JPH10246413A - ごみ焼却装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ごみ焼却炉で必要な温度に加熱された燃焼用
空気を得る、しかも空気予熱用の伝熱管の腐食が生じな
いようにすることである。 【解決手段】 ごみ流動床式焼却炉の燃焼用空気の加熱
用にガス式空気予熱器５の低温ブロックの伝熱管３１を
砂貯留槽１３内に設けることで、燃焼用空気を２０℃の
冷空気から１００℃程度まで熱することができる空気予
熱用の伝熱面積を確保する。これにより、１００℃程度
の空気をガス式空気予熱器５入口に供給することができ
るので、ガス式空気予熱器５は対向流の伝熱方式を採用
しても、低温腐食域を避けた熱交換器の設置が可能とな
る。また、温水回収用の伝熱管３２も砂貯留槽１３内に
設けることで従来技術のように高温腐食が生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみの焼却装
置と方法に関し、特に流動床炉のように不燃物を除去す
るための流動砂循環機構を有する焼却炉における、安定
かつ安価に余熱を回収する方法である。

【０００２】

【従来の技術】従来、比較的小規模の都市ごみ流動床炉
など、廃熱ボイラなどの蒸気による余熱回収装置を持た
ない焼却炉においては、余熱を回収する方法としては次
の図２に示すような方法を実行していた。

【０００３】図２にはごみ焼却装置とその余熱の回収装
置を示すが、この装置は流動床炉３の燃焼用空気の予熱
を行うために、押し込み送風機７からの冷空気を空気予
熱器５により燃焼ガスと熱交換し、高温空気として回収
するものである。

【０００４】図２に示す都市ごみ焼却炉において、ごみ
受入ホッパ１に投入されたごみは給じん装置２により流
動床炉３に投入されて焼却される。燃焼ガスは完全燃焼
化の目的から８００℃〜９５０℃の範囲に制御されて流
動床炉３から排出され、ガス冷却器４に導入されて、こ
こで水スプレにより空気予熱器５の保護の目的から約３
００℃〜４５０℃程度に冷却される。

【０００５】空気予熱器５に導入された燃焼ガスは、こ
こで熱交換されてさらに低温化される。集塵器６でのＨ
Ｃｌ除去効率、ダイオキシン除去の目的から燃焼ガス温
度が１７０℃〜２００℃程度になるようにガス冷却器４
の水スプレー量、空気予熱器５の伝熱面積等を設定す
る。

【０００６】一方、ごみ中の不燃物は流動砂１８ととも
に流動床炉３の炉底部より不燃物抜出装置１０により抜
き出され、砂分級装置１１により流動砂１８と不燃物２
４にふるい分けられる。流動砂１８は再利用するために
砂循環エレベータ１２により持ち上げられて砂貯留槽１
３に貯留されるか、バイパスシュート１４から直接流動
床炉３に戻される。通常、砂貯留槽１３は一炉分の流動
砂の全量を貯留できる容量としているため、ごみ焼却施
設における設置スペースを大きくする必要があるが、焼
却炉運転時はあまり利用されていない。空気予熱器５で
空気を予熱した後に、燃焼ガスは集塵器６で有害物が除
去され、その後、誘引通風機８を経て煙突９から大気中
に排出される。

【０００７】また、図２に示すごみ焼却装置の施設場内
及び場外への給湯、暖房、冷却などの熱源として温水を
回収する方法があるが、その方法としては 流動床炉３の頂部の８００℃〜９５０℃の高温燃焼ガ
ス域で熱交換する高温ガス熱交式温水器１６を設置する
方法、 空気予熱器５により回収した高温空気を利用して空気
熱交式温水器１７により温水回収を行う方法、 不燃物排出装置１０からの高温の流動砂１８を図３に
示すように水冷ジャケット２０内の水冷スクリュ軸２１
に通す冷却水により冷却する際に得られる温水を回収す
る方法、などがある。

【０００８】なお、前記不燃物排出装置１０の構造例を
図３に示すが、不燃物排出装置１０内のケーシング１９
内に高温の流動砂１８を不燃物と共に取り出し、水ジャ
ケット２０及び水冷スクリュ軸２１へ冷却水を通して水
冷スクリュ軸２１の周囲の６００℃前後の高温流動砂を
４５０℃程度まで冷却し、砂分級装置１１や砂循環エレ
ベータ１２の耐熱対策を行っている。

【０００９】従来、ほとんどの都市ごみ焼却炉におい
て、この３つの方式を用いる予熱回収を行ってきている
が、次のような問題点がある。 （１）ガス式の空気予熱器５により燃焼用空気を加熱す
る方式においては、ごみ焼却炉におけるダイオキシン発
生防止のために、空気予熱器５の出口での加熱空気温度
を集塵器６への入口ガス温度より低く（例えば、１７０
゜〜２００℃）なるように設計されている。しかし、こ
のような空気予熱器５出口の加熱空気の温度は、ごみ焼
却炉の流動床炉３に供給する加熱空気温度としては低す
ぎることが問題である。

【００１０】すなわち、空気予熱器５には押し込み送風
機７により、例えば２０℃の冷空気を供給し、これを燃
焼排ガスと熱交換させて燃焼用空気とするが、空気予熱
器５の出口排ガス温度はダイオキシンを発生させないた
めに１７０℃〜２００℃と低くせざるを得ない上に空気
予熱器５の伝熱面積が小さいことから、空気予熱器５で
熱交換される空気の温度はせいぜい１２０℃〜１５０℃
程度でしかない。

【００１１】しかし、ごみ焼却炉では２００〜２５０℃
程度の温度の燃焼用空気を確保することが必要であり、
特に、ごみ焼却炉の起動時や水分が多い低カロリーのご
み質の焼却時においては多くの助熱エネルギーの補給が
必要となる。

【００１２】このため、空気予熱器５において、できる
だけ高温の燃焼用空気を得るためには排ガスの低温側か
ら高温側に向かって対向流方式で冷空気を流す方式が必
要となる。この場合は、空気予熱器５の冷空気入口側は
入口空気温度が２０℃で、空気予熱器５の排ガス入口側
は１７０〜２００℃となる。

【００１３】したがって空気予熱器５の伝熱面の平均温
度は約９５℃〜１１０℃程度となり、ごみ焼却炉のよう
な腐食性排ガスでは、空気予熱器５の伝熱面は低温腐食
域となり、腐食による空気予熱器５内の伝熱管の損傷な
どの問題点が生ずるなど、温水回収を併せて行う空気予
熱器５として種々の解決すべき問題点がある。

【００１４】（２）前記ごみ焼却装置から温水を回収す
るための前記の流動床炉３の高温ガス域に高温ガス熱
交式温水器１６を配置する方法においては、燃焼ガス温
度が８００℃〜９５０℃の温度域にあること、都市ごみ
から発生する燃焼ガスには高濃度のＨＣｌなどの腐食性
ガスが含まれること、さらに熱交換により得られる温水
は８０℃程度であることにより、前記高温ガス熱交式温
水器１６内の伝熱管のメタル温度は４４０〜５１５℃と
なり、ダストの付着状況によっては該伝熱管は高温腐食
域にあることになる。

【００１５】（３）図３は、図２の不燃物排出装置１０
の部分を詳細に示したものであるが、水ジャケット２０
と該ジャケット２０内に不燃物排出用の水冷スクリュ軸
２１が軸受２３によって支持されている。冷却水は水ジ
ャケット２０内部およびロータリージョイント２２を介
して水冷スクリュ軸２１内に流れている。

【００１６】この不燃物排出装置１０には、６００℃程
度に熱せられた流動砂１８とごみ中の不燃物（缶、ガレ
キ）等が混合したものが、水冷スクリュ軸２１の回転に
より流動床炉３より供給されてくる。高温の流動砂１８
は次工程の砂分級装置１１と砂循環エレベータ１２の構
成部材の耐熱的保護を目的として４００℃〜４５０℃程
度まで、水冷スクリュ軸２１と水ジャケット２０により
間接冷却されるが、高温の流動砂１８には大形不燃物な
どと砂が混合されて排出されるので、機械構造上の制約
から、スクリュ軸長さは４ｍ程度以下、水ジャケット２
０の直径も５００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度とする必要が
あり、水冷スクリュ軸２１と水ジャケット２０の伝熱面
積の大きさは限られた範囲のものである。また、不燃物
と砂の混合物の搬送による水冷スクリュ軸２１とケーシ
ング１９の破損などのトラブルも危惧される。

【００１７】図２に示すように流動砂１８は循環温度４
５０℃程度で砂分級装置１１と砂循環エレベータ１２と
砂貯留槽１３を経て、流動床炉３内へ戻されるシステム
が一般的であるが、近年紙ごみ、プラスチックの増加等
によりごみの発熱量が上昇し、これらのごみの焼却時に
おいて流動砂１８の温度が上昇しすぎる傾向にある。こ
れを抑えるために図２における流動床炉３の内部の流動
砂１８に直接水スプレー２７をして流動砂１８の温度調
整をしているが、この方法では排ガス量が増加する欠点
がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、図２
に示すシステムでは、ガス式の空気予熱器５出口の加熱
空気の温度は、ごみ焼却炉の流動床炉３に供給する加熱
空気温度としては低すぎ、また、ごみ焼却炉のような腐
食性排ガスでは、空気予熱器５の伝熱面は低温腐食域と
なり、腐食による空気予熱器５内の伝熱管の損傷などの
問題点が生ずる。

【００１９】また、図２に示す流動床炉３の高温ガス域
に高温ガス熱交式温水器１６を設置する方法では高温ガ
ス熱交式温水器１６内の伝熱管のメタル温度が、ダスト
の付着状況によっては高温腐食域にあることになる。ま
た、不燃物排出装置１０に流動床炉３より供給されてく
る高温の流動砂１８を冷却する必要があるが、高温の流
動砂１８には大形不燃物などと砂が混合されて排出され
るので、機械強度上の制約から、水冷スクリュ軸２１と
水ジャケット２０の伝熱面積の大きさは限られた範囲の
ものしか使用できないが、ますます流動砂１８が高温化
の傾向にあり、流動砂１８を効果的に冷却する必要があ
る。

【００２０】本発明の課題は、前記したごみ焼却装置か
らの余熱回収時における欠点を無くすことにある。すな
わち、本発明の課題の一つはごみ焼却炉の燃焼用空気予
熱器内には配置された伝熱管が腐食しないようにするこ
とである。また、本発明の課題の一つはごみ焼却炉で必
要な温度に加熱された燃焼用空気を得ることである。ま
た、本発明の課題の一つは伝熱管の高温腐食が生じない
ような温水回収装置を備えたごみ焼却炉を提供すること
である。また本発明の課題の一つは不燃物抜出装置のよ
うに伝熱面積の制約を受けることなく高温化の傾向にあ
る流動砂を適度な温度に調整できるようにすることであ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって解決される。すなわち、ごみを流動砂を用
いて焼却処理する流動床式焼却炉と、該焼却によって生
ずるごみ中の不燃物を流動砂中から分離除去する不燃物
抜出装置と、不燃物から分離された流動砂を流動床式焼
却炉に再循環して利用するために一時的に貯留する砂貯
留槽と、該砂貯留槽内に流動床式焼却炉の燃焼用空気を
加熱する空気予熱器の伝熱管を設けたごみ焼却装置、ま
たは、ごみを流動砂を用いて焼却処理し、焼却によって
生ずるごみ中の不燃物を流動砂中から分離除去し、該分
離された流動砂を再び、ごみ焼却処理に再利用するに際
して、流動砂を一時貯留しながら、貯留中の流動砂の熱
をごみ焼却用の燃焼用空気の予熱に利用するごみ焼却方
法である。

【００２２】本発明の前記砂貯留槽内に配置される空気
予熱器の伝熱管を低温ブロックとし、流動床式焼却炉か
ら排出する燃焼排ガス流路に設けたガス式の空気予熱器
に前記低温ブロックからの予熱空気を導き、ここで予熱
空気をさらに加熱することで、十分高温の焼却炉用の燃
焼用空気を得ることができる。

【００２３】ごみ流動床式焼却炉の燃焼用空気の加熱用
に空気予熱器の低温ブロックを砂貯留槽内に設けて、燃
焼用空気を２０℃の冷空気から１００℃程度まで熱する
ことができる空気予熱用の伝熱面積を確保する。これに
より、１００℃程度まで加熱された空気を前記ガス式の
空気予熱器入口に供給することができるので、ガス式空
気予熱器は対向流の伝熱方式を採用しても、該予熱器内
には低温腐食域を避けた熱交換器の設置が可能となる。

【００２４】また、本発明の前記砂貯留槽内の空気予熱
器の下流側に温水回収用の温水回収伝熱管を設けること
により、図２に示す従来技術のような温水回収伝熱管の
高温腐食は無くなる。

【００２５】さらに、流動砂の温度は４５０℃程度で砂
貯留槽から流動床式焼却炉へ戻されるシステムが従来一
般的であるが、近年紙ごみ、プラスチックの増加等によ
りごみの発熱量が上昇し、これらのごみの焼却時におい
て流動砂の温度が上昇しすぎる傾向にある。しかし、本
発明においては、砂貯留槽内の空気予熱器の低温ブロッ
クの下流側に温水回収伝熱管を設けたことにより、循環
して流動床式焼却炉炉内へ戻す流動砂の温度を下げるこ
とができるので、ごみの焼却時において流動砂の温度上
昇を抑えることができる。ごみカロリーのアップに起因
する流動砂の温度上昇による温水の回収温度の異常上昇
も防止することができ、一方、従来例ではごみの焼却時
の流動砂の温度の上昇を抑える図２に示すように流動床
炉３の内部の流動砂１８に直接水スプレー２７を行って
いたが、排ガス量増加の点からも水スプレー２７を行う
より、本発明のように流動床炉３炉内へ戻す流動砂温度
を下げた方が良い。

【００２６】また、ごみ流動床式焼却炉は８〜１６時間
／日のような運転が行われることがあるが、本発明のよ
うに砂貯留槽内に空気予熱器と温水回収伝熱管を設けた
ことにより、砂貯留槽が蓄熱槽となり、再運転の立ち上
がり時間を大幅に短縮することができる。

【００２７】また、本発明においては、ごみ流動床式焼
却炉の余熱から温水を回収する手段として、砂貯留槽内
に温水回収用伝熱管を設け、排ガスなどによる腐食の影
響を受けずに温水を回収することにより、図２に示す従
来技術の不燃物抜出装置に設けられる温水回収用伝熱管
（水ジャケット）２０のように伝熱面積の制約を受ける
ことなく充分な温水回収用伝熱管の伝熱面積を確保する
ことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について説
明する。この発明の一実施例を図１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例の都市ごみ焼却炉における余熱
回収方法の一例のフロー図である。

【００２９】図１に示すシステムは砂貯留槽１３内部に
低温ブロック空気予熱器３１と温水回収伝熱管３２を設
置し、低温ブロック空気予熱器３１からの予熱空気がガ
ス冷却器４の後流側のガス式の空気予熱器５でさらに加
熱され、焼却炉３内に導かれる構成が図２に示す従来の
システムと相違し、その他の構成は図２に開示したもの
と同一である。

【００３０】図１に示すシステムでは、従来焼却炉運転
中は使用されない砂貯留槽１３を砂循環ラインに積極的
に利用するものである。この実施例では、流動床炉３内
部の流動砂１８は炉底部より不燃物抜出装置１０による
不燃物とともに抜き出され、砂分級装置１１にて流動砂
１８と不燃物２４にふるい分けされる。

【００３１】このときの流動砂１８の温度は不燃物抜出
装置１０により間接冷却（温水回収）されて４５０℃程
度となる。そして流動砂１８は砂循環エレベータ１２に
より砂貯留槽１３に搬送されるようにする。砂貯留槽１
３からは不燃物抜出装置１０の抜き出し流動砂量に見合
う量を砂循環シュート１５により流動床炉３内へ戻すよ
うにする。

【００３２】砂貯留槽１３内には約４５０℃の流動砂１
８が蓄熱されており、低温ブロック空気予熱器３１と温
水回収伝熱管３２において流動砂１８の移動による接触
伝熱により流動砂１８の熱は水と空気にそれぞれ熱回収
される。このとき砂貯留槽１３内には腐食性のある燃焼
ガスや不燃物２４の混入が無く、砂と伝熱管の壁面との
接触伝熱のため腐食や詰まりなどのトラブルが無く、効
率良く熱交換される。

【００３３】また、砂貯留槽１３内に設けた低温ブロッ
ク空気予熱器３１では押込送風機７からの燃焼用空気を
１００℃程度まで加熱できる伝熱面積を確保しておけ
ば、低温ブロック空気予熱器３１の運転で予熱された燃
焼用空気は続いて導入されるガス式空気予熱器５でさら
に加熱される。したがって、ガス式空気予熱器５が対向
流の伝熱管方式のものであっても、ガス式空気予熱器５
の排ガス入口温度を十分高温にすることができるので、
ガス式空気予熱器５として、低温腐食域が形成されない
熱交換器を設置することが可能となる。

【００３４】本発明は、通常流動床炉３が運転されてい
る時に砂貯留槽１３の砂を貯留（又は空に）して待機さ
せ、また、使用されない砂貯留槽１３に不燃物抜き出し
のための循環砂を通すことにより、砂貯留槽１３に設け
た伝熱管で温水回収および燃焼用空気加熱回収ができ、
併せて、近年のごみカロリーアップに対する流動床３の
温度上昇に対し、循環砂の温度を吸熱し、低温で炉内に
戻すことにより流動床３の温度の上昇を防止できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、砂貯留槽内に燃焼用空
気の予熱器の伝熱管を設けることにより、空気予熱器の
低温腐食を防止でき、これを空気予熱器の低温ブロック
として用いて、さらに予熱された空気をガス式空気予熱
器により加熱するとごみ焼却炉で必要な十分に高温とな
った燃焼用空気が得られる。また、温水回収用の伝熱管
を砂貯留槽内に設けると、温水回収用伝熱管は従来技術
のような高温腐食を生じるおそれはない。また、低温ブ
ロックの空気予熱器の下流側の砂貯留槽内に温水回収用
伝熱管を設けることによりごみの高カロリー化に起因す
る流動砂の温度上昇を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用したごみ焼却施設の一例を示す
図である。

【図２】 従来のごみ焼却施設の一例を示す図である。

【図３】 従来のごみ焼却施設の中の不燃物抜出装置の
構造図である。

【符号の説明】

１ ごみ受入ホッパ ２ 給じん装置 ３ 流動床炉 ４ ガス冷却器 ５ ガス式空気予熱器 ６ 集塵器 ７ 押し込み送風機 ８ 誘引通風機 １０ 不燃物抜出装置 １１ 砂分級装置 １２ 砂循環エレベータ １３ 砂貯留槽 １４ バイパスシュート １５ 砂循環シュ
ート １８ 流動砂 ２２ ロータリー
ジョイント ２３ 軸受 ２４ 不燃物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみを流動砂を用いて焼却処理する流動
   床式焼却炉と、 該焼却によって生ずるごみ中の不燃物を流動砂中から分
   離除去する不燃物抜出装置と、 不燃物から分離された流動砂を流動床式焼却炉に再循環
   して利用するために一時的に貯留する砂貯留槽と、 該砂貯留槽内に流動床式焼却炉の燃焼用空気を加熱する
   空気予熱器伝熱管を設けたことを特徴とするごみ焼却装
   置。
2. 【請求項２】 空気予熱器の下流側の砂貯留槽内に温水
   回収用の温水回収伝熱管を設けたことを特徴とする請求
   項１記載のごみ焼却装置。
3. 【請求項３】 砂貯留槽内の空気予熱器伝熱管を低温ブ
   ロックとしたことを特徴とする請求項１または２記載の
   ごみ焼却装置。
4. 【請求項４】 ごみを流動砂を用いて焼却処理し、焼却
   によって生ずるごみ中の不燃物を流動砂中から分離除去
   し、該分離された流動砂を再び、ごみ焼却処理に再利用
   するに際して、流動砂を一時貯留しながら、貯留中の流
   動砂の熱をごみ焼却用の燃焼用空気の予熱に利用するこ
   とを特徴とするごみ焼却方法。
5. 【請求項５】 ごみ焼却処理に再利用するに際して、一
   時的に貯留中の流動砂の熱を温水回収用にも利用するこ
   とを特徴とする請求項４記載のごみ焼却方法。