JP2001296008A

JP2001296008A - 焼却装置

Info

Publication number: JP2001296008A
Application number: JP2000111667A
Authority: JP
Inventors: Seigo Abe; 清悟安部
Original assignee: P C CENTER KK; P C CT KK
Current assignee: P C CENTER KK; P C CT KK
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2001-10-26
Also published as: WO2001077587A1; AU2001248759A1

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、可燃物を燃焼中に焼却灰と水分を
供給することにより、燃焼効率の良い新しい燃焼方法を
使用する焼却装置に関する。さらに詳しくは、本発明は
産業廃棄物の焼却等に好適な焼却装置であって、燃焼中
に水を焼却灰とともに供給することにより、従来より高
温で短時間に完全燃焼する高効率化した焼却装置を具現
化したものである。【構成】内部に燃焼室を設けてなる燃焼炉本体は、そ
の当該燃焼室の下部に焼却灰を火炎燃焼の還元域に供給
することのできる灰供給部を設け、燃焼室の中間部には
水蒸気又は水を火炎燃焼の還元域に供給することのでき
る水分供給部を設け、当該燃焼室の下部から中間部にか
けて空気を火炎燃焼の酸化域に供給することのできる空
気供給部を設け、前記燃焼室で可燃物を燃焼させたと
き、酸化域においては供給させた空気により酸素富化燃
焼するとともに、還元域において供給された水または水
蒸気と、アルミニウムを含む焼却灰とが接触反応して可
燃性ガスを発生し、これが燃焼して燃焼効率が向上する
ように構成した焼却装置ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可燃物を燃焼中に焼却
灰と水分を供給することにより、燃焼効率の良い新しい
燃焼方法を使用する焼却装置に関する。さらに詳しく
は、本発明は産業廃棄物の焼却等に好適な焼却装置であ
って、燃焼中に水を焼却灰とともに供給することによ
り、従来より高温で短時間に完全燃焼する高効率化した
焼却装置を具現化したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、可燃物の燃焼の高効率化は、
各種燃焼機関や燃焼装置や焼却装置における共通の要請
である。どうすれば高温燃焼できるか、どうすれば完全
燃焼するか、どうすれば短時間で効率的に燃焼すること
ができるか等の技術的課題について、多方面で種々の研
究がなされており、燃料の種類により、また燃焼方式の
相違により様々な具体的対応策や装置が開発されてい
る。

【０００３】例えば、燃焼室の下部に立設した燃焼用空
気分配管にＬ字状噴出ノズルと噴出ノズルの先端に取り
付けられた複数個の螺旋孔を有する空気螺回部材をもう
け、高圧空気が旋回するように噴出して燃焼効率を良好
にする焼却炉（特開昭５２−１２０５８０号）や、ボイ
ラーの燃焼室内に所定温度に予熱された所定量の過剰空
気を強制的に導入するようにしたボイラー（実願昭５７
−９１８４６号）や、燃焼室で燃焼がはじまると炉内の
熱交換によって熱風となった空気をロストルの下方およ
び燃焼室の中間部から噴出させることにより高い燃焼効
率を取得することができるようにしたターボボイラー
（特開昭６２−９４７０１号）や、燃焼室底部に設置し
て、水管式ロストルから加熱され、且つ高圧のエアーを
燃焼室内部に旋回流を起こすように吹出させるようにし
て、未燃焼物の発生も、灰の堆積もなく、燃焼効率が著
しく向上し、連続運転が可能にして処理能力を格段にア
ップさせることができた燃焼炉（特許第２６０９１９９
号）などが提案されている。これらは、いずれも燃焼に
必要な空気を強制的に供給して燃焼効率を向上させよう
とするものである。

【０００４】しかし、このような工夫や改良は燃焼効率
を高めるのに一定の効果はあるが、猛毒のダイオキシン
の発生を防止するとの要請を考慮すると必ずしも充分で
はない。まして、昔から一般に市販されてきた小型で簡
便型の燃焼装置や焼却炉の多くは、単に良く燃えること
だけを目標性能として製造されてきている。このため、
それらの燃焼装置や焼却炉、燃焼によって猛毒のダイオ
キシンが生じることが多く、環境破壊の一因になるとし
て社会問題になっている。

【０００５】そのため、これからの燃焼装置や焼却装置
や焼却炉は、従来のように単に良く燃えるというだけで
なく、ダイオキシンが可及的に生じないように、今まで
以上に高温で完全燃焼し、可燃物が短時間で燃焼するよ
うな新しい燃焼方法や高性能な焼却装置の開発が強く望
まれている。

【０００６】叙上のように可燃物の燃焼の高効率化を図
るための手段として当業者がまず考えるのは、燃焼は酸
化現象である点に着目して酸化に必要な空気（酸素）を
効率的にまたは強制的に供給する手段を工夫することで
ある。これは燃焼の効率化にとって、欠かせない基本的
手段ではあるが、その他にも次のような燃焼の高効率化
の手段が考えられている。

【０００７】例えば、石炭などの固体燃料を燃焼せんと
する装置の場合は固体を粉体にすることにより、燃焼効
率を高め窒素酸化物の生成を減少させる方法が採られて
いる。また石油系など液体燃料を燃焼する装置の場合
は、当該燃料の低硫黄化、排煙脱硫、排煙脱硝で対処し
たり、燃料であるガソリンや軽油の組成を選定するなど
の方法により燃焼効率を高めるようにしてきた。また気
体燃料を燃焼する装置の場合には、本来高効率燃焼なの
でこの状態を低下させないで安定燃焼を維持することが
大切である。安定燃焼を図るため、空気と燃焼の混合比
や火災温度や放射率やクリーン性や火災の長短等を調整
するようにし、熱損失を極力減らすようにするなどの方
法が採られている。

【０００８】更に、燃焼技術の効率化手段としては、酸
素利用（酸素富化）した燃焼による効率化、触媒燃焼に
よる効率化、希簿予混合気燃焼による効率化、畜熱式燃
焼による効率化、異相系予混合燃焼（微粉炭、油）によ
る効率化など種々の効率化手法が採られている。

【０００９】しかし、このような燃焼効率を高める各種
の工夫や改良によって、それなりの効果は上がっている
が、近年の要請である燃焼や焼却によってダイオキシン
が発生しないような燃焼方法についての対策は、必ずし
も充分ではない。日本では例えば燃焼設備においてダイ
オキシンが発生しないようにするためには、燃焼温度が
９００℃以上、滞留時間２秒以上、ＣＯ濃度は３０ｐｐ
ｍ以下（Ｏ_２が１２％換算値の４時間平均値）にするこ
とが近年の基準とされているが、この基準をクリアしよ
うとすると設備がどうしても大型にならざるを得ない難
点がある。そこで高温で完全燃焼する新しい燃焼方法を
開発して小型の設備でもこの基準をクリアできるように
したいと考え鋭意研究開発した結果、本発明を完成させ
たものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記のよ
うに今まで以上に高温で効率良く完全燃焼させる方法や
装置を開発すべく鋭意研究するうち、可燃物が燃焼して
いる際、所定の条件下でその火炎の中に少量の水や水蒸
気等を注入すると、一瞬それまで以上に勢い良く燃え上
がり温度も上昇する現象があることに気付き、この現象
に着目した。この現象は、よく観察すると、確かに勢い
良く燃え上がっており、水蒸気爆発現象とは明らかに区
別される現象である。常識的には火に水を注ぐことは逆
に燃焼作用を抑制し消火することと考えられているた
め、このように水を加えることによって燃焼効率を上げ
る現象の発見は画期的なものである。そのため、発明者
はその現象の解明と再現するための研究を進めた。その
結果、本発明者は、多くの廃棄物焼却施設において、灰
バンカーなどで爆発事故を起こしている現象に着目し
た。なぜなら、当該爆発事故は、アルミニウムを含む焼
却灰や電気集塵灰が冷却水と反応して、水素を含む可燃
性ガスを発生し、それが原因で爆発したものとされてい
るからである。

【００１１】すなわち、発明者が見出した前記火炎の中
に水分を注入することによって、より勢い良く高温で燃
える現象は、この焼却灰と水とが反応して可燃性ガスが
発生し、それが燃焼し爆発する現象とおなじではないか
と考えたからである。そこで、本発明者は実験を行い、
焼却灰と水とが反応して可燃性ガスを発生する現象を確
認するとともに、この現象を制御しながら利用すれば、
それまで以上に高温で完全燃焼させることができるし、
燃焼効率を向上し得ることを見出したのである。

【００１２】このような現象が起こるのは、次のような
理由によるものと思われる。即ち、燃焼は、熱と光を発
しながら可燃物が空気中の酸素と激しく化合する化学反
応であると定義されており、燃焼においても酸化と還元
は、同時に起こっている。したがって、燃焼には必ず酸
化域と還元域がある。この燃焼中の還元域に水または水
蒸気を吹き込むとともに、当該還元域にアルミニウムを
含む焼却灰を含む焼却灰が存在する状態にするか、或い
は当該焼却灰を吹き込むことによって、水は次のような
反応を起こして可燃ガスである水素を発生し、この水素
が燃焼することにより燃焼を促進し、燃焼効率を向上さ
せることができる。

【００１３】しかも当該焼却灰は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃａ，
Ｍｇ，Ｋ，Ｎａ，Ｆｅ，Ｐその他の成分の混合物であ
り、量的にはＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＣａＯ,Ｆｅ₂Ｏ₃,Ｋ₂
Ｏ,Ｎａ₂Ｏ,Ｐ₂Ｏ₅，ＭｇＯなどの組成物が大半を占め
ている。尚、分析の結果、焼却灰の成分は、表１に示す
とおりである。

【００１４】

【表1】

【００１５】このように、焼却灰は、Ｃａ,Na,Ｍａ,Kな
どのアルカリ成分が多いため、当該焼却灰が水と接触す
ると強いアルカリ性になる。このように強アルカリ性の
水がアルミニウムと接触反応すると、水素を発生する。
反応式は次の通りである。

【００１６】

【数式1】

【００１７】この反応は、アルミニウムによる水の還元
反応である。従ってこの反応は、燃焼させたときに生じ
る還元域にて行うことにより、反応が促進する。この反
応が実際に起こっていることを確認するため、次のよう
な各種の実験を行った。

【００１８】第１に、図６に示すように内部に焼却灰と
蒸留水入れることができるように形成した容器Ａを用意
し、その上部開口に栓を閉めるとともに、その容器Ａ内
の上部空間から発生した可燃性ガスを発生した分量だけ
隣接する水容器Ｂ内の水中に送るためのパイプＣを配管
し、当該水容器Ｂを密閉し、送られたガスの容積分だけ
水容器Ｂ内の水を隣接する計測容器Ｄ内に送り漏出させ
るための水管Ｅを配管してなるガス発生実験装置を用意
する。その上で、前記容器Ａ内に焼却施設から採取した
焼却灰と蒸留水を注入して、可燃ガス発生実験をおこな
った。

【００１９】その結果、第１に、焼却灰と灰に含まれて
いるアルカリ成分によりｐＨが１２．０になった水が共
存すると、容器Ａ内にガスが発生しはじめた。当該発生
ガスをガスクロマトグラフで分析したのが図７である。
その発生ガスの種類は、水素、酸素、窒素、メタン等で
あり、その全体のガス発生量は平均８．１ｍｌ／（ｋｇ
・ｍｉｎ）であった。つまり当該ガス中には水素（濃度
約８０％）と、メタン（同約２％）の可燃ガスが含まれ
ていた。

【００２０】第２に、前記ガス発生実験装置を用いて実
験した結果、焼却灰と水を接触した後の水のｐＨが高く
なると水素の発生量が増加することが解った。図８は、
そのｐＨ変化による水素発生量の変化を示したものであ
る。

【００２１】第３に、また前記ガス発生実験装置を用い
て、水と焼却灰はとの液固比によるガス発生量の変化を
実験した。それによると、液固比（L／S）が大きいほど
ガス発生量、水素濃度とも増加することを確認した。そ
の実験結果が図９である。

【００２２】第４に、前記実験において、焼却灰を篩に
かけて、粒径が１２５μｍ以上の成分と、それ以下の成
分に分け、それぞれ１ｇからのガス発生量を調べた。そ
の結果、粒子の大きい試料からの発生量が大きくなって
いることが解った。その実験結果を示したのが図１０で
ある。

【００２３】また、焼却施設から排出された６種類の焼
却灰について、粒径５ｍｍ以下の篩にかけた後、水素発
生量の経時変化を測定した。その結果は、図１１に示す
ように、水素の発生は、６試料とも同じ傾向を示した。
即ち、７２時間後を１００％とすると、１時間後には約
１０％、２４時間後には約７０％発生していることが解
った。このように焼却灰と水さえあれば、長期間にわた
って可燃性ガス（水素）が発生することが解った。

【００２４】更に、以上の実験から、可燃性ガス発生に
影響する操作因子として、アルミニウム含有量のほかに
灰と接触後のｐＨ値、液固比および、灰の粒径などが挙
げられることが解った。

【００２５】以上のような実験により見出された技術的
知見から、燃焼時に還元域に焼却灰と水分を供給する
と、水がアルカリ性となってアルミニウムと還元反応を
起こして水素などの可燃性ガスを発生し、これが燃焼す
るので、燃焼効率が向上することを見出した。また、焼
却灰に含まれている酸化金属、例えばＡｌ₂Ｏ₃，Ｆｅ₂
Ｏ₃が燃焼触媒として機能するので、火炎燃焼へ焼却灰
を補給することは、還元域においてだけでなく、酸化域
においても燃焼効率を一層向上させる効果があることも
解った。従って、燃焼に際してその還元域には焼却灰と
水分を供給し、酸化域には酸素や空気の補給をするよう
に組み合わせると、それらの相乗効果によって、更に顕
著に燃焼効率が向上することを見出した。尚、水は、原
則として１００℃以下と温度が低いので、燃焼時に水分
をそのまま供給すると燃焼温度を下げて、これによって
燃焼作用を抑制する働きをもたらすので、燃焼時の水分
の供給には、できるだけ水分を温めたうえで供給するこ
とが望ましく、そのために水分が水蒸気の状態で供給さ
れることもあっても良いこと勿論である。

【００２６】本発明はこのような新しく見出した現象に
基づき、焼却灰と水を利用して従来以上に高温で効率良
く完全燃焼させる方法を使用する焼却装置を提供するも
のである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】特許を受けようとする第
１発明は、内部に燃焼室を設けてなる燃焼炉本体には、
その当該燃焼室の下部に焼却灰を火炎燃焼の還元域に供
給することのできる灰供給部を設け、燃焼室の中間部に
は水蒸気又は水を火炎燃焼の還元域に供給することので
きる水分供給部を設け、前記燃焼室内で可燃物を燃焼さ
せたとき、還元域において供給された水または水蒸気と
アルミニウムを含む焼却灰とが接触反応して可燃性ガス
を発生し、これが燃焼して燃焼効率が向上するようにし
たことを特徴とする焼却装置である。

【００２８】当該第１発明は、可燃物を燃焼させたとき
生じる酸化域と還元域のうち、還元域において水または
水蒸気とアルミニウムを含む焼却灰とを接触反応させて
水素などの可燃性ガスを発生させることにより、燃焼効
率を向上させるようにする水を利用した燃焼方法を使用
する焼却装置である。

【００２９】即ち、当該第１発明は、可燃物が燃焼する
とき還元域には灰供給部から焼却灰が供給され、水分供
給部から水蒸気又は水が還元域に供給されるように構成
されている。そのため、還元域で水分と焼却灰とが接触
すると、焼却灰中のアルカリ成分によりアルカリ水とな
り、これがアルミニウムと還元反応を起こして水素など
の可燃ガスを発生させる。この可燃ガスである水素は燃
焼するので、燃焼効率が向上する。このような現象を効
率的に起こさせるためには、還元域に高温に予熱された
水蒸気とアルミニウムを含む焼却灰が供給されることが
望ましい。

【００３０】特許を受けようとする第２発明は、内部に
燃焼室を設けてなる燃焼炉本体には、その当該燃焼室の
下部に焼却灰を火炎燃焼の還元域に供給することのでき
る灰供給部を設け、燃焼室の中間部には水蒸気又は水を
火炎燃焼の還元域に供給することのできる水分供給部を
設け、当該燃焼室の下部から中間部にかけて空気を火炎
燃焼の酸化域に供給することのできる空気供給部を設
け、前記燃焼室で可燃物を燃焼させたとき、酸化域にお
いては供給させた空気により酸素富化燃焼するととも
に、還元域において供給された水または水蒸気と、アル
ミニウムを含む焼却灰とが接触反応して可燃性ガスを発
生し、これが燃焼して燃焼効率が向上するようにしたこ
とを特徴とする焼却装置である。

【００３１】当該第２発明は、可燃物を燃焼させたとき
生じる酸化域と還元域のうち、その酸化域に空気を供給
し、還元域に高温の水または水蒸気を必要に応じてアル
ミニウムを含む焼却灰をとともに供給し、酸素富化作用
と可燃性ガス発生作用の二重の燃焼促進作用を行うこと
により相乗的に燃焼効率を向上させるようにする水を利
用した燃焼方法を使用する焼却装置である。

【００３２】特許を受けようとする第３発明は、前記灰
供給部が、燃焼炉本体の下部にコンプレッサーと連結し
た圧縮空気導入管を配管し、その先端部を燃焼室内の空
気噴出ノズルとなし、燃焼室内に空気を吹き出して焼却
灰を舞い上がらせるようにしたことを特徴とする第１発
明又は第２発明に記載する焼却装置である。

【００３３】特許を受けようとする第４発明は、前記水
分供給部は、水蒸気発生器から延出された導管と連結さ
れた水分供給管が燃焼炉本体の中間部から燃焼室内に配
管され、その水分供給管には水分噴出ノズルが配設され
ており、水蒸気発生器で作られた水蒸気が当該導管を通
って水分供給管に導かれ、水分噴出ノズルから燃焼室内
の還元域に供給できるようにしたことを特徴とする第１
発明又は第２発明に記載する焼却装置である。

【００３４】特許を受けようとする第５発明は、内部に
燃焼室を設けてなる燃焼炉本体は、その当該燃焼室の下
部に焼却灰を火炎燃焼の還元域に供給することのできる
灰供給部を設け、燃焼室の中間部には水蒸気又は水を火
炎燃焼の還元域に供給することのできる水分供給部を設
け、当該燃焼室の下部から中間部にかけて空気を火炎燃
焼の酸化域に供給することのできる空気供給部を設け、
前記燃焼室で可燃物を燃焼させたとき、酸化域において
は供給させた空気により酸素富化燃焼するとともに、還
元域において供給された水または水蒸気と、アルミニウ
ムを含む焼却灰とが接触反応して可燃性ガスを発生し、
これが燃焼するようにした焼却装置において、前記灰供
給部は、燃焼炉本体の下部にコンプレッサーと連結した
圧縮空気導入管を配管し、その先端部を燃焼室内の空気
噴出ノズルとなし、当該空気噴出ノズルの噴出し方向を
特定方向に旋回するように調整し、燃焼室内に空気を吹
き出すことにより焼却灰が特定方向に旋回しながら舞い
上がるようになし、前記水分供給部は、水蒸気発生装置
から延出された導管と連結された水分供給管が燃焼炉本
体の中間部から燃焼室内に配管され、その水分供給管に
は水分噴出ノズルが配設されているが、当該水分噴出ノ
ズルの水分噴出し方向が特定方向に旋回するように調整
し、水蒸気発生器で作られた水蒸気が当該導管を通って
水分供給管に導かれ、水分噴出ノズルから燃焼室内に水
蒸気または水を噴き出す際、特定方向に旋回しながら供
給できるようになし、前記空気供給部は、燃焼炉本体の
中間部から下部における外周壁に空気貯留部を形成して
おき、その空気貯留部には空気導管を介してコンプレッ
サーから圧縮空気が供給できるように構成するととも
に、当該空気貯留部から燃焼室内に空気を吹き出すこと
のできる空気吹き出しノズルを配設し、燃焼室内の酸化
域へ空気を吹き出すように構成するが、当該空気吹き出
しノズルの空気吹き出し方向が特定方向になるよう調整
して、供給される空気が特定方向に旋回するように吹き
出すように構成し、可燃物を燃焼させたとき、燃焼室内
への焼却灰の供給、水蒸気または水の供給、空気の供給
のいずれもが同じ特定方向に旋回しながら供給され、そ
の火炎燃焼が特定方向に旋回しながら進行し、燃焼室へ
の滞留時間が長くなるようにしたことを特徴とする焼却
装置である。

【００３５】当該第５発明は、可燃物を燃焼させたとき
生じる酸化域と還元域のうち、その酸化域に空気を供給
し、還元域に高温の水または水蒸気とアルミニウムを含
む焼却灰を供給し、酸素富化作用と可燃性ガス発生作用
の二重の燃焼促進作用を行うことにより相乗的に燃焼効
率を向上させるようにする水を利用した燃焼方法を使用
する焼却装置であるが、その焼却装置の各構成部材の構
造を具体化し、改良したものである。その最も大きな特
徴は、空気噴出ノズルの空気噴出方向と水分噴出ノズル
の水分噴出方向と空気吹き出しノズルにおける空気吹き
出し方向のいずれもを同じ方向に旋回するように調整し
ておき、可燃物を燃焼させたとき、その火炎燃焼が特定
方向に旋回しながら進行するようになし、燃焼室への滞
留時間が長くなるようにしたことを特徴とする焼却装置
である。

【００３６】特許を受けようとする第６発明は、燃焼室
内に設けた灰供給部における空気噴出ノズルの空気噴出
方向、水分供給部における水分噴出ノズルの水分噴出方
向、空気供給部における空気吹き出しノズルにおける空
気吹き出し方向のいずれもが同じ特定方向に旋回するよ
うに調整しておき、可燃物を燃焼させたとき、燃焼室内
への焼却灰の供給、水蒸気または水の供給、空気の供給
のいずれもが同じ特定方向に旋回しながら供給され、そ
の火炎燃焼が特定方向に旋回しながら進行するようにな
す焼却装置において、その火炎燃焼が旋回する特定方向
は、その焼却装置が地球の北半球にある場合には反時計
廻り方向となし、その焼却装置が地球の南半球にある場
合には時計廻り方向となすようにしたことを特徴とする
第５発明に記載する焼却装置である。

【００３７】第６発明は、地球が自転していることに起
因して、地球上の空気は地球の北半球では反時計廻り方
向に旋回し易く、南半球では時計廻り方向に旋回し易く
なっている。これは、気象観測上の空気の流れを観ると
明白である。このような地球上の自然法則は、焼却装置
内の火炎燃焼作用においても大きな影響力として働いて
いる。即ち、焼却装置内で空気や水蒸気又は水や焼却灰
を旋回しようとするとき、この支配している自然法則に
沿った方向に旋回しようとすると、小さなエネルギーで
容易に旋回し易いのに対し、この自然法則に逆らった方
向に旋回しようとすると大きなエネルギーを使用して
も、容易には旋回しない。そこで、本発明にかかる焼却
装置においても火炎燃焼の旋回方向をこの地球の自転に
ともなう空気の回転のし易さの法則に沿った方向とした
ものである。このようにすることにより、最小のエネル
ギーで最大の旋回効果をえるようになし、それだけ燃焼
室内での燃焼滞留時間を長くして完全燃焼するようにし
たものである。実験によると、旋回させない場合と、旋
回させた場合とでは燃焼滞留時間が３倍以上長くなるこ
とが確認されている。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に基づいて詳細に
説明する。図１は、本発明にかかる焼却装置の実施例を
示す縦断説明図であり、図２は、本発明にかかる焼却装
置の実施例を示す横断説明図であり、図３は、当該焼却
装置の水分供給部の構成を示す要部拡大説明図で、その
（イ）は要部拡大平面図であり、その（ロ）は要部拡大
側面図であり、図４は、本発明にかかる実施例であっ
て、北半球で使用される焼却装置の構成と機能を示す縦
断説明図であり、図５は、本発明にかかる実施例であっ
て、南半球で使用される焼却装置の構成と機能を示す縦
断説明図である。

【００３９】図１に示した焼却装置は、燃焼炉本体１
と、その上部に設けた蒸気発生装置２と、更にその上部
に設けた除塵装置３と、更にその上部の煙突部４とから
なる。当該燃焼炉本体１は、内部に燃焼室５が形成され
ており、その周壁の内壁５ａと外壁５ｂの間に水を充満
させた水ジャケット６となし、水冷式で燃焼炉本体１を
高温から護るように構成されている。尚、図中６ａは、
水ジャケット６に必要な水を供給するための第１水タン
クである。また燃焼炉本体１は、その燃焼室５の天井部
に燃焼ガスや焼却灰を煙突部４に導く排煙通路７が形成
してあるとともに、燃焼室５の側壁上部には可燃物投入
口８が形成されており、燃焼室５の下部には焼却灰取出
口９が設けられている。

【００４０】当該燃焼室５の下部には灰供給部１０を設
ける。当該灰供給部１０には種々の方法と装置が考えら
れるが、図示実施例として燃焼室５内の底部にある焼却
灰を燃焼室５のほぼ中芯部の還元域に渦巻き状に舞い上
がらせるように空気吹き出す焼却灰舞い上げ方式の装置
を配設した。図示実施例の前記灰供給部１０は、燃焼炉
本体１の下部にコンプレッサー（図示せず）と連結した
圧縮空気導入管１１を配管し、その先端部が周壁の水ジ
ャケット６を貫通して燃焼室５内に開口する空気噴出ノ
ズル１２,１２,…となし、燃焼室５内に空気を吹き出し
て底部にある焼却灰８を舞い上がらせるように構成し
た。しかも当該空気噴出ノズル１２,１２,…は、図２や
図３および図４に示すように、空気の噴出し方向を中芯
部の還元域Ｘにおいて特定方向に旋回するように調整し
ておき、燃焼室内に空気を吹き出すことにより焼却灰が
特定方向に旋回しながら舞い上がるようにしておく。

【００４１】また、燃焼炉本体１の中間部には水蒸気又
は水を燃焼室５の中芯部である還元域Ｘに噴出するため
の水分供給部１３を設ける。図示実施例においては燃焼
室５が広いので水分供給部１３を燃焼室５内に突出する
ように形成し、噴出し供給する水蒸気が中芯部の還元域
Ｘに届くように設計したものである。従って当該水分供
給部１３は、必ずしも図示実施例のように燃焼室５内に
突出形成する必要のないこと勿論である。

【００４２】図示実施例の前記水分供給部１３は、水蒸
気発生器１４から延出された導管１５と連結された水分
供給管１６が燃焼炉本体１の中間部から燃焼室５内に配
管され、その水分供給管１６には水分噴出ノズル１７,
１７…が配設されている。当該水分噴出ノズル１７,１
７…の水分噴出し方向が特定方向に旋回するように調整
し、水蒸気発生装置１４で作られた水蒸気が当該導管１
５を通って水分供給管１６に導かれ、水分噴出ノズル１
７,１７…から燃焼室５内に水蒸気または水を噴き出す
際、特定方向に旋回しながら供給できるように構成し
た。尚、当該水分供給管１６は、内側の水分導管１６ａ
とその外側周囲の水冷管１６ｂとの二重管になってお
り、水分導管１６ａは水ジャケット６により護られた構
造になっている。

【００４３】また、燃焼炉本体１の中間部周壁には空気
供給部１８が形成されている。前記空気供給部１８は、
燃焼炉本体１の中間部から下部における外周壁に空気貯
留部１９を形成しておき、その空気貯留部１９には空気
導管２０を介してコンプレッサーから圧縮空気が供給で
きるように構成するとともに、当該空気貯留部１９から
燃焼室５内に空気を吹き出すことのできる空気吹き出し
ノズル２１,２１…を配設し、燃焼室５内の酸化域Ｙへ
空気を吹き出すように構成するが、当該空気吹き出しノ
ズル２１,２１…の空気吹き出し方向が特定方向になる
よう調整して、供給される空気が特定方向に旋回して吹
き出すように構成されている。

【００４４】図４に示す実施例の焼却装置は、北半球で
使用する場合の仕様のものであり、図５に示す実施例の
焼却装置は、南半球で使用する場合仕様のものである。
いずれの場合も、その燃焼室５内に設けた灰供給部１０
における空気噴出ノズル１２,１２…の空気噴出方向
も、水分供給部１３における水分噴出ノズル１７,１７
…の水分噴出方向も、空気供給部１８における空気吹き
出しノズル２１,２１…における空気吹き出し方向のい
ずれもが同じ特定方向に旋回するように調整してある。
従って、当該焼却装置は、いずれの仕様の場合でも、可
燃物を燃焼させたとき、燃焼室内への焼却灰の供給、水
蒸気または水の供給、空気の供給が同じ特定方向に旋回
しながら供給され、その火炎燃焼が特定方向に旋回しな
がら進行するように構成されている。当該焼却装置の火
炎燃焼が旋回する方向は、その焼却装置が地球の北半球
仕様である場合には、図４に示したように反時計廻り方
向となり、その焼却装置が地球の南半球仕様である場合
には、図５に示したように時計廻り方向となる。

【００４５】叙上のように図示実施例の焼却装置は、当
該燃焼室５の下部に灰供給部１０を設けて、焼却灰を舞
い上がらせることにより火炎燃焼の還元域Ｘにアルミニ
ウムを含む焼却灰を供給するようにするとともに、燃焼
炉本体１の中間部に水分供給部１３を設け、火炎燃焼の
還元域Ｘに水蒸気又は水を供給する。図示実施例の焼却
装置に可燃物として廃棄タイヤを投入して燃焼させる
と、中芯部に還元域Ｘが生じ、その外周部と上部に酸化
域Ｙが出来た。そこで前記水分供給部１３から１００℃
〜５５０℃に加熱した高温水蒸気を還元域Ｘに供給す
る。すると当該水分とアルミニウムを含む焼却灰とが接
触して水素などの可燃性ガスが発生し、この可燃性ガス
が燃焼して燃焼効率が向上する。具体的には、１平方メ
ートル当り２００ｋｇ〜250ｋｇの可燃物（廃棄タイ
ヤ）が完全燃焼した。この燃焼効率は、従来の同じ規模
の焼却装置と比較すると２倍から３倍の燃焼効率であっ
た。しかも、その燃焼温度は従来の燃焼方法の場合は１
０００℃〜１６００℃であったのに対し、本発明に係る
燃焼方法を採用した場合には１２００℃〜１８００℃と
なり、燃焼温度が２００℃上昇していることを確認し
た。更に燃焼炉本体１の中間部周壁には、空気供給部１
８が形成されており、燃焼室５内の酸化域Ｙへ空気を吹
き出すように構成したので、燃焼作用を盛んにする。

【００４６】このように、還元域Ｘへ水を供給して可燃
ガスを発生させ、これを燃焼させる作用と、酸化域４ｂ
への空気を供給し酸素富化により燃焼を促進する作用と
の相乗効果によって燃焼効率を向上させることができる
ものである。尚、火炎燃焼に焼却灰を供給すると、当該
焼却灰は触媒として作用し、可燃物の完全燃焼を促進す
る。これも本発明の焼却装置の燃焼効率の向上に役立っ
ているものと考えられる。

【００４７】また、本実施例にかかる焼却装置は、燃焼
に際してその火炎が地球の回転方向に沿うように南半球
では時計廻り、北半球では逆時計廻りに旋回するように
その仕様調整をしてあるので、それにより火炎燃焼の回
転効率が良くなり、それだけ燃焼時間が長くなって可燃
物の完全燃焼を実現するようになった。本実施例の場合
には、燃焼室５内における火炎燃焼の滞留時間は６秒以
上となっており、ダイオキシン抑制基準の３倍以上の滞
留時間となっている。その結果、当該焼却装置はダイオ
キシンの発生も殆どないものとなり、環境上の要請も容
易にクリアすることが出来た。

【００４８】

【効果】第１発明は、内部に燃焼室を設けてなる燃焼炉
本体に、その当該燃焼室の下部に焼却灰を火炎燃焼の還
元域に供給することのできる灰供給部を設け、燃焼室の
中間部には水蒸気又は水を火炎燃焼の還元域に供給する
ことのできる水分供給部を設け、還元域において供給さ
れた水または水蒸気とアルミニウムを含む焼却灰とが接
触反応して可燃性ガスを発生し、これが燃焼して燃焼効
率が向上するようにしたことを特徴とする焼却装置であ
る。

【００４９】従って、当該焼却装置は、可燃物を燃焼さ
せたとき生じる酸化域と還元域のうち、還元域において
水または水蒸気とアルミニウムを含む焼却灰とを接触反
応させて可燃性ガスを発生させることにより、燃焼効率
を向上させるようにしたことを特徴とする水を利用した
燃焼方法を使用した具体的な発明の実施ができる。この
反応は、アルミニウムによる水の還元反応であり、燃焼
させたときに生じる還元域にて行うことにより、水素ガ
スが発生し、これが燃焼することにより燃焼作用が盛ん
になる。しかも、その燃焼温度も高温となり燃焼効率が
著しくに向上した高性能な焼却装置となる。

【００５０】第２発明、第５発明は、可燃物を燃焼させ
たとき生じる酸化域と還元域のうち、その酸化域に空気
を供給して酸素富化作用を促進するとともに、還元域に
は水または水蒸気とアルミニウムを含む焼却灰を供給し
てアルミニウムによる水の還元作用を促進して、水素な
どの可燃性ガスを発生させこれを燃焼させる作用のでき
る焼却装置であり、この両作用の相乗効果により燃焼効
率を向上させるようにしたことを特徴とする焼却装置で
ある。

【００５１】第６発明にかかる焼却装置は、燃焼に際し
てその火炎が地球の回転方向に沿うように南半球では時
計廻り、北半球では逆時計廻りに旋回するようにその仕
様調整をしてあるので、それにより火炎燃焼の回転効率
が良くなり、それだけ燃焼時間が長くなって可燃物の完
全燃焼を実現するようになった。

【００５２】叙上のように、本発明は、燃焼中に水を焼
却灰とともに供給することにより、従来より高温燃焼、
短時間燃焼、完全燃焼を実現して燃焼効率を向上させる
ことのできる焼却装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる焼却装置の実施例を示す縦断
説明図である。

【図２】本発明にかかる焼却装置の実施例を示す横断
説明図である。

【図３】当該焼却装置の水分供給部の構成を示す要部
拡大説明図であり、、その（イ）は要部拡大平面図であ
り、その（ロ）は要部拡大側面図である。

【図４】本発明にかかる実施例であって、北半球で使
用される焼却装置の構成と機能を示す縦断説明図であ
る。

【図５】本発明にかかる実施例であって、南半球で使
用される焼却装置の構成と機能を示す縦断説明図であ
る。

【図６】本発明の原理である焼却灰と水から可燃性ガ
スが発生する作用を証明するためのガス発生実験装置を
示す構成説明図である。

【図７】前記ガス発生実験装置を用いた実験におい
て、焼却灰と水から発生したガスの成分をガスクロマト
グラフで分析した結果を示す説明図である。

【図８】前記ガス発生実験装置を用いた実験におい
て、焼却灰と水を接触した後の水のｐＨ変化による水素
発生量の変化を示すグラフである。

【図９】前記ガス発生実験装置を用いた実験におい
て、水と焼却灰との液固比とガス発生量の関係を示す説
明図である。

【図１０】前記ガス発生実験装置を用いた実験におい
て、試料焼却灰の粒径とガス発生量の関係を示すグラフ
である。

【図１１】前記ガス発生実験装置を用いた実験におい
て、水素発生量の経時変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１：焼却炉本体２：蒸気発生装置３：除塵装置４：煙突部５：燃焼室５ａ：内壁５ｂ：外壁６：水ジャケット６ａ：第１水タンク７：排煙通路８：可燃物投入口９：焼却灰取出口１０：灰供給部１１：圧縮空気導入管１２：空気噴出ノズル１３：水分供給部１４：水蒸気発生器１５：導管１６：水分供給管１６ａ：水分導管１６ｂ：水冷管１７：水分噴出ノズル１８：空気供給部１９：空気貯留部２０：空気導管２１：空気吹き出しノズルＸ：還元域Ｙ：酸化域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に燃焼室を設けてなる燃焼炉本体は、
その当該燃焼室の下部に焼却灰を火炎燃焼の還元域に供
給することのできる灰供給部を設け、燃焼室の中間部に
は水蒸気又は水を火炎燃焼の還元域に供給することので
きる水分供給部を設け、前記燃焼室内で可燃物を燃焼さ
せたとき、還元域において供給された水または水蒸気と
アルミニウムを含む焼却灰とが接触反応して可燃性ガス
を発生し、これが燃焼して燃焼効率が向上するようにし
たことを特徴とする焼却装置。
【請求項２】内部に燃焼室を設けてなる燃焼炉本体
は、その当該燃焼室の下部に焼却灰を火炎燃焼の還元域
に供給することのできる灰供給部を設け、燃焼室の中間
部には水蒸気又は水を火炎燃焼の還元域に供給すること
のできる水分供給部を設け、当該燃焼室の下部から中間
部にかけて空気を火炎燃焼の酸化域に供給することので
きる空気供給部を設け、前記燃焼室で可燃物を燃焼させ
たとき、酸化域においては供給させた空気により酸素富
化燃焼するとともに、還元域において供給された水また
は水蒸気と、アルミニウムを含む焼却灰とが接触反応し
て可燃性ガスを発生し、これが燃焼して燃焼効率が向上
するようにしたことを特徴とする焼却装置。
【請求項３】前記灰供給部が、燃焼炉本体の下部にコ
ンプレッサーと連結した圧縮空気導入管を配管し、その
先端部を燃焼室内の空気噴出ノズルとなし、燃焼室内に
空気を吹き出して焼却灰を舞い上がらせるようにしたこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する焼却装
置。
【請求項４】前記水分供給部は、水蒸気発生器から延
出された導管と連結された水分供給管が燃焼炉本体の中
間部から燃焼室内に配管され、その水分供給管には水分
噴出ノズルが配設されており、水蒸気発生器で作られた
水蒸気が当該導管を通って水分供給管に導かれ、水分噴
出ノズルから燃焼室内の還元域に供給できるようにした
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する焼却
装置。
【請求項５】内部に燃焼室を設けてなる燃焼炉本体
は、その当該燃焼室の下部に焼却灰を火炎燃焼の還元域
に供給することのできる灰供給部を設け、燃焼室の中間
部には水蒸気又は水を火炎燃焼の還元域に供給すること
のできる水分供給部を設け、当該燃焼室の下部から中間
部にかけて空気を火炎燃焼の酸化域に供給することので
きる空気供給部を設け、前記燃焼室で可燃物を燃焼させ
たとき、酸化域においては供給させた空気により酸素富
化燃焼するとともに、還元域において供給された水また
は水蒸気と、アルミニウムを含む焼却灰とが接触反応し
て可燃性ガスを発生し、これが燃焼するようにした焼却
装置において、前記灰供給部は、燃焼炉本体の下部にコ
ンプレッサーと連結した圧縮空気導入管を配管し、その
先端部を燃焼室内の空気噴出ノズルとなし、当該空気噴
出ノズルの噴出し方向を特定方向に旋回するように調整
し、燃焼室内に空気を吹き出すことにより焼却灰が特定
方向に旋回しながら舞い上がるようになし、前記水分供
給部は、水蒸気発生器から延出された導管と連結された
水分供給管が燃焼炉本体の中間部から燃焼室内に配管さ
れ、その水分供給管には水分噴出ノズルが配設されてい
るが、当該水分噴出ノズルの水分噴出し方向が特定方向
に旋回するように調整し、水蒸気または水が当該導管を
通って水分供給管に導かれ、水分噴出ノズルから燃焼室
内に水蒸気または水を噴き出す際、特定方向に旋回しな
がら供給できるようになし、前記空気供給部は、燃焼炉
本体の中間部から下部における外周壁に空気貯留部を形
成しておき、その空気貯留部には空気導管を介してコン
プレッサーから圧縮空気が供給できるように構成すると
ともに、当該空気貯留部から燃焼室内に空気を吹き出す
ことのできる空気吹き出しノズルを配設し、燃焼室内の
酸化域へ空気を吹き出すように構成するが、当該空気吹
き出しノズルの空気吹き出し方向が特定方向になるよう
調整して、供給される空気が特定方向に旋回するように
吹き出すように構成し、前記燃焼炉本体の燃焼室内で可
燃物を燃焼させたとき、燃焼室内への焼却灰の供給、水
蒸気または水の供給、空気の供給のいずれもが同じ特定
方向に旋回しながら供給され、その火炎燃焼が特定方向
に旋回しながら進行し、燃焼室への滞留時間が長くなる
ようにしたことを特徴とする焼却装置。
【請求項６】燃焼室内に設けた灰供給部における空気
噴出ノズルの空気噴出方向、水分供給部における水分噴
出ノズルの水分噴出方向、空気供給部における空気吹き
出しノズルにおける空気吹き出し方向のいずれもが同じ
特定方向に旋回するように調整しておき、、可燃物を燃
焼させたとき、燃焼室内への焼却灰の供給、水蒸気また
は水の供給、空気の供給のいずれもが同じ特定方向に旋
回しながら供給され、その火炎燃焼が特定方向に旋回し
ながら進行するようになす焼却装置において、その火炎
燃焼が旋回する特定方向は、その焼却装置が地球の北半
球にある場合には反時計廻り方向となし、その焼却装置
が地球の南半球にある場合には時計廻り方向となすよう
にしたことを特徴とする請求項５に記載する焼却装置。