專利名稱：抑制垃圾焚燒爐產(chǎn)生未燃燒部分的方法及垃圾焚燒爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制焚燒城市垃圾、工業(yè)廢棄物等的焚燒爐中產(chǎn)生CO、碳氫化合物等未燃燒部分的方法，以及使用此技術(shù)的垃圾焚燒爐。
城市垃圾、工業(yè)廢棄物可以用如

圖15所示的垃圾焚燒爐焚燒。在圖15中，垃圾焚燒爐具有在其內(nèi)部的一次燃燒室(10);設(shè)置在一次燃燒室(10)上方的二次燃燒室(11);燃燒排放通路(12)，它將二次燃燒室(11)產(chǎn)生的燃氣從圖中未示出的燃氣出口排出;爐算(13)，分段設(shè)置于一次燃燒室(10)內(nèi)，向前下方傾斜;噴燒器(14)，它設(shè)置在傾斜放置的爐算(13)的上端(后部)，指向傾斜的下方。另外，圖中省略了設(shè)置在燃氣排放通路(12)出口邊上的排熱回收裝置和排氣冷卻用的熱交換器。
垃圾(R)放置在一次燃燒室(10)中分段設(shè)置的傾斜爐算(13)上，從傾斜爐算(13)的下方供給一次空氣，靠噴燒器(14)使垃圾燃燒。二次空氣供給噴嘴(15)貫通地安裝在二次燃燒室(11)的前壁面上。
焚燒垃圾(R)所產(chǎn)生的燃燒氣體，通過燃氣排放通路(12)，進入圖中未示出的排熱回收裝置和熱交換器，被冷卻后，作為燃燒排氣從燃氣排出口排出，送至圖中未示出的排氣處理裝置。
另外，在焚燒垃圾時，有局布溫度過高的現(xiàn)象。這樣帶來的問題是產(chǎn)生NOx，同時灰塵熔化會產(chǎn)生熔渣，而為了防止這種情況，有采用以下方法的，即，在二次燃燒室(11)內(nèi)的上部，設(shè)置向下的冷卻水噴撒噴嘴(16)，由此冷卻水噴嘴，向下方噴撒冷卻水。
但是，用上述垃圾焚燒爐焚燒垃圾，存在以下問題。即，近年來，隨著可燃垃圾的高熱值化，從焚燒爐的一次燃燒室(10)的后側(cè)部的垃圾(R)中，釋放出大量的揮發(fā)物，由此形成的火焰(F)和燃氣，從一次燃燒室(10)的后側(cè)部分升起。但是，因為揮發(fā)量大，從爐算(13)后側(cè)部下面輸送的一次空氣量不足以使上述揮發(fā)物質(zhì)完全燃燒。發(fā)生不完全燃燒時，大量未燃燒物質(zhì)隨著火焰以及燃燒氣體上升。另外，為了促進揮發(fā)物質(zhì)放出后的炭的燃燒，使灰中的未燃燒部分燃燒，必須從爐算(13)前端部分的下側(cè)，輸送過量的空氣，而供給灰中未燃燒物質(zhì)燃燒的空氣的剩余部分(A)，從一次燃燒室的前端部分上升。上述火焰(F)及未燃燒部分，與剩余空氣(A)，即使在二次燃燒室(11)內(nèi)也不能完全混合，因而未燃燒部分與燃燒排氣同時排出。并且，由于在未燃燒部分中存在大量的二惡英(ダイオキシン)前驅(qū)物，所以在燃燒排氣中生成毒性很強的二惡英，排放到大氣中。
本發(fā)明的目的就是要解決上述問題，提供一種能夠在焚燒城市垃圾，工業(yè)廢棄物等時，在未燃燒部分產(chǎn)生之前，抑制其產(chǎn)生的方法以及適用這種方法的垃圾焚燒爐。
由本發(fā)明提供的抑制垃圾焚燒爐產(chǎn)生未燃燒部分的方法的特征在于在垃圾焚燒爐中焚燒垃圾時，向燃燒室內(nèi)噴射從空氣、水，水蒸氣、惰性氣體，以及燃燒排氣中選出的至少一種混合用流體。
由本發(fā)明構(gòu)成的垃圾焚燒爐的特征在于在燃燒室的周壁上設(shè)置噴嘴，向燃燒室內(nèi)噴射從空氣、水、水蒸氣、惰性氣體、以及燃燒排氣中選出的至少一種混合用流體，并且使之在燃燒室內(nèi)形成該流體的渦流。
如果采用本發(fā)明抑制未燃燒部分產(chǎn)生的方法，那么，因為要向垃圾焚燒爐的燃燒室內(nèi)噴射從空氣、水、水蒸氣、惰性氣體，以及燃燒排氣中選出的至少一種混合用流體，所以，可以把在燃燒室中產(chǎn)生的火焰以及未燃燒部分，同供給燃燒室的剩余空氣充分混合，促進完全燃燒。因而，含有二惡英前驅(qū)物的排氣中的未燃燒部分銳減，予防了二惡英的產(chǎn)生，從而可以向大氣排放二惡英含量極低，或不含二惡英的排氣。
如果垃圾焚燒爐采用本發(fā)明，那么因為是在燃燒室周壁上設(shè)置噴嘴，向燃燒室內(nèi)噴射從空氣、水、水蒸氣、惰性氣體，以及燃燒排氣中選出的至少一種混合用流體，并且，使之在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生該流體的渦流，所以，可以簡單地實施上述方法。
下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明。
圖1是垃圾焚燒爐第一實施例的垂直剖視圖;
圖2第1實施例的垃圾焚燒爐水平面視面的放大圖;
圖3是垃圾焚燒爐第二實施例相當于圖2的剖面圖;
圖4是垃圾焚燒爐第三實施例的垂直剖視圖;
圖5是第三實施例的垃圾焚燒爐水平剖視圖的放大圖;
圖6是垃圾焚燒爐第四實施例的垂直剖視圖;
圖7是第4實施例垃圾焚燒爐水平剖視圖的放大圖;
圖8表示實施例1與比較實施例1的比較結(jié)果，是表示二次燃燒室內(nèi)的高度和排氣中CO濃度以及二惡英濃度關(guān)系的座標圖;
圖9表示實施例2的結(jié)果，是表示噴嘴出口的角度與排氣中CO濃度以及HC濃度關(guān)系的座標圖;
圖10表示實施例3的結(jié)果，表示的是噴水量與CO濃度降低率之間關(guān)系的座標圖;
圖11表示實施例4的結(jié)果，表示的是入口溫度與CO降低率之間關(guān)系的座標圖;
圖12表示實施例5的結(jié)果，表示的是噴射流體同燃燒氣體運動的比與CO降低率之間關(guān)系的座標圖;
圖13表示實施例6的結(jié)果，表示噴射流體的速度和CO降低率之間關(guān)系的座標圖;
圖14是實施例7與比較實施例2的比較結(jié)果，表示的是一次燃燒室內(nèi)左右方向同寬，與水平假想圓直徑的比值同排氣中CO濃度和HC濃度關(guān)系的座標圖。
圖1-圖7中的同一物以及同一部分，圖1-圖7中與圖15表示的同一物及同一部分，分別付與同一符號，省略說明。
在說明書中，圖1-圖7以及圖15的右側(cè)為焚燒爐的前面，左側(cè)為后面，另外，圖5和圖7的上側(cè)為左面，下側(cè)為右面。
圖1及圖2表示垃圾焚燒爐的第一實施例。圖中，在垃圾焚燒爐的一次燃燒室(10)的后部，設(shè)置一個噴射口指向前方的混合用流體噴嘴(1)。噴嘴(1)可以使用能夠噴射從空氣、水蒸氣、惰性氣體、以及燃燒排氣中選出的至少一種氣體，使水霧化的高壓氣流霧化式水噴嘴，不用氣體霧化水的霧化噴嘴，噴射從空氣、水蒸氣、惰性氣體，以及燃燒排氣中選出的至少一種氣體的噴嘴。
噴嘴噴口的理想指向是，以垂直于一次燃燒室(10)內(nèi)燃氣(火焰(F))流動的方向為基準，例如在水平方向上下45°范圍內(nèi)，最好是在±30°范圍內(nèi)。另外，噴嘴的噴口形狀最好是成偏平狀。
一次燃燒室(10)內(nèi)的傾斜爐算不是分段安裝的。另外，噴燒器(14)安裝在傾斜爐算(2)下端(前部)，指向傾斜方向的后面。
在具有這種構(gòu)成的一次燃燒室(10)內(nèi)，裝在傾斜爐算(2)上的垃圾(R)，通過爐算(2)下磯供給的一次空氣，由噴燒器焚燒。這時，從一次燃燒室(10)的后部的垃圾中，釋放出大量揮發(fā)物質(zhì)，由此形成的火焰(F)從一次燃燒室(10)的后部升起。另外，為了促進揮發(fā)物放出后的炭的燃燒，使灰中的未燃燒部分燃盡，從爐算(2)的前端的下方送入空氣，與灰中未燃燒部分燃燒后剩余的空氣(A)，從一次燃燒室(10)的前端上升。
這里，使用噴嘴(1)以垂直于火焰(F)流動的方向為基準，在上下45°范圍內(nèi)，噴射從空氣、細微水滴，水蒸氣，惰性氣體，以及燃燒排氣中選出的至少一種混合用流體。于是，火焰(F)與未燃燒部分隨射流運動，與前方剩余的空氣(A)充分混合，混合后進入二次燃燒室(2)內(nèi)。這時，如圖2所示，在一次燃燒室(10)內(nèi)產(chǎn)生渦流(S)，靠它進行混合。作為惰性氣體可以使用如N2、CO2的氣體。再有，此混合效率無論是單獨噴射空氣、水蒸氣、惰性氣體，以及燃燒排氣，還是噴射細微水滴和水蒸氣的混合物，或只噴射其中一種，都是很高的。
另外，當噴出的流體含有水滴以及水蒸氣中的至少一種時，由于水或水蒸氣的作用，將引起水煤氣反應(yīng)
這些反應(yīng)也使未燃燒的碳黑和CO的量減少。進而，由于水滴或水蒸氣的作用，在爐算(2)的后部產(chǎn)生的火焰(F)附近的溫度較低，因而可以防止NOx的產(chǎn)生，同時也可以防止在一次燃燒室(10)內(nèi)產(chǎn)生熔渣。在這種情況下，就不需要冷卻水噴撒噴頭。含有水滴以及水蒸氣中至少一種的流體，是用從空氣，水蒸氣，惰性氣體，以及燃燒排氣中選出的至少一種氣體霧化水得到的，并且最好使用空氣以及水蒸氣中的一種。
這之后，由二次空氣供給噴嘴(15)供給二次空氣，進行二次燃燒，未燃燒部分大幅度下降。然而，也不一定需要二次空氣供給噴嘴供給二次空氣。這樣就需要從爐算(2)下面，提供比預(yù)測生成的可燃部分完全燃燒所需要的理論空氣量多的空氣。
圖3表示垃圾焚燒爐的第二實施例。圖中，在一次燃燒室(10)的前后兩部分，在左右方向分別設(shè)置多個噴嘴(1)。前面噴嘴(1)指向后方，后面噴嘴(1)指向前方。在這種情況下，在一次燃燒室(10)中，由各噴嘴(1)產(chǎn)生渦流(S)，另外，也可以在一次燃燒室(10)的前面或后面的左右方向上，設(shè)置多個噴嘴。進而，也可以在上下設(shè)置多個噴嘴。
圖4和圖5表示垃圾焚燒爐的第三實例。圖中，在垃圾焚燒爐的一次燃燒室(10)的周壁(10a)上，設(shè)置多個，例如4個混合用流體噴嘴。噴口位于同一水平面上，并向著水平假想圓的切線方向。
如設(shè)一次燃燒室(10)左右方向幅寬為L，水平假想圓的直徑為D，則兩者的比L/D最好是在5-15范圍內(nèi)。此比值最佳范圍是5-12。另外，在設(shè)置噴嘴(1)的部位的上側(cè)，例如在二次燃燒室(11)高度的中間部位設(shè)置頸縮部分(3)。設(shè)置了頸縮部分(3)后，由于在二次燃燒室(11)中的流體被攪亂，因而火焰(F)和未燃燒部分同剩余空氣(A)可以更加充分地進行混合。并且，可以抑制偏流的發(fā)生。另外，在這種垃圾焚燒爐中，也要求噴嘴(1)的噴口指向，以垂直于燃燒氣體(火焰(F))流動的方向為基準，例如，在水平方向上，上下45°或上下30°范圍內(nèi)。
在具有這種構(gòu)成的垃圾焚燒爐的一次燃燒室(10)中，當使裝在分段設(shè)置的爐算(13)上的垃圾(R)燃燒時，使用噴嘴(1)向上述水平假想圓(C)的切點方向，噴射與第一實例相同的混合用流體，由此在一次燃燒室(10)內(nèi)，形成如圖5所示的渦流(S)，從而使在上述爐算(13)后部產(chǎn)生的火焰(F)和未燃燒部分，與從爐算(13)前端供給的剩余空氣進行充分混合，促進完全燃燒。
被上述渦流(S)混合后的火焰(F)、未燃燒部分以及剩余空氣(A)進入二次燃燒室，由于經(jīng)過頸縮部分(3)，所以其流動被攪亂，進一步被混合，從而更加促進了完全燃燒。并且，可以抑制偏流的發(fā)生。
圖6和圖7表示垃圾焚燒爐第四實例。圖中，在垃圾焚燒爐的一次燃燒室(10)的周壁上，安裝噴嘴(1)，它產(chǎn)生的渦流方向與圖5所示的相反。另外，傾斜爐算(2)為階梯狀，噴燒器(14)的位置與第一實施例相同。此垃圾焚燒爐抑制未燃燒部分生成的方法，與第三實例相同。
在上述第三和第四實例中，設(shè)置4個噴嘴(1)，其噴嘴在同一水平面上，指向同一水平面上的假想圓(C)的切線方向，然而，并不僅限于此，也可以以垂直于燃燒氣體(火焰(F))流動的方向為基準，例如在水平方向上，上下45°范圍內(nèi)。進而假想圓(C)也可以在非水平面上。
另外，在上述第三和第四實例中，設(shè)置了4個噴嘴，而噴嘴數(shù)也不只限于此。
再有，在上述第一到第四實例中，采用的是具有傾斜爐算的垃圾焚燒爐，而其它的，如具有轉(zhuǎn)動等形式的爐算的垃圾焚燒爐，以及沒有爐算的垃圾焚燒爐也可以適用本發(fā)明。
下面，說明本發(fā)明的實施例。
實施例1在第一實例的垃圾焚燒爐中焚燒垃圾時，從噴嘴(1)分別噴射空氣、水蒸氣、N2、空氣和水的混合物以及水蒸氣和水的混合物，在二次燃燒室(11)的不同高度上，測定排氣中的CO濃度以及二惡英濃度。在焚燒垃圾時，從爐算(2)下面供給的空氣量，要多于預(yù)測生成的可燃部分完全燃燒時所需要的理論空氣量。另外，進行上述焚燒時，設(shè)定二次燃燒室(11)入口處的溫度為920°-940℃，排氣中含氧量為7%。
比較實施例1在圖15所示的垃圾焚燒爐中，與上述實施例1同樣焚燒垃圾，在二次燃燒室(11)內(nèi)的不同高度上，測定排氣中CO濃度，以及二惡英濃度。另外，測定二次燃燒室(11)入口部的溫度是940℃。
實施例1和比較實施例1的結(jié)果歸納于圖8。從圖8所示的結(jié)果可知，若采用本發(fā)明的方法，則無論噴射哪種流體，都可以得到同樣的效果，與以往的方法比較，未燃燒CO濃度減少，二惡英含量也極少。在圖8中，()內(nèi)的數(shù)值表示二惡英的濃度。
實施例2在與實施例1同樣的條件下，用垃圾焚燒爐焚燒垃圾時，使用噴嘴(1)噴射空氣和水的混合物，噴射方向以垂直于燃氣(火焰(F))流動的方向為基準，改變不同的噴射方向。并且，調(diào)查上述角度和排氣中CO濃度以及HC濃度之間的關(guān)系。
其結(jié)果如圖9所示。從圖9所示的結(jié)果可以判定，噴嘴(1)的噴口最好在垂直于燃氣流動方向的上下45°范圍內(nèi)，最佳范圍是上下30°。
進而可知，使用第三和第四實例中的垃圾焚燒爐，也可以得到同樣的結(jié)果。
實施例3使用第一實例的垃圾焚燒爐焚燒垃圾，設(shè)定二次燃燒室(11)的入口處溫度為850℃，900℃以及950℃，焚燒量為4噸/小時，在這種條件下，使用高壓氣流霧化式水噴嘴(1)，噴射空氣和水的混合物，測定排氣中CO濃度。使用80Nm3/h的高壓空氣(壓力3.5kg/cm2G)噴射混合物，對一次燃燒室(10)內(nèi)的燃氣進行變水量的噴射。進而，在燃燒時，要求從爐算(2)的下方供給的空氣量，要多于預(yù)測生成的可燃部分完全燃燒所需要的理論空氣量。
其結(jié)果如圖10所示。從圖10所示的結(jié)果可以判定，在噴射空氣和水的混合物時，水量對應(yīng)于一次燃燒室(10)內(nèi)的燃氣量1000Nm3，最好是0.5升以上。
實施例4使用第一實例中的垃圾焚燒爐焚燒垃圾，設(shè)定二次燃燒室(11)入口處的溫度為800°-950℃，這時，分別噴射水蒸氣(25Nm3/h)，空氣(15Nm3/h)，N2(15Nm3/h)，燃燒排氣(5Nm3/h、700mmAg的低壓噴射)，水(20L/h)、空氣(15Nm3/h)，和水(20L/h)的混合物，以及水蒸氣(15Nm3/h)，和水(20L/h)的混合物，并且調(diào)查CO降低率(%)。
其結(jié)果如圖11所示，從圖11所示的結(jié)果判定，最好設(shè)定二次燃燒室(11)入口處的溫度在800℃以上，理想的是850℃以上。
進而可知，使用第三和第四實例的垃圾焚燒爐，也可以得到同樣的結(jié)果。特別是第三和第四實例的中垃圾焚燒爐，它使用少量的水蒸氣，例如15Nm3/h也可以得到同樣的結(jié)果。
實施例5使用第一實例的垃圾焚燒爐焚燒垃圾，并設(shè)定二次燃燒室入口處的溫度為950°-970℃，從圓形噴嘴分別噴射一定量的空氣和燃燒排氣。另外，在水平方向上，從偏平狀的噴嘴噴射一定量的空氣，并且調(diào)查噴射流體的運動量(質(zhì)量×流速)和一次燃燒室內(nèi)的燃氣運動量的比，與CO降低率(%)的關(guān)系。
其結(jié)果如圖12所示，從圖12的結(jié)果可以判定，噴射流體的運動量最好高于燃氣運動量的5%以上。另外，噴嘴的噴口最好是偏形的。
進而可知，使用第三和第四實例的垃圾焚燒爐，也可以得到同樣的結(jié)果。
實施例6使用第一實例的垃圾焚燒爐焚燒垃圾，設(shè)定二次燃燒室(11)的入口溫度為950℃，改變噴射速度，噴射一定量的空氣(15Nm3/h)，并調(diào)查CO降低率(%)。
其結(jié)果如圖13所示。從圖13可以判定，噴射速越大越好。因而，如果使噴射流體具有很高流速，設(shè)定二次燃燒室(11)入口處的溫度為800℃以上，最好是850℃以上，并且使射流的運動量加大，就可以更有效地降低CO的濃度。為了加大射流的運動量，就要增加噴射流體的量，而這樣就很難設(shè)定上述800℃以上的溫度。
進而可知，在使用第三和第四實例的垃圾焚燒爐，也可以得到同樣的結(jié)果。
實施例7使用第三實例的垃圾焚燒爐焚燒垃圾，連續(xù)改變垃圾焚燒爐的一次燃燒室(10)的左右方向幅寬L，和水平假想圓直徑D的比值L/D，測定排氣中CO濃度以及HC濃度。在進行焚燒時，從噴嘴(1)噴射空氣、水蒸氣、N2、空氣和水蒸氣的混合物以及水蒸氣和水的混合物中的任意一種流體。
比較實施例2使用圖15所示的以往的垃圾焚燒爐，和上述實施例7一樣焚燒垃圾，測定排氣中CO的濃度和HC濃度。
實施例7和比較實施例2的結(jié)果匯總于圖14上。從圖14所示的結(jié)果可知，使用本發(fā)明的垃圾焚燒爐比使用以往的垃圾焚燒爐，未燃燒的CO以及HC減少。
權(quán)利要求
1.抑制垃圾焚燒爐產(chǎn)生未燃燒部分的方法，其特征在于在垃圾焚燒爐中焚燒垃圾時，從空氣、水、水蒸氣、惰性氣體，以及燃燒排氣中選出至少一種混合用流體，噴射到燃燒室內(nèi)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于混合用流體就是用空氣和水蒸氣中的至少一種氣體使水霧化了的流體。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于是從前方和/或后方向室內(nèi)噴射混合用流體的。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于是從3個以上的多個地方，向假想圓的切點噴射混合用流體。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于是向垃圾焚燒爐的一次燃燒室內(nèi)噴射混合用流體，垃圾焚燒爐由具有爐算的一次燃燒室和安裝在上部的二次燃燒室構(gòu)成。
6.垃圾焚燒爐，其特征在于在燃燒室的周壁上設(shè)置噴嘴，把從空氣、水、水蒸氣、惰性氣體，以及燃燒排氣中選出的至少一種混合用流體噴射到燃燒室內(nèi)，并在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生該流體的渦流。
7.權(quán)利要求6的垃圾焚燒爐，其特征在于是在燃燒室的周壁的前側(cè)部分和/或后側(cè)部分設(shè)置噴嘴。
8.權(quán)利要求6的垃圾焚燒爐，其特征在于設(shè)置3個以上的噴嘴，使各噴口向著同一假想圓的切線方向。
9.權(quán)利要求6的垃圾焚燒爐，其特征在于噴嘴是利用氣體霧化水的。
10.權(quán)利要求6的垃圾焚燒爐，其特征在于噴嘴的噴口是偏平狀的。
11.權(quán)利要求6的垃圾焚燒爐，其特征在于在燃燒室內(nèi)設(shè)置噴嘴處的上方，設(shè)置頸縮部分。
12.權(quán)利要求6的垃圾焚燒爐，其特征在于具有設(shè)置爐算的一次燃燒室，和在其上方與之連接的二次燃燒室，在一次燃燒室的周壁上設(shè)置噴嘴，在二次燃燒室設(shè)置頸縮部分。
全文摘要
抑制垃圾焚燒爐產(chǎn)生未燃燒部分的方法，是靠在垃圾焚燒爐燃燒室的周壁上設(shè)置噴嘴實現(xiàn)的，噴嘴向燃燒室內(nèi)噴射從空氣、水、水蒸氣、惰性氣體、以及燃燒排氣中選出的至少一種混合用流體，并使其在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生該流體的渦流。在此垃圾爐焚燒垃圾時，由噴嘴向燃燒室噴射上述混合用流體。這樣就使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的火焰以及未燃燒部分和供給燃燒室的空氣的殘存部分充分混合，從而可以促進完全燃燒。
文檔編號F23L7/00GK1062199SQ91110930
公開日1992年6月24日 申請日期1991年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月22日
發(fā)明者關(guān)口善利, 佐佐木邦夫, 沖上升, 濱道孝平, 家山一夫, 近藤守 申請人:日立造船株式會社