JP4679294B2 - 燃焼装置および燃焼方法 - Google Patents
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Description
また、このような廃棄物を燃焼するための一般的なロータリーキルン式の燃焼装置として、図3に示すような構成が知られている。
そして、蓄積バーナ機構で高温化した燃焼用空気を、二次燃焼用空気送給管を介して溶融炉の燃焼バーナへ供給し、外部からの燃料供給手段からの燃料附加により、さらに1300℃程度の高温の燃焼ガスとして溶融炉の二次燃焼室内に吹き込む。この高温空気の吹き込みにより、ガス化炉内で発生する熱分解ガス、焼却残さの高温完全燃焼が行われる。
そして、空気コンプレッサを作動させて空気吹出口から一次燃焼室内に圧搾空気を供給する。この圧搾空気の供給に際しては、燃焼開始時には複数段の空気吹出口がより下段になるほど吹出させる空気量を多くし、廃棄物全体が火炎を発する定常燃焼状態に移行したことを判断したら空気吹出口がより上段になるほど吹出させる空気量を多くする。ここで、定常燃焼状態におけるロータリーキルン前部、中部および後部における炉内ガスの温度は、それぞれ590℃、710℃、840℃となっている。
そして、押込空気供給装置を用いてロータリーキルン炉前部に供給される押込空気量を、廃プラスチックを完全燃焼させるのに要する空気量、すなわち理論空気量の20%に調整する。
そして、材料は、管状反応器内を移動されつつ燃焼室からの熱により加熱されて乾留される。ここで、材料は、管状反応器内の低温域と、中温域と、準高温域と、高温域と、を移動するので、分配器に近づくにつれて順次温度が上がる。
この乾留により材料はガス化、灰化されて分配器に送り出され、乾留ガスは、上昇して耐熱性フィルタを通して塵埃を除去され燃焼室内に流れる。そして、この燃焼室内に流れた乾留ガスは、蓄熱燃焼バーナにより燃焼される。
閉塞部912の略中央には、略円形状の嵌合孔912Aが開口形成されている。また、閉塞部912には、固定ねじ924が螺合される螺合孔912Bが設けられている。
風箱部921は、一面が閉塞された例えば略円筒箱状に形成されている。具体的には、風箱部921は、略円筒状の風箱円筒部921Aと、この風箱円筒部921Aの一面を閉塞する風箱閉塞部921Bと、風箱円筒部921Aの他面における外縁近傍を閉塞する略リング板状のリング板部921Cと、風箱円筒部921Aの他面外縁から径方向外側に突出する状態で設けられた固定部921Dと、リング板部921Cの内縁から風箱円筒部921Aの外側に突出しかつ閉塞部912の嵌合孔912Aに嵌合する形状に形成された嵌合突出部921Eと、にて、一面が閉塞された略円筒箱状に形成されている。
リング板部921Cにおける風箱円筒部921A内部側の面には、先端が風箱円筒部921Aの軸方向略中央よりも風箱閉塞部921B側に位置する状態で、風箱閉塞部921Bに向けて突出する略円筒状の邪魔板部921Fが設けられている。
固定部921Dの略中央には、固定ねじ924が挿通されるねじ挿通孔921D1が開口形成されている。
助燃料噴霧ノズル922および廃液噴霧ノズル923は、略筒状を有し、ロータリーキルン燃焼炉体910の内部にそれぞれ助燃料および廃液を噴霧可能に、風箱閉塞部921Bの略中央に先端が円筒部911の内部から臨む状態で設けられている。
固体廃棄物間欠供給手段940は、円筒部911における閉塞部912側に、ロータリーキルン燃焼炉体910の内部に固体廃棄物を供給可能な状態に設けられている。この固体廃棄物間欠供給手段940は、作業者によりドラムで投入される固体廃棄物を搬送する図示しないリフトコンベアと、このリフトコンベアで搬送される固体廃棄物を一時的に貯留するホッパ941と、このホッパ941の固体廃棄物をロータリーキルン燃焼炉体910の内部に間欠的に供給する図示しないプッシャと、を備えている。
焼却灰搬出手段960は、例えば略筒状を有し、ボイラ筐体951の下面にロータリーキルン燃焼炉体910で発生する焼却灰を搬出可能に設けられている。
しかしながら、このように廃棄物を火炎燃焼させると、ボイラ排気ガスのO2濃度が高くなり、省エネルギーを実現しにくいという問題がある。
また、特許文献3および特許文献4に記載のような構成では、ロータリーキルンや管状反応器の内部が局所的に高温となり、この高温部分を構成するタイルなどが熱などで消耗して、メンテナンス費用が増加するという問題がある。
さらに、図3に示すような構成では、塩素含有有機性廃水溶液や窒素分含有有機性廃水溶液を処理すると、ダイオキシンやNOxが発生してしまうため、塩素含有有機性廃水溶液や窒素分含有有機性廃水溶液の処理が困難であるという問題がある。
そして、図3に示すような構成では、燃焼用空気をロータリーキルン燃焼炉体910における閉塞部912側から供給するため、固体廃棄物の燃焼開始が遅くかつ燃焼が始まると急激な燃焼となり、クリンカーが生成されて堆積して、廃棄物の処理能力の低下やクリンカーを溶融させるための余分な燃料の消費を招くという問題がある。
また、中間処理部での熱交換で発生する高温空気を第2の炉体の一面から内部に導入する。そして、汚泥、廃プラスチック、廃タイヤ、廃ゴムなどの固体廃棄物を第2の炉体の内部に供給するとともに、第2の炉体の内部における一面から離間した位置に空気を供給して、固体廃棄物を燃焼させる。
そして、高温空気を利用した燃焼(以下、高温空気燃焼と称す)により第2の炉体内部が局所的に高温になるのを抑えられるため、炉壁のタイルの消耗が抑制され操業率の向上やメンテナンス費用の低減を図れる。
また、熱交換により発生する高温空気を第2の炉体の一面から高速に内部に導入することにより、燃焼開始を早めることが可能となるとともに、第2の炉体内部における温度およびO2濃度の均一化を図ることができ、急激な燃焼を抑えられる。さらに、空気を第2の炉体の内部における一面から離間した位置に供給することによっても、高温空気燃焼に必要な空気を補給でき、かつ、燃焼の均一化を図ることが可能となる。
よって、クリンカーの生成を抑えられ、固体廃棄物の処理能力の低下やクリンカーを溶融させるための余分な燃料の消費を抑えられる。
このことにより、上述したように、省エネルギーの容易な実現、操業率の向上、メンテナンス費用の低減、熱交換排気ガスに含まれるダイオキシンの低減、固体廃棄物の処理能力の低下やクリンカーを溶融させるための余分な燃料の消費の抑制が図れ、廃液および固体廃棄物のクリーンな焼却、および、クリンカーの生成や炉壁の消耗を容易に抑制することが可能となる。
上述した助燃料としては、通常燃料油として用いられるため灯油、A重油、C重油が用いられるが、廃油、不要油、未利用油などどのようなものであっても適用できる。これは、高温空気燃焼では、燃焼が安定しているためである。
したがって、LCO(分解軽油)のような通常の燃料ではすすの発生しやすいようなものでも、カロリーが高いためより省エネルギーを図ることが可能である。
図1において、100は燃焼装置であり、この燃焼装置100は、石油コンビナートに設けられ、この石油コンビナートから排出されるハロゲン分としての塩素分を含有する第1の廃液としての塩素分含有廃液(以下、Cl系廃液と称す)や窒素分を含有する第2の廃液としての窒素分含有廃液(以下、N系廃液と称す)を、汚泥、廃プラスチック、廃タイヤ、廃ゴムなどの固体廃棄物とともに燃焼させる。なお、弗素分を含有する弗素分含有廃液や、臭素分を含有する臭素分含有廃液を燃焼させる構成としてもよい。
そして、燃焼装置100は、廃液燃焼部200と、中間処理部300と、廃液および固体廃棄物燃焼部400と、を備えている。
また、この廃液燃焼炉体210における内部の炉壁には、耐熱性を有する図示しないタイル壁が取り付けられている。
エマルジョン燃焼バーナ221は、例えば略棒状を有し、廃液燃焼炉体210の上面部215における略中央に先端が廃液燃焼炉体210の内部から臨む状態で設けられている。
このエマルジョン燃焼バーナ221は、塩素分含有エマルジョン燃料供給手段222から供給される後述する塩素分含有エマルジョン燃料(以下、Cl系エマルジョン燃料と称す)を廃液燃焼炉体210の内部でエマルジョン燃焼させる。
塩素分含有エマルジョン燃料供給手段222は、例えば略筒状の連結手段222Aを介して、エマルジョン燃焼バーナ221の基端に接続されている。
この塩素分含有エマルジョン燃料供給手段222は、助燃料供給手段222Bを介して供給されるA重油やLCOなどの助燃料および塩素分含有廃液供給手段222Cを介して供給されるCl系廃液をエマルジョン化して、Cl系エマルジョン燃料を生成する。そして、連結手段222Aを介して、Cl系エマルジョン燃料をエマルジョン燃焼バーナ221に供給する。
第1のガス導入筒部311は、一端が廃液燃焼炉体210の右面部212に接続されている。
第2,3のガス導入筒部312,313は、一端が第1のガス導入筒部311の他端に接続され、かつ、他端が急冷手段330の後述する第1,2の蓄熱体331,332にエマルジョン燃焼排気ガスを導入可能に設けられている。
第1の空気導入筒部321は、一端から熱交換用空気が導入される構成を有している。
第2,3の空気導入筒部322,323は、一端が第1の空気導入筒部321の他端に接続され、かつ、他端が急冷手段330の第1,2の蓄熱体331,332に熱交換用空気を供給可能に設けられている。
第1,2のガス導入切換部333,334は、第2,3のガス導入筒部312,313に設けられ、エマルジョン燃焼排気ガスを第1,2の蓄熱体331,332へ供給する状態(以下、供給状態と称す)、および、供給しない状態(以下、非供給状態と称す)に交互に切り換える。
第1,2の空気導入切換部335,336は、第2,3の空気導入筒部322,323に設けられ、熱交換用空気を第1,2の蓄熱体331,332へ供給する状態(以下、供給状態と称す)、および、供給しない状態(以下、非供給状態と称す)に交互に切り換える。
また、急冷手段330は、第1のガス導入切換部333および第2の空気導入切換部336を供給状態に、または、第2のガス導入切換部334および第1の空気導入切換部335を供給状態に切り換える処理を、連続的、あるいは0.1分〜30分間隔で実施する。
第1のガス排出筒部341は、一端が集塵機および水洗塔350に接続されている。
第2,3のガス排出筒部342,343は、一端が第1のガス排出筒部341の他端に接続され、かつ、他端が第1,2の蓄熱体331,332で発生させた熱交換排気ガスを導入可能に設けられている。
第1の空気排出筒部361は、一端がロータリーキルン燃焼炉体410に接続されている。
第2,3の空気排出筒部362,363は、一端が第1の空気排出筒部361の他端に接続され、かつ、他端が第1,2の蓄熱体331,332で発生させた高温空気を導入可能に設けられている。
この二次燃焼用空気供給手段430は、例えば略筒状の本体部431と、この本体部431の両端のそれぞれが略直角に屈曲され設けられた空気導入部432および空気導出部433と、を備え、その平面形状が略コ字状に形成されている。そして、二次燃焼用空気供給手段430は、空気導入部432側の端部がロータリーキルン燃焼炉体410の外部に位置し、かつ、空気導出部433側の端部がロータリーキルン燃焼炉体410の内部における軸方向略中央に位置する状態で配置されている。
この固体廃棄物連続供給手段440は、例えば円筒部411の円周方向に沿って連続的に複数配置された廃棄物通過部441と、円筒部411の上方に設けられ廃棄物通過部441に固体廃棄物を供給する例えばコンベアなどの図示しない固体廃棄物供給部と、などを備えている。
この廃棄物通過部441は、円筒部411が回転されて上方近傍に位置する際に、蓋部441Bの他側縁側が重力により孔部441Aから離間する方向に移動して孔部441Aが開かれ、固体廃棄物を円筒部411に供給可能な状態となる。また、下方近傍に位置する際に、蓋部441Bの他側縁側が重力により孔部441Aに近接する方向に移動して孔部441Aが閉じられて、円筒部411内部の固体廃棄物などが外部に漏れない状態となる。
固体廃棄物供給部は、円筒部411の回転に伴い順次上方に位置する廃棄物通過部441に固体廃棄物を供給することにより、ロータリーキルン燃焼炉体410に固体廃棄物を連続的に供給する。
また、蓋部441Bを重力により移動させずに、電気的あるいは機械的な制御により移動させる構成としてもよい。
さらに、廃棄物通過部441の代わりに、閉塞部412を介して内部に連通する廃棄物供給用管を設け、この廃棄物供給用管から固体廃棄物を供給する構成としてもよい。
次に、燃焼装置100の動作について説明する。
この後、燃焼装置100は、中間処理部300の急冷手段330にて、エマルジョン燃焼排気ガス導入手段310を介して導入される廃液燃焼炉体210で発生したエマルジョン燃焼排気ガスを例えば第1の蓄熱体331と熱交換し、次に、熱交換用空気供給手段320から供給される熱交換用空気を加熱された第2の蓄熱体332と熱交換して、高温空気および熱交換排気ガスを発生させる。また、集塵機および水洗塔350は、熱交換排気ガス排出手段340を介して排出される熱交換排気ガスに含まれる塩素分を除去したり生成されるすすを捕捉する。
次に、燃焼装置100の作用について説明する。
また、燃焼空気の供給が二段であるとは、ロータリーキルン燃焼炉体410における閉塞部412側および軸方向略中央から、それぞれ高温空気および二次燃焼用空気が供給される旨を意味し、一段であるとは、ロータリーキルン燃焼炉体910における閉塞部912側から、燃焼用空気が供給される旨を意味する。
さらに、クリンカーが「○」とは、生成量が所定量よりも少ない旨を意味し、「×」とは、所定量よりも多い旨を意味する。
そして、省エネ性が「○」とは、省エネルギー性が高い旨を意味し、「△」とは、省エネルギー性が普通である旨を意味する。
また、腐食性HCl量が「○」とは、ロータリーキルン燃焼炉体410,910や廃熱ボイラ450,950の腐食性HCl量が少ない旨を意味し、「△」とは、腐食性HCl量が普通である旨を意味する。
上述したように上記実施の形態では、燃焼装置100は、廃液燃焼部200にて、廃液燃焼炉体210内部でCl系エマルジョン燃料をエマルジョン燃焼させ、中間処理部300にて、エマルジョン燃焼排気ガスを熱交換用空気と熱交換させて急冷する。そして、廃液および固体廃棄物燃焼部400は、熱交換で発生する高温空気をロータリーキルン燃焼炉体410の閉塞部412側から内部に導入する。また、固体廃棄物をロータリーキルン燃焼炉体410の内部に供給するとともに、ロータリーキルン燃焼炉体410の内部における軸方向略中央、すなわち内部における閉塞部412から離間した位置に燃焼用空気を供給して、固体廃棄物を燃焼させる。
そして、高温空気燃焼によりロータリーキルン燃焼炉体410内部が局所的に高温になるのを抑えられるため、タイル壁の消耗が抑制され操業率の向上やメンテナンス費用の低減を図ることができる。
さらに、Cl系廃液を燃焼させ、この燃焼の排気ガスを急冷するので、熱交換排気ガスに含まれるダイオキシンの低減を図れる。
また、熱交換により発生する高温空気をロータリーキルン燃焼炉体410の閉塞部412から高速に内部に導入することにより、燃焼開始を早めることが可能となるとともに、ロータリーキルン燃焼炉体410内部における温度およびO2濃度の均一化を図ることができ、急激な燃焼を抑えることができる。さらに、二次燃焼用空気をロータリーキルン燃焼炉体410内部における一面から離間した位置に供給することによっても、高温空気燃焼に必要な空気を補給でき、かつ、燃焼の均一化を図ることができる。よって、クリンカーの生成を抑えられ、固体廃棄物の処理能力の低下やクリンカーを溶融させるための余分な燃料の消費を抑えることができる。
このため、Cl系エマルジョン燃料をエマルジョン燃焼させて急冷するので、ダイオキシンの発生を抑制できる。また、N系エマルジョン燃料を高温空気燃焼させるので、火炎燃焼やエマルジョン燃焼させる場合と比べてNOx、煤塵の発生を抑制できる。したがって、Cl系廃液およびN系廃液をクリーンに焼却できる。
このため、固体廃棄物の連続的な供給により、間欠的な供給と比べて固体廃棄物の急激な燃焼をより抑えることができ、クリンカーの生成をより抑えることができる。
このため、エマルジョン燃焼排気ガスを熱交換用空気と熱交換させる構成の簡略化を図ることができる。
このため、塩素分を含む熱交換排気ガスがロータリーキルン燃焼炉体410や廃熱ボイラ450に導入されることがなく、これらの腐食を抑えることができる。
このため、固体廃棄物などの燃焼の効率化を図ることができる。
なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
また、廃液燃焼部200においてCl系廃液をエマルジョン燃焼させずに火炎燃焼させる構成としてもよい。
さらに、塩素分含有エマルジョン燃料供給手段222の代わりに窒素分含有エマルジョン燃料供給手段420を設けるとともに、廃液および固体廃棄物燃焼部400にエマルジョン燃料を供給する構成を設けない構成としてもよい。
そして、中間処理部300に熱交換排気ガス排出手段340を設けない構成としてもよい。
これらのような構成にすれば、燃焼装置100の構成を簡略にでき、燃焼装置100の製造性の向上やコスト低減を図ることができる。
これらのような構成にしても、Cl系廃液やN系廃液のクリーンな焼却、および、クリンカーの生成や炉壁の消耗を容易に抑制することができる燃焼装置100を提供できる。
200…廃液燃焼部
210…第1の炉体としての廃液燃焼炉体
220…エマルジョン燃焼手段
300…中間処理部
310…エマルジョン燃焼排気ガス導入手段
320…熱交換用空気供給手段
330…急冷手段
331…第1の蓄熱体
332…第2の蓄熱体
340…熱交換排気ガス排出手段
360…高温空気排出手段
400…廃液および固体廃棄物燃焼部
410…第2の炉体としてのロータリーキルン燃焼炉体
420…窒素分含有エマルジョン燃料供給手段
430…炉体空気供給手段としての二次燃焼用空気供給手段
440…固体廃棄物供給手段としての固体廃棄物連続供給手段
Claims (8)
- ハロゲン分または窒素分のうち少なくともいずれか一方を含有する廃液および固体廃棄物を燃焼する燃焼装置であって、
第1の炉体、および、前記廃液および助燃料を主成分とする燃料を前記第1の炉体の内部で燃焼させる燃焼手段を有する廃液燃焼部と、
この廃液燃焼部の前記第1の炉体に接続され前記燃焼の排気ガスを導入する燃焼排気ガス導入手段、この燃焼排気ガス導入手段で導入された前記燃料の排気ガスを空気と熱交換させて急冷する急冷手段、この急冷手段に前記空気を供給する熱交換用空気供給手段、および、前記熱交換で発生する高温空気を排出する高温空気排出手段を有する中間処理部と、
一面において前記高温空気排出手段に前記高温空気を内部に導入可能に接続された第2の炉体、この第2の炉体の内部に前記固体廃棄物を供給する固体廃棄物供給手段、および、前記第2の炉体の内部における前記一面から離間した位置に空気を供給する炉体空気供給手段を有し、前記固体廃棄物を燃焼させる固体廃棄物燃焼部と、
を備えたことを特徴とする燃焼装置。 - 請求項1に記載の燃焼装置であって、
前記廃液および前記助燃料を主成分とする燃料は、エマルジョン燃料である
ことを特徴とする燃焼装置。 - 請求項1または請求項2に記載の燃焼装置であって、
前記燃焼手段は、ハロゲン分を含有する第1の前記廃液および前記助燃料を主成分とする燃料を前記第1の炉体の内部で燃焼させ、
前記固体廃棄物燃焼部は、窒素分を含有する第2の前記廃液および助燃料を主成分とする燃料を前記第2の炉体の内部に供給して燃焼させる窒素分含有燃料供給手段を有する
ことを特徴とする燃焼装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の燃焼装置であって、
前記固体廃棄物供給手段は、前記第2の炉体の内部に前記固体廃棄物を連続的に供給する
ことを特徴とする燃焼装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の燃焼装置であって、
前記急冷手段は、前記燃焼排気ガス導入手段で導入された前記排気ガスを前記熱交換用空気供給手段からの空気と熱交換させる蓄熱体を有する
ことを特徴とする燃焼装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の燃焼装置であって、
前記中間処理部は、前記急冷手段で熱交換された前記排気ガスを排出する熱交換排気ガス排出手段を有する
ことを特徴とする燃焼装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の燃焼装置であって、
前記第2の炉体は、略円筒状を有し前記略円筒状の軸を中心に回転可能に設けられたロータリーキルン式の炉体である
ことを特徴とする燃焼装置。 - ハロゲン分または窒素分のうち少なくともいずれか一方を含有する廃液および固体廃棄物を燃焼する燃焼方法であって、
第1の炉体の内部で前記廃液および助燃料を主成分とする燃料を燃焼させ、
この燃焼の排気ガスを空気と熱交換させて急冷し、
第2の炉体の一面から前記熱交換で発生する高温空気を内部に導入し、
前記第2の炉体の内部に前記固体廃棄物を供給し、
前記第2の炉体の内部における前記一面から離間した位置に空気を供給して前記固体廃棄物を燃焼させる
ことを特徴とする燃焼方法。
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