废弃物处理方法及废弃物焚烧炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废弃物处理方法及废弃物焚烧炉，尤其涉及对城市垃圾、撕碎机碎屑、废旧塑料等废弃物进行焚烧处理的废弃物处理方法及废弃物焚烧炉。
【背景技术】
[0002]为了高效率且卫生地对城市垃圾、撕碎机碎屑、废旧塑料等废弃物进行压缩减容，一直都是通过焚烧炉来焚烧处理废弃物。由于通过焚烧处理会产生氮氧化物(NOx)，所以从焚烧炉排出的废气中含有较大量的N0X。关于NOx的产生原因，是因为有焚烧物中的氮化合物的氧化(燃料型NOx (Fuel-NOx))和空气中的氮的氧化(热力型NOx (Thermal-NOx))，但在垃圾焚烧炉中可以说燃料型NOx(Fuel-NOx)是主体。
[0003]为了减少从垃圾焚烧炉排出的NOx，例如，非专利文献I中公开了一种垃圾焚化厂废气的氮氧化物减少对策。非专利文献I中有如下记载。
[0004]为了在焚烧过程中抑制NOx的产生量，减少氮向NOx的转换，并通过从炉的干燥、热解过程等中产生的順3、CO、烃等还原性气体对所产生的NOx进行还原的方法(自脱硝反应)是有效的。在这样的脱硝法中有减少燃烧空气来进行焚烧的低氧燃烧，但由于燃烧温度会上升，会损伤焚烧炉并产生熔渣，所以需要降低燃烧气体的温度。在其方法中，存在向炉内喷洒水雾(炉内水喷雾法)，或使温度下降后的燃烧废气再次返回炉内的方法(废气再循环法)。另外，在积极地进行自脱硝反应的方法中有一种将燃烧气体与来自干燥炉排炉(drying stoker)的还原性气体混合的还原两段式燃烧法。
[0005]根据非专利文献I，在炉内水喷雾法中，通过相对于焚烧量12.5t/h进行2.0t/h的水喷雾，NOx能够从120?150ppm大幅减少至平均85.9ppm,这时的氧浓度为平均6.8%,并且若进一步增加水喷雾量则存在NOx会进一步减少的可能性。但是，若水喷雾量变得过多的话，则炉温会过度降低，容易造成未燃气体的生成和燃烧速度的降低，且会损坏炉壁砖，因此无法大量地喷洒水雾。
[0006]进一步地，根据非专利文献I，在废气循环法中，在20%的废气循环率下NOx浓度降低约30%,变成约84ppm,但其为通过氧浓度的降低来减少NOx,并未发现通过废气循环的有无而产生的显著差异。
[0007]另外，专利文献I中给出了一种朝向正在炉排式焚烧炉的炉箅子上燃烧着的垃圾进行水喷雾的NOx抑制方法，并且实施例的图11(a)中记载了能够将NOx浓度控制在平均50ppmo
[0008]以往，一直使用向从焚烧炉排出的废气中吹入氨，并通过催化剂选择性地使氨与NOx发生反应而分解成水和氮的催化剂脱硝法，但由于催化剂很昂贵，所以也使用向废气中吹入氨、不使用催化剂地将NOx分解的无催化剂脱硝法。关于流化床炉中的无催化剂脱硝法，专利文献2中公开了如下方法:向从流化床炉内的流化沙层的正上方位置到2次空气吹入部正下方位置的范围内吹入尿素水或氨水等还原剂，从而将NOx浓度抑制在70ppm以下。
[0009]另外，专利文献3中公开了一种方法，S卩，在向多处吹入流化空气及燃烧空气的流化层锅炉的燃烧炉中，混合装入挥发成分为10?25质量％ (湿基准)的煤和与该煤相比挥发成分更高的煤，当使混煤后的煤的挥发成分比例相对于混煤前增加5质量％以上并使其燃烧时，事先向吹入流化层锅炉的燃烧炉内的流化空气和燃烧空气中的至少一方添加水分、或者直接向流化层锅炉的燃烧炉内输入水分，并在流化层锅炉的燃烧炉内进行脱硫，从而使燃烧废气中的NOx及SOx减少。专利文献3的实施例中记载了能够将NOx浓度抑制在50 ?60ppm。
[0010]专利文献1:日本特开平10-148319号公报
[0011]专利文献2:日本特开平5-332521号公报
[0012]专利文献3:日本特开2009-216353号公报
[0013]非专利文献1:东京都环境科学研究所年报1988，p.30-36，“关于垃圾焚化厂废气的氮氧化物减少对策”，辰市祐久等。
【发明内容】
[0014]在包括上述非专利文献I及专利文献I?3在内的现有技术文献所公开的现有技术中，一直都在谋求使空气比降低的同时抑制NOx，但若过度降低空气比的话，则会因为氧气不足造成的不完全燃烧而产生CO，因此，NOx浓度顶多只能抑制到50ppm左右，而使低NOx及低CO同时实现是很困难的。
[0015]在这些现有技术中，即使是进行水喷雾的情况下，在以往所知的焚烧炉中也只不过是单纯地进行水喷雾，NOx的抑制效果也是有限的。
[0016]本发明的发明人等在废弃物焚烧炉内对水喷雾量和喷雾位置进行各种改变并进行反复操作的过程中，发现仅使水喷雾量和喷雾位置最优化只能获得达到与现有技术相同程度的NOx抑制效果，并且在上述过程中对于进行水喷雾的焚化地本身设定各种条件并验证NOx的产生量，从而得到了本发明。
[0017]作为一例，在流化床焚烧炉中，在流化层(沙层)内进行废弃物的一次燃烧，并在自由空间区(free board)内进行剩余的二次燃烧。在以往的流化床焚烧炉中，都是提高沙层中的一次燃烧比例，并运用其作为维持流化层温度的热源。在很多流化床焚烧炉中，为了使未在沙层中燃尽的未燃成分在自由空间区内燃烧并促进完全燃烧而供给燃烧用空气，为了避免在炉壁上附着生成熔渣的麻烦而通过水喷雾来进行炉内温度的调节，但NOx的产生量几乎不会因水喷雾量和喷雾位置而发生变化。
[0018]本发明的发明人等发现，在流化床焚烧炉中减少沙层中的一次燃烧比例，使一次燃烧在流化层(沙层)内缓慢地进行，并向自由空间区供给较大量的可燃气体，当在自由空间区内进行二次燃烧时，在供给燃烧用空气的同时进行水喷雾，由此，能够将NOx浓度大幅降低到20ppm以下。这种情况下，确认了即使二次燃烧中的总空气比变成较高的1.5以上，也能充分地抑制N0X。进一步地，还发现通过使炉床温度降低到600°C以下，并在炉床上缓慢地进行一次燃烧，能够以1.5?1.7左右的空气比将NOx浓度降低到20ppm以下，同时CO浓度也能稳定地保持在1ppm左右以下。
[0019]本发明的发明人基于上述所知发现，通过不仅将水喷雾量和喷雾位置、还将进行水喷雾的焚化地设定成特定条件，能降低NOx浓度，从而得到了本发明的技术方案。
[0020]S卩，本发明的目的在于，提供一种废弃物处理方法及废弃物焚烧炉，其不设置脱硝催化剂设备等新设备、且不使用氨和尿素水等药物，而是通过水喷雾这种简便的方法就能同时实现NOx浓度的降低和CO浓度的降低。
[0021]为了达成上述目的，本发明的废弃物处理方法的特征在于，在通过焚烧炉焚烧处理废弃物的废弃物处理方法中，将一次空气比设为0.3?0.8使废弃物的一部分燃烧生成可燃气体，向所生成的可燃气体中供给二次燃烧用空气的同时进行水喷雾，使可燃气体在存在水分的条件下二次燃烧。
[0022]根据本发明，在对城市垃圾、撕碎机碎屑、废旧塑料等以气化燃烧为主体的废弃物进行焚烧处理的情况下，通过将一次空气比设为0.3?0.8使废弃物的一部分燃烧生成可燃气体，在二次燃烧中在供给二次燃烧用空气的同时进行水喷雾，能够使可燃气体在存在水分的条件下燃烧，抑制氮氧化物(NOx)的生成。对于水喷雾来说，通过与二次燃烧用空气一同吹入水来降低二次燃烧处的燃烧温度，并在二次燃烧处中通过使水分共存来抑制NOx生成反应。
[0023]在本发明中，空气比是指实际供给的空气量相对于废弃物的燃烧所需的理论燃烧空气量的比。
[0024]本发明的优选方式的特征在于，所述水喷雾量为每I吨湿重量的废弃物为30?600 升。
[0025]水喷雾量根据焚烧对象物的发热量和挥发成分含量而变化，但根据本发明，水喷雾量在每I吨(湿重量)废弃物为30?600升的范围内时，脱硝效果随着水喷雾量的增加而变大。
[0026]本发明的优选方式的特征在于，所述焚烧炉为流化床炉，作为一次空气，以使流化空气量按照空气比计为0.3?0.8的方式进行供给。
[0027]通过使焚烧炉为流化床炉并将流化空气调节到该范围内，能够向二次燃烧处即自由空间区内供给适度的未燃气体及还原物质，并能通过二次燃烧用空气及水喷雾来抑制NOx生成反应。
[0028]本发明的优选方式的特征在于，所述焚烧炉为流化床炉，对向流化床内供给的流化空气量分区域地设置差别，使至少一个区域的流化速度比其他区域的流化速度大，在所述其他区域内形成流化沙下沉的移动层，在所述至少一个区域内形成流化沙上升的流化层，向所述移动层供给废弃物。
[0029]根据本发明，向移动层供给废弃物，所供给的废弃物被吸入到移动层中并与流化沙一同向下方移动。在移动层中废弃物热解，从而产生可燃气体和未燃物(烧焦物)。所产生的未燃物(烧焦物)与流化沙一同靠近流化层，并在流化层中燃烧一部分来加热流化沙。流化沙在流化层中上升到能够在移动层适当地进行废弃物的热解的温度。
[0030]本发明的优选方式的特征在于，将所述流化床炉的炉床温度维持在500?650°C。
[0031]通过将流化床炉的炉床温度调节到该温度范围内，能够使气化反应在流化床内缓慢地进行，并向二次燃烧处即自由空间区内稳定地供给可燃气体，还能在二次燃烧处内通过二次燃烧用空气及水喷雾来抑制NOx生成反应。
[0032]本发明的优选方式的特征在于，所述焚烧炉为炉排炉(stoker)，从该炉排炉的主燃区炉箅的下方向废弃物中供给一次燃烧用空气而使废弃物的一部分燃烧生成可燃气体，在向主燃区的上方供给二次燃烧用空气的同时进行水喷雾，由此在水分共存的条件下进行可燃气体的二次燃烧。
[0033]根据本发明，使用炉排炉作为焚烧炉，通过从炉排炉的主燃区炉箅下方向焚烧对象物中以空气比变成0.3?0.8的方式供给一次燃烧用空气，能够生成可燃气体；通过在从主燃区上方的侧壁供给二次燃烧用空气的同时进行水喷雾，能够在存在水分的条件下进行可燃气体的二次燃烧。
[0034]本发明的优选方式的特征在于，所述焚烧炉具有圆筒状的窑(kiln)、和设置在所述窑的出口处的二次燃烧室，向所述窑内供给一次燃烧用空气而使废弃物的一部分燃烧生成可燃气体，在所述二次燃烧室内供给所述二次燃烧用空气同时进行所述水喷雾，由此在水分共存的条件下进行可燃气体的二次燃烧。
[0035]根据本发明，焚烧炉为窑炉，通过以空气比变成0.3?0.8的方式向圆筒状的窑内供给一次燃烧用空气并进行一次燃烧，能够生成可燃气体；通过在与窑出口连接的二次燃烧室内进行二次燃烧用空气的供给以及水喷雾，能够在存在水分的条件下进行可燃气体的二次燃烧。
[0036]本发明的优选方式的特征在于，所述焚烧炉是具有使废弃物的一部分燃烧生成可燃气体的一次炉、和使所述可燃气体二次燃烧的二次炉的气化燃烧炉，在所述一次炉内供给一次燃烧用空气使可燃气体生成，在所述二次炉内供给所述二次燃烧用空气、同时进行水喷雾，由此在水分共存的条件下进行可燃气体的二次燃烧。
[0037]根据本发明，焚烧炉是由一次炉和二次炉构成的气化燃烧炉，通过在一次炉内以空气比变成0.3?0.8的方式供给一次燃烧用空气而生成可燃气体，在二次炉内在供给二次燃烧用空气的同时进行水喷雾，能够在存在水分的条件下进行可燃气体的二次燃烧。
[0038]本发明的焚烧炉的特征在于，在焚烧处理废弃物的焚烧炉中，具有使可燃气体从废弃物中生成的一次燃烧部、使所生成的可燃气体燃烧的二次燃烧部、向所述一次燃烧部供给空气的一次燃烧用空气供给机构、向所述二次燃烧部供给空气的二次燃烧用空气供给机构、和向所述二次燃烧部进行水喷雾的水喷雾机构，通过所述一次燃烧用空气供给机构，以0.3?0.8的空