JP2019128040A - 廃棄物焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物焼却炉において、効果的にＮＯｘの発生を抑制する。【解決手段】廃棄物（Ｗ）を焼却する焼却装置（７）と、前記焼却装置が配置され、前記焼却装置（７）で発生した燃焼ガス（ＢＧ）の通路を形成する燃焼室（５）とを備える廃棄物焼却炉（１）において、前記燃焼室（５）に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末（ＣＰ）を供給する触媒供給口（２７）を設ける。前記窒素酸化物還元触媒物質を含む粉末（ＣＰ）は、当該廃棄物焼却炉（１）における廃棄物（Ｗ）の焼却灰（ＩＡ）であってよい。【選択図】図１

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関する。

従来から、廃棄物焼却炉については、環境への配慮から、廃棄物の焼却によって生じ得る窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量の低減が求められている。廃棄物焼却時におけるＮＯｘ発生量を抑制するための方策として、例えば、一般的に、焼却過程において発生する未燃成分を、未燃成分を完全に燃焼させてＮＯｘの排出量を低減するために、空気のような二次燃焼用のガスを燃焼室に供給している（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１５−０９０２２１号公報 特開平１０−２０５７３４号公報

しかし、通常廃棄物には様々な物質が含まれているから、均一に燃焼させることは元来困難である。また、一般的に採用されている、特許文献１に開示された並行流式焼却炉や、特許文献２に開示された中間流式焼却炉のいずれのタイプにおいても、その構造上、燃焼室内において局所的に高温となる部分が生じることを回避するのは困難である。このような理由から、ＮＯｘ発生量を十分に低減できない場合がある。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、廃棄物焼却炉において、効果的にＮＯｘの発生を抑制することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る廃棄物焼却炉は、
廃棄物を焼却する焼却装置と、
前記焼却装置が配置され、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの通路を形成する燃焼室と、
前記燃焼室に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末を供給する触媒供給口と、
を備える。

この構成によれば、高温の燃焼室に窒素酸化物還元触媒物質を供給することによって、ＮＨ_３がＮＯｘへ転化する反応が抑制され、ＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態において、前記窒素酸化物還元触媒物質を含む粉末が、当該廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却灰であってもよい。この構成によれば、廃棄物焼却炉で焼却する廃棄物の種類が一定しており、かつその廃棄物の焼却灰が窒素酸化物還元触媒物質を含むことが判明している場合、焼却灰を利用して、低コストでＮＯｘの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態において、さらに、前記焼却灰を分級する分級装置を備えていてもよい。この構成によれば、焼却灰を、燃焼室内で拡散し易い粉末として供給することができる。

本発明の一実施形態において、さらに、前記燃焼室に、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの二次燃焼に使用する二次助燃ガスを噴射する二次助燃ガス噴射口であって、前記触媒供給口を兼ねる二次助燃ガス噴射口を備えていてもよい。この構成によれば、二次助燃ガスによる二次燃焼を利用することによって効果的にＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに、触媒供給口を追加で設けることなく二次助燃ガス噴射口を利用することにより、低コストな構造で焼却灰を燃焼室に供給することができる。

本発明の一実施形態において、前記焼却装置が、ほぼ水平方向に並べられた、最上流側に配置されて廃棄物を乾燥させる乾燥部と、前記乾燥部で乾燥された廃棄物を焼却する焼却部とを有しており、前記触媒供給口が、前記焼却部の上方に設けられていてもよい。この構成によれば、燃焼室において最も高温となる領域に触媒を供給することにより、極めて効率的にＮＯｘの発生を抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、廃棄物焼却炉において、効果的にＮＯｘの発生を抑制することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却炉の概略構成を示す側面図である。 図１の廃棄物焼却炉の触媒含有粉末の供給系統を示すブロック図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の第１実施形態に係る廃棄物焼却炉（以下、単に「焼却炉」と呼ぶ。）１を示す。焼却炉１では、投入口３から投入された焼却対象の廃棄物Ｗが、燃焼室５に設置された焼却装置７によって焼却されるとともに、廃棄物Ｗの焼却の際に焼却装置７で発生した燃焼ガスＢＧに含まれる未燃成分が、燃焼室５の下流端部に接続された再燃焼室９において再燃焼される。すなわち、燃焼室５の焼却装置７よりも上方の領域および再燃焼室９が、燃焼ガスＢＧの通路を形成している。再燃焼室９で燃焼された高温の排ガスＥＧは、再燃焼室９の下流側に接続された排気通路１１を介して排出される。この排ガスＥＧは、例えばボイラのような加熱装置（図示せず）の熱源として利用される場合がある。焼却装置７で廃棄物Ｗを焼却して生じた焼却灰ＩＡは、排出シュート１３から排出される。排出シュート１３から排出される焼却灰ＩＡを主灰と呼ぶ。

焼却装置７は、廃棄物Ｗをほぼ水平方向（同図では左側から右側へ向かう方向）に搬送しながら焼却する。なお、本明細書において、廃棄物Ｗの搬送方向としての「ほぼ水平方向」には、水平方向のみならず、水平方向成分を含む方向も含まれる。したがって、例えば、水平方向から鉛直方向に傾斜した搬送方向も上記「ほぼ水平方向」に含まれる。また、後述するように焼却装置７が複数配列されたストーカからなるような場合に、隣接するストーカ間において廃棄物Ｗが鉛直下方に移動する箇所が存在する場合であっても、焼却装置７全体として（つまり焼却装置７の上流端から下流端にかけて）廃棄物Ｗの搬送方向が水平方向成分を含む方向であれば、「ほぼ水平方向」に含まれる。

具体的には、焼却装置７は、廃棄物Ｗの搬送方向に沿って複数の火格子（ストーカ）を並べて配置したストーカ式焼却装置として構成されている。焼却装置７は、上流側から順に、乾燥部７ａ、燃焼部７ｂ、および後燃焼部７ｃの３つのブロックに分けて構成されている。乾燥部７ａにおいて投入口３から投入された廃棄物Ｗを乾燥し、燃焼部７ｂにおいて乾燥された廃棄物Ｗを燃焼し、後燃焼部７ｃにおいて、燃焼部７ｂで未燃焼となった廃棄物Ｗの燃焼残部を燃焼する。焼却装置７の各ブロックには、下方から一次空気Ａ１が供給される。

このような焼却装置７が設置された燃焼室５の、焼却装置７による搬送方向の下流端部に再燃焼室９が接続されているので、燃焼室５で発生した未燃成分を含む燃焼ガスＢＧは、燃焼室５内において廃棄物Ｗの搬送方向にほぼ並行して流れることになる。焼却炉１はこのような構造を有する、いわゆる並行流式焼却炉として構成されている。

燃焼室５の上流部５ａは、上方に膨出する天壁１５によって覆われている。図示の例では、天壁１５は、下流側に向かうに従って上方に傾斜している。燃焼室５の下流部５ｂに再燃焼室９が接続されている。再燃焼室９は、燃焼室５の下流部５ｂから上方に偏向している。より具体的には、図示の例では、再燃焼室９は燃焼室５の上流側に向けて傾斜した方向に延設されている。燃焼室５における、天壁１５と、再燃焼室９の下側の側壁との間の中間部分には、天壁１５から下方に凹んで再燃焼室９の下側の側壁に連なる中間壁１７が設けられている。このように、燃焼室５は、上方に膨出した燃焼ガス通路を形成する上流部５ａと、上流部５ａから下方に向けて縮小する燃焼ガス通路を形成する下流部５ｂとを有している。換言すれば、燃焼室５の上流部５ａとは、燃焼室５における天壁１５の下方の部分であり、下流部５ｂとは、天壁１５に覆われた上流部５ａよりも下流側の部分である。

なお、燃焼室５の具体的構成は図示の例に限定されない。例えば、天壁１５は、図示例の態様に限らず、水平方向に延びていてもよく、下流側に向かうに従って下方に傾斜していてもよい。また、中間壁１７は設けられていなくともよい。さらに、焼却炉１は、図示した並行流式ではなく、燃焼室５から再燃焼室９への出口が燃焼室５の搬送方向における中央部付近に設けられている中間流式であってもよい。焼却装置７は図示したストーカ式のものに限定されない。

燃焼室５には、二次助燃ガスを燃焼室５内に噴射する噴射口として、二次空気噴射口１９，２１および再循環排ガス噴射口２３が設けられている。本明細書において、二次助燃ガスとは、燃焼室５内における燃焼ガスＢＧ中の未燃成分を二次燃焼させるために使用されるガスをいう。本実施形態では、具体的には、空気Ａ２および排気通路１１からの排ガスＥＧを再循環して使用した再循環排ガスＲＧを二次助燃ガスとして使用している。排気通路から分岐して設けられた排ガス再循環路２５を介して、再循環排ガスＲＧが再循環ガス噴射口へ送られる。もっとも、二次助燃ガスはこれらに限定されない。

より具体的には、図示の例では、燃焼室５の上流部５ａの天壁１５に第１二次空気噴射口１９が設けられている。また、燃焼室５の中間壁１７に、燃焼室５の下流部５ｂに二次空気Ａ２を噴射する第２二次空気噴射口２１が設けられている。さらに、燃焼室５の上流部の５ａにおける、焼却装置７の燃焼部７ｂの上方領域の側壁に、再循環排ガス噴射口２３が設けられている。

本実施形態では、燃焼室５に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末（以下、「触媒含有粉末」という。）ＣＰを供給する触媒供給口２７が設けられている。具体的には、図示の例では、上述した二次助燃ガスの噴射口である再循環排ガス噴射口２３を触媒供給口２７として兼用している。

本実施形態では、触媒含有粉末ＣＰとして、焼却灰ＩＡである主灰を利用している。本実施形態に係る廃棄物焼却炉は、常に一定の種類の廃棄物、特には一般廃棄物の焼却処理に用いられており、廃棄物内への鉄分の残留により、この種の廃棄物の焼却灰ＩＡは酸化鉄を含むことが知られている。

本実施形態の焼却灰ＩＡに含まれる酸化鉄、具体的にはマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）およびヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）が、燃焼室内の温度（１１００℃）および圧力（大気圧）環境下において、窒素酸化物を還元する触媒として機能することが実験により確認された。実験によれば、ＮＨ_３を１０００ｐｐｍ含むガスを１１００℃−大気圧環境下に流したところ、触媒物質が存在しない場合に比べ、マグネタイト存在下ではＮＯｘ発生量が約８０％低減し、ヘマタイト存在下ではＮＯｘ発生量が約４０％低減した。上記の温度，圧力環境下において酸化鉄が存在すると、ＮＨ_３→Ｎ_２＋Ｈ_２ の反応が進み、１１００℃付近の温度ではＮ_２はＮＯｘに転化されないことから、ＮＯｘの発生が抑制されたと考えられる。

そこで、本実施形態では、酸化鉄を含むことが判明している主灰を回収して燃焼室５に供給することにより、別途窒素酸化物還元触媒を調達することなく、低コストでＮＯｘ発生を抑制する。このように、焼却炉１で焼却する廃棄物Ｗの種類が一定しており、かつその廃棄物の焼却灰ＩＡが窒素酸化物還元触媒物質を含むことが判明している場合、焼却灰ＩＡを利用して、低コストでＮＯｘの発生を抑制することができる。

窒素酸化物を焼却炉の燃焼室の環境下で還元できる触媒物質であれば、窒素酸化物還元触媒物質として酸化鉄以外の物質を使用してもよい。例えば、自動車用三元触媒として一般に利用されているＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈや、一般に選択触媒還元脱硝装置に使用されているセラミックに担持されたＶ，Ｍｏ，貴金属，ゼオライト等が窒素酸化物の還元触媒として知られており、これらを使用してもよい。焼却炉１で焼却する廃棄物の種類が一定しており、かつその廃棄物Ｗの焼却灰ＩＡがこのような物質を含むことが判明している場合には、焼却灰ＩＡを触媒含有粉末ＣＰとして利用してＮＯｘ発生の低減を図ることができる。

本実施形態では、上述したように、再循環排ガス噴射口２３から、再循環排ガスＲＧと共に焼却灰ＩＡを燃焼室５に噴射している。より具体的には、図２に示すように、焼却炉１は、排出シュート１３から焼却灰（主灰）ＩＡを回収する焼却灰回収路３１と、焼却灰回収路３１に接続された分級装置３３と、分級装置３３によって分級された焼却灰ＩＡを排ガス再循環路２５に供給する焼却灰供給路３５とを備えている。分級装置３３設けることによって、焼却灰ＩＡを、燃焼室５内で拡散するのに適した粒径の粉末として供給することができる。もっとも、分級装置３３は省略してもよい。

本実施形態では、図１に示した態様の燃焼室５内において最も高温となる領域である、焼却装置７の燃焼部７ｂの上方領域の側壁に設けた再循環排ガス噴射口２３を触媒供給口２７として兼用している。このように高温領域に触媒含有粉末ＣＰを供給することにより、極めて効率的にＮＯｘの発生を抑制することができる。もっとも、再循環排ガス噴射口２３に代えて、またはこれに追加して、他の二次助燃ガスの噴射口である二次空気噴射口１９，２１を触媒供給口２７として利用してもよい。例えば、図示した並行流式の焼却炉１では、第１二次空気噴射口１９が設けられている燃焼室５の天壁１５付近は、構造上高温の燃焼ガスＢＧが滞留しやすく、かつ、二次空気Ａ２投入による燃焼ガスＢＧの二次燃焼によって高温となりやすい領域である。また、第２二次空気噴射口２１が設けられている中間壁１７の下方は、通路面積が狭く、また焼却装置７に近いことから高温となりやすい領域である。その場合、焼却灰供給路３５は、二次空気Ａ２を各二次空気噴射口１９，２１に供給する二次空気供給路３７に接続される。

このように構成することによって、二次助燃ガスによる二次燃焼を利用することで効果的にＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに、触媒供給口２７を追加で設けることなく二次助燃ガスの噴射口１９，２１，２３を利用することによって、低コストな構造で焼却灰ＩＡを燃焼室５に供給することができる。

なお、焼却灰ＩＡを触媒含有粉末ＣＰとして利用する場合、主灰の代わりに、または主灰に追加して、燃焼ガスＢＧ中に混入して再燃焼室９内を飛散する飛灰を利用してもよい。

また、触媒含有粉末ＣＰとして焼却灰ＩＡを利用することは必須ではなく、別途調達した触媒含有粉末ＣＰを燃焼室５内に供給してもよい。さらに、触媒供給口２７として二次助燃ガスの噴射口１９，２１，２３を利用することは必須ではなく、燃焼室５内の他の適宜の位置に触媒供給口２７を別途設けてもよい。

以上説明した本実施形態に係る廃棄物焼却炉１によれば、高温の燃焼室５に窒素酸化物還元触媒物質を供給することによって、ＮＨ_３がＮＯｘへ転化する反応が抑制され、ＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 廃棄物焼却炉
５ 燃焼室
７ 焼却装置
７ａ 乾燥部
７ｂ 焼却部
２３ 再循環排ガス噴射口（二次助燃ガス噴射口）
２７ 触媒供給口
３３ 分級装置
Ａ２ 二次空気（二次助燃ガス）
ＢＧ 燃焼ガス
ＣＰ 触媒含有粉末（窒素酸化物還元触媒物質）
ＩＡ 焼却灰
ＲＧ 再循環排ガス（二次助燃ガス）
Ｗ 廃棄物

Claims (5)

1. 廃棄物を焼却する焼却装置と、
   前記焼却装置が配置され、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの通路を形成する燃焼室と、
   前記燃焼室に窒素酸化物還元触媒物質を含有する粉末を供給する触媒供給口と、
   を備える廃棄物焼却炉。
2. 請求項１に記載の廃棄物焼却炉において、前記窒素酸化物還元触媒物質を含む粉末が、当該廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却灰である廃棄物焼却炉。
3. 請求項２に記載の廃棄物焼却炉において、さらに、前記焼却灰を分級する分級装置を備える廃棄物焼却炉。
4. 請求項２または３に記載の廃棄物焼却炉において、さらに、前記燃焼室に、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの二次燃焼に使用する二次助燃ガスを噴射する二次助燃ガス噴射口であって、前記触媒供給口を兼ねる二次助燃ガス噴射口を備える廃棄物焼却炉。
5. 請求項４に記載の廃棄物焼却炉において、
   前記焼却装置が、ほぼ水平方向に並べられた、最上流側に配置されて廃棄物を乾燥させる乾燥部と、前記乾燥部で乾燥された廃棄物を焼却する焼却部とを有しており、
   前記触媒供給口が、前記焼却部の上方に設けられている、
   廃棄物焼却炉。

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