廢棄物處理方法及廢棄物焚燒爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢棄物處理方法及廢棄物焚燒爐，尤其涉及對城市垃圾、撕碎機(jī)碎屑、廢舊塑料等廢棄物進(jìn)行焚燒處理的廢棄物處理方法及廢棄物焚燒爐。
【背景技術(shù)】
[0002]為了高效率且衛(wèi)生地對城市垃圾、撕碎機(jī)碎屑、廢舊塑料等廢棄物進(jìn)行壓縮減容，一直都是通過焚燒爐來焚燒處理廢棄物。由于通過焚燒處理會產(chǎn)生氮氧化物(NOx)，所以從焚燒爐排出的廢氣中含有較大量的N0X。關(guān)于NOx的產(chǎn)生原因，是因?yàn)橛蟹贌镏械牡衔锏难趸?燃料型NOx (Fuel-NOx))和空氣中的氮的氧化(熱力型NOx (Thermal-NOx))，但在垃圾焚燒爐中可以說燃料型NOx(Fuel-NOx)是主體。
[0003]為了減少從垃圾焚燒爐排出的NOx，例如，非專利文獻(xiàn)I中公開了一種垃圾焚化廠廢氣的氮氧化物減少對策。非專利文獻(xiàn)I中有如下記載。
[0004]為了在焚燒過程中抑制NOx的產(chǎn)生量，減少氮向NOx的轉(zhuǎn)換，并通過從爐的干燥、熱解過程等中產(chǎn)生的順3、CO、烴等還原性氣體對所產(chǎn)生的NOx進(jìn)行還原的方法(自脫硝反應(yīng))是有效的。在這樣的脫硝法中有減少燃燒空氣來進(jìn)行焚燒的低氧燃燒，但由于燃燒溫度會上升，會損傷焚燒爐并產(chǎn)生熔渣，所以需要降低燃燒氣體的溫度。在其方法中，存在向爐內(nèi)噴灑水霧(爐內(nèi)水噴霧法)，或使溫度下降后的燃燒廢氣再次返回爐內(nèi)的方法(廢氣再循環(huán)法)。另外，在積極地進(jìn)行自脫硝反應(yīng)的方法中有一種將燃燒氣體與來自干燥爐排爐(drying stoker)的還原性氣體混合的還原兩段式燃燒法。
[0005]根據(jù)非專利文獻(xiàn)I，在爐內(nèi)水噴霧法中，通過相對于焚燒量12.5t/h進(jìn)行2.0t/h的水噴霧，NOx能夠從120?150ppm大幅減少至平均85.9ppm,這時(shí)的氧濃度為平均6.8%,并且若進(jìn)一步增加水噴霧量則存在NOx會進(jìn)一步減少的可能性。但是，若水噴霧量變得過多的話，則爐溫會過度降低，容易造成未燃?xì)怏w的生成和燃燒速度的降低，且會損壞爐壁磚，因此無法大量地噴灑水霧。
[0006]進(jìn)一步地，根據(jù)非專利文獻(xiàn)I，在廢氣循環(huán)法中，在20%的廢氣循環(huán)率下NOx濃度降低約30%,變成約84ppm,但其為通過氧濃度的降低來減少NOx,并未發(fā)現(xiàn)通過廢氣循環(huán)的有無而產(chǎn)生的顯著差異。
[0007]另外，專利文獻(xiàn)I中給出了一種朝向正在爐排式焚燒爐的爐箅子上燃燒著的垃圾進(jìn)行水噴霧的NOx抑制方法，并且實(shí)施例的圖11(a)中記載了能夠?qū)Ox濃度控制在平均50ppmo
[0008]以往，一直使用向從焚燒爐排出的廢氣中吹入氨，并通過催化劑選擇性地使氨與NOx發(fā)生反應(yīng)而分解成水和氮的催化劑脫硝法，但由于催化劑很昂貴，所以也使用向廢氣中吹入氨、不使用催化劑地將NOx分解的無催化劑脫硝法。關(guān)于流化床爐中的無催化劑脫硝法，專利文獻(xiàn)2中公開了如下方法:向從流化床爐內(nèi)的流化沙層的正上方位置到2次空氣吹入部正下方位置的范圍內(nèi)吹入尿素水或氨水等還原劑，從而將NOx濃度抑制在70ppm以下。
[0009]另外，專利文獻(xiàn)3中公開了一種方法，S卩，在向多處吹入流化空氣及燃燒空氣的流化層鍋爐的燃燒爐中，混合裝入揮發(fā)成分為10?25質(zhì)量％ (濕基準(zhǔn))的煤和與該煤相比揮發(fā)成分更高的煤，當(dāng)使混煤后的煤的揮發(fā)成分比例相對于混煤前增加5質(zhì)量％以上并使其燃燒時(shí)，事先向吹入流化層鍋爐的燃燒爐內(nèi)的流化空氣和燃燒空氣中的至少一方添加水分、或者直接向流化層鍋爐的燃燒爐內(nèi)輸入水分，并在流化層鍋爐的燃燒爐內(nèi)進(jìn)行脫硫，從而使燃燒廢氣中的NOx及SOx減少。專利文獻(xiàn)3的實(shí)施例中記載了能夠?qū)Ox濃度抑制在50 ?60ppm。
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開平10-148319號公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開平5-332521號公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-216353號公報(bào)
[0013]非專利文獻(xiàn)1:東京都環(huán)境科學(xué)研究所年報(bào)1988，p.30-36，“關(guān)于垃圾焚化廠廢氣的氮氧化物減少對策”，辰市祐久等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]在包括上述非專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)I?3在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)所公開的現(xiàn)有技術(shù)中，一直都在謀求使空氣比降低的同時(shí)抑制NOx，但若過度降低空氣比的話，則會因?yàn)檠鯕獠蛔阍斐傻牟煌耆紵a(chǎn)生CO，因此，NOx濃度頂多只能抑制到50ppm左右，而使低NOx及低CO同時(shí)實(shí)現(xiàn)是很困難的。
[0015]在這些現(xiàn)有技術(shù)中，即使是進(jìn)行水噴霧的情況下，在以往所知的焚燒爐中也只不過是單純地進(jìn)行水噴霧，NOx的抑制效果也是有限的。
[0016]本發(fā)明的發(fā)明人等在廢棄物焚燒爐內(nèi)對水噴霧量和噴霧位置進(jìn)行各種改變并進(jìn)行反復(fù)操作的過程中，發(fā)現(xiàn)僅使水噴霧量和噴霧位置最優(yōu)化只能獲得達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)相同程度的NOx抑制效果，并且在上述過程中對于進(jìn)行水噴霧的焚化地本身設(shè)定各種條件并驗(yàn)證NOx的產(chǎn)生量，從而得到了本發(fā)明。
[0017]作為一例，在流化床焚燒爐中，在流化層(沙層)內(nèi)進(jìn)行廢棄物的一次燃燒，并在自由空間區(qū)(free board)內(nèi)進(jìn)行剩余的二次燃燒。在以往的流化床焚燒爐中，都是提高沙層中的一次燃燒比例，并運(yùn)用其作為維持流化層溫度的熱源。在很多流化床焚燒爐中，為了使未在沙層中燃盡的未燃成分在自由空間區(qū)內(nèi)燃燒并促進(jìn)完全燃燒而供給燃燒用空氣，為了避免在爐壁上附著生成熔渣的麻煩而通過水噴霧來進(jìn)行爐內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)，但NOx的產(chǎn)生量幾乎不會因水噴霧量和噴霧位置而發(fā)生變化。
[0018]本發(fā)明的發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，在流化床焚燒爐中減少沙層中的一次燃燒比例，使一次燃燒在流化層(沙層)內(nèi)緩慢地進(jìn)行，并向自由空間區(qū)供給較大量的可燃?xì)怏w，當(dāng)在自由空間區(qū)內(nèi)進(jìn)行二次燃燒時(shí)，在供給燃燒用空氣的同時(shí)進(jìn)行水噴霧，由此，能夠?qū)Ox濃度大幅降低到20ppm以下。這種情況下，確認(rèn)了即使二次燃燒中的總空氣比變成較高的1.5以上，也能充分地抑制N0X。進(jìn)一步地，還發(fā)現(xiàn)通過使?fàn)t床溫度降低到600°C以下，并在爐床上緩慢地進(jìn)行一次燃燒，能夠以1.5?1.7左右的空氣比將NOx濃度降低到20ppm以下，同時(shí)CO濃度也能穩(wěn)定地保持在1ppm左右以下。
[0019]本發(fā)明的發(fā)明人基于上述所知發(fā)現(xiàn)，通過不僅將水噴霧量和噴霧位置、還將進(jìn)行水噴霧的焚化地設(shè)定成特定條件，能降低NOx濃度，從而得到了本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0020]S卩，本發(fā)明的目的在于，提供一種廢棄物處理方法及廢棄物焚燒爐，其不設(shè)置脫硝催化劑設(shè)備等新設(shè)備、且不使用氨和尿素水等藥物，而是通過水噴霧這種簡便的方法就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)NOx濃度的降低和CO濃度的降低。
[0021]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的廢棄物處理方法的特征在于，在通過焚燒爐焚燒處理廢棄物的廢棄物處理方法中，將一次空氣比設(shè)為0.3?0.8使廢棄物的一部分燃燒生成可燃?xì)怏w，向所生成的可燃?xì)怏w中供給二次燃燒用空氣的同時(shí)進(jìn)行水噴霧，使可燃?xì)怏w在存在水分的條件下二次燃燒。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，在對城市垃圾、撕碎機(jī)碎屑、廢舊塑料等以氣化燃燒為主體的廢棄物進(jìn)行焚燒處理的情況下，通過將一次空氣比設(shè)為0.3?0.8使廢棄物的一部分燃燒生成可燃?xì)怏w，在二次燃燒中在供給二次燃燒用空氣的同時(shí)進(jìn)行水噴霧，能夠使可燃?xì)怏w在存在水分的條件下燃燒，抑制氮氧化物(NOx)的生成。對于水噴霧來說，通過與二次燃燒用空氣一同吹入水來降低二次燃燒處的燃燒溫度，并在二次燃燒處中通過使水分共存來抑制NOx生成反應(yīng)。
[0023]在本發(fā)明中，空氣比是指實(shí)際供給的空氣量相對于廢棄物的燃燒所需的理論燃燒空氣量的比。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述水噴霧量為每I噸濕重量的廢棄物為30?600 升。
[0025]水噴霧量根據(jù)焚燒對象物的發(fā)熱量和揮發(fā)成分含量而變化，但根據(jù)本發(fā)明，水噴霧量在每I噸(濕重量)廢棄物為30?600升的范圍內(nèi)時(shí)，脫硝效果隨著水噴霧量的增加而變大。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述焚燒爐為流化床爐，作為一次空氣，以使流化空氣量按照空氣比計(jì)為0.3?0.8的方式進(jìn)行供給。
[0027]通過使焚燒爐為流化床爐并將流化空氣調(diào)節(jié)到該范圍內(nèi)，能夠向二次燃燒處即自由空間區(qū)內(nèi)供給適度的未燃?xì)怏w及還原物質(zhì)，并能通過二次燃燒用空氣及水噴霧來抑制NOx生成反應(yīng)。
[0028]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述焚燒爐為流化床爐，對向流化床內(nèi)供給的流化空氣量分區(qū)域地設(shè)置差別，使至少一個(gè)區(qū)域的流化速度比其他區(qū)域的流化速度大，在所述其他區(qū)域內(nèi)形成流化沙下沉的移動層，在所述至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)形成流化沙上升的流化層，向所述移動層供給廢棄物。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，向移動層供給廢棄物，所供給的廢棄物被吸入到移動層中并與流化沙一同向下方移動。在移動層中廢棄物熱解，從而產(chǎn)生可燃?xì)怏w和未燃物(燒焦物)。所產(chǎn)生的未燃物(燒焦物)與流化沙一同靠近流化層，并在流化層中燃燒一部分來加熱流化沙。流化沙在流化層中上升到能夠在移動層適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行廢棄物的熱解的溫度。
[0030]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，將所述流化床爐的爐床溫度維持在500?650°C。
[0031]通過將流化床爐的爐床溫度調(diào)節(jié)到該溫度范圍內(nèi)，能夠使氣化反應(yīng)在流化床內(nèi)緩慢地進(jìn)行，并向二次燃燒處即自由空間區(qū)內(nèi)穩(wěn)定地供給可燃?xì)怏w，還能在二次燃燒處內(nèi)通過二次燃燒用空氣及水噴霧來抑制NOx生成反應(yīng)。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述焚燒爐為爐排爐(stoker)，從該爐排爐的主燃區(qū)爐箅的下方向廢棄物中供給一次燃燒用空氣而使廢棄物的一部分燃燒生成可燃?xì)怏w，在向主燃區(qū)的上方供給二次燃燒用空氣的同時(shí)進(jìn)行水噴霧，由此在水分共存的條件下進(jìn)行可燃?xì)怏w的二次燃燒。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，使用爐排爐作為焚燒爐，通過從爐排爐的主燃區(qū)爐箅下方向焚燒對象物中以空氣比變成0.3?0.8的方式供給一次燃燒用空氣，能夠生成可燃?xì)怏w；通過在從主燃區(qū)上方的側(cè)壁供給二次燃燒用空氣的同時(shí)進(jìn)行水噴霧，能夠在存在水分的條件下進(jìn)行可燃?xì)怏w的二次燃燒。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述焚燒爐具有圓筒狀的窯(kiln)、和設(shè)置在所述窯的出口處的二次燃燒室，向所述窯內(nèi)供給一次燃燒用空氣而使廢棄物的一部分燃燒生成可燃?xì)怏w，在所述二次燃燒室內(nèi)供給所述二次燃燒用空氣同時(shí)進(jìn)行所述水噴霧，由此在水分共存的條件下進(jìn)行可燃?xì)怏w的二次燃燒。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，焚燒爐為窯爐，通過以空氣比變成0.3?0.8的方式向圓筒狀的窯內(nèi)供給一次燃燒用空氣并進(jìn)行一次燃燒，能夠生成可燃?xì)怏w；通過在與窯出口連接的二次燃燒室內(nèi)進(jìn)行二次燃燒用空氣的供給以及水噴霧，能夠在存在水分的條件下進(jìn)行可燃?xì)怏w的二次燃燒。
[0036]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述焚燒爐是具有使廢棄物的一部分燃燒生成可燃?xì)怏w的一次爐、和使所述可燃?xì)怏w二次燃燒的二次爐的氣化燃燒爐，在所述一次爐內(nèi)供給一次燃燒用空氣使可燃?xì)怏w生成，在所述二次爐內(nèi)供給所述二次燃燒用空氣、同時(shí)進(jìn)行水噴霧，由此在水分共存的條件下進(jìn)行可燃?xì)怏w的二次燃燒。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，焚燒爐是由一次爐和二次爐構(gòu)成的氣化燃燒爐，通過在一次爐內(nèi)以空氣比變成0.3?0.8的方式供給一次燃燒用空氣而生成可燃?xì)怏w，在二次爐內(nèi)在供給二次燃燒用空氣的同時(shí)進(jìn)行水噴霧，能夠在存在水分的條件下進(jìn)行可燃?xì)怏w的二次燃燒。
[0038]本發(fā)明的焚燒爐的特征在于，在焚燒處理廢棄物的焚燒爐中，具有使可燃?xì)怏w從廢棄物中生成的一次燃燒部、使所生成的可燃?xì)怏w燃燒的二次燃燒部、向所述一次燃燒部供給空氣的一次燃燒用空氣供給機(jī)構(gòu)、向所述二次燃燒部供給空氣的二次燃燒用空氣供給機(jī)構(gòu)、和向所述二次燃燒部進(jìn)行水噴霧的水噴霧機(jī)構(gòu)，通過所述一次燃燒用空氣供給機(jī)構(gòu)，以0.3?0.8的空