JP2004084981A - 廃棄物焼却炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】排ガスの顕熱を有効に利用できる排ガス循環方法を使用することができると共に、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の発生を低下させることができる廃棄物焼却炉を提供する。
【解決手段】廃棄物焼却炉の二次燃焼領域１２の出側から、高温排ガスを導出し、除塵装置２４によりダストの除去を行った後、ガス混合装置２５に導いている。ガス混合装置２５には、空気が空気調節弁２６を介して導入されている。ガス混合装置２５は、高温排ガスと空気を混合し、高温ガスを発生させる。この高温ガスは、ブロア２７により誘引され、主燃焼室１内に吹き込まれる。この高温ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２８で調節される。酸素濃度調節装置２８は、高温ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように空気調節弁２６の開度を調整する。
【選択図】 図２
【解決手段】廃棄物焼却炉の二次燃焼領域１２の出側から、高温排ガスを導出し、除塵装置２４によりダストの除去を行った後、ガス混合装置２５に導いている。ガス混合装置２５には、空気が空気調節弁２６を介して導入されている。ガス混合装置２５は、高温排ガスと空気を混合し、高温ガスを発生させる。この高温ガスは、ブロア２７により誘引され、主燃焼室１内に吹き込まれる。この高温ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２８で調節される。酸素濃度調節装置２８は、高温ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように空気調節弁２６の開度を調整する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的なものの概略図を図８に示す。ホッパ３１に投入された廃棄物３２は、シュートを通して乾燥ストーカ３３に送られ、下からの空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に、昇温されて着火する。着火して燃焼を開始した廃棄物３２は、燃焼ストーカ３４に送られ、下から送られる燃焼空気により熱分解されてガス化され、一部は燃焼する。そして、更に後燃焼ストーカ３５で、廃棄物中の未燃分が完全に燃焼する。そして、燃焼後に残った灰は、主灰シュート３６より外部に取り出される。
【０００３】
燃焼は燃焼室３７内で行われ、発生した燃焼ガスは、中間天井３８の存在により、主煙道３９と副煙道４０に別れて排出される。主煙道３９を通る排ガスには、未燃分はほとんど含まれず、酸素が１０％程度以上含まれている。副煙道４０を通る排ガスには、未燃ガスが８％程度含まれている。これらの排ガスは、二次燃焼領域４１で混合され、二次的な燃焼が行われて未燃ガスが完全に燃焼する。二次燃焼領域４１からの排ガスは、廃熱ボイラ４３に送られ、熱交換された後に減温塔、バグフィルタ等を経由して外部に放出される。
【０００４】
このような廃棄物焼却炉においては、廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で実際の空気量を除した比（空気比）は１．７〜２．０程度である。これは通常の燃焼に必要な空気比である１．０５〜１．２に比べて大きくなっている。この理由は、廃棄物には不燃分が多く、かつ不均質なため、燃焼を行うには多量の空気が必要なためである。しかし、空気比が多くなるに従って排ガス量も多くなり、通常の燃焼炉に比べて大きな排ガス処理設備が必要となっている。
【０００５】
空気比を小さくすれば排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパクトになり、その結果廃棄物焼却施設全体が小型化して設備費を低減することができる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤量も低減できるので、運転費を低減できる。さらに、熱回収できずに失われる熱量を低減できるので、廃熱ボイラの熱回収率が向上し、これに伴ってごみ発電の発電効率を上げることができる。
【０００６】
すなわち、従来の燃焼技術では、低空気比で燃焼させると、燃焼が不安定となり、ＣＯの発生が増加したり、火炎温度が局所的に上昇してＮＯｘが急増したり、煤が大量に発生したり、クリンカが発生したり、局所的な高温により炉の耐火物の寿命が短くなるという問題点があった。
【０００７】
このような問題点を解決する方法の一つが、特開２００２−１３７１５号公報（特許文献１）に開示されている。これは、火格子の下から酸素富化空気を供給し、火格子下以外の部分から排ガス又は排ガスと空気の混合気体を供給するものである。
【０００８】
供給される排ガスは、廃熱ボイラからの排ガスと、排ガス処理設備と誘引ファンを通った後の排ガスを混合して供給するようにしている。酸素富化空気を供給することにより、燃焼効率を上げることができる。そして、排ガスを供給することにより廃棄物層直上付近に低酸素濃度の気体からなるよどみ領域を形成させて、局所高温領域の発生を回避し、かつ、火炎を安定化させることにより、有害ガスの排出を低減する効果がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１３７１５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法を用いて低空気比燃焼操業を行う際には、酸素富化空気を供給する設備（酸素製造装置、又は酸素富化空気製造装置（空気中の窒素除去装置）が必要であり、設備コストや運転コストが高くなるという問題点がある。
【００１１】
一方、排ガスを循環して燃焼室内に供給する場合に、炉出口からの排ガスを用いようとすると、排ガス温度が８００〜１０００℃の高温であるので、このような高温に対応できる耐熱性を有するブロアで耐久性のあるものが少なく、実現が困難であった。よって、特許文献１に記載される技術を用いる場合でも、実際には、排ガス処理設備の下流側から低温の排ガスを取り出し、それを排ガス循環に用いることになり、排ガスの有する高温顕熱を有効に利用することが困難であった。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排ガスの顕熱を有効に利用できる排ガス循環方法を使用することができると共に、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の発生を低下させることができる廃棄物焼却炉を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、二次燃焼領域を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記二次燃焼領域から導出した高温排ガスを除塵した後、空気と混合して燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項１）である。
【００１４】
本明細書において二次燃焼領域とは、廃棄物が熱分解して発生したガスの一部である未燃ガスが二次燃焼する領域を言う。この領域においては、二次燃焼用空気が吹き込まれ、その吹き込まれた位置の後流で未燃ガスが完全に燃焼する。
【００１５】
また、本明細書において高温排ガスとは温度が６００〜１０００℃の排ガスをいう。本手段においては、二次燃焼領域から導出した高温排ガス中のダストや飛灰等を除塵した後、空気と混合して燃焼室に吹き込むようにしている。よって、高温の排ガスを循環する排ガスとして使用できるので、廃棄物焼却炉の熱効率を上げることができる。
【００１６】
高温排ガスを空気と混合することにより温度が低下するので、特殊なブロアを用いなくても、排ガス循環を行うことができる。
【００１７】
特に、混合後のガスの温度を３００〜４００℃として燃焼室に吹き込むことにより、
▲１▼高温ガスの顕熱及び熱輻射により廃棄物の熱分解を促進できる。
▲２▼廃棄物層上の空間に高温のよどみ領域を形成できるので、安定な火炎を定在させることができる。
▲３▼熱分解によって発生したガスの混合を促進することができる。
▲４▼上記、▲１▼、▲２▼、▲３▼の効果により、均一で安定した燃焼が促進されるので、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシンの発生を大幅に低減できる。
【００１８】
また、二次燃焼領域から導出する排ガスは、ダストを含み、６００〜１０００℃の高温であるので、そのままブロアで誘引すると、ブロアの部材が摩耗・腐食したり、高温により損傷したりする。また、ダクトにダストが付着し、閉塞や粉塵爆発等のトラブルが発生することも皆無ではない。
【００１９】
このため高温除塵器でダストを除去し、ブロアの上流で空気を混合してガス温度を、ブロアの部材に対して耐熱上問題のない温度（例えば４００℃程度）まで低下させるように調節を行う。これにより、ブロアやダクトにおいて、ダストによるトラブルや高温損傷が発生することを防止することができる。
また、高温排ガスを空気と混合することにより、酸素濃度の調節が可能となり、安定燃焼を促進させることができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第２の手段は、二次燃焼領域を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記二次燃焼領域から導出した高温排ガスを除塵した後に空気と熱交換し、熱交換後の排ガスと、熱交換後の空気とを混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項２）である。
【００２１】
本手段においても、前記第１の手段と同じ理由により、廃棄物焼却炉の熱効率を上げることがでる。かつ、前記第１の手段と同じ▲１▼〜▲４▼の効果を奏することができる。
【００２２】
本手段においては、単に高温排ガスと空気を混合するのでなく、高温排ガスを除塵した後に空気と熱交換し、熱交換後の冷却された排ガスと、熱交換後の加熱された空気とを混合して、燃焼室に吹込むようにしている。よって、燃焼室へ供給する高温ガスの温度と酸素濃度を別々に調節することができる。
【００２３】
前記課題を解決するための第３の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項３）である。
【００２４】
本明細書において中温排ガスとは温度が３００〜５００℃の排ガスをいう。前記第１の手段、第２の手段においては、高温排ガスを除塵して使用しているが、高温排ガスを除塵する除塵する装置には高価なものが多い。一方、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉では、廃熱ボイラの後段又は出口での排ガス温度は３００〜５００℃となっている場合が多い。このような排ガスを除塵する除塵装置は比較的安価に設置できる。さらに、ブロアも中温排ガスの温度に耐えられる程度の耐熱性を有するものであれば安価に得ることができる。
【００２５】
よって、本手段は、前記第１の手段、第２の手段に比して熱効率は悪いが、それなりに廃棄物焼却炉の熱効率を上げることができる。また、除塵した後の排ガスを空気と混合することなく直接燃焼室に吹き込んでも、燃焼室の温度が上がりすぎることはない。もちろん本手段が、第１の手段の説明で述べた▲１▼〜▲４▼の効果を有することはいうまでもない。
【００２６】
前記課題を解決するための第４の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうち少なくとも一つと混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃築物焼却炉（請求項４）である。
【００２７】
本手段においては、中温排ガスを除塵した後、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうち少なくとも一つと混合して、燃焼室に吹き込むようにしている。ここで、酸素を含むガスとしては、酸素、空気、高温空気、酸素と空気の混合ガス等を用いることができる。除塵後の中温排ガスをどの気体と混合するかは、燃焼室に吹き込むべきガスの温度とガス中の酸素濃度に応じて決定すればよい。
【００２８】
すなわち、中温排ガスの温度と酸素濃度が、燃焼室に吹き込むのに適当でない場合には、例えば空気、高温空気等の酸素を含むガス、及びバーナー燃焼ガスのうち少なくとも一つとの混合割合を調節することにより、両者を適当な範囲に入れることができる。本手段が前記第３の手段と同様の効果を生じることはいうまでもない。
【００２９】
前記課題を解決するための第５の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、加熱して燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項５）である。
【００３０】
本手段においては、廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、加熱して燃焼室に吹込むようにしている。よって、高い温度で吹き込みを行いたい場合にも対応が可能である。吹き込み排ガスの温度を調節できることはもちろんである。本手段が、除塵装置やブロアの耐熱性からくるコスト面で有利であることは前記第３の手段と同じであり、かつ、第１の手段で説明した▲１▼〜▲４▼の効果を有することはいうまでもない。
【００３１】
前記課題を解決するための第６の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、この中温排ガスと、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうちの少なくとも一つと、排ガス処理ラインの下流側から導出した低温排ガスとを混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項６）である。
【００３２】
本手段の吹き込みガスは、前記第４の手段で生成したガスに加え、排ガス処理ラインの下流側から導出した低温排ガスを混合したものである。本明細書において、「低温排ガス」とは、温度が２００℃以下の排ガスを言う。一般に排ガス処理ラインを通った排ガスの温度は温度が２００℃以下となっており低温である。しかしながら、空気に対しては高い顕熱を有しており、この顕熱の有効利用を図ることができる。また、燃焼室に吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度を調節することができる。本手段が、第１の手段で説明した▲１▼〜▲４▼の効果を有することはいうまでもない。
【００３３】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のうちいずれかの燃焼室に排ガスを吹込む場所が、燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項７）である。
【００３４】
本手段においては、排ガスを吹き込む領域は、燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかである。これらの領域は、いずれも、廃棄物の熱分解が始まり、未燃ガスの存在する領域である。未燃ガスが発生していない上流域や、未燃ガスの燃焼が完了してしまっている下流域に排ガスを吹き込んでも、前記▲１▼〜▲４▼の効果は少ない。よって、本手段のように、未燃ガスが多く存在する領域に、排ガスを吹き込むことが好ましい。これにより、前記▲１▼〜▲４▼の効果が確実に得られる。
【００３５】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第７の手段のいずれかであって、導出する排ガスの温度と酸素濃度を計測し、燃焼室に吹込む排ガスの温度と酸素濃度が、予め設定した範囲になるように、排ガスに混合する気体の流量または加熱器の昇温量を調整することを特徴とするもの（請求項８）である。
【００３６】
本手段においては、燃焼室に吹込む排ガスの温度と酸素濃度が、予め設定した範囲になるように、排ガスに混合する気体の流量または加熱器の昇温量を調整するようにしているので、前記▲１▼〜▲４▼の効果を確実に得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉の本体部分の例を示す図である。図１中の１は燃焼室であり、この燃焼室１の一方の側（図１の左側）には、廃棄物３を燃焼室１内に投入するためのホッパ２が設けられている。
【００３８】
燃焼室１の底部には、廃棄物３を移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）が、ホッパ２から遠ざかるに従って下がるように傾斜して設けられている。この火格子には２つの段差が形成されており、３つの部分に分かれる。この３つの火格子を、ホッパ２に近い方から、乾燥ストーカ４、燃焼ストーカ５、後燃焼ストーカ６と呼んでいる。乾燥ストーカ４では主として廃棄物３の乾燥と着火が行われる。燃焼ストーカ５では主として廃棄物３の燃焼が行われるが、廃棄物３は燃焼すると共に熱分解し、未燃ガスを燃焼ガスと共に放出する。燃焼ストーカ５において廃棄物３の燃焼は実質的に完了する。後燃焼ストーカ５上では、僅かに残った廃棄物３中の未燃分を完全に燃焼させる。完全に燃焼した後の燃焼残渣は、主灰シュート７より排出される。
【００３９】
各火格子の下部には、燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱８が設けられている。
ホッパ２と反対側の燃焼室１の上方には、二次燃焼領域１２が接続して設けられている。
【００４０】
図１に示すように、ホッパ２から燃焼室１内に廃棄物３を投入すると共に、燃焼用空気を各供給管及び風箱８を通して、火格子上を移動する廃棄物３に供給しながら廃棄物３を乾燥させ、さらに燃焼させる。
燃焼室１の側壁にはノズル１４が設けられており、このノズル１４から、排ガスを含む高温ガスが燃焼室１内に吹き込まれている。
【００４１】
図１においては、ノズル１４は燃焼ストーカ５の左側上部に設置されている。廃棄物３が焼却される場合、まず水分の蒸発が起こり、次いで熱分解・部分酸化反応が起こる。ここで、熱分解反応は、廃棄物の性状にもよるがおおむね温度が２００℃程度で起こり、温度が約５００℃となった段階でほぼ完了する。図１に示す例では、燃焼ストーカ５の前段部に相当するので、これらの位置にノズル１４を設けて高温ガスを吹き込んでいる。廃棄物３の種類によっては、もっと高い温度で熱分解反応が完了するものがあり、この場合は、図２に示す位置より後段側（図の右側）にも、ノズル１４を設けることが好ましい。
【００４２】
燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかにノズル１４を設け、排ガスを吹き込むことにより、特に前記▲１▼〜▲４▼の効果を高めることができる。
【００４３】
図２に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第１の例の概要を示す。図１に詳しく示したように、燃焼室１からの排ガスは廃熱ボイラ１１に導かれ、その一部である二次燃焼領域１２内で二次燃焼した後、廃熱ボイラ１１で熱交換を行い、排ガス処理設備２２で清浄化処理されて、煙突２３から大気放散される。なお、図示を省略しているが、排ガス処理設備２２の中には、排ガスを誘引して煙突２３に送出する排気ブロアが設置されている。
【００４４】
この実施の形態においては、廃棄物焼却炉の二次燃焼領域１２の出側から、高温排ガスを導出し、除塵装置２４によりダストの除去を行った後、ガス混合装置２５に導いている。ガス混合装置２５には、空気が空気調節弁２６を介して導入されている。
【００４５】
ガス混合装置２５は、高温排ガスと空気を混合し、高温ガスを発生させる。この高温ガスは、ブロア２７により誘引され、燃焼室１内に吹き込まれる。この高温ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２８で調節される。酸素濃度調節装置２８は、高温ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように空気調節弁２６の開度を調整する。また、図示を省略しているが、高温ガスの温度を調整したい場合は、空気加熱器を設け、高温ガスの温度を測定して、これが所定範囲になるように空気加熱器から出てガス混合装置に入る空気の温度を調節するようにしてもよい。
【００４６】
さらには、このようなフィードバック制御によるのではなく、高温排ガスの温度、高温排ガス中の酸素濃度を計測し、その結果から、燃焼室に吹き込む高温ガスの温度、酸素濃度の少なくとも一方が目的とする範囲に入るように、空気の流量、空気の温度をフィードフォワード的に定めてもよい。
【００４７】
この実施の形態においては、二次燃焼領域１２と除塵装置２４の間の配管はなるべく短くすることが望ましい。除塵装置としては６００〜１０００℃の高温に耐えるものが必要であるが、例えば、炭化ケイ素、コージェライト、ムライト等を使用したセラミックフィルタ、セラミック繊維や金属繊維の濾布を用いたバグフィルタ、カーボン粒子、セラミック粒子を充填した充填層フィルタ等が使用できる。
【００４８】
なお、排ガスの中にはＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスが含まれているため、そのままブロア２７を通すとブロアの羽根が腐食する場合がある。これを防ぐためには、除塵装置２４の前で消石灰等の中和剤を吹き込みＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスを中和した上で、除塵装置２４で取り除くようにすればよい。これは、後に述べる実施の形態において、排ガス処理設備２２を通過していない排ガスを使用する場合においても同じである。
【００４９】
この実施の形態においては、ブロア２７はガス混合装置２５より下流に設けられている。この部分では温度は４００℃程度あるいはそれ以下となっているので、特に特殊なものを使う必要はない。
【００５０】
また、この実施の形態においては、燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度を調節する機能を有しているので、燃焼室内に吹き込まれる高温ガスの酸素濃度を適当な範囲に保つことができる。吹き込まれる高温ガスの流量や流速を調整したい場合は、ブロア２７の回転数を調整したり、配管中にダンパーを設け、その開度を調節する等の手段により調整すればよい。
【００５１】
図３に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第２の例の概要を示す。以下の例においては、排ガス循環系統の基本的構成は図２に示すものと同じであり、廃棄物焼却炉の基本的構成は図１に示すものと全く同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ部分の説明を省略して、異なる部分のみを説明する。
【００５２】
図３に示す構成においては、二次燃焼領域１２から導出され除塵装置２４を通過した高温排ガスは、熱交換機２９に入り、そこで空気調節弁２６を介して導入された空気と熱交換されて温度を下げられる。熱交換機２９を出た排ガスは、ブロア２７で誘引されて、ガス混合装置２５で、熱交換されて昇温された空気と混合され、燃焼室に吹き込まれる。
【００５３】
なお、図３においては、酸素濃度調節装置２８が、高温ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように空気調節弁２６の開度を調整するようになっている。熱交換機２９が熱交換率を制御できるようなものであれば、熱交換率を制御することによって燃焼室に吹き込まれる高温ガスの温度を制御し、空気の流量を調節することによって高温ガス中の酸素濃度を制御するようにしてもよい。また、高温ガスの温度は図２に示した例のように、空気の温度を調節することによって調節しても良い。
【００５４】
また、フィードバック制御系によらずフィードフォワード制御系によってもよい。このようなことは自明なことであるので、以下の例においても説明を省略し、フィードバック制御系のみを例として説明する。
【００５５】
図４に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第３の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出場所が廃熱ボイラ１１の出口となっており、よって、導出される排ガスは中温排ガスである。導出された排ガスは、除塵装置２４でダストを除去された後、ブロア２７で誘引されて燃焼室に吹き込まれる。
【００５６】
除塵装置２４は、中温排ガスの除塵を行えばよいので、３００℃以上で使用可能な金属繊維濾布を使用したバグフィルタを使用するのが適当である。
【００５７】
図５に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第４の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出場所が廃熱ボイラ１１の出口となっており、よって、導出される排ガスは中温排ガスである。導出された排ガスは、除塵装置２４でダストを除去された後、ブロア２７で誘引され、ガス混合装置２５に入る。この構成は、排ガスの導出口が図２に示す例と異なっているが、その他の装置構成は図２に示したものと基本的に同じである。もちろん除塵装置２４は、中温排ガスに対応できるもので十分である。
【００５８】
また、この例においては、酸素濃度調節計２８を設け、吹き込み高温ガスの酸素濃度を所定範囲にするように空気調節弁２６を操作する例を示している。さらには、空気調節弁２６を通して吹き込まれる空気として常温空気を用いるのではなく、空気加熱器（例えばバーナー燃焼ガスによる加熱、バーナー燃焼ガスとの混合による加熱）を用いて加熱した空気を用い、空気流量調節弁２６により、高温ガス中の酸素濃度を制御するようにしてもよい。また、空気の代わりに燃焼バーナーの高温ガスを使用してもよく、図に示すような系統に加えて、ガス混合装置にこのような燃焼バーナガスを別に吹き込んで、排ガスと空気と燃焼バーナガスを混合して使用してもよい。この場合には、吹き込み高温ガスの温度は、燃焼バーナガスの温度の量又は温度を操作することによって制御すればよい。
【００５９】
図６に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第５の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出場所が廃熱ボイラ１１の出口となっており、導出された中温排ガスは、除塵装置２４でダストを除去された後、ブロア２７で誘引され、加熱装置３０で加熱されてから燃焼室１に吹き込まれる。加熱装置３０を制御することにより吹き込み高温ガスの温度を調節することができる。この構成は、中温排ガスの温度が、燃焼室１に吹き込みたい高温ガスの温度より低い場合に使用される。
【００６０】
図７に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第６の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出口が廃熱ボイラ１１の出口と排ガス処理設備２２の下流側の２箇所となっている。廃熱ボイラ１１の出口から導出された中温排ガスは、除塵装置２４とブロア２７を通過してガス混合装置２５に入るが、排ガス処理設備２２の下流側から導出された低温排ガスは、そのまま排ガス混合装置２５に入る。前述のように、排ガス処理設備２２中には図示を省略しているがブロアがあるので、別にブロアを設ける必要が無く、かつ、排ガス処理設備を通過した排ガスは清浄化されているので、除塵装置は不要である。
【００６１】
ガス混合装置２５には、空気調節弁２６を介して空気が導入されており、中温排ガス、低温排ガス、空気の混合した混合ガスが燃焼室１内に吹き込まれる。混合ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２８により、空気調節弁を操作して所定範囲に制御される。図示を省略しているが、混合ガスの温度を調節したい場合は、中温排ガス系統、低温排ガス系統の少なくとも一方にダンパーを設け、混合ガスの温度を測定して、この温度が所定範囲にはいるように、このダンパーを調整すればよい。中温排ガス系統、低温排ガス系統の両方にダンパーを設ければ、混合ガスの温度の他に、混合ガスの流量も調整することができる。
【００６２】
また、空気として加熱された空気を用い、空気の温度を調節したり、空気の代わりにバーナー燃焼ガスを用い、この温度を調節したりしても、燃焼室１に吹き込まれる高温ガスの温度を調整できることは前述のとおりである。
【００６３】
以下、燃焼室１に吹き込む高温ガスの好ましい性状について説明する。高温ガスは、燃焼室１内において、低空気燃焼操業下で、廃棄物の熱分解・部分酸化により発生した未燃ガスの燃焼を安定して行わせるために吹き込むものであり、少なくとも以下の作用の１つ以上を有する。
（１）高温ガスの顕熱と輻射により廃棄物の熱分解を促進する。
（２）酸素を含んだ高温ガスの吹き込みにより、未燃ガスの燃焼を促進する。
（３）廃棄物層上部によどみ領域を形成し、火炎を安定化させる。
（４）吹き込み気流に周囲のガスを巻き込み、攪拌を促進する。
（５）炉内ガスの攪拌を促進し、局所高温領域の発生を防止し、炉内温度分布を均一化する。
【００６４】
そして、これらの作用により、廃棄物焼却炉から排出される排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類を低下させる。よって、吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度は、これらの作用が効率的に行われる範囲を予め実験等によって定めておき、その範囲になるように、高温ガスの温度と酸素濃度を調節することが望ましい。また、これらの作用を有効に行わせるためには、前述のように、吹き込み位置を、燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかとすることが好ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排ガスの顕熱を有効に利用できる排ガス循環方法を使用することができると共に、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の発生を低下させることができる廃棄物焼却炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉の本体部分の例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第１の例の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第２の例の概要を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第３の例の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第４の例の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第５の例の概要を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第６の例の概要を示す図である。
【図８】従来の廃棄物焼却炉の主要部の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…燃焼室、２…ホッパ、３…廃棄物、４…乾燥ストーカ、５…燃焼ストーカ、６…後燃焼ストーカ、７…主灰シュート、８…風箱、９…主煙道、１０…副煙道、１１…廃熱ボイラ、１２…二次燃焼領域、１４…ノズル、２２…排ガス処理設備、２３…煙突、２４…除塵装置、２５…ガス混合装置、２６…空気調節弁、２７…ブロア、２８…酸素濃度調節装置、２９…熱交換器、３０…加熱装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的なものの概略図を図８に示す。ホッパ３１に投入された廃棄物３２は、シュートを通して乾燥ストーカ３３に送られ、下からの空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に、昇温されて着火する。着火して燃焼を開始した廃棄物３２は、燃焼ストーカ３４に送られ、下から送られる燃焼空気により熱分解されてガス化され、一部は燃焼する。そして、更に後燃焼ストーカ３５で、廃棄物中の未燃分が完全に燃焼する。そして、燃焼後に残った灰は、主灰シュート３６より外部に取り出される。
【０００３】
燃焼は燃焼室３７内で行われ、発生した燃焼ガスは、中間天井３８の存在により、主煙道３９と副煙道４０に別れて排出される。主煙道３９を通る排ガスには、未燃分はほとんど含まれず、酸素が１０％程度以上含まれている。副煙道４０を通る排ガスには、未燃ガスが８％程度含まれている。これらの排ガスは、二次燃焼領域４１で混合され、二次的な燃焼が行われて未燃ガスが完全に燃焼する。二次燃焼領域４１からの排ガスは、廃熱ボイラ４３に送られ、熱交換された後に減温塔、バグフィルタ等を経由して外部に放出される。
【０００４】
このような廃棄物焼却炉においては、廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で実際の空気量を除した比（空気比）は１．７〜２．０程度である。これは通常の燃焼に必要な空気比である１．０５〜１．２に比べて大きくなっている。この理由は、廃棄物には不燃分が多く、かつ不均質なため、燃焼を行うには多量の空気が必要なためである。しかし、空気比が多くなるに従って排ガス量も多くなり、通常の燃焼炉に比べて大きな排ガス処理設備が必要となっている。
【０００５】
空気比を小さくすれば排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパクトになり、その結果廃棄物焼却施設全体が小型化して設備費を低減することができる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤量も低減できるので、運転費を低減できる。さらに、熱回収できずに失われる熱量を低減できるので、廃熱ボイラの熱回収率が向上し、これに伴ってごみ発電の発電効率を上げることができる。
【０００６】
すなわち、従来の燃焼技術では、低空気比で燃焼させると、燃焼が不安定となり、ＣＯの発生が増加したり、火炎温度が局所的に上昇してＮＯｘが急増したり、煤が大量に発生したり、クリンカが発生したり、局所的な高温により炉の耐火物の寿命が短くなるという問題点があった。
【０００７】
このような問題点を解決する方法の一つが、特開２００２−１３７１５号公報（特許文献１）に開示されている。これは、火格子の下から酸素富化空気を供給し、火格子下以外の部分から排ガス又は排ガスと空気の混合気体を供給するものである。
【０００８】
供給される排ガスは、廃熱ボイラからの排ガスと、排ガス処理設備と誘引ファンを通った後の排ガスを混合して供給するようにしている。酸素富化空気を供給することにより、燃焼効率を上げることができる。そして、排ガスを供給することにより廃棄物層直上付近に低酸素濃度の気体からなるよどみ領域を形成させて、局所高温領域の発生を回避し、かつ、火炎を安定化させることにより、有害ガスの排出を低減する効果がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１３７１５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法を用いて低空気比燃焼操業を行う際には、酸素富化空気を供給する設備（酸素製造装置、又は酸素富化空気製造装置（空気中の窒素除去装置）が必要であり、設備コストや運転コストが高くなるという問題点がある。
【００１１】
一方、排ガスを循環して燃焼室内に供給する場合に、炉出口からの排ガスを用いようとすると、排ガス温度が８００〜１０００℃の高温であるので、このような高温に対応できる耐熱性を有するブロアで耐久性のあるものが少なく、実現が困難であった。よって、特許文献１に記載される技術を用いる場合でも、実際には、排ガス処理設備の下流側から低温の排ガスを取り出し、それを排ガス循環に用いることになり、排ガスの有する高温顕熱を有効に利用することが困難であった。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排ガスの顕熱を有効に利用できる排ガス循環方法を使用することができると共に、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の発生を低下させることができる廃棄物焼却炉を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、二次燃焼領域を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記二次燃焼領域から導出した高温排ガスを除塵した後、空気と混合して燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項１）である。
【００１４】
本明細書において二次燃焼領域とは、廃棄物が熱分解して発生したガスの一部である未燃ガスが二次燃焼する領域を言う。この領域においては、二次燃焼用空気が吹き込まれ、その吹き込まれた位置の後流で未燃ガスが完全に燃焼する。
【００１５】
また、本明細書において高温排ガスとは温度が６００〜１０００℃の排ガスをいう。本手段においては、二次燃焼領域から導出した高温排ガス中のダストや飛灰等を除塵した後、空気と混合して燃焼室に吹き込むようにしている。よって、高温の排ガスを循環する排ガスとして使用できるので、廃棄物焼却炉の熱効率を上げることができる。
【００１６】
高温排ガスを空気と混合することにより温度が低下するので、特殊なブロアを用いなくても、排ガス循環を行うことができる。
【００１７】
特に、混合後のガスの温度を３００〜４００℃として燃焼室に吹き込むことにより、
▲１▼高温ガスの顕熱及び熱輻射により廃棄物の熱分解を促進できる。
▲２▼廃棄物層上の空間に高温のよどみ領域を形成できるので、安定な火炎を定在させることができる。
▲３▼熱分解によって発生したガスの混合を促進することができる。
▲４▼上記、▲１▼、▲２▼、▲３▼の効果により、均一で安定した燃焼が促進されるので、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシンの発生を大幅に低減できる。
【００１８】
また、二次燃焼領域から導出する排ガスは、ダストを含み、６００〜１０００℃の高温であるので、そのままブロアで誘引すると、ブロアの部材が摩耗・腐食したり、高温により損傷したりする。また、ダクトにダストが付着し、閉塞や粉塵爆発等のトラブルが発生することも皆無ではない。
【００１９】
このため高温除塵器でダストを除去し、ブロアの上流で空気を混合してガス温度を、ブロアの部材に対して耐熱上問題のない温度（例えば４００℃程度）まで低下させるように調節を行う。これにより、ブロアやダクトにおいて、ダストによるトラブルや高温損傷が発生することを防止することができる。
また、高温排ガスを空気と混合することにより、酸素濃度の調節が可能となり、安定燃焼を促進させることができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第２の手段は、二次燃焼領域を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記二次燃焼領域から導出した高温排ガスを除塵した後に空気と熱交換し、熱交換後の排ガスと、熱交換後の空気とを混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項２）である。
【００２１】
本手段においても、前記第１の手段と同じ理由により、廃棄物焼却炉の熱効率を上げることがでる。かつ、前記第１の手段と同じ▲１▼〜▲４▼の効果を奏することができる。
【００２２】
本手段においては、単に高温排ガスと空気を混合するのでなく、高温排ガスを除塵した後に空気と熱交換し、熱交換後の冷却された排ガスと、熱交換後の加熱された空気とを混合して、燃焼室に吹込むようにしている。よって、燃焼室へ供給する高温ガスの温度と酸素濃度を別々に調節することができる。
【００２３】
前記課題を解決するための第３の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項３）である。
【００２４】
本明細書において中温排ガスとは温度が３００〜５００℃の排ガスをいう。前記第１の手段、第２の手段においては、高温排ガスを除塵して使用しているが、高温排ガスを除塵する除塵する装置には高価なものが多い。一方、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉では、廃熱ボイラの後段又は出口での排ガス温度は３００〜５００℃となっている場合が多い。このような排ガスを除塵する除塵装置は比較的安価に設置できる。さらに、ブロアも中温排ガスの温度に耐えられる程度の耐熱性を有するものであれば安価に得ることができる。
【００２５】
よって、本手段は、前記第１の手段、第２の手段に比して熱効率は悪いが、それなりに廃棄物焼却炉の熱効率を上げることができる。また、除塵した後の排ガスを空気と混合することなく直接燃焼室に吹き込んでも、燃焼室の温度が上がりすぎることはない。もちろん本手段が、第１の手段の説明で述べた▲１▼〜▲４▼の効果を有することはいうまでもない。
【００２６】
前記課題を解決するための第４の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうち少なくとも一つと混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃築物焼却炉（請求項４）である。
【００２７】
本手段においては、中温排ガスを除塵した後、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうち少なくとも一つと混合して、燃焼室に吹き込むようにしている。ここで、酸素を含むガスとしては、酸素、空気、高温空気、酸素と空気の混合ガス等を用いることができる。除塵後の中温排ガスをどの気体と混合するかは、燃焼室に吹き込むべきガスの温度とガス中の酸素濃度に応じて決定すればよい。
【００２８】
すなわち、中温排ガスの温度と酸素濃度が、燃焼室に吹き込むのに適当でない場合には、例えば空気、高温空気等の酸素を含むガス、及びバーナー燃焼ガスのうち少なくとも一つとの混合割合を調節することにより、両者を適当な範囲に入れることができる。本手段が前記第３の手段と同様の効果を生じることはいうまでもない。
【００２９】
前記課題を解決するための第５の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、加熱して燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項５）である。
【００３０】
本手段においては、廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、加熱して燃焼室に吹込むようにしている。よって、高い温度で吹き込みを行いたい場合にも対応が可能である。吹き込み排ガスの温度を調節できることはもちろんである。本手段が、除塵装置やブロアの耐熱性からくるコスト面で有利であることは前記第３の手段と同じであり、かつ、第１の手段で説明した▲１▼〜▲４▼の効果を有することはいうまでもない。
【００３１】
前記課題を解決するための第６の手段は、廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、この中温排ガスと、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうちの少なくとも一つと、排ガス処理ラインの下流側から導出した低温排ガスとを混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項６）である。
【００３２】
本手段の吹き込みガスは、前記第４の手段で生成したガスに加え、排ガス処理ラインの下流側から導出した低温排ガスを混合したものである。本明細書において、「低温排ガス」とは、温度が２００℃以下の排ガスを言う。一般に排ガス処理ラインを通った排ガスの温度は温度が２００℃以下となっており低温である。しかしながら、空気に対しては高い顕熱を有しており、この顕熱の有効利用を図ることができる。また、燃焼室に吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度を調節することができる。本手段が、第１の手段で説明した▲１▼〜▲４▼の効果を有することはいうまでもない。
【００３３】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のうちいずれかの燃焼室に排ガスを吹込む場所が、燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかであることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項７）である。
【００３４】
本手段においては、排ガスを吹き込む領域は、燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかである。これらの領域は、いずれも、廃棄物の熱分解が始まり、未燃ガスの存在する領域である。未燃ガスが発生していない上流域や、未燃ガスの燃焼が完了してしまっている下流域に排ガスを吹き込んでも、前記▲１▼〜▲４▼の効果は少ない。よって、本手段のように、未燃ガスが多く存在する領域に、排ガスを吹き込むことが好ましい。これにより、前記▲１▼〜▲４▼の効果が確実に得られる。
【００３５】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第７の手段のいずれかであって、導出する排ガスの温度と酸素濃度を計測し、燃焼室に吹込む排ガスの温度と酸素濃度が、予め設定した範囲になるように、排ガスに混合する気体の流量または加熱器の昇温量を調整することを特徴とするもの（請求項８）である。
【００３６】
本手段においては、燃焼室に吹込む排ガスの温度と酸素濃度が、予め設定した範囲になるように、排ガスに混合する気体の流量または加熱器の昇温量を調整するようにしているので、前記▲１▼〜▲４▼の効果を確実に得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉の本体部分の例を示す図である。図１中の１は燃焼室であり、この燃焼室１の一方の側（図１の左側）には、廃棄物３を燃焼室１内に投入するためのホッパ２が設けられている。
【００３８】
燃焼室１の底部には、廃棄物３を移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）が、ホッパ２から遠ざかるに従って下がるように傾斜して設けられている。この火格子には２つの段差が形成されており、３つの部分に分かれる。この３つの火格子を、ホッパ２に近い方から、乾燥ストーカ４、燃焼ストーカ５、後燃焼ストーカ６と呼んでいる。乾燥ストーカ４では主として廃棄物３の乾燥と着火が行われる。燃焼ストーカ５では主として廃棄物３の燃焼が行われるが、廃棄物３は燃焼すると共に熱分解し、未燃ガスを燃焼ガスと共に放出する。燃焼ストーカ５において廃棄物３の燃焼は実質的に完了する。後燃焼ストーカ５上では、僅かに残った廃棄物３中の未燃分を完全に燃焼させる。完全に燃焼した後の燃焼残渣は、主灰シュート７より排出される。
【００３９】
各火格子の下部には、燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱８が設けられている。
ホッパ２と反対側の燃焼室１の上方には、二次燃焼領域１２が接続して設けられている。
【００４０】
図１に示すように、ホッパ２から燃焼室１内に廃棄物３を投入すると共に、燃焼用空気を各供給管及び風箱８を通して、火格子上を移動する廃棄物３に供給しながら廃棄物３を乾燥させ、さらに燃焼させる。
燃焼室１の側壁にはノズル１４が設けられており、このノズル１４から、排ガスを含む高温ガスが燃焼室１内に吹き込まれている。
【００４１】
図１においては、ノズル１４は燃焼ストーカ５の左側上部に設置されている。廃棄物３が焼却される場合、まず水分の蒸発が起こり、次いで熱分解・部分酸化反応が起こる。ここで、熱分解反応は、廃棄物の性状にもよるがおおむね温度が２００℃程度で起こり、温度が約５００℃となった段階でほぼ完了する。図１に示す例では、燃焼ストーカ５の前段部に相当するので、これらの位置にノズル１４を設けて高温ガスを吹き込んでいる。廃棄物３の種類によっては、もっと高い温度で熱分解反応が完了するものがあり、この場合は、図２に示す位置より後段側（図の右側）にも、ノズル１４を設けることが好ましい。
【００４２】
燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかにノズル１４を設け、排ガスを吹き込むことにより、特に前記▲１▼〜▲４▼の効果を高めることができる。
【００４３】
図２に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第１の例の概要を示す。図１に詳しく示したように、燃焼室１からの排ガスは廃熱ボイラ１１に導かれ、その一部である二次燃焼領域１２内で二次燃焼した後、廃熱ボイラ１１で熱交換を行い、排ガス処理設備２２で清浄化処理されて、煙突２３から大気放散される。なお、図示を省略しているが、排ガス処理設備２２の中には、排ガスを誘引して煙突２３に送出する排気ブロアが設置されている。
【００４４】
この実施の形態においては、廃棄物焼却炉の二次燃焼領域１２の出側から、高温排ガスを導出し、除塵装置２４によりダストの除去を行った後、ガス混合装置２５に導いている。ガス混合装置２５には、空気が空気調節弁２６を介して導入されている。
【００４５】
ガス混合装置２５は、高温排ガスと空気を混合し、高温ガスを発生させる。この高温ガスは、ブロア２７により誘引され、燃焼室１内に吹き込まれる。この高温ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２８で調節される。酸素濃度調節装置２８は、高温ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように空気調節弁２６の開度を調整する。また、図示を省略しているが、高温ガスの温度を調整したい場合は、空気加熱器を設け、高温ガスの温度を測定して、これが所定範囲になるように空気加熱器から出てガス混合装置に入る空気の温度を調節するようにしてもよい。
【００４６】
さらには、このようなフィードバック制御によるのではなく、高温排ガスの温度、高温排ガス中の酸素濃度を計測し、その結果から、燃焼室に吹き込む高温ガスの温度、酸素濃度の少なくとも一方が目的とする範囲に入るように、空気の流量、空気の温度をフィードフォワード的に定めてもよい。
【００４７】
この実施の形態においては、二次燃焼領域１２と除塵装置２４の間の配管はなるべく短くすることが望ましい。除塵装置としては６００〜１０００℃の高温に耐えるものが必要であるが、例えば、炭化ケイ素、コージェライト、ムライト等を使用したセラミックフィルタ、セラミック繊維や金属繊維の濾布を用いたバグフィルタ、カーボン粒子、セラミック粒子を充填した充填層フィルタ等が使用できる。
【００４８】
なお、排ガスの中にはＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスが含まれているため、そのままブロア２７を通すとブロアの羽根が腐食する場合がある。これを防ぐためには、除塵装置２４の前で消石灰等の中和剤を吹き込みＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスを中和した上で、除塵装置２４で取り除くようにすればよい。これは、後に述べる実施の形態において、排ガス処理設備２２を通過していない排ガスを使用する場合においても同じである。
【００４９】
この実施の形態においては、ブロア２７はガス混合装置２５より下流に設けられている。この部分では温度は４００℃程度あるいはそれ以下となっているので、特に特殊なものを使う必要はない。
【００５０】
また、この実施の形態においては、燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度を調節する機能を有しているので、燃焼室内に吹き込まれる高温ガスの酸素濃度を適当な範囲に保つことができる。吹き込まれる高温ガスの流量や流速を調整したい場合は、ブロア２７の回転数を調整したり、配管中にダンパーを設け、その開度を調節する等の手段により調整すればよい。
【００５１】
図３に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第２の例の概要を示す。以下の例においては、排ガス循環系統の基本的構成は図２に示すものと同じであり、廃棄物焼却炉の基本的構成は図１に示すものと全く同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ部分の説明を省略して、異なる部分のみを説明する。
【００５２】
図３に示す構成においては、二次燃焼領域１２から導出され除塵装置２４を通過した高温排ガスは、熱交換機２９に入り、そこで空気調節弁２６を介して導入された空気と熱交換されて温度を下げられる。熱交換機２９を出た排ガスは、ブロア２７で誘引されて、ガス混合装置２５で、熱交換されて昇温された空気と混合され、燃焼室に吹き込まれる。
【００５３】
なお、図３においては、酸素濃度調節装置２８が、高温ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように空気調節弁２６の開度を調整するようになっている。熱交換機２９が熱交換率を制御できるようなものであれば、熱交換率を制御することによって燃焼室に吹き込まれる高温ガスの温度を制御し、空気の流量を調節することによって高温ガス中の酸素濃度を制御するようにしてもよい。また、高温ガスの温度は図２に示した例のように、空気の温度を調節することによって調節しても良い。
【００５４】
また、フィードバック制御系によらずフィードフォワード制御系によってもよい。このようなことは自明なことであるので、以下の例においても説明を省略し、フィードバック制御系のみを例として説明する。
【００５５】
図４に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第３の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出場所が廃熱ボイラ１１の出口となっており、よって、導出される排ガスは中温排ガスである。導出された排ガスは、除塵装置２４でダストを除去された後、ブロア２７で誘引されて燃焼室に吹き込まれる。
【００５６】
除塵装置２４は、中温排ガスの除塵を行えばよいので、３００℃以上で使用可能な金属繊維濾布を使用したバグフィルタを使用するのが適当である。
【００５７】
図５に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第４の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出場所が廃熱ボイラ１１の出口となっており、よって、導出される排ガスは中温排ガスである。導出された排ガスは、除塵装置２４でダストを除去された後、ブロア２７で誘引され、ガス混合装置２５に入る。この構成は、排ガスの導出口が図２に示す例と異なっているが、その他の装置構成は図２に示したものと基本的に同じである。もちろん除塵装置２４は、中温排ガスに対応できるもので十分である。
【００５８】
また、この例においては、酸素濃度調節計２８を設け、吹き込み高温ガスの酸素濃度を所定範囲にするように空気調節弁２６を操作する例を示している。さらには、空気調節弁２６を通して吹き込まれる空気として常温空気を用いるのではなく、空気加熱器（例えばバーナー燃焼ガスによる加熱、バーナー燃焼ガスとの混合による加熱）を用いて加熱した空気を用い、空気流量調節弁２６により、高温ガス中の酸素濃度を制御するようにしてもよい。また、空気の代わりに燃焼バーナーの高温ガスを使用してもよく、図に示すような系統に加えて、ガス混合装置にこのような燃焼バーナガスを別に吹き込んで、排ガスと空気と燃焼バーナガスを混合して使用してもよい。この場合には、吹き込み高温ガスの温度は、燃焼バーナガスの温度の量又は温度を操作することによって制御すればよい。
【００５９】
図６に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第５の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出場所が廃熱ボイラ１１の出口となっており、導出された中温排ガスは、除塵装置２４でダストを除去された後、ブロア２７で誘引され、加熱装置３０で加熱されてから燃焼室１に吹き込まれる。加熱装置３０を制御することにより吹き込み高温ガスの温度を調節することができる。この構成は、中温排ガスの温度が、燃焼室１に吹き込みたい高温ガスの温度より低い場合に使用される。
【００６０】
図７に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第６の例の概要を示す。この実施の形態においては、排ガスの導出口が廃熱ボイラ１１の出口と排ガス処理設備２２の下流側の２箇所となっている。廃熱ボイラ１１の出口から導出された中温排ガスは、除塵装置２４とブロア２７を通過してガス混合装置２５に入るが、排ガス処理設備２２の下流側から導出された低温排ガスは、そのまま排ガス混合装置２５に入る。前述のように、排ガス処理設備２２中には図示を省略しているがブロアがあるので、別にブロアを設ける必要が無く、かつ、排ガス処理設備を通過した排ガスは清浄化されているので、除塵装置は不要である。
【００６１】
ガス混合装置２５には、空気調節弁２６を介して空気が導入されており、中温排ガス、低温排ガス、空気の混合した混合ガスが燃焼室１内に吹き込まれる。混合ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２８により、空気調節弁を操作して所定範囲に制御される。図示を省略しているが、混合ガスの温度を調節したい場合は、中温排ガス系統、低温排ガス系統の少なくとも一方にダンパーを設け、混合ガスの温度を測定して、この温度が所定範囲にはいるように、このダンパーを調整すればよい。中温排ガス系統、低温排ガス系統の両方にダンパーを設ければ、混合ガスの温度の他に、混合ガスの流量も調整することができる。
【００６２】
また、空気として加熱された空気を用い、空気の温度を調節したり、空気の代わりにバーナー燃焼ガスを用い、この温度を調節したりしても、燃焼室１に吹き込まれる高温ガスの温度を調整できることは前述のとおりである。
【００６３】
以下、燃焼室１に吹き込む高温ガスの好ましい性状について説明する。高温ガスは、燃焼室１内において、低空気燃焼操業下で、廃棄物の熱分解・部分酸化により発生した未燃ガスの燃焼を安定して行わせるために吹き込むものであり、少なくとも以下の作用の１つ以上を有する。
（１）高温ガスの顕熱と輻射により廃棄物の熱分解を促進する。
（２）酸素を含んだ高温ガスの吹き込みにより、未燃ガスの燃焼を促進する。
（３）廃棄物層上部によどみ領域を形成し、火炎を安定化させる。
（４）吹き込み気流に周囲のガスを巻き込み、攪拌を促進する。
（５）炉内ガスの攪拌を促進し、局所高温領域の発生を防止し、炉内温度分布を均一化する。
【００６４】
そして、これらの作用により、廃棄物焼却炉から排出される排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類を低下させる。よって、吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度は、これらの作用が効率的に行われる範囲を予め実験等によって定めておき、その範囲になるように、高温ガスの温度と酸素濃度を調節することが望ましい。また、これらの作用を有効に行わせるためには、前述のように、吹き込み位置を、燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかとすることが好ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排ガスの顕熱を有効に利用できる排ガス循環方法を使用することができると共に、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の発生を低下させることができる廃棄物焼却炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉の本体部分の例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第１の例の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第２の例の概要を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第３の例の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第４の例の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第５の例の概要を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の第６の例の概要を示す図である。
【図８】従来の廃棄物焼却炉の主要部の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…燃焼室、２…ホッパ、３…廃棄物、４…乾燥ストーカ、５…燃焼ストーカ、６…後燃焼ストーカ、７…主灰シュート、８…風箱、９…主煙道、１０…副煙道、１１…廃熱ボイラ、１２…二次燃焼領域、１４…ノズル、２２…排ガス処理設備、２３…煙突、２４…除塵装置、２５…ガス混合装置、２６…空気調節弁、２７…ブロア、２８…酸素濃度調節装置、２９…熱交換器、３０…加熱装置
Claims (8)
- 二次燃焼領域を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記二次燃焼領域から導出した高温排ガスを除塵した後、空気と混合して燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉。
- 二次燃焼領域を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記二次燃焼領域から導出した高温排ガスを除塵した後に空気と熱交換し、熱交換後の排ガスと、熱交換後の空気とを混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉。
- 廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉。
- 廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうち少なくとも一つと混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃築物焼却炉。
- 廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、加熱して燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉。
- 廃熱ボイラを有する廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む排ガス循環系を有し、当該排ガス循環系は、前記廃熱ボイラから導出した中温排ガスを除塵した後、この中温排ガスと、酸素を含むガスとバーナー燃焼ガスのうちの少なくとも一つと、排ガス処理ラインの下流側から導出した低温排ガスとを混合して、燃焼室に吹込むものであることを特徴とする廃棄物焼却炉。
- 請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉であって、燃焼室に排ガスを吹込む場所が、燃焼関始領域から燃焼領域までの範囲、温度が４００℃より高い領域、未燃ガスが存在する領域、火炎が存在する領域、燃えきり点より上流側の領域のうちいずれかであることを特徴とする廃棄物焼却炉。
- 請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉であって、導出する排ガスの温度と酸素濃度を計測し、燃焼室に吹込む排ガスの温度と酸素濃度が、予め設定した範囲になるように、排ガスに混合する気体の流量または加熱器の昇温量を調整することを特徴とする廃棄物焼却炉。
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