JP3868205B2 - 廃棄物のガス化燃焼装置及び燃焼方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を熱分解炉にて熱分解して生成される熱分解ガスを溶融炉に導入し、該溶融炉において灰等の固形物を溶融するとともに、該溶融炉から送出されるガスを二次燃焼室にて燃焼させるようにした廃棄物のガス化燃焼装置及び燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉と、該熱分解ガスにより灰等の固形物を溶融させる溶融炉と、該溶融炉から送出されるガスを燃焼させる二次燃焼室とを備えた廃棄物のガス化燃焼装置においては、前記溶融炉での固形物の溶融温度が１３００℃ないし１５００℃と高温を要するため、前記熱分解ガスに加えて空気（一次空気）や補助燃料を溶融炉に供給して、前記高温下における固形物の溶融を可能としている。
【０００３】
一方、特開平９−２３６２２０号においては、熱分解炉のフリーボード部に石油系の液体燃料、天然ガス等の気体燃料、石炭等の固体燃料からなる補助燃料を供給し、該補助燃料の供給量を前記溶融炉内の温度あるいはスラグの温度を検出して制御して前記補助燃料を前記フリーボード部で燃焼させ、前記溶融炉でのバーナ使用による局部的な温度上昇を回避するとともに、溶融炉からのスラグ温度の低下及び排ガス温度の上昇を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる廃棄物のガス化燃焼システムにおいては、溶融炉での固形物の溶融温度が１３００℃ないし１５００℃と高温であり二次燃焼室出口の排ガス温度も高くなることから、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が多くなる。前記特開平９−２３６２２０号においては、溶融炉における局部的な温度上昇を防止し、かつ溶融炉からのスラグ温度の低下を防止するため、熱分解炉のフリーボード部に石油系の液体燃料、天然ガス等の気体燃料、石炭等の固体燃料からなる補助燃料を供給してこれをフリーボード部で燃焼させ、該補助燃料の供給量を前記溶融炉内の温度あるいはスラグの温度を検出して制御している。
【０００５】
しかしながら、前記従来技術にあっては、熱分解炉のフリーボード部に補助燃料を供給して燃焼させることにより、溶融炉内に送られるガスの温度を上昇させるとともに、溶融炉内の温度あるいはスラグの温度の検出値により前記補助燃料の供給量を制御しているに止まり、溶融炉出口側の排ガスの温度状態については補助燃料の供給量によって間接的に制御しているのみであることから、溶融炉出口側の排ガスとともに排出されるＮＯｘ量についてはこれの量を直接的に制御可能とはなっていない。
このため、前記溶融炉及びその後流側の二次燃焼室での燃焼状況によっては、高温燃焼によって多量のＮＯｘの発生をみることがある。
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、廃棄物のガス化燃焼システムにおいて、溶融炉での固形物の完全溶融及び二次燃焼室でのガス混入物（ガス混入チャー等）の完全燃焼をなすとともに、排ガス中のＮＯｘ量を大幅に低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉と、該熱分解ガスにより灰等の固形物を溶融させる溶融炉と、該溶融炉から送出されるガスを燃焼させる二次燃焼室とを備えた廃棄物のガス化燃焼装置において、前記溶融炉内に固体、液体、あるいはガス状の炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、前記溶融炉に空気を供給する一次空気供給手段と、外周に水冷却室が形成された二次燃焼室と、前記二次燃焼室に空気を供給する二次空気供給手段と、前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、前記二次燃焼室から排出される排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するＮＯｘ濃度検出器と、
前記灰溶融炉において固形物の溶融作用を保持しつつ前記ＮＯｘ濃度検出器で検出されたＮＯｘ濃度が設定値以下で且つ１３００℃以上の高温温度で還元燃焼をなすように、前記炭化水素供給手段より炭化水素を過剰に供給して灰溶融炉で炭化水素ガスの未燃分を発生させるとともに、前記酸素濃度検出器で検出された酸素濃度が予め設定された基準酸素濃度になるように前記一次空気供給手段と二次空気供給手段の供給空気量を制御して、灰溶融炉及び二次燃焼室での２段燃焼により前記灰溶融炉の還元燃焼により生じた炭化水素ガスの未燃分を燃焼させるコントローラとを備えたことを特徴とする廃棄物のガス化燃焼装置を提案する。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の装置を使用する発明であり、廃棄物を熱分解炉にて熱分解して生成される熱分解ガスを溶融炉に導入し、該溶融炉において灰等の固形物を溶融するとともに、該溶融炉から送出されるガスを二次燃焼室にて燃焼させる廃棄物のガス化燃焼方法において、
前記灰溶融炉において固形物の溶融作用を保持しつつＮＯｘ濃度検出器で検出されたＮＯｘ濃度が設定値以下で且つ１３００℃以上の高温温度で還元燃焼をなすように、炭化水素供給手段より炭化水素を過剰に供給して灰溶融炉で炭化水素ガスの未燃分を発生させるとともに、外周に水冷却室が形成された二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度が予め設定された基準酸素濃度になるように前記二次燃焼室及び前記溶融炉に夫々供給される空気量を制御して、該灰溶融炉及び二次燃焼室での２段燃焼により前記炭化水素ガスの未燃分を燃焼させることを特徴とする廃棄物のガス化燃焼方法にある。
【００１１】
【００１２】
かかる発明によれば、窒素、硫黄等を含まない固体、液体、あるいはガス状の炭化水素を溶融炉に供給することにより酸素不足下での還元燃焼がなされるとともに、排ガス中のＮＯｘ量を検出して該ＮＯｘ量が許容値以内となるように炭化水素量をコントロールすることにより、溶融炉において固形物の溶融作用を保持し、かつＮＯｘ排出量が抑制された還元燃焼をなすことができる。
また、本発明によれば、排ガス中の酸素量を検出して、二次燃焼室及び溶融炉におけるＣＯの発生を抑制し得る量の必要空気量を該二次燃焼室及び溶融炉に供給するようにしたので、溶融炉及び二次燃焼室での２段燃焼により熱分解ガス及び都市ガス（炭化水素ガス）の未燃分を燃焼させて、ＣＯの発生の無い完全燃焼を実現できる。
【００１３】
従って、かかる発明によれば、排ガス中のＮＯｘ量を検出して溶融炉に供給する炭化水素量をコントロールするとともに、酸素量を検出して二次燃焼室に供給する空気量及び溶融炉に供給する空気量をコントロールすることにより、ＮＯｘ排出量を許容値以内に抑制しつつ、溶融炉における固形物の完全溶融及びＣＯの排出を抑制することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１５】
図１は本発明の実施例に係る廃棄物のガス化燃焼装置の全体構成図、図２は制御ブロック図である。
図１において、２は廃棄物（ごみ３）を後述する熱分解炉１に供給する廃棄物供給装置である。１は該廃棄物供給装置２から供給される廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉で、下部の流動砂層１ａ及び上部のフリーボード１ｂよりなる。５は前記熱分解ガスにより固形灰、飛灰、チャー等の固形物を溶融させる灰溶融炉である。６は該溶融炉５からのガス及び該ガス中の混入物の燃焼を行う二次燃焼室で外周に水冷却室７が形成されている。４は前記熱分解炉１にて生成された熱分解ガスを前記灰溶融炉５に搬送するための熱分解ガス管である。
また、８は前記二次燃焼室６の排ガス出口に接続される排ガス管、９は該排ガス管８に設けられて排ガスの浄化を行う排ガス処理装置、１０は煙突である。
以上の構成は、従来技術と同様である。本発明においては、以下の改良を行っている。
【００１６】
即ち、図１において１４は前記灰溶融炉５に燃焼用の一次空気を一次空気供給管１５を介して供給する一次空気供給装置、１６は前記二次燃焼室６に燃焼用の二次空気を二次空気供給管１７を介して供給する二次空気供給装置である。
また、１２は前記灰溶融炉５に燃焼用の都市ガスを都市ガス管１３を介して供給する都市ガス供給装置である。前記都市ガスに限らず、窒素、硫黄等を含まない固体、液体、あるいはガス状の炭化水素であればよい。
【００１７】
１８及び１９は前記排ガス管８の途中に夫々設けられて、前記二次燃焼室６から排出される排ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度を夫々検出するＮＯｘ濃度検出器及び酸素濃度検出器である。
１１は詳細を後述するコントローラで、前記ＮＯｘ濃度検出器１８及び酸素濃度検出器１９により検出された排ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度の検出信号が入力され、該検出信号に基づき前記一次空気供給装置１４、二次空気供給装置１６、及び都市ガス供給装置１２に制御操作信号を伝送する。
【００１８】
かかる構成からなる廃棄物のガス化燃焼システムの稼働時において、前記廃棄物供給装置２により、廃棄物（ごみ３）が前記熱分解炉１の流動砂層１ａに供給される。該熱分解炉１においては、前記廃棄物供給装置２から供給された廃棄物を、流動砂循環手段（図示省略）から導入される高温の流動砂により高温に維持しながら熱分解して塩素を除去し、高温の熱分解ガス及び塩素が除去されたチャーを生成する。
【００１９】
前記熱分解炉１のフリーボード１ｂを経た熱分解ガスは熱分解ガス管４を通して灰溶融炉５に送られる。該灰溶融炉５においては、前記熱分解ガスにより固形灰、チャー、飛灰等の固形物を１３００℃以上の高温にて溶融させる。
かかる灰溶融炉５での燃焼及び前記固形物の溶融時において、前記一次空気供給装置１４により供給される一次空気の量を前記コントローラ１１により適量に制御するとともに、都市ガス供給装置１２により供給される都市ガスの量を前記コントローラ１１により適量に制御することにより、還元雰囲気にて燃焼がなされ、ＮＯｘの発生が抑制される。
前記灰溶融炉５からのガスは二次燃焼室６において該ガス中に混入しているチャーとともに二次燃焼がなされ、排ガス管８を通って排ガス処理装置９にて浄化され、煙突１０から大気中に排出される。
【００２０】
次に、図２に基づき、前記コントローラ１１による都市ガス量、一次空気及び二次空気の量の制御につき説明すると、前記ＮＯｘ濃度検出器１８にて検出されたＮＯｘ濃度はコントローラ１１のＮＯｘ濃度比較器３１に入力される。３０はＮＯｘ濃度設定器で、前記二次燃焼室６から排出される排ガス中のＮＯｘ濃度の許容値が設定されている。前記ＮＯｘ濃度比較器３１においては、前記ＮＯｘ濃度の検出値とＮＯｘ濃度の設定値（許容値）とを比較し、その偏差を算出して、都市ガス供給量算出器３４に送る。
【００２１】
該都市ガス供給量算出器３４においては、前記ＮＯｘ濃度比較器３１から入力されたＮＯｘ濃度の偏差に基づき、該偏差に対応する都市ガス量を算出し、現状の都市ガス量から増減して適正なＮＯｘ濃度を保持するに要する都市ガス量、つまり、ＮＯｘ濃度を許容値以内に保持するに要する最少の都市ガス量を算出する。
該都市ガス量の算出値信号は前記都市ガス供給装置１２に送られ、該都市ガス供給装置１２は前記灰溶融炉５に、前記のようにして調整されたＮＯｘ濃度を許容値以内に保持するに要する都市ガス量を供給する。
【００２２】
一方、前記酸素濃度検出器１９にて検出された酸素濃度はコントローラ１１の酸素濃度比較器３２に入力される。３３は酸素濃度設定器で、前記二次燃焼室６から排出される排ガス中における酸素濃度の基準値、即ち前記排ガス中における一酸化炭素（ＣＯ）の発生を抑制可能とする、前記灰溶融炉５に供給される一次空気の必要量及び二次燃焼室６に供給される二次空気の必要量に対応する酸素濃度が設定されている。
前記酸素濃度比較器３２においては、前記酸素濃度の検出値と酸素濃度の設定値（基準値）とを比較し、その偏差を算出して、一次空気量算出器３６及び二次空気量算出器３５に送る。
【００２３】
該一次空気量算出器３６及び二次空気量算出器３５においては、前記酸素濃度の偏差に基づき、該偏差に対応する灰溶融炉５への一次空気量及び二次燃焼室６への二次空気量を算出し、現状の一次空気量および二次空気量から増減してＣＯの発生を抑制可能とする一次空気の必要量及び二次空気の必要量を算出する。
該一次空気の必要量及び二次空気の必要量の算出値信号は前記一次空気供給装置１４および二次空気供給装置１６に送られる。そして、該一次空気供給装置１４は前記のようにして算出された量の一次空気を前記灰溶融炉５に供給し、二次空気供給装置１６は前記のようにして算出された量の二次空気を前記二次燃焼室６に送る。
【００２４】
かかる実施例によれば、窒素、硫黄等を含まない固体、液体、あるいはガス状の炭化水素からなる都市ガスを灰溶融炉５内に供給することにより、燃焼空気比を減少させ酸素不足下での還元燃焼をなすことができるとともに、排ガス中のＮＯｘ量を検出して該ＮＯｘ量が許容値以内となるように前記都市ガス量をコントロールすることにより、前記灰溶融炉５において固形物の溶融作用を保持し、かつＮＯｘ排出量が抑制された還元燃焼をなすことができる。
また、排ガス中の酸素量を検出して、二次燃焼室６及び灰溶融炉５におけるＣＯの発生を抑制し得る量の必要空気量を該二次燃焼室６及び灰溶融炉に供給するようにしたので、灰溶融炉５及び二次燃焼室６での２段燃焼により熱分解ガス及び都市ガス（炭化水素ガス）の未燃分を燃焼させて、ＣＯの発生の無い完全燃焼を実現できる。
【００２５】
従って、かかる実施例によれば、排ガス中のＮＯｘ量を検出して灰溶融炉５に供給する都市ガス量をコントロールするとともに、酸素量を検出して二次燃焼室６に供給する二次空気量及び灰溶融炉５に供給する一次空気量をコントロールすることにより、ＮＯｘ排出量を許容値以内に抑制しつつ、灰溶融炉における固形物の完全溶融及びＣＯの排出を抑制することが可能となる。
尚、前記二次燃焼室６は、外周に形成された水冷却室７により冷却しているので、該二次燃焼室６への二次空気の供給により温度上昇を来たすことはない。
【００２６】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、都市ガスを含む炭化水素を溶融炉に供給することにより還元燃焼をなし得るとともに、排ガス中のＮＯｘ量を検出して該ＮＯｘ量が許容値以内となるように炭化水素量をコントロールすることにより、溶融炉において固形物の溶融作用を保持し、かつＮＯｘ排出量が抑制された還元燃焼をなすことができる。
また、本発明によれば排ガス中の酸素量を検出して、二次燃焼室及び溶融炉におけるＣＯの発生を抑制し得る量の必要空気量を該二次燃焼室及び溶融炉に供給するようにしたので、溶融炉及び二次燃焼室での２段燃焼により熱分解ガス及び都市ガス（炭化水素ガス）の未燃分を燃焼させて、ＣＯの発生の無い完全燃焼を実現できる。
【００２７】
従って、本発明によれば、排ガス中のＮＯｘ量を検出して溶融炉に供給する炭化水素量をコントロールするとともに、酸素量を検出して二次燃焼室に供給する空気量及び溶融炉に供給する空気量をコントロールすることにより、ＮＯｘ排出量を許容値以内に抑制しつつ、溶融炉における固形物の完全溶融及びＣＯの排出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る廃棄物のガス化燃焼装置の全体構成図である
【図２】 前記廃棄物のガス化燃焼装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ 熱分解炉
２ 廃棄物供給装置
４ 熱分解ガス管
５ 灰溶融炉
６ 二次燃焼室
７ 水冷却室
８ 排ガス管
９ 排ガス処理装置
１１ コントローラ
１２ 都市ガス供給装置
１４ 一次空気供給装置
１６ 二次空気供給装置
１８ ＮＯｘ濃度検出器
１９ 酸素濃度検出器
３０ ＮＯｘ濃度設定器
３１ ＮＯｘ濃度比較器
３２ 酸素濃度比較器
３３ 酸素濃度設定器
３４ 都市ガス供給量算出器
３５ 二次空気量算出器
３６ 一次空気量算出器

Claims (2)

1. 廃棄物を熱分解して熱分解ガスを生成する熱分解炉と、該熱分解ガスにより灰等の固形物を溶融させる溶融炉と、該溶融炉から送出されるガスを燃焼させる二次燃焼室とを備えた廃棄物のガス化燃焼装置において、前記溶融炉内に固体、液体、あるいはガス状の炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、前記溶融炉に空気を供給する一次空気供給手段と、外周に水冷却室が形成された二次燃焼室と、前記二次燃焼室に空気を供給する二次空気供給手段と、前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、前記二次燃焼室から排出される排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するＮＯｘ濃度検出器と、
   前記灰溶融炉において固形物の溶融作用を保持しつつ前記ＮＯｘ濃度検出器で検出されたＮＯｘ濃度が設定値以下で且つ１３００℃以上の高温温度で還元燃焼をなすように、前記炭化水素供給手段より炭化水素を過剰に供給して灰溶融炉で炭化水素ガスの未燃分を発生させるとともに、前記酸素濃度検出器で検出された酸素濃度が予め設定された基準酸素濃度になるように前記一次空気供給手段と二次空気供給手段の供給空気量を制御して、灰溶融炉及び二次燃焼室での２段燃焼により前記灰溶融炉の還元燃焼により生じた炭化水素ガスの未燃分を燃焼させるコントローラとを備えたことを特徴とする廃棄物のガス化燃焼装置。
2. 廃棄物を熱分解炉にて熱分解して生成される熱分解ガスを溶融炉に導入し、該溶融炉において灰等の固形物を溶融するとともに、該溶融炉から送出されるガスを二次燃焼室にて燃焼させる廃棄物のガス化燃焼方法において、
   前記灰溶融炉において固形物の溶融作用を保持しつつＮＯｘ濃度検出器で検出されたＮＯｘ濃度が設定値以下で且つ１３００℃以上の高温温度で還元燃焼をなすように、炭化水素供給手段より炭化水素を過剰に供給して灰溶融炉で炭化水素ガスの未燃分を発生させるとともに、外周に水冷却室が形成された二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度が予め設定された基準酸素濃度になるように前記二次燃焼室及び前記溶融炉に夫々供給される空気量を制御して、該灰溶融炉及び二次燃焼室での２段燃焼により前記炭化水素ガスの未燃分を燃焼させることを特徴とする廃棄物のガス化燃焼方法。

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