JP3754683B2 - 竪型ごみ焼却炉及びこの竪型ごみ焼却炉における高発熱量廃棄物の燃焼制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、産業廃棄物や一般廃棄物などのごみを焼却する竪型ごみ焼却炉における、炉壁部の構築構造及びその燃焼制御方法、特に高発熱量廃棄物を燃焼する際の制御方法に関する。
従来の竪型ごみ焼却炉は、焼却炉体下部を漏斗状に絞られた炉壁構造であり、温度調節された空気が燃焼空気として炉内に送入されていた。
図５は、特許文献１の「産業廃棄物焼却用竪型ごみ焼却炉」に開示された、従来技術の竪型ごみ焼却炉の概略構造及び燃焼状況を示す模式図である。
図５において、１は上部耐火物１１で構築された円筒部Ｖと、下部耐火物１２で構築された漏斗部Ｆとで構成された焼却炉本体であり、上部耐火物１１と下部耐火物１２及び、 これら両耐火物を囲繞する鋼材によって主体が構築されている。
この焼却炉本体１の上半分である、上部耐火物１１で構築された円筒部Ｖ内の火炎層ａには、その側部に産業廃棄物や一般廃棄物などのごみＲを焼却炉本体１内に投入するためのごみ投入口１３が開口されるとともに、同じく火炎層ａの上部側壁には着火バーナ１４と、後述する未燃ガスの旋回兼２次燃焼のために常温の２次空気２１を炉内に噴射するダンパを備えた複数の２次空気ノズル２２及び、図示しない複数の温度検出器群や炉内監視カメラ等が配設されている。
焼却炉本体１の中間部以降は、ごみ層を厚くして性状の異なるごみ質を平準化させるために漏斗状に絞られているが、該漏斗部Ｆの側壁を構成する下部耐火物１２の外面は、例えば上部は空冷ジャケット１５、下部は水冷ジャケット１６に分割された冷却ケーシングによって冷却されている。
ここで、焼却炉本体１内での燃焼状態により相対位置が変動するものの、該漏斗部Ｆに上方から形成されるごみ層ｂ，おき燃焼層ｃ，灰層ｄの各層には、温度調節された１次燃焼空気２３を各層に供給するための温度・風量調節用のダンパ２４を備えた複数（４組を図示）の１次空気ノズル２５及び、図示しない複数の温度検出器やレベル検出器が適宜配設されている。
焼却炉本体１の底部には、常時は開放状態である出没自在なごみ支持板３１，３１が駆動手段を備えて水平方向に配置され、該ごみ支持板３１，３１の下方には、若干の空間を隔てて、常時は閉鎖状態であり複数の通気孔３２が開口された焼却灰排出板３３，３３が、駆動手段を備えて開閉自在に設けられている。
上述のごみ支持板３１，３１と焼却灰排出板３３，３３とは、ケーシング３４に内蔵されており、このケーシング３４は、側面に高温の後燃焼空気３５を供給する後燃焼ダクト３６がダンパを伴って取付けられるとともに、下部は灰搬出手段３７に挿入されている。
上述のごみ支持板３１，３１と焼却灰排出板３３，３３及び、ケーシング３４により焼却灰排出機構Ｅが構成されている。
一方、 焼却炉本体１の上方には、 後述する未燃ガス５１の旋回兼２次燃焼用である２次空気２１の噴射により、２次燃焼されるとともに回転を始めた燃焼ガス５２を更に確実に旋回させるために、ガス通路を傾斜せしめて構築された耐火物製の排ガス混合手段４１を介して耐火物製の再燃焼室４２が載置されており、該再燃焼室４２の側壁には、再燃バーナ４３が設けられ、その天井部には高温用の空気予熱器４４が配設されており、上記排ガス混合手段４１、再燃焼室４２、再燃バーナ４３及び空気予熱器４４により構成される再燃機構４の出口は図示しないガス冷却装置へと連接されている。
なお、焼却炉本体１と再燃機構４と焼却灰排出機構Ｅの外部は、図示しない保温材等で保温工事が施されている。
次に、このように構成された産業廃棄物焼却用竪型ごみ焼却炉におけるごみの焼却方法について説明する。
始業時において、ごみ投入口１３から焼却炉内に供給されたごみＲは、焼却炉本体１の底部にある灰層ｄ上に堆積されて、着火バーナ１４により加熱されるとともに、１次燃焼空気２３が供給されて燃焼を始め、燃え易いごみから焼却されて灰となり、難燃性のごみと共に火種を保有しながらおき燃焼層ｃを形成する。
その状態でごみＲを追加供給すれば、ごみＲはごみ層ｂに堆積され、おき燃焼層ｃから上昇する熱気と１次燃焼空気２３により着火され、徐々に燃焼がごみ層ｂ全体に拡がり、平常操業状態に移行する。
この燃焼時においておき燃焼層ｃ及びごみ層ｂの下層で発生した未燃ガス５１は、ごみ層ｂ内を通過して上昇し、その熱で上方にあるごみＲの着火及びガス化を促進するとともに、ごみＲの乾燥を行う。
さらに、火炎層ａまで上昇した未燃ガス５１は、火炎層ａ上部に供給されている常温の２次空気２１によって２次燃焼して燃焼ガス５２となり、その放射熱をごみ層ｂの表面に照射するために、プラスチック類や繊維類等の高発熱量の易燃物が着火されてガス化燃焼し、水分の多いごみや雑誌等の難燃物は乾燥されるとともに、ごみ層ｂから降下したおき燃焼層ｃにおいて炭化燃焼を続け、上述の易燃物と共に未燃ガス５１を発生させる。
上述の燃焼ガス５２は排ガス混合手段４１により旋回されながら再燃焼室４２に入るために、再燃焼室４２の容積を十分活用しながら再燃バーナ４３の加熱によりダイオキシン類の熱分解のための再燃焼を確実に行うとともに、空気予熱器４４において常温空気２６と熱交換して後燃焼空気３５を昇温させて再燃焼ガス５３となり、図示しない次工程の排ガス冷却装置に排出される。
上述のおき燃焼層ｃにおける燃焼が終り、ごみＲ中に含有される不燃物は灰となって灰層ｄに滞留され、残存する未燃物は灰層ｄにおいてその燃焼を完結させられるが、図示しない温度検出器によって該未燃物の燃焼が完結したことが確認できれば、ごみ支持板３１，３１を灰層ｄの上層に突出させて、ごみ支持板３１，３１よりも上部に位置する、灰層ｄの上層部、おき燃焼層ｃ、ごみ層ｂの灰及びごみの荷重を支持する。
この後、焼却灰排出板３３，３３を下方に転回させ、ごみ支持板３１，３１よりも下方の、燃焼が完結した焼却灰Ａを灰搬出手段３７に落下させる。
焼却灰Ａ排出後は、焼却灰排出板３３，３３を上方に復帰させたのち、ごみ支持板３１，３１を灰層ｄから退出させることにより、ごみ支持板３１，３１の上方にある残余の灰及びおき燃焼層ｃの焼却残渣を底部の焼却灰排出板３３，３３上に落下させるとともに、ごみ層ｂも順次落下させる。
上述の燃焼過程において、下部耐火物１２の上方の外側は空冷ジャケット１５で徐冷されているために、漏斗部Ｆでの燃焼を阻害することなく易燃物の部分燃焼による炉壁へのクリンカ溶着を抑止でき、同じく下方の外側は水冷ジャケット１６で冷却されているために、ガラス溶融物等の溶融・固化を防止している。
特開２００１−３０４５１９号公報
しかしながら、図５に示す従来の竪型ごみ焼却炉で、シュレッダーダスト単独または他の産業廃棄物とを混合して焼却する場合は、ごみの性状が多種多様であるほか、シュレッダーダストに含まれるプラスチック類や繊維屑等の高発熱量物質や、鉄片・針金等の不燃物、あるいはアルミ片・ガラス等の易溶融物の含有量が多く、水分が少ないために、通常の廃棄物焼却時と異なり、燃焼状態が不安定になるとともに、ごみ層ｂやおき燃焼層ｃあるいは灰層ｄにおいて、揮発分の分解燃焼や高発熱量物質の部分燃焼による局部的な異常温度上昇により周囲の灰が溶融して大型で強固なクリンカを形成したり、不燃物や易溶融物を中核として固着した肥大物によるブリッジが発生して焼却灰Ａの排出が不可能となる事が多く、その排除のために操業を停止せざるを得ない事態に至ることが多い。
また、プラスチック・紙・布類の高発熱量物質や、雑誌・ギプス等の難燃物や、注射針等の不燃物あるいはガラス等の易溶融物を含む医療系廃棄物を焼却する場合も同様の現象が生ずる。
さらに、ごみ投入口１３から投入されたごみＲは、図５において１点鎖線で示す如く、ごみ投入口１３を頂点とする傾斜面を形成しがちであり、１次燃焼空気２３や未燃ガス５１は通気抵抗の少ない部分を通過するために燃焼が偏り、上述の傾斜を更に助長して仮想線の如き急傾斜となる傾向があるために、燃焼が不安定になるとともに、漏斗部Ｆの容積を有効に利用することができない。
請求項１に係る発明の竪型ごみ焼却炉は、産業廃棄物や一般廃棄物などのごみを焼却する竪型ごみ焼却炉において、炉内に開口されたごみ投入口の先端に、ごみを中心部方向に投入するための案内部を設け、該案内部下方の中段までの炉壁を、案内部側が垂直となり下方が狭められた偏心円錐形に構築するとともに、該偏心円錐形部下端から焼却灰排出口に至る下方の炉壁を末広がり状に構築したものである。
請求項２に係る発明の竪型ごみ焼却炉における高発熱量廃棄物の燃焼制御方法は、請求項１記載の竪型ごみ焼却炉を用いて、シュレッダーダストや医療系廃棄物を含む産業廃棄物などの高発熱量廃棄物を燃焼制御する方法であって、炉内最下部に形成される灰層に送入する燃焼空気に、飽和水蒸気または過熱水蒸気あるいは排ガスを添加するとともに、該灰層上方に堆積するおき燃焼層に、飽和水蒸気または過熱水蒸気あるいは排ガスを送入することを特徴とする。
以上述べたように、本発明によれば、炉内に開口されたごみ投入口の先端に、ごみを中心部方向に投入するための案内部を設けるとともに、該案内部以降の炉壁を偏心円錐形に構築したために、炉内のごみ層の偏りが防止でき、漏斗部の容積を有効に利用することができる。
また、上記偏心円錐部以降の炉壁を末広がり状に構築したために、クリンカや肥大物が発生しても、ブリッジ現象による焼却灰排出不可能な状態が回避でき、操業を停止する事態を避けることができる。
さらに、おき燃焼層及び灰層に飽和水蒸気または過熱水蒸気あるいは排ガスを吹き込むことにより燃焼状態が安定するとともに、高発熱量廃棄物を焼却する際に発生する、焼却炉底部における局部異常燃焼を防止して、クリンカ等の発生を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る竪型ごみ焼却炉を設置した施設全体の構成を示す概略フロー図であり、図２は該竪型ごみ焼却炉の概略構造及び高発熱量廃棄物を焼却した際の燃焼状態を示す縦断面図であり、図３は図２のＸ−Ｘ断面の平面視図である。なお、図５で説明した同部材と同物質には同一の符号を付し、詳細説明は省略する。
図１において、焼却炉本体１での燃焼を終り、再燃焼室４２から空気予熱器４４を通過して排出された再燃焼ガス５３は、例えば廃熱ボイラ６１の如き排ガス冷却装置に導入されて熱交換することにより飽和または過熱された水蒸気（以後、単に水蒸気と略称する）５４を発生させて中温ガス５５となり、さらに、減温手段６２によりバグフィルタ６３の所要温度まで減温されたのち、バグフィルタ６３等で構成された排ガス処理装置で排ガス処理を行い、処理後の排ガス５６は誘引通風機６４により吸引されて煙突から大気中に放出される。
廃熱ボイラ６１で発生された上述の水蒸気５４は、後述するおき燃焼層ｃまたは灰層ｄに送入されるとともに、タービン発電機の如き余熱利用装置６５で利用され、残余は図示しない復水器等で処理されて廃熱ボイラ６１に還流される。
図２及び図３において、円筒部Ｖの下端に位置するごみ投入口１３がごみ層ｂに向けて開口される部分には、ごみＲを中心方向に投入するために炉内に突出させた耐火物製の案内部７１が構築されている。
該案内部７１下面以降に位置する不定形耐火物７２の上部は、案内部７１側が垂直となる偏心した円錐形状の堆積部Ｈとなり、その外面は空冷ジャケット１５で冷却され、下端が焼却灰排出機構Ｅに繋がる下部は、末広がり状の燃焼部Ｇを形成して外面は水冷ジャケット１６で冷却されている。
また、おき燃焼層ｃに相当する位置の側壁には水蒸気送入ノズル７３が挿入され、後燃焼ダクト３６には水蒸気吹込配管７４がそれぞれ調節弁を備えて接続されている。
次に、このように構成された廃棄物焼却用竪型ごみ焼却炉を用いて、シュレッダーダスト等の高発熱量廃棄物の燃焼状況及びその燃焼制御方法について、主に図２により必要に応じて図１を参照して説明する。なお、火炎層ａ、ごみ層ｂ、おき燃焼層ｃと灰層ｄの形成状況及び、平常操業状態に移行するまでの燃焼状況については、前述の従来技術と同様であるので、詳細説明は省略する。
平常操業状態において、ごみ層ｂでは、火炎層ａでの未燃ガス５１の２次燃焼と２次燃焼した燃焼ガス５２による放射熱が、炉中心部を頂点とした山形を形成したごみ層ｂの表面に照射されるとともに、１次燃焼空気２３の供給と、おき燃焼層ｃから上昇する未燃ガス５１の加熱とによって、プラスチック類や繊維類等の高発熱量の易燃物が着火されてガス化燃焼し、残余の水分の多いごみや難燃物は、乾燥されるとともに炭化燃焼を続けて未燃ガス５１を発生させる。
この際、不定形耐火物７２の上半分は冷却送風機７５から送風される常温空気２６で冷却された空冷ジャケット１５により背面から徐冷されているために、該不定形耐火物７２の炉内表面温度は７００℃以下を保持しており、堆積部Ｈでの燃焼を阻害することはなく、また通常発生し易い易燃物の部分燃焼によるクリンカが炉壁に溶着するのを阻止している。
おき燃焼層ｃは、ごみ層ｂでの燃焼が終わっていない未燃炭化物や難燃物を、後述する灰層ｄから上昇する熱気と１次燃焼空気２３の供給を受けて、時間をかけておき燃焼する部位であり、上述の如く水冷ジャケット１６の冷却効果によりこの部分の不定形耐火物７２の炉内表面温度は、通常は４００〜５００℃に止まり、クリンカの炉壁への付着やガラス溶融物の溶着・固化を防止している。
次に、灰層ｄは、空冷ジャケット１５からの排気５７と常温空気２６との混合気５８を吸入した押込送風機７６から空気予熱器４４に送られることにより、２５０〜３００℃程度に加熱された後燃焼空気３５によって、なおかつ残留する未燃炭化物を燃焼し尽くして焼却灰Ａとするとともに、該焼却灰Ａを冷却して熱気を上部のおき燃焼層ｃに供給する部位であり、灰層ｄ下部の焼却灰Ａは、通気孔３２を通過して灰層ｄ内を上昇する前述の後燃焼空気３５の通気と水冷ジャケット１６によって、３００℃程度まで冷却されている（図１参照) 。
ここでシュレッダーダスト等の高発熱量物質を焼却する場合は、破砕された高発熱量可燃物の局部的燃焼による異常高温でクリンカが形成されたり、からみ易い針金等の不燃物やアルミ・ガラス等の易溶融物を中核として固着した肥大物が発生する事態も少なくない。
この対策として、灰層ｄになお残存する可燃物の局部燃焼による異常高温状態（例えば６００℃以上）が、灰層ｄに配設された複数（１個のみ図示）の灰層温度検出器７７により検出された場合には、後燃焼ダクト３６に水蒸気５４を送入して、通気孔３２から灰層ｄに上昇する後燃焼空気３５を低酸素状態として、局部異常燃焼を抑制して灰層ｄにおけるクリンカの発生を防止する。
上述の灰層ｄに供給される後燃焼空気３５への水蒸気添加を行い、灰層ｄから上昇する熱気が低酸素状態になっても、おき燃焼層ｃにおける異常高温（例えば７５０℃以上）の継続が、おき燃焼層ｃに配設された複数（１個のみ図示）のおき燃焼層温度検出器７８により検出されると、おき燃焼層ｃに配設された水蒸気送入ノズル７３から適量の水蒸気５４を吹込むことにより、おき燃焼層ｃをさらに低酸素燃焼状態として緩慢な燃焼状態に導き、異常燃焼状態を沈静化させてクリンカの発生を防止するとともに、ガス化還元反応を起こして（高温の還元雰囲気として）窒素酸化物の発生を抑制する。
これら水蒸気吹込みの結果、燃焼状態が低下することにより発生する恐れがあるすすを含む未燃ガス５１は、竪型ごみ焼却炉の特徴である上方のごみ層ｂを通過する間にすすや粉塵がろ過されるとともに、ろ過後の未燃物ガス５１は、再燃機構４内において完全燃焼されたあと、再燃焼ガス５３となって次工程の廃熱ボイラ６１に排出される（図１参照) 。
また、高発熱量廃棄物による局部燃焼や易溶融物や不燃物の影響で、おき燃焼層ｃと灰層ｄにおいて発生する頻度が高いクリンカや肥大物は、ごみ支持板３１，３１を出没させることにより小塊に圧壊させることができる。
さらに、燃焼部Ｇの側壁部は末広がり状に構築されており、ブリッジが万一発生してもその脚が固定し難い形状であるために、上述の対策にも関わらず形成される虞のある若干のクリンカや肥大物により排出不可能となる焼却灰排除のための操業停止を回避することができる。
上述の対策により、完全燃焼が終り灰層ｄの温度が安定すれば、はじめてごみ支持板３１，３１を閉鎖したのち焼却灰排出板３３，３３を開放する従来技術と同様の操作を繰返して、焼却灰Ａを順次排出する。
以上の焼却灰排出操作の一例を図４により説明する。
灰層ｄの温度が規定値（６００℃）以上であれば（ステップＳ1 ）、水蒸気５４を後燃焼空気３５に添加して灰層ｄに送入し（ステップＳ2 ）、灰層ｄでの局部異常燃焼を抑制し、温度が規定値まで降下すれば（ステップＳ3 ）水蒸気５４の送入を停止する。
この制御を行ってもおき燃焼層ｃの温度が規定値（７５０℃）以上であれば（ステップＳ4 ）、水蒸気５４を水蒸気送入ノズル７３からおき燃焼層ｃに送入して（ステップＳ5 ）緩慢燃焼状態に導き、温度が規定値以下まで降下すれば（ステップＳ6 ）該水蒸気の送入を停止する。
以上の各操作により灰層ｄの温度が規定値（３５０℃）以下で安定していれば（ステップＳ7 ）、ステップＳ8 に進み上記ステップＳ2 またはＳ5 で水蒸気５４を送入している場合にはごみ支持板３１，３１を開閉して（ステップＳ9 ）、発生した虞のあるクリンカまたは肥大物の圧壊を行い、水蒸気送入操作をしなかった場合は、ごみ支持板３１，３１と焼却灰排出板３３，３３を開閉して（ステップＳ10）、焼却灰Ａを順次排出する。
なお、上述の各規定値は一例を示すものであって焼却対象物により調整すべき値である。
また、冷却ケーシングは、空冷ジャケット１５と水冷ジャケット１６の組合せで説明したが、その組合せ及び冷媒の種類を固定するものではなく、ごみ支持板３１，３１と焼却灰排出板３３，３３は、左右一対のものを図示したが、その対の数はいくつでもよく、形状も、その機能を発揮する物であれば形状を特定するものではない。
さらに、排ガス混合手段４１と案内部７１は、その機能を発揮すれば図示の形状を固定するものではなく、無冷却方式のものを示したが、空冷方式を採用してもよい。
また、排ガス冷却装置として、廃熱ボイラ６１を用いて説明したが、既設設備に適用する場合を含め、排ガス冷却装置は水噴射装置として、蒸気発生源はパッケージボイラでも差支えないし、おき燃焼層ｃと灰層ｄに水蒸気５４を送入するように説明したが、排ガスもしくは図示しないバグフィルタ６３等での排ガス処理によって有害物除去後の排ガス５６単独あるいは、これらの排ガスと水蒸気５４との混合気を送入してもよい。
１ 焼却炉本体
１３ ごみ投入口
５４ 水蒸気
７１ 案内部
ｃ おき燃焼層
ｄ 灰層
Ｇ 燃焼部
Ｈ 堆積部
１３ ごみ投入口
５４ 水蒸気
７１ 案内部
ｃ おき燃焼層
ｄ 灰層
Ｇ 燃焼部
Ｈ 堆積部
Claims (2)
- 産業廃棄物や一般廃棄物などのごみを焼却する竪型ごみ焼却炉において、
炉内に開口されたごみ投入口の先端に、ごみを中心部方向に投入するための案内部を設け、該案内部下方の中段までの炉壁を、案内部側が垂直となり下方が狭められた偏心円錐形に構築するとともに、該偏心円錐形部下端から焼却灰排出口に至る下方の炉壁を末広がり状に構築したことを特徴とする竪型ごみ焼却炉。 - 請求項１記載の竪型ごみ焼却炉を用いて、シュレッダーダストや医療系廃棄物を含む産業廃棄物などの高発熱量廃棄物を燃焼制御する方法であって、
炉内最下部に形成される灰層に送入する燃焼空気に、飽和水蒸気または過熱水蒸気あるいは排ガスを添加するとともに、該灰層上方に堆積するおき燃焼層に、飽和水蒸気または過熱水蒸気あるいは排ガスを送入することを特徴とする、竪型ごみ焼却炉における高発熱量廃棄物の燃焼制御方法。
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