JP4068001B2 - 廃棄物の燃焼方法および燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ，産業廃棄物等の廃棄物を焼却処理する廃棄物の燃焼方法および燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、都市ごみ，産業廃棄物等の多くをストーカ式焼却炉で焼却処理している。このストーカ式焼却炉では、火格子を多数本並べて構成するストーカ上に供給した廃棄物層に燃焼用空気を供給し、廃棄物を焼却処理する。
廃棄物焼却では、規定量の廃棄物を均一に焼却して、焼却灰量やその未燃分が均一で安定していることが求められている。通常運転時には、廃棄物の供給量を調節したり、ストーカ速度を調節して廃棄物送り量を調節したり、燃焼用空気量を調節することで安定的な焼却処理を実現している。
【０００３】
しかし、廃棄物の成分は不均一であり、高発熱量の高分子製品や、燃えやすい物が存在する部分では、局所的に燃焼が進み多量の熱が発生する。また、廃棄物の燃焼が一様に進行しないと、廃棄物層や灰層が薄くなりすぎたり、廃棄物層や灰層が無くなったりする部分が生ずることがある。
【０００４】
よって、燃焼炉内に敷設された火格子の表面温度は、廃棄物層内で局所的に多量に熱発生することによって、あるいはストーカ上の廃棄物層や灰層が薄くなったり無くなったりするところにおいて焼却炉内の燃焼火炎から輻射熱を受けることによって、高温になり、火格子の機械的強度が低下したり高温腐食等による減肉で耐久性が損なわれ焼損する等の問題があった。
【０００５】
このような問題への対策として、従来は、温度が上昇した火格子に直接水蒸気や水を噴射して、火格子温度を低減させていた（特許文献１、２）。
しかし、表面温度が５００℃を超える火格子に水蒸気（通常は２００℃程度の低圧蒸気を用いる）や水を直接噴射させて、火格子下面の温度を低減させても、火格子上面で行われている燃焼状況は変化しないために火格子は容易には冷却されない。そして、火格子の上面と下面とで温度差が生じ、繰り返しヒートショックにより火格子にひび割れが生じる等の問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６１６１８号公報
【特許文献２】
実公平８−７２２６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高温化した火格子を直接冷却するのでなく、火格子が高温になったときには、火格子上にある廃棄物層等の燃焼を抑制し、また、火炎から発する輻射熱を低減することで、火格子温度の上昇を防止する廃棄物の燃焼方法および燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる火格子の温度上昇を防止する廃棄物の燃焼方法および燃焼装置は、次の通りのものである。
（１）火格子で構成するストーカ及び前記火格子の下方に設置された複数の風箱を備えたストーカ式焼却炉に投入した廃棄物を前記ストーカ上で燃焼して焼却処理する廃棄物の燃焼方法において、前記火格子上の廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍へ、前記廃棄物を燃焼するために、流量が前記各風箱ごとに空気用の各調節弁により調節されて前記各風箱に導入される燃焼用空気と流量が前記各風箱ごとに不活性ガス用の各調節弁により調節されて前記各風箱内部に吹き込まれる非燃焼性の不活性ガスとを混合してなる燃焼用混合空気を、前記各風箱より供給すると共に、複数の温度計により前記火格子の温度を検出し、前記火格子の温度が予め設定された上限温度を超えたときには、その火格子に対応付けられた前記風箱において、前記不活性ガスを取り込む前記不活性ガス用の調節弁を開として前記燃焼用混合空気を調整することにより、前記各風箱ごとに独立して、前記廃棄物層及びまたは該廃棄物層近傍の前記不活性ガス量を増加して酸素分圧を下げて、燃焼速度を減少させて、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする。
【０００９】
（２）上記（１）の廃棄物の燃焼方法において、前記不活性ガスを水蒸気とする前記燃焼用混合空気を、前記火格子上の前記廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍へ供給して、該廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍および、その燃焼火炎中及び燃焼火炎近傍で水性ガス化反応を起こし、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる火格子の温度上昇を防止する廃棄物の燃焼方法は、前記非燃焼性の不活性ガスとして水蒸気を用いて前記燃焼用混合空気を生成し、前記廃棄物層または前記廃棄物層近傍へと供給することとしたため、前記廃棄物層または前記廃棄物層近傍において水性ガス化反応を生じさせて燃焼火炎から生ずる輻射熱を吸熱し、火格子への到達量を低減することができる。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）の廃棄物の燃焼方法において、前記廃棄物に、前記不活性ガスを水蒸気とする前記燃焼用混合空気を供給して、燃焼火炎中及び又は燃焼火炎近傍で水性ガス化反応を起こし、燃焼火炎の輻射熱を低減して前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする。
【００１２】
（４）上記（１）の廃棄物の燃焼方法において、前記廃棄物に前記不活性ガスを混合して成る前記燃焼用混合空気を供給して、燃焼火炎中及び又は燃焼火炎近傍の前記不活性ガス量を増加して、酸素分圧を下げて、燃焼火炎中及び又は燃焼火炎近傍の輻射熱を低減して、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする。
【００１３】
（５）上記（４）の廃棄物の燃焼方法において、空気分離装置から分離した酸素ガスを混合してなる酸素富化空気の酸素ガス量を低減せずまたは低減し、該空気分離装置から分離した窒素ガスを前記不活性ガスとして増加混合すること、及び又は水蒸気を混合してなる酸素富化燃焼用混合空気を前記廃棄物層へ供給して、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする。
本発明が提供する火格子の温度上昇を防止する方法は、空気分離装置から分離した酸素ガスと窒素ガスとを用いるために、酸素富化燃焼用混合空気を用いて廃棄物を高温で燃焼する場合においても、窒素等の不活性ガスを別途製造することなく、空気分離装置で生成した窒素を用いて燃焼用混合空気を使用して、火格子温度の上昇を防止することができる。
【００１４】
（６）上記（１）の廃棄物の燃焼方法において、前記燃焼用混合空気を前記廃棄物層に供給し、前記火格子温度が通常温度まで戻り、該通常温度が判定時間以上維持できた時、前記不活性ガスの混合供給を停止することを特徴とする。
【００１５】
（７）本発明にかかる廃棄物の燃焼装置は、火格子で構成するストーカを備えたストーカ式焼却炉に投入した廃棄物を燃焼用空気を供給して焼却処理する廃棄物の燃焼装置において、前記ストーカの火格子の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記燃焼用空気を前記ストーカの下方から廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍に供給する複数の風箱と、前記各風箱に導入される前記燃焼用空気の流量を前記各風箱ごとに調節する空気用の各調節弁と、前記各風箱内部に吹き込まれ前記燃焼用空気と混合される非燃焼性の不活性ガスの流量を前記各風箱ごとに調節する不活性ガス用の各調節弁とを備え、前記火格子の温度が上限温度を超えたときに、その火格子に対応付けられた前記風箱内で前記不活性ガス用の調節弁を開として不活性ガスを増加混合して燃焼用混合空気として供給することで、前記各風箱ごとに独立して、前記廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍の酸素分圧を下げて、燃焼速度を減少させて、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする。
（８）上記（７）に記載の廃棄物の燃焼装置において、前記不活性ガスを水蒸気とし、前記廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍および、その燃焼火炎中及び燃焼火炎近傍で水性ガス化反応を起こし、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる不活性ガスとしては水蒸気、窒素、二酸化炭素、廃棄物燃焼で生じる燃焼排ガスのいずれか又はその組合わせを用いることができる。
【００１７】
また、本発明にかかる燃焼用混合空気及び酸素富化燃焼用混合空気は、火格子下方に設置された風箱あるいは別置の混合室といった、混合手段で調整することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
図１は、都市ごみや産業廃棄物を焼却処理するストーカ式廃棄物焼却炉の概要を示したものである。ストーカ式廃棄物焼却炉は、廃棄物１を受け入れるホッパー２と、投入した廃棄物１で形成された廃棄物層４を焼却する鋳鉄合金製のストーカ３と、送風機６から送られる燃焼用空気５を蓄える風箱７と、廃棄物層４を焼却する焼却室１３ａとから成る。焼却室１３ａは耐火性の炉壁１３で構成され、内部には燃焼火炎１４が充満する。
ホッパー２から投入された廃棄物１は、廃棄物投入側から灰排出側に向けて下りの斜度が付けられたストーカ３の上を下りながら、風箱７から燃焼用空気５の供給を受けて焼却処理されて灰となり、灰排出口から外部へと排出される。ストーカは、火格子を多数本配置して構成されており、廃棄物投入側のストーカを燃焼ストーカ、灰排出側のストーカをおき燃焼ストーカという。
焼却炉に設置される火格子の数は焼却炉の規模により異なるが、通常５０００本程度である。そして、火格子を配置してなるストーカの下方には、風箱が数個、例えば５つ設置されている。
【００２０】
燃焼ストーカでは、まず始めに廃棄物が燃焼室内の輻射熱によって加熱・乾燥され、次に廃棄物は燃焼火炎中に送られて焼却される。ストーカは、廃棄物を廃棄物投入側方向（上り方向）に押し戻すように運動してストーカ上を灰排出側方向（下り方向）へと下る廃棄物層を混合し、攪拌する。廃棄物は燃焼ストーカでは、十分に焼却されて廃棄物灰となる。次いで、廃棄物灰はおき燃焼ストーカに送られて、いわゆるおき燃焼に供せられ、廃棄物灰に残存していた未燃物は完全に焼却されて焼却灰となる。
【００２１】
図２は風箱の断面図を示している。
風箱７は火格子１６の下方に設置されている。ストーカ式廃棄物焼却炉の通常運転時には、燃焼用空気５は送風機６で昇圧されて風箱７の下面側から導入され、自圧にて、風箱上方に設置された火格子１６を多数本配置して成るストーカ３上にある廃棄物層４へと供給される。
【００２２】
燃焼用空気５が供給されると廃棄物層４の燃焼は促進されて高温となり、火格子表面温度もまた上昇する。火格子の温度は、熱電対などの接触式温度計検出器で検出する。また、赤外線を用いた非接触式の温度計を用いることも可能である。
温度計はストーカの随所に設置されている。例えば、５０００本の火格子を用いてストーカを構成しているときは、温度計を１００個程度設置し、火格子の表面温度を測定する。
【００２３】
通常、火格子の表面温度は１８０℃程度である。火格子の設計温度、すなわち、火格子に許容される温度が最大４００℃であることを考慮すると、火格子の表面温度が３００℃を超えたときには、火格子温度の上昇を防止する必要が生ずることとなる。火格子温度の上昇を防止するために焼却炉の運転条件を変更しても、タイムラグをもって火格子温度は低下するために、許容温度に対して余裕を見る必要があるからである。
なお、焼却炉の運転員は、常時、火格子の表面温度を監視している。焼却炉の運転を継続すると火格子温度が変化するため、火格子の表面温度を常時監視して、温度管理する必要があるためである。
【００２４】
風箱７には蒸気ノズル８が設置されている。この蒸気ノズル８は、外部から風箱７内部へと配管を経由して水蒸気９を取り込むためのものである。蒸気を取込む配管には流量計および調節弁が設置されていて、風箱内部へと吹き込む水蒸気９の流量を調節している。
【００２５】
火格子１６の温度が、予め設定された上限温度以上まで上昇すると、火格子温度を測定している温度計から、水蒸気を取り込む調節弁に信号が発せられて、調節弁を開とする。そして、上限温度を超えた火格子の下方にある風箱７内部では、燃焼用空気５に蒸気ノズル８から噴霧した水蒸気９が混合される。このように燃焼用空気５に水蒸気を混合して調整されたガスを燃焼用混合空気１０と呼ぶ。燃焼用混合空気１０は、送風機６の押込み圧力によって、ストーカ３上にある廃棄物層４およびその近傍へと供給される。
【００２６】
ここで、廃棄物層近傍とは、供給された燃焼用混合空気１０が自然拡散する範囲をいう。燃焼用混合空気１０は、送風機６で昇圧されているので、一旦火格子上にある廃棄物層へと供給された後は、その近傍へと拡散するのである。
上述したように、温度計は火格子の随所に設置されており、また、風箱はストーカ全体に、数個程度しか設置されていないため、温度計の温度が上限温度を越えたときに、どの風箱から燃焼用混合空気１０を供給するか、予め対応付けをする。具体的には、一の風箱の直上に設けられた火格子は、その風箱から燃焼用混合空気１０の供給を受けるので、その火格子に設置された温度計は、その風箱に対応付けられて一のグループを構成する。そして、火格子温度が設定値を越えたときには、その火格子に対応付けられた風箱において、燃焼用混合空気１０を調整し、その直上にある火格子へと供給する。
燃焼用混合空気１０は、火格子上にある廃棄物層へと導入されると、火格子直上の廃棄物層および該廃棄物層近傍に自然拡散する。
【００２７】
燃焼用空気５の流量及び水蒸気９の流量は、それぞれ供給管に備えられた圧力調節弁又は流量調節弁によって、各風箱７ごとに、更に風箱の左右ごとに、独立して調節できる。各調節弁は、独立して制御することができるので、複数の風箱で同時に燃焼用混合空気１０を調整して、複数の風箱から一度に火格子へ供給することも可能である。
また、火格子温度を監視している運転員が、火格子温度が上限を超えたと認識して、かかる火格子の下方に設置された風箱において燃焼用混合空気１０を調整するために、水蒸気を取り込む調節弁を開とする命令を制御室から送ることもできる。さらに、図２に示す風箱７は、別置の混合室であっても、燃焼用空気５と水蒸気９とが良好に混合できるものであれば良い（図示は省略）。
【００２８】
図３は火格子１６で構成するストーカ上の廃棄物層４の層厚が不均一になり、廃棄物や灰層が薄くなった所１１や、廃棄物や灰層が無い所１２ができて、これらの個所にある火格子１６ａや１６ｂが、燃焼火炎１４から強い輻射熱１５，１５ａを受けているときに、火格子１６ａ、１６ｂの表面温度の上昇を防止している様子を示している。
【００２９】
ストーカ式廃棄物焼却炉の通常運転時には、廃棄物１の供給量の調節、ストーカ３速度を調節することによる廃棄物４送り量の調節、また、燃焼用空気５量の調節などを行って、安定した焼却処理を実現している。
しかし、廃棄物１が多種の混合物であり、廃棄物層４は燃焼速度が各々異なること、ストーカ３上への廃棄物供給量が間欠的であることなどのため、廃棄物層４の厚さは非定常的に変化する。よって焼却炉の運転を継続すると、廃棄物層４の厚さが不均一になって、廃棄物や灰層が薄くなった所１１や、廃棄物や灰層が無い所１２ができる。
【００３０】
特に、廃棄物を確実に燃焼して焼却処理するために、廃棄物投入側の燃焼ストーカにおいて燃焼後に生じた廃棄物灰は、後流のおき燃焼ストーカへと送られて、再度燃焼に供されるが（これをおき燃焼という。）、このおき燃焼を行う部分では、廃棄物のほとんどが灰化して体積が減容しているため、廃棄物灰層が薄くなったり、無くなったりする部分がある。
そして、これらの部分にある火格子１６ａや１６ｂは、炉内１３の燃焼火炎１４から強い輻射熱１５，１５ａを受け表面温度が上昇する。
【００３１】
火格子１６ａ，ｂの温度が予め設定された上限温度を超えると、火格子温度を測定している温度計から、水蒸気を取り込む調節弁を開とする信号が発せられて、かかる火格子の下方に配置された風箱内部において、燃焼用混合空気１０が調整される。
そして、燃焼用混合空気１０を該火格子１６ａ，ｂの直上にある廃棄物燃焼層に供給すると、燃焼用混合空気１０は、該廃棄物層近傍に拡散し、燃焼用混合空気１０中に混合している水蒸気９が、設定温度を超えた火格子およびその近傍で水性ガス化反応を起こして吸熱し、該火格子１６ａ，ｂの表面に到達する輻射熱１５、１５ａを低減し、火格子表面の温度上昇を抑えることができる。
このように、上限温度を超えた火格子の下方にある風箱を用いて、燃焼用混合空気を廃棄物層へと送るため、全ての火格子について一律に温度を低減することなく、上限温度を超えた火格子のみについて、温度上昇を防止することができる。
【００３２】
燃焼用空気に水蒸気を混合することで火格子表面の温度が低減する点について、さらに詳細に説明する。
図４は、燃焼用空気５の流量を一定とした時に風箱内部に噴霧した水蒸気９の噴霧量と、廃棄物や灰層が無い所１２の火格子１６ｂに到達する輻射熱１５ａの量、及び火格子１６ｂの表面温度との関係の一例を示す。
【００３３】
風箱内部に水蒸気９を噴霧して燃焼用混合空気を調整した後、燃焼物廃棄物層へと供給すると、火格子１６ｂに到達する輻射熱量は急減することが分かった。火格子１６ｂの表面温度が３００℃のとき、火格子に到達する輻射熱量は２３Ｘ１０⁴ｋｃａｌ／ｍ²ｈであったが、水蒸気を０．５ｔｏｎ／ｈｒ噴霧すると、輻射熱量は１１Ｘ１０⁴ｋｃａｌ／ｍ²ｈ、水蒸気を１．０ｔｏｎ／ｈｒ噴霧すると、輻射熱量は５Ｘ１０⁴ｋｃａｌ／ｍ²ｈとなった。このとき火格子１６ｂの表面温度は、水蒸気の噴霧に伴い低下し、火格子表面温度が３００℃の時、水蒸気を０．５ｔｏｎ／ｈ噴霧すると火格子表面温度は２５０℃まで低減させることができた。更に、水蒸気を１．０ｔｏｎ／ｈ噴霧すると火格子温度は１８０℃まで低下して、通常運転時における温度まで低減することができた。
このように、風箱内部において燃焼用混合空気に供給する水蒸気量を増加することで、火格子に到達する輻射熱量を低下させて、火格子表面温度を下げることができることが明らかとなった。
【００３４】
［第２実施形態］
図５は、廃棄物層４ａ内の火格子１６ｃ上で、発熱量が高い高分子系物質や紙などの廃棄物２４が集中的に燃焼している場合に、火格子１６ｃの温度が上昇することを防止する様子を示す。
【００３５】
火格子１６ｃの温度が設定温度を超えたときは、火格子１６ｃの下方近傍に配置された風箱内部において、燃焼用混合空気１０が調整される。そして、燃焼用混合空気１０を該火格子１６ｃ上、あるいはその近傍にある廃棄物燃焼層へと供給して、火格子温度の上昇を抑制する。
【００３６】
図６は火格子１６ｃの温度変化の時間経過の一例を示す。
火格子１６ｃの温度が上昇傾向となり、設定温度２００℃を超えたとき、燃焼用空気５に蒸気ノズル８から風箱７内に噴霧した水蒸気９を混合して燃焼用混合空気１０を調整し、該火格子１６ｃ上及び又は近傍の廃棄物燃焼層４ａへ供給する。すると、燃焼用混合空気の供給により、火格子１６ｃの温度が１５分程度の時間遅れをみて低下する。燃焼用混合空気の供給をそのまま継続すると、火格子１６ｃの温度が通常温度１５０℃まで戻り、該通常温度を、予め決めた判定時間として３０分以上維持できた時、水蒸気の供給を停止する。この判定時間は、廃棄物投入量によって異なるが、通常１５〜６０分程度あるとよい。
一方、水蒸気を供給混合しない時は火格子１６ｃの温度がそのまま上昇して、許容温度４００℃を超過することが分かる。
【００３７】
このように火格子１６ｃの温度の上昇が止まるのは、燃焼用混合空気に水蒸気を混合供給したため、前記水性ガス化反応が高温燃焼する高分子系廃棄物２４及び近傍で生じることに加え、以下に記すように、燃焼用混合空気の酸素分圧を下げて廃棄物２４の燃焼速度を落とし、廃棄物層４ａ内の温度を低下させ、燃焼反応に伴う発熱を抑えるからである。
【００３８】
図７は燃焼用空気の酸素濃度と廃棄物の燃焼速度係数の関係である。酸素濃度が低いときには廃棄物の燃焼速度が遅くなることが分かった。空気の代表成分である窒素Ｎ_２及び酸素Ｏ_２に水蒸気を加えて、さらに酸素分圧を下げると、燃焼速度係数はより小さくなったが、酸素濃度を２１％から１０％まで低減させると、燃焼速度係数は２×１０^-3ｇ／ｃｍ²・ｓから４×１０^-4ｇ／ｃｍ²・ｓまで低減することが分かった。
【００３９】
このように、燃焼速度係数が低減するということは、火格子上の廃棄物の燃焼速度が低減して燃焼反応が抑制され、廃棄物槽内の温度も低減することとなる。この点を明らかにするために、酸素濃度を減少させたときの酸素濃度と廃棄物層内の温度の関係を計測した。
【００４０】
酸素濃度と廃棄物層内の温度の関係を図８に示す。酸素濃度を２１％から１０％まで低減させると、廃棄物層内の温度は１５００℃から５００℃程度まで減少することが分かった。このとき火格子表面温度は通常温度まで低下した。
このように、燃焼混合空気中の酸素濃度を減少させると、燃焼速度が減少するとともに、廃棄物層内の温度を減少できることが分かった。
【００４１】
［第３実施形態］
図９は火格子上のおき燃焼ストーカにおいて廃棄物層が吹き抜けて部分的に無くなる場合、あるいは灰層が無くなり又は灰層が薄くなりすぎた場合、水蒸気以外の窒素ガスや二酸化炭素ガスなどの不活性気体を風箱７内で燃焼用空気５に混合して燃焼用混合空気１０ｄを生成し、廃棄物層や灰層が無くなったり灰層が薄くなりすぎて温度が上昇する火格子１６ａ、１６ｂ下部又は及び該火格子１６ａ、１６ｂ近傍から供給し、該火格子１６ａ、１６ｂの表面温度上昇を防ぐ廃棄物層４の燃焼方法を示す。
【００４２】
風箱７で、窒素ガスや二酸化炭素ガスなどの不活性気体（図示省略）を、燃焼用空気５に混合して成る燃焼用混合空気１０ｄで廃棄物層４を燃焼するため、燃焼火炎１４ａは酸素分圧が低くなり該火格子１６ａ、１６ｂ近傍の廃棄物層内の温度上昇を抑制し、火格子１６ａ、１６ｂの表面温度の上昇を防ぐことが出来る。さらに、窒素ガスや二酸化炭素ガスを加えることで、燃焼火炎１４ａの酸素分圧が低下し輻射熱１５ｂ、１５ｃ量が減るので、火格子１６ａ、１６ｂの表面温度上昇を防ぐことが出来る。
【００４３】
［第４実施形態］
図１０は発熱量が高い高分子系物質や、紙塊などの廃棄物２４が集中的に燃焼している時に、該廃棄物２４内及び又は近傍に、水蒸気以外の窒素ガスや二酸化炭素ガスなどの不活性気体を混合して成る燃焼用混合空気１０ｄを供給して燃焼混合空気中の酸素濃度を下げ、該廃棄物２４の燃焼速度を遅くする燃焼で、火格子１６ｃの表面温度上昇を防止する方法を示す。
【００４４】
［第５実施形態］
図１１は廃棄物４のストーカ式焼却炉で酸素富化燃焼している時に、燃焼用空気５に空気分離装置３１（例えば圧力変動吸着式（ＰＳＡ）などの空気分離装置など）で空気から分離された酸素ガス３２を混合して成る酸素富化燃焼用空気５ａを供給して、廃棄物４を燃焼している様子を示す。本実施形態では、火格子温度が上昇している所に供給する酸素富化燃焼用空気５ａの酸素濃度を低減し（すなわち、燃焼用空気５に混合する酸素ガス３２を減らし）、空気を分離して出来た窒素を主とするガス３３を不活性気体として酸素富化燃焼用空気５ａに混合する。本実施形態では、このようにして供給する全空気量を保持し、層厚が１．５−２．０メートルの廃棄物４内へ供給する時の噴出運動量を低下させずに廃棄物４に供給することができる。
【００４５】
図１２はストーカ上の廃棄物の酸素富化燃焼時の燃焼状態の一例を示す。
火格子１６ｃ上では、発熱量が高い高分子系物質や、紙塊などの廃棄物２４が集中的に燃焼している。火格子１６ｃの温度が設定温度を超えると、該廃棄物２４内及び又は近傍に供給する酸素富化燃焼用空気５ａへの酸素ガス３２の混合量を減らす。
そして、火格子１６の下方及び近傍に配された風箱内部では、酸素富化燃焼用空気５ａに、前記窒素を主とするガス３３を不活性気体として混合した酸素富化燃焼用混合空気１０ａを調整して、火格子１６ｃ上の廃棄物層へと供給して、該廃棄物２４の燃焼速度を遅くすることで、火格子１６ｃの表面温度上昇を防止する。
【００４６】
図１２には示さないが、前記廃棄物４を高温燃焼させて処理量を増大させたり、未燃分を減少させるために、燃焼用空気５に前記酸素ガス３２を混合して成る前記酸素富化燃焼用空気５ａを用いて、ストーカ上の廃棄物の酸素富化燃焼を行う時には、図１１に示す水蒸気９を前記酸素富化燃焼用空気５ａに混合して成る酸素富化燃焼用混合空気１０ａを供給して、水性ガス化反応を生じさせ、吹き抜け等で廃棄物層が薄くなったり灰層が無くなった部分への火炎の輻射熱を減らし、火格子１６ｃの表面温度上昇を防止することも可能である。
【００４７】
また燃焼用空気の調整法としては各風箱ごとに、あるいは風箱の左右ごとに混合する酸素ガス流量、窒素を主とするガス流量を調節する方法や、混合室（図示は省略）で燃焼用空気と酸素ガス、窒素を主とするガスとを混合後、風箱に供給する方法などがある。
【００４８】
本実施の形態では、発熱量が高く燃え易い廃棄物２４が燃焼している所で、接触式の熱電対３４や非接触式の赤外線式温度計等の温度検出器によって検出される火格子温度が設定値を超えたときは、火格子１６ｃの温度が上昇しないように、空気分離機で分離させた窒素を主とする不活性ガスを用いることで、新たに窒素等の不活性気体貯蔵用タンク等を敷設することなく簡便に、火格子温度の上昇を防止することが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は以下の特有の効果を奏する。
本発明にかかる火格子温度の上昇を防止する廃棄物の燃焼方法は、火格子及び前記火格子の下方に設置された複数の風箱を備えたストーカ式焼却炉に投入された廃棄物を前記火格子の上で燃焼して焼却処理するための廃棄物の燃焼方法であり、前記廃棄物を燃焼するために、流量が前記各風箱ごとに空気用の各調節弁により調節されて前記各風箱に導入される燃焼用空気と流量が前記各風箱ごとに不活性ガス用の各調節弁により調節されて前記各風箱内部に吹き込まれる非燃焼性の不活性気体とを混合して成る燃焼用混合空気を、火格子の温度が予め設定された上限温度を超えたときに、その火格子に対応付けられた前記風箱において、前記不活性ガスを取り込む不活性ガス用の調節弁を開として調整することにより、前記火格子上の廃棄物層へと供給するため、各風箱ごとに独立して、廃棄物層の酸素分圧を下げて該燃焼用混合空気の燃焼速度を減少させることができる。また、水性ガス化反応を起こして吸熱することにより、火格子の温度上昇を抑制できる。
【００５０】
本発明にかかる火格子温度の上昇を防止する廃棄物の燃焼方法は、燃焼用空気及び不活性ガスとして、それぞれ、空気分離装置で生成する酸素を主成分とするガス及び窒素を主成分とするガスを用いるため、酸素富化空気を用いて廃棄物を燃焼する場合においても、窒素を別途製造することなく、空気分離装置によって生成した窒素を用いて不活性ガスを簡便に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明方法を実施する焼却炉の一例を示す概略図である。
【図２】 本発明方法を実施する焼却炉の風箱の一例を示す概略図である。
【図３】 本発明方法を実施する焼却炉のストーカ上における廃棄物燃焼の一例を示す概略図である。
【図４】 本発明方法を実施する焼却炉の水蒸気噴霧量と火格子表面温度、輻射熱量との関係の一例を示す図である。
【図５】 本発明方法を実施する焼却炉のストーカ上における廃棄物燃焼の他の例を示す概略図である。
【図６】 本発明方法を実施する焼却炉の火格子温度の時間変化の一例を示す図である。
【図７】 本発明方法を実施する焼却炉の燃焼用空気の酸素分圧と燃焼速度係数との関係の一例を示す図である。
【図８】 本発明方法を実施する焼却炉の燃焼用空気の酸素分圧と廃棄物層内温度との関係の一例を示す図である。
【図９】 本発明方法を実施する焼却炉のストーカ上における廃棄物燃焼の他の例を示す概略図である。
【図１０】 本発明方法を実施する焼却炉のストーカ上における廃棄物燃焼の他の例を示す概略図である。
【図１１】 本発明方法を酸素富化燃焼する焼却炉に適用する概略フロー図の一例である。
【図１２】 本発明方法を実施する焼却炉のストーカ上における廃棄物燃焼の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
３…ストーカ
７…風箱
８…蒸気ノズル
４…廃棄物層
１４…燃焼火炎
１３…焼却室炉壁
５…燃焼用空気
９…水蒸気
１０…水蒸気９と燃焼用空気５とを混合した燃焼用空気
２４…発熱量が高く燃え易い高分子系物質や紙などの廃棄物
３４…火格子１６ｃの温度検出用熱電対
３１…圧力変動吸着式（ＰＳＡ）などの空気分離装置
３２…空気を分離して出来た酸素ガス
３３…空気を分離して出来た窒素を主体とするガス
１０ｂ…燃焼用空気５に空気分離装置３１で分離した酸素ガス３２を混合した燃焼用空気
１０ｃ…燃焼用空気５に空気分離装置３１で分離した窒素を主体とするガス３３を混合した燃焼用空気
１０ｄ…燃焼用空気５に窒素ガスや二酸化炭素ガスなどの不活性ガスを混合した燃焼用空気
１４ａ…Ｎ_２やＣＯ_２を混合した空気で燃焼している酸素分圧の低い燃焼火炎
１６ａ…廃棄物層が薄くなった所の火格子
１６ｂ…灰が無く廃棄物層が無い所の火格子
３５…混合室

Claims (8)

1. 火格子で構成するストーカ及び前記火格子の下方に設置された複数の風箱を備えたストーカ式焼却炉に投入した廃棄物を前記ストーカ上で燃焼して焼却処理する廃棄物の燃焼方法において、前記火格子上の廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍へ、前記廃棄物を燃焼するために、流量が前記各風箱ごとに空気用の各調節弁により調節されて前記各風箱に導入される燃焼用空気と流量が前記各風箱ごとに不活性ガス用の各調節弁により調節されて前記各風箱内部に吹き込まれる非燃焼性の不活性ガスとを混合してなる燃焼用混合空気を、前記各風箱より供給すると共に、複数の温度計により前記火格子の温度を検出し、前記火格子の温度が予め設定された上限温度を超えたときには、その火格子に対応付けられた前記風箱において、前記不活性ガスを取り込む前記不活性ガス用の調節弁を開として前記燃焼用混合空気を調整することにより、前記各風箱ごとに独立して、前記廃棄物層及びまたは該廃棄物層近傍の前記不活性ガス量を増加して酸素分圧を下げて、燃焼速度を減少させて、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする廃棄物の燃焼方法。
2. 前記不活性ガスを水蒸気とする前記燃焼用混合空気を、前記火格子上の前記廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍へ供給して、該廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍および、その燃焼火炎中及び燃焼火炎近傍で水性ガス化反応を起こし、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の燃焼方法。
3. 前記廃棄物に、前記不活性ガスを水蒸気とする前記燃焼用混合空気を供給して、燃焼火炎中及び又は燃焼火炎近傍で水性ガス化反応を起こし、燃焼火炎の輻射熱を低減して前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃棄物の燃焼方法。
4. 前記廃棄物に前記不活性ガスを混合して成る前記燃焼用混合空気を供給して、燃焼火炎中及び又は燃焼火炎近傍の前記不活性ガス量を増加して、酸素分圧を下げて、燃焼火炎中及び又は燃焼火炎近傍の輻射熱を低減して、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の燃焼方法。
5. 空気分離装置から分離した酸素ガスを混合してなる酸素富化空気の酸素ガス量を低減せずまたは低減し、該空気分離装置から分離した窒素ガスを前記不活性ガスとして増加混合すること、及び又は水蒸気を混合してなる酸素富化燃焼用混合空気を前記廃棄物層へ供給して、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする請求項４に記載の廃棄物の燃焼方法。
6. 前記燃焼用混合空気を前記廃棄物層に供給し、前記火格子温度が通常温度まで戻り、該通常温度が判定時間以上維持できた時、前記不活性ガスの混合供給を停止することを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の廃棄物の燃焼方法。
7. 火格子で構成するストーカを備えたストーカ式焼却炉に投入した廃棄物を燃焼用空気を供給して焼却処理する廃棄物の燃焼装置において、前記ストーカの火格子の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記燃焼用空気を前記ストーカの下方から廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍に供給する複数の風箱と、前記各風箱に導入される前記燃焼用空気の流量を前記各風箱ごとに調節する空気用の各調節弁と、前記各風箱内部に吹き込まれ前記燃焼用空気と混合される非燃焼性の不活性ガスの流量を前記各風箱ごとに調節する不活性ガス用の各調節弁とを備え、前記火格子の温度が上限温度を超えたときに、その火格子に対応付けられた前記風箱内で前記不活性ガス用の調節弁を開にして不活性ガスを増加混合して燃焼用混合空気として供給することで、前記各風箱ごとに独立して、前記廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍の酸素分圧を下げて、燃焼速度を減少させて、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする廃棄物の燃焼装置。
8. 前記不活性ガスを水蒸気とし、前記廃棄物層及び又は該廃棄物層近傍および、その燃焼火炎中及び燃焼火炎近傍で水性ガス化反応を起こし、前記火格子の温度上昇を防止することを特徴とする請求項７に記載の廃棄物の燃焼装置。

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