JP2003287210A - 焼却炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却炉の小型化を図ることができるととも
に、被処理物の焼却効率が高く、環境に排出される排ガ
ス総量を減少させられる焼却炉を提供する事。 【解決手段】 一次燃焼用ガスを受けて被燃焼物を燃焼
させる一次燃焼空間１を備え、一次燃焼空間１に連通し
て、未燃ガスを燃焼させる二次燃焼空間２を備え、排ガ
スを煙突７に導く煙道３を備え、煙道３に、バグフィル
タ４を設け、一次燃焼用ガスを、二次燃焼空間２の出口
部における排ガス中の酸素濃度が所定の目標値になるよ
う過剰投入するとともに、煙道３における前記バグフィ
ルタ４上流側の排ガスの一部を前記二次燃焼空間２の上
流側に返送投入する第一再循環路３１を設け、再循環さ
れる排ガスにより二次燃焼空間２の未燃ガスを撹拌混合
させる第一排ガス投入ノズル２２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一次燃焼用ガスを
受けて被燃焼物を燃焼させる一次燃焼空間を備えるとと
もに、前記一次燃焼空間に連通して、その一次燃焼空間
からの未燃ガスを燃焼させる二次燃焼空間を備え、前記
二次燃焼空間からの排ガスを煙突に導く煙道を備え、前
記煙道に、バグフィルタを設けてある焼却炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の焼却炉としては図２に示
されているように、炉内に被燃焼物としてのごみを投入
する被処理物供給機構１１と、この被処理物供給機構１
１から投入されたごみを燃焼させる一次燃焼空間１と、
前記一次燃焼空間１の上方側に形成された二次燃焼空間
２と、前記二次燃焼空間で二次燃焼した燃焼排ガスを煙
道３に沿って配置したバグフィルタ４や洗煙装置５など
の排ガス処理装置と、前記排ガス処理装置で浄化処理さ
れた排ガスを大気排出する煙突７などを設けて構成して
ある。

【０００３】前記一次燃焼空間１には、ごみを搬送しな
がら焼却処理するストーカ機構１２と、前記ストーカ機
構１２の下方から上方のごみに対して一次燃焼用ガスと
しての空気を供給する一次燃焼用ガス供給機構１３を設
けてあり、前記ストーカ機構１２の上流側の乾燥帯１２
１で発火点近傍まで加熱乾燥処理され、下流側の燃焼帯
１２２で下方から供給される一次燃焼用ガスにより火炎
をあげて盛んに燃え、さらに下流側の後燃焼帯１２３で
おき燃焼し灰化され、灰排出部１４から灰ピットを介し
て焼却炉外へ排出される。

【０００４】前記二次燃焼空間２には、前記一次燃焼空
間１で生じた未燃焼の燃焼排ガスを完全燃焼させるべ
く、二次燃焼用ガスとしての空気を供給する二次燃焼用
ガス供給機構２１を設けてあり、前記煙道下流側に設け
た酸素ガスセンサによる排ガス中の残留酸素ガス濃度が
所定の濃度範囲に入るように、前記二次燃焼用ガス供給
機構２１による供給量を調節していた。

【０００５】しかし、前記二次燃焼用ガス供給機構２１
から二次燃焼用ガスが過剰供給されると、二次燃焼空間
におけるガス温度の低下を招き却って二次燃焼を阻害す
ることになる一方、二次燃焼ガスの供給量が低下する
と、二次燃焼空間における未燃焼排ガスの攪拌混合が促
進されず同様に二次燃焼を阻害する結果となる。しか
も、過剰の二次燃焼空気を投入すれば二次燃焼空間から
発生する排ガス流量も増加し、排ガス処理設備が大型で
費用の嵩むものとなるという問題点もあった。

【０００６】そこで、前記バグフィルタ４の下流側から
燃焼排ガスと二次燃焼用空気とを混合して前記二次燃焼
空間２に供給すべく排ガス再循環路を設けて、前記二次
燃焼空間２に投入される所定流量の二次燃焼用ガスを確
保することにより、二次燃焼空間内での未燃焼排ガスと
酸素とを安定的に攪拌混合させ、且つ、排ガス総流量を
低減することが提案されている（特開平１１- ２９４７
４０号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の提案に
よる従来の焼却炉によれば、バグフィルタ下流側の比較
的低温の排ガスを攪拌混合に用いるものであり、特に二
次燃焼用空気を多量に必要とする場合には、二次燃焼空
間の温度低下を引き起こす虞もあり、更なる改善の要素
があった。さらには、一次燃焼空間においてストーカ機
構を構成する火格子の高温腐蝕などの焼損を回避して長
期にわたるメンテナンスフリーの要請も有った。

【０００８】本発明の目的は、上記実情に鑑み、大型の
排ガス処理設備を用いること無く安定的な二次燃焼を達
成し、しかも、火格子の焼損を抑制可能な焼却炉を提供
する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項１に記載した通り、一次燃焼用ガスを受けて被燃焼
物を燃焼させる一次燃焼空間を備えるとともに、前記一
次燃焼空間に連通して、その一次燃焼空間からの未燃ガ
スを燃焼させる二次燃焼空間を備え、前記二次燃焼空間
からの排ガスを煙突に導く煙道を備え、前記煙道にバグ
フィルタを設け、前記一次燃焼用ガスを、二次燃焼空間
出口部における排ガス中の酸素濃度が所定の目標値にな
るよう過剰投入するとともに、前記煙道における前記バ
グフィルタ上流側の排ガスの一部を前記二次燃焼空間上
流側に返送投入する第一再循環路を設け、再循環される
排ガスにより前記二次燃焼空間の未燃ガスを撹拌混合さ
せる第一排ガス投入ノズルを設けた点にある。

【００１０】第二の特徴構成は、同欄請求項２に記載し
た通り、前記特徴構成に加えて、前記第一再循環路に煤
塵除去装置を設けてある点にある。

【００１１】第三の特徴構成は、同欄請求項３に記載し
た通り、前記第一特徴構成に加えて、前記煙道のバグフ
ィルタ下流側における排ガスの一部を前記二次燃焼空間
に返送投入する第二再循環路を設け、再循環される排ガ
スにより前記二次燃焼空間の未燃ガスを撹拌混合させる
第二排ガス投入ノズルを設けてある点にある。

【００１２】第四の特徴構成は、同欄請求項４に記載し
た通り、前記第三特徴構成に加えて、前記第二排ガス投
入ノズルは、前記第一排ガス投入ノズルよりも前記二次
燃焼空間内下流側に設けてある点にある。

【００１３】第五の特徴構成は、同欄請求項５に記載し
た通り、第三または第四特徴構成に加えて、二次燃焼空
間出口部の排ガス温度に基づいて、前記第一再循環路か
ら返送投入される排ガスと前記第二再循環路から返送投
入される排ガスとの流量比を調整する燃焼制御機構を設
けてある点にある。

【００１４】第六特徴構成は、同欄請求項６に記載した
通り、第三から第五特徴構成に加えて、前記二次燃焼空
間出口部の酸素濃度に基づいて前記第一再循環路から返
送投入される排ガスと前記第二再循環路から返送投入さ
れる排ガスとの流量比を調整する燃焼制御機構を設けて
ある点に有る。

【００１５】第七特徴構成は、同欄請求項７に記載した
通り、第一または第二特徴構成において、前記一次燃焼
空間出口部に二次燃焼用ガスを供給する二次燃焼用ガス
供給部を設け、二次燃焼空間出口部温度または二次燃焼
空間出口部の酸素濃度に基づいて、前記第一再循環路か
ら返送投入される排ガスと二次燃焼用ガスの流量比を調
整する燃焼制御機構を設けた点にある。

【００１６】〔作用効果〕第一特徴構成によれば、空気
または酸素富化空気などの一次燃焼用ガスを、二次燃焼
空間出口部における一次燃焼後の燃焼排ガス中の残存酸
素濃度が所定の目標値になるよう過剰投入するので、一
次燃焼空間における一次燃焼に消費されずに二次燃焼空
間へ移行した燃焼用ガスが、前記二次燃焼空間における
二次燃焼用ガスとして利用され、別途外部から二次燃焼
用ガスを供給することなく二次燃焼空間における完全燃
焼化を達成するための酸素量を確保できるのである。

【００１７】そして、バグフィルタ上流側の４００℃か
ら５００℃の高温排ガスの一部を第一再循環路を介して
二次燃焼空間上流側に循環投入すれば、燃焼排ガスの温
度低下を引き起こすこと無く、循環排ガスにより二次燃
焼空間内の燃焼排ガスの混合攪拌が促進されると共に、
循環排ガスに残存する酸素が二次燃焼に再利用されるた
め、良好に完全燃焼化が達成できるのである。

【００１８】その結果、排ガス総流量を大幅に低減で
き、煙道に設けた排ガス処理設備の小型化による設備費
の低減などが可能になるのである。さらには、従来と比
較して一次燃焼用ガスの投入量の増加に伴って火格子に
対する冷却効果が増大するので、火格子の高温腐蝕など
による焼損の度合いを低減でき、長期にわたりメンテナ
ンスが不要になるので、炉の運転効率をより高めること
ができるようになった。

【００１９】第二特徴構成によれば、第一再循環路に煤
塵除去装置を設けてあるので、第一循環路を構成する配
管ダクトの内壁や第一排ガス投入ノズルに煤塵などが付
着して閉塞に至るような重大な事故を未然に回避しなが
ら所期の目的を達成することが可能となる。ここで、煤
塵除去装置としては４００℃から５００℃の高温ガスに
対応するべく、耐熱性の高いセラミックフィルタや焼結
金属フィルタを濾材として用いることができ、さらに
は、遠心分離を行なうサイクロン式の煤塵除去装置を用
いることができる。

【００２０】第三特徴構成によれば、前記第一再循環路
に加えて第二再循環路を併設してあるので、システムの
安定性が増し、仮に第一再循環路に何らかの故障が生じ
た場合であっても、第二再循環路から二次燃焼空間に酸
素リッチな排ガスを循環供給できるので、操炉に大きな
支障が生じることを回避できるのである。

【００２１】第四特徴構成によれば、第三特徴構成にお
ける再循環路の双方から同時に再循環させる場合におい
て、第二排ガス投入ノズルを第一排ガス投入ノズルより
二次燃焼空間の排ガスの流れに沿って下流側に設けてあ
るので、一次燃焼空間から二次燃焼空間に流入してきた
８００℃〜９００℃の未燃焼排ガスは、先ず、第一排ガ
ス投入ノズルから投入される４００℃〜５００℃の高温
の循環排ガスにより、温度低下を引き起こすことの無い
状態で攪拌混合されて９００℃から１０００℃の高温で
の二次燃焼が促進され、その後、温度は２００℃前後と
低いものの第一排ガス投入ノズルからの循環排ガスより
も酸素リッチな循環排ガスが第二排ガス投入ノズルから
投入されることにより完全燃焼が促進されるのである。
ここに、第二排ガス投入ノズルに連結される第二再循環
路はバグフィルタの下流側煙道に接続されているので、
バグフィルタの逆洗エアや、冷却塔からの水噴霧エア
や、煙道接続部などからの流入エアにより、第一再循環
路からの循環排ガスよりも酸素リッチとなっている点に
着目するものである。

【００２２】第五特徴構成によれば、二次燃焼空間出口
部の排ガスの温度を検出することにより、検出温度が所
定温度よりも低ければ一次燃焼空間におけるごみの燃焼
状態が悪化して燃焼排ガスの未燃焼状態が著しく、温度
が高ければ一次燃焼空間におけるごみの燃焼状態が活発
で燃焼排ガスの未燃焼状態はそれほどでもないが、異常
な高温で二次燃焼すると炉壁が焼損したりクリンカが異
常に多量に付着するなどの弊害が発生すると判断でき
る。そこで、一例として、検出温度が低い場合には、第
一再循環路からの循環排ガス量が第二再循環路からの循
環排ガス量よりも多くなるように流量比を調整すること
により、二次燃焼温度の低下を防止しながら攪拌混合し
て確実に二次燃焼を促進することができる。一方、検出
温度が高い場合には、第一再循環路からの循環排ガス量
が第二再循環路からの循環排ガス量よりも少なくなるよ
うに流量比を調整することにより、異常な高温での二次
燃焼を回避しながら二次燃焼を促進することができるの
である。つまり二次燃焼空間出口部温度に基づいて第一
再循環路からの循環排ガス量と第二再循環路からの循環
排ガス量の流量比を調整することにより、より良好な条
件下での二次燃焼を促進することができるのである。

【００２３】第六特徴構成によれば、二次燃焼空間出口
部の排ガス中の酸素ガス濃度を検出することにより、例
えば、検出酸素濃度が所定濃度よりも低ければ酸素リッ
チな排ガスを多く供給できるように、第一再循環路から
の循環排ガス量が第二再循環路からの循環排ガス量より
も少なくなるように流量比を調整して完全燃焼を促進
し、検出酸素濃度が所定濃度より高ければ、温度低下を
来さないように攪拌混合を促進すべく、第一再循環路か
らの循環排ガス量が第二再循環路からの循環排ガス量よ
りも多くなるように流量比を調整して完全燃焼を促進す
るのである。つまり二次燃焼空間出口部の酸素濃度に基
づいて第一再循環路からの循環排ガス量と第二再循環路
からの循環排ガス量の流量比を調整することにより、よ
り良好な条件下での二次燃焼を促進することができるの
である。

【００２４】第七特徴構成によれば、前記一次燃焼空間
出口部に二次燃焼用ガスを供給する二次燃焼用ガス供給
部を設けてある場合には、二次燃焼空間出口部温度また
は二次燃焼空間出口部の酸素濃度に基づいて、二次燃焼
用ガスの一例である空気と前記第一再循環路から返送投
入される排ガスの流量比を調節することにより、さらに
適切に二次燃焼を促進することが可能となる。この場合
に、第一再循環路に煤塵除去装置を設けてあれば、上述
の第二特徴構成の効果を奏することも言うまでもない。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明に係る焼却炉には、図１に
示すように、被処理物を一次燃焼させる一次燃焼空間１
を形成する一次燃焼室を設け、前記一次燃焼空間１で発
生した焼却ガス、未燃ガス等を含む排ガスを完全燃焼さ
せる二次燃焼空間２を形成する二次燃焼室を備え、前記
二次燃焼空間からの排ガスを冷却除塵しつつ搬送する煙
道３を備える。前記煙道３には、前記二次燃焼空間側か
ら順に、４００℃〜５００℃の高温排ガスを水噴霧によ
り冷却する冷却塔９、排ガス中の煤塵などを除去するバ
グフィルタ４、排ガス中に含まれる有害なＳＯＸなどの
酸性ガスを除去する洗煙装置５、炉内を負圧に維持しつ
つ排ガスを誘引する誘引通風機６、排ガスを大気放出す
る煙突７を順に連設してある。

【００２６】前記一次燃焼室には、一次燃焼空間１内に
被処理物を投入する被処理物供給機構１１と、投入され
た被処理物を搬送しながら焼却するストーカ１２とを設
け、前記一次燃焼空間１内に前記ストーカの下方から一
次空気を供給する一次燃焼用ガス供給機構１３を設け、
被処理物がストーカ上流側に形成される乾燥帯１２１上
を通過し、燃焼帯１２２上に移動し、さらにストーカ下
流側の後燃焼帯１２３に移動して、灰となり、灰排出部
１４から灰ピットを介して焼却炉外へ排出される。

【００２７】前記乾燥帯１２１では、下方から供給され
る一次燃焼空気と、上部の高温燃焼部からの輻射熱によ
り、ごみは水分を奪われ、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水
素ガス等の還元ガスを放出する。次いで、ごみは、スト
ーカ１２の燃焼帯１２２上に移動し、下方から供給され
る一次燃焼空気により火炎をあげて盛んに燃える。燃焼
したごみは、下流側燃え切り点に達して、さらにストー
カ１２の後燃焼帯１２３に移動して、一次燃焼空気によ
りおき燃焼する。ここに、一次燃焼用ガスの供給量は理
論空気比の約１．４倍になるように調整され、二次燃焼
空間出口部における排ガス中の残存酸素濃度が所定の目
標値（約６．０％）になるよう過剰投入する。

【００２８】前記煙道３には、前記バグフィルタ４上流
側、より詳しくは冷却塔の上流側の４００℃から５００
℃の高温排ガスを、前記二次燃焼空間２の上流側に設け
られた第一排ガス投入ノズル２２を介して前記二次燃焼
空間２に返送投入する第一循環路３１を設けるととも
に、前記バグフィルタ４下流側の２００℃前後の低温排
ガスを前記二次燃焼空間の前記第一排ガス投入ノズル２
２より下流側に設けられた第二排ガス投入ノズル２３を
介して前記二次燃焼空間２に返送投入する第二再循環路
４１を設けてある。また、前記第一再循環路３１には返
送される高温の排ガスを除塵する除塵装置３２としての
サイクロンを設けてある。

【００２９】前記二次燃焼空間２の出口近傍には二次燃
焼空間出口部温度を検出する熱伝対型の温度センサ８１
を設けるとともに、二次燃焼空間出口部における排ガス
中の残存酸素ガス濃度を検出する酸素ガスセンサ８２を
設けてある。また、前記温度センサ８１からの検出温度
及び酸素ガスセンサ８２からの検出酸素濃度に基づき、
前記第一再循環路３１及び第二再循環路４１から前記二
次燃焼空間２に返送投入される排ガス量を制御する燃焼
制御機構８を設けてある。

【００３０】前記燃焼制御機構８は、前記二次燃焼空間
出口部の温度センサ８１による検出温度に基づいて第一
再循環路３１からの循環排ガス量と第二再循環路４１か
らの循環排ガス量との流量比を調整する第一モードと、
前記酸素ガスセンサ８２による検出酸素ガス濃度に基づ
いて第一再循環路３１からの循環排ガス量と第二再循環
路４１からの循環排ガス量との流量比を調整する第二モ
ードと、検出温度及び検出酸素ガス濃度に基づいて第一
再循環路３１からの循環排ガス量と第二再循環路４１か
らの循環排ガス量との流量比を調整する第三モードとを
備えている。

【００３１】前記第一モードによる場合には、検出温度
が所定温度（例えば９００℃）よりも低ければ、第一再
循環路３１からの循環排ガス量が第二再循環路４１から
の循環排ガス量よりも多くなるように流量比を調整する
ことにより（各再循環路にはガス流量を調節するダンパ
機構を設けてあり、該ダンパ機構による開度調節により
ガス流量が調節可能に構成されている。）、二次燃焼温
度の低下を防止しながら攪拌混合して確実に二次燃焼を
促進する。一方、検出温度が所定温度（例えば１０００
℃）より高い場合には、第一再循環路からの循環排ガス
量が第二再循環路からの循環排ガス量よりも少なくなる
ように流量比を調整することにより、二次燃焼温度を９
００℃から１０００℃の範囲に維持するように制御す
る。

【００３２】前記第二モードによる場合には、検出酸素
濃度が所定濃度（例えば６．０％）よりも低ければ酸素
リッチな排ガスを多く供給できるように、第一再循環路
３１からの循環排ガス量が第二再循環路４１からの循環
排ガス量よりも少なくなるように流量比を調整して完全
燃焼を促進し、検出酸素濃度が所定濃度（例えば６．０
％）より高ければ、温度低下を来さないように攪拌混合
を促進すべく、第一再循環路３１からの循環排ガス量が
第二再循環路４１からの循環排ガス量よりも多くなるよ
うに流量比を調整して完全燃焼を促進する。

【００３３】前記第三モードによる場合には、検出酸素
濃度と検出温度の値に応じて予め設定された流量比とな
るように第一再循環路３１からの循環排ガス量と第二再
循環路４１からの循環排ガス量の流量比を調整する。例
えば、検出酸素濃度が所定濃度より低く且つ検出温度が
所定温度より高い場合には、第一再循環路３１に比べ第
二再循環路４１からの流量比を上昇させ、検出酸素濃度
が所定濃度より低く且つ検出温度が所定温度より低い場
合には、第一再循環路３１と第二再循環路４１からの流
量比を等しく且つ総流量を低減し、検出酸素濃度が所定
濃度より高く且つ検出温度が所定温度より高い場合に
は、第一再循環路３１と第二再循環路４１からの流量比
を等しく且つ総流量を増加し、検出酸素濃度が所定濃度
より高く且つ検出温度が所定温度より低い場合には、第
一再循環路３１に比べ第二再循環路４１からの流量比を
減少させるのである。

【００３４】種々の条件により各モードを切換えること
が可能であるが、例えば、焼却対象であるごみの性状に
より、燃え難い厨芥類が主要ごみである場合には、二次
燃焼温度を優先する第一モードを採用し、高カロリーご
みが主要ごみである場合には、残存酸素濃度を優先する
第二モードを採用し、それらの混合ごみである場合に
は、第三モードを採用するよう設定することが可能であ
る。

【００３５】上述の実施形態においては、外部からの二
次燃焼用ガスを供給すること無く一次燃焼用ガスの供給
のみで二次燃焼させるものを説明したが、前記二次燃焼
空間２内に外部から二次空気を供給する二次燃焼用ガス
供給機構２１を設けて、上述した第一モードから第三モ
ードにおいて、必要に応じて二次燃焼用空気を追加供給
することにより、完全燃焼を促進するよう構成すること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼却炉の概略図

【図２】従来の焼却炉の概略図

【符号の説明】

１ 一次燃焼空間 ２ 二次燃焼空間 ３ 煙道 ４ バグフィルタ ３１ 第一再循環路 ２２ 第一排ガス投入ノズル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次燃焼用ガスを受けて被燃焼物を燃焼
   させる一次燃焼空間を備えるとともに、前記一次燃焼空
   間に連通して、その一次燃焼空間からの未燃ガスを燃焼
   させる二次燃焼空間を備え、前記二次燃焼空間からの排
   ガスを煙突に導く煙道を備え、前記煙道にバグフィルタ
   を設けてある焼却炉であって、 前記一次燃焼用ガスを、二次燃焼空間出口部における排
   ガス中の酸素濃度が所定の目標値になるよう過剰投入す
   るとともに、前記煙道における前記バグフィルタ上流側
   の排ガスの一部を前記二次燃焼空間上流側に返送投入す
   る第一再循環路を設け、再循環される排ガスにより前記
   二次燃焼空間の未燃ガスを撹拌混合させる第一排ガス投
   入ノズルを設けた焼却炉。
2. 【請求項２】 前記第一再循環路に煤塵除去装置を設け
   てある請求項１に記載の焼却炉。
3. 【請求項３】 前記煙道のバグフィルタ下流側における
   排ガスの一部を前記二次燃焼空間に返送投入する第二再
   循環路を設け、再循環される排ガスにより前記二次燃焼
   空間の未燃ガスを撹拌混合させる第二排ガス投入ノズル
   を設けた請求項１に記載の焼却炉。
4. 【請求項４】 前記第二排ガス投入ノズルは、前記第一
   排ガス投入ノズルよりも前記二次燃焼空間内下流側に設
   けてある請求項３に記載の焼却炉。
5. 【請求項５】 前記二次燃焼空間出口部の排ガス温度に
   基づいて、前記第一再循環路から返送投入される排ガス
   と前記第二再循環路から返送投入される排ガスとの流量
   比を調整する燃焼制御機構を設けた請求項３〜４のいず
   れか一項に記載の焼却炉。
6. 【請求項６】 前記二次燃焼空間出口部の排ガス中の酸
   素濃度に基づいて、前記第一再循環路から返送投入され
   る排ガスと前記第二再循環路から返送投入される排ガス
   との流量比を調整する燃焼制御機構を設けた請求項３〜
   ５のいずれか一項に記載の焼却炉。
7. 【請求項７】 前記一次燃焼空間出口に二次燃焼用ガス
   を供給する二次燃焼用ガス供給部を設け、二次燃焼空間
   出口部の温度または二次燃焼空間出口部の酸素濃度に基
   づいて、前記第一再循環路から返送投入される排ガスと
   二次燃焼用ガスの流量比を調整する燃焼制御機構を設け
   た請求項１または２記載の焼却炉。