(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層を形成する流動媒体を内部に有する気泡型流動床式焼却炉と、
前記気泡型流動床式焼却炉内に酸素含有気体を供給して前記流動媒体を流動させる気体供給機構と、
前記気体供給機構の動作を制御する制御機構と、
を備え、
前記制御機構は、被焼却物の焼却時に前記気体供給機構により供給される酸素含有気体の流速を前記流動層の流動化開始流速の９倍以上となるように制御し、かつ、被焼却物の焼却時における排ガスの流速を前記流動媒体の終末速度の０．７倍以下となるように制御する、焼却装置。
【請求項２】
前記流動媒体が前記気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを防止する流出防止機構をさらに備える、請求項１に記載の焼却装置。
【請求項３】
前記流出防止機構は、前記気泡型流動床式焼却炉内に気体を噴出する気体噴出口を有し、当該気体噴出口から噴出される気体により前記気泡型流動床式焼却炉内部にエアカーテンを形成するエアカーテン形成機構である、請求項２に記載の焼却装置。
【請求項４】
前記気体噴出口は、前記気体供給機構により供給される酸素含有気体を前記気泡型流動床式焼却炉内に供給する気体供給口から前記気泡型流動床式焼却炉内から排ガスを排出する排ガス排出口までの炉長方向に沿った距離に対して、前記気体供給口から炉長方向に２５％〜３５％の位置に設けられる、請求項３に記載の焼却装置。
【請求項５】
流動層を形成する流動媒体を内部に有する気泡型流動床式焼却炉を用いて被焼却物を焼却する方法であって、
前記被焼却物の焼却時に、前記流動層の流動化開始流速の９倍以上の流速で前記気泡型流動床式焼却炉内に酸素含有気体を供給して前記流動媒体を流動させ、かつ、前記被焼却物の焼却時における排ガスの流速を前記流動媒体の終末速度の０．７倍以下となるように制御する、焼却方法。
【請求項６】
前記被焼却物の焼却時に、前記流動媒体が前記気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを防止する流出防止機構を用いて、前記流動媒体の流出を防止する、請求項５に記載の焼却方法。
【請求項７】
前記流出防止機構は、前記気泡型流動床式焼却炉内に気体を噴出する気体噴出口を有し、当該気体噴出口から噴出される気体により前記気泡型流動床式焼却炉内部にエアカーテンを形成するエアカーテン形成機構である、請求項６に記載の焼却方法。
【請求項８】
前記気体噴出口は、前記気泡型流動床式焼却炉内に供給されてから前記気体噴出口に至るまでの前記酸素含有気体の滞留時間が１秒以上４秒以下となる位置に設けられる、請求項７に記載の焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却装置及び焼却方法に関し、特には、気泡型流動床式焼却炉を用いて被焼却物を焼却する焼却装置及び焼却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場、し尿処理場、排水処理設備等から排出される汚泥や、都市ごみ等の廃棄物等を、焼却炉を用いて焼却することが行われている。このような焼却炉としては、気泡型流動床式焼却炉（例えば、特許文献１参照）が知られている。このような気泡型流動床式焼却炉では、焼却炉内に空気を供給することで、珪砂等の流動媒体を流動化させて流動層を形成させ、この流動層を介して被焼却物を焼却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４３６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の気泡型流動床式焼却炉には、燃焼効率を向上させるという点において更なる改善の余地があった。
【０００５】
そこで、本発明は、気泡型流動床式焼却炉を用いた焼却装置及び焼却方法であって、燃焼効率を向上させることができる焼却装置及び焼却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、気泡型流動床式焼却炉を用いた焼却装置及び焼却方法において、被焼却物の焼却時に気泡型流動床式焼却炉内に供給される空気等の酸素含有気体の流速を高めることで、燃焼効率を高めることに着想した。そこで、本発明者らは更に検討を重ね、気泡型流動床式焼却炉を用いた焼却装置及び焼却方法について、被焼却物の焼却時に気泡型流動床式焼却炉内に供給される酸素含有気体の流速を、流動層の流動化開始流速の所定倍以上となるように制御することで、燃焼効率を向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の焼却装置は、流動層を形成する流動媒体を内部に有する気泡型流動床式焼却炉と、前記気泡型流動床式焼却炉内に酸素含有気体を供給して前記流動媒体を流動させる気体供給機構と、前記気体供給機構の動作を制御する制御機構と、を備え、前記制御機構が、被焼却物の焼却時に前記気体供給機構により供給される酸素含有気体の流速を前記流動層の流動化開始流速の９倍以上となるように制御し、かつ、被焼却物の焼却時における排ガスの流速を前記流動媒体の終末速度の０．７倍以下となるように制御することを特徴とする。このように、被焼却物の焼却時に気体供給機構により気泡型流動床式焼却炉内に供給される酸素含有気体の流速を流動層の流動化開始流速の９倍以上となるように制御することで、燃焼効率を向上させることができる。また、被焼却物の焼却時における排ガスの流速を、流動媒体の終末速度の０．７倍以下となるように制御すれば、流動媒体が気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを防止することができる。
【０００９】
また、本発明の焼却装置は、前記流動媒体が前記気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを防止する流出防止機構をさらに備えることが好ましい。流出防止機構を設ければ、流動媒体が気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを更に防止することができるからである。
【００１０】
更に、本発明の焼却装置は、前記流出防止機構が、前記気泡型流動床式焼却炉内に気体を噴出する気体噴出口を有し、当該気体噴出口から噴出される気体により前記気泡型流動床式焼却炉内部にエアカーテンを形成するエアカーテン形成機構であることが好ましい。流出防止機構を、気体噴出口から噴出される気体により気泡型流動床式焼却炉内部にエアカーテンを形成するエアカーテン形成機構とすれば、維持管理コストを低減させることができるからである。
【００１１】
そして、本発明の焼却装置は、前記気体噴出口が、前記気体供給機構により供給される酸素含有気体を前記気泡型流動床式焼却炉内に供給する気体供給口から前記気泡型流動床式焼却炉内から排ガスを排出する排ガス排出口までの炉長方向に沿った距離に対して、前記気体供給口から炉長方向に２５％〜３５％の位置に設けられることが好ましい。気体噴出口を、気体供給口から排ガス排出口までの炉長方向に沿った距離に対して、気体供給口から炉長方向に２５％〜３５％の位置に設ければ、流動媒体が流動層を形成するのに必要な高さを十分に確保しつつ、流動媒体が流出することを防止することができるからである。
【００１２】
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の焼却方法は、流動層を形成する流動媒体を内部に有する気泡型流動床式焼却炉を用いて被焼却物を焼却する方法であって、前記被焼却物の焼却時に、前記流動層の流動化開始流速の９倍以上の流速で前記気泡型流動床式焼却炉内に酸素含有気体を供給して前記流動媒体を流動させ、かつ、前記被焼却物の焼却時における排ガスの流速を前記流動媒体の終末速度の０．７倍以下となるように制御することを特徴とする。このように、被焼却物の焼却時に流動層の流動化開始流速の９倍以上の流速で気泡型流動床式焼却炉内に酸素含有気体を供給して流動媒体を流動させることで、燃焼効率を向上させることができる。また、被焼却物の焼却時における排ガスの流速を、流動媒体の終末速度の０．７倍以下となるように制御すれば、流動媒体が気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の焼却方法は、前記被焼却物の焼却時に、前記流動媒体が前記気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを防止する流出防止機構を用いて、前記流動媒体の流出を防止することが好ましい。流出防止機構を用いれば、流動媒体が気泡型流動床式焼却炉外部に流出することを更に防止することができるからである。
【００１５】
更に、本発明の焼却方法は、前記流出防止機構が、前記気泡型流動床式焼却炉内に気体を噴出する気体噴出口を有し、当該気体噴出口から噴出される気体により前記気泡型流動床式焼却炉内部にエアカーテンを形成するエアカーテン形成機構であることが好ましい。気体噴出口から噴出される気体により気泡型流動床式焼却炉内部にエアカーテンを形成するエアカーテン形成機構を用いれば、維持管理コストを低減させることができるからである。
【００１６】
そして、本発明の焼却方法は、前記気体噴出口が、前記気泡型流動床式焼却炉内に供給されてから前記気体噴出口に至るまでの前記酸素含有気体の滞留時間が１秒以上４秒以下となる位置に設けられることが好ましい。気体噴出口を、気泡型流動床式焼却炉内に供給されてから気体噴出口に至るまでの酸素含有気体の滞留時間が１秒以上４秒以下となる位置に設ければ、流動媒体が流動層を形成するのに必要な高さを十分に確保しつつ、流動媒体が流出することを防止することができるからである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、気泡型流動床式焼却炉を用いた焼却装置及び焼却方法において燃焼効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼却装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の焼却装置に備えられた気泡型流動床式焼却炉の炉長方向断面の概略図である。
【図３】図１の焼却装置に備えられた気泡型流動床式焼却炉の水平方向断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の焼却装置を、図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の構成要素を示すものとする。また、本発明の焼却方法は、本発明の焼却装置の説明から明らかになる。
【００２０】
図１に、本発明の一実施形態に係る焼却装置１００の概略構成を示す。焼却装置１００は、被焼却物を焼却する気泡型流動床式焼却炉１０と、気泡型流動床式焼却炉１０に酸素含有気体としての空気を供給する気体供給機構２０と、気体供給機構２０の動作を制御する制御機構３０とを備えている。
【００２１】
気泡型流動床式焼却炉１０は、気体供給口１１と、被焼却物投入口１２と、気体噴出口１３と、排ガス排出口１４と、補助燃料供給口１６とを備えている。また、気泡型流動床式焼却炉１０は、図２に示すように、珪砂等の流動媒体１５を内部に有している。気体供給口１１は気体供給機構２０と接続されており、気体供給機構２０から供給された空気は、気体供給口１１を介して気泡型流動床式焼却炉１０内に供給される。被焼却物投入口１２は、汚泥や廃棄物等の被焼却物を気泡型流動床式焼却炉１０内に投入するための入口であり、被焼却物の投入量は制御機構３０により制御される。気体噴出口１３は、気体供給機構２０と接続されており、気体供給機構２０から供給された空気を気泡型流動床式焼却炉１０内に噴出する入口であり、詳細は後述する。排ガス排出口１４は、排ガス処理設備（図示省略）等と接続されており、気泡型流動床式焼却炉１０内の排ガスは、排ガス排出口１４を介して排出される。補助燃料供給口１６は、必要に応じて補助燃料を気泡型流動床式焼却炉１０内に供給する入口であり、補助燃料の供給量は制御機構３０により制御される。流動媒体１５は、気体供給機構２０から気体供給口１１を介して気泡型流動床式焼却炉１０内に供給される空気によって流動し、流動層を形成する。
【００２２】
気体供給機構２０は、流動ブロワ等により構成され、気泡型流動床式焼却炉１０内に気体供給口１１を介して空気を供給し、流動媒体１５を流動させると共に、気泡型流動床式焼却炉１０内に気体噴出口１３を介して空気を噴出する。また、気体供給機構２０は、制御機構３０によりその動作が制御される。
【００２３】
制御機構３０は、気体供給機構２０の動作、被焼却物の投入量、及び補助燃料の供給量を制御する。具体的には、制御機構３０は、被焼却物の焼却時に気体供給機構２０により供給される空気の流速を流動層の流動化開始流速の９倍以上となるように制御する。ここで、流動層の流動化開始流速とは、流動媒体１５が流動を開始して流動層を形成する時の流速のことであり、この流動層の流動化開始流速は制御機構３０により予め記憶され、又は算出されて記憶されている。このように、被焼却物の焼却時に気体供給機構２０により気体供給口１１を介して供給される空気の流速を流動化開始流速の９倍以上となるように制御することで、被焼却物の燃焼効率を向上させることができる。
【００２４】
また、制御機構３０は、被焼却物の焼却時における排ガスの流速を、流動媒体１５の終末速度の０．７倍以下となるように制御することが好ましい。ここで、本発明において、「排ガスの流速」とは、排ガス排出口１４から排出される排ガスの流速を意味する。なお、制御機構３０は、流動媒体１５の終末速度を予め記憶し、又は算出して記憶する。制御機構３０は、流動媒体１５の終末速度に基づき、気体供給機構２０により気体供給口１１及び気体噴出口１３を介して供給される空気量や、被焼却物投入口１２を介して投入される被焼却物の投入量や、補助燃料供給口１６を介して供給される補助燃料の供給量等を調節することで、排ガスの流速を制御する。これにより、流動媒体１５が排ガス排出口１４を介して気泡型流動床式焼却炉１０外部に流出することを防止することができる。
【００２５】
ところで、焼却装置１００では、制御機構３０により、被焼却物の焼却時に気体供給機構２０により供給される空気の流速を流動化開始流速の９倍以上という高い流速に制御するため、流動媒体１５が拡散されやすく、排ガス排出口１４を介して気泡型流動床式焼却炉１０外部に流出する恐れがある。そこで、焼却装置１００は、流動媒体１５が気泡型流動床式焼却炉１０外部に流出することを防止する流出防止機構として、気体噴出口１３から噴出される気体により気泡型流動床式焼却炉１０内部にエアカーテンを形成するエアカーテン形成機構を備えている。気泡型流動床式焼却炉１０内部にこのようなエアカーテンを形成することで、流動媒体１５のエアカーテンの上方への移動が妨げられるため、流動媒体１５が排ガス排出口１４から流出することを防止することができる。
【００２６】
また、気体噴出口１３は、図２に示すように、気体供給口１１の中心から気体噴出口１３の中心までの炉長方向に沿った距離をＴ１、気体供給口１１の中心から排ガス排出口１４の中心までの炉長方向に沿った距離をＴ２とすると、Ｔ１／Ｔ２が０．２５〜０．３５となる位置に設けられることが好ましい。また、気体噴出口１３は、気体供給機構２０により供給されてから気体噴出口１３に至るまでの空気の滞留時間が１秒以上４秒以下となる位置に設けられることが好ましい。
【００２７】
気体噴出口１３の設けられる位置が上記下限値未満の場合、気体噴出口１３の位置における気泡型流動床式焼却炉１０内の気体の上方への流速が速いため、エアカーテンが形成されにくく、また、気体噴出口１３から噴出される気体により流動媒体１５の流動や温度維持が阻害されてしまう。一方、気体噴出口１３の設けられる位置が上記上限値を超える場合、エアカーテンが形成される位置が高過ぎるため流動媒体１５が飛散してしまい、また、排ガスと気体噴出口１３から噴出される気体との混合が不均一となるため排ガス排出口１４付近での温度や排ガスの性状が不安定となり、更に、流動媒体１５が負圧により排ガス排出口１４に吸い込まれてしまう。気体噴出口１３の設けられる位置を上記範囲内とすることで、エアカーテンが形成されて流動媒体１５の上方への勢いが弱まり、また、流動媒体１５に水平方向への力が加わるので気泡型流動床式焼却炉１０内の壁面に衝突させ落下させることができる。
【００２８】
なお、気体噴出口１３は、１つ以上設けることができるが、図３に示すように、複数の気体噴出口１３を、水平方向断面上、互いに対向する気体噴出口１３から噴出される気体の進行方向が互い違いとなるように、いわゆる千鳥状に配置して設けることが好ましい。気体噴出口１３をこのような配置とすることで、気泡型流動床式焼却炉１０内部に形成されるエアカーテンが、水平方向断面上、満遍なく形成され、流動媒体１５の上方への移動を効率的に妨げることができる。なお、図３では、気泡型流動床式焼却炉１０の水平方向断面の形状を円形で示したが、このような形状には限定されず、任意の形状とすることができる。
【００２９】
また、流動媒体１５の水平方向における径は、適宜決定することができるが、より縮小することにより、流動媒体１５が拡散しやすくなって流速が上がりやすくなるため、気体供給機構２０により空気を供給する動力を下げることができ、イニシャルコストを抑えることができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る焼却装置１００によると、燃焼効率を向上させることができるので、空気比を１．３未満、例えば１．２程度まで減少させることができる。ここで、本発明において「空気比」とは、被焼却物を完全燃焼させるのに最低限必要な空気量に対する気体供給口１１から供給する空気量の比を意味する。また、流動媒体１５の静止状態における高さをより低くして流動媒体１５の充填量を減少させても、燃焼効率を従来と同程度以上に保つことができる。よって、空気比の減少、流動媒体１５充填量の減少によって、気体供給機構２０により空気を供給する動力を下げることができ、維持管理コストを抑えることができる。また、空気比減少により、排ガス量が減少するので、気泡型流動床式焼却炉１０内のフリーボード部の容積を縮小することができ、かつ、排ガス処理設備のサイズを抑えることができるため、設置面積の縮小にもつながる。
具体的には、流動媒体１５の静止状態における高さは、気泡型流動床式焼却炉１０内部の気体供給口１１の中心から炉長方向に４００ｍｍ以上であれば、高い燃焼効率を維持することができる。
【００３１】
以上、一実施形態を用いて本発明の焼却装置について説明したが、本発明の焼却装置は、上記一実施形態に限定されることはなく、本発明の焼却装置には、適宜変更を加えることができる。
【００３２】
具体的には、焼却装置１００では、流出防止機構としてエアカーテン形成機構を備えているが、流出防止機構はエアカーテン形成機構に限定されず、気泡型流動床式焼却炉１０内部の流動層が形成される領域より上方のフリーボード部に邪魔板を設ける機構や、フリーボード部の一部を拡径する機構や、フリーボード部の形状に傾斜を設ける機構等とすることもできる。しかしながら、流出防止機構としては、エアカーテン形成機構が維持管理コストを抑えることができる点で好ましい。
【実施例】
【００３３】
図１に示した焼却装置１００と同様の構成を有する焼却装置を用いて、被焼却物としての汚泥の焼却を複数回行った。汚泥の焼却時に気体供給機構により供給される空気の流速をＵｓｂ、流動媒体の流動化開始流速をＵｍｆとしたとき、Ｕｓｂ／Ｕｍｆが９以上１３未満であったデータを実施例１、Ｕｓｂ／Ｕｍｆが１３以上であったデータを実施例２、Ｕｓｂ／Ｕｍｆが９未満であったデータを比較例１とし、それぞれの場合の燃焼効率の平均値を評価した。結果を表１に示す。
なお、燃焼効率の平均値の評価は、以下に従って行った。
Ａ：燃焼効率の平均値が７５％以上
Ｂ：燃焼効率の平均値が６５％以上７５％未満
Ｃ：燃焼効率の平均値が６０％以上６５％未満
Ｄ：燃焼効率の平均値が６０％未満
【００３４】
【表１】
0005933065.tif 000002
【００３５】
表１より、Ｕｓｂ／Ｕｍｆが９以上であった実施例１及び実施例２では、燃焼効率の平均値が６５％以上と高い値をとっており、高い燃焼効率を得ることができたといえる。一方、Ｕｓｂ／Ｕｍｆが９未満であった比較例１では、燃焼効率の平均値が６０％未満であり、低い燃焼効率であったことといえる。従って、Ｕｓｂ／Ｕｍｆを９以上とすることで、燃焼効率を向上させることができたといえる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、気泡型流動床式焼却炉を用いた焼却装置及び焼却方法において燃焼効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  気泡型流動床式焼却炉
１１  気体供給口
１２  被焼却物投入口
１３  気体噴出口
１４  排ガス排出口
１５  流動媒体
１６  補助燃料供給口
２０  気体供給機構
３０  制御機構
１００  焼却装置
Ｔ１  気体供給口中心から気体噴出口中心までの炉長方向に沿った距離
Ｔ２  気体供給口中心から排ガス排出口中心までの炉長方向に沿った距離
【要約】
【課題】気泡型流動床式焼却炉を用いた焼却装置及び焼却方法であって、燃焼効率を向上させることができる焼却装置及び焼却方法を提供する。
【解決手段】流動層を形成する流動媒体を内部に有する気泡型流動床式焼却炉と、前記気泡型流動床式焼却炉内に酸素含有気体を供給して前記流動媒体を流動させる気体供給機構と、前記気体供給機構の動作を制御する制御機構と、を備え、前記制御機構は、被焼却物の焼却時に前記気体供給機構により供給される酸素含有気体の流速を前記流動層の流動化開始流速の９倍以上となるように制御する、焼却装置。
【選択図】図１【図１】
0005933065.tif 000003
【図２】
0005933065.tif 000004
【図３】
0005933065.tif 000005