JPH04313612A - 固形廃棄物を蒸気に転換する方法及びその装置 - Google Patents

固形廃棄物を蒸気に転換する方法及びその装置

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JPH04313612A
JPH04313612A JP4030016A JP3001692A JPH04313612A JP H04313612 A JPH04313612 A JP H04313612A JP 4030016 A JP4030016 A JP 4030016A JP 3001692 A JP3001692 A JP 3001692A JP H04313612 A JPH04313612 A JP H04313612A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、都市固形廃棄物(MS
W)−蒸気転換焼却炉に関し、特に、濃厚な酸素及び液
体急冷を組み合わせて使用し、MSW焼却炉における燃
焼及び温度を調節して全体的な容量の拡張を達成できる
ようにする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MSW焼却炉は、通常、一定の流量の燃
焼空気により1日に一定量のMSWを燃焼させ、調整さ
れた組成からなる一定の流量の煙道ガスを発生させるよ
うに設計されている。燃焼空気の酸素を濃厚にするか又
は単に焼却炉への燃焼空気の設計流量を減少させること
により、焼却炉のMSW容量を向上させる方法は公知で
ある。酸素濃厚化は、煙道ガス組成物から窒素を除去す
る効果を有し、更にMSWが燃焼されることを許容する
一方、設計煙道ガス流量及び煙道ガスにおける酸素の濃
度を維持する。燃焼空気の設計流量を減少させることは
、それにより煙道ガスにおける余剰酸素が減少するとい
う点を除き、MSW容量の拡張に対して、酸素濃厚と同
様の効果を有する。焼却炉の容量を拡張するためのこれ
らの方法の両方における主要な問題の1つは、煙道ガス
から窒素が除去されるか、或いは、煙道ガスにおいて余
剰の酸素が減少するため、燃焼温度が急激に上昇し、炉
の物理的及び機械的許容値を超えてしまうことである。 更に、余剰酸素濃度を削減すると、燃焼効率が損なわれ
、一酸化炭素レベルが上がることがあり、又、有毒有機
化合物の最終的な破壊が低下することがある。従って酸
素を濃厚にし、又は、燃焼空気流を減少させると共に、
燃焼温度を調節するMSW焼却炉の運転方法及びその装
置が大いに必要とされる。
【0003】現代のMSW−エネルギー変換焼却炉の運
転に関連する第2の問題は、燃焼方法を調節して、最小
MSW処理量、及びタービン発電機、地域暖房システム
、吸収蒸気暖房若しくは冷却システム、又はその他の最
終用途への一定蒸気生成量を維持することに関する。 MSWは、成分、水分量、及び発熱量が著しく異なる非
常に不均一な燃料であるため、燃焼空気量及びMSW供
給量は、頻繁に変更を加え、設計された範囲内で燃焼炉
条件を維持しなければならない。例えば、炉における燃
焼温度は、供給物が変化して発熱量が減り、MSWの水
分量が増えると、急速に下がる。そのような場合、操作
員の最初の措置は、燃焼空気の流量を減少させ、炉にお
いて一定の温度を維持することである。しかし、下記の
理由で燃焼空気を減少させ得る程度には、厳しい制約が
ある。
【0004】(a) 炉頂ガスにおける最低の許容でき
る余剰酸素のレベルに対する制約。
【0005】(b) 余剰酸素を減少させると共に増加
する、炉頂ガスにおける一酸化炭素濃度の制約。
【0006】操作員が設計範囲内で炉の温度を調節でき
る場合でも、焼却炉へのMSW供給物の発熱量が減少す
るため、蒸気ボイラーへの熱発生は低下する。作員がM
SWの量を増加できない限り、蒸気生成量は減少する。 しかし、発熱量を減少し、MSWの水分量を増大させる
ためには、炉における滞留時間を長くし、望ましい完全
燃焼を実現する必要がある。水分量の増えたMSWの量
を増やす一方、炉頂ガスにおける余剰酸素濃度を制限基
準内の組成にまで減少させることにより、希望の燃焼温
度を維持しようとすると、焼却炉の底の灰が不完全燃焼
となることが多い。その結果、タービン発電機又はその
他の最終用途への蒸気生成量が、希望の灰の完全燃焼及
び炉頂ガスにおける余剰酸素レベルを維持するため、M
SWが極めて乾燥している期間の長さに応じて、通常、
低下する、従って、MSWが非常に乾燥している期間に
燃焼条件を調節し、MSW量及び蒸気生成量を維持する
MSW焼却炉の運転方法及びその装置が更に必要とされ
る。
【0007】廃棄物処理の一般分野における第3の問題
は、廃水処理プラントからの廃水汚泥を処理するための
経済的かつ環境面で安全な方法を見つけることである。 従来技術には、多数の処理方法があるが、かかる方法が
費用及び環境面で許容し得るか否かは、特に都会におい
て、今日の我々の社会にとってますます重大な問題とな
りつつある。下水汚泥燃焼はかかる処理用として経済的
に実証された方法であるが、典型的な汚泥では、遊離水
分の含有率が、重量比で80乃至98%の範囲で、水分
量が多いため、天然ガス又は燃料油のような補助燃料を
燃焼して、必要な燃焼温度を維持する必要がある。かか
る減少しつつある天然資源の使用は、明確な経済的欠点
を有する。下水汚泥とMSWを共に焼却する方法は、商
業的に実施されている。しかし、汚泥の水分量の増加が
伴い、補助燃料の使用が必要となる。従って、補助燃料
の使用に頼ることなく、これらの障害を解決することに
より、燃焼温度を一定のレベルに維持する、下水汚泥及
びMSWを共に焼却するMSW焼却炉の運転方法及び装
置が更に必要になる。
【0008】この分野における第4の問題は、典型的な
MSW焼却炉自体でかなり大量に生成された廃水、又は
別の源で生成された廃水の処理である。従って、焼却炉
から正味廃水流を排除するか、又は、他のプロセスプラ
ントからの追加廃水を処理する設計特徴を有するMSW
焼却炉の運転方法及びその装置が更に必要である。
【0009】W.S.ストラウス(W.S.Strau
ss)、J.A.ルーケンズ(J.A.Lukens)
、F.K.ヤング(F.K.Young)、及び、F.
B.ビンガム(F.B.Bingham)による「36
0TPD大量燃焼ごみ焼き水壁炉における燃焼空気の酸
素濃厚」(Oxygen  Enrichment  
of  Combustion  Air  in  
a  360  TPD  Mass  Burn  
Refuse−Fired  Waterwall  
Furnace)(1988年米国廃棄物処理会議の議
事録、第13回隔年会議、第315乃至320頁、19
88年5月1日から4日まで)は、西半球において最も
古くから稼動されている廃棄物蒸気転換施設の1つの問
題を解決するために酸素濃厚方法の採用を提案した。し
かし、本出願人が行った実験は、炉における設計温度の
制限により、低レベルの酸素濃厚に留まった。諸著者は
、炉への燃焼空気における利用可能な酸素を21%から
23%に増やすこと、即ち、O2の9.5%増加、又は
O2濃縮の2%の増加について記述しているが、これは
、増加酸素の全て使用する場合、及び炉頂ガスにおける
酸素濃度の増加がない場合、燃焼空気が9.5%減少す
ることを意味する。該著者は、このO2濃厚の増加によ
り廃棄物の産出量を増やす「余地」が生ずると結論付け
ている。しかし、O2濃厚を増すと、炉における断熱燃
焼温度が上昇する。例えば、わずかに3%のO2濃厚レ
ベルを維持する場合、炉の温度は400°F上昇する。 かかる温度上昇は、火格子装置及び下流ボイラー装置に
おける金属の限界を上回ることになる。実際、該著者は
、ドイツ人製造業者により表明された懸念の1つは、か
かる理由に基づく、廃棄物エネルギー転換炉における火
格子システムの火格子の損傷であると述べている。その
結果、実験中火格子上では、常に0.609m(2フィ
ート)の廃棄物の最小深さが維持された。この発明より
以前は、MSW焼却炉への燃焼空気の1乃至2%の酸素
濃厚レベルが実用的であると考えられていた。
【0010】前記資料の著者は、焼却炉へのごみが、雨
で濡れた後や豪雪が降った後のように水分量が極めて高
い場合、多分劇的な結果が得られると示唆した。予期さ
れることは、火格子上の廃棄物の層が薄いほど、完全燃
焼が向上するということである。酸素濃厚にした空気を
火格子の下の端部に供給することができれば、同様に完
全燃焼は向上する。更に、同一の燃焼において、MSW
の浮遊質量流量を許容する、煙道ガスにおける余剰な水
の「余地を残す」には、空気の体積を減らす必要が生じ
る。実際には、該著者は、酸素濃厚を伴う水分量の多い
運転と酸素濃厚が伴わない水分量運転との比較が困難で
あったことを認めた。該著者は、蒸気生成量と灰品質を
いずれも劣化することなく、高含水量の汚泥を酸素濃縮
を伴うシステム中に循環することができると結論付けた
。酸素を濃厚にし同時に水分量の多いMSWか、大量の
下水汚泥のいずれかを使用するという前記開示があるが
、この資料には、本発明の方法又は装置を示唆する記載
はない。
【0011】下水汚泥とMSWを共に焼却する方法を商
業的に使用して処理を行う場合、補助燃料は、下水汚泥
とMSWを共に焼却する方法を商業的に使用して処理を
行う場合、燃料温度を設計限界内に維持するのに必要で
ある。下水汚泥とMSWを共に焼却するには、かかる方
法が初期に可能であるように焼却炉を設計することによ
り、汚泥、補助燃料、及び関連する燃焼空気を混合する
ことによって発生する追加煙道ガス流を考慮に入れる必
要がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】一般に、MSW焼却路
は、操作員がMSWをタイヤなどの高エネルギー廃棄物
と混合する能力に主たる重点を置いて湿性のMSWの焼
却が可能になるように設計されている。前記ストラウス
らの資料の第317頁を参照すること。しかし、主要な
組成変数である廃棄物の水分量が、主として、MSWの
全体的な水分量の大幅な変動を招く地域の天候により左
右されるため、この方法の効果性には限界がある。ここ
でも、問題を軽減するための共通の設計上の特徴は、補
助燃料を燃焼させ、燃焼中の燃料と廃棄物の平均発熱量
を増大することであるが、これには明確な経済上の欠点
が伴う。
【0013】米国特許第3,403,643号は、酸素
含有量が25乃至50%の範囲と主張されている酸素濃
厚を採用した廃棄物焼却方法を開示している。空気濃厚
は、ごみの焼却を加速して、より完全な燃焼を達成し、
それにより、悪臭ガスを削減することを許容するために
開示されている。この米国特許の図5は、燃焼において
達成される極高温を示し、かつ、2,000°Fの真下
から略5,000°Fまでの増加を示している。後者の
場合は、酸素濃厚が40%であり、廃棄物に存在する表
流水が10%未満である。上記のように、かかる温度の
増加は、MSW焼却炉の構造的限界をかなり上廻ってい
る。
【0014】米国特許第3,918,374号は、ごみ
が第1段階焼却炉に充填され、酸素なしで外部の熱によ
りガス化される、熱でごみを分解又はガス化させる多段
階の方法及び装置を説明している。追加のごみと共に第
1段階で生成されたガスは、第2段階に充填され、化学
量の純粋な酸素により燃焼される。第2段階で生成され
たガスを今度は、第3段階で燃焼して、第2段階のごみ
を熱により分解することができる。
【0015】米国特許第4,279,208号は、産業
廃棄物が初期に熱分解され、その一部が濃縮された空気
の存在下、燃焼される方法及び装置を開示している。濃
厚空気の組成及び流量の双方を制限することにより、炉
の温度及び余剰酸素を廃棄物熱分解用の最適レベルに調
節することが可能であると述べられている。第2濃厚空
気流は次に、温度が1300℃乃至1600℃の範囲で
ある第2の燃焼段階中に、第1段階で生成されたガスに
供給される。廃棄物の発熱量が2500kcal/kg
未満の場合、補給燃料が必要であると明記されている。
【0016】米国特許第4,520,741号は、酸素
濃厚空気を使用した2段階燃焼工程において、例えば、
PCB等の液体、又はスラリー状の危険又は有害な廃棄
物を焼却するためのシステムを記載している。第1段階
は400°Fを上廻る温度で極めて短い時間、即ち数ミ
リ秒間、実施され、危険/有毒炭化水素をより単純な成
分に分解する。第2段階は、余剰空気においてより低い
温度、即ち2000°F乃至2600°Fで約2秒間実
施して、完全な燃焼を保証する。
【0017】米国特許第4,630,555号は、炉の
温度を650℃(1202℃)まで下げ、廃棄物充填を
導入し、純粋な酸素を音速にて廃棄物上に注入して廃棄
物の熱分解により形成されたガスを酸化し、液体水を使
用し、熱分解された廃棄物を急冷して温度を約850℃
(1562℃)に限定する不連続廃棄物焼却方法を説明
している。
【0018】前記の4つの米国特許は、最終燃焼方法の
前に熱分解又はガス化方法を使用した。これらの米国特
許は、廃棄物供給基準、工程及び装置の設計及び運転条
件の違いのため、大量燃焼設計における酸素濃厚に関連
する上記の問題の解決法を示していない。
【0019】米国特許第4,762,074号は、ダイ
オキシン及びフラン前駆物質を破壊し、酸素圧縮空気を
使用することにより廃棄物焼却におけるNOX形成を削
減するための方法を説明している。濃厚は、1200℃
の最低燃焼温度にて27乃至32%に指定されている。 酸素濃厚中の大気窒素の削減によりNOXの形成が減少
すると明記されている。NOXの形成時の酸素濃厚によ
る燃焼室内の温度上昇の効果は説明されていない。
【0020】固形廃棄物蒸気転換焼却炉システムにおい
て燃焼及び温度を調節するための本発明は従来技術に伴
う欠点をかなり削減するか、或いは解消する。方法及び
装置を提供することである。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】本発明において、MS
Wのような固形廃棄物は燃焼装置の燃焼領域に送られ、
焼却装置内の蒸気ボイラーによる蒸気生成用の燃料の源
として使用される。燃焼領域への固形廃棄物の流量が測
定され、蒸気ボイラーにおいて生成される蒸気の流量に
応じて調節される。急冷液が燃焼領域に供給されその流
量が測定されて、該燃焼領域における温度に応じて調節
される。酸素が燃焼空気に付加され、酸素濃厚にした空
気が燃焼領域に供給される。燃焼空気の酸素濃厚は、急
冷液の流量における変化に応じて維持される。固形廃棄
物、急冷液、及び酸素濃厚用の流量パラメータを同時に
調節することにより、実質的に一定した蒸気の流量と実
質的に一定の燃焼温度によって測定される実質的に一定
の燃焼を維持することができる。
【0022】
【作用】図1を参照すると本発明の好適なMSW蒸気転
換焼却装置1が示されている。MSWが導入されてシュ
ート2に供給され、ラムフィーダ3又はその他の固形物
流量調節装置、即ちスクリューフィーダ、ロック・ホッ
パなどにより焼却炉1の傾斜された火格子4の上部に送
られる。MSWは燃焼しながら火格子4を下降する一方
、乾燥領域6、燃焼領域7、及び完全燃焼領域8を通過
する。MSWがかなり完全に燃焼した後残留する灰は火
格子4の底5から除去される。図示しない源からの一次
燃焼空気が、配管11及び流量調節弁12を介して送風
機10により導入される。一次空気が下方の火格子4か
ら乾燥領域6、燃焼領域7、及び完全燃焼領域8にそれ
ぞれ空気を導入するダクト13、14及び15に送られ
る。
【0023】図示しない源からの二次空気は、送風機3
2を用い配管30及び流量調節弁31を介して導入する
ことができる。二次空気は、次に複数の配管34に分か
れ、火格子4の上方に供給され、煙道ガスがボイラー3
6に進入する前に、酸素と燃焼ガスの混合を向上させる
と共に、該煙道ガスにおける蒸発された有機体を完全に
燃焼させる。図示しない源からの酸素は、配管40及び
流量調節弁42を通過し、配管43、44、及び45に
進路を変えられ、そこでそれぞれダクト14及び15並
びに配管30に供給される。配管43、44及び45を
通過する酸素はそれぞれ弁46、47、及び48により
調節される。ダクト14及び15並びに二次空気配管3
0を介して燃焼領域7及び完全燃焼領域8に進入する酸
素濃厚レベルは従って独立的に調節される。一次空気ダ
クト14及び15と二次空気配管30の間の酸素の分配
は、一次空気及び二次空気の分配の場合と同様燃焼に影
響を及ぼすが、これを行うための正確な方法は本発明に
とって重大ではない。通常の当該技術の1つにより、酸
素を濃厚にした空気を焼却炉に導入するという重大な方
法を実施するための各種の方法を容易に案出することが
できる。
【0024】混合された酸素濃厚一次空気流と酸素濃厚
二次空気流は、燃焼温度を調節しかつ炉内の全ての領域
で適切な酸素が利用可能となることを保証するという二
重の目的のため、過剰な酸素を含有している。二次空気
の付加に従う煙道ガスの典型的な設計条件は、温度が1
800°Fであり、乾燥した状態で酸素が容積にして1
0%という濃度である。酸素濃厚により煙道ガスから不
活性窒素が除去され、追加MSWが燃焼されるのを許容
する。
【0025】通常、酸素濃厚を伴う燃焼温度の上昇は、
供給シート2において急冷液を直接付加することにより
軽減される。該急冷液は、配管50及び流量調節装置5
1を介してシュート2に供給される。又、該急冷液は、
配管53を介して、火格子4上の複数のスプレーノズル
54に送ることができる。急冷液のある程度蒸発された
急冷液の水は、酸素濃厚により該煙道ガスから除去され
た窒素と置換するが、正味結果としては、同一の煙道ガ
ス流量においてMSW容量が増加することになる。流量
コントローラ55は、熱電対56で測定される焼却炉1
の第1のボイラー通過時の温度に応じて、流量調節装置
51を介して急冷液の流量を調節する。流量コントロー
ラ55は調節装置51を調節して第1通過温度の上昇に
応じて急冷液の流量を増加させる。急冷液の流量の変化
は今度は、調節弁42を介して酸素濃厚流の流量を調節
する。
【0026】本発明の最終の臨界的調節機能は、配管6
0及び流量計62を通過する過熱蒸気の流量を維持する
調節機能である。流量計62を介した蒸気の流量の変動
は、後述の焼却炉1に流入するMSWの流量を変化させ
る。
【0027】MSWの流量の調節、燃焼空気に流入する
酸素の流量の調節、及び急冷液流量の調節を組み合わせ
て協働させることにより、操作員は燃焼温度と煙道ガス
における余剰酸素濃度のパラメータを最初の設計と異な
らないように維持する一方、MSW容量を増加させるこ
とができる。
【0028】急冷液体は通常の補給水とすることができ
るが、都市廃水処理プラントからの下水汚泥又は、MS
W焼却施設自体からの廃水のいずれかを使用するのが望
ましい。下水汚泥は、国の一部の地域では処理手数料が
高額であるため特に魅力的である。更に、通常、下水汚
泥焼却に必要な補助燃料の使用は、それが本発明の方法
のように酸素濃厚を伴う場合には、必要でない。
【0029】下水汚泥は通常、廃水プラントにおける処
理の程度によって水を80乃至98%含有している。汚
泥の水成分は、提案された方法において急冷液媒体とし
て作用する。下水汚泥における固形物は、燃焼可能で工
程に熱を付加する炭素の大部分を占める。従って、固形
物は、MSW容量の拡大と共に、焼却炉の容量の増大の
一部に寄与する。
【0030】下水汚泥を急冷液媒体として使用すると、
廃水処理施設からの汚泥は、更に前処理又は乾燥するこ
となく、焼却炉に送られ、そこで上述の酸素濃厚空気に
より燃焼される。汚泥の流量及び酸素濃厚の程度は、全
て調節され、燃焼温度、過熱蒸気流量、及び焼却装置か
らの煙道ガスにおける酸素含有量を、酸素濃厚を伴わな
い基本操作と変化がないように同時に維持する。
【0031】含水量の多い(重量にして水の85%以上
)下水汚泥は、負の小さな発熱量(LHV)を有する。 つまり汚泥固形物の燃焼により解放されるエネルギーは
、汚泥の水分量を蒸発させるのに必要なエネルギーより
も少ない。従って、同一の熱発生、即ち、流量計62で
測定される蒸気ボイラーからの過熱蒸気の一定流量及び
汚泥のない場合の一定燃焼温度を維持するには、フィー
ダ3を介して焼却炉1に追加MSWを供給しなければな
らない。これを図2に示す。重量にして水が約85%未
満の低水分量において、汚泥は正のLHVである。 つまり、固形物スラッジの燃焼により解放されるエネル
ギーは、水分を蒸発させるのに必要なエネルギーより大
きい。設計発熱率及び燃焼温度を維持するには、焼却炉
へのMSWの流量を少なくし、空気からの窒素で置換し
なければならない。この場合の容量強化は全体として、
下水汚泥固形物処理から一部のMSW容量を引いた形式
となっている。汚泥の含水量は汚泥の物理的性質及びそ
れらを焼却炉に供給する方法に影響を及ぼす。重量にし
て水の約96%より多い極めて多い含水量において、下
水汚泥は液体スラリーであり、スプレーノズル54によ
り火格子4上のMSWの燃焼層の上方から炉内に噴霧す
ることができる。重量にして水の約85%より少ない低
含水量において、汚泥は固相の割合が大きく、MSW供
給シュート2を介して火格子4上に供給されたMSWと
混合する必要がある。上例において配管49を通る煙道
ガスは一定のままである。
【0032】図3乃至7は、全MSW容量及び急冷液流
量と、それぞれ70%、80%、95%、及び98%の
湿性下水汚泥急冷液の水分量並びに100%の水におけ
る酸素消費量及び酸素濃厚の割合を示している。図3乃
至7における結果は、元々MSWを1日当り500トン
(TPD)処理するよう設計されたMSW焼却炉のコン
ピュータシミュレーションにより生成されたものである
。設計方法のパラメータは、以下の通りである。
【0033】 断熱燃焼温度  =  2450°F(下だき)煙道ガ
ス相当容積における余剰酸素  =  10%(乾燥) 煙道ガス流量  =  11,120lb.moles
/hr これらのパラメータは、下水汚泥急冷液による酸素濃厚
を使用した例では同一である。下記のコンピュータシミ
ュレーションの例で使用されたMSW及び乾燥汚泥の典
型的な組成は以下の通りである。
【0034】
【表1】 ―――――――――――――――――――――――――
――                  MSW  
      乾燥下水汚泥―――――――――――――
――――――――――――――           
       重量%          重量%――
―――――――――――――――――――――――――
  炭    素        28.4     
   43.0  水    素          
3.8          6.0  酸    素 
       22.8        24.0  
窒    素          0.44     
   4.0  硫    黄          0
.13  塩    素          0.40
  灰              17.9    
    23.0  水    分        2
6.13                  BTU
/1b  BTU/1b  HHV         
 5200      8240  LHV     
     4564――――――――――――――――
―――――――――――図3(水分が重量にして70%
の汚泥)及び図4(水分が重量にして80%の汚泥)は
、酸素濃厚及び汚泥急冷の増大に伴い、MSW容量が減
少することを示している。上記のように、水分量が約8
5%より少ない汚泥は、正のLHVを有する。従って、
比較的水分量の低い汚泥を使用するとき、該汚泥は炉内
に更に熱を解放するため、MSWを削減することにより
全炉発熱を設計限度に維持しなければならない。
【0035】図5(水分が重量にして95%の汚泥)及
び図6(水分が重量にして98%の汚泥)は、O2濃厚
及び汚泥急冷の増大に伴ってMSW容量が増加すること
を示している。これらの水分量の多い汚泥は負のLHV
を有する。従って、このような汚泥を燃焼させるとき、
該汚泥は炉から熱を吸収するため、MSWを更に燃焼し
てより全発熱量を設計限界に維持すると共に、炉の温度
を一定に維持することが必要である。
【0036】図2は図3乃至7に示されたデータを要約
し、焼却炉におけるMSWの全容積と、重量にして水の
70%、80%、95%、88%、及び100%という
5種類の水分量における湿性汚泥流量をプロットしたも
のである。第6の水分量を追加して、84%の汚泥含水
量においては、汚泥焼却量が増加しても、MSWの容積
は変化しないことを示している。図2は、増分MSWの
容積が、汚泥の含水量に従い、O2濃厚に伴ってどのよ
うに変化するかを示している。
【0037】図3乃至7は本発明の方法による最高50
%の酸素までの性能を示している。しかし、汚泥により
急冷し、かつ、MSW流量を調節し、希望の燃焼温度、
煙道ガス流量、及び煙道ガス余剰O2濃度を維持すれば
、燃焼空気はO2が100%になるまで濃厚にすること
が可能であるため、O2濃厚を50%に限定する根本的
な理由はない。
【0038】本発明の方法は、「従来技術」の節で説明
した4つの問題の各々を解決する。
【0039】(1) 燃焼空気の酸素濃厚により、通常
、煙道ガスから不活性窒素が除去されるため、燃焼温度
が上がる。該濃厚に伴う容量の増加は、従って、炉又は
下流ボイラーにおける温度の限界により設定される。本
発明の方法において、通常、O2濃厚を伴う温度上昇は
急冷液を注入すれば容易に調節できる。急冷液における
水の潜熱容量は、O2濃厚により煙道ガスから除去され
る窒素の顕著な熱容量よりも遥かに多いので、同一のM
SW産出量において、正味煙道ガス流量は少なくなる。 従って、焼却炉容量の増加は燃焼温度を上げなくても達
成される。急冷液を自由に付加できる程度が高くなって
いるので、理論的限界の100%O2までの濃厚に伴う
容量の拡張を達成することができる。
【0040】(2) MSWが非常に高温の期間中の燃
焼条件を調節し、及びMSW量及び蒸気生成量を維持す
ることは、MSW焼却炉を運転する上で頻繁に問題とな
る。 含水量の多い廃棄物を使用した焼却炉で一定の燃焼温度
を維持するには、余剰空気を減らさねばならない。この
問題がありかつ廃棄物の含水量が多いと、燃焼効率は低
下する。即ち、煙道ガスにおけるCOの濃度が増し、底
灰における完全燃焼を達成するために炉内で必要とされ
る滞留時間が長くなる。煙道ガスにおけるCO濃度が規
定限界を超えてしまうという状況に直面している操作員
が唯一講じることのできる処置は、MSW量を、処理可
能でかつ希望の灰の完全燃焼及び燃焼効率を繊維できる
レベルまで減少させることである。こうすると今度は、
施設における蒸気生成量及び発電量が減少する。本発明
の方法において、2つの付加パラメータ、即ち、方法に
付加される自由の程度として、O2濃厚及び急冷液流量
がある。これらの運転パレメータを慎重に調節すれば、
実際的なMSW含水量を処理できる一方、炉内の熱発生
、即ち、一定の蒸気生成量及び底灰の完全燃焼を維持す
ることができる。例えば、水分の多いMSW(発熱量が
少ないもの)を急冷液と共に焼却するとき、急冷液の流
量が減少し、MSW流量が増大するため、MSWと急冷
液の混合物におけるMSW固形物及び水の全流量は、通
常の運転時と同一になる。従って、炉における温度と熱
発生は変化しない。MSWが非常に湿っており、急冷液
流量が排除されるという極端な場合でも、燃焼温度及び
MSW産出量は、O2濃厚レベルを上げればなお維持す
ることができる。
【0041】
【実施例】下記の表2は、実施例1が、重量にして約2
5%の水分を含有する。上記の表1に記載された典型的
なMSW組成の焼却に基づき、実施例2が湿ったMSW
、即ち、重量にして40%の水分を含有するMSWの焼
却に基づくという前記概念を要約している。これらの例
は、水分量の多いMSWにおいては、MSW量が増し、
汚泥流量が減り、燃焼条件及び蒸気生成量が一定に維持
されることを示している。
【0042】
【表2】 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――              
                         
   実施例1          実施例2――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――                  
                    典型的なM
SW      湿ったMSW―――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
MSWの水分、重量%               
           26.1          
40.0MSWの産出量TPD           
             722         
   913湿性汚泥流量 (重量にして95%の含水量、TPD)    1,0
00            832O2濃厚(%O2
)                        
    47              47燃焼温
度、°F                     
     2,150        2,150蒸気
生成量、ポンド/時間            163
,000    163,000――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
―下記の表3及び4は、図1で実施例1及び2としてそ
れぞれ示した本発明のMSW−蒸気転換焼却装置付近の
より完全な物質バランスを示している。
【0043】(3) 下水汚泥の焼却では通常、補助燃
料を使用して、燃焼温度を維持する必要がある。補助燃
料は又、原下水汚泥をMSWと共に大量に焼却する際に
も必要である。提案された発明は、燃焼空気のO2濃厚
方法を採用して燃焼温度を維持することにより、補助燃
料を不要にするものである。更に、O2濃厚方法と組み
合わせれば、元々、汚泥とMSWを共に焼却するように
設計されていない既存の焼却炉で下水汚泥を処理するこ
とができる一方、同時に元来の設計(MSWのみを使用
)燃焼温度、燃料ガス流量、及び余剰O2を維持するこ
とができる・ (4) MSW施設で生成された廃水又は急冷液媒体と
して別の源からの廃水蒸気の使用により、施設からの廃
水排出が排除され、別々のシステムで廃水を蒸発させる
費用が不要になる。本発明の方法は、非常に効果的な廃
水処理オプションを提供する。廃水は炉内で完全に蒸発
され排煙におけるかなり純粋な水分として排出される。 有機体は破壊され、固形物は、底灰に回収されるか、或
いは、フライアッシュ除去装置により捕らえられる。塩
化物、硫黄化合物及び塩は、既存のガス浄化装置におい
て処理される。
【0044】要するに、本発明の方法は、MSW焼却炉
の設計及び運転に、O2濃厚及び液体急冷という2つの
種類の新規性を付加するという斬新な概念に基づくもの
である。各々の新規性を別々に使用する際に伴う問題は
、それらを請求の範囲に記載した方法で組み合わせれば
解決される。O2濃厚方法単独であれば、燃焼温度が急
激に上昇し、達成可能な容量の拡張が著しく制限される
。下水汚泥をMSWと共に焼却すると、炉の温度が低下
し、汚泥の容量が厳密に制限するか、或いは、補助燃料
の使用が必要となる。しかし、本発明の方法に従って、
O2濃厚と下水汚泥急冷を組み合わせれば、高レベルの
O2濃厚が実現され、MSWと汚泥の容量が大幅に増加
し、容量の拡張や汚泥処理を行わなくても、燃焼条件や
煙道ガス流量が最初の設計から変化することはない。
【0045】ここに示し説明した実施例に加え本発明の
各種改良は、前記の説明及び実施例から当業者に明らか
になろう。かかる改良は、特許請求の範囲に包含するこ
とを意図するものである。
【0046】
【表3】実施例1 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――              
MSN    脱水汚泥    全一次及び  酸  
素  煙  道  過熱蒸気流    名      
供  給    供    給    二次空気   
         ガ  ス  生    成――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――温度(°F)      60    
      60        80       
 60     2,150       840圧力
(PSIA)                   
           14.7      20  
    14.7       870流量(LB/H
R)  C            17,090      
 1,792H             2,287
         250O            
13,720       1,000N      
         265         167S
                78       
    0C1             241  
         0H2O        15,7
24      79,166     1,595 
            118,994   163
,000O2                   
             20,816    49
,030    14,608N2         
                       68
,530     2,257    71,218C
O2                       
                         
  68,477SO2              
                         
              156HC1     
                         
                       25
5ASH        10,771       
  958――――――――――――――――――――
――――――――――――――――合    計   
   60,176      83,333    
90,941    51,287   273,70
8   163,000――――――――――――――
――――――――――――――――――――――
【0047】
【表4】実施例2 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――              
MSN    脱水汚泥    全一次及び  酸  
素  煙  道  過熱蒸気流    名      
供  給    供    給    二次空気   
         ガ  ス  生    成――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――温度(°F)      60    
      60        80       
 60     2,150       840圧力
(PSIA)                   
           14.7      20  
    14.7       870流量(LB/H
R)  C            17,576      
 1,490H             2,358
         208O            
14,077         832N      
         274         139S
                84       
    0C1             228  
         0H2O        30,4
21      65,859     1,527 
            120,595   163
,000O2                   
             19,936    50
,135    14,296N2         
                       65
,636     2,307    68,358C
O2                       
                         
  69,142SO2              
                         
              159HC1     
                         
                       24
1ASH        11,035       
  797――――――――――――――――――――
――――――――――――――――合    計   
   76,053      69,325    
87,099    52,444   272,79
1   163,000――――――――――――――
――――――――――――――――――――――
【00
48】
【発明の効果】本発明によれば、焼却炉の容量が増加し
、MSW含水量を処理できる一方、炉内の熱発生を維持
し、焼却炉で下水汚泥を処理できると共に、施設からの
廃水の排出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法のフローチャート図である。
【図2】MSW焼却容量と各種の汚泥水分量における下
水汚泥容量との関係を示すグラフである。
【図3】MSW焼却容量と、汚泥が70%の水を含有す
るときの酸素消費量との関係を示すグラフである。
【図4】MSW消却容量と、汚泥が80%の水を含有す
るときの酸素消費量との関係を示すグラフである。
【図5】MSW焼却容量と、汚泥が95%の水を含有す
るときの酸素消費量との関係を示すグラフである。
【図6】MSW焼却容量と、汚泥が98%の水を含有す
るときの酸素消費量との関係を示すグラフである。
【図7】MSW焼却容量と、汚泥が100%の水を含有
するときの酸素消費量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1  焼却装置 2  供給シュート 3  ラム・フィーダ 4  火格子 5  底 6  乾燥領域 7  燃焼領域 8  完全燃焼領域 10  通風機 11  配管 12  流量調節弁 13  ダクト 14  ダクト 15  ダクト 30  配管 31  流量調節弁 32  通風機 34  配管 36  ボイラー 40  配管 42  流量制御弁 43  配管 44  配管 45  配管 46  弁 47  弁 48  弁 50  配管 51  流量制御弁 53  配管 54  スプレー・ノズル 55  流量コントローラ 60  配管 62  流量計

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  燃焼領域、蒸気ボイラー及び空気を燃
    焼領域に導入するための段階を備えた焼却方法において
    、固形廃棄物を蒸気に転換する方法は、固形廃棄物を燃
    焼領域に導入する工程と、空気流を燃焼領域に供給する
    工程と、燃焼領域において温度を測定する工程と、蒸気
    ボイラーから排出する蒸気の流量を測定する工程と、蒸
    気ボイラーから排出する蒸気の流量に応じて燃焼領域へ
    の固形廃棄物の流量を測定し調節する工程と、該燃焼領
    域に急冷液を供給する工程と、燃焼領域における温度に
    応答して燃焼領域への急冷液の流量を測定し、調節する
    工程と、燃焼領域に酸素流を供給する工程と、急冷液の
    流量における変化に応じて供給された酸素流の流量を測
    定し、調節する工程と、からなることを特徴とする方法
  2. 【請求項2】  請求項1に記載の方法において、前記
    急冷液が、水、廃水、及び湿性スラッジからなる群から
    選択されることを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】  請求項1に記載の方法において、焼却
    装置の燃焼領域が傾斜された火格子を備え、固形廃棄物
    が該傾斜された火格子上に導入されることを特徴とする
    方法。
  4. 【請求項4】  請求項3に記載の方法において、酸素
    流が空気流に付加され組合わされた酸素濃厚の空気流が
    傾斜された火格子の下方に供給されることを特徴とする
    方法。
  5. 【請求項5】  請求項4に記載の方法において、二次
    空気流が又該燃焼領域に付加されることを特徴とする方
    法。
  6. 【請求項6】  請求項5に記載の方法において、二次
    空気流が該傾斜された火格子上の固形廃棄物の上方に供
    給されることを特徴とする方法。
  7. 【請求項7】  請求項6に記載の方法において、酸素
    流の少なくとも一部が該二次空気流に付加されることを
    特徴とする方法。
  8. 【請求項8】  請求項1に記載の方法において、急冷
    液が重量比で少なくとも85%未満の水分含有率の湿性
    スラッジであり、急冷液がスプレー工程により燃焼領域
    に導入されることを特徴とする方法。
  9. 【請求項9】  請求項1に記載の方法において、急冷
    液が重量比で少なくとも85%未満の水分含有率の湿性
    スラッジであり、急冷液が該燃焼領域への導入前に該固
    形廃棄物に付加されることを特徴とする方法。
  10. 【請求項10】  請求項1に記載の方法において、該
    燃焼領域における温度が設計パラメータの範囲内に維持
    されることを特徴とする方法。
  11. 【請求項11】  請求項1に記載の方法において、蒸
    気ボイラーから排出される蒸気の流量が実質的に一定に
    維持されることを特徴とする方法。
  12. 【請求項12】  請求項1に記載の方法において、煙
    道ガスが実質的に一定の濃度の酸素を有する焼却装置か
    ら除去されることを特徴とする方法。
  13. 【請求項13】  燃焼領域、蒸気ボイラー、及び酸素
    濃縮空気を該燃焼領域に導入するための手段を備えた固
    形廃棄物蒸気転換焼却装置で燃焼及び温度を調節する方
    法において、燃焼領域に固形廃棄物を導入して、蒸気ボ
    イラーから蒸気を生成する燃料の源として機能するよう
    にする工程と、燃焼領域に一次空気流を供給して燃焼を
    支援する工程と、燃焼領域における温度を測定する工程
    と、蒸気ボイラーから排出される蒸気の流量を測定する
    工程と、燃焼領域への固形廃棄物の流量を測定し、調節
    して該蒸気ボイラーから排出される蒸気の実質的に一定
    の流量に維持することにより、燃焼を調節する工程と、
    燃焼領域に急冷液を供給する工程と、焼却装置から煙道
    ガスを除去する工程と、燃焼領域への急冷液の流量を測
    定し、調節して、燃焼領域における温度を設計パラメー
    タの範囲内に制御する工程と、一次空気流に酸素流を付
    加する工程と、急冷液の流量における変化に応じて、該
    一次空気流に付加する酸素の流量を測定し、調節して、
    該煙道ガスにおいて実質的に一定の濃度の酸素を維持す
    る工程と、からなることを特徴とする方法。
  14. 【請求項14】  請求項13に記載の方法において、
    急冷液が、水、廃水、及び湿性のスラッジからなる群か
    ら選択されることを特徴とする方法。
  15. 【請求項15】  請求項13に記載の方法において、
    焼却装置の燃焼領域が傾斜された火格子を備え、固形廃
    棄物が傾斜された火格子上に導入されることを特徴とす
    る方法。
  16. 【請求項16】  請求項15に記載の方法において、
    前記酸素濃厚の一次空気流が該傾斜された火格子の下方
    に供給されることを特徴とする方法。
  17. 【請求項17】  請求項16に記載の方法において、
    二次空気流が燃焼領域に付加されることを特徴とする方
    法。
  18. 【請求項18】  請求項17に記載の方法において、
    二次空気流が傾斜された火格子上の固形廃棄物の上方に
    供給されることを特徴とする方法。
  19. 【請求項19】  請求項18に記載の方法において、
    酸素が該二次空気流に付加されることを特徴とする方法
  20. 【請求項20】  請求項13に記載の方法において、
    急冷液が少なくとも約85%未満の水分含有率の湿性ス
    ラッジであり、急冷液が噴霧段階を介して該燃焼領域に
    付加されることを特徴とする方法。
  21. 【請求項21】  請求項13に記載の方法において、
    急冷液が少なくとも約85%未満の水分含有率の湿性ス
    ラッジであり、急冷液が燃焼領域への導入前に該固形廃
    棄物に付加されることを特徴とする方法。
  22. 【請求項22】  廃棄物を燃焼し、燃焼で生成される
    エネルギーを蒸気に転換する焼却装置において、燃焼領
    域と、前記燃焼領域に固形廃棄物を導入する手段と、燃
    焼領域に空気流を導入する手段と、空気流に酸素を導入
    する手段と、燃焼領域における温度を測定する手段と、
    前記焼却装置内の蒸気ボイラーと、蒸気ボイラーから排
    出される蒸気を測定する手段と、燃焼領域に急冷液を供
    給する手段と、蒸気ボイラーから排出される蒸気の流量
    に応じて該燃焼領域に導入された固形廃棄物の量を調節
    する手段と、燃焼領域に供給された急冷液の流量を調節
    して該焼却炉における温度を調節する手段と、該急冷液
    の流量における変化に応じて該空気流に導入された酸素
    の量を調節する手段と、からなることを特徴とする焼却
    装置。
  23. 【請求項23】  請求項22に記載の焼却装置におい
    て、該燃焼領域に傾斜された火格子を設け、該傾斜され
    た火格子上に固形廃棄物を導入する手段を設けたことを
    特徴とする焼却装置。
  24. 【請求項24】  請求項23に記載の焼却装置におい
    て、該傾斜された火格子の下方に該酸素濃厚空気を導入
    する手段が設けられることを特徴とする焼却装置。
  25. 【請求項25】  請求項24に記載の焼却装置におい
    て、該燃焼領域に二次空気流を導入する手段が設けられ
    ることを特徴とする焼却装置。
  26. 【請求項26】  請求項25に記載の焼却装置におい
    て、該傾斜された火格子上の該固形廃棄物の上方に該二
    次空気流を導入する手段が設けられることを特徴とする
    焼却装置。
  27. 【請求項27】  請求項26に記載の焼却装置におい
    て、該二次空気流に酸素を付加する手段が設けられるこ
    とを特徴とする焼却装置。
  28. 【請求項28】  請求項22に記載の焼却装置におい
    て、重量にして少なくとも約85%の水分含有率の湿性
    スラッジからなる急冷液を、該傾斜された火格子上の該
    固形廃棄物上に供給する噴霧手段が設けられることを特
    徴とする焼却装置。
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