JP5044317B2 - 廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室及び燃焼方法 - Google Patents

Description

廃棄物をガス化、溶融するガス化溶融炉で発生する可燃性ガスを燃焼させる廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室及びその燃焼室における可燃性ガスの燃焼方法に関する。

廃棄物ガス化溶融設備においては、廃棄物をガス化溶融炉でガス化、溶融し、ガス化により生成した可燃性ガスを燃焼室に導入して燃焼させる。次いで、燃焼後の高温の燃焼排ガスをボイラに送って熱回収を行い、さらに熱回収後の燃焼排ガスを排ガス処理装置で無害化し煙突より排出する。

このようなガス化溶融設備の燃焼室においては、可燃性ガスを燃焼させるために、可燃性ガスを燃焼用空気とともにメインバーナ部から導入するようにしており、これにより、可燃性ガスが燃焼用空気中の酸素と反応して燃焼する。

ところが、近年、生活様式の変化で廃棄物ガス化溶融設備に持ち込まれる廃棄物の質が高カロリー化し、それに伴い、ガス化溶融炉で生成する可燃性ガスも高カロリー化し、燃焼室内の温度が高温化する傾向にある。この燃焼室内温度が約１０５０℃を超え、その温度が継続すると可燃性ガス中に含まれる灰分が軟化しクリンカとして燃焼室の内壁に付着するという問題が生じる。また、燃焼室においては、メインバーナ部から火炎が吹き出すように発生するので、可燃性ガスが高カロリー化すると火炎の勢いも増し、とくにメインバーナ部と対向する燃焼室内壁の耐火物の損傷が激しくなるという問題もある。

これに対して、特許文献１には、流動床式の焼却炉において、未燃ガスを燃焼させるための二次空気を吹き込む二次空気吹き込み口に水噴霧ノズルを設け、未燃ガスの燃焼熱の一部を水の蒸発潜熱として消費することにより、炉内温度の高温化を抑制する技術が開示されている。

しかし、単に二次空気吹き込み口から水を噴霧するだけでは、噴霧された水が、二次空気吹き込み口からの二次空気の吹き込みによって発生する火炎と上手く混合されず、冷却効果が十分に発揮されずに局所的に高温になってクリンカが生成することがある。また、二次空気吹き込み口からの二次空気の吹き込みによって発生する火炎の流れが、二次空気の流れによって二次空気吹き込み口と対向する焼却炉内壁に直接当たりその内壁の耐火物の損傷が激しくなるという問題がある。さらに、未燃ガスの着火点に水が噴霧されることになるので、着火性が悪化し、未燃ガスの燃焼性が低下するという問題もある。

また、特許文献１の技術では、二次空気吹き込み口より上流の燃焼排ガスの酸素濃度を検出して二次空気量を増減し、その増減量に応じて二次空気吹き込み口における噴霧水量を増減することにより、炉内温度を所定温度以下に保つようにしているが、炉内温度の増減と燃焼排ガスの酸素濃度の増減との間に時間差が生じるため、実際に炉内温度を常に所定温度以下に保つことは困難である。

以上のように、特許文献１の技術は、クリンカの生成等、炉内温度（燃焼室内温度）の高温化に伴い発生する諸問題に対する対策としては十分ではない。
特開平５−１１８５２３号公報

本発明が解決しようとする課題は、廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室において、可燃性ガスの燃焼性を低下させることなく燃焼室内温度の高温化を効率的に抑制し、クリンカの生成や内壁の耐火物の損傷を抑制できるようにすることにある。

本発明は、廃棄物をガス化、溶融するガス化溶融炉で発生する可燃性ガスを燃焼用空気とともにメインバーナ部から導入して燃焼させる廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室において、メインバーナ部と対向する位置に、メインバーナ部から吹き出す火炎の頂部及び下面部に向けて水を噴霧する水噴霧ノズルを設け、前記水噴霧ノズルを、燃焼室内に冷却用ガスを吹き込むガス吹込ノズル内に配置し、さらに燃焼室の出口近傍におけるガス温度を測定する温度計を設けるとともに、この温度計で測定したガス温度が所定範囲内となるように、ガス吹込ノズルから吹き込む冷却用ガス量を制御する制御装置を設けたことを特徴とするものである。

このように、本発明ではメインバーナ部と対向する位置から、メインバーナ部から吹き出す火炎の頂部及び下面部に向けて水を噴霧するので、火炎の流れと噴霧水の流れが対向流となり火炎と噴霧水が良く混合されるので、高温となるメインバーナ部近傍の燃焼室内温度を効率的に下げることができる。また、噴霧水がメインバーナ部から吹き出す火炎に正面から衝突するので、火炎の流れの勢いが弱められ、メインバーナ部と対向する燃焼室内壁に到達しなくなり、燃焼室内壁の耐火物の損傷を軽減できる。さらに、燃焼室に導入される可燃性ガスはメインバーナ部で着火し、その着火点は水が噴霧される位置とは異なるので、着火性が悪化して燃焼性が低下することもない。

本発明においては、メインバーナ部近傍における燃焼室内温度を測定する温度計を設けるとともに、この温度計で測定した燃焼室内温度が所定範囲内となるように水の噴霧量を制御する制御装置を設けることが好ましい。このように、最も高温となるメインバーナ部近傍における燃焼室内温度を直接的に測定し、これを指標として水の噴霧量を制御することにより、燃焼室内温度の制御性が向上するとともに、クリンカの生成に繋がるような燃焼室内温度の高温化を確実に防止できる。

そして、本発明においては、燃焼室の出口近傍におけるガス温度を測定する温度計を設けるとともに、この温度計で測定したガス温度が所定範囲内となるように、ガス吹込ノズルから吹き込む冷却用ガス量を制御する制御装置を設けている。このように、燃焼室の出口近傍におけるガス温度を所定範囲内に維持することで、その後のボイラにおける熱回収を安定して行うことができる。

この冷却用ガスとしては、燃焼室より下流側の煙道から取り出した燃焼排ガスを使用することが好ましい。より好ましくは、燃焼室を出て、熱回収、冷却、除塵後の燃焼排ガスを使用する。このように冷却用ガスとして燃焼用排ガスを使用することで、新たに空気等の冷却用ガスを吹き込む必要がなくなる。すなわち、燃焼排ガスは、煙道から取り出されるので、これを燃焼室内に吹き込んでも煙突排ガス量の増加に繋がらず、また、空気よりも酸素濃度が低いので、冷却用ガスとして好適である。

本発明では、廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室において、メインバーナ部と対向する位置から、メインバーナ部から吹き出す火炎の頂部及び下面部に向けて水を噴霧することにより、可燃性ガスの燃焼性を低下させることなく燃焼室内温度の高温化を効率的に抑制し、クリンカの生成や内壁の耐火物の損傷を抑制できる。

また、メインバーナ部近傍における燃焼室内温度を指標として、この燃焼室内温度が所定範囲内となるように水の噴霧量を制御することにより、燃焼室内温度の制御性が向上するとともに、クリンカの生成に繋がるような燃焼室内温度の高温化を確実に防止できる。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室を示す構成図である。

図１の廃棄物ガス化溶融設備では、廃棄物をシャフト炉式のガス化溶融炉１でガス化、溶融し、ガス化により生成した可燃性ガスを燃焼用ガスとともにメインバーナ部２ａから燃焼室２に導入して燃焼させる。次いで、燃焼後の高温の燃焼排ガスをボイラ３に送って熱回収を行い、熱回収後の燃焼排ガスを減温塔４に送って水を噴霧することにより冷却し、集塵機５に送って燃焼排ガス中のダスト類を除塵する。その後、再加熱器６で燃焼排ガスを再加熱し、触媒反応塔７に送って燃焼排ガス中のダイオキシン類を無害化し煙突８より排出する。なお、上述した燃焼室２以降の燃焼排ガスの流れを形成するために、図１では、集塵機５と再加熱器６との間に誘引通風機９を配置している。

このような基本構成において、本発明では、燃焼室２のメインバーナ部２ａと対向する位置に、メインバーナ部２ａから吹き出す火炎の頂部及び下面部に向けて水を噴霧する水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂを設けている。

図２は、水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂ部分の詳細構成を示すとともに、水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂからの水の噴霧状況を概念的に示す説明図である。水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂは、燃焼室２内に冷却用ガスを吹き込むために設けられているガス吹込ノズル１０ｃ，１０ｄ内に配置されており、噴霧用ガスを使用して水を噴霧する。具体的には、上段の水噴霧ノズル１０ａからはメインバーナ部２ａから吹き出す火炎Ｆの頂部Ｆ１に向けて水を噴霧し、下段の水噴霧ノズル１０ｂからはメインバーナ部２ａから吹き出す火炎Ｆの下面部Ｆ２に向けて水を噴霧する。

これらの水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂにおいては、その先端のノズルチップ１０ａ−１，１０ｂ−１の保護のため、水噴霧を行っていないときでも例えば燃焼室２内の温度が１００℃以上であれば、噴霧用ガスを流してノズルチップ１０ａ−１，１０ｂ−１を冷却するようにしている。しかし、水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂは、メインバーナ部２ａ近傍の壁部の温度が１０００℃前後という非常に過酷な状態で使用されるため、噴霧用ガスによる冷却だけでなく、それ以上の冷却を行うことが好ましい。そこで、本実施例では、上述のとおり水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂをガス吹込ノズル１０ｃ，１０ｄ内に配置し、ガス吹込ノズル１０ｃ，１０ｄに流す冷却用ガスも利用してノズルチップ１０ａ−１，１０ｂ−１を冷却するようにしている。

本実施例では、この冷却用ガスとして燃焼室２より下流側の煙道から取り出した燃焼排ガス、具体的には誘引通風機９の下流側の煙道から取り出した燃焼排ガスを使用している。すなわち、誘引通風機９の下流側の煙道から取り出した燃焼排ガスを、送風機１９を介して冷却用ガス供給配管１７によってガス吹込ノズル１０ｃ，１０ｄに供給するようにしている。なお、冷却用ガス供給配管１７から水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂへのバイパス管を設け、水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂから水噴霧を行っていないときに流す冷却用ガスとして燃焼排ガスを使用するようにしてもよい。

また、図１に示す燃焼室２には、メインバーナ部２ａ近傍における燃焼室内温度として、メインバーナ部２ａと対向する位置の燃焼室２の壁面温度を測定する放射温度計１１を設け、この放射温度計１１で測定した壁面温度が所定範囲内（９５０〜１０５０℃程度）となるように水の噴霧量を制御するようにしている。具体的には、放射温度計１１で測定した壁面温度に応じて、制御装置１２によって噴霧水供給配管１３に設けている流量調節弁１４の開度を調節して水噴霧ノズル１０ａ，１０ｂからの噴霧水量を制御する。

図３にその制御結果の一例を示す。この例では、放射温度計１１で測定した前記の壁面温度が９５０〜１０５０℃の目標範囲内になるように、その測定した壁面温度に応じて噴霧水量を変化させた。なお、水の噴霧は、放射温度計１１で測定した壁面温度が１０２０℃以上かつ、後述するガス温度計１５で測定した燃焼室２の出口近傍のガス温度が８９５℃以上となったときに開始し、放射温度計１１で測定した壁面温度が９８０℃以下、又はガス温度計１５で測定した燃焼室２の出口近傍のガス温度が８８０℃以下となったときに停止するようにした。その結果、図３に示すようにメインバーナ部２ａ近傍の燃焼室内温度（壁面温度）はほぼ目標範囲に収まり、クリンカの生成もほとんど見られなかった。

また、図１に示す燃焼室２には、その出口近傍におけるガス温度を測定するガス温度計１５を設け、このガス温度計１５で測定したガス温度が所定範囲内（９００〜９２５℃程度）となるように前記の冷却用ガス量を制御するようにしている。具体的には、ガス温度計１５で測定したガス温度に応じて、制御装置１６によって冷却用ガス供給配管１７に設けている流量調節弁１８の開度を調節してガス吹込ノズル１０ｃ，１０ｄに供給する冷却用ガス量を制御する。

図４にその制御結果の一例を示す。この例では、ガス温度計１５で測定した燃焼室２の出口近傍のガス温度が９００〜９２５℃の目標範囲内に収まるようにするため、その測定したガス温度が９１０℃になるようにＰＩＤ制御で冷却用ガス量を変化させた。その結果、図４に示すように燃焼室２の出口近傍のガス温度はほぼ目標範囲に収まり、ボイラ３による熱回収を安定して行うことができた。

本発明に係る廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室を示す構成図である。 図１における水噴霧ノズル部分の詳細構成を示すとともに、水噴霧ノズルからの水の噴霧状況を概念的に示す説明図である。 水噴霧ノズルからの噴霧水量の制御結果の一例を示す。 冷却用ガス量の制御結果の一例を示す。

符号の説明

１ ガス化溶融炉
２ 燃焼室
２ａ メインバーナ部
３ ボイラ
４ 減温塔
５ 集塵機
６ 再加熱器
７ 触媒反応塔
８ 煙突
９ 誘引通風機
１０ａ，１０ｂ 水噴霧ノズル
１０ａ−１，１０ｂ−１ ノズルチップ
１０ｃ，１０ｄ ガス吹込ノズル
１１ 放射温度計
１２ 制御装置
１３ 噴霧水供給配管
１４ 流量調節弁
１５ ガス温度計
１６ 制御装置
１７ 冷却用ガス供給配管
１８ 流量調節弁
１９ 送風機

Claims (6)

1. 廃棄物をガス化、溶融するガス化溶融炉で発生する可燃性ガスを燃焼用空気とともにメインバーナ部から導入して燃焼させる廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室において、メインバーナ部と対向する位置に、メインバーナ部から吹き出す火炎の頂部及び下面部に向けて水を噴霧する水噴霧ノズルを設け、前記水噴霧ノズルを、燃焼室内に冷却用ガスを吹き込むガス吹込ノズル内に配置し、さらに燃焼室の出口近傍におけるガス温度を測定する温度計を設けるとともに、この温度計で測定したガス温度が所定範囲内となるように、ガス吹込ノズルから吹き込む冷却用ガス量を制御する制御装置を設けたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室。
2. メインバーナ部近傍における燃焼室内温度を測定する温度計を設けるとともに、この温度計で測定した燃焼室内温度が所定範囲内となるように水の噴霧量を制御する制御装置を設けた請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室。
3. 前記冷却用ガスとして、燃焼室より下流側の煙道から取り出した燃焼排ガスを使用する請求項１又は２に記載の廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室。
4. 廃棄物をガス化、溶融するガス化溶融炉で発生する可燃性ガスを燃焼用空気とともにメインバーナ部から導入して燃焼させる燃焼室において、メインバーナ部と対向する位置から、メインバーナ部から吹き出す火炎の頂部及び下面部に向けて水を噴霧し、この水を噴霧する水噴霧ノズルを、燃焼室内に冷却用ガスを吹き込むガス吹込ノズル内に配置し、さらに燃焼室の出口近傍におけるガス温度を測定し、このガス温度が所定範囲内となるように、ガス吹込ノズルから吹き込む冷却用ガス量を制御することを特徴とする廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室における燃焼方法。
5. メインバーナ部近傍における燃焼室内温度を測定し、この燃焼室内温度が所定範囲内となるように水の噴霧量を制御する請求項４に記載の廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室における燃焼方法。
6. 前記冷却用ガスとして、燃焼室より下流側の煙道から取り出した燃焼排ガスを使用する請求項４又は５に記載の廃棄物ガス化溶融設備の燃焼室における燃焼方法。

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