JP3309387B2

JP3309387B2 - 廃棄物焼却炉

Info

Publication number: JP3309387B2
Application number: JP34199597A
Authority: JP
Inventors: 実鈴木; 能成藤澤; 章中村; 榮一澁谷; 正則井上
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JPH11159731A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ等の廃棄
物を焼却する火格子式又は流動床式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２に示
す。ホッパ１に投入されたごみ２は、シュートを通して
乾燥ストーカ３におくられ、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ごみ２は、燃焼ストーカ４に送ら
れ、下から送られる燃焼空気によりガス化され、一部は
燃焼する。そして、更に後燃焼ストーカ５で、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６より外部に取出される。

【０００３】燃焼は主燃焼室７内で行われ、燃焼排ガス
は、中間天井８の存在により、主煙道９と副煙道１０に
別れて排出される。主煙道９を通る排ガスには、未燃分
はほとんど含まれず、酸素が１０％程度含まれている。
副煙道１０を通る排ガスには、未燃分が８％程度含まれ
ている。これらの排ガスは、２次燃焼室１１で混合さ
れ、２次的な燃焼が行われて未燃分が完全に燃焼する。
２次燃焼室１１からの排ガスは、除塵室１２で粒径の大
きなダストを除去された後、廃熱ボイラ１３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】これらの焼却炉においては、主要な酸化
剤、すなわちごみとごみから排出されるガスを燃焼させ
るための主要な酸化剤として、空気が使用されている。
また、主として低公害化と排ガス顕熱の有効利用を目的
として、排ガスを空気と混ぜて主要な酸化剤として炉内
に吹き込む、いわゆる排ガス再循環法が採用される場合
もある。さらに、燃焼効率を高めることを主たる目的と
て、空気に酸素を混合して酸素リッチな気体とし、主要
な酸化剤として炉内に吹き込むことも行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような火格子式又
は流動床式廃棄物焼却炉において、都市ごみを焼却処理
する場合、都市ごみが性状の異なる数多くの物質からな
るため、炉内の燃焼状態を一定に維持することは困難で
あり、主燃焼室７内の温度や燃焼ガスの濃度の分布が時
間的、空間的に不均一となることは避けられない。

【０００６】主燃焼室７内の燃焼状態の調整は、主とし
て吹き込み空気量の調整によって行われているが、調整
のためには空気流量を大きく変更する必要があり、これ
が逆に燃焼状態を不安定にする等の問題点があって、燃
焼状態を調整することには困難が伴っていた。

【０００７】また、排ガスの低公害化のため、排ガス温
度制御装置（減温塔）、バグフィルタ等の排ガス処理設
備が必要であるが、排ガス量が多いため、これらの装置
が大型化し、コストアップになるという問題点があっ
た。

【０００８】さらに、常温の空気を炉内に吹き込んだ場
合、炉内ガスとの粘性の違いが大きいため、炉内の酸素
濃度や温度の分布が不均一になり易く、これに伴い、正
味の酸素利用効率が低くならざるを得なかった。このた
め、空気過剰率を大きく設定せざるを得ず、排ガス量の
増加を招いて、排ガス処理設備の大型化を引き起こして
いた。

【０００９】一方、排ガス再循環法を廃棄物焼却炉に適
用して低公害化、省エネルギー化を実現しようとした場
合には、以下のような問題点がある。 (1) 通常の燃焼法と比較して、炉内での気流の滞留時
間、反応時間が短くなり、これに伴って炉内容積を大き
くする必要がある。 (2) 従来の燃焼法と比較して、排ガス処理系を通過する
正味排ガス量は同一であり、排ガス処理系のコンパクト
化を実現できない。 (3) (1)に関連して、炉内での火炎の安定性が低下し、
炉内温度や排ガス組成の分布が大きく変化する場合があ
る。 (4) 排ガス中のＣＯ₂やＨ₂Ｏが増加し、これらの気体の
消炎効果により、火炎の安定範囲が狭くなると共に、Ｃ
Ｏ₂やＨ₂Ｏの比熱がＮ₂やＯ₂と比較して大きいために、
炉内温度が低下する。 (5) 再循環ガス中の粉塵、高温ガス等により、排ガス供
給系の閉塞や熱損傷等のトラブルが発生する場合があ
る。 (6) 再循環ガス中の可燃性の粉塵（アルミ粉、スス等）
と酸素が細長いダクト内で反応すると、燃焼波の圧力が
上昇し、爆轟（デトネーション）が発生してダクト、バ
ルブ、計測器等が破損する場合がある。

【００１０】また、従来の酸素富化燃焼法を廃棄物焼却
炉に適用した場合には、以下のような問題点がある。 (1) 炉内温度が上がりすぎて、炉本体を損傷する場合が
ある。 (2) 酸素富化により炉内温度が上昇し、これに伴って窒
素酸化物が生成し易くなり、排ガスの後処理費用が高く
なる。 (3) 酸素が吹き込まれたバイパス内の温度が高い場合、
内壁等の寿命が短くなる。

【００１１】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、爆発や爆轟等の致命的なトラブルを
未然に防止すると共に、正味排ガス量を低減して排ガス
処理設備を小型化すると共に、炉内温度制御が容易で、
熱効率が良く、有害ガスの排出濃度の低い廃棄物焼却炉
を提供することを課題とする。

【００１２】

【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、火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉で
あって、排ガスと酸素の混合気体を主要酸化剤とし、前
記排ガスと酸素とが燃焼室内に開口部を有する混合装置
内で混合され、炉の下流の排ガスの一部を再循環させて
炉内に吹き込むためのバイパスと、バイパスの途中に設
けられたブロワと、前記ブロワの上流側のバイパス中に
設けられた除塵器を有し、前記ブロワの入口における排
ガス温度が４００〜６００℃とされていることを特徴と
する廃棄物焼却炉（請求項１）である。

【００１３】本手段においては、主要酸化剤に窒素が含
まれないので、排ガス中にも窒素が含まれず、よって炉
から排出される排ガスの絶対量を減らすことができ、排
ガス処理設備を小型化することができる。また、排ガス
が再循環して使用されるので、排ガスの顕熱を有効利用
することができ、熱効率を高めることができる。

【００１４】また、吹き込みガスの温度が高いため、炉
内ガスとの粘性の違いが小さく、従って、炉内酸素濃度
や温度の分布が均一となり、酸素利用効率が向上する。

【００１５】さらに、炉内燃焼状態の調整は酸素流量を
増減することによって行えば良いので、空気流量の調整
で行っていた従来法に比して流量の変動が１／５で済
み、流動変動によって燃焼状態が不安定になることが回
避される。

【００１６】また、酸素富化の場合に比して火炎温度が
高くなりすぎることがない。

【００１７】加えて、炉の入口温度が高くなるため、炉
内での火炎の安定性が向上し、ＮＯｘ、ＣＯ、ＯＸＮ類
の排出濃度を低く抑えることができる。

【００１８】また、本手段においては、バイパスの途中
に酸素を吹き込むことがないため、バイパス内での爆発
や、爆轟の発生を防止でき、内壁等の劣化が抑制でき
る。

【００１９】

【００２０】また、本手段においては、炉の下流の排ガ
スの一部は、除塵器によってダストを取り除かれ、ブロ
ワによって吸引される。そして、混合装置によって燃焼
室の入口で酸素と混合されて主要酸化剤として炉内に吹
き込まれる。

【００２１】ブロワの上流側に除塵器を配しているの
は、ダストがブロワの羽根車等に衝突して羽根車等が摩
耗するのを防止すると共に、炉底部材（火格子や分散
板）等にダストが付着し、作動不良を起こしたり開口部
の閉塞トラブルを起こすのを回避するためである。

【００２２】排ガスと酸素の混合装置をブロワの下流側
の燃焼室の入口に配置しているのは、バイパス内の内壁
が酸化したり、排ガス中の未然ガスやダストがバイパス
中で、爆轟等、異常燃焼するのを避けるためである。

【００２３】

【００２４】前記ブロワの入口における排ガス温度が４
００〜６００℃とすることにより、バイパス内がダイオ
キシン類の再合成に適した温度（２５０〜３５０℃程
度）になるのを避けると共に、炉底部材やブロワとして
一般的な材質（常用６００℃程度以下）のものを用いる
ことが可能となる。なお、前記ブロワの入口における排
ガス温度は、４５０〜５５０℃とすることがより好まし
い。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】前記課題を解決するための第２の手段は、
火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉であって、排ガスと
酸素の混合気体を主要酸化剤とし、前記排ガスと酸素と
が燃焼室内に開口部を有する混合装置内で混合され、炉
内壁または炉底部材の一部または全部が、酸素製造装置
により分離された窒素ガスを用いて冷却されることを特
徴とする廃棄物焼却炉（請求項２）である。ここで炉底
部材とは火格子や分散板等ごみを支える部材をいう。

【００３１】酸素製造装置では空気より酸素を分離する
ので、副産物として窒素が発生する。この窒素を冷却媒
体として用いることにより、局所高温領域を冷却するた
めの媒体（水、空気等）を新たに供給する必要がなく、
プラント全体として、物質及びエネルギーの消費を節約
できる。また、冷却対象部材によっては、酸素製造装置
で分離された窒素を吹き出して冷却用として適用するこ
ともできる。

【００３２】前記課題を解決するための第３の手段は、
火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉であって、排ガスと
酸素の混合気体を主要酸化剤とし、前記排ガスと酸素と
が燃焼室内に開口部を有する混合装置内で混合され、炉
の下流の排ガスの一部を再循環させて炉内に吹き込むた
めのバイパス経路を有し、バイパス経路の少なくとも１
個所にパルス燃焼器を設けたことを特徴とする廃棄物焼
却炉（請求項３）である。

【００３３】廃棄物焼却炉の排ガス中には、CaCl₂のよ
うに、高温ではガス状でありながら、４００〜６００℃
では固体状になるような物質が含まれる場合があり、こ
の固化現象がバイパスの途中で起こると、内壁等に付
着、固化してバイパスの閉塞トラブルを引き起こすこと
がある。パルス燃焼器による脈動流は、内壁付近の境界
層を剥離させ、ダストの付着を低減する効果があるの
で、前記閉塞トラブルを防止することができる。さらに
パルス燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度がもともと低いため、
低公害とすることができる。

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【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一
例を示す系統図である。図１において、２１は廃棄物焼
却炉、２２は除塵器、２３は熱交換器、２４はブロワ、
２５は混合器、２６は酸素製造装置、２７は排ガス処理
設備、２８はＣＯ₂固定化装置、２９は排水処理設備、
３０は煙突、３１は発電プラントである。

【００３７】廃棄物焼却炉２１から発生する排ガスの一
部は、除塵器２２でダストを取り除かれ、熱交換器２３
でボイラへの給水を加熱して自らは低温となった後、ブ
ロワ２４に吸引されて混合器２５へ送られる。ブロワ２
４の前での排ガスの温度は、４００〜６００℃に低下し
ている。

【００３８】混合器２５には、酸素製造装置２６によっ
て空気から分離された酸素が供給されており、燃焼室内
に開口部を有する混合器２５内で、酸素と排ガスが混合
されて擬似空気が生成される。この擬似空気は、実質的
に酸素とＣＯ₂、Ｈ₂Ｏから構成され、酸素濃度は２４〜
２８％とされている。この擬似空気は、主酸化剤として
火格子又は分散板の下部から炉内に吹き込まれたり、２
次燃焼室に吹き込まれたりする。

【００３９】再循環されなかった排ガスは、排ガス処理
設備２７に送られ、ダストと水分が取り除かれる。この
排ガスの成分は、実質的にＣＯ₂とＨ₂Ｏのみであるの
で、水分が除去されることによりＣＯ₂のみが残る。こ
のＣＯ₂をＣＯ₂固化装置２８に送って固化する。排ガス
処理装置２７で除去された水分は排水処理設備２９で処
理後、放流される。

【００４０】排ガス中に窒素が含まれないので、排ガス
量が従来の廃棄物焼却炉に比して少なくて済み、排ガス
処理設備２７を小型化できる。また、ＣＯ₂固化装置２
８を通った後は、実質的に残る気体はなくなるので、従
来必要であった煙突２９が必要でなくなる。

【００４１】熱交換器２３で加熱された給水は、廃棄物
焼却炉２１に付属する排ガスボイラによって蒸気とさ
れ、発電プラント３１に送られて発電に利用される。酸
素製造装置２６で分離された窒素は、廃棄物焼却炉２１
に送られて、炉壁や火格子、分散板等の冷却に使用され
る。

【００４２】混合器２５においては、混合される排ガス
の量は、ほぼごみの処理量に応じて決定される略一定の
量であり、酸素の量がごみの処理量の他に炉内燃焼状態
と排ガス中の酸素濃度に応じて決定される。すなわち、
一般に炉内温度が高すぎれば酸素量を減らし、炉内温度
が低すぎるときは酸素量を増やす。しかし、炉内温度が
高すぎる場合でも、排ガス中の酸素濃度が低い場合に
は、酸素量を減らすことは行わない。これらの酸素量の
調整方法は、従来の空気量の調整方法と同じである。し
かし、本発明の場合には、酸素量の調整であるので、従
来のように空気量を調整するのに比して１／５の流動変
動で済み、流動変動が燃焼状況変動の要因になることが
少なくなる。

【００４３】また、図示されていないが、廃棄物焼却炉
２１から、除塵器２２、熱交換器２３、ブロワ２４を経
て混合器２５に至る排ガス再循環系に、パルス燃焼器を
設置することが好ましい。パルス燃焼器による脈動流
は、内壁付近の境界層を剥離させ、ダストの付着を低減
する効果があるので、CaCl₂のように、高温ではガス状
でありながら、４００〜６００℃では固体状になるよう
な物質が内壁等に付着、固化してバイパスの閉塞トラブ
ルを引き起こすことを防止することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明は、火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉であって、排
ガスと酸素の混合気体を主要酸化剤とし、燃焼室入口に
てこれらが混合することを特徴とする廃棄物焼却炉であ
るので、酸化剤供給ダクト内での異常燃焼や内壁の高温
酸化が防止でき、炉から排出される排ガスの絶対量を減
らすことができ、排ガス処理設備を小型化することがで
きる。また、排ガスの顕熱を有効利用することができ、
熱効率を高めることができる。

【００４５】また、吹き込みガスの温度が高いため、炉
内ガスとの粘性の違いが小さく、従って、炉内酸素濃度
や温度の分布が均一となり、酸素利用効率が向上する。
さらに、炉内に吹き込まれる気体の流量変動が小さくな
るので、流動変動によって燃焼状態が不安定になること
が回避される。また、火炎温度が高くなりすぎることが
ない。加えて、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の排出濃
度を低く抑えることができる。

【００４６】さらに、炉の下流の排ガスの一部を再循環
させて炉内に吹き込むためのバイパスと、バイパスの途
中に設けられたブロワと、前記ブロワの上流側のバイパ
ス中に設けられた除塵器と、前記ブロワの下流側のバイ
パス中に設けられた排ガスと酸素の混合装置を有するの
で、ダストがブロワの羽根車等に衝突して羽根車等が摩
耗するのを防止すると共に、炉底部材（火格子や分散
板）等にダストが付着し、作動不良を起こしたり開口部
の閉塞トラブルを起こすのを回避することができる。

【００４７】加えて、ブロワの入口における排ガス温度
が４００〜６００℃とされているので、ダイオキシンの
発生を避けることができ、かつ、炉底部材やブロワとし
て一般的な材質のものを用いることが可能となる。

【００４８】

【００４９】

【００５０】請求項２に係る発明は、炉内壁または炉底
部材の一部または全部が、酸素製造装置により分離され
た窒素ガスを用いて冷却されることを特徴とする廃棄物
焼却炉であるので、酸素製造装置で分離された窒素の有
効利用を図ることができる。

【００５１】請求項３に係る発明は、バイパス経路の少
なくとも１箇所にパルス燃焼器を設けたことを特徴とす
る廃棄物焼却炉であるので、バイパス中にダストが付
着、固化してバイパスが閉塞されるのを防止することが
できる。

【００５２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す系統図であ
る。

【図２】廃棄物焼却炉の概要を示す図である。

【符号の説明】

１ホッパ２ごみ３乾燥ストーカ４燃焼ストーカ５後燃焼ストーカ６主灰シュート７主燃焼室８中間天井９主煙道１０副煙道１１２次燃焼室１２除塵室１３廃熱ボイラ２１廃棄物焼却炉２２除塵器２３熱交換器２４ブロワ２５混合器２６酸素製造装置２７排ガス処理設備２８ＣＯ₂固定化装置２９排水処理設備３０煙突３１発電プラント

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢＨＦ２３Ｌ 1/00 Ｆ２３Ｌ 1/00 Ｃ (72)発明者澁谷榮一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者井上正則東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭62−169919（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−113232（ＪＰ，Ａ) 特開平６−94212（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−54931（ＪＰ，Ａ) 特開平５−280708（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−131456（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/44 F23C 11/00 F23G 5/30 F23G 5/50 F23L 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉であ
って、排ガスと酸素の混合気体を主要酸化剤とし、前記
排ガスと酸素とが燃焼室内に開口部を有する混合装置内
で混合され、炉の下流の排ガスの一部を再循環させて炉
内に吹き込むためのバイパスと、バイパスの途中に設け
られたブロワと、前記ブロワの上流側のバイパス中に設
けられた除塵器を有し、前記ブロワの入口における排ガ
ス温度が４００〜６００℃とされていることを特徴とす
る廃棄物焼却炉。
【請求項２】火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉であ
って、排ガスと酸素の混合気体を主要酸化剤とし、前記
排ガスと酸素とが燃焼室内に開口部を有する混合装置内
で混合され、炉内壁または炉底部材の一部または全部
が、酸素製造装置により分離された窒素ガスを用いて冷
却されることを特徴とする廃棄物焼却炉。
【請求項３】火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉であ
って、排ガスと酸素の混合気体を主要酸化剤とし、前記
排ガスと酸素とが燃焼室内に開口部を有する混合装置内
で混合され、炉の下流の排ガスの一部を再循環させて炉
内に吹き込むためのバイパス経路を有し、バイパス経路
の少なくとも１個所にパルス燃焼器を設けたことを特徴
とする廃棄物焼却炉。