に、燃焼排ガスG中の未溶融物が湯溜まり部4iに落下して完全溶融される。
【0033】
一方、焼却飛灰溶融室2内で発生した高温の燃焼排ガスGは、排ガス出口4fを通って焼却灰溶融室3内に送り込まれる。このとき、焼却灰溶融室3内には、焼却灰供給装置8及び灰押出し装置13により焼却灰D′が供給されている。即ち、焼却灰用サイロ37に投入された焼却灰D′は、焼却灰定量切出し装置38、焼却灰計量機39、計量機排出装置40及び焼却灰供給コンベヤ41を順次経て焼却灰ホッパ12内に供給され、ここに貯留される。焼却灰ホッパ12内に貯留された焼却灰D′は、引き続き灰押出し装置13のプッシャー13aにより焼却灰供給口4gから焼却灰溶融室3内へ順次押し込まれ、表面が焼却灰供給口4g側から排ガス出口4f側へ向って漸次低くなる傾斜面となった状態で焼却灰溶融室3の炉底4c′に堆積される。尚、焼却灰D′層の傾斜面の角度は、焼却灰D′の安息角となっている。
【0034】
そして、焼却灰溶融室3内に流入した高温の燃焼排ガスGは、焼却灰溶融室3の炉底4c′に形成されている焼却灰D′層の表面に沿って流れ、焼却灰D′層を表面側から順次加熱して排ガス排出口4hから排出される。これにより、炉底4c′に形成された焼却灰D′層は、焼却灰溶融室3内を排ガス出口4f側から排ガス排出口4h側へ向って流れる高温の燃焼排ガスGにより加熱され、表面側から順次溶融されてフィルム状の溶融スラグS′となる。この溶融スラグS′は、焼却灰D′層の傾斜面を流下して排ガス出口4fから焼却飛灰溶融室2の炉底4cに形成した湯溜まり部4iへ流入し、湯溜まり部4iに於いて焼却飛灰Dの溶融スラグSと混合されて一時的に貯留された後、出滓口4dから順次オーバーフローして樋4eを流れてその下方のスラグ冷却水槽15内へ落下し、冷却水により急冷固化されて粒状の水砕スラグとなって水封式スラグコンベヤ16により運び出される。
【0035】
又、排ガス排出口4hから排出された燃焼排ガスGは、減温塔(図示省略)へ送られ、ここで冷却水等の冷却媒体の噴射によって減温された後、集塵器や触媒脱硝塔等の排ガス処理設備(図示省略)を経てクリーンガスとなって煙突(図示省略)から大気中へ放出される。
【0036】
更に、焼却灰溶融室3内に於いては、焼却灰溶融室3の天井壁4b′に設けた酸素吹込みノズル9から焼却灰溶融室3内に三次酸素A3が吹き込まれている。これにより、焼却灰溶融室3内の燃焼排ガスGは、三次酸素A3により焼却灰溶融室3内に於いて二次燃焼される。従って、燃焼排ガスGの低NOx化を図る為、酸素バーナ5への一次酸素A1と二次酸素A2の合計の吹込み量を燃料Fの燃焼に必要な酸素量より少なくして焼却飛灰溶融室2内を還元性雰囲気とした場合に、燃焼排ガスG中に含まれる未燃ガスを完全燃焼することができると共に、焼却灰溶融室3内の温度を高温に保つことができて焼却灰D′を良好且つ確実に加熱溶融することができる。
尚、この酸素バーナ式溶融炉1に於いては、焼却飛灰Dと焼却灰D′の処理比により、一次酸素A1と二次酸素A2の合計量と三次酸素A3の分配比率を変え、焼却飛灰溶融室2と焼却灰溶融室3での燃焼割合を調節するようにしている。
【0037】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の酸素バーナ式溶融炉は、次のような効果を奏することができる。
(1)焼却飛灰溶融室及びこれに連通する焼却灰溶融室を有する溶融炉本体に酸素バーナを設け、高融点の焼却飛灰を酸素バーナの高温火炎中に気体輸送して焼却飛灰溶融室内で溶融すると共に、比較的低融点の焼却灰を焼却灰溶融室に供給して焼却飛灰溶融室内から焼却灰溶融室内へ流入する高温の燃焼排ガスにより加熱溶融するようにしている為、燃料の熱量を有効に活用することができ、燃比の削減が可能になる。
(2)支燃ガスである酸素により焼却飛灰を高温火炎中に気体輸送するようにしている為、個々の飛灰粒子の表面積を受熱面として十分活用することができ、焼却飛灰を効率良く溶融することが可能になる。
(3)酸素バーナを用いている為、排ガス量を減少することができる。その結果、排ガスの持出熱量を低減することができ、燃比の削減が可能になると共に、溶融炉本体や排ガス処理設備をコンパクト化することができ、設置スペースや設備コストの削減を図れる。
(4)酸素バーナの支燃ガスである酸素を焼却飛灰溶融室内へ一次酸素と二次酸素に分けて二段供給し、一次酸素及び二次酸素を旋回させながら焼却飛灰溶融室内へ吹き込めるようにしている為、焼却飛灰溶融室内へ旋回しながら吹き込まれる一次酸素及び二次酸素により生じる燃焼排ガスの旋回流により、溶融スラグは溶融炉本体の側壁内面に付着して炉底側へ流れて行く。その結果、溶融炉本体の側壁内面に付着する溶融スラグによって、側壁を形成する耐火物の表面を酸素バーナの高温火炎から保護することができる。
(5)焼却飛灰は酸素バーナの高温火炎中で瞬時に溶融されると共に、焼却飛灰の一部は焼却飛灰溶融室の側壁内面を流下している溶融スラグに付着して溶融される為、燃焼排ガスと一緒に排出される未溶融灰を少なくすることができる。
(6)溶融炉本体の焼却飛灰溶融室の炉底に焼却飛灰の溶融スラグと焼却灰の溶融スラグを一時的に貯留する湯溜まり部を設け、湯溜まり部に溜まった溶融スラグを出滓口からオーバーフローさせて出湯するようにしている為、湯溜まり部に一時的に貯留した溶融スラグよって、炉底を形成する耐火物の表面を酸素バーナの高温火炎から保護することができる。
(7)溶融炉本体の焼却飛灰溶融室の炉底に焼却飛灰の溶融スラグと焼却灰の溶融スラグを一時的に貯留する湯溜まり部を設けている為、溶融スラグが十分な滞留時間をもって高温環境中に置かれることで完全溶融できると共に、溶融スラグ中の重金属類の含有量の低減を図れる。
(8)焼却灰溶融室の天井壁に焼却灰溶融室内へ三次酸素を吹き込む酸素吹込みノズルを設け、焼却飛灰溶融室から焼却灰溶融室内へ送り込まれた燃焼排ガス中の未燃ガスを焼却灰溶融室内に於いて三次酸素により燃焼させるようにしている為、燃焼排ガス中の未燃ガスを完全燃焼することができると共に、酸素バーナへの酸素を少なくして焼却飛灰溶融室内を還元性雰囲気にすることができ、燃焼排ガスの低NOx化を図れる。然も、焼却飛灰を高温火炎中で且つ還元性雰囲気で溶融することで、溶融スラグ中の重金属類の含有量を低減することができる。
(9)焼却飛灰を溶融炉本体の焼却飛灰溶融室内に、又、焼却灰を溶融炉本体の焼却灰溶融室内に別々に供給するようにしている為、従来の燃料燃焼式溶融炉のように焼却灰と焼却飛灰を均一に混合する為の混合機や焼却灰及び焼却飛灰を混合機に搬送するコンベヤ類等を必要とすると云うことがなく、設置スペースが少なくて済むと共に設備コストの削減を図れる。
(10)焼却飛灰溶融室内に一次酸素と二次酸素を、又、焼却灰溶融室内に三次酸素を吹き込めるようにしている為、焼却飛灰溶融室及び焼却灰溶融室に吹き込む酸素の分配量を調整することで、焼却飛灰及び焼却灰の処理比に合わせた運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る酸素バーナ式溶融炉のフロー図である。
【図2】酸素バーナ式溶融炉に用いる酸素バーナの概略縦断面図である。
【符号の簡単な説明】
1は酸素バーナ式溶融炉、2は焼却飛灰溶融室、3は焼却灰溶融室、4は溶融炉本体、4b,4b′は天井壁、4c,4c′は炉底、4dは出滓口、4fは排ガス出口、4iは湯溜まり部、5は酸素バーナ、9は酸素吹込みノズル、13は灰押出し装置、23は二次酸素ノズル、A1は一次酸素、A2は二次酸素、A3は三次酸素、Dは焼却飛灰、D′は焼却灰、Gは燃焼排ガス、S,S′は溶融スラグ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to incineration ash discharged from a stoker-type incinerator or fluidized bed incinerator for incinerating waste such as municipal waste and industrial waste, and incineration fly ash collected by the exhaust gas treatment equipment of each incinerator In particular, the present invention relates to a fuel combustion type oxygen burner melting furnace in which incineration fly ash and incineration ash are melted by the combustion heat of fossil fuels such as kerosene and natural gas. .
[0002]
[Prior art]
In general, most of waste such as municipal waste is incinerated by a stoker-type incinerator or a fluidized bed incinerator. In the former stoker type incinerator, incineration ash that remains in the furnace as incineration residue and incineration fly ash that is taken out into the exhaust gas and collected by exhaust gas treatment equipment such as a dust collector are generated. Further, in the latter fluidized bed incinerator, due to its structure, all incineration residue is collected as incineration fly ash by an exhaust gas treatment facility.
[0003]
By the way, incineration ash discharged from a stoker-type incinerator generally contains coarse substances, and thus pretreatment such as magnetic substance removal and particle size selection is required before melting treatment, but the melting point is relatively low.
On the other hand, the incineration fly ash collected by the incinerator exhaust gas treatment equipment not only contains a large amount of volatilized components such as powdered low boiling point heavy metals and dioxins, but also exhaust gas in the exhaust gas treatment equipment. Slaked lime Ca (OH) as a treatment for acidic gas such as HCl and SOx 2 When a dry treatment is performed by blowing in, high basicity (CaO / SiO 2 ) And a high melting point substance.
[0004]
Therefore, in recent years, in order to reduce the volume, detoxify, and stabilize the incineration ash and the incineration fly ash, the melting and solidifying treatment of the incineration ash and the incineration fly ash has attracted attention and is actually put into practical use. In particular, incineration fly ash has a higher concentration of dioxins and a heavy metal content than incineration ash, and is strongly required to be melted and solidified.
[0005]
For melting of incineration ash and incineration fly ash, fuel combustion type melting furnaces (for example, surface melting furnaces, swirl melting furnaces, coke bed furnaces) that use the heat of combustion of fossil fuels such as kerosene and natural gas, and electric energy There is an electric melting furnace (for example, an arc melting furnace, a plasma arc furnace, an electric resistance furnace) or the like that uses as a heat source. In general, an electric melting furnace is used in the case of an incineration facility having a power generation facility, and a fuel combustion melting furnace is used in the case where there is no power generation facility or when performing wide-area treatment.
[0006]
A typical example of the fuel combustion melting furnace is a surface melting furnace. That is, the surface melting furnace is supplied with incineration ash and incineration fly ash from four directions in the furnace to form an inclined melting surface, or incineration ash and incineration fly ash from the facing two directions in the furnace. It has a face-to-face structure that forms an inclined melting surface that is supplied, and incineration ash and incineration fly ash collected in a hopper around the melting furnace are pushed into the furnace by an ash supply device and preheated on the furnace ceiling The surface of the incineration ash and incineration fly ash extruded by the combustion heat of the burner using air as the supporting gas is melted. This surface melting furnace has advantages such as being suitable for melting materials to be melted with non-uniform particle sizes including coarse materials such as incineration ash, and being able to use various fossil fuels with a simple structure. is doing.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when incineration ash and incineration fly ash are mixed and melted in a fuel combustion type melting furnace such as a surface melting furnace, there are the following problems (1) to (5).
(1) Slaked lime Ca (OH) for acid gas treatment 2 Since the incinerated fly ash into which the incineration is blown has a high basicity and a high melting point, the mixed ash of the incinerated fly ash and the incinerated ash necessarily has a high melting point. Therefore, in order to melt the high melting point mixed ash, it is necessary to keep the furnace temperature high. However, in the conventional fuel combustion melting furnace, the fuel ratio becomes high in order to make the furnace temperature sufficiently high. There's a problem.
(2) The conventional fuel combustion type melting furnace using a burner using normal air as a supporting gas has a problem that the amount of exhaust gas is large, resulting in an increase in the size and cost of the exhaust gas treatment facility.
(3) Incinerated fly ash contains a lot of volatile components such as heavy metals and is granular, so there are many incinerated fly ash that is taken out together with the exhaust gas without melting, and the concentration of dust contained in the exhaust gas is high. Therefore, there is a possibility that the ducts and the like are blocked, and that the slag rate is lowered.
(4) In order to melt incineration ash and incineration fly ash using a conventional fuel combustion melting furnace, a mixer for uniformly mixing incineration ash and incineration fly ash, or a mixer for incineration ash and incineration fly ash However, there is a problem in that a conveyor or the like to be transported is required, resulting in an increase in installation space and an increase in equipment cost.
(5) In a conventional fuel combustion type melting furnace, a certain amount of mixed ash is stored in a hopper so as to ensure a sealing property between the inside and outside of the furnace. However, incinerated fly ash has high hygroscopicity and low fluidity, so that it may cause a bridge in the hopper and not be supplied smoothly and smoothly into the furnace. Incinerated fly ash may cause problems in the operation of a fuel combustion melting furnace, such as causing flushing due to its high jet property.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to stably melt incineration ash and incineration fly ash generated when incineration of waste in an incinerator at a low fuel ratio. An object of the present invention is to provide an oxygen burner type melting furnace which can be made.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of
[0010]
The invention according to
[0011]
The invention according to claim 3 is the structure according to
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, there is provided a hot water reservoir portion for accumulating molten slag at the bottom of the incineration fly ash melting chamber of the melting furnace main body, and the molten slag accumulated in the hot water reservoir portion of the melting furnace main body. The hot water flue gas in the incineration fly ash melting chamber is connected to the incineration fly ash melting chamber and the incineration ash melting chamber, which are provided at a position opposite to the tap outlet, while overflowing from the tap outlet formed at the bottom of the side wall. It is made to discharge from the exhaust gas outlet.
[0013]
The invention of
[0014]
In the invention of
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a flow diagram of an oxygen
[0016]
As shown in FIG. 1, the
The furnace bottom 4c of the incineration fly
Further, an oxygen blowing nozzle 9 for blowing tertiary oxygen A3 into the incineration ash melting chamber 3 is provided on the
[0017]
In the melting furnace
[0018]
That is, the
[0019]
On the other hand, the
The
[0020]
In FIG. 1, 14 is a molten slag dropping chute having a refractory structure connected to the
[0021]
The
[0022]
Specifically, as shown in FIG. 2, the
Further, a primary
Further, the
[0023]
Thus, according to the
[0024]
In the
[0025]
The oxygen fly
[0026]
The incineration fly
The incineration fly
[0027]
The incineration
Further, the incineration
[0028]
Next, the case where the incineration ash D ′ discharged from the incinerator and the incineration fly ash D collected by the exhaust gas treatment facility of each incinerator are melt-processed using the above-described oxygen
At the start of melting of the incineration fly ash D and the incineration ash D ′, the
[0029]
When the incineration fly
[0030]
The primary oxygen A1 and the incineration fly ash D supplied into the
[0031]
The molten slag S adheres to the inner surface of the
[0032]
The molten slag S that has flowed to the furnace bottom 4c side is temporarily stored in the hot water reservoir 4i formed in the furnace bottom 4c, and then overflows sequentially from the
[0033]
On the other hand, the high-temperature combustion exhaust gas G generated in the incineration fly
[0034]
The high-temperature combustion exhaust gas G flowing into the incineration ash melting chamber 3 flows along the surface of the incineration ash D ′ layer formed on the furnace bottom 4 c ′ of the incineration ash melting chamber 3, and the incineration ash D ′ layer Are sequentially heated from the surface side and discharged from the
[0035]
Further, the combustion exhaust gas G discharged from the exhaust
[0036]
Further, in the incineration ash melting chamber 3, tertiary oxygen A <b> 3 is blown into the incineration ash melting chamber 3 from an oxygen blowing nozzle 9 provided on the
In this oxygen burner
[0037]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the oxygen burner melting furnace of the present invention can achieve the following effects.
(1) An incinerator fly ash melting chamber and an incinerator ash melting chamber communicating with the incinerator ash melting chamber are provided with an oxygen burner, and the high melting point incineration fly ash is gas transported into the high-temperature flame of the oxygen burner for incineration fly ash melting. In addition to melting in the room, the incineration ash with a relatively low melting point is supplied to the incineration ash melting chamber and heated and melted by the high-temperature combustion exhaust gas flowing from the incineration fly ash melting chamber into the incineration ash melting chamber. The amount of heat can be effectively used, and the fuel ratio can be reduced.
(2) Since the incineration fly ash is gas transported into the high-temperature flame by oxygen as the combustion-supporting gas, the surface area of each fly ash particle can be fully utilized as the heat receiving surface, and the incineration fly ash is efficient. It becomes possible to melt well.
(3) Since an oxygen burner is used, the amount of exhaust gas can be reduced. As a result, the amount of heat taken out of the exhaust gas can be reduced, the fuel ratio can be reduced, the melting furnace body and the exhaust gas treatment facility can be made compact, and the installation space and equipment cost can be reduced.
(4) Oxygen, which is the combustion gas of the oxygen burner, is supplied into the incineration fly ash melting chamber divided into primary oxygen and secondary oxygen in two stages, and blown into the incineration fly ash melting chamber while swirling the primary and secondary oxygen. Therefore, the molten slag adheres to the inner surface of the side wall of the melting furnace main body due to the swirling flow of the combustion exhaust gas generated by the primary oxygen and the secondary oxygen blown into the incineration fly ash melting chamber, and moves toward the bottom of the furnace. It flows. As a result, the surface of the refractory forming the side wall can be protected from the high temperature flame of the oxygen burner by the molten slag adhering to the inner surface of the side wall of the melting furnace body.
(5) Incineration fly ash is instantly melted in a high-temperature flame of an oxygen burner, and a part of the incineration fly ash adheres to the molten slag flowing down the inner wall of the incineration fly ash melting chamber and is melted. Therefore, it is possible to reduce unmelted ash discharged together with the combustion exhaust gas.
(6) An incineration fly ash melting slag and an incineration ash molten slag are provided at the bottom of the incinerator fly ash melting chamber of the melting furnace body to temporarily store the molten slag that has accumulated in the hot pool. Since the hot water is discharged from the tap, the surface of the refractory forming the furnace bottom can be protected from the high-temperature flame of the oxygen burner by the molten slag temporarily stored in the hot water reservoir.
(7) Since the molten iron slag for incineration fly ash and the molten slag for incineration ash are temporarily stored at the bottom of the incineration fly ash melting chamber of the melting furnace body, the molten slag has sufficient residence time Can be completely melted by being placed in a high temperature environment, and the content of heavy metals in the molten slag can be reduced.
(8) An oxygen blowing nozzle that blows tertiary oxygen into the incineration ash melting chamber is provided on the ceiling wall of the incineration ash melting chamber, and the unburned gas in the combustion exhaust gas sent from the incineration fly ash melting chamber into the incineration ash melting chamber is incinerated. Because it burns with tertiary oxygen in the ash melting chamber, unburned gas in the combustion exhaust gas can be completely burned, and oxygen in the oxygen burner is reduced to reduce the incineration fly ash melting chamber. The atmosphere can be made, and NOx reduction of combustion exhaust gas can be achieved. However, the content of heavy metals in the molten slag can be reduced by melting the incinerated fly ash in a high-temperature flame and in a reducing atmosphere.
(9) Since the incineration fly ash is separately supplied into the incineration fly ash melting chamber of the melting furnace main body and the incineration ash is separately supplied into the incineration ash melting chamber of the melting furnace main body, In this way, there is no need for a mixer to uniformly mix incineration ash and incineration fly ash, or a conveyor to transport the incineration ash and incineration fly ash to the mixer. Cost can be reduced.
(10) Since primary oxygen and secondary oxygen are blown into the incineration fly ash melting chamber and tertiary oxygen is blown into the incineration ash melting chamber, distribution of oxygen blown into the incineration fly ash melting chamber and incineration ash melting chamber By adjusting the amount, it is possible to perform operation in accordance with the treatment ratio of incineration fly ash and incineration ash.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow diagram of an oxygen burner type melting furnace according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of an oxygen burner used in an oxygen burner melting furnace.
[Brief description of symbols]
1 is an oxygen burner melting furnace, 2 is an incineration fly ash melting chamber, 3 is an incineration ash melting chamber, 4 is a melting furnace body, 4b and 4b 'are ceiling walls, 4c and 4c' are furnace bottoms, and 4d is an outlet 4f is an exhaust gas outlet, 4i is a hot water reservoir, 5 is an oxygen burner, 9 is an oxygen blowing nozzle, 13 is an ash extrusion device, 23 is a secondary oxygen nozzle, A1 is primary oxygen, A2 is secondary oxygen, and A3 is Tertiary oxygen, D is incineration fly ash, D 'is incineration ash, G is combustion exhaust gas, and S and S' are molten slag.
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