JP4068483B2

JP4068483B2 - 溶融炉

Info

Publication number: JP4068483B2
Application number: JP2003061887A
Authority: JP
Inventors: 賢一蓬莱; 博臣釜野; 浩二水田
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004271041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱分解炉から排出される不燃分を、熱分解ガスの燃焼熱を利用して溶融する溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱分解炉から排出される不燃分と熱分解ガスを導入して、不燃分を熱分解ガスの燃焼熱を利用して溶融する溶融炉には、不燃分を溶融する旋回溶融室と、溶融された不燃分が流落して溜まる溶融池室とを上下に備え、旋回溶融室の頂部に、下降旋回流を形成する燃焼用空気と熱分解ガスのノズルを設け、この頂部よりも下方の旋回溶融室の上部に、水平旋回流を形成する燃焼用空気のノズルを設けたものがある（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
熱分解炉から排出される不燃分は、熱分解ガスに混入する飛灰としてや、粉砕された粉体として旋回溶融室の頂部または上部から導入される。また、熱分解ガスにはチャー等の未燃分も混入し、未燃分は粉砕される不燃分にも混入する。
【０００４】
前記熱分解炉で発生する熱分解ガスの量は、処理される廃棄物等の種類によって絶えず変動し、熱分解ガスに含まれる可燃ガス、未燃分、不燃分等の成分割合も変動する。また、粉砕した不燃分も導入する場合は、これに含まれる未燃分の割合も変動する。特許文献２に記載されたものでは、溶融炉への熱分解ガスの導入路に、熱分解ガスの一部を抽出して空気と燃焼させ、その火炎温度から熱分解ガスの理論空気量を検出する熱分解ガスセンサを設け、その検出出力に基づいて燃焼用空気の供給量を制御し、成分割合が変動する熱分解ガスを溶融炉内で完全燃焼させるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２４３０２７号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−３０４１２９号公報（第４−６頁、第１−３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した燃焼用空気の供給量を制御して熱分解ガスを完全燃焼させる方法は、その燃焼熱を不燃分の溶融に有効に活用できるが、上述したように、熱分解ガス中の可燃ガスや未燃分等の可燃成分の割合は、熱分解炉で処理される廃棄物等の種類によって絶えず変動するので、これらの可燃成分を完全燃焼したときの発熱量も大きく変動する。このため、溶融炉の旋回溶融室や溶融池室を一定温度に保って運転することが難しい問題がある。すなわち、炉内温度が高過ぎる場合は溶融炉の寿命が短くなり、低過ぎる場合は不燃分の溶融が不十分となる。
【０００７】
なお、特許文献２に記載されたものでは、前記熱分解ガスセンサと炉内温度センサの出力に基づいて、燃焼ガス温度が不燃分の溶融温度以下のときに、この燃焼ガスよりも発熱量が高い助燃燃料を補給し、炉内温度が許容温度以上のときにその補給を遮断するようにしているが、この方法は、炉内温度が高過ぎる場合の基本的な解決策とはなっていない。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、旋回溶融室や溶融池室の温度をできるだけ一定に保って溶融炉を運転できるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、熱分解炉から排出される不燃分と熱分解ガスを導入して、不燃分を熱分解ガスの燃焼熱で溶融する旋回溶融室と、この溶融された不燃分が流落して溜まる溶融池室とを上下に備え、前記旋回溶融室の頂部に、下向きの下降旋回流を形成する燃焼用空気ノズルと熱分解ガス導入ノズルを設け、この頂部よりも下方の旋回溶融室の上部に、水平向きの水平旋回流を形成する燃焼用空気ノズルを設けた溶融炉において、前記旋回溶融室の温度を検出する温度計と、前記溶融池室の温度を検出する温度計とを設け、これらの各温度計による各室の検出温度を、それぞれについて予め設定された設定温度と比較し、前記検出温度の設定温度からの低下量が、前記旋回溶融室の方が前記溶融池室よりも大きいときは前記水平旋回流を強くし、前記溶融池室の方が前記旋回溶融室よりも大きいときは前記下降旋回流を強くする構成を採用した。
【００１０】
本発明者らは、溶融炉の炉内温度の変動を観察した結果、旋回溶融室と溶融池室の各温度変動の傾向は必ずしも一致せず、旋回溶融室の温度が上昇しているにもかかわらず溶融池室の温度が下降したり、逆に、旋回溶融室の温度があまり変化しないのに溶融池室の温度が大きく上昇したりすることが多々あることを見出した。この現象は、熱分解ガスは下降旋回流として旋回溶融室の頂部から導入されるので、その可燃成分が少ない場合は、これらが旋回溶融室のみで燃焼し尽くされ、可燃成分が多い場合は、旋回溶融室での燃焼量は殆ど変わらずに、溶融池室での燃焼量が増加するためと考えられる。また、これらの各室での可燃成分の燃焼度合いは、熱分解ガス中の固形の未燃分の割合やサイズによっても変化するものと思われる。
【００１１】
そこで、このように旋回溶融室と溶融池室の温度変動の傾向が異なることを利用して、これらの各室の検出温度を予め設定された設定温度と比較し、検出温度の設定温度からの低下量が、旋回溶融室の方が溶融池室よりも大きいときは水平旋回流を強くして、可燃成分の旋回溶融室での滞留時間を長くし、溶融池室の方が旋回溶融室よりも大きいときは下降旋回流を強くして、可燃成分の旋回溶融室での滞留時間を短くすることにより、温度低下量が大きいほうの室内での可燃成分の燃焼度合いを高め、旋回溶融室や溶融池室の温度をできるだけ一定に保てるようにした。
【００１２】
前記熱分解ガス導入ノズルを、前記水平旋回流を形成する前記旋回溶融室の上部にも設けることにより、可燃成分の旋回溶融室での滞留時間の調節の自由度を大きくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態を示す。この溶融炉は、熱分解炉１から排出される熱分解ガス２を導入して、熱分解ガス２に含まれる飛灰等の不燃分を溶融する旋回溶融室３と、溶融された不燃分が流落して溜まる溶融池室４とを上下に備え、旋回溶融室３の頂部に下向きに取り付けられたバーナ５の回りに、下向きの下降旋回流Ｖを形成する燃焼用空気ノズル６と熱分解ガス導入ノズル７とが設けられ、この頂部よりも下方の旋回溶融室３の上部に、水平向きの水平旋回流Ｈを形成する複数の燃焼用空気ノズル８が設けられている。燃焼用空気は各ブロワ９ａ、９ｂからそれぞれのノズル６、８に供給される。
【００１４】
また、前記溶融池室４には、不燃分の溶融したスラグ１０を溜める堰１１が設けられ、その天井には補助バーナ１２が設けられている。堰１１からオーバフローする溶融スラグ１０は、樋１３から流下路１４に沿って下方の冷却ピット（図示省略）に流下し、炉内で発生する高温排ガス１５は、流下路１４の壁に設けられた排出口１６から排出ダクトに排出される。
【００１５】
前記旋回溶融室３と溶融池室４には、それぞれの上中下部における炉内温度を検出する３つずつの温度計１７ａ、１７ｂが設けられている。また、排出口１６の入口近くには、高温排ガス１５中のＣＯやＮＯ_X等の不完全燃焼成分の濃度を検出する排ガス濃度計１８が設けられている。各温度計１７ａ、１７ｂと排ガス濃度計１８の検出出力はコントローラ１９に入力され、コントローラ１９はこれらの検出結果に基づいて、各ブロワ９ａ、９ｂから各ノズル６、８への燃焼用空気の供給量Ｑ₁、Ｑ₂を制御するようになっている。
【００１６】
図２は、前記コントローラ１９による制御のアルゴリズムの一部を示すフローチャートである。コントローラ１９には、高温排ガス１５中の不完全燃焼成分、例えば、ＣＯの濃度Ａの上限値Ａ_Uと、旋回溶融室３と溶融池室４の各炉内温度θ₁、θ₂の目標設定値θ_1S、θ_2Sが予め記憶されている。なお、この実施形態では、各目標設定値θ_1S、θ_2Sは、いずれも１３００℃とされている。
【００１７】
コントローラ１９は、まず、排ガス濃度計１８で検出される不完全燃焼成分の濃度Ａを上限値Ａ_Uと比較し、濃度Ａが上限値Ａ_Uを超えたときは、各ノズル６、８への燃焼用空気の供給量Ｑ₁、Ｑ₂を一律に増加させる。
【００１８】
つぎに、コントローラ１９は、各温度計１７ａ、１７ｂの出力をそれぞれ平均して、これらの各平均値を旋回溶融室３と溶融池室４の炉内温度θ₁、θ₂とし、それぞれについて目標設定値θ_1S、θ_2Sからの低下量Δθ₁（＝θ_1S−θ₁）、Δθ₂（＝θ_2S−θ₂）を算出する。さらに、これらの各低下量Δθ₁、Δθ₂を大小比較し、Δθ₁＞Δθ₂のときは、燃焼用空気の供給量Ｑ₁、Ｑ₂の比Ｑ₁／Ｑ₂を減少させ、Δθ₁＜Δθ₂のときは、比Ｑ₁／Ｑ₂を増加させる。すなわち、旋回溶融室３の温度低下量Δθ₁が大きいときは、ノズル８に供給する燃焼用空気の供給量Ｑ₂の比率を増やして、水平旋回流Ｈを強くし、溶融池室４の温度低下量Δθ₂が大きいときは、ノズル６に供給する燃焼用空気の供給量Ｑ₁の比率を増やして、下降旋回流Ｖを強くする。
【００１９】
上述した実施形態では、旋回溶融室３と溶融池室４の炉内温度θ₁、θ₂が等しくなるように、絶えず供給量Ｑ₁、Ｑ₂の比率を制御したが、各炉内温度θ₁、θ₂が所定範囲外となったときのみに、供給量Ｑ₁、Ｑ₂の比率を制御することもできる。例えば、旋回溶融室３と溶融池室４の上下限温度θ_U、θ_Lを、それぞれ等しい温度の１４５０℃と１２５０℃とに設定する。そして、炉内温度θ₁、θ₂のいずれか一方が上下限温度θ_U、θ_Lを外れたときに、供給量Ｑ₁、Ｑ₂の比率を制御して、外れた方の炉内温度を上下限温度θ_U、θ_Lの範囲内でもう一方の炉内温度と等しくなるようにする。
【００２０】
図３は、第２の実施形態を示す。この溶融炉は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、熱分解炉１から熱分解ガス導入ノズル７への熱分解ガス２の導入路に分岐が設けられ、分岐された導入路が、旋回溶融室３の上部に設けられた水平旋回流Ｈを形成する熱分解ガス導入ノズル２０に接続され、分岐された各導入路にダンパ２１ａ、２１ｂが設けられている点が異なる。
【００２１】
前記各ダンパ２１ａ、２１ｂの開度はコントローラ１９で制御されるようになっており、この実施形態の場合は、第１の実施形態における燃焼用空気の供給量の比Ｑ₁／Ｑ₂の制御の他に、旋回溶融室３の温度低下量Δθ₁が大きいときに、ダンパ２１ｂの開度を大きくして水平旋回流Ｈを強くし、溶融池室４の温度低下量Δθ₂が大きいときに、ダンパ２１ａの開度を大きくして下降旋回流Ｖを強くするようになっている。
【００２２】
上述した各実施形態では、熱分解ガスに含まれる不燃分のみを溶融させるものとしたが、本発明に係る溶融炉は、粉砕した不燃分も導入するタイプのものにも採用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、この発明の溶融炉は、旋回溶融室の温度を検出する温度計と、溶融池室の温度を検出する温度計とを設け、これらの各温度計による各室の検出温度を、それぞれについて予め設定された設定温度と比較し、検出温度の設定温度からの低下量が、旋回溶融室の方が溶融池室よりも大きいときは水平旋回流を強くして、可燃成分の旋回溶融室での滞留時間を長くし、溶融池室の方が旋回溶融室よりも大きいときは下降旋回流を強くして、可燃成分の旋回溶融室での滞留時間を短くするようにしたので、温度低下量が大きいほうの室内での可燃成分の燃焼度合いを高めて、旋回溶融室や溶融池室の温度をできるだけ一定に保ち、炉の耐久寿命を延長できるとともに、不燃分を効率よく溶融することができる。
【００２４】
前記熱分解ガス導入ノズルを、前記水平旋回流を形成する旋回溶融室の上部にも設けることにより、可燃成分の旋回溶融室での滞留時間の調節の自由度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の溶融炉を示す縦断面図
【図２】図１のコントローラのアルゴリズムを示すフローチャート
【図３】第２の実施形態の溶融炉を示す縦断面図
【符号の説明】
１熱分解炉
２熱分解ガス
３旋回溶融室
４溶融池室
５バーナ
６空気ノズル
７熱分解ガス導入ノズル
８空気ノズル
９ａ、９ｂブロワ
１０溶融スラグ
１１堰
１２補助バーナ
１３樋
１４流下路
１５高温排ガス
１６排出口
１７ａ、１７ｂ温度計
１８排ガス濃度計
１９コントローラ
２０熱分解ガス導入ノズル
２１ａ、２１ｂダンパ

Claims

熱分解炉から排出される不燃分と熱分解ガスを導入して、不燃分を熱分解ガスの燃焼熱で溶融する旋回溶融室と、この溶融された不燃分が流落して溜まる溶融池室とを上下に備え、前記旋回溶融室の頂部に、下向きの下降旋回流を形成する燃焼用空気ノズルと熱分解ガス導入ノズルを設け、この頂部よりも下方の旋回溶融室の上部に、水平向きの水平旋回流を形成する燃焼用空気ノズルを設けた溶融炉において、前記旋回溶融室の温度を検出する温度計と、前記溶融池室の温度を検出する温度計とを設け、これらの各温度計による各室の検出温度を、それぞれについて予め設定された設定温度と比較し、前記検出温度の設定温度からの低下量が、前記旋回溶融室の方が前記溶融池室よりも大きいときは前記水平旋回流を強くし、前記溶融池室の方が前記旋回溶融室よりも大きいときは前記下降旋回流を強くするようにしたことを特徴とする溶融炉。
前記熱分解ガス導入ノズルを、前記水平旋回流を形成する前記旋回溶融室の上部にも設けた請求項１に記載の溶融炉。