JPH06272809A - 燃焼装置及び燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼により不安定なガス組成の排ガスを生じ
ても、脱硝用還元剤の添加により窒素酸化物濃度がかえ
って増加してしまうことを防止し、無触媒脱硝性能を向
上できる。 【構成】 気化器７には水供給ライン２４により水が、
アンモニア水供給ライン２５によりアンモニア水が、そ
れぞれ供給される。このアンモニア水と水とは気化器７
で加熱して水蒸気にガス化したアンモニアが混合した混
合蒸気にしてアンモニア添加ライン２７を介して焼却炉
１内の燃焼ガスとアンモニアとが反応する燃焼ガス領域
に供給する。温度センサ１２による検出温度信号とＮＯ
ｘ濃度検出器１３による検出ＮＯｘ濃度値信号とによ
り、制御器８は、かかる検出温度と検出ＮＯｘ濃度値と
が、共にそれぞれの基準値より高いときは、制御バルブ
１１に水流量制御信号を出して、水供給ライン２６から
水を気化器７に送り、混合蒸気中の水蒸気量を大きくす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は脱硝用還元剤を用いる燃
焼装置及び燃焼方法、特にゴミなどの不揃いで組成など
も不均一な塊状物を燃焼するのに好適な燃焼装置及び燃
焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゴミなどの燃焼に触媒脱硝を用いる場
合、脱硝に最適な温度域である300℃乃至400℃程度の温
度域では有害なダイオキシンが生じ、また、300℃程度
以下の低温では脱硝触媒の耐久性に難がある。そのう
え、不揃いで組成なども不均一な塊状物であるゴミを焼
却すると、排ガスの組成が不安定で窒素酸化物濃度が短
期間に激しく経時変化するので還元剤供給量の調節が事
実上不可能で、脱硝性能と流出アンモニア濃度の点で問
題がある。これに対し、無触媒脱硝は最適な温度域が70
0℃乃至900℃程度で、ゴミ燃焼炉内の状態に適合してい
る。しかも、ゴミ焼却炉は一般に火力発電用のボイラな
どに比べれば機壁面積が小さく、この点で無触媒脱硝に
適している。これらの理由により、ゴミなどの燃焼のた
めに、ゴミ燃焼炉からの排ガスを脱硝する触媒脱硝が用
いられることは比較的少なく、大多数は無触媒脱硝が適
用されている。

【０００３】ゴミ焼却炉などにおける無触媒脱硝では、
通例、燃焼炉内にアンモニア水や尿素水を噴霧させて燃
焼ガスに混合させて脱硝用還元剤としている。また、脱
硝用還元剤としてアンモニアを用いる場合に、燃焼ガス
温度を最適反応温度域に保つために、燃焼ガス温度を検
出し、この検出温度に基づいて水や水蒸気を煙道に供給
するなどして燃焼ガス温度を調節する手段が知られてい
る（特開昭55-20379号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ゴミなど不揃
いで組成なども不均一な塊状物を燃焼させる場合、この
燃焼により生じる燃焼ガスの組成は不均一となる。例え
ば流動層ボイラなどで燃焼させる場合なら、かかる塊状
物を流動層上に落下させた場合に、まず、水分が蒸発し
次いで燃焼が始まる。例えば塊状物がプラスチックであ
れば、燃焼は激しくなり、排ガスの温度は急激に上昇
し、かつ、一酸化炭素などの未燃分が炉内を上昇して燃
焼雰囲気が拡大する。布団などのような繊維の塊状物で
あれば、水分が蒸発した後炭化し、燃焼が長く続く。流
動層内の部位によっては空気が吹き抜け、高酸素濃度
で、かつ、低水分濃度のガスが発生する。このように、
ゴミなどの燃焼を続けるうちに、水分濃度が低く酸素濃
度が高い燃焼ガスが局所的、あるいは一時的に発生す
る。かかる部位にアンモニアなどの脱硝用還元剤が添加
されても窒素酸化物濃度が減少せず、かえって、脱硝用
還元剤が高温酸化されて窒素酸化物に転じ、むしろ排ガ
ス中の窒素酸化物濃度が増加するという問題があった。

【０００５】本発明は、燃焼により不安定なガス組成の
排ガスを生じても、脱硝用還元剤の添加により窒素酸化
物濃度がかえって増加してしまうことを防止し、無触媒
脱硝性能を向上することができる燃焼装置及び燃焼方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、無触媒脱
硝反応につき各種の実験を行ない、燃焼装置において、
燃焼の中間ラジカルの残存する部位などでは、脱硝用還
元剤の高温酸化による窒素酸化物生成を抑制し、脱硝用
還元剤による脱硝反応を促進するのには水の影響が大き
いことを見出して本発明の想到に至ったもので、本発明
の要旨は、燃焼を行なう燃焼炉と、該燃焼炉内で燃焼ガ
スとアンモニア、アンモニア化合物又は含窒素有機化合
物とが反応する燃焼ガス領域にアンモニア、アンモニア
化合物又は含窒素有機化合物を有する脱硝用還元剤を供
給する脱硝用還元剤供給手段と、前記燃焼炉内に前記脱
硝用還元剤の高温酸化による窒素酸化物の生成を防止す
るための水を供給する給水手段とを備えた燃焼装置にあ
る。

【０００７】また、前記脱硝用還元剤の高温酸化による
前記燃焼ガスの窒素酸化物が生成される度合いが一定値
より大きいか否かを検出する検出手段と、該検出手段が
前記度合いは前記一定値より大きいことを検出したとき
は前記給水手段により前記燃焼炉内に供給する前記水の
量を増量する増水手段とを備えた前記の燃焼装置も要旨
とする。

【０００８】前記給水手段が供給する前記水を予め蒸気
化し、該蒸気に前記脱硝用還元剤供給手段が供給する前
記脱硝用還元剤を予めガス化して混合した混合蒸気とし
てから該混合蒸気を前記燃焼炉内に供給する混合蒸気供
給手段を備えた前記の何れかの燃焼装置も要旨とする。

【０００９】アンモニア、アンモニア化合物又は含窒素
有機化合物を有する脱硝用還元剤を燃焼により生じる燃
焼ガスに供給する工程と、前記燃焼ガスに前記脱硝用還
元剤の高温酸化により窒素酸化物が生成される雰囲気の
部分があるときは少なくとも該部分に水を供給する工程
とを備えた燃焼方法も要旨とする。

【００１０】

【作用】本発明者らは、燃焼ガス中に脱硝用還元剤のほ
かに、一定量の水を存在させることで、脱硝用還元剤が
高温酸化されて窒素酸化物に転じるのを防止できること
を無触媒脱硝反応につき各種の実験を行なって検証し
た。従って、燃焼装置の燃焼炉内で燃焼ガスとアンモニ
ア、アンモニア化合物又は含窒素有機化合物とが反応す
る領域に、アンモニア、アンモニア化合物又は含窒素有
機化合物を有する脱硝用還元剤の他、脱硝用還元剤の高
温酸化による窒素酸化物の生成を防止するための水を供
給するすれば、脱硝用還元剤の添加により燃焼ガスの窒
素酸化物濃度がかえって増加してしまうことを防止でき
る。

【００１１】検出手段と増水手段とを備えた前記の燃焼
装置の場合は、脱硝用還元剤の高温酸化による前記燃焼
ガスの窒素酸化物が生成される度合いが一定値より大き
いときに、供給する水を増量して、水の不足により燃焼
ガスの窒素酸化物濃度の増大を十分に防止できなくなる
事態を防ぐことができる。

【００１２】水を液状のまま供給する場合は、燃焼装置
内で、まずアンモニアが蒸発し、その後水が気化するの
で、アンモニアと水とを共存させにくいが、混合蒸気供
給手段を備えた前記の燃焼装置の場合は、水を予め蒸気
化し、この蒸気に脱硝用還元剤を予めガス化して混合し
た混合蒸気としてから該混合蒸気を燃焼ガスに供給する
のでアンモニアと水とを共存させやすいから、燃焼ガス
の窒素酸化物濃度の増大を十分に防止することができ
る。

【００１３】また、上記の燃焼方法によれば、燃焼ガス
に前記脱硝用還元剤の高温酸化により窒素酸化物が生成
される雰囲気の部分に供給される水により、やはり脱硝
用還元剤の添加により燃焼ガスの窒素酸化物濃度がかえ
って増加してしまうことを防止できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。ま
ず、第１の実施例として、本発明の根拠となる無触媒脱
硝反応についての実験結果につき説明する。この実験
は、無触媒脱硝性能におよぼす燃焼ガス中の水と酸素と
の濃度の影響についての実験であり、流動層ボイラの流
動層上部の空間を模擬して、加熱した石英管の中に、Ｃ
Ｏを5000ppm、ＮＯを200ppm、ＮＨ₃を500ppmとし、一定
の割合でＨ₂ＯとＯ₂とを含む窒素をベースとした試料ガ
スを流通させて、石英管内の温度を変化させながら石英
管両端部側のＮＯｘ濃度変化により脱硝率を測定し、Ｈ
₂ＯとＯ₂との混合割合の異なる試料ガス間での脱硝率を
比較するものである。

【００１５】試料ガスは試料ガス１乃至５の５種類を用
意した。試料ガス１はＨ₂Ｏが20％、Ｏ₂が７％、試料ガ
ス２はＨ₂Ｏが20％、Ｏ₂が15％、試料ガス３はＨ₂Ｏが1
0％、Ｏ₂が７％、試料ガス４はＨ₂Ｏが０％、Ｏ₂が７
％、そして、試料ガス５はＨ₂Ｏが０％、Ｏ₂が15％であ
る。

【００１６】かかる実験の結果としての石英管内温度と
脱硝率との関係は図２に示す。図２は本実験における石
英管内温度と脱硝率との関係を示すグラフ図である。Ｈ
₂Ｏが０％、Ｏ₂が15％である場合（試料ガス５）には、
石英管内温度が900℃においてＮＯｘ濃度は200ppm乃至4
00ppm程度に増加し、脱硝率が−100％近くになるのに対
し、Ｏ₂が15％存在していてもＨ₂Ｏが20％存在していれ
ば（試料ガス２）、脱硝率は50％以上となる。一般に、
アンモニアによる無触媒脱硝は750℃以上で生起し、900
℃としても、このように大きな脱硝率上昇は生じないこ
とが知られているが、Ｈ₂Ｏを介在させた場合は、この
ように脱硝率を劇的に高められることが確かめられた。

【００１７】かかる実験結果から、燃焼ガス中にアンモ
ニアのほかに、一定量の水を存在させることで、アンモ
ニアが高温酸化されて窒素酸化物に転じるのを防止でき
ることがわかる。従って、脱硝用還元剤の高温酸化によ
り窒素酸化物が生成される雰囲気の部分があるときは、
該部分に水を供給するすれば、アンモニアの添加により
窒素酸化物濃度がかえって増加してしまうことを防止
し、無触媒脱硝性能を向上することができる。

【００１８】以下では本発明の一実施例にかかる、この
ような燃焼装置の一例について、本発明の第２の実施例
として説明する。図１はかかるゴミ焼却用燃焼装置の系
統図である。同図を参照して、１はゴミを燃焼させる燃
焼炉であり、該炉内にはブロワー６により流動空気と２
次燃焼空気とが供給される。１５はＮＯｘ濃度検出器で
ある。２２はかかる流動空気供給ラインであり、２３は
２次燃焼空気供給ラインである。２１は燃焼炉１内にゴ
ミを供給するゴミ供給ラインである。２は燃焼炉１で発
生した燃焼ガスを冷却する冷却塔であり、冷却水ライン
２４が供給する冷却水を冷却媒体とする。３は煙道、４
は集塵機、５は煙突である。

【００１９】７は気化器であり、かかる気化器７には水
供給ライン２４により水が、アンモニア水供給ライン２
５により脱硝用還元剤としてのアンモニア水が、それぞ
れ供給される。制御バルブ１０は気化器７に供給するア
ンモニア水供給ライン２５を流通するアンモニア水の流
量を調節し、制御バルブ１１は水供給ライン２６を流通
する水の流量を調節し、あるいは流通を停止する。気化
器７に供給されたアンモニア水と水とは気化器７で加熱
して水蒸気にガス化したアンモニアが混合した混合蒸気
にして、該混合蒸気はアンモニア添加ライン２７を介し
て焼却炉１内に供給する。かかる混合蒸気が供給される
部位は、燃焼炉１内の燃焼の中間ラジカルの残存する部
位など、燃焼ガスとアンモニアとが反応する燃焼ガス領
域である。

【００２０】１２は温度センサであり、燃焼炉１内の冷
却塔近くに設けられている。１３はＮＯｘ濃度を検出す
るＮＯｘ濃度検出器であり、煙道３内に設けられてい
る。かかる温度センサ１２による検出温度信号とＮＯｘ
濃度検出器１３による検出ＮＯｘ濃度値信号とは、それ
ぞれ温度信号ライン３１、ＮＯｘ濃度信号ライン３０に
より水流量制御器８に送られる。該制御器８は、かかる
検出温度と検出ＮＯｘ濃度値とにより燃焼ガスが脱硝用
還元剤としてのアンモニアの高温酸化により窒素酸化物
が生成される度合いが一定値より大きいか否かを判断す
る。すなわち、検出温度と検出ＮＯｘ濃度値とがとも
に、それぞれの基準値より高いときは、アンモニアの高
温酸化により窒素酸化物が生成される度合いが一定値よ
り大きいと判断し、制御バルブ１１に水流量制御ライン
３２を介して水流量制御信号を送り、水供給ライン２６
から水を気化器７に送り、気化器７で生成される混合蒸
気中の水蒸気量を大きくする。検出温度と検出ＮＯｘ濃
度値との基準値は燃焼装置の個々の特性や使用目的など
により種々に設定することができるが、検出温度の基準
値については、還元剤酸化を促進する800℃程度にする
のが望ましい。

【００２１】また、１４は煙道３内の集塵機４下流に設
けられ、燃焼ガスの流量を検出する流量検出器であり、
該検出器１４による燃焼ガス流量検出信号は流量信号ラ
イン２８を介してアンモニア水制御器９に送られる。ア
ンモニア水制御器９は、この燃焼ガス流量検出信号に基
づいて、アンモニア流量制御信号をアンモニア流量制御
信号ライン２９介して制御バルブ１０に送り、気化器７
に送られるアンモニア水の流量を調節する。本実施例で
は制御の簡略化のため、必要なアンモニア量は排ガス流
量に比例して増大するとみなし、アンモニア水の流量を
排ガス流量検出値に比例させている。

【００２２】つづいて、本実施例にかかる燃焼装置の作
用について説明する。ゴミ供給ライン２１から供給され
てきたゴミは燃焼炉１内で燃焼し、この燃焼で生じた80
0℃程度の燃焼ガスは冷却塔２内で冷却水ライン２４か
ら供給される冷却水により、400℃程度に冷却され、煙
道３を通り集塵機３で集塵され、煙突５から排出され
る。

【００２３】アンモニア水制御器９は、排ガス流量検出
器１４による排ガス流量の検出値に比例した量のアンモ
ニア水を、制御バルブ１０の調節により気化器７に供給
する。気化器７ではアンモニア水を気化させて混合蒸気
とし、燃焼炉１内の燃焼の中間ラジカルの残存する部位
など、燃焼ガスとアンモニアとが反応する燃焼ガス領域
に供給する。もって、混合蒸気中の水の作用によって脱
硝用還元剤の添加により燃焼ガスの窒素酸化物濃度がか
えって増加してしまうことを防止できる。

【００２４】水流量制御器８は、上述のとおり燃焼ガス
が脱硝用還元剤としてのアンモニアの高温酸化により窒
素酸化物が生成される度合いが一定値より大きいか否か
を判断し、大きい場合は制御バルブ１１に水流量制御信
号を送り、水供給ライン２６から水を気化器７に送り、
かかる水はアンモニア水とともに気化器７で加熱されて
混合蒸気となり、もって、生成される混合蒸気中の水蒸
気量が増大するから、水の不足により燃焼ガスの窒素酸
化物濃度の増大を十分に防止できなくなる事態を防ぐこ
とができる。

【００２５】また、水とアンモニアとを燃焼炉１内に供
給する場合、水を液状のまま供給すると燃焼炉１内で、
まずアンモニアが蒸発し、その後水が気化するので、ア
ンモニアと水とを共存させにくいが、本実施例の燃焼装
置の場合は、燃焼炉１内に供給される水とアンモニアと
は、上述のとおり蒸気と該蒸気にアンモニアが混合した
混合蒸気として供給されるから、アンモニアと水とを共
存させやすく、燃焼ガスの窒素酸化物濃度の増大を十分
に防止することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した本発明の燃焼装置又は燃焼
方法によれば、上述のとおり脱硝用還元剤の添加により
燃焼ガスの窒素酸化物濃度がかえって増加してしまうこ
とを防止できるから、無触媒脱硝性能を向上することが
できる燃焼装置、燃焼方法を提供することができる。

【００２７】また、検出手段と増水手段とを備えた前記
の燃焼装置の場合は、上述のとおり水の不足により燃焼
ガスの窒素酸化物濃度の増大を十分に防止できなくなる
事態を防ぐことができるから、無触媒脱硝性能をさらに
向上することができる燃焼装置を提供することができ
る。

【００２８】さらに、混合蒸気供給手段を備えた前記の
燃焼装置の場合は、上述のとおりアンモニアと水とを共
存させやすいから、燃焼ガスの窒素酸化物濃度の増大を
十分に防止することができ、もって、この点でも無触媒
脱硝性能をさらに向上することができる燃焼装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２の実施例にかかるゴミ焼却用燃焼
装置の系統図である。

【図２】本発明の第１の実施例たる実験における石英管
内温度と脱硝率との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 燃焼炉 ２ 冷却塔 ３ 煙道 ７ 気化器 ８ 水流量制御器 １０ 制御バルブ １１ 制御バルブ １２ 温度センサ １３ ＮＯｘ濃度検出器 ２５ アンモニア水供給ライン ２６ 水供給ライン ２７ アンモニア添加ライン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼を行なう燃焼炉と、該燃焼炉内で燃
   焼ガスとアンモニア、アンモニア化合物又は含窒素有機
   化合物とが反応する燃焼ガス領域にアンモニア、アンモ
   ニア化合物又は含窒素有機化合物を有する脱硝用還元剤
   を供給する脱硝用還元剤供給手段と、前記燃焼炉内に前
   記脱硝用還元剤の高温酸化による窒素酸化物の生成を防
   止するための水を供給する給水手段とを備えた燃焼装
   置。
2. 【請求項２】 前記脱硝用還元剤の高温酸化による前記
   燃焼ガスの窒素酸化物が生成される度合いが一定値より
   大きいか否かを検出する検出手段と、該検出手段が前記
   度合いは前記一定値より大きいことを検出したときは前
   記給水手段により前記燃焼炉内に供給する前記水の量を
   増量する増水手段とを備えた請求項１項記載の燃焼装
   置。
3. 【請求項３】 前記給水手段が供給する前記水を予め蒸
   気化し、該蒸気に前記脱硝用還元剤供給手段が供給する
   前記脱硝用還元剤を予めガス化して混合した混合蒸気と
   してから該混合蒸気を前記燃焼炉内に供給する混合蒸気
   供給手段を備えた請求項１項又は２項記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】 アンモニア、アンモニア化合物又は含窒
   素有機化合物を有する脱硝用還元剤を燃焼により生じる
   燃焼ガスに供給する工程と、前記燃焼ガスに前記脱硝用
   還元剤の高温酸化により窒素酸化物が生成される雰囲気
   の部分があるときは少なくとも該部分に水を供給する工
   程とを備えた燃焼方法。