JP3806306B2

JP3806306B2 - 灰溶融炉の二次燃焼装置及び二次燃焼装置の運転方法

Info

Publication number: JP3806306B2
Application number: JP2001007870A
Authority: JP
Inventors: 匡之馬渡; 野間　　彰; 健太郎佐伯; 敬太井上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2021-01-16
Also published as: JP2002213724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉の二次燃焼装置及び二次燃焼装置の運転方法に係り、特に、焼却灰を溶融する灰溶融炉からの排出される所定成分のダスト及び可燃ガスを含む排ガスを完全燃焼させる灰溶融炉の二次燃焼装置及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ごみ焼却灰の容積の低減や有効利用を図るために灰溶融炉が使用されている。この灰溶融炉により溶融した焼却灰は、低沸点の揮散物や、金属類及びその他の成分のスラグに分け、無公害化されると共に、そのリサイクル化が図られている。この灰溶融炉として、焼却灰の溶融のための重油等を燃料とするバーナ式灰溶融炉や、電気抵抗式灰溶融炉及びプラズマ式灰溶融炉等のように電気を熱源として灰を溶融するものが知られている。
【０００３】
さらに、この灰溶融炉には、二次燃焼装置が設けられている。この二次燃焼装置には、排ガス中の可燃成分であるＣＯガス及びＨ₂ガス等を燃焼させるための空気吸込口及び可燃成分を着火させて燃焼させるための着火バーナが設けられており、灰溶融炉からの排出される排ガスを完全燃焼させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、灰溶融炉から排出される排ガス中には、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ等を成分とする多量のダストが含まれている。このため、灰溶融炉の運転開始後から所定時間経過した定常運転状態では、二次燃焼装置の二次燃焼室の内部壁面の温度は、排ガス中の可燃成分が燃焼することにより十分に昇温されているため、これらのダストは溶融・揮発してガス状となり外部に排出される。
【０００５】
しかしながら、灰溶融炉の運転開始時においては、必然的に二次燃焼室の内部壁面温度は、未だ昇温されていない状態となっている。このため、排ガス中に多量に含まれるダストは、二次燃焼室内で溶融・揮発することなく、二次燃焼室の内部壁面に固体又は液体の状態で付着する。このように、二次燃焼室の内部壁面に多量のダストが付着すると、二次燃焼室内が閉塞状態となる可能性があり、万一、閉塞状態となると、灰溶融炉が運転を開始した後に排ガスを完全に燃焼させることができなくなるばかりでなく、さらに、排ガスを外部に排出することができなくなり大きな問題となる。
【０００６】
この問題は、灰溶融炉の運転開始時以外にも、灰溶融炉に焼却灰の投入を停止し保温状態としその後再び灰を投入するような場合でも発生する。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、二次燃焼室の内部壁面に排ガス中のダストが付着することを確実に防止して二次燃焼室が閉塞状態とならないようにした灰溶融炉の二次燃焼装置及び二次燃焼装置の運転方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、焼却灰を溶融する灰溶融炉からの排出される所定成分のダスト及び可燃ガスを含む排ガスを燃焼させる二次燃焼装置であって、所定成分のダスト及び可燃ガスを含む排ガスを燃焼させ耐火壁により作られた二次燃焼室と、この二次燃焼室の所定の部位に設けられ二次燃焼室の内部壁面を加熱する加熱手段と、二次燃焼室の耐火壁の内部の内部壁面の近傍に設けられ、内部壁面の温度を検出する温度検出手段と、少なくとも上記灰溶融炉の運転開始時に、所定成分のダストがガス化するように、温度検出手段で検出された内部壁面の温度が８００℃以上となるまで、加熱手段により二次燃焼室の内部壁面を加熱する制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、内部壁面の温度を検出する温度検出手段を二次燃焼室の耐火壁の内部の内部壁面の近傍に設け、制御手段により、少なくとも灰溶融炉の運転開始時に、灰溶融炉からの排ガス中の所定成分のダストがガス化するように８００℃以上まで加熱手段により二次燃焼室の内部壁面を加熱するようにしたので、ダストが二次燃焼室内でガス状となり、その結果、ダストが二次燃焼室内の内部壁面に付着することが無くなる。その結果、二次燃焼室内が閉塞状態となることを防止することができる。
【００１１】
本発明の灰溶融炉の二次燃焼装置において、所定成分のダストは、少なくともＮａ、Ｋ及びＣｌを含む。
【００１３】
本発明の灰溶融炉の二次燃焼装置において、好ましくは、加熱手段は、二次燃焼室の上流側に設けられたバーナ手段である。
本発明の灰溶融炉の二次燃焼装置において、好ましくは、制御手段は、灰溶融炉を保温状態とする運転を行なった後に、所定温度以上まで二次燃焼室の内部壁面を加熱する。
【００１４】
さらに、本発明は、焼却灰を溶融する灰溶融炉からの排出される所定成分のダスト及び可燃ガスを含む排ガスを燃焼させ耐火壁により作られた二次燃焼室と、この二次燃焼室の所定の部位に設けられ二次燃焼室の内部壁面を加熱する加熱手段と、二次燃焼室の内部壁面の温度を検出する温度検出手段と、を備えた二次燃焼装置の運転方法であって、少なくとも灰溶融炉の運転開始時に、温度検出手段により二次燃焼室の耐火壁の内部の内部壁面の近傍の温度を検出する工程と、所定成分のダストがガス化するように、８００℃以上まで加熱手段により二次燃焼室の内部壁面を加熱する工程を、を有することを特徴としている。
【００１６】
本発明の灰溶融炉の二次燃焼装置の運転方法において、所定成分のダストは、少なくともＮａ、Ｋ及びＣｌを含む。
【００１８】
本発明の灰溶融炉の二次燃焼装置の運転方法は、好ましくは、更に、灰溶融炉を保温状態とする運転を行なった後に、所定温度以上まで二次燃焼室の内部壁面を加熱する工程を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態であるプラズマ式灰溶融炉の二次燃焼装置の全体構成を示す概略断面図である。図２は、図１の二次燃焼装置の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。
【００２１】
図１に示すように、符号１は、都市ごみ等を溶融するプラズマ式灰溶融炉１であり、この灰溶融炉１は、上流側に配置された焼却炉（図示せず）から送られてくる焼却灰を収容して溶融する炉本体２を有している。この炉本体２の内部には、耐火壁３によって構成された炉室４が形成されている。この炉室４の側壁及び頂壁を構成する耐火壁３の外側には鉄皮５が配置され、必要に応じて、耐火壁３と鉄皮５との間に冷却ジャケット(図示せず)が設けられている。
【００２２】
炉室４の頂壁には、焼却灰投入シュート(図示せず)が設けられており、さらに、陰極６が垂直方向に摺動自在に取り付けられている。この陰極６は、コントローラ(図示せず)によって制御される昇降装置６Ａによって炉室４の頂壁に対して垂直方向に駆動されるように配置されている。陰極６は、その内部にプラズマ用ガスが流れる通路が形成された円筒形状のものであり、金属又は黒鉛で作られている。炉室４の底壁７には、陰極６に対向するように、陽極８が固定的に取り付けられている。これらの陰極６及び陽極８は、炉本体２の外部において、それぞれプラズマ発生用直流電源９に接続されている。
【００２３】
焼却灰投入シュート(図示せず)から炉室４に供給された焼却灰は、炉室４を還元雰囲気にした状態で、直流電源９によって電極６，８間に電圧を印加し、電極６，８間にプラズマアークを発生させ、炉室４内を１０００℃以上とすること、及び、供給した電力によるジュール発熱により、溶融されるようになっている。溶融された焼却灰は、溶融スラグＳ(非金属生成物)となり、また、焼却灰中に含まれていたメタル成分は溶融メタルＭとなって、炉室４の底部に溜まる。溶融メタルＭは、溶融スラグＳよりも比重が重いので、溶融スラグＳの下に溜まる。
【００２４】
また、炉本体２の側壁には、炉室４に溜まった溶融スラグＳ及び溶融メタルＭを出滓するための出滓口１０が設けられ、この出滓口１０には出滓樋１１が取り付けられている。溶融スラグＳが出滓口１０の高さに達すると、溶融スラグＳは出滓口１０から溢れでて、出滓樋１１を通って後工程(図示せず)に送給される。
【００２５】
また、溶融作業を続けると、炉室４に溜まる溶融メタルＭの量が増え、炉室４に溜めておくことが出来る溶融スラグＳの量が減し、適切な溶融処理を行なうことができなくなるので、炉傾倒機構を設け、炉傾倒機構により、炉本体２を傾けて、溶融スラグＳの下に沈殿した溶融メタルＭを出滓口１０から排出するようにしている。
【００２６】
この炉傾倒機構は、先端部が炉本体２の底壁周縁部に回転自在に取り付けられたピストンロッド１２と、このピストンロッド１２を伸縮自在に受け入れる固定シンンダ１３と、ピストンロッド１２の先端部と対向して炉本体２の底壁周縁部に取り付けられた回動軸１４とから構成されており、この回動軸１４は、図示しない支持部材に回転自在に支持されている。
【００２７】
この炉傾倒機構は、所定量の溶融メタルＭが炉室４の炉底に溜まると、固定シリンダ１３からピストンロッド１２を延ばし、回転軸１４を中心に炉本体２を回動させ、出滓口１０をより下方に傾けることによって、炉室４に溜まった溶融メタルＭを出滓口１０及び出滓樋１１を介して後工程に送給するようになっている。
【００２８】
次に、図１及び図２に示すように、炉本体２の出滓口１０と連通するように、２次燃焼装置２０が配置されている。二次燃焼装置２０は、灰溶融炉１から排出される排ガス中の可燃成分であるＣＯガス及びＨ₂ガス等を完全燃焼させるためのものである。
【００２９】
この２次燃焼装置２０の出滓口１０の近傍である最上流側には、排ガス中の可燃成分であるＣＯガス及びＨ₂ガス等を燃焼させるために必要な空気を導入するための空気吸込口２１が取り付けられ、さらに、この空気吸込口２１の下流側の近傍には、可燃成分を着火させて燃焼させるための着火バーナ２２が取り付けられている。さらに、下流側には、耐火壁２３により作られた２次燃焼室２４が形成されている。この二次燃焼室２４の耐火壁２３の内部壁面の近傍には、内部壁面の温度を検出するための複数の温度センサ２５が、二次燃焼室２４内において所定の間隔を介して、設けられている。さらに、二次燃焼室２４の上流側の耐火壁２３には、二次燃焼室２４の耐火壁２３の内部壁面を加熱して内部壁面の温度を昇温させるための加熱手段である昇温バーナ２６が設けられている。さらに、複数の温度センサ２５からの信号を受信し、この内部壁面の温度に基づき、昇温バーナ２６に作動及び非作動の信号を送る二次燃焼室用コントローラ２７が設けられている。
【００３０】
図３は、本実施形態に係る二次燃焼装置２０の他の例を示した断面図である。この図３の例では、二次燃焼室２４の耐火壁２３の内部壁面を加熱して内部壁面の温度を昇温させるために、昇温バーナ２６を用いることなく、その代わりに、耐火壁２３の内部に、二次燃焼室２４に沿って、電気ヒータである昇温ヒータ３０を設けるようにしたものである。
【００３１】
次に、上述したように、灰溶融炉１の運転開始時に、二次燃焼室２４の内部壁面が昇温されていない場合、灰溶融炉１から排出される排ガス中に含まれる多量のダストが内部壁面２３ａに付着し、二次燃焼室２４が閉塞状態となる場合がある。図４は、この排ガス中の多量のダストが二次燃焼室２４の内部壁面に付着した状態を示す二次燃焼室２４の断面図である。
【００３２】
図４に示すように、二次燃焼室２４内のダストの付着層は、その中心側から、第１層（白色部分）３１、第２層（黄色部分）３２及び第３層（茶色部分）３３から構成されている。
【００３３】
図５は、このダストの付着層の各層３１，３２，３３におけるダストの成分を示したものである。この図５から明らかなように、ダストは、主に、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌを含み、これらは、それぞれ、塩化物であるＮａＣｌ、ＫＣｌの形で存在している。
【００３４】
本発明者らは、この図４に示されたダストの付着層である、第１層（白色部分）３１、第２層（黄色部分）３２及び第３層（茶色部分）３３の各層毎に、示差分析を行ない、各層において、付着物の溶融する範囲を求めた。この示差熱分析は、温度曲線に沿って試料温度を変化させたとき、予め、熱特性が分かっている物質と試料との相対変化を示す示差熱曲線を用いて、各成分の融点、即ち、付着物の溶融する範囲を求める方法である。各層において、付着物の溶融する範囲は、約３２５℃〜約８００℃の範囲であった。
【００３５】
次に、本発明者らは、上述した加熱手段である昇温バーナ２６又は昇温ヒータ３０により、二次燃焼室２４内を加熱して内部壁面を約８００℃以上の温度に昇温すれば、ダストが液体とならずガス状となり、その結果、二次燃焼室２４の内部壁面に排ガス中に含まれるダストが付着することがないことを確認した。
【００３６】
このような本発明者らの研究結果に基づき、本実施形態では、以下のように、灰溶融炉の二次燃焼室を運転するようにしている。
【００３７】
まず、灰溶融炉１の運転開始時において、灰溶融炉１から二次燃焼室２４に排ガスが供給されていないため、二次燃焼室２４の内部壁面の温度は、比較的低温状態となっている。このため、本実施形態では、この灰溶融炉１の運転開始時に、上述した加熱手段である昇温バーナ２６又は昇温ヒータ３０により、二次燃焼室２４内を加熱して内部壁面を約８００℃以上の温度まで昇温する。このとき、コントローラ２７は、温度センサ２５からの信号により、内部壁面が約８００℃以上の温度まで昇温したか否かを判定し、昇温していなければ、加熱手段による加熱を続け、約８００℃以上の温度に到達した場合には、加熱手段の作動を停止する。コントローラ２７は、その後、直ちに、この情報を灰溶融炉１のコントローラ（図示せず）に送信し、灰溶融炉１の運転を開始する。
【００３８】
さらに、灰溶融炉１により焼却灰の溶融は行なわないが炉本体２を保温状態とするような保温運転を行なう場合でも、灰溶融炉１の運転開始時と同様に、灰溶融炉１から二次燃焼室２４に排ガスが供給されていないため、二次燃焼室２４の内部壁面の温度は、比較的低温状態となっている。このため、本実施形態では、このような保温運転を行なった後、通常の運転に復帰するような場合には、同様に、加熱手段である昇温バーナ２６又は昇温ヒータ３０により、二次燃焼室２４内を加熱して内部壁面を約８００℃以上の温度まで昇温させて、その後に、灰溶融炉１の通常運転を開始するようにしている。
【００３９】
一方、通常運転時には、排ガス中の可燃成分が燃焼することにより、二次燃焼室２４内はダイオキシンを分解可能な所定温度以上となるように保温されている。しかしながら、灰溶融炉１において処理すべき焼却灰の量が少ないときには、その分、排ガス中の可燃成分の量も少なくなり、ダイオキシンを分解するために必要な所定温度まで二次燃焼室２４の温度を昇温させることができなくなる。
【００４０】
このような場合であっても、本実施形態によれば、通常運転時に、上述した加熱手段である昇温バーナ２６又は昇温ヒータ３０を使用して、二次燃焼室２４内を加熱し内部壁面をダイオキシンを分解可能な所定温度以上に昇温することができる。これは、加熱手段である昇温バーナ２６又は昇温ヒータ３０を、所謂追い炊き用バーナ又はヒータとして使用した例である。
【００４１】
次に、上述した実施形態では、温度センサ２５からの二次燃焼室２４の内部壁面の温度に対応して加熱手段である昇温バーナ２６又は昇温ヒータ３０を作動して、約８００℃以上の温度まで昇温させるようにしたものであるが、本発明は、これに限らず、温度センサ２５からの二次燃焼室２４の内部壁面の温度を用いなくてもよい。即ち、他の実施形態として、加熱手段である昇温バーナ２６又は昇温ヒータ３０を所定時間作動させて、二次燃焼室２４の内部壁面を約８００℃以上の温度まで昇温させるようにしてもよい。この所定時間は、二次燃焼室２４の耐火壁２３の熱容量（物性、厚み、大きさにより異なる）、耐火壁２３の冷却条件（空冷又は水冷等）、及び、排ガスのバーフ容量（排ガスの量及び温度）に基づいて、予め算出可能な時間である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の灰溶融炉の二次燃焼装置及び二次燃焼装置の運転方法によれば、二次燃焼室の内部壁面に排ガス中のダストが付着することを確実に防止して二次燃焼室が閉塞状態とならないようにすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるプラズマ式灰溶融炉の二次燃焼装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の二次燃焼装置の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る二次燃焼装置の他の例を示した断面図である。
【図４】排ガス中のダストが二次燃焼室の内部壁面に付着した状態を示す二次燃焼室の断面図である。
【図５】ダストの付着層の各層におけるダストの成分を示したものである。
【符号の説明】
１プラズマ式灰溶融炉
２炉本体
１０出滓口
２０二次燃焼室
２１空気吸込口
２２着火バーナ
２３耐火壁
２４二次燃焼室
２５温度センサ
２６昇温バーナ
２７コントローラ
３０昇温ヒータ

Claims

焼却灰を溶融する灰溶融炉からの排出される所定成分のダスト及び可燃ガスを含む排ガスを燃焼させる二次燃焼装置であって、
上記所定成分のダスト及び可燃ガスを含む排ガスを燃焼させ耐火壁により作られた二次燃焼室と、
この二次燃焼室の所定の部位に設けられ二次燃焼室の内部壁面を加熱する加熱手段と、
上記二次燃焼室の耐火壁の内部の内部壁面の近傍に設けられ、上記内部壁面の温度を検出する温度検出手段と、
少なくとも上記灰溶融炉の運転開始時に、上記所定成分のダストがガス化するように、上記温度検出手段で検出された上記内部壁面の温度が８００℃以上となるまで、上記加熱手段により上記二次燃焼室の内部壁面を加熱する制御手段と、
を有することを特徴とする灰溶融炉の二次燃焼装置。
上記所定成分のダストは、少なくともＮａ、Ｋ及びＣｌを含む請求項１に記載の灰溶融炉の二次燃焼装置。
上記加熱手段は、上記二次燃焼室の上流側に設けられたバーナ手段である請求項１又は２記載の灰溶融炉の二次燃焼装置。
上記制御手段は、上記灰溶融炉を保温状態とする運転を行なった後に、上記温度以上まで二次燃焼室の内部壁面を加熱する請求項１乃至３の何れか１項記載の灰溶融炉の二次燃焼装置。
焼却灰を溶融する灰溶融炉からの排出される所定成分のダスト及び可燃ガスを含む排ガスを燃焼させ耐火壁により作られた二次燃焼室と、この二次燃焼室の所定の部位に設けられ二次燃焼室の内部壁面を加熱する加熱手段と、上記二次燃焼室の上記内部壁面の温度を検出する温度検出手段と、を備えた二次燃焼装置の運転方法であって、
少なくとも上記灰溶融炉の運転開始時に、上記温度検出手段により上記二次燃焼室の耐火壁の内部の内部壁面の近傍の温度を検出する工程と、上記所定成分のダストがガス化するように、８００℃以上まで上記加熱手段により上記二次燃焼室の内部壁面を加熱する工程を、を有することを特徴とする灰溶融炉の二次燃焼装置の運転方法。
上記所定成分のダストは、少なくともＮａ、Ｋ及びＣｌを含む請求項５に記載の灰溶融炉の二次燃焼装置の運転方法。
更に、上記灰溶融炉を保温状態とする運転を行なった後に、上記温度以上まで二次燃焼室の内部壁面を加熱する工程を有する請求項５又は６記載の灰溶融炉の二次燃焼装置の運転方法。