JPH0531045B2

JPH0531045B2 -

Info

Publication number: JPH0531045B2
Application number: JP14345384A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Shimomura; Kenji Kaketa; Mineo Fukiharu; Tatsuhiro Fujii
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1984-07-10
Filing date: 1984-07-10
Publication date: 1993-05-11
Also published as: JPS6122115A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は燃焼排ガスを用いた燃焼装置に関する
ものである。

従来例の構成とその問題点焼却炉内に投入された含水燃料は、乾燥過程、
熱分解・ガス化過程、発炎燃料過程、おき燃焼過
程を経て燃焼を終了するが、含水燃料の性状（含
水率、発熱量、着火温度、他）の違いにより、上
記の過程に要する時間が大きく異なる。特に廃棄
物のように性状変動が激しい含水燃料の場合、そ
の性状変動に応じて、焼却炉内の乾燥ゾーン、熱
分解・ガス化ゾーン、発炎燃焼ゾーン、おき燃焼
ゾーンの長さが変化するが、これら名ゾーンを安
定して制御することは、焼却炉の形状、炉床面積
火炉容積等が定められた焼却炉においては不可能
であつた。このため、着火性の良い高発熱量燃料
の場合は、焼却炉投入後の急激な発炎燃焼が制御
できず、炉床、炉壁の損傷や高濃度のNOx発生
といつた問題があつた。

一方、着火性の悪い低発熱熱量燃料の場合は、
焼却炉投入後から発炎燃焼を開始するまでの乾燥
ゾーン、熱分解・ガス化ゾーンの長さが長く、か
つ不安定なため、安定した燃焼管理が困難である
という問題があつた。これらの問題はすべて、含
水燃料の乾燥過程、熱分解・ガス化過程に必要な
燃料のほとんどが発炎燃焼による火炎からの熱輻
射に依存していること、および、この火炎輻射の
強度が通常の燃焼制御方法では制御しきれなかつ
たことに起因している。

つまり、火炎輻射強度を決定する熱分解ガス濃
度、酸素濃度、燃焼反応域の温度の燃焼炉内の分
布状況を人為的に制御することが可能であれば、
焼却炉内の各ゾーンの制御も可能となるわけであ
る。

従来、この種の目的で燃焼用空気の量、送入位
置を変化させる方法がとられてきたが、空気中の
り酸素濃度が約21％と高いために、空気送入後
の、熱分解ガスと送入空気の燃焼反応が制御困難
であり、したがつて、火炎輻射強度の制御も不可
能であつた。

焼却炉内における含水燃料の燃焼過程は、火格
子式燃焼炉を例にとると、着火性の良い高い高発
熱量燃料の場合は第１図のように、着火性の悪い
低発熱量燃料の場合は第２図のようになる。図に
おいて、１は焼却炉、２はその乾燥火格子、３は
燃焼火格子、４は後燃焼火格子、５は各火格子
２，３，４の上で燃焼せしめられる焼却物、６は
焼却物５の火炎、７は輻射板、８はガス冷却室、
である。そして、燃焼用空気の送入方法として
は、各火格子２，３，４の下方から風箱を介して
燃焼用一次空気が送入されるとともに、火格子
２，３，４上方の炉壁適所に設けた複数の空気ノ
ズル９から燃焼用二次空気が送入される。

すなわち、含水燃料の乾燥、熱分解・ガス化に
必要な熱量のほとんどが発炎燃焼ゾーンからの火
炎輻射によるものであり、第１図に示す着火性の
良い高発熱量燃料の場合は、燃料の乾燥、熱分
解・ガス化に必要な熱量が小さいのに比較して、
火炎輻射による受け熱量が大きいため、含水燃料
の乾燥ゾーン・熱分解・ガス化ゾーンが短かくな
り、燃料投入後すぐに発炎燃焼するといつた現象
がみられる。

逆に、第２図に示す着火性の悪い低発熱量燃料
の場合は、燃料の乾燥、熱分解・ガス化に必要な
熱量が大きいのに比較して、発炎燃焼ゾーンが乾
燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾーンと離れているこ
とおよび火炎温度が低いために、火炎輻射による
受熱量が小さい。このため、乾燥ゾーン、熱分
解・ガス化ゾーンが長くなり、安定した燃焼管理
が困難であつた。

したがつて、第１図のような燃焼状況に対して
は、火炎中に炉内水噴霧を行い、発炎燃焼ゾーン
における発生熱量を水の蒸発潜熱により減少させ
る等の方法がとられている。しかし、火炎温度は
熱分解ガス濃度、酸素濃度から決まる発応生成熱
量が大きな因子として、決定されるため、炉内水
噴霧により焼却炉内の温度を低下させることは可
能であつても、火炎そのものの温度を低減させる
のは困難であり、このため、火炎輻射による受熱
量が制御できず、したがつて、焼却炉内の各ゾー
ンの制御もできなかつた。

一方、第２図のような場合、火炎輻射による低
発熱燃料への電熱量を増加させるために、輻射板
７の長さを長くしたり、燃焼排ガスと低発熱量燃
料が向流状態で接触するように炉形状を考慮する
方法がとられている。

この場合、発炎燃焼ゾーンの火炎輻射により熱
量が乾燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾーンに有効に
利用されるので、乾燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾ
ーンが第１図と比較して短く、かつ安定になる
が、燃料の発熱量が高くなると、乾燥ゾーン、熱
分解・ガス化ゾーンへの輻射熱量が第１図の場合
よりもさらに大きくなるため、燃料投入後の急激
燃焼が防止できないという問題があつた。

また、第２図において、後燃焼火格子４より上
方の炉壁適所に設けた空気ノズル９から、あるい
は後燃焼火格子４の下方から燃焼用二次空気を送
入する方法も採られているが、この場合、発炎燃
焼ゾーンの火炎燃焼が激しくなり、発炎燃焼ゾー
ンの炉床や炉壁を損傷するとともに、高濃度の
NOxが発生するという問題があつた。

発明の目的本発明は上記従来の問題を解消する燃焼排ガス
を用いた燃焼装置を提供することを目的とする。

発明の構成上記目的を達成するため、本発明の燃焼排ガス
を用いた燃焼装置の第１の手段は、燃焼炉内の乾
燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾーン、発炎燃焼ゾー
ン、おき燃焼ゾーンを形成する各火格子の下方
に、燃焼用一次空気を送入する風箱を設け、燃焼
炉の前部炉壁に配置されて前記乾燥ゾーン側から
発炎燃焼ゾーン側に燃焼排ガスを送入する排ガス
ノズルを設け、燃焼炉の後部炉壁に配置されて前
記おき燃焼ゾーン側から発炎燃焼ゾーン側に燃焼
排ガスを送入する排ガスノズルを設け、燃焼炉の
側部炉壁に配置されて発炎燃焼ゾーン上方の空間
に燃焼用二次空気を送入する燃焼用二次空気ノズ
ルを設けたものであり、上記構成において、着火性の高い高発熱量燃料
に対して、前部炉壁の排ガスノズルにより、乾燥
ゾーン側から発炎燃焼ゾーンに燃焼排ガスを送入
することで高発熱量燃料の燃焼を抑制し、その後
燃焼用二次空気ノズルから送入した燃焼用二次空
気により未燃ガスを完全燃焼させることができ
る。

また発炎燃焼ゾーンにおいて急激に発炎燃焼す
る低発熱燃料に対して、後部炉壁の排ガスノズル
により、おき燃焼ゾーン側から発炎燃焼ゾーンに
燃焼排ガスを送入することで、低発熱燃料の燃焼
を抑制し、その後燃焼用二次空気ノズルから送入
した燃焼用二次空気により未燃ガスを完全燃焼さ
せることができる。

したがつて、炉床、炉壁へのクリンカ付着や炉
床、炉壁の損傷が防止できるとともに、火炎温度
の低下に伴うNOxの発生量を抑制することがで
きる。

また、燃焼排ガスを用いた燃焼装置の第２の手
段は、上記第１手段の構成に加えて、燃焼炉の上
記炉壁に配置されて前記発炎燃焼ゾーンに燃焼排
ガスを送入する排ガスノズルを設けたもので、上記構成において、性状変動の激しいごみなど
の燃焼物に対して、前部炉壁の排ガスノズルと上
部炉壁の排ガスノズルから発炎燃焼ゾーンに燃焼
排ガスを送入し、燃焼物を空気三段装入方式によ
り各ゾーンにおける燃焼制御が可能となり、完全
燃焼を実現できる。

さらに、熱分解速度の大きいプラスチツク等の
燃焼物に対して、前部炉壁および上部炉壁の排ガ
スノズルから発炎燃焼ゾーンに燃焼排ガスを送入
することで、燃焼物の燃焼速度を抑制でき、燃焼
用二次空気ノズルからの二次空気により、未燃ガ
スの完全燃焼を行うことで、ボイラチユーブなど
の腐食を防止できる。

実施例と作用以下、本発明の実施例を第３図〜第５図に基づ
いて説明する。なお、第１図、第２図に示したも
のと同一構成のものには同一番号を付して説明を
省略する。

第３図〜第４図において、１０Ａ，１０ｂは火
格子２，３，４上方の空間部で火炎の流れ方向
（すなわち風箱２１から送入される燃焼用空気の
送入方向に相当）の下流側部分に燃焼排ガスを送
入する排ガスノズルであつて、１０Ａは焼却炉前
部炉壁に設けた排ガスノズルで、乾燥ゾーン側か
ら発炎燃焼ゾーン中に燃焼排ガスを送入し、１０
Ｂは焼却炉後部炉壁に設けた排ガスノズルで、お
き燃焼ゾーン側からの発炎燃焼ゾーンに排ガスを
送入するものである。また、１１は火格子２，
３，４上方の空間部で火炎の流れ方向下流側部分
に対応して焼却炉の側部炉壁に設けられた複数の
空気ノズル（燃焼用二次空気ノズル）で、前記各
排ガスノズル１０Ａ，１０Ｂから送入される燃焼
排ガスより火炎の流れ方向下流側の発炎燃焼ゾー
ン中に燃焼用二次空気を送入するものである。

第３図にこの実施例における高発熱燃料に対す
る燃焼排ガスを用いた焼却炉の一例を示す。すな
わち、各火格子２，３，４の下方から風箱２１を
介して燃焼用一次空気を送入するとともに、火格
子２，３，４上方の空間の火炎上流側部分に対応
して焼却炉前部炉壁および上部炉壁に設けた排ガ
スノズル１０Ａから発炎燃焼ゾーン火炎６の中心
部をめがけて燃焼排ガスを送入し、さらに火格子
２，３，４上方の空間火炎下流側部分に対応して
焼却炉側部炉壁に設けた複数のノズル１１から燃
焼用二次空気を送入して未燃ガスの完全燃焼を行
う。そうすると、乾燥ゾーン、熱分解、ガス化ゾ
ーンが火炎輻射により受ける熱量が減少するため
に、乾燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾーンがともに
長くなり、燃料投入後すぐに着火燃焼する現象が
なくなる。また、火炎中の熱分解ガス濃度、酸素
濃度が低下するために、第１図に比較して火炎温
度が低下し、火炎部空間が広がる。この結果、高
発熱量燃料焼却時の炉床、炉壁へのクリンカ附着
および炉床炉壁の損傷が防止できるとともに、火
炎温度の低下に伴い、NOxの発生が抑制可能と
なる。

第４図にこの実施例における低発熱量燃料に対
する燃焼排ガスを用いた焼却炉の一例を示す。す
なわち、各火格子２，３，４の下方から燃焼用一
次空気を送入するとともに、火格子２，３，４上
方の空間上流側部分に対応して焼却炉後部炉壁に
設けた排ガスノズル１０Ｂから発炎燃焼ゾーン火
炎６の中心部をめがけて燃焼排ガスを送入し、さ
らに火格子２，３，４上方の空間下流側部分に対
応して焼却炉側部炉壁に設けた複数の空気ノズル
１１から燃焼用二次空気を送入して未燃ガスの完
全燃焼を行う。そうすると、発炎燃焼ゾーンにお
ける急激な火炎燃焼が防止できるとともに、火炎
空間が乾燥ゾーン側に広がる。この結果、発炎燃
焼ゾーンにおける床炉や炉壁の損傷が防止できる
とともに、火炎温度の低下に伴い。NOxの発生
が抑制できることになる。さらに、火炎空間が乾
燥ゾーン側に広がることにより、乾燥ゾーン、熱
分解・ガス化ゾーンにおける炎輻射による受熱量
が増加し、乾燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾーンが
短かくなつて安定する。

第５図に前記燃焼装置をより具体化した焼却炉
の実施例を示す。第５図において、１０Ｃは焼却
炉上部炉壁に設けた排ガスノズルで、上方から発
炎燃焼ゾーンに燃焼排ガスを送入するものであ
る。また、炉内の乾燥・熱分解ガス化ゾーン、発
炎燃焼ゾーン、おき燃焼ゾーンの上部温度を熱電
対、光温度計等で計測し、各々のゾーンの上部温
度が各ゾーンの設定値（例：TIC−１：400℃、
TIC−２：800℃、TIC−３：500℃他）となるよ
うに、各ゾーンへの燃焼排ガス吹込量は、焼却炉
前部炉壁、上部炉壁、後部炉壁に設けた排ガスノ
ズル１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｂをそれぞれ制御して
行う。そうすると、炉床上の各ゾーンは燃料の性
状変動に対しても、安定した燃焼が可能となり、
火炎温度の低下に伴つて、炉床、炉壁の損傷が防
止できることになる。また、NOxの発生量も抑
制されることになる。

ところで、燃焼排ガスにより燃焼制御により、
焼却炉出口排ガス中の未燃焼ガス濃度（CO、
CH₄他）が増加する場合が考えられるが、これに
対しては、焼却炉出口排ガス中のO₂濃度がある
一定濃度（例：８％）以上となるように燃焼用二
次空気を送入するかあるいは、焼却炉出口排ガス
中のCO濃度がある一定濃度（例：30ppm）以下
となるように燃焼用二次空気を送入するといつた
方法を用いることにより対処できる。また、別の
方法として、焼却炉出口ガス温度（TIC−４）が
一定（例：900℃）となるように、燃焼用二次空
気量を制御することにより、排ガス中未燃ガスの
完全燃焼と炉温制御をあわせて行うことも可能で
ある。

以上、炉内各部の温度を計測、制御することに
より焼却炉内の燃焼を制御する方法について述べ
たが、温度検知器を用いず各々のゾーンのガス濃
度（例、O₂濃度、CO₂濃度、CO濃度、炭化水素
濃度、他）を計測し、その濃度が、各ゾーンの設
定値（例：乾燥熱分解ガス化ゾーンO₂濃度10％、
発炎燃焼ゾーンO₂濃度５％、おき燃焼ゾーンO₂
濃度10％）となるように、各ゾーンへ燃焼排ガス
吹込量を各々制御してもよい。

なお、本発明は、焼却炉内において燃料の乾燥
ゾーン、熱分解・ガス化ゾーン、発炎燃焼ゾー
ン、おき燃焼ゾーンが存在する各種の焼却炉に適
用可能である。また、燃焼制御に用いる燃焼排ガ
スとしては、焼却炉出口の排ガスでも集じん器出
口の排ガスでも、洗煙装置（乾式または湿式）出
口排ガス等のいずれの燃焼排ガスでもよい。

発明の効果以上に述べたごとく本発明の第１の手段によれ
ば、次の効果を得ることができる。

(1) 高発熱量燃料の燃焼に対しては、前部炉壁お
よび上部炉壁に設けた排ガスノズルを介して乾
燥ゾーン側から発炎燃焼ゾーン中に燃焼排ガス
を送入することにより、燃焼投入後すぐに着
火、燃焼する現象が制御できる。その結果、炉
床、炉壁へのクリンカ付着や炉床、炉壁の損傷
が防止できるとともに、火炎温度の低下に伴い
NOxの発生量を制御できる。

(2) 低発熱量燃料の燃焼に対しては、後部炉壁に
設けた排ガスノズルを介しておき燃焼ゾーン側
から発炎燃焼ゾーン中に燃焼排ガスを送入する
ことにより、発炎燃焼ゾーンにおける急激な発
炎燃焼が防止でき、炉床や炉壁へのクリンカ付
着や炉床、炉壁の損傷が防止できるとともに、
火炎温度の低下に伴いNOxの発生量を抑制で
きる。さらに、火炎が乾燥ゾーン側に広がるこ
とにより、炉床上の燃料の着火を早め、簡素ゾ
ーン、熱分解・ガス化ゾーンの増加を防止でき
るとともに安定させる効果が得られる。

また、第２の手段によれば、次の効果を得る
ことができる。

(3) また、前部炉壁および上部炉壁に設けた排ガ
スノズルを介して発炎燃焼ゾーンに燃焼排ガス
を送入するとともに、側部炉壁に設けた空気ノ
ズルを介して、排ガスノズルから送入される燃
焼排ガスより火炎の流れ方向下流側に燃焼用二
次空気を送入することによつて、空気三段送入
方式を行い、未燃ガスの完全燃焼を行うので、
性状変動の激しいごみ等の燃焼に対しても焼却
炉内の各ゾーンの制御が可能となり、炉床、炉
空間を十分に活用した燃焼が実施できる。この
結果、発炎燃焼ゾーンにおける急激な発炎燃焼
が防止できる。このため炉床、炉壁へのクリン
カ付着や炉床、炉壁の損傷が防止できるととも
に、火炎温度の低下に伴いNOxの発生量を制
御できる。

(4) さらに、プラスチツク等の熱分解速度の大き
い燃料に対して、前部炉壁および上部炉壁に設
けた排ガスノズル１０Ａ，１０Ｃを介して発炎
燃焼ゾーン中に燃焼排ガスを送入することによ
り、その熱分解速度を抑制して発生熱分解ガス
量の変動を制御し、その熱分解ガスが完全燃焼
するのに必要な燃焼用二次空気量を焼却炉出口
O₂等の計測置に基づいて空気ノズル１１から
供給することにより、排ガス中の未燃ガスを完
全燃焼することが可能となる。この結果、プラ
スチツク等の熱分解速度の大きい燃料の燃焼に
際して、発生する未燃カーボン、CO、CO₄と
いつた未燃ガス成分の減少が可能となり、これ
らの未燃成分と排ガス中に含まれるHCl、SOx
等の含有ガスとの共存によつて引き起こされる
焼却炉内耐火物の浸食や、ボイラチユーブの腐
食を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来例を示す焼
却炉縦断面図、第３図〜第５図はそれぞれ本発明
に係る焼却炉の実施例を示す縦断面図である。１……焼却炉、２……乾燥火格子、３……燃焼
火格子、４……後燃焼火格子、５……焼却物、
９，１０……空気ノズル、１０Ａ〜１０Ｃ……排
ガスノズル、１１……空気ノズル、２１……風
箱。

Claims

【特許請求の範囲】１燃焼炉内の乾燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾー
ン、発炎燃焼ゾーン、おき燃焼ゾーンを形成する
各火格子の下方に、燃焼用一次空気を送入する風
箱を設け、燃焼炉の前部炉壁に配置されて前記乾
燥ゾーン側から発炎燃焼ゾーン側に燃焼排ガスを
送入する排ガスノズルを設け、燃焼炉の後部炉壁
に配置されて前記おき燃焼ゾーン側から発炎燃焼
ゾーン側に燃焼排ガスを送入する排ガスノズルを
設け、燃焼炉の側分部壁に配置されて発炎燃焼ゾ
ーン上方の空間に燃焼用二次空気を送入する燃焼
用二次空気ノズルを設けたことを特徴とする燃焼
排ガスを用いた燃焼装置。２燃焼炉内の乾燥ゾーン、熱分解・ガス化ゾー
ン、発炎燃焼ゾーン、おき燃焼ゾーンを形成する
各火格子の下方に、燃焼用一次空気を送入する風
箱を設け、燃焼炉の前部炉壁に配置されて前記乾
燥ゾーン側から発炎燃焼ゾーン側に燃焼排ガスを
送入する排ガスノズルを設け、燃焼炉の後部炉壁
に配置されて前記おき燃焼ゾーン側から発炎燃焼
ゾーン側に燃焼排ガスを送入する排ガスノズルを
設け、燃焼炉の側部炉壁に配置されて発炎燃焼ゾ
ーン上方の空間に燃焼用二次空気を送入する燃焼
用二次空気ノズルを設け、燃焼炉の上部炉壁に配
置されて前記発炎燃焼ゾーンに燃焼排ガスを送入
する排ガスノズルを設けたことを特徴とする燃焼
排ガスを用いた燃焼装置。