JP4200789B2 - 焼却方法、及び焼却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ、産業廃棄物等の廃棄物の焼却方法、及び焼却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ゴミや産業廃棄物等の廃棄物を焼却する焼却装置（焼却炉）は、各種知られており、特に、移動層式焼却炉（ストーカ炉）においては、炉の燃焼部本体を構成する火格子に酸素富化状態の空気を燃焼空気として供給し、燃焼性能を向上させる手法が多々提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０３８１２９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３７１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、焼却炉全般について、有害物質であるダイオキシン（以下、「ＤＸＮ」と表記する。）類の発生を抑制する対策が急務となっている。ＤＸＮの発生の前駆物質としては、「すす」や芳香族系炭化水素等が挙げられる。廃棄物の組成が多岐に渡る場合、例えば、高カロリーのプラスチック類が固形化している場合や、厨芥等の低カロリーのゴミが固形化している場合等は、炉内の高発熱量部では非常に激しく燃焼し、低発熱量部では燃焼が不完全となり易い傾向があり、前記前駆物質が急激に発生し、ＤＸＮが生成され易くなる。即ち、上記従来技術のように、単に酸素富化状態の空気を燃焼空気として使用するのみでは、高温燃焼が促進されるものの、燃焼にムラが生じ、不完全燃焼が起きることにより、結果的にＤＸＮを発生させる可能性があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ダイオキシン類の発生を抑制することができる都市ゴミ、産業廃棄物等の廃棄物の焼却方法、及び焼却装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、第１の発明は、炉内に供給された廃棄物を焼却する焼却方法において、前記廃棄物を、酸素貧化空気を供給して燃焼させる炭化工程と、該炭化工程で発生した可燃ガス及び炭化物を、酸素富化空気を供給して燃焼させる燃焼工程とを有することを特徴としている。
この焼却方法によれば、まず、被燃焼物である廃棄物に対して、酸素貧化空気を燃焼空気として供給しつつ燃焼させて炭化させる。その後、廃棄物から放出された可燃ガスと、生成された炭化物とを酸素富化空気を燃焼空気として供給しつつ高温燃焼させる。
ここで、「酸素貧化空気」とは、通常の空気（大気）中の酸素含有量よりも少ない量の酸素を含有する空気を示し、また、「酸素富化空気」とは、通常の空気（大気）中の酸素含有量よりも多い量の酸素を含有する空気を示す。
なお、上記酸素貧化空気及び酸素富化空気は、空気中の酸素濃度を調整して生成されるだけでなく、空気自体の供給量を増減させることにより、擬似的に酸素含有量を調整して酸素の貧化状態及び富化状態を形成させることも可能である。
【０００７】
第２の発明は、炉内に供給された廃棄物を焼却する焼却装置において、前記炉内の燃焼部は、少なくとも２以上の燃焼領域を有し、前記少なくとも２以上の燃焼領域は、酸素貧化空気が供給される一次領域と、酸素富化空気が供給される二次領域とで構成されることを特徴としている。
この焼却装置によれば、まず、一次領域において、被燃焼物である廃棄物に対して、酸素貧化空気を燃焼空気として供給しつつ燃焼させる。その後、二次領域において、廃棄物から放出された可燃ガスと、生成された炭化物とを酸素富化空気を燃焼空気として供給しつつ燃焼させる。
【０００８】
第３の発明は、前記炉内から排出される排ガスを前記各燃焼領域にそれぞれ供給する循環系統を備えることを特徴としている。
この焼却装置によれば、循環系統により排ガスを燃焼領域に循環させる。
【０００９】
第４の発明は、前記燃焼部は、前記廃棄物の流動路を形成してなり、前記炉は、前記流動路の上流側に前記一次領域を形成させ、前記流動路の下流側に前記二次領域を形成させた移動層式焼却炉であることを特徴としている。
この焼却装置によれば、炉は、流動路を形成した移動層式焼却炉であって、流動路の上流側に一次領域を形成させ、流動路の下流側に二次領域を形成させる。
【００１０】
第５の発明は、前記燃焼部は、円筒型の火格子で構成されてなり、前記炉は、前記火格子が軸回転する回転式焼却炉であることを特徴としている。
この焼却装置によれば、炉としては、回転式焼却炉が採用される。
【００１１】
第６の発明は、前記炉は、前記流動路を摺動自在の複数の火格子板で構成した摺動式焼却炉であることを特徴としている。
この焼却装置によれば、炉としては、摺動式燃焼炉が採用される。
ここで、「摺動式燃焼炉」とは、火格子板を複数枚組み合わせて構成される可動式の流動路を備えた燃焼炉全般を示しており、例えば、階段式燃焼炉もこれに含まれる。
【００１２】
第７の発明は、前記炉は、前記流動路をコンベアとしたコンベア式焼却炉であることを特徴としている。
この焼却装置によれば、炉としては、コンベア式燃焼炉が採用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図示例に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の焼却装置の一例を示す概略図である。
なお、本実施形態の焼却装置に採用する燃焼炉は、回転式ストーカ炉であるものとして説明する。
【００１４】
焼却装置１は、廃棄物Ｗが供給され、燃焼させる燃焼炉２と、該燃焼炉２に連設され、燃焼炉２で発生した燃焼ガスが導入されるボイラ３と、該ボイラ３に連設され、ボイラ３から排出される排ガスが導入されるエコノマイザー４とから構成されている。燃焼炉２の導入部２ａには、廃棄物Ｗを一旦貯蔵する供給ホッパー５と、該供給ホッパー５から廃棄物Ｗを適宜燃焼炉２内へ供給させるスクリューフィーダ６が設置されている。
【００１５】
燃焼炉２は、円筒状の火格子で形成された燃焼部を有し、該燃焼部は、導入部２ａから、燃焼後に生成される灰や排ガスが排出される排出部２ｂに向けて傾斜を有するように流動路を形成してなる。燃焼部は、不図示の駆動機構により、円筒軸を中心に回転自在である。
【００１６】
また、燃焼炉２の下部側面には、燃焼部の火格子内に向けて燃焼用空気を供給する複数の流体吹出部１０を備えている。流体吹出部１０は、燃焼部内の複数の燃焼領域に対応してそれぞれ設置されており、特に、本実施形態では、図１に示すように、燃焼炉２内に４カ所の燃焼領域Ａ〜Ｄを備えた構成としている。即ち、燃焼領域Ａ〜Ｄには、流体吹出部１０ａ〜１０ｄがそれぞれ対応している。流体吹出部１０ａ〜１０ｄには、それぞれ供給管１１ａ〜１１ｄが連設され、該供給管１１ａ〜１１ｄには、それぞれ貫流する流体の流量を調節する、可変バルブ等の調節部材１２ａ〜１２ｄが設置されている。そして、各供給管１１ａ〜１１ｄは、該供給管１１ａ〜１１ｄに対して、それそれ燃焼用空気の組成を適宜調整する燃焼空気生成装置１５に連設されている。
【００１７】
燃焼空気生成装置１５は、空気中に含まれる酸素量を調整して、所謂酸素富化空気及び酸素貧化空気を生成する装置である。燃焼空気生成装置１５には、酸素富化空気若しくは酸素貧化空気の基となる空気を導入する空気送給導管１６と、酸素を導入する酸素導管１７とが備えられ、外部の供給源より、空気及び酸素が導入される。なお、燃焼空気生成装置１５は、不図示であるが、加熱機構を備えており、酸素富化空気及び酸素貧化空気を所望の温度に加熱することができる。
【００１８】
更に、燃焼空気生成装置１５には、ボイラ３から排出される排ガスを導入する第１排ガス送給導管（循環系統）１８と、エコノマイザー４以降に設置される不図示の後工程装置（例えば、脱塵装置等）から排出される排ガスを導入する第２排ガス送給導管（循環系統）１９とが備えられている。即ち、本実施形態の燃焼空気生成装置１５は、燃焼炉２から発生した排ガスを燃焼用空気として再利用する循環機構を形成している。
【００１９】
次に、本実施形態の燃焼装置１の作用について説明する。
都市ゴミ等の廃棄物Ｗは、一旦供給ホッパー５内に貯蔵される。燃焼炉２における燃焼能力等の条件に応じて、スクリューフィーダ６を駆動させることにより、廃棄物Ｗを燃焼炉２内に適宜供給する。
【００２０】
燃焼炉２内の燃焼部に供給された廃棄物Ｗは、まず、燃焼領域（一次領域）Ａ内で燃焼される（炭化工程）。この場合、燃焼時に流体吹出部１０ａから供給される燃焼空気は、酸素貧化空気である。該酸素貧化空気は、通常の酸素濃度を有する空気（大気）の供給量（空気量）を調節部材１２ａにより調節して生成される。また、酸素貧化空気の基となる空気は、第１排ガス送給導管１８又は第２排ガス送給導管１９から導かれる排ガスが使用される。該排ガスは、ある程度の温度に保温されており、燃焼空気生成装置１５内の加熱機構により再加熱することにより、燃焼領域Ａ内への供給時は、およそ２００〜５００℃の温度に設定されている。
上記の燃焼条件により、燃焼領域Ａにおいては廃棄物Ｗの炭化が促進される。即ち、廃棄物Ｗ中に含有する未燃ガス（可燃ガス）が燃焼部内に効率良く放出され、且つ、ガス放出後の廃棄物が均質化される。従って、燃焼部内において、ガス燃焼場と固体燃焼場の分離が好適に実施されることになる。
【００２１】
燃焼領域Ａを通過し、炭化された廃棄物（炭化物）は、次に燃焼領域Ｂに供給され燃焼される（燃焼工程）。この場合、燃焼時に流体吹出部１０ｂから供給される燃焼空気は、酸素富化空気である。該酸素貧化空気の基となる空気は、第１排ガス送給導管１８又は第２排ガス送給導管１９から導かれる排ガスが使用される。酸素富化空気は、前記排ガスに、酸素導管１７より供給された酸素を適宜混合させることにより生成され、調節部材１２ｂにより供給量が調節される。具体的には、酸素富化空気中に占める酸素比（酸素濃度）は、およそ２１〜３０％とすることが望ましい。また、酸素富化空気は、排ガスを燃焼空気生成装置１５内の加熱機構により再加熱することにより、燃焼領域Ｂ内への供給時は、およそ常温〜２００℃の温度に設定されている。
上記の燃焼条件により、燃焼領域Ｂにおいては、炭化された廃棄物Ｗが高温燃焼が促進される。同時に、燃焼領域Ａで放出された未燃ガスが効率良く燃焼される。
【００２２】
燃焼領域Ｂを通過した廃棄物Ｗ及び燃焼後の灰等は、次に、順次燃焼領域Ｃと燃焼領域Ｄへ供給され燃焼される（燃焼工程）。この場合も、燃焼領域Ｂと同様に、燃焼時に流体吹出部１０ｃ，１０ｄから供給される燃焼空気は、酸素富化空気である。該酸素富化空気の生成方法や温度設定は、燃焼領域Ｂの場合の条件と同一であり、同一の作用が奏される。
なお、燃焼領域Ｃ又は燃焼領域Ｄの一方若しくは両方の燃焼領域においては、燃焼空気として酸素富化空気ではなく、通常の空気を供給する場合もあり得る。即ち、燃焼空気は、燃焼炉の燃焼性能や、燃焼炉に供給される廃棄物の種類や供給量等の各種条件により適宜決定される。
【００２３】
燃焼によって発生した排ガス（燃焼ガス）は、排出部２ｂからボイラ３に導入されて熱回収され、更に、エコノマイザー４へ導かれる。また、燃焼後の灰は、落下抗７を介して回収され、焼成資源として再利用される。
【００２４】
このように、上記の燃焼装置によれば、廃棄物の未燃分の均質化と、ガス燃焼場と固体燃焼場の分離によって、ＤＸＮの発生を抑止させることが可能となる。
即ち、まず、燃焼の前期段階である一次領域（燃焼領域Ａ）において、廃棄物を酸素貧化空気を供給して燃焼させるので、通常燃焼のムラを生じやすい固体分をチャーに変化させ、廃棄物の未燃分を均質化させることができる。従って、不完全燃焼を防止することができ、ＤＸＮの発生を抑止することが可能となる。
また、一次領域で発生した可燃ガス及び廃棄物の未燃分（炭化物を含む）を、燃焼の後期段階である二次領域（燃焼領域Ｂ，Ｃ，Ｄ）において、酸素富化空気を供給して燃焼させるので、高温燃焼によりＤＸＮを分解することができ、固体分の均質化により「すす」の飛散を防止することが可能となる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更も加え得ることは勿論である。
例えば、以下のような変形が考えられる。
【００２６】
（１）上記の実施形態では、焼却炉として、回転式のストーカ炉を採用したが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、摺動式や、コンベア式のストーカ炉にも好適に採用可能である。この場合も、流動路に複数の燃焼領域を設定し、前段の一次領域に酸素貧化空気を供給し、後段の二次領域に酸素富化空気を適宜供給することにより、本実施形態と同一の効果を奏することが可能となる。
【００２７】
（２）上記の実施形態では、燃焼炉内の燃焼領域を４カ所としたが、本発明は、これに限定するものではなく、少なくとも２以上の燃焼領域を備え、各燃焼領域を、酸素貧化空気が供給される一次領域と、酸素富化空気が供給される二次領域とで構成することにより、本実施形態と同一の効果を奏することが可能となる。
即ち、燃焼炉内に燃焼領域を４カ所設定した場合、上記実施形態のように燃焼領域Ａを一次領域（炭化工程）とし、燃焼領域Ｂ，Ｃ，Ｄを二次工程（燃焼工程）と設定するだけでなく、燃焼領域Ａ，Ｂを一次領域とし、燃焼領域Ｃ，Ｄを二次領域と設定するなど、一次領域と二次領域の割り当てを適宜変化させることも可能である。
【００２８】
（３）上記の実施形態では、酸素貧化空気の基となる空気として排ガスを使用する場合、燃焼空気生成装置１５内の加熱機構により排ガスを再加熱して所定の温度に設定させたが、本発明は、これに限定するものではなく、例えば、第１排ガス送給導管１８から導かれる排ガスの出口温度が既に所望の温度に達している場合は、排ガスを再加熱することなく使用することも可能である。この場合、燃焼空気生成装置内に加熱機構を設置しない構成もあり得る。
【００２９】
（４）上記の実施形態では、燃焼炉の後段にボイラを連設する構成としたが、本発明は、これに限定されるものではなく、燃焼炉の後段に、更に二次燃焼室を備える構成としてもよい。これによれば、燃焼炉から排出された燃焼ガス中に含まれる未燃残渣を燃焼させる効果を有し、更には、未燃ガスを効率良く燃焼させることが可能となる。
【００３０】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。本発明は、この実施例によって限定されるものではない。
【００３１】
図２に、摺動式のストーカ炉を有する試験用燃焼装置を示す。
図２に示すように、試験用燃焼装置５０は、第１の燃焼室５１と、該第１の燃焼室５１の上部に備えられた第２の燃焼室５２と、該第２の燃焼室５２の上部に管路を介して連設された分析装置５３とからなる。第１の燃焼室５１の内部には、摺動自在である階段状の流動路が形成されており、上記の実施形態と同様に、４カ所の燃焼領域Ｅ〜Ｈが形成されている。以下、各燃焼領域Ｅ〜Ｈの燃焼条件を変化させ、ＤＸＮの生成率を比較した。
【００３２】
本実施例では、廃棄物Ｗとして都市ゴミを採用し、処理量を４５ｋｇ／ｈとして燃焼試験を実施した。
表１に、２つの燃焼条件における空気量と酸素濃度（括弧内）の各値を示す。
ここで、空気量は、被燃焼物の完全燃焼に必要な最小の理論的酸素量を１とした酸素比で示している。
【００３３】
［表１］
燃焼領域 Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ 第２燃焼室 総量
条件１ 0.07(21％) 0.6(21％) 0.18(21％) 0.05(21％) 0.5(21％) 1.4
条件２ 0.07(21％) 0.5(21％) 0.18(28％) 0.05(21％) 0.5(21％) 1.3
【００３４】
表１に示すように、条件１では、酸素濃度は、全燃焼領域において、通常の大気中の酸素濃度と同一としている。これに対して、条件２では、燃焼領域Ｆを上記実施形態で示す一次領域に設定し、供給する空気量を減少させることにより酸素貧化空気を供給する状態を実現している。また、燃焼領域Ｇを上記実施形態で示す二次領域に設定し、酸素濃度を増加させた酸素富化空気を供給する状態を実現している。
この結果、条件１において生成されたＤＸＮ量を１とした場合、条件２において生成されたＤＸＮは、ＤＸＮの濃度比で０．０６３という値となり、１／１０以下にまで減少した。且つ、条件２の場合の供給する空気量の総量を、条件１の場合よりも減少させることが可能となった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、まず、被燃焼物である廃棄物に対して、酸素貧化空気を燃焼空気として供給しつつ燃焼させて炭化させ、その後、廃棄物から放出された可燃ガスと、生成された炭化物とを酸素富化空気を燃焼空気として供給しつつ高温燃焼させる。従って、まず、通常燃焼のムラを生じやすい固体分をチャーに変化させ、廃棄物の未燃分を均質化させることができるので、不完全燃焼を防止することができ、ＤＸＮの発生を抑止することが可能となる。その後、高温燃焼によりＤＸＮを分解することができ、固体分の均質化により「すす」の飛散を防止することが可能となる。
【００３６】
第２の発明によれば、まず、一次領域において、被燃焼物である廃棄物に対して、酸素貧化空気を燃焼空気として供給しつつ燃焼させる。その後、二次領域において、廃棄物から放出された可燃ガスと、生成された炭化物とを酸素富化空気を燃焼空気として供給しつつ燃焼させるので、廃棄物の未燃分の均質化と、ガス燃焼場と固体燃焼場の分離によって、ＤＸＮの発生を抑止させることが可能となる。
【００３７】
第３の発明によれば、循環系統により排ガスを燃焼領域に循環させるので、燃焼用空気を節約できるだけでなく、燃焼領域に供給する燃焼ガスを所望の温度にする場合に、すでに高温の排ガスを再加熱させるので、熱量を節約することが可能となる。
【００３８】
第４の発明によれば、炉は、流動路を形成した移動層式焼却炉であって、流動路の上流側に一次領域を形成させ、流動路の下流側に二次領域を形成させるので、効率的に廃棄物の未燃分の均質化と、ガス燃焼場と固体燃焼場の分離を実施させることが可能となる。
【００３９】
第５の発明によれば、炉としては、回転式焼却炉が採用されるので、回転式焼却炉において、効率良くＤＸＮの発生を抑止させることが可能となる。
【００４０】
第６の発明によれば、炉としては、摺動式焼却炉が採用されるので、摺動式焼却炉において、効率良くＤＸＮの発生を抑止させることが可能となる。
【００４１】
第７の発明によれば、炉としては、コンベア式焼却炉が採用されるので、コンベア式焼却炉において、効率良くＤＸＮの発生を抑止させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の燃焼装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】 本発明の実施例に係る試験用燃焼装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 燃焼装置
２ 燃焼炉
１８ 第１排ガス送給導管（循環系統）
１９ 第２排ガス送給導管（循環系統）
Ａ 燃焼領域（一次領域）
Ｂ〜Ｄ 燃焼領域（二次領域）
Ｅ 燃焼領域
Ｆ 燃焼領域（一次領域）
Ｇ 燃焼領域（二次領域）
Ｈ 燃焼領域
Ｗ 廃棄物

Claims (7)

1. 炉内に供給された廃棄物を焼却する焼却方法において、
   前記炉内から排出される排ガスを再加熱して酸素貧化空気を生成すると共に、
   外部の供給源から導入した酸素を再加熱した前記排ガスに混合させて酸素富化空気を生成する工程と、
   前記廃棄物を、前記酸素貧化空気を供給して燃焼させる炭化工程と、
   該炭化工程で発生した可燃ガス及び炭化物を、前記酸素富化空気を供給して燃焼させる燃焼工程と、
   を有することを特徴とする焼却方法。
2. 炉内に供給された廃棄物を焼却する焼却装置において、
   前記炉内の燃焼部は、少なくとも２以上の燃焼領域を有し、
   前記少なくとも２以上の燃焼領域は、酸素貧化空気が供給される一次領域と、酸素富化空気が供給される二次領域とで構成され、
   前記炉内から排出される排ガスを再加熱して前記酸素貧化空気を生成すると共に、外部の供給源から導入した酸素を再加熱した前記排ガスに混合させて前記酸素富化空気を生成する燃焼空気生成装置を備えることを特徴とする焼却装置。
3. 前記酸素貧化空気は、排ガスを再加熱することにより２００〜５００°Ｃに温度設定され、前記酸素富化空気は、排ガスを再加熱することにより常温〜２００°Ｃに温度設定されることを特徴とする請求項２記載の焼却装置。
4. 前記燃焼部は、前記廃棄物の流動路を形成してなり、
   前記炉は、前記流動路の上流側に前記一次領域を形成させ、前記流動路の下流側に前記二次領域を形成させた移動層式焼却炉であることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼却装置。
5. 前記燃焼部は、円筒型の火格子で構成されてなり、
   前記炉は、前記火格子が軸回転する回転式焼却炉であることを特徴とする請求項４記載の焼却装置。
6. 前記炉は、前記流動路を摺動自在の複数の火格子板で構成した摺動式焼却炉であることを特徴とする請求項４記載の焼却装置。
7. 前記炉は、前記流動路をコンベアとしたコンベア式焼却炉であることを特徴とする請求項４記載の焼却装置。

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