JP7091111B2

JP7091111B2 - 廃棄物焼却炉

Info

Publication number: JP7091111B2
Application number: JP2018067163A
Authority: JP
Inventors: 勝久臼井; 暢子谷口; 慎也杉山
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019178801A

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関する。

従来、廃棄物焼却炉として、複数並べた火格子（ストーカ）によって廃棄物を搬送しながら焼却する焼却装置を備えるストーカ式焼却炉が一般的に採用されている。また、ストーカ式焼却炉として、廃棄物の焼却過程において発生する未燃成分を、廃棄物の搬送方向に沿って燃焼室の下流側まで流してから、上方に向けて偏向させる、いわゆる並行流方式の焼却炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。ストーカ式焼却炉では、一般的に、未燃成分を完全に燃焼させてＮＯｘやダイオキシン類などの有害物質を低減するために、二次燃焼用の空気が燃焼室に供給される。並行流方式の焼却炉によれば、未燃成分を含むガスの流れを、その流路の構造によって強制的に偏向させることによって、未燃成分と二次燃焼用空気との撹拌，混合が促進され、より少量の二次燃焼用空気の投入で未燃成分を燃焼させることができるという利点がある。

特開２０１５－０９０２２１号公報

ところで、廃棄物焼却炉では、炉内で発生するガス中の煤塵が炉壁表面で溶融して塊状に堆積した、いわゆるクリンカの付着が問題となることがある。並行流式焼却炉も、上述の利点を有する一方、焼却炉の構造上、未燃成分と二次燃焼用空気との燃焼により燃焼室内に高温となり易くクリンカが付着しやすい領域が存在する。クリンカ付着により、焼却炉のメンテナンス作業の負担が増加するので、クリンカの付着を抑制することが求められている。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、並行流式の廃棄物焼却炉において、効果的にクリンカの付着を抑制することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る廃棄物焼却炉は、
前記焼却装置が配置された燃焼室であって、上流部から下流部にかけて下方に向けて縮小する、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの通路を形成する燃焼室と、
前記燃焼室の、前記焼却装置の搬送方向における下流端部下流端部に設けられた燃焼ガス出口と、
前記燃焼室の上流部に設けられた二次助燃ガス噴射口と、
を備える廃棄物焼却炉であって、
前記燃焼室の上流部の、前記二次助燃ガス噴射口から噴射される二次助燃ガスによって形成されるクリンカ付着域において、このクリンカ付着域より上流側の通路幅よりも大きい通路幅を有する拡大通路部が形成されている。

この構成によれば、いわゆる並行流式廃棄物焼却炉の構造上高温の燃焼ガスが滞留しやすく、かつ、二次助燃ガス投入による燃焼ガスの二次燃焼によって高温となりやすいことからクリンカが付着しやすい箇所であるクリンカ付着域の容積を拡大して燃焼室熱負荷（単位容積、単位時間当たりの燃焼熱発生量）を下げることにより、この領域の温度上昇が抑制され、効果的にクリンカ付着を抑制することができる。

本発明の一実施形態において、前記燃焼室の上流部における、少なくとも最下流側の二次助燃ガス噴射口よりも下流側の領域が前記拡大通路部として形成されていてもよい。この構成によれば、少なくとも一つの二次助燃ガス噴射口を含む領域に拡大通路部を設けることにより、確実にクリンカ付着域におけるクリンカ付着を抑制することができる。

本発明の一実施形態において、上流側から下流側へ向けて複数の二次空気噴射口が設けられており、最上流側の二次助燃ガス噴射口よりも下流側の領域が前記拡大通路部として形成されていてもよい。この構成によれば、燃焼室に複数の二次助燃ガス噴射口が設けられている場合に、すべての二次助燃ガス噴射口を含む領域に拡大通路部を設けることにより、一層確実にクリンカの付着を抑制することができる。

本発明の一実施形態において、最大の噴射量を有する二次助燃ガス噴射口よりも下流側の領域が前記拡大通路部として形成されていてもよい。この構成によれば、二次助燃ガスの噴射による温度上昇が最も顕著で、最もクリンカが付着しやすい領域に拡大通路部を設けることにより、効率的にクリンカの付着を抑制することができる。

本発明の一実施形態において、前記拡大通路部の通路幅が、前記焼却装置による一次燃焼領域の炉幅よりも拡大していてもよい。この構成によれば、焼却装置による一次燃焼領域の炉幅は維持し、二次助燃ガスによる二次燃焼領域の通路幅を拡大することにより、焼却装置による焼却効率を維持しながら効率的にクリンカの付着を維持することができる。

以上のように、本発明に係る廃棄物焼却炉によれば、並行流式の廃棄物焼却炉において、効果的にクリンカの付着を抑制することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る焼却炉１を示す縦断面図である。図１の実施形態に係る焼却炉の燃焼室の上流部の一例を示す水平断面図である。図１の実施形態に係る焼却炉の燃焼室の上流部の他の例を示す水平断面図である。図１の実施形態に係る焼却炉の燃焼室の上流部の他の例を示す水平断面図である。図１の実施形態に係る焼却炉を示す横断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の第１実施形態に係る廃棄物焼却炉（以下、単に「焼却炉」と呼ぶ。）１を示す。焼却炉１では、投入口３から投入された焼却対象の廃棄物Ｄが、燃焼室５に設置された焼却装置７によって焼却される。廃棄物Ｄの焼却の際に焼却装置７で発生した燃焼ガスＢＧに含まれる未燃成分は、燃焼室５の下流端部に形成された出口８に接続された再燃焼室９において再燃焼される。すなわち、燃焼室５の焼却装置７よりも上方の領域および再燃焼室９が、燃焼ガスＢＧの通路を形成している。再燃焼室９で燃焼された高温の燃焼ガスは、再燃焼室９のさらに下流側に接続されたボイラのような加熱装置（図示せず）の熱源として利用される。焼却装置７は、廃棄物Ｄをほぼ水平方向（同図では左側から右側へ向かう方向）に搬送しながら焼却する。焼却装置７で廃棄物Ｄを焼却して生じた灰は、排出シュート１１から排出される。

なお、本明細書において、廃棄物Ｄの搬送方向としての「ほぼ水平方向」には、水平方向のみならず、水平方向成分を含む方向も含まれる。したがって、例えば、水平方向から鉛直方向に傾斜した搬送方向も上記「ほぼ水平方向」に含まれる。また、後述するように焼却装置７が複数配列されたストーカからなるような場合に、隣接するストーカ間において廃棄物Ｄが鉛直下方に移動する箇所が存在する場合であっても、焼却装置７全体として（つまり焼却装置７の上流端から下流端にかけて）廃棄物Ｄの搬送方向が水平方向成分を含む方向であれば、「ほぼ水平方向」に含まれる。

具体的には、焼却装置７は、廃棄物Ｄの搬送方向に沿って複数の火格子（ストーカ）を並べて配置したストーカ式焼却装置として構成されている。焼却装置７は、上流側から順に、乾燥ブロック７ａ、燃焼ブロック７ｂ、および後燃焼ブロック７ｃの３つのブロックに分けて構成されている。乾燥ブロック７ａにおいて投入口３から投入された廃棄物Ｄを乾燥し、燃焼ブロック７ｂにおいて乾燥された廃棄物Ｄを燃焼し、後燃焼ブロック７ｃにおいて、燃焼ブロック７ｂで未燃焼となった廃棄物Ｄの燃焼残部を燃焼する。焼却装置７の各ブロックには、下方から一次空気Ａ１が供給される。

このような焼却装置７が設置された燃焼室５の、焼却装置７による搬送方向の下流端部に再燃焼室９が接続されているので、燃焼室５で発生した未燃成分を含む燃焼ガスＢＧは、燃焼室５内において廃棄物Ｄの搬送方向にほぼ並行して流れることになる。焼却炉１はこのような構造を有する、いわゆる並行式焼却炉として構成されている。本実施形態では、燃焼室５は、上流部５ａから下流部５ｂにかけて下方に向けて縮小する、焼却装置７で発生した燃焼ガスＢＧの通路（以下、「燃焼ガス通路」）ＧＰを形成する。

燃焼室５の上流部５ａは、上方に膨出する天壁１３によって覆われている。図示の例では、天壁１３は、下流側に向かうに従って上方に傾斜している。燃焼室５の下流部５ｂに再燃焼室９が接続されている。再燃焼室９は、燃焼室５の下流部５ｂから上方に偏向している。より具体的には、図示の例では、再燃焼室９は燃焼室５の上流側に向けて傾斜した方向に延設されている。燃焼室５における、天壁１３と、再燃焼室９の下側の側壁２５との間の中間部分には、天壁１３から下方に凹んで再燃焼室９の下側の側壁に連なる中間壁１５が設けられている。このように、燃焼室５は、上方に膨出した燃焼ガス通路を形成する上流部５ａと、上流部５ａから下方に向けて縮小する燃焼ガス通路を形成する下流部５ｂとを有している。換言すれば、燃焼室５の上流部５ａとは、燃焼室５における天壁１３の下方の部分であり、下流部５ｂとは、天壁１３に覆われた上流部５ａよりも下流側の部分である。

なお、燃焼室５の具体的構成は図示の例に限定されない。例えば、天壁１３は、図示例の態様に限らず、水平方向に延びていてもよく、下流側に向かうに従って下方に傾斜していてもよい。また、中間壁１５は設けられていなくともよい。

燃焼室５の上流部５ａには、燃焼室５内における燃焼ガスＢＧ中の未燃成分を二次燃焼させるための二次助燃ガスである二次空気Ａ２を上流部５ａに噴射する第１二次空気噴射口１９が設けられている。図示の例では、燃焼室５の上流部５ａの天壁１３に第１二次空気噴射口１９が設けられている。本実施形態では、上流部５ａの上流側から下流側へ向かう方向Ｘ（以下、「長手方向Ｘ」という。）に沿って複数（図示の例では３つ）の第１二次空気噴射口１９が設けられている。なお、本実施形態では、図１の紙面奥行方向である燃焼室５の幅方向Ｚ（以下、単に「幅方向Ｚ」という。）にも複数の第１二次空気噴射口１９が設けられている。また、図１に示すように、燃焼室５の中間壁１５には、燃焼室５の下流部５ｂに二次空気Ａ２を噴射する第２二次空気噴射口２１が設けられている。

なお、第１二次空気噴射口１９は、天壁１３ではなく、天壁１３近傍の側壁２３に設けられていてもよい。いずれの場合も、下方の焼却装置７で発生した燃焼ガスＢＧと二次空気Ａ２とを効果的に混合させるため、第１二次空気噴射口１９は、二次空気Ａ２を下向きに噴射するように構成されていることが好ましい。

また、二次助燃ガスは空気に限定されず、例えば、焼却炉１から排出された排ガスを二次助燃ガスとして使用してもよいが、以下の説明では上記二次空気Ａ２を二次助燃ガスとして説明する。

図１の実施形態に係る並行流式の焼却炉１では、燃焼室５からの燃焼ガスＢＧの出口８が燃焼室５の下流端部（すなわち中間部分ではなく焼却装置７の搬送方向における下流端部）に位置するので、高温の燃焼ガスＢＧは上流部５ａにおいて燃焼室５の上部に滞留しやすい。さらに、燃焼室５の上流部５ａの天壁１３（または天壁１３近傍の側壁２３）に第１二次空気噴射口１９が設けられて二次空気Ａ２が噴射され、二次空気Ａ２と燃焼ガスＢＧが混合される領域で燃焼ガスＢＧ内の未燃成分の二次燃焼が起こるから、上流部５ａの天壁１３の近傍において高温の燃焼ガスが発生しやすい。したがって、上流部５ａの第１二次空気噴射口１９の近傍領域において、側壁２３にクリンカが付着しやすいクリンカ付着域ＣＲが、第１二次空気噴射口１９から噴射される二次空気Ａ２によって形成される。

本実施形態では、図２に示すように、燃焼室５の上流部５ａのクリンカ付着域ＣＲにおいて、クリンカ付着域ＣＲの上流側の通路幅Ｗ０よりも大きい通路幅Ｗ１を有する拡大通路部２５が形成されている。

具体的には、図示の例では、長手方向Ｘに沿って設けられた３列の第１二次空気噴射口のうち、第２列の第１二次空気噴射口１９よりも下流側の領域が拡大通路部２５として形成されている。なお、本明細書において「第１二次空気噴射口１９よりも下流側の領域」とは、燃焼室５の上流部５ａにおける、当該第１二次空気噴射口１９を含むその下流側領域に相当する長手方向Ｘの範囲の領域を意味する。

もっとも、拡大通路部２５が形成される領域は、図示の例に限定されず、図３に示すように、燃焼室５の上流部５ａにおける少なくとも最下流側の第１二次空気噴射口１９よりも下流側の領域が拡大通路部２５として形成されていればよい。なお、第１二次空気噴射口１９が長手方向Ｘにおいて１つ（１列）のみ設けられている場合は、この１つ（１列）の第１二次空気噴射口１９が上記「最下流側の第１二次空気噴射口１９」となる。この様な範囲に拡大通路部２５を設けることによって、少なくとも一つの二次空気噴射口１９を含む領域に拡大通路部２５を設けることになり、確実にクリンカ付着域ＣＲにおけるクリンカ付着を抑制することができる。

拡大通路部２５が形成される領域の他の例として、例えば、図４に示すように、長手方向Ｘに複数（３列）設けられた第１二次空気噴射口１９のうち、最上流側の二次空気噴射口１９よりも下流側の領域が拡大通路部２５として形成されていてもよい。この場合、複数の第１二次空気噴射口１９が設けられている場合に、すべての第１二次空気噴射口１９を含む領域に拡大通路部２５を設けることにより、一層確実にクリンカの付着を抑制することができる。

燃焼室５の上流部５ａに拡大通路部２５を設けることにより、クリンカ付着域ＣＲの容積を拡大して燃焼室熱負荷（単位容積、単位時間当たりの燃焼熱発生量）が低下する。これによって、拡大通路部２５の温度上昇が抑制され、効果的にクリンカ付着が抑制される。もっとも、燃焼室内の容積を過剰に拡大した場合には、温度が必要以上に低下して焼却効率の低下を招く。したがって、拡大通路部２５を設ける範囲は、上述のように、いずれかの第１二次空気噴射口１９よりも下流側の領域とすることが好ましい。また、燃焼室５の上流部５ａにおいて、長手方向Ｘに複数の第１二次空気噴射口１９が設けられている場合、クリンカ付着の抑制と焼却効率のバランスを図る観点から、拡大通路部２５を設ける最も好ましい範囲は、図２に示すように、複数の第１二次空気噴射口１９が設けられている領域のほぼ中央部分よりも下流側の領域である。すなわち、同図に示すように、奇数（２ｎ＋１：ｎは自然数）の第１二次空気噴射口１９が設けられている場合、（ｎ＋１）番目の第１二次空気噴射口１９よりも下流側の領域を拡大通路部２５として形成することが好ましい。なお、偶数（２ｎ：ｎは自然数）の第１二次空気噴射口１９が設けられている場合も、（ｎ＋１）番目の第１二次空気噴射口１９よりも下流側の領域を拡大通路部２５として形成することが好ましい。

なお、拡大通路部２５は、焼却装置７を構成する各ブロック７ａ～７ｃとの位置関係の観点からも、上流部５ａの長手方向Ｘ全体にわたって形成するのではなく、上流部５ａの途中から下流側のみに形成することが好ましい。すなわち、焼却装置７の最上流部に位置する乾燥ブロック７ａで発生する熱量は小さく、その下流側に位置する燃焼ブロック７ｂおよび後燃焼ブロック７ｃで発生する熱量は大きいから、燃焼室５におけるこれらのブロックの上方空間の熱量分布を均等にして適切な温度管理を行うためには、上流部５ａ全体の通路幅を大きくするのではなく、上流部５ａの途中から下流側の通路幅を拡大することが好ましい。このような観点から、例えば、燃焼室５の上流部５ａの、燃焼ブロック７ｂに相当する長手方向位置よりも下流側の領域を拡大通路部２５として形成してもよい。

なお、拡大通路部２５の通路幅Ｗ１は、クリンカ付着域ＣＲの上流側の通路（通路幅Ｗ０の部分）と、単位空間体積当たりの熱量がほぼ同等になるように設定されることが望ましい。

また、燃焼室５の上流部５ａにおいて長手方向Ｘに複数の第１二次空気噴射口１９が設けられており、各第１二次空気噴射口１９が異なる噴射量を有するように設定されている場合、最大噴射量を有する二次空気噴射口よりも下流側の領域を拡大通路部２５として形成してもよい。この構成によれば、二次空気Ａ２の噴射による温度上昇が最も顕著で、最もクリンカが付着しやすい領域に拡大通路部２５を設けることにより、効率的にクリンカの付着を抑制することができる。

本実施形態では、さらに、図５に示すように、拡大通路部２５の通路幅Ｗ１が、焼却装置７による一次燃焼領域の炉幅Ｗ２よりも拡大している。より具体的には、拡大通路部２５の両側壁２３，２３が、焼却装置７が設置される部分の側壁２３，２３よりも、それぞれ外側に同じ距離Ｌ偏位していることにより、拡大通路部２５の通路幅Ｗ１が、焼却装置による一次燃焼領域の炉幅Ｗ２よりも２Ｌ拡大している。拡大通路部２５の側壁２３を変位させる距離Ｌは、燃焼室５全体のサイズ、廃棄物の処理量、第１二次空気噴射口１９からの二次空気Ａ２の噴射量等を考慮して決定されるが、燃焼室５の側壁２３の強度を確保する観点から、側壁２３の壁厚Ｔ以下であることが好ましい。

このように、焼却装置７による一次燃焼領域の炉幅Ｗ２を維持し、二次空気による二次燃焼領域の通路幅Ｗ１を拡大することにより、焼却装置７による焼却効率を維持しながら効率的にクリンカの付着を維持することができる。

以上説明した本実施形態に係る廃棄物焼却炉１によれば、いわゆる並行流式廃棄物焼却炉の構造上高温の燃焼ガスＢＧが滞留しやすく、かつ、二次空気Ａ２の投入による燃焼ガスＢＧの二次燃焼によって高温となりやすいことからクリンカが付着しやすい箇所であるクリンカ付着域ＣＲの容積を拡大して燃焼室熱負荷を下げることにより、この領域の温度上昇が抑制され、効果的にクリンカ付着を抑制することができる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１廃棄物焼却炉
５燃焼室
５ａ燃焼室の上流部
７焼却装置
８燃焼ガス出口
９再燃焼室
１３天壁
２３燃焼室の側壁
２５拡大通路部
ＢＧ燃焼ガス
ＣＲクリンカ付着域

Claims

廃棄物をほぼ水平方向に搬送しながら焼却する焼却装置と、
前記焼却装置が配置された燃焼室であって、上流部から下流部にかけて下方に向けて縮小する、前記焼却装置で発生した燃焼ガスの通路を形成する燃焼室と、
前記燃焼室の、前記焼却装置の搬送方向における下流端部に設けられた燃焼ガス出口と、
前記燃焼室の上流部に設けられた二次助燃ガス噴射口と、
を備える廃棄物焼却炉であって、
前記燃焼室の上流部の、前記二次助燃ガス噴射口から噴射される二次助燃ガスによって形成されるクリンカ付着域において、このクリンカ付着域より上流側の通路幅よりも大きい通路幅を有する拡大通路部が形成されている
廃棄物焼却炉。
請求項１に記載の廃棄物焼却炉において、前記燃焼室の上流部における、少なくとも最下流側の二次助燃ガス噴射口よりも下流側の領域が前記拡大通路部として形成されている廃棄物焼却炉。
請求項２に記載の廃棄物焼却炉において、上流側から下流側へ向かう方向に沿って複数の二次助燃ガス噴射口が設けられており、
最上流側の二次助燃ガス噴射口よりも下流側の領域が前記拡大通路部として形成されている
廃棄物焼却炉。
請求項１に記載の廃棄物焼却炉において、最大の噴射量を有する二次助燃ガス噴射口よりも下流側の領域が前記拡大通路部として形成されている廃棄物焼却炉。
請求項１から４のいずれか一項に記載の廃棄物焼却炉において、前記拡大通路部の通路幅が、前記焼却装置による一次燃焼領域の炉幅よりも拡大している廃棄物焼却炉。