JPH0439509A - 廃棄物の流動層燃焼方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、廃棄物の流動層燃焼方法に関し、特に都市ご
み等のように経時的に量および質が異なる可燃物を流動
層の形成下に燃焼させる燃焼方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、都市ごみ等を焼却する流動層燃焼炉の問題点の一
つとして、供給されるごみの量および質の時間変動に伴
って排ガス中に未燃分が残り、黒煙または一酸化炭素等
の有害ガスを生成するという問題がある。これは炉の規
模が小さくなる程、ごみの大小の影響が大きく、大きな
問題となる。

これを解決するために、供給されるごみの量および質に
応じて予め空気量その他を先行制御する方法や、ごみを
細かく破砕して定量的に炉内へ投入する方法が提案され
ているが、設計上の制約が多（、実用化は困難であった
。

上記流動層焼却における未燃分の発生は、流動層炉にお
いては燃焼速度がきわめて速いために起こる問題であり
、また古くから用いられているストーカ−炉などの機械
炉においては、コンベア等によりごみがゆっくりと火炉
内に供給されるので、未燃分の発生は比較的少なかった
。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上記流動層燃焼装置に特有の問題を解
決し、流動層炉内に投入する廃棄物の量、質の時間的変
動があっても、これに左右されずに緩慢な燃焼速度で廃
棄物を完全に燃焼させ、炉外へのＣＯガス等の排出を防
止し、またボイラ等に用いた場合の蒸気回収率も向上さ
せることができる流動層燃焼方法を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、流動層部に１次空気の供給ノズルを多数有す
る散気管を多数配列した流動層炉を用い、該散気管から
１次空気を供給して廃棄物を燃焼させ、さらに空塔部で
２次空気の供給下に燃焼ガス中の未燃分を燃焼させる廃
棄物の流動層燃焼方法において、前記各散気管に開閉ダ
ンパを含む空気供給量調節手段を設け、空気流量Ｕ。と
流動化最少空気量Ｕｍｆとの比Ｕ０／Ｕｍｆがダンパ開
時に１゜４〜４、ダンパ閉時に０．５〜２の範囲になる
ように、それぞれ１〜１０秒および１０〜１００秒の間
隔でダンパ開閉を行うとともに、流動層の温度が５５０
〜８００℃になるように助燃料または水を供給して温度
制御を行うことを特徴とする。

本発明において、燃焼される可燃物は、都市ごみ等のよ
うに経時的に量および質が異なるもので、嵩密度、水分
量、発熱量等が経時的に変化するものが好適である。都
市ごみの他にこのように量および質が異なる可燃物であ
ればいずれも本発明を適用することができ、これらの例
としては汚泥、鉱石等が挙げられる。

本発明においては、燃焼用１次空気を供給する散気管に
開閉ダンパを設け、１次空気の流量Ｕ。

と流動化最少空気量Ｕｓｆとの比Ｕ０／Ｕ−ｒがダンパ
開時に１．４〜４、ダンパ閉時に０．５〜２の範囲にな
るように、それぞれ１〜１０秒および１０〜１００秒の
間隔でダンパ開閉を行うものであるが、上記ダンパ開の
時間が１秒未満では流動化用空気による攪拌が不充分で
あり、またダンパ開の時間が１０秒を越えると、燃焼に
寄与する空気が過剰になり、ＣＯ低減効果が得られなく
なる。またダンパ開時のＵ。／Ｕ、、が４を越えると流
動化用空気を過剰に供給することになり、運転コストが
上昇し、また燃焼ガスに灰が同伴され易くなる。

方、ダンパ開時のＵｏ／Ｕ、、ｆが１．４未満の場合は
流動層の攪拌効果が充分ではなくなる。さらにダンパ閉
の場合、その閉止時間が１０秒未満ではＣＯ低減効果が
充分でなく、また１００秒を越えると、流動層内に温度
むらを生し、局部的な過熱が進んでクリンカ等を生じる
。さらにダンパ閉時のＵ、／Ｕ、、が２を越えるとＣＯ
低減効果がなくなり、また０、５未満では廃棄物の燃焼
に必要な空気量を確保できなくなる。上述のダンパ開閉
時間とＵｏ　／ｕ、ｔの好ましい範囲は、Ｕ０／Ｕｍｆ
２．０〜３、０でダンパ開３〜７秒、Ｕ、　／ｌＪ、、
が０．５〜１゜５でダンパ閉３０〜６０秒である。

本発明において、１次空気を前記の基準に従って供給す
ることにより、好ましい緩慢な燃焼状態が得られるが、
さらに好ましい燃焼状態を得るためには、流動層部の温
度を５５０〜８００℃の範囲（好ましくは６００〜７５
０’Ｃ）となるように助燃料または水を適量供給して制
御することが好ましい。この場合、流動層温度が８００
℃を超えると間欠燃焼の効果が少なくなり、望ましい燃
焼速度の低減効果が見られなくなる。また流動層温度が
５５０℃以下になると燃焼が持続できなくなる。

本発明においては、流動部での緩慢な間欠燃焼の際に発
生する未燃分を空塔部で２次空気により完全燃焼させる
が、この際、２次空気の１部を流動層の直上部に送太し
、これによりＣＯ等のガスと２次空気を均一に混合し、
その断面方向の濃度分布を均一化することができる。ま
た２次空気の残りは、ガスの流れ方向に沿って２個所以
上から送入することが望ましい。

上記流動層の直上部、すなわち空塔部入口に２次空気の
１部を送入する手段としては例えば丸型炉の場合、炉壁
円周方向の２個所以上から旋回流を生ずるように２次空
気導入管を設けることが望ましい。これによって流動層
部から出てくる気体の流れ中に存在する未燃分の断面方
向の濃度分布を急速に解消し、均一組成の気体流れとす
ることができる。２次空気の１部は全体の２次空気量の
５〜３０％が好ましい。なお、流動層の直上部に２次空
気の全部を導入すると、未燃分が急速に燃焼し、ＮＯｘ
を発生の原因となる。

次に上述のように均一に混合したガス中に２次空気の残
りをガスの流れ方向に沿って２個所以上から送入する手
段としては、多数の小孔を長手方向に有する空気導入管
を、複数本空塔部の長手方向に並列に設けたり、または
リング状の空気導入管を空塔部の長手方向に多段に設け
たりする態様があげられる。空塔部入口から旋回流とな
って上昇する気体に対し、２次空気の残部を上述のよう
に空塔部の長手方向に沿って段階的に噴き出し混合する
と、空塔郡全体において必要とする２次空気を混合が十
分な状態でまんべんなく導入することになる。

なお、上記流動層の直上部およびその上の空塔部で導入
する２次空気としては、通常のフレッシュエアのほか、
燃焼排ガスのような酸素濃度の低い空気を用いることが
できる。例えば流動層の直上部に吹き込む２次空気は気
体の均一交互を第一の目的とするため、酸素濃度は極端
にはＯであってもよく、またその上の空塔部で供給する
２次空気としては、空気に燃焼排ガス一部を混合し、酸
素濃度たとえば１０〜２１％程度にしたものを用いるこ
とができる。このような酸素濃度の低い空気を用いるこ
とはＮＯｘ抑制という副次的効果がある。上述のように
、請求項（２）記載の発明によれば、廃棄物の緩慢な間
欠燃焼によって廃棄物の量、質の時間的変動があっても
安定した状態で燃焼させることができ、未燃ガス等の発
生を可及的に防止するとともに、その燃焼排ガス中の未
燃分の完全燃焼を図り、さらにＮＯｘ発生をも抑制する
ことができる。

本発明において、前述の排ガス中のｃｏ等の未燃物の低
減に加えて窒素酸化物等を低減するためには、流動層内
への前記１次空気のトータルの導入量を可燃物と補助燃
料の燃焼に必要な理論酸素量を有する空気量より以下と
し、前記流動層上方の空塔部の下部を上昇する気体中の
窒素酸化物を該気体中の還元性物質により還元し、さら
にその上方の空塔部上部で気体の流れ方向に沿って２個
所以上から２次空気を導入し、気体中の未燃物を燃焼さ
せることが望ましい。上記の態様において、空塔部下部
の入口（流動層の直上部）に、例えば丸型炉の場合、前
述の旋回流で気体を供給する２次空気供給管を設け、こ
の供給管から燃焼排ガスを供給することにより、該空間
部の気体の混合を促進し、ＮＯｘの還元効果を高めるこ
とができ、また還元に必要な空塔部の長さを減少させる
ことができる。

流動層上方に位置する空塔部を上部と下部に分けて考え
ると、この態様においては、流動層から上昇してくるＨ
、、ＣＯ、ＣＨ，、ＮＨ，等を含む未燃気体に空塔部下
部で１秒以上、好ましくは１．５〜２．０秒の滞留時間
を与えることにより、流動層で生成したＮＯｘを上述の
還元性気体によってＮ２に還元し、ついで空塔部の上部
で２次空気をその流れ方向に沿って多段に送入し、ガス
中に残存する未燃ガス（Ｈ，、Ｃｏ、ＣＨ，、ＮＨ。

等）を完全燃焼させ、ＮＯｘの抑制とともに、未燃物の
完全燃焼を図ることができる。この態様における空塔部
の前述の還元を行う空間部（空塔部下部）は一般に流動
層表面からその気体の上昇方向に向かって１．５ｍ以上
、好ましくは２〜３ｍまでの空間が用いられる。

また空塔部の上部で２次空気を未燃気体の流れ方向に沿
って２段以上に分割して供給することにより、２次空気
と未燃気体の混合を促進し、残存するＮＨ，等の燃焼に
よって再びＮＯｘが生成することを防止する。この場合
の２次空気としては、前述と同様に燃焼排ガスまたは燃
焼排ガスと空気との混合気体を用いることができる。

さらに本発明においては、空塔部（好ましくは２次空気
導入部）に気体と２次空気との混合を促進するための気
体を多数の流れに分割し、再び合流させる格子状物のよ
うな気体混合装置を設けたり、また空塔部にガスの混合
を促進するための邪魔板、例えば空塔部の対向する壁に
交互に気体分割部材、例えば第７図に示すような管列３
８を設け、気体流が分割されながらジグザグ状を呈して
流れるようにし、空塔部における燃焼をさらに促進する
ことができる。

以下、本発明を図面によりさらに詳細に説明する。

〔実施例］ 第１図は、本発明を実施するための流動層燃焼装置の一
例を示す平面断面図、第２図はその正面断面図である。

この装置は、流動層燃焼装置の炉本体１と、該炉本体１
内に１次空気を送入するためのブロア１５と、該ブロア
１５により送入される１次空気を管８．９、バルブ１１
および７を介して炉１内に導入する散気管とを有してお
り、該散気管５には、それぞれ管８から分岐された、バ
ルブ１３を通してオフ時の空気を導入するためのバイパ
ス管９Ａが付設されている。さらにこの装置は、流動Ｎ
３に挿入された温度検出器１７と、該流動Ｎ３の上面に
向くように配置された助燃料（例えば　油）または水の
供給ノズル２３と、上記温度検出器１７で検出された温
度が所定範囲（５５０〜８００℃）になるように弁２１
および２２から適当量の助燃料または水を供給する温度
制御ライン２０とを有している。散気管５のオン−オフ
制御はバルブ７（制御弁）により例えば第８図、第９図
に示されるようなパターンに従ってオン−オフを繰返し
、一方管９Ａにはバルブ１３を介して上記オン−オフに
かかわらず、常に一定量の空気が供給される。

なお、オフ時の空気の供給は、第１図に示すようなバイ
パス管９Ａを用いずに、第３図に示すようにローリミツ
ター付きの制御弁７Ａを管９にそれぞれ設け、第１図と
同様に制御してもよい。この場合制御弁７Ａのオフ時に
は、ローリミツターがはたらき、常に一定量の空気が流
れることになる。

第１図の装置における空気量制御は、まず弁１３を開け
てライン９Ａより各散気管５に燃焼に最低限必要な空気
量、すなわち第４図に示すダンパ閉時のＵ　ｏ　／　Ｕ
−ｔの下限より上に相当する１次空気を供給しておき、
さらに各散気管５のダンパ制御弁７をｔＡ節し、ダンパ
開時およびダンパ閉時にＵ、／Ｕ、、が第４図に示す斜
線の範囲内に入るように調整する。また第２図の温度検
出器１７により温度を連続測定し、流動層温度が５５０
〜８００℃の範囲内に入るように制御する。すなわち、
流動層温度が８００℃を越えようとするときには、制御
ライン２０により水の流ｉｌ調節弁２２が開き、適当量
の水が流動層に注入され、流動層を冷却する。一方、流
動層温度が５５０″Ｃより以下に低下する場合には、助
燃料の流量調節弁２１が同様に開き、適当量の助燃料が
供給され、その燃焼熱により流動層温度を所定値に復帰
する。なお、第４図中の黒丸プロットはこのようにして
実施したデータの一例である。

その他の流動層の条件としては、流動媒体である砂の平
均径は小さい方が好ましいが、一般には１．５〜０．３
閣、好ましくは０．３〜０．８閣である。

なお流動化用１次空気には適当な割合で燃焼排ガスを混
入してもよい。

第５図は、請求項（４）記載の発明の１実施例を示すも
ので、この場合２次空気の一部３６は流動層３の直上部
（空塔部下部入口）に第６図に示すように丸型炉の場合
旋回流を生じるように導入させ、ここで２次空気（主と
して燃焼排ガス）と還元性空気を含む気体との混合が促
進され、Ｎ。

Ｘが還元されて無害化された後、空塔部上部３２に達し
、ここで多段に設けられた２次空気供給管３０から供給
される空気と混合され、気体中の未燃分が完全燃焼され
る。

第７図は、空塔部に気体の混合を促進するための気体分
割部材の一例として、対向する壁に交互に中空管列３８
を設けた例を示すものである。空塔部の気体は２次空気
の供給下に管列によって断面方向に分割、合流を繰返す
とともに、矢印４０のようにジグザグ流れを形成して空
塔部を上昇し、気体の混合が促進され、未燃分が完全燃
焼される。

〔発明の効果〕

請求項（１）記載の発明によれば、簡単なオンオフ制御
方式により流動層炉を用い、流動層温度を所定範囲内に
制御して廃棄物をマイルド燃焼させることにより、その
際、ごみの性状、大小、形状等によらずに未燃分の発生
が極めて少ない条件下で廃棄物を完全燃焼させることが
できる。また請求項（２）記載の発明によれば、上記（
１）の効果に加えて未燃分をさらに減少させることがで
きる。さらに請求項（３）、（４）記載の発明によれば
、１次空気の空気比を理論燃焼量以下とすることにより
、還元性気体を発生させて、空塔部で好適に脱硝を行う
ことができる。

上記により、本発明においては、小規模の燃焼炉でも、
燃焼ガス中に未燃分がほとんど含まれず、黒煙等の発生
がなく、安定した条件で運転することができ、ボイラ等
の場合には蒸気発生量が安定化する。また空気比が通常
の流動層燃焼装置よりも低めに設定することができるの
で、排ガス量が少なくなる。さらに可燃物の量、質によ
らずに安定した燃焼を行うことができるので、都市ごみ
等の流動層焼却の場合に通常前置される破砕機等の予備
処理装置は不要になる。また機械炉の場合に生じるよう
なヒートスポット、溶着等の問題も燃焼条件を選択する
ことによって容易に回避することができ、運転の許容範
囲も広いことから、可燃物に対する燃焼条件の選択の範
囲も大幅に拡大され、大、中、小いずれの規模の流動層
燃焼炉においても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための流動層燃焼装置の一
例を示す平面断面図、第２図は、その正面断面図、第３
図は、本発明の他の実施例を示す流動層燃焼装置の平面
断面図、第４図は、本発明の燃焼方法における数値範囲
を示す図、第５図は、本発明における２次空気の供給方
法の一例を説明する図、第６図は、そのＶｌ−Ｖｌ線に
沿った矢視断面図、第７図は本発明における２次空気の
混合方法の一例を示す説明図、第８図および第９図は本
発明の実施例における１次空気供給のオンオフパターン
を示す説明図である。 １・・・炉本体、２・・・燃焼室、３・・・流動層、４
・・・散気板、５・・・散気管、６・・・風箱、７・・
・バルブ（制御弁）、７Ａ・・・制御弁、８．９．９Ａ
・・・管、１０・・・隔壁、１１．１３・・・バルブ、
１５・・・１次空気ブロア。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）流動層部に１次空気の供給ノズルを多数有する散
   気管を多数配列した流動層炉を用い、該散気管から１次
   空気を供給して廃棄物を燃焼させ、さらに空塔部で２次
   空気の供給下に燃焼ガス中の未燃分を燃焼させる廃棄物
   の流動層燃焼方法において、前記各散気管に開閉ダンパ
   を含む空気供給量調節手段を設け、空気流量Ｕ＿０と最
   少流動化空気量Ｕ＿ｍ＿ｆとの比Ｕ＿０／Ｕ＿ｍ＿ｆが
   ダンパ開時に１．４〜４、ダンパ閉時に０．５〜２の範
   囲になるように、それぞれ１〜１０秒および１０〜１０
   ０秒の間隔でダンパ開閉を行うとともに、流動層の温度
   が５５０〜８００℃になるように助燃料または水を供給
   して温度制御を行うことを特徴とする廃棄物の流動層燃
   焼方法。
2. （２）請求項（１）において、上記２次空気の１部を流
   動層の直上部に送入し、これにより均一に混合した気体
   と空気の混合ガスに２次空気の残りを気体の流れ方向に
   沿って２個所以上から送入することを特徴とする廃棄物
   の流動層燃焼方法。
3. （３）請求項（１）または（２）において、前記１次空
   気の導入量を可燃物と補助燃料の燃焼に必要な理論炭素
   量を有する空気量より以下とし、前記流動層上方の空塔
   部を上昇する気体中の窒素酸化物を該気体中の還元性物
   質により還元し、さらにその上の空塔部上部で、気体の
   流れ方向に沿って２個所以上から２次空気を導入し、気
   体中の未燃物を燃焼させることを特徴とする廃棄物の流
   動層燃焼方法。
4. （４）請求項（１）において、前記１次空気の導入量を
   可燃物と補助燃料の燃焼に必要な理論炭素量を有する空
   気量より以下とし、前記流動層上方の空塔部下部に２次
   空気の１部を送入し燃焼気体中の未燃物の濃度を均一化
   するとともに、該気体中の窒素酸化物を該気体中の還元
   性物質により還元し、さらにその上の空塔部上部で、気
   体の流れ方向に沿って２個所以上から２次空気の残部を
   導入し、気体中の未燃物を燃焼させることを特徴とする
   廃棄物の流動層燃焼方法。