JP2961078B2 - 炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却炉における排ガス再燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般廃棄物や産業
廃棄物を焼却するごみ焼却炉、特に炉頂型ガス冷却塔方
式のごみ焼却炉に使用される再燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、中小規模のごみ焼却施設は、一般
に水噴射冷却式ごみ焼却炉が多用されているが、敷地面
積が狭隘な場合は、ガス冷却塔を焼却炉本体上に設置す
る炉頂型が採用されている。

【０００３】平成２年に厚生省から「ダイオキシン類の
発生防止等に関するガイドライン」が通知され、排ガス
中に含有されるダイオキシン類を熱分解させるために、
上記の水噴射式の場合は、排ガスを１秒以上の間、８０
０℃以上に保つことにより、ダイオキシン類生成の基と
なる燃焼ガス中の未焼物を完全燃焼させるとともに、排
ガス温度が低く、ダイオキシン類発生防止対策が困難な
立上げ時間を最短とする方策が要望された。

【０００４】図４は、特開平２−１６６３０６号公報記
載に見られる従来の炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却炉
の概略構造を示している。

【０００５】このごみ焼却炉は、ダイオキシン類低減対
策として、燃焼室ａの上部に、後述のガス冷却塔ｂに排
ガスが直進するのを妨げる邪魔板ｃが設けられたことが
特徴である。

【０００６】ここで、投入ホッパｄに近い部分のごみの
燃焼により排出される未燃分を多量に含み比較的低温で
酸欠状態である排ガスｅと、後半の火格子上のごみから
排出され助燃バーナｆの加熱により未燃分が減少し高温
になるとともに酸素含有量が多い排ガスｇとが、邪魔板
ｃの背面にある燃焼室出口ｈ付近で混合される。

【０００７】混合された排ガスｅ＋ｇは、焼却炉出口ｈ
に連接された再燃室ｉで二次燃焼したのち、複数の水噴
射ノズルｊを具備するガス冷却塔ｂ内で所要温度まで冷
却される。

【０００８】図５は、ダイオキシン類低減対策を目的と
した従来の炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却炉の他の構
造を示し、上述の図４と同様の部材には同符号を用い、
詳細な説明は省略する。

【０００９】投入ホッパｄに近い部分から排出された排
ガスｅ₁ は未燃分を多量に含み低温であるが、助燃バー
ナｆで加熱されて二次燃焼を起し、未燃分が少く比較的
高温の排ガスｅ₂ となる。

【００１０】また、燃焼の進行に伴い、未燃分が少くな
り、高温になるとともに酸素含有量が多い排ガスｇは、
突起物ｋによってガス流路を縮小された燃焼室出口ｈ
で、前述の排ガスｅ₂ と合流する。

【００１１】合流した排ガスｅ₂ ＋ｇは、突起物ｋによ
る縮流・拡散効果により、混合されながら、再燃室ｉに
入り、再燃バーナｍにより再燃焼（三次燃焼）されて僅
に残存する未燃分が完全燃焼されたのち、ガス冷却塔ｂ
内で冷却される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、焼却対象であ
るごみは、その性状の変化が大きく、通常操業時におい
ても、燃焼状態は変動を繰り返すのが常であり、従っ
て、燃焼室ａ内で発生するダイオキシン類を含む未燃ガ
スｅやダイオキシン類生成の因をなす煤あるいは一酸化
炭素等の未燃酸化物の発生位置及び発生量は、燃焼状態
によって激しく変動している。

【００１３】そのため、要所から二次燃焼空気を過剰に
供給しても、上述の未燃ガスｅや未燃酸化物との混合が
十分に行なわれず、特に、燃焼状態が不安定で排ガス温
度が低い立上げ及び立下げ時には、未燃ガスや未燃酸化
物が多量に発生するため、厚生省は立上げ時間を最短と
するように指導している。

【００１４】また、後置される図示しない集じん装置入
口の温度を一定に保つために、ごみ質の変動に伴う排ガ
ス量の変化に対応して、水噴射ノズルｊからの噴射水量
を調節しているが、排ガス量増大に伴って水を大量に噴
射した場合、噴射水の相互干渉によって、未蒸発水滴が
燃焼室ａ内まで滴下することが多く、ノズルチップの減
耗によっても同様の現象が起っていた。

【００１５】この水滴の滴下と、ガス冷却塔ｂ上方の低
温部からの放射冷却作用の影響で、再燃室ｉの温度が低
下し、再燃焼の進行を防げ、ダイオキシン類を放出する
おそれがあるため、ガス冷却塔ｂ及び再燃室ｉの容積に
十分な余裕を持たせる必要があった。

【００１６】さらに、ガス冷却塔ｂ内を上昇する排ガス
は、燃焼室ａ内での排ガスの混合を促進し、二次燃焼を
効果的にするために絞られた燃焼室出口ｈの形状に影響
されて、ガス冷却塔ｂ内の片側あるいは中心部に偏って
直進するために、再燃室ｉ及びガス冷却塔ｂの容積全体
が有効に利用されないという無駄があった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の炉頂型ガス冷却
塔方式のごみ焼却炉における排ガス再燃焼装置は、ごみ
焼却炉から排出される排ガスの温度を水噴射により降下
せしめるガス冷却塔を、焼却炉本体上に設置する炉頂型
ガス冷却塔方式のごみ焼却炉において、前記焼却炉本体
出口とガス冷却塔とを連通する部位に排ガス再燃焼装置
が設けられ、該排ガス再燃焼装置は、前記焼却炉本体の
出口近傍に設置された整流手段と、該整流手段の周辺に
再燃焼空気を供給する再燃焼空気供給手段と、整流手段
の下方に設けられた再燃焼バーナとを備えたものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明に係る炉頂型ガス冷却塔方
式のごみ焼却炉の全体構成の概要を示す断面図であり、
図２は排ガス再燃焼装置の概略構造を示す拡大断面図で
ある。

【００２０】図１及び図２において、１は焼却炉本体で
あり、ごみを燃焼（一次燃焼）させて排ガスを二次燃焼
させる主体空間である耐火物等で構築された燃焼室１１
と、該燃焼室１１内で発生する後述の各排ガスが再燃室
２１に直進することを防止し、併せて燃焼室１１内での
排ガスの二次燃焼を促進する輻射天井１２と、燃焼室１
１と後述する再燃室２１との接合部である燃焼室出口
（焼却炉本体出口）１３と、燃焼火格子３２上方の燃焼
室側壁に設けられた助燃バーナ１４とで構成されてい
る。

【００２１】２は排ガス再燃焼装置であり、燃焼室１１
内で二次燃焼を終えた排ガス中になお残存する未燃分を
完全燃焼するために設けられたもので、図２に示すよう
に、燃焼室出口１３の上方で、輻射天井１２の背面側に
位置する空間である耐火物等で構成された再燃室２１
と、該再燃室２１の左右両壁間に跨り、中核となる空冷
パイプ２２の外周に、例えばキャスタフック２２１の支
持で長円形の断面に形成された不定形耐火物製の整流手
段２３と、該整流手段２３を挟んで上下に配設された複
数の再燃焼空気供給口（再燃焼空気供給手段）２４と、
燃焼室出口１３の下方に設けられた再燃焼バーナ２５と
によって構成されている。

【００２２】ここで整流手段２３は、燃焼室１１から一
方向に偏って上昇せんとする排ガス流分布を平均化させ
るために設けられたものである。

【００２３】焼却炉本体１の下部には、乾燥火格子３
１、燃焼火格子３２、後燃焼火格子３３及び燃焼完結装
置３４から成る火格子群が設置されており、乾燥、燃
焼、後燃焼の各火格子下方には、火格子下ホッパがそれ
ぞれ配設されている。

【００２４】上述の火格子下ホッパには、図示しない空
気予熱器から高温の燃焼空気４１，４２１，４２２，４
３がそれぞれ供給されている。また、燃焼完結装置３４
上方の焼却灰堆積部には、同じく高温の燃焼完結空気４
４が供給されている。

【００２５】さらに、燃焼室１１の両側壁に設けられた
複数の空気孔からは、常温の二次燃焼空気４５が、輻射
天井１２内部には冷却空気４６が送入されている。ま
た、整流手段２３の空冷パイプ２２には冷却空気４７
が、再燃室２１内には、任意の温度の再燃焼空気４８が
それぞれ供給されている（図２参照）。

【００２６】焼却炉本体１の乾燥火格子３１寄りには、
生ごみ５１を乾燥火格子３１に供給するごみホッパ６１
が装着され、燃焼完結装置３４の下方には、灰落下管６
２が取付けられている。

【００２７】再燃室２１の上方には、複数の水噴射ノズ
ル７１を備えた竪型のガス冷却塔７が連接されている。
このガス冷却塔７は、再燃室２１に隣接する区域である
冷却塔下部７２と、水噴射ノズル７１から噴霧された水
滴が蒸発して排ガスを冷却する区域である冷却塔中部７
３及び次工程に連なる冷却塔上部７４とに大別される。

【００２８】次に、以上のように構成された炉頂型ガス
冷却塔方式のごみ焼却炉における立上げ時の操業状態に
ついて説明する。

【００２９】図３は、焼却炉本体１と再燃室２１及びガ
ス冷却塔７内の空気と排ガス流及び各区域内の温度分布
状態の一例を示す図である。

【００３０】図１乃至図３において、操業休止中に１５
０〜３００℃まで降温した燃焼室１１内に、ごみホッパ
６１から生ごみ５１を投入して、乾燥火格子３１及び燃
焼火格子３２の前半に堆積させ、該生ごみ５１表面と燃
焼室１１内を助燃バーナ１４で加熱すれば、生ごみ５１
はその表面から乾燥され着火し始める。

【００３１】そこで、火格子下ホッパから高温の燃焼空
気４１及び４２１を送入すれば、火格子上の生ごみ層は
底部から乾燥されるとともに、水分や悪臭成分などを含
む揮発性可燃ガス即ち未燃ガス８１を排出しながら燃え
易い個所から燃焼を始める。

【００３２】この未燃ガス８１は、温度が３００〜５０
０℃と低く、酸素濃度も低いが、燃焼室１１の壁側から
二次燃焼空気４５を吹込めば、助燃バーナ１４の火炎に
より二次燃焼を起して、７００〜８００℃の二次燃焼ガ
ス８２となり、輻射天井１２により下方に誘導されなが
ら燃焼室出口１３へと向う。

【００３３】一方、前日の操業終了時に一旦焼却された
残渣は、前述の生ごみ５１の供給操作によって、燃焼火
格子３２の後半から後燃焼火格子３３及び燃焼完結装置
３４上に移送・堆積されるが、高温の燃焼空気４２２，
４３，４４を送入されると、助燃バーナ１４及び再燃焼
バーナ２５の両方の火炎の熱を受けて急速に昇温して残
渣中の未燃物に再着火し、酸素濃度の高い燃焼ガス８３
を排出しながら７００〜８００℃まで昇温する。

【００３４】上記の二次燃焼ガス８２及び燃焼ガス８３
は、燃焼室出口１３付近で合流して混合されるととも
に、混合点に設けられた再燃焼バーナ２５により、８５
０〜９５０℃に加熱されたのち、整流手段２３の通気抵
抗によって流量分布が平均化されながら、再燃室２１に
入る。

【００３５】この間、図示しない一酸化炭素（ＣＯ）濃
度調節計からの計測結果に基づいて、整流手段２３の上
下に複数配設された再燃焼空気供給口２４から適正量の
再燃焼空気４８を吹込むことにより、特に二次燃焼ガス
８２に残存しがちな未燃分が完全に燃焼されて、上記混
合ガスは高温排ガス８４となり、冷却塔下部７２へと上
昇する。

【００３６】即ち、整流手段２３による偏流補正と、再
燃焼バーナ２５と再燃焼空気４８による効率的二次燃焼
の相乗効果によって、ダイオキシン類生成の基となる未
燃物を再燃室２１内で完全焼却できる。

【００３７】この高温排ガス８４は、冷却塔中部７３内
で、水噴射ノズル７１から噴霧された水滴により蒸発潜
熱を奪われて４００〜５００℃に冷却された中温排ガス
８５となり冷却塔上部７４から次工程に送出される。

【００３８】ここで、上述の高温排ガス８４の量が少
く、比較的低温になりがちな立上げ時点では、高温排ガ
ス８４による噴霧水幕の持上げが少いために、長期使用
に基づく水噴射ノズル７１のチップの減耗などにより、
未蒸発の水滴が再燃室２１に滴下するおそれがあるほ
か、冷却塔中部７３にある低温排ガス８５からの放射熱
が再燃室２１を冷却することは、避けられない現象であ
る。しかし、本発明の場合では、再燃焼バーナ２５は、
整流手段２３の下方に位置するため、上記の影響を最小
限に止める構造であり、再燃焼バーナ２５の効率が高く
なり、立上げ時間を短縮できる。

【００３９】これにより各火格子上で燃焼された生ごみ
５１は、上述の如く未燃ガス８１及び燃焼ガス８３を放
出しながら次第に焼却灰５２となり、各火格子の動作に
よって燃焼完結装置３４上へと移送され、後燃焼火格子
３３及び燃焼完結装置３４上に堆積されている間に再燃
焼バーナ２５の火炎照射を受けるとともに、燃焼空気４
３または燃焼完結空気４４が供給され、焼却灰５２中に
残存する未燃分を完全燃焼させて、立上げ時の不安定な
焼却灰５２中のダイオキシン成分をも熱分解して、灰落
下管６２から図示しない灰搬出装置に排出される。

【００４０】そして、立上げ時間を過ぎて、燃焼室１１
内の温度が高温側に落着けば、再燃焼バーナ２５を消火
して、通常操業状態に移る。

【００４１】以上のような工程で生ごみ５１の焼却作業
が行われるが、操業休止前に行う立下げ操作時には、ご
み供給を停止した後、助燃バーナ１４及び再燃焼バーナ
２５を点火して、各火格子上のごみを短時間で乾燥・燃
焼させる、いわゆる焚切り操作を行う。

【００４２】なお、本説明において、火格子群は、乾
燥、燃焼、後燃焼の各火格子及び燃焼完結装置による構
成を示したが、どのような構成でもよく、整流手段２３
を長円形の不定形耐火物製としたが、整流効果があれば
形状及び材質は問わない。

【００４３】また、再燃焼空気供給口２４は、図２に示
した配置以外に、例えば空冷パイプ２２の利用または再
燃焼バーナ２５のバーナタイル冷却用を兼ねた配置とし
ても良い。

【００４４】〔本発明と従来との比較〕前述のとおり、
ごみ質は大きく変化するものであるが、ごみ質の変動に
伴って排ガス量が増減するため、通常操業状態における
計画最大ガス量が１．１秒間（１０％の余裕を考慮）滞
留できるように再燃室容積を計算する必要がある。

【００４５】表１は、あるごみ質における通常操業状態
での再燃室の設計条件を示しており、この条件を満たす
ように設定することで、ダイオキシン類の排出を防止す
ることができる。

【００４６】また、表２は、本発明と従来の装置（図５
に示す装置）の再燃室寸法と容積とを比較したものであ
る。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】ここで、図１に示すような本発明における
再燃焼バーナ２５の取付位置であれば、ガス冷却塔７か
らの影響が少ないのみならず、排ガスの偏流が矯正され
ているため、再燃焼バーナ２５の取付位置から上方は殆
ど全てを再燃室２１として計算できる。

【００５０】それに対し、図５に示す従来の装置の場合
は、再燃能力が最も要求される比較的短時間の立上り時
の排ガス状態には目をつむり、通常操業状態のみを勘案
して整流部を含めた全容積を再燃室容積と計算している
ことが多い。そのため、排ガスの量が不安定なばかりで
なく温度も３００℃程度と低い立上り初期や、通常操業
時におけるごみ質急低下時には再燃能力不足のためダイ
オキシン類を排出するおそれがあった。

【００５１】つまり、従来の装置の実情は、ガス冷却塔
ｂからの悪影響を受けるため、再燃室ｉは実容積の７〜
８割しか有効に利用できず、燃焼室入口ｈから再燃バー
ナｍまでの間は整流作用しか期待できないため、これら
を勘案すると表２に示す如く本発明の２倍近い処理容積
を確保する必要がある。

【００５２】この結果、本発明においては再燃室の容積
を従来に比べて小さくすることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、焼
却炉本体の出口近傍に整流手段を設置するとともに、該
整流手段の下方に再燃焼バーナを設け、さらに、再燃焼
空気供給手段によって整流手段の周辺に再燃焼空気を供
給しているため、それらの相乗効果により、再燃室入口
での排ガスと再燃焼空気との混合が良くなり、排ガス中
に残存する微量の未燃物を効果的に焼却し尽くして、ダ
イオキシン類の生成を阻止できる。

【００５４】また、整流手段の下方に再燃焼バーナを設
けることで、水滴落下や放射冷却等のガス冷却塔からの
悪影響を避けることができるため、再燃室の容積をより
小さくすることができるとともに、整流手段を通過する
ことで整流効果が上るために、ガス冷却塔容積も有効に
活用できる。

【００５５】さらに、助燃バーナの他に再燃焼バーナが
燃焼室内に設置されるため、両者の火炎により、燃焼が
不安定な立上げ時間を短かくすることができるととも
に、該時間中の焼却灰中のダイオキシン成分の熱分解も
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却炉の
全体構成の概略を示す断面図である。

【図２】排ガス再燃焼装置の概略構造を示す拡大断面図
である。

【図３】焼却炉本体と再燃室及びガス冷却塔内の空気と
排ガス流及び各区域内の温度分布状態の一例を示す図面
である。

【図４】従来の炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却炉の概
略構造を示す断面図である。

【図５】従来の炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却炉の他
の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 焼却炉本体 １３ 燃焼室出口（焼却炉本体出口） ２ 排ガス再燃焼装置 ２３ 整流手段 ２４ 再燃焼空気供給口（再燃焼空気供給手段） ２５ 再燃焼バーナ ７ ガス冷却塔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみ焼却炉から排出される排ガスの温度
   を水噴射により降下せしめるガス冷却塔を、焼却炉本体
   上に設置する炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却炉におい
   て、 前記焼却炉本体出口とガス冷却塔とを連通する部位に排
   ガス再燃焼装置が設けられ、該排ガス再燃焼装置は、前
   記焼却炉本体の出口近傍に設置された整流手段と、該整
   流手段の周辺に再燃焼空気を供給する再燃焼空気供給手
   段と、整流手段の下方に設けられた再燃焼バーナとを備
   えたことを特徴とする炉頂型ガス冷却塔方式のごみ焼却
   炉における排ガス再燃焼装置。