(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体の下部に一次空気を供給し、該一次空気の供給部より上方に二次空気を供給しながら汚泥を燃焼する流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法であって、
炉内温度を８５０℃以上８７０℃以下に制御し、
前記一次空気と前記二次空気の合計空気比が１．３で、かつ前記一次空気の空気比が１．１以上に設定されており、
前記二次空気を、円筒状の炉壁に配置された２本の空気供給ノズルによって４０ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓの流速で吹き込むと共に、
前記二次空気の吹込み位置の水平面における炉の中心と前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の交点とを結ぶ直線と、前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の成す角度が等しく、かつ前記各空気供給ノズルの吹込み先端側が離れる方向をプラスとして当該角度が０°〜３０°となるように吹込み方向を設定したことを特徴とする流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法。
【請求項２】
炉内に供給する一次空気の温度を調整することで、炉内温度を調整することを特徴とする請求項１記載の流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法。
【請求項３】
炉体の下部に流動用の一次空気を供給する一次空気供給部と、該一次空気供給部より上方に設けられて二次空気を供給する二次空気供給部を備えた流動床式汚泥焼却炉であって、
炉内温度を計測する温度測定器と、該温度測定器の測定値に基づいて炉内温度を８５０℃以上８７０℃以下に制御する炉内温度制御装置を有し、
前記一次空気供給部と前記二次空気供給部の供給する合計空気比が１．３で、かつ前記一次空気供給部の供給する空気比が１．１以上に設定されており、
前記二次空気供給部を円筒状の炉壁に配置された２本の空気供給ノズルによって構成し、該２本の空気供給ノズルから吹き込む二次空気の流速を４０ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓに設定すると共に、
前記二次空気の吹込み位置の水平面における炉の中心と前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の交点とを結ぶ直線と、前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の成す角度が等しく、かつ前記各空気供給ノズルの吹込み先端側が離れる方向をプラスとして当該角度が０°〜３０°となるように吹込み方向を設定したことを特徴とする流動床式汚泥焼却炉。
【請求項４】
前記炉内温度制御装置は、前記温度測定器の測定値に基づいて、炉内に供給する一次空気の温度を調整することで、炉内温度を調整することを特徴とする請求項３記載の流動床式汚泥焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法、流動床式汚泥焼却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥を焼却できる流動床式汚泥焼却炉として、例えば特許文献１に開示された「汚泥の流動焼却炉」がある。
特許文献１に開示された汚泥の流動焼却炉は、「汚泥が直接投入される炉体内部を高さ方向に分割し、炉体の下方部分を空気比が０．９〜１.１の流動用空気を燃料とともに供給して汚泥を流動させつつ熱分解する熱分解ゾーンとし、その直上部分を空気比が０．１〜０.３の二次燃焼用空気のみを供給することにより、局所高温場を形成してN20を分解する層上燃焼ゾーンとし、炉体の最上部を未燃分を完全燃焼させる完全燃焼ゾーンとしたことを特徴とする」ものである。
【０００３】
特許文献１においては、汚泥を流動炉に投入し、空気比が０．９〜１.１の流動用空気が燃料とともに供給される熱分解ゾーンで流動させつつ熱分解するが、この熱分解ゾーンでは空気比が１.１以下であって酸素が少ないので、Ｎ分の酸化が進みにくくN20の生成が抑制されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４１３２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、特許文献1の方法では、「二次燃焼用空気のみを供給することにより、局所高温場を形成してN20を分解する層上燃焼ゾーンとし」ている。
しかし、このように局所高温場を形成すると、一次空気量を減らしたことにより減少したNOxが、局所高温場で、サーマルNOxとして排出され、結果的にNOx排出量が増えるという問題がある。
また、特許文献１には、一次空気量を減らしたことによる未燃分の発生量の増加に対して、二次空気吹込み位置よりもさらに上方で三次空気を吹き込んで未燃分を完全燃焼するとしている（特許文献１の請求項６参照）が、このように三次空気を吹き込むのは吹込み空気量が全体として増えるため好ましくない。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、NOx排出量を増やすことなくN20の排出量を削減できる流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法及び流動床式汚泥焼却炉を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法は、炉体の下部に一次空気を供給し、該一次空気の供給部より上方に二次空気を供給しながら汚泥を燃焼する流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法であって、
炉内温度を８５０℃以上８７０℃以下に制御し、
前記一次空気と前記二次空気の合計空気比が１．３で、かつ前記一次空気の空気比が１．１以上に設定されており、
前記二次空気を、円筒状の炉壁に配置された２本の空気供給ノズルによって４０ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓの流速で吹き込むと共に、
前記二次空気の吹込み位置の水平面における炉の中心と前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の交点とを結ぶ直線と、前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の成す角度が等しく、かつ前記各空気供給ノズルの吹込み先端側が離れる方向をプラスとして当該角度が０°〜３０°となるように吹込み方向を設定したことを特徴とするものである。
【０００８】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、炉内に供給する一次空気の温度を調整することで、炉内温度を調整することを特徴とするものである。
【０００９】
（３）本発明に係る流動床式汚泥焼却炉は、炉体の下部に流動用の一次空気を供給する一次空気供給部と、該一次空気供給部より上方に設けられて二次空気を供給する二次空気供給部を備えた流動床式汚泥焼却炉であって、
炉内温度を計測する温度測定器と、該温度測定器の測定値に基づいて炉内温度を８５０℃以上８７０℃以下に制御する炉内温度制御装置を有し、
前記一次空気供給部と前記二次空気供給部の供給する合計空気比が１．３で、かつ前記一次空気供給部の供給する空気比が１．１以上に設定されており、
前記二次空気供給部を円筒状の炉壁に配置された２本の空気供給ノズルによって構成し、該２本の空気供給ノズルから吹き込む二次空気の流速を４０ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓに設定すると共に、
前記二次空気の吹込み位置の水平面における炉の中心と前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の交点とを結ぶ直線と、前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の成す角度が等しく、かつ前記各空気供給ノズルの吹込み先端側が離れる方向をプラスとして当該角度が０°〜３０°となるように吹込み方向を設定したことを特徴とするものである。
【００１０】
（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記炉内温度制御装置は、前記温度測定器の測定値に基づいて、炉内に供給する一次空気の温度を調整することで、炉内温度を調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、炉内温度を８５０℃以上８７０℃以下に制御し、前記一次空気と前記二次空気の合計空気比が１．３で、かつ前記一次空気の空気比が１．１以上に設定されており、前記二次空気を、２本の空気供給ノズルによって４０ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓの流速で吹き込むと共に、
前記二次空気の吹込み位置の水平面における炉の中心と前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の交点とを結ぶ直線と、前記各空気供給ノズルの吹込み方向の延長線の成す角度が等しく、かつ当該角度が０°〜３０°となるように吹込み方向を設定したことにより、N20の分解及び未燃分の燃焼、さらにはNOxの排出量削減を同時に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流動床式汚泥焼却炉の装置構成の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る流動床式汚泥焼却炉における二次空気の吹込み方法の説明図である（その１）。
【図３】本発明の一実施の形態に係る流動床式汚泥焼却炉における二次空気の吹込み方法の説明図である（その２）。
【図４】実施例における二次空気の吹込み方法のシミュレーション結果を示す図である（その１）。
【図５】実施例における二次空気の吹込み方法のシミュレーション結果を示す図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施の形態の流動床式汚泥焼却炉１は、図１、図２に示すように、炉体３と、炉体３の側壁に形成された汚泥の投入口５と、炉体３の下部に設けられて流動用の空気を供給する一次空気供給部７と、一次空気供給部７の上方に設けられて二次空気を供給する二次空気供給部９と、炉内温度を測定する炉内温度測定器１１と、炉内温度測定器１１の測定値に基づいて炉内温度を８５０℃以上８７０℃以下に制御する炉内温度制御装置１３とを備えている。
なお、炉体３の上部から排出される燃焼ガスは、空気予熱器１５を通過して、その後、排ガス処理がされた後、図示しない煙突から大気中に排出される。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１４】
＜炉体＞
炉体３の下部には、流動用空気（一次空気）が供給され、複数の空気吐出口から上方に向けて流動用空気が吐出される。
炉底には流動砂１７が入っており、一次空気を吹き込むことで、流動砂１７が踊りだして流動砂１７による撹拌・破砕効果によって、汚泥の燃焼を促進する。
【００１５】
＜投入口＞
投入口５は、投入された汚泥ケーキを回転軸によって破砕して散布ケーキとして炉体３内に投入する。
【００１６】
＜一次空気供給部＞
一次空気供給部７は、炉体３の下部に設けられて流動用空気としての一次空気を供給する。
一次空気の供給量は、汚泥を燃焼させるために必要な理論空気量を基準として、空気比が１．１以上となるように設定されている。一次空気の供給量をこのように設定したのは、炉体下部の流動砂１７の流動を均一にするためである。
なお、本発明では、一次空気と二次空気の合計空気比を１．３に設定している。
【００１７】
＜二次空気供給部＞
二次空気供給部９から供給される二次空気の供給量は、空気比で０．１から０．２の範囲に設定されている。好ましくは、二次空気の空気比が０.２となるように設定する。二次空気の供給量を空気比で０．１未満とすると、二次空気吹込の効果が得られない。
【００１８】
また、二次空気供給部９は、２本の空気供給ノズル１９によって構成されており（図２参照）、かつ２本の空気供給ノズル１９は炉体３の炉壁の片側に基端側を所定の距離Ｓだけ離して配置され、本例では先端側が互いに離れるように配置されている。
【００１９】
また、２本の空気供給ノズル１９から吹き込まれる二次空気の吹込み方向は、図２に示すように、各空気供給ノズル１９からの吹込み方向の延長線Ｌ1、Ｌ2の交点Ｐと、各空気供給ノズル１９の取付位置を含む水平面における炉体３の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ3と、各空気供給ノズル１９の吹込み方向の延長線Ｌ1、Ｌ2の成す角度θ（以下、「吹込み角度」という）が等しく、かつ当該吹込み角度θが０°〜３０°となるように設定されている。吹込み角度θのより好ましい値は、θ＝１５°である。
また、空気供給ノズル１９から吹き込む二次空気の流速を40m/s〜80m/s、好ましくは60m/sに設定している。
【００２０】
二次空気供給部９を２本の空気供給ノズル１９によって構成したのは、比較的少量の空気を吹き込み、かつある程度の流速を確保して撹拌混合効果を得るためである。
また、吹込み角度θを０°〜３０°に設定し、かつ流速を上記のように設定した理由は以下の通りである。
２本のノズルの吹込み角度θを上記のように設定し、かつ二次空気を上記の流速で炉内に吹き込むことで、吹き込まれた二次空気は、図３に示すように、炉壁に沿って炉内を流れ、最後に中央部に集まる左右対称の二つの空気流れとなる。
炉内では、この二つの空気流れによって、炉底側から上昇する燃焼ガス及び未燃分と二次空気が撹枠・混合され、局所高温場をつくることなく、良好な燃焼状態となる。
【００２１】
＜炉内温度測定器＞
炉内温度測定器１１は、炉体内における砂層下部温度を測定する。
炉内温度測定器１１で測定された測定データは、炉内温度制御装置１３に入力される。
【００２２】
＜炉内温度制御装置＞
炉内温度制御装置１３は、炉内温度測定器１１の測定値に基づいて炉内温度を８５０℃以上８７０℃以下に制御する。炉内温度をこの範囲に設定しているのは、サーマルNOxの発生を抑制しつつN20の分解を行うためである。
【００２３】
本実施の形態の炉内温度制御装置１３は、流動用空気として炉内に吹き込む一次空気の温度を制御することで炉内温度を制御している。
このような機能を有する炉内温度制御装置１３は、流動ブロワ２１から空気予熱器１５に供給されて予熱された空気の供給を受けると共に冷却ブロワ２３からの外気の供給を受ける空気冷却器２５と、炉内温度測定器１１の測定値に基づいて冷却ブロワ２３の制御を行う制御部２７とを備えて構成されている。
冷却ブロワ２３の稼働を制御することで、炉内に吹き込む一次空気の温度を調整して炉内温度を制御する。具体的には、砂層内に設置した炉内温度測定器１１の測定値を制御部２７に入力し、制御部では冷却ブロワ２３の風量を増減させることにより、一次空気の温度を調整することで、炉内温度（具体的には炉内のフリーボードの温度）を８５０℃〜８７０℃に制御する。
【００２４】
以上のように構成された本実施の形態の動作を運転立ち上げ後の定常運転状態について説明することで、本発明の汚泥燃焼方法を説明する。
投入口５から汚泥ケーキを投入すると共に、一次空気供給部７から一次空気を供給し、二次空気供給部９から二次空気を供給する。
炉内で汚泥が燃焼して燃焼ガスが炉体３の上部から排出される。空気予熱器１５では、燃焼ガスと流動ブロワ２１から供給される空気とが熱交換することで前記空気が予熱される。
予熱された空気は、空気冷却器２５で冷却ブロワ２３から供給された外気と混合され、所定温度に調整されて一次空気として一次空気供給部７から炉内に供給される。
【００２５】
上述したように、一次空気の供給量は、空気比で１．１以上であり、一次空気と二次空気の合計の空気比が１．３になるように制御される。
また、二次空気は、２つの空気供給ノズル１９から炉内に吹き込まれ、前述したように図３で示したように左右対称の二つの空気流れとなる。
【００２６】
一次空気の空気量が空気比で１．３よりも少ないので、吹込み酸素の量が少なく、NOxの発生量は、空気比で１.３の一次空気を供給する場合に比較して減少する。
その一方で、炉内下部では未燃分およびN20の発生量が多くなるが、これらの未燃分およびN20は炉内を上昇して二次空気が供給される部位において、二次空気と撹拌・混合される。これによって、良好な燃焼状態が生成されて、N20が分解されると共に未燃分が完全燃焼する。このとき、炉内温度が８５０℃〜８７０℃に制御されているので、サーマルNOxの発生も抑制され、N20の分解とNOx発生抑制の両方を実現している。
【００２７】
以上のように、本実施の形態では、炉内温度を８５０℃〜８７０℃に制御すると共に、二次空気を所定の位置に配置された２本の空気供給ノズル１９から所定の流速で供給するようにしたので、N20の分解及び未燃分の燃焼、さらにはNOxの排出量削減を同時に実現できる。
【実施例】
【００２８】
本発明の効果を確認するため、一次空気の空気比を１．１、二次空気の空気比を０．２とした場合と、一次空気の空気比を１．３として二次空気の空気比を０とした場合の排ガス中のN20及びNOxの各濃度を測定した。なお、二次空気の吹込み流速は60m/sであり、吹込み角度は１５°である。
結果を表１に示す
【００２９】
【表１】
0006466286.tif 000002
【００３０】
表１に示されるように、N20及びNOxの両方の濃度が大きく減少しており、本発明の効果が実証されている。
【００３１】
また、二次燃焼空気の吹込み角度による二次燃焼の効果についてシミュレーション実験を行ったのでこれについて説明する。
図４は二次燃焼空気の吹込み速度が６０ｍ/ｓの場合において、吹込み角度を変えたときの燃焼状態を示している。図４における吹込み方向の角度は、吹込み先端側が離れる方向を＋（プラス）とし、その逆を−（マイナス）としている。
【００３２】
図４において、吹込み角度が＋１５°の場合において、「流速分布」の水平断面を見るとガスが炉壁に沿って吹き込まれており、また「温度分布」の水平断面及び垂直断面を見ると、炉の中心部に高温の領域が存在する分布となっている。これによって、良好な燃焼状態が生成されていると推察される。
また、吹込み角度が０°の場合をみると、「流速分布」が吹き込み位置の下流側で炉の中心部に流速の早い領域が存在する分布となっており、また「温度分布」が炉の上部に均一に高温の領域が存在する分布となっている。これによって、ほぼ良好な燃焼状態が生成されていると推察される。
さらに、吹込み角度が＋３０°の場合、「流速分布」を見るとガスが炉壁に沿って流れており、また「温度分布」を見ると炉の上部に均一に高温の領域が存在する分布となっている。これによって、燃焼状態は許容範囲の状態が生成されていると推察される。
【００３３】
他方、吹込み角度が−３０°の場合、「流速分布」の水平断面を見るとガスが中心に向かってながれており、また「温度分布」を見ると、炉の中心部に低温の領域が存在し、さらに炉の上部に低温の領域が存在する分布となっている。これによって、不安定な燃焼状態が生成されていると推察される。
また、吹込み角度が−１５°の場合をみると、−３０°の場合と同様にガスが中心に向かってながれており、また「温度分布」についても−３０°の場合と同様に炉の中心部に低温の領域が存在し、さらに炉の上部に低温の領域が存在する分布となっている。これによって、不安定な燃焼状態が生成されていると推察される。
さらに、吹込み角度が＋３０°片側の場合、「流速分布」の水平断面を見るとガスが片側の炉壁に沿ってながれており、また「温度分布」を見ると、炉の片側に低温の領域が存在し、この低温領域が炉の上部にまで至るという分布となっている。これによって、不安定な燃焼状態が生成されていると推察される。
【００３４】
以上から、吹込み角度を０°〜＋３０°にすることが、良好な燃焼状態を得るのに有効であることが分かる。
【００３５】
二次燃焼空気の吹込み速度についての効果についてもシミュレーション実験を行ったのでこれについて説明する。
図５を見ると、吹込み速度が40m/sの場合において、「流速分布」が上向き流れだけでなく、水平方向への流れも見られ、また「温度分布」が炉の中心部に高温の領域が存在する分布となっている。これによって、燃焼状態は許容範囲の状態が生成されていると推察される。
【００３６】
また、吹込み速度が60m/s、80m/sの場合、40m/sの場合と同様に「流速分布」が上向き流れだけでなく、水平方向への流れが見られ、また「温度分布」が炉の中心部により広い範囲で高温の領域が存在する分布となっている。これによって、良好な燃焼状態が生成されていると推察される。
他方、二次空気の吹込みがない、吹込み速度が0m/sの場合をみると、「流速分布」が上向き流れのみとなっており、また「温度分布」が炉の中心部の広い範囲で低温の領域が存在する分布となっている。これによって、不安定な燃焼状態が生成されていると推察される。
【００３７】
以上から、吹込み速度を40m/s〜80m/sにすることが、良好な燃焼状態を得るのに有効であることが分かる。
【符号の説明】
【００３８】
１  流動床式汚泥焼却炉
３  炉体
５  投入口
７  一次空気供給部
９  二次空気供給部
１１  炉内温度測定器
１３  炉内温度制御装置
１５  空気予熱器
１７  流動砂
１９  空気供給ノズル
２１  流動ブロワ
２３  冷却ブロワ
２５  空気冷却器
２７  制御部
【図１】
0006466286.tif 000003
【図２】
0006466286.tif 000004
【図３】
0006466286.tif 000005
【図４】
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【図５】
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