JP2643720B2 - 煙道ガス中の放出汚染物質を減少する方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、都市固体廃棄物(Ｍ
ＳＷ)と塵芥物源の燃料(ＲＤＦ)を含む可燃性物質の燃
焼から出てくる煙道ガス中のＮＯx(窒素酸化物)、ＳＯx
(硫黄酸化物)、ＨＣl(塩化水素)、ＣＯ(一酸化炭素)、
全炭化水素(ＴＨＣ)および塩素化された炭化水素(ＣＨ
Ｃ)を含む汚染物質の放散を高温の炉の中で減少させる
方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】可燃性物質(可燃物、可燃材料)、特に都
市型の固体廃棄物(ＭＳＷ)又は塵芥物源の燃料(ＲＤＦ)
等の廃棄物を燃焼する為の既存の方法と装置は、燃焼室
の可燃性物質の取り入れ口側から燃焼室の焼却灰の取り
出し側へ可燃性物質を移動させる為に往復運動する、又
は移動走行する傾斜の付いた又は水平のストーカー(給
炭機)火格子を備えた燃焼室を含んでいる。可燃性物質
の燃焼に必要な化学量論的(理論的)当量の一般に１.０
から１.３当量の燃焼用空気の一部はストーカーの火格
子の下から供給される。典型的には、火格子下の空気と
呼ばれるそのような燃焼用空気は、ストーカーの火格子
の上にある物質を乾燥し、燃焼させる為にストーカーの
火格子を通して分配される。可燃性物質は、最初にスト
ーカー火格子の乾燥部または乾燥用火格子の上で乾燥さ
れ、次いでストーカー火格子の燃焼部または燃焼用火格
子の上で燃焼される。主として灰から成る燃焼用火格子
からの残留物は、ストーカー火格子の燃え切り(burnou
t)部分または燃え切り用火格子の上で脱カーボンされ又
は更に燃焼される。底に溜まった焼却灰は次にアッシュ
ピット(灰溜め穴)を通して除去される。カーボンを確実
に燃え尽きさせる為に、カーボンの燃え尽きに必要な理
論水準量以上の高水準の過剰空気が燃え切り用火格子の
処に維持される。ストーカー火格子からの燃焼生成物
は、一般には二酸化炭素(ＣＯ₂)、水蒸気(Ｈ₂Ｏ)、窒素
酸化物(ＮＯx)、硫黄酸化物(ＳＯx)、塩化水素(ＨＣ
l)、一酸化炭素(ＣＯ)、全炭化水素(ＴＨＣ)、および塩
素化された炭化水素(ＣＨＣ)を含んでいる。環境保全の
理由から、大気中に煙道ガスと一緒に放出される此のプ
ロセスからの放散物、特にＮＯx、ＳＯx、ＨＣl、Ｃ
Ｏ、ＴＨＣ及びＣＨＣの量を制御することが必要であ
る。ＣＯとＴＨＣはストーカー火格子の上に導入される
オーバーファイアー空気(overfire air)の添加量を制御
することによって容易にコントロールすることができ、
ストーカー火格子から発生する燃焼生成物と混合される
が、ＮＯx、ＳＯx、ＨＣl及びＣＨＣの放散物を減らす
には異なったアプローチが必要である。実際、オーバー
ファイアー空気を添加すれば、オーバーファイアー空気
の噴射点の下流に於ける過剰空気量の水準は、可燃性物
質の完全燃焼の化学量論的必要量の６０％から１００％
になるが、それは却って燃料のＮＯxの有意的な量の形
成に貢献する。発明者らの測定に基づくと、典型的な大
量燃焼操業は、ストーカー火格子の上で発生するプロセ
スを起源とするＮＯxの総量の約３０％、そしてオーバ
ーファイアー空気の噴射点とその下流では約７０％を結
果として齎らす。

【０００３】大抵の場合、可燃性物質の燃焼によって発
生する熱を回収する為のボイラーは、燃焼装置全体にと
って欠くことのできないの構成部分である。或る場合
は、ボイラーの下流からの煙道ガスの一部分は、酸素濃
度を減らし燃焼温度を下げて、それによってＮＯxの生
成を禁止する為に燃焼室に再循環される。しかしなが
ら、煙道ガスの再循環(ＦＧＲ)は、一般に煙道ガス中の
ＣＯとＴＨＣの濃度を高める結果となり、ＦＧＲをＮＯ
x生成を減らす為の技法として用いることは著しく不利
益である。

【０００４】ＮＯx、ＳＯx、ＨＣl、ＣＯ、ＴＨＣ、Ｃ
ＨＣを全部一緒に纒めて減らす為の既知の炉内(in‐fur
nace)プロセスは、燃焼生成物の燃焼室内に於ける比較
的長い滞留時間を必要とし、一般に、煙道ガスの中で高
々約４０％〜５０％のＳＯxの減少と最高でも６０％の
ＨＣlの減少を与えるに過ぎない。

【０００５】ボイラーの煙道ガスの中のＮＯx、ＳＯx、
ＨＣl、ＣＯ、ＴＨＣ、ＣＨＣを組み合わせて−しかし
全部を同時にではない−減少する為の一つの既知の方法
は、一次燃焼ゾーンの上の燃焼室の領域に炭化水素燃料
を噴射し、炭化水素燃料を一次燃焼ゾーンからの燃焼生
成物と混合し、酸素不足に基づくＮＯxの生成を禁止
し、併せてゾーン内部でＮＨ₃とＨＣＮ等の固定窒素種
(ＦＮＳ)を分解する還元ゾーンを形成する方法を含む。
次に、還元ゾーンを出て酸化ゾーンに入る燃焼生成物中
の可燃物の完全燃焼を確実なものにする為にオーバーフ
ァイアー空気を還元ゾーンの上の酸化ゾーンの中に噴射
する。最後に、石灰石又はドロマイトのような吸収剤
(又は、収着剤)を酸化ゾーンの上の更に別のゾーンに噴
射し、酸化ゾーンからの燃焼生成物と混合し、それによ
って此の別のゾーンから出る燃焼生成物のＳＯxとＨＣl
の含有量を減少させる。この方法では、ＮＯx、ＳＯx、
ＨＣl、ＣＯ、ＴＨＣ、ＣＨＣの非‐同時性減少の為
に、種々のゾーン内での燃焼生成物の長い滞留時間が必
要であり、順に今度はその長い滞留時間の為に一般によ
り大きな燃焼装置が必要になる。

【０００６】燃焼プロセスからのＮＯxの放散を減らす
為の幾つかの技法は従来技術の中で教えられる。米国特
許第３,７８１,１６２号は、燃料の燃焼によって生ずる
ＮＯxの形成を減らす為に再循環の煙道ガスを炉の中に
噴射する前に燃焼用空気と混合する為の装置を教示す
る。

【０００７】米国特許第３,９３８,４４９号は、廃棄物
処理にロータリーキルンの使用を教えるが、この方法で
は、廃棄物はＮＯxの生成を防止する為に２２００°Ｆ
以下の温度で化学量論的条件の下に燃焼される。キルン
から出る熱ガスは蒸気発生機に通され、その後に熱ガス
はキルンに導入される前の廃棄物の予熱と脱水の為に用
いられる。最後の段階として、キルンから出るガスはス
クラバーに送られてガス洗浄され、次いで蒸発ポンドに
送られて、そこでガスからの固体物質は沈着する。

【０００８】米国特許第４,３３６,４６９号は、化石燃
料を燃焼機の中で化学量論的に燃やして高温で燃料‐リ
ッチの生成物ガスを製造する磁気流体力学発電プラント
の操業方法を教示する。天然ガスのような還元剤が、燃
焼機を出て一次滞留室(dwell‐chamber)へ送られる途中
の燃料‐リッチな生成物ガスの中に噴射される。発生す
る混合物は一次滞留室に大凡そ１秒間保留され、その間
に燃焼機の中で生成したＮＯxの一部は還元剤で分解さ
れる。燃料‐リッチな生成物ガスは、次ぎにアフターバ
ーナーへ送られてそこで燃焼は完了し、過剰の還元剤は
総て消費される。

【０００９】米国特許第４,６７２,９００号は、ＮＯx
の生成を抑制し、煙道ガスの渦巻きを除去して、それに
よって煙道ガスが燃焼室を出て炉のエコノマイザー(節
炭器)セクションへ入る迄の煙道ガスの全行程を通じて
温度を均一化する為に燃焼室内の火の玉(fireball)の上
の部分へ二次燃焼用空気を噴射する為の噴射ポートを有
する接線方向にガス焚きする(tangentially‐fired)炉
を教示する。

【００１０】関連する米国特許第４,０１３,３９９号、
同４,０５０,８７７号、同３,９５５,９０９号は、二段
階燃焼を用いる煙道ガス中の気体汚染物質の減少方法を
教える。燃料は燃焼室の中で不足当量的(substoichiome
tric)条件の下に、有意的量のＮＯxが製造されるような
温度よりも低い温度で燃やされる。燃焼ガスは燃焼プロ
セスを完了させる為に複数の有孔管を通して追加の空気
が噴射される二次燃焼ゾーンを通過する。二次燃焼ゾー
ンの温度も同じく有意的な量のＮＯxが生成する温度以
下に保たれる。

【００１１】米国特許第４,５８９,３５３号は、炉の中
で上に向かって流れる燃焼生成物の速度を減ずる為に、
炉の横断面積が炉の高さの増加に比例して増加する様に
なっている木材チップ又は他のセルロース(繊維素)系燃
料の燃焼用の炉を教える。炉の構造がその様になってい
る為、結果として、若しも上に向かって流れる燃焼ガス
に最初に拾い上げられた不完全燃焼の粒子が多少でも有
れば、その粒子はガス速度が粒子の最終速度と等しくな
る高さに達すると、その時点で粒子は更に燃焼して、よ
り低い速度のガスによって炉の外へ運ばれる位に粒子サ
イズが小さくなる迄空気中に浮遊し続けることになる。
燃焼を支える空気は可燃性物質を支える火格子の下の開
口部を通って導入される。二次空気は火格子の上部領域
に於いて炉の中に噴射されて酸化性の二次燃焼ゾーンを
形成する。

【００１２】米国特許第４,５３８,５２９号は、二次燃
焼ゾーン(このゾーンの中で塵芥物の燃焼から発生する
揮発性成分(ヒューム)は完全燃焼する)を形成する燃焼
用火格子上での塵芥の燃焼から出る煙道ガスの流れの中
に高速度で二次空気の流れを吹き込むノズル箱を教え
る。

【００１３】米国特許第４,６２４,１９２号、同４,６
４６,６６１号、同４,６２８,８３３号は、ストーカー
型式の炉に於ける汚染空気の使い方を教示する。

【００１４】最後に、米国特許第４,７７９,５４５号
は、固定窒素を極めて少量か又は全く含まない天然ガス
又は他の液体燃料のパルスを炉の上部に噴射することに
よって燃焼炉の煙道ガスからのＮＯx放散物を減少させ
る方法と装置を開示する。この場合は炉の上部で燃料
は、炉の下部で石炭の燃焼から生ずるＮＯx‐積載の煙
道ガスと混合してアンモニア類似の化合物と窒素ガスを
形成する。アンモニア類似の化合物は煙道ガス中の追加
量のＮＯxと反応して、窒素ガス、水蒸気、二酸化炭素
を形成し、結果として煙道ガス中のＮＯxの減少を齎ら
す。

【００１５】以上、論議してきた従来技術の中には、都
市型固体廃棄物、塵芥源の燃料などの可燃性物質を燃焼
室で燃焼した時に出る煙道ガス中のＮＯx、ＳＯx、ＨＣ
l、ＣＯ、ＴＨＣ、ＣＨＣの同時一括減少方法を開示、
若しくは示唆するものは一つも無い。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】燃焼炉、特に高温燃焼
炉の燃焼室の中で、可燃性物質の燃焼から生ずる煙道ガ
ス中のＮＯx、ＳＯx、ＨＣl、ＣＯ、ＴＨＣ、ＣＨＣの
放散物を同時減少する方法と装置を提供するのが此の発
明の一つの目的である。

【００１７】燃焼炉の熱操業の全体的な効率を高めなが
ら、一方で可燃性物質の燃焼から生ずる煙道ガス中のＮ
Ｏx、ＳＯx、ＨＣl、ＣＯ、ＴＨＣ、ＣＨＣの放散物を
炉の燃焼室の中で同時減少するのが此の発明の別の目的
である。

【００１８】煙道ガス中のＮＯx、ＳＯx、ＨＣl、Ｃ
Ｏ、ＴＨＣ、ＣＨＣを減少する為の多重燃焼ゾーン−そ
れには可燃性物質を燃焼する一次(主)燃焼ゾーン、一次
燃焼ゾーンから出る燃焼生成物中のＮＯx、ＳＯx、ＨＣ
l、ＦＮＳ(固定窒素種)を同時還元する還元性の二次燃
焼ゾーン、ＳＯxとＨＣlを更に減少し、還元性の二次燃
焼ゾーンから出る燃焼生成物中に残留する総ての可燃物
を更に追加のＮＯxを形成すること無しに完全燃焼する
酸化性の三次燃焼ゾーンが含まれる−を提供するのが此
の発明の更に別の目的である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、可燃性
物質を少なくとも一つの乾燥用火格子、少なくとも一つ
の燃焼用火格子、少なくとも一つの燃え切り用火格子を
有するストーカー型式の炉の燃焼室を限定する複数の壁
の中に噴射する此の発明の一つの具体例に従って達成さ
れる。少なくとも一つのアッシュピットが燃焼室内の燃
え切り火格子の下流に配置されている。燃焼室の排気端
には、燃焼生成物中の熱を蒸気発生に、又は幾つかの他
のプロセスに対して熱エネルギーを提供する為に利用す
るボイラー又は他の熱回収装置がある。

【００２０】少なくとも一つの可燃性物質の入り口が、
燃焼室の少なくとも一つの壁の中に、可燃性物質が燃焼
室内の乾燥用火格子の上に向けて導入されるような位置
に設けられている。少なくとも一つの導管が一次燃焼用
空気源または火格子下の空気源と火格子下の空間とに通
じている。火格子下から燃焼室に噴射される一次燃焼用
空気は、１)可燃性物質を乾燥用火格子の上で乾燥す
る、２)燃焼用火格子の真上に一次燃焼ゾーンを形成す
る為に乾燥用火格子から燃焼用火格子へ可燃性物質を前
進する手段によって予め移動された乾燥可燃性物質を燃
焼する、３)可燃性物質の前送り手段によって燃え切り
用火格子の上に移動された燃焼用火格子から出る灰の中
に残っている総ての可燃性物質を燃え尽きさせる為に使
用される。燃え切り用火格子からの灰はアッシュピット
の中に堆積される。

【００２１】この発明の好ましい具体例では、燃焼室の
壁の中にある開口部を通して、吸収剤のカ焼(calcinati
on)から出る燃焼生成物、カ焼された吸収剤と天然ガ
ス、および/またはボイラーの排気または燃焼炉の熱回
収セクションから再循環された煙道ガスの混合物が一次
燃焼ゾーンの直ぐ真上にある燃焼室の中に導入されて酸
素不足の二次燃焼ゾーンを形成する。この発明の別の具
体例では、カ焼されない吸収剤が一次燃焼ゾーンの直ぐ
真上にある燃焼室の中に導入されて酸素不足の二次燃焼
ゾーンを形成する。酸素不足の二次燃焼ゾーンに導入す
ることができる他の流体としては、水、水蒸気、工業銘
柄の窒素Ｎ₂と酸素Ｏ₂及び空気がある。この開示の目的
からは、二次燃焼ゾーンに関して“酸素不足"という言
葉は、窒素と窒素‐含有化合物を二次燃焼ゾーン内のＮ
Ｏxに酸化する為に不十分な酸素を意味する。

【００２２】燃焼室へ導入する前に吸収剤をカ焼するこ
とは、カ焼してない吸収剤を燃焼室に導入する時に要す
る時間と比較して、酸素不足の二次燃焼ゾーンの中でＳ
ＯxとＣlの転換に要する時間を減少する。このことは、
カ焼してない吸収剤を燃焼室に導入する時は、ＳＯxと
Ｃlの転換が起こる前に燃焼室内で吸収剤のカ焼が起こ
り、その為に酸素不足の二次燃焼ゾーンに於ける燃焼生
成物の滞留時間に余分の時間が追加されるから確かにそ
の通りである。酸素不足の二次燃焼ゾーンでは、一次燃
焼ゾーンで発生したＳＯxとＨＣlは有意的に減少し、固
定窒素種(ＦＮＳ)の大部分が分解する。

【００２３】この発明の一つの具体例では、ボイラー又
は炉の熱回収セクションの排気から煙道ガスを吸い出し
て、それらを酸素不足の二次燃焼ゾーンへ再循環する為
に工業銘柄の窒素が使用される。

【００２４】燃焼室の壁の中にある更に別の開口部を通
して、燃焼室の燃え切り用火格子の上部から引き抜かれ
た汚染空気と新鮮な空気の少なくとも一つから成るオー
バーファイアー空気が酸素不足の二次燃焼ゾーンの直ぐ
真上にある燃焼室に導入されて酸化性の三次燃焼ゾーン
を形成する。工業銘柄の酸素も同じくオーバーファイア
ー空気の成分となり得る。この発明の一つの具体例によ
れば、燃え切り用火格子の上部から汚染された空気を吸
い出して三次燃焼ゾーンに供給する為に工業銘柄の酸素
が使用される。酸素不足の二次燃焼ゾーンから此のゾー
ンへ入る一酸化炭素、水素、未燃焼の炭化水素および他
の可燃物の燃焼は此の酸化性の三次燃焼ゾーンの中で完
結する。同じく、このゾーンの中で起こるのは、燃焼生
成物中のＳＯxとＨＣlの更に一層の減少である。この発
明の方法と装置を用いることによって、煙道ガス中のＮ
Ｏxは約５０％から約７０％だけ減少し、煙道ガス中の
ＳＯxは約８０％から約９５％だけ減少し、ＨＣlは約９
５％から約９９％も減少するが、一方でＣＯとＴＨＣ
は、夫れぞれ約３０ppmと約３ppm以下の水準に保たれ
る。更に加えて、ボイラーの中でのＣＨＣの生成が防止
され、煙道ガス中のＣＨＣ濃度を約９５％から約９９％
も減少する。

【００２５】燃焼室に導入される吸収剤は、燃焼室の中
で燃焼生成物によって連行されて燃焼室、下流にあるボ
イラーの総ての対流通路、並びにボイラーの排気とボイ
ラーに接続する微粒子除去装置に連結する煙道ガスのダ
クトを通って運搬される位の粒子サイズを持つべきであ
る。ストーカー火格子の上には事実上、何等の吸収剤の
堆積も有ってはならない。ストーカー火格子上に多少で
も消費された又は未消費の吸収剤が残っていれば、それ
らはボトムの灰と一緒に除去される。

【００２６】この発明の好ましい具体例では、燃焼室に
導入される吸収剤は、好ましくは、約１μmから約１０
μmの範囲の粒子サイズを持つ。燃焼室に導入される吸
収剤の量は、カルシウム対硫黄およびカルシウム対塩化
物の比が約１:１から約４:１の範囲になるようにすべき
である。

【００２７】この発明の好ましい具体例では、酸素不足
の二次燃焼ゾーンと酸化性の三次燃焼ゾーンの中に噴射
される流体は、燃焼室の壁に関して接線方向に流体が燃
焼室に噴射されるように燃焼室の壁の中に設けられたノ
ズルを通して噴射される。発明の更に別の好ましい具体
例では、流体は水平に関して或る角度を以て接線方向ま
たは半径方向に燃焼室内に噴射される。

【００２８】この発明の好ましい具体例によれば、吸収
剤のカ焼は、炉とは別個の、そして炉から離れた場所に
あるカ焼器の中で行なわれる。燃焼用空気と炭化水素燃
料の最初の部分は吸収剤が入っているカ焼器の中に導入
され、強熱されて燃焼生成物/カ焼吸収剤の混合物を形
成する。得られた燃焼生成物/カ焼吸収剤の混合物と炭
化水素燃料の残りの部分は燃焼室の中に噴射されて酸素
不足の二次燃焼ゾーンを形成し、このゾーンの中で一次
燃焼ゾーンからの燃焼生成物中のＳＯx、ＨＣl及びＦＮ
Ｓが還元される。使用されるカ焼器は、この発明のプロ
セスに適した任意の慣用のカ焼装置であっても良い。好
ましいカ焼器はサイクロン形式のものであって、この場
合は燃焼用空気と炭化水素燃料はカ焼器の壁に対して接
線方向に噴射され、燃焼生成物をカ焼器の内部でサイク
ロン(旋風)‐状に渦を巻かせる。吸収剤は、好ましく
は、約１６００°Ｆから約２２００°Ｆの範囲の温度で
カ焼される。

【００２９】この発明の一つの具体例によれば、カ焼器
を出る燃焼生成物/カ焼吸収剤の混合物は炭化水素燃料
の残りの部分と混合されて燃焼室内に噴射され、酸素不
足の二次燃焼ゾーンを形成する。酸素不足の二次燃焼ゾ
ーンの温度は、好ましくは約１６００°Ｆから約２４０
０°Ｆである。

【００３０】この発明の別の具体例によれば、燃焼生成
物ガス/カ焼吸収剤の混合物と炭化水素燃料の残りの部
分は別々に燃焼室に噴射され、それらは燃焼室の中で混
合されて酸素不足の二次燃焼ゾーンを形成する。この発
明の更に別の具体例では、炉のボイラー部の排気端から
再循環される煙道ガスは、燃焼生成物/カ焼吸収剤の混
合物及び炭化水素燃料の残りの部分と一緒に、酸素不足
の二次燃焼ゾーンの中に噴射される。

【００３１】この発明の一つの具体例では、燃焼室の壁
の中に形成された開口部の内部に、好ましくは、燃え切
り用火格子の上に、ファン、ブロワー、コンプレッサー
又は他のタイプの空気の移動用または圧縮用の装置の入
り口が嵌め込まれていて、この入り口を通して燃え切り
用火格子の上から汚染空気が引き抜かれ、圧縮され、還
元性の二次燃焼ゾーンの上の燃焼室の中にノズルを通し
て再噴射されて酸化性の三次燃焼ゾーンを形成する。発
明の別の具体例では、汚染された空気は新鮮な空気と混
合されてから燃焼室の中に噴射される。更に別の具体例
では、新鮮な空気のみが酸素不足の二次燃焼ゾーンの上
の燃焼室の中に噴射されて酸化性の三次燃焼ゾーンを形
成する。更に別の具体例では、工業銘柄の酸素を汚染さ
れた空気と混合してから燃焼室に噴射する。

【００３２】オーバーファイアー空気、即ち、燃焼室の
中に噴射されて酸化性の三次燃焼ゾーンを形成する汚染
空気および/または新鮮な空気および/または工業銘柄の
酸素の量は、還元性の二次燃焼ゾーンから此のゾーンに
入ってくる一酸化炭素、水素、炭化水素および他の可燃
物の完全燃焼に必要な量の約５％から約５０％過剰の空
気を酸化性の三次燃焼ゾーンの内部に与えるのに十分な
量である。

【００３３】発明のこれらの目的と他の目的および特徴
は、ここに含まれる記述と図からより一層容易に理解さ
れ、評価されるだろう。

【００３４】明細書と特許請求の中で用いられているＮ
Ｏxとは、窒素の酸化物またはＮＯ、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ等の
酸化窒素;ＳＯxとは硫黄の酸化物またはＳＯ₂とＳＯ₃の
ような酸化硫黄;ＴＨＣは全炭化水素;ＣＨＣは塩素化さ
れた炭化水素;ＦＮＳはＮＨ₃とＨＣＮのような固定窒素
種;そしてＨＣlは塩化水素のことである。一次燃焼ゾー
ンとは可燃性物質の燃焼が起こるゾーンのことで、燃焼
用火格子の直ぐ真上の近傍にある。二次燃焼ゾーンは、
一次燃焼ゾーンの下流にある燃焼室の一定容積部分であ
り、一次燃焼ゾーンからの燃焼生成物はここに流れ込
む。三次燃焼ゾーンは二次燃焼ゾーンの下流にある燃焼
室の一定容積部分であり、二次燃焼ゾーンから派生する
燃焼生成物がここに流入する。この明細書と特許請求の
範囲の中で用いられている“可燃性物質"という言葉
は、燃焼することのできる総ての適当な物質を意味す
る。しかしながら、その言葉の範囲を少しでも限定する
積もりは無いが、この発明の方法と装置の中で用いられ
る“可燃性物質"とは、典型的には都市の固体廃棄物(Ｍ
ＳＷ)、塵芥物源の燃料(ＲＤＦ)、及び/又は他の類似の
固体廃棄物であろう。その他に廃棄物にはガラス、金
属、紙および/またはＲＤＦの場合のように配合物から
除去されたプラスチック材料も含まれるが、それも此の
発明の燃焼炉の中で可燃性物質として使用できるものと
考えられる。最後に、この明細書全体を通して、又特許
請求の範囲の中で用いられている“酸素不足の"という
言葉は、窒素または窒素‐含有化合物の存在でＮＯxの
生成を促進する不十分な酸素という意味である。

【００３５】この発明の一つの具体例による可燃性物質
の燃焼装置、即ち、炉１０が図１の図式的横断正面図に
示されている。複数の炉壁１２が燃焼室１５を限定す
る。燃焼室１５の内部に、好ましくはその下の部分に位
置するストーカー火格子は、少なくとも一つの乾燥用火
格子部分２０、少なくとも一つの燃焼用火格子部分２
５、及び少なくとも一つの燃え切り用火格子３０部分か
ら成る。少なくとも一つのアッシュピット出口３５が燃
え切り用火格子部分３０からの灰を受けるような位置に
配置されている。少なくとも一つの可燃性物質の入り口
手段３７が火格子の上方の炉壁１２の中に配置され、可
燃性物質が燃焼室１５に入って乾燥用火格子部分２０の
上に流れるようになっている。可燃性物質は可燃性物質
前進手段によって乾燥用火格子部分２０から、燃焼用火
格子部分２５の上に、更に燃え切り用火格子部分３０の
上に、最後にアッシュピット出口３５の中に落ちるよう
に前送りされる。

【００３６】火格子下の空気供給手段は、乾燥用火格子
部分２０、燃焼用火格子部分２５及び燃え切り用火格子
部分３０の少なくとも一つの下の空間と火格子下の空気
源とに通じる少なくとも一つの火格子下の空気導管４０
から成る。火格子下の空気導管４０は火格子の下に空気
を、次いで火格子を通して火格子下の空気を供給する為
に使用される。火格子下の空気源とストーカー下の少な
くとも一つの空間は火格子下の空気導管４０と通じてい
て、同じく火格子下空気を火格子の下と次ぎに火格子を
通して供給する為に使われる。火格子下の空気は、燃焼
室１５の中で可燃性物質を燃焼する為の主たる空気源で
ある。可燃性物質の燃焼は、燃焼室１５の中で一次燃焼
ゾーンを形成する燃焼用火格子部分２５の直ぐ真上の近
傍で起こる。

【００３７】少なくとも一つの吸収剤入り口手段４４が
炉壁１２に固定され、燃焼室１５に通じている。吸収剤
入り口手段は炉壁１２に固定され燃焼室１５に通じる少
なくとも一つの吸収剤入り口ノズル４３を含むことがで
きる。燃焼生成物と図４に示されるカ焼器５０からのカ
焼された吸収剤の混合物、炭化水素燃料、好ましくは天
然ガス、及び随意的には炉のボイラー部分(図には示さ
れない)から再循環された煙道ガスが吸収剤入り口ノズ
ル４３を通して燃焼室１５の中に噴射され、一次燃焼ゾ
ーンからの燃焼生成物が流入する酸素不足の二次燃焼ゾ
ーンを一次燃焼ゾーンの直ぐ下流に作り出す。この発明
の別の具体例では、吸収剤、好ましくは、カ焼されてい
ない石灰石および/またはドロマイトが、表向きは発生
する酸素不足の二次燃焼ゾーン内の混合を高める目的
で、吸収剤入り口ノズル４３を通して燃焼室１５の中に
噴射される。酸素不足の二次燃焼ゾーンの温度は、好ま
しくは、約１６００°Ｆと２４００°Ｆの間にあり、そ
して酸素不足の二次燃焼ゾーン内の酸素濃度は、好まし
くは、二次燃焼ゾーン内で可燃物を完全燃焼する為に要
する化学量論的必要量(理論量)の約０.６と１.２の間に
ある。少なくとも一つのオーバーファイアー空気手段６
０が炉壁１２に固定され、燃焼室１５に通じている。オ
ーバーファイアー空気手段は、炉壁１２に固定されて燃
焼室１５に通じるオーバーファイアー空気ノズル４５を
含むことができる。各オーバーファイアー空気ノズル４
５は、流体、好ましくは、燃え切り用火格子部分３０の
上から引き抜かれた汚染空気が酸素不足の二次燃焼ゾー
ンの下流で燃焼室１５の中に噴射されるような位置で炉
壁１２に固定されている。この発明の好ましい具体例で
は、各オーバーファイアー空気ノズル４５と各吸収剤入
り口ノズル４３は、夫れぞれの流体を燃焼室１５の中に
接線方向または半径方向に噴射するのに都合の良い位置
に配置されるか、又はその為の当該技術に公知の内部機
械的部材を持っている。流体の流れを燃焼室１５の中に
接線方向、又は半径方向に向ける為に、内部邪魔板(バ
ッフル)、内部または外部ノズル等を使用できることは
明らかである。このようにして流体の混合を高める渦巻
き(渦流)が燃焼室１５の中で得られるが、この場合の燃
焼室の断面の形状はいかなる形式のものでも良く、図３
に示されるように矩形の断面を持つ場合でさえも十分な
渦流を得ることができる。

【００３８】図３を参照すると、オーバーファイアー空
気ノズル４５は、燃焼室１５の内部に少なくとも一つの
渦流、好ましくは多重の渦流が形成されるように炉壁１
２に関して或る角度を以て配置させることができる。図
２に示されるように、オーバーファイアー空気ノズル４
５を水平に関して或る角度を以て位置させることによっ
て、流体を水平に関して或る角度を以て燃焼室１５の中
に噴射することができるのは明らかである。

【００３９】この発明の一つの具体例では、燃え切り用
火格子部分３０の上から汚染された空気を排気する為の
排気手段は、排気開口部３２の内部に、好ましくは、燃
え切り用火格子部分３０の上方に嵌め込まれた少なくと
も一つの誘導ドラフトファン３３から成る。誘導ドラフ
トファン３３は燃焼室１５内の燃え切り用火格子部分３
０の上から汚染された空気を排気するのに使用される。
この発明の別の具体例では、誘導ドラフトファン３３と
排出ノズルが、酸素不足の二次燃焼ゾーンの下流で燃焼
室１５に汚染された空気を噴射するのに用いられる。好
ましい具体例では、汚染された空気は、空気入り口手段
３４を通して汚染空気ダクト３１に噴射された新鮮な空
気と混合され、次に混合物はオーバーファイアー空気ノ
ズル４５を通して燃焼室１５の中に噴射されて、酸素不
足の二次燃焼ゾーンの下流にある酸化性の三次燃焼ゾー
ンを形成する。酸化性の三次燃焼ゾーンの温度は、好ま
しくは約１６００°Ｆと約２４００°Ｆの間である。オ
ーバーファイアー空気ノズル４５を通して噴射される汚
染空気および/または新鮮な空気の量は、酸化性の三次
燃焼ゾーンの内部に、好ましくは約５％から約５０％の
過剰空気を与えるのに十分な量である。

【００４０】排気開口部３２は燃え切り用火格子３０の
上方の炉壁１２の内部の適当な場所に、好ましくは、図
１に示されるように炉壁１２のトップ部分の内部に配置
することができる。汚染空気のダクト３１は排気開口部
３２の回りの炉壁１２に密閉的に固定される。誘導ドラ
フトファン３３は、ブロワー、コンプレッサーの吸い込
みノズル、又は他のいかなるタイプの適当な空気圧縮装
置またはブロワー手段でも良いことは明らかである。

【００４１】図４は此の発明の一つの具体例によるカ焼
器５０の横断面図を示す。炭化水素燃料、好ましくは、
天然ガスの最初の部分は燃焼用空気と混合されて、予め
吸収剤、好ましくは、石灰石またはドロマイトが導入さ
れたカ焼器５０の中で燃焼される。炭化水素燃料の最初
の部分は、炭化水素燃料入り口手段５６aを通してカ焼
器５０の中に導入される。炭化水素燃料入り口手段は、
カ焼器の壁に取り付けられ、カ焼器の燃焼室５２に通じ
る少なくとも一つの炭化水素燃料入り口ノズル５７aを
含むことができる。この発明は、明細書と特許請求の範
囲の全体を通して炭化水素燃料と、更に好ましい炭化水
素燃料として天然ガスを用いるものとして記述されてい
るけれども、メタノール、Ｎo.２燃料油、灯油(ケロシ
ン)、ディーゼル油、液体天然ガス、液体プロパンガス
も同じく此の発明に用いるのに適当である。燃焼用空気
は燃焼用空気入り口手段５４を通してカ焼器５０の中に
導入される。燃焼用空気入り口手段５４は、カ焼器の壁
５１に固定されカ焼器の燃焼室５２に通じる少なくとも
一つの燃焼用空気ノズル５５を含むことができる。吸収
剤はカ焼器の吸収剤入り口手段５８を通してカ焼器５０
の中に導入される。カ焼器の吸収剤入り口手段は、カ焼
器の壁５１に固定されカ焼器の燃焼室５２に通じる少な
くとも一つのカ焼器吸収剤入り口ノズル５９を含むこと
ができる。吸収剤は、流体の内部に含まれて運ばれ、そ
の侭流体と一緒にカ焼器５０の中に噴射できるように摩
砕された形にあるのが好ましい。得られる燃焼生成物/
カ焼吸収剤の混合物は、この発明の一つの具体例に従え
ば、残りの炭化水素燃料の混合手段５６bを通して導入
される炭化水素燃料の残りの部分、及び随意的には燃焼
炉のボイラー部分からの煙道ガスと混合され、吸収剤入
り口ノズル４３を通して燃焼室１５の中に噴射され、燃
焼室１５の内部に酸素不足の二次燃焼ゾーンを形成す
る。残りの炭化水素燃料混合手段は、カ焼器の壁５１に
固定されカ焼器の燃焼室５２に通じると共に燃焼室５２
の出口に近く位置する残りの炭化水素燃料混合ノズル５
７bを含むことができる。酸素不足の二次燃焼ゾーン内
の酸素の量は、このゾーンの中で可燃物を完全燃焼する
為の化学量論的必要量の約０.６から約１.２の間にある
のが好ましい。

【００４２】この発明の別の具体例によれば、燃焼生成
物/カ焼吸収剤の混合物、炭化水素燃料の残りの部分お
よび炉のボイラー部分から再循環される煙道ガスの夫れ
ぞれは、互いに独立に燃焼室１５の中に噴射され、燃焼
室１５の中で混合されて酸素不足の二次燃焼ゾーンを形
成する。

【００４３】この発明の一つの好ましい具体例によれ
ば、カ焼器５０の中に噴射される炭化水素燃料の最初の
部分は、吸収剤入り口ノズル４３を通して燃焼室１５の
中に噴射され酸素不足の二次燃焼ゾーンを形成する炭化
水素燃料の総量の約１％から約３０％から成る。カ焼器
５０の内部の温度は、好ましくは、約１６００°Ｆから
約２２００°Ｆの間にある。燃焼生成物/カ焼された吸
収剤の混合物と混合される炭化水素燃料の残りの部分
は、吸収剤入り口ノズル４３を通して燃焼室１５に噴射
される炭化水素燃料の総量の約７０％から約９９％から
成る。燃焼用空気、炭化水素燃料の最初の部分及び吸収
剤の完全な混合を促進する為にカ焼器５０は、好ましく
は、燃焼用空気、炭化水素燃料の最初の部分及び吸収剤
がカ焼器５０の中で図４に示すように渦流を形成するよ
うなサイクロン型式のものである。

【００４４】この発明によるプロセスでは、可燃性物質
は可燃性物質入り口３７を通して燃焼室１５の中の乾燥
用火格子部分２０の上部に導入される。可燃性物質は更
に、好ましくは往復運動と重力によって燃焼用火格子部
分２５と燃え切り用火格子部分３０の上を前送りされ
る。火格子下の空気は格子の下から供給され、次いで乾
燥用火格子部分２０、燃焼用火格子部分２５、燃え切り
用火格子部分３０を通り抜けながら、可燃性物質を乾燥
し、燃焼する。灰生成物は、燃焼室１５の内部にある燃
え切り用火格子部分３０の下流に位置するアッシュピッ
ト(灰ピット)出口３５を通して排出される。吸収剤は、
燃焼用空気と混合した炭化水素燃料の最初の部分が燃焼
するカ焼器５０の中で約１６００°Ｆから約２２００°
Ｆの温度でカ焼されて生成物ガス/カ焼吸収剤の混合物
を形成する。燃焼生成物/カ焼吸収剤は炭化水素の残り
の部分および随意的には炉のボイラー部分から再循環さ
れる煙道ガスと混合され、吸収剤入り口ノズル４３を通
して燃焼室１５の中に噴射されて、可燃性物質の燃焼に
よって形成される一次燃焼ゾーンの直ぐ下流に酸素不足
の二次燃焼ゾーンを形成する。別の具体例では、好まし
くは、石灰石またはドロマイトから成る吸収剤が炭化水
素燃料および随意的には炉のボイラー部分から再循環さ
れる煙道ガス、水、水蒸気、空気および/または工業銘
柄の窒素と混合され、吸収剤入り口ノズル４３を通して
燃焼室１５の中に噴射される。好ましい具体例では、炭
化水素燃料は天然ガスである。一次燃焼ゾーンで形成さ
れるＳＯx、ＨＣl及びＦＮＳの大部分は酸素不足の二次
燃焼ゾーンの中で同時還元される。還元性の二次燃焼ゾ
ーン内の燃焼生成物の平均滞留時間は、好ましくは、約
１秒から約４秒である。汚染された空気は燃え切り用火
格子部分３０の上から排除され、随意的に新鮮な空気又
は工業銘柄の酸素と混合されてオーバーファイアー空気
入り口４５を通して燃焼室１５の中に噴射され、酸素不
足の二次燃焼ゾーンの下流に酸化性の三次燃焼ゾーンを
形成する。燃焼生成物が酸化性の三次燃焼ゾーン内部に
滞留する平均時間は、好ましくは約１秒から約５秒であ
る。燃焼炉１０から出る煙道ガス中の全硫黄酸化物ＳＯ
xの放散物は約８０％から約９５％も減少し、全塩化水
素ＨＣl放散物は約９５％から約９９％も減少する。こ
のような放散物の減少は、公知の従来技術により得られ
る放散物の減少よりも相当に大きい。

【００４５】前述の明細書では、発明を幾つかの好まし
い具体例に関して記述し、多くの詳細事項を発明を例示
する目的から示してきたが、発明に更に別の具体例を追
加することは容易であり、そしてここに記述された詳細
の幾つかは本発明の基本原理から逸脱すること無しに相
当に変化させ得ることは当該技術に熟練した人にとって
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一つの具体例による可燃性物質
の燃焼用の炉の横断正面図である。

【図２】図２は水平に関して或る角度を以て取り付けら
れたノズルを有する本発明の一つの具体例による燃焼室
の上部炉壁の横断側面図である。

【図３】図３は流体を接線方向に噴射するのに使用でき
る固定されたノズルを有する本発明の一つの具体例によ
る燃焼室の上部炉壁の横断上面図である。

【図４】図４は本発明の一つの具体例によるカ焼器とオ
ーバーファイアー空気入り口を示す炉壁部分の横断面図
である。

【符号の説明】

１０ 炉 １２ 炉壁 １５ 燃焼室 ２０ 乾燥用火格子部分 ２５ 燃焼用火格子部分 ３０ 燃え切り用火格子部分 ３１ 汚染空気ダクト ３２ 排気開口部 ３３ 誘導ドラフトファン ３４ 空気入り口手段 ３５ アッシュピット出口 ３７ 可燃性物質の入り口 ４０ 火格子下の空気導管 ４３、４４ 吸収剤入り口ノズル ４５ オーバーファイアー空気ノズル ５０ カ焼器 ５１ カ焼器の壁 ５２ カ焼器の燃焼室 ５４ 燃焼用空気の入り口 ５５ 燃焼用空気のノズル ５６a 炭化水素燃料入り口手段 ５６b 炭化水素燃料混合手段 ５７a 炭化水素燃料入り口ノズル ５７b 残りの炭化水素燃料の混合ノズル ５８ カ焼器の吸収剤入り口手段 ５９ カ焼器の吸収剤入り口ノズル ６０ オーバーファイアー空気手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢ Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢＣ Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｆ２３Ｊ 15/00 Ａ Ｂ Ｊ (72)発明者 ジテンドラ・ジー・パテル アメリカ合衆国ジョージア州30062，マ リエッタ，オーク・トレイル・ドライブ 782 (72)発明者 アミラリ・ジー・レーマット アメリカ合衆国イリノイ州60559，ウエ ストモント，ハミルトン・アベニュー 543 (56)参考文献 米国特許5020456（ＵＳ，Ａ)

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の： (a)可燃性物質を燃焼室内の乾燥ゾーンに導入し; (b)該可燃性物質を予熱し、乾燥し、部分的に燃焼させ
   る為に該乾燥ゾーンに空気を供給し; (c)該可燃性物質を該燃焼室内の燃焼ゾーンに前進させ; (d)該可燃性物質を更に燃焼させる為に該燃焼ゾーンへ
   空気を供給し; (e)該可燃性物質を該燃焼室内の燃え切りゾーンへ前進
   させ; (f)該可燃性物質の未燃焼部分を最終的に燃え尽きさせ
   る為に該燃え切りゾーンへ空気を供給し; (g)該可燃性物質の上の該燃焼室に吸収剤、カ焼した吸
   収剤、及び燃料の一つを噴射して酸素不足の二次燃焼ゾ
   ーンを作り出し; (h)燃え切りゾーンから汚染した空気を排出し; (i)該酸素不足二次燃焼ゾーンの上の該燃焼室にオーバ
   ーファイアー空気と該汚染空気の少なくとも一つを噴射
   して、該可燃性物質の燃焼生成物中の可燃物を完全に混
   合して最終的に可燃物を燃え尽きさせる為の酸化性の三
   次燃焼ゾーンを形成し;そして (j)該燃焼室から灰を取り出す; 工程を含んで成る、燃焼炉の中で少なくとも窒素酸化
   物、硫黄酸化物および塩化水素を減少させる燃焼方法。
2. 【請求項２】 空気、吸収剤、および該燃焼室に噴射さ
   れる該燃料の全量に対して約１〜約３０％の量の、該燃
   料の最初の部分をカ焼器に導入してガス/カ焼吸収剤の
   混合物を形成する、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 該ガス/カ焼吸収剤の混合物と、該燃焼
   室に噴射される該燃料の該全量に対して約７０〜約９９
   ％の量の、該燃料の残りの部分を該可燃性物質の上の該
   燃焼室に噴射して該酸素不足二次燃焼ゾーンを作り出
   す、請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 該ガス/カ焼吸収剤の混合物を該燃焼室
   に噴射する前に該燃料の該残りの部分と該カ焼器の中で
   混合する、請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 再循環された煙道ガスを該酸素不足二次
   燃焼ゾーンに噴射する、請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 該燃料が天然ガスである、請求項１に記
   載の方法。
7. 【請求項７】 該カ焼器がサイクロン式燃焼炉である、
   請求項２に記載の方法。
8. 【請求項８】 該カ焼器が約１６００〜約２２００°Ｆ
   のカ焼器温度で運転される、請求項２に記載の方法。
9. 【請求項９】 該酸素不足二次燃焼ゾーンが約１６００
   〜約２４００°Ｆの酸素不足二次燃焼ゾーン温度に維持
   され、そして該酸素不足二次燃焼ゾーンの酸素濃度がそ
   の中で該燃焼生成物中の該可燃物を完全燃焼させる為の
   理論的必要量の約０.６〜約１.２当量である、請求項１
   に記載の方法。
10. 【請求項１０】 該一次燃焼ゾーンからの一次燃焼生成
    物が該酸素不足二次燃焼ゾーン内に滞留する一次平均滞
    留時間が約１〜約４秒である、請求項１に記載の方法。
11. 【請求項１１】 該酸素不足二次燃焼ゾーンからの二次
    燃焼生成物の二次平均滞留時間が約１〜約５秒である、
    請求項１に記載の方法。
12. 【請求項１２】 該酸化性三次燃焼ゾーンに噴射される
    該オーバーファイアー空気と該汚染空気の少なくとも一
    つが、該酸化性の三次燃焼ゾーン内に約５〜約５０％過
    剰の空気を提供する、請求項１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 該酸化性三次燃焼ゾーンが約１６００
    〜約２４００°Ｆの酸化性三次燃焼ゾーン温度に維持さ
    れる、請求項１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 該可燃性物質が固体の都市廃棄物、塵
    芥物源の再生燃料及びそれらの混合物の一つから成る、
    請求項１に記載の方法。
15. 【請求項１５】 該吸収剤が石灰石とドロマイトの一つ
    である、請求項１に記載の方法。
16. 【請求項１６】 次の： (a)燃焼室を画成する複数の壁; (b)少なくとも一つの乾燥用火格子部分、少なくとも一
    つの燃焼用火格子部分、及び少なくとも一つの燃え切り
    用火格子部分を含むストーカー火格子; (c)該燃焼室から灰を排出する為に該燃え切り用火格子
    部分の下流に位置して該燃焼室内に設けられたアッシュ
    ピット手段; (d)該壁の少なくとも一つの中に位置し、該乾燥用火格
    子部分の上に向けて該燃焼室に該可燃性物質を導入する
    ように位置した可燃性物質の入口手段; (e)該可燃性物質を該乾燥用火格子部分から該燃焼用火
    格子部分へ、該燃え切り用火格子部分へ、次いで該アッ
    シュピット手段内に進める為の可燃性物質の前進手段; (f)該壁の少なくとも一つの中に位置し、カ焼器生成ガ
    スとカ焼された吸収剤と炭化水素燃料との混合物、及び
    吸収剤と該炭化水素燃料との混合物の一つを、酸素不足
    二次燃焼ゾーンを形成する該ストーカー火格子の上の該
    燃焼室へ導入するように配置された吸収剤の入口手段; (g)吸収剤をカ焼する為の、該吸収剤の入口手段と通じ
    ているカ焼器手段; (h)燃焼用空気を該燃焼炉へ供給する為の火格子下の空
    気供給手段; (i)該燃え切り用火格子部分の上から汚染した空気を排
    出する為の排気手段； 及び (j)該汚染空気と新鮮な空気の少なくとも一つを該燃焼
    室に噴射して酸化性の三次燃焼ゾーンを形成する為のオ
    ーバーファイアー空気の入口手段; を含んで成る、減少したＮＯx、ＳＯx及びＨＣl放出物
    を産生する可燃性物質の燃焼炉。