JP2006242562A - 燃料、特に廃棄物を焼却する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
燃焼経過を発熱量の変動にもかかわらず燃料組成の変動に基づいて安定化することにある。
【解決手段】
燃料、特に廃棄物を焼却する方法は、実質的に、燃焼率の増加の発生の際に一次燃焼ガスの酸素質量流が減少され、二次燃焼ガスの酸素質量流が増加されることにある。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一次燃焼ガスが下から燃料層に、二次燃焼ガスが燃料層の上部で排気ガス流に供給される燃料、特に廃棄物を焼却する方法に関する。

一次燃焼ガスは、燃料層に流入する前にしばしば加熱される通常の周囲空気或いは酸素で満たされた周囲空気である。一次燃焼ガスを準備するための酸素から周囲空気までの混合物は燃焼強度を強化し、排気ガス量を減少させ並びに特に燃焼ベット温度を上昇させ、それに伴う燃えかす品質を改良させるように使用される。

燃焼組成内の変更、即ち発熱量に関する廃棄物或いは塵芥内の変更は燃焼の際に排気ガスの組成やその排気ガスの量に関して強制的に変動を生じる。排気ガス量の変動は望ましくなかった、というのは、燃焼装置の設計或いは運転の際の吸込みが最高可能な変動を考慮しなければならなく、それは吸込み送風機の対応した不経済な設計をまねくからである。排気ガス内の酸素含有量の変動は、装入された燃料混合物の発熱量の短時間の増加の際に酸素の欠乏が発生し、これによって排気ガス内で不完全燃焼の一酸化炭素或いは他の生産物の含有量の増加を生じる（一酸化炭素- ピーク) 。それ故に、非均質な燃料の使用では高い余剰空気を備える装置が設計されて運転されなければならない。しかし、高い余剰空気は排気ガス量の増加を生じて、それは吸込み送風機の拡大ばかりではなく、後に接続された排気ガス浄化装置の拡大をも必要とする。

装入された燃料混合物の発熱量の短時間増加は排気ガス変動の否定的効果の強化をまねき、この場合に燃料混合物の早い点火、反応率の増加、即ち時間単位当たりの燃焼強度と放熱の増加、余剰空気の減少とガス温度の上昇を生じる。これは不安定な関係をまねき、この場合に酸素を濃縮した周囲空気が一次燃焼ガスとして進行されるときにこの効果が特に強力に奏する。酸素割合の増加は装入後に全部で強化する燃焼と燃料の迅速な点火をまねく。その場合に装入された燃料混合物の発熱量の短時間増加が行われるならば、この強力な燃焼反応に基づいて、酸素濃縮にもかかわらず、酸素消費は酸素欠乏による少なくとも局部的燃焼条件が生じるように強力に増加し得る。燃焼経過におけるそのような非安定性或いは変動はさらに説明された作用のために極端に望ましくなかった。
ドイツ特許出願公開第４０２７９０８号明細書（特開平５−１０５１８号公報） ドイツ特許出願公開第４３１２８２０号明細書（特開平６−３１３５３４号公報） ドイツ特許出願公開第１００５１７３３号明細書 ドイツ特許出願公開第１００１２８９５号明細書

この発明の課題は、燃焼経過を発熱量の変動にもかかわらず燃料組成の変動に基づいて安定化することにある。

この課題は、最初に説明された種類の発明から出発して、この発明によると、燃焼率の増加の発生の際に一次燃焼ガスの酸素質量流が減少され、二次燃焼ガスの酸素質量流が増加されることによって解決される。

基本的にはこの制御効果は、この燃焼ガスの質量流の広範な維持の下で一次燃焼ガスと二次燃焼ガス内の酸素含有量に関する組成の変動によって、或いは一次燃焼ガスと二次燃焼ガスにおける質量流の変動によって、又は両措置の組合せによって達成される。

一次燃焼ガスの実質的に同じままである質量における酸素含有量の減少によって、発熱量を増やす燃料混合物の短時間装入では早過ぎる点火、従って時間単位当たりの反応率と放熱の増加が回避されることが達成される。一次燃焼ガスによる酸素の減少した供給によってさらに、燃料売上げが制限されていて、主なガス化反応と僅かな燃焼反応を生じる。これは一次燃焼ガス区域の冷却や燃料売上げの更なる減速をまねく。

一次燃焼ガス区域としてここでストーカと最下位二次ガス噴射平面の間の空間が挙げられている。

実質的に同じである二次燃焼ガス質量における二次燃焼ガス内の酸素含有量の対応する増加は補充的に燃焼空間内で増加するガス化生産物の確実な燃焼を容易とさせる。

一次と二次燃焼ガスの間のここで記載された酸素補償は、総額で排気ガス組成における非均質な燃料によって起因された変動の減衰を導き、それで余剰空気の低下を可能とする。この方法では、排気ガス内の一酸化炭素- ピークが二倍に発熱量を濃縮する燃料組成物の装入に基づいて発生することなしに、燃焼装置は非均質燃料と１．５より少ない余剰酸素により運転され得る。

好ましくは、この制御は二次燃焼ガス内の酸素質量流の時間的増加が実質的に一次燃焼ガス内の酸素質量流の時間的減少と一致する形式に行われる。これによって特に同じ排気ガス量の維持を作用される。

反応率或いは燃焼強度の増加の程度を確認するために、次のパラメータ、即ち燃焼ベットの温度、温度、酸素含有量、炭酸ガス含有量と一酸化炭素含有量の少なくとも一つが排気ガス内で測定され、この測定値が一次燃焼ガスと二次燃焼ガス内の酸素質量流を制御するために使用される。燃焼ベットの温度の測定は特に燃焼空間の蓋における赤外線カメラにより行われる。温度の測定並びに酸素、炭酸ガスと一酸化炭素の含有量は好ましくは本来の場所の測定装置により実施され、例えば燃焼空間で迅速な信号を発生させるレザー光の吸収に基づいている。さらに、燃焼空間における温度分布の測定を可能とする光学カメラも適している。

この発明による制御は、質量流組成と温度に関する一次燃焼ガスと二次燃焼ガスにおける重大な値の検出を支持する。この値は燃焼装置の運転の際にいずれにしても検出されなけばならないので、反応率或いは燃焼強度に依存して一次燃焼ガスと二次燃焼ガスにおける対応する変動を措置することがこの情報の基づいて可能である。

この発明による方法の実施の際には、一次燃焼ガスと二次燃焼ガスに関する異なった組成が選定され得る。

基本的には、既に知られているように、一次燃焼ガスとして周囲空気或いは大抵の場合に予め加熱される酸素を濃縮した周囲空気を使用することが可能である。この場合には、一次燃焼ガス内の酸素含有量が２１％以上であるときに、その周囲空気が好ましい。

二次燃焼ガスの場合には、二次燃焼空気と呼ばれる周囲空気、燃焼空間の箇所に引き込まれ、そこで酸素のより高い割合で存在する内部再循環ガス、ボイラーの出口に或いは排気ガス浄化装置の出口の更に下流に流出される排気ガス再循環ガス、並びに前記構成部材の混合物が重要である。

この発明の別の構成では、一次燃焼ガス区域の上部で浄化された排気ガス再循環ガスが均質化して冷却するために排気ガス流に導入されることは、目的に適っている。

さらに、周囲空気或いは排気ガス再循環ガスを噴射平面へストーカの上部のおよそ６−９メートルの高さに与えることが目的に適っているので、燃焼ベットからこの平面までの排気ガスの滞留時間は１−３秒に達した。これによって人は制御のための時間の得を達成し、その制御はこの発明によると、例えば燃焼強度の増加を二次燃焼空気内の酸素含有量の増加により実現されて、発生した一酸化炭素が燃焼され得る。

特に敏感で変動を迅速に求める制御可能性はこの発明によると一次燃焼ガス内の酸素質量流が燃焼強度の増加の箇所に減少され、二次燃焼空気内の酸素質量流が直接に燃焼強度の増加の箇所の上部で増加されることによって明らかになる。特に迅速に使用する変更に調整され、それで発生してさらに上記説明された変動を直接に反対に作用するこの種類の制御は、無論、別のこの発明の措置を仮定し、その措置は燃焼強度の増加の箇所と程度を確認するために次のパラメータ、即ち燃焼ベットの直接的温度、温度、酸素含有量、炭酸ガス含有量と一酸化炭素含有量の少なくとも一つが排気ガス内で直接に燃焼ベットの上部に形成する一次燃焼区域で測定され、この測定値は一次燃焼ガスと二次燃焼ガス内の酸素質量流を制御するために使用される。この場合に、この測定は燃焼強度の増加の箇所を出来るだけ正確に制限できるために、多数の箇所にて行われべきであった。

一次燃焼ガスと二次燃焼ガスの間の発明の基本思想に対応する酸素補償は、一次燃焼ガスの減少によって且つ二次燃焼ガスの増加によって行われる、というのは量増加或いは量減少によってそれぞれにちょうど支配する酸素割合と無関係に酸素質量流は変更されるからである。しかし、一次燃焼ガスと二次燃焼ガスの間の酸素補償は、一次燃焼ガス内の酸素割合の減少と二次燃焼ガス内の少なくとも一つの構成部材における酸素割合の増加によって行われる。この措置には、それぞれのガス量が一定のままであるけれども、それぞれのガス量内の酸素含有量が変更される。

一次燃焼ガスと二次燃焼ガスの間の酸素補償は、供給された内部再循環ガスの量の制御によって行われる。この措置はつまり、一次燃焼区域に一次燃焼ガスが流出されることを奏し、それはそこで酸素質量流の減少、それと共に反応率の減少に導く。流出された内部再循環ガスの量の制御は間接に酸素質量流の大きさへの作用を有し、その酸素質量流は一次燃焼区域で自由であり、内部再循環ガスの量の変更によって影響され、しかもそれに反して一次燃焼区域の内部再循環ガスの量の増加の際に一次燃焼ガスとそれにより酸素が取り除かれる。

好ましい形式にて、増加した乱流領域における二次燃焼ガス内の酸素の増加が行われる。これは、局部的達成された酸素補償が構造的機会に基づいて可能でないときに特に好ましいばかりではなく、むしろ酸素質量流の補償が直接に燃焼強度の増加の発生の領域において行われる、というのはここでは、特に一酸化炭素放射が影響されて移動され得ることが確保されるからである。

二次燃焼ガスは好ましくはある領域において燃焼空間に供給され、ここで増加した乱流が燃焼空間の狭い部分によって達成される。

ここで狙った所定変更が引き起こされ得るので、燃焼層上の異なった高さに二次燃焼ガスの異なった部分を供給することは好ましい。それで、例えば、所定乱流を達成するより酸素質量制御するのに僅かに導入される浄化された排気ガスとして異なる箇所に内部再循環ガスを供給することは好ましい。この内部再循環ガスは好ましくは浄化された排気ガス再循環ガスとしてより高い箇所に供給され、この場合にはこの内部再循環ガスに場合によっては周囲空気が混合され得る。

この発明は次に燃焼装置の概略的に図示された実施例に基づいて詳細に説明される。

図面の唯一の図は、一次燃焼ガス影響と二次燃焼ガス影響の異なった可能性と後進ストーカをもつ塵芥焼却装置の概略構成を示す。

製図的表示に一致して、説明された方法を実施する燃焼装置は、供給テーブル３へ燃料を供給するために接続する供給シュート２をもつ供給ホッパー１を有し、そのテーブルには装入ピストン４が前後に移動可能に設けられ、供給シュートから来る燃料を燃焼ストーカ５に送り込み、このストーカ上で燃料の燃焼が生じる。この場合には、傾斜された或いは水平に位置するストーカが、どんな原理か、重要であるか否かは取るに足りない。

次の説明された方法は、例えば渦層燃焼装置には使用され得て、図面には確かに図示されていない。

燃焼ストーカ５の下部には全部で６で示された一次燃焼ガスを供給する装置が配置されており、複数の室７−１１を包含し、送風機１２によって導管１３を介して一次燃焼ガスが周囲空気の形態で供給される。室７−１１の配置によって燃焼ストーカは複数の下風区域に分割されているので、一次燃焼ガスが必要性に一致して燃焼ストーカ上で異なって調整され得る。この下風区域は燃焼ストーカの幅に応じて横方向に区分され得るので、局部的機会に一致して一次燃焼ガス供給が制御され得る。

燃焼ストーカ５上には燃焼空間１４があり、この燃焼空間は排気ガス供給部１５の上部に移動し、図示されていない集合体には例えば流出ボイラーと排気ガス浄化装置が接続する。

１６で示された燃料の燃焼は燃焼格子５の前部材上で行われ、燃焼ストーカ上には排気ガス供給部１５が存在する。この領域では室７、８と９によって大抵の一次燃焼ガスが供給される。燃焼ストーカ５の後部上には燃焼された燃料、即ちスラグのみが存在し、そしてこの領域には一次燃焼ガスが室１０と１１を介して実質的にこのスラグを冷却するためにのみ供給される。この理由から、排気ガスは燃焼空間の後部領域において前領域に比べて増加した酸素含有量を有するので、この排気ガスはこれが対応する機会を必要とするときに二次燃焼用の内部再循環ガスとして利用され得る。

このために、吸引送風機１８へ案内する吸引導管１７が設けられ、この送風機は再循環ガスを二次燃焼ノズル１９と２０に導き、これらノズルは対向配置する箇所に、しかし排気ガス供給部のその間に位置する箇所に配置されている。

燃料の燃焼された部分は燃焼ストーカ５の端部におけるスラグ到達部２１に落下する。

別の二次燃焼ノズル２２と２３は同様により大きい数で排気ガス供給部１５の周辺に分布されている。ここでは二次燃焼ガスは送風機２４によって搬送される周囲空気の形態で供給され得る。このために、吸込み導管２５が設けられ、この場合に制御部材２６は周囲空気量を調整するように構成する。送風機２４と接続された別の導管２７は、制御部材２８によって監視され、周囲空気に混合される浄化された排気ガス再循環ガスを吸込むように用いられる。この浄化された排気ガス再循環ガスは排気ガスの貫流後に排気ガス浄化装置によって排出され、内部再循環ガスに比べてより低い酸素含有量を有する。この排気ガス再循環ガスは、二次領域内の燃焼を改良するよう十分な乱流を発生するために、排気ガス量が排気ガス供給部１５にて少な過ぎるときに第一ラインにおいて乱流発生するよう用いられる。

空気分解装置２９から純な酸素が搬送分配装置３０を介して一方では一次燃焼ガスに混合する導管３１に、他方では二次燃焼ガスに混合する導管３２に搬送される。対応する制御指令は導線３３を介して中央の組合せた制御算出ユニット３４から来て、その供給はさらに以下で詳細に説明される。導管３１によって分岐導管３１ａ−３１ｅは供給され、分岐導管は弁３５ａ−３５ｅによって監視され、同様に制御算出ユニット３４により影響される。供給導管３１ａ−３１ｅは分岐導管１３ａ−１３ｅに連通し、この分岐導管は周囲空気用の導管１３から分岐され、個々の下風室７−１１に導かれる。

搬送分配装置３０から出発する第二導管３２は制御弁３６と導管３７を介して二次燃焼ガスノズル１９と２０に導かれ、ノズルにより内部再循環ガスが燃焼空間に導入される。制御弁３９によって監視されている分岐導管３８によって二次燃焼ガスノズル２２と２３には酸素が供給され、そのノズルに導管４０を介して送風機２４により二次燃焼ガスは供給される。これは純な周囲空気或いは浄化された排気ガスと混合された周囲空気を包含する。

温度記録式カメラ４１は燃焼ベットの表面を通る喫煙ガスによって観察され、その際に受けた値は中央算出制御ユニット３４にさらに案内される。４３と４４によりセンサーが示され、その内の複数が燃焼ベット層４２の表面上に配置されて、排気ガス中の酸素、一酸化炭素と炭酸ガス含有量を測定するために燃焼ベットの上部で、つまり一次燃焼区域にて用いられる。

明瞭性を向上させるために、流れ媒体を分配するのに用いれる、或いは検出されたデータを更に案内するすべての導管は連続線により図示されており、その間に制御指令を伝達する導管が点線で図示されている。

この発明による制御方法は次に説明される。
燃焼ストーカ５の所定領域において燃焼強度の上昇が高い発熱量をもつ特に容易に引火し得る燃料の存在によって条件付けられるときに、温度記録式カメラ４１が上昇した温度を燃焼ベット表面４２上で確認され、この際にセンサー４３と４４により一方では酸素含有量の低下及び／又は他方では一酸化炭素の増加を確認されるならば、これらデータが中央制御ユニット３４に導かれ、この制御ユニットは一次燃焼ガスと二次燃焼ガスの間の酸素質量流補償を実施する。この場合に、それぞれの箇所から少なくとも一つの分岐導管１３ａ−１３ｅを介して一次ガス量が絞られ、この際に一次燃焼ガスが周囲空気から成り立つ限り、ここで酸素質量流の低下が生じる。分岐導管１３ａ−１３ｅにおける個々の制御装置は参照符号４５を備えていて、実際には集合導線として形成される導線３３から分岐する制御導線４６を介して制御される。制御導線４７を介して循環空気用の送風機１２の出力も全体で低下され得る。周囲空気が導管３１ａ−３１ｅを介して純な酸素に供給される限り、この酸素供給は弁３５ａ−３５ｅによって低下され得て、この際にこの制御弁は対応する制御導線を介して集合導線３３と接続され、それで中央制御ユニット３４と接続されている。

一次燃焼ガス内の酸素質量流の低下と同時に、対応する酸素補償が二次燃焼ガス領域内の酸素質量流の増加によって平行して現れる。このために、搬送分配装置３０から出発して酸素が弁３６を介して制御されてノズル１９と２０を介して供給される内部再循環ガスに、或いは弁３９を介して制御されて、二次燃焼ガスに供給され、その二次燃焼ガスは周囲空気の形態で、或いは周囲空気と浄化した排気ガスから成る混合物の形態で存在する。燃焼装置の構成に応じて、酸素補償が行われる二次燃焼ガスの供給は排気ガス供給部の僅かな箇所に或いは非常に多くの個別箇所に供給される。酸素質量流を変更するために、その組成を変更されている二次燃焼ガスが僅かな箇所に供給されるならば、前もって同質性区域が排気ガス供給部内に形成されるときに目的に適っており、その同質性区域は浄化された排気ガスの導入によって乱流状態を発生される。次に、この同質性区域を介して二次燃焼ガスは変更された酸素質量流と共に供給され、この場合には、内部再循環ガスの供給の際にこの再循環ガスは特に高い乱流やそれによる特に上昇した同質性を備える箇所にもたされるときに好ましい。非常に多くの二次燃焼ガス供給ノズルの配列は、酸素質量流補償が燃焼強度の増加を確認された箇所或いは場所の直接上部に実施され得るという利点を有する。この運転態様では、同質化区域は追加的同質化とそれに伴う一酸化炭素の燃焼とを請け負う、というのは二次燃焼ガス用の多数の供給ノズルによって、第一二次燃焼ガス供給によって影響されずに上方へ上昇する個々の一酸化炭素放射が生じることは常には排除され得ないからである。

一次燃焼ガス影響と二次燃焼ガス影響の異なった可能性と後進ストーカをもつ塵芥焼却装置の概略構成を示す。

符号の説明

１．．．．．供給ホッパー
２．．．．．供給シュート
３．．．．．供給テーブル
４．．．．．装入ピストン
５．．．．．燃焼ストーカ
６．．．．．供給装置
７乃至１１．．．．下風室
１２．．．．．送風機
１３．．．．．導管
１４．．．．．燃焼空間
１５．．．．．排気ガス供給部
１６．．．．．燃焼
１７．．．．．放出導管
１８．．．．．送風機
１９，２０．．．ノズル
２１．．．．．スラグ到達部
２２，２３．．．ノズル
２４．．．．．送風機
２５．．．．．吸込み導管
２６．．．．．制御部材
２９．．．．．空気分解装置
３０．．．．．搬送分配装置
３１．．．．．導管
３３．．．．．導線
３４．．．．．制御算出ユニット
３５．．．．．弁
３６．．．．．制御弁
３８．．．．．分岐導管
４１．．．．．温度記録式カメラ
４２．．．．．燃焼ベット
４３，４４．．．センサー
４５．．．．．制御装置
４６，４７．．．導線

Claims (18)

1. 一次燃焼ガスが下から燃料層に、二次燃焼ガスが燃料層の上部で排気ガス流に供給される燃料、特に廃棄物を焼却する方法において、反応率或いは燃焼強度の上昇の発生の際に一次燃焼ガスの酸素質量流が減少され、二次燃焼ガスの酸素質量流が増加されることを特徴とする方法。
2. 二次燃焼ガス内の燃料質量流の時間的増加は実質的に一次燃焼ガス内の燃料質量流の時間的減少に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 燃焼強度の上昇を確認するために、次のパラメータ、即ち燃焼ベットの温度、温度、炭酸ガス含有量や一酸化炭素含有量の少なくとも一つが排気ガス中で測定され、この測定値は一次燃焼ガスと二次燃焼ガス内の酸素質量流を制御するように使用されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
4. 一次燃焼ガス内の酸素含有量は２１％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 二次燃焼ガスは周囲空気を包含することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 二次燃焼ガスは十分により高い割合の酸素が存在する燃焼空間の箇所に流出される内部再循環ガスを包含することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
7. 二次燃焼ガスは浄化された排気ガス再循環ガスを包含することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
8. 二次燃焼ガスは一部に周囲空気、一部に浄化された再循環空気と一部に再循環ガスとを包含することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
9. 一次燃焼区域の上部で浄化された排気ガス再循環ガスは均質化し且つ冷却するために排気ガスに導入されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 周囲空気或いは内部再循環ガスは噴射平面上でストーカの上部のおよそ６−９メートルの高さに付加されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 一次燃焼ガス内の酸素質量流は反応率或いは燃焼強度の増加した箇所において減少され、二次燃焼ガス内の酸素質量流は反応率或いは燃焼強度の増加した箇所において増加されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
12. 燃焼強度の増加の場所と大きさを確認するために次のパラメータ、即ち燃焼ベットの直接温度、温度、酸素含有量、炭酸ガス含有量と一酸化炭素含有量の少なくとも一つは直接に燃焼ベットの上部に形成する一次燃焼区域における排気ガス内で測定され、この測定値が一次燃焼ガスと二次燃焼ガス内の酸素質量流を制御するように使用されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 一次燃焼ガスと二次燃焼ガス間の酸素補償は一次燃焼ガス量の減少と二次燃焼ガスの増加によって行われることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 一次燃焼ガスと二次燃焼ガス間の酸素補償は一次燃焼ガスの酸素割合の減少と二次燃焼ガスの酸素割合の増加によって行われることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
15. 一次燃焼ガスと二次燃焼ガス間の酸素補償は供給された内部再循環ガスに関する量の制御によって行われることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 二次燃焼ガス内の酸素量の増加は増加した乱流領域内で行われることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 二次燃焼ガスはある領域において燃焼空間に供給され、そこでは増加した乱流は燃焼空間の狭くなった箇所によって達成されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 二次燃焼ガスの異なった部分は燃料層上の異なった高さに供給されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の方法。

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