(57)【要約】【課題】  再循環ガスを高速で吹き込むことなく、炉内の撹拌、混合を促進し、ＣＯとＮＯｘを抑制しつつ、クリンカの発生も防ぎながら完全燃焼を達成し得るストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御装置を提供する。【解決手段】  管外径が１５０〜３００ｍｍであって再循環ガスを吹き出すためのポーラス状管を、１７５〜３５０ｍｍピッチで所定間隙を介して、ごみ焼却炉の一次燃焼室内を横切るように該一次燃焼室内に並列状に配置したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管外径が１５０〜３００ｍｍであって再循環ガスを吹き出すためのポーラス状管が、１７５〜３５０ｍｍピッチで所定間隙を介して、ごみ焼却炉の一次燃焼室内を横切るように該一次燃焼室内に並列状に配置されていることを特徴とする、ごみ焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記並列状に配置されて隣り合うポーラス状管の前記所定間隙が２５〜５０ｍｍとされ、前記ポーラス状管の管表面から前記再循環ガスを０．２〜０．５ｍ／秒の速度で吹き出すように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のごみ焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記ポーラス状管は、前記一次燃焼室の乾燥ストーカ側及び後燃焼ストーカ側に、隣り合うポーラス状管の前記所定間隙より広幅であって排ガスの流通し得る所定幅の開放域を残して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のごみ焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記並列状に配置されているポーラス状管が上下に所定間隔を隔てて２段設けられ、前記上段のポーラス状管は隣り合うポーラス状管の前記所定間隙より広幅であって排ガスの流通し得る所定幅の開放域を前記一次燃焼室の乾燥ストーカ側のみに残して配置され、前記下段のポーラス状管は隣り合うポーラス状管の前記所定間隙より広幅であって排ガスの流通し得る所定幅の開放域を前記一次燃焼室の乾燥ストーカ側及び後燃焼ストーカ側に残して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のごみ焼却炉の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ごみ焼却炉の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼による窒素酸化物の抑制方法として低酸素法が知られている。これは、炉内を低酸素雰囲気にすることによりＮＯｘを抑制する方法である。この方式では不完全燃焼によるＣＯやダイオキシン類の発生の可能性があるため、低酸素雰囲気領域の後に２次空気を供給し、未燃ガスの完全燃焼を図ることが一般的であり、燃焼排ガスの一部を炉内に戻すことにより、低酸素雰囲気を形成させて燃焼を抑制する排ガス再循環法が知られている（非特許文献１等）。
【０００３】
従来、排ガス再循環法を利用し、ごみ焼却炉の燃焼においてＮＯｘとＣＯを同時に抑制するために、再循環ガスと空気とにより２段燃焼（ストーカ燃焼を合わせると３段燃焼）させる燃焼制御装置が知られている（例えば、特許文献１，２）。
【０００４】
図４及び図５は、従来のごみ焼却炉の燃焼制御装置であって、特許文献１に記載されている例を示している。図４は焼却炉を含む燃焼制御装置の系統図を示しており、図５は図４のストーカ式ごみ焼却炉の内部構造を示している。図５に示すように、ストーカ式ごみ焼却炉１Ａは、一般に、ごみ投入ホッパー２Ａ、ストーカ（乾燥ストーカ３Ａ、燃焼ストーカ４Ａ、後燃焼ストーカ５Ａ）、灰排出シュート１９Ａ等を備え、ストーカ３Ａ，４Ａ，５Ａの其々の下部に風箱６Ａ、７Ａ、８Ａが設けられ、それらの風箱６Ａ、７Ａ、８Ａの其々に一次空気送風機９Ａから燃焼用一次空気が供給される。各ストーカ３Ａ、４Ａ、５Ａの上部空間は、一次燃焼室１０Ａとされ、一次燃焼室１０Ａは、上方へいくほど狭く絞られて、二次燃焼室１１Ａにつながっている。一次燃焼室１０Ａの上部の二次燃焼室１１Ａに再循環ガス供給口５０Ａが設けられ、二次燃焼室１１Ａの再循環ガス供給口５０Ａの上部に二次燃焼空気供給口２５Ａが設けられている。
【０００５】
ごみ投入ホッパー２Ａからストーカ式ごみ焼却炉１Ａにごみが投入されると、ごみの供給量に応じて、一次空気送風機９Ａにより、ストーカ３Ａ，４Ａ，５Ａの下方へ燃焼用一次空気Ａが供給される。ごみ投入ホッパー２Ａから投入されたごみは、乾燥ストーカ３Ａ、燃焼ストーカ４Ａ、後燃焼ストーカ５Ａ上を順に搬送されながら、乾燥、ガス化燃焼、火炎燃焼、おき燃焼を経て、灰となり、灰排出シュート１９Ａから排出される。ストーカ上の燃焼ガスは、上昇に伴い狭くなる一次燃焼室１０Ａを通って、二次燃焼室１１Ａに集められ、二次燃焼室１１Ａで完全燃焼させられる。
【０００６】
乾燥ストーカ３Ａからは水分の多い排ガス、燃焼ストーカ４Ａからは未燃のＣＯやＨＣＮ等のＮＯｘ中間生成物を多量に含んだ排ガス、後燃焼ストーカ５Ａからは余剰のＯ２を多量に含んだ排ガスが其々排出されるため、これらの性状の異なる排ガスを撹拌、混合するために、燃焼炉排ガスをボイラ１４Ａで熱回収し、集塵器１５Ａで除塵し、酸性ガス処理した後の排ガスから一部を引き抜き、引き抜いた排ガス（再循環ガス）を再循環ガス供給口５０Ａから再循環ガスとして吹込んで炉内を均一にした後、二次燃焼空気供給口２５Ａから二次空気を吹込んで完全燃焼させている。図４，５に示されている装置では、二次空気の混合、撹拌を維持しつつ、排ガスの最終的な酸素濃度が一定となるように、大気（空気）と再循環ガスとを混合して二次燃焼空気供給口２５Ａに供給している。なお、図４において、記号Ｆは誘引送風機、記号ＦＣはダンパ制御用流量制御装置、記号Ｏ２Ｃは酸素濃度検出制御装置を其々示している。
【０００７】
また、特許文献２に記載されている燃焼制御装置では、図６に示すように、ストーカ式ごみ焼却炉１Ｂへのごみの供給に応じて１次空気送風機９Ｂから燃焼用空気が供給されるが、上記特許文献１と同様、乾燥ストーカ３Ｂ、燃焼ストーカ４Ｂ、後燃焼ストーカ５Ｂから排出される排ガスの性状が異なるため、ストーカ上部に障壁６０を設け、さらに未燃ガスの多い乾燥ストーカ３Ｂ上部には比較的酸素濃度の高い（１０〜１８％程度）高温空気を吹込み、酸素濃度の高い後燃焼ストーカ上部には、酸素濃度５〜８％程度の再循環ガスを再循環ガス供給管１８Ｂを通じて吹き込みながら障壁６０の前後から排出される排ガスを効率よく撹拌し、ＮＯｘを抑制しながら完全燃焼させている。この方法によれば、障壁６０からの輻射熱もごみの燃焼に有効である。なお、図６において、記号Ｆは送風機、符号１４Ｂはボイラ、符号１５Ｂは集塵機、符号６１は熱交式空気加熱器、符号６２はエゼクタ、符号１２Ｂは煙突を其々示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２９４７４０号
【特許文献２】特開２００４−２３９５０９号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】タクマ環境技術研究会編集、ごみ焼却技術絵とき基本用語、改訂増補版、株式会社オーム社発行、平成１５年８月２５日、Ｐ．２１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載されているごみ焼却炉の燃焼制御装置では、大きな炉内のガスを均一に混合するために、再循環ガスを高速で吹き込む必要があり、送風機の動力が大きくなっていた。
【００１１】
例えば、大型のストーカ式ごみ焼却炉では、再循環ガスの吹き込み速度を１００ｍ／秒以上必要とする場合がある。
【００１２】
また、上記特許文献２に記載されている従来技術では、障壁にダストが付着し、クリンカが成長するため、障壁を水冷構造とすること等によりクリンカの成長を抑制する対策がとられているが、障壁へのダストの堆積は避けられず、連続運転の阻害となることもある。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するため、再循環ガスを高速で吹き込むことなく、炉内の撹拌、混合を促進し、ＣＯとＮＯｘを抑制しつつ、クリンカの発生も防ぎながら完全燃焼を達成し得るストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係るストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御装置は、管外径が１５０〜３００ｍｍであって再循環ガスを吹き出すためのポーラス状管が、１７５〜３５０ｍｍピッチで所定間隙を介して、ごみ焼却炉の一次燃焼室内を横切るように該一次燃焼室内に並列状に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
前記並列状に配置されて隣り合うポーラス状管の前記所定間隙が２５〜５０ｍｍとされ、前記ポーラス状管の管表面から前記再循環ガスを０．２〜０．５ｍ／秒の速度で吹き出すように構成されていることが好ましい。
【００１６】
前記ポーラス状管は、前記一次燃焼室の乾燥ストーカ側及び後燃焼ストーカ側に、隣り合うポーラス状管の前記所定間隙より広幅であって排ガスの流通し得る所定幅の開放域を残して配置されていることが好ましい。
【００１７】
前記並列状に配置されているポーラス状管が上下に所定間隔を隔てて２段設けられ、前記上段のポーラス状管は隣り合うポーラス状管の前記所定間隙より広幅であって排ガスの流通し得る所定幅の開放域を前記一次燃焼室の乾燥ストーカ側のみに残して配置され、前記下段のポーラス状管は隣り合うポーラス状管の前記所定間隙より広幅であって排ガスの流通し得る所定幅の開放域を前記一次燃焼室の乾燥ストーカ側及び後燃焼ストーカ側に残して配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
一次燃焼室にポーラス状管から吹き込まれた再循環ガスは、燃焼ストーカからの排ガスと混合しながら隣り合うポーラス状管の間隙を抜けて、乾燥ストーカ側及び後燃焼ストーカ側からの排ガスとポーラス状管の上部でゆっくりと混合されるため、ＮＯへの転換が抑制される。ポーラス状管からの吹き出す再循環ガスは、高速で吹き込む必要はなく、そのため、再循環ガス送風機の動力は抑えられ、エネルギー回収量（送電量）が増える。また、炉内に挿入されたポーラス状管へのダストの付着もない。さらに、従来の炉にもポーラス状管を取り付けることができ、既設炉にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御装置の第１実施形態を示す概略系統図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ視横断平面図である。
【図３】本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御装置の第２実施形態を示す要部拡大縦断面図である。
【図４】従来のごみ焼却炉の燃焼制御装置の一例を示す概略系統図である。
【図５】図４のごみ焼却炉の要部拡大縦断面図である。
【図６】従来のごみ焼却炉の燃焼制御装置の他の例を示す概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御装置の実施形態について、以下に図１〜図３を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御装置の第１実施形態の概略系統図を示し、図２は図１のＩ−Ｉ視に沿う横断面図を示している。
【００２１】
図１に示すごみ焼却炉１は、ストーカ式ごみ焼却炉であり、ごみ投入ホッパー２、乾燥ストーカ３、燃焼ストーカ４、後燃焼ストーカ５、各々のストーカ３、４、５の下部に設けられた風箱６、７、８、各々の風箱６、７、８に一次燃焼用の空気を送る一次空気送風機９等を備えている。ストーカ３、４、５の上部に一次燃焼ゾーンを形成するための一次燃焼室１０が設けられ、一次燃焼室１０の上部に、一次燃焼室１０と連通する二次燃焼室１１が、一次燃焼室１０の天井壁１０ａの中央部に連通連結して設けられている。一次燃焼室１０と二次燃焼室１１とによってごみ焼却炉１の燃焼室が形成され、燃焼室下部の一次燃焼室１０において揮発分の火炎燃焼及びストーカ上で固定炭素のおき燃焼を行い、一次燃焼室１０上部の二次燃焼室１１において未燃ガスや浮遊炭素粒子の燃焼を行う。
【００２２】
ごみ焼却炉１から煙突１２に至る排ガス系統１３には、ボイラ１４、バグフィルター等の集塵器１５などを結ぶ煙道（ガスダクト）１６と、誘引通風機１７等を備える。なお、図１では図示省略されているが、ごみ焼却炉１から煙突１２に至る排ガス系統１３には、有害な酸性ガス（塩化水素、硫黄酸化物）を処理する酸性ガス処理装置、ガス再加熱器、脱硝装置、尿素水噴霧装置等、この種の排ガス系統に公知の設備機器を適宜備えることができる。
【００２３】
集塵器１５と誘引通風機１７との間を接続している煙道１６に再循環ガス供給管１８の一端が接続され、再循環ガス供給管１８の他端は、ごみ焼却炉１下部の一次燃焼室１０内の好ましくは上部に配置されたポーラス状管２０に接続されている。再循環ガス供給管１８には再循環送風機２１が介在されている。ごみ焼却炉１から排出され、除塵、酸性ガス処理された排ガスの一部が、再循環送風機２１により煙道１６から再循環ガス供給管１８に吸引され、ポーラス状管２０から吹き出される。
【００２４】
二次燃焼室１１に空気と排ガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給管２５が接続されている。混合ガス供給管２５は、混合ガス送風機２６の上流側が二股に分岐し、一方が大気中から空気を吸引するための二次空気導入管２５ａとされ、他方が集塵器１５下流の煙道１６に接続されて排ガスの一部を吸引するための排ガス導入管２５ｂとされている。排ガス導入管２５ｂには、ダンパ２５ｃが介在されている。酸素濃度検出制御装置２７は、排ガス系統１３の煙道１６内の排ガス中の酸素濃度を測定して排ガス導入管２５ｂのダンパ２５ｃの開度を制御し、排ガス導入管２５ｂを流れる排ガスの流量を制御する。また、混合ガス供給管２５には、混合ガス供給管２５内を流れる混合ガス（又は空気）の流量を検出し、混合ガス供給管２５の混合ガス送風機２６下流側に介在されたダンパ２５ｄを制御する流量制御装置２５ｅも備えられている。斯かる構成によって排ガス中の酸素濃度を一定に維持することにより、不完全燃焼によるＣＯやダイオキシン類の発生を抑制する。酸素濃度検出制御装置２７は、図示例ではボイラ１４の上流側に設けられているが、集塵器１５の下流側に配設しても良い。
【００２５】
ポーラス状管２０は、一端が開口し、他端を閉止された外径１５０〜３００ｍｍで、管内面から管外面に連通する微細孔を有するポーラス状の管であり、開口端に再循環ガス供給管１８が接続される。
【００２６】
ポーラス状管２０は、熱衝撃に強いコージェネライトのセラミックスによって形成されていることが望ましい。セラミックス製のポーラス管状２０は、燃焼熱を受けて加熱されることで、セラミックス製ポーラス状管２０からの輻射熱によってストーカ上での燃焼、ガス層での燃焼を促進することもできる。
【００２７】
ポーラス状管２０は、並列状に配列され、隣り合うポーラス状管２０の間に所定の間隙Ｘ（２５〜５０ｍｍ）を形成するように、ピッチ（中心線の間隔）Ｐ（図２）を１７５〜３５０ｍｍとして配列されている。
【００２８】
また、図１及び図２に示す例では、ポーラス状管２０は、一次燃焼室１０の乾燥ストーカ３の側及び後燃焼ストーカ５の側に、燃焼ガスが流れるだけの開放域３０、３１を其々残して、配置されている。開放域３０，３１の前後幅Ｗ１、Ｗ２は、隣り合うポーラス状管２０の間に所定の間隙Ｘより広幅とすることができ、好ましくは３００〜６００ｍｍとされる。
【００２９】
再循環送風機２１は、図外の制御装置により回転数を制御されることにより、排ガスの流量を制御することができる。再循環送風機２１の制御により、ポーラス状管２０の管表面から、０．２〜０．５ｍ／秒程度の速度で再循環ガスが吹き出される。ポーラス状管２０から吹き出される再循環ガスの流速は、０．２ｍ／秒未満の場合は、燃焼排ガスがポーラス状管２０に接触し、ポーラス状管２０にダストが付着して目詰まりを起こす可能性がある一方、０．５ｍ／秒を超える場合は、再循環ガス量が増えすぎて再循環送風機２１の動力が増え、過度の動力を消費することになるからである。なお図示しないが、再循環送風機２１の回転数制御に代えて、再循環ガス供給管１８にダンパを設けていわゆるダンパ制御とすることもできる。
【００３０】
上記構成を有するごみ焼却炉の燃焼制御装置の作用効果について以下に説明する。
【００３１】
燃焼ストーカ４からの排ガスは、ＮＯｘの中間生成物であるＨＣＮ等が大量に含まれており、後燃焼ストーカ３からの酸素濃度の高い排ガスと急激に接触するとＮＯが発生するが、乾燥ストーカ３の側からの水分の多い排ガスと後燃焼ストーカ５の側からのは余剰のＯ２を多量に含んだ排ガスは、ＮＯｘの中間生成物であるＨＣＮ等は殆ど含まれておらず、そのまま開放域３０，３１を通過させて二次燃焼室１１に流入させることができる。
【００３２】
燃焼ストーカ４からのＮＯｘの中間生成物を多量に含む排ガスは、隣り合うポーラス状管２０の間隙Ｘを通過する際に、ポーラス状管２０から噴出される燃焼しにくい濃度の酸素を含有した再循環ガスと混合される。それにより、酸素濃度の高い後燃焼ストーカ３からの排ガスとの急激な接触を避けるとともに、ＮＯｘ中間生成物をＮＯｘが生成しないように酸化して減少させたうえで、乾燥ストーカ３及び後燃焼ストーカ５から開放域３０、３１を通過した排ガスとポーラス状管２０の上部でゆっくりと混合されることでＮＯｘへの転換が抑制され、その混合域の上部で混合ガス供給管２５から空気と排ガスの混合ガスを吹込むことにより、未燃のＣＯ等を完全燃焼させる。
【００３３】
また、ポーラス状管２０から吹き出した再循環ガスは、ポーラス状管２０にダストが付着することを抑制してクリンカの成長を抑止する。
【００３４】
なお、多孔質セラミック管を２次燃焼室内に配置し、２次空気をこのセラミック管から噴出させることが特開２００１−２４８８３０号公報に開示されているが、本発明のポーラス状管２０は２次空気を吹込む前にＮＯｘを抑制するために燃焼ガスに再循環ガスをゆっくり混合させるものであり、本願発明では２次空気の吹込みは従来通りごみ焼却炉の２次燃焼室に設けた側壁ノズル（図示せず。）から噴出しても良いし、特開２００１−２４８８３０号公報記載のものと同様に多孔質セラミック管から噴出しても良い。
【００３５】
次に、本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御装置の第２実施形態について図３を参照して説明する。
【００３６】
図３に示すように、第２実施形態では、上下に所定間隔３２を隔てて２段にポーラス状管２０ａ、２０ｂが配設されている。下段のポーラス状管２０ｂは、隣り合うポーラス状管２０ｂの所定間隙より広幅であって排ガスの流通し得る所定幅の開放域３０，３１を一次燃焼室１０の乾燥ストーカ３側及び後燃焼ストーカ５側に残して配置されているが、上段のポーラス状管２０ａは、後燃焼ストーカ５からの酸素濃度の高い排ガスをそのまま二次燃焼室１１に流入させるのではなく、下段のポーラス状管２０ｂの隙間から流出する排ガスと徐々に混合しながら上段のポーラス状管２０ａの間隙及び乾燥ストーカ３側の開放域３０に分配して二次燃焼室１１に誘導することで、より混合が促進され、ＮＯｘへの転換抑制効果が高まる。ポーラス状管２０ａ、２０ｂの上下段間の間隙３２は、ポーラス状管２０ａ、２０ｂの間隙Ｘ（図２参照）より広くとることができ、上記第１実施形態の開放域３１の幅寸法と同様の（高さ）寸法に設定することができる。
【００３７】
本発明は、上記実施形態に限定解釈されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲のおいて種々の変更が可能である。例えば、上記第１実施形態においてポーラス状管２０の上部の二次燃焼室１１に吹込むガスを空気と排ガスとの混合ガスとしているが、空気だけを２次空気として吹込むようにしてもよい。また、例えば、図示しないが、開放域３０，３１を設けない構成とすることもでき、この場合、ポーラス状管２０が一次燃焼室１０の上部開口（二次燃焼窒１１との連通口）の全域に配列される。
【符号の説明】
【００３８】
１  ごみ焼却炉
３  乾燥ストーカ
４  燃焼ストーカ
５  後燃焼ストーカ
１０  一次燃焼室
１１  二次燃焼室
１８  再循環ガス供給管
２０  ポーラス状管
３０  開放域
３１  開放域
【図１】
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【図２】
2014211243.tif 000004
【図３】
2014211243.tif 000005
【図４】
2014211243.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014211243.tif 000008