JPH1047627A - 燃焼溶融炉の低ｎｏｘ燃焼方法及び廃棄物処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼溶融炉において発生するＮＯＸを低減す
る。 【解決手段】 廃棄物の熱分解反応で生成される熱分解
ガスは、水素、一酸化炭素、アンモニアガス等の還元性
物質を含んでいること、また熱分解残留物の熱分解カー
ボンは還元性を有することから、燃焼溶融炉４の火炎の
下流域又は燃焼領域の後半域に熱分解ガスと熱分解カー
ボンの少なくとも１つを混入し、火炎又は燃焼ガスに含
まれるＮＯＸを還元して発生するＮＯＸを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物等を熱分解
して得られる熱分解ガスを燃焼処理する燃焼溶融炉を備
えた廃棄物処理装置に係り、特に燃焼溶融炉における低
ＮＯＸ燃焼方法及び装置に関する。ここでいう廃棄物に
は、家庭やオフィスなどから出される都市ごみ等の一般
廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、
廃オフィス機器、電子機器、化成品等の産業廃棄物な
ど、可燃物を含む。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ等の一般廃棄物や、廃プラスチ
ックなどの産業廃棄物等、種々の廃棄物を、焼却等によ
り処理する廃棄物処理装置としては、種々の方式のもの
が提案されている。例えば、特公平６−５６２５３号公
報に記載された廃棄物処理装置によれば、まず、廃棄物
を低酸素雰囲気で加熱することにより熱分解してガスと
固体（以下、熱分解残留物という。）とに分け、熱分解
ガスは燃焼溶融炉に導いて燃焼処理し、その燃焼廃熱を
廃熱ボイラで回収するようにしている。一方、熱分解残
留物は、篩などの分離装置によって微細な細粒成分、や
や細かい粗粒成分、やや粗い粗粒成分など、大きさに応
じた成分に適宜分離する。そして、細粒成分とやや細か
い粗粒成分からなる熱分解残留物は、上述した燃焼溶融
炉に送って熱分解ガスとともに焼却処理する。この焼却
処理において発生する燃焼残留物、つまり灰分など不燃
性成分の大部分は、燃焼熱により溶融されて溶融スラグ
となる。また、熱分解ガスに同伴して運ばれてくる不燃
性の飛散灰の大部分も、燃焼溶融炉における燃焼熱によ
り溶融されて溶融スラグとなる。この溶融スラグは、燃
焼溶融炉の底部から排出して冷却することにより固形化
される。他方、燃焼溶融炉で溶融されず、燃焼排ガスに
同伴して排出される飛散灰等の微細な不燃性成分（以
下、ダストという。）は、例えば燃焼溶融炉の後段に配
置されている廃熱ボイラ、排ガス冷却塔、あるいは排ガ
ス濾過装置などにおいて補集され、これら補集されたダ
ストを燃焼溶融炉へ戻し、溶融スラグに混入させて固形
化するようにしている。つまり、熱分解残留物のうちの
微細成分ないし比較的細かな粗粒成分、及び排ガス濾過
装置などに補集された飛散灰等のダストなどを燃焼溶融
炉で溶融させ、しかる後に冷却して固形化することによ
り、取り扱いが容易な形状等に形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た廃棄物処理装置においては、熱分解ガスを燃焼させる
燃焼溶融炉のバーナの燃焼を工夫することにより、最終
的に排出される窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減することが
行われているが、積極的に排出ＮＯＸを低減することに
ついては配慮されていない。

【０００４】本発明の解決課題は、燃焼溶融炉において
発生するＮＯＸを低減することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、廃棄物の熱分
解反応で生成される熱分解ガスは、水素、一酸化炭素、
アンモニアガス等の還元性物質を含んでいること、また
熱分解残留物の熱分解カーボンは還元性を有することに
鑑みなされたものであり、燃焼溶融炉の火炎の下流域又
は燃焼領域の後半域に熱分解ガス又は熱分解カーボンを
混入し、火炎又は燃焼ガスに含まれるＮＯＸを還元し
て、燃焼溶融炉から発生するＮＯＸを低減することにあ
る。

【０００６】この場合において、還元性物質を混入する
燃焼溶融炉内の位置は、火炎の下流域又は燃焼領域の後
半域など、ＮＯＸ低減効果を考慮して適宜選択できる
が、例えば３次空気に混入するようにすると、燃焼ガス
と還元性物質との混合を促進することができるので好ま
しい。

【０００７】３次空気に熱分解ガスを混入する場合は、
３次空気は正圧であり、熱分解ガスは大気圧もしくは若
干の負圧であるから、３次空気を作動流体とするエゼク
タを設け、このエゼクタにより熱分解ガスを目的流体と
して吸引させるようにすることが好ましい。一方、熱分
解カーボンの場合は、大気圧程度であるから、燃焼溶融
炉の負圧を利用して、一定のシール性を有するフィーダ
ーを用いて燃焼溶融炉内に直接投入又は混入する。但
し、投入後の燃焼排ガスとの混合を考慮すると、３次空
気の炉内吹き出し口の近傍に投入することが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。図１に、本発明の低ＮＯＸ燃焼法
を適用した好適な一実施形態の燃焼溶融炉と、これに関
連する周辺装置の系統図を示す。図示のように、処理対
象の廃棄物は回転ドラム型の熱分解反応器１に投入さ
れ、ここにおいて低酸素雰囲気下で３００〜６００℃の
温度に加熱される。この加熱により廃棄物が熱分解さ
れ、熱分解ガスが生成される。この熱分解でガス化され
なかった熱分解残留物（固体）は、排出装置２において
熱分解ガスと分離され、熱分解ガスＧは排出装置２の頂
部から管路３を介して燃焼溶融炉４のバーナ５に供給さ
れる。一方、熱分解残留物Ａは排出装置２から抜き出さ
れ、冷却装置６にて冷却された後、分離装置７に送られ
る。分離装置７は熱分解残留物Ａを、その物性に応じて
適宜分類するものであり、例えば金属、非金属、可燃
物、粉粒体等に分ける。そして、この例では、熱分解カ
ーボンを主成分とする可燃性の粉粒体を選別して、ホッ
パー８に投入するようになっている。

【０００９】燃焼溶融炉４は、空洞の炉体１０の炉頂部
にバーナ５を取り付け、炉底部に燃焼排ガスの出口ノズ
ル１１と、後述する溶融スラグの排出口１２が設けられ
ている。この排出口１２の先端は、水槽１３の水面１４
下に没して配置されている。一方、バーナ５には、排出
装置２から管路３を介して熱分解ガスが、ホッパ８から
管路１５を介して熱分解カーボンを主成分とする粉粒体
が、空気送風機１６から管路１７を介して燃焼用の空気
が、それぞれ供給されている。また、炉体１０の頂部近
傍に２次空気ノズル２０が、炉体１０の側壁に３次空気
ノズル２１が、それぞれ炉の外周に沿って複数配設され
ている。これらの、空気ノズルは、炉内に燃焼ガスの旋
回流を形成させるように、接線方向に傾けて配設するこ
とができる。２次空気ノズル２０には分岐管２２を介し
て、３次空気ノズル２１には分岐管２３を介して、それ
ぞれ空気送風機１６から燃焼用空気が供給される。３次
空気の分岐管２３には、弁２４とエゼクタ２５が挿入さ
れている。このエゼクタ２５の絞り部に熱分解ガスの管
路３が連結されている。

【００１０】このように構成される燃焼溶融炉４の動作
を次に説明する。バーナ５に供給された熱分解ガスＧは
１次空気と混合されて炉内に吹き出され、図示していな
いパイロットバーナにより着火される。このとき、バー
ナ５の先端部に簡易な旋回羽根を設けておけば、熱分解
ガスと空気の混合が促進されるとともに、それらの混合
気は旋回流２６を形成しながら燃焼する。また、管路１
５を介してバーナ５に投入されるカーボンを主成分とす
る粉粒体も燃焼される。バーナ５における燃焼は１次空
気量を抑えた燃焼とし、不足分は２次空気ノズル２０と
３次空気ノズル２１から燃焼に必要な空気量を補うよう
にしてＮＯＸの低減を図っているが、必ずしも十分では
ない。

【００１１】そこで、本実施の形態では、３次空気ノズ
ル２１を介して炉内に、熱分解反応で発生した還元性物
質である熱分解ガス（水素、一酸化炭素、アンモニア、
その他を含む）を混入し、その還元作用を利用して燃焼
ガスに含まれているＮＯＸを低減することを特徴とす
る。すなわち、３次空気の供給ラインに挿入されたエゼ
クタ２５に作動流体である３次空気が流れると、エゼク
タの目的流体である熱分解ガスＧがエゼクタ２５に吸い
込まれ、３次空気に混ざって炉内に吹き込まれる。炉内
に吹き込まれた熱分解ガス中の水素Ｈ₂や一酸化炭素Ｃ
Ｏは、燃焼ガス中に含まれるＮＯＸと反応し、これを還
元してＮ₂に変えるため、燃焼溶融炉４から排出される
ＮＯＸを低減することができる。なお、これらの還元反
応は、９００〜１１００℃で進行するとされている。

【００１２】そして、ＮＯＸの低減効果は熱分解ガスの
混入量に依存し、３次空気に混入する熱分解ガスの量は
弁２４の開度を調整して３次空気の流量を調整すること
により、制御することができる。したがって、燃焼溶融
炉４から排出される燃焼排ガス中のＮＯＸ濃度を測定
し、その濃度を所定値に抑えるように、弁２４を調整す
ることが好ましい。この調整は、手動又は自動のいずれ
によっても実現できる。

【００１３】また、熱分解残留物に含まれるカーボンは
還元性を有することから、上記の熱分解ガスの混入に代
えて、又は熱分解ガス混入に加えて、炉内の火炎の下流
域又は燃焼領域の後半域など熱分解カーボンを混入する
ようにしてもよい。つまり、図１に示すように、３次空
気ノズル２１の近傍に還元性物質投入ノズル２７を設
け、これを破線で示したように、熱分解カーボンを含む
粉粒体を搬送する管路１５に連結するようにする。な
お、燃焼溶融炉４の炉内は負圧であるから、適当なシー
ル性を有するフィーダを設けて、熱分解カーボンを含む
粉粒体を還元性物質投入ノズル２７から炉内に投入する
ことが望ましい。このようにして投入された熱分解カー
ボンを含む粉粒体は、炉内の燃焼ガスの旋回流や３次空
気の流れによって拡散され、燃焼ガス中に含まれるＮＯ
Ｘを還元する。

【００１４】次に、図２を参照して、上述した本発明の
燃焼溶融炉を適用してなる廃棄物処理装置の実施形態を
説明する。廃棄物は例えば１５０ｍｍ以下に粉砕され
て、回転ドラム式の熱分解反応器１に導入され、内壁に
配設された複数の加熱管に通流される熱媒により、３０
０℃〜６００℃（通常は４５０℃）程度に加熱され、こ
れにより低酸素雰囲気で熱分解される。熱分解反応器１
にて発生した熱分解ガスと熱分解残留物は排出装置１０
に導かれ、熱分解ガスＧは管路３を介して燃焼溶融炉４
のバーナ５に供給される。熱分解残留物は冷却装置６に
おいて８０℃程度にまで冷却された後、分離装置７に送
られる。

【００１５】分離装置７は、例えば篩、磁選式、うず電
流式、遠心式または風力選別式等の公知の分離装置が用
いられ、熱分解カーボン等の可燃性の粉粒体と、不燃焼
性成分である金属成分および非金属成分等に分離され
る。なお、可燃性の粉粒体には、熱分解カーボンの他
に、微細な灰分等の不燃性成分が含まれ、ホッパー８に
排出される。他の分離成分は、適宜、コンテナないしホ
ッパーに排出される。なお、ホッパー８に排出された可
燃性の残留物に大きい形状のものが含まれる場合は、図
示していない粉砕機にて、例えば１ｍｍ以下に微粉砕す
るようにしてもよい。ホッパー８内の粉粒体は、管路１
５を介して燃焼溶融炉４のバーナ５に供給される。

【００１６】燃焼溶融炉４周りの構成及び動作は図１で
説明したとおりである。そして、燃焼溶融炉４で発生し
た高温の燃焼排ガスは、図示しない熱交換器（高温空気
加熱器）で熱分解反応器１の加熱管に通流する加熱空気
を加熱した後、管路３０を介して廃熱ボイラ３１へ供給
される。廃熱ボイラ３１は燃焼排ガスの熱により蒸気を
発生し、これにより蒸気タービン発電機３２を回転して
電力を回収する。廃熱ボイラ３１から排出される燃焼排
ガスは、集塵器３３に導かれて除塵され、さらに脱塩素
装置３４で脱塩素処理された後、誘引送風機３５を介し
て煙突３６からへ大気へ放出される。この燃焼排ガスの
一部は管路３７を経て冷却装置６に冷却媒体として供給
されている。

【００１７】以上、本発明を図示の実施形態について詳
述したが、本発明はそれらの実施形態のみに限定される
ものではなく、本発明の精神を逸脱せずして種々改変を
加え、多種多様の変形をなし得ることはいうまでもな
い。

【００１８】

【発明の効果】上述したように、本発明の低ＮＯＸ燃焼
法及びこれを適用してなる燃焼溶融炉によれば、燃焼溶
融炉で発生するＮＯＸを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低ＮＯＸ燃焼法を適用した燃焼溶融炉
の一実施形態の系統図である。

【図２】本発明の燃焼溶融炉を適用してなる廃棄物処理
装置の一実施形態の系統図である。

【符号の説明】

１ 熱分解反応器 ４ 燃焼溶融炉 ５ バーナ ８ ホッパー ２１ ３次空気ノズル ２４ 弁 ２５ エゼクタ ２７ 還元性物質投入ノズル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物を加熱して熱分解して得られる熱
   分解ガスを燃焼させるバーナを備えた燃焼溶融炉の低Ｎ
   ＯＸ燃焼方法において、前記熱分解により生成される還
   元性物質を前記燃焼溶融炉の燃焼領域に混入することを
   特徴とする燃焼溶融炉の低ＮＯＸ燃焼方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の低ＮＯＸ燃焼方法おい
   て、前記還元性物質を前記燃焼溶融炉の３次空気に混入
   することを特徴とする燃焼溶融炉の低ＮＯＸ燃焼方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の低ＮＯＸ燃焼方
   法おいて、前記還元性物質は、前記熱分解ガスと前記熱
   分解で生成されたカーボンの少なくとも１つであること
   を特徴とする燃焼溶融炉の低ＮＯＸ燃焼方法。
4. 【請求項４】 空洞の炉体と、この炉体に取り付けら
   れ、廃棄物を加熱して熱分解して得られる熱分解ガスと
   空気とを混合して燃焼させるバーナと、炉内に３次空気
   を供給する空気のズルとを備えた燃焼溶融炉において、
   前記熱分解により生成される還元性物質を前記３次空気
   に混入する還元性物質混入手段を設けたことを特徴とす
   る燃焼溶融炉。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の燃焼溶融炉において、
   前記還元性物質が前記熱分解ガスであり、前記還元性物
   質混入手段が前記３次空気を作動流体とし、前記熱分解
   ガスを目的流体とするエゼクタであることを特徴とする
   燃焼溶融炉。
6. 【請求項６】 廃棄物を加熱して熱分解して熱分解ガス
   と熱分解残留物を生成する熱分解反応器と、前記熱分解
   残留物を可燃性成分と不燃性成分とに分離する分離装置
   と、前記熱分解ガスと前記可燃性成分とを燃焼して溶融
   スラグと燃焼排ガスを生成する燃焼溶融炉と、前記燃焼
   溶融炉から前記燃焼排ガスを抜き出す誘引送風機とを備
   えてなる廃棄物処理装置において、前記熱分解反応器か
   ら排出される還元性物質を前記燃焼溶融炉の燃焼領域に
   混入する還元性物質混入手段を設けたことを特徴とする
   廃棄物処理装置。