JP2005106370A - 排ガス再循環設備 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来よりの処理設備の構成を大幅に変更することなく、設備の露点腐食を防止することが可能な排ガス再循環設備を提供することを目的とする。
【解決手段】 燃焼用空気を供給して被処理物を燃焼処理する処理炉１を備え、処理炉１から排出される排ガスを再び処理炉１に循環させる再循環用ダクト２９を備えた排ガス再循環設備であって、燃焼用空気の一部を供給可能なパージ用ダクト３１を再循環用ダクト２９に接続してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼用空気を供給して被処理物を燃焼処理する処理炉を備え、当該処理炉から排出される排ガスを再び前記処理炉に循環させる再循環用ダクトを備えた燃焼処理設備に用いる排ガス再循環設備に関する。

従来、廃棄物焼却炉、ガス化溶融炉、灰溶融炉等の、被処理物を燃焼処理する処理炉から排出される排ガス中に含まれる、環境に悪影響を与えるＮＯｘの発生量を削減する手段および排ガス量を削減する手段の一つとして、燃焼空気を削減し，その代わりに炉本体により発生する排ガスの一部を炉内へ再循環させる、排ガス再循環燃焼がある。これは、被処理物が高温で燃焼するとＮＯｘが多量に発生し、燃焼温度が低いとＮＯｘの発生量は少なくなることから、燃焼用空気に排ガスを混合することで燃焼用空気の酸素濃度を低下させ、この酸素濃度の低い燃焼用空気で燃焼を行い、火炎の局所的な高温域の発生を防止して火炎温度を低下させることによってＮＯｘ発生量の低減を達成するものである。
また、処理炉へ供給する燃焼空気量を削減するので、煙突から排出される排ガス量を削減することができる。

例えば、従来の焼却炉では、炉本体に、燃焼用空気供給配管を介して燃焼用空気押込送風機および燃焼用空気加熱設備を接続してある。これらの設備によって加熱した燃焼用空気を炉内に導入し、炉に備え付けたバーナーを用いて被処理物を燃焼させる。炉内で発生した排ガスは各種の排ガス処理設備を経由して、最終的には煙突から大気に放出する。その途中で、排ガスの一部は、排ガス再循環設備によって炉本体に戻される。排ガス再循環設備は、例えば、炉本体に対して直に連通させた再循環用ダクトや、前記再循環用ダクトに介設してあって排ガスを再循環用ダクト内に誘引する再循環用誘引送風機等を備えている。

しかしながら、排ガス中には、ＮＯｘの他、ＨＣｌやＳＯｘ等の腐食性ガスが含有されているため、再循環用ダクトに流入する排ガスが上記腐食性ガスの露点温度以下となると、排ガス中の腐食性ガスが再循環用ダクトの壁面に結露して露点腐食を引き起こし、その結果、排ガス再循環設備が錆びたり、あるいは、損傷するという不具合が生じていた。従って、操炉中においては、再循環用ダクトに流入する排ガスの温度が高いことから再循環用ダクトの壁面温度を腐食性ガスの露点温度以上に維持することができるため問題となることは少ないが、特に、炉の運転開始時・運転停止時、および、運転休止時には、再循環用ダクトの壁面温度を腐食性ガスの露点温度以上に維持することができないため、再循環用ダクトの露点腐食という不具合が生じることとなる。

かかる不具合を解消するために、前記再循環用ダクト、又は、前記再循環用誘引送風機等の排ガスの通過箇所にヒータを装着したり、あるいは、熱風発生炉を用いて再循環用ダクト内に高温の空気を導入して再循環用ダクトの壁面温度を腐食性ガスの露点温度以上に維持した状態で腐食性ガスを含まない空気と置換すること等により、排ガス再循環設備が露点腐食することを防止していた。

しかしながら、上記従来のいずれの技術を採用するとしても、ヒーター、熱風発生炉等の特別な設備を設けなければならないため、設備コスト・運転コストが増大するという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決し、従来よりの処理設備の構成を大幅に変更することなく、設備の露点腐食を防止することが可能な排ガス再循環設備を提供するところにある。

上記目的を達成するための本発明に係る排ガス再循環設備の第１の特徴構成は、燃焼用空気の一部を供給可能なパージ用ダクトを再循環用ダクトに接続した点にある。
上記第１の特徴構成によれば、高温の燃焼用空気の一部を用いて再循環用ダクトのパージを行うので、例えば、処理炉の立ち上げ時には、実際に排ガスを再循環させるに先立って、再循環用ダクトの内壁温度を、排ガス中の腐食性ガスが結露しない温度まで高めることができる。その際、再循環用ダクトの内壁温度が低いパージ初期の段階では結露が生じることもあるが、当該パージ用の気体は単なる高温の空気であって腐食性ガスを含むものではないから、再循環用ダクトが腐食するおそれは殆どない。

一方、処理炉の立ち下げ時には、再循環用ダクトの内部に存在する排ガスを全て空気で置換するため、処理炉の休止中等において、再循環用ダクトの腐食が進行するおそれも無くなる。
また、通常の処理炉には燃焼用空気の供給配管が設けてあるので、従来の処理炉の構成を大幅に変更することなく排ガス再循環設備を構築することができる。
このように、本構成の排ガス再循環設備であれば、設備コストの増大を抑えつつ、補修費用などを含めたランニングコストを大幅に低減することができる。

本発明に係る排ガス再循環設備の第２の特徴構成は、上記第１の特徴構成に加えて、処理炉から排出される排ガスのうち前記再循環用ダクトに供給されずに大気中に排出される排ガスを加熱空気によって加熱し、排出時の白煙化を防止する白煙化防止装置が前記処理炉に付随して備えてあり、前記パージ用ダクトに供給する空気が、前記燃焼用空気に代えて、前記白煙化防止装置で用いる白防用空気の一部である点にある。

上記第２の特徴構成によれば、腐食性のガスを含まない、高温の白防用空気の一部を用いて再循環用ダクトのパージを行うので、再循環用ダクトの腐食を防止することができる。この結果、排ガス再循環設備の耐久性を高めることができる。
また、通常、処理炉には白防用空気の供給配管を備えた白煙化防止装置が設けてあるので、従来の処理炉の構成を大幅に変更することなく排ガス再循環設備を構築することができ、設備コストを低減することができる。

以下、本発明に係る排ガス再循環設備の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施の形態では、本実施の形態の排ガス再循環設備を、ストーカ式の廃棄物焼却処理設備に適用した例を挙げて説明するがこれに限定されるものではない。

（第１の実施形態）
以下、図１に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。尚、図１は本発明の第１の実施形態の排ガス再循環設備Ａを適用したストーカ式廃棄物焼却処理設備の構成を示す図である。図１に示すストーカ式廃棄物焼却処理設備は、廃棄物を集積するゴミピット（図示せず）と、廃棄物を焼却処理する焼却炉１と、焼却炉の上方空間に形成された幅狭の煙道の下流側に設置された廃熱ボイラー２と、廃熱ボイラー２の下流側に、エコノマイザ３、熱回収後の排ガスを冷却するガス冷却室４、冷却後の排ガスに石灰石・活性炭粉末等を供給してダイオキシン等を除去するための石灰石・活性炭供給装置等からなる反応装置５、除去後の排ガスに同伴する粉塵を回集する除塵装置６、ＮＯｘを除去する脱硝装置７、煙突８を順次配置し、これらを排ガス用ダクト９で接続して構成してある。脱硝装置７と煙突８の間の排ガス用ダクト９に排ガス誘引送風機１０を介在してあり、この排ガス誘引送風機１０によって排ガスを誘引し、煙突８に向けて送り出す。

焼却炉１には、投入された被処理物を焼却する燃焼室Ｒと、燃焼室で焼却された灰を集める灰ピット１１等を備えている。前記燃焼室Ｒには、ゴミを焼却する焼却処理帯１２を備えた一次燃焼領域Ｒ１と、前記一次燃焼領域Ｒ１の上方空間に幅狭の煙道として断面が方形に形成され一次燃焼領域Ｒ１で発生した燃焼排ガスを完全燃焼させる二次燃焼領域Ｒ２とが形成してある。
また、この燃焼室Ｒに付随して前記一次燃焼領域Ｒ１に燃焼用空気を供給する一次空気供給手段１３と、前記二次燃焼領域Ｒ２に燃焼用空気を供給する二次空気供給手段１４とを備えている。前記焼却処理帯１２は、階段状に縦続設置された火格子１５の往復運動により被処理物を搬送処理するストーカ機構と、これら火格子１５の下方から一次燃焼用空気を供給する風箱１６とを備えてある。

一次空気供給手段１３は、前記風箱１６と夫々一端部が接続されて他端部が大気中に開放された一次空気供給配管１８と、前記一次空気供給配管１８に設けた一次空気押込送風機１９と、前記一次空気供給配管１８の前記一次空気押込送風機１９の吐出側に設けた一次空気加熱装置２０とを備え、火格子１５を通して下方から上方に一次燃焼用空気を吹き込むものであり、これらの送風機１９、一次空気加熱設備２０は、夫々、単独で運転・運転停止自在に構成されてある。
また、前記一次空気供給配管１８に、一次燃焼領域Ｒ１への一次燃焼用空気の流入を調節する第３開閉ダンパＤ３を設けてあってもよく、前記第３開閉ダンパＤ３の開閉制御により、一次燃焼用空気の流入量を制御することができる。

前記二次空気供給手段１４は、前記二次燃焼領域Ｒ２を構成する前記煙道の側壁部に設けられた複数の空気孔２１と夫々一端部が接続されて他端部が大気中に開放された二次空気供給配管２２と、前記二次空気供給配管２２に設けた二次空気押込送風機２３と、前記二次空気供給配管２２の二次空気押込送風機２３の吐出側に設けた二次空気加熱装置２４を備え、前記二次燃焼領域Ｒ２に二次燃焼用空気を吹き込むものであり、これらの送風機２３、加熱装置２４は、夫々、単独で運転・運転停止自在に構成されてある。

排ガス用ダクト９の前記脱硝装置７から煙突８に至るまでの流路には、白煙化防止装置２５が備えてあり、この白煙化防止装置２５は排ガス用ダクト９から分枝して多端部が大気に開放されている白防空気供給配管２６と、前記白防空気供給配管２６に設けた白防空気押込送風機２７と、前記白防空気供給配管２６の前記白防空気押込送風機２７の吐出側に設けた白防空気加熱装置２８を備えて構成されてあり、高温空気と排ガスとを混合して排ガス中の水分を水蒸気化することで、白煙化を防止した状態で排ガスを煙突８から大気中に放出するように構成されている。

排ガス再循環設備Ａは、一端部が脱硝装置７と除塵装置６との間の排ガス用ダクト９から分岐して他端部が一次燃焼領域Ｒ１の側壁部に設けた複数の空気孔１７に連通する再循環用ダクト２９と、前記再循環用ダクト２９の両端部に設けた第２開閉ダンパ（入口側Ｄ２ａ・出口側Ｄ２ｂ）と、前記両第２開閉ダンパＤ２ａ・Ｄ２ｂの間で、かつ、前記再循環用ダクト２９に設けた再循環用誘引送風機３０とを備えている。このように構成することにより、再循環用誘引送風機３０を駆動させると、炉１から排出された排ガスの一部を再循環用ダクト２９に取り出し、一次燃焼領域Ｒ１に再循環させることができる。このとき、前記第２開閉ダンパＤ２ａ・Ｄ２ｂを夫々開閉制御し、前記再循環用ダクト２９への排ガスの流入を調節することで、再循環用ダクト２９に流入する排ガス量を制御する。焼却炉１の運転停止時や、被処理物であるゴミが低質で排ガス再循環を要しない場合には、第２開閉ダンパＤ２ａ・Ｄ２ｂを閉じ、排ガスの再循環用ダクト２９への流入を停止する。

当該排ガス再循環設備Ａにおいては、再循環用ダクト２９の前記出口側の第２開閉ダンパＤ２ｂと誘引送風機３０の間の位置と一次空気供給配管１８とを接続するパージ用ダクト３１を設けてある。このパージ用ダクト３１には、パージ用ダクト３１の端部のうち、前記再循環用ダクトに接続する側の端部に、第１開閉ダンパＤ１を備えてある。このように構成することにより、一次燃焼用空気をパージ用空気として、パージ用ダクト３１を経由して再循環用ダクト２９に導入することができる。
例えば、装置の運転終了に際するパージ開始時においては、前記第１開閉ダンパＤ１を開放し、一次燃焼用空気をパージ用ダクト３１を経て再循環用ダクト２９に流入させる。このとき、第２開閉ダンパＤ２ａ・Ｄ２ｂは開状態にしておく。パージ終了時には、第１開閉ダンパＤ１を閉鎖し、同時に第２開閉ダンパＤ２ａ・Ｄ２ｂも閉鎖する。これにより、パージ用ダクト３１からの一次燃焼用空気の供給が停止されると共に、パージ用ダクト３１への排ガスの逆流が阻止される。同時に、排ガスが再循環用ダクト２９に侵入することも阻止される。

そして、例えば、再循環用ダクト２９の内壁の温度を検出可能な温度検出手段（図示せず。）、および、再循環用ダクト２９内に供給されたパージ用空気の総体積を演算導出するパージ用空気演算導出手段（図示せず）を備えておくとよい。この場合、前記第１開閉ダンパＤ１は、前記温度検出手段で検出した再循環用ダクト２９の内壁の温度、もしくは、パージ用空気演算導出手段で演算導出されたパージ用空気供給量に基づき、開閉制御するよう構成しておく。これにより、再循環用ダクト２９への一次燃焼用空気の流入量を制御することができる。運転の詳細については後述する。

パージ用ダクト３１への空気の導入は、一次空気供給配管１８に設けた一次空気押込送風機１９の駆動により行う。つまり、前記一次空気押込送風機１９は、一次燃焼領域Ｒ１への一次燃焼用空気の供給手段としてだけなく、パージ用ダクト３１への一次燃焼用空気の供給手段としても機能する。再循環用ダクト２９への空気の供給・停止は、第１開閉ダンパＤ１の開閉制御により行う。パージ用ダクト３１に導入する空気の加熱は、一次空気供給配管１８に設けた一次空気加熱装置２０により行う。前記一次空気加熱装置２０も、一次燃焼用空気の加熱手段としてだけなく、パージ用空気の加熱手段として用いる。

上記排ガス再循環装置Ａを備えた廃棄物焼却設備は、例えば、以下のごとく運転する。焼却炉１の運転開始に際しては、パージ用ダクト３１に設けてある第１開閉ダンパＤ１および再循環用ダクト２９に設けてある入口側第２開閉ダンパＤ２ａ、出口側第２開閉ダンパＤ２ｂを全て開放する。一次空気押込送風機１９および一次空気加熱装置２０を駆動し、加熱した一次燃焼用空気を、パージ用ダクト３１を経由して再循環用ダクト２９に流入させ、再循環用ダクト２９をパージする。このパージは、再循環用ダクト２９の内壁面の温度が排ガスの露点温度よりも高くなるまで続ける。一次燃焼用空気には露点腐食の原因となる腐食性ガスは含まれておらず、また、加熱された空気の流入により腐食性ガスの露点温度以上に再循環用ダクト２９の内壁面温度を高めることができるため、再循環用ダクト２９の露点腐食を効果的に防止することができ、排ガス再循環設備Ａの耐久性が向上する。

このとき、入口側第２開閉ダンパＤ２ａと出口側第２開閉ダンパＤ２ｂの間の再循環用ダクト２９に設けてある再循環用誘引送風機３０も一次燃焼用空気でパージするから、前記送風機３０の露点腐食をも効果的に防止することが可能となり、排ガス再循環設備Ａの耐久性が一層向上する。
パージ開始後、前記温度検出手段により検出する温度が、例えば１００℃乃至２００℃となり、再循環用ダクト２９の内壁面温度が腐食性ガスの露点温度よりも高くなった時点で前記第１開閉ダンパＤ１を閉鎖してパージを終了する。
第１開閉ダンパＤ１を閉鎖することで、再循環用ダクト２９に対する一次燃焼用空気の流入を停止するとともに、排ガスがパージ用ダクト３１へ侵入することを防止する。これにより、パージ用ダクト３１の露点腐食を防止することができる。
パージが完了すると、再循環用誘引送風機３０を駆動して、排ガス再循環用ダクト２９に対する排ガスの再循環を開始する。

焼却炉１が定常運転となった状態では、排ガスの一部は排ガス再循環用ダクト２９を介して一次燃焼領域Ｒ１に供給される。このとき、再循環用ダクト２９を流通する排ガスの温度は腐食性ガスの露点温度以上であり、露点腐食は生じない。

焼却炉１の運転停止に際しては、再循環用誘引送風機３０を停止すると共に、入口側第２開閉ダンパＤ２ａおよび出口側第２開閉ダンパＤ２ｂはそのまま開状態とし、第１開閉ダンパＤ１を開放する。このとき、前記パージ用空気量演算手段で一次燃焼用空気の総体積を計測したり、あるいは、再循環用ダクトの体積の数倍にあたる一次燃焼用空気が供給される時間を計測しておき、予め設定しておいた供給体積あるいは供給時間に達した時点で、前記第１開閉ダンパＤ１および前記入口側第２開閉ダンパＤ２ａ、前記出口側第２開閉ダンパＤ２ｂを閉鎖する。

これにより、排ガスダクト９中に残存している排ガスが、休炉中に前記再循環用ダクト２９の内部およびパージ用ダクト３１の内部に侵入することを防止する。一次燃焼用空気には露点腐食の原因となる腐食性ガスは含まれていないから、再循環用ダクト２９の露点腐食を効果的に防止することができ、排ガス再循環設備Ａの耐久性が向上する。
また、このとき、入口側第２開閉ダンパＤ２ａと出口側第２開閉ダンパＤ２ｂの間の再循環用ダクト２９に介在されてある再循環用誘引送風機３０も一次燃焼用空気でパージされることから、前記送風機３０の露点腐食をも確実に防止することが可能となり、排ガス再循環設備Ａの耐久性が一層向上する。

以上のように運転することで、特に、焼却炉１の運転開始時・運転停止時、若しくは、休炉中のように前記再循環用ダクト２９の内壁温度が低く、排ガス中に含まれる腐食性ガスの露点温度以下となる場合においても、排ガス再循環設備Ａの露点腐食を効果的に防止することができ、排ガス再循環設備Ａの耐久性を向上することができる。
また、本発明の排ガス再循環設備Ａは、パージ用ダクト３１を新たに設けるだけで構成できるため、従来よりの焼却設備の構成を大幅に変更する必要がなく、上記耐久性の向上効果と相俟って、設備コストの低減を図ることができる。
さらに、一次燃焼用空気をパージ用ダクト３１に供給する手段を、一次空気押込送風機１９および一次空気加熱装置２０で兼用するから、特別な装置を設ける必要がなく、設備構造が簡便で、更なるコストの低減を図ることができる。

（第２の実施形態）
以下、図２に基づいて、本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１の実施の形態と異なる構成を説明する。

第２の実施形態においては、パージ用ダクト３１を白煙化防止装置２５の白防用空気供給配管２６に連通するように構成する。それ以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。前記白防用空気供給配管２６には、排ガスダクトへの白防用空気の流入を調節する第４開閉ダンパＤ４を設けておく。前記第４開閉ダンパＤ４の開閉制御により、白防用空気の流入量を制御することができる。

白防用空気には、一次燃焼用空気と同様、露点腐食の原因となる腐食性ガスは含まれておらず、加熱された空気の流入により、再循環用ダクト２９の内壁面温度を腐食性ガスの露点温度以上に高めることで、再循環用ダクト２９の露点腐食を効果的に防止することができ、排ガス再循環設備Ａの耐久性を高めることができる。
このような白煙化防止装置２６は通常の焼却設備に備えられている。よって、本実施形態の排ガス再循環設備は、従来の焼却設備の構成を大幅に変更することなく、経済的に得ることができる。

また、白防用空気をパージ用ダクト２９に供給する手段として、白防空気押込送風機２７および白防空気加熱装置２８の共用が可能であるから、特別な装置を設ける必要がなく、設備構造が簡便で、更なるコストの低減を図ることができる。

（その他の実施の形態）
（イ）上記実施形態では、焼却炉の立上げ時には、主に、再循環用ダクト２９の内壁温度を計測し、立下げ時には、主に、一次燃焼用空気の流通量或いは流通時間を計測する例を示した。しかし、その他に、立上げ時および立下げ時の何れにおいても、排ガス再循環用ダクト２９の内壁温度が確実に高まるまでの時間、あるいは、排ガス再循環用ダクト２９の内部の排ガスを確実に置換させることができる量の空気を流通するのに必要な時間等を認識しておいて、これら所定の設定時間に亘って一次燃焼用空気を流通させるものであっても良い。
本構成であれば、排ガス再循環設備の構成をさらに簡単なものとすることができる。

（ロ）上記第１の実施形態において、排ガス再循環設備Ａをパージする空気として、一次燃焼用空気を採用する例について説明したが、二次燃焼用空気を採用するものであっても良い。その場合には、パージ用ダクト３１は再循環用ダクト２９と二次空気供給配管２２の間を連通するように設ける。

（ハ）上記第１の実施形態においては、一次燃焼用空気をパージ用ダクト３１に供給する手段として、一次燃焼用空気を焼却炉１の内部に供給するための一次空気誘引送風機１９を兼用したが、別途、パージ用ダクト３１にパージ用空気供給専用の誘引送風機を設けてもよい。また、加熱装置に関しても、同様にパージ用ダクト３１にパージ用空気加熱専用の加熱設備を設けてもよい。
また、第２の実施形態においても、個別のパージ用空気供給専用の誘引送風機およびパージ用空気加熱専用の加熱設備を設けることができる。

本発明に係る第１の実施形態を示す模式図 本発明に係る第２の実施形態を示す模式図

符号の説明

１ 処理炉
９ 排ガス用ダクト
１３ 一次空気供給手段
１４ 二次空気供給手段
１８ 一次空気供給配管
１９ 一次空気押込送風機
２０ 一次空気加熱装置
２２ 二次空気供給配管
２３ 二次空気押込送風機
２４ 二次空気加熱装置
２５ 白煙化防止装置
２６ 白防用空気供給配管
２７ 白防用空気押込送風機
２８ 白防用空気加熱装置
２９ 再循環用ダクト
３０ 再循環用誘引送風機
３１ パージ用ダクト
Ａ 排ガス再循環設備
Ｄ１ 第１開閉ダンパ
Ｄ２ 第２開閉ダンパ
Ｄ２ａ 入口側第２開閉ダンパ
Ｄ２ｂ 出口側第２開閉ダンパ
Ｄ３ 第３開閉ダンパ
Ｄ４ 第４開閉ダンパ
Ｒ 燃焼室
Ｒ１ 一次燃焼領域
Ｒ２ 二次燃焼領域

Claims (2)

1. 燃焼用空気を供給して被処理物を燃焼処理する処理炉を備え、当該処理炉から排出される排ガスを再び前記処理炉に循環させる再循環用ダクトを備えた燃焼処理設備に用いる排ガス再循環設備であって、
   前記燃焼用空気の一部を供給可能なパージ用ダクトを前記再循環用ダクトに接続してある排ガス再循環設備。
2. 前記排ガスのうち前記再循環用ダクトに供給されずに大気中に排出される排ガスを加熱空気によって加熱し、排出時の白煙化を防止する白煙化防止装置が前記処理炉に付随して備えてあり、
   前記パージ用ダクトに供給する空気が、前記燃焼用空気に代えて、前記白煙化防止装置で用いる白防用空気の一部である請求項１に記載の排ガス再循環設備。

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