JP7020289B2 - 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する廃棄物焼却炉として、火格子を用いて廃棄物を焼却する火格子式焼却炉が知られている（特許文献１参照）。この火格子式焼却炉において、ホッパに投入された廃棄物は、シュートを介して受床上に落下する。受床上には、プッシャが往復移動可能に設置される。プッシャは、受床上に落下した廃棄物を押し出して、炉本体の火格子上に落下させる。火格子は、火格子上に落下した廃棄物を搬送しながら燃焼させる。

特開２００５－１６４１２１号公報

ところで、廃棄物焼却炉に供給される廃棄物は、その性状（例えば形状、寸法、圧縮性等）が不均一である。廃棄物の性状が不均一であると、受床上に落下した廃棄物をプッシャで押し出しても、廃棄物が押し固められるだけで火格子上に供給されない場合がある。このような状態が続くと、炉本体内で燃焼する廃棄物の量が不足し、安定燃焼が阻害（例えば排ガス温度低下、排ガス中のＣＯ濃度上昇等）されるという課題がある。

また、上記の状態でプッシャの運転を継続すると、ある時点で押し固められた廃棄物が火格子上に一気に落下する。これが起こると、火格子上の廃棄物の量が増加し、乾燥終了後に一気に廃棄物の燃焼が開始されるので、安定燃焼が阻害（例えば排ガス温度上昇、排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度上昇等）されるという課題がある。加えて、火格子上の燃え切り位置が灰落下口側に移動することもあり、灰中の未燃焼分の増加（熱灼熱量の増加）等も懸念される。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、炉本体への廃棄物の定量供給性を向上させ、これによって廃棄物の安定燃焼に寄与することが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を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、前記プッシャは、前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、前記廃棄物焼却炉は、前記サブプッシャを前記メインプッシャに連動させる制御装置を備える廃棄物焼却炉である。
本発明の他の態様は、ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、前記プッシャは、前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、前記廃棄物焼却炉は、前記メインプッシャの給じん速度及び前記シュート内の前記廃棄物の降下速度に基づいて、前記サブプッシャを制御する制御装置を備える廃棄物焼却炉である。
本発明のさらに他の態様は、ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、前記プッシャは、前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、前記廃棄物焼却炉は、赤外線カメラの熱画像情報により前記炉本体の落差壁からの前記廃棄物の突出量を求め、求めた前記突出量に基づいて前記サブプッシャを制御する制御装置を備える廃棄物焼却炉である。
本発明のさらに他の態様は、ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、前記プッシャは、前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、前記炉本体と同等の幅の前記サブプッシャを１個配置する廃棄物焼却炉である。

本発明のさらに他の態様は、ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却方法において、前記受床上に往復移動可能に配置されたメインプッシャが、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャ押出工程と、前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置されたサブプッシャが、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャ押出工程と、を備え、前記サブプッシャを前記メインプッシャに連動させる廃棄物焼却方法である。

本発明によれば、メインプッシャに加えて、メインプッシャの前方の廃棄物を火格子上に落下させるサブプッシャを備えるので、メインプッシャの前方の廃棄物を定量的に炉本体内に供給することができる。これにより、メインプッシャの前方の廃棄物が押し固められるのを防止することができる。また、メインプッシャの前方の廃棄物が押し固められて炉本体内に突出する場合でも、サブプッシャの運転により押し固められた廃棄物が一気に炉本体内に供給されるのを防止できる。これにより、廃棄物の量と燃焼空気のアンバランスを解消でき、燃焼の安定化（排ガス温度・排ガス組成の変動が小、蒸発量の変動が小、ＣＯ低減、ＮＯｘ低減等）が図れる。

本発明の一実施形態の廃棄物焼却炉の縦断面図である。 プッシャによって押し出された廃棄物に突出部が発生した状態を示す図である。 廃棄物の突出部が火格子上に落下した状態を示す図である。 メインプッシャ及びサブプッシャの詳細図である。 赤外線カメラが生成する熱画像情報を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の廃棄物焼却炉を詳細に説明する。ただし、本発明の廃棄物焼却炉は種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

図１は、本発明の一実施形態の廃棄物焼却炉の縦断面図である。本実施形態の廃棄物焼却炉は、内部に主燃焼室２及び二次燃焼室１０を有する炉本体１と、廃棄物が投入されるホッパ３と、廃棄物を受床５上に導くシュート４と、を備える。

図示しないクレーンによってホッパ３に投入された廃棄物は、シュート４を介して受床５上に落下する。受床５上には、メインプッシャ１２が水平方向に往復移動可能に配置される。メインプッシャ１２は、実線で示す後退端と破線で示す前進端との間を往復移動する。メインプッシャ１２は、シリンダ、リンク機構等を含む駆動機構１２ａによって駆動される。メインプッシャ１２は、炉本体１の幅と略等しい幅を有する。メインプッシャ１２が後退端から前進端に移動するとき、メインプッシャ１２はその前面の廃棄物を押し出して炉本体１の火格子７上に落下させる。メインプッシャ１２が前進端から後退端に移動するとき、メインプッシャ１２の前面に廃棄物が供給される。廃棄物は、受床５の前端の落ち口１６から火格子７上に落下する。炉本体１には、受床５と火格子７との間に落下のための段差を形成する落差壁８が設けられる。

メインプッシャ１２の上方には、サブプッシャ１８が往復移動可能に配置される。サブプッシャ１８は、実線で示す後退端と破線で示す前進端との間を往復移動する。サブプッシャ１８は、メインプッシャ１２の前方の廃棄物を斜め下方向に押し出して火格子７上に落下させる。サブプッシャ１８は、シリンダ、リンク機構等を含む駆動機構１８ａによって駆動される。サブプッシャ１８の個数は、炉本体１の幅に応じて適宜設定される。例えば、炉本体１の幅方向の中央の一箇所にサブプッシャ１８を配置することもできるし、炉本体１の幅方向に一定間隔を空けて複数のサブプッシャ１８を配置することもできる。また、炉本体１と同等の幅のサブプッシャ１８を１個配置することもできる。

火格子７は、主燃焼室２の下方に設けられる。火格子７は、火格子７上に落下した廃棄物を搬送しながら燃焼させる。火格子７は、上流側から乾燥火格子７ａ、燃焼火格子７ｂ、後燃焼火格子７ｃを備える。乾燥火格子７ａ、燃焼火格子７ｂ、後燃焼火格子７ｃそれぞれは、可動火格子と固定火格子に分けられ、可動火格子の摺動運動により廃棄物の搬送及び撹拌を行う。廃棄物は、火格子７上を上流側（図１の左側）から下流側（図１の右側）に炉長方向に移動する。

乾燥火格子７ａは、廃棄物の乾燥及び廃棄物の一部の熱分解を行う。燃焼火格子７ｂは、廃棄物の熱分解により発生する可燃性ガスと固形分の燃焼を行う。後燃焼火格子７ｃは、固定炭素などの未燃分の燃焼を行う。燃焼後の灰は、灰落下口６から排出される。

乾燥火格子７ａ、燃焼火格子７ｂ、後燃焼火格子７ｃそれぞれの下部には、風箱１７ａ，１７ｂ，１７ｃが設けられる。ブロワ１９により供給される燃焼用一次空気は、空気供給管９を介して風箱１７に供給され、乾燥火格子７ａ、燃焼火格子７ｂ、後燃焼火格子７ｃを通って主燃焼室２に供給される。なお、一次空気の温度は、蒸気との熱交換を行う加熱装置２０によって調整される。一次空気の供給量は、ダンパ１１により調整される。

二次燃焼室１０は、主燃焼室２の燃焼ガス下流端に位置する。二次燃焼室１０では、主燃焼室２から排出される排ガス中の未燃ガスを二次燃焼させる。二次燃焼室１０には、未燃ガスを二次燃焼させるための二次燃焼用ガスが吹き込まれる。二次燃焼させた後の排ガスは、廃熱ボイラで熱回収された後に外部に放出される。

図２は、メインプッシャ１２によって押し出された廃棄物が押し固められて、炉本体１の内側に突出する突出部Ｐが発生した状態を示す。１２ｂはメインプッシャ１２の前進端、１２ｃはメインプッシャ１２の後退端、Ｓ１はメインプッシャ１２の前後方向のストロークを表す。メインプッシャ１２の前進端１２ｂは、受床５の前端５ａの落差壁８よりも後方に配置される。メインプッシャ１２が廃棄物から露出して炉本体１内の高温燃焼ガスに接触し、劣化するのを防止するためである。このため、メインプッシャ１２の前進端１２ｂよりも前方の廃棄物は、メインプッシャ１２によって直接押されずに後続の廃棄物を介して押される。廃棄物の性状によっては、メインプッシャ１２によって押し出された廃棄物が火格子７上に落下せず、押し固められて受床５の前端５ａの落差壁８よりも前方に突出することがある。これが突出部Ｐである。

図３は、廃棄物の突出部Ｐが火格子７上に落下した状態を示す。突出部Ｐが限界まで大きくなると、その自重により崩れて一気に火格子７上に落下する。その結果、廃棄物の燃焼量が急激に変動する。

図４は、メインプッシャ１２とサブプッシャ１８の詳細図を示す。サブプッシャ１８は、メインプッシャ１２の上方に配置され、斜め下方向に前進してメインプッシャ１２の前方の廃棄物を押し出す。サブプッシャ１８の前進端１８ｂは、メインプッシャ１２の前進端１２ｂよりも前方に配置される。１８ｃは、サブプッシャ１８の後退端である。サブプッシャ１８のストロークＳ２は、メインプッシャ１２のストロークＳ１よりも小さい。

本実施形態によれば以下の効果を奏する。メインプッシャ１２に加えて、メインプッシャ１２の前方の廃棄物を火格子７上に落下させるサブプッシャ１８を備えるので、メインプッシャ１２の前方の廃棄物を定量的に炉本体１内に供給することができる。これにより、メインプッシャ１２の前方で廃棄物が押し固められるのを防止することができる。また、メインプッシャ１２の前方の廃棄物が押し固められて炉本体１内に突出する場合でも、サブプッシャ１８の運転により押し固められた廃棄物が一気に炉本体１内に供給されるのを防止できる。これにより、廃棄物の量と燃焼空気のアンバランスを解消でき、燃焼の安定化（排ガス温度・排ガス組成の変動が小、蒸発量の変動が小、ＣＯ低減、ＮＯｘ低減等）が図れる。

サブプッシャ１８の前進端１８ｂをメインプッシャ１２の前進端１２ｂよりも前方に配置するので、メインプッシャ１２の前方の廃棄物を効率的に火格子７上に落下させることができる。

サブプッシャ１８が斜め下方向に前進してメインプッシャ１２の前方の廃棄物を押し出すので、メインプッシャ１２の前方の廃棄物を効率的に火格子７上に落下させることができる。

次に、本実施形態の廃棄物焼却炉の制御装置を説明する。図１に示すように、主燃焼室２の下流側の側壁２ａには、赤外線カメラ１３が設置される。赤外線カメラ１３は、炉本体１の上下方向及び炉幅方向に拡がる視野角を有し、この測定視野における熱画像情報を生成する。

図５は、赤外線カメラ１３が生成する熱画像情報を示す。図５に示すように、赤外線カメラ１３は、受床５上の廃棄物層ｗ１の熱画像情報、及び火格子７上の廃棄物層ｗ２の熱画像情報を生成する。主燃焼室２に火炎が存在していても廃棄物層ｗ１，ｗ２の温度分布を取得できるように、赤外線カメラ１３にはフィルタが取り付けられる。

また、赤外線カメラ１３には、データ処理装置１４（図１参照）が接続される。データ処理装置１４は、赤外線カメラ１３が生成した熱画像情報をメモリに格納し、熱画像情報を画像処理する。そして、受床５上の廃棄物層ｗ１の突出部Ｐの落差壁８からの突出量Ｌ（図５参照）を算出し、火格子７上の廃棄物層ｗ２の層厚と温度を算出する。

データ処理装置１４には、制御装置１５（図１参照）が接続される。制御装置１５は、火格子７上の廃棄物層ｗ２の層の厚さと温度等に基づいて、メインプッシャ１２、サブプッシャ１８、火格子７の送り機構、ダンパ１１、加熱装置２０等を制御する。

次に、本実施形態の廃棄物焼却炉の制御方法を説明する。(1)制御装置１５は、サブプッシャ１８を定期的に制御し、又は(2)制御装置１５は、メインプッシャ１２の給じん速度及びシュート４内の廃棄物の降下速度に基づいて、サブプッシャ１８を制御し、又は(3)制御装置１５は、赤外線カメラ１３の熱画像情報により求めた突出部Ｐの落差壁８からの突出量Ｌに基づいてサブプッシャ１８を制御する。

(1)サブプッシャ１８を定期的に制御する場合、例えば、制御装置１５は一定の時間間隔でサブプッシャ１８を作動させ、又は、制御装置１５はサブプッシャ１８をメインプッシャ１２に連動させる。サブプッシャ１８をメインプッシャ１２に連動させる場合、例えば、メインプッシャ１２が前進端１２ｂまで移動した後、前進端１２ｂから後退端１２ｃまで移動する間、サブプッシャ１８が後退端１８ｃから前進端１８ｂまで移動するように連動させる。

(2)サブプッシャ１８をメインプッシャ１２の給じん速度及び廃棄物の降下速度に基づいて制御する場合、例えば、制御装置１５は、メインプッシャ１２の運転条件（メインプッシャ１２の１時間当たりのストローク数、メインプッシャ１２の１ストローク当たりの廃棄物の供給量等）からメインプッシャ１２の給じん速度を算出する。そして、制御装置１５は、算出したメインプッシャ１２の給じん速度、及び入力されたシュート４内の廃棄物の降下速度に基づいて、サブプッシャ１８を制御する。例えば、メインプッシャ１２の給じん速度に比べて、シュート４内の廃棄物の降下速度が小さい場合、廃棄物が押し固められている可能性が高い。このような場合、制御装置１５がサブプッシャ１８を作動させる。なお、シュート４内の廃棄物の降下速度を検出する速度検出装置には、例えば、廃棄物の降下により回転可能な検出ローラ、及びこの検出ローラの回転を検出するエンコーダ等を用いることができる。

(3)赤外線カメラ１３の熱画像情報により求めた突出部Ｐの落差壁８からの突出量Ｌに基づいてサブプッシャ１８を制御する場合、例えば、制御装置１５は、突出部Ｐの突出量Ｌが大きくなったらサブプッシャ１８の作動回数を多くする。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。例えば、上記実施形態では、乾燥火格子、燃焼火格子、後燃焼火格子を水平面内に配置しているが、乾燥火格子、燃焼火格子、後燃焼火格子を階段状に配置することもできる。

１…炉本体
３…ホッパ
４…シュート
５…受床
５ａ…受床の前端
７…火格子
１２…メインプッシャ
１２ｂ…メインプッシャの前進端
１３…赤外線カメラ
１５…制御装置
１８…サブプッシャ
１８ｂ…サブプッシャの前進端
Ｐ…廃棄物の突出部
Ｌ…突出部の突出量

Claims (7)

1. ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、
   前記プッシャは、
   前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、
   前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、
   前記廃棄物焼却炉は、前記サブプッシャを前記メインプッシャに連動させる制御装置を備える廃棄物焼却炉。
2. ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、
   前記プッシャは、
   前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、
   前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、
   前記廃棄物焼却炉は、前記メインプッシャの給じん速度及び前記シュート内の前記廃棄物の降下速度に基づいて、前記サブプッシャを制御する制御装置を備える廃棄物焼却炉。
3. ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、
   前記プッシャは、
   前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、
   前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、
   前記廃棄物焼却炉は、赤外線カメラの熱画像情報により前記炉本体の落差壁からの前記廃棄物の突出量を求め、求めた前記突出量に基づいて前記サブプッシャを制御する制御装置を備える廃棄物焼却炉。
4. ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却炉において、
   前記プッシャは、
   前記受床上に往復移動可能に配置され、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャと、
   前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置され、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャと、を備え、
   前記炉本体と同等の幅の前記サブプッシャを１個配置する廃棄物焼却炉。
5. 前記サブプッシャの前進端は、前記メインプッシャの前進端よりも前方に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の廃棄物焼却炉。
6. 前記サブプッシャは、斜め下方に前進して前記廃棄物を押し出すことを特徴とする請求項５に記載の廃棄物焼却炉。
7. ホッパに投入された廃棄物をシュートを介して受床上に落下させ、前記受床上に落下した前記廃棄物をプッシャによって押し出して炉本体の火格子上に落下させ、前記火格子上で前記廃棄物を搬送しながら燃焼させる廃棄物焼却方法において、
   前記受床上に往復移動可能に配置されたメインプッシャが、前記受床上に落下した前記廃棄物を押し出すメインプッシャ押出工程と、
   前記メインプッシャの上方に往復移動可能に配置されたサブプッシャが、前記メインプッシャの前方の前記廃棄物を前記火格子上に落下させるサブプッシャ押出工程と、を備え、
   前記サブプッシャを前記メインプッシャに連動させる廃棄物焼却方法。

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