JPS622207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼によつて窒素酸化物を生成する様
な窒素−水素結合を有する化合物及び／又は窒素
−水素結合を有する化合物以外の窒素化合物を含
む廃ガスあるいは廃液等の焼却方法に関する。

廃棄物が窒素化合物を含有する場合、之等の廃
棄物を空気中で焼却すると多量の窒素酸化物がい
わゆるフユエルNOxとして発生することが知ら
れており公害上問題となる。特にニトロ基、ニト
ロソ基、硝酸基、シアン基、イソシアネート基、
シアネート基の様な基を保有する窒素−水素結合
を有する窒素化合物以外の窒素化合物は、燃焼に
際して広い温度と酸素濃度の範囲に亘る燃焼条件
において容易に分解若しくは酸化され、窒素化合
物中の窒素はその可成の部分が窒素酸化物に転化
する。一方窒素−水素結合を有する化合物として
アンモニアあるいはアミン類も燃焼温度が約1150
℃以上では温度が高くなるに従いその酸化速度は
急速に増大し、窒素酸化物の発生源となることが
認められている。

しかしながらアンモニアあるいは１〜２級アミ
ンとして存在する窒素化合物は窒素−水素結合を
保有しているために、その酸化過程において雰囲
気中の酸素濃度が低く、且つ燃焼温度が850゜以
上1150℃以下の条件にあれば、窒素に転化するの
みで、窒素酸化物迄酸化される量は極めて少な
く、かえつて雰囲気中に窒素酸化物が存在する時
はその選択的な還元剤として作用し、窒素酸化物
の含有量を低減させる効果のあることが知られて
いる。しかし、その効果を充分発揮させる為には
特殊な装置とか方法が必要とされている。また廃
棄物中に含まれる有機物も条件によつては雰囲気
中に存在する窒素酸化物の還元剤として働くこと
も知られているが、上記物質と比較してその効果
は小さく、一般には有機物の燃焼に伴つて空気中
の窒素が酸化され、高温程窒素酸化物の生成量が
増加するのが普通である。

さて廃棄物の焼却処理に際して、比較的コンパ
クトな焼却炉を用い、その含有する有機物を完全
に焼却するためには1200℃以上の高温で焼却する
必要があり、この様にすれば高負荷燃焼が可能と
なり、設備費、運転費的に有利である。しかしな
がら高温燃焼は必然的に窒素酸化物の生成量の増
大を招く欠点がある。また窒素酸化物の生成が比
較的少ない850〜1150℃の範囲の焼却において
は、1200℃以上の高温を有する着火源から連続的
に熱の供給を受ながら廃棄物の焼却を計らなけれ
ば安定した連続的焼却が行なわれない。

この場合温度が低いため滞留時間をより高温の
場合よりも長くする必要があり、炉は大型化する
不利がある。その上1200℃以上の熱源からは当然
窒素酸化物の発生があり、通常の型式の炉では廃
棄物が窒素酸化物に対して還元性の物質を含んで
いても充分な還元効果を期待することは望み薄
で、更に、還元効果が期待される酸素濃度では未
然物を発生する可能性も残る。また当然廃棄物の
含有する窒素化合物の種類によつては低温で焼却
しても窒素酸化物の量は増大するから、この様な
廃棄物は寧ろ高温で焼却した方が経済的といえ
る。勿論この様な場合に発生する多量の窒素酸化
物は出来得る限り除去しなくてはならないという
困難性を当然伴う。

本発明は以上の様な燃料あるいは廃棄物の焼却
に必然的に伴う、窒素−水素結合を有する化合物
及び／又は窒素−水素結合を有する化合物以外の
窒素化合物を含むガスあるいは液体からなる流体
の処理に際し、特殊な構成の焼却炉を用い、特定
の条件で高負荷燃焼を行わせ、焼却炉を小型化
し、しかも燃焼排ガス中の酸化窒素含有量を著し
く低減させる焼却方法の提供を目的とする。

本発明において用いる焼却炉の構成は次の様に
なつている。即ち、回転対称型の２個の燃焼室を
直列に並置する。これは垂直の竪型とすることが
好ましいが、横置でも特に差支えはない。最初の
１次燃焼室にはバーナを設けて全体の構成を旋回
気流型燃焼室とし、この燃焼室の下流に縮流部を
設置すると共に、咽喉部（最狭部）を経て１次燃
焼室に接続している２次燃焼室への開口部を急な
拡張部となしたものである。即ち１次燃焼室と２
次燃焼室の接続部はベンチユリー型あるいはオリ
フイス型の様な構成となつている。以上の様な構
成の焼却炉を用いて１次燃焼室で窒素化合物を含
む廃ガスあるいは廃液を、また必要に応じて補助
燃料をたき1200℃以上の高温で燃焼する。こゝで
は高負荷の高温燃焼が行なわれ大量の窒素酸化物
が発生するが、この燃焼ガスは２次燃焼室での燃
焼の火種の様な役を果す。この多量の窒素酸化物
を含有する燃焼ガスは旋回しつつ縮流部へ向いそ
の流速は著しく増大する。この激しく旋回する高
速ガス流の収束部付近に窒素−水素結合を保有す
る窒素化合物を含有するガスあるいは液体（これ
は新鮮なものであつても廃棄物が含まれるもので
あつても良いが、）を噴射する。同時に２次燃焼
の温度を850〜1150℃に保持するため必要に応じ
て水または廃水も噴射する。

この様に噴射された物質は高速の高温燃焼ガス
と接触し、激しい混合拡散をくり返し殆んど均一
な混合体となつて２次燃焼室へ送入される。２次
燃焼室では混合物は急な拡張部に沿つて旋回拡大
するため中心付近の圧力が下る。その結果２次燃
焼室出口付近のガスを内側へ逆方向に取込むた
め、２次燃焼室内のガス全体が激しく混合される
ことになる。従つて局所的な温度や反応物質の濃
度の変動が少なくなり全体として略均一な反応状
態を呈する。２次燃焼室内の酸素濃度は燃焼排ガ
ス中の残存濃度が５％以下であることが窒素酸化
物の窒素−水素結合を有する化合物あるいは有機
物による還元に対して必要であり、この条件下で
有機物も略完全に分解させるためにも本発明の先
の構成要件を備えた２段から成る混合性の極めて
良好な燃焼装置が必要である。２次燃焼室の温度
は850〜1150℃の範囲に維持することが必要で、
それ以下では窒素酸化物の還元に不充分であるの
みならず、有機物の酸化分解もまた不充分とな
る。また1150℃以上となると次第にフユエル
NOxあるいは空気中の窒素の酸化によるNOxの
生成が増大する。かくて１次燃焼室で発生した窒
素酸化物は２次燃焼室で充分還元されることとな
る。

以上の様に本願発明は特殊な構成の焼却炉と特
定の反応条件の組合せによつて達成されるもので
ある。

以下図面を用いて本発明の実施態様について
稍々具体的に説明する。

先づ廃液がそれ自身窒素酸化物の還元作用を有
する窒素−水素結合を保有する化合物を含有する
場合を考える。この場合廃液の１部が窒素酸化物
の還元のために用いられることとなる。

廃液の１部を必要量の補助燃料と共に１次燃焼
室７で1200℃以上の温度で酸化雰囲気で燃焼す
る。１次燃焼室７へは管４を通して後述の廃液ノ
ズル８保護用空気及び３次燃焼用空気以外の全て
の空気を供給する。１次燃焼室７へ供給される空
気量と管６から送られる廃液ノズル保護用空気量
の合計量を２次燃焼室燃焼ガス中の残存酸素濃度
が５％以下になる様調節する。即ち、１次燃焼室
７へ供給される空気量と廃液ノズル保護用空気量
の合計量は補助燃料と全廃棄物を燃焼した後の２
次燃焼ガスに酸素が５％以下含まれるに必要な量
である。１次燃焼室７では焼却温度は1200℃以上
で且つ酸素濃度も高いため多量の窒素酸化物を生
成する。

１次燃焼室７で生成した窒素酸化物を含む１次
燃焼ガスは、１次燃焼室７の下流の２次燃焼室１
１との境界にある咽喉部１２を通過させる。咽喉
部１２は１次燃焼室７の後部より円錐形状に縮少
し、絞り部を形成しており、同所を通過する１次
燃焼ガス速度を高速となし、２次燃焼室１１に向
つて円錐形状に拡大する形状をなしている。この
高速１次燃焼ガスに咽喉部１２付近において残余
の廃棄物をノズル８から冷却用水をノズル１０か
ら噴射せしめると、１次燃焼ガスは極めて急速に
廃棄物と冷却用水と混合し、急冷され２次燃焼室
１１に入る。２次燃焼室１１の燃焼条件は燃焼温
度850℃以上1150℃以下で残存酸素濃度５％以下
好ましくは３％以下である。残存酸素濃度はある
程度低い方が窒素酸化物の低下に効果があるが、
低くなるにつれ、２次燃焼ガス中に一酸化炭素や
水素の残量が増加するし、煤が発生しやすくな
る。実用的には約0.5％以上残存させれば特に差
支えはない。１次燃焼室７において生成する窒素
酸化物は咽喉部１２より供給される廃液中のアン
モニアあるいはアミン又は有機物によつて還元さ
れるのであるから、咽喉部１２に於ける急速均一
な混合作用が充分でなければ窒素酸化物の低下は
期待出来ない。従つて咽喉部１２に於いて、残余
の廃棄物及び必要に応じてノズル１０から加える
冷却水とを１次燃焼ガスに急速且つ均一に混合せ
しめることが重要であるが、本発明の構成はそれ
に極めて適している。

次に窒素化合物がニトロ基やシアン基等前述の
窒素酸化物を生成し易い物質は１次燃焼室で燃焼
し、アンモニアあるいはアミンの如く窒素酸化物
を還元する物質は咽喉部１２より供給し、２次燃
焼室で燃焼することが必要である。廃棄物中にこ
の様な物質を含むものがない時は新規に調製した
ものを供給すれば脱硝の目的は充分達成される。
廃棄物中の窒素化合物が主にアンモニアやアミン
から成る場合は前記の様に１部を１次燃焼室７で
燃焼し、残りを２次燃焼室１１で燃焼する。

咽喉部１２へ供給する廃棄物中に充分な水分を
含有するものがある場合はその水を以つて冷却用
水の代りとすることが出来る。この場合廃水の燃
焼熱が低い場合これをノズル８より噴霧してもよ
く、ノズル１０は用いなくてもよい。その他色々
のバリエーシヨンが本発明の要旨を変更しない範
囲で考えられるであろう。以上主として液状物質
の処理について説明したが気体の廃棄物であつて
も液体廃棄物と同様に処理出来ることは明らかで
ある。

以下更に具体的な実施例について説明する。

実施例 本実施例で用いた廃棄物はアニリンを含む有機
廃液と食塩を含む有機廃水で其の物性は次の通り
である。

廃液組成 有機物 アニリンとして 17％ 窒素物を含まない有機物53％ 水 分 30％ 廃液処理量 500Kg／Hr 廃液中の有機物の発熱量 6000Kcal／Kg 廃水組成 有機物 ６％ 食 塩 ４％ 水 分 90％ 廃水処理量 1200Kg／Hr 廃水中の有機物の発熱量 4000Kcal／Kg 廃液の１部250Kg／hrを管１よりバーナ２に供
給する。バーナは１次燃焼室７に対して接線方向
に開口し１次燃焼室７は旋回気流型の焼却炉とな
つている。勿論旋回気流型の焼却炉であれば他の
型式のものでも使用出来る。２次燃焼室１１の温
度が1000℃になるに必要な灯油50Kg／Hrを管３
よりバーナ２に供給する。廃液及び灯油は管４よ
り供給する2700Nm³／Hrの空気と共に内面を耐火
物でライニングした１次燃焼室７で燃焼温度約
1350℃、残存酸素濃度約９％で完全燃焼せしめ
る。この際１次燃焼室７の１次燃焼ガス中に窒素
酸化物が1200ppm生成したが、此の量はアニリ
ン中に含まれる窒素の約40％が窒素酸化物になつ
たと考えられる量に相当する。１次燃焼室７の下
流で２次燃焼室１１との境界部にある咽喉部１２
の中心に向つて廃液の残り250Kg／Hrを管５に連
通する廃液ノズル８を通じて咽喉部中心に噴射
し、更に廃水1200Kg／Hrを管１３を経て廃水ノ
ズル１０を通じて咽喉部に噴射する。廃液ノズル
８は１次燃焼室上部より咽喉部１２の中心近く迄
装入されており、廃液が１次燃焼ガス流の中心部
附近に向つて噴射される様になつている。廃液ノ
ズル８の保護のため、外側は耐火物をライニング
した外筒９で囲つてあり、又廃液ノズル８との間
に管６より450Nm³／Hrの空気を供給し、廃液ノ
ズル８の熱的保護を行なつている。廃水ノズル１
０は咽喉部１２周囲に３個配列されており、廃水
が咽喉部１２周囲より中心に向つて均一に分散す
る様、夫々の廃水ノズル１０は120゜の等角度で
配列されている。本実施例では廃水中の水分含有
量が多いので冷却用水は用いず、廃水で其の役割
を代用せしめている。咽喉部１２へ供給する液量
が少ない場合、即ち処理量が少ない場合は廃液ノ
ズル８のみで全ての液を噴射し、バーナ２におい
ては補助燃料のみを焼却し、生成した１次燃焼ガ
スに均一に混合することも不可能ではないが、液
量の多い場合、即ち処理量が多い場合は咽喉部１
２を大きくする必要があり、１個の廃液ノズル８
のみでは均一混合が困難であるため、咽喉部１２
の周囲に配列した廃水ノズル１０を併用する。廃
水ノズル１０の本数も液量が増加するに従い増加
せしめ均一混合を容易にする。

前述の様にして咽喉部１２において、廃液の残
りと廃水とを急速に混合し、冷却された１次燃焼
ガスは２次燃焼室１１に入り、同所において咽喉
部１２より供給された有機物の焼却が行なわれ
る。本実施例では咽喉部１２に供給した廃液量は
１次燃焼室７で燃焼した廃液量と同量であるた
め、１次燃焼室７で生成した窒素酸化物の窒素量
に対し、咽喉部１２より供給したアニリン中の窒
素量は約2.5倍であつた。２次燃焼室１１の温度
1000℃、残存酸素濃度２％の条件で燃焼した結
果、２次燃焼ガス中の窒素酸化物量を80ppmに
低下することが出来た。

１次燃焼室７で燃焼により生成する高温の１次
燃焼ガスは、２次燃焼に際し連続的な着火源の働
きを要求されるため、１次燃焼で燃焼すべき燃焼
熱量は補助燃料を含めた全燃焼熱量の約30％以上
とする必要があり、この割合は廃棄物中の水分含
有量、１次燃焼室温度及び２次燃焼室温度を考慮
し熱バランス的に決定される。

本実施例では２次燃焼ガス中の残存酸素濃度が
約２％で低いために微量の一酸化炭素が検知され
たため、２次燃焼室１１下流に配列された４本の
３次空気ノズル１４より管１５より供給される
300Nm³／Hrの空気を２次燃焼室１１下流に供給
し、３次燃焼を行なつた。１次燃焼室７で発生し
た窒素酸化物の大部分は窒素に還元された後、
1000℃以下で３次燃焼を行なつたため３次燃焼で
新たな窒素酸化物の発生は殆んどなかつた。

本実施例では廃水中に食塩を含むため、３次燃
焼後の燃焼ガスは管１６より冷却缶１７内の液中
に吹き込まれ、食塩を液に溶解せしめ、又燃焼ガ
ス温度自身も90℃迄冷却し、排気塔１８より大気
中に放出した。

前述の如く、ニトロ基等容易に窒素酸化物にな
り易い物質は１次燃焼室７で燃焼し、アンモニア
やアミン等窒素酸化物を低下せしめる物質は２次
燃焼室１１で燃焼することが窒素酸化物の低下の
ために必要であるが、本実施例に見られる如く、
廃棄物中にアルカリ塩や金属塩を含む場合は高温
である１次燃焼室７へ之等の廃棄物を供給する
と、１次燃焼室７の耐火物を侵触するため出来る
だけ咽喉部より供給すべきである。

尚実施例において、３次燃焼後の高温燃焼ガス
を冷空気などと混合し、食塩の凝固点以下、例え
ば600〜700℃程度に冷却した後、ボイラー等の熱
交換器によつて廃熱を回収した後収塵して大気中
に放出することも出来る。

以上の通り本願発明は従来大気汚染放止のため
の窒素酸化物対策上、その焼却が困難視されてい
た窒素化合物を含有する廃ガスあるいは廃液を特
殊な構成の焼却炉と特定の条件を用いて効率よ
く、しかも窒素酸化物の含有量の少ない燃焼ガス
の発生の下に焼却することを可能にしたものであ
り、この技術は加熱用バーナとしても応用出来る
ものであるから産業上寄与する所著しく大きいも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する為の装置の説明
図である。 １，３，４，５，６，１３，１５，１６……
管、２……バーナ、７……１次燃焼室、８，１０
……ノズル、９……外筒、１１……２次燃焼室、
１２……咽喉部、１４……３次空気ノズル、１７
……冷却缶、１８……排気塔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼によつて発生した、多量の窒素酸化物を
   含有するガスに、少くとも窒素−水素結合を含む
   化合物を含有するガスあるいは液体を混合して、
   二次燃焼室で850℃以上1150℃以下の温度に保つ
   ことからなる窒素酸化物の低減方法において、回
   転対称型の２個の燃焼室を直列に並置し、１次燃
   焼室にはバーナを設けて旋回気流型燃焼室とな
   し、該燃焼室の下流に縮流部を設けると共に咽喉
   部を介してこれに接続する２次燃焼室への開口部
   を急な拡張部となし、該咽喉部附近において、１
   次燃焼室で窒素化合物を含む廃ガスもしくは廃液
   および／または燃料を1200℃以上の高温で焼却す
   ることによつて得られる多量の窒素酸化物を含有
   する燃焼ガスに、少くとも窒素−水素結合を含む
   化合物を含むガスあるいは液体と、あるいは更に
   温度調節のために必要に応じて加える水とを急激
   に混合しつつ２次燃焼室へ導き、850℃以上1150
   ℃以下の温度でかつ２次燃焼室からの排ガス中の
   残存酸素濃度を５％以下に保ちつつ焼却、するこ
   とにより窒素酸化物含有量の少ない燃焼ガスを得
   ることを特徴とする流体の燃焼法。 ２ 窒素化合物を含む廃ガスあるいは廃液の１部
   を１次燃焼室で焼却し残部を２次燃焼室で焼却す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   流体の燃焼法。 ３ １次燃焼室で補助燃料のみを焼却し、廃ガス
   もしくは廃液の全てを２次燃焼室で焼却すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の流体
   の燃焼法。 ４ 咽喉部において温度調節のために加える水が
   廃水であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第３項に記載の流体の燃焼法。