JP2024053893A - 焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】二次燃焼室の内壁の負荷を軽減しつつ燃焼効率を向上させた焼却炉を提供すること。【解決手段】焼却炉は、廃棄物を燃焼させる一次燃焼室と、複数の気体噴射ノズルが配置され、前記一次燃焼室で発生した一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼室と、前記複数の気体噴射ノズルから気体を噴射するタイミング及び期間を制御する制御装置と、を含み、前記複数の気体噴射ノズルは、少なくとも第１気体噴射ノズル及び第２気体噴射ノズルを含み、前記第１気体噴射ノズルが気体を噴射するタイミングと前記第２気体噴射ノズルが気体を噴射するタイミングとが異なる。【選択図】図１

Description

本発明の一実施形態は、焼却炉に関する。

従来、工場から排出される産業廃棄物や一般家庭から排出される都市廃棄物は、焼却炉によって焼却処理されている。他方、廃棄物の排出量は年々増加しており、これに対応して焼却炉の大型化が進んでいる。しかしながら、焼却炉が大型化すると、燃焼室の炉心部まで十分に酸素が供給されず、廃棄物の不完全燃焼により未燃ガスやダイオキシンが発生するといった問題があった。

廃棄物の不完全燃焼を改善するためには焼却炉の燃焼効率を向上させる必要がある。このような要望に対し、例えば特許文献１及び２には、廃棄物を燃焼する燃焼室内に、一定方向にエアを噴出することによりスワール（旋回流又は渦流ともいう）を形成し、燃焼室内の燃焼効率を向上させる技術が開示されている。

特開２００１－１０８２２１号公報 特開２００３－２７９０１９号公報

上記従来技術による焼却炉では、スワールを形成するために噴射されたエアによって、燃焼室の内壁に炎が吹き付けられる。通常、燃焼室の内壁は耐火レンガ等の耐火材で構成されている。しかしながら、常時吹き付けられる炎によって負荷が増大すると、耐火レンガの劣化が早まり、燃焼室内のメンテナンス費用が増加したり、焼却炉としての寿命が短くなったりするという問題があった。

本発明の課題の一つは、二次燃焼室の内壁の負荷を軽減しつつ燃焼効率を向上させた焼却炉を提供することにある。

本発明の一実施形態における焼却炉は、廃棄物を燃焼させる一次燃焼室と、複数の気体噴射ノズルが配置され、前記一次燃焼室で発生した一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼室と、前記複数の気体噴射ノズルから気体を噴射するタイミング及び期間を制御する制御装置と、を含み、前記複数の気体噴射ノズルは、少なくとも第１気体噴射ノズル及び第２気体噴射ノズルを含み、前記第１気体噴射ノズルが気体を噴射するタイミングと前記第２気体噴射ノズルが気体を噴射するタイミングとが異なる。

前記複数の気体噴射ノズルは、気体を噴射することにより前記二次燃焼室の内部にスワールを形成してもよい。

前記第１気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向は、前記第２気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向と逆向きであってもよい。

前記複数の気体噴射ノズルは、第３気体噴射ノズル及び第４気体噴射ノズルをさらに含んでもよい。このとき、前記第１気体噴射ノズルと前記第３気体噴射ノズルとは同じタイミングで気体を噴射してもよく、前記第２気体噴射ノズルと前記第４気体噴射ノズルとは同じタイミングで気体を噴射してもよい。

平面視において、前記第１気体噴射ノズルと前記第３気体噴射ノズルとを結ぶ線分は、第２気体噴射ノズルと前記第４気体噴射ノズルとを結ぶ線分と交差してもよい。

前記第１気体噴射ノズル及び前記第３気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向は、前記第２気体噴射ノズル及び前記第４気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向と逆向きであってもよい。

第１実施形態におけるストーカ式の焼却炉の構成を示す模式図である。 第１実施形態の焼却炉における二次燃焼室を上方から見た断面図である。 第１実施形態の変形例の焼却炉における二次燃焼室を上方から見た断面図である。 第１実施形態の変形例の焼却炉における二次燃焼室を上方から見た断面図である。 第２実施形態の焼却炉における二次燃焼室を上方から見た断面図である。 第１実施形態の変形例の焼却炉における二次燃焼室を上方から見た断面図である。 第１実施形態の変形例の焼却炉における二次燃焼室を上方から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の大きさ、幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図面において、既出の図面に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

以下の説明において、同じ構成を有する要素（部品）が複数設けられている場合に、符号（数字）に「ａ」、「ｂ」等のアルファベットを付与して個々の要素を区別する場合がある。ただし、個々の要素を区別して説明する必要がない場合は、アルファベットを省略して符号のみを用いて要素を説明する場合がある。

（第１実施形態）
［焼却炉の構成］
図１は、第１実施形態におけるストーカ式の焼却炉１０の構成を示す模式図である。焼却炉１０は、搬入された都市廃棄物や産業廃棄物等を焼却する設備であり、廃棄物を焼却処理により灰化して減容化及び無害化する。以下の説明において、方向を示す必要があるときは、第１方向、第２方向及び第３方向（それぞれ図面ではＤ１、Ｄ２及びＤ３で示す）という用語を用いて説明する。第１方向、第２方向及び第３方向は、それぞれ直交する方向であり、第３方向は、焼却炉１０の高さ方向に対応する。

本実施形態の焼却炉１０は、投入ホッパ１１、一次燃焼室１２、二次燃焼室１３、燃焼装置１４、落下灰コンベヤ１５、灰搬出装置１６、及び制御装置１００を含む。ただし、図１に示す焼却炉１０の構成は、焼却炉１０の一部の構成に関する一例に過ぎない。図示は省略するが、焼却炉１０は、廃棄物を投入するためのごみクレーン、燃焼装置１４に送る燃焼用空気を生成する熱交換器、一次燃焼室１２及び二次燃焼室１３に空気を送るための送風機など、他の要素を備えていてもよい。

投入ホッパ１１は、一次燃焼室１２に廃棄物を投入する投入口として機能する。図示は省略するが、投入ホッパ１１の内部には、投入ホッパ１１の蓋として機能するホッパゲートが設けられている。一般的に、外部から搬送された廃棄物は、一次燃焼室１２に併設されたごみピット（図示せず）に貯留される。その後、廃棄物は、ごみクレーンによりごみピットから搬送され、投入ホッパ１１を介して一次燃焼室１２へと投入される。

一次燃焼室１２は、投入された廃棄物を燃焼させるための空間であり、燃焼装置１４が配置される。一次燃焼室１２では、燃焼装置１４の上で廃棄物の乾燥工程、燃焼工程及び後燃焼工程が行われる。燃焼処理では、空気と混合しながら効率よく廃棄物を燃焼させる。廃棄物の燃焼によって発生した一次燃焼ガス（未燃ガスを含む）は、一次燃焼室１２の上方に配置された二次燃焼室１３に供給される。

燃焼装置１４は、複数の火格子（ストーカ）を並べて配置した構造を有し、ごみを搬送しながら効率的に燃焼させる装置である。複数の火格子は、可動式の火格子（可動火格子）と固定された火格子（固定火格子）とを含み、可動火格子が前後方向に揺動することにより、火格子上のごみを下流側へと搬送する。燃焼装置１４は、目的に応じて複数の段に区分されてもよく、例えば、乾燥段、燃焼段、後燃焼段等に区分されてもよい。図１に示すように、燃焼装置１４の下部には、図示しない送風機等から燃焼用空気が送り込まれている。

二次燃焼室１３は、一次燃焼室１２で発生した一次燃焼ガスを再燃焼させるための空間である。二次燃焼室１３の内部では、供給された一次燃焼ガスが約９５０℃の温度で２秒間以上滞留する。そのため、二次燃焼室１３では、一次燃焼ガスに含まれる未燃ガスが完全燃焼する。本実施形態において、二次燃焼室１３で完全燃焼して生成された二次燃焼ガスは、煙道１７を経由して図示しない熱交換器へ供給される。焼却炉１０から排出された排ガスは、最終的に減温、無害化された後、大気へ放出される。

本実施形態では、二次燃焼室１３の内壁に気体噴射ノズル２０（図１では、気体噴射ノズル２０ａ及び２０ｂ）が配置されている。気体噴射ノズル２０は、気体（例えば空気）を二次燃焼室１３の内部に向かって噴射するノズルである。気体噴射ノズル２０は、二次燃焼室１３に酸素を供給して、未燃ガスの再燃焼を促進すると共に二次燃焼室１３の内部にスワールを形成する。本実施形態では、焼却炉１０の高さ方向（第３方向）において１か所（第１方向には二か所）の気体噴射ノズル２０を配置した例を示している。しかし、この例に限らず、気体噴射ノズル２０は、焼却炉１０の高さ方向に複数個並べて配置されていてもよい。

制御装置１００は、気体噴射ノズル２０の動作を制御する。具体的には、制御装置１００は、気体噴射ノズル２０から気体を噴射するタイミング及び期間を制御する。制御装置１００による気体噴射ノズル２０の制御については後述する。

落下灰コンベヤ１５は、燃焼装置１４から落下した焼却灰等を搬送する設備である。図示は省略するが、本実施形態では、落下灰コンベヤ１５で搬送された焼却灰等が、送風機からの空気と一緒に再び一次燃焼室１２に送り込まれる。

灰搬出装置１６は、一次燃焼室１２で燃焼された焼却灰を灰ピット（図示せず）に搬送する設備である。灰ピットに貯留された焼却灰は、灰クレーン（図示せず）等を用いて外部に搬出される。

［気体噴射ノズルの制御］
本実施形態の焼却炉１０は、二次燃焼室１３の内部にスワールを形成することにより、二次燃焼室１３における未燃ガスの燃焼効率を向上させる構成を有する。さらに本実施形態では、スワールによって二次燃焼室１３の内壁に与えられる火炎直撃による直接的なダメージを軽減する構成となっている。

図２は、第１実施形態の焼却炉１０における二次燃焼室１３を上方から見た断面図である。具体的には、図２（Ａ）は、気体噴射ノズル２０ａを用いて上方から見て反時計回りのスワール３０ａを形成した状態を示し、図２（Ｂ）は、気体噴射ノズル２０ｂを用いて上方から見て時計回りのスワール３０ｂを形成した状態を示している。なお、図２では、説明を簡単にするため、二次燃焼室１３の断面形状を四角形で示しているが、この例に限られるものではない。二次燃焼室１３の断面形状は、円形、楕円形、四角形以外の多角形、又は、非幾何学的な任意の形状であってもよい。

また、図２では、気体噴射ノズル２０の長手方向が二次燃焼室１３の内壁面に対して直交する例を示したが、この例に限らず、気体噴射ノズル２０の長手方向は内壁面に対して所定の角度を有していてもよい。

図２（Ａ）に示す例では、二次燃焼室１３における同一面の内壁に対し、第１方向に気体２５を噴射する２つの気体噴射ノズル２０ａ及び２０ｂが配置されている。ただし、この例に限らず、気体噴射ノズル２０ａ及び２０ｂは、それぞれが異なる面の内壁に設けられてもよく、または対向する内壁に互いに向かい合うように設けられていてもよい。

図２（Ａ）に示すように、ある時刻Ｔ１に気体噴射ノズル２０ａから気体２５を噴射すると、二次燃焼室１３の内部には、上方から見て反時計回りのスワール３０ａが形成される。つまり、図２（Ａ）の右から左に向かって噴射される気体２５に引き込まれた一次燃焼ガスよって二次燃焼室１３の内部に反時計回りのスワール３０ａが形成される。このとき、気体噴射ノズル２０ｂからの気体２５の噴射は停止している。

二次燃焼室１３の内部にスワール３０ａを形成するための気体２５の噴射条件（流量、噴射時間など）は、二次燃焼室１３の内部を上昇する一次燃焼ガスが乱流を形成する条件に鑑みて適宜決定すればよい。例えば、二次燃焼室１３の容積（具体的には、高さ及び断面積）と一次燃焼ガスの流速（上昇速度）とを考慮して、気体噴射ノズル２０ａから第１方向に向かって噴射された気体２５によって、二次燃焼室１３の内部を第３方向に向かって上昇する一次燃焼ガスが乱流を生じる条件を求めればよい。

次に、時刻Ｔ１から所定期間経過後の時刻Ｔ２に、気体噴射ノズル２０ａからの気体２５の噴射を停止し、気体噴射ノズル２０ｂから気体２５を噴射する。気体噴射ノズル２０ｂから気体２５を噴射することにより、二次燃焼室１３の内部には、上方から見て時計回りのスワール３０ｂが形成される。つまり、図２（Ｂ）の右から左に向かって噴射される気体２５に引き込まれた一次燃焼ガスよって二次燃焼室１３の内部に時計回りのスワール３０ｂが形成される。気体噴射ノズル２０ｂからの気体の噴射条件（流量、噴射時間など）は、上述した気体噴射ノズル２０ａの噴射条件と同じである。

以上説明したように、本実施形態の焼却炉１０は、気体噴射ノズル２０ａ及び２０ｂから交互に間欠的に気体２５を噴射することにより、二次燃焼室１３の内部に反時計回りのスワール３０ａと時計回りのスワール３０ｂとを時間的に交互に形成することができる。二次燃焼室１３の内部にスワール３０が形成されることにより、二次燃焼室１３における一次燃焼ガスと気体噴射ノズル２０から噴射された気体２５に含まれる酸素との混合が促進され、一次燃焼ガスの燃焼効率が向上する。なお、本実施形態では、気体噴射ノズル２０ａからの気体２５の噴射を停止した直後に気体噴射ノズル２０ｂからの気体２５の噴射を開始する例を示したが、この例に限られるものではない。例えば、気体噴射ノズル２０ａからの気体２５の噴射を停止した後、所定の期間を空けて、気体噴射ノズル２０ｂからの気体２５の噴射を開始してもよい。この場合、気体噴射ノズル２０ｂからの気体２５の噴射が開始するまで、二次燃焼室１３の内部にはスワール３０が形成されない期間（休止期間）が生じる。この休止期間は、二次燃焼室１３の内部の酸素量が減少するため、燃焼装置１４などから供給する空気量を増加して減少分の酸素を補う構成としてもよい。

また、スワール３０が形成されることにより、二次燃焼室１３の内部における一次燃焼ガスの高さ方向の速度（流速）が低下する。つまり、一次燃焼室１２から上昇してきた一次燃焼ガスは、スワール３０の回転軌道に乗って回転移動しながら上昇するため、高さ方向（第３方向）における流速が低下することになる。このことは、焼却炉１０のサイズを小型化する上で有効である。

通常、焼却炉の二次燃焼室は、８５０℃（好ましくは９００℃）での一次燃焼ガスの滞留時間が２秒を下回らないように設計されている。このような設計は、焼却炉の排ガスにダイオキシンが含まれないようにするため、法律によって定められた仕様である。従来の焼却炉は、２秒以内に二次燃焼室を抜けてしまう一次燃焼ガスの発生（いわゆる、短絡流の発生）を生じないように、二次燃焼室の容積の設計には多めにマージンを確保していた。例えば、二次燃焼室内において、一次燃焼ガスの滞留時間が３～４秒となるように容積を設計しておく場合もあり、このようなマージンによって二次燃焼室の容積が増大し、焼却炉の大型化を招く要因となっていた。

本実施形態では、二次燃焼室１３にスワール３０を形成することにより高さ方向における一次燃焼ガスの流速を抑えることができるため、二次燃焼室１３の容積に確保すべきマージンを最小限に抑えることができる。例えば、従来に比べて二次燃焼室１３の容積のマージンを減らし、一次燃焼ガスの滞留時間が２秒となるように設計しても短絡流を防止し、十分にダイオキシンを低減することが可能である。このように、本実施形態によれば、二次燃焼室１３の容積を従来に比べて低減することができるため、焼却炉１０のサイズの小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態の構成は、特にストーカ型の焼却炉に適用した場合において有効である。図１を用いて説明したように、一般的にストーカ式の焼却炉は、燃焼装置が、上流側から順に、乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段に区分される。このとき、一次燃焼室において発生する一次燃焼ガスの量は、乾燥段が最も多く、燃焼段、後燃焼段と下流に進むに従って減少する傾向にある。一次燃焼室において発生するガスの濃度及び種類についても同様の傾向にある。したがって、従来のストーカ式の焼却炉では、二次燃焼室内における一次燃焼ガスが偏った濃度分布を有する場合がある。

上述の濃度分布が発生すると、部分燃焼爆発と呼ばれる部分的な爆発現象が二次燃焼室の内部に起こり、二次燃焼室の内壁に大きなダメージを与え、焼却炉としての寿命が低下するという問題があった。また、このような爆発現象を防ぐために、二次燃焼室内で爆発濃度までガス濃度が高まることを防ぐために、多くの空気を供給するという対策もある。しかしながら、この場合は、空気を過剰に供給する必要があるため、排ガス量の増大、空気を供給するための余剰電力の消費といった別の問題が生じてしまっていた。

これに対し、本実施形態の焼却炉１０は、二次燃焼室１３の内部にスワール３０を形成することにより一次燃焼ガスの濃度分布が均質化される。また、二次燃焼室１３の内部にはスワール３０を形成するための空気が供給され、スワール３０の形成とともに空気中の酸素と一次燃焼ガスとが効率よく混合される。このように、本実施形態によれば、従来のストーカ式の焼却炉で問題となっていた部分爆発現象を防ぐことができ、二次燃焼室１３の内壁の劣化を抑制して、焼却炉としての装置寿命を改善することができる。

以上説明したスワールによる燃焼効率の向上に加えて、本実施形態の焼却炉１０は、二次燃焼室１３の内部に回転方向の異なるスワールを時間的に交互に形成することにより、二次燃焼室１３の内壁の負荷を軽減することが可能である。この点について、以下に説明する。

図２（Ａ）に示すように、二次燃焼室１３の内部に反時計回りのスワール３０ａが形成された場合、スワール３０ａによって回転する炎の一部は、二次燃焼室１３の内壁に直接的に吹き付けられる。例えば、図２（Ａ）に示す例では、二次燃焼室１３の内壁の一部１３ａ～１３ｃに対して炎が吹き付けられる。これに対し、図２（Ｂ）に示すように、二次燃焼室１３の内部に時計回りのスワール３０ｂが形成された場合、スワール３０ｂによって回転する炎の一部は、例えば、二次燃焼室１３の内壁の一部１３ｄ～１３ｆに対して吹き付けられる。

このように、二次燃焼室１３の内部に発生させるスワール３０の回転方向を時間的に交互に逆転させることにより、二次燃焼室１３の内壁において、直接的に炎のダメージを受ける箇所を固定しないようにすることができる。その結果、二次燃焼室１３の内壁がスワールの形成によって受ける損傷を分散させることができ、全体として二次燃焼室の内壁が受けるダメージを低減することができる。

以上のように、本実施形態によれば、二次燃焼室１３の内部にスワール３０を形成することにより、一次燃焼ガスの燃焼効率を向上させることができる。また、本実施形態をストーカ式の焼却炉に適用することにより、二次燃焼室１３の内部における部分燃焼爆発の発生を防ぎ、二次燃焼室１３の内壁が受けるダメージ（負荷）を軽減することができる。さらに、本実施形態では、二次燃焼室１３の内部に形成するスワール３０の回転方向を時間的に逆転させることにより、スワール３０によって二次燃焼室１３の内壁が局所的に受けるダメージを分散させ、結果的に二次燃焼室１３の内壁の負荷を軽減することができる。

（第１実施形態の変形例）
図３は、第１実施形態の変形例の焼却炉１０における二次燃焼室１３－１を上方から見た断面図である。具体的には、図３（Ａ）は、気体噴射ノズル２０－１ａを用いて上方から見て反時計回りのスワールを形成した状態を示し、図３（Ｂ）は、気体噴射ノズル２０－１ｂを用いて上方から見て時計回りのスワールを形成した状態を示している。気体噴射ノズル２０－１ａ及び２０－１ｂの制御については、第１実施形態で説明したとおりである。

本変形例では、二次燃焼室１３－１の内壁に斜めに気体噴射ノズル２０－１ａ及び２０－１ｂを設けた例を示している。具体的には、図３（Ａ）に示すように、気体噴射ノズル２０－１ａは、第２方向と直交する内壁に配置され、斜め（左方向）に気体２５を噴射する。また、図３（Ｂ）に示すように、気体噴射ノズル２０－１ｂは、第１方向と直交する内壁に配置され、斜め（左方向）に気体２５を噴射する。すなわち、気体噴射ノズル２０－１ａ及び２０－１ｂは、異なる壁面から互いに同一の方向に向かって気体２５を噴射する。ただし、気体噴射ノズル２０－１の配置は、この例に限られるものではない。例えば、気体噴射ノズル２０－１ｂは、気体噴射ノズル２０－１ａが配置された壁面と対向する壁面に配置されてもよい。この場合、気体噴射ノズル２０－１ｂは、気体噴射ノズル２０－１ａと同じ壁面に向かって気体２５を噴射するように配置されればよい。

本変形例では、第１実施形態で説明した例と同様に、時間的に異なる回転方向を有するスワール３０ａ及び３０ｂを形成することができるため、第１実施形態と同様の効果を奏する。

図４は、第１実施形態の変形例の焼却炉１０における二次燃焼室１３－２を上方から見た断面図である。具体的には、図４（Ａ）は、気体噴射ノズル２０－２ａを用いて上方から見て反時計回りのスワールを形成した状態を示し、図４（Ｂ）は、気体噴射ノズル２０－２ｂを用いて上方から見て反時計回りのスワールを形成した状態を示している。気体噴射ノズル２０－２ａ及び２０－２ｂの制御については、第１実施形態で説明したとおりである。

本変形例では、気体噴射ノズル２０－２ａと気体噴射ノズル２０－２ｂとが二次燃焼室１３－２の中心に対して対称の位置に配置されている。そのため、気体噴射ノズル２０－２ａ及び２０－２ｂは、気体２５を噴射することにより同一方向（反時計回り）に回転するスワール３０ａを形成する。

本変形例の場合、第１実施形態で説明したスワールの回転方向の反転による効果は得られないが、スワールが形成されることにより、二次燃焼室１３－２における一次燃焼ガスの燃焼効率の向上効果が得られる。

また、気体噴射ノズル２０－２ａと気体噴射ノズル２０－２ｂとを交互に間欠的に動作させることにより、二次燃焼室１３－２の内壁への負荷を軽減することができる。気体噴射ノズル２０－２ａ及び２０－２ｂから噴射された気体２５は、炎を運びながら反対側の内壁に向かうため、二次燃焼室１３－２の内壁の一部１３－２ａ及び１３－２ｂには炎によるダメージが入りやすい。しかしながら、本変形例では、気体噴射ノズル２０－２ａと気体噴射ノズル２０－２ｂとが時間的に交互に気体２５を噴射してスワール３０ａを維持するため、二次燃焼室１３－２の内壁の一部１３－２ａ及び１３－２ｂがダメージを受ける期間は半減する。そのため、従来のように常時炎が吹き付ける構造に比べて、二次燃焼室１３－２の内壁への負荷を軽減し、劣化を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、二次燃焼室内にスワールを形成するに当たり、同時に複数の気体噴射ノズルを用いる例を示す。具体的には、２つの気体噴射ノズルを一組として、二組の気体噴射ノズルを配置し、それらを交互に使用することにより反転するスワールを形成する例について説明する。第１実施形態と同じ要素については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する場合がある。

図５は、第２実施形態の焼却炉１０における二次燃焼室５３を上方から見た断面図である。具体的には、図５（Ａ）は、気体噴射ノズル６０ａ及び６０ｂを用いて上方から見て反時計回りのスワール３０ａを形成した状態を示し、図５（Ｂ）は、気体噴射ノズル６０ｃ及び６０ｄを用いて上方から見て時計回りのスワール３０ｂを形成した状態を示している。

本実施形態では、気体噴射ノズル６０ａ及び６０ｂをペアとして動作させ、気体噴射ノズル６０ｃ及び６０ｄをペアとして動作させる。気体噴射ノズル６０ａと気体噴射ノズル６０ｂとは、二次燃焼室５３の中心に対して対称の位置に配置され、互いに逆方向に気体２５を噴射する。同様に、気体噴射ノズル６０ｃと気体噴射ノズル６０ｄとは、二次燃焼室５３の中心に対して対称の位置に配置され、互いに逆方向に気体２５を噴射する。ただし、ペアとなる各気体噴射ノズルは、二次燃焼室５３の中心に対して完全に対称の位置にある必要はなく、それぞれ二次燃焼室５３の中心を挟んで対向する位置にあればよい。例えば、平面視において、気体噴射ノズル６０ａと気体噴射ノズル６０ｂとを結ぶ線分が、気体噴射ノズル６０ｃと気体噴射ノズル６０ｄとを結ぶ線分と交差する関係にあればよい。

図５（Ａ）に示すように、ある時刻Ｔ１において、気体２５は、気体噴射ノズル６０ａ及び６０ｂから同じタイミングで噴射される。ここで、「同じタイミング」とは、完全に同一のタイミングである場合だけでなく、多少の時間的な差があるものの実質的に同じタイミングとみなせる場合をも含む。例えば、気体噴射ノズル６０ａから気体２５を噴射する期間に対し、気体噴射ノズル６０ｂから気体２５を噴射する期間が８０％以上（好ましくは９０％以上）重なっている場合は、同じタイミングであるとみなしてよい。「同じタイミング」という用語については、以下の説明についても同様である。

気体噴射ノズル６０ａと気体噴射ノズル６０ｂとは、二次燃焼室５３の中心に対して対称の位置に配置され、互いに逆方向に気体２５を噴射する。そのため、気体２５が噴射されると、上方から見て反時計回りのスワール３０ａが形成される。本実施形態では、互いに逆向きに噴射された２本の気体２５による流れによってスワール３０ａを形成するため、第１実施形態に比べて、より迅速にスワール３０ａを形成することが可能である。

次に、時刻Ｔ１から所定期間経過後の時刻Ｔ２に、気体噴射ノズル６０ａ及び６０ｂからの気体２５の噴射を停止し、代わりに気体噴射ノズル６０ｃ及び６０ｄから気体２５を同じタイミングで噴射する。気体噴射ノズル６０ｃ及び６０ｄから気体２５を噴射することにより、二次燃焼室１３の内部には、上方から見て時計回りのスワール３０ｂが形成される。この場合も、互いに逆向きに噴射された２本の気体２５による流れによって迅速にスワール３０ｂが形成される。

以上のように、本実施形態によれば、２つの気体噴射ノズル６０を用いてスワール３０を形成するため、スワール３０の形成を迅速に行うことができる。その結果、使用する気体噴射ノズル６０の切替のタイミングを適切に制御することにより、スワール３０の回転方向を迅速に切り替えることが可能である。また、２つの気体噴射ノズル６０を用いてスワール３０を形成することにより、スワール３０の回転速度（流速）を速めることができ、一次燃焼ガスと酸素とを迅速に混合することができるため、一次燃焼ガスの燃焼効率を高めることが可能である。

本実施形態では、２つの気体噴射ノズル６０をペアとして用いてスワール３０を形成する例について説明したが、同時に使用する気体噴射ノズル６０の数は、２つに限られるものではない。例えば、３つ以上の気体噴射ノズル６０を含むグループを単位として、２つのグループを二次燃焼室５３の内壁に配置してもよい。この場合、気体噴射ノズル６０の数が多いほどスワール３０の形成、及びスワール３０の回転方向の切り替えに要する期間を短縮することができる。

（第２実施形態の変形例）
図６は、第１実施形態の変形例の焼却炉１０における二次燃焼室５３－１を上方から見た断面図である。具体的には、図６（Ａ）は、気体噴射ノズル６０－１ａ及び６０－１ｂを用いて上方から見て反時計回りのスワールを形成した状態を示し、図６（Ｂ）は、気体噴射ノズル６０－１ｃ及び６０－１ｄを用いて上方から見て時計回りのスワールを形成した状態を示している。気体噴射ノズル６０－１ａ～６０－１ｄの制御については、第２実施形態で説明したとおりである。

本変形例では、二次燃焼室５３－１における第２方向と直交する内壁に斜めに気体噴射ノズル６０－１ａ～６０－１ｄを設けた例を示している。具体的には、図６（Ａ）に示すように、気体噴射ノズル６０－１ａは、斜め（左方向）に向けて気体２５を噴射し、気体噴射ノズル６０－１ｂは、斜め（右方向）に向けて気体２５を噴射する。また、図６（Ｂ）に示すように、気体噴射ノズル６０－１ｃは、斜め（右方向）に向けて気体２５を噴射し、気体噴射ノズル６０－１ｄは、斜め（左方向）に向けて気体２５を噴射する。すなわち、気体噴射ノズル６０－１ａ及び６０－１ｂ、並びに、気体噴射ノズル６０－１ｃ及び６０－１ｄは、互いに異なる壁面に向かって異なる方向から気体２５を噴射する。他方、気体噴射ノズル６０－１ａ及び６０－１ｄ、並びに、気体噴射ノズル６０－１ｂ及び６０－１ｃは、互いに同一の壁面に向かって異なる方向から気体２５を噴射する。

本変形例によれば、第２実施形態で説明した例と同様に、時間的に異なる回転方向を有するスワール３０ａ及び３０ｂを形成することができるため、第２実施形態と同様の効果を奏する。

図７は、第２実施形態の変形例の焼却炉１０における二次燃焼室５３－２を上方から見た断面図である。具体的には、図７（Ａ）は、気体噴射ノズル６０－２ａ及び６０－２ｂを用いて上方から見て反時計回りのスワールを形成した状態を示し、図７（Ｂ）は、気体噴射ノズル６０－２ｃ及び６０－２ｄを用いて上方から見て反時計回りのスワールを形成した状態を示している。気体噴射ノズル６０－２ａ～６０－２ｄの制御については、第２実施形態で説明したとおりである。

本変形例では、気体噴射ノズル６０－２ａ～６０－２ｄが、それぞれ二次燃焼室５３－２における異なる内壁に配置されている。換言すれば、気体噴射ノズル６０－２ａ～６０－２ｄが二次燃焼室１３－２の中心に対してそれぞれ対称の位置に配置されている。そのため、気体噴射ノズル６０－２ａ～６０－２ｄは、気体２５を噴射することにより同一方向（反時計回り）に回転するスワール３０ａを形成する。

実際には、図７（Ａ）では、気体噴射ノズル６０－２ａ及び６０－２ｂをペアとして用いてスワール３０ａを形成し、図７（Ｂ）では、気体噴射ノズル６０－２ｃ及び６０－２ｄをペアとして用いてスワール３０ａを形成する。つまり、本実施形態では、２つの気体噴射ノズルを含むペアを時間的に交互に切り替えて使用することにより、同一方向に回転するスワール３０ａを形成している。

本変形例の場合、第２実施形態で説明したスワールの回転方向の反転による効果は得られないが、スワールが形成されることにより、二次燃焼室５３－２における一次燃焼ガスの燃焼効率の向上効果が得られる。

また、気体噴射ノズル６０－２ａ及び６０－２ｂのペアと気体噴射ノズル６０－２ｃ及び６０－２ｄのペアとを交互に間欠的に動作させることにより、二次燃焼室５３－２の内壁への負荷を軽減することができる。第１実施形態の変形例において図４を用いて説明したように、本変形例によれば、気体噴射ノズル６０－２の各ペアを時間的に切り替えながら使用することにより二次燃焼室５３－２の内壁が炎によるダメージを受ける期間を半減させることができる。その結果、二次燃焼室５３－２の内壁への負荷を軽減し、劣化を抑制することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態では、ストーカ式の焼却炉１０を例示して説明したが、本発明を適用し得る焼却炉は、ストーカ式の焼却炉に限られない。例えば、本発明は、炉内に充填した流動媒体（例えば、砂）を用いる構造を有する流動式焼却炉、乾燥段と、燃焼段と、後燃焼段とを垂直に積み重ねた構造を有する竪型ストーカ式焼却炉、及び小型焼却炉に対しても適用することが可能である。

（第４実施形態）
第１実施形態から第３実施形態に示した各焼却炉は、ボイラー構造を有する焼却炉であってもよい。具体的には、各焼却炉は、二次燃焼室の内壁に配管が埋め込まれ、二次燃焼室で発生する熱によって配管内を流れる流体を加熱する構造を有した焼却炉であってもよい。

第１実施形態及び第２実施形態で説明したように、本実施形態の焼却炉は、二次燃焼室の内部にスワールが形成されるため、スワールによって旋回する炎が内壁に当たり、内壁が加熱されやすい。そのため、本実施形態によれば、内壁に埋め込まれた配管も加熱されやすく、ボイラーとしての熱交換率が向上するという利点が得られる。

本発明の実施形態（変形例を含む）は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。上述した各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

また、上述した実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１０…焼却炉、１１…投入ホッパ、１２…一次燃焼室、１３…二次燃焼室、１３－１、１３－２…二次燃焼室、１３ａ～１３ｆ、１３－２ａ、１３－２ｂ…内壁の一部、１４…燃焼装置、１５…落下灰コンベヤ、１６…灰搬出装置、１７…煙道、２０ａ、２０ｂ、２０－１ａ、２０－１ｂ、２０－２ａ、２０－２ｂ…気体噴射ノズル、２５…気体、３０ａ、３０ｂ…スワール、５３、５３－１、５３－２…二次燃焼室、６０ａ～６０ｄ、６０－１ａ～６０－１ｄ、６０－２ａ～６０－２ｄ…気体噴射ノズル、１００…制御装置

Claims (6)

1. 廃棄物を燃焼させる一次燃焼室と、
   複数の気体噴射ノズルが配置され、前記一次燃焼室で発生した一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼室と、
   前記複数の気体噴射ノズルから気体を噴射するタイミング及び期間を制御する制御装置と、
   を含み、
   前記複数の気体噴射ノズルは、少なくとも第１気体噴射ノズル及び第２気体噴射ノズルを含み、
   前記第１気体噴射ノズルが気体を噴射するタイミングと前記第２気体噴射ノズルが気体を噴射するタイミングとが異なる、焼却炉。
2. 前記複数の気体噴射ノズルは、気体を噴射することにより前記二次燃焼室の内部にスワールを形成する、請求項１に記載の焼却炉。
3. 前記第１気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向は、前記第２気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向と逆向きである、請求項２に記載の焼却炉。
4. 前記複数の気体噴射ノズルは、第３気体噴射ノズル及び第４気体噴射ノズルをさらに含み、
   前記第１気体噴射ノズルと前記第３気体噴射ノズルとは同じタイミングで気体を噴射し、
   前記第２気体噴射ノズルと前記第４気体噴射ノズルとは同じタイミングで気体を噴射する、請求項１又は２に記載の焼却炉。
5. 平面視において、前記第１気体噴射ノズルと前記第３気体噴射ノズルとを結ぶ線分は、第２気体噴射ノズルと前記第４気体噴射ノズルとを結ぶ線分と交差する、請求項４に記載の焼却炉。
6. 前記第１気体噴射ノズル及び前記第３気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向は、前記第２気体噴射ノズル及び前記第４気体噴射ノズルを用いて形成されるスワールの回転方向と逆向きである、請求項４に記載の焼却炉。
   

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