JP3038655B1 - 焼却炉におけるダイオキシン発生防止方法及び焼却炉 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 都市ごみなどの焼却によって発生する燃焼ガ
スの温度を制御することによってダイオキシンの発生を
防止する。 【解決手段】 被燃物を焼却炉において焼却することに
より発生した燃焼ガスを静止型管内混合器１に流送した
後、燃焼ガスを低温度に冷却するのに先立って、アルカ
リ金属又はアルカリ土類金属の化合物を充填した充填塔
に導く。静止型管内混合器１を通過した燃焼ガスの全体
温度を６５０℃以上に均質化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼却炉におけるダ
イオキシン発生防止方法及び焼却炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみの焼却炉は火格子方式か流動床
方式が主流を占めている。

【０００３】火格子方式は、焼却炉に投入されたごみを
火格子上を移動させながら乾燥、燃焼させる方式であ
り、この火格子方式の焼却炉で生じた焼却灰が炉外に排
出される。火格子方式の焼却炉で発生する燃焼ガスは、
乾燥域においては生ごみの水分などの影響で比較的低温
であり、最終段階での燃焼域ではかなり高温になる。こ
のような火格子方式の焼却炉では次の３段階の工程が行
われる。 ＜乾燥段階＞ ごみが投入されると、先ずこの段階で含
有あるいは付着水分の蒸発が行われ、一部初期燃焼が始
まる。この段階で発生する燃焼ガスの温度は、比較的低
温で３００〜５００℃位である。 ＜燃焼段階＞ 乾燥段階の火格子から送られた混合被燃
物はこの段階で主燃焼が行われる。この段階で発生する
燃焼ガスの温度は６００〜９００℃位になる。 ＜後燃焼段階＞ 燃焼段階からここに送られてくる混合
被燃物の中に残っている未燃物の燃焼を行い焼却を完了
させようとする段階で、この段階で発生する燃焼ガスの
温度は８００℃以上で１０００℃を越える場合もある。

【０００４】流動床方式の焼却炉は、被燃物を下方から
吹き上げる高温ガスによってごみを浮遊流動させながら
燃焼させる方式であり、投入されたごみの乾燥、燃焼及
び後燃焼が行われることや、焼却炉で生じた焼却灰が炉
外に排出されることは、火格子方式の場合と同様であ
り、発生する燃焼ガス温度は、発生する部分、場所、時
間によって３００〜１０００℃の範囲でばらついてお
り、１０００℃を越える場合もある。

【０００５】都市ごみの組成は、都市型、農村型及びそ
の中間型などといった住民の生活様式によって若干の相
違があり、また、季節によっても変動があるけれども、
ほゞ次の範囲に入っている。 水分 ３５〜６０％ 可燃分 ４５〜２５％ 灰分 ２０〜１５％

【０００６】これらの組成のうち、灰分は焼却残渣であ
り、金属の酸化物が大部分であるけれども、一部金属の
塩化物もある。焼却残渣としての金属の酸化物や塩化物
には、たとえばＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，Ｔ
ｉＯ₂ ，ＭｇＯ，Ｎａ₂ Ｏ，ＣａＯ，ＮａＣｌ，ＣａＣ
ｌ₂ ，ＮａＣｌ，Ｋ₂ Ｏ，Ｐ₂ Ｏ₅ などがある。

【０００７】上記組成の都市ごみを上記した火格子方式
の焼却炉を用いて１００トン／日焼却した場合、発生す
る燃焼ガス、換言すれば焼却炉の煙突から排出される排
煙量は、低位発熱量が１８００ｋｃａｌの場合で計算す
ると、 総排煙量 約４３０００Ｎｍ³ ／時 乾き排煙量 約２９０００Ｎｍ³ ／時 となる。ここで、「低位発熱量」とは、高位発熱量から
含有水分の凝集潜熱を差し引いたものと定義されてい
る。なお、「高位発熱量」とは、被燃物から水分を除去
した可燃分の燃焼によって発生する熱量のことである。

【０００８】このように、都市ごみを焼却した場合に
は、１時間当り数万ｍ³ 以上の燃焼ガスが発生するので
あるが、上述したようにその焼却によって発生する燃焼
ガスの温度は３００〜１０００℃の広範囲にばらついて
おり、１０００℃を越える場合もある。また、冷却され
た燃焼ガスの大気中への放出温度は２００〜３００℃位
の温度である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】焼却炉に投入される都
市ごみの中には、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン
（サラン）などのように焼却によって塩化水素（ＨＣ
ｌ）の発生する物質が含まれている。たとえばポリ塩化
ビニルが燃焼分解すると、

【化１】 の式で示されるように塩化水素（ＨＣｌ）が発生する。

【００１０】また、焼却炉内ではごみの焼却分解によっ
て煤が発生する。煤に下記構造式のベンゼン環を含む物
質（ベンゼン環化合物）が多く含まれていることはよく
知られており、実際に、塩化ビニルの燃焼ガス中にベン
ゼン環化合物が検出され、ポリエチレンやポリスチレン
の燃焼ガス中にもベンゼンが検出されている。

【００１１】

【化２】

【００１２】ところで、塩化水素とベンゼン環化合物の
反応によってダイオキシンが発生する。ダイオキシンは
例えば下記構造式で示されるような物質で、ベンゼン環
に塩素が結合した物質として環境に悪い影響をもたらす
ものである。

【００１３】

【化３】

【００１４】このダイオキシンは６５０℃以上の高温に
さらされることにより分解して炭化水素と塩化水素とに
分解される。また、６５０℃以上の高温雰囲気では塩化
水素は炭化水素とは結合せず単一の物質として存在する
が、炭化水素と塩化水素とが共存する雰囲気温度が６５
０℃以下に下降すると、塩化水素は再び炭化水素と反応
してダイオキシンが再生する。

【００１５】このため、都市ごみを焼却した場合には、
上述したように燃焼ガスの温度が３００〜１０００℃の
広範囲にばらついており、場合によっては１０００℃を
越える場合もある。また、冷却された燃焼ガスの大気中
への放出温度が２３０℃付近の温度であることにより、
環境に悪い影響をもたらすダイオキシンが大気中に放出
される。

【００１６】一方、特開平８−６８５２８号公報には焼
却炉排ガスの処理方法についての記載があり、これによ
ると、焼却炉から出た排ガスに水を噴霧すると共に排ガ
スを消石灰又は生石灰と反応させてその排ガス中の塩化
水素を除去し、次いで排ガス中からダイオキシンを吸着
除去するようにしている。また、特開平６−２０１１１
４号公報には、流動層式焼却炉において、ＣａＯやＣａ
ＣＯ₃ を流動媒体として焼却により発生した塩化水素を
除去することについての記載がある。

【００１７】本発明は以上の状況に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明によって提供される焼却炉に
おけるダイオキシン発生防止方法は、焼却炉から発生す
る燃焼ガスを、静止型管内混合器に流送通過させること
によってガス全体の温度を６５０℃以上の温度に均質化
させてダイオキシンを炭化水素と塩化水素とに分解し、
その塩化水素を塩化物として捕集することのできる金属
化合物を充填してある充填塔内において、６５０℃以上
の温度の燃焼ガス中の遊離の塩化水素を上記金属化合物
によって捕集させるようにして、再び炭化水素と反応結
合することのないようにすることにより、燃焼ガス中か
らダイオキシンを滅消せしめるところに骨子が存在す
る。

【００１８】また、本発明は、そのようなダイオキシン
発生防止方法を行うための焼却炉を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る焼却炉にお
けるダイオキシン発生防止方法は、ごみなどの混合被燃
物を焼却炉において焼却することにより発生した燃焼ガ
スを静止型管内混合器に流送し、その静止型管内混合器
を通過させることによって全体温度を６５０℃以上に均
質化させてその燃焼ガス中のダイオキシンを炭化水素と
塩化水素とに分解し、その燃焼ガスを、低温度に冷却す
るのに先立って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の
化合物を充填した充填塔に導くことにより、その燃焼ガ
ス中の塩化水素をアルカリ金属又はアルカリ土類金属の
化合物と反応させて捕集させる、というものである。

【００２０】この方法によると、混合被燃物を焼却炉に
おいて焼却することにより発生した燃焼ガスの温度が３
００〜１０００℃、あるいは１０００℃を越える広範囲
にばらついているとしても、その燃焼ガスは、静止型管
内混合器を通過することによってその全体温度が均質化
され、塩化水素と炭化水素が共存してもダイオキシンを
再生し得ない温度以上、すなわち６５０℃以上に保たれ
る。この温度では、ダイオキシンが塩化水素と炭化水素
とに分解してしまい、ダイオキシンが発生されることも
ないので、この温度雰囲気では燃焼ガス中にダイオキシ
ンが存在しなくなる。また、静止型管内混合器を通過し
た燃焼ガスに含まれる塩化水素は、非常に反応性の大き
な物質であるので、その燃焼ガスが、アルカリ金属又は
アルカリ土類金属の化合物を充填した充填塔に導かれる
と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物である
カルシウムやナトリウムなどと反応して瞬時に塩化カル
シウムや食塩に変化する。これらの塩化カルシウムや食
塩は６５０℃以上の温度雰囲気域において固体である。

【００２１】本発明に係る焼却炉は、直列に装着された
複数個の静止型管内混合器とアルカリ金属又はアルカリ
土類金属の化合物を充填した充填塔とが、ごみなどの混
合被燃物を焼却することにより発生した燃焼ガスの通路
内に設置されており、上記燃焼ガスは上記静止型管内混
合器を通過することにより全体温度が６５０℃以上に均
質化されて当該燃焼ガス中のダイオキシンが炭化水素と
塩化水素とに分解されるようになっており、上記充填塔
では、上記静止型管内混合器を通過することによって全
体温度が６５０℃以上に均質化されている燃焼ガスが導
かれてその燃焼ガス中の塩化水素がアルカリ金属又はア
ルカリ土類金属の化合物と反応して捕集されるようにな
っている、というものである。

【００２２】このような焼却炉によると、ごみなどの混
合被燃物を焼却炉において焼却することにより発生した
燃焼ガスが静止型管内混合器に流送されてその混合器を
通過した後、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合
物を充填した充填塔に導かれる。また、通路が、充填塔
を各別に設置した複数の分岐路を有し、それぞれの上記
分岐路に対して上記燃焼ガスを選択的に流送させること
ができるようになっているものでは、焼却炉の運転を停
止させずに個々の充填塔の内容物を交換更新することが
可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明に係るダイオキシン発生防
止方法は、火格子方式の焼却炉に対しても流動層方式の
焼却炉に対しても適用可能である。このダイオキシン発
生防止方法では、ごみなどの混合被燃物を焼却炉におい
て焼却することにより発生した燃焼ガスが静止型管内混
合器に流送通過された後、燃焼ガスが低温度に冷却され
るのに先立って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の
化合物を充填した充填塔に導かれる。

【００２４】図１に上記静止型管内混合器（以下「ガス
ミキサー」という）１を説明的に示してある。図例のガ
スミキサー１は、円筒通路管の内部に１８０度捩じった
羽根（インペラー）を装着したエレメント２を、燃焼ガ
スの通路３すなわち煙道管内に直列に複数個設置するこ
とにより構成されている。エレメント２には、羽根の捩
じり方向を右捩じりにしたものと左捩じりにしたものと
の２種類があり、図示のように右捩じりエレメントと左
捩じりエレメントを交互に複数個直列に接続しておくこ
とが肝要である。

【００２５】このように、羽根の捩じり方向が左右交互
になったエレメント２を複数個直列に接続したガスミキ
サー１中を燃焼ガスが通過すると、各エレメント２の捩
じり羽根の作用によって燃焼ガスはそれぞれの部分が位
置移動をしながら流送される。すなわち、ガスミキサー
１の中を流送される燃焼ガスは、各エレメント２の捩じ
り羽根の作用によって旋回流を発生する。具体的には、
右捩じり羽根のエレメント２内ではガスは左方向に旋回
し、左捩じり羽根のエレメント２内ではガスは右方向に
旋回する。このため、燃焼ガスは、右方向と左方向とに
交互に繰り返し旋回しながら複数個のエレメント２内を
流送通過し、その間に図２に説明的に示したように自動
的に細かく分離分散されるようになって燃焼ガスの全体
温度が均質化される。特に、冒頭で説明した都市ごみを
焼却した場合のように、１時間当り数万ｍ³ 以上の燃焼
ガスが発生する場合には、その燃焼ガスの通路３内での
流速が非常に速くなるのて、通路３内の流速分布が拡が
り、混合が強化されて燃焼ガスの全体温度の均質化が促
進される。このため、燃焼ガスは、ガスミキサー１を流
送される間に、その全体温度が６５０℃以上に均質化さ
れる。したがって、ダイオキシンは完全に分解されて塩
素分は塩化水素に完全に分離される。

【００２６】図１には、１つの捩じり羽根を有するエレ
メント２を複数個直列に接続したガスミキサー１を示し
たけれども、これに代えて、図３のように２つの捩じり
羽根を有するエレメント２を複数個直列に接続したガス
ミキサー１を用いることも可能である。

【００２７】ガスミキサー１を通過した燃焼ガスは、低
温度に冷却されるのに先立って、アルカリ金属又はアル
カリ土類金属の化合物を充填した充填塔（カラム）に導
かれる。

【００２８】図４は通路３内に設置された充填塔４を説
明的に示したものであり、アルカリ金属又はアルカリ土
類金属の化合物の充填層５を有している。アルカリ金属
又はアルカリ土類金属には、生石灰や石灰石などが選ば
れる。上述したように塩化水素は反応性に強いので、ガ
スミキサー１を流送通過した全体温度が６５０℃以上の
燃焼ガスに含まれている塩化水素は、その燃焼ガスが充
填塔４に導かれることにより、充填物である生石灰や石
灰石と反応してＭｅＣｌ（金属の塩化物）として捕集さ
れ、ガス中から除去される。充填塔４を通過した燃焼ガ
スは、煤中のベンゼン環化合物やその他の炭化水素を含
み、また、図示していてい熱交換器やガス冷却装置に導
かれてガスの温度が６５０℃以下に冷却されるけれど
も、そのときには、反応すべき相手の塩素分がないため
にガス冷却時にもダイオキシンの再生は起こり得ない。
なお、燃焼ガスは、充填塔を上下方向に通過しても、横
方向に通過しても、斜め方向に通過するものであっても
よく、通過方法は限定されない。

【００２９】ところで、充填塔４の内容物と塩化水素と
の反応力が飽和に近付くと、燃焼ガス中からの塩化水素
の除去効率が低下したり除去が行われなくなったりす
る。その一方で、焼却炉は連続的に運転されることが多
い。そこで、充填塔４の内容物を交換更新する措置が必
要になる。その場合、通路３が、上記充填塔４を各別に
設置した複数の分岐路を有し、それぞれの分岐路に対し
て燃焼ガスを選択的に流送させることができるようにな
っているものを好適に用い得る。それぞれの分岐路に対
して燃焼ガスを選択的に流送させるための具体的な手段
としては、ダンパーを採用する。

【００３０】本発明方法は都市ごみに限定するものでは
ない。すなわち、産業廃棄物や都市下水の終末処理で発
生する物質の焼却処理や、医療機関などで発生する廃棄
物など、いろいろの方面、分野での焼却処理に際して適
用が可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る焼却炉におけるダイオキシ
ン発生防止方法によると、焼却に伴う塩化水素やベンゼ
ン環化合物の発生温度やそれらの反応温度の面からダイ
オキシンの発生を規制して、ダイオキシンを発生をなく
することが可能になる。

【００３２】また、本発明に係る焼却炉によれば、上記
のようなダイオキシン発生防止方法を良好に行うことが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスミキサーの説明図である。

【図２】ガスミキサーを通過する燃焼ガスの挙動を示し
た説明図である。

【図３】ガイドミキサーの変形例である。

【図４】充填塔の説明図である。

【符号の説明】

１ ガスミキサー（静止型管内混合器） ２ 通路 ４ 充填塔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23J 15/00 F23J 15/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみなどの混合被燃物を焼却炉において
   焼却することにより発生した燃焼ガスを静止型管内混合
   器に流送し、その静止型管内混合器を通過させることに
   よって全体温度を６５０℃以上に均質化させてその燃焼
   ガス中のダイオキシンを炭化水素と塩化水素とに分解
   し、その燃焼ガスを、低温度に冷却するのに先立って、
   アルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を充填した
   充填塔に導くことにより、その燃焼ガス中の塩化水素を
   アルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物と反応させ
   て捕集させることを特徴とする焼却炉におけるダイオキ
   シン発生防止方法。
2. 【請求項２】 直列に装着された複数個の静止型管内混
   合器とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を充
   填した充填塔とが、ごみなどの混合被燃物を焼却するこ
   とにより発生した燃焼ガスの通路内に設置されており、
   上記燃焼ガスは上記静止型管内混合器を通過することに
   より全体温度が６５０℃以上に均質化されて当該燃焼ガ
   ス中のダイオキシンが炭化水素と塩化水素とに分解され
   るようになっており、上記充填塔では、上記静止型管内
   混合器を通過することによって全体温度が６５０℃以上
   に均質化されている燃焼ガスが導かれてその燃焼ガス中
   の塩化水素がアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合
   物と反応して捕集されるようになっていることを特徴と
   する焼却炉。
3. 【請求項３】 上記通路が、上記充填塔を各別に設置し
   た複数の分岐路を有し、それぞれの上記分岐路に対して
   上記燃焼ガスを選択的に流送させることができるように
   なっている請求項２に記載した焼却炉。