JPH0842828A - 竪型焼却炉の運転管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴霧焼却炉の終端部での灰分等の付着の状態
を検知して、ガス出口付近の灰分等の付着による閉塞ト
ラブルを未然に防ぎ、安定して安全でかつ経済的な竪型
焼却炉の運転方法を提供する。 【構成】 燃焼排ガスが排出される炉の終端部の内径が
縮小された竪型焼却炉を用いて廃液等を噴霧焼却する際
に、竪型焼却炉の該縮小部における圧力損失もしくは炉
内の圧力を測定し、その測定結果を焼却炉の閉塞度合い
の指標として、焼却炉の運転を制御することを特徴とす
る竪型焼却炉の運転管理方法。 【効果】 竪型焼却炉における灰分等の付着状況を常に
把握できるため、省エネルギーを考慮した運転管理およ
び計画的な運転管理が可能となり、また焼却炉内の温度
に信頼性が欠けるときにはこの圧力損失を運転の指標と
し安全に安定した運転をする事が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、竪型焼却炉を安定して
経済的に運転する方法に関するものである。さらに詳し
くは、竪型焼却炉において運転を阻害する現象をいち早
く検知して、対策をとることにより安定な運転管理を可
能とする方法である。

【０００２】

【従来の技術】焼却処理は有機物をほぼ完全に無害化で
きるので、各種の焼却炉がゴミ処理、廃液処理等に数多
く使用されている。

【０００３】焼却処理が行われている対象物を更に詳し
く述べると産業廃棄物として各種工業から発生する廃
液、廃棄物、汚泥、医療廃棄物等があり、一般廃棄物と
して都市ゴミ等がある。

【０００４】現在一般的に使用されている焼却炉として
は、都市ゴミの焼却等に利用されることが多いストーカ
ー炉と呼ばれる焼却炉の底部に火格子を備える形式のも
の、都市ゴミの焼却や反応炉として多用されている流動
床炉と称する多孔板の下から空気もしくは組成の調整さ
れたガスを流し、流動媒体と共に廃棄物を流動させなが
ら焼却処理または反応をさせるもの、さらにはロータリ
ーキルンと呼ばれ、反応炉としても用いられている炉を
回転しながら廃棄物を焼却するものが知られている。

【０００５】これらの形式の炉の燃焼負荷は比較的少な
く毎時１０万ｋｃａｌ／ｍ^３以下である事が多い。本発
明で対象とする竪型焼却炉は前述の焼却炉とは異なり図
１に示すような構造のものである。

【０００６】図１は一般的には竪型円筒形で、産業廃棄
物のうち主として液体の焼却に利用される場合が多い炉
の断面構造図である。この形式の焼却炉の燃焼負荷は多
くは約５０万ｋｃａｌ／ｍ^３前後で、放熱を少なくする
ため炉の終端部で絞られている様式が普通である。

【０００７】竪型焼却炉１０の構造としては、炉の上部
にバーナー５が設置され、そのバーナー部から末広がり
に広がった炉の肩部の所に、噴霧ノズル９等の廃液１の
供給装置等が附属する型式が多く、これを基本として必
要に応じてバーナー、噴霧ノズル等の配置に工夫をこら
したものである。

【０００８】竪型焼却炉１０は一般的には耐火物と断熱
材で施工されているが、運転されているときには、温度
は炉の上部が最も高く炉の下部になるほど低くなるのが
一般的である。そして焼却炉の下部に燃焼排ガス３のガ
ス出口４が設けられており、排出された燃焼ガスはその
後冷却され無害化されてから大気中に放出される。炉の
種類によっては、燃焼排ガスが炉を出た直後に水を噴霧
したり、あるいは水中に燃焼排ガスを吹き込んだりして
急冷する場合があり、そのような場合には炉のガス出口
付近は非常に冷えている。竪型焼却炉で廃液を噴霧焼却
する際に、多量の灰分を含んでいたり、焼却により無機
酸化物等を生ずるような場合は、炉内で灰分が溶融して
炉壁を流れ落ちるが、その焼却炉の下部のガス出口付近
で急激に温度が低下するために、その溶融した灰分２が
固着し炉の閉塞を引き起こす場合がある（現象１）。

【０００９】また、灰分等にナトリウム化合物が含まれ
ているとき、それは燃焼後、硫酸ナトリウム、塩化ナト
リウム、炭酸ナトリウム等を生成し耐火物を損傷させ
る。そのため焼却炉の外壁を水冷する事により耐火物の
損傷を軽減ないしは防止を図った竪型焼却炉も存在す
る。この場合でも、前記したように灰分等が流れ落ちる
が、炉の焼却排ガスの出口付近にはやはり灰分等の付着
が起きる（現象１）。更に、このような場合は外部から
の水冷による強制的な冷却の効果で耐火物表面が冷えて
いるため、ごく一般的な温度検出器である熱電対等では
真の温度を測定する事が難しく、真の温度より低い値を
示す傾向があり、炉内の温度を正確に測定する事が困難
な状況となっており、そのため適正な温度コントロール
が難しくなるケースが生ずるおそれがある（現象２）。

【００１０】このような現象１、現象２が生ずる中で竪
型焼却炉を安定して運転するためには、焼却温度を高く
とるため、燃料を多量に使用するようになり、炊き込み
すぎて不経済な運転をしがちである。また焼却処理する
対象がその多くは廃液であることから、灰分の組成も変
動し、その灰分の融点も定まらないことが多い。従っ
て、竪型焼却炉の閉塞を防止しつつ安定して運転を行う
ために、不経済な運転に拍車をかける事になる。

【００１１】このような状況にも関わらず、焼却炉の多
くはその制御方法として、炉内温度もしくは残存酸素濃
度を検知し、燃料や空気の流量を変化させ焼却炉内の温
度を一定に保ったり、焼却炉内の酸素ガス濃度低下を防
止した制御だけを行っているのが現状である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、竪型
焼却炉の終端部での灰分等の付着の状態を検知して、ガ
ス出口付近の灰分等の付着による閉塞トラブルを未然に
防ぎ、安定して安全でかつ経済的な竪型焼却炉の運転方
法を提供する事である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼排ガスが
排出される炉の終端部の内径が縮小された竪型焼却炉を
用いて廃液等を噴射焼却する際に、竪型焼却炉の該縮小
部における圧力損失もしくは炉内の圧力を測定し、その
測定結果を焼却炉の閉塞度合いの指標として、焼却炉の
運転を制御することを特徴とする竪型焼却炉の運転管理
方法である。さらには、竪型焼却炉の縮小部における圧
力損失もしくは炉内の圧力の測定結果に基づいて、該縮
小部に付着した灰分等の付着物を除去するか、もしくは
焼却炉の運転を停止する操作を行う上記の竪型焼却炉の
運転管理方法である。

【００１４】

【作用】本発明は、産業廃棄物等を竪型焼却炉を用いて
噴霧焼却する際に有用な技術である。本発明で対象とす
る竪型焼却炉は基本的に前述の図１に示した炉と同様の
構造で、噴霧ノズル等により廃棄物を微細化して炉内に
供給して焼却する形式のものである。焼却する産業廃棄
物等は特に限定されるものではないが、例えば化学工業
の合成工程から派生する有機物を含有する廃液、触媒を
含む廃液、スラッジ、汚泥等を挙げる事ができる。これ
らの産業廃棄物等は、焼却炉内に微細粒子状に噴霧し焼
却できるものであればよい。

【００１５】無機物質あるいは灰分含有量の多いもの、
もしくは焼却によって無機酸化物や灰分を生ずる様なも
のが適している。これらは焼却炉の終端部の内径が縮小
された部分に灰分が付着して形状を不安定にしたり、つ
いには運転を停止するような事態を惹起するおそれがあ
るからである。

【００１６】また最近環境問題に関心は高まったこと
と、廃棄物の処理についてその一部が陸上で処理する方
向に変わってきたので、これまでは焼却が行われていな
かったような廃棄物についても焼却する必要が発生して
きたが、本発明はこのような場合にも有効である。

【００１７】次に本発明の焼却炉の運転管理方法につい
て詳述する。本発明の運転管理方法の内容は焼却炉の状
況に応じて大略以下の３段階に大別する事ができる。

【００１８】＜第１段階＞竪型焼却炉を用いた廃棄物の
焼却装置において、燃焼量を一定に保って運転している
ときに焼却炉の終端部に灰分等（以下単に灰分と略記す
る）が付着してくると、その流路面積が縮小するに従い
圧力損失もしくは炉内圧力が上昇する事を利用して灰分
の付着状況をモニタリングする。

【００１９】＜第２段階＞灰分の付着が進行した場合、
一定以上の圧力損失もしくは炉内圧力になったとき、そ
の測定結果に基づいて炉内温度を上昇させたり、あるい
は局部的にその部分を加熱して灰分等の付着物を除去す
る。

【００２０】＜第３段階＞第２段階の方法でも解決でき
ない場合には炉の運転を停止する操作を行うようにす
る。

【００２１】第１段階は、竪型焼却炉の燃焼排ガスの出
口部での灰分の付着状況の測定で、焼却炉の閉塞度合い
のモニタリングである。この測定方法に関しては、灰分
の付着する前後で圧力差を検出するのが好ましいが、灰
分の付着部以降の部分における圧力変動が少ないか、殆
ど変動しないのであれば焼却炉内の圧力を測定するだけ
でもよい。

【００２２】第２段階は、灰分の付着したとき、その付
着によりガス流路が縮小したという測定結果となったと
きの対処方法である。この基本的な対処の１つは、付着
した灰分を取り除く事である。この方法として焼却炉内
の温度制御器と連動させ、燃料及び／または空気量を変
えること等の燃焼条件を制御することにより竪型焼却炉
内の温度を高めて灰分を融解除去する方法、灰分の付着
するところに局部的に加熱して融解除去する方法等があ
る。例えば図２に示したように灰分の付着する箇所の付
近に局所バーナー６を備える方法や、付着する箇所に電
気ヒーター１５を設置する方法等があるが、ガス燃料の
場合は空気元圧をガス燃料の元圧より若干低くする事に
より、圧力損失が増加すると空気量が減少し温度を上昇
させる事により自動的に灰分の融解が可能となる場合も
ある。いずれも灰分を融解して除去する方法であるが、
機械的に取り除く方法を適用しても良い事は当然であ
る。

【００２３】第３段階は、前記した種々の対処方法で付
着した灰分が取り除けない場合は安全のために焼却炉の
運転を停止するようにする。第２段階の現象が繰り返さ
れると、廃液には種々の金属類を含有することや組成変
動により融点の高い灰分が徐々に付着してくることがし
ばしばある。この場合は圧力損失等を測定していること
から測定結果を時系列的にみて判断すれば、その上昇速
度がわかるためその後の運転時間の予測ができる。これ
に基づいて危険領域に達する前に対応をとることが可能
となる。

【００２４】次に圧力の検出方法について説明する。炉
の終端部の圧力損失を測定するため終端部の上流側の圧
力Ｐ１と下流側の圧力Ｐ２を測定する。上流側の圧力検
出プローブは終端部の上流側であればよいが高温部のと
ころや灰分の付着する量の多いところは避けることが望
ましい。またプローブの挿入口は炉内壁側が下がるよう
に傾斜をつけて、プローブ内に灰分の流れ込みや挿入口
の閉塞を防止できるようにすることがよい。終端部の下
流側の圧力検出プローブの位置は、なるべく焼却炉の終
端部を経た直後に設置するのがよい。冷却システムによ
り最適位置に設置できない事があるが、そのような場合
はなるべくその近くに設置するのが好ましい。そうする
事により終端部の圧力損失をより明確に測定する事がで
きる。圧力損失が測定できない場合は、終端部以降の圧
力の変動が終端部の圧力損失に比較して少なければ、上
流側の圧力変動だけでも終端部の灰分の付着の状態を推
定する事が可能であるが、この方法は圧力損失から検知
するよりやや明確さに欠ける。いずれにせよ圧力損失Δ
Ｐは

【００２５】ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２

【００２６】として求めるが、圧力損失をマノメーター
により測定してもなんら問題はない。最近では電子式計
測器の進歩により安価な機器が販売されており、例えば
圧力損失をデジタルで表示でき連続的に記録できるもの
があるので、時系列的な変化を容易に見る事ができ先の
予測においても非常に便利である。

【００２７】

【実施例】本発明を実施した装置の概要を図３に示す。
焼却炉は直径５００ｍｍφ、炉長１５００ｍｍの竪型焼
却炉を用いた。バーナー５で補助燃料としてＬＰガス８
を燃焼させて温度を維持し、表１に示したナトリウム塩
の濃厚廃液を噴霧ノズル９を通し圧縮空気１６で噴霧焼
却した。燃焼ガスはアルカリ塩の微粒子を含み、この一
部は炉内壁に衝突し壁の表面を伝わって炉の終端部から
流れ落ちる。燃焼ガスはダウンカマーチューブ１７を経
由し、水中に吹き込まれて冷却され約９０℃の水蒸気飽
和のガス３となって排出される。

【００２８】

【００２９】上流側の圧力検出プローブは炉の終端部よ
り７００ｍｍ上のところから炉内壁側が下になるように
傾斜させて設置し、下流側の圧力検出プローブは終端部
の直後に設置した。圧力損失測定器は入江製作所製デジ
タルマノメータＰＯＰ−２０１を用い、記録計で記録し
た。

【００３０】今回用いた廃液は安定して焼却する場合
は、焼却炉の底部温度で９５０℃とする必要があった
が、本発明の効果を確認するため８５０℃、８８０℃、
９００℃、９５０℃の４水準で焼却した。尚、表１に実
施例にて用いた廃液の組成を示した。その時の圧力損失
の記録を図４、図５、図６に示す。図４は最初に８５０
℃で運転をしたが、２〜３時間で圧力損失が上昇し運転
続行が困難となったため廃液の供給を停止し炉内の温度
を９００℃に上昇させ炉の終端部に付着した灰分を融解
除去して圧力損失を下げた後に再び廃液の焼却を９００
℃で実施した。９００℃では圧力損失の上昇は僅かしか
なく長時間の運転が十分にできると判断できる結果であ
った。図５は炉底温度が９５０℃の場合で、この時は終
端部の圧力損失の上昇は全くなく、長時間の運転が可能
である事がわかる。図６は炉底温度が８８０℃の焼却の
場合である。圧力損失は非常に大きく変動したが、特に
焼却に対しては問題なかったが、長期運転には不適切な
条件である事がわかる。

【００３１】本実施例からわかるようにこれまでの経験
に基づく運転では９５０℃を目標として若干高めの焼却
を行ってきたが、本発明により焼却温度を低めに維持し
ても良好な状態で運転を継続できた。

【００３２】

【発明の効果】本発明を使用する事により焼却温度を運
転可能な範囲の下方の限界まで下げて運転する事がで
き、焼却炉の周囲を水冷した焼却炉での測定温度に信頼
性が少ないときにはこの圧力損失を運転の指標とする事
も可能である。本発明を灰分の多い廃液を焼却する焼却
装置に採用する事により、灰分による竪型焼却炉終端部
でのトラブルを引き起こす事も無く安全に安定運転をす
る事が容易に可能である。また圧力損失を測定する事に
より灰分の付着状況を常に把握できるため、温度を過剰
に高くする必要もなく省エネルギーを考慮した運転も可
能となり、且つ計画的な竪型焼却炉の運転管理が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】竪型焼却炉の代表的な型式の一例である。

【図２】付着灰分の融解手段の例を示す。

【図３】本発明を適用した焼却装置を示す。

【図４】実施例における圧力損失の測定チャートの一例
を示す。

【図５】実施例における圧力損失の測定チャートの一例
を示す。

【図６】実施例における圧力損失の測定チャートの一例
を示す。

【符号の説明】

１ 廃液 ２ 灰分 ３ 燃焼排ガス ４ ガス出口 ５ バーナー ６ 局所バーナー ７ 空気ライン ８ 燃料ライン ９ 噴霧ノズル １０ 竪型焼却炉 １１ 圧力損失計 １２ 温度検出器 １３ クウェンチ水 １４ 流量調節弁 １５ 電気ヒーター １６ 圧縮空気 １７ ダウンカマー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢ Ｍ Ｐ Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼排ガスが排出される炉の終端部の内
   径が縮小された竪型焼却炉を用いて廃液等を噴霧焼却す
   る際に、竪型焼却炉の該縮小部における圧力損失もしく
   は炉内の圧力を測定し、その測定結果を焼却炉の閉塞度
   合いの指標として、焼却炉の運転を制御することを特徴
   とする竪型焼却炉の運転管理方法。
2. 【請求項２】 焼却炉の縮小部における圧力損失もしく
   は炉内の圧力の測定結果に基づいて、該縮小部に付着し
   た灰分等の付着物を除去するか、もしくは焼却炉の運転
   を停止する操作を行う請求項１記載の竪型焼却炉の運転
   管理方法。