(57)【要約】有機廃棄物を焼却するための公知の方法においては、焼却室内の廃棄物に酸素含有流動化ガスを下から流動化装置を通して流動化した粒子層を形成させながら貫流させかつ前記廃棄物を焼却し、かつ発生する煙道ガスを粒子層の上の空間を介して取り出しかつ二次反応帯域又は二次燃焼室内で二次焼却する。この方法から出発して僅かな窒素酸化物形成において焼却物のための高い処理効率を可能にし、かつ有機廃棄物のための生産性を高めるために、本発明では一面では、流動化した粒子層（３）を、空間（６）内で０〜３体積％の範囲内の平均酸素含量が生じるように、酸素で富化する。
2004538432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却室内の廃棄物に酸素含有流動化ガスを下から流動化装置を通して流動化した粒子層を形成させながら貫流させかつ前記廃棄物を焼却し、かつ発生する煙道ガスを粒子層の上の空間を介して取り出しかつ二次反応帯域又は二次焼却室内で二次焼却することにより有機破棄物を焼却する方法において、流動化した粒子層（３）を酸素で富化し、その際空間（６）内で０〜３体積％の範囲内の平均酸素含量が生じるように調節することを特徴とする、有機廃棄物を焼却する方法。
【請求項２】
流動化ガス（４）に第１の供給帯域（２０）で、流動方向で見て流動化装置（２）の前方で酸素を供給する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の供給帯域（２０）の後方の流動化ガス（４）の酸素含量を１０体積％〜２８体積％の範囲内の酸素限界値に調節する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
流動化ガスを５００℃未満の温度に予熱するという条件付きで、酸素含量を最大２６体積％の酸素限界値に調節する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
流動化ガスを  煙道ガス（１２）によって復熱式に予熱する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
流動化ガス（４）を５００℃〜７５０℃の温度に予熱するという条件付きで、酸素含量を最大２４体積％の酸素限界値に調節する、請求項３記載の方法。
【請求項７】
流動化ガス（４）を燃料（２２）で燃焼させることにより予熱する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
流動化した粒子層（３）に酸素を流動化装置（２）の上の第２の供給帯域（１６）内で供給する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
酸素を第２の供給帯域（１６）内で横方向超音速噴射により粒子層（３）内に供給する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第２の供給位置（１６）の上の流動化した粒子層（３）内の等量酸素含量を２８体積％よりも高い濃度に調節する、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
空間（６）内の酸素含量を連続的に測定しかつ測定から平均酸素含量を算出し、かつ、該平均値により流動化した粒子層（３）内への酸素の供給及び／又は焼却室への有機廃棄物（７）の供給を調節する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
空間（６）内での少なくとも２つの互いに間隔を置いた測定位置（１７）での測定に基づき平均酸素含量を算出する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
流動化ガス（４）の少なくとも一部を戻される煙道ガス（２３）により形成する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
煙道ガス内の未燃焼の、固体又はガス状の燃料を二次焼却帯域（１３）又は二次燃焼室内で二次空気（９）を供給しながら二次燃料（８）と一緒に焼却し、その際煙道ガス（１２）内の所定の最低酸素含量を維持するために煙道ガス（１２）を二次酸素（１５）で又は酸素少なくとも８０体積％を有する酸素含有ガスで富化させる、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
二次酸素（１５）又は酸素含有ガスを直接二次焼却帯域（１３）又は二次燃焼室内に０．２５＜Ｍ＜１の出口マッハ値Ｍに相当する速度で吹き込む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
二次酸素（１５）又は酸素含有ガスを二次空気（９）に加える、請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
粒子層の横方向超音速噴射を行う、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
焼却室内の廃棄物に酸素含有流動化ガスを下から流動化装置を通して流動化した粒子層を形成させながら貫流させかつ前記廃棄物を焼却し、かつ発生する煙道ガスを粒子層の空間を介して取り出しかつ二次反応帯域又は二次燃焼室内で二次焼却することにより有機廃棄物を焼却する方法において、二次反応帯域（１３）又は二次燃焼室内に、二次反応帯域（１３）又は二次燃焼室の後方の煙道ガス（１２）内で少なくとも６体積％の酸素含量が生じるように、二次酸素を供給することを特徴とする、有機破棄物を焼却する方法。
【請求項１９】
有機廃棄物を受け入れるための焼却室と、焼却室に有機廃棄物を供給するための供給装置と、流動化した粒子層を発生させるために流動化ガスを導入するための流動化装置を含むガス入口と、粒子層の上の空間内でガス濃度を測定するための測定装置とを有する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法を実施する装置において、流動化した粒子層（３）内への酸素含有ガス流（１６；２１）のための入口が設けられており、測定装置が空間（６）内のそれぞれの酸素含量を連続的に測定するための、空間（６）内に相互に間隔を置いて配置された少なくとも２つの酸素測定位置（１７）を含み、かつ測定装置が測定された酸素含量から平均値を出すための装置（１９）、及び流動化した粒子層（３）に対して有機廃棄物（７）を供給するため及び／又は酸素含有ガス流（１６，２１）を供給するための調節装置と接続されていることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法を実施する装置。
【請求項２０】
高速度ノズルが存在する、請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、焼却室内の廃棄物に酸素含有流動化ガスを下から流動化装置を通して流動化した粒子層を形成させながら貫流させかつ前記廃棄物を焼却し、かつ発生する煙道ガスを粒子層の上の空間を介して取り出しかつ二次反応帯域又は二次燃焼室内で二次焼却することにより有機廃棄物を焼却する方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、有機廃棄物を受け入れるための焼却室と、焼却室に有機廃棄物を供給するための供給装置と、流動化した粒子層を発生させるために流動化ガスを導入するための流動化装置を含むガス入口と、粒子層の上の空間内でガス濃度を測定するための測定装置とを有する、前記方法を実施する装置に関する。
【０００３】
流動化ガスとして空気を用いた静止型又は循環型流動床反応器内での燃料の燃焼反応は、公知でありかつ先行技術である。特に、有機廃棄物は、未燃焼有機炭素として濾過灰内に堆積される未燃焼微細ダストが流動床から排出されるのを回避するために静止型流動床反応器内で焼却される。
【０００４】
有機廃棄物としては、例えば下水スラッジ、廃水、アルカリ液、グラニュール化プラスチック廃物、製紙工場からの黒液、インク抜きスラッジ等が該当する。
【０００５】
流動化した粒子層又は流動床は、流動化ガスを例えば流入底又はノズルのような適当な流動化装置により下から微粒子状又は流動性固体粒子からなる層又は床を貫流させることにより形成される。固体粒子の大きさ、形状及び密度に依存する特徴的な流動化速度、即ち粒子の浮遊を開始させる弛緩速度から、粒子層は流動化される。流動化速度の上昇により、流動床の高さは拡大され、その際流動化速度は流動化ガスの体積流に比例する。
【０００６】
特徴的な限界速度、即ちいわゆるブローアウト速度が達成されると、微粒子状の床材料が流動床から排出される。弛緩速度とブローアウト速度の間のこの速度範囲は、定常流動床の範囲を特徴付ける。より高い流速では、微細ダストの他に大きな粒子も排出されるので、明確な流動床はもはや存在しない。これは循環する流動床の領域である。
【０００７】
流動化した粒子層内での燃焼反応の際には、通常空気が流動化ガスとして使用されかつ燃料は上から流動床に供給される。それにより、床材料及び燃料からなる固体粒子は浮遊状態に保持されかつ同時に燃焼可能な成分は酸化される。通常、床材料は不活性の微粒子状材料、例えばＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３からなる。
【０００８】
有機廃棄物の発熱量及び含水率に依存して、流動床内で技術的に重要な又は法律的に必要な焼却温度を維持するために、付加的に燃料を流動化した粒子層内に導入しなければならない。。燃料としては、燃料ガス、燃料油又は石炭が該当し、これらは壁内に又は流入底内に組み込まれた適当なインジェクタを介して流動床内に供給される。石炭を使用する場合には、これは通常炉内に流入する前に有機廃棄物に配合される。
【０００９】
冒頭に記載した形式の方法及び装置は、ＷＯ９７／４４６２０から公知である。該パンフレットには、下水スラッジ、ゴミ又は石炭を焼却するための流動床炉の運転法が記載されており、該方法では、焼却物を炉の燃焼帯域に装入しかつ流動床を形成しながら流入底を介して空気を貫流させ、かつその際焼却する。流動床の上の空間から煙道ガスを取り出しかつ二次焼却する。有機廃棄物の焼却の際には、有毒な窒素酸化物（ＮＯｘ）が形成され、この濃度はできる限り低く保つべきでありかつ一定の、法律的に決められた上限を上回ることはできない。煙道ガスのＮＯｘ含量を低下させるために、ＷＯ９７／４４６２０は、空間内で不活性ガス又は水蒸気流を噴射することにより乱流運動を発生させることを提案している。焼却の際に形成されたＮＯｘは、空間内で還元作用する物質、例えばＣＯ又はＮＨ３の存在により分子窒素に還元される。ＮＯｘは、空間内に設けられた測定装置により検出されかつ記録される。
【００１０】
空間に直接引き続いた二次焼却帯域又は二次燃焼室で、未燃焼の、ガス状及び固体の燃焼可能な煙道ガスの成分は、空気及び付加的燃料を加えることにより二次焼却されかつ発生する煙道ガスは定められた温度に加熱されかつ例えば少なくとも６体積％の法律的に定められた酸素濃度に調節される。
【００１１】
このような静止型流動床反応器にいては、有機廃棄物の処理効率は流入底の存在する断面積によって制限される。さらに、しばしば強制通風機の送出効率は制限される。それというのも、この送出効率は、有機廃棄物量に対して比例する最大煙道ガス体積流に合わせて設計されるからである。
【００１２】
従って、流動化ガス量は、予め固定された流動床断面積において極めて狭い範囲内で変動できるにすぎず、その結果として、少量の有機廃棄物の際に、焼却のために必要であるよりも大量の空気を流動化のために炉内に加えねばならない。流動床温度を一定に保つためには、比添加燃料量を高めねばならない、即ち焼却効率は低下せしめられる。しかし、化学量論的に必要であるよりも高い、流動床内の酸素含量は、例えば卵白化合物等のような元素結合した窒素を有する有機燃料の場合には一層高い窒素酸化物形成率を惹起する。その際、法的限界値を維持するためには、煙道ガスの脱窒素のための費用のかかるプロセスが必要である。
【００１３】
従って、本発明の課題は、少ない窒素酸化物形成で焼却物のための高い処理効率を可能にする、即ち有機廃棄物の焼却のための生産性を高める方法を提供すること及びそのために必要な装置を提供することである。
【００１４】
前記課題は、方法に関しては、冒頭に記載した形式の方法から出発して本発明により一方では、流動化した粒子層を酸素で富化し、その際空間内で０〜３体積％の範囲内の平均酸素含量に調節し、かつ二次反応帯域又は二次燃焼室内で二次焼却することにより解決される。
【００１５】
流動床を酸素で富化させるにもかかわらず、ＮＯｘ濃度を低下させることができることが判明した。このことはまず第一に意想外なことである。それというのも、そのような強力な酸化剤、例えば酸素の添加により、元来むしろＮＯｘ濃度の上昇が予測されるはずであるからである。このことは特に、それどころかＮＯｘ濃度を低下させるための付加的な還元剤が使用される、慣用の前記のＳＣＲ又はＳＮＣＲ法に関して当てはまる。
【００１６】
粒子層内への酸素導入により、有機廃棄物の焼却は促進されかつガス状（ＣＯ）及び固体（有機炭素）の焼却は改善される。さらに、流動床内で温度を維持するために少ない添加燃料が燃焼されることにより、ＣＯ２放出の減少が達成される。
【００１７】
しかしながら、これらの効果は、空間内で還元作用する又はせいぜい僅かに酸化作用する雰囲気が生じるという条件下でのみ達成される。そのための根拠として、空間内での０〜３体積％の範囲内の平気酸素含量が役立つ。用語“平均”酸素含量とは、酸素含量を、極端に高い酸素含量もまた極端に低い酸素含量も予測されない、空間内の少なくとも１つの領域内で算出することに関する。しかしながら、測定精度の理由から、“平均”酸素含量は、空間内の酸素含量の少なくとも２つの測定からの平均値として算出するのが有利である。この測定は、時間的に前後して及び／又は空間の互いに間隔を置いた領域で実施することができる。
【００１８】
流動化した粒子層を、酸素で富化させる。流動化した粒子層の酸素での富化のためには、純粋酸素か又は少なくとも８０体積％の酸素含量を有するガス混合物を使用する。このためには、酸素を直接又は間接的に、例えば流動化ガスに導入することにより粒子層内に導入する。また、酸素含有ガス流を流動化ガスの他に流動化装置を経て粒子層内に導入することも可能である。
【００１９】
しかしながら、流動化ガスに第１の供給帯域で、流動方向で見て流動化装置の前方で酸素を供給する方法の実施態様が特に有利であることが立証された。それにより、酸素は粒子層内に流入する前に流動化ガスの温度に調節されるので、粒子層内での温度勾配の形成が最少に保たれる。十分な焼却を保証するためには、流動床内での均一な温度分布を達成すべきである。
【００２０】
この方法の実施態様では、第１の供給帯域の後方での流動化ガスの酸素含量を有利には１０体積％〜２８体積％の範囲内の酸素限界値に調節する。第一近似において、焼却すべき有機廃棄物の処理量は、酸素含量の上昇と共に増大する。焼却すべき有機廃棄物の処理量に影響を及ぼすもう１つのパラメータは、流動化ガスの温度である。流動化ガスとしては、予熱していない循環空気もまた予熱した又は高温に加熱した空気も使用することができる。予熱した又は加熱した空気を用いる方法の場合には、特に酸素含有の酸化作用する流動化ガスに対する、流動化装置の温度安定性が制限ファクタであることが立証された。従って、流動化ガスを５００℃未満の温度に予熱する場合には、酸素含量を最大２６体積％の酸素限界値に調節するのが有利である。
【００２１】
流動化ガスの予熱は、有利には復熱的に熱い煙道ガスにより行う。それにより、流動化ガスをエネルギーを節約して５００℃まで加熱することができる。エネルギー節約は、さらにＣＯ２放出の減少を伴う。
【００２２】
もう１つの同様に有利な方法の実施態様では、流動化ガスを５００℃〜７５０℃の温度に予熱し、その際酸素含量を最大２４体積％の酸素限界値に調節する。このように高い温度への流動化ガスの加熱は、有機廃棄物の可能な限り完全なかつ急速な焼却を惹起する。
【００２３】
有利には、流動化ガスの予熱は、燃料で燃焼させることにより行う。燃焼の相応する制御により、流動化ガスの所定の温度を規定しかつ再現可能に調節することができる。例えば、流動化ガスは、前燃焼室内での燃料での直接的化学量論的燃焼により７５０℃までに加熱する。より高い予熱温度も理論的には可能であるが、しかしながら実際には流動化速度の高温腐食安定性により制限される。
【００２４】
また、加熱した流動化ガスは、焼却の際に生じる煙道ガスで希釈しかつそうして流動化ガス内の酸素濃度を１０体積％〜２１体積％の所定の値に調節することができる。
【００２５】
ここまで記載した有利な方法の実施態様では、粒子層への酸素の供給は、流動化ガスに酸素を供給することにより行う。しかしこの場合には、流動化ガスの酸素含量は、腐食性侵食に対する流動化装置、例えば流入底の安定性により制限される。選択的かつ同様に有利な方法の実施態様おいては、流動化した粒子層に流動化装置の上の第２の供給帯域で酸素を供給する。この場合には、酸素含有ガス流を直接粒子層に導入する。この方法の実施態様は、以下には“直接供給法”と称する。直接供給法は、流動化した粒子層内に必要な酸素を供給する前記の方法に対して選択的に又は付加的に使用することができる。直接供給法の特別の利点は、酸素含有ガス流による酸素供給が流動化装置の腐食により影響されずかつ従って、空間内で０〜３体積％の範囲内の平均酸素含量が生じるという条件付きで、任意の高さに調節することができることにある。それにより、有機廃棄物の焼却をさらに改良することができる。
【００２６】
酸素を粒子層の横方向超音速噴射により供給するのが有利であることが立証された。横方向の超音速噴射により、粒子層への酸素の特に深い侵入及び酸素と有機廃棄物の緊密な混合が達成される。
【００２７】
この場合有利には、第２の供給位置の上での流動化した粒子層内の等量の酸素含量を２８体積％よりも高い濃度に調節する。高い酸素含量は、可能な限り急速なかつ完全な焼却を保証する。等量の酸素含量とは、酸素を直接流動化ガスに加えかつそこで富化する場合生じるような酸素含量であると理解されるべきである。
【００２８】
廃ガスの可能な限り少ないＮＯｘ含量に関しては、前記に説明した全ての方法において、空間内で０〜３体積％の範囲内の酸素含量が生じることが重要である。従って、空間内の酸素含量を連続的に測定しかつ測定から平均酸素含量を算出し、かつ、該平均値により流動化した粒子層内への酸素の供給及び／又は焼却室への有機廃棄物の供給を調節するのが有利であることが立証された。
【００２９】
空間内の酸素即測定の精度は、空間内での少なくとも２つの互いに間隔を置いた測定位置での測定に基づき平均酸素含量を算出することにより改良される。測定位置の領域内で、酸素含量を直接測定するか、又はそこでガスを空間から取り出しかつ酸素測定装置に供給する。
【００３０】
流動化ガスの少なくとも一部を戻される煙道ガスにより形成する方法が有利である。この方法は、煙道ガス内のＮＯｘの濃度の特に明白な低下により優れており、このことは流動化した粒子層内の分子窒素の減少及び原子酸素の濃度の低下、並びに部分的なＣＯ生成に起因させることができる。
【００３１】
さらなる改良は、煙道ガス内の未燃焼の、固体又はガス状の燃料を二次焼却帯域又は二次燃焼室内で二次空気を供給しながら二次燃料と一緒に燃焼させ、その際煙道ガスを二次酸素で又は酸素少なくとも８０体積％を有する酸素含有ガスで富化させる方法で生じる。この方法は、煙道ガス温度及び煙道ガス内の酸素濃度に対する定められた最低要求の維持を容易にする。煙道ガスを二次酸素で又は酸素少なくとも８０体積％を有する酸素含有ガスで、煙道ガスが煙道ガス内の所定の最低酸素含量を維持するために必要であるように富化させる。
【００３２】
煙道ガスの酸素富化に基づき、最低煙道ガス温度を下回ることなく、二次空気を減少させることができる。さらに、二次空気内で一緒に加熱される窒素バラストも減少するので、比燃料需要を減少させることができる。この場合節約される燃料量は、さもなければ除去される窒素バラストを煙道ガス温度に加熱するために必要となるような熱量に相当する。
【００３３】
煙道ガスの酸素富化の効果は、二次酸素又は酸素含有ガスを直接二次焼却帯域又は二次燃焼室内に０．２５＜Ｍ＜１の出口マッハ値Ｍに相当する速度で吹き込むことにより、一層強化される。
【００３４】
二次酸素又は酸素含有ガスを二次空気に加えるのが好ましいことが立証された。
【００３５】
従って、前記技術的課題は、他方では冒頭に記載した方法から出発して本発明によりまた、二次反応帯域又は二次燃焼室内に、二次反応帯域又は二次燃焼室内の後方の煙道ガス内で少なくとも６体積％の酸素含量が生じるように、二次酸素を供給することにより解決される。煙道ガス内の未燃焼の、固体又はガス状の燃料を、二次焼却帯域又は二次燃焼室内で二次空気を加えながら二次酸素と一緒に燃焼させ、その際煙道ガスを二次酸素又は酸素含有ガスで富化させる。このような酸素含有ガスの酸素含量は、少なくとも８０体積％である。それにより煙道ガス内の酸素濃度の最低要求は維持されかつこの方法は、さらに煙道ガス温度に対する予め定められた最低要求の維持を可能にする。煙道ガスを、二次酸素、又は酸素少なくとも８０体積％を有する酸素含有ガスで、煙道ガスが煙道ガス内の所定の最低酸素含量を維持するために必要であるように富化する。
【００３６】
煙道ガスの酸素富化に基づき、最低煙道ガス温度を下回らせることなく、二次空気を減少させることができる。さらに、二次空気内で一緒に加熱されるべき窒素バラストは減少するので、比燃料需要を低下させることができる。
【００３７】
本発明による方法を実施するための装置に関しては、前記課題は、冒頭に記載した装置から出発して本発明により、流動化した粒子層内への酸素含有ガス流のための入口が設けられており、測定装置が空間内のそれぞれの酸素含量を連続的に測定するための、空間内に相互に間隔を置いて配置された少なくとも２つの酸素測定位置を含み、かつ測定装置が測定された酸素含量から平均値を出すための装置、及び流動化した粒子層に対して有機廃棄物を供給するため及び／又は酸素含有ガス流を供給するための調節装置と接続されていることにより解決される。
【００３８】
本発明による装置においては、流動化した粒子層内への酸素含量ガス流のための少なくとも１つの入口が設けられている。処理量及び焼却の生産性に対する酸素含有ガス流の作用及び機能に関しては、上記構成が本発明による方法のためには有利であることが立証された。
【００３９】
さらに、本発明による装置は、空間内のそれぞれの酸素含量を連続して測定するための、空間に相互に間隔を置いて配置された少なくとも２つの酸素測定位置を有する測定装置を含む。測定位置の領域内で、酸素含量は直接測定されるか、又はガスが空間から取り出され、引き続き分析される。酸素含量を少なくとも２つの測定の平均値として算出することにより、空間内の酸素測定の精度は改良される。そのようにして、酸素含量の局所的又は時間的変動は、少なくとも部分的に補償される。
【００４０】
平均値を計算するために、装置、例えばプロセスコンピュータが設けられている。これは流動化した粒子層内への有機廃棄物の供給のため及び／又は酸素含有ガス流の供給のための調節装置と接続されている。この調節のためには、酸素含有の平均値が調節値として使用される。そうして計算された平均値は高い安定性及び精度により優れているので、流動化した粒子層内への有機廃棄物の供給のため及び／又は酸素含有ガス流の供給のための相応して正確かつ安定な調節が得られる。安定なプロセス制御により、煙道ガスのＮＯｘ含量をさらに低下させることができる。
【００４１】
さらに、本発明による装置は、二次焼却帯域内で又は二次燃焼室内で未燃焼の、固体及びガス状の煙道ガス成分を焼却するための酸化媒体として空気を使用する際に、二次焼却室の領域内又は二次燃焼室内で必要な二次燃焼空気量を煙道ガス内の例えば６体積％の規定の酸素濃度に相応する酸素量と交換しかつ煙道ガスを例えば８５０℃の必要とされる最低温度に加熱するための二次燃料量を減少させることにより、窒素バラスト及びひいては煙道ガス堆積流を減少させることができる装置を有する。節約される燃料量は、少なくとも酸化媒体中の不足する窒素バラストを室温に加熱するために必要である熱量に相当する。
【００４２】
この場合、酸素は、純粋な形で又は酸素含有ガスとして少なくとも１カ所から適当なノズルで０．２５＜Ｍ＜１の出口マッハ値Ｍに相当する速度で二次焼却帯域又は二次燃焼室内に吹き込むか又は二次空気流に焼却室に流入する前に供給する。
【００４３】
次に、本発明を実施例及び図面により詳細に説明する。
【００４４】
従来の技術から公知の、下水スラッジを焼却するための流動床炉１が図３に概略的に図示されている。炉１の下方領域には、流入底２が設けられており、該流入底を介して、下方から送風機１１によって発生された空気流４が流入底２を経て吹き込まれることにより、床材料及び下水スラッジからなる流動床３が形成される。空気流は、同時に燃焼ガス及び流動化ガスとして役立つ。流動床炉１の直径は５．７ｍでありかつ流動床炉空間の高さは約１０．６ｍである。
【００４５】
流動床３の上に空間６が設けられており、該空間を介して煙道ガス１２は取り出される。空間６内の供給路７を介して、炉１に連続的に下水スラッジが供給される。
【００４６】
流動床３内で下水スラッジを加熱しかつ焼却するために、空気流４に燃料が配合される。しかし、燃料５は直接流動床３に導入することもできる。
【００４７】
空間６から、煙道ガス１２は二次焼却帯域１３に達し、該帯域内で未燃焼の固体又はガス状の燃料は二次燃料８と一緒にかつ二次空気９の添加の下で焼却される。煙道ガス１２は、空気流４の予熱のために役立つ熱交換器１４を介して取り出される。
【００４８】
以下に、図３に概略的に図示された炉１を使用した下水スラッジ焼却方法を説明する。この場合、主要なプロセスパラメータ及び結果は、表にまとめられている。表において、（ｉ．Ｎ．）は、標準状態、即ち温度０℃及び圧力１．０１３２５バールの状態を表す。
【００４９】
比較例１
下水スラッジ装入量：                      ８５００ｋｇ／ｈ
乾燥物質含量：                            ４０％
燃焼価：                                  １４，０００ＫＪ／ｋｇＧＶ
流動床温度：                              ８５０℃
流動ガス温度：                            ７０２℃
空間温度：                                ９２０℃
流動ガス量：                              １４，８８１ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
流動空気量：                              １４，２７５ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
天然ガス量：                              ６０６ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
空間内の煙道ガス量：                      ２２，６１６ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
空間内の酸素濃度：                        ２体積％（乾燥）
空間内の窒素濃度：                        ４９．７体積％
空間内の窒素酸化物濃度：                  １８０〜３５０ｍｇ／ｍ３。
【００５０】
流動ガスを７０２℃に予熱するために、天然ガス３２１ｍ３／ｈを流動空気で過剰化学量論的に燃焼させた。その際、流動ガス内の酸素含量は、２１体積％から約２０．１体積％に減少した。
【００５１】
本発明に基づく以下に図１及び２に示されている流動床炉１において図３におけると同一の参照記号が使用されている限り、それによって前記流動床炉１の同じ又は等価の構成部分を示す。相応する説明を参照されたい。
【００５２】
図１に示された本発明による流動床炉１は、付加的に流動床３の領域内に酸素入口１６を有し、該酸素入口を介して流動床３に第１の添加酸素流１６（純粋酸素の形で）を供給することができる。
【００５３】
流入底２の下の供給位置２０で、空気流４に第２の添加酸素流２１（同様に純粋な酸素）を配合する。
【００５４】
空気流４に、供給位置２０の前方で添加燃料２２を混合する。添加燃料２２の燃焼により、空気流４を約７０２℃の温度に加熱する。
【００５５】
さらに、空間６内に、空間６内の酸素含量を測定するための互いに遠ざけられた測定位置１７が設けられている。測定位置１７からガスサンプルを取り出しかつ酸素センサ１８により連続的に分析する。このようにして算出した空間６内の酸素含量を、第１の添加酸素流１６及び／又は第２の添加酸素流２１を介する酸素供給、及び／又は下水スラッジ７の供給７の調節のために利用する。
【００５６】
さらに、煙道ガス１２の二次焼却のための空気流９を酸素１５で富化するか、又は付加的酸素１５を直接二次焼却帯域１３に供給する。
【００５７】
以下に、図１に概略的に示された炉１を使用した下水スラッジ焼却方法のための比較例を説明する（酸素供給の調節を行わない）：
比較例２
下水スラッジ装入量：                      １２，７５０ｋｇ／ｈ
乾燥物質含量：                            ４０％
燃焼価：                                  １４，０００ＫＪ／ｋｇＧＶ
流動床温度：                              ８５０℃
流動ガス温度：                            ７０２℃
空間温度：                                ９２０℃
流動ガス量：                              １４，９３２ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
流動空気量：                              １２，３４４ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
添加酸素量：                              １８８７ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
天然ガス量：                              ７０１ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
空間内の煙道ガス量：                      ２６，５２２ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
空間内の酸素濃度：                        ５．２体積％（乾燥）
空間内の窒素濃度：                        ３７．０体積％
空間内の窒素酸化物濃度：                  ３１０〜４５０ｍｇ／ｍ３。
【００５８】
両者の比較例１及び２の比較は、流動ガス内の３０体積％の等量の酸素濃度に相当して酸素を添加することにより、処理能力を確かに約５０％上昇させることができたことを示す。しかしながら、それにより３空間内の窒素酸化物濃度が１０〜４５０ｍｇ／ｍ３であり、従って許容限界値を超えて上昇することが欠点であった。従って、窒素酸化物の限界値を維持するためには、付加的な手段、例えばＳＣＲ又はＳＮＣＲ装置を補充することが必要である。付加的な設備費用及び還元剤のための運転材料費用により、酸素法の経済性が悪くなる。
【００５９】
この窒素酸化物濃度の上昇は、殆ど一定の煙道ガス量で下水スラッジ量に比例して生成される窒素酸化物分に起因する。
【００６０】
本発明の対象は、煙道ガス体積を著しく増大させることなく流動床炉内での有機廃棄物の処理量増大だけでなく、例えば窒素酸化物のような有害物質濃度を低下させることにもある。
【００６１】
ＤＥ３７０３５６８から、流動化ガスとして流動空気の代わりに空気と煙道ガスからなる混合物を使用する窒素酸化物減少化法が公知であり、該方法では、煙道ガスを温度及び量を調節して煙道ガス戻しにより流動床反応器もしくは廃熱ボイラ及びフィルタの後方で燃焼空気に供給する。
【００６２】
ところで驚異的にも、一定の煙道ガス体積及び酸素添加を伴う同時下水スラッジ処理量向上における高い窒素酸化物濃度の問題を、流動床３上の空間６内でＯ２０〜３体積％が生じるよう、流動床３内の酸素濃度を多い下水スラッジ量に相応して富化しかつ空気流４の一部を熱交換器１４の後方で取り出された戻される煙道ガス２３と交換することにより解決することができることが判明した。
【００６３】
図１に概略的に示された炉１を使用した本発明による方法のための上記のような実施例を以下に説明する。その際、重要なプロセスパラメータ及び結果はまた表にまとめてられている。この場合酸素含量の目標値は、１．３体積％である。
【００６４】
実施例１
下水スラッジ装入量：                      １２，７５０ｋｇ／ｈ
乾燥物質含量：                            ４０％
燃焼価：                                  １４，０００ＫＪ／ｋｇＧＶ
流動床温度：                              ８５０℃
流動ガス温度：                            ７０２℃
空間温度：                                ９２０℃
流動ガス量：                              １５，１９１ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
流動空気量：                              ６，８４４ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
戻しガス量：                              ５，５００ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
添加酸素量：                              ２２０３ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
天然ガス量：                              ６４４ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
空間内の煙道ガス量：                      ２６，６９５ｍ３／ｈ（ｉ．Ｎ．）
空間内の酸素濃度：                        １．３体積％
空間内の窒素濃度：                        ２８．６体積％
空間内の窒素酸化物濃度：                  ６０〜１８０ｍｇ／ｍ３。
【００６５】
添加酸素流２１は、流入底２の前方で空気流４に混合する。空気流が予熱されていない場合には、安全性の理由から供給位置２０の後方で最大２８体積％の酸素濃度を維持する。空気流４を５００℃まで予熱する際には、供給位置２０の後方のＯ２富化された空気流４内の酸素濃度のための安全上重要な限界値を２６体積％に低下させねばならない。この限界値は、Ｏ２富化された空気流４を５００℃と７５０℃の間の温度に予熱する場合には、２４体積％に減少する。
【００６６】
酸素を高速ノズルにより少なくともマッハ０．８、有利にはマッハ１以上の出口マッハ数で添加酸素流１６として直接流動床３に吹き込む場合には、量限界もしくはＮＯｘ濃度制限は存在しない。高い速度は、下水スラッジ処理量の増大及び一定の煙道ガス量、即ち流動化速度において下水スラッジと酸素との均一な混合、即ち流動床３内の均等な温度を達成するために、酸素と流動床３との十分な混合のために必要である。
【００６７】
図２には、本発明による流動床炉１のための別の実施例が示されている。
【００６８】
この流動床炉１の場合には、図１に示された実施形とは異なり、空気流４は復熱的に熱交換器１４内で煙道ガス量１２により予熱されかつ同時に空気流４に煙道ガス１２が配合される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による方法の第１方法変形を実施するための本発明による静止型流動床炉の概略図である。
【図２】
本発明による方法の第２方法変形を実施するための本発明による静止型流動床炉の概略図である。
【図３】
従来の技術による静止型流動床炉の概略図である。
【符号の説明】
１  流動床炉、  ２  流動化装置（流入底）、  ３  流動化された粒子層（流動床）、  ４  流動化ガス（空気流）、  ５  燃料、  ６  空間、７  有機廃棄物（供給路）、  ８  二次燃料、  ９  二次空気、  １１  送風機、  １２  煙道ガス、  １３  二次焼却帯域（二次反応帯域）、  １４  熱交換器、  １５  二次酸素、  １６  第２の供給帯域（酸素入口：第１の添加酸素流）、  １７  酸素測定位置、  ２０  供給帯域（供給位置）、  ２１  第２の添加酸素流、  ２２  燃料（添加燃料）、  ２３  戻される煙道ガス
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004538432.tif 000030
2004538432.tif 000031
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