WO2005121646A1 - 廃棄物溶融炉の羽口構造及び可燃性ダストの吹き込み方法 - Google Patents

廃棄物溶融炉の羽口構造及び可燃性ダストの吹き込み方法 Download PDF

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Yasuhiko Kato
Yuuzoh Sakai
Hirokazu Tanaka
Hideharu Shibaike
Kazuki Murahashi
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    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to a flammable dust blowing apparatus and method for a waste melting furnace that melts and processes waste such as general waste and industrial waste.
  • wastes are dried, pyrolyzed, burned and melted in a shaft furnace type waste melting furnace, and slag and metal waste are melted.
  • waste melting treatment which makes it into tar (refer to JP 2001-212123 and JP 2002-267127).
  • Fig. 6 is an illustration of a conventional chart furnace type waste melting furnace.
  • waste melting furnace 1 double waste seal is from the upper part of the furnace together with coke and limestone which are secondary materials. It is charged through the charging device 2 of the valve mechanism, and after the processes of drying, pyrolysis, burning and melting in the furnace, the slag is discharged from the spout 3.
  • the combustibles in the wastes are partly vaporized and discharged as gas, and partly burnt by the air and oxygen blown from the tuyere at the lower part of the furnace, but the remaining combustibles are combustible dust It is discharged from the top of the melting furnace 1 as Dust discharged from the furnace top of waste melting furnace 1 is collected by the flammable dust collector (cyclone) 5 and stored in the flammable dust storage tank 6, and the flammable dust is collected. It is cut out by a cutting device 7 and blown into the furnace from a tuyere 4 that supplies oxygen-enriched air. Blowing in flammable dust from tuyere 4 makes it possible to reduce the amount of coke used.
  • the tuyere for blowing flammable dust into the furnace includes an inner pipe for supplying flammable dust, oxygen-enriched air, and the like to prevent wear due to dust. It has a double pipe structure consisting of an outer pipe to supply
  • a large amount of combustible dust may be blown from the tuyere, burned in front of the tuyere, and the heat source may be used as a substitute for coke.
  • the heat source may be used as a substitute for coke.
  • part of the combustible dust does not ignite and scatters out of the furnace unburned, so there is a limit to reducing the amount of coke used. Seven.
  • a tuyere structure and a flammable dust blow-in in which the combustible dust blown from the tuyere of the waste melting furnace is completely burned in front of the tuyere to reduce the amount of coke used It provides a method.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the tuyere is an inner cylinder for supplying combustible dust and air or oxygen-enriched air, and an intermediate cylinder for supplying fuel for ignition of combustible dust.
  • the tuyere structure of a waste melting furnace which has a triple-pipe structure of the outer cylinder that supplies oxygen for fuel combustion for ignition, and is conducted at the tip of each cylinder.
  • the flow velocity ratio of the flammable fuel to the ignition fuel and the ignition fuel combustion oxygen falls within the range of 0.2 to 5.0.
  • each fluid is adjusted so that the discharge flow rate of the fuel for ignition and the oxygen for fuel combustion for combustible dust is 10 to 50 m / s.
  • the tuyere structure of the waste melting furnace according to any one of the above (3) to (3).
  • the inner cylinder for supplying flammable dust and air or oxygen-enriched air and the tip of the intermediate cylinder for supplying fuel for ignition of flammable dust, 30 to 100 mm from the tip of the tuyere main cylinder The tuyere structure of a waste melting furnace according to any one of (1) to (5), characterized in that it is positioned at the back and a fuel for ignition is ignited to form a high temperature atmosphere.
  • a check valve and an automatically operating nitrogen purge system have been installed on the supply lines of flammable dust, oxygen-enriched air, ignition fuel, and oxygen for ignition fuel combustion.
  • the tuyere structure of the waste melting furnace according to any one of (1) to (6).
  • the tuyere has a triple pipe structure of the inner cylinder, the intermediate cylinder and the outer cylinder, and the flammable dust is air or oxygen. From the inner cylinder with the enriched air, flammable fuel for ignition from the intermediate cylinder and from the outer cylinder with oxygen for burning the ignition fuel are supplied into the furnace.
  • the oxygen ratio is 0.9 to the feed rate of the combustible dust blown into the waste melting furnace and the fuel for ignition of the combustible dust and the coat charge of the waste melting furnace:
  • L A method of blowing combustible dust into the waste melting furnace according to (8) or (9), characterized in that the amount of oxygen blown from the lower tuyere is adjusted so as to be in the range of 1..
  • Flammable dust was collected from the gas produced by the waste melting furnace.
  • the waste melting furnace has upper and lower tuyeres, air for drying waste from the upper stage and oxygen-enriched air for combustion and melting from the lower stage, and flammable from the lower tuyere.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a shaft furnace type waste melting facility of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a tuyere structure of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment of the tuyere structure of the present invention.
  • FIG. 4 is a view of a shaft furnace type waste melting facility according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory view of a shaft furnace type waste melting facility according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view of a conventional shaft furnace type waste melting facility.
  • the combustible dust the combustible dust collected from the product gas of the waste melting furnace, biomass fuel, iron powder, shredder dust, iron dust, crushed waste plastic or waste tire powder
  • One or two or more combustible dusts can be used.
  • waste is charged into the furnace together with coke and limestone, air or oxygen-enriched air is blown from the tuyere provided in the furnace body, and the waste is dried, pyrolyzed
  • the tuyere is supplied with an inner cylinder for supplying combustible dust and air or oxygen-enriched air, and fuel for ignition of combustible dust.
  • An intermediate cylinder and a triple-pipe structure of an outer cylinder for supplying oxygen for fuel combustion for ignition are conducted at the front end of each cylinder, and between the front end of each cylinder and the tuyere end, It is characterized by the formation of a Suehiro-type ignition chamber.
  • the discharge flow rate of the flammable dust ignition fuel and the discharge flow rate of the ignition fuel combustion oxygen are desirably 10 m / s from experience in order to prevent backflow from inside the furnace.
  • the flow velocity ratio (discharge flow velocity of fuel for ignition (m Z s), discharge flow velocity of oxygen for fuel for combustion (m / s)) is defined, and the flow velocity ratio is in the range of 0.2 to 5.
  • the discharge flow rate of each fluid is the actual flow rate.
  • the ratio By setting the ratio to ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ s, more stable operation is possible without clogging during operation or flame blowout.
  • the discharge area can be easily set if the components of the flammable dust ignition fuel are known. Furthermore, by adopting the structure shown in Fig. 2 or Fig. 3, even when the fuel for ignition is changed, the area ratio can be easily changed, and the optimum operation can always be performed.
  • the tip of the inner cylinder and middle cylinder at a position 30 to the back of the tip of the tuyere (outer cylinder): LOOmm, the flammable dust is surely ignited in the tuyere, and the tuyere It is possible to eject a flame that is hotter than the tip.
  • the inventors conducted numerical analysis and experiments, and as a result, the discharge flow from the tip of the tuyere becomes a parallel flow, and by the combustible dust blown from the inner cylinder. It was set as the range where there is no wear on the outer cylinder.
  • waste is charged into a waste melting furnace together with coke and limestone, air or oxygen-enriched air is blown from a tuyere, and the waste is dried, pyrolyzed
  • the tuyere is formed by a triple of an inner cylinder, an intermediate cylinder, and an outer cylinder.
  • the tube structure has a combustible dust from the inner cylinder together with air or oxygen-enriched air, an ignition fuel for the combustible dust from the middle cylinder, and an oxygen for burning the ignition fuel from the outer cylinder.
  • the flammable dust blowing method of the present invention aims to ignite at the tip of the tuyere to form a high temperature flame, the flammable dust blown from the tuyere can be used as a normal burner.
  • control of the air ratio is important.
  • Oxygen ratio (amount of oxygen required for coke combustion per unit time + amount of oxygen required for combustion of combustible gas per unit time + amount of oxygen required for combustion of combustible dust ignition fuel per unit time No. (The amount of oxygen blown from the lower tuyere inner cylinder per unit time + the amount of oxygen blown from the lower tuyere outer cylinder per unit time)
  • the slag temperature can be maintained if the oxygen ratio is about 0.9 to about 1.1, especially when the amount of coke used is reduced to 3% or less.
  • Fig. 1 is an explanatory view of a shaft furnace type waste melting facility according to the present invention, and since the configuration is the same as that of the conventional example shown in Fig. 6 described above except for the tuyere, the same configuration is given the same reference numerals. Is omitted.
  • the combustible dust An example is the use of combustible dust collected from the gas produced by the waste melting furnace.
  • the flammable dust in the product gas discharged from the melting furnace 1 is higher pressure loss than before and is captured by the flammable dust collector (cyclone) 5 with improved collection efficiency. It is collected, stored in the flammable dust storage tank 6, cut out by the flammable dust extraction device 7, blown into the furnace from the tuyere 20 that supplies oxygen-enriched air, and used as a fuel for ignition and Oxygen is supplied.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the tuyere structure of the present invention.
  • the tuyere 20 has a triple pipe structure of an outer cylinder 24 made of copper and a water-cooled structure made of copper, which is an outer tuyere main cylinder, which is an inner cylinder 22, an intermediate cylinder 23, and an outer cylinder body.
  • the flammable dust and oxygen-enriched air are supplied from the intermediate cylinder 23, the ignition fuel is supplied from the outer cylinder 24, the oxygen for the ignition fuel combustion is supplied from the outer cylinder 24, and the tip of each cylinder 22, 23, 24 has It may be opened and conducted, and a divergent ignition chamber 25 may be formed at the tip of the tuyere 20 as shown in FIG.
  • a gas fuel such as city gas or LPG or a liquid fuel such as kerosene or heavy oil is supplied from the intermediate cylinder 23, and oxygen is supplied from the outer cylinder 24.
  • the oxygen of the outer cylinder 24 is blown as an amount such that the ratio of oxygen to the fuel supplied from the intermediate cylinder 23 is 1.
  • the ignition chamber 25 is formed by installing a refractory or ceramic burner tile.
  • each of the cylinders 22 and 23 is positioned from the tip 21 of the tuyere main body to the rear of L 1 to form an ignition fuel combustion space 26 for igniting the ignition fuel to form a high temperature atmosphere.
  • the combustible dust is transported from the inner cylinder 22 by the oxygen-enriched air, the ignition fuel is from the intermediate cylinder 23, and the ignition fuel is from the outer cylinder 24.
  • Ignition chamber 25 is ignited and burned by supplying oxygen for each.
  • Table 1 shows the conditions of four types of tuyeres, and the combustion test was conducted in a normal temperature atmosphere.
  • the flammable dust was the flammable dust collected from the gas produced from the melting furnace, and the ignition fuel was LPG. Since the furnace is much hotter than the atmosphere in the furnace and dust is easy to burn, it can be assumed that the test is under more severe conditions.
  • FIG. 4 is an explanatory view of a shaft furnace type waste melting facility according to another embodiment of the present invention, which is an embodiment in which a powder fuel supply device is installed in the embodiment 1 shown in FIG.
  • the combustible dust discharged from the top of melting furnace 1 Is collected by the flammable dust collector (cyclone) 5, stored in the flammable dust storage tank 6, and cut out by the flammable dust extraction device 7 to obtain oxygen-enriched air. It is blown into the furnace from the supplying tuyere 20, and the fuel for ignition is supplied.
  • the powder fuel supply device 27 is installed to store biomass fuel, iron powder, shredder dust, iron dust, crushed waste plastic, waste tire powder, and combustible dust cutting device 28
  • the powder fuel supply device 27 is installed to store biomass fuel, iron powder, shredder dust, iron dust, crushed waste plastic, waste tire powder, and combustible dust cutting device 28
  • Become If the particle size of these flammable dusts is 5 mm or less, there will be no clogging in the equipment and good combustion in the furnace. Even if these combustible dusts are blown into the furnace, carbon and iron in the fuel burn, and the heat of combustion can reduce the amount of coke used.
  • FIG. 5 is an explanatory view of a shaft furnace type waste melting facility according to another embodiment of the present invention.
  • a nitrogen gas operated automatically with a check valve 29 in each supply line for supplying combustible dust and oxygen-enriched air, ignition fuel and oxygen for ignition and fuel combustion to the tuyere 20
  • a purge system 30 is provided.
  • 31 is a shutoff valve, and 32 is a flow control valve.
  • the tuyere of the waste melting furnace has a triple-pipe structure, and flammable dust and oxygen-enriched air are from the inner cylinder, ignition fuel is from the intermediate cylinder, and oxygen from the outer cylinder is for the above-mentioned flammable fuel combustion.
  • the flammable gas can be blown from the tuyere by providing a structure in which a diverging-type ignition chamber is formed between the tip of each cylinder and the tuyere tip, by supplying each of the Effectively reduce the amount of coke used.
  • flammable dust In addition to combustible dust, it can also utilize combustion heat from biomass fuel, iron powder, iron dust and other waste materials, and blow in crushed plastic waste to dramatically reduce the amount of coke used. It becomes possible.

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Description

廃棄物溶融炉の羽口構造及び可燃性ダス 卜の吹き込み方法
技術分野
本発明は、 一般廃棄物、 産業廃棄物などの廃棄物を溶融処理する 廃棄物溶融炉への可燃性ダス ト吹き込み装置とその方法に関する。
明 背景技術
一般廃棄物、 産業廃棄物等の廃棄物書の処理方法の一つと して、 シ ャフ ト炉型の廃棄物溶融炉で廃棄物を乾燥、 熱分解、 燃焼、 溶融し て、 スラグとメ タルにする廃棄物溶融処理がある (特開 2001— 2112 3号公報および特開 2002—267127号公報参照) 。 図 6 は、 従来のシ ャフ ト炉型の廃棄物溶融炉の説明図で、 廃棄物溶融炉 1 には、 廃棄 物が副資材であるコークス、 石灰石と ともに、 炉上部から 2重シー ル弁機構の装入装置 2 を介して装入され、 炉内で乾燥、 熱分解、 燃 焼、 溶融の過程を経て出滓口 3からはスラグが排出される。 廃棄物 中の可燃物は、 一部が乾留されてガス となって排出され、 また一部 は炉下部で羽口から吹き込まれた空気及び酸素によって燃焼するが 、 残りの可燃物は可燃性ダス ト となって溶融炉 1 の炉頂から排出さ れる。 廃棄物溶融炉 1 の炉頂から排出されるダス トは、 可燃性ダス ト捕集装置 (サイ ク ロ ン) 5で捕集し、 可燃性ダス ト貯蔵タ ンク 6 に貯蔵され、 可燃性ダス ト切り出し装置 7で切り 出されて、 酸素富 化空気を供給する羽口 4から炉内へ吹き込まれる。 羽口 4から可燃 性ダス トを吹き込むこ とで、 コークス使用量の低減が可能となる。
可燃性ダス ト捕集装置 5 を通過した排ガスは、 燃焼室 8で燃焼さ れ、 ボイ ラー 9で熱回収が行われ、 発生した蒸気は蒸気タービン · 発電装置 10へ送られる。 ボイ ラー 9の排ガスは、 集じん装置 11で固 気分離され、 ブロ ワ 12によ り煙突 13から排出される。 可燃性ダス ト を炉内に吹き込む羽口は、 特許文献 2 に記載されている とおり、 ダ ス トによる摩耗を防止するために、 可燃性ダス トを供給する内管と 、 酸素富化空気を供給する外管とからなる 2重管構造となっている
発明の開示
コークス使用量をさ らに低減するために、 可燃性ダス トを羽口よ り大量に吹き込み、 羽口の前で燃焼させ、 その熱源によ り、 コーク スの代替とするこ とが考えられる。 しかし、 従来技術では、 可燃性 ダス トを大量に吹き込んだ場合、 可燃性ダス トの一部は着火せず、 未燃のまま炉外に飛散するため、 コークス使用量の低減には限界が あつ 7こ。
そこで、 本発明は、 廃棄物溶融炉の羽口よ り吹き込まれた可燃性 ダス トを羽口前で完全燃焼させ、 コークス使用量の低減が可能とな る羽口構造及び可燃性ダス ト吹き込み方法を提供するものである。 本発明の要旨は次のとおりである。
( 1 ) 炉内に廃棄物をコーク ス、 石灰石と共に装入し、 炉体に設 けられている羽口から空気又は酸素富化空気を吹き込み、 廃棄物を 乾燥、 熱分解、 燃焼、 溶融して廃棄物を処理する廃棄物溶融炉にお いて、 前記羽口を、 可燃性ダス ト と空気又は酸素富化空気を供給す る内筒、 可燃性ダス トの着火用燃料を供給する中間筒、 及び着火用 燃料燃焼用の酸素を供給する外筒の三重管構造と し、 各筒の先端部 で導通させたこ とを特徴とする廃棄物溶融炉の羽口構造。
( 2 ) 各筒の先端部と、 羽口先端部との間に、 着火室を形成した こ とを特徴とする ( 1 ) 記載の廃棄物溶融炉の羽口構造。 ( 3 ) 着火室の内部に耐火物もしくはセラミ ッ ク ス製バーナータ ィルを設置したことを特徴とする ( 2 ) 記載の廃棄物溶融炉の羽口 構造。
( 4 ) 可燃性ダス トの着火用燃料と着火用燃料燃焼用酸素の流速 比 (着火用燃料の流速 着火用燃料燃焼用酸素の流速) が 0.2〜5.0 の範囲となるよ うに、 各流体の吐出面積を調整することを特徴とす る ( 1 ) または ( 2 ) 記載の廃棄物溶融炉の羽口構造。
( 5 ) 可燃性ダス 卜の着火用燃料及び着火用燃料燃焼用酸素の吐 出流速が、 10〜50m/ s となるように、 各流体の吐出面積を調整す ることを特徴とする ( 1 ) 〜 ( 3 ) のいずれかに記載の廃棄物溶融 炉の羽口構造。
( 6 ) 可燃性ダス ト と空気又は酸素富化空気を供給する内筒及び 可燃性ダス トの着火用燃料を供給する中間筒の先端部を、 羽口本体 筒の先端部から 30〜; 100mm奥に位置させ、 着火用燃料を着火して高 温の雰囲気を形成することを特徴とする ( 1 ) 〜 ( 5 ) のいずれか に記載の廃棄物溶融炉の羽口構造。
( 7 ) 可燃性ダス ト と酸素富化空気、 着火用燃料、 着火用燃料燃 焼用の酸素のそれぞれの供給ラインに、 逆止弁と 自動で作動する窒 素パージシステムを配設したことを特徴とする ( 1 ) 〜 ( 6 ) いず れかに記載の廃棄物溶融炉の羽口構造。
( 8 ) 廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、 石灰石と共に装入し、 羽口から空気又は酸素富化空気を吹き込み、 廃棄物を乾燥、 熱分解 、 燃焼、 溶融して廃棄物を溶融処理する方法にあって、 可燃性ダス トを羽口を介して炉内に吹き込む方法において、 前記羽口を内筒、 中間筒、 及び外筒の三重管構造と し、 可燃性ダス トを空気又は酸素 富化空気と共に内筒から、 可燃性ダス 卜の着火用燃料を中間筒から 、 前記着火用燃料を燃焼させる酸素を外筒からそれぞれ炉内に供給 するこ とを特徴とする廃棄物溶融炉に可燃性ダス トを吹き込む方法
( 9 ) 内筒から可燃性ダス ト と酸素濃度 25〜40%の酸素富化空気 を吹き込むこ とを特徴とする ( 8 ) 記載の廃棄物溶融炉に可燃性ダ ス トを吹き込む方法。
(10) 廃棄物溶融炉に吹き込む可燃性ダス ト と可燃性ダス トの着 火用燃料及び廃棄物溶融炉に装入されるコ ータ スの供給速度に対し 、 酸素比が 0.9〜: L.1の範囲となるよ う に、 下段羽口から吹き込む酸 素の量を調整するこ と を特徴とする ( 8 ) または ( 9 ) 記載の廃棄 物溶融炉に可燃性ダス トを吹き込む方法。
(11) 可燃性ダス トが、 廃棄物溶融炉の生成ガスから捕集した可 燃性ダス ト、 バイオマス燃料、 鉄粉、 シュ レッダーダス ト、 製鉄ダ ス ト、 破砕した廃プラスチック又は廃タイヤ粉の一種又は二種以上 からなる可燃性ダス トであるこ とを特徴とする ( 8 ) 〜 (10) のい ずれかに記載の廃棄物溶融炉に可燃性物質を吹き込む方法。
(12) 廃棄物溶融炉が、 上、 下段羽口を設け、 上段よ り廃棄物乾 燥用の空気を、 下段よ り燃焼溶融用の酸素富化空気を送風し、 下段 羽口よ り可燃性ダス トを吹き込むこ とを特徴とする ( 8 ) 〜 (11) のいずれかに記載の廃棄物溶融炉に可燃性ダス トを吹き込む方法。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明のシャフ ト炉型の廃棄物溶融設備の説明図である 図 2は、 本発明の羽口構造を示す概略図である。
図 3は、 本発明の羽口構造のその他の実施例を示す概略図である 図 4は、 本発明の別実施例のシャ フ ト炉型の廃棄物溶融設備の説 明図である。
図 5 は、 本発明の別実施例のシャフ ト炉型の廃棄物溶融設備の説 明図である。
図 6は、 従来のシャフ ト炉型の廃棄物溶融設備の説明図である。 本発明において、 可燃性ダス ト と して、 廃棄物溶融炉の生成ガス から捕集した可燃性ダス ト、 バイオマス燃料、 鉄粉、 シュレッダー ダス ト、 製鉄ダス ト、 破砕した廃プラスチック又は廃タイヤ粉の一 種又は二種以上からなる可燃性ダス トを用いるこ とができる。
なお、 廃棄物溶融炉と しては、 上、 下段羽口を設け、 上段よ り廃 棄物乾燥用の空気を、 下段よ り燃焼溶融用の酸素富化空気を送風し 、 下段羽口を三重管構造とするこ とによ り可燃性ダス トを吹き込む よ う にしても良い。 発明を実施するための最良の実施形態
本発明の羽口構造は、 炉内に廃棄物をコークス、 石灰石と共に装 入し、 炉体に設けられている羽口から空気又は酸素富化空気を吹き 込み、 廃棄物を乾燥、 熱分解、 燃焼、 溶融して廃棄物を処理する廃 棄物溶融炉において、 前記羽口を、 可燃性ダス ト と空気又は酸素富 化空気を供給する内筒、 可燃性ダス トの着火用燃料を供給する中間 筒、 及び着火用燃料燃焼用の酸素を供給する外筒の三重管構造と し 、 各筒の先端部で導通させる と ともに、 各筒の先端部と、 羽口先端 部との間に、 末広型の着火室を形成したこ とを特徴とする。 このと き、 可燃性ダス ト着火用燃料の吐出流速と、 着火用燃料燃焼用酸素 の吐出流速は、 炉内からの逆流を防ぐために、 経験上、 10 m / s と するこ とが望ましい。
但し、 流速比 = (着火用燃料の吐出流速 (m Z s ) ノ着火用燃料 燃焼用酸素の吐出流速 (m / s ) )を定義し、 流速比が 0. 2〜5. 0の範 囲となるよ う に、 羽口先端部の各流体の吐出面積を調節する と、 内 筒から吹き込まれる可燃性ダス 卜の着火性をよ り向上させるこ とが 可能となる。 それぞれの吐出面積は、 各流体の吐出流速が実流速で
、 ΙΟ δΟ πι Ζ s となるよ う にするこ とによ り、 操業中の詰ま りや、 火炎の吹き飛びもなく 、 よ り安定な操業が可能となる。 吐出面積は 、 可燃性ダス ト着火用燃料の成分が判明すれば簡単に設定するこ と が可能である。 さ らに、 図 2又は図 3のよ うな構造をとるこ とで、 着火用燃料を変更した場合も、 面積比を容易に変更するこ とが可能 とな り、 常に最適な運転が行える。
また、 内筒、 中間筒の先端は、 羽口 (外筒) 先端よ り 30〜: LOOmm 奥まった位置に設置するこ とで、 羽口内で、 可燃性ダス トが確実に 着火し、 羽口先端よ り高温の火炎を噴出させるこ とが可能となる。 この羽口先端よ りの距離については、 発明者らが数値解析及び実験 を実施した結果、 羽口先端からの吐出流が平行流とな り、 かつ、 内 筒から吹き込まれる可燃性ダス トによる外筒の摩耗のない範囲と し て設定した。 30mmよ り短い場合は、 羽口先端に循環流が形成され、 実際の廃棄物溶融炉の操業において、 スラグによる羽口閉塞の懸念 がある。 逆に、 100mmよ り長い場合は、 内筒よ り吹き込まれた可燃 性ダス トが外筒に衝突し、 外筒を摩耗させる。
また、 本発明の可燃性ダス ト吹き込み方法は、 廃棄物溶融炉に廃 棄物をコークス、 石灰石と共に装入し、 羽口から空気又は酸素富化 空気を吹き込み、 廃棄物を乾燥、 熱分解、 燃焼、 溶融して廃棄物を 溶融処理する方法にあって、 可燃性ダス トを羽口を介して炉内に吹 き込む方法において、 前記羽口を内筒、 中間筒、 及び外筒の三重管 構造と し、 可燃性ダス トを空気又は酸素富化空気と共に内筒から、 可燃性ダス トの着火用燃料を中間筒から、 前記着火用燃料を燃焼さ せる酸素を外筒からそれぞれ炉内に供給するこ とを特徴とする。 こ のと き、 内筒に、 可燃性ダス ト と ともに吹き込むのは、 空気、 酸素 富化空気のどちらでも可能だが、 発明者らの実験結果によれば、 酸 素濃度 25%以上の酸素富化空気を吹き込めば、 羽口先端よ り高温の 火炎を噴出できるこ とがわかった。 しかし、 酸素濃度 40%以上にし ても、 溶融温度を上げるこ とができない。 これは、 羽口近傍のガス 温度は、 酸素濃度を上昇させる と上昇するが、 2000°Cレベルになる と、 ガスの熱解離反応等や吸熱反応が活発になって、 それ以上温度 は上昇しなく なるためと推定される。 そのため、 酸素濃度は、 高価 な酸素の使用を抑制するために 40%程度を上限とするのが経済的で ある。
また、 本発明の可燃性ダス ト吹き込み方法は、 羽口から吹き込ま れる可燃性ダス トが、 羽口先端で着火し、 高温火炎を形成するこ と を狙いと しているため、 通常のバーナーと同様に、 空気比 (酸素比 ) の管理は重要である。 発明者らは、 酸素比を以下のよ う に定義し 、 実験を行った。
酸素比 = (単位時間あたり のコークス燃焼に必要な酸素量 +単位 時間あたりの可燃性ダス 卜の燃焼に必要な酸素量 +単位時間あたり の可燃性ダス ト着火用燃料の燃焼に必要な酸素量) ノ (単位時間当 たり に下段羽口内筒よ り吹き込まれる酸素量 +単位時間当た りに下 段羽口外筒よ り吹き込まれる酸素量)
その結果、 特にコ ークス使用量を 3 %以下に低減した場合、 酸素 比を 0. 9〜: 1. 1程度とする と、 スラグ温度が維持できるこ とがわかつ た。
実施例 1
図 1 は本発明のシャフ ト炉型の廃棄物溶融設備の説明図で、 前述 の図 6に示す従来例とは羽口以外は同一構成なので、 同一構成には 同一符号を付し、 その説明は省略する。 本実施例は、 可燃性ダス ト に廃棄物溶融炉の生成ガスから集じんされた可燃性ダス トを使用す る例である。
図 1 において、 溶融炉 1から排出される生成ガス中の可燃性ダス トは、 従来よ り高圧損と し、 捕集効率を向上させた可燃性ダス ト捕 集装置 (サイク ロン) 5で捕集し、 可燃性ダス ト貯蔵タンク 6に貯 蔵され、 可燃性ダス ト切り出し装置 7で切り出されて、 酸素富化空 気を供給する羽口 20から炉内へ吹き込まれ、 また着火用燃料及び酸 素が供給される。
図 2は本発明の羽口構造を示す概略図である。 図 2において、 羽 口 20は、 内筒 22と、 中間筒 23と、 外側の羽口本体筒である、 銅製で 水冷構造をとつた外筒 24の三重管構造と し、 内筒 22からは可燃性ダ ス ト と酸素富化空気を、 中間筒 23からは着火用燃料を、 外筒 24から は前記着火燃料燃焼用の酸素をそれぞれ供給し、 各筒 22, 23 , 24の 先端部は開口 して導通させ、 また図 3のよ うに羽口 20の先端には、 末広型の着火室 25を形成してもよい。 中間筒 23からは例えば、 都市 ガスや LPGのよ うな気体燃料、 もしく は、 灯油や重油のような液体 燃料が供給され、 外筒 24からは、 酸素が供給される。 外筒 24の酸素 は、 中間筒 23から供給される燃料と酸素比 1 となる量と して吹き込 まれる。 着火室 25は耐火物もしく はセラ ミ ッ クス製のバーナータイ ルを設置することによ り形成する。
また、 各筒 22 , 23の先端部は羽口本体筒の先端部 21から L 1 よ り 奥に位置させて着火用燃料を着火して高温の雰囲気を形成する着火 用燃料燃焼空間 26を形成してもよい。
羽口 20を三重管構造とすることによ り、 内筒 22から可燃性ダス ト を酸素富化空気によ り搬送し、 中間筒 23からは着火用燃料を、 外筒 24からは着火燃料用の酸素をそれぞれ供給することによ り、 着火室 25で着火して燃焼させる。 表 1 は四種類の羽口の条件を示し、 常温大気中にて燃焼試験を行 つた。 ここで、 可燃性ダス トは、 溶融炉からの生成ガスから捕集し た可燃性ダス トを、 着火用燃料には LPGを用いた。 炉内では、 大気 中よ り はるかに高温であり、 ダス トは燃焼しやすいため、 もっと も 厳しい条件での試験と仮定できる。
表 1
Figure imgf000011_0001
各羽口の保炎できる下限の LPGの吹き込み量 (Nm3 , !! ) 、 羽口先 温度 C ) 、 未燃分が発生しない上限のダス ト供給量 (kgZ h ) は 、 表 2の試験結果を示すとおりである。
表 2
Figure imgf000011_0002
試験の結果、 LPGを吹き込まなければ保炎は不可能であり、 例の羽口では失火したが、 本発明の実施例では、 少量の LPG吹き込 み量にて、 多量のダス トによる高温燃焼が可能であり、 性能が高い こ と力 sわ力 つた。
実施例 2
図 4は本発明の別実施例のシャフ ト炉型の廃棄物溶融設備の説明 図で、 図 1 に示す実施例 1 に粉体燃料供給装置を設置した実施例で ある。 図 4において、 溶融炉 1 の炉頂から排出される可燃性ダス ト は、 可燃性ダス ト捕集装置 (サイ ク ロ ン) 5で捕集し、 可燃性ダス ト貯蔵タンク 6に貯蔵され、 可燃性ダス ト切り出し装置 7で切り出 されて、 酸素富化空気を供給する羽口 20から炉内へ吹き込まれ、 ま た着火用燃料が供給される。 本実施例では、 粉体燃料供給装置 27を 設置してバイオマス燃料、 鉄粉、 シュ レッダーダス ト、 製鉄ダス ト 、 破砕した廃プラスチック、 廃タイヤ粉を貯蔵し、 可燃性ダス ト切 り出し装置 28で切り 出して、 サイ ク ロ ン 5で捕集した可燃性ダス ト に加えて、 あるいは単独、 あるいは混合して吹き込むこ とも可能で あり、 それによ り、 さ らなるコーク ス使用低減が可能となる。 これ らの可燃性ダス トの粒径は 5 mm以下とする と、 装置内での詰ま り も なく 、 また、 炉内での燃焼も良好となる。 これらの可燃性ダス トを 炉内に吹き込むこ とによつても、 燃料中の炭素や、 鉄が燃焼し、 そ の燃焼熱によ り、 コークス使用量が低減できる。
実施例 3
図 5 は本発明の別実施例のシャフ ト炉型の廃棄物溶融設備の説明 図である。 本実施例は、 可燃性ダス ト と酸素富化空気、 着火用燃料 、 着火用燃料燃焼用の酸素を羽口 20に供給するそれぞれの供給ライ ンに、 逆止弁 29と 自動で作動する窒素パージシステム 30を配設した ものである、 なお、 31は遮断弁、 32は流量制御弁である。 産業上の利用可能性
廃棄物溶融炉の羽口を三重管構造と し、 内筒からは可燃性ダス ト と酸素富化空気を、 中間筒からは着火用燃料を、 外筒からは前記着 火燃料燃焼用の酸素をそれぞれ供給し、 先端部で導通させ、 各筒の 先端部と、 羽口先端部との間に、 末広型の着火室を形成した構造と するこ とによって、 羽口よ り吹き込む可燃性ダス トの燃焼熱を有効 に活用し、 コークス使用量を大幅に低減できる。 また、 可燃性ダス トに加え、 も しく は可燃性ダス トの代わり にバイ オマス燃料や、 鉄 粉、 製鉄ダス トなどの燃焼熱も活用できるほか、 破砕した廃プラス チックを吹き込み、 コークス使用量の大幅な低減が可能となる。

Claims

1 . 炉内に廃棄物をコ一クス、 石灰石と共に装入し、 炉体に設け られている羽口から空気又は酸素富化空気を吹き込み、 廃棄物を乾 燥、 熱分解、 燃焼、 溶融して廃棄物を処理する廃棄物溶融炉におい て、 前記羽口を、 可燃性ダス ト と空気又は酸素富化空気を供給する 内筒、 可燃性ダス トの着火用燃料を供給する中間筒、 及び着火用燃 求
料燃焼用の酸素を供給する外筒の三重管構造と し、 各筒の先端部で の
導通させたことを特徴とする廃棄物溶融炉の羽口構造。
2 . 各筒の先端部と、 羽口先端部との間に、 着火室を形成したこ とを特徴とする請求項 1記載の廃棄物溶融炉の羽口構造。
3 . 着火室の内部に耐火物もしく はセラミ ッ クス製パーナ一タイ ルを設置したことを特徴とする請求項 2記載の廃棄物溶融炉の羽口 構造。
4 . 可燃性ダス トの着火用燃料と着火用燃料燃焼用酸素の流速比 (着火用燃料の流速ノ着火用燃料燃焼用酸素の流速) が 0. 2〜5. 0の 範囲となるよ うに、 各流体の吐出面積を調整することを特徴とする 請求項 1 または 2記載の廃棄物溶融炉の羽口構造。
5 . 可燃性ダス トの着火用燃料及び着火用燃料燃焼用酸素の吐出 流速が、 10〜50 m Z s となるように、 各流体の吐出面積を調整する ことを特徴とする請求項 1 〜 3のいずれかに記載の廃棄物溶融炉の 羽口構造。
6 . 可燃性ダス 卜 と空気又は酸素富化空気を供給する内筒及び可 燃性ダス トの着火用燃料を供給する中間筒の先端部を、 羽口本体筒 の先端部から 30〜: LOOmm奥に位置させ、 着火用燃料を着火して高温 の雰囲気を形成することを特徴とする請求項 1 〜 5のいずれかに記 載の廃棄物溶融炉の羽口構造。
7 . 可燃性ダス ト と酸素富化空気、 着火用燃料、 着火用燃料燃焼 用の酸素のそれぞれの供給ライ ンに、 逆止弁と 自動で作動する窒素 パージシステムを配設したことを特徴とする請求項 1 〜 6いずれか に記載の廃棄物溶融炉の羽口構造。
8 . 廃棄物溶融炉に廃棄物をコークス、 石灰石と共に装入し、 羽 口から空気又は酸素富化空気を吹き込み、 廃棄物を乾燥、 熱分解、 燃焼、 溶融して廃棄物を溶融処理する方法にあって、 可燃性ダス ト を羽口を介して炉内に吹き込む方法において、 前記羽口を内筒、 中 間筒、 及び外筒の三重管構造と し、 可燃性ダス トを空気又は酸素富 化空気と共に内筒から、 可燃性ダス 卜の着火用燃料を中間筒から、 前記着火用燃料を燃焼させる酸素を外筒からそれぞれ炉内に供給す ることを特徴とする廃棄物溶融炉に可燃性ダス トを吹き込む方法。
9 . 内筒から可燃性ダス ト と酸素濃度 25〜 40%の酸素富化空気を 吹き込むことを特徴とする請求項 8記載の廃棄物溶融炉に可燃性ダ ス トを吹き込む方法。
10. 廃棄物溶融炉に吹き込む可燃性ダス 卜 と可燃性ダス トの着火 用燃料及び廃棄物溶融炉に装入されるコ ークスの供給速度に対し、 酸素比が 0. 9〜: I . 1の範囲となるよ うに、 下段羽口から吹き込む酸素 の量を調整することを特徴とする請求項 8または 9記載の廃棄物溶 融炉に可燃性ダス トを吹き込む方法。
11 . 可燃性ダス トが、 廃棄物溶融炉の生成ガスから捕集した可燃 性ダス ト、 バイ オマス燃料、 鉄粉、 シュ レッダ一ダス ト、 製鉄ダス ト、 破砕した廃プラスチック又は廃タイヤ粉の一種又は二種以上か らなる可燃性ダス トであることを特徴とする請求項 8 〜 10のいずれ かに記載の廃棄物溶融炉に可燃性物質を吹き込む方法。
12. 廃棄物溶融炉が、 上、 下段羽口を設け、 上段よ り廃棄物乾燥 用の空気を、 下段よ り燃焼溶融用の酸素富化空気を送風し、 下段羽 口よ り可燃性ダス トを吹き込むこ とを特徴とする請求項 8〜: 11のい ずれかに記載の廃棄物溶融炉に可燃性ダス トを吹き込む方法。
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