(57)【要約】    【課題】  ごみ焼却装置における補助的な二次空気を伴った火格子燃焼と普通一般に称される固形燃焼の燃焼室（１）でＮＯＸを減少する。    【解決手段】  可燃物（２）を、一次空気（３）で貫流され可動な火格子（４）上で燃焼室を通して搬送し、火格子上可燃物が燃焼床（５）を形成し、そこで部分的になお燃焼可能なガス（６）が還元可能及び酸化可能なガス状窒素化合物を伴って生じ、燃焼床からのガスが燃焼室の焼き尽くし空間（１ｂ）への移行部で、二次空気混合域（８）を通過し、ガス完全酸化のために二次空気（７）を噴入し、燃焼床（５）と二次空気混合域（８）の間のガス空間（１ｂ）へ補助的な混合噴射（１５）を噴入して、補助的混合域（１４）を生じ、その中で燃焼ガスとの上記窒素化合物の適当な混ぜ合わせが生じ、その結果、酸化可能な窒素化合物が二次空気混合域に達して不利な条件下でＮＯに酸化される前に、Ｎ２とＨ２Ｏへの反応が既に生じる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にごみ焼却装置における補助的な二次空気を伴った火格子燃焼と普通一般に称される固形燃焼の燃焼室（１）でのＮＯＸを減少するための方法にして、供給される可燃物（２）を、一次空気（３）で貫流され機械的に可動な火格子（４）上で燃焼室を通して搬送し、火格子上の可燃物が燃焼床（５）を形成し、そこでは部分的になお燃焼可能なガス（６）が還元可能なガス状窒素化合物と酸化可能なガス状窒素化合物を伴って生じ、燃焼床からのガス全体が燃焼室の所謂焼き尽くし空間（１ｂ）への移行部にて、少なくとも一つの二次空気混合域（８）を通過し、そこにガスの完全酸化のために二次空気（７）が噴入されるような方法において、
上記燃焼床（５）と二次空気混合域（８）の間のガス空間へ補助的な混合噴射（１５）を噴入することによって、少なくとも一つの補助的混合域（１４）が生じ、その中で燃焼ガスとの（酸化可能な及び還元可能な）窒素化合物の適当な混ぜ合わせが生じて、その結果、酸化可能な窒素化合物が上記二次空気混合域に、複数の混合域の場合にはその一つに達して不利とみなされる条件下でＮＯに酸化される前に、概ねＮ２とＨ２Ｏへの反応が（有利とみなされる条件下で）既に生じることを特徴とする方法。
【請求項２】
上記混ぜ合わせが、集中混合域にて約０．７<λ<約０．９の間の空気比で約１０００℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
混合ガス流（１５）の噴入速度が二次空気（７）のものより大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
混合ガス流（１５）の噴入速度が二次空気（７）の噴入速度の４倍になることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
混合ガスノズルに、臨界超過の圧縮比がかかり、噴入速度がＭＡＣＨ＝１に等しいか、それより大きくなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
運動量担体として不活性ガスが用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
運動量担体として圧縮空気が用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
運動量担体として煙ガスが用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
運動量担体として、不活性なキャリアガス、酸素担体及び可燃物からなるガス混合物が用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
運動量担体として、ガスと気化していない水からなるガス混合物が用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
運動量担体として、水噴射か水滴からなる噴射が用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
運動量担体、不活性ガス及び／又は空気及び／又は煙ガス及び／又は可燃物及び／又は水が別々のノズルを介して互いに分けられ言及された燃焼室部分（１ａ）に噴入されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
運動量担体の少なくとも一つが還元剤として酸化可能な窒素化合物を含有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
混合ガス（１５）のためのノズルが、二次空気噴入部の下方で燃焼室部分（１ａ）の端壁及び／又は側壁に配置されていることを請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法を実施するための燃焼装置。
【請求項１５】
混合ガス（１５）のためのノズルが、燃焼床上で概ね水平で逆方向に回転する少なくとも二つの混合渦が形成されるように、二次空気噴入部の下方で燃焼室部分（１ａ）の端壁及び／又は側壁に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の燃焼装置。
【請求項１６】
混合ガス（１５）のためのノズルが、壁ベール並びに燃焼床上で概ね水平で逆方向に回転する少なくとも二つの混合渦を形成するように適当な径の段階付けを有して、二次空気噴入部の下方で燃焼室部分（１ａ）の端壁及び／又は側壁に配置されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の燃焼装置。
【請求項１７】
混合ガス（１５）のためのノズルが、多連式ノズルとして製作されていることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の燃焼装置。
【請求項１８】
混合ガス（１５）のためのノズルが、複式ノズルとして製作されていることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の燃焼装置。
【請求項１９】
燃焼床と二次空気噴入部の間の燃焼空間の容積が、この空間における排ガスの滞留時間を約０．５秒とすることを可能にすることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の燃焼装置。
【請求項２０】
端壁ノズルが燃焼室壁の湾曲部に配置されていることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分）に対応する、燃焼室でのＮＯＸ減少のための方法と、当該方法を実施するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】ＤＥ１９６４８９３４Ｃ２
【特許文献２】ＤＥ３７２２５２３Ｃ１
【特許文献３】ＤＥ３８１１６３６Ｃ１
【特許文献４】ＥＰ０４３０１４４Ｂ１（特開平３−２１７２１６に相当）
【０００３】
上記方法は、混合域が成立する燃焼室が存在するようなところではくまなく用いることができる。これは特に、塵芥、家庭ゴミ、産業ゴミ、木材、代用燃料等が燃焼室を通って送り火格子（ロストル）上に搬送され二次空気が燃焼室に噴入されて、ガスのための混合域が塵芥上に存在するような焼却装置の燃焼室である。
【０００４】
塵芥のための燃焼室は所謂ごみ焼却装置として知られている。燃焼室において火格子が配され、その上に可燃物、今の場合には塵芥が送り込まれる。
この燃焼の場合、供給された可燃物は、燃焼室を通り、一次空気が流れ過ぎ機械的に可動な火格子上に搬送され、その際、燃焼床を形成する。この燃焼床において、各可燃物粒子はそれ自体、固体燃焼に典型的で灰化に至る部分ステップ、即ち、加熱、乾燥、ガス抜き、ガス化、炭素消費及び最後に灰冷却を、可燃物供給から燃え滓廃棄までの搬送の間に経時的にたどる。この際、装置の燃焼概念が反流燃焼、中間流れ燃焼又は並行流れの燃焼のいずれであるのか、装置が送り火格子、戻り送り火格子、移動火格子又はロール火格子を装備しているのかといったことは、大した問題ではない。固体燃焼の上記した部分ステップの速さは主に、可燃物の組成や部片サイズ、供給された一次空気及び燃焼室の温度に依存する。
【０００５】
燃焼床での物理的プロセスと化学的プロセスを介して、局所的若しくは時間的に異なる組成で排ガスが生じる。上記組成は部分的になお燃焼可能なガス、なかんずく還元可能なガス状窒素化合物、例えばＮＯや酸化可能な窒素化合物、例えばＮＨ３を含有する。燃焼可能なガスは燃焼床の上方の燃焼空間で可視の炎を形成する。
【０００６】
所謂焼き尽くし空間（Ausbrandraum、バーンアップ乃至バーンアウト空間）への移行部において、二次空気がガス相の完全な酸化のために単独あるいは複数の二次空気混合域へ噴入される。再循環した排ガスの補助的噴入も偶然に気づいたが、これは流体技術的及び／又は熱工学的な理由から生じるものである。１７．ＢｉｍＳｃｈＶに対する実施規定は、焼き尽くし空間のために、最後の空気噴入の下流で、６vol％以上の均一な酸素濃度と８５０℃以上の温度での２秒の滞留時間を必要とする。特許文献１から、発明に係る噴入によって特に均一な酸素分布及び温度分布が達成される方法が知られている。
【０００７】
知識水準によれば、酸化窒素ＮＯが燃焼床の内部で並びに当該燃焼床の上方の燃焼室において、窒素含有可燃物成分の化学変換で並びに１２００℃以上の温度で空気窒素から形成される。一般的に、ＮＯ形成は二次空気混合域からの流出部で終えていることに基づいている。煙突で酸化窒素（ＮＯＸ）のための有効な吐出限界値を維持するために、従来技術によればアンモニア（ＮＨ３）、尿素あるいは類似の酸化可能な窒素化合物を還元剤として使用することによって、予め形成された酸化窒素の一部がＮ２とＨ２Ｏに還元される。そのために還元剤は反応する排ガス流に噴入されるか混合される。選択触媒反応（ＳＣＲ）の場合、還元剤の噴入は煙ガスの冷却後になされる。化学反応はその後、適切な触媒で約２５０℃と約４００℃の間の温度で進行する。選択非触媒反応（ＳＮＣＲ）の場合、還元剤は燃焼室に直接噴入され、混合域で排ガスと混合される。化学反応は触媒なしに適切な混合で二次空気噴入の上方の燃焼室の焼き尽くし（バーンアップ、バーンアウト）空間において直接、約１０００℃の温度で行われる（ＥＸＸＯＮ反応）。ＳＮＣＲ法のバリエーションとそのための装置は例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載されている。
【０００８】
現存するやり方の欠点は、主要な乾燥蒸気や乾留ガス乃至熱分解ガスを含有する第１の火格子の上方のガス空間と、中間火格子域との間の集中交換が二次空気導入にもかかわらずごく僅かな程度で起き、酸化可能な窒素化合物からＮＯが生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それ故、本発明は、酸化可能な窒素化合物からＮＯが生成されるのを防止し、ほとんど自然に現存する還元剤として燃焼床において遊離された酸化可能な窒素化合物を利用して、既に形成されたＮＯをＮ２に還元することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１の特徴的構成に係る方法と当該方法を実施するための装置によって解決される。
本発明に係る解決法は、ＮＯの主要部分が先ず二次空気混合域の中で形成されるという考えに基づいている。その際、二次空気の酸素提供、吸引能力、混合運動量（Mischimpuls、混合衝撃）並びに燃焼床の上方の燃焼空間域から酸化可能な窒素含有化合物（主に燃焼床の前方域に由来し十分な混合の欠如の為に前もって反応していない）の供給がＮＯ形成にとって基準である。この考えは、輸出されたごみ焼却装置の操業・測定データの２００３年に実施された評価を拠り所にしている。
【００１１】
本発明に係る解決法は、二次空気混合域の下方で場合によってはそれと分かれた燃焼室内の混合域を実現し、燃焼床からの酸化可能な窒素化合物を、約０．７<λ<約０．９の間の空気比（Luftzahl）で約１０００℃以上の温度の好都合な条件下で、二次空気混合域に達してそこでＮＯに酸化される前に、Ｎ２に変えるように混合を適切に強める点にその本質がある。
【００１２】
本発明によれば、そのために１つ又は多数の混合ガス噴入部がこの燃焼室区分に配置される。混合ガス噴入部は、燃焼室境界壁に配されたノズル（噴射口）、供給されたマスフロー（流量）及び上記ノズルによって生じる大きな運動量の噴射（ジェット）を含む。その際、運動量挿入（Impulseintrag）が、即ち、混合ガス噴射の動程（Wurfweite、スロー）と吸引能力並びに燃焼室におけるその配置が混合作用にとって重要である。二次空気噴入と異なって、混合ガス噴射の大量挿入（Masseneintrag）は重要でないか、二義的である。
【００１３】
必要な反応相手がこの燃焼室部分に既に存在するので、本発明にしたがって、追加的な還元剤なしで運動量担体（Impulstraeger）として不活性な混合ガスを使用することが見込まれている。不活性な混合ガスとして水蒸気や窒素が好都合である。酸素挿入が混合作用に対して無視され得る限り、圧縮空気が運動量担体として用いられ得る。必要な圧力増大の技術的困難が解決される限り、浄化された煙ガスも混合ガスとして用いられ得る。
【００１４】
上記方法の最適化のため若しくは特別な燃焼条件への適合のために、運動量挿入で、温度や空気比も局部的に影響され得る。このために混合ガスとして、不活性なキャリアガス、酸素担体（酸化剤）、可燃物（燃料）及びなお蒸発すべき水からなる適当な混合物が用いられる。
【００１５】
特別な場合には、混合ガスと共に還元剤の補助的配分も好都合であると判明している。
上記方法を実施するための装置は、火格子燃焼と一次空気供給を有した焼却装置並びに上記方法を実施するのに適し二次空気噴入を有した燃焼室を備えて成っており、燃焼室の端壁（前壁）及び／又は側壁での混合ガス噴入のための多数のノズルを、二次空気用ノズルの下に配置して、混合域を燃焼床と二次空気噴入部の間の容積（ボリューム）において実現し、少なくとも二つの、燃焼床上で基本的に水平に回る混合渦に分けられることが見込まれている。
【００１６】
燃焼床と二次空気噴入部の間の燃焼室の容積は、この空間での排ガスの滞留時間が約０．５秒になるように大きさを定められる。
更に、端壁ノズルが燃焼室壁の湾曲部に配置されるように燃焼室が構成されているのが有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施例と図面で詳細に説明する。
図面は、可燃物２、家庭ゴミで満たされたごみ焼却装置の燃焼室１を示す。可燃物２は、一次空気３に貫流され機械的に動く火格子４を介して、燃焼室を通って搬送され、その際に燃焼床５が形成される。この燃焼床５において、各可燃物粒子はそれ自体、固体燃焼に典型的で灰化に至る部分ステップ、即ち、加熱、乾燥、ガス抜き、ガス化、炭素消費及び最後に灰冷却を、可燃物供給から燃え滓廃棄までの搬送の間に経時的にたどる。燃焼床５における物理的プロセスと化学的プロセスを介して、局所的若しくは時間的に異なる組成の排ガス６ａ，６ｂ，６ｃが生じる。組成は部分的になお燃焼可能なガス、なかんずく還元可能なガス状窒素化合物、例えばＮＯや酸化可能な窒素化合物、例えばＮＨ３を含有する。燃焼可能なガスは燃焼床５の上方の燃焼空間１ａで可視の炎を形成する。所謂焼き尽くし空間１ｂへの移行部において、二次空気７がガス相の完全な酸化のために単独あるいは複数の二次空気混合域８へ噴入される。煙突９でのＮＯＸ放出限界値の遵守のための従来技術に係るこれまでの措置は、ＳＣＲ法に対しては位置１０と１１に、ＳＮＣＲ法に対しては位置１２と１３に、スケッチされている。請求項１によれば、二次空気混合域８の下方に集中混合域１４があり、その中で燃焼床由来からの酸化可能な窒素化合物と既に形成された一酸化窒素ＮＯを、約０．７〜約０．９の局部空気比で約１０００℃の温度で、二次空気混合域に達してそこで酸化可能な窒素化合物がＮに酸化される前に、分子窒素Ｎ２に変える。集中混合域１４は、混合ガスの噴射１５によって生じる。混合ガスは、高い運動量を備えた適当なノズルによって当該の燃焼室区域１ａに噴入される。図面では混合ガスノズルが燃焼室の前側端壁の湾曲部に配置されている。ノズルの実施それ自体としては、運動量担体として用いられる混合ガスをもとに決定される。
【００１８】
本発明は、燃焼室において酸化可能な窒素化合物からＮＯの形成を回避するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ごみ焼却装置を示す概念図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  燃焼室
１ａ  燃焼床と二次空気噴入部の間の燃焼空間
１ｂ  二次空気噴入部の上の焼き尽くし空間
２  燃料
３  一次空気
４  焼却火格子
５  燃焼床
６ａ，ｂ，ｃ  燃焼床からの排ガス
７  二次空気
８  二次空気混合域
９  煙突
１０  ＳＣＲのための還元剤
１１  ＳＣＲ触媒
１２  燃焼室への噴入
１３  ＳＮＣＲ混合域
１４  集中混合域
１５  混合ガス噴入
【図１】
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