JP2002364813A - ごみ焼却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ＮＯx やダイオキシン等の有害物質の発生を
低減し得るごみ焼却システムを提供すること。 【解決手段】 内部に流動床１２ を備え、焼却ごみが
供給される流動床式ごみ焼却炉１１と、焼却灰を高温に
加熱して溶融する灰溶融炉２１とがそれぞれの上部にお
いて連通管２２により相互に結合されている。この連通
管を介して焼却炉１１から生ずる燃焼排ガス及び飛散焼
却灰が灰溶融炉２１に供給される。焼却炉１１にはその
内部に燃焼用ガス１４を供給する燃焼用酸素供給ノズル
と、流動用ガス１５を供給する流動用ガス供給ノズルが
独立に設けられている。灰溶融炉２１にはその内部に燃
焼用ガス１４を追加燃料と共に供給するノズルを備えて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動床式ごみ焼却
炉及び灰溶融炉並びにこれらを結合した焼却炉システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の流動床式ごみ焼却炉は流動床の設
置面積が小さいこと、難燃性のごみの燃焼が可能である
こと、流動媒体が蓄熱材の働きをするため炉内の保温効
果があり、炉の燃焼を停止した後の再スタートが容易で
あるなどの特徴がある。

【０００３】他方、灰溶融炉は、シャフト炉式等様々な
型式があるが、その型式を問わず従来、ごみ焼却炉とは
別途に設置している。ごみ焼却炉から生じた灰は、ろ過
式集塵器にて補集され、冷却された後、灰溶融炉にて高
温（約１４００℃以上）処理され、重金属類の固定化、
灰の減容化が行われている。従って、灰溶融炉は新たに
昇温の熱源として重油、天然ガス、廃油などの燃料を必
要とし、該燃料にて灰を常温から溶融温度（約１４００
℃以上）まで昇温し、灰はこの高温に加熱されたガス中
を通過する間に加熱され溶融される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の流動床式ご
み焼却炉は、一方で、局所的過昇温によるクリンカー
（溶融して固まる）の発生、反応速度のコントロール不
足など、安定運転が難しく、また、サーマルＮＯx やダ
イオキシン等の有害物質が発生する欠点がある。サーマ
ルＮＯx は空気中のＮ2 をもとにして発生するものであ
り、この種のサーマルＮＯx の発生を防止するために
は、炉内温度を約８５０℃以下に制御する必要がある。
他方、ダイオキシン等の発生を防止するためにはごみを
完全燃焼させる必要があるが、このためには、混合（Ｔ
ｕｒｂｒａｎｃｅ）、反応時間（Ｔｉｍｅ）、温度（Ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の３Ｔを一定値以上に確保する
必要があり、炉内温度を十分に上昇させる必要がある。
これはサーマルＮＯx の発生を防止するための運転条件
とは相反する。

【０００５】また、従来の流動床式ごみ焼却炉において
は、酸素不足の場合は燃焼用空気を増加させ、酸素過剰
の場合は燃焼用空気を減少させている。ところが、空気
量の供給を大きく変化させると焼却炉内でのごみの流動
が不安定となる他、空気量の供給が減少する際にはガス
顕熱が減少するので、局所的にガス温度が高温化する危
険がある。

【０００６】他方、灰溶融炉は従来、ごみ焼却炉とは別
途に設置していたため、灰溶融炉は重油、天然ガス、廃
油などの燃料により灰を常温から溶融温度（約１４００
℃以上）まで昇温する必要がある。そして、この時、燃
焼用酸素として空気を吹込むため、サーマルＮＯx が発
生し、同時にガス流速が速くなり、炉内での灰の飛散が
多いと云う欠点がある。

【０００７】したがって、本発明の課題は、サーマルＮ
Ｏx やダイオキシン等の有害物質の発生を低減化するの
に有効な流動床式ごみ焼却炉を提供することにある。

【０００８】本発明の他の課題は、炉内でのごみの流動
の安定化と燃焼制御の安定化とを実現できる流動床式ご
み焼却炉を提供することにある。

【０００９】本発明の更に他の課題は、ＮＯx やダイオ
キシン等の有害物質の発生を低減すると共に、炉内での
灰の飛散をも低減し得る灰溶融炉を提供することにあ
る。本発明のより他の課題は、流動床式ごみ焼却炉と灰
溶融炉とを組み合わせることによりＮＯx やダイオキシ
ン等の有害物質の発生を低減すると共に、燃料の低減化
を実現できるごみ焼却炉システムを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、流動床
にごみを供給して焼却する流動床式ごみ焼却炉とごみ焼
却の結果生じた焼却灰を溶融する灰溶融炉とを備え、灰
溶融炉は、流動床式ごみ焼却炉上部にその上部が連結さ
れ、流動床式ごみ焼却炉及び溶融炉後段の冷却塔及び集
塵装置から生じた焼却灰を、燃焼用酸素及び燃料と共に
供給するノズルを備えていることを特徴とするごみ焼却
システムが得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明のごみ焼却炉システムの
全体構成図である。流動床式ごみ焼却炉（以下、焼却炉
と呼ぶ）１１は、内部に流動床１２を備え、これに接触
混合されるようにごみ１３が供給される。焼却炉１１に
は、その流動床１２部分において外部から純酸素または
酸素富化空気からなる燃焼用ガス１４及び炭酸ガス等か
らなる流動用ガス１５が供給されている。燃焼用ガス１
４は酸素製造装置１６から供給される。酸素製造装置１
６は、空気１７から純酸素または酸素富化空気を製造す
る。ここで、酸素富化空気とは、通常の空気より酸素成
分を多く含む気体、例えば窒素を含まず酸素が成分比で
２１％以上含まれている気体である。また、流動用ガス
１５は、システム内の排ガス利用という観点から、燃焼
排ガスが最も好ましい。

【００１２】焼却炉１１の底部からはごみ１３が燃焼し
た後に残る焼却灰１８が取り出される。焼却炉１１の上
部は灰溶融炉２１の上部と連通管２２により連結されて
いる。灰溶融炉２１には焼却炉１１から連通管２２を通
って導入される焼却灰（図中省略）と焼却炉１１の底部
その他から取り出された焼却灰１８が供給され、これを
高温に加熱して溶融し、水砕ピット２３に排出する。こ
のため、灰溶融炉２１には燃焼用ガス１４が燃料と共に
噴出供給される。なお、後述するように、焼却灰１８は
燃焼用ガス１４及び燃料と共に噴出供給されるのが好ま
しい。灰溶融炉２１から排出されるガスは、その底部連
通管２４を介して連結された廃熱ボイラ２５に導かれて
熱交換が行われる。廃熱ボイラ２５内には、熱交換機器
として炭酸ガスなどの流動用ガス予熱器２６、ボイラ水
対流部２７が設けられている。

【００１３】廃熱ボイラ２５は、その上部において連通
管２８を介して排ガス冷却塔２９に連結されている。排
ガス冷却塔２９には冷却水３０が噴霧供給される。排ガ
ス冷却塔２９では、廃熱ボイラ２５から排出される排ガ
スを冷却し、その底部から焼却灰１８が取り出されると
共に、冷却されたガスは配管３１を介してろ過式集塵装
置３２に供給される。配管３１からは配管３１−１を介
して炭酸ガスが取り出され、ドライヤ３３、炭酸ガス予
熱器２６を介して焼却炉１１に供給される。ろ過式集塵
装置３２の底部からは焼却灰１８が取り出されると共
に、ろ過された排ガスは白煙防止用混合器３４を介して
煙突３５に導かれる。白煙防止用混合器３４には白煙制
御用高温空気３６が供給される。ろ過式集塵装置３２に
よりろ過された排ガスはまた、白煙防止用混合器３４の
代わりに、あるいはこれと並列的に、排ガス加圧装置及
びドライヤ３７を介して炭酸ガス回収装置３８に供給す
るようにしても良い。炭酸ガス回収装置３８としては、
例えばアミン水溶液法を用いたものが用いられる。

【００１４】図２は本発明に使用される流動床式ごみ焼
却炉の具体的な構成を示す概略断面図である。焼却炉１
１の流動床１２内にはごみ１３がごみ供給ノズル４１を
通して供給される。焼却炉１１底部には燃焼用ガス１４
及び流動用ガス１５である炭酸ガスがそれぞれ、燃焼用
ガスノズル４２、流動用ガスノズル４３を介して供給さ
れている。燃焼用ガス１４は燃焼用ガスブロワ４４によ
り燃焼用ガスノズル４２に送り込まれる。また、流動用
ガス１５は流動用ガスブロワ４５により焼却炉１１底部
の風箱４６を介して流動用ガスノズル４３に送り込まれ
る。

【００１５】図３は図２の燃焼用ガスノズル４２の上面
図である。同図に示されるように、焼却炉１１底部の風
箱４６の内部は複数個、例えば縦横をｐ、ｑ、ｒ及び
イ、ロ、ハにそれぞれ３分割した９個の領域に区分さ
れ、各領域ごとに流量調整弁４７を有する燃焼用ガスノ
ズル４２が配置されている。そして、各領域には、図示
しないが、熱電対のような測温器を設置し、これらの測
温器からの温度検出信号を対応する燃焼用ガスノズル４
２の流量調整弁４７に供給して、各領域ごとに供給酸素
量を制御する。例えば、（ｒ−ロ）領域の温度が設定値
より高温になった場合は、（ｒ−ロ）領域の燃焼用ガス
ノズル４２からの酸素供給量を減少させて、その領域の
温度を低下させる。上記測温器としては、熱電対等の
他、赤外線などの熱線を検知し、画像分析して、流動床
平面の温度分布を表示する赤外線画像分析装置などを用
いてもよい。

【００１６】このように構成された本発明に使用される
流動床式ごみ焼却炉においては、流動化用流体である流
動用ガス１５と燃焼用ガス１４とを別個のノズルにより
炉内に供給するため、流動化用流体は、燃焼状態とは関
係なく一定量を供給することができ、その結果、流動床
１２において安定な流動状態が得られる。例えば、前述
した（ｒ−ロ）の部分領域の酸素供給量が低下しても、
流動用ガス１５は一定量供給されているため、流動は安
定に保たれる。また、燃焼用ガスノズル４２は風箱４６
内に設置してあるため、酸素供給を停止させても、周囲
の流動用ガスにより、冷却され安全に保たれる。

【００１７】すなわち、焼却炉１１においては、流動用
ガスで流動化条件が十分確保されるため、酸素過不足に
関しては、燃焼用ガス１４の供給量のみを変動させれば
良いことになり、焼却炉１１内に供給される全ガス量の
変動は小さくすることができ、ごみの流動と燃焼を同時
に安定化することができる。

【００１８】例えば、従来の空気（酸素２１％、窒素７
９％）を吹き込む流動床において、酸素を５０％変化さ
せるためには、空気を５０％変化させなくてはならない
のに対して、本発明の場合には、導入する酸素２１％、
炭酸ガス７９％の時、約１０％以下の全ガス量の変化で
済むため、流動は安定であり、燃焼変動に対しても十分
対応できる。

【００１９】又、純酸素燃焼では、空気燃焼よりも燃焼
排ガスを低減することができ、後流に連結されている灰
溶融炉へ導入されるガス量、熱容量を小さくでき、灰溶
融炉での灰の飛散防止やガスの昇温を容易にすることが
できる。

【００２０】図４は本発明に使用される灰溶融炉のより
具体的な構成を示す概略断面図である。図１に示した灰
溶融炉２１の上部連通管２２からは、図１で説明したよ
うに、ごみが熱分解したＣＨ4 ，Ｃ2 Ｈ4 ，Ｃ3 Ｈ8 ，
ＣＯなどの可燃性ガス、ＣＯ，ＣＯ2 ，残留吹込み酸素
Ｏ2 などの燃焼排ガス、未燃カーボン粒子、ダイオキシ
ン類及び飛散焼却灰が降温することなく供給される。

【００２１】灰溶融炉２１の上部には噴霧ノズル５１が
設けられている。この噴霧ノズル５１からは、図１で示
したように、焼却炉１１及び排ガス冷却塔２９並びにろ
過式集塵装置３２から取り出された焼却灰１８が、酸素
製造装置１６から供給される燃焼用ガス１４（１次）及
び追加の燃料５２と共に炉内に吹き込まれる。追加の燃
料５２は、例えば、廃油、天然ガス、都市ガス、重油、
微粉炭などが用いられる。灰溶融炉２１の側壁からはま
た、２次燃焼用の燃焼用ガス１４が供給されている。灰
溶融炉２１の底部には高温に加熱して溶融された溶融灰
５３が沈降し、水砕ピット２３に貯蔵された水に流れ込
み凝固して水砕スラグ５４になる。灰溶融炉２１内に発
生した燃焼排ガス５５は、図１で示したように、連通管
２４を介して廃熱ボイラ２５に供給される。

【００２２】次に、このように構成された灰溶融炉２１
の動作を図５を参照して説明する。図５は図１に示すご
み焼却システムの位置ａ〜ｆにおける温度を示すグラフ
である。

【００２３】焼却炉１１からは、前述したように、ごみ
が熱分解した可燃性ガス、燃焼排ガス、未燃カーボン粒
子、ダイオキシン類、焼却灰などが炉内へ導入される。
一方、焼却炉１１、排ガス冷却塔２９、ろ過集塵器３２
から取り出された焼却灰１８が噴霧ノズル５１により炉
内へ吹き込まれる。ここで、焼却炉１１から導入される
ガスの温度は、図５に示されるように、約７５０℃であ
るのに対して焼却灰１８の溶融温度は約１４００℃であ
るため、灰溶融炉２１内でガス温度を１４００℃以上に
昇温させる。この昇温熱源として、焼却炉１１から流入
する可燃性ガス、未燃カーボン粒子の燃焼熱が考えられ
る。すなわち、焼却炉１１に投入されるごみが良質の場
合には焼却炉１１から流入する可燃性ガス、未燃カーボ
ン粒子の燃焼熱で十分対応できる。しかし、この燃焼熱
だけでは１４００℃以上に昇温するのに不足する場合に
は、追加の燃料５２を燃焼用ガス１４と共に噴霧ノズル
５１により炉内へ吹き込んで燃焼する。

【００２４】この時、燃焼用ガス１４は通常の空気では
なく、純酸素あるいは酸素富化空気を用いるため、窒素
を含まない分又は減少した分だけガス供給量が低下し、
ガス顕熱が小さくなり昇温が容易となる他、高温にして
もサーマルＮＯx の発生が低減できる。また、灰溶融炉
２１内を１４００℃以上に昇温するため、焼却炉１１内
で発生し、流入するダイオキシンを熱分解することがで
きる。

【００２５】灰溶融炉２１内へ流入した焼却灰１８等
は、１４００℃以上のガス中を降下しながら融点まで昇
温し、灰−灰間で融着を繰り返しながら粒径を増大さ
せ、炉底に沈降したり、炉壁に付着、その後炉壁面を降
下したりして、炉底に流動状態で集まり、その後水砕ピ
ット２３を経由して系外へ排出される。

【００２６】このように、本発明に使用される灰溶融炉
２１は、空気の代わりに純酸素あるいは酸素富化空気か
らなる燃焼用ガス１４を燃料と共に吹込み、灰溶融炉２
１に供給する全ガス量を低減させることにより、ガス顕
熱の低減、ガス流速の低減（空気燃焼と同一流速にする
場合は、炉断面積を小さくすることができる）を図り、
炉内昇温を容易にし、灰の帯留時間を増長し、かつ飛散
を低減させることができる。勿論、灰溶融炉を別置にし
て運転する場合に比べて、燃料を低減することもでき
る。

【００２７】また、図１に示したように、焼却炉１１と
灰溶融炉２１とを結合した本発明のごみ焼却システムに
おいては、焼却炉１１、灰溶融炉２１の両炉に供給する
ガス量を低減できるため、灰溶融炉２１内でのガス顕熱
の低減及びガス流速の低減ができ、ガスの昇温が容易に
できる他、ごみ焼却炉１１から連通管２２を介して気流
中を運ばれて来た焼却灰、あるいは噴霧ノズル５１によ
り炉内へ吹き込まれた灰の灰溶融炉２１からの飛散流出
が低減する。

【００２８】更に、図５からも明らかなように、灰溶融
炉２１は約１４００℃以上の高温になり、焼却炉１１内
で発生したダイオキシン等を、熱分解させるすることが
できるため、ダイオキシン吸着装置などを別途設ける必
要はない。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、サーマルＮＯx やダイオキシン等の有害物質の発
生を低減化できるだけでなく、流動床式焼却炉内でのご
みの流動の安定化と燃焼制御の安定化とを実現でき、更
には灰溶融炉内での灰の飛散及び燃料の低減化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のごみ焼却システムの全体構成図であ
る。

【図２】本発明に使用される流動床式ごみ焼却炉の具体
的な構成を示す概略断面図である。

【図３】図２の燃焼用ガスノズルの上面図である。

【図４】本発明に使用される灰溶融炉のより具体的な構
成を示す概略断面図である。

【図５】図１に示すごみ焼却システムの位置ａ〜ｆにお
ける温度を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ 流動床式ごみ焼却炉 １２ 流動床 １３ ごみ １４ 燃焼用ガス １５ 流動用ガス １６ 酸素製造装置 １７ 空気 １８ 焼却灰 ２１ 灰溶融炉 ２２ 連通管 ２３ 水砕ピット ２４ 底部連通管 ２５ 廃熱ボイラ ２６ 流動用ガス予熱器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｆ２３Ｌ 7/00 Ａ 15/00 Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｚ Ｆ２３Ｌ 7/00 Ｆ２３Ｃ 11/02 ３０８ (72)発明者 冨田 武 東京都品川区北品川５丁目９番11号 住友 重機械工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K023 JA01 3K061 AA11 AA16 AB03 AC01 AC03 BA06 CA08 DA18 NB03 NB08 3K064 AA01 AA04 AB03 AC05 AD08 AE01 BA17 BA22 3K070 DA07 DA27

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動床にごみを供給して焼却する流動床
   式ごみ焼却炉とごみ焼却の結果生じた焼却灰を溶融する
   灰溶融炉とを備え、前記灰溶融炉は、前記流動床式ごみ
   焼却炉上部にその上部が連結され、前記ごみ焼却の結果
   生じた焼却灰を供給するノズルを備えていることを特徴
   とするごみ焼却システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のごみ焼却システムにおい
   て、前記焼却灰を、燃焼用酸素と共に供給するノズルを
   備えていることを特徴とするごみ焼却システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載のごみ焼却システムにおい
   て、前記焼却灰を、燃焼用酸素及び燃料と共に供給する
   ノズルを備えていることを特徴とするごみ焼却システ
   ム。
4. 【請求項４】 請求項１〜３記載のごみ焼却システムに
   おいて、前記灰溶融炉後段に排ガス冷却塔及び集塵装置
   を備え、前記焼却灰は、前記流動床式ごみ焼却炉、前記
   排ガス冷却塔及び前記集塵装置から生じた焼却灰である
   ことを特徴とするごみ焼却システム。