次世代型ストーカ式焼却炉の運転状況報告  下一代加煤爐式焚燒爐的運行狀態報告

○（賛）傳田知広 ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} ，（正）中山剛 ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} ，（賛）木ノ下誠二 ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} ，（賛）中川知紀 ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} ，（賛）鮎川将 ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)}
Tomohiro Denda ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} ， Tsuyoshi Nakayama ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} ， Seiji Kinoshita ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} ， Tomoki ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} Nakagawa， Masaru ${}^{1)}$${}^{1)}$^(1)){ }^{1)} Ayukawa
1）JFE エンジニアリング（株）  1） JFE 工程公司

1．はじめに  1. 引言
廃棄物の焼却処理に求められる役割は年々高度化および多様化している。当社はこれらのニーズに応えるため，スト一カ式焼却炉の技術をベースに，高効率発電および低環境負荷をコンセプトとした次世代型ストーカ式焼却炉（JFE ハイパー 21 ストーカシステム）を開発した ${}^{11}$${}^{11}$^(11){ }^{11} 。本システムはパイロットプラント試験，実炉適用試験を経て市場投入 され，現在国内で 2 施設が稼動し，4施設が建設中である。本報では，初号機（平成 21 年 3 月竣工）の運転状況につ いて報告する。
垃圾焚燒所需的角色正逐年變得更加複雜和多樣化。 為了滿足這些需求，我們以 JFE 焚燒爐的技術為基礎，以高效發電和低環境負荷 ${}^{11}$${}^{11}$^(11){ }^{11} 的概念開發了下一代加煤爐式焚燒爐（JFE Hyper-21 加煤爐系統）。 該系統在中試工廠測試和實爐應用測試后投放市場，目前日本有2個設施正在運行，4個設施正在建設中。 在本報告中，我們報告了第一台機組（3 月 21 日完工）的運行情況。

2009／3

2．JFEハイパー21ストーカシステムの特徴  2. JFE Hyper 21 加煤機系統的特點
本システムの開発コンセプトは，長年の実績によ り信頼性が高く，運転安定性に優れるストーカ炉に おいて，以下を実現することである。
該系統的開發理念是根據多年的經驗，在具有高可靠性和出色運行穩定性的加註爐中實現以下目標。
（1）発電効率の大幅向上  （1） 發電效率顯著提高
（2）環境負荷の低減  （2） 減少環境負荷
（3）操業コストの低減  （3） 降低運營成本
本システムでは，二回流式焼却方式やハイブリッ ド A C C（自動燃焼制御）システムなどの当社スト一力炉既存技術に加え，高温空気燃焼技術を応用し た低空気比安定燃焼を実現する事により，上記コン セプトの達成を図った。
在該系統中，除了我們現有的技術，如雙流焚燒系統和混合 ACC（自動燃燒控制）系統外，我們還通過應用高溫空氣燃燒技術實現了上述概念，以實現低空氣比的穩定燃燒。

図1に本システムにおける焼却炉内の燃焼状態を概念的に示す。高温空気と再循環ガスを混合させた高温混合気を二回流式焼却炉の燃焼開始領域に供給 している点が，従来型ストーカ炉と大きく異なって いる。これによりごみ層直上の空間に安定した燃焼領域を形成させ，その結果，従来型のストーカ炉で は達成できない低空気比条件（空気比 $\lambda =1$$\lambda =1$lambda=1\lambda=1 ．3）での安定燃焼を実現した。この低空気比安定燃焼により，排ガス中の NOX 濃度低減，排ガス量低減および発電効率向上を可能とした。
圖 1 從概念上顯示了該系統中焚燒爐的燃燒狀態。 高溫空氣和再迴圈氣體的高溫混合物被供應到雙流焚燒爐的燃燒啟動區，這與傳統的加煤爐有很大的不同。 結果，在廢液層正上方的空間內形成了穩定的燃燒區域，因此，在低空氣比條件下實現了穩定的燃燒（ $\lambda =1$$\lambda =1$lambda=1\lambda=1 空氣比 .3），這是傳統加煤爐無法實現的。 這種低空氣比的穩定燃燒可以降低廢氣中 NOx 的濃度，減少廢氣量，提高發電效率。

本システムの実機初号機の設備概要を表1に，プ ラントの設備フローを図 2 に示す。ごみ焼却プラン トは二回流式ストーカ炉，ボイラ，エコノマイザお よびろ過式集塵器等をはじめとする排ガス処理設備 により構成されている。低空気比燃焼の要素技術と なる高温混合気吹込みおよび排ガス再循環（EGR） を行うため，ろ過集塵器にて除塵された排ガスを再循環ガス送風機により焼却炉へ還流している。高温混合気は高温空気送風機により供給する加熱空気と再循環ガスを混合することで，所定の ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度に調整 し，蒸気式加熱器により ${230}^{\circ }\mathrm{C}$${230}^{\circ }\mathrm{C}$230^(@)C230^{\circ} \mathrm{C} 程度に昇温した後，焼却炉へ吹込む。E G R は再循環ガスを単独で焼却炉へ吹込む。なお本工場では，焼却炉より排出され る主灰および飛灰は，表面溶融式灰溶融炉により溶融•無害化処理されている。
表 1 顯示了該系統的第一台實際機器的設備概要，圖 2 顯示了該設備的設備流程。 垃圾焚燒計劃由雙流加煤爐、鍋爐、省煤器、過濾式除塵器等廢氣處理設備組成。 為了進行低溫混合氣吹掃和廢氣再迴圈 （EGR），這是低空氣比燃燒的基本技術，過濾除塵器去除的廢氣通過再迴圈氣體鼓風機返回焚燒爐。 將高溫鼓風機提供的加熱空氣與再迴圈氣體混合，將高溫混合物調節到預定 ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度，然後通過蒸汽式加熱器將溫度升高到一定 ${230}^{\circ }\mathrm{C}$${230}^{\circ }\mathrm{C}$230^(@)C230^{\circ} \mathrm{C} 程度，然後吹入焚燒爐。 E G R 自行將再迴圈氣體吹入焚燒爐。 在該工廠，從焚燒爐排放的主灰和粉煤灰通過表面熔化灰熔爐熔化和解毒。

図1 燃焼開始領域における火炎安定化のイメージ  圖 1 燃燒開始區域的火焰穩定圖像

表1 初号機の設備概要  表 1 第一台機組設備概述

図2 初号機の設備フロー  圖 2 第一台機組的設施流程

【連絡先】 $1230-8611$$1230-8611$1230-86111230-8611 神奈川県横浜市鶴見区末広町2－1 JFEエンジニアリング（株）総合研究所傳田知広 Tel：045－505－7852 FAX：045－505－6567 e－mail：denda－t onohi ro＠fe－eng．co．jp【キーワード】ストーカ炉，高効率発電，有害物質低減
【聯繫方式】 $1230-8611$$1230-8611$1230-86111230-8611 神奈川縣橫濱市鶴見區末廣町 2-1 JFE Engineering Corporation 研究所 Tomohiro Koda 電話：045-505-7852 傳真：045-505-6567 電子郵件：denda-t onohi ro@fe-eng.co.jp [關鍵詞] 加煤爐、高效發電、減少有害物質

4．運転状況および性能評価  4. 運行狀態和性能評估
本工場は平成21年3月に竣工し，順調に稼動を続けている。次世代型ストーカ炉としての性能を評価するため，従来行われてきたストーカ炉の運転（従来燃焼）との比較を行った。
該工廠於 21 年 3 月完工，並繼續順利運行。 為了評估下一代加煤爐的性能，我們將其與加煤爐的常規操作（傳統燃燒）進行了比較。
1）低空気比安定燃焼  1） 低空氣比 穩定燃燒
従来燃焼時と次世代型燃焼時の運転結果および排ガス中の各成分濃度の経時変化をそれぞれ表2，
表 2 顯示了傳統燃燒和下一代燃燒期間的運行結果，以及廢氣中各成分濃度隨時間的變化。
図 3 に示す。次世代型燃焼時ではボイラ出口の排ガ ス ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度が約 $5\mathrm{\%}$$5\mathrm{\%}$5%5 \% となっており，本システムの設計条件である空気比入＝ 1.3 にて運転されていることを示している。この低空気比条件においても排ガス CO濃度は従来燃焼時と同様に低レベルで安定しており，本システムでは完全燃焼性能を損なうことなく低空気比運転が可能であることを示している。また，排 ガス NOX 濃度（脱硝前）については従来燃焼時が平均 75 ppm であるのに対し，次世代型燃焼時では平均 40ppmとなり，約 $50\mathrm{\%}$$50\mathrm{\%}$50%50 \% の低減が見られた。これは低空気比運転による ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度減少の効果に加え，高温混合気吹込みと排ガス再循環により炉内温度が均一化し，局所高温の発生が抑制されている効果によるものと考えられる。
圖 3. 在下一代燃燒的情況下，鍋爐出口處的廢氣 ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度大致 $5\mathrm{\%}$$5\mathrm{\%}$5%5 \% 相同，表明系統以 = 1.3 的空氣比運行，這是該系統的設計條件。 即使在這種低空氣比條件下，廢氣CO濃度也像傳統燃燒一樣穩定在較低水準，這表明該系統可以在低空氣比下運行，而不會影響完全燃燒性能。 此外，在常規燃燒過程中，廢氣 NOx 的平均濃度（反硝化前）為 75 ppm，但在下一代燃燒過程中平均為 40 ppm，大約 $50\mathrm{\%}$$50\mathrm{\%}$50%50 \% 降低了。 這被認為是由於低空氣比運行而降低 ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度的效果，以及通過吹掃高溫混合物和再迴圈廢氣來平衡爐內溫度的效果，並抑制了局部高溫的產生。
2）排ガス量  2） 廢氣
図4に焼却炉への投入熱量（ごみ発熱量）と煙突排ガス量（灰溶融炉排ガス除く）の関係を示す。低空気比燃焼による過剰空気の削減により煙突からの排ガス量が大きく低減した。投入熱量が 43 ，OOOM／h （設計基準ごみ相当）のとき，次世代型燃焼時では排ガス量が 19\％減少した。
圖 4 顯示了輸入到焚燒爐的熱量（廢熱值）與煙囪廢氣量（不包括熔灰爐廢氣）之間的關係。 由於空氣比低，通過減少過量空氣，大大減少了煙囪的廢氣量。 當輸入熱量為 43 和 OOOM/h（相當於設計標準廢料）時，下一代燃燒過程中的廢氣減少了 19%。
3）熱回収量  3） 回收的熱量
図5に次世代型燃焼時における蒸気発生量の向上効果を示す。投入熱量が設計基準ごみ相当のとき， ボイラでの蒸気発生量が $6\mathrm{\%}$$6\mathrm{\%}$6%6 \% 増加した。これは図 4 に示した排ガス量の減少により，排ガス顕熱の持ち去 り分が削減されたことと，わずかではあるが高温混合気分の顕熱が増加したことによるものである。
圖 5 顯示了提高下一代燃燒過程中產生的蒸汽量的效果。 當輸入的熱量等於設計標準廢液時，鍋爐 $6\mathrm{\%}$$6\mathrm{\%}$6%6 \% 中產生的蒸汽量增加。 這是由於圖 4 所示的廢氣量減少，從而減少了煙氣帶走的顯熱量，並且高溫混合物的顯熱略有增加。

次に投入熱量が設計基準ごみ相当のときの蒸気使用量の内訳を図6に示す。次世代型燃焼時では，上述のボイラ蒸気発生量増加に加え，排ガス量の減少 に伴い，排ガス再加熱器での蒸気使用量が削減可能 となる。高温混合気製造のための蒸気使用量はわず かであった。結果として，次世代型燃焼時ではター ビン発電機への供給可能蒸気量が $12\mathrm{\%}$$12\mathrm{\%}$12%12 \% 增加し，大幅 な発電量増加が可能であることが確認できた。
接下來，圖 6 顯示了當輸入熱量等於設計標準廢料時使用的蒸汽量明細。 在下一代燃燒中，除了上述鍋爐蒸汽產生的增加外，由於廢氣量的減少，可以減少廢氣再熱器中的蒸汽使用量。 用於生產高溫混合物的蒸汽量是無限的。 結果證實，在下一代燃燒過程中，可以供應給渦輪發電機的 $12\mathrm{\%}$$12\mathrm{\%}$12%12 \% 蒸汽量會增加，發電量可以大大增加。

JFEハイパー 2 1ストーカシステムは次世代型焼却炉として求められる高効率発電性能と低環境負荷性能を有し，今後の廃棄物処理において中心的な役割を担っていくものと期待される。当社は本シス テムの更なる性能向上を目指し，継続的な研究開発 に取組む所存である。
JFE Hyper 2 1 加煤機系統有望在未來的廢物處理中發揮核心作用，具有下一代焚燒爐所需的高效發電性能和低環境影響性能。 我們打算進行持續的研究和開發，以進一步提高該系統的性能。

本発表を行うにあたり，データ収集に多大なご協力を頂いた関係各位に，深く感謝の意を表します。
在進行本次演示時，我想對所有參與其中的人表示最深切的感謝，感謝他們在收集數據方面的大力合作。

1）中山ら，第 20 回環境工学総合シンポジウム 2010，133－134 ，（2010）
1） Nakayama et al.， The 20th Symposium on Environmental Engineering 2010， 133-134， （2010） （英語）

表2 運転結果  表2 操作結果

図3 ボイラ出口におけるCO，NOx， ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度の経時変化
圖 3 鍋爐出口處 CO、NOx 和 ${\mathrm{O}}_2$${\mathrm{O}}_2$O_(2)\mathrm{O}_{2} 濃度的時間變化

図4 煙突排ガス量と投入熱量の関係  圖 4 煙囪廢氣與輸入熱量的關係

図5 蒸気発生量と投入熱量の関係  圖 5 蒸汽產生與輸入熱量的關係

図6 蒸気使用量の内訳  圖 6 蒸汽消耗量明細