(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物が投入される流動層の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼されるフリーボード域を設けてなる廃棄物流動層式焼却炉において、
前記流動層の上方に昇温バーナを、更にその上方に二次空気導入ノズルと対面する炉壁位置に第２の昇温バーナを配し、前記二次空気導入ノズルと前記第２の昇温バーナの組み合わせで燃焼促進体を構成し、燃焼促進体を挟んで空気比が異なる区域を形成し、昇温バーナより燃焼促進体入口側の空気比を、燃焼促進体出口側の空気比より低く設定したことを特徴とする廃棄物流動層式焼却炉。
【請求項２】
廃棄物が投入される流動層の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼されるフリーボード域を設けてなる廃棄物流動層式焼却炉において、
前記流動層の上方に昇温バーナを、更にその上方に二次空気導入ノズルと対面する炉壁位置に第２の昇温バーナを配し、前記二次空気導入ノズルと前記第２の昇温バーナの組み合わせで燃焼促進体を構成し、昇温バーナより燃焼促進体入口側の酸素濃度を、燃焼促進体出口側の酸素濃度より低く設定したことを特徴とする廃棄物流動層式焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物流動層式焼却炉に係り、特に下水汚泥焼却に用いる流動層式焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より廃棄物焼却炉にはストーカ式焼却炉と流動層式焼却炉が主流を占めているが、下水汚泥焼却においては、熱負荷容量の大きい流動層式焼却炉が有利である。
一方、下水汚泥には廃棄物中の窒素分が高く、又流動層式焼却炉を用いても廃棄物中の含水率が高いために燃焼温度が低くなることから、酸化窒素(ＮＯ)に比較して亜酸化窒素(Ｎ２Ｏ)が多くなる傾向がある。
然も亜酸化窒素は温室効果係数が二酸化炭素(ＣＯ２)の３１０倍であり、地球温暖化の影響が極めて大きい。
【０００３】
このため流動層内の亜酸化窒素(Ｎ２Ｏ)の低減技術としてはＮ２Ｏの期限となるＨＣＮやＮＨ３からＮ２ＯとＮＯへの転換割合(選択率)を変えることであり、燃焼温度を上げる、酸素濃度(空気比)を下げる、接触粒子との混合を促進する、などの方法が有効である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような方法を採っても端にＮ２ＯとＮＯへの転換割合が変わるだけで窒素酸化物全体としての排出濃度の合計値(２Ｎ２Ｏ＋ＮＯ)はほぼ一定している。
即ち、Ｎ２Ｏを低減しようとするとＮＯが増大し、一方ＮＯを低減しようとするとＮ２Ｏが増大してしまう。そしてＮＯは大気汚染上極めて問題となる物質である。
このため両者を同時に低減できる物質として二段燃焼法が有効であるが、二段燃焼法は燃焼効率や脱硫効率の低下を招く。
本発明は、かかる課題に鑑み、燃焼効率や脱硫効率の低下を招くことなく、Ｎ２ＯとＮＯの両者を同時に低減できる廃棄物流動床焼却を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、廃棄物が投入される流動層の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼されるフリーボード域を設けてなる廃棄物流動層式焼却炉において、前記流動層の上方に昇温バーナを、更にその上方に二次空気導入ノズルと対面する炉壁位置に第２の昇温バーナを配し、前記二次空気導入ノズルと前記第２の昇温バーナの組み合わせで燃焼促進体を構成し、燃焼促進体を挟んで空気比が異なる区域を形成し、昇温バーナより燃焼促進体入口側の空気比を、燃焼促進体出口側の空気比より低く設定したことを特徴とする。
前記二次空気導入ノズルと前記第２の昇温バーナの組み合わせで燃焼促進体を構成し、燃焼促進体入口側の空気比を、燃焼促進体出口側の空気比より低く設定することによって、ＮＯとＮ２Ｏの発生量をいずれも低減できる。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、廃棄物が投入される流動層の上方に、燃焼ガス生成物等が再燃焼されるフリーボード域を設けてなる廃棄物流動層式焼却炉において、前記流動層の上方に昇温バーナを、更にその上方に二次空気導入ノズルと対面する炉壁位置に第２の昇温バーナを配し、前記二次空気導入ノズルと前記第２の昇温バーナの組み合わせで燃焼促進体を構成し、昇温バーナより燃焼促進体入口側の酸素濃度を、燃焼促進体出口側の酸素濃度より低く設定したことを特徴とする。
前記二次空気導入ノズルと前記第２の昇温バーナの組み合わせで燃焼促進体を構成し、燃焼促進体入口側の酸素濃度を、燃焼促進体出口側の酸素濃度より低く設定することによって、ＮＯとＮ２Ｏの発生量をいずれも低減できる。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の第１実施形態にかかる流動層式燃焼装置で、１は流動層式燃焼炉、２は押し込みファン、３はエアヒータで、該エアヒータ３で加熱された空気は一次空気として流動層１１底部より、流動層１１内に導入される。又前記加熱空気の一部は二次空気として二次空気導入ノズル１２より導入されている。
【００１０】
４は下水汚泥投入ポンプで、加熱された流動層１１内に汚泥が投入される。
５は昇温バーナで、ＬＰＧやＬＮＧ等の可燃ガスにより生成された燃焼炎が流動層１１上方に位置する昇温バーナ５より燃焼促進体６入口側の空間を加熱するとともにその空間Ａの空気比の低減、言い換えれば酸素濃度の低減を図る。
燃焼促進体６の上方は二次空気により燃焼ガス生成物等(熱分解ガス)が再燃焼されるフリーボード域Ｂが形成されている。
【００１１】
そして前記流動層式燃焼炉１から排出された排ガス等は、ガスクーラ７、サイクロン８等を介して飛灰や大気汚染物を除去した後、誘引ファン９、煙突１０を介して大気放出される。かかる点は公知である。
【００１２】
図２は多数のＡｌ２Ｏ３等のセラミック管２１の集合体からなる輻射変換体２０で、前記セラミック管２１とこれを固定するフレーム板２２からなり、前記セラミック管２１同士の隣接空間２３を加熱された燃焼ガス生成物等(熱分解ガス)が通過することにより、該セラミック管２１が加熱されて輻射率が８０％程度の輻射変換体を形成しうる。
そしてかかる輻射変換体２０が前記燃焼促進体６として用いられている。
【００１３】
次にかかる実施例に基づく作用を説明する。
Ｎ２Ｏ、ＮＯの発生には、廃棄物窒素分から生成されるＨＣＮ、ＮＨ３などの中間生成物が大きな役割を果たしている。Ｎ２Ｏの生成はこのうち主としてＨＣＮによるものであり、ＨＣＮが酸化されてできたＮＣＯをＮＯとの（１）の反応により生成される。
温度との関係をみると、Ｎ２Ｏ排出温度は燃焼温度に強く依存し、７３０〜８３０℃で最大値を示す。これより高温場では（２）、（３）のＮＣＯのＮＯへの転換反応が（１）のＮ２Ｏへの転換反応より速くなるため、Ｎ２Ｏは温度の増加に伴い減少する。また、１２３０℃以上の高温場では（４）のＮ２Ｏ生成抑制反応およびＨ、ＯＨラジカルによる（５）、（６）の分解反応が生成反応を上回り、Ｎ２Ｏ生成はさらに抑制されるが、一方ではサーマルＮＯｘが顕著に増加してしまう。
【００１４】
ＮＣＯ＋ＮＯ→Ｎ２Ｏ＋ＣＯ                （１）
ＮＣＯ＋Ｏ  →ＮＯ＋ＣＯ                  （２）
ＮＣＯ＋ＯＨ→ＮＯ＋ＣＯ＋Ｈ              （３）
ＮＣＯ＋Ｈ  →ＮＨ＋ＣＯ                  （４）
Ｎ２Ｏ＋Ｈ  →Ｎ２＋ＯＨ                  （５）
Ｎ２Ｏ＋ＯＨ→Ｎ２＋ＨＯ２                （６）
【００１５】
また、燃焼温度とＮＯとＮ２Ｏの関係についてまとめると、図４の通り燃焼温度上昇に伴い両方とも低減化する傾向となる。
従来技術においては燃焼温度の増加に伴いＮＯ生成量は増加し、またＮ２Ｏ生成量は減少すると言われているが、今回の試験結果において、ＮＯの生成量は、燃焼温度の上昇に伴い低減するという従来の知見とは逆の傾向になった。
【００１６】
即ち、図４のＲＵＮ１は昇温バーナも燃焼促進体６(輻射変換体２０)も設けない状態で燃焼したもの、ＲＵＮ２は燃焼促進体６(輻射変換体２０)のみを設けた状態で燃焼したもの、ＲＵＮ３は本発明の実施例で、昇温バーナと燃焼促進体(輻射変換体)とを設けた状態で燃焼したものを示し、図４は、流動層上面と燃焼体入口温度の平均値とＮＯとＮ２Ｏの濃度の関係を示すグラフ図である。
本図より明らかな如くＲＵＮ３はＲＵＮ１より燃焼平均温度が８８０℃〜９７０℃と１００℃以上上昇し、これに比例してＮＯとＮ２Ｏのいずれもが低下している。
【００１７】
一方、流動層上面から燃焼促進体入口部での空気比とＮＯとＮ２Ｏの関系についての試験結果を図５にまとめた。
本図より明らかな如く、ＲＵＮ３はＲＵＮ１やＲＵＮ２より空気比が１．３〜１．４から１．０〜１．１に低減し、これに比例してＮＯとＮ２Ｏのいずれもが低下している。
又燃焼促進体５出口側のフリーボード域Ｂは二次空気の導入により空気比が高く、これにより、昇温バーナ５より燃焼促進体６入口側の空間Ａの空気比を、燃焼促進体６出口側のフリーボード域Ｂの空気比より低く設定し、言い換えれば、前記流動層１１の上方に昇温バーナ５を、更にその上方に燃焼促進体６を配し、昇温バーナ５より燃焼促進体６入口側空間Ａの酸素濃度を、燃焼促進体６出口側の酸素濃度より低く設定することによりＮＯ、Ｎ２Ｏの発生量がいずれも低減する。
【００１８】
図６はかかる図４、図５に基づいて、ＮＯとＮ２ＯそれぞれがＲＵＮ３（促進体＋バーナ）において、低減されている状態を示す。
従って本実施例によれば、昇温バーナ５による燃焼温度の上昇によりＮ２Ｏが低減され、又、流動層部〜燃焼促進体入口側空間Ａの空気比を出口側のフリーボード域Ｂより低く設定することにより、ＦｕｅｌＮＯｘが低減され、結果としてＮＯもＮ２Ｏも低減されるためである。昇温バーナ５により、燃焼温度は上昇したものの、サーマルＮＯｘも増加することなく、又炭酸ガス濃度、ダイオキシン濃度、アンモニア濃度のいずれもが本実施例のＲＵＮ３は、従来技術のＲＵＮ１より大幅に低減していることが確認された。
【００１９】
尚、図３は図１の輻射変換体２０の代わりに、に燃焼バーナ(第２の昇温バーナ２５)を用いた他の実施例で、二次空気導入ノズル１２と対面する炉壁位置に第２の昇温バーナ２５を配し、二次空気導入ノズル１２と燃焼バーナ２５の組み合わせで燃焼促進体を構成している。
かかる実施例も前記実施例と同様な効果を得ることが出来る。
【００２０】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、燃焼効率や脱硫効率の低下を招くことなく、Ｎ２ＯとＮＯの両者を同時に低減できる廃棄物流動層式焼却炉を提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態にかかる流動層式燃焼装置を示す概略図である。
【図２】  多数のＡｌ２Ｏ３等のセラミック管の集合体からなる輻射変換体を示す正面図と平面図である。
【図３】  本発明の第２実施形態にかかる流動層式燃焼装置を示す概略図である。
【図４】  流動層上面と燃焼体入口温度の平均値とＮＯとＮ２Ｏの濃度の関係を示すグラフ図である。
【図５】  流動層上面から燃焼促進体入口部での空気比とＮＯとＮ２Ｏの関系についての試験結果をまとめたグラフ図である。
【図６】  ＮＯとＮ２Ｏそれぞれが本実施例において、低減されている状態を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１    流動層式燃焼炉
２    押し込みファン
３    エアヒータ
４    下水汚泥投入ポンプ
５    昇温バーナ
６    燃焼促進体
１１  流動層
１２  二次空気導入ノズル
２５  第２の昇温バーナ（燃焼バーナ）
Ａ    昇温バーナより燃焼促進体入口側の空間
ｂ    フリーボード域
【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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