JP7020301B2 - 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、連続的に供給される廃棄物を焼却する火格子式の廃棄物焼却炉が知られている（特許文献１参照）。この火格子式の廃棄物焼却炉で廃棄物を焼却する際には、まず、クレーンによって廃棄物をホッパに投入し、次いで、シュートを介して受床上に落下させる。受床上には、落下した廃棄物を炉本体に向かって押し出すプッシャが設置され、プッシャによって押し出された廃棄物は、火格子の乾燥段上に落下する。火格子の乾燥段、燃焼段及び後燃焼段は、落下した廃棄物を搬送しながら燃焼させる。このような一連の流れを経て、廃棄物は焼却される。

特開２００５－１６４１２１号公報

ところで、受床の前端に位置する廃棄物は、プッシャ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。なぜならば、プッシャの前端が廃棄物から露出して炉本体内の高温燃焼ガスと接触すると、プッシャが劣化してしまうため、あえてプッシャを炉本体内まで押し出さないようにしているという理由からである。それゆえ、廃棄物の性状や炉本体内の燃焼状況によっては、プッシャによって押された廃棄物が火格子上に落下せず、受床の前端よりも前方に張り出す張出し部が発生する。張出し部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上に落ち込む。その結果、炉内における廃棄物の燃焼量が急激に変動してしまう。

また、廃棄物を燃焼した際に発生する燃焼熱は廃熱ボイラで熱回収され、廃熱ボイラの蒸気は発電に利用される。このため、廃棄物の燃焼熱を用いて発電する施設では、蒸気量を一定にすることが求められている。しかし、廃棄物の燃焼量の急激な変動が起こると、廃熱ボイラの蒸発量を一定に保つのが難しくなる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、炉内における廃棄物の燃焼量を一定に保つとともに、廃熱ボイラの蒸気量も一定に保つことが可能な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、ホッパに投入されて受床上に落下した廃棄物をプッシャによって押し出し、火格子の乾燥段上に落下させ、前記火格子の前記乾燥段、燃焼段及び後燃焼段により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、前記火格子の前記乾燥段の廃棄物層の上流側に空気を吹き込む空気吹込みノズルを設置し、前記乾燥段の前記廃棄物層の厚さに基づいて前記空気吹込みノズルからの空気吹込み量を制御する制御装置を備える廃棄物焼却炉である。

本発明の他の態様は、ホッパに投入されて受床上に落下した廃棄物をプッシャによって押し出し、火格子の乾燥段上に落下させ、前記火格子の前記乾燥段、燃焼段及び後燃焼段により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、前記火格子の前記乾燥段の廃棄物層の上流側に空気を吹き込む空気吹込みノズルを設置し、前記乾燥段の前記廃棄物層の厚さに基づいて前記空気吹込みノズルからの空気吹込み量を制御する廃棄物焼却方法である。

本発明によれば、廃棄物の張出し部が一気に火格子の乾燥段上に落下したときに、張出し部の落下した部分（すなわち乾燥段の廃棄物層の上流側）に空気吹込みノズルから空気が吹き込まれ、落下した廃棄物を速やかに燃焼させる。このため、張出し部の落下した部分が火格子の乾燥段や燃焼段で一気にガス化燃焼することを防止できる。したがって、炉内における廃棄物の燃焼量を一定に保つとともに、廃熱ボイラの蒸気量も一定に保つことができる。また、制御装置が乾燥段の廃棄物層の厚さに基づいて空気吹込みノズルの空気吹込み量を制御するので、廃熱ボイラの蒸気量の変動をさらに抑制することができる。

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張出し部が発生した状態を示す図である。 廃棄物の張出し部が火格子上に落下した状態を示す図である。 炉本体の落差壁に設置した空気吹込みノズルを示す図である。 赤外線カメラが生成する熱画像情報を示す図である。 本発明例と従来例とで廃棄物の燃焼量を比較したグラフである。

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、プッシャ１２が設置される。プッシャ１２は、受床５上に落下した廃棄物を炉本体１に向かって押し出す。プッシャ１２は前後方向（図１の左右方向）に実線の位置から破線の位置まで往復動する。プッシャ１２によって押し出された廃棄物は、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。

図２は、プッシャ１２によって押し出された廃棄物に張出し部Ｐが発生した状態を示す。図２のＳは、プッシャ１２の前後方向のストロークを表す。受床５の前端５ａに位置する廃棄物は、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。なぜならば、プッシャ１２の前端１２ａ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。それゆえ、廃棄物の性状や炉本体１内の燃焼状況によっては、廃棄物が火格子７上に落下せず、受床５の前端５ａよりも前方に張り出す張出し部Ｐが発生する。

図３は、廃棄物の張出し部Ｐが火格子７上に落下した状態を示す。張出し部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の乾燥段７ａ上に落下する。その後、時間の経過とともに、落下した廃棄物が加熱され、一気にガス化燃焼が起こる。その結果、廃棄物の燃焼量の急激な変動が起こる。

図４は、落差壁８に設置された空気吹込みノズル１８を示す。空気吹込みノズル１８の吹出口１８ａは、落差壁８から露出し、廃棄物層ｗ１の上流側に面する。空気吹込みノズル１８の個数は、炉幅に応じて適宜設定される。例えば、落差壁８の炉幅方向の中央の一箇所に空気吹込みノズル１８を配置することもできるし、炉幅方向の複数箇所に空気吹込みノズル１８を配置することもできる。

図４に示すように、廃棄物の張出し部Ｐが一気に火格子７の乾燥段７ａ上に落下したときに、張出し部Ｐの落下した部分（すなわち乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の上流側）に空気吹込みノズル１８から空気が吹き込まれ、落下した廃棄物を速やかに燃焼させる。このため、張出し部Ｐの落下した部分が火格子７の乾燥段７ａや燃焼段７ｂで一気にガス化燃焼することを防止できる。

空気吹込みノズル１８からの空気吹込み量は、乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の厚さに基づいて制御される。空気吹込み量の制御については後述する。

図１に示すように、空気吹込みノズル１８には、エアー配管２２を介してコンプレッサ２３が接続される。コンプレッサ２３は、圧縮空気を空気吹込みノズル１８に供給する。

主燃焼室２の下部には、火格子７が設けられる。火格子７は、上流側から乾燥段７ａ、燃焼段７ｂ、後燃焼段７ｃを備える。乾燥段７ａ、燃焼段７ｂ、後燃焼段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。

乾燥段７ａは、廃棄物の乾燥及び廃棄物の一部の熱分解を行う。燃焼段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。後燃焼段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。

乾燥段７ａ、燃焼段７ｂ、後燃焼段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、乾燥段７ａ、燃焼段７ｂ、後燃焼段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。

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、火格子７上の廃棄物層ｗ１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。

図１に示すように、赤外線カメラ１３には、データ処理装置１４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、火格子７上の廃棄物層ｗ１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が接続される。制御装置１５は、火格子７上の廃棄物層ｗ１の層厚と温度等に基づいて、プッシャ１２、火格子７の送り機構、ダンパ１１、加熱装置２０等を制御する。

また、制御装置１５は、乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の厚さに基づいて、コンプレッサ２３を制御し、空気吹込みノズル１８からの空気吹込み量を制御する。例えば制御装置１５は、廃棄物層ｗ１の厚さが所定の閾値よりも厚い場合は、空気吹込みノズル１８の空気吹込み量を大きくし、薄い場合は、空気吹込みノズル１８の空気吹込み量を小さくする。これにより、廃熱ボイラの蒸気量の変動をさらに抑制することができる。

以上に本実施形態の廃棄物焼却炉の構成を説明した。本実施形態の廃棄物焼却炉によれば、以下の効果を奏する。

廃棄物の張出し部Ｐが一気に火格子７の乾燥段７ａ上に落下したときに、張出し部Ｐの落下した部分（すなわち乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の上流側）に空気吹込みノズル１８から空気が吹き込まれ、落下した廃棄物を速やかに燃焼させる。このため、張出し部Ｐの落下した部分が火格子７の乾燥段７ａや燃焼段７ｂで一気にガス化燃焼することを防止できる。したがって、炉内における廃棄物の燃焼量を一定に保つとともに、廃熱ボイラの蒸気量も一定に保つことがきる。

図６を参照して、上記の効果を詳述する。図６は、本発明例と従来例とで廃棄物の燃焼量を比較したグラフである。横軸が時間、縦軸が廃棄物の燃焼量である。従来例（空気吹込みノズル１８を設けていない例）では、廃棄物の張出し部Ｐが火格子７上に落下すると、時間の経過とともに、落下した廃棄物が加熱され、一気にガス化燃焼が起こる。このため、図６中破線で示すように、張出し部Ｐの落下から急激なガス発生までにやや時間遅れが生じ、廃棄物の燃焼量の急激な変動が起こる。これに対し、本発明例（空気吹込みノズル１８を設けている例）では、その時間遅れの間に空気吹込みノズル１８から空気が吹き込まれ、落下した廃棄物を速やかに燃焼させるので、図６中実線で示すように、廃棄物の燃焼量の急激な変動を抑制することができる。

空気吹込みノズル１８を落差壁８に設置するので、乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の上流側を効率的に燃焼させることができる。

制御装置１５が乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の厚さに基づいて空気吹込みノズル１８の空気吹込み量を制御するので、廃熱ボイラの蒸気量の変動をさらに抑制することができる。

制御装置１５が赤外線カメラ１３の熱画像情報により乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の厚さを求めるので、乾燥段７ａの廃棄物層ｗ１の厚さを正確に求めることができる。

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、空気吹込みノズルを落差壁に設置しているが、空気吹込みノズルを炉本体の炉幅方向の端部の炉壁に設置することもできる。

また、上記実施形態では、乾燥段、燃焼段、後燃焼段を水平面内に配置しているが、乾燥段、燃焼段、後燃焼段を階段状に配置することもできる。

１…炉本体
３…ホッパ
５…受床
７…火格子
７ａ…乾燥段
７ｂ…燃焼段
７ｃ…後燃焼段
８…落差壁
１２…プッシャ
１３…赤外線カメラ
１５…制御装置
１８…空気吹込みノズル
ｗ１…廃棄物層

Claims (4)

1. ホッパに投入されて受床上に落下した廃棄物をプッシャによって押し出し、火格子の乾燥段上に落下させ、前記火格子の前記乾燥段、燃焼段及び後燃焼段により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、
   前記火格子の前記乾燥段の廃棄物層の上流側に空気を吹き込む空気吹込みノズルを設置し、
   前記乾燥段の前記廃棄物層の厚さに基づいて前記空気吹込みノズルからの空気吹込み量を制御する制御装置を備える廃棄物焼却炉。
2. 前記空気吹込みノズルを、前記受床と前記火格子との間に落差を形成する落差壁に設置することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉。
3. 前記制御装置が赤外線カメラの熱画像情報により前記廃棄物層の厚さを求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物焼却炉。
4. ホッパに投入されて受床上に落下した廃棄物をプッシャによって押し出し、火格子の乾燥段上に落下させ、前記火格子の前記乾燥段、燃焼段及び後燃焼段により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、
   前記火格子の前記乾燥段の廃棄物層の上流側に空気を吹き込む空気吹込みノズルを設置し、
   前記乾燥段の前記廃棄物層の厚さに基づいて前記空気吹込みノズルからの空気吹込み量を制御する廃棄物焼却方法。

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