JP4707527B2 - 燃焼残滓の特性に影響を及ぼす方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼設備、特に廃棄物燃焼設備から出る燃焼残滓に影響を及ぼす方法であって、燃料が火格子上で燃焼されかつその際に生じる溶解してない及び／又は焼結されてない燃焼残滓が再び燃焼プロセスに供給される形式のものに関する。一般に、燃焼残滓は、燃料のアッシュ含有量に由来しかつ鉱滓除去装置中の格子アッシュー度々スラグとも称されるーとして生じる。しかし、ボイラー又は排気フィルタ装置から出るフライアッシュも対象となる。格子アッシュは金属、ガラス又はセラミック部分をも含むことができる。

この種の方法は、ドイツ特許出願１０２１３７８８．９号明細書から公知である。この方法では、燃焼調整は、主燃焼領域の燃焼床で燃焼残滓の一部分が溶解され及び／又は焼結されかつ溶解されてない及び／又は焼結されてない燃焼残滓は燃焼工程の終端で分離されて改めて燃焼工程に供給されるように行われる。

さらに、ヨーロッパ特許第０８６２０１９号明細書から、フライダストを、温度がフライダストの溶解温度若しくは焼結温度より高い燃焼炉の高温領域に配量して戻すことが公知である。フライアッシュの配量はそこでは特別の燃焼条件に依存して行われ、その際ＰＣＤＤ／ＰＣＤＦ及び／又は先駆化合物、即ち、ＰＣＤＤ及びＰＣＤＦの先駆化合物のような有毒な有機物質が大量に発生する。

この方法では、燃焼残滓を戻すことが本質的に燃焼プロセスに影響を及ぼすことは考慮されていない。この場合、燃焼混合物中の燃焼残滓の配量割合並びに燃焼残滓の物質組成の変化が特に重要である。

燃焼残滓のリサイクルは、例えば、燃焼混合物中の燃焼残滓の割合の増大を通して燃焼床温度の低下に繋がる。低い燃焼床温度に基づいて、燃焼残滓中の溶解されてない及び／又は焼結されてない構成部分の割合が増大する。例えば、ドイツ特許出願第１０２１３７８８．９号明細書によれば、この割合が調整されずに戻されると、このことが燃焼床温度のーこの場合不利なー更なる低下へと繋がる。

その上、燃焼残滓の物質組成は、燃焼残滓を戻すことによって変化し得る。スラグ断片の形の溶解されてない及び／又は焼結されてない燃焼残滓は、例えば、燃焼残滓の平均的な組成よりも高い酸化カルシュウム含有量とより低い酸化鉄含有量とを有する。即ち、ドイツ特許出願第１０２１３７８８．９号明細書によって実施されるスラグ断片を燃焼工程に戻すことによって燃焼残滓の平均的石灰含有量は時間と共に増大する。

溶解工程及び／又は焼結工程は、一方では、溶解温度若しくは焼結反応の際の反応性にとって決定的な、燃料及び／又は戻される燃焼残滓の物質組成によって、他方では、燃焼床温度又は他の本質的な燃焼パラメータにとって決定的な燃焼条件によって決定される。燃焼条件は、燃料混合物の添加量、添加個所、火格子による火の掻き立て並びに空気、酸素又は戻される排気の量及びそれらの温度によって決定される。

次に、燃焼条件と燃焼パラメータとは相違する。このことは、燃焼条件は調整できるものであり、燃焼条件は作業者が調整装置によって直接影響を与え又は設定することができるものであると理解される。燃焼条件は、例えば、供給される燃料混合物（燃料混合物＝燃料＋戻された燃焼残滓）の量、添加個所、並びに供給される空気、供給される酸素又は戻される排気並びにそれらの温度である。

ここでは燃焼温度は、これが直接調整装置を介して調整されるのではなく、燃焼条件から生じる燃焼温度の値であると理解される。ここでは、例えば、燃焼床温度、燃焼室温度、蒸気生成及び排気中のＯ₂ 含有量が挙げられる。燃料組成（熱量値、水含有量、アッシュ含有量）も燃焼パラメータとみなされる、そのわけは、燃料組成は廃棄の際には直接規制されたり又は直接調整されることができないものだからである。
ドイツ特許出願第１０，２１３，７８８．９号明細書 ヨーロッパ特許第０８６２，０１９号明細書

本発明の課題は、本質的にあらゆる固体燃焼残滓の焼結工程及び／又は溶解工程が、燃焼床で確実に行われることができる方法を提供することである。

この課題は、上位概念による請求項１の方法において、
燃焼床における溶解工程及び／又は焼結工程が、次の方法ステップ、即ち；
燃焼残滓の戻しにより引き起こされる核心となる燃焼パラメータ（以下、「本質的なパラメータ」ともいう。）の変化が、予め定められた許容限界内にある限り、該戻しは、その時の量でそのまま実施される、というステップで調整されることによって、解決される。

勿論、冒頭に設定された課題を解決するために、記載された方法ステップは既に達成された。この方法ステップについて共通して使用されればされるだけ、益々良好に燃焼条件が形成されかつ益々燃焼残滓が戻されることができる。

本発明の有利な他の構成において、燃焼残滓の選択された断片は２ｍｍから１０ｍｍまでの粒サイズを有する。

物質組成の変化と関連して、火格子上の燃焼床構成が進んで変えられるように、また、溶解工程及び／又は焼結工程が加速され又は既に一層低い温度で行われるように、先行して行われることができる。こうして、物質が燃料又は溶解点低下をもたらす戻された燃焼残滓に混合されることができる。物質は、例えば、珪酸硼素及び類似の化合物のような珪酸塩化合物であり得、原理的には、既にそのような作用について公知の物質である。

本発明の有利な構成において、金属スクラップ及び特に鉄スクラップは骨材として使用される。このスクラップは格子アッシュから公知の分離方法によって得られることができ又は外部のスクラップ源から取り込まれる。

有利な方法で、金属スクラップは添加前に粉砕される。粉砕された金属スクラップは１ｍｍから２０ｍｍまでの粒サイズを有することができる。

このスクラップの燃焼又は部分的な燃焼によって、有利に溶解作用及び焼結作用に作用する酸化金属及び局部的に強い熱放出を生じる。このことは、特に、燃焼残滓の塩基度がこうして減少される場合である。塩基度は、
Ｂ＝（ｘＣａＯ＋ｘＦｅＯ）／（ｘＳｉＯ₂ ＋ｘＦｅ₂ Ｏ₃ ）
として簡単に定義され、その際ｘは燃焼残滓の平均的な組成に関する酸化構成部分のモル分数である。戻しの特別好適な方法は、燃焼残滓の塩基度Ｂが０．３と０．７の間にあるように、金属スクラップの添加が配量される場合に与えられる。この場合に、例えば、金属スクラップの粉砕度は、燃焼残滓の塩基度が０．３と０．７の間の予め設定された限界値以上である場合に、高められる。

本発明の更に有利な方法において、燃焼残滓の戻しは直接燃焼室に行われる。この際、燃焼残滓の戻しが火格子上に行われる場合に有利である。

戻しの特に好適な方法は、燃焼残滓の戻しが投入テーブル上に行われる場合に得られる。この燃焼方法によって、一方では、燃焼プロセスの影響の非常に迅速な確定が可能であり、他方では、従って、この戻し方法は有利に形成される、そのわけは、投入テーブル上では主燃焼領域のような高い温度にはまだ達してなく、したがって、戻しのための装置は高い温度負荷を受けていないからである。

燃焼プロセスの影響は、燃え尽きる領域の状態に見受けられる本質的な燃焼パラメータの観察によって、特別に有利な方法で行われることができる。例えば、燃え尽きる領域は、火格子の出口端の方向に移動し、このことは火格子上にある燃料／燃焼残滓混合物の熱量低下の結果であり、そのようにして、僅かな燃焼残滓が供給される。これに対して、燃え尽きる領域が投入端の方向に移動する場合には、戻されるべき燃焼残滓の量は高められる。

本質的な燃焼パラメータの変更若しくは観察の際に、当業者には多くの可能性が使用される。

本質的な燃焼条件は、単位時間毎に消費される燃料量である。燃料量と関連して、本質的な燃焼パラメータは燃料熱量及び湿度並びに燃料のアッシュ含有量である。

燃料熱量が低下すると、僅かな燃焼残滓が戻されかつ反転される。

燃料の湿度は、既に燃焼室に達する前に検査され、こうして、例えば、燃料の投入シャフト若しくは供給シャフトの領域に配置されるマイクロ波検出器が使用される。湿度が高い場合、燃料の組成が変わらなければ、その熱量は低下し、その結果より僅かな燃焼残滓が戻されることができかつ反転される。

他の本質的な燃焼パラメータは、燃焼床温度の高さと燃焼床上の温度分布である。この燃焼パラメータは、例えば、赤外線カメラによって監視されることができる。燃焼床の高い温度は、多くの量の燃焼残滓を戻す可能性を与える。

他の本質的な燃焼条件は、燃焼空気量、即ち、一次燃焼空気量及び二次燃焼空気量並びに場合によっては戻される排気の量である。

他の燃焼条件は、例えば、空気予熱装置によって調整される燃焼空気の温度である。

他の本質的な燃焼条件によって、燃焼空気の酸素含有量に、燃焼プロセスが強く影響されることができる、そのわけは、酸素含有量の調整を通じて、一次燃焼及び特に燃焼床温度への明らかな影響が作用されることができるからである。

他の本質的な燃焼条件は、燃焼空気供給個所である。ここでは特別に敏感な調整は、燃焼格子が、一次空気及び酸素のその都度適合された量が給送される複数の受け入れ領域で縦方向にも横方向にも分割されることによって達成される。

燃焼プロセスが意味のある方法で影響される他の本質的な燃焼条件は、火の掻きたて速度と掻きたての持続時間であり、掻きたて速度から燃焼床の内方での燃料の転がり速度が得られる。このために特に出口端の方向へのスライド格子が好適であり、その際例えば、各第２の格子段が移動可能でありかつこれらの間に位置する格子段が位置固定に実施される。この構造では、燃料は、その投入端から出口端までの経路で常に転がり、その結果所定の低時間中燃焼床の上側に位置する燃料部分は再び下方に向かって格子に達し、それによって開始領域における新たに投入された燃料と既に灼熱化された燃料の良好な混合及び出口端の方向にさらに下方に位置する領域における良好な通気と弛緩が達成される。

その内方で、公差限界が巧妙に確定されて、燃焼残滓の戻しが実施されると、一方では熱放出かつ他方では有毒物質エミッションが引き込まれることができ、これらはこの公差限界に影響を与える。

溶解されてない及び／又は焼結されてない燃焼残滓を再び燃焼プロセスに戻すことによって、完全に焼結された燃焼残滓が得られる。

本発明を続いてフローチャート及び燃焼設備の実施例に基づいて詳しく説明する。図中には、基本的方法のフローチャート及びこの方法を実施するための燃焼装置が示されている。

図１に相応して、２２０ｋｇのアッシュを含有する廃棄物１０００ｋｇが火格子上に投入され、かつその際既に溜まっている燃焼残滓の２５〜７５％が完全に焼結されたスラグに変換されるという方法で燃焼される。既に戻された燃焼残滓を含めて燃焼残滓は全部で３４０ｋｇになる。そのうちから３２０ｋｇが湿式スラグ除去装置に落下し、ここで消火されかつ搬出される。ふるい及び場合によっては洗浄工程並びに磁気的金属分離を含む分離方法によって、完全に焼結された不活性物質顆粒１９０ｋｇ並びに鉄スクラップ３０ｋｇが分離される。顆粒及び鉄スクラップの一部分は、有効利用に供される。戻される鉄スクラップの割合は、燃焼残滓の塩基度に応じて調整される。この例において、１０ｋｇの鉄スクラップが燃焼工程に戻されかつ２０ｋｇが有効利用に供される。なお焼結されてない１１０ｋｇの燃焼残滓は、再び燃焼工程に戻される。煙突ガスと共に燃焼室を離れるフライアッシュは、２０ｋｇになる。フライアッシュはこの場合５０％までが燃焼工程に戻されかつ５０％までが別個の廃棄物処理路に供給される。

図２に図式的に表わされた燃焼設備は、燃料が投入される供給シャフト１と、燃料を燃焼室中に搬入する供給要素３を備えた投入テーブル２とを有する。３ａでは調整可能な駆動装置を表わし、駆動装置は投入量を燃焼パラメータに依存して調整することを行う。そこでは５で表わされた燃料は、スライド格子として形成されかつ駆動装置７によって掻きたて運動を実施する火格子６上に落下する。このために各第２格子段と結合している移送部材８に駆動装置７が作用し、移動可能な各格子段上には位置の固定した格子段が位置する。他の燃焼パラメータに依存して掻きたて速度を調整することができるために、調整装置７ａは調整可能な駆動を可能にする。図示の火格子では、縦方向に５つの相異なる受け入れ室９ａ〜９ｅが、横方向にも仕切られて設けられており、その結果一次燃焼空気の量及び分配が火格子上のそれぞれの必要条件に適合されることができる。一次空気の供給は、図式的に示されたブロア１０を介して行われかつ燃焼空気量の調整は個々の供給導管１１ａ〜１１ｅ中の図示しない弁を介して行われる。１２と１３によって、二次空気ノズルが表わされ、このノズルは供給導管１４及び１５から出発して二次空気を燃焼室４中に送り込む。

火格子の下端にはスラグ及び燃焼残滓が湿式スラグ除去装置１６に落下し、そこからスラグ及び燃焼残滓は分離装置１７に供給される。焼結されてない又は溶解されてない残りのスラグは、それから投入領域へ繋がる導管１８を介して投入テーブル３上で燃料に混合されかつ再び火格子上に達する。１７で表わされた分離装置は、図式的な方法でのみ図１と関連して説明される分離工程をシンボル化して示す。赤外線カメラ１９は火格子６上の燃焼工程を監視する。中央の調整ユニット２０は、種々の調整装置、即ち、投入量の調整装置３ａ，火の掻きたて速度の調整装置７ａ，一次空気量の調整装置１０ａ，分配装置２１を介して個々の一次空気室９ａ〜９ｅに供給される酸素量の調整装置２１ａに影響を及ぼす。

次に作用法を説明する。

既に図１と関連して記載したように、この方法の目的は、溶解されてない又は焼結されてない燃焼残滓を再び燃焼プロセスに戻すことである。そうすれば、例えば、赤外線カメラ１９によって、燃焼床が観察されかつその際燃料分布及び燃焼床温度が確認される。投入量を調整するために、この燃焼パラメータに依存して、中央の調整ユニット２０を介して、例えば、調整装置３ａが影響を及ぼされる。さらに、この中央の調整ユニットから出発して燃焼空気量の変更のための調整装置１０ａに影響を与える可能性がある。中央の調整ユニット２０から出発して他の影響可能性は、掻きたて速度を変えるために、調整装置７ａに影響を与える可能性である。

同様に調整ユニット２０によって影響される調整装置２１ａは、個々の引き受け室９ａ〜９ｅに供給されることができる酸素量を調整する。図示の実施例において、勿論、全ての調整可能性が図式的に把握されるのではなく、二〜三の僅かな特別に重要な調整工程が把握され、それによって出来る限り多くの燃焼残滓が火格子上に再び戻されることができるように燃焼プロセスを調整することが可能である。

本発明による燃焼残滓の特性に影響を与える方法は、廃棄物処理のためにきわめて有利に利用されることができる。

図１は、本発明の基本的方法のフローチャートを示す。 図２は、本発明による方法を実施するための燃焼設備の図式図を示す。

符号の説明

１ 供給シャフト
２ 投入テーブル
３ 投入テーブル
３ａ 投入量調整装置
４ 燃焼室
５ 燃料
６ 火格子
７ 駆動装置
７ａ 火の掻きたて速度調整装置
８ 移送部材
９ａ 受け入れ室
９ｂ 受け入れ室
９ｃ 受け入れ室
９ｄ 受け入れ室
１０ ブロア
１１ａ 供給導管
１１ｂ 供給導管
１１ｃ 供給導管
１１ｄ 供給導管
１１ｅ 供給導管
１２ 二次空気ノズル
１３ 二次空気ノズル
１４ 供給導管
１５ 供給導管
１７ 分離装置
１８ 導管
１９ 赤外線カメラ
２０ 中央の調整ユニット
２１ 分配装置
２１ａ 酸素量調整装置

Claims (6)

1. 燃焼設備、特に廃棄物燃焼設備からの燃焼残滓の特性に影響を与える方法であって、その際、燃料は火格子上で燃焼され、かつ、落下する溶解されてない及び／又は焼結されてない燃焼残滓が再び燃焼プロセスに供給される、前記方法において、
   燃焼床における溶解工程及び／又は焼結工程は、
   燃焼残滓の戻しにより引き起こされる核心となる燃焼パラメータの変化が、予め定められた許容限界内にある限り、該戻しは、その時の量でそのまま実施される方法ステップによって調整され、
   この際、上記核心となる燃焼パラメータが、燃料の燃え尽きる領域の位置、又は燃料熱量、又は燃料の湿度、又は燃焼床温度の高さと燃焼床上の温度分布、であることを特徴とする前記方法。
2. 燃焼床における溶解工程及び／又は焼結工程は、
   さらに、燃焼残滓の戻しにより引き起こされる核心となる燃焼パラメータの変化を、打ち消すように燃焼プロセスの燃焼条件が意図的に変えられる方法ステップによって調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 燃焼床における溶解工程及び／又は焼結工程は、
   さらに、骨材又は金属スクラップの添加によって、燃焼残滓の物質組成が、燃焼残滓の溶解工程及び／又は焼結工程が影響されるように、変えられる方法ステップによって調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 燃焼残滓が直接燃焼室又は火格子上又は投入テーブル上に戻されることを特徴とする請求項1〜３のうちのいずれか１つに記載の方法。
5. 上記燃焼条件が、単位時間毎に投入される燃料量又は燃焼空気量又は燃焼空気の温度又は燃焼空気の酸素含有量又は燃焼空気供給の場所又は火の掻きたて速度、即ち、燃焼床の内方における燃料の転がり速度であることを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか１つに記載の方法。
6. 添加される骨材又は金属スクラップ、又は選択的に戻される燃焼残滓の断片の量と種類が、燃焼残滓の組成又は塩基度に依存することを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。

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