JP5871207B2 - 廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する火格子式の廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法に関する。

都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式廃棄物焼却炉が広く用いられており、その代表的なものの概要構成を添付図面の図２に示す。この図２の形式の焼却炉は特許文献１にも開示されている。

図２に示される焼却炉は、廃棄物を燃焼する主燃焼室１の下部に廃棄物の移動方向に配置され三段から成る火格子（乾燥火格子１ａ、燃焼火格子１ｂそして後燃焼火格子１ｃ）を有し、後燃焼火格子１ｃの上方に位置する主燃焼室１の出口に二次燃焼室２が連設されている。上記主燃焼室１には乾燥火格子１ａの上方に位置して廃棄物投入口３がそして後燃焼火格子１ｃの右下方には灰落下口４がそれぞれ設けられている。通常、上記二次燃焼室２は廃熱回収用の廃熱ボイラ１０の一部でもあり入口近傍部分である。また、上記主燃焼室１には、燃焼火格子１ｂと後燃焼火格子１ｃにまたがる範囲で火格子の上方位置に外部からの二次空気を主燃焼室１内へ吹き込む二次空気吹込み口５が設けられている。

図２に示される焼却炉にあっては、廃棄物投入口３から炉内に投入された廃棄物は、シュート３ａを通して乾燥火格子１ａ上に堆積され、乾燥火格子１ａの下からの一次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。すなわち、上記乾燥火格子１ａの直上方では、廃棄物の流れ方向の上流側たる左域空間で乾燥領域をそして下流側たる右域空間では燃焼開始領域を形成する。燃焼開始領域で着火して燃焼を開始した廃棄物は、燃焼火格子１ｂ上に送られ、廃棄物が熱分解ガス化され可燃性ガスが発生し、燃焼火格子１ｂの下から送られる燃焼用の一次空気によりガス分と固形分が燃焼し、上記燃焼火格子１ｂの直上方空間で主燃焼領域を形成する。そして、更に後燃焼火格子１ｃ上で、後燃焼火格子１ｃの下から送られる燃焼用の一次空気により固定炭素など未燃分が完全に燃焼し、該後燃焼火格子１ｃ直上方空間で後燃焼領域を形成する。しかる後、燃焼後に残った灰は、灰落下口４より外部に排出される。かくして廃棄物は三段の火格子１ａ〜１ｃの下から吹き上げる一次空気により、燃焼する。

このような焼却炉では、廃棄物の燃焼は主燃焼室１内で行われ、燃焼排ガスに含まれている未燃ガスは、二次空気吹込み口５からの二次空気を受けて二次燃焼室２で二次的な燃焼が行われて未燃分が完全に燃焼する。二次燃焼室２からの排ガスは、廃熱ボイラ１０にて熱交換された後に、減温塔、バグフィルタ（共に図示せず）等を経由して無害化された状態で煙突から外部に放出される。廃熱ボイラ１０では、高温の燃焼排ガスから熱交換器により熱回収され蒸気を発生し、その蒸気を熱供給，発電等に供している。

この図２の焼却炉は、一次空気と二次空気の２系統の燃焼用空気供給系を備え、一次空気供給系はファン６からダンパ等の流量調節機構７を介して火格子１ａ〜１ｃに空気を送り込む系統であり、二次空気供給系はファン８からダンパ等の流量調節機構９を介して二次空気を吹込み口５から主燃焼室１内に吹き込む系統である。

特開平９-４９６２４

図２に示されるような従来の廃棄物焼却炉では、実際に炉内に供給する空気量を廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で除した比は（空気比）は、通常１．６程度である。これは、一般燃料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。その理由は、廃棄物には、上記一般燃料としての液体燃料や気体燃料に比べて不燃分が多く、かつ燃料分の分布が不均質なため、空気の利用効率が低く、燃焼を行うには多量の空気が必要となるためである。しかし、単に供給空気を多くすると、空気比が大きくなるにしたがって排ガス量も多くなるので、これに伴ってより大きな排ガス処理設備が必要となる。

焼却炉において空気比を小さくした状態で支障なく廃棄物を燃焼することができ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できる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤量も低減するので、運転費を低減できる。さらには、熱回収できずに大気に捨てられる熱量を低減させ、廃熱ボイラの熱回収率を向上できるので、廃棄物発電の効率を上げることができる。

このような状況のもとで、空気比を１．３以下の低空気比で廃棄物焼却炉を操業することが検討されている。低空気比操業を行うことにより焼却炉より排出される排ガス量が低減されるため、排ガスの体積当たりの顕熱が増加し廃熱ボイラでの熱回収効率が向上して発生蒸気による発電効率が向上でき、また、排ガス処理設備をコンパクトにでき廃棄物焼却設備全体をコンパクトにできる効果がある。

しかしながら、このように、低空気比燃焼に対する利点は大きくなるが、一方で、低空気比燃焼では燃焼が不安定になるという問題が残る。すなわち、低空気比で廃棄物を燃焼させると、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る。

火格子式焼却炉では、焼却炉へ供給する空気量を低減して低空気比燃焼を指向する場合でも、乾燥、燃焼、後燃焼のため火格子から供給する一次空気は空気比１．２程度は供給しないと廃棄物の燃焼状況が悪化してしまい、燃え切りが悪くなり灰分中未燃分の増加（熱勺減量の増加）につながることになってしまう。したがって、低空気比燃焼での操業を行うためには、二次空気量をも減少させることが試みられているが、次のような問題がある。すなわち、低空気比燃焼の操業を指向し、二次空気量を減少させると、廃棄物の供給量や性状が変動した場合、未燃ガスが完全燃焼されず、燃焼排ガス中に数百ｐｐｍオーダのＣＯガスが残存する場合があり、ＣＯスパイクの発生の原因ともなる。ＣＯスパイクが発生すると、有害物質を含んだ排ガスが炉外に放出されることになり、公害防止の上から好ましくない。そのため低空気比燃焼を実現するのが困難になっている。

本発明は、かかる事情に鑑み、低空気比燃焼を行った場合においても、ＣＯ等の有害ガスの発生を抑制でき、廃棄物を安定して燃焼できる火格子式の廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法を提供することを課題とする。

以下、本発明に至る検討の結果及び本発明の構成について説明する。

＜検討の結果＞
二次燃焼室における未燃ガスの燃焼のために供給する二次空気を、二次空気の大部分を一定供給量で供給する主供給系と、変動する排ガス性状に対応して排ガス性状を所定範囲内にするように供給量を調整する副供給系との二つの供給系を設けることで良好な結果が得られることを見い出した。

副供給系における送気手段として、新たな送気ファンを設けることは、設備費用、運転費用の増加となるため、好ましくない。そこで、一次空気供給系のうち、後燃焼火格子に供給している系に着目して検討したところ、従来の火格子式廃棄物焼却炉にて、後燃焼火格子下から供給する一次空気は、燃焼火格子から移された廃棄物の焼却残渣中の未燃分（主に固定炭素）を燃焼するために供給されているが、実際には、後燃焼火格子に至るまでに、固定炭素は燃え切っており、これを考慮すると、後燃焼火格子下から供給する一次空気を削減してもよいことが判明した。そこで、二次空気の副供給源として、一次空気供給系の送気手段である送風ファン、管路を利用することを考案した。

＜廃棄物焼却炉＞
本発明にかかる廃棄物焼却炉は、廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が順に設けられていると共に、乾燥火格子と燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段と、二次燃焼室に二次空気を供給する二次空気供給手段とが設けられている。

かかる火格子式の廃棄物焼却炉において、本発明では、二次空気供給手段は、一定供給量で二次燃焼室へ主二次空気を供給する二次空気主供給手段と、一次空気供給手段の送気手段により取り込む空気の一部を二次燃焼室へ副二次空気として供給する二次空気副供給手段とを備えていることを特徴としている。

本発明において、二次空気副供給手段は、廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出する排ガス性状検出計と、上記二次空気副供給手段による二次空気の供給量を調整可能な供給量調整器と、上記排ガス性状検出計で検出された排ガス性状に基づき排ガスの排ガス性状を所定範囲内にするように上記供給量調整器を制御する制御装置とを有することとすることができる。

このように構成される本発明の廃棄物焼却炉にあっては、従来、一次空気供給手段の送気手段により取り込み後燃焼火格子下へ送っていた空気の分だけ一次空気を削減して、その分を二次空気副供給手段により二次燃焼室へ副二次空気として供給することができ、さらに、排ガス性状に応じて副二次空気の供給量を調整し排ガス性状を所定範囲内にするようにする。その結果、二次燃焼室で未燃ガスを完全に燃焼することができる。そのため、低空気比燃焼でも廃棄物、未燃ガスを安定して燃焼することができ、ＣＯなど有害物の発生を抑制でき、低空気比燃焼を達成できる。

本発明において、排ガス性状検出計は温度計、酸素濃度計、ＣＯ濃度計及びＮＯｘ濃度計のうち少なくとも一つであり、制御装置は上記排ガス性状検出計により検出された排ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度及びＮＯｘ濃度のうち少なくとも一つの性状に基づき、該性状を所定範囲とするように供給量調整器を制御するようにすることができる。

＜廃棄物焼却方法＞
本発明の廃棄物焼却方法は、廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が順に設けられていると共に、乾燥火格子と燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段と、二次燃焼室に二次空気を供給する二次空気供給手段とが設けられている火格子式の廃棄物焼却炉での廃棄物焼却方法において、一定供給量で二次燃焼室へ主二次空気を供給するとともに、一次空気供給手段の送気手段により取り込む空気の一部を副二次空気として二次燃焼室へ供給することを特徴とする。

かかる本発明において、廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出した排ガス性状検出値に基づき、排ガスの排ガス性状を所定範囲内にするように、上記二次空気副供給手段による副二次空気の供給量を調整することとすることができる。

さらに本発明では、廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量に対する、一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１と、
主二次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ２と、
副二次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ３とが、下式（１）及び（２）を満足するように設定することができる。

Q1：Q2：Q3＝0.75〜0.95：0.25〜0.40：0.05〜0.20 ………（１）
1.2≦Q1＋Q2＋Q3≦1.4 …………………………………………（２）

本発明は、以上のように、二次燃焼室へ、一定量で二次空気を二次空気主供給手段により供給すると共に、従来、後燃焼火格子下へ送っていた分の一次空気を、排ガス性状に応じた供給量のもとで二次空気副供給手段により二次空気の一部として上記二次燃焼室へ供給することとしたので、二次燃焼室において、未燃ガスを完全に燃焼することができる。そのため、低空気比燃焼でも廃棄物、未燃ガスを安定して燃焼することができ、ＣＯなど有害物の発生を抑制でき、低空気比燃焼を達成できる廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態として廃棄物焼却炉装置の概要構成図である。 従来の廃棄物焼却炉装置の概要構成図である。

以下、添付図面の図１にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

図１に示される本実施形態の廃棄物焼却炉は、廃棄物を燃焼するための主燃焼室１１の出口側に二次燃焼室１２が連設されている。二次燃焼室１２は廃熱回収のための廃熱ボイラ１７の一部でもあり入口近傍部分である。

主燃焼室１１の下部には、廃棄物の移動方向（図では右方向）で、上流側から乾燥火格子１１ａ、燃焼火格子１１ｂ、そして後燃焼火格子１１ｃが順に設けられている。各火格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ、火格子上の廃棄物を右方に移動させる動作を伴っている。

上記焼却炉では、乾燥火格子１１ａの上流側の上方に、廃棄物投入口１３が設けられており、該廃棄物投入口１３から垂下するシュート１４により上記主燃焼室１１の上部空間に連通していて、廃棄物投入口１３から投入された廃棄物が上記シュート１４を経て、図示しない廃棄物供給機構により上記乾燥火格子１１ａに供給されるようになっている。該乾燥火格子１１ａ上に供給された廃棄物は、各火格子１１ａ〜１１ｃの動作によって、火格子上に廃棄物の層を形成しつつ燃焼火格子１１ｂそして後燃焼火格子１１ｃへと移動する。各火格子１１ａそして１１ｂの下方には、燃焼用の空気の供給を受けるための風箱１１ａ−１，１１ｂ−１が設けられている。燃焼用の一次空気は、火格子上の廃棄物の乾燥及び燃焼に使われるほか、火格子の冷却作用、廃棄物の攪拌作用を有する。また、後燃焼火格子１１ｃに対して下流側で隣接する位置に、下方に開口する灰落下口１５が設けられている。

主燃焼室１１の出口部（下流側）の上方位置で該主燃焼室１１に二次燃焼室１２が連設されている。廃熱ボイラ１７はその入口近傍部分が二次燃焼室１２であり、二次燃焼室１２に続いて屈曲流路空間が形成され、内壁面の水冷壁や伝熱管群により廃熱を回収し、上方の排出口１７ａから排ガスを次工程処理のために排出するようになっている。

本実施形態では、焼却炉は、燃焼用空気となる一次空気、そして二次空気の２系統の空気供給系を備えている。一次空気供給系２１は、空気供給源からの空気を管路２２を経て、乾燥火格子１１ａ、燃焼火格子１１ｂのそれぞれの風箱１１ａ−１，１１ｂ−１に分岐供給管２１ａ，２１ｂから送り込むようになっており、上記管路２２には、圧送用ファン２３そして流量調整機構としてのダンパ２４ａ，２４ｂが設けられている。二次空気供給系は、二次空気主供給系（手段）３１と二次空気副供給系（手段）２５を備えている。二次空気主供給系３１は、外部に設けられた空気供給源からの空気を管路３２を経て、二次燃焼室１２に設けられた吹込口２８から該二次燃焼室１２へ送り込むようになっており、上記管路３２には、圧送用ファン３３そして供給量調整機構としてのダンパ３４が設けられている。該ダンパ３４は適宜設定された開度で一定供給量の空気を供給するようになっている。二次空気副供給系２５は、上記一次空気供給系２１の管路２２から分岐そして延長された管路２６で流量調整機構としての供給量調整器であるダンパ２７を経て、一次空気の一部を上記二次燃焼室１２の吹込口２８から該二次燃焼室１２へ副二次空気として吹き込むようになっている。上記二次空気副供給系２５は、二次燃焼室１２の排出口１７ａに排ガス性状検出計としての酸素濃度計３５が設けられていると共に、上記ダンパ２７の開度を制御して該ダンパ２７を通して供給される副二次空気の供給量を調整する制御装置３６を有している。該制御装置３６は、上記酸素濃度計３５からの検出酸素濃度に基づいて、上記排出口１７ａでの酸素濃度が所定範囲内に収まるように、上記ダンパ２７の開度を制御する指令信号を該ダンパ２７に送るようになっている。なお、上記風箱及び燃焼用の一次空気、二次空気を供給するための管路等の構成は図示したものに限定されず、焼却炉の規模、形状、用途等により適宜選択され得る。

本実施形態では、二次空気副供給系２５に二次空気供給量調整器としてのダンパ２７を有していて、二次燃焼室１２を含む廃熱ボイラ１７からの排ガスの酸素濃度を上記酸素濃度計３５で検出して、排ガスの酸素濃度が所定範囲内に収まるように、上記制御装置３６で上記ダンパ２７を制御するので、二次空気副供給系２５の副二次空気の供給量が増減され適正値となる。

このような本実施形態の焼却炉では、各火格子１１ａ〜１１ｃの上に廃棄物の層が形成される。

乾燥火格子１１ａの直上方では、該乾燥火格子１１ａ上であって廃棄物の流れ方向の上流側範囲には乾燥領域が形成され、下流側範囲には燃焼開始領域が形成される。すなわち、乾燥火格子１１ａの廃棄物は、上流側範囲で乾燥され、下流側範囲で着火して燃焼が開始し燃焼火格子１１ｂへと移動する。燃焼火格子１１ｂ上の廃棄物はここで熱分解そして部分酸化が行われ、可燃ガスと固形分が燃焼する。廃棄物はこの燃焼火格子１１ｂ上で実質的に殆んど燃焼される。こうして、上記燃焼火格子１１ｂ直上に主燃焼領域が形成される。しかる後、僅かに残った廃棄物中の固定炭素など未燃分が後燃焼火格子に移動して該後燃焼火格子１１ｃ上で完全に燃焼される。この後燃焼火格子１１ｃ上に後燃焼領域が形成される。

主燃焼室１１内で発生した未燃ガスは、上記後燃焼火格子１１ｃの上方に位置する二次燃焼室１２に流入してここで燃焼し、上記後燃焼領域の上方に二次燃焼領域を形成する。

このような本実施形態の焼却炉は、次の要領で運転される。

先ず、廃棄物投入口１３へ廃棄物を投入すると、シュート１４を経て、廃棄物は乾燥火格子１１ａに堆積され、各火格子１１ａ〜１１ｃの動作により、燃焼火格子１１ｂ上そして後燃焼火格子１１ｃ上へと移動し、各火格子１１ａ〜１１ｃ上に廃棄物の層を形成する。

各火格子１１ａ〜１１ｃは、風箱１１ａ−１，１１ｂ−１を経て燃焼用の一次空気を受けていて、これにより各火格子１１ａ〜１１ｃ上の廃棄物は燃焼する。

乾燥火格子１１ａでは主として廃棄物の乾燥と着火が行われる。すなわち、乾燥火格子１１ａの廃棄物の流れ方向の上流側域で乾燥がそして下流側域で着火（燃焼開始）が行われる。燃焼火格子１１ｂでは主として廃棄物の熱分解、部分酸化が行われ、可燃性ガスと固形分の燃焼が行われる。燃焼火格子１１ｂにおいて廃棄物の燃焼は実質的に完了する。後燃焼火格子１１ｃ上では、僅かに残った廃棄物中の固定炭素など未燃分を完全におき燃焼させる。完全に燃焼した後の燃焼灰は、灰落下口１５より排出される。このように廃棄物が燃焼している状態で、各火格子１１ａ〜１１ｃ直上空間には、上述の乾燥領域、燃焼開始領域、主燃焼領域そして後燃焼領域がそれぞれ形成される。

上記二次空気副供給系２５からの副二次空気供給量は、制御装置３６によるダンパ２７の開度を増減して調整されるが、これは、酸素濃度計３５により検出された廃熱ボイラ１７の排出口１７ａの排ガスの検出酸素濃度が、所定範囲内に収まるように行われる。排ガスの酸素濃度はＣＯ濃度と相関しており、この酸素濃度の所定範囲の下限は、ＣＯスパイクが起きないような酸素濃度として定め、上限を極力低空気比となる値として定めることにより、上記所定範囲を決定する。

既述のごとく、廃棄物投入口１３とは反対側となる主燃焼室１１の出口に、廃熱ボイラ１７の一部である二次燃焼室１２が連設されている。したがって、主燃焼室１１内で発生した未燃ガスは、二次燃焼室１２に導かれ、そこで二次空気と混合・攪拌され、二次燃焼し、二次燃焼室１２からの燃焼排ガスは廃熱ボイラ１７で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラ１７から排出された燃焼排ガスは、消石灰による酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類の吸着が行われ、さらに除塵装置（図示せず）に送られ、活性炭や中和反応物などが回収される。上記除塵装置で除塵され、無害化された後の燃焼排ガスは、誘引ファン（図示せず）により誘引され、煙突から大気中に放出される。なお、上記第一そして第二の除塵装置としては、例えば、バグフィルタ方式、電気集塵方式等の除塵装置を用いることができる。

次に、本実施形態において、二次燃焼室の雰囲気そして排ガス酸素濃度にもとづく二次空気量の制御について詳述する。

＜二次燃焼室の雰囲気＞
二次燃焼室内のガス温度は、８００〜１０５０℃の範囲となるように、二次空気の流量を調整することが好ましい。その理由は、二次燃焼室内のガス温度が８００℃未満となると燃焼が不十分となり、ＣＯが増加してしまうからであり、また、二次燃焼室内のガス温度が１０５０℃を超えると二次燃焼室内におけるクリンカの生成が助長され、さらに、ＮＯｘが増加してしまうからである。

＜排ガス酸素濃度にもとづく二次空気量の制御＞
本実施形態において、廃熱ボイラ１７の排出口１７ａの排ガスの酸素濃度を測定し、これにもとづいて副二次空気供給量を制御することとしているが、この酸素濃度と排ガス中のＣＯ濃度、排ガス中のＮＯｘ濃度、二次空気供給量との関係を表１に示す。

焼却炉内で廃棄物と熱分解によって発生する可燃性ガスを適正な酸素濃度や温度等の範囲内で燃焼させた場合に、ＣＯ、ＮＯｘ、ＤＸＮ（ダイオキシン類）等の有害物質の発生が最も抑制される。表１において、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が高い場合は、焼却炉から排出されるＣＯ濃度は減少するかあるいは変化無しであるが、ＮＯｘ濃度は増加する。そのため、二次空気供給量を減少させ、二次燃焼室への酸素の供給量を減少させて二次燃焼室の燃焼を適正に行うようにする。反対に、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が低い場合は、焼却炉から排出されるＮＯｘ濃度は減少するかあるいは変化無しの状態となるが、ＣＯ濃度は増加する状態となる。そのため、二次空気供給量を増加させ、二次燃焼室への酸素の供給量を増やし、二次燃焼室の燃焼を適正に行うようにする。

上記の実施の形態では、排ガス性状検出計として酸素濃度計を用いる場合の形態を示したが、排ガス性状検出計として、酸素濃度計の代わりに、温度計、酸素濃度計、ＣＯ濃度計及びＮＯｘ濃度計のうち少なくとも一つを用いてもよい。制御装置はこれらの排ガス性状検出計により検出された排ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度及びＮＯｘ濃度のうち少なくとも一つの性状に基づき、該性状を所定範囲とするように供給量調整器を制御するようにすることができる。

＜低空気比燃焼を実現するための酸素量比配分＞
次に、本実施形態の廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を実現するための一次空気、主二次空気及び副二次空気の酸素量比配分について説明する。

廃棄物の燃焼に必要な単位時間当たりの理論酸素量（Ｘ）に対する、乾燥火格子と燃焼火格子の下方から主燃焼室内に吹き込まれる一次空気により供給される単位時間当りの酸素量（Ｙ１）の比Ｑ１（＝Ｙ１／Ｘ）と、二次空気主供給手段により吹込まれる主二次空気により供給される単位時間当りの酸素量（Ｙ２）の比Ｑ２（＝Ｙ２／Ｘ）と、二次空気副供給手段により吹込まれる副二次空気により供給される単位時間当りの酸素量（Ｙ３）の比Ｑ３（＝Ｙ３／Ｘ）とは、下式（１）及び（２）を満足するように、それぞれの空気を吹込むことが好ましい。下式（１）及び（２）を満足するように、それぞれの空気を吹き込む比率を制御することにより、焼却炉全体へ供給する空気量を空気比１．４以下の低空気比での燃焼を実現できる。

Q1：Q2：Q3＝0.75〜0.95：0.25〜0.40：0.05〜0.20 ………（１）
1.2≦Q1＋Q2＋Q3≦1.4 …………………………………………（２）
ここで、上記廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量（Ｘ）は、主燃焼室内に投入される廃棄物の性状及び成分等から決定される廃棄物の単位質量当りの燃焼に必要な酸素量（Ｎｍ^３／ｋｇ）と、焼却炉における廃棄物の焼却処理速度（ｋｇ／ｈｒ）との積（Ｎｍ^３／ｈｒ）により決定される。

また、上記Ｑ１の値は、乾燥火格子と燃焼火格子の下方から主燃焼室内に供給される一次空気により供給される単位時間当りの酸素量（Ｙ１）の理論酸素量に対する比であり、上記一次空気の流量を増減させることにより調整する。また、Ｑ２の値は、二次空気主供給手段により吹込まれる主二次空気の流量を増減させることにより調整される。また、Ｑ３の値は、二次空気副供給手段により吹込まれる副二次空気の流量を増減させることにより調整される。

なお、以下において、Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３をλと記載する。

上記比Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を上式の範囲とすることにより、廃棄物焼却炉において低酸素比燃焼（１．２≦λ≦１．４）（すなわち、低空気比燃焼に相当する）を行った場合においても、ＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減でき、焼却炉から排出される排ガス総量を大幅に低減できる。

廃棄物の燃え残りや有害物質の発生を抑制して安定した低空気比燃焼を達成させることができるより好ましい配分比としては、Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９０：０．３０：０１０、λ＝１．３０を基準とし、焼却炉内に投入される廃棄物の組成や性状等に基づきλを１．２〜１．４の範囲でＱ１，Ｑ２，Ｑ３を上記の範囲内で調整する。
Ｑ１，Ｑ２,Ｑ３，λの具体例を以下に記載する。
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.90：0.25：0.15、λ＝１．３０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.90：0.35：0.05、λ＝１．３０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.95：0.30：0.05、λ＝１．３０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.95：0.25：0.10、λ＝１．３０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.95：0.30：0.10、λ＝１．３５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.95：0.30：0.15、λ＝１．４０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.85：0.25：0.10、λ＝１．２０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.85：0.25：0.15、λ＝１．２５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.85：0.30：0.10、λ＝１．２５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.80：0.35：0.15、λ＝１．３０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.75：0.35：0.20、λ＝１．３０
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.80：0.40：0.15、λ＝１．３５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝0.75：0.40：0.15、λ＝１．３０
以下に、比率Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の調整基準を説明する。

［一次空気についての比率Ｑ１の調整基準］
通常の都市ごみ等の廃棄物を乾燥させ燃焼させるにはＱ１は０．９０を基準とし、灰分の少ない廃棄物や水分の少ない廃棄物、例えばプラスチック等を燃焼する際には、Ｑ１を０．７５〜０．８０程度に減らし、その代わりに主二次空気についての比率Ｑ２を増加させる。

［主二次空気についての比率Ｑ２の調整基準］
通常の都市ごみ等の廃棄物を燃焼させるにはＱ２は０．３０を基準とし、灰分や水分が少なく可燃分が大部分である廃棄物、例えばプラスチック等、或いは、揮発分の大きい廃棄物を燃焼させる場合には、主燃焼室で発生する可燃ガスが多く未燃ガスが増加するため、Ｑ２を０．３５〜０．４０程度に増加させ、二次燃焼室で未燃ガスを十分に燃焼させるようにする。廃棄物焼却炉を定常的に操業している間は、主二次空気についての比率Ｑ２を一定とし、焼却炉内の燃焼状況が変化した場合には、副二次空気についての比率Ｑ３を調整することで二次燃焼領域内での燃焼状態を調整する。

［副二次空気についての比率Ｑ３の調整基準］
廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子を検出し、検出結果に基づき、副二次空気についての比率Ｑ３を、０．１０を基準とし、０．０５〜０．２０の範囲内で調整する。Ｑ３の値を調整することで二次燃焼領域内での燃焼状態を調整する。

廃棄物焼却炉の実際の操業では標準操業基準で操業していても、焼却炉内の燃焼状況が変化し排出される排ガス中の有害物質量が変動することがある。そこで、上述のようにして決定したＱ１及びＱ２の値は維持したまま、廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子に基づいてＱ３を増減するように調節する。このような燃焼制御方法をとることにより、焼却炉内の燃焼状況が変化しても、燃焼を安定して行うように調整でき、最終的に廃棄物焼却炉から排出される排ガス中の有害物質量を制御しやすくなり、さらに、焼却炉の燃焼制御系を簡単にすることができる。

ここで、前記廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子としては、例えば、主燃焼室から排出される未燃ガスの二次燃焼を行う二次燃焼領域出口近傍又は廃熱ボイラ出口における、排ガス温度、排ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度のいずれか一つ以上とすることが好ましい。これらの監視因子の具体的な組み合わせとしては、例えば、（１）排ガス温度、（２）排ガス中酸素濃度、（３）排ガス温度と排ガス中酸素濃度、（４）排ガス温度と排ガス中ＣＯ濃度、（５）排ガス温度と排ガス中ＮＯｘ濃度、（６）排ガス中ＮＯｘ濃度と排ガス中ＣＯ濃度などを用いることができる。これらの濃度を計測するための計測手段は、例えば、次のごとくのものがある。

ガス温度：温度センサ（熱電対、放射温度計）
ガス中Ｏ_２濃度：酸素濃度計
ガス中ＣＯ濃度：ＣＯ濃度計
ガス中ＮＯｘ濃度：ＮＯｘ濃度計

以上説明したように本発明によれば、廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を行った場合においても燃焼の安定性が維持され、且つ、局所高温領域の発生が抑制され、ＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減できる廃棄物焼却炉が提供される。さらに、低空気比燃焼を行えるので焼却炉から排出される排ガス総量を大幅に低減でき、また、廃熱の回収効率を向上できる廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法が提供される。

１１ 主燃焼室
１１ａ 乾燥火格子
１１ｂ 燃焼火格子
１１ｃ 後燃焼火格子
１２ 二次燃焼室
１３ 廃棄物投入口
２１ 一次空気供給手段
２５ 二次空気副供給手段（系）
２７ 供給量調整器（ダンパ）
３１ 二次空気主供給手段（系）
３５ 排ガス性状検出計（酸素濃度計）
３６ 制御装置

Claims (6)

1. 廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が順に設けられていると共に、乾燥火格子と燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段と、二次燃焼室に二次空気を供給する二次空気供給手段とが設けられている火格子式の廃棄物焼却炉において、
   二次空気供給手段は、一定供給量で二次燃焼室の吹込口から二次燃焼室へ主二次空気を供給する二次空気主供給手段と、一次空気供給手段の送気手段により取り込む空気の一部を廃棄物焼却炉から排出される排ガスの排ガス性状に応じた供給量で上記吹込口から二次燃焼室へ副二次空気として供給する二次空気副供給手段とを備えていることを特徴とする廃棄物焼却炉。
2. 二次空気副供給手段は、廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出する排ガス性状検出計と、上記二次空気副供給手段による二次空気の供給量を調整可能な供給量調整器と、上記排ガス性状検出計で検出された排ガス性状に基づき排ガス性状を所定範囲内にするように上記供給量調整器を制御する制御装置とを有することとする請求項１に記載の廃棄物焼却炉。
3. 排ガス性状検出計は温度計、酸素濃度計、ＣＯ濃度計及びＮＯｘ濃度計のうち少なくとも一つであり、制御装置は上記排ガス性状検出計により検出された排ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度及びＮＯｘ濃度のうち少なくとも一つの性状に基づき、該性状を所定範囲とするように供給量調整器を制御するように設定されていることとする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物焼却炉。
4. 廃棄物を燃焼する主燃焼室を有し、主燃焼室での燃焼後の未燃ガスを燃焼する二次燃焼室が該主燃焼室の出口側に接続されており、主燃焼室下部に、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子が順に設けられていると共に、乾燥火格子と燃焼火格子のそれぞれの下方から一次空気を供給する一次空気供給手段と、二次燃焼室に二次空気を供給する二次空気供給手段とが設けられている火格子式の廃棄物焼却炉での廃棄物焼却方法において、
   一定供給量で、二次燃焼室の吹込口から二次燃焼室へ主二次空気を供給するとともに、一次空気供給手段の送気手段により取り込む空気の一部を、廃棄物焼却炉から排出される排ガスの排ガス性状に応じた供給量で、上記吹込口から副二次空気として二次燃焼室へ供給することを特徴とする廃棄物焼却方法。
5. 廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出した排ガス性状検出値に基づき、排ガスの排ガス性状を所定範囲内にするように、上記二次空気副供給手段による副二次空気の供給量を調整することとする請求項４に記載の廃棄物焼却方法。
6. 廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量に対する、一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１と、
   主二次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ２と、
   副二次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ３とが、下式（１）及び（２）を満足することとする請求項４又は５に記載の廃棄物焼却方法。
   Q1：Q2：Q3＝0.75〜0.95：0.25〜0.40：0.05〜0.20 ………（１）
   1.2≦Q1＋Q2＋Q3≦1.4 …………………………………………（２）

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