【手続補正書】
【提出日】平成16年2月20日(2004.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】廃棄物焼却装置および焼却方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】廃棄物焼却炉、焼却残渣分離部、焼却残渣分離部で分離した燃焼ガスを二次燃焼室に接線方向に導入する燃焼ガス路、下向き角度αが３〜４０°、水平断面に於ける法線に対する角度βが５〜４５°で取り付けた複数個の二次空気導入ノズルおよびバーナーを有する二次燃焼室および９００℃以上の二次燃焼ガスを約１００℃以下まで冷却する湿式急冷塔よりなる廃棄物焼却装置。
【請求項２】廃棄物焼却部、焼却残渣分離部、焼却残渣分離部で分離した燃焼ガスを二次燃焼室に接線方向に導入する燃焼ガス路、下向きの旋回流を形成させる複数の二次空気導入ノズルおよびバーナーを有する上部が円柱形の二次燃焼室よりなる廃棄物焼却装置を用い、該燃焼ガス路の燃焼ガス流速１５ｍ／ｓ以上、二次空気の導入速度を３０ｍ／ｓ以上として二次燃焼室内で燃焼ガス温度を９００℃以上に維持しながら下向きの旋回流をおこさせ、燃焼ガス中の粒径３０μｍ以上の微粒子を分離するとともに燃焼ガスを１秒以内に約１００℃以下に湿式急冷処理することにより排ガス中のダイオキシン類の再合成を防止する廃棄物焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物焼却装置、特にダイオキシン類の発生を抑制した廃棄物焼却装置および焼却方法に関する。ダイオキシンとはポリクロロジベンゾパラジオキシン（PCDDs)のことであるが、同様な性質をもつポリクロロジベンゾフラン(PCDFs) と合わせてダイオキシン類と一般に言われている。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ焼却場、産業廃棄物焼却場から排出される廃ガス中にダイオキシン類が高い濃度で含まれていることが大きな環境問題となっている。
都市ゴミ焼却炉から排出されるダイオキシン類については発生源、発生機構、制御法等についての研究が進んでいる。排ガス中のダイオキシン類はガス状のものとダスト中に含まれるものとがあり、ガス状のダイオキシン類は電気集塵機で捕捉が難しいと考えられている。また入り口温度が２００℃以上の場合電気集塵機の中でも生成すると言われている。
【０００３】
ダイオキシン類は、都市ゴミの焼却において炉温の高い二次焼却室では分解していて僅かしか検出されないこと、廃熱ボイラーの約２５０〜３００℃に冷却される過程で再合成されることが知られており、未燃分や不完全燃焼生成物と塩化水素または金属塩化物から合成されると考えられている。また都市ゴミ焼却炉におけるダイオキシン類の生成には塩化銅や塩化鉄など金属塩化物を含んだフライアッシュが関与していることが広く認められている。このようなことからダイオキシン類の発生量を抑制するためには、（１）完全燃焼によって未燃焼炭素を少なくする。（２）３００℃近辺でのフライアッシュの滞留時間を短くする。（３）金属は不燃物として焼却前に分離することなどが提案されている。また国連環境計画ではダイオキシン類の排出濃度を０．１ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３ にすることが出されている。
【０００４】
一方、産業廃棄物についてはその多様さ、性状の複雑さに起因するため、研究は都市ゴミに比べ進んでいないのが現状である。産業廃棄物焼却炉はバッチ炉と連続炉に大きく区分され、バッチ炉では主焼却室、除塵装置、排気装置から構成され、連続炉は主焼却炉、二次燃焼炉、冷却室、排ガス処理装置、除塵装置、排気装置から構成されているのが一般的である。バッチ炉では（１）燃焼温度を高温に均一に維持できない、（２）ガス滞留時間が不足している、（３）除塵装置の温度が高いなどの問題があり、また連続炉では（１）二次燃焼室の温度が比較的低い、（２）二次室のガス滞留時間が不足している、（３）除塵装置の温度が高いなどの問題があり、ダイオキシン類の生成を充分に抑制できていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
産業廃棄物焼却炉からのダイオキシン類の排出についてその全貌が解明されていない。産業廃棄物の焼却において、都市ゴミの焼却の場合に比べダイオキシン類の発生量が少なくなる理由は無いが、まだ排出規制のガイドラインが示されていない。しかし、日々行われている産業廃棄物の焼却処理においても、都市ゴミの場合と同様にダイオキシン類の排出を抑制して行かねばならないことは社会の要請である。
本発明者らは、このような現状に鑑み、また都市ゴミに言われる（１）完全燃焼によって未燃焼炭素を少なくする。（２）３００℃近辺でのフライアッシュの滞留時間を短くする。（３）金属は不燃物として焼却前に分離することなどの対策が、産業廃棄物の焼却においてもダイオキシン類の発生の抑制に有効であると考えられていることから、都市ゴミおよび産業廃棄物の焼却においてダイオキシン類の排出を極力抑制することのできる焼却装置、および焼却方法を課題として研究を重ねた結果、主焼却炉から燃焼ガスの冷却に到る装置および運転方法に工夫をすることにより、連続炉における前述の問題を解決した焼却装置および焼却方法を開発するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃棄物焼却装置は、廃棄物焼却部、焼却残渣分離部、焼却残渣分離部で分離した燃焼ガスを二次燃焼室に接線方向に導入する燃焼ガス路、下向き角度αが３〜４０°、水平断面に於ける法線に対する角度βが５〜４５°で取り付けた複数個の二次空気導入ノズルおよびバーナーを有する二次燃焼室および９００℃以上の二次燃焼ガスを約１００℃以下まで冷却する湿式急冷塔よりなることを特徴とする。
また、廃棄物焼却部、焼却残渣分離部、焼却残渣分離部で分離した燃焼ガスを二次燃焼室に接線方向に導入する燃焼ガス路、下向きの旋回流を形成させるさせる複数の二次空気導入ノズルおよびバーナーを有する上部が円柱形の二次燃焼室よりなる廃棄物焼却装置を用い、該燃焼ガス路の燃焼ガス流速１５ｍ／ｓ以上、二次空気の導入速度を３０ｍ／ｓ以上として二次燃焼室内で燃焼ガス温度を９００℃以上に維持しながら下向きの旋回流をおこさせ、燃焼ガス中の粒径３０μｍ以上の微粒子を分離するとともに燃焼ガスを１秒以内に約１００℃以下に湿式急冷処理することにより廃ガス中のダイオキシン類の再合成を防止する産業廃棄物焼却方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図により本発明を説明する。
図１は本発明装置の一例を示す模式図である。１は廃棄物焼却部であって、連続式焼却炉、好ましくはロータリーキルンである。２は焼却残渣分離部で、焼却残渣は下部に落とされ、灰出しコンベア３で搬出される。焼却残渣を分離した燃焼ガスは燃焼ガス路４を経て二次燃焼室５に導入される。二次燃焼室５は、上部は円柱状、下部がコニカル状の形状をなし、燃焼ガス路４が燃焼ガスを二次燃焼室の円柱部に接線方向に導入するように取り付けられる。二次燃焼室５の燃焼ガス路４の上部には、中心から少しずれ、且つ下向きに空気を導入する複数個の二次空気導入ノズル６およびバーナー７が取り付けられている。二次空気導入ノズル６の取り付け位置は燃焼ガス導入口より１００ｍｍ以上、好ましくは３００ｍｍ以上上部の位置であることが必要である。二次空気の導入により燃焼ガスに下向きの旋回流を起こさせ煤塵を分離する。即ち、二次燃焼室内を上昇しようとする焼却炉からの燃焼ガスに下向きの力を作用させながら旋回させることにより、燃焼ガスに含まれる煤塵を炉壁近傍に移動させると共に、前述の下向きの旋回流が反転して二次燃焼室の中央部を上昇する気流と下向きの旋回流の間の境界部において上昇気流中の煤塵を旋回流のサイクロン効果により下降する旋回流側へ移動させる。更に二次燃焼バーナー７で未燃焼炭素分を燃焼させ、９００℃以上の高温下に滞留させることにより、燃焼ガス中の粒径３０μｍ以上の煤塵を除去する。又バーナー７による燃焼で湿式急冷塔８に到るまでの燃焼ガス温度を９００℃以上に維持する。
【０００８】
二次燃焼室内５に旋回流を起こさせ煤塵微粒子を分離するためには、燃焼ガス導入速度、二次空気の導入速度（圧）、二次空気導入ノズルの取り付け角度などが重要な要因となる。燃焼ガスの導入速度は１５ｍ／ｓ以上、好ましくは２０〜５０ｍ／ｓである。二次空気の導入速度は３０ｍ／ｓ以上、好ましくは４０〜１００ｍ／ｓである。燃焼ガスの導入速度が１５ｍ／ｓ以下では旋回流が弱まり、５０ｍ／ｓ以上にするには吸引ファンに多大な能力が要求され、設備費及び変動費が高くなる。二次空気導入ノズルは、図２および図３に示すように、下向き角度αを３〜４０°、好ましくは１０〜３０°に、二次燃焼室の水平断面における法線に対する角度βを５〜４５°、好ましくは８〜４０°に取り付けられる。
上記のように構成された本発明に係わる二次燃焼室５では、燃焼ガスおよび二次空気の導入速度を調整することにより３０μｍ以上、好ましい運転条件の下では  例えば二次空気導入ノズルの取付け角度αを１０〜３０°、βが８〜４０°であるときは１０μｍ以上の煤塵金属微粒子を１００ｍｇ／Ｎｍ３  以下にまで分離することができる。二次空気導入速度（圧）は二次燃焼室の大きさにより変えられるのは当然である。
二次燃焼室にはバーナー７により燃焼ガス温度は急冷塔に到るまで９００℃以上に維持され、又二次燃焼室において金属微粒子を高度に除去することがガス冷却過程に於けるダイオキシン類の生成の抑制につながる。
【０００９】
二次燃焼室からの燃焼ガスは１００℃以下に湿式急冷される。ガス冷却には燃焼ガス道の末端部に連なり、冷却塔への内挿管内部に冷却水スプレーノズルを有し、かつ、塔壁上端部に濡れ壁を形成させるためのオーバーフロー堰を有する冷却水溜を有する湿式冷却塔を好ましく用いる。１００℃以下、好ましくは９０℃以下への冷却は瞬時に行い得る量の冷却水を噴霧することにより行う。冷却は排ガス１０，０００Ｎｍ３  ／ｈにつき、６〜１５ｍ３  ／ｈの水スプレーおよび４〜１０ｍ３  ／ｈの液量による濡れ壁を形成させ冷却する。燃焼ガスは約１秒以内に１００℃以下に冷却される。
産業廃棄物の燃焼ガス中には、塩化水素や亜硫酸ガスなどの酸性ガスが含まれており、無害化処理が必要である。排ガスの無害化処理は水酸化ナトリウムまたは水酸化ナトリウムと水酸化マグネシウムを併用するなどの公知の方法により行うことができるが、安価な水酸化マグネシウムのみを吸収剤とする特許第２５９２７６０号あるいは特開平７−８８３２５号公報に開示される方法を好ましく用いることができる。無害化処理した後の排ガス中に含まれるダイオキシン類の量は、０．１ng/Nm３以下で排出される。
上述したような焼却装置を用いることにより、燃焼ガスを９００℃以上で所望時間滞留させることが可能となり、未燃焼炭素および金属微粒子のガス中への残留する量を極度に減少させることができ、さらに１００℃以下まで急冷することによりダイオキシン類の再合成を回避することが可能となる。
以下に、本発明装置を用いた実施例をあげて説明する。
【００１０】
【実施例】
図１に示すような焼却装置を用いた。そのサイズは以下の通りである。
1998267237.tif 000001
【００１１】
この焼却装置を用いて廃汚泥プラスチックを主とする産業廃棄物０．８トン／時の焼却を行った。
焼却残渣分離部から二次燃焼室へ燃焼ガスを２４ｍ／ｓで導入し、二次空気導入ノズルから空気を５０ｍ／ｓで導入して、旋回流を起こさせ煤塵微粒子を除去し、湿式急冷塔に導いた。湿式急冷塔では排ガス１０，０００Ｎｍ３ ／ｈ当たりスプレー水１０ｍ３  ／ｈ、濡れ壁形成液６ｍ３  ／ｈを用いた。９００℃以上に維持された燃焼ガスの焼却残渣分離部から急冷塔に到る滞留時間は３．５秒であった。また、燃焼ガス中の粒径１０μｍ以上の煤塵微粒子は１００ｍｇ／Ｎｍ３以下、ガス温度９００℃から９０℃への冷却時間は1 秒以内であった。
急冷した排ガスは水酸化マグネシウムを吸収剤とする公知の方法で酸性成分を除去した後、電気集塵機を経て排出した。排出ガス中のダイオキシン類の濃度は０．１ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３  であった。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、都市ゴミおよび産業廃棄物の焼却において、ダイオキシン類の排出量を０．１ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３  以下にまで抑制することができ、環境への悪影響を最小限に抑えながらこれら廃棄物の焼却処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼却装置の概要構成を示す図である。
【図２】本発明の焼却装置の二次燃焼室の一例を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す二次燃焼室のＡ−Ａ’断面図である。