(57)【要約】【課題】一酸化炭素の増加を抑制しつつ、窒化酸化物の発生を低減することが可能な燃焼炉を提供する。【解決手段】燃焼炉は、ガス化溶融炉からの可燃性ガスの燃焼ガスが旋回しつつ鉛直方向に沿って流れる内部空間を有する炉本体部と、内部空間に可燃性ガスと空気とを供給する第１供給口を有し、可燃性ガスと空気とを合流させ燃焼ガスを生成する第１供給部と、鉛直方向において第１供給口よりも下流側で、内部空間内の燃焼ガスに空気を供給する第２供給口を有する第２供給部と、を備える。第１供給口と第２供給口との高さ位置の差が、第１供給口と第２供給口との間における内部空間の内径の０．５倍〜１．６倍である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化溶融炉からの可燃性ガスの燃焼ガスが旋回しつつ鉛直方向に沿って流れる内部空間を有する炉本体部と、
前記内部空間に前記可燃性ガスと空気とを供給する第１供給口を有し、前記可燃性ガスと前記空気とを合流させ前記燃焼ガスを生成する第１供給部と、
前記鉛直方向において前記第１供給口よりも下流側で、前記内部空間内の前記燃焼ガスに前記空気を供給する第２供給口を有する第２供給部と、を備え、
前記第１供給口と前記第２供給口との高さ位置の差が、前記第１供給口と前記第２供給口との間における前記内部空間の内径の０．５倍〜１．６倍である、燃焼炉。
【請求項２】
前記ガス化溶融炉からの前記可燃性ガスを基準として、前記第１供給部から前記可燃性ガスに合流する前記空気の空気比は、０．７以上且つ１未満である、請求項１に記載の燃焼炉。
【請求項３】
前記第１供給部は、前記可燃性ガスと前記空気とを前記第１供給口から前記内部空間に供給する燃焼バーナ部と、前記第２供給口よりも前記第１供給口に近い高さ位置で前記燃焼バーナ部により前記内部空間に生成された前記燃焼ガスに向けて空気を供給する第３供給口と、を有する、請求項１又は２に記載の燃焼炉。
【請求項４】
前記ガス化溶融炉からの前記可燃性ガスを基準として、前記燃焼バーナ部により前記第１供給口から供給される前記空気の空気比は０．３〜０．４であり、前記第３供給口から供給される前記空気の空気比は０．４〜０．５９であり、前記第２供給口から供給される前記空気の空気比は０．３〜０．８１である、請求項３に記載の燃焼炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃焼炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガス化溶融炉から発生する熱分解ガス（可燃性ガス）を燃焼する燃焼装置が開示されている。この燃焼装置は、縦型円筒形状を有する燃焼室と、可燃性ガスを燃焼するバーナと、を備える。バーナは、燃焼室の内壁の接線方向と平行方向に可燃性ガスを吐出して、燃焼室内において燃焼排ガスの旋回流を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可燃性ガスの燃焼に伴って窒化酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）が発生する。ＮＯｘの発生を抑制するために、例えば、触媒を用いずにＮＯｘを除去する無触媒脱硝方式が用いられる場合がある。この無触媒脱硝方式は、エネルギー回収率の観点で好ましい形態であるが、触媒脱硝方式に比べてＮＯｘの抑制量が小さくなる傾向がある。一方、ＮＯｘの発生量を抑制するために、可燃性ガスを燃焼させるための空気の供給量を減少させると、可燃性ガスの未燃分の増加に伴い一酸化炭素（以下、「ＣＯ」という。）の発生量が増加することが懸念される。
【０００５】
そこで、本開示は、一酸化炭素の増加を抑制しつつ、窒化酸化物の発生を低減することが可能な燃焼炉を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面は、ガス化溶融炉からの可燃性ガスの燃焼ガスが旋回しつつ鉛直方向に沿って流れる内部空間を有する炉本体部と、内部空間に可燃性ガスと空気とを供給する第１供給口を有し、可燃性ガスと空気とを合流させ燃焼ガスを生成する第１供給部と、鉛直方向において第１供給口よりも下流側で、内部空間内の燃焼ガスに空気を供給する第２供給口を有する第２供給部と、を備え、第１供給口と第２供給口との高さ位置の差が、第１供給口と第２供給口との間における内部空間の内径の０．５倍〜１．６倍である燃焼炉を提供する。
【０００７】
可燃性ガスと空気とを合流させて可燃性ガスを燃焼する際に、空気の供給量が多過ぎるとより多くのＮＯｘが発生する。上記構成では、第１供給部と第２供給部とで空気を分けて内部空間に空気を供給することで、可燃性ガスを十分に燃焼させる空気量よりも少ない量の空気で、第１供給部と第２供給部との間において可燃性ガスを燃焼させることができる。第１供給口と第２供給口との高さ位置の差が、内部空間の内径の０．５倍よりも小さいと、ＮＯｘの発生量を低減することが困難になる。第１供給口と第２供給口との高さ位置の差が、内部空間の内径の１．６倍よりも大きいと、第２供給口を介して空気を供給してからの炉本体部内での可燃性ガスの燃焼時間が短くなって、可燃性ガスの不完全燃焼が発生しやすくなる。上記構成では、上述の高さ位置の差が内部空間の内径の０．５倍〜１．６倍であるので、ＣＯの増加を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量を低減することが可能となる。
【０００８】
ガス化溶融炉からの可燃性ガスを基準として、第１供給部から可燃性ガスに合流する空気の空気比は、０．７以上且つ１未満であってもよい。上記空気の空気比が０．７以上且つ１未満であることで、第１供給口と第２供給口との間において、理論空気量よりも酸素が少ない還元雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われる。このため、ＮＯｘの発生をより一層低減することができる。
【０００９】
第１供給部は、可燃性ガスと空気とを第１供給口から内部空間に供給する燃焼バーナ部と、第２供給口よりも第１供給口に近い高さ位置で燃焼バーナ部により内部空間に生成された燃焼ガスに向けて空気を供給する第３供給口と、を有してもよい。この場合、例えば、燃焼バーナ部において可燃性ガスの着火に必要となる量の空気を供給し、可燃性ガスの燃焼が安定する程度の空気を第３供給口から供給することで、可燃性ガスの着火に伴う急激な燃焼を抑制することが可能となる。その結果、可燃性ガスの局所的な燃焼に起因したＮＯｘ発生を抑制することができる。
【００１０】
ガス化溶融炉からの可燃性ガスを基準として、燃焼バーナ部により第１供給口から供給される空気の空気比は０．３〜０．４であってもよく、第３供給口から供給される空気の空気比は０．４〜０．５９であってもよく、第２供給口から供給される空気の空気比は０．３〜０．８１であってもよい。この場合、ＮＯｘ発生の低減に良好な空気比の配分となるので、ＣＯの増加を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量をより一層低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、一酸化炭素の増加を抑制しつつ、窒化酸化物の発生を低減することが可能な燃焼炉が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一実施形態に係る二次燃焼炉を備える廃棄物処理設備の模式図である。
【図２】図２は、二次燃焼炉の一部を側面から見た模式図である。
【図３】図３は、図２に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。
【図４】図４は、図２に示されるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す模式図である。
【図５】図５は、図２に示されるＶ−Ｖ線に沿った断面を示す模式図である。
【図６】図６は、変形例に係る二次燃焼炉の一部を側面から見た模式図である。
【図７】図７は、内部空間の内径に対する高さ位置の差の比に応じたＮＯｘ濃度とＣＯ濃度との変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、一実施形態に係る二次燃焼炉を備える廃棄物処理設備の模式図である。廃棄物処理設備１０は、ガス化溶融炉１２と、二次燃焼炉１４（燃焼炉）と、ボイラ１６と、減温塔１８と、集塵器２０と、誘引通風機２２と、煙突２４と、を備える。
【００１５】
ガス化溶融炉１２には、ごみ等の廃棄物と、コークス等の固形燃料及び石灰石等の副資材とが装入される。ガス化溶融炉１２は、廃棄物の乾燥、熱分解、燃焼及び溶融を行う。これによって、ガス化溶融炉１２は、熱分解ガスを生成しつつ廃棄物を減容化する。ガス化溶融炉１２の底部（出滓口）から、スラグ及びメタルを含む溶融物が排出される。炉外に排出された溶融物は、冷却凝固され、これからスラグとメタルとを回収することができる。
【００１６】
ガス化溶融炉１２から可燃性ダストと熱分解ガスを含む可燃性ガスとが排出され、当該可燃性ガスは二次燃焼炉１４に供給される。二次燃焼炉１４は、可燃性ガスを燃焼するための燃焼炉である。可燃性ガスには、廃棄物をガス化する過程で副次的に発生するタール及びダストが含まれてもよい。可燃性ガスを基準とした理論空気量の算出では、タール及びダスト等の固形分が含まれる。二次燃焼炉１４は、炉本体部３０と、脱硝剤供給部３２と、空気供給部３４と、第１供給部４０と、第２供給部７０と、を備える。
【００１７】
炉本体部３０は、可燃性ガスを燃焼するための内部空間Ｓを有する。脱硝剤供給部３２は、炉本体部３０内の内部空間Ｓに脱硝剤を供給する。例えば、内部空間Ｓの下部に脱硝剤供給部３２により脱硝剤が噴霧されることで、ＮＯｘが無触媒脱硝方式で分解される。これにより、可燃性ガスの燃焼に伴い発生するＮＯｘの一部が分解される。空気供給部３４は、第１供給部４０及び第２供給部７０を介して内部空間Ｓに空気を供給する。空気供給部３４、第１供給部４０、及び第２供給部７０の詳細については後述する。
【００１８】
二次燃焼炉１４において可燃性ガスの燃焼により発生した熱は、ボイラ１６において熱交換される。ボイラ１６には、発電装置２６が設けられている。ボイラ１６において発生した蒸気が発電装置２６に送られ、発電装置２６において発電が行われる。ボイラ１６で熱回収された後の排ガスは、減温塔１８に送られ、減温塔１８において当該排ガスの温度が調整される。温度が調整された排ガスは、集塵器２０に送られ、集塵器２０において除塵される。除塵された排ガスは、誘引通風機２２により吸引され、煙突２４から排出される。
【００１９】
廃棄物処理設備１０は、酸素濃度計３６と、制御装置３８と、を更に備える。酸素濃度計３６は、例えばボイラ１６からの排ガスの排出口（出口）付近に設けられる。酸素濃度計３６は、ボイラ１６からの排ガスに含まれる酸素の濃度を測定する。酸素濃度計３６は、測定値を制御装置３８に出力する。
【００２０】
制御装置３８は、炉本体部３０の内部空間Ｓに送り込む空気の量を制御する。制御装置３８は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の主記憶装置、キーボード及びディスプレイ等の入出力デバイス、並びに、制御対象の装置との間でデータの送受信を行う通信モジュールなどを含むコンピュータである。
【００２１】
制御装置３８は、酸素濃度計３６による酸素濃度の測定値が略一定となるように、空気供給部３４から内部空間Ｓに供給する空気の量を調整する。これにより、二次燃焼炉１４に送られる可燃性ガスの量を基準として、内部空間Ｓに供給される空気の空気比が略一定に維持される。空気比は、例えば、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスを理論的に完全燃焼するのに必要な最小限の空気量に対して、実際に供給する空気の比で定義される。制御装置３８は、例えば、空気供給部３４の供給源に設けられたバルブを調節することで、内部空間Ｓへ供給する空気の量を制御する。制御装置３８は、例えば、ボイラ１６の出口での酸素濃度を４〜７体積％に維持するように、空気供給部３４から供給する空気の量を調整する。
【００２２】
図２は、二次燃焼炉の一部を側面から見た模式図である。炉本体部３０は、例えば、鉛直方向に沿って延びるように形成されている。炉本体部３０は、円筒状を呈している。炉本体部３０の水平方向に沿った断面は、リング状である。炉本体部３０に第１供給部４０から可燃性ガスと空気とが供給されることで、燃焼ガスが発生する。
【００２３】
空気供給部３４は、第１供給部４０と、第２供給部７０とに空気を供給する。空気供給部３４から供給される空気の一部が、第１供給部４０を介して内部空間Ｓに供給され、空気供給部３４から供給される空気の別の一部が、第２供給部７０を介して内部空間Ｓに供給される。
【００２４】
空気供給部３４は、供給源５２と、供給路５４と、を備える。供給源５２は、制御装置２８により制御された空気量（空気比）で、第１供給部４０及び第２供給部７０に空気を送り出す。供給路５４は、供給源５２と、第１供給部４０及び第２供給部７０それぞれとを接続する。供給路５４は、共通路５４ａと、分岐路５４ｂと、分岐路５４ｃと、を含む。共通路５４ａは、第１供給部４０に接続される分岐路５４ｂと、第２供給部７０に接続される分岐路５４ｃとに分岐する。
【００２５】
第１供給部４０は、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスと、空気供給部３４からの空気の一部とを合流させる。第１供給部４０は、ガス化溶融炉１２から炉本体部３０に向かう流路の炉本体部３０側の端部に位置している。第１供給部４０は、可燃性ガスと空気とを合流させ、可燃性ガスを燃焼させることで燃焼ガスを生成する。第１供給部４０は、例えば、炉本体部３０の上部側面に接続されている。第１供給部４０は、燃焼バーナ部４２と、ノズル４６と、ノズル６２ａ，６２ｂと、を備える。
【００２６】
燃焼バーナ部４２は、炉本体部３０の内部空間Ｓに可燃性ガス及び空気を供給する供給口４４（第１供給口）を有する。これにより、燃焼バーナ部４２は、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスと、空気供給部３４からの空気の一部とを合流させる。燃焼バーナ部４２は、水平方向に沿って延びるように筒状に形成されている。燃焼バーナ部４２の延在方向に交差する断面形状は、例えば四角形である。燃焼バーナ部４２には、分岐路５４ｂの共通路５４ｄから分岐する分岐路５４ｅが接続される。燃焼バーナ部４２は、可燃性ガスと空気とを合流させつつ、内部空間Ｓに向けて可燃性ガスと空気とを送り込む流路を有している。燃焼バーナ部４２により内部空間Ｓに可燃性ガスと空気とが供給されることで、燃焼ガスが生成される。供給口４４は、炉本体部３０の鉛直方向に沿って延びる側壁３０ａに設けられ、水平方向に沿って側壁３０ａを貫通している。すなわち、燃焼バーナ部４２内の流路が、供給口４４を通して内部空間Ｓと連通している。
【００２７】
ノズル４６は、例えば燃焼バーナ部４２の下方に設けられており、炉本体部３０の内部空間Ｓに空気を供給する供給口４８（第３供給口）を有する。供給口４８は、燃焼バーナ部４２により内部空間Ｓに生成された燃焼ガスに向けて空気を供給する。これにより、ノズル４６は、空気供給部３４からの空気の一部を、燃焼バーナ部４２により生成された燃焼ガスに合流させる。ノズル４６は、水平方向に沿って延びるように筒状に形成されている。ノズル４６には、分岐路５４ｂの共通路５４ｄから分岐する分岐路５４ｆが接続される。供給口４８は、炉本体部３０の側壁３０ａに設けられ、水平方向に沿って側壁３０ａを貫通している。すなわち、ノズル４６内の空気の流路が、供給口４８を通して内部空間Ｓと連通している。
【００２８】
ノズル６２ａは、炉本体部３０の内部空間Ｓに空気を供給する供給口６４ａ（第３供給口）を有する。ノズル６２ｂは、炉本体部３０の内部空間Ｓに空気を供給する供給口６４ｂ（第３供給口）を有する。供給口６４ａ，６４ｂは、燃焼バーナ部４２により内部空間Ｓに生成された燃焼ガスに向けて空気をそれぞれ供給する。これにより、ノズル６２ａ，６２ｂは、空気供給部３４からの空気の一部を、燃焼バーナ部４２により生成された燃焼ガスに合流させる。ノズル６２ａ，６２ｂは、水平方向に沿って延びるように筒状にそれぞれ形成されている。ノズル６２ａ，６２ｂには、分岐路５４ｂの共通路５４ｄから分岐する分岐路５４ｇが接続される。ノズル６２ａ，６２ｂは、燃焼バーナ部４２と同程度の高さ位置に配置されている。ノズル６２ａ，６２ｂは、燃焼バーナ部４２の延在方向と交差する方向に延びている。ノズル６２ａ，６２ｂの長手方向は、互いに略平行であってもよい。
【００２９】
供給口６４ａ，６４ｂは、炉本体部３０の周方向において供給口４４（供給口４８）と異なる位置において、側壁３０ａに設けられている。供給口６４ａ，６４ｂは、水平方向に沿って側壁３０ａをそれぞれ貫通している。すなわち、ノズル６２ａ，６２ｂ内の空気の流路が、供給口６４ａ，６４ｂを通して内部空間Ｓとそれぞれ連通している。
【００３０】
以上のように、第１供給部４０では、燃焼バーナ部４２からの可燃性ガスと、燃焼バーナ部４２からの空気及びノズル４６，６２ａ，６２ｂからの空気とが合流し、内部空間Ｓに旋回しつつ流れる燃焼ガスが発生する。本実施形態では、内部空間Ｓにおいて、下方に向かう燃焼ガスの旋回流が発生する。燃焼ガスの旋回流が発生することにより、可燃性ガスの均一な燃焼を行うことができる。なお、燃焼ガスの旋回流には、燃焼バーナ部４２により可燃性ガスと空気とが合流して発生する燃焼ガスだけではなく、当該燃焼ガスに向けてノズル４６，６２ａ，６２ｂから更に空気が供給されて発生する燃焼ガスも含まれる。
【００３１】
第２供給部７０は、ノズル７２を備える。ノズル７２は、炉本体部３０の内部空間Ｓに空気を供給する供給口７４（第２供給口）を有する。供給口７４は、鉛直方向において供給口４４よりも燃焼ガスの流れの下流側で、内部空間Ｓ内の燃焼ガスに空気を供給する。これにより、ノズル７２は、内部空間Ｓで旋回している燃焼ガスに空気を更に供給する。ノズル７２は、鉛直方向において第１供給部４０よりも下流側に配置されている。本実施形態では、ノズル７２は、第１供給部４０よりも下方に配置されている。ノズル７２は、水平方向に沿って延びるように筒状に形成されている。ノズル７２は、例えば、燃焼バーナ部４２（ノズル４６）の延在方向と交差するように延びていてもよい。
【００３２】
供給口７４は、供給口４４よりも下方に設けられている。供給口７４は、炉本体部３０の側壁３０ａに設けられ、水平方向に沿って側壁３０ａを貫通している。すなわち、ノズル７２内の空気の流路が、供給口７４を通して内部空間Ｓと連通している。
【００３３】
図３は、図２に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。図３に示されるように、燃焼バーナ部４２は、可燃性ガスと空気とを内部空間Ｓに向けて、燃焼バーナ部４２の延在方向に沿って供給する。燃焼バーナ部４２から供給された可燃性ガスと空気とが混合することで、可燃性ガスに着火して燃焼ガスが生成される。燃焼バーナ部４２により生成された燃焼ガス及び可燃性ガスの未燃ガスは、側壁３０ａに沿って中心Ｐ周りに旋回しつつ下方に向けて流れる。
【００３４】
ノズル６２ａ，６２ｂは、燃焼バーナ部４２により生成され、下方に向けて旋回しつつ流れる燃焼ガスに向けて、空気をそれぞれ供給する。図３に示されるように、ノズル６２ｂは、平面視において、燃焼ガスの旋回流が進む向きに対して順方向に空気を吐出する。図示は省略されているが、ノズル６２ａも、ノズル６２ｂと同様に、燃焼ガスの旋回流に向けて空気を吐出する。
【００３５】
図４は、図２に示されるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す模式図である。図４に示されるように、ノズル４６は、図３に示す燃焼バーナ部４２により生成され、下方に向けて旋回しつつ流れる燃焼ガスに向けて空気を供給する。ノズル４６は、平面視において、燃焼ガスの旋回流が進む向きに対して順方向に空気を吐出する。このように、第１供給部４０により可燃性ガスと空気とが合流されて発生する燃焼ガスが、側壁３０ａに沿って旋回しつつ下方に向けて流れる。
【００３６】
図５は、図２に示されるＶ−Ｖ線に沿った断面を示す模式図である。図５に示されるように、ノズル７２は、下方に向けて旋回しつつ流れる燃焼ガスに向けて、空気を供給する。ノズル７２は、平面視において、燃焼ガスの旋回流が進む向きに対して順方向に空気を吐出する。これにより、燃焼ガスとともに旋回して流れる可燃性ガスの未燃ガスが燃焼する。
【００３７】
図２に戻り、炉本体部３０の内部空間Ｓに供給される空気の空気比について説明する。空気供給部３４から、第１供給部４０及び第２供給部７０を介して内部空間Ｓに供給される空気の空気比（以下、「全体空気の空気比」という。）は、１．０〜１．９であってもよい。あるいは、全体空気の空気比は、１．４〜１．６であってもよい。
【００３８】
第１供給部４０を介して内部空間Ｓに供給される空気の空気比（以下、「第１供給部４０からの空気の空気比」という。）は、０．７以上且つ１未満であってもよい。ＮＯｘの発生量を低減する観点から、第１供給部４０からの空気の空気比の上限が０．９９、０．９５、又は０．９であってもよい。ＣＯの発生量を抑制する観点から、第１供給部４０からの空気の空気比の下限が０．７５又は０．８であってもよい。あるいは、第１供給部４０からの空気の空気比は、全体空気の空気比よりも小さく、且つ１以上であってもよい。
【００３９】
供給口４４を介して内部空間Ｓに供給される空気（燃焼バーナ部４２において可燃性ガスと合流される空気）の空気比と、第３供給口としての供給口４８，６４ａ，６４ｂを介して供給される空気の空気比とは、上述の第１供給部４０からの空気の空気比を満たす範囲で所定の割合で配分されてもよい。例えば、燃焼バーナ部４２（供給口４４）を介して内部空間Ｓに供給される空気（以下、「供給口４４からの空気の空気比」という。）は、０．３〜０．４であってもよい。このとき、供給口４８，６４ａ，６４ｂを介して供給される空気の合計の空気比（以下、「第３供給口からの空気の空気比」という。）は、第１供給部４０からの空気の空気比が０．７以上且つ１未満を満たすように設定されてもよい。例えば、第３供給口からの空気の空気比は、０．４〜０．５９であってもよい。
【００４０】
第１供給部４０からの空気の空気比と、第２供給部７０を介して内部空間Ｓに供給される空気の空気比（以下、「第２供給部７０からの空気の空気比」という。）とは、合計すると全体空気の空気比と等しくなるように所定の割合で配分されてもよい。例えば、第２供給部７０からの空気の空気比は、０．３〜０．８１であってもよい。
【００４１】
第１供給部４０からの空気の空気比が１未満である場合、第１供給部４０により供給される空気によって、可燃性ガスが還元雰囲気下で燃焼する。可燃性ガスの未燃ガスを含む燃焼ガスは旋回しつつ下方に流れるので、旋回流が供給口４４（供給口４８）から供給口７４に達するまで、当該燃焼ガスは還元雰囲気下で滞留する。供給口７４に達した後から、炉本体部３０の出口までの間では、供給される空気の合計の空気比が１を超えるので、供給口７４よりも下方では燃焼ガスが理論空気量よりも酸素が多い酸化雰囲気下で滞留する。これにより、供給口７４から下方では燃焼ガスに含まれる未燃ガスの燃焼（可燃性ガスの燃焼）がより促進される。この条件を満たす各供給口からの空気の空気比の一例として、供給口４４からの空気の空気比が０．３〜０．４であり、第３供給口からの空気の空気比が０．４〜０．５９であり、第２供給部７０（供給口７４）からの空気の空気比が０．３〜０．８１であってもよい。
【００４２】
本開示において、供給口４４と供給口７４との高さ位置の差（以下、「距離Ｈ」という。）は、供給口の上限と下限との間におけるそれぞれの中央の高さ位置同士の差である。本開示において、内径Ｄは、供給口４４と供給口７４との間における炉本体部３０の内径である。炉本体部３０の内径が鉛直方向において変化する場合には、内径Ｄは、供給口４４と供給口７４との間における最大の内径である。供給口４８及び供給口６４ａ，６４ｂのそれぞれは、鉛直方向において、供給口４４と供給口７４との間の供給口４４寄りに配置されている。つまり、供給口４８及び供給口６４ａ，６４ｂのそれぞれは、供給口７４よりも供給口４４に近い高さ位置で内部空間Ｓに空気を供給する。
【００４３】
距離Ｈと内径Ｄとの関係は、ＮＯｘ発生量の低減と、可燃性ガスの未燃分に起因したＣＯ発生量の抑制との２つの観点を考慮して定められる。ＮＯｘ発生量の低減の観点から、内径Ｄに対する距離Ｈの比（以下、単に「Ｈ／Ｄ」という。）は、０．５以上である。ＣＯ発生量の抑制の観点から、Ｈ／Ｄは１．６以下である。つまり、Ｈ／Ｄは、０．５〜１．６である。ＮＯｘ発生量の更なる低減の観点から、Ｈ／Ｄの下限値は、０．８、１．０、又は１．２であってもよい。ＣＯ発生量の更なる抑制の観点から、Ｈ／Ｄの上限値は、１．５、１．４、又は１．３であってもよい。
【００４４】
供給口４４と供給口７４との間において、燃焼ガスの滞留時間が１．８秒間以上となるように、Ｈ／Ｄが定められてもよい。あるいは、当該滞留時間が２．０秒間以上となるように、Ｈ／Ｄが定められてもよい。想定される可燃性ガスの処理量が最大である場合に炉本体部３０内の燃焼ガスの流れが最も早くなるので、滞留時間は、可燃性ガスの処理量が最大であるときを基準に設定されてもよい。
【００４５】
以上説明した本実施形態に係る二次燃焼炉１４は、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスの燃焼ガスが旋回しつつ鉛直方向に沿って流れる内部空間Ｓを有する炉本体部３０と、内部空間Ｓに可燃性ガスと空気とを供給する供給口４４を有し、可燃性ガスと空気とを合流させ燃焼ガスを生成する第１供給部４０と、鉛直方向において供給口４４よりも下流側で、内部空間Ｓ内の燃焼ガスに空気を供給する供給口７４を有する第２供給部７０と、を備える。供給口４４と供給口７４との高さ位置の差である距離Ｈが、供給口４４と供給口７４との間における内部空間Ｓの内径Ｄの０．５倍〜１．６倍である。
【００４６】
可燃性ガスと空気とを合流させて可燃性ガスを燃焼する際に、空気の供給量が多過ぎるとより多くのＮＯｘが発生する。上記構成では、第１供給部４０と第２供給部７０とで空気を分けて内部空間Ｓに空気を供給することで、可燃性ガスを十分に燃焼させる空気量よりも少ない量の空気で、第１供給部４０と第２供給部７０との間において可燃性ガスの燃焼を行うことができる。供給口４４と供給口７４との高さ位置の差である距離Ｈが、内部空間Ｓの内径Ｄの０．５倍よりも小さいと、ＮＯｘの発生量を低減することが困難になる。距離Ｈが、内部空間Ｓの内径Ｄの１．６倍よりも大きいと、供給口７４を介して空気を供給してからの炉本体部３０内での可燃性ガスの燃焼時間が短くなって、可燃性ガスの不完全燃焼が発生しやすくなる。上記構成では、距離Ｈが内径Ｄの０．５倍〜１．６倍であるので、ＣＯの増加を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量を低減することが可能となる。
【００４７】
上記実施形態では、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスを基準として、第１供給部４０から可燃性ガスに合流する空気の空気比が、０．７以上且つ１未満である。空気比が１よりも大きい状態で燃焼ガスの燃焼をより長く継続すると、ＮＯｘの発生量が増加してしまう懸念がある。上記構成では、第１供給部４０により可燃性ガスと合流する空気の空気比が０．７以上且つ１未満であることで、供給口４４と供給口７４との間において、還元雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われる。このため、ＮＯｘの発生をより一層低減することができる。
【００４８】
上記実施形態では、第１供給部４０は、可燃性ガスと空気とを供給口４４から内部空間Ｓに供給する燃焼バーナ部４２と、供給口７４よりも供給口４４に近い高さ位置で燃焼バーナ部４２により内部空間Ｓに生成された燃焼ガスに向けて空気を供給する供給口４８，６４ａ，６４ｂと、を有する。この場合、例えば、燃焼バーナ部４２において可燃性ガスの着火に必要となる量の空気を供給し、可燃性ガスの燃焼が安定する程度の空気を供給口４８，６４ａ，６４ｂから供給することで、可燃性ガスの着火に伴う急激な燃焼を抑制することが可能となる。その結果、可燃性ガスの局所的な燃焼に起因したＮＯｘ発生を抑制することができる。
【００４９】
上記実施形態では、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスを基準として、燃焼バーナ部４２により供給口４４から供給される空気の空気比は０．３〜０．４であり、供給口４８から供給される空気の空気比は０．４〜０．５９であり、供給口７４から供給される空気の空気比は０．３〜０．８１である。この場合、ＮＯｘ発生の低減に良好な空気比の配分となるので、ＣＯの増加を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量をより一層低減することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、第１供給部４０は、第３供給口を有していなくてもよい。この場合、供給口４４を介して内部空間Ｓに供給される空気の空気比は、０．７以上且つ１未満であってもよい。第１供給部４０が第３供給口を有する場合、第３供給口は、燃焼バーナ部４２により生成される燃焼ガスに向けて空気を供給することが可能な構成であればよい。第３供給口として機能する供給口の数及び位置は、図２に示す例に限られず、第１供給部４０は、供給口４８及び供給口６４ａ，６４ｂのうちのいずれか一つ又は二つの供給口を備えていてもよい。図６は、変形例に係る二次燃焼炉の一部を側面から見た模式図である。図６に示されるように、第１供給部４０は、第３供給口として、供給口６４ａ，６４ｂを備えずに供給口４８を備えてもよい。
【００５１】
供給口４８及び供給口６４ａ，６４ｂのそれぞれの高さ位置は、燃焼バーナ部４２の高さ位置と同程度であるか、燃焼バーナ部４２よりも上方であってもよい。ノズル４６は、燃焼バーナ部４２に固定されていてもよく、例えば燃焼バーナ部４２の底壁に設けられてもよい。
【００５２】
第１供給部４０は、炉本体部３０の下部側面に接続されてもよい。この場合、第２供給部７０（ノズル７２）は、第１供給部４０の上方に配置されてもよい。つまり、供給口７４が、供給口４４よりも上方に配置され、内部空間Ｓにおいて、燃焼ガスの旋回流が上方に向かって流れてもよい。
【実施例】
【００５３】
以下、いくつかの実施例を用いて、本発明の内容をより詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５４】
（実施例１）
図６に示される二次燃焼炉１４を備える廃棄物処理設備１０を準備した。二次燃焼炉１４において、内径Ｄに対する距離Ｈの比（Ｈ／Ｄ）を１．２０とした。ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスを当該二次燃焼炉１４において燃焼させて、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定した。供給口４４と供給口７４との間において還元雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われ、供給口７４以降において酸化雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われるように、各供給口からの空気の空気比を設定した。
【００５５】
ＮＯｘ濃度は、ボイラ１６の出口において測定した。ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）は、酸素濃度１２％換算値で測定した。ＣＯ濃度は、煙突２４の出口において測定した。ＣＯ濃度（ｐｐｍ）は、酸素濃度１２％換算値で測定した。併せて、供給口４４と供給口７４との間における燃焼ガスの滞留時間（秒）を算出した。結果は表１に示すとおりであった。
【００５６】
（実施例２）
供給口７４の高さ位置を変更し、Ｈ／Ｄを１．５６としたこと以外は、実施例１と同様にして、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定し、滞留時間を算出した。結果は表１に示すとおりであった。
【００５７】
（比較例１）
供給口７４の高さ位置を変更し、Ｈ／Ｄを０．００としたこと以外は、実施例１と同様にして、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定し、滞留時間を算出した。結果は表１に示すとおりであった。
【００５８】
（比較例２）
供給口７４の高さ位置を変更し、Ｈ／Ｄを０．１８としたこと以外は、実施例１と同様にして、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定し、滞留時間を算出した。結果は表１に示すとおりであった。
【００５９】
【表１】
2020197356.tif 000003
【００６０】
表１に示すとおり、Ｈ／Ｄが大きくなるにつれて、ＮＯｘ濃度が減少していることがわかる。還元雰囲気下での燃焼ガスの滞留時間は、Ｈ／Ｄが大きくなるにつれて長くなり、これに伴って、ＮＯｘ濃度が減少している。一方、還元雰囲気下での滞留時間が長くなる（Ｈ／Ｄが大きくなる）につれて、酸化雰囲気下での燃焼ガスの滞留時間が短くなるので、ＣＯ濃度が増加している。
【００６１】
図７は、Ｈ／Ｄに応じたＮＯｘ濃度とＣＯ濃度との変化を示すグラフである。図７には、上記表１に示すＨ／Ｄの各条件でのＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度の測定値がプロットされている。横軸は、Ｈ／Ｄを示しており、縦軸の一方はＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）を示し、縦軸の他方はＣＯ濃度（ｐｐｍ）を示している。図７には、実施例１，２及び比較例１，２の４つの条件での測定値からＮＯｘ濃度の変化の予測を示す近似直線Ｌ１、及び上記４つの条件での測定値からＣＯ濃度の変化の予測を示す近似直線Ｌ２が示されている。近似直線Ｌ１，Ｌ２は、例えば、４つの条件での測定値を用いて最小二乗法によりそれぞれ導出されている。
【００６２】
近似直線Ｌ１，Ｌ２に基づいて、ＮＯｘ濃度が１６０ｐｐｍ以下となり、且つＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下となるＨ／Ｄの範囲を算出すると、Ｈ／Ｄが０．５〜１．６であるときに上記条件を満たすことがわかる。すなわち、Ｈ／Ｄが０．５〜１．６であるときに、ＣＯ濃度の増加を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量の低減が図られていることが確認された。Ｈ／Ｄの下限値が０．８であるとき、ＮＯｘ濃度が１４０ｐｐｍ以下であり、Ｈ／Ｄの下限値が１．０であるときに、ＮＯｘ濃度が１２０ｐｐｍ以下であることが確認された。Ｈ／Ｄの下限値が１．２であるときに、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍ以下であることが確認された。Ｈ／Ｄの上限値が１．５であるときに、ＣＯ濃度が９．５ｐｐｍ以下であることが確認され、Ｈ／Ｄの上限値が１．４であるときに、ＣＯ濃度が９ｐｐｍ以下であることが確認された。Ｈ／Ｄの上限値が１．３であるときに、ＣＯ濃度が８．５ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００６３】
（実施例３）
図２に示される二次燃焼炉１４を備える廃棄物処理設備１０を準備した。Ｈ／Ｄを１．１６とした。ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスを当該二次燃焼炉１４において燃焼させて、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定した。供給口４４から供給口７４までの間の滞留時間（ｓｅｃ：秒）も併せて算出した。
【００６４】
ボイラ１６の出口における酸素濃度（体積％，ｗｅｔ）及び全体空気の空気比を、表２に示す値に設定して可燃性ガスの燃焼をコントロールした。供給口４４からの空気の供給量を調節する「手動弁１」、ノズル６２ａ，６２ｂのそれぞれからの空気の供給量を調節する「手動弁２」「手動弁３」、及び供給口７４からの空気の供給量を調節する「手動弁４」の開度は、表２に示すとおりとした。
【００６５】
手動弁１〜４の開度に応じた燃焼空気の各供給口への配分を示す流量（Ｎｍ３／ｈ）及び空気比は、表２に示すとおりであった。表２では、「(1)供給口４４」に示す空気比が、供給口４４からの空気の空気比を表す。「(2)供給口４８」に示す空気比が、供給口４８からの空気の空気比を表し、「(3)供給口６４ａ，供給口６４ｂ」に示す空気比が、供給口６４ａ，６４ｂからの空気の空気比を表す。「(2)供給口４８」に示す空気比と「(3)供給口６４ａ，供給口６４ｂ」に示す空気比との合計が、第３供給口からの空気の空気比に相当する。「(4)供給口７４」に示す空気比が供給口７４（第２供給部７０）からの空気の空気比を表す。
【００６６】
表２の(1)〜(3)のそれぞれの供給口に示す空気比の配分から第１供給部４０からの空気の空気比を算出して表２に示した。また、(4)の供給口７４に示す空気比を第２供給部７０からの空気の空気比とし同様に表２に示した。実施例１，２でのＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度と同様の測定方法により、ＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度を測定した。結果は表２に示すとおりであった。
【００６７】
（実施例４）
ボイラ１６の出口における酸素濃度及び全体空気の空気比を、表２に示す値に設定したこと、及び手動弁１を表２に示す開度で動作させたこと以外は、実施例３と同様にして、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定し、滞留時間を算出した。結果は表２に示すとおりであった。
【００６８】
（実施例５）
ボイラ１６の出口における酸素濃度及び全体空気の空気比を、表２に示す値に設定したこと、及び手動弁１〜３を表２に示す開度で動作させたこと以外は、実施例３と同様にして、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定し、滞留時間を算出した。結果は表２に示すとおりであった。
【００６９】
（実施例６）
ボイラ１６の出口における酸素濃度及び全体空気の空気比を、表２に示す値に設定したこと、及び手動弁１〜３を表２に示す開度で動作させたこと以外は、実施例３と同様にして、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を測定し、滞留時間を算出した。結果は表２に示すとおりであった。
【００７０】
【表２】
2020197356.tif 000004
【００７１】
比較のため、実施例２についても、実施例３〜６と同様に各種条件及び測定結果を表２に示した。表２に示されるように、実施例３〜６，２のいずれにおいても、ＮＯｘ濃度が１００ｐｐｍ以下であり、ＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下であった。つまり、ＣＯ濃度の増加を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量の低減が図られていることが確認された。
【００７２】
実施例３，４では、第１供給部４０からの空気の空気比が１を超えている。つまり、供給口４４と供給口７４との間において酸化雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われた。実施例５，６，２では、第１供給部４０からの空気の空気比が１よりも小さい。つまり、供給口４４と供給口７４との間において還元雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われた。上記区間において、還元雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われることで、酸化雰囲気下で可燃性ガスの燃焼が行われる場合に比べて、ＮＯｘ発生量がより低減していることが確認された。
【００７３】
実施例３では、供給口４４から供給される空気の空気比が０．４を超えており、実施例４〜６，２では、当該空気の空気比が０．３〜０．４の範囲内に含まれていた。燃焼バーナ部４２にて可燃性ガスと合流される空気を、可燃性ガスの着火に必要な量とすることで、燃焼バーナ部４２における局所燃焼が抑制され、ＮＯｘ発生量を低減できることが確認された。
【００７４】
実施例５では、供給口４４からの空気の空気比を０．３〜０．４とし、第３供給口（供給口４８，６４ａ，６４ｂ）からの空気の空気比を０．６以上としている。実施例６、２では、供給口４４からの空気の空気比を０．３〜０．４とし、第３供給口からの空気の空気比を０．４〜０．５９としている。また、実施例６，２では、第２供給部７０（供給口７４）からの空気の空気比を０．３〜０．８１としている。実施例５に比べて、実施例６，２の方がよりＮＯｘ発生量が低減されているので、上記各供給口からの空気比の配分が、ＮＯｘ発生量の低減により有効であることが確認された。
【００７５】
実施例５，６，２では、供給口４４から供給口７４までの区間での燃焼ガスの滞留時間が１．８秒間以上であり、還元雰囲気下で燃焼時間が確保されている。実施例３〜５では、ボイラ１６の出口での酸素濃度の設定値が６体積％以上であるのに対して、実施例６，２では、当該酸素濃度の設定値が６体積％よりも小さい。つまり、実施例６，２では、実施例３〜５に比べて低空気比での可燃性ガスの燃焼が行われている。実施例６，２のように全体空気の空気比を低くすることで、ＮＯｘ発生量を低減できることが確認された。
【符号の説明】
【００７６】
１０…廃棄物処理設備、１２…ガス化溶融炉、１４…二次燃焼炉、１６…ボイラ、１８…減温塔、２０…集塵器、２２…誘引通風機、２４…煙突、２６…発電装置、３０…炉本体部、３０ａ…側壁、３２…脱硝剤供給部、３４…空気供給部、３６…酸素濃度計、３８…制御装置、４０…第１供給部、４２…燃焼バーナ部、４４…供給口、４６…ノズル、４８…供給口、５２…供給源、５４…供給路、５４ａ…共通路、５４ｂ，５４ｃ…分岐路、５４ｄ…分岐路５４ｂの共通路、５４ｅ，５４ｆ，５４ｇ…分岐路、６２ａ，６２ｂ…ノズル、６４ａ，６４ｂ…供給口，７０…第２供給部，７２…ノズル，７４…供給口。
【図１】
2020197356.tif 000005
【図２】
2020197356.tif 000006
【図３】
2020197356.tif 000007
【図４】
2020197356.tif 000008
【図５】
2020197356.tif 000009
【図６】
2020197356.tif 000010
【図７】
2020197356.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月19日(2019.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化溶融炉からの可燃性ガスの燃焼ガスが旋回しつつ鉛直方向に沿って流れる内部空間を有する炉本体部と、
前記内部空間に前記可燃性ガスと空気とを供給する第１供給口を有し、前記可燃性ガスと前記空気とを合流させ前記燃焼ガスを生成する第１供給部と、
前記鉛直方向において前記第１供給口よりも下流側で、前記内部空間内の前記燃焼ガスに前記空気を供給する第２供給口を有する第２供給部と、を備え、
前記第１供給口と前記第２供給口との高さ位置の差が、前記第１供給口と前記第２供給口との間における前記内部空間の内径の０．５倍〜１．６倍であり、
前記ガス化溶融炉からの前記可燃性ガスを基準として、前記第１供給部から前記可燃性ガスに合流する前記空気の空気比は、０．７以上且つ１未満である、燃焼炉。
【請求項２】
前記第１供給部は、前記可燃性ガスと前記空気とを前記第１供給口から前記内部空間に供給する燃焼バーナ部と、前記第２供給口よりも前記第１供給口に近い高さ位置で前記燃焼バーナ部により前記内部空間に生成された前記燃焼ガスに向けて空気を供給する第３供給口と、を有する、請求項１に記載の燃焼炉。
【請求項３】
前記ガス化溶融炉からの前記可燃性ガスを基準として、前記燃焼バーナ部により前記第１供給口から供給される前記空気の空気比は０．３〜０．４であり、前記第３供給口から供給される前記空気の空気比は０．４〜０．５９であり、前記第２供給口から供給される前記空気の空気比は０．３〜０．８１である、請求項２に記載の燃焼炉。