JPH0678810B2 - 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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JPH0678810B2
JPH0678810B2 JP4030016A JP3001692A JPH0678810B2 JP H0678810 B2 JPH0678810 B2 JP H0678810B2 JP 4030016 A JP4030016 A JP 4030016A JP 3001692 A JP3001692 A JP 3001692A JP H0678810 B2 JPH0678810 B2 JP H0678810B2
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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．Ｌｕｋｅｎ
ｓ）、Ｆ．Ｋ．ヤング（Ｆ．Ｋ．Ｙｏｕｎｇ）、及び、
Ｆ．Ｂ．ビンガム（Ｆ．Ｂ．Ｂｉｎｇｈａｍ）による
「３６０ＴＰＤ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 ３
６０ ＴＰＤ Ｍａｓｓ Ｂｕｒｎ Ｒｅｆｕｓｅ−Ｆ
ｉｒｅｄ Ｗａｔｅｒｗａｌｌ Ｆｕｒｎａｃｅ）（１
９８８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、１９８８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６
２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／ｈ
ｒ 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 ２６．１３ 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８５％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ＭＳＷ
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ＭＳ
Ｗ、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ＭＳＷ 湿ったＭＳＷ ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ＭＳＷの水分、重量％ ２６．１ ４０．０ ＭＳＷの産出量ＴＰＤ ７２２ ９１３ 湿性汚泥流量 （重量にして９５％の含水量、ＴＰＤ） １，０００ ８３２ Ｏ２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/HR) Ｃ 17,090 1,792 Ｈ 2,287 250 Ｏ 13,720 1,000 Ｎ 265 167 Ｓ 78 0 Ｃ１ 241 0 Ｈ２Ｏ 15,724 79,166 1,595 118,994 163,000 Ｏ２ 20,816 49,030 14,608 Ｎ２ 68,530 2,257 71,218 ＣＯ２ 68,477 ＳＯ２ 156 ＨＣ１ 255 ＡＳＨ 10,771 958 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 合 計 60,176 83,333 90,941 51,287 273,708 163,000 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【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/HR) Ｃ 17,576 1,490 Ｈ 2,358 208 Ｏ 14,077 832 Ｎ 274 139 Ｓ 84 0 Ｃ１ 228 0 Ｈ２Ｏ 30,421 65,859 1,527 120,595 163,000 Ｏ２ 19,936 50,135 14,296 Ｎ２ 65,636 2,307 68,358 ＣＯ２ 69,142 ＳＯ２ 159 ＨＣ１ 241 ＡＳＨ 11,035 797 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 合 計 76,053 69,325 87,099 52,444 272,791 163,000 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００４８】
【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
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｇ 7/00 ＺＡＢ 7815−3Ｋ (72)発明者 ジョセフ．クローセク アメリカ合衆国．18106．ペンシルバニア 州．ヴェスコスヴィレ．マッシー．ドライ ブ．1416 (72)発明者 ドナルド．ピーター．ブッチ アメリカ合衆国．19539．ペンシルバニア 州．メルツタウン．クリネス．コーナー. ロード．ボックス．324．アール．ディ. ナンバー２ (72)発明者 ポール．アンソニー．キニリー アメリカ合衆国．19002．ペンシルバニア 州．アンブラー．ノース．フィードラー. 1517

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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