JP3995237B2

JP3995237B2 - 廃棄物焼却炉の操業方法

Info

Publication number: JP3995237B2
Application number: JP2002237022A
Authority: JP
Inventors: 輝男立福; 隆能登; 実鈴木; 雅明西野; 聰松井
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-08-15
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-08-15
Also published as: JP2004028548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物、下水汚泥等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉の操業方法、及びこのような操業方法を実施するのに好適な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６に示す。ホッパ３１に投入された廃棄物３２は、シュートを通して乾燥ストーカ３３に送られ、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廃棄物３２は、燃焼ストーカ３４に送られ、下から送られる燃焼空気により熱分解されてガス化され、一部は燃焼する。そして、更に後燃焼ストーカ３５で、廃棄物中の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３６より外部に取り出される。
【０００３】
燃焼は主燃焼室３７内で行われ、発生した燃焼ガスは、中間天井３８の存在により、主煙道３９と副煙道４０に別れて排出される。主煙道３９を通る排ガスには、未燃分はほとんど含まれず、酸素が１０％程度以上含まれている。副煙道４０を通る排ガスには、未燃ガスが８％程度含まれている。これらの排ガスは、２次燃焼室４１で混合され、２次的な燃焼が行われて未燃ガスが完全に燃焼する。２次燃焼室４１からの排ガスは、廃熱ボイラ４３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】
このような火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉において、廃棄物を焼却処理する場合、廃棄物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３７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。
【０００５】
このような課題を解決する方法として、特開平１１−２１１０４４号公報（特許文献１）には、蓄熱式バーナで発生させた高温気体を、焼却炉の主燃焼室又は二次燃焼室に吹き込む方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平１１−２２３３２３号公報（特許文献２）には、蓄熱式バーナで発生させた高温気体を、800℃以上の温度で炉内に吹き込む方法が開示されている。これらの技術は、いずれも焼却炉において発生する排ガス中の、ＣＯ及び芳香族系炭化水素等を多く含む未燃ガスや有害物質等を低減させることを目的としたものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２１１０４４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２３３２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−２１１０４４号公報に開示される技術においては、高温気体中の酸素濃度が２０％以上であるので、このような高温ガスを焼却炉内に吹き込むと、焼却炉内で急に燃焼が進み、局所高温領域が形成される恐れがある。局所高温領域が形成されると、たとえば有害物質であるＮＯｘの発生量が増加するという問題点がある。
【０００９】
また、特開平１１−２２３３２３号公報に記載される技術においては、上記の問題に加え、酸素含有気体を800℃以上の温度で主燃焼室に吹き込んでいるので、廃棄物の熱分解・部分酸化反応が促進され、場合によってはＣＯが発生する場合がある。
【００１０】
このように、前記いずれの技術においても火格子式焼却炉等の焼却炉によって、廃棄物を焼却する際に、排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ及びダイオキシンを含む有害物質を十分に低減させることが困難であるという問題を残している。
【００１１】
従来、廃棄物焼却炉において、廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で実際の空気量を除した比（空気比）は1.7〜2.0程度である。これは通常の燃焼に必要な空気比である1.05〜1.2に比べて大きくなっている。この理由は、廃棄物には不燃分が多く、かつ不均質なため、燃焼を行うには多量の空気が必要なためである。しかし、空気比が多くなるに従って排ガス量も多くなり、通常の燃焼炉に比べて大きな排ガス処理設備が必要となっている。
【００１２】
空気比を小さくすれば排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパクトになり、その結果廃棄物焼却施設全体が小型化して設備費を低減することができる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤量も低減できるので、運転費を低減できる。さらに、熱回収できずに失われる熱量を低減できるので、廃熱ボイラの熱回収率が向上し、これに伴ってごみ発電の発電効率を上げることができる。
【００１３】
このように、低空気比燃焼に対する利点は大きいが、低空気比燃焼では燃焼が不安定になるという問題がある。すなわち、従来の燃焼技術では、低空気比で燃焼させると、燃焼が不安定となり、ＣＯの発生が増加したり、火炎温度が局所的に上昇してＮＯｘが急増したり、煤が大量に発生したり、クリンカが発生したり、局所的な高温により炉の耐火物の寿命が短くなるという問題点があった。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、燃焼室に気体を吹き込む廃棄物焼却炉の操業方法、特に低空気比燃焼操業方法において、好ましい吹き込み気体の性状、温度を提供し、かつ、好ましい吹き込み方法を提供すること、及びこのような操業方法を行うのに適した廃棄物焼却炉を提供することを課題とする。
【００１５】
【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、廃棄物焼却炉において廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で実際の空気量を除した空気比を1.7より低くする低空気比燃焼操業を行ない、廃棄物焼却炉の燃焼室内に高温ガスを吹き込む廃棄物焼却炉の操業方法であって、前記高温ガスは、その温度［℃］Ｔが 200 以上で、かつ、高温ガスの中に含まれる酸素の濃度［ vol. ％］Ｃとの関係が、以下の（１）式で表される範囲にあり、かつ、前記高温ガスは、炉内の未燃ガスの燃焼が不安定となりＣＯ発生量を増加させないように（１）式に基づき酸素量と温度の下限が定められ、高温燃焼となり廃棄物の熱分解、ガス化反応を過度に促進しかつ未燃ガスの局所的な燃焼を生じさせてＮＯｘ発生量を増加させないように（１）式に基づき酸素量と温度の上限が定められ、さらに前記高温ガスの酸素の濃度と温度の範囲は、高温ガスを吹き込むことにより、廃棄物の熱分解を促進し、廃棄物上の空間によどみ領域を形成して安定な火炎を定在化させ、廃棄物の燃焼を均一化かつ安定させてＣＯとＮＯｘの発生を抑制するように定められた範囲であることを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法である。
exp（7.78-0.18Ｃ）≦Ｔ≦exp（7.45-0.11Ｃ）…（１）
【００１６】
発明者等は、廃棄物焼却炉において、燃焼室内に高温ガスを吹き込む際に発生するＣＯ、ＮＯｘと、燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度、高温ガスの温度についてその関係の調査を行った。その結果、排ガス中のＣＯ及びＮＯｘを同時に低減できる高温ガス中の酸素濃度、高温ガスの温度の範囲は、図１においてＡ線、Ｂ線、及びＣ線で囲まれた領域に限られることを見いだした。炉内に吹き込まれる時点での高温ガスの温度をＴ[℃]、高温ガス中の酸素濃度をＣ[vol.％]とすると、Ａ線は
Ｔ＝exp(7.78-0.18Ｃ)
Ｂ線は、
Ｔ≦exp(7.45-0.11Ｃ)
Ｃ線は
Ｔ＝200
に相当する。
【００１７】
Ａ線、Ｂ線、及びＣ線で囲まれた領域の酸素濃度と温度を有する高温ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、廃棄物の熱分解を促進し、廃棄物上の空間によどみ領域を形成して安定な火炎を定在化させることができる。さらに、熱分解ガスの混合が促進される結果、均一で安定した燃焼が促進されるので、ＮＯｘ、ＣＯの発生を大幅に低減できる。
【００１８】
Ａ線より下方の領域では、酸素量が不足し、また、吹き込むガスの温度が低いので未燃ガスの燃焼が不安定となり、その結果ＣＯの発生が増加する。またＢ線より上方の領域では、高温燃焼となり、その結果、廃棄物の熱分解、ガス化反応が過度に促進され、かつ、局所的に未燃ガスが燃焼するので、ＮＯｘが増加する。また、Ｃ線より下方の領域では、ガスを吹き込んでも周囲の気体の巻き込みや攪拌効果が小さいため、ガス混合が十分に行われない。その結果、局所高温領域が発生し、ＮＯｘが増加する。
【００１９】
例えば高温ガス中の酸素濃度が１２％の場合、低ＮＯｘ、低ＣＯを共に達成する高温ガスの温度は280〜500℃の範囲となる。高温ガス中の酸素濃度が１５％の場合、低ＮＯｘ、低ＣＯを共に達成する高温ガスの温度は200〜330℃の範囲となる。
【００２０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、高温ガスの吹き込み場所・領域が、吹き込み場所の温度が400[℃]以上でかつ未燃ガスが存在する空間であることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００２１】
燃焼室内において、温度が400[℃]以上でかつ未燃ガスが存在する空間は、廃棄物の熱分解が促進される領域、又は廃棄物の熱分解が完了する領域であり、廃棄物の熱分解により未燃ガスが発生し、かつ、火炎が存在する領域である。たとえば紙ごみにおいては約250℃で熱分解が始まり約400℃で熱分解が完了する。プラスチックゴミにおいては約400℃で熱分解が始まり、約500℃で熱分解が完了する。
【００２２】
高温ガスは、廃棄物の熱分解が始まらず、乾燥のみが行われている領域に吹き込んでも、排ガスの低ＮＯｘ、低ＣＯ化を促進する効果が小さい。すなわち、未燃ガスが多く存在する領域に吹き込むことが好ましい。高温ガスをこの領域に吹き込むことにより、未燃ガスの燃焼が安定して行われる。よって、本手段においては、高温ガスを吹き込む領域を前述の空間に限定している。
【００２３】
前記課題を解決する第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、高温ガスの吹き込み場所・領域が、燃焼開始領域から主燃焼領域までであることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２４】
前述のように、高温ガスは未燃ガスが多く存在する領域に吹き込むことが好ましいが、火格子式、流動床式等の多くの廃棄物焼却炉において、未燃ガスが多く存在する領域は、燃焼開始領域から主燃焼領域までである。ここで燃焼開始領域とは、廃棄物の燃焼が始まる領域であり、主燃焼領域とは、廃棄物の燃焼が実質的に完了する領域である。よって、燃焼開始領域から主燃焼領域までの間に高温ガスを吹き込むことが好ましい。
【００２５】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段であって、高温ガスの吹き込み量が一次空気量の１０％〜７０％であることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２６】
一次空気とは、廃棄物を燃焼させる目的で吹き込まれる空気のことであり、高温ガスを吹き込まない方式の従来型の廃棄物焼却炉において吹き込まれた空気のことである。一般に火格子式炉の場合は火格子下の風箱、流動床式炉の場合は流動床下の風箱から吹き込まれる。
【００２７】
高温ガスの吹き込み量が一次空気量の１０％未満であると、炉内ガスの攪拌に必要な運動量を持たないので、高温ガス吹き込みの効果が十分には発揮されない場合がある。また、高温ガスの吹き込み量が一次空気量の７０％を超えると、排ガスの低ＮＯｘ、低ＣＯ化の効果が飽和して、高温ガスの吹き込み量を増やす意味が無くなるばかりでなく、いたずらに排ガス量を増加させ、排ガス処理設備の増大を招くので好ましくない。よって、本手段においては、高温ガスの吹き込み量を一次空気量の１０％〜７０％の範囲に限定する。
【００２８】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、高温ガスの吹き込み量が廃棄物を燃焼させる理論空気量の１０％〜７０％であることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２９】
前記第４の手段においては、高温ガスの吹き込み量の基準値として一次空気量を用いたが、場合によっては、一次空気量が、廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量以下となる場合がある。このような場合は、高温ガスの吹き込み量を、廃棄物を燃焼させる理論空気量の１０％〜７０％とする。なお、理論空気量は、廃棄物の種類から決定する。
【００３０】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段であって、高温ガスの吹き込み方向が、主燃焼室高さの１／２を超えない高さ位置から、水平から下向き２０°の範囲の吹き込み方向であることを特徴とするとするものである。
【００３１】
廃棄物から発生する未燃ガスは、通常上向きに流れる。よって、高温ガスの吹き込み方向が上向きであると、未燃ガスと高温ガスの流れが同じ方向の速度成分を持つことになり、攪拌の効果が小さくなって、高温ガス吹き込みの効果が低減する。これに対し、高温ガスの吹き込み方向が水平あるいは下向きであると、上昇する未燃ガスと高温ガスが良く攪拌されるようになり、高温ガスの吹き込み効果を高めることができる。一般に高温ガスの吹き込みに効果がある要因は３Ｔといわれている。これらは、温度（Temperature）、攪拌（Turbulence）、滞留時間(Time)であるが、特に、高温ガスを下向きに吹き込むことにより、攪拌（Turbulence）、滞留時間(Time)を向上させることができる。
【００３２】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段であって、高温ガスを旋回流として吹き込むことを特徴とするもの（請求項７）である。
【００３３】
高温ガスを旋回流として吹き込むことにより、攪拌効果を高めることができ、高温ガスの吹き込み効果を高めることができる。「高温ガスを旋回流として吹き込む」とは、吹き出し口から流出する高温ガス自体が旋回流となっている場合の他、複数の吹き出し口から流出する高温ガスの流れが複合して旋回流となる場合を含むものである。
【００３８】
【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２は、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉の操業方法を実施する廃棄物焼却炉の例を示す図である。図２中の１は主燃焼室であり、この主燃焼室１の一方の側（図２の左側）には、廃棄物３を主燃焼室１内に投入するためのホッパ２が設けられている。
【００３９】
主燃焼室１の底部には、廃棄物３を移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）が、ホッパ２から遠ざかるに従って下がるように傾斜して設けられている。この火格子には２つの段差が形成されており、３つの部分に分かれる。この３つの火格子を、ホッパ２に近い方から、乾燥ストーカ４、燃焼ストーカ５、後燃焼ストーカ６と呼んでいる。乾燥ストーカ４では主として廃棄物３の乾燥と着火が行われる。燃焼ストーカ５では主として廃棄物３の燃焼が行われるが、廃棄物３は燃焼すると共に熱分解し、未燃ガスを燃焼ガスと共に放出する。燃焼ストーカ５において廃棄物３の燃焼は実質的に完了する。後燃焼ストーカ５上では、僅かに残った廃棄物３中の未燃分を完全に燃焼させる。完全に燃焼した後の燃焼残滓は、主灰シュート７より排出される。
各火格子の下部には、燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱８が設けられている。
【００４０】
ホッパ２と反対側の主燃焼室１の下方及び上方には、主煙道９と副煙道１０が設けられ、これらには、ガス冷却設備の一部である廃熱ボイラ１１の２次燃焼室１２が接続して設けられている。そして、主燃焼室１内には、主燃焼室１の出口近傍に、燃焼ガスを分流するための障壁（中間天井）１３が設けられ、燃焼ガスの流れを主煙道９と副煙道１０に分流している。
【００４１】
図２に示すように、ホッパ２から主燃焼室１内に廃棄物３を投入すると共に、燃焼用空気を各供給管及び風箱８を通して、火格子上を移動する廃棄物３に供給しながら廃棄物３を乾燥させ、さらに燃焼させる。
【００４２】
主燃焼室１の側壁にはノズル１４が設けられており、このノズル１４から、高温ガスが主燃焼室１内に吹き込まれている。なお、この高温ガスは、吹き込まれる時点での温度が200℃以上で、かつ、温度と酸素濃度の関係が前記(1)式を満足するように調整されている。
【００４３】
図２においては、ノズル１４は乾燥ストーカ４上部及び燃焼ストーカ５の左側上部に設置されている。廃棄物３が焼却される場合、まず水分の蒸発が起こり、次いで熱分解・部分酸化反応が起こる。ここで、熱分解反応は温度が200℃程度で起こり、温度が約400℃となった段階でほぼ完了する。図２に示す例では、乾燥ストーカ４の部分（後段部）及び燃焼ストーカ５の前段部に相当するので、これらの位置にノズル１４を設けて高温ガスを吹き込んでいる。廃棄物３の種類によっては、もっと高い温度で熱分解反応が完了するものがあり、この場合は、図２に示す位置より後段側（図の右側）にも、ノズル１４を設けることが好ましい。
【００４４】
また、ノズル１４は、図２に示すように、主燃焼室高さの１／２を超えない高さ位置に設けることが好ましい。その理由は、廃棄物３直上に高温領域を定在させることができるからである。
【００４５】
また、温度が400℃以上で、かつ未燃ガスが存在する空間に高温ガスを吹き込むことにより、未燃ガスの燃焼を促進させることができる。よって、未燃ガスを多く含む副煙道ガスと主煙道ガスとが混合する領域、すなわち、中間天井１３の上方、二次燃焼室１２の入り口部に、高温ガスを吹き込むように、ノズルを側壁、天井、中間天井１３，二次燃焼室１２入り口に設けてもよい。
【００４６】
高温ガスの吹き込み量としては、排ガス処理等を考えるとできるだけ少ない方が良い。しかしながら、吹き込み量が少なくなるとＣＯが発生し易くなり、完全燃焼をさせることができなくなる。このため、風箱８から吹き込まれる一次空気量の１０％〜７０％の吹き込み量とすることが望ましい。これにより、ＣＯの発生を問題ない程度に抑えることができる。前述のように、吹き込む高温ガスの量は、目的が達成される範囲でできるだけ少ない方が好ましい。よって、排出されるＣＯやＮＯｘの量を監視しながら、吹き込み量を一次空気量の１０％〜７０％の範囲で加減することが好ましい。
【００４７】
特に、廃棄物３の種類の変動があった場合、吹き込まれる一次空気の量が、廃棄物３を燃焼させるために必要な理論空気量より少なくなることもあり、この場合には多量の高温ガスを吹き込んで、廃棄物３の完全燃焼を促し、ＣＯの発生を防止することが好ましい。
【００４８】
吹き込まれる一次空気の量が少ないことが分かっている場合は、吹き込む高温ガスの量を、廃棄物３を燃焼させるために必要な理論空気量の１０％〜７０％の範囲となるようにしてもよい。
【００４９】
図２においては、炉の両側面にノズル１４を設け、ここから高温ガスを吹き込んでいる。ノズルは水平、又は下向きに設けることが好ましい。このようにすることにより、上昇する未燃ガスとノズルから噴出する高温ガスで攪拌作用を起こさせ、未燃ガスの燃焼を促すことができる。攪拌作用を促す意味では、ノズルは下向けに設けることが好ましいが、あまり角度を付けすぎると、炉幅方向全体に高温ガスが届かなくなる。よって角度は下向き10〜20°の範囲とすることが特に好ましい。
【００５０】
さらに、炉幅方向全体に高温ガスの攪拌作用を及ぼすために、高温ガスの吹き込み速度を、炉幅をＷ[m]とするとき、20Ｗ[m/s]以上としている。炉の両側面の対向する位置にノズルを設け、このような高速での吹き込みを行うことにより、焼却炉内に未燃ガスのよどみ領域が形成される。その結果、未燃ガスの炉内での滞留時間が長くなり、高温ガスとの反応時間が長くなることになって、反応が十分に行われる。よどみ領域を形成するには、ノズルを下向きに設置することが特に効果がある。
【００５１】
図２におけるノズルの配置を示すために、Ａ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図を図３に示す。ただし、図３においては、本発明に関係のない構造物は図示を省略している。図３において１５はよどみ領域、１７は炉壁、１８は炉天井、１９は高温ガス、２０は旋回流部、２１は未燃ガスである。
【００５２】
炉壁１７の左右に対向して設けられた１対のノズル１４からは、高温ガス１９が噴出され、平断面図であるＡ−Ａ’断面図（ａ）で見ると、互いに炉中央で衝突している。よって、炉中央部には、炉内ガスの動きが遅く、滞留しているよどみ領域（燃焼安定領域）１５が形成されている。
【００５３】
図３（ｂ）は、別の実施の形態を示すもので、平断面図である。ノズル１4の向きは、その中心軸が互いに平行でかつ所定間隔離れるようにされており、高温ガス１９は炉中央部において、所定距離だけ離れてすれ違うようになっている。よって、炉の中央部には旋回流部（旋回領域）２０が形成される。
【００５４】
すなわち、この実施の形態においては、炉の中央部に、平面的に見るとよどみ領域１５又は旋回流部２０が形成されていることになる。よって、前述のように、火炎が安定すると共に、ガス同士の混合が促進される。
【００５５】
図３（ａ）において、２つのノズル１４から噴出する高温ガスの流速を同じように変えてやることにより、よどみ領域１５の大きさを制御することができる。また、両方のノズル１４から噴出する高温ガスの流速に差を設けることにより、よどみ領域１５の炉の左右方向位置を変えることができる。さらに、ノズル１４の向きを、炉の前後方向に、同じ向きに変化させることにより、よどみ領域１５の炉の前後方向位置を変えることができる。
【００５６】
また、図３（ｂ）において、２つの高温ガス１９の間隔を変化させることにより、旋回流部２０の大きさを変えることができる。また、２つの高温ガス１９に速度差を設けることにより、旋回流部２０が形成される炉の左右方向位置を変化させることができる。さらに、２つの高温ガス１９の速度を同じように変えてやることにより、旋回流の速度を変えることができる。
【００５７】
図３（ｃ）は、図２のＢ−Ｂ’断面図を示すもので、両側の炉壁１７に下向きに設けられたノズル１４から吹き出された高温ガス１９が、上昇する未燃ガス２１と衝突してよどみ領域１５を形成している様子を示すものである。よどみ領域１５においては、燃焼が安定して行われる結果、安定な拡散火炎が形成される。その結果、従来技術と異なり、低空気比率燃焼条件下でも燃焼開始領域での燃焼の不安定性が増幅されず、煤等の発生が抑制され、均一で安定した燃焼が期待できる。
【００５８】
また、攪拌作用を及ぼすためには、高温ガスを旋回流としてノズル１４より炉内に吹き込むことも有効である。
また、炉側壁近傍のガスの攪拌を十分に行うように高温ガスを吹き込むことにより、燃焼を安定させる効果もあるため、吹き込み速度を少なくとも１０[m/s]以上とすることが好ましい。
【００５９】
高温ガスを吹き込まないときの炉内の火炎は輝炎であるが、以上のような実施の形態により適正に高温ガスが炉内に吹き込まれると、炉内の火炎は透き通った火炎となり、炉壁から炉床（ストーカ）を観測できるようになる。これは、炉内の温度分布が平均化され、かつ、未燃分の完全燃焼が行われているためと考えられる。よって、炉内の火炎の透明度を観察し、それを、高温ガスが適当に吹き込まれているかどうかの判断基準とすることも可能である。
【００６０】
以上の実施の形態においては、ＣＯ、ＮＯｘ、ダイオキシン等の微量有害物質の低減に効果がある。また、図２においては、中間天井１３を有する炉を図示しているが、本発明はこのような中間天井を有しない炉においても適用できることは言うまでもない。また、図２においては主燃焼室１内に高温ガスを吹き込んでいるが、２次燃焼室１２内に高温ガスを吹き込むようにしてもよい。さらに、高温ガスの吹き込みは炉の片側側面から行うようにしてもよい。さらに、炉の側面からではなく、中間天井、又は天井から吹き込むようにしてもよい。
【００６１】
これらの実施の形態において、ノズル１４から噴出させる高温ガスとしては、循環排ガスと空気の混合ガスを用いることが適当である。循環排ガスとは、廃棄物焼却炉より排出される排ガスの一部を主燃焼室内に戻し、その顕熱を回収したり、未燃分を再燃焼させたり、排ガス中の残留酸素を有効利用したりするものである。
【００６２】
循環排ガスが本発明の限定を満たしている場合は、これをそのまま炉内に吹き込めばよいが、用いられる循環排ガスの温度は200℃より低く、かつ、低空気比燃焼下では、酸素濃度は１０％より低いことがある。このため、高温空気製造装置や熱風炉により高温の空気を作り、これを循環排ガスに混合して、温度が200℃以上で酸素濃度と温度との関係が(1)式を満たすような高温ガスとして、炉内に吹き込むようにする。
【００６３】
また、２次燃焼室１２からの排ガスの温度が十分高く、かつ酸素濃度が高い場合は、高温空気製造装置を設けることなく、これを高温空気の代わりに使って、空気と混合して吹き込んでもよい。さらに、２次燃焼室１２からの排ガスの温度が200℃以上で酸素濃度と温度との関係が(1)式を満たすようなものであれば、これを直接炉内に吹き込んでもよい。
【００６４】
高温ガスとして、焼却炉から発生する排ガスを全量使用したり、高温ガスの一部のガスとして焼却炉から発生する排ガスを使用する場合は、排ガス中に含まれるダストに含有されるナトリウム塩やカリウム塩等が配管の管壁に付着し、腐食を起こしたり、配管を閉塞させる可能性がある。また、ダストを除去せずに炉内に吹き込んだ場合には、ダストに含まれる有害物質（例えばダイオキシン）により、排出されるこれら有害物質の濃度がかえって増加する危険性も考えられる。
【００６５】
このような問題の発生を防ぐためにも、排ガス中のダストを除去することが好ましい。除塵の方法としては、フィルタ方式、サイクロン方式等、周知のものが使用できる。フィルタ方式には濾布を使用するもの、セラミックス系フィルタを使用するものがあるが、排ガスの温度が高い場合は、セラミックス系のフィルタの方が、耐久性、耐熱性の面で優れている。金属繊維で加工された濾布も、使用温度によっては有効である。また、移動層式の除塵装置を用いてもよい。ダストを除去する場所は、できるだけ取り出し口に近い方が、除塵前の配管が短くなるので好ましい。
【００６６】
排ガスの取り出し口は、排ガスの温度が高い場所から取り出すことが望ましく、廃熱ボイラ付の焼却炉の場合には、ボイラ部から取り出すことが効果的である。ボイラ部では800℃の高温排ガスを抜き出すことが可能である。また、このような高温排ガスは、効果的にその中に含まれる有害物質を除去することができる。
【００６７】
高温空気製造装置の例としては、１対の蓄熱体を用意し、燃焼バーナからの高温排ガスにより第１の蓄熱体を加熱蓄熱し、既に加熱蓄熱されている第２の蓄熱体に空気を入れて、蓄熱体により空気を加熱し、高温排ガスによる蓄熱体の加熱と、蓄熱体による空気の加熱を、切り換えて行うことにより、高温の空気を発生させる蓄熱バーナや、レキュペレータ、燃焼バーナからの燃焼ガスに空気や酸素を混合するもの、酸素富化バーナ等が使用できる。
【００６８】
高温空気製造装置や熱風炉からの高温空気と循環排ガスを混合する場合は、エジェクター装置によって混合して炉内に吹き込むようにすることが好ましい。すなわち、高温空気をエジェクター装置に導いて、これを駆動流として循環排ガスを吸引しながら混合して、炉内に吹き込むようにする。このようにすれば、循環排ガスを吸引するためのファン等の特別の可動部を有する装置が必要でないので、装置構成が簡単になると共に、ダストトラブルを軽減することができる。
【００６９】
高温ガスが吹き込まれる領域は、主燃焼室１の火格子又は流動床から炉天井までの高さの１／２より下とすることが好ましい。このようにすると、炉内の廃棄物層直上において、ノズルから吹き込まれた高温ガスによって保炎効果が現われるため、炉内の廃棄物層直上に高温領域（火炎）を定在させることができる。よって、廃棄物の熱分解が効率的に行われると共に、高温領域が天井から遠くなるので、天井の焼損程度を軽減することができる。
【００７０】
表１に、バーナ燃焼ガスと希釈空気と循環排ガスを混合して高温ガスを調整し、炉内に吹き込む場合に、炉内に吹き込まれる高温ガスの性状（酸素濃度と温度）が本発明の範囲から外れた際に、炉内に吹き込まれる高温ガスの性状を改善するために操作する操作因子と操作方法の対応を示す。たとえば、酸素濃度が本発明の範囲より低く、温度が本発明の範囲より低い場合には、燃焼バーナの燃焼量を高めて吹き込む高温ガスの温度を上昇させると共に、排ガス循環量を少なくし、かつ希釈空気量（高温ガスに混合する空気量）を多くして燃焼安定化効果を高めるようにする。酸素濃度が本発明の範囲より低く、温度が本発明の範囲より高いときは、希釈空気量のみを多くして酸素濃度を高める。
【００７１】
【表１】

【００７２】
以上の実施の形態においては、炉内によどみ領域や旋回領域を形成するように高温ガスを吹き込む例を示した。このようにすることが燃焼の安定上好ましいことは、先願発明の明細書に記載されるとおりであるが、本発明においては、燃焼開始領域から主燃焼領域で燃焼を安定化することが目的であるので、必ずしも、よどみ領域や旋回領域を形成するように高温ガスを吹き込む必要はない。
【００７３】
図４に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の概要を示す。図１に詳しく示したように、主燃焼室１からの排ガスは廃熱ボイラ１１に導かれ、その一部である２次燃焼室１２内で２次燃焼した後、廃熱ボイラ１１で熱交換を行い、排ガス処理設備２２で清浄化処理されて、煙突２３から大気放散される。
【００７４】
この実施の形態においては、排ガス処理設備の下流側から、ブロア２４によって排ガスを吸引し、ガス混合装置２５に導いている。ガス混合装置２５には、バーナ燃焼ガス等の高温燃焼ガスが、高温燃焼ガス調節弁２６を介して導入されていると共に、希釈空気が希釈空気調節弁２７を介して導入されている。
【００７５】
ガス混合装置２５は、排ガス、高温燃焼ガス、希釈空気を混合し、高温ガスを発生させる。この高温ガスは、主燃焼室１内に吹き込まれる。この高温ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２９で調節される。酸素濃度調節装置２９は、高温ガス中の酸素濃度が所定の濃度になるように、希釈空気調節弁２７の開度を調整する。また、高温ガスの温度は、温度調節装置２８で調節される。温度調節装置２８は、高温ガスの温度が(1)式で示された範囲になるように高温燃焼ガス調節弁２６の開度を調整する。
【００７６】
このように、この実施の形態においては、主燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度と温度を調節する機能を有しているので、主燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度と温度を適当な範囲に保つことができる。吹き込まれる高温ガスの流量や流速を調整したい場合は、ブロア２４の回転数を調整する等の手段により調整すればよい。
【００７７】
図５に、図４に示した排ガス循環系の変形例を示す。この例においては、排ガスを取り出す場所が廃熱ボイラ１１の出口である点が図４に示した例と異なっており、全体としての機能は同じであるので、図４と異なる部分のみを説明する。図４における例においては、排ガスは排ガス処理設備２２の後方から取り出されているので、その中のダストは除去されており清浄である。しかし、温度は低下してしまっている。
【００７８】
図５に示す例では、廃熱ボイラ１１の出口から排ガスを取り出しているので、温度の高い排ガスを使用することができる。しかし、この排ガスにはダストが含まれており前述のような弊害があるので、ブロワ２４に至る配管中に除塵装置３０を設け、ダストを除去して清浄化した排ガスをブロワ２４に送出している。
なお、この場合は、排ガスの温度が高いので、高温燃焼ガス製造装置、高温燃焼ガス調節弁２６を省略することもできる。
【００７９】
図４及び図５に示す例では、循環排ガスにバーナ燃焼ガス等の高温燃焼ガスと希釈空気を混合する例を示しているが、前述のような高温空気製造装置により製造された高温空気を、高温燃焼ガスに代えてガス燃焼装置に導くこともできる。なお、この場合は、希釈空気をガス混合装置に導入して調整する代わりに、高温空気製造装置に導入する空気量を調節して、高温ガスの酸素濃度を調節するようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃焼室に高温ガスを吹き込む廃棄物焼却炉の操業方法、特に低空気比燃焼操業方法において、好ましい吹き込み高温ガスの性状、温度を提供し、かつ、好ましい吹き込み方法を提供すること、及びこのような操業方法を行うのに適した廃棄物焼却炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炉内に吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度の関係を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態を適用する廃棄物焼却炉の１例を示す図である。
【図３】図２の部分的な断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の概要を示す図である。
【図６】従来の廃棄物焼却炉の例を示す概要図である。
【符号の説明】
１…主燃焼室、２…ホッパ、３…廃棄物、４…乾燥ストーカ、５…燃焼ストーカ、６…後燃焼ストーカ、７…主灰シュート、８…風箱、９…主煙道、１０…副煙道、１１…廃熱ボイラ、１２…２次燃焼室、１３…中間天井、１４…ノズル、１５…よどみ領域、１７…炉壁、１８…炉天井、１９…高温ガス、２０…旋回流部（旋回領域）、２１…未燃ガス、２２…排ガス処理設備、２３…煙突、２４…ブロア、２５…ガス混合装置、２６…高温燃焼ガス調節弁、２７…希釈空気調節弁、２８…温度調節装置、２９…酸素濃度調節装置

Claims

廃棄物焼却炉において廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で実際の空気量を除した空気比を1.7より低くする低空気比燃焼操業を行ない、廃棄物焼却炉の燃焼室内に高温ガスを吹き込む廃棄物焼却炉の操業方法であって、前記高温ガスは、その温度［℃］Ｔが 200 以上で、かつ、高温ガスの中に含まれる酸素の濃度［ vol. ％］Ｃとの関係が、以下の（１）式で表される範囲にあり、かつ、前記高温ガスは、炉内の未燃ガスの燃焼が不安定となりＣＯ発生量を増加させないように（１）式に基づき酸素量と温度の下限が定められ、高温燃焼となり廃棄物の熱分解、ガス化反応を過度に促進しかつ未燃ガスの局所的な燃焼を生じさせてＮＯｘ発生量を増加させないように（１）式に基づき酸素量と温度の上限が定められ、さらに前記高温ガスの酸素の濃度と温度の範囲は、高温ガスを吹き込むことにより、廃棄物の熱分解を促進し、廃棄物上の空間によどみ領域を形成して安定な火炎を定在化させ、廃棄物の燃焼を均一化かつ安定させてＣＯとＮＯｘの発生を抑制するように定められた範囲であることを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。
exp（7.78-0.18Ｃ）≦Ｔ≦exp（7.45-0.11Ｃ）…（１）
請求項１に記載の廃棄物焼却炉の操業方法であって、高温ガスの吹き込み場所・領域が、吹き込み場所の温度が４００［℃］以上でかつ未燃ガスが存在する空間であることを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。
請求項１又は請求項２に記載の廃棄物焼却炉の操業方法であって、高温ガスの吹き込み場所・領域が、燃焼開始領域から主燃焼領域までであることを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉の操業方法であって、高温ガスの吹き込み量が一次空気量の１０％〜７０％であることを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉の操業方法であって、高温ガスの吹き込み量が廃棄物を燃焼させる理論空気量の１０％〜７０％であることを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉の操業方法であって、高温ガスの吹き込み方向が、主燃焼室高さの１／２を超えない高さ位置から、水平から下向き２０°の範囲の吹き込み方向であることを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉の操業方法であって、高温ガスを旋回流として吹き込むことを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。