JP5243840B2 - ストーカ式焼却炉の燃焼方法 - Google Patents

Description

本発明は、ストーカ式燃焼炉に適用され、とりわけ内燃機関の排ガスを利用してＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類を低減すると同時に低空気比燃焼を実現し得る燃焼方法の改良に関する。

従来、この種のストーカ式焼却炉としては、例えば特許文献１に記載されて図２に示したものが知られている。
当該ストーカ式焼却炉５１に於ては、ストーカ５４下からストーカ５４上方の一次燃焼室５６に一次空気Ｂを供給してストーカ５４上の廃棄物Ａを一次燃焼させると共に、一次燃焼室５６上方の二次燃焼室５７に二次空気Ｃを供給して一次燃焼室５６で発生した未燃ガスや未燃物を二次燃焼させ、後燃焼ストーカの上部から燃焼ガスＥを一部引き抜いて、これを二次燃焼室５７に吹き込む事に依り還元ゾーンを形成してＮＯｘを低減し、その後、二次燃焼に依り高温でＣＯ、ダイオキシン類を低減すると同時に、低空気比燃焼を実現するシステムが実用化されている。
この場合、内燃機関（ガスエンジン、ガスタービン）を用いた発電設備を併設する場合には、内燃機関の排気側に熱交換器を設置して排気ガスをそのまま排気していた。
図２に於て、５２は炉本体、５３は廃棄物ホッパ、５５は廃棄物供給装置、５８は灰出し口、５９はボイラ、６０は一次空気供給装置、６１は二次空気供給装置、６４は一次空気供給管、６５は一次空気送風機、６６は二次空気供給管、６７は二次空気送風機、６８はダンパ、６９はダンパ駆動機、７０は酸素濃度センサ、７１は熱交換器、７２は集塵器、７３は送風機を夫々示している。

ところが、この様なものは、還流ガスを得る為に熱交換器７１や集塵器７２や送風機７３等が必要であり、装置や制御が複雑化してコストが高く付く難点があった。

ところで、例えば木屑焚きボイラに於ては、一次空気及び三次空気として、ガスタービンの排ガスを利用し、排ガスに新鮮空気を混合してその混合流体を供給するものが知られている（特許文献２参照）。

然しながら、この様なものは、新鮮空気を加えねばならないので、大気中へ排出される排出ガス量が増加する難点があった。この為、焼却炉の下流側に配置される排ガス処理装置を大型化せねばならなかった。

特許第３５８２７１０号公報 特許第３６９８４８４号公報

要するに、従来の何れのものも、一長一短があり、装置や制御が簡単化されて、それでいて大気中への排出ガス量を減少できるものが望まれていた。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、装置や制御が簡単化されて、それでいて大気中への排出ガス量を減少できる様にしたストーカ式焼却炉の燃焼方法を提供するにある。

本発明のストーカ式焼却炉の燃焼方法は、基本的には、ストーカ下からストーカ上方の一次燃焼室に一次空気を供給してストーカ上の廃棄物を一次燃焼させると共に、一次燃焼室上方の二次燃焼室に二次空気を供給して一次燃焼室で発生した未燃ガスや未燃物を二次燃焼させるようにしたストーカ式焼却炉に於て、内燃機関からの排ガスに二次燃焼室に供給する二次空気の一部を分岐させて混合すると共に、二次空気を混合した排ガスの酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、この検出値に基づいて排ガス中の酸素濃度が還元燃焼に適した濃度になるように排ガスに混合する二次空気の供給量を加減調整し、還元燃焼に適切な濃度に調整された排ガスを二次燃焼室の上流側に吹き込んで還元ゾーンを形成する事に特徴が存する。

一次空気がストーカ下からストーカ上方の一次燃焼室に供給されてストーカ上の廃棄物が一次燃焼される。
二次空気が一次燃焼室上方の二次燃焼室に供給されて一次燃焼室で発生した未燃ガスや未燃物が二次燃焼される。
内燃機関の排ガスが二次燃焼室の上流側に吹き込まれる。内燃機関の排ガスは、酸素濃度が低い（１０〜１５％）ので、二次燃焼室には還元ゾーンが形成される。この為、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類が低減されると同時に、低空気比燃焼が行なわれる。

内燃機関からの排ガス中の酸素濃度を、二次空気に依って還元燃焼に適した濃度に制御するのが好ましい。この様にすれば、二次空気の一部を利用して内燃機関からの排ガスの酸素濃度を調整する事ができ、既存のものを利用できるので、費用を節減できると共に、大気中への排ガス量が増大する事もない。

ストーカ式焼却炉のボイラに依り内燃機関の排ガスから熱回収を行なうのが好ましい。この様にすれば、ストーカ式焼却炉のボイラを利用して熱回収する事ができ、既存のものを利用できるので、費用を節減できると共に、熱の有効利用を図る事ができる。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） ストーカ下からストーカ上方の一次燃焼室に一次空気を供給してストーカ上の廃棄物を一次燃焼させると共に、一次燃焼室上方の二次燃焼室に二次空気を供給して一次燃焼室で発生した未燃ガスや未燃物を二次燃焼させる様にしたストーカ式焼却炉に於て、内燃機関の排ガスを二次燃焼室の上流側に吹き込んで還元ゾーンを形成する様にしたので、従来の還流ガスシステムを設置する事なく同様の効果を得る事ができ、装置や制御が簡単化されて、それでいて大気中への排出ガス量を減少できる。
（２） 内燃機関の排ガス中の酸素をストーカ式焼却炉の燃焼用に利用できるので、焼却炉の燃焼制御（空気比１．３、Ｏ₂ 濃度４．８％）に依り酸素濃度４．８％まで下がる事に依る排気ロスを低減できる。
（３） 高温の内燃機関の排ガスを利用するので、この排ガスの持つ熱をストーカ式焼却炉のボイラで回収する事ができ、熱の有効利用を図る事ができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の燃焼方法を実施するストーカ式焼却炉を示す概要図である。

ストーカ式焼却炉１は、炉壁から成る炉本体２と、廃棄物Ａが投入される廃棄物ホッパ３と、廃棄物Ａを燃焼させるストーカ４と、ストーカ４上へ廃棄物Ａを供給する廃棄物供給装置５と、ストーカ４の上方に形成された一次燃焼室６と、これの上方に形成された二次燃焼室７と、焼却灰を排出する灰出し口８と、二次燃焼室７に接続されたボイラ（廃熱ボイラ）９と、ストーカ４下から一次燃焼室６内へ一次空気Ｂを供給する一次空気供給装置１０と、二次燃焼室７内へ二次空気Ｃを供給する二次空気供給装置１１とから構成されている。
而して、ストーカ式焼却炉１には、ガスエンジンやガスタービン等の内燃機関１２を用いた発電設備が併設されて居り、内燃機関１２からの排ガスＤを二次燃焼室の上流側に導入する排ガス供給装置１３が設けられている。

ストーカ４は、図略しているが、乾燥ストーカ、燃焼ストーカ及び後燃焼ストーカから成り、各ストーカの下方には、ストーカ下ホッパが夫々配設されている。これら各ストーカは、従来公知のものと同様に、可動火格子と固定火格子とを交互に配列して成り、各可動火格子を流体圧シリンダ等の駆動装置で前後方向へ一定のピッチで往復動させる事に依ってストーカ４上の廃棄物Ａを攪拌しながら上流側から下流側へ前進させる様になっている。

ストーカ４の上方には、燃焼室が設けられている。燃焼室は、ストーカ４下から供給された一次空気Ｂに依りストーカ４上の廃棄物Ａを燃焼させる一次燃焼室６と、一次燃焼室６で燃焼して生成されたＣＯ等の未燃ガスや未燃物を二次空気Ｃに依り燃焼させる二次燃焼室７とから成っている。

一次空気供給装置１０は、各ストーカ下ホッパに分岐状に接続されて各ストーカの下方へ一次空気Ｂを供給する一次空気供給管１４と、これに接続された一次空気送風機（押込み送風機）１５とを備えている。

二次空気供給装置１１は、二次燃焼室７に二次空気Ｃを供給する二次空気供給管１６と、これに接続された二次空気送風機（押込み送風機）１７と、これの途中に設けられて供給量を調整する為のダンパ１８と、これを開閉駆動する為のモータやシリンダ等のダンパ駆動機１９と、二次燃焼室７の下流側の燃焼排ガスの酸素濃度を検出してダンパ駆動機１９を制御する酸素濃度センサ２０とを備えている。

排ガス供給装置１３は、内燃機関１２からの排ガスＤを二次燃焼室７の上流側に導く排ガス供給管２１と、これの途中に設けられて排ガスＤの熱を回収する蒸気の独立過熱器やガス式給水加熱器等の熱交換器２２と、二次空気供給管１６に分岐して二次空気Ｃの一部を排ガス供給管２１に導く二次空気分岐管２３と、この途中に設けられて供給量を調整する為のダンパ２４と、これを開閉する為のモータやシリンダ等のダンパ駆動機２５と、排ガス供給管２１の下流側の酸素濃度を検出してダンパ駆動機２５を制御する酸素濃度センサ２６とを備えている。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
廃棄物ホッパ３から投入された廃棄物Ａは、ストーカ４上へ連続的に供給され、ストーカ４の乾燥ストーカ、燃焼ストーカ及び後燃焼ストーカ上を順次前進されて一次燃焼される。この時、ストーカ４上の一次燃焼室６には、一次空気供給装置１０の一次空気送風機１５からの一次空気Ｂが一次空気供給管１４を通ってストーカ下ホッパから供給される。

つまり、廃棄物ホッパ３に投入された廃棄物Ｗは、廃棄物供給装置５に依りストーカ４の乾燥ストーカ上へ連続的に供給され、ここで乾燥ストーカ下から供給される一次空気Ｂと後段の燃焼ストーカ及び後燃焼ストーカ上での燃焼に依り生じる高温の燃焼ガスとに依って乾燥されると共に、廃棄物Ａの一部に燃焼が始まる。これに依り廃棄物Ａ中の水分が蒸発すると共に、ＣＯやＨＣ等の未燃ガスが放出される。乾燥された廃棄物Ａは、引き続き乾燥ストーカから燃焼ストーカ上へ送られ、ここで燃焼ストーカ下から供給される一次空気Ｂに依って火炎を上げて燃焼をすると共に、燃焼ストーカの下流側端部に於て丁度燃え切り点に達する。そして、燃焼ストーカの下流側端部に於て燃え切った廃棄物Ａは、引き続き後燃焼ストーカ上へ送られ、ここで後燃焼ストーカ下から供給される一次空気Ｂに依り所謂おき燃焼をして未燃分が殆どない焼却灰となった後、灰出し口８から冷却水槽（図示せず）内へ落下排出される。

一次燃焼室６で発生した未燃ガスや未燃物は、二次燃焼室７で二次燃焼される。この時、二次燃焼室７には、二次空気供給装置１１の二次空気送風機１７からの二次空気Ｃが二次空気供給管１６を通って供給される。二次燃焼室７に供給される二次空気Ｃは、酸素濃度センサ２０に依り制御されてダンパ駆動機１９にて開閉されるダンパ１８で供給量が調整される。

内燃機関１２からの排ガスＤ（３５０〜５５０℃）は、排ガス供給装置１３の排ガス供給管２１を経て熱交換器２２に依り熱回収されて減温（２００℃〜３５０℃）された後、二次燃焼室７の上流側に挿入される。この時、二次空気供給装置１１の二次空気送風機１７からの二次空気Ｃの一部が二次空気分岐管２３を経て混合される。排ガスの酸素濃度は、酸素濃度センサ２６に依り制御されてダンパ駆動機２５にて開閉されるダンパ２４で二次空気Ｃの供給量を加減する事に依り還元燃焼に適切な濃度に調整される。

内燃機関１２からの排ガスＤは、酸素濃度が低い（１０〜１５％）ので、これを二次燃焼室７へ導入する事に依り還元ゾーンが形成され、従来の還流ガスと同様の効果が期待でき、低空気比燃焼とＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の同時低減が行なえる。

内燃機関１２の排ガスＤは、３５０〜５５０℃と高温であり、ストーカ式焼却炉１のボイラ９を通過した後の排ガス温度（２００〜２５０℃程度）との温度差の分だけ熱回収が可能である。

内燃機関１２の次段には、熱交換器２２が設置されているので、これの熱回収に加えて、熱交換器２２の出口側の排ガスＤがストーカ式焼却炉１のボイラ９を通過した後の排ガス温度より高ければ、当該ボイラ９に依っても熱回収が行なわれる。

以上に依り内燃機関１２の排ガスＤを用いて、熱回収が行なえると共に、低空気比燃焼と、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類との同時低減を実現する事ができる。

尚、排ガス供給装置１３は、先の例では、熱交換器２２を設けていたが、これに限らず、例えばこれを割愛しても良い。

本発明の燃焼方法を実施するストーカ式焼却炉を示す概要図。 従来のストーカ式焼却炉を示す概要図。

符号の説明

１，５１…ストーカ式焼却炉、２，５２…炉本体、３，５３…廃棄物ホッパ、４，５４…ストーカ、５，５５…廃棄物供給装置、６，５６…一次燃焼室、７，５７…二次燃焼室、８，５８…灰出し口、９，５９…ボイラ、１０，６０…一次空気供給装置、１１，６１…二次空気供給装置、１２…内燃機関、１３…排ガス供給装置、１４，６４…一次空気供給管、１５，６５…一次空気送風機、１６，６６…二次空気供給管、１７，６７…二次空気送風機、１８，６８…ダンパ、１９，６９…ダンパ駆動機、２０，７０…酸素濃度センサ、２１…排ガス供給管、２２…熱交換器、２３…二次空気分岐管、２４…ダンパ、２５…ダンパ駆動機、２６…酸素濃度センサ、７１…熱交換器、７２…集塵器、７３…送風機、Ａ…廃棄物、Ｂ…一次空気、Ｃ…二次空気、Ｄ…排ガス、Ｅ…燃焼ガス。

Claims (2)

1. ストーカ下からストーカ上方の一次燃焼室に一次空気を供給してストーカ上の廃棄物を一次燃焼させると共に、一次燃焼室上方の二次燃焼室に二次空気を供給して一次燃焼室で発生した未燃ガスや未燃物を二次燃焼させる様にしたストーカ式焼却炉に於て、内燃機関からの排ガスに二次燃焼室に供給する二次空気の一部を分岐させて混合すると共に、二次空気を混合した排ガスの酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、この検出値に基づいて排ガス中の酸素濃度が還元燃焼に適した濃度になるように排ガスに混合する二次空気の供給量を加減調整し、還元燃焼に適切な濃度に調整された排ガスを二次燃焼室の上流側に吹き込んで還元ゾーンを形成する事を特徴とするストーカ式焼却炉の燃焼方法。
2. ストーカ式焼却炉のボイラに依り内燃機関の排ガスから熱回収を行なうようにした事を特徴とする請求項１に記載のストーカ式焼却炉の燃焼方法。

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