(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰溶融部の上方に燃焼室を構成した灰溶融炉において、燃焼室の中央上部から灰溶融部方向に燃料を噴出する燃料噴出口を設け、その外周側に昇温用酸化剤噴出口を設けると共に、昇温用酸化剤噴出口から離隔し、且つ燃焼室の燃焼ガス排出部から離れた側にのみ低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口を設け、少なくとも低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口は、酸化剤を燃焼室の上部側から灰溶融部方向に直進方向に噴出する構成としたことを特徴とする灰溶融炉における低ＮＯｘ燃焼装置
【請求項２】
灰溶融部の上方に燃焼室を構成した灰溶融炉において、燃焼室の中央上部に燃料噴出口を設け、その外周側に昇温用酸化剤噴出口を設けると共に、昇温用酸化剤噴出口から離隔して、その周囲に対応して低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口を設け、少なくとも低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口は、酸化剤を燃焼室の上部側から灰溶融部方向に直進方向に噴出する構成とし、燃焼室内の温度が、燃料が充分自己着火する温度以下の場合には、昇温用酸化剤噴出口から酸化剤を噴出して燃焼させ、昇温を行わせると共に、上記温度以上では昇温用酸化剤噴出口からの酸化剤の噴出を停止し、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口からのみ酸化剤を噴出させて低ＮＯｘ燃焼を行わせ、この際、燃焼室の燃焼ガス排出部側の低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口からの酸化剤の噴出を停止して燃焼を行わせることを特徴とする灰溶融炉における低ＮＯｘ燃焼方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉における低ＮＯｘ燃焼装置及び低ＮＯｘ燃焼方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は灰溶融炉の従来例を示すもので、この灰溶融炉は特開平６−１１１２９号公報に開示されているものである。図についてこの従来例を説明すると、この灰溶融炉では、焼却灰の投入側から溶融灰の排出側に向かって傾斜させた炉底壁ａを有し、排出側の炉底壁ａの上方に灰溶融部ｂを構成すると共に、その上方に断熱壁で形成された燃焼室ｃが構成されている。また灰投入ホッパーｄから成る焼却灰の投入側に向かい、灰溶融部ｂに隣接して予熱室ｅが設けられており、この予熱室ｅを介して燃焼ガスが排出される構成となっている。
燃焼室ｃの中央上部側にはバーナｆが設けられており、このバーナｆは中央に燃料噴出口ｇを設けると共に、その周囲に酸化剤噴出口ｈを設けており、酸化剤噴出口ｈは酸化剤を旋回させて噴出させる構成としており、酸化剤としては予熱空気あるいは酸素富化空気を用いる。
【０００３】
次に図５は、低ＮＯｘ燃焼方法の一つの従来例を示すもので、この低ＮＯｘ燃焼方法は、特公昭５６−３６７２２号公報に開示されているものである。
図５のものは、炉本体ｉの壁ｊに第１の燃料供給ノズルｋと空気供給室ｍとを備えたバーナｎを設けると共に、このバーナｎから離れた位置に第２燃料供給ノズルｏを設けた構成で、いわゆる燃料二段の二段燃焼方法を適用して低ＮＯｘを図るバーナである。
【０００４】
また図６は、低ＮＯｘ燃焼方法の他の従来例を示すものであり、この低ＮＯｘ燃焼方法は、特許第２６８３５４５号公報に開示されているものである。
この燃焼方法は、燃料ガスと酸化剤を炉内に別々に噴出し、それらの噴出エネルギーで炉内の燃焼排ガスを吸引、混合して緩慢燃焼を行い、火炎温度を低下させることでサーマルＮＯｘを低減する低ＮＯｘ燃焼方法である。即ち、図６において、符号ｐは炉体、ｑは酸化剤ノズル、ｒは燃料ガスノズル、ｓは酸化剤ノズルｑ内に設けた低温時用燃料ガスノズルであり、図中矢印が燃料ガスと酸化剤の噴出エネルギーによる炉内の燃焼排ガスの再循環流を示すものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
灰溶融炉は溶融温度が１４００℃前後と高く、しかも酸化剤として、予熱空気又は酸素富化空気を用いるため、火炎温度が高くなり、必然的にＮＯｘ濃度も高くなりやすい。
【０００６】
即ち、図４に示した灰溶融炉の燃焼装置では、酸化剤に旋回が与えられていることにより、火炎は断熱壁で形成される燃焼室いっぱいに広がっているため、燃焼室内ガスの再循環が無く、また火炎から断熱壁への放熱が少ないため、火炎温度が高くなり、従ってＮＯｘも高くなってしまう。
【０００７】
また図４に示した灰溶融炉の燃焼装置に上記図５、図６に示される低ＮＯｘ燃焼方法を適用することを考えた場合、燃焼室は断熱壁として構成されているので、例えば前者の場合には、燃料二段での一次燃焼域又は二次燃焼域の燃焼ガスの燃焼室壁への放熱が十分に行われないため火炎温度が下がらず、また後者の場合には燃焼室内径が小さいと火炎は燃焼室いっぱいに広がり、燃料噴流により誘引される燃焼ガスは燃焼室内の高温の燃焼ガスとなるため、いずれにしてもＮＯｘ低減効果は低い。
本発明は以上のような課題を解決することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、まず灰溶融部の上方に燃焼室を構成した灰溶融炉において、燃焼室の中央上部から灰溶融部方向に燃料を噴出する燃料噴出口を設け、その外周側に昇温用酸化剤噴出口を設けると共に、昇温用酸化剤噴出口から離隔し、且つ燃焼室の燃焼ガス排出部から離れた側にのみ低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口を設け、少なくとも低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口は、酸化剤を燃焼室の上部側から灰溶融部方向に直進方向に噴出する構成としたことを特徴とする灰溶融炉における低ＮＯｘ燃焼装置を提案するものである。
【００１３】
次に本発明では、灰溶融部の上方に燃焼室を構成した灰溶融炉において、燃焼室の中央上部に燃料噴出口を設け、その外周側に昇温用酸化剤噴出口を設けると共に、昇温用酸化剤噴出口から離隔して、その周囲に対応して燃焼室の上部に低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口を設け、少なくとも低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口は、酸化剤を燃焼室の上部側から灰溶融部方向に直進方向に噴出する構成とし、燃焼室内の温度が、燃料が充分自己着火する温度以下の場合には、昇温用酸化剤噴出口から酸化剤を噴出して燃焼させ、昇温を行わせると共に、上記温度以上では昇温用酸化剤噴出口からの酸化剤の噴出を停止し、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口からのみ酸化剤を噴出させて低ＮＯｘ燃焼を行わせ、この際、燃焼室の燃焼ガス排出部側の低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口からの酸化剤の噴出を停止して燃焼を行わせることを特徴とする灰溶融炉における低ＮＯｘ燃焼方法を提案する。
【００１５】
以上の本発明の燃焼装置では、燃焼開始時等において燃焼室内の温度が、燃料が充分自己着火する温度（例えば９００℃）以下の場合には、燃料噴出口の外周側の昇温用酸化剤噴出口から酸化剤を噴出することにより、燃料噴出口から噴出する燃料を安定的に燃焼させることができる。
【００１６】
次いで燃焼室内の温度が、燃料が充分自己着火する温度以上となった場合には、昇温用酸化剤噴出口からの酸化剤の噴出を停止すると共に、この昇温用酸化剤噴出口、従って燃料噴出口からも離隔して燃焼室の上部に設置している低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口からのみ酸化剤を噴出させて燃焼を行わせる。
【００１７】
この燃焼においては、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口から灰溶融部方向に直進方向に噴出する酸化剤の高速噴流は、燃料噴出口から噴出する燃料とは直接的には混合せず、灰溶融部において充分放熱を行った燃焼ガスを燃焼室内に誘引する。そして吸引された燃焼ガス中に低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口から酸化剤が噴出するので、酸化剤は低温の燃焼ガスで希釈され、一方、燃料も低温の燃焼ガスで希釈された後に、上記燃焼ガスで希釈された酸化剤と混合されるので、低酸素濃度の緩慢燃焼が効果的に行われる。こうして火炎が低温に維持され、サーマルＮＯｘの生成が抑制されてＮＯｘの低減が図れる。
【００１８】
燃焼室内径は燃焼室下端における火炎径よりも大きく構成することにより、火炎と燃焼室内壁間に隙間が形成され、この隙間を通して燃焼ガスの誘引がより良好に行われる。
【００１９】
また、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口を昇温用酸化剤噴出口の周囲に対応して設置している場合において、燃焼室の燃焼ガス排出部側の低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口からの酸化剤の噴出を停止したり、あるいは低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口を、燃焼室の燃焼ガス排出部から離れた側にのみ設置した構成とすることにより、燃焼室の燃焼ガス排出部側において、その内壁と火炎との間に、更に広い隙間を形成して燃焼ガスの誘引効果を増大することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
まず図１、図２は本発明の燃焼装置を設置した灰溶融炉の第１の実施の形態を示す縦断面図である。
符号１は焼却灰の投入ホッパー２と押出し装置３を有する焼却灰の投入側から、溶融灰受槽４を有する溶融灰の排出側に向かって傾斜した構成の炉底壁であり、排出側の炉底壁１の上方に灰溶融部５が構成され、その上方に燃焼室６が構成されている。また上記投入側に向かって灰溶融部５に隣接して予熱室７が構成され、予熱室７と燃焼室６の下端は連通して、燃焼室６側の燃焼ガスが予熱室７を通って排気される構成となっている。
【００２１】
燃焼室６の中央上部には燃料噴出口８を設けており、その外周側に昇温用酸化剤噴出口９を設けている。そして昇温用酸化剤噴出口９から離隔して燃焼室６の上部に低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０を設けている。これらの昇温用酸化剤噴出口９及び低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０は、酸化剤を燃焼室６の上部から灰溶融部５方向に空気や酸素富化空気等の酸化剤を直進方向に噴出させる構成としている。
【００２２】
この第１の実施の形態では、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０は昇温用酸化剤噴出口９の周囲に設置されている。これらの低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０では、酸化剤の噴出方向は、昇温用酸化剤噴出口９と平行とする他、内側又は外側に適宜傾斜させることができる。
【００２３】
以上の本発明の燃焼装置では、燃焼開始時点等において、燃焼室６内の温度が、燃料が充分自己着火する温度（例えば９００℃）以下の場合には、燃料噴出口８から燃料を噴出すると共に、その周囲の昇温用酸化剤噴出口９から酸化剤を噴出し、適宜の保炎機構により安定した昇温燃焼を行うことができる。
燃料噴出口８からの燃料の噴出方向は昇温用酸化剤噴出口９からの酸化剤の噴出方向と平行とする他、適宜拡がる方向に噴出させることもできる。
【００２４】
以上の燃焼により、炉内温度が上昇して、燃料が充分自己着火する温度以上となった場合には、昇温用酸化剤噴出口９を閉として酸化剤の噴出を停止すると共に、この昇温用酸化剤噴出口９、従って燃料噴出口８から離隔して燃焼室６の上部に設置している低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０からのみ酸化剤を噴出させて燃焼を行わせる。
【００２５】
この燃焼においては、図中実線矢印で示すように、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０から灰溶融部５方向に直進方向に噴出する酸化剤の高速噴流は、直接的には燃料と混合せず、図中破線矢印で示すように、灰溶融部５において充分放熱を行った燃焼ガスを燃焼室６内の上部に誘引する。そして誘引された燃焼ガスに低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０から酸化剤が噴出するので、酸化剤は低温の燃焼ガスで希釈され、一方、燃料噴出口８から噴出する燃料も低温の燃焼ガスで希釈された後に、上述したように燃焼ガスで希釈された酸化剤と混合されて火炎１１が形成される。
【００２６】
このような燃焼室６内の流れは、燃料の量と比較して多量な酸化剤の流れによって支配される。例えば天然ガスを燃料として使用する場合、酸化剤として空気を使用する場合、燃焼に必要な酸化剤量は、燃料の１０倍以上である。
【００２７】
燃料は、酸化剤の高速噴流により誘引された低温の燃焼ガスで希釈されながら、やはり低温の燃焼ガスで希釈された酸化剤と混合され、このようにして低酸素濃度の緩慢燃焼が行われることにより、火炎１１が低温に維持されるので、サーマルＮＯｘの生成が抑制されてＮＯｘの低減が図れる。
【００２８】
このように酸化剤は、その噴出エネルギーにより、灰溶融部５で充分放熱を行った燃焼ガスを誘引して燃料及び酸化剤と混合させてから燃焼を行わせる作用を有するもので、その流速は、例えば５０ｍ／秒以上とすると良い。同様に、燃料についてもその流速を、例えば５０ｍ／秒以上とすることにより、燃料の噴出エネルギーも燃焼ガスの誘引に寄与させることができる。
【００２９】
低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０から灰溶融部５方向に噴出する酸化剤の流れは、直進流であるため、火炎１１はさほど広がらず、従って燃焼室６の内径を余り大きくしないでも、燃焼室６下端における火炎１１径よりも大きく構成することができ、こうして火炎１１の外端と燃焼室６の内壁との間に、燃焼ガスの誘引のための隙間１２を形成しやすい。
【００３０】
例えば、燃焼室６の内径を、昇温用酸化剤噴出口９の口径の４倍以上とすると、火炎１１と燃焼室６の内壁との間に十分な隙間１２を形成することができる。
【００３１】
一方、酸化剤の高速噴流の基部では、周囲のガスが噴流に伴流されるため負圧が生じるのであるが、直進流は旋回流よりも周囲のガスを伴流する効果が高く、従って負圧が生じやすい。これらのことから、本発明では、灰溶融部５で充分放熱を行った燃焼ガスを燃焼室６内に誘引しやすいのである。また、予熱室７と燃焼室６の下端は連通しているため、灰溶融部５において焼却灰に対して放熱が終わって低温となり、予熱室７を経て排気される燃焼ガスの一部も燃焼室６内に誘引される。
【００３２】
以上の低ＮＯｘ燃焼時において、図２に示すように、燃焼室６の燃焼ガス排出部側、即ち予熱室７側の低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０からの酸化剤の噴出を停止すれば、燃焼室６の燃焼ガス排出部側において、その内壁と火炎１１との間に、更に広い隙間１２が形成されて燃焼ガスの誘引効果を更に増大することができる。
【００３３】
低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０を昇温用酸化剤噴出口９の周囲に設置した第１の実施の形態では、図１に示されるような低ＮＯｘ燃焼と、図２に示されるような低ＮＯｘ燃焼を適宜選択することができる。
【００３４】
これに対して、図３に示す本発明の第２の実施の形態においては、専ら図２に示される様な低ＮＯｘ燃焼を行うものである。
即ち、この第２の実施の形態では低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０は、燃焼室６の燃焼ガス排出部から離れた側にのみ設置しており、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口１０は単数でも複数でも良い。その他の構成は図１、図２に示される第１の実施の形態と同様であるので、対応する要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３５】
この第２の実施の形態においては、燃焼室６の燃焼ガス排出部側、即ち予熱室７側には、低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口が設けられていないので、燃焼室６の燃焼ガス排出部側において、その内壁と火炎１１との間に、常に広い隙間１２を形成することができ、こうして燃焼ガスの誘引効果を増大することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上のとおりであるので、低ＮＯｘ燃焼においては、燃焼室の上部側から灰溶融部に直進方向に噴出する酸化剤の高速噴流により、灰溶融部において充分放熱を行った燃焼ガスを燃焼室内に誘引することができ、こうして低温の燃焼ガスで希釈された燃料と、低酸素濃度になった酸化剤が緩やかに混合して緩慢燃焼が行われるので、火炎温度は高くならずに低温に維持され、サーマルＮＯｘの生成が抑制されてＮＯｘの低減が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の燃焼装置を設置した灰溶融炉の第１の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】  本発明の燃焼装置を設置した灰溶融炉の第１の実施の形態を、図１とは異なった燃焼状態で示す縦断面図である。
【図３】  本発明の燃焼装置を設置した灰溶融炉の第２の実施の形態を示す縦断面図である。
【図４】  従来の灰溶融炉の一例を示す縦断面図である。
【図５】  従来の低ＮＯｘ燃焼方法の一例を説明する縦断面図である。
【図６】  従来の低ＮＯｘ燃焼方法の他例を説明する縦断面図である。
【符号の説明】
１                        炉底壁
２                        投入ホッパー
３                        押出し装置
４                        溶融灰受槽
５                        灰溶融部
６                        燃焼室
７                        予熱室
８                        燃料噴出口
９                        昇温用燃焼用酸化剤噴出口
１０                      低ＮＯｘ燃焼用酸化剤噴出口
１１                      火炎
１２                      隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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