JPH0455610A - 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１
つとして、供給されるごみの量および譬の時間変動に伴
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
模が小さくなるほど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
応じてあらかじめ空気量その他を先行制御する方法や、
ごみを細か（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、設計上の制約が多く、実用化は困難で
あった。

ところで流動層炉による廃棄物の燃焼は、通常、総合空
気比ｍｔ１．５〜２．０程度で行われる。１次空気は、
流動媒体を流動させるため１５００〜２５００１ＩＸＩ
ＩＩＨ２０の高い圧力が必要であるが、２次空気は３０
０〜５００１ｕｌｎＨ２０程度でよい。したがって、ラ
ンニングコストの低減のため、所要空気のうち、１次空
気は流動化および流動層の温度維持に必要な量とし、残
りを低圧でよい２次空気として供給している。１次空気
と２次空気の供給割合は、例えば発熱量２０００Ｋｃａ
Ｉ！、７ｋｇの都市ごみ廃棄物においては、１次空気；
２次空気＝ｔ：Ｏ，Ｓとされる。空気比として１次空気
で１．０．２次空気で０．６程度である。また、流動層
燃焼炉たりの１次空気量（ＦＡＦ）は、通常、８００〜
９００（Ｎボ／　ｈ　ｒ　／ボ）で行われている。

しかしながら、焼却炉に供給される都市ごみの性状（特
に燃焼により生じる熱量）は、時々刻々変化し、その変
動幅が大きいため、前述したように１次空気量を一定と
して供給すると、瞬間的に空気比が不足する事態が生し
、排ガス中のＣ０（−酸化炭素）が極端に増加するとい
う問題があった。ＣＯの増大は不完全燃焼の目安となり
、人体に有害なダイオキシン等の発生を増大させるなど
の問題を生じる。

〔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薫気回収率も向上さ
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〕

本発明者らは、前記従来技術に鑑み、鋭意検討した結果
、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ことに着目し
、流動層内に多数の散気管を配置し、流動層における安
定な燃焼を行うための最小限の空気量を確保しつつ、該
散気管に供給する１次空気量を経時的に変化させて均一
な緩慢燃焼を行うとともに、流動層に供給する１次空気
量を３００〜１５０　（Ｎｎ（／ｈ　ｒ／ｎ（）の範囲
と極端に下げ、排ガス中のｃｏｅＡ度、ひいては未燃ガ
スを大幅に低減させるものである。

ところで、前記１次空気量の設定条件は通常、常温で設
定されるが、１次空気量が少なくなり流動層の流動が流
動化開始速度（Ｕｆｆｉ、）に近づくと、その流動状態
が温度の影響を強く受けるようになり、ＣＯ濃度は安定
して低減できるものの、流動状態が不安定になるので、
本発明ではさらに流動層の温度を測定し、該測定温度に
おいて前記１次空気量の設定条件における空塔速度とな
るように、上記１次空気量を調節するようにした。

すなわち、本願の請求項（１）記載の発明は、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Ｕ０と最少流動化空気流動
層Ｕ、ｆとの比Ｕ。／１Ｊ−ｔ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、流動層断面積当たりのトータルの１
次空気量を３００〜８０ＯＮボ／ｈｒ／ｒｒｒの範囲内
の所定値に設定して燃焼を行い、かつ流動層の温度を測
定し、該測定温度において前記設定条件における空塔速
度となるように、上記１次空気量を調節することを特徴
とする廃棄物の流動層燃焼方法である。

請求項（２）記載の発明は、請求項（１）において、上
記２次空気の一部を流動層の直上部に送太し、これによ
り燃焼気体と２次空気を均一に混合することを特徴とす
る廃棄物の流動層燃焼方法である。

請求項（３）記載の発明は、請求項（１）または（２）
において、空塔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である。

請求項（４）記載の発明は、請求項（１）ないしく３）
のいずれかにおいて、前記空塔部に未燃物を含む気体を
多数の流れに分割し、再び合流させる気体混合装置を設
け、該気体と２次空気との混合を促進することを特徴と
する廃棄物の流動層燃焼方法である。

請求項（５）記載の発明は、請求項（１）ないしく３）
のいずれかにおいて、空塔部を流れる気体流が分割され
ながらジグザグ流を呈して流れるように前記空塔部の対
向する壁に交互に気体分割部材を設け、２次空気との混
合を促進することを特徴とする廃棄物の流動層燃焼方法
である。

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、先ず燃焼用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Ｕ０と流動化最
少空気流動層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撹拌が不充分であり、
またダンパ開の時間が１０秒を超えると、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−ｔが４を超えると、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。一方、ダ
ンパ開時のｔＪｏ／Ｕ−ｆカ月。

４未満の場合は、流動層の撹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秒を超える
と流動層内に温度むらを生じ、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、
％ｆが２を超えるとＣＯ低減効果がな（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ｔＪ　Ｏ／　Ｕ　Ｍｆの
好ましい範囲は、Ｕ　Ｏ／　ｔＪ　−ｆ　２．０〜３．
０でダンパ開３〜７秒、Ｕ。

／Ｕ、ｆが０．５〜１．５でダンパ閉３０〜６０秒であ
る。

本発明において、トータルの１次空気量（ＦＡＦ）は、
３００〜８０　ＯＮｍ／ｈ　ｒ／ｍ２の範囲内の所定に
設定される。ＦＡＦをこの範囲に設定すると、排ガス中
のＣＯ濃度を安定して大幅に、かつ安定した値まで低減
することができる。これは、流動層内の空気比が低くな
り、またＦＡＦが小さくなった分、流動がマイルドにな
り、流動媒体の撹拌効果が低下するため、（１）燃焼速
度が低下し、ごみ譬の時間変動を吸収することができる
、（２）流動層内でのガスの逆撹拌効果（ＢａｃｋＭｉ
ｘｉｎｇ）が向上することなどによるものと推察される
。

また本発明においては、流動層の温度が変化した場合、
１次空気量が少ないので流動状態が不安定になるのを防
止するため、流動層の温度を実測し、該温度を設定時の
温度（常温）との差からその測定時の１次空気量が前記
設定条件（常温）における１次空気量（空塔速度）を維
持するように１次空気量が調節される。該空塔速度を維
持できれば、流動層の流動状態が安定する。

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入し
、これによりＣ○等の未燃ガス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、円型炉の場合、炉壁日周
方向の２個所以玉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。空塔部人口から旋回流とな
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次空気を混合が充
分な状態でまんべんなく導入できることになる。

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・ンシュエアのほか
、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込む２次空気は、
気体の均一交互を第１の目的とするため、酸素濃度は極
端には０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、
酸素濃度例えば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。

本発明において、排ガス中の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すれば副次的に窒素酸化物の低減効
果も得られる。その場合の空塔部の滞留時間としては空
塔部下部で１秒以上、好ましくは１．５〜２．０秒、還
元のための空間としては流動層部より上方に１．５ｍ以
上、好ましくは２〜３ｍまでが適当である。

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る
こ交互に気体分割部材、例えば第７図に示すような管列
３８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、流動層
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°Ｃ）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、１次空気の流量調節弁１３と、弁
１３に連結された間流量調節計４４と、１次空気の供給
ポンプ４２と、１次空気の流量計４６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、−古管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
ター付きの制湛弁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、ローリミソターがはたらき、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、／Ｕｆｆｉ
、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を調節し、ダンパ開時
およびダンパ閉時にＵ、／ｖＭｔ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５５０〜８
００°Ｃ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°Ｃを越えようとするときには、制御
ライン２０により水の流量調節弁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。

さらに本発明においては、１次空気量は、流量調節計を
３００〜８０ＯＮボ／　ｈ　ｒ　／ボの範囲内の所定値
に設定して稼働した後、ごみの性状の変化により流動層
の温度が変化し、例えば温度が低下した場合、温度検出
器１７でその温度を検出し、流量調節計４４により該温
度における空塔速度が、前記１次空気量設定時の空塔速
度を維持するように、弁１３を開いて１次空気量を増加
させ、流動状態が不安定となるのを防止する。またごみ
の性状により流動層の温度が上昇した場合、前述と逆に
１次空気量を減少させて前記設定時の空塔速度を維持す
るようにする。このときの１次空気量Ｑは、次のように
して求めることができる。

最初の設定空塔速度Ｕ。は なお、Ｑ、は最初の設定１次空気量、Ｔｏは最初の設定
温度、Ｓｉは流動層断面積である。

温度がＴ。からＴに変化した時の空塔速度ＵはＵｏ＝Ｕ
とすると、 従って、 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、−ｇには１．５〜０．３
　ｍ、好ましくは０．３〜０．８鵬である。

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）と未燃物を含む気体との混合が促進され、必要に応
しＮＯｘが還元されて無害化された後、空塔部上部３２
に達（１、ここで多段に設けられた２次空気供給管３０
かろ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て廃棄物をマイルド燃焼さ
せることができ、その際、流動層温度を所定範囲内に制
御し、さらに１次空気量が設定値を維持するように温度
により１次空気の供給量を修正することにより、さらに
安定した燃焼条件で廃棄物を緩慢燃焼させることができ
る。このため、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、炉内還元反応
が進み易く、また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通、用することができる
。

また請求項（２）ないしく５）記載の発明によれば、上
記（１）の効果に加えてさらに未燃分を減少させること
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ＶＩ−ＶＩ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。

Claims (5)

【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
   少流動化空気流動層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〜
   １００秒の間隔でダンパ開閉を行うとともに、流動層断
   面積当たりのトータルの１次空気量を３００〜８００Ｎ
   ｍ＾２／ｈｒ／ｍ＾２の範囲内の所定値に設定して燃焼
   を行い、かつ流動層の温度を測定し、該測定温度におい
   て前記設定条件における空塔速度となるように、上記１
   次空気量を調節する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次空気の一部を流
   動層の直上部に送入し、これにより燃焼気体と２次空気
   を均一に混合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、空塔部で気
   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）ないし（３）のいずれかにおいて、
   前記空塔部に未燃物を含む気体を多数の流れに分割し、
   再び合流させる気体混合装置を設け、該気体と２次空気
   との混合を促進することを特徴とする廃棄物の流動層燃
   焼方法。
5. （５）請求項（１）ないし（３）のいずれかにおいて、
   空塔部を流れる気体流が分割されながらジグザグ流を呈
   して流れるように前記空塔部の対向する壁に交互に気体
   分割部材を設け、２次空気との混合を促進することを特
   徴とする廃棄物の流動層燃焼方法。