專利名稱：流化焚燒爐和使用該流化焚燒爐的污泥的流化焚燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流化焚燒爐和使用其的污泥的流化焚燒方法，所述流化焚燒爐可 一邊抑制作為溫室化氣體的N2O的產(chǎn)生，一邊焚燒包含氮成分的污泥。
背景技術(shù)：
由于以下水道污泥為代表的污泥中含有源于蛋白質(zhì)的大量的氮成分，通過焚燒生 成各種的氮氧化物，排出于大氣中。在這些氮氧化物中，特別是N2o(氧化亞氮)，由于是相 比于CO2而言具有310倍的溫室化效果的氣體，因此特別強烈地要求削減它。歷來在污泥的焚燒方面，廣泛使用了難以產(chǎn)生二噁英的流化焚燒爐，一般在約 800°C進行焚燒。但是，已知當將焚燒溫度提高至850°C時，N2O的產(chǎn)生量就減少至數(shù)分之一， 將其稱為“高溫焚燒法”，評價為N2O的有效抑制方法。然而，為了將焚燒溫度提高至850°C，需要將補助燃料的使用量增加至以往的 1. 4 1. 6倍，從節(jié)能觀點考慮不優(yōu)選。另外從燃料成本上升的最近情況來看，會產(chǎn)生招致 運行成本的大幅增加的問題。像這樣，雖然“高溫焚燒法”在N2O的抑制方面是有效的，但是 余留下實用上的問題。在以城市廢棄物為燃料的流化床燃燒鍋爐中也產(chǎn)生了這樣的N2O的抑制的課題。 于是在專利文獻1中提出了流化床燃燒鍋爐的多層燃燒方法將流化層的過量空氣系數(shù)設(shè) 為0. 9 1. 0來抑制N2O和NOx的產(chǎn)生量，在其上層通過供給附加燃料及其燃燒用空氣進行 高溫燃燒從而通過高溫將N2O分解，進一步在最上層通過吹入充分量的空氣從而完全燃燒。但是就該專利文獻1的多階段燃燒方法而言，向流化層的上層供給附加燃料及其 燃燒用空氣，形成可將N2O分解的高溫場所，為此需要大量的補助燃料。當然由于專利文獻 1的多階段燃燒方法涉及鍋爐，因此可回收補助燃料的熱量，補助燃料的使用量并不是那么 大的問題。但是將其直接應(yīng)用于污泥焚燒爐的情況下，補助燃料的使用量便成為了問題，從 節(jié)能觀點考慮具有不能滿足之處。專利文獻1 日本專利第3059995號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明解決了上述以往的問題點，其目的在于提供一種流化焚燒爐和使用其的污 泥的流化焚燒方法，所述流化焚燒爐可將焚燒包含氮成分的污泥時所產(chǎn)生的N2O的量抑制 至與“高溫焚燒法”同等的水平，而且相比于“高溫焚燒法”而言可大幅地降低補助燃料的
使用量。解決問題的技術(shù)方案就為了解決上述課題而開發(fā)的本發(fā)明的污泥的流化焚燒爐而言，其特征在于，在 高度方向上將可投入污泥的爐體內(nèi)部進行分割，將爐體的下方部分設(shè)為通過供給燃料和 過量空氣系數(shù)為1.1以下的流化用空氣而進行燃燒、使污泥一邊流化一邊熱分解的熱分解區(qū)；將熱分解區(qū)的正上方(直上)部分設(shè)為通過僅供給過量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3的燃燒用空氣，形成局部高溫場所從而將N2O分解的層上燃燒區(qū)；將爐體的最上部設(shè)為將未燃部分 完全燃燒的完全燃燒區(qū)。此外，如權(quán)利要求2那樣，在熱分解區(qū)和層上燃燒區(qū)之間，可形成通過僅供給補助 燃料從而將N2O分解的補助燃料反應(yīng)區(qū)。另外如權(quán)利要求3那樣，可將熱分解區(qū)的過量空氣 系數(shù)設(shè)為0. 7 1. 1，溫度設(shè)為550 750°C，將層上燃燒區(qū)的溫度設(shè)為850 1000°C。另 外如權(quán)利要求4那樣，將作為流化空氣而供給的1次空氣和供給于層狀燃燒區(qū)的2次空氣 的合計的過量空氣系數(shù)設(shè)為0. 1 0. 3，如權(quán)利要求5那樣，可將全體中的過量空氣系數(shù)設(shè) 為1.5以下，優(yōu)選為1.3以下。另外就權(quán)利要求6記載的本發(fā)明的污泥的流化焚燒方法而言，其特征在于，將污 泥投入流化爐，使污泥在供給有燃料和過量空氣系數(shù)為1.1以下的流化用空氣的熱分解區(qū) 中一邊流化一邊在550 750°C的溫度進行熱分解；在熱分解區(qū)的正上方位置上通過將過 量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3的燃燒用空氣吹入熱分解氣體中而形成850 1000°C的局部高 溫場所，從而將熱分解氣體中的N2O分解；進一步在最上部通過吹入空氣將未燃部分完全燃燒。進一步就權(quán)利要求7記載的本發(fā)明的污泥的流化焚燒方法而言，其特征在于，將 脫水污泥直接投入流化爐，使污泥在供給有燃料和過量空氣系數(shù)為1.1以下的流化用空氣 的熱分解區(qū)中一邊流化一邊在550 750°C的溫度進行熱分解；在熱分解區(qū)的正上方位置 上通過將過量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3的燃燒用空氣吹入熱分解氣體中而形成850 1000°C 的局部高溫場所，從而將熱分解氣體中的N2O分解；接著在其上方的補助燃料反應(yīng)區(qū)通過僅 供給補助燃料將殘余的N2O分解；進一步在最上部通過吹入空氣將未燃部分完全燃燒。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，將污泥投入流化爐，使污泥在供給有燃料和過量空氣系數(shù)為1. 1以 下的流化用空氣的熱分解區(qū)中一邊流化一邊熱分解。就該熱分解區(qū)而言，由于過量空氣系 數(shù)為1. 1以下，氧氣少，因此氮成分的氧化難以進行下去，可抑制N2O的生成。盡管如此，污 泥在550 750°C的溫度場所中由流化介質(zhì)被激烈攪拌，污泥中的可燃部分被充分熱分解。另外在本發(fā)明中，在熱分解區(qū)的正上方位置上通過將過量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3 的燃燒用空氣吹入熱分解氣體中而形成850 1000°C的局部高溫場所，將熱分解氣體中的 N2O分解，但是由于通過向氧氣濃度低的部分僅吹入空氣而使熱分解氣體進行局部燃燒，因 此在層上燃燒區(qū)中完全不需要補助燃料。需要說明的是，雖然N2O的生成主要在砂層正上 方部進行，但是在本發(fā)明中為了在該N2O的生成區(qū)域中形成高溫場所，因而向砂層正上方部 (從砂層至爐高的1/3)供給2次燃燒用空氣。進而通過向砂層正上方部投入2次燃燒用空 氣從而妨礙了放熱，便更易于形成局部高溫場所。在本發(fā)明中，由于從熱分解區(qū)排出的熱分 解氣體量要比通常燃燒中的燃燒廢氣的量少，從而加溫用的必要熱量少，高溫場所為局部 性，進而流化層部的溫度低，因此，相比于“高溫焚燒法”而言，可大幅地降低補助燃料的使 用量。而且進一步在最上部通過吹入空氣將未燃部分完全燃燒，因此廢氣中不含有害成分。需要說明的是，熱分解區(qū)雖然以過量空氣系數(shù)為1. 1以下來運行，但是當過量空 氣系數(shù)降低時，隨之而產(chǎn)生砂層的溫度維持變難的問題，就直投污泥的通常的流化式熱分 解爐而言，難以將過量空氣系數(shù)降低至比0. 8低。但是如本發(fā)明那樣，當在砂層的正上方位置形成局部高溫場所時，在其輻射熱作用下易于實現(xiàn)砂層的溫度維持，便可將熱分解區(qū)的 過量空氣系數(shù)降低至0.7左右。另外，還可隨其降低流化爐的全體的過量空氣系數(shù)。但是， 當熱分解區(qū)的過量空氣系數(shù)過度降低時，會造成流化不良，有可能生成氰、一氧化碳等有毒 氣體，因此0.7左右為下限。另外如權(quán)利要求7那樣，在層上燃燒區(qū)的上方的補助燃料反應(yīng)區(qū)僅供給了補助燃 料的情況下，由于燃料中的氫自由基化，進攻殘余的N2O而將其分解，因此可更確實地抑制 N2O的生成。而且補助燃料的供給量為微量即可，所以在此情況下補助燃料的使用量相比于 “高溫焚燒法”而言也可大幅地被降低。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的截面圖。圖2是表示本發(fā)明的第2實施方式的截面圖。附圖標記說明1流化焚燒爐的爐體2污泥的投入口3熱分解區(qū)4層上燃燒區(qū)5完全燃燒區(qū)6流化用空氣供給管7燃料供給管8燃燒用空氣供給管9未燃部分燃燒用空氣供給管10還原區(qū)11第2補助燃料供給管
具體實施例方式以下說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖1為表示本發(fā)明的第1實施方式的截面圖，1為流化焚燒爐的爐體，2為形成于爐體1的側(cè)壁的污泥的投入口，污泥直接從該投入口 2投入到爐體1內(nèi)。污泥雖然是以下 水道脫水污泥為代表，但也可為包含氮成分的畜產(chǎn)污泥、工場污泥等。就本實施方式而言， 在高度方向上將爐體1的內(nèi)部分割為3個。從爐體1的下方依次為熱分解區(qū)3、層上燃燒區(qū) 4、完全燃燒區(qū)5。熱分解區(qū)3為形成于爐體1的最下方部分的區(qū)，具備流化用空氣供給管6和燃料 供給管7。從流化用空氣供給管6供給流化用空氣，使污泥與公知的流化介質(zhì)一起流化。另 夕卜，從燃料供給管7供給補助燃料，在流化用空氣作用下燃燒從而將熱分解區(qū)3的溫度維持 于550 750°C。投入的污泥一邊在流化用空氣的作用下被激烈地攪拌一邊被加熱。作為 補助燃料，可使用城市燃氣、丙烷氣體這樣的氣體，A重油這樣的燃料油。在本發(fā)明中，就流化用空氣的供給量而言，以補助燃料和污泥進行燃燒而必需的 理論空氣量作為基準，將過量空氣系數(shù)設(shè)定為1. 1以下，優(yōu)選為0. 7 1. 1。因此污泥雖然可被熱分解，但是由于過量空氣系數(shù)低因而氧氣量不充足，因此與通常的進行流化燃燒的 情況相比較而言，可抑制N2O的產(chǎn)生量。如下面說明，在本發(fā)明中由于在熱分解區(qū)3的正上 方位置形成局部高溫場所，因此在其輻射熱的作用下易于實現(xiàn)砂層的溫度維持，可將熱分 解區(qū)的過量空氣系數(shù)降低至0. 7左右。需要說明的是，當過量空氣系數(shù)不足0. 7時，流化層 部中的部分燃燒所產(chǎn)生的發(fā)熱量相比于污泥水分蒸發(fā)熱、熱分解熱、放熱等的出熱量而言 變少，流化層部的溫度維持變難，而且有可能會生成氰、一氧化碳等有毒氣體，因此優(yōu)選將 過量空氣系數(shù)設(shè)為0. 7以上1. 1以下。在熱分解區(qū)3的正上方位置形成有層上燃燒區(qū)4。該層上燃燒區(qū)4為從燃燒用空氣供給管8僅供給過量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3的量的燃燒用空氣的區(qū)。從熱分解區(qū)3上 升而來的熱分解氣體，與該空氣接觸從而燃燒，形成溫度為850 1000°C的局部高溫場所 (熱區(qū)，hotspot)。由此熱分解氣體中包含的N2O在該局部高溫場所中被分解，從而減少。需要說明的是，當從燃燒用空氣供給管8供給的過量空氣系數(shù)不足0. 1時，無法形 成850 1000°C的局部高溫場所；當超過0. 3時，空氣量增加，為了形成850 1000°C的局 部高溫場所而需要進行補助燃料的供給，因此需要將過量空氣系數(shù)設(shè)為0. 1 0. 3。像這樣 在本發(fā)明中，通過向還原氣氛中僅吹入少量的空氣而形成熱區(qū)從而將N2O分解，本發(fā)明在這 一點上具有很大的特征，具有不需為了維持流化層的溫度而使用必需量以上的補助燃料的 優(yōu)點。需要說明的是，優(yōu)選將作為流化空氣而供給的1次空氣和供給于層狀燃燒區(qū)的2次 空氣的合計的過量空氣系數(shù)設(shè)為1. 0 1. 3。爐體1的最上部為將未燃部分完全燃燒的完全燃燒區(qū)5。該完全燃燒區(qū)5中配置 有未燃部分燃燒用空氣供給管9，供給空氣。將其供給量設(shè)為過量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3 的量。該完全燃燒區(qū)5的溫度為800 850°C，在層上燃燒區(qū)4中未被分解的N2O進而被分 解，同時CO被氧化為CO2,排出于爐外進行通常的廢氣處理。需要說明的是，對于從上述流化用空氣供給管6、燃燒用空氣供給管8和未燃部分 燃燒用空氣供給管9供給的空氣量的合計而言，總過量空氣系數(shù)設(shè)定為1.5以下，優(yōu)選設(shè) 定為1. 3以下。像這樣限定過量空氣系數(shù)，且僅從熱分解區(qū)3的燃料供給管7供給補助燃 料，結(jié)果，可一邊使補助燃料的使用量為大致以往水平，一邊與以往相比而言大幅(實施例 中為1/3)地削減N2O的產(chǎn)生量。需要說明的是，本發(fā)明的N2O的抑制效果與“高溫焚燒法” 的相同或者在其之上，但就“高溫焚燒法”而言補助燃料的使用量為以往水平的1. 4 1. 6 倍。像這樣根據(jù)本發(fā)明，可將N2O的產(chǎn)生量抑制至與“高溫焚燒法”同等的水平以下，而且相 比于“高溫焚燒法”而言可大幅地降低補助燃料的使用量。圖2為表示本發(fā)明的第2實施方式的截面圖。在圖2中，在熱分解區(qū)3和層上燃 燒區(qū)4之間，形成有通過僅供給補助燃料從而將N2O分解的補助燃料反應(yīng)區(qū)10。因此，爐體 1的內(nèi)部便在高度方向上被分割為4個部分。在該補助燃料反應(yīng)區(qū)10中配置有第2補助燃料供給管11，可添加極少量的補助燃 料。補助燃料的烴熱分解而產(chǎn)生氫自由基，攻擊污泥的熱分解氣體中所含有的N2O并將其 分解。另外就該區(qū)而言，由于通過添加補助燃料來形成更強的還原氣氛，因此可抑制N2O的 生成。像這樣，通過形成補助燃料反應(yīng)區(qū)10，與前述的實施方式的情況相比較而言可進 一步抑制隊0的產(chǎn)生量(實施例中為以往的1/4)。在此情況下相比于前述的實施方式而言，雖然可過量地添加補助燃料，但如實施例所示可由微量獲得較大的效果。(實施例1)使用實驗用的流化爐，一邊變更條件，一邊進行污泥的焚燒實驗。污泥的投入量全 都為80kg/h，補助燃料使用A重油。實驗為如下4種歷來所進行的通常的流化焚燒、提高 了焚燒溫度的高溫焚燒、本發(fā)明的圖1所示的方法、本發(fā)明的圖2所示的方法。需要說明 的是，就本發(fā)明的圖2所示的方法而言，作為從補助燃料供給管供給的補助燃料，使用了相 當于廢氣量的300ppm的量的丙烷氣體。對于各種焚燒方法，測定出補助燃料使用量(以每 Ikg污泥的補助燃料的發(fā)熱量來表示)、自由空域(7 'J 一#一 K )部溫度、爐出口溫度、包 含隊0的廢氣成分的濃度、總過量空氣系數(shù)，列于表1。[表 1] 從上述的數(shù)據(jù)明顯可知，本發(fā)明具有如下優(yōu)點可一邊將補助燃料的使用量維持 于與以往的焚燒方法同等的水平，一邊大幅地削減在污泥焚燒時所產(chǎn)生的N2O的量。(實施例2)與實施例1同樣地，使用實驗用的流化爐，變更條件以進一步減少補助燃料的使 用量，并進行污泥的焚燒實驗。污泥的投入量全都為80kg/h，補助燃料使用了 A重油。對于 各種焚燒方法，測定出補助燃料使用量(以每Ikg污泥的補助燃料的發(fā)熱量來表示)、自由 空域部溫度、爐出口溫度、包含N2O的廢氣成分的濃度、總過量空氣系數(shù)、1次過量空氣系數(shù)、 2次+3次過量空氣系數(shù)，列于表2。[表 2] 表2中顯示了，在圖1的方法中一邊將總過量空氣系數(shù)保持為固定，一邊將1次過 量空氣系數(shù)從1. 2依次降低到0. 9的數(shù)據(jù)?？芍斎绫景l(fā)明那樣地將1次過量空氣系數(shù) 設(shè)為1.1以下時，與設(shè)為1.2的情況相比較而言，廢氣中的N2O濃度顯著降低。從上述的數(shù) 據(jù)明顯可知，在實施例2中亦具有如下優(yōu)點可一邊將補助燃料的使用量維持于與以往的 焚燒方法同等的水平，一邊大幅地削減在污泥焚燒時所產(chǎn)生的N2O的量。
權(quán)利要求
一種污泥的流化焚燒爐，其特征在于，將直接投入污泥的爐體內(nèi)部在高度方向上進行分割，將爐體的下方部分設(shè)為通過供給燃料和過量空氣系數(shù)為1.1以下的流化用空氣從而使得污泥一邊流化一邊熱分解的熱分解區(qū)；將熱分解區(qū)的正上方部分設(shè)為通過僅供給過量空氣系數(shù)為0.1～0.3的2次燃燒用空氣，形成局部高溫場所從而將N2O分解的層上燃燒區(qū)；將爐體的最上部設(shè)為將未燃部分完全燃燒的完全燃燒區(qū)。
2.權(quán)利要求1記載的污泥的流化焚燒爐，其特征在于，在熱分解區(qū)和層上燃燒區(qū)之間， 形成通過僅供給補助燃料從而將N2O分解的補助燃料反應(yīng)區(qū)。
3.權(quán)利要求1或2記載的流化焚燒爐，其特征在于，將熱分解區(qū)的過量空氣系數(shù)設(shè)為 0. 7 1. 1，溫度設(shè)為550 750°C，將層上燃燒區(qū)的溫度設(shè)為850 1000°C。
4.權(quán)利要求1 3中的任一項記載的流化焚燒爐，其特征在于，將作為流化空氣而供給 的1次空氣和供給于層狀燃燒區(qū)的2次空氣的合計的過量空氣系數(shù)設(shè)為1. 0 1. 3。
5.權(quán)利要求1或2記載的流化焚燒爐，其特征在于，將供給于完全燃燒區(qū)的空氣的過量 空氣系數(shù)設(shè)為0. 1 0. 3，將全體中的過量空氣系數(shù)設(shè)為1. 5以下。
6.一種污泥的流化焚燒方法，其特征在于，將污泥投入流化爐，使污泥在供給有燃料和 過量空氣系數(shù)為1. 1以下的流化用空氣的熱分解區(qū)中一邊流化一邊在550 750°C的溫度 熱分解；在熱分解區(qū)的正上方位置上通過將過量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3的燃燒用空氣吹入 熱分解氣體中而形成850 1000°C的局部高溫場所，從而將熱分解氣體中的N2O分解；進一 步在最上部通過吹入空氣將未燃部分完全燃燒。
7.一種污泥的流化焚燒方法，其特征在于，將污泥投入流化爐，使污泥在供給有燃料和 過量空氣系數(shù)為1. 1以下的流化用空氣的熱分解區(qū)中一邊流化一邊在550 750°C的溫度 熱分解；在熱分解區(qū)的正上方位置上通過將過量空氣系數(shù)為0. 1 0. 3的燃燒用空氣吹入 熱分解氣體中而形成850 1000°C的局部高溫場所，從而將熱分解氣體中的N2O分解；接著 在其上方的補助燃料反應(yīng)區(qū)通過僅供給補助燃料將殘余的N2O分解；進一步在最上部通過 吹入空氣將未燃部分完全燃燒。
全文摘要
在高度方向上將可投入污泥的爐體1的內(nèi)部進行分割，將下方部分設(shè)為通過供給燃料和過量空氣系數(shù)為1.1以下的流化用空氣而進行燃燒，使污泥一邊流化一邊熱分解的熱分解區(qū)3；將下方部分的正上方部分設(shè)為通過僅供給過量空氣系數(shù)為0.1～0.3的燃燒用空氣，形成局部高溫場所從而將N2O分解的層上燃燒區(qū)4；將爐體的最上部設(shè)為將未燃部分完全燃燒的完全燃燒區(qū)5?？梢贿厡⒀a助燃料的使用量維持于與以往的焚燒方法同等的水平，一邊大幅地削減污泥焚燒時所產(chǎn)生的N2O的量。此外，如果在熱分解區(qū)3和層上燃燒區(qū)4之間形成通過僅供給補助燃料從而將N2O分解的補助燃料反應(yīng)區(qū)10，那么可進一步削減N2O的產(chǎn)生量。
文檔編號F23C10/20GK101849140SQ200880114629
公開日2010年9月29日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者山本昌幸, 山田正樹, 柳瀨哲也, 神谷幸資, 竹下知志 申請人:美得華水務(wù)株式會社