JP4103115B2 - Combustion air blowing method for combustion melting furnace and combustion melting furnace - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法および燃焼溶融炉に係り、具体的には炉内の燃焼ガスを旋回させて溶融スラグを壁面に捕集して流下させるようにした燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法に関する。 The present invention relates to a combustion air blowing method for a combustion melting furnace and a combustion melting furnace, and more specifically, combustion melting in which combustion gas in the furnace is swirled to collect molten slag on a wall surface and flow down. The present invention relates to a method for blowing air for combustion in a furnace.
都市ごみ等の廃棄物等を処理する廃棄物処理法として、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを燃焼して熱回収をする方法が知られている。また、熱分解ガスに同伴する灰分などの細かな不燃物を、熱分解ガスや熱分解により生成された熱分解カーボンの燃焼熱により溶融して溶融スラグ化することにより、燃焼排ガスから分離して捕集することが知られている(特許文献1)。 2. Description of the Related Art As a waste treatment method for treating waste such as municipal waste, a method for thermally recovering waste by pyrolyzing the waste and burning pyrolysis gas is known. In addition, fine incombustibles such as ash accompanying the pyrolysis gas are separated from the combustion exhaust gas by melting it with the combustion heat of pyrolysis gas and pyrolysis carbon generated by pyrolysis to form molten slag. It is known to collect (Patent Document 1).
特に、熱分解ガスや熱分解カーボンと燃焼空気との混合を促進するとともに、溶融スラグの捕集率を向上するために、炉壁から吹込む燃焼用空気に旋回流を与えて混合を図るとともに、遠心力により微細な燃焼灰や溶融スラグを炉壁に付着させて捕集するようにしている。さらに、炉内の滞留時間を長くして溶融および付着を促進するために、空気吹込みノズルを上向きに傾斜させて設けることが提案されている。一方、特許文献2には、溶融炉の空気吹込みノズルを水平または下向きに設けることが提案されている。 In particular, in order to promote the mixing of pyrolysis gas or pyrolysis carbon and combustion air, and to improve the collection rate of molten slag, the swirl flow is applied to the combustion air blown from the furnace wall and mixing is attempted. The fine combustion ash and molten slag are attached to the furnace wall by centrifugal force and collected. Furthermore, in order to increase the residence time in the furnace and promote melting and adhesion, it has been proposed to provide the air blowing nozzle inclined upward. On the other hand, Patent Document 2 proposes to provide an air blowing nozzle of a melting furnace horizontally or downward.
しかしながら、特許文献1、2においては、旋回流によって燃焼溶融炉の中心部の空気濃度が低下することについて配慮されていない。すなわち、通常、燃焼用空気は常温の周囲空気を送風機により昇圧して空気吹込みノズルから炉内に吹き込んでいる。したがって、旋回させて吹込まれた燃焼用空気は、炉内の燃焼ガスよりも低温で比重が大きいため、旋回流の遠心力によって炉壁側に偏り、炉中心部の空気濃度が低くなることから、燃焼成分を多く含む燃焼ガスが炉の中心部を吹き抜けてしまい、完全燃焼が阻害される現象を見出した。
However, in
本発明は、燃焼溶融炉の中心部の燃焼を確保するとともに、旋回流により溶融スラグを壁面に捕集するに適した燃焼用空気の吹込み方法を実現することを課題とする。 An object of the present invention is to realize a combustion air blowing method suitable for collecting molten slag on a wall surface by swirling flow while ensuring combustion in the center of a combustion melting furnace.
本発明は、上記課題を解決するため、熱分解ガスと熱分解カーボンの少なくとも一方の燃焼物を燃焼溶融炉の炉頂部から投入し、前記燃焼物の燃焼に必要な空気量を前記燃焼溶融炉の炉高方向の複数箇所に分散して供給し、前記燃焼物を燃焼させるとともに前記燃焼物に含まれる不燃物を溶融スラグ化する燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法において、炉壁から炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて吹込む第1の空気流と、炉壁から炉心に向けて吹込む第2の空気流とを混在させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention introduces at least one combustion product of pyrolysis gas and pyrolysis carbon from the top of a combustion melting furnace and supplies the amount of air necessary for combustion of the combustion product to the combustion melting furnace. In a combustion air blowing method for a combustion melting furnace for supplying the gas to a plurality of locations in the furnace height direction of the furnace, burning the combustion product and converting incombustibles contained in the combustion product into molten slag, The first air flow blown toward the tangential direction of the imaginary circle centered at the center and the second air flow blown toward the core from the furnace wall are mixed.
すなわち、本発明は、第1の空気流によって溶融スラグを壁面に捕集する遠心力を発生させる旋回流を形成し、この第1の空気流(旋回流)によって形成された旋回流を第2の空気流(中心吹込み流)によって攪拌することにより、燃焼物の燃焼ガスと燃焼用空気との混合を促進して、炉心部の空気濃度を高めて燃焼を維持させることを本旨とする。言い換えれば、溶融スラグを壁面に捕集する遠心力を発生する旋回流と、燃焼ガスと燃焼用空気との混合を促進する中心吹込み流とを混在させて、溶融スラグの生成および捕集を図ると同時に、炉断面における燃焼用空気の濃度を平均化することを特徴とする。 That is, the present invention forms a swirling flow that generates a centrifugal force for collecting the molten slag on the wall surface by the first air flow, and the swirling flow formed by the first air flow (swirl flow) is the second. The purpose of the present invention is to promote the mixing of the combustion gas of the combustion product and the combustion air by increasing the air concentration in the core and maintain the combustion by stirring the air flow (center blowing flow). In other words, the swirl flow that generates centrifugal force that collects molten slag on the wall and the central blow flow that promotes mixing of combustion gas and combustion air are mixed to produce and collect molten slag. Simultaneously, the concentration of the combustion air in the furnace cross section is averaged.
ところで、炉上部から炉内に吹込む空気は、一般に1次空気と称され、この1次空気が吹込まれる燃焼域は還元性雰囲気であり、燃焼物に含まれる不燃物が溶融スラグ化する温度には達していない。したがって、溶融スラグを壁面に捕集する遠心力よりも、燃焼を促進するために燃焼物と燃焼用空気との攪拌を促進することが好ましい。 By the way, the air blown into the furnace from the upper part of the furnace is generally referred to as primary air, and the combustion zone into which the primary air is blown is a reducing atmosphere, and the incombustible substances contained in the burned material are melted into slag. The temperature has not been reached. Therefore, it is preferable to promote the stirring of the combustion product and the combustion air in order to promote combustion, rather than the centrifugal force that collects the molten slag on the wall surface.
そこで、本発明の具体的な態様としては、燃焼溶融炉の炉上部には第2の空気流である中心吹込み流を吹き込むようにすることが好ましい。 Therefore, as a specific aspect of the present invention, it is preferable to blow a central blowing flow as the second air flow into the upper portion of the combustion melting furnace.
また、炉高の中間位置に吹込む空気は、一般に2次空気と称され、さらに2次空気よりも炉底部に近い炉高の中間位置に3次空気を吹込む場合もある。2次空気が吹込まれる燃焼域は、不燃物が溶融スラグ化する温度に達しているから、吹込み空気を旋回させることにより、溶融スラグを壁面に捕集する遠心力を発生させることが好ましい。一方、2次空気が吹込まれる2次燃焼域でも燃焼物と空気との混合が十分になされることが好ましい。しかし、2次空気の全量を旋回させると、旋回流の遠心力によって炉中心部の空気濃度が低くなって、中心部の燃焼が妨げられるおそれがある。また、3次空気が吹込まれる3次燃焼域についても、同様であると考える。 The air blown into the intermediate position of the furnace height is generally referred to as secondary air, and the tertiary air may be blown into the intermediate position of the furnace height closer to the furnace bottom than the secondary air. Since the combustion area where the secondary air is blown has reached a temperature at which the incombustible material is melted into slag, it is preferable to generate centrifugal force to collect the molten slag on the wall surface by swirling the blown air. . On the other hand, it is preferable that the combustion product and air are sufficiently mixed even in the secondary combustion region where the secondary air is blown. However, if the total amount of secondary air is swirled, the air concentration in the furnace center may be lowered by the centrifugal force of swirling flow, and combustion in the center may be hindered. The same applies to the tertiary combustion zone into which tertiary air is blown.
そこで、本発明の具体的な態様としては、炉上部から炉底部の間に吹込む2次または3次空気については、第1の空気流と第2の空気流とを混在させて吹き込むことが好ましい。これにより、第2の空気流と燃焼ガスの旋回流との交差等により、燃焼物と空気との混合攪拌が促進され、炉中心部の空気濃度の低下が抑えられるから、中心部の燃焼が促進される。この場合において、第1の空気流と第2の空気流の主流が炉内で干渉しないように、炉心位置における主流の高さ位置をずらすことが望ましい。 Therefore, as a specific aspect of the present invention, for the secondary or tertiary air blown between the furnace top and the furnace bottom, the first air flow and the second air flow are mixed and blown. preferable. As a result, the mixing and stirring of the combustion product and air is promoted by the intersection of the second air flow and the swirling flow of the combustion gas, and the decrease in the air concentration in the furnace center is suppressed. Promoted. In this case, it is desirable to shift the height position of the main flow at the core position so that the main flows of the first air flow and the second air flow do not interfere in the furnace.
また、本発明の燃焼用空気吹き込み方法を直接実施する燃焼溶融炉は、炉頂部に設けられ熱分解ガスと熱分解カーボンの少なくとも一方の燃焼物が投入される燃焼物投入ノズルと、炉上部に設けられた1次空気の複数の吹込みノズルと、該1次空気の吹込みノズルの位置と炉底部との間に設けられた2次空気の複数の吹込みノズルと、該2次空気の吹込みノズルの位置と炉底部との間に設けられた3次空気の複数の吹込みノズルとを備えた燃焼溶融炉において、前記1次空気の複数の吹込みノズルは、同一高さの炉周囲に沿って分散して、かつ炉心に向けて設けられ、前記2次空気の複数の吹込みノズルは、炉周囲に沿って分散しかつ炉高方向に2段に分けて配置され、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた下段の第1の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた上段の第2の吹込みノズルとを有してなり、前記3次空気の複数の吹込みノズルは、同一高さの炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた第1の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた第2の吹込みノズルの少なくとも一方を有して構成することができる。 In addition, a combustion melting furnace that directly implements the combustion air blowing method of the present invention includes a combustion substance injection nozzle that is provided at the top of the furnace and into which at least one of pyrolysis gas and pyrolysis carbon is injected, and an upper part of the furnace. A plurality of primary air blowing nozzles provided, a plurality of secondary air blowing nozzles provided between the position of the primary air blowing nozzle and the bottom of the furnace , and the secondary air in a combustion melting furnace provided with a plural blow nozzles of tertiary air disposed between the position and the bottom portion of the furnace of the blowing nozzle, a plurality of blow nozzles of the primary air, the furnace of the same height distributed along the periphery, and is provided toward the core, a plurality of blow nozzles of the secondary air are arranged in two stages in the dispersed and Rodaka along the periphery furnace, the furnace center the first blow of the lower disposed toward the tangential direction of the virtual circle centered on It and a second blow nozzle of the upper disposed toward the nozzle and the core, a plurality of blow nozzles of the tertiary air is distributed along the furnace around the same height It is, and be configured with at least one second blowing nozzle provided towards the first blow nozzle and the core disposed toward the tangential direction of the virtual circle around the core it can.
これによれば、燃焼物投入ノズルから投入される熱分解ガスや熱分解カーボンは、1次空気の複数の吹込みノズルから吹込まれる中心吹込み流の衝突により生ずる攪拌流によって、1次空気との混合攪拌が促進され、燃焼を促進することができる。また、2次空気が吹き込まれる領域においては、上段の第2の吹込みノズルから吹き込まれる中心吹込み流により混合攪拌がさらに促進され、下段の第1の吹込みノズルから吹き込まれる旋回流により、溶融スラグが壁面に捕集される。また、1次空気、2次空気および3次空気の炉心に向けて設けられた複数の吹込みノズルから吹き込まれる空気が、炉心部において互いに衝突し、上向きの流れまたは下向きの流れに分かれるから、燃焼物または燃焼ガスとの攪拌効果が一層向上する。 According to this, the pyrolysis gas and pyrolysis carbon introduced from the combustion substance introduction nozzle are caused to flow into the primary air by the stirring flow generated by the collision of the central blowing flow blown from the plurality of blowing nozzles of the primary air. And mixing and stirring are promoted, and combustion can be promoted. Further, in the region where the secondary air is blown, mixing and stirring is further promoted by the central blowing flow blown from the upper second blowing nozzle, and the swirling flow blown from the lower first blowing nozzle Molten slag is collected on the wall. In addition, air blown from a plurality of blow nozzles provided toward the core of primary air, secondary air, and tertiary air collide with each other in the core, and is divided into an upward flow or a downward flow. The stirring effect with the combustion product or combustion gas is further improved.
また、3次空気の複数の吹込みノズルは、炉周囲に沿って分散しかつ炉高方向に2段に分けて配置され、上段の前記第2の吹込みノズルと下段の前記第1の吹込みノズルとを有し構成することができる。 Further, a plurality of blowing nozzles tertiary air is distributed along the circumference furnace and arranged in two stages in Rodaka direction, the upper of the second blow nozzle and the lower the first blow And a nozzle .
さらに、2次空気と3次空気の第1の吹込みノズルは下向きに設けて構成することができる。これにより、第1の空気流(旋回流)と第2の空気流(中心吹込み流)との交差または衝突による干渉を軽減でき、所望の強さの旋回流を形成することができる。
Further, the first blowing nozzles for the secondary air and the tertiary air can be provided downward. As a result, interference due to the intersection or collision between the first air flow (swirl flow) and the second air flow (center blowing flow) can be reduced, and a swirl flow having a desired strength can be formed.
本発明の燃焼用空気の吹込み方法または燃焼溶融炉によれば、燃焼溶融炉の中心部の燃焼を確保することができ、かつ旋回流により溶融スラグを壁面に捕集することができる。 According to the combustion air blowing method or combustion melting furnace of the present invention, combustion at the center of the combustion melting furnace can be secured, and molten slag can be collected on the wall surface by swirling flow.
以下、本発明の燃焼用空気の吹込み方法を直接実施する燃焼溶融炉の実施形態について図面を用いて説明する。図1に、燃焼溶融炉の一実施の形態の縦断面図を示す。図示のように、燃焼溶融炉1は、縦型の円筒状に形成され、炉頂部に熱分解ガス2を燃焼する主バーナ3が設けられている。主バーナ3には、補助燃料を燃焼する補助バーナ4が同心状に設けられている。また、炉肩部には、熱分解カーボン5を投入する投入ノズル6が一対設けられている。この一対の投入ノズルの軸は、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて対称的に配置され、これによって熱分解カーボンは旋回流を形成しながら炉内に投入されるようになっている。また、燃焼溶融炉1の炉底部は、水平煙道部7を介して垂直煙道8に連結され、水平煙道部7の底部に溶融スラグ排出口9が設けられている。垂直煙道8は、例えば、燃焼排ガスの熱を回収する図示していない空気加熱器および廃熱ボイラに連結されている。
Hereinafter, an embodiment of a combustion melting furnace that directly implements the method for blowing combustion air of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the longitudinal cross-sectional view of one Embodiment of a combustion melting furnace is shown. As shown in the figure, the combustion melting
一方、燃焼溶融炉1の炉壁には、炉高方向の上部から炉底部にわたって、燃焼用空気を炉内に吹込む1次空気の吹込みノズル11と、2次空気の吹込みノズル12と、3次空気の吹込みノズル13とが、炉高方向に間隔をおいて多段に設けられている。吹込みノズル11、12、13は、それぞれ炉周囲に沿って等間隔に配設された複数の吹込みノズルを有して構成されている。また、吹込みノズル11、12、13は、それぞれ図示していない流量制御弁を介して送風機に連結され、熱分解ガスおよび熱分解カーボンの投入量および燃焼状態に基づいて、燃焼制御装置によって1次〜3次の空気量が所定の空気過剰率になるように制御されている。
On the other hand, on the furnace wall of the combustion melting
ここで、1次空気の複数の吹込みノズル11は、同一高さの炉上部の炉周囲に沿って分散して、かつ炉心に向けて設けられている。また、2次空気の複数の吹込みノズル12は、1次空気の吹込みノズル11の位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられている。さらに、3次空気の複数の吹込みノズル13は、2次空気の吹込みノズル12の位置と炉底部との間の同一高さの炉周囲に沿って分散して、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられている。
Here, the plurality of primary
ここで、複数(例えば、6本)の吹込みノズル12は、一部(例えば、3本)を炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設け、残り(例えば、3本)を炉心に向けて設けることもできる。
Here, a plurality of (for example, six) blowing
このように構成される燃焼溶融炉の燃焼動作について、燃焼用空気の吹込み方法を中心に説明する。補助バーナ4により灯油などの補助燃料を燃焼して炉内を昇温する。その後、主バーナ3から熱分解ガスを投入し、投入ノズル6から熱分解カーボンを投入するとともに、各吹込みノズル11、12、13から燃焼用空気を吹込んで燃焼させる。このとき、投入ノズル6から投入される熱分解カーボンは旋回しながら炉内に供給されるから、熱分解ガスおよび吹込みノズル11から吹込まれる1次空気と混合攪拌されて燃焼する。
The combustion operation of the combustion melting furnace configured as described above will be described focusing on the method of blowing combustion air. The
特に、図2に示すように、複数の吹込みノズル11から吹込まれる1次空気の流れが互いに衝突し、矢印に示すような上向き流および下向き流が形成され、これによって熱分解ガスと熱分解カーボンと1次空気の混合が促進され、効果的な還元性の燃焼域が形成される。
In particular, as shown in FIG. 2, the flows of primary air blown from a plurality of
この炉上部の燃焼ガスが流下して2次空気が吹込まれる吹込みノズル12の領域に達すると、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられている吹込みノズル12から吹込まれる空気の旋回流によって燃焼ガスが旋回され、2次空気と混合されて高温の燃焼域が形成される。これによって、燃焼ガス中に含まれている微細な灰分及び不燃物が溶融スラグ化されるとともに、旋回流の遠心力を受けて移動して炉壁に付着捕集される。捕集された溶融スラグは、炉壁を伝って流下し、炉底部の溶融スラグ排出口9から外部に排出される。
When the combustion gas in the upper part of the furnace flows down and reaches the region of the blowing
ところで、2次燃焼域においては旋回流が形成されているから、比重の重い2次空気は炉壁側に偏り、炉心部の空気濃度が低下し、中心部における燃焼が妨げられることになる。しかし、2次燃焼域の燃焼ガスが流下して3次空気が吹込まれる吹込みノズル13の領域に達すると、炉心に向けて設けられた複数の吹込みノズル13から3次空気が吹込まれ、3次空気の流れが互いに衝突して矢印に示すような上向き流および下向き流が形成される。これによって燃焼ガスと3次空気の混合が促進され、燃焼を促進して完全燃焼させることができる。
By the way, since a swirl flow is formed in the secondary combustion zone, the secondary air having a high specific gravity is biased toward the furnace wall, the air concentration in the core decreases, and combustion in the center is hindered. However, when the combustion gas in the secondary combustion region flows down and reaches the region of the blowing
ここで、図2に示すように、2次空気の複数の吹込みノズル12のうち、一部の吹込みノズルを炉心に向けて設け、互いの空気流を衝突させて攪拌流を形成することにより、混合攪拌効果を向上させることができる。この場合、3次空気の複数の吹込みノズル13のうち、一部の吹込みノズルを炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設け、2次空気領域の旋回流の低下を補うようにすることが好ましい。
Here, as shown in FIG. 2, among the plurality of secondary
これらの場合において、2次空気と3次空気の吹込みノズルのうち、仮想円の接線方向に向けて設ける吹込みノズルは、図2のように、下向きに設けることが好ましい。これにより、旋回流が炉心に向けた中心吹込み流と干渉して、互いの気流の機能が妨げられることを避けることができる。 In these cases, among the secondary air and tertiary air blowing nozzles, the blowing nozzle provided toward the tangential direction of the virtual circle is preferably provided downward as shown in FIG. Thereby, it can avoid that a swirling flow interferes with the center blowing flow toward a core, and the function of each other's airflow is prevented.
次に、本発明の特徴に係る燃焼用空気の吹込みノズル11、12、13の配置構成の具体的な実施例について説明する。表1に、吹込みノズル11、12、13の本発明の実施例と比較例の構成を対比して示す。
Next, specific examples of the arrangement of the combustion
また、3次空気の吹込みノズル13は、図3(b)に示すように、炉壁14の周囲に等間隔に分散させて、炉心を中心とする仮想円15の接線方向に向けた旋回流を形成する6本の吹込みノズル12で構成されている。
Further, as shown in FIG. 3B, the tertiary
なお、実施例の吹込みノズル13のノズル径は、他の吹込みノズル11、12よりも小径のものを用いたが、これら吹込みノズル11、12、13のノズル径は、必要な燃焼用空気量を所定の流速範囲で吹込むように設定されるものであり、表1のノズル径に限られるものではない。
In addition, although the nozzle diameter of the blowing
このように構成された実施例によれば、図2で説明したように、吹込みノズル11から吹込まれる1次空気の流れによる攪拌効果により、熱分解ガスと熱分解カーボンと1次空気の混合が促進されて還元性の燃焼域が形成される。そして、その燃焼ガスが2次空気が吹込まれる吹込みノズル12の領域に達すると、吹込みノズル12bの中心吹込み空気流によって生ずる上下の攪拌流で、燃焼ガスと空気とが攪拌される。さらに、吹込みノズル12aの旋回流によって燃焼ガスが旋回され、2次空気と混合されて高温の燃焼域が形成される。このとき、旋回流は下向きに吹込まれているので、中心吹込み空気流と旋回流は干渉しない。したがって、燃焼ガス中に含まれている微細な灰分及び不燃物が溶融スラグ化されるとともに、旋回流の遠心力を受けて炉壁に付着捕集される。さらに、燃焼ガスが3次空気が吹込まれる吹込みノズル13の領域に達すると、吹込みノズル13の旋回流によって燃焼ガスと3次空気の混合が促進され、燃焼が促進されて完全燃焼される。同時に、旋回流によって溶融スラグの生成と捕集が促進される。
According to the embodiment configured as described above, as described in FIG. 2, due to the stirring effect by the flow of primary air blown from the
その結果、実施例によれば、表1に示すように優れた燃焼状態を形成することができ、表2に示すように、燃焼溶融炉出口のCO濃度を極めて低濃度(0〜10ppm)にすることができ、ほぼ完全燃焼が達成されていることがわかる。また、同出口のO2濃度も平均3.3%に低減でき、さらに燃焼溶融炉から排出される飛灰中に含まれる未燃炭素を極めて低濃度の0.057wt%に下げることができた。 As a result, according to the example, an excellent combustion state can be formed as shown in Table 1, and as shown in Table 2, the CO concentration at the combustion melting furnace outlet is extremely low (0 to 10 ppm). It can be seen that almost complete combustion is achieved. In addition, the O2 concentration at the outlet could be reduced to an average of 3.3%, and the unburned carbon contained in the fly ash discharged from the combustion melting furnace could be lowered to an extremely low concentration of 0.057 wt%.
比較例の吹込みノズル11は6本で、吹込みノズル12、13はそれぞれ3本である。1次空気の吹込みノズル11は路肩部に旋回流を形成するように配置されている。2次空気の吹込みノズル12は、図4(a)に示すように、炉壁14の周囲に等間隔に分散させて、炉心を中心とする仮想円15の接線方向に向けた旋回流を形成する3本の吹込みノズル12を配置して構成されている。この3本の吹込みノズル12は、図示していないが、ほぼ水平の向きに設けられている。また、図4(b)に示すように、3次空気の吹込みノズル13も吹込みノズル12と同様に配置されている。
In the comparative example, the number of blowing
このように構成された比較例によれば、実施例と同様に、吹込みノズル11から吹込まれる1次空気の流れによる攪拌効果により、熱分解ガスと熱分解カーボンと1次空気の混合により燃焼が促進される。その燃焼ガスが吹込みノズル12の領域に達すると、吹込みノズル12の旋回流によって燃焼ガスが旋回され、2次空気と混合されて高温の燃焼域が形成される。これにより、燃焼ガス中に含まれている微細な灰分及び不燃物が溶融スラグ化されるとともに、旋回流の遠心力を受けて炉壁に付着捕集される。さらに、燃焼ガスが吹込みノズル13の領域に達すると、吹込みノズル13の旋回流によって燃焼ガスと3次空気の混合が促進されて燃焼されるとともに、旋回流によって溶融スラグの生成と捕集が促進される。しかし、比較例では、2次空気と3次空気は共に旋回流れのみであり、炉中心部への空気の供給が不足しているため、炉中心部の空気濃度が下がり、燃焼ガスの吹き抜けが発生している。
According to the comparative example configured as described above, the mixing effect of the pyrolysis gas, pyrolysis carbon, and primary air is caused by the stirring effect by the flow of the primary air blown from the
その結果、比較例によれば、表1に示すようにほぼ良好な燃焼状態を形成することができるものの、表2に示すように、燃焼溶融炉出口のCO濃度が0〜115ppmと、分布が大きくなり、不完全燃焼状態が発生している。また、同出口のO2濃度は、平均3.6%に維持されているが、燃焼溶融炉から排出される飛灰中に含まれる未燃炭素濃度は0.156wt%となり、実施例に比べて燃焼状態が悪くなっていることがわかる。
(シミュレーションによる解析)
上記の実施例と比較例について、レイノズル応力モデルと2次風上差分法とを組み合わせた燃焼解析モデルによってシミュレーションした結果を図5〜図9に示す。図5は炉内の旋回速度分布、図6は2次空気と3次空気の吹込み部を拡大した旋回速度分布、図7は炉内の温度分布、図8は炉内の酸素濃度分布、図9は炉内のCO濃度分布である。それらの図において、(a)は実施例、(b)は比較例の解析結果である。
(旋回速度分布)
実施例によれば、図5(a)、図6(a)に示すように、2次空気の炉中心向き流れが炉心部まで到達し、衝突して、上流の1次燃焼域からの燃焼ガスとの混合がよく行われている。これによって、1次燃焼域からの燃焼ガスの吹き抜けが完全になくなっていることがわかる。3次空気は、旋回方向の供給であり、炉中心部までの到達がなく、旋回流れとして燃焼ガスと攪拌混合している。
As a result, according to the comparative example, an almost good combustion state can be formed as shown in Table 1, but as shown in Table 2, the CO concentration at the combustion melting furnace outlet is 0 to 115 ppm, and the distribution is It becomes larger and an incomplete combustion state has occurred. The O2 concentration at the outlet is maintained at an average of 3.6%, but the concentration of unburned carbon contained in the fly ash discharged from the combustion melting furnace is 0.156 wt%, which is compared with the embodiment. It turns out that the combustion state is getting worse.
(Analysis by simulation)
About the said Example and a comparative example, the result simulated with the combustion analysis model which combined the Ray nozzle stress model and the secondary upwind difference method is shown in FIGS. FIG. 5 is a swirl velocity distribution in the furnace, FIG. 6 is a swirl velocity distribution in which the secondary air and tertiary air blowing portions are enlarged, FIG. 7 is a temperature distribution in the furnace, FIG. 8 is an oxygen concentration distribution in the furnace, FIG. 9 shows the CO concentration distribution in the furnace. In these figures, (a) shows the results of the examples and (b) shows the results of the comparative examples.
(Swivel speed distribution)
According to the embodiment, as shown in FIGS. 5 (a) and 6 (a), the flow of the secondary air toward the furnace center reaches the core, collides, and burns from the upstream primary combustion zone. Mixing with gas is often done. Thus, it can be seen that the combustion gas blow-through from the primary combustion zone is completely eliminated. The tertiary air is supplied in the swirl direction, does not reach the furnace center, and is stirred and mixed with the combustion gas as a swirl flow.
一方、比較例によれば、図5(b)、図6(b)に示すように、2次空気は旋回方向の供給のみであり、旋回流れが強く、炉中心部への到達がない。その結果、上流の1次燃焼域からの燃焼ガスは、特に炉心部において2次空気との攪拌混合がなく、そのまま下流に吹き抜ける流れとなっていることがわかる。同様に、3次空気も旋回方向のみの供給であるから、旋回流れが強く、炉中心部への空気の到達がない。その結果、燃焼ガスは特に炉心部において3次空気との混合攪拌がなく、そのまま下流に吹き抜ける流れとなっている。
(温度分布)
実施例によれば、図7(a)に示すように、1次燃焼域からの燃焼ガスは、炉中心部で2次空気の中心吹込み流とよく混合することによって、燃焼に必要な酸素が供給されて燃焼が促進されている。その結果、2次燃焼域の炉中心部では、燃焼ガス温度が顕著に上昇していることがわかる。
On the other hand, according to the comparative example, as shown in FIGS. 5B and 6B, the secondary air is only supplied in the swirling direction, and the swirling flow is strong and does not reach the furnace center. As a result, it can be seen that the combustion gas from the upstream primary combustion zone is not stirred and mixed with the secondary air, particularly in the core, and flows in the downstream as it is. Similarly, since tertiary air is also supplied only in the swirl direction, the swirl flow is strong and there is no air reaching the furnace center. As a result, the combustion gas has no mixing and stirring with the tertiary air, particularly in the core, and flows in the downstream as it is.
(Temperature distribution)
According to the embodiment, as shown in FIG. 7 (a), the combustion gas from the primary combustion zone is well mixed with the central blow-in flow of secondary air in the furnace center so that the oxygen required for combustion is obtained. Is supplied to promote combustion. As a result, it can be seen that the combustion gas temperature is remarkably increased at the center of the furnace in the secondary combustion zone.
一方、比較例によれば、図7(b)に示すように、2次空気が炉中心部まで到達していないため、2次燃焼域の中心部では燃焼用空気が不足状態となり、燃焼が促進されていない。その結果、2次燃焼域でのガス温度はほとんど上昇していない。
(酸素濃度分布)
実施例によれば、図8(a)に示すように、2次空気の中心吹込み流と旋回流との組み合わせにより、2次燃焼域の広範囲にわたり酸素の供給が行われ、炉中心部の無酸素状態の領域が非常に狭くなっている。3次燃焼域の出口では約3%で、ほぼ均一な酸素濃度になっている。
On the other hand, according to the comparative example, as shown in FIG. 7B, since the secondary air does not reach the furnace center, the combustion air becomes insufficient in the center of the secondary combustion zone, and combustion is not performed. Not promoted. As a result, the gas temperature in the secondary combustion zone hardly increases.
(Oxygen concentration distribution)
According to the embodiment, as shown in FIG. 8 (a), oxygen is supplied over a wide range of the secondary combustion region by the combination of the central air flow and the swirl flow of the secondary air, The anoxic region is very narrow. At the outlet of the tertiary combustion zone, the oxygen concentration is almost uniform at about 3%.
一方、比較例によれば、図8(b)に示すように、2次燃焼域および3次燃焼域共に、炉外周側に酸素濃度の高い部分があり、燃焼空気が旋回流によって供給されているため、外周部に空気の偏りが発生している。その結果、炉中心部の無酸素状態が改善されず、3次燃焼域の出口においても、依然として炉中心部に無酸素状態が存在している。
(CO濃度分布)
実施例によれば、図9(a)に示すように、2次空気の中心吹込み流と旋回流との組み合わせにより、2次燃焼域の広範囲にわたり酸素の供給が行われ、燃焼が促進された結果、未燃分であるCO濃度は2次燃焼域の炉中心部に若干残る程度にまで低減されており、3次燃焼域ではほぼゼロのCO濃度になっている。
On the other hand, according to the comparative example, as shown in FIG. 8B, both the secondary combustion region and the tertiary combustion region have a portion with a high oxygen concentration on the outer periphery side of the furnace, and the combustion air is supplied by the swirl flow. For this reason, air is unevenly distributed on the outer peripheral portion. As a result, the oxygen-free state in the furnace center is not improved, and the oxygen-free condition still exists in the furnace center even at the outlet of the tertiary combustion zone.
(CO concentration distribution)
According to the embodiment, as shown in FIG. 9 (a), oxygen is supplied over a wide range of the secondary combustion region by the combination of the central air flow and the swirl flow of the secondary air, and the combustion is promoted. As a result, the CO concentration that is unburned is reduced to a level that remains slightly in the center of the furnace in the secondary combustion region, and the CO concentration is substantially zero in the tertiary combustion region.
一方、比較例によれば、図9(b)に示すように、2次燃焼域および3次燃焼域共に炉外周側に空気の偏りが発生しているため、炉中心部での空気不足が発生し、燃焼が促進されていない。その結果、2次燃焼域及び3次燃焼域の炉中心部にCO濃度が高い領域が残っている。 On the other hand, according to the comparative example, as shown in FIG. 9 (b), since air deviation occurs on the outer periphery side of the furnace in both the secondary combustion area and the tertiary combustion area, air shortage at the furnace center portion is caused. Generated and combustion is not promoted. As a result, regions where the CO concentration is high remain in the center of the furnace in the secondary combustion region and the tertiary combustion region.
以上説明したように,本発明の実施形態によれば、炉壁から炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて吹込む第1の空気流である旋回流と、炉壁から炉心に向けて吹込む第2の空気流である中心吹込み流とを混在させていることから、旋回流によって低温の燃焼用空気が炉壁側に偏るのを防いで、溶融スラグの生成および捕集を図ると同時に、炉断面における燃焼用空気の濃度を平均化することができる。その結果、従来、炉心部を吹き抜けて不完全燃焼のまま排出される現象を防止することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the swirl flow that is the first air flow blown from the reactor wall toward the tangential direction of the virtual circle centered on the reactor core, and the reactor wall toward the reactor core. Therefore, it is possible to prevent the low-temperature combustion air from being biased toward the furnace wall by the swirling flow, and to generate and collect molten slag. At the same time, the concentration of combustion air in the furnace cross section can be averaged. As a result, it is possible to prevent a phenomenon that the exhaust gas is blown through the core portion and discharged incompletely.
また、実施例に示したように、2次空気に中心吹込み流を混在させることにより、比較例に比べて顕著な効果が得られる。 Moreover, as shown in the Example, a remarkable effect is acquired compared with a comparative example by mixing a center blowing flow with secondary air.
しかしながら、本発明は、実施例に限られるものではなく、要は、燃焼用空気の吹込みを旋回流と中心吹込み流とを混在させて、炉心部を吹き抜けて不完全燃焼のまま排出される燃焼ガスを低減することを本旨とする。 However, the present invention is not limited to the embodiment. In short, the combustion air is blown out through the core portion by mixing the swirling flow and the central blowing flow, and is discharged as incomplete combustion. The main purpose is to reduce the combustion gas.
ただし、1次空気による燃焼域は、溶融スラグが生成される温度に達していないことが多いから、溶融スラグを捕集するための強い旋回流は必ずしも必要でない。したがって、熱分解カーボンを旋回して投入する程度の攪拌効果があればよいので、中心吹込み流のみで十分である。 However, since the combustion zone by primary air often does not reach the temperature at which molten slag is generated, a strong swirling flow for collecting molten slag is not necessarily required. Therefore, it is sufficient to have an agitation effect to the extent that the pyrolytic carbon is swirled and charged, so that only the central blowing flow is sufficient.
一方、2次空気を吹込む領域は、活発な燃焼域であり、かつ溶融スラグが生成される状態にあるから、旋回流と中心吹込み流とを混在させることが必要である。また、3次空気を吹込む領域は、2次燃焼域と同様に活発な燃焼域であり、かつ溶融スラグが生成される状態にある。しかし、2次燃焼域で十分に空気の混合がなされていれば、旋回流を主流として吹込むことが溶融スラグ捕集の点から好ましい。いずれにしても、本発明は、2次空気と3次空気の吹込み流を組み合わせて、必要な空気量を旋回流と中心吹込み流とに分散し吹込むようにすればよい。 On the other hand, since the region where the secondary air is blown is an active combustion region and is in a state where molten slag is generated, it is necessary to mix the swirling flow and the central blowing flow. Moreover, the area | region which blows in tertiary air is an active combustion area like a secondary combustion area, and exists in the state in which molten slag is produced | generated. However, if the air is sufficiently mixed in the secondary combustion zone, it is preferable from the viewpoint of collecting molten slag that the swirl flow is blown as the main flow. In any case, the present invention only needs to disperse and blow the necessary amount of air into the swirling flow and the central blowing flow by combining the blowing flow of the secondary air and the tertiary air.
1 燃焼溶融炉
3 主バーナ
4 補助バーナ
6 投入ノズル
7 水平煙道部
8 垂直煙道
9 溶融スラグ排出口
11 吹込みノズル(1次空気)
12、12a、12b 吹込みノズル(2次空気)
13 吹込みノズル(3次空気)
14 炉壁
15 仮想円
DESCRIPTION OF
12, 12a, 12b Blowing nozzle (secondary air)
13 Blowing nozzle (tertiary air)
14
Claims (3)
前記1次空気の複数の吹込みノズルは、同一高さの炉周囲に沿って分散して、かつ炉心に向けて設けられ、
前記2次空気の複数の吹込みノズルは、炉周囲に沿って分散しかつ炉高方向に2段に分けて配置され、炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた下段の第1の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた上段の第2の吹込みノズルとを有してなり、
前記3次空気の複数の吹込みノズルは、同一高さの炉周囲に沿って分散して配置され、かつ炉心を中心とする仮想円の接線方向に向けて設けられた第1の吹込みノズルと炉心に向けて設けられた第2の吹込みノズルの少なくとも一方を有してなることを特徴とする燃焼溶融炉。 A combustion substance injection nozzle provided at the top of the furnace and into which at least one of the pyrolysis gas and pyrolysis carbon combustion substance is introduced; a plurality of primary air injection nozzles provided at the upper part of the furnace; A plurality of secondary air blowing nozzles provided between the position of the blowing nozzle and the furnace bottom, and the tertiary air provided between the position of the blowing nozzle of the secondary air and the furnace bottom. In a combustion melting furnace provided with a plurality of blowing nozzles,
The plurality of primary air blowing nozzles are distributed along the periphery of the furnace at the same height and provided toward the core,
A plurality of blow nozzles of the secondary air are arranged in two stages in the dispersed and Rodaka along the periphery furnace, the lower disposed toward the tangential direction of the virtual circle around the furnace heart A first blowing nozzle and an upper second blowing nozzle provided toward the core,
A plurality of blow nozzles of the tertiary air is distributed along the furnace around the same height, and the first blow provided toward the tangential direction of the virtual circle around the core combustion melting furnace, characterized by comprising at least one second blowing nozzle provided towards the nozzle and the core.
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