专利名称：燃烧熔化炉和燃烧熔化方法及废热利用发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧由热分解都市垃圾得到的固体物质或煤等可燃性固体物构成的燃烧粒子并把灰分炉渣化再回收的燃烧熔化炉。另外，本发明还涉及对燃料粒子进行燃烧和对灰分进行熔化的燃烧熔化的方法和用燃料粒子的燃烧热进行发电的系统。
伴随着垃圾的增加，焚烧灰的掩埋处理场的容量越加窘迫。为此开展了熔化从焚烧炉排出的灰并使之减少容积的设备的开发工作。
但是，再次熔化灰需要来自外部的能量，对这个问题，已经考虑了直接利用垃圾具有的能量来熔化灰的各种各样的系统。特别是将垃圾投入热分解装置在还原气氛中对其加热而生成分解气体和固体残渣然后将从固体残渣中去除不燃烧物的燃料粒子投入燃烧熔化炉中进行燃烧进而熔化灰分成炉渣并进行回收的系统非常引人注目。例如特公平6-56253号公报就记载过这样的系统。
关于燃烧熔化炉，见到的多是旋转燃料粒子及空气进行燃烧的方式的燃烧熔化炉，例如在特开平2-150611号公报中揭示的。
在特开平2-150611号公报中记载的燃烧熔化炉，在炉本体的下部有废弃物燃烧器装置和助燃燃烧器装置，各燃烧器装置在炉体圆周方向上有几个喷嘴，这些喷嘴是为了形成旋转流而被配置着。
在该公开特许公报中记载着，由废弃物燃烧器及助燃燃烧器装置供给的废弃物和助燃料分别成为向上的旋转流在炉内流动，熔化的炉渣从炉渣排出口排出，另一方面，燃烧气体从上部的燃烧气体排出口排出。另外，熔化炉(一次燃烧室)内的空气比缩减到1.0至0.6，剩余的空气从设在燃烧气体排出口的上部的二次燃烧室的空气吹入孔吹入，与含有未燃烧成分的燃烧气体混合并使其完全燃烧。
如果采用特开平2-150611号公报中记载的燃烧熔化炉，在一次燃烧室内在空气比未满1的条件下燃烧废弃物，把含有未燃烧成分的燃烧气体导入二次燃烧室，供给空气使空气比成为1以上来进行完全燃烧。
这样，为了进行空气比未满1的一次燃烧和空气比为1以上的完全燃烧，设置了两个燃烧室，如果用一个燃烧室可以进行空气比未满1的一次燃烧和空气比为1以上的二次燃烧，就可以简化燃烧熔化炉的构造，实用上的效果会非常好。
本发明提供一种在一个燃烧室中可以进行空气比未满1的一次燃烧和空气比为1以上的二次燃烧的熔化燃烧炉。另外，提供适用于在一个燃烧室中进行一次燃烧和二次燃烧的燃烧方法。另外提供利用燃烧熔化炉的燃烧热的发电系统。
本发明为下面的(1)至(15)中记述的燃烧熔化炉、燃烧熔化方法及发电系统。
(1)燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、从该燃烧室排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，其特征在于，备有若干个上述空气供给喷嘴，并且使上述炉渣排出口成为空气比未满1的还原气氛、上述燃烧气体排出口成为空气比为1以上的氧化气氛地对上述空气供给喷嘴进行配置。
根据本发明，用一个燃烧室进行空气比未满1的一次燃烧并继续进行空气比为1以上的二次燃烧。另外，本发明的燃烧熔化炉的炉渣排出口和燃烧气体排出口是分别的，所以可以分离炉渣和燃烧气体。
(2)燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有烧燃由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口比上述燃烧室的内径狭窄，其特征在于，备有使空气在上述燃烧室内向上述炉渣排出口方向流动的第一空气供给喷嘴和使空气在该燃烧室内向燃烧气体排出口方向流动的第2空气供给喷嘴。
本发明的燃烧熔化炉，由于第1空气供给喷嘴供给的空气不是流向燃烧气体排出口而是流向炉渣排出口，所以在燃烧室内燃料粒子的滞留时间变长，燃烧性被提高。另外，由于在炉渣排出口附近进行燃料粒子的一次燃烧，所以炉渣排出口保持高温，具有熔融炉渣容易排出的效果。
(3)燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、从该燃烧室排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有用于沿上述燃烧室的内周面形成一次空气旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向上述燃烧室的中心部或向上述一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的沿上述燃烧室的内周面形成燃料粒子旋转流的上述燃料粒子供给喷嘴。
根据本发明的燃烧熔化炉，由于形成一次空气及燃料粒子的旋转流或更进一步形成二次空气的旋转流，所以在燃烧室内的燃料粒子的滞留时间变得更长，燃烧性更进一步被提高。
(4)燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有烧燃由可燃性固体物质组成的燃料粒子的横截面为圆形的燃烧室、设在该燃烧室上部的燃烧气体排出口、设在该燃烧室的下部的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有为了沿上述燃烧室的内周面形成旋转的一次空气流而沿该燃烧室的内周面的切线方向喷出一次空气的一次空气供给喷嘴、为使二次空气与通过该燃烧室的中心部向上述燃烧气体排出口上升的燃烧气体的气流进行混合而向该燃烧室的中心或向上述一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气供给喷嘴、设置在上述一次空气供给喷嘴至上述炉渣排出口之间的向该燃烧室的、沿内周面的切线方向喷出燃料粒子的上述燃料粒子供给喷嘴。
本发明揭示了适合于在竖型燃烧熔化炉中用一个燃烧室进行空气比未满1的一次燃烧并继续进行空气比为1以上的二次燃烧情况的炉子的构成。
由于燃烧室的剖面做成圆形，所以容易形成一次空气及燃料粒子的旋转流或进一步形成二次空气的旋转流。当由一次空气供给喷嘴向该燃烧室的内周面的切线方向喷出一次空气时，就形成了边沿燃烧室的壁面旋转边向炉渣排出口方向流动的旋转流。在该状态中，当从一次空气供给喷嘴和炉渣排出口之间供给燃料粒子时，燃料粒子伴随一次空气的旋转流向炉渣排出口方向流动。当以形成旋转流的方式喷出燃料粒子时，更容易伴随一次空气的旋转流进行流动。再有，一次空气的旋转流的方向和燃烧粒子的旋转流的方向最好是同一方向。
由于炉渣排出口的口径比燃烧室的内径小，所以在燃烧室内向炉渣排出口方向下降的一次空气及燃烧粒子的旋转流停滞在炉渣排出口的部分上。因此，在炉渣排出口的附近容易进行一次燃烧。在炉渣排出口中由燃料粒子燃烧生成的燃烧气体通过燃烧室的中心向燃烧气体排出口上升。由于对着该燃烧气体的上升流供给二次空气，在燃烧气体中含有的未燃烧成分及残存的燃料粒子可以进行二次燃烧。
从燃烧室的中心部向上方流动的燃烧气体的辐射热加热壁面附近存在的可燃物，有所谓燃烧性升高的效果。
(5)燃烧熔化炉，其特征在于，在上述(4)中所述的燃烧熔化炉中，上述二次空气供给喷嘴设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述燃烧气体排出口之间。
根据本发明，在二次空气供给喷嘴和燃烧气体排出口之间可以进行二次燃烧。
(6)燃烧熔化炉，其特征在于，在上述(4)所述的燃烧熔化炉中，上述二次空气供给喷嘴设置在从上述燃料粒子供给喷嘴到上述炉渣排出口之间。
根据本发明，在燃烧熔化炉的中央附近可以进行二次燃烧。
(7)燃烧熔化炉，其特征在于，上述(4)中，上述二次空气供给喷嘴设在上述炉渣排出口的下方，二次空气通过该炉渣排出口供给于上述燃烧室。
根据本发明，可以在燃烧熔化炉的中央附近进行二次燃烧，另外，可以不阻碍炉内旋转流地供给二次空气。
(8)燃烧熔化炉，其特征在于，在上述(4)中，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧气体排出口的口径小。
根据本发明，有未燃烧的可燃物难以从炉渣排出口排出的效果。
(9)燃烧熔化炉，其特征在于，在上述(4)中，上述炉渣排出口的截面形状是圆形。
根据本发明，有抑制炉渣排出口周边温度降低的效果。
(10)燃烧熔化炉，其特征在于，在上述(4)中，上述炉渣排出口的截面形状是槽形。
根据本发明，具有可以抑制因燃烧室的旋转流而产生的炉渣的飞沫的效果。
11)燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、排出在该燃烧室生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有用于沿上述燃烧室的内周面形成一次空气旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向上述燃烧室的中心部或向上述一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的、沿上述燃烧室的内周面形成燃料粒子旋转流用的上述燃料粒子供给喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的、将从由上述燃烧气体排出口向炉外排出的燃烧气体中回收的可燃性固体或灰返回到上述燃烧室中的燃烧气体回收物质返回机构。
根据本发明，可以回收伴随着燃烧气体同时排出到炉外的可燃物质或灰并使之再次返回到燃烧熔化炉内进行燃烧。
(12)燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、排出在该燃烧室生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有用于沿上述燃烧室的内周面形成一次空气旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向上述燃烧室的中心部或向上述一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的、沿上述燃烧室的内周面形成燃料粒子旋转流用的上述燃料粒子供给喷嘴、向上述燃烧室供给助燃剂的助燃剂供给喷嘴、该助燃剂的点火装置。
根据本发明，用助燃剂燃烧的气体由于旋转流而沿燃烧室的壁面流动。由于旋转流成为滞留时间长的强紊流，所以可以提高燃料粒子的燃烧性。
(13)燃烧熔化方法，该燃烧熔化方法，把由可燃性固体物质组成的燃料粒子和空气供给于一端有燃烧气体排出口、另一端有熔化炉渣排出口的筒状燃烧室内，燃烧该燃料粒子并从上述燃烧气体排出口排出燃烧气体，从上述炉渣排出口排出伴随着该燃料粒子燃烧产生的熔融炉渣，其特征在于，在上述燃烧室内形成由空气比未满1的还原气氛和空气比为1以上的氧化气氛构成的两种气氛，上述炉渣排出口处于空气比未满1的还原气氛中，上述燃烧气体排出口处于空气比为1以上的氧化气氛中。
根据本发明，在一个燃烧室中在进行空气比为1以下的一次燃烧之后可以继续进行空气比为1以上的二次燃烧。由空气比为1以下的一次燃烧可抑制氮氧化物的生成。另外，由空气比为1以上的二次燃烧可燃烧在一次燃烧中产生的一氧化碳或碳化物等可燃气体。另外，也可以燃烧在一次燃烧中残存的燃料粒子。
(14)燃烧熔化方法，该燃烧熔化方法把由可燃性固体物质组成的燃料粒子和空气供给上部有燃烧气体排出口、下部有熔化炉渣排出口的横截面为圆形的燃烧室内，燃烧该燃料粒子并将燃烧气体从上述燃烧气体排出口排出，把伴随该燃烧粒子的燃烧而产生的熔融炉渣从上述炉渣排出口排出，其特征在于，沿上述燃烧室的内周面形成一次空气的旋转流，对着该一次空气的旋转流向上述炉渣排出口的方向的气流供给上述燃料粒子，对通过该燃烧室的中心部向上述燃烧气体排出口方向上升的燃烧气体的气流供给二次空气，提高上述燃烧气体排出口处的氧浓度。
根据本发明，使燃烧室内的燃料粒子的滞留时间更长，可以提高燃烧性。
(15)燃烧熔化炉废热利用发电系统，该发电系统具备对由可燃性固体物质组成的燃料粒子进行燃烧和对灰分进行熔化的燃烧熔化炉和回收在该燃烧熔化炉产生的燃烧气体的保有热而驱动蒸气透平进行发电的发电装置，其特征在于，上述燃烧熔化炉备有燃烧燃料粒子的燃烧室、排出在该燃烧室产生的燃烧气体的燃烧气体排出口、排出在该燃烧室产生的熔化炉渣的炉渣排出口、用于沿该燃烧室的内周面形成一次空气的旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向该燃烧室的中心部或向一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气供给喷嘴，以及设置在从该一次空气喷嘴到上述炉渣排出口之间的、用于沿上述燃烧室的内周面形成被处理物质的旋转流的燃料粒子供给喷嘴。
根据本发明，可以构筑利用熔化燃烧炉的燃烧热的发电系统，在本发明的燃烧熔化炉及燃烧熔化方法中，为了提高燃烧性，燃料粒子做成为粉末或粒子来供给。粒子的形状最好是球形，但也不限定于球形。在用都市垃圾或污泥做燃料粒子的原料时，最好将它们用热分解装置干燥之后再供向燃烧熔化炉。
由于由一次空气供给喷嘴供给一次空气，最好将炉渣排出口处于空气比0.8以上至未满1的还原气氛。炉内的温度受空气比的影响，空气比为1前后，特别是0.9左右时炉内温度最高。空气比无论比该值高还是比该值低，温度都会降低。如果把包含炉渣排出口的炉内底部的空气比做到在上述范围内，当燃烧热分解都市垃圾所得到的燃料粒子时，由于炉渣排出口的温度可以高达1200℃以上到1300℃左右，所以，含在燃料粒子中的灰分被熔化并可以从炉渣排出口排出。另外，还可以抑制炉渣排出口处的炉渣的固化。
另一方面，燃烧气体排出口的空气比最好在1.0至1.3的范围内。如果是该范围的空气比，就可以燃烧包含在由一次燃烧生成的燃烧气体内的可燃物，另外，也可以抑制二噁英(ダィォキシン)的生成。
在本发明中，所谓空气比是完全燃烧某数量的燃料所需的空气量与实际存在的空气之比。例如，为了完全燃烧1m3的丙烷需要23.82m3的空气。这时如果相对于1m3的丙烷，实际存在67.64m3的空气，空气比为2。
图1是本发明组装入了燃烧用熔化炉及发电装置的废弃物处理成套设备的实施例的简图。
图2是设置在图1的燃烧溶化炉上的二次空气供给喷嘴的俯视剖面图。
图3是设置在图1的燃烧熔化炉上的一次空气供给喷嘴的俯视剖面图。
图4是设置在图1的燃烧熔化炉上的燃料粒子供给喷嘴的俯视剖面图。
图5是把二次空气供给喷嘴配置在燃料粒子供给喷嘴和炉渣排出口之间的燃烧熔化炉的侧视剖面图。
图6把二次空气喷嘴配置在炉渣冷却容器上的燃烧熔化炉的侧视剖面图。
图7是备有把用脱尘装置回收的可燃烧性固体燃料粒子送回燃烧室的装置的燃烧熔化炉的侧视剖面图。
图8(A)是用于说明燃烧气体排出口的直径比炉渣排出口的直径小时的效果燃烧熔化炉概略图，(B)是表示燃烧熔化炉的水平截面中的圆周方向速度分布的图。
图9(A)是表示燃烧气体排出口的直径更加缩小时的效果的燃烧熔化炉的简图，(B)是表示燃烧熔化炉的水平剖面中的圆周方向速度分布的图。
图10是在炉渣冷却容器内浮游粉体的燃烧熔化炉的侧视剖面图。
图11是设置助燃剂供给喷嘴和点火装置的燃烧熔化炉的侧视剖面图。
图12是表示一次空气供给喷嘴、助燃剂供给喷嘴和点火装置的设置位置的俯视剖面图。
图13是表示在一次空气供给喷嘴内设置助燃剂供给喷嘴的例子的俯视剖面图。
<实施例1>
在图1中表示本发明的一实施例。将被粉碎的垃圾1投入使用回转窑和流化床的热分解炉2内，在还原气氛中加热而热分解之后生成热分解气体和燃料粒子。燃料粒子投入燃烧熔化炉3内进行燃烧并把灰分熔化成炉渣，炉渣12冷却后，用炉渣回收装置4回收。由燃烧熔化炉3产生的燃烧气体在废热回收锅炉5内进行热交换之后，用脱尘装置6进行脱尘，从烟囱7排出到大气中。在废热回收锅炉5中得到的蒸气，导入蒸气汽轮机100内，由发电机99变成电能。在脱尘装置6中回收的飞尘和未燃烧粒子等，可以再次返回燃烧熔化炉3进行再燃烧。
在此，对在燃烧熔化炉3中在一次空气供给喷嘴8和炉渣排出口13之间配置燃料粒子供给喷嘴9、在一次空气供给喷嘴8和燃烧气体排出口15之间配置二次空气供给喷嘴10的情况进行说明。
在燃烧熔化炉3上如图2所示地设置了二次空气供给喷嘴10，如图3所示地设置了一次空气供给喷嘴8。另外，如图4所示地设置了燃料粒子供给喷嘴9。燃烧熔化炉的燃烧室17做成横截面为圆形，以便容易形成一次空气及燃料粒子的旋转流。一次空气供给喷嘴8以沿燃烧室17的内周面喷出一次空气的方式被设置着。燃料粒子供给喷嘴9也同一次空气供给喷嘴8一样地以沿燃烧室17的内周面供给燃料粒子11的方式被设置着。二次空气供给喷嘴10以向着横截面为圆形的燃烧室17的中心部、并从相对的二方向供给二次空气的方式被设置着。二次空气也可以形成为旋转流。
在燃烧室17内由从一次空气供给喷嘴8投入的一次空气形成边旋转边下降的气流。通过设置在一次空气供给喷嘴8的下方的燃料粒子供给喷嘴9由空气搬运而供给到燃烧室内的燃料粒子11伴随一次空气的旋转流而下降。
如果燃烧熔化炉的炉内被预热，则燃料粒子11首先放出挥发成分，挥发成分立即进行燃烧。之后，燃料粒子11和灰在离心力的作用下在壁面附近下降，在炉底的炉渣排出口的上部附近边旋转边滞留。这时，燃料粒子进行一次燃烧，用其燃烧热熔化灰分。熔化了的灰成为炉渣12并从壁面沿炉底面流动，从炉渣排出口13排出。在炉渣排出口13的下方设置着炉渣冷却容器14，在炉渣冷却容器中设置着水槽。从炉渣排出口滴下的炉渣12落入水槽被急速冷却之后，回收到炉渣回收装置4中。另一方面，燃烧气体在燃烧熔化炉3的底部反转，通过中央部上升，由二次空气供给喷嘴10相对该上升的燃烧气体吹入二次空气，使残存的可燃物，具体地讲如一氧化碳或者碳化氢等可燃气体及未燃的燃料粒子进行二次燃烧。
调整一次空气的量，以使在炉渣排出口13的周边形成空气比未满1的还原气氛。在本实施例的情况下，一次空气供给喷嘴下方的区域成为空气比未满1的还原气氛。在图1中，燃烧室内带有浅灰色的区域表示是还原气氛。
另外，调整二次空气的量，以使在燃烧气体排出口15的周边形成空气比为1以上的氧化气氛。在本实施例的情况下，二次空气供给喷嘴上方的区域成为空气比为1以上的氧化气氛。在图1中，燃烧室内白色的区域表示是氧化气氛。
由一次空气供给喷嘴8和二次空气供给喷嘴10吹入的空气的总量，以空气比为1.0至1.3为好，在由二次空气供给喷嘴10供给的二次空气当中，由于沿燃烧的壁面上升的部分冷却燃烧气体排出口15的附近的壁面，所以有保护炉出口配管壁和防止灰俯着在燃烧气体排出口上的效果。
如果燃料粒子供给喷嘴9位于一次空气供给喷嘴8的下部侧，由于燃料粒子必然向炉渣排出口13的方向下降，所以被捷径化从而防止未燃烧的燃料粒子向上方流动，可以防止未燃的燃料粒子流出炉外。另外，由于燃料粒子在炉底的炉渣排出口13的附近边旋转边滞留，由燃料粒子的燃烧可以使炉渣排出口13的周围的温度经常保持高温。
由于是在空气比未满1的还原气体中进行一次燃烧，所以可以抑制氮氧化物的生成，另外，由于炉内的温度成为1300℃左右的高温，所以可以抑制二噁英的生成。另外，也可以在各喷嘴中混合在热分解炉2中产生的热分解气体。<实施例2>
如图5所示在该实施例中，是在燃烧熔化炉3中，在一次空气供给喷嘴8和炉渣排出口13之间配置燃料粒子供给喷嘴9，在燃料粒子供给喷嘴9和炉渣排出口13之间设置二次空气供给喷嘴10。一次空气供给喷嘴，二次空气供给喷嘴及燃料粒子供给喷嘴的构造都与实施例1相同。当由二次空气供给喷嘴10供给二次空气时，沿燃烧室中央部上升的燃烧气体中含有的可燃成分可以再度燃烧。在炉壁附近和炉底部成为燃料粒子浓度高的、空气比未满1的还原气氛。在燃烧室中央部及上部成为空气比为1以上的氧化气氛。<实施例3>
如图6所示，在该实施例中，是在燃烧熔化炉3中，在一次空气供给喷嘴8和炉渣排出口13之间配置燃料粒子供给喷嘴9，二次空气供给喷嘴10配置在炉渣冷却容器14的内部。当从二次空气供给喷嘴10将二次空气投入燃烧室内时，在炉渣冷却容器14内二次空气与燃烧气体混合，含有可燃成分的燃烧气体可以再次燃烧。炉壁附近燃料粒子的浓度高，成为空气比未满1的还原气氛，燃烧室的中央部成为空气比为1以上的氧化气氛。<实施例4>
在图1中，由脱尘装置6回收的飞尘和未燃燃料粒子等由燃料粒子供给喷嘴再次供给到炉内，而如图7所示，通过在一次空气供给喷嘴8和炉渣排出口13之间设置回收粒子供给喷嘴18，可以再把回收粒子投入炉内。由此，由脱尘装置回收的飞尘和未燃烧粒子等与燃料粒子共同再次被燃烧。<实施例5>
如图8的(A)和(B)所表示，该实施例是在燃烧熔化炉3中，将炉渣排出口13的直径rs做成比燃烧气体排出口的直径re小。在(B)中，表示出了炉内的水平截面中的圆周方向速度分布。圆周方向速度分布在燃烧室的垂直方向几乎是不变的。旋转流的中心附近是刚体涡流，其外侧是自由涡流的组合涡流，在其分界附近速度最大。当圆周方向速度Vθ大时，作用到在炉内飞行的燃料粒子和灰等的离心力也变大。F=mVθ2R]]>在此，m是粒子的质量，r是离开中心轴的距离。
这时，当炉渣排出口13的直径rs比燃烧气体排出口15的直径re大时，由于炉渣排出口13的端部的圆周方向速度低下，所以作用到燃料粒子上的离心力小。这样一来，燃料粒子从炉渣排出口13的端部容易进入炉渣冷却容器14内，滞留在炉内的时间变短。另外，也产生了从炉渣冷却容器14内来的未燃燃料粒子的再飞散和粒子与下部的水平面接触等问题。因此，当炉渣排出口13的直径rs比燃烧气体排出口15的直径re小时，燃料粒子如果不通过圆周方向速度大的区域，即离心力大的区域就不能进入炉渣冷却容器内，这样，可以回避上述的问题。
再有，在炉渣排出口13不是圆形的时候，可以把孔中心到炉渣排出口13的端部最长处的距离做为炉渣排出口13的直径rs。但是，从炉渣排出的观点来看，并不希望把炉渣排出口13做得非常小。<实施例6>
在燃烧熔化炉3中，燃烧气体排出口15的直径re更小的情况的实施例表示在图9的(A)和(B)中。同时也表示燃烧气体排出口15的直径re大时和小时的圆周方向速度。从(B)可以知道，当燃烧气体排出口的直径变小时，由于角运动量的保存，圆周方向速度的最大值变大，与直径小时相比，离心力强的区域向炉内扩展。因此，滞留粒子的能力提高，带来燃烧率的提高。燃烧气体排出口15的直径re可以扩大到与炉径r相同大小，但当加大燃烧气体排出口15的直径re时，由于旋转能力减小，则粒子容易向中心方向移动，可以预想到未燃部分的流出量会增加。
但是，由于当燃烧气体排出口15的直径re变小时炉内的压力损失加大，因此，炉径r燃烧气体的排出口的直径re＝2～3∶1左右比较理想。<实施例7>
在燃烧熔化炉3中使粉体19浮游于炉渣冷却容器14内的实施例表示在图10中。炉渣冷却容器内的水，因来自炉内的辐射热而蒸发，成为炉内气体温度降低的原因。当使粉体19浮游在炉渣冷却容器14内并成为辐射的吸收体时，由于辐射束达不到下部的水面上，所以有抑制水的蒸发的效果。作为粉体，可以使用从燃烧气体排出口出来的飞散的灰或者从加热炉渣排出口用的燃烧器产生的煤等。飞灰和煤等的粒径小到数μm的程度，可以使之在炉渣冷却容器内浮游。<实施例8>
燃烧熔化炉3中的起动方法用图11和图12说明。从一次空气供给喷嘴投入的一次空气，与从助燃剂供给喷嘴20投入的助燃剂混合，上述助燃剂供给喷嘴20设置在与一次空气供给喷嘴等高的位置或其下侧。在此，助燃剂最好使用丙烷等高发热量的气体。助燃剂与空气的混合气体边旋转边在壁面附近下降，用安装在炉壁上的点火装置21点火。点着火的气体由于燃烧而变成高温，更加沿着壁面继续下降。燃烧熔化炉内的旋转流体由于成为滞留时间长的很强的紊流，燃烧气体的热量有效地传到炉内。因此，可以缩短预热时间。
当炉渣排出口13的温度降低，有可能产生炉渣固化的问题时，可用助燃剂作为辅助燃料调整炉渣排出口13的周边的温度。
助燃剂供给喷嘴20也可以如图13所示地设置在一次空气供给喷嘴内。
再有，以上的实施例针对竖型设置燃料室的情况进行说明的，然而本发明也可适用于燃烧室沿水平方向设置的横型的情况或燃烧室沿斜方向设置的情况。
根据本发明，在一个燃烧室内可以形成由空气比未满1的还原气氛构成的一次燃烧区和由空气比为1以上的氧化气氛构成的二次燃烧区。
权利要求
1.燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、从该燃烧室排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给空气的燃烧用空气供给喷嘴，其特征在于，备有若干个上述空气供给喷嘴，并使上述炉渣排出口处成为空气比为未满1的还原气氛、使上述燃烧气体排出口处成为空气比为1以上的氧化气氛地对上述空气供给喷嘴。
2.燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有烧燃由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口比上述燃烧室的内径狭窄，其特征在于，备有使空气在上述燃烧室内向炉渣排出口方向流动的第一空气供给喷嘴和在该燃烧室内空气向燃烧气体排出口方向流动的第2空气供给喷嘴。
3.燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、从该燃烧室排出在该燃烧室中生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、从该燃烧室排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有用于沿上述燃烧室的内周面形成一次空气旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向上述燃烧室的中心部或向上述一次空气的旋转方向喷出空气的二次空气喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的沿上述燃烧室的内周面形成燃料粒子旋转流的上述燃料粒子供给喷嘴。
4.燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有烧燃由可燃性固体物质组成的燃料粒子的横截面为圆形的燃烧室、设在该燃烧室的上部的燃烧气体排出口、设在该燃烧室的下部的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有为了沿上述燃烧室的内周面形成旋转的一次空气流而沿该燃烧室的内周面的切线方向喷出一次空气的一次空气供给喷嘴、为使二次空气与通过该燃烧室的中心部向上述燃烧气体排出口上升的燃烧气体的气流混合而向该燃烧室的中心或向上述一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气供给喷嘴、设置在上述一次空气供给喷嘴至上述炉渣排出口之间的向该燃烧室的沿内周面的切线方向喷出燃料粒子的上述燃料粒子供给喷嘴。
5.如权利要求4中所述的燃烧熔化炉，其特征在于，上述二次空气供给喷嘴设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述燃烧气体排出口之间。
6.如权利要求4所述的燃烧熔化炉，其特征在于，上述二次空气供给喷嘴设置在从上述燃料粒子供给喷嘴到上述炉渣排出口之间。
7.如权利要求4所述的燃烧熔化炉，其特征在于上述二次空气供给喷嘴设在炉渣排出口的下方，二次空气通过该炉渣排出口供给于上述燃烧室。
8.如权利要求4所述的燃烧熔化炉，其特征在于，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧气体排出口的口径小。
9.如权利要求4所述的燃烧熔化炉，其特征在于，上述炉渣排出口的横截面形状是圆形。
10.如权利要求4所述的燃烧熔化炉，其特征在于，上述炉渣排出口的横截面形状是槽形。
11.燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、排出在该燃烧室生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给燃烧用空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有用于沿上述燃烧室的内周面形成一次空气旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向上述燃烧室的中心部或向上述一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的、沿上述燃烧室的内周面形成燃料粒子旋转流的上述燃料粒子供给喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的将从由上述燃烧气体排出口向炉外排出的燃烧气体中回收的可燃性固体或灰返回到上述燃烧室中的燃烧气体回收物质返回机构。
12.燃烧熔化炉，该燃烧熔化炉备有燃烧由可燃性固体物质组成的燃料粒子的燃烧室、排出在该燃烧室生成的燃烧气体的燃烧气体排出口、排出在该燃烧室生成的熔化炉渣的炉渣排出口、向该燃烧室供给燃料粒子的燃料粒子供给喷嘴、向该燃烧室供给空气的空气供给喷嘴，上述炉渣排出口的口径比上述燃烧室的内径小，其特征在于，备有用于沿上述燃烧室的内周面形成一次空气旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向上述燃烧室的中心部或向上述一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气喷嘴、设置在从上述一次空气供给喷嘴到上述炉渣排出口之间的沿上述燃烧室的内周面形成燃料粒子旋转流用的上述燃料粒子供给喷嘴、向上述燃烧室供给助燃剂的助燃剂供给喷嘴、该助燃剂的点火装置。
13.燃烧熔化方法，该燃烧熔化方法，把由可燃性固体物质组成的燃料粒子和空气供给于一端有燃烧气体排出口、另一端有熔化炉渣排出口的筒状燃烧室，燃烧该燃料粒子并从上述燃烧气体排出口排出燃烧气体，从上述炉渣排出口排出伴随着该燃料粒子燃烧产生的熔融炉渣，其特征在于，在上述燃烧室内形成由空气比未满1的还原气氛和空气比为1以上的氧化气氛构成的两种气氛，上述炉渣排出口处于空气比未满1的还原气体中，上述燃烧气体排出口处于空气比为1以上的氧化气氛中。
14.燃烧熔化方法，该燃烧熔化方法把由可燃性固体物质组成的燃料粒子和空气供给上部有燃烧气体排出口下部有熔化炉渣排出口的横截面为圆形的燃烧室内，燃烧该燃料粒子并将燃烧气体从上述燃烧气体排出口排出，把伴随该燃烧粒子的燃烧而产生的熔融炉渣从上述炉渣排出口排出，其特征在于，沿上述燃烧室的内周面形成一次空气的旋转流，对着该一次空气的旋转流向上述炉渣排出口的方向的气流供给上述燃料粒子，对通过该燃烧室的中心部向上述燃烧气体排出口方向上升的燃烧气体的气流供给二次空气，提高上述燃烧气体排出口处的氧浓度。
15.燃烧熔化炉废热利用发电系统，该发电系统具备对由可燃性固体物质组成的燃料粒子进行燃烧和对灰分进行熔化的燃烧熔化炉和回收在该燃烧熔化炉产生的燃烧气体的保有热而驱动蒸气透平进行发电的发电装置，其特征在于，上述燃烧熔化炉备有燃烧燃料粒子的燃烧室、排出在该燃烧室产生的燃烧气体的燃烧气体排出口、排出在该燃烧室产生的熔化炉渣的炉渣排出口、用于沿该燃烧室的内周面形成一次空气的旋转流的一次空气供给喷嘴、用于向该燃烧室的中心部或向一次空气的旋转方向喷出二次空气的二次空气供给喷嘴，以及设置在从该一次空气喷嘴到上述炉渣排出口之间的用于沿上述燃烧室的内周面形成被处理物质的旋转流的燃料粒子供给喷嘴。
全文摘要
燃烧熔化炉和燃烧熔化方法及废热利用发电系统,它在一个燃烧室内形成空气比未满1的还原气氛和空气比1以上的氧化气氛。其特征是,在由设置了炉渣排出口13和燃烧气体排出口15的燃烧熔化室17构成的燃烧熔化炉中,备用一次空气供给喷嘴8和二次空气供给喷嘴10,将一次空气形成旋转流而在炉渣排出口13附近形成由空气比未满1的还原气氛组成的一次燃烧区。向一次燃烧气体内供给二次空气从而在燃烧气体排出口附近形成氧化气氛的二次燃烧区。
文档编号F23G5/00GK1246598SQ9911013
公开日2000年3月8日 申请日期1999年7月2日 优先权日1998年9月3日
发明者冈崎辉幸, 小林启信, 山本研二, 荒户利昭, 柴田强, 谷口正行, 森原淳, 宇津野英明 申请人:株式会社日立制作所