(57)【要約】 【課題】  構成の小形化を図り、運転コストを低減することができる廃棄物熱処理設備を提供する。【解決手段】  廃棄物が投入される１次燃焼炉４に、高温燃焼する溶融室３を下部に設け、低温燃焼する焼却室２を上部に設け、溶融室３と焼却室２とを流路断面積の小さい連通孔３３によって連通させ、上部の焼却室２の未燃成分を含む含塵排ガスを２次燃焼炉７の燃焼室６に導いて、高温で熱分解する。ガス化溶融処理を行う場合には、第１および第２バーナ５，８を高負荷燃焼させ、焼却処理を行う場合には、第１および第２バーナ５，８を低負荷燃焼に切り換えて、焼却処理およびガス化溶融処理を１つの熱処理設備によって達成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物が投入される焼却室と、焼却室の下方に設けられ、前記焼却室に連通し、かつ燃焼ガスが供給される溶融室とを有する１次燃焼炉と、
１次燃焼炉の前記溶融室内に、燃焼ガスを供給する第１バーナと、
１次燃焼炉の焼却室内の排ガスが導かれ、この排ガスを燃焼させる燃焼室を有する２次燃焼炉と、
２次燃焼炉の燃焼室内に、燃焼ガスを供給する第２バーナと、
１次燃焼炉の前記焼却室および２次燃焼炉の燃焼室に、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、
第１および第２バーナの燃焼状態を、廃棄物を焼却する低負荷燃焼と、廃棄物をガス化溶融する高負荷燃焼とに切り換えるとともに、前記燃焼用空気供給手段の焼却室および燃焼室内への燃焼用空気の供給量を、廃棄物を焼却する低負荷インプット状態と、廃棄物をガス化溶融する高負荷インプット状態とに切り換える制御手段とを含むことを廃棄物熱処理設備。
【請求項２】
前記１次燃焼炉の焼却室の容積をＶ１とし、１次燃焼炉の溶融室の容積をＶ２とし、２次燃焼炉の燃焼室の容積をＶ３としたとき、２次燃焼炉の燃焼室の容積Ｖ３は、１次燃焼炉の焼却室の容積Ｖ１と溶融室の容積Ｖ２との和（Ｖ１＋Ｖ２）の２．０倍以上でかつ３．０倍以下に選ばれることを特徴とする請求項１記載の廃棄物熱処理設備。
【請求項３】
前記２次燃焼炉の排ガスが供給され、この排ガスから微細な粒子を除去する集塵手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の廃棄物熱処理設備。
【請求項４】
前記１次燃焼炉は、廃棄物を焼却室へ投入する投入孔が形成される炉頂部を有し、この炉頂部には、焼却室からの熱分解ガスの漏洩を阻止した状態で、廃棄物を前記投入孔に供給する廃棄物供給手段が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の廃棄物熱処理設備。
【請求項５】
前記１次燃焼炉には、焼却室と溶融室とを連通し、焼却室および溶融室よりも断面の小さい連通孔が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の廃棄物熱処理設備。
【請求項６】
前記１次燃焼炉の溶融室には、直円筒状の内周面が臨み、この内周面の軸線に垂直な仮想一平面上における内周円の接線方向に延びる炎孔が連通し、この炎孔を介して前記第１バーナから燃焼ガスが供給されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の廃棄物熱処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭ごみなどの一般廃棄物および医療廃棄物などの特別管理産業廃棄物を含む産業廃棄物のいずれであっても、廃棄物の種類および性状などに応じて焼却および溶融のいずれかを選択して熱処理することができる廃棄物熱処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。この特許文献１には、炉底に燃料として装填されたコークスの燃焼によって炉内に高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼帯の上方から投入された廃棄物を熱分解してガス化し、その残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉を含む廃棄物熱処理設備が開示される。
【０００３】
この廃棄物熱処理設備では、高温燃焼帯へ吹き込まれる廃プラスチックの粒径１０ｍｍ〜５０ｍｍとし、あるいは炉内の高温燃焼帯におけるガスの空塔速度が２．０ｍ／ｓｅｃ以下となるように、高温燃焼帯への送風量を調節し、あるいは高温燃焼帯へ吹き込む熱風の温度を３５０℃以下にすることによって、廃プラスチックを燃料の一部として燃焼させ、コークスの消費量の低減を図ることができることを提案している。
【０００４】
廃棄物ガス化溶融炉は、都市ごみ、産業廃棄物および廃棄物焼却残渣などの廃棄物、コークスおよび石灰石などが、炉頂部の中心に設けられた装入口から廃棄物投入装置によって炉内へ投入され、コークスが炉底部に堆積した状態で、主羽口から空気または酸素富化された空気の熱風が吹き込まれ、また廃プラスチック投入口から主羽口内へ廃プラスチックが投入されて、熱風とともに炉内へ吹き込まれ、コークスを燃焼させることによって高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼帯の上に廃棄物を流動化して予熱する流動化層を形成して、投入された廃棄物を流動化層に滞留させて熱分解し、その残渣を高温燃焼帯において溶融する。
【０００５】
高温燃焼帯および流動化層で発生した熱分解ガスは、流動化層の上方で、炉体の流動化層が形成される部分よりも拡径された部分によって外囲されるフリーボード部において、羽口から供給された空気によって燃焼し、８５０℃〜１０００℃の高温の燃焼ガスとなって、炉体上部に設けられる燃焼ガス排出口から排出されて、２次燃焼炉に導かれ、この２次燃焼炉でさらに燃焼させてダイオキシン類が熱分解された後、ボイラなどの熱回収装置に送られて熱回収し、さらに排ガス浄化装置によって集塵し、酸性ガスを除去し、脱硝した後、大気放散される。
【０００６】
高温燃焼帯には、主羽口から廃プラスチック投入装置によって粒径１０ｍｍ〜５０ｍｍの廃プラスチックが熱風とともに吹き込まれ、この吹き込まれた廃プラスチックはコークスとともに燃焼する。このとき、前述したように、高温燃焼帯における炉内ガスの上昇速度が空塔換算で２．０ｍ／ｓｅｃ以下となるように、熱風の吹き込み量を調節し、炉内ガスと投入物とを充分に熱交換させ、残渣を確実に溶融させることによって、安定した操業を図りながら、廃プラスチックをコークスの代替燃料として使用し、コークスの消費量を低減している。
【０００７】
他の従来の技術は、特許文献２に記載されている。この特許文献２では、ガス化溶融炉の炉底部のコークスを堆積して燃焼させることによって高温燃焼帯を形成し、この高温燃焼帯の上方に、投入された廃棄物を熱分解してガス化する流動化層を形成し、さらにこの流動化層の上方に、炉体の流動化層が形成される部分よりも拡径された部分によってフリーボード部を形成する溶融炉においては、フリーボード部によって、熱分解ガスの上昇速度を遅くすることによって、ガス排出口からのダストの排出を防止し、あるいはフリーボード部に空気を吹き込んで熱分解ガスを燃焼させることによって、ダイオキシン類を分解するが、次の（ａ）〜（ｆ）を課題として提起する。
【０００８】
この引用文献２に記載される従来の技術において解決しようとする課題は、（ａ）フリーボード上から投入された廃棄物からダストがガス排出口へ直接飛散し、灰となって集塵機によって捕集されるため、この捕集された灰の処理に要するコストが高くなること、（ｂ）炉内へ装入された装入物の層高を計測する場合にも、フリーボード上から炉内物の表層面までの距離が長いため、計測作業が困難であること、（ｃ）フリーボード上から補助燃料を投入すると、落下衝撃によって補助燃料が砕けて粉状になり、炉底部に堆積した補助燃料の通気性が損なわれ、燃料ガスの通気性および溶融物の落下のための火格子としての機能が失われやすいこと、（ｄ）大きなスペースを占有するフリーボードがガス化溶融炉の上部に設けられるので、廃棄物処理プラント全体が高くなり、建設コストが高くなること、（ｅ）２次燃焼炉は、１段目の送風でガス中の全可燃成分を燃焼させ、２段目の送風で燃焼ガスの温度調節をしているが、ガス化溶融炉で発生する熱分解ガスは可燃成分が多く、発熱量が高いため、１段目の送風で燃焼ガス温度が１２００℃を超える高温になり、ガスに含まれるダストが炉壁に融着すること、（ｆ）１段目の送風段階では完全燃焼させることができず、２段目の送風段階では完全燃焼に必要な燃焼時間が確保されるように十分な空間が設けられていないため、熱分解ガスが完全燃焼されずに、ＣＯなどの未燃ガスがそのままガス処理系へ導入され、不完全な燃焼によってダイオキシン類が生成される、というものである。
【０００９】
これらの課題（ａ）〜（ｆ）を解決するために、この従来の技術では、（１）炉底部に高温燃焼帯を形成するための空気または酸素富化空気を吹き込む主羽口が設けられ、高温燃焼帯の上に廃棄物流動化層を形成させるための空気を吹き込む副羽口が設けられた廃棄物溶融炉と、この廃棄物溶融炉で発生した熱分解ガスを燃焼させる２次燃焼炉を有する廃棄物ガス化溶融設備において、流動化層で発生した熱分解ガスが直ちに導入されるようにし、（２）２次燃焼炉に燃焼用空気を吹き込む送風口が高さ方向に間隔をあけて少なくとも３段設けられ、（３）各段の送風口が２次燃焼炉の両側の側面に位置し、かつそれぞれの側の送風口からの燃焼用空気の噴出流が間隔をあけて逆方向に流れるように、送風口を２次燃焼炉の中心に対して点対称に配置し、（４）各段の送風口が２次燃焼炉の両側の側面に位置し、かつ一方の側の送風口と他方の側の送風口とを互いに異なる高さに配置することが提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２１３１３号公報
【特許文献２】特開２００３−７４８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の特許文献１に記載される従来の技術では、コークスなどの燃料の消費量を削減するために、廃プラスチック投入装置によって所定粒径の廃プラスチックを炉内へ投入し、この廃プラスチックを、流動化層で熱分解した廃棄物の焼却残渣を溶融する高温燃焼帯で溶融することによって、廃プラスチックを燃料として用いることが提案されるが、廃プラスチックを炉内の高温燃焼帯上へ投入するための廃プラスチック投入装置が別途に必要であり、設備の構成が大型化および複雑化してしまうという問題がある。
【００１２】
また、前述の特許文献２に記載される他の従来の技術では、ガス化溶融炉の上部に大きな空間を占有するフリーボード部をなくし、２次燃焼炉に熱分解ガスを徐々に燃焼させるというフリーボード部と同様な機能を持たせるために、２次燃焼炉に燃焼用空気を供給する送風口を３段以上設けることが提案されるが、１次燃焼炉から導かれる排ガス中のダイオキシン類などを８５０℃〜１０００℃という高温で熱分解するため、２次燃焼炉内で１次燃焼炉からの燃焼排ガスが所定時間、すなわち２秒以上滞留するように、熱分解ガスの流速を遅くしなければならず、したがって２次燃焼炉の空塔断面積が１次燃焼炉よりも大きくなってしまい、１次燃焼炉の小形化は図れるが、２次燃焼炉は大形化してしまうという問題がある。
【００１３】
さらに、前述の特許文献１，２に記載される各従来の技術は、高温でガス化溶融して無害化する必要のある産業廃棄物および一般廃棄物を処理対象とする設備を提案するものであるため、ガス化溶融する必要のない廃棄物、すなわち排煙中の煤煙濃度、硫黄酸化物濃度、窒素酸化物濃度、塩化水素濃度およびダイオキシン類濃度などの燃焼による生成物が環境基準などに関する各種の法規定の基準値未満に抑制することができ、かつ発熱量が低く、しかも１〜２ｔ／日未満の少量の可燃ごみに対しては、過大設備となり、運転コストに無駄が生じるという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、構成の小形化を図り、運転コストを低減することができる廃棄物熱処理設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、廃棄物が投入される焼却室と、焼却室の下方に設けられ、前記焼却室に連通し、かつ燃焼ガスが供給される溶融室とを有する１次燃焼炉と、
１次燃焼炉の前記溶融室内に、燃焼ガスを供給する第１バーナと、
１次燃焼炉の焼却室内の排ガスが導かれ、この排ガスを燃焼させる燃焼室を有する２次燃焼炉と、
２次燃焼炉の燃焼室内に、燃焼ガスを供給する第２バーナと、
１次燃焼炉の前記焼却室および２次燃焼炉の燃焼室に、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、
第１および第２バーナの燃焼状態を、廃棄物を焼却する低負荷燃焼と、廃棄物をガス化溶融する高負荷燃焼とに切り換えるとともに、前記燃焼用空気供給手段の焼却室および燃焼室内への燃焼用空気の供給量を、廃棄物を焼却する低負荷インプット状態と、廃棄物をガス化溶融する高負荷インプット状態とに切り換える制御手段とを含むことを廃棄物熱処理設備である。
【００１６】
本発明に従えば、１次燃焼炉の溶融室には、第１バーナから燃焼ガスが供給され、燃焼室には、燃焼用空気供給手段から燃焼用空気が供給される。燃焼用空気供給手段から溶融室に供給される燃焼用空気は、大気がそのまま用いられてもよく、酸素富化空気が用いられてもよい。２次燃焼炉の燃焼室には、第２バーナから燃焼ガスが供給される。
【００１７】
第１および第２バーナならびに燃焼用空気供給手段は、制御手段によって制御される。第１および第２バーナの燃焼状態は、制御手段によって、廃棄物を焼却する低負荷燃焼と、廃棄物をガス化溶融する高負荷燃焼とに切り換えるとともに、燃焼用空気供給手段の燃焼室内への燃焼用空気の供給量を、廃棄物を焼却する低負荷インプット状態と、廃棄物をガス化溶融する高負荷インプット状態とに切り換えられる。
【００１８】
これによって、高温でガス化溶融して無害化する必要のある産業廃棄物および一般廃棄物を処理対象とする場合には、制御手段によって、第１および第２バーナの燃焼状態が高負荷燃焼状態に設定されるとともに、燃焼用空気供給手段による燃焼室への燃焼用空気の供給が高負荷インプット状態に設定される。
【００１９】
また、ガス化溶融する必要のない廃棄物、すなわち排煙中の煤煙濃度、硫黄酸化物濃度、窒素酸化物濃度、塩化水素濃度およびダイオキシン類濃度などの燃焼による生成物が環境基準などに関する各種の法規定の基準値未満に抑制することができ、かつ発熱量が低い廃棄物を処理対象とする場合には、制御手段によって、第１および第２バーナの燃焼状態が低負荷燃焼状態に設定されるとともに、燃焼用空気供給手段による焼却室および燃焼室への燃焼用空気の供給が低負荷インプット状態に設定される。
【００２０】
このように第１および第２バーナならびに燃焼用空気供給手段の運転状態が制御手段によって切り換えられるので、廃棄物の種類、すなわち廃棄物の質、形状、性状、燃焼によって発生する排ガスのガス質、燃焼温度および燃焼生成物の有害性の有無などに応じて、最適な運転状態を選択して廃棄物を燃焼させて処理し、第１および第２バーナならびに燃焼用空気供給手段の無駄な運転を可及的に少なくして、運転コストを削減することができる。
【００２１】
また、焼却処理とガス化溶融処理とを廃棄物の種類に応じて選択的に切り換えることができるので、焼却処理およびガス化溶融処理の専用設備を個別に設ける必要がなく、１つの設備によって焼却処理およびガス化溶融処理の両方の処理を行うことができ、構成が小形化される。
【００２２】
また本発明は、前記１次燃焼炉の焼却室の容積をＶ１とし、１次燃焼炉の溶融室の容積をＶ２とし、２次燃焼炉の燃焼室の容積をＶ３としたとき、２次燃焼炉の燃焼室の容積Ｖ３は、１次燃焼炉の焼却室の容積Ｖ１と溶融室の容積Ｖ２との和（Ｖ１＋Ｖ２）の２．０倍以上でかつ３．０倍以下に選ばれることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、２次燃焼炉の燃焼室の容積Ｖ３は、１次燃焼炉の焼却室の容積Ｖ１と溶融室の容積Ｖ２との和（Ｖ１＋Ｖ２）の２．０倍以上でかつ３．０倍以下に選ばれるので、１次燃焼炉から供給された排ガスを、２次燃焼炉の燃焼室内で第２バーナによって供給される高温の燃焼ガスと接触させて熱交換させ、ダイオキシン類などの有害ガス成分を熱分解し、要求されるダイオキシン類濃度の基準値に対して充分に低い濃度となるように処理することができる。これによって１次燃焼炉に容積の大きなフリーボード部を設ける必要がなくなり、１次燃焼炉を小形化することができる。
【００２４】
さらに本発明は、前記２次燃焼炉の排ガスが供給され、この排ガスから微細な粒子を除去する集塵手段を含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、２次燃焼炉の排ガスが集塵手段に供給され、排ガス中の微細な粒子が集塵され、排ガスから微細な粒子が除去される。
【００２６】
さらに本発明は、前記１次燃焼炉は、廃棄物を焼却室へ投入する投入孔が形成される炉頂部を有し、この炉頂部には、焼却室からの熱分解ガスの漏洩を阻止した状態で、廃棄物を前記投入孔に供給する廃棄物供給手段が設けられることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、１次燃焼炉の炉頂部に廃棄物供給手段が設けられるので、焼却室からの熱分解ガスの漏洩を阻止した状態で、廃棄物を投入孔に供給することができ、炉内からの高温のガスが外部へ漏洩してしまうことが防がれ、炉内温度の低下が抑制され、第１バーナの高負荷燃焼をなるべく少なくして燃料消費量を低減し、運転コストが低減される。
【００２８】
さらに本発明は、前記１次燃焼炉には、焼却室と溶融室とを連通し、焼却室および溶融室よりも断面の小さい連通孔が形成されることを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、１次燃焼炉の焼却室と溶融室とは、焼却室および溶融室よりも断面の小さい連通孔によって連通するので、溶融室から燃焼室へ上昇する燃焼ガスの空塔速度が大きくなり、溶融室内での燃焼が促進されるとともに、燃焼室内での流動化が促進され、燃焼効率が向上される。
【００３０】
さらに本発明は、前記１次燃焼炉の溶融室には、直円筒状の内周面が臨み、この内周面の軸線に垂直な仮想一平面上における内周円の接線方向に延びる炎孔が連通し、この炎孔を介して前記第１バーナから燃焼ガスが供給されることを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、１次燃焼炉の溶融室には炎孔を介して第１バーナからから燃焼ガスが供給されるので、溶融室内で第１バーナからの燃焼ガスは、溶融室に臨む内周面に沿って回転して渦状の流れとなる、いわばサイクロンと同様な働きを発生させる。これによって溶融室内における流動化層の流動化を促進することができる。また、流動化層を通過した熱分解ガスは、勢いよく上昇し、焼却室内に滞留する熱分解ガスと燃焼用空気供給手段から供給された燃焼用空気とが効率よく撹拌され、燃焼室内における廃棄物の燃焼が促進される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、第１および第２バーナならびに燃焼用空気供給手段の運転状態が制御手段によって切り換えられるので、最適な運転状態を選択して廃棄物を燃焼させて処理し、第１および第２バーナならびに燃焼用空気供給手段の無駄な運転を可及的に少なくして、運転コストを削減することができる。また、焼却処理およびガス化溶融処理の専用設備を個別に設ける必要がなく、１つの設備によって焼却処理およびガス化溶融処理の両方の処理を行うことができ、構成が小形化される。
【００３３】
また本発明によれば、２次燃焼炉の燃焼室の容積Ｖ３は、１次燃焼炉の焼却室の容積Ｖ１と溶融室の容積Ｖ２との和（Ｖ１＋Ｖ２）の２．０倍以上でかつ３．０倍以下に選ばれるので、１次燃焼炉から供給された排ガスを、２次燃焼炉の燃焼室内で第２バーナによって供給される高温の燃焼ガスと接触させて熱交換させ、ダイオキシン類などの有害ガス成分を熱分解することができる。これによって１次燃焼炉に容積の大きなフリーボード部を設ける必要がなくなり、１次燃焼炉を小形化することができる。
【００３４】
さらに本発明によれば、２次燃焼炉の排ガスが集塵手段に供給され、排ガス中の微細な粒子が集塵され、排ガスから微細な粒子を除去することができる。
【００３５】
さらに本発明によれば、１次燃焼炉の炉頂部に廃棄物供給手段が設けられるので、焼却室からの熱分解ガスの漏洩を阻止した状態で、廃棄物を投入孔に供給することができ、炉内からの高温のガスが外部へ漏洩してしまうことが防がれ、炉内温度の低下が抑制され、第１バーナの運転コストを低減することができる。
【００３６】
さらに本発明によれば、１次燃焼炉の焼却室と溶融室とは、焼却室および溶融室よりも断面の小さい連通孔によって連通するので、溶融室から燃焼室へ上昇する燃焼ガスの流速が大きくなり、溶融室内での燃焼が促進されるとともに、燃焼室内での流動化が促進され、燃焼効率を向上することができる。
【００３７】
さらに本発明によれば、１次燃焼炉の溶融室には炎孔を介して第１バーナからから燃焼ガスが供給されるので、溶融室内で第１バーナからの燃焼ガスは、溶融室に臨む内周面に沿って回転して渦状の流れとなる、いわばサイクロンと同様な働きを発生させる。これによって溶融室内における流動化層の流動化を促進することができる。また、流動化層を通過した熱分解ガスは、勢いよく上昇し、焼却室内に滞留する熱分解ガスと燃焼用空気供給手段から供給された燃焼用空気とが効率よく撹拌され、燃焼室内における廃棄物の燃焼を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は、本発明の実施の一形態の廃棄物熱処理設備１を示す一部を切欠いた平面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た１次燃焼炉４の鉛直断面図である。本実施の形態の廃棄物熱処理設備１は、廃棄物が投入される焼却室２と、焼却室２の下方に設けられ、焼却室２に連通し、かつ燃焼ガスが供給される溶融室３とを有する１次燃焼炉４と、１次燃焼炉４の溶融室３内に、燃焼ガスを供給する第１バーナ５と、１次燃焼炉４の焼却室２内の排ガスが導かれ、この排ガスを燃焼させる燃焼室６を有する２次燃焼炉７と、２次燃焼炉７の燃焼室６内に、燃焼ガスを供給する第２バーナ８と、１次燃焼炉４の焼却室２および２次燃焼炉７の燃焼室６に、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段であるファン９と、第１および第２バーナ７，８の燃焼状態を、廃棄物を焼却する低負荷燃焼と、廃棄物をガス化溶融する高負荷燃焼とのいずれか一方に切り換えるとともに、燃焼用空気供給手段９の焼却室２および燃焼室６への燃焼用空気の供給量を、廃棄物を焼却する低負荷インプット状態および廃棄物をガス化溶融する高負荷インプット状態のいずれかの一方に切り換える制御手段１０と、２次燃焼炉７の排ガスが供給され、この排ガスから微細な粒子を除去する集塵手段１１と、集塵手段１１に除塵された清浄な排ガスを大気放散する煙突１２と、１次燃焼炉４の焼却室６に上方から廃棄物を投入する廃棄物供給装置１３とを含む。
【００３９】
廃棄物は、都市ごみなどの一般廃棄物と産業廃棄物とを処理対象物とし、これらの廃棄物は、可燃物および不燃物の双方を含む。可燃物には、廃プラスチック、紙類、廃油および木質物などがあり、不燃物には、金属類およびガラスなどがあるが、本実施の形態では、可燃物だけあってもよく、不燃物だけであってもよく、可燃物と不燃物とが混在する廃棄物であってもよい。このような廃棄物を炉内へ投入するための前記廃棄物供給装置１３は、手動で開閉することができる炉蓋によって実現されてもよく、ロータリフィーダによって実現されてもよい。
【００４０】
本実施の形態では、含水量の多い生ごみ、使用済み紙おむつ、ガーゼ、プラスチック製注射器、金属製注射針、点滴用薬液パック、不要になった書類などの紙類などの可燃物と不燃物とが混在した廃棄物が発生する病院などの医療施設に設置される廃棄物熱処理設備について、一例として説明するが、設置対象はこれに限るものではなく、工場、村落などのごみ発生量が１〜２ｔ／日以下の小規模地域および研究施設などに対しても、本発明に従う廃棄物熱処理設備を設置して、廃棄物を処理することができる。
【００４１】
１次燃焼炉４は、耐火物層１５の外表面が鉄皮１６によって外囲される大略的に直円筒状の炉本体１７と、炉本体１７から半径方向外方に突出し、燃焼室６内を点検するための点検口部１８と、炉本体１７に、炉本体１７の図１の紙面に垂直な中心軸線に関して点検口部１８から周方向に第１角度θ１の位置に炉本体１７から半径方向外方に突出して設けられ、焼却室２内の燃焼状況を外部から覗いて確認するための略円錐台状の確認口部１９と、炉本体１７の中心軸線に関して点検口部１８から周方向に第２角度θ２をなす一半径線から平行に距離ΔＬ１だけずれた位置に、炉本体１７から半径方向外方に突出して設けられる第１バーナ取付け部２０と、炉本体１７に、点検口部１８とは中心軸線に関して軸対称の位置に炉本体１７から半径方向外方に突出して設けられ、２次燃焼炉７が接続される円柱状の第１接続部２１とを有する。点検口部１８、確認口部１９、第１バーナ取付け部２０および第１接続部２１は、炉本体１７と同様に、耐火物の外周面が鉄皮によって覆われ、炉本体１７と一体に形成される。
【００４２】
点検口部１８には、図示しない複数のボルトおよびナットによって点検用蓋体２２が着脱自在に設けられ、点検時に点検用蓋体２２を外して燃焼室６内の炉壁の熱による損耗状況および破損状況などの点検を行うことができる。この点検用蓋体２２は、円板状の鋼板からなる。
【００４３】
確認口部１９には、円環状のフレームに透光性を有する耐熱性透過ガラスが嵌着された確認用パネル２３が、図示しない複数のボルトおよびナットによって着脱自在に設けられる。確認口部１９は、焼却室２に向かって拡開し、焼却室２に連通する円錐台状の透孔２４を有し、外部から確認用パネル２３の耐熱性および耐火性を有する透光性ガラスを介して、焼却室２内を全領域にわたって視認することができる。
【００４４】
確認用パネル２３は、確認口部１９に着脱自在に設けられるので、耐熱性透過ガラスが高温の熱によって損耗し、あるいは廃棄物等の衝突などの機械的外力の作用によって破損したとき、確認用パネル２３を確認口部１９から外して損耗または破損した耐熱性透過ガラスを容易に交換することができる。
【００４５】
第１バーナ取付け部２０には、第１バーナ５が図示しない複数のボルトによって着脱自在に設けられる。この第１バーナ５は、燃料タンク２７から供給される灯油などの液体燃料を霧化し、気化した燃料ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼させ、その燃焼ガスを溶融室３内へ噴き付ける噴霧形油バーナによって実現される。
【００４６】
このような第１バーナ５の燃焼ガスを１次燃焼炉４の溶融室３に導くために、炉本体１７および第１バーナ取付け部２０には、炉本体１７および第１バーナ取付け部２０を貫通して、溶融室３に向かって拡開する円錐台状の炎孔２８が形成される。この炎孔２８は、溶融室３に臨む直円筒状の内周面上で開口し、この内周面の軸線に垂直な仮想一水平面上における内周円に対する接線に平行な方向に延びる。
【００４７】
第１接続部２１は、燃焼室６からの排ガスを２次燃焼炉７に導く流出側排ガス通路２９が形成される。この流出側排ガス通路２９は、燃焼室６の炉頂部３０付近の上部空間と第１接続部２１の端面とに連通する。
【００４８】
この流出側排ガス通路２９を介して１次燃焼炉４から２次燃焼炉７へ供給される排ガスの流量は、その排ガス中のダイオキシン類を２次燃焼炉７の燃焼室６内で充分に熱分解して無害化するために必要とされる時間、たとえば２秒以上でかつ５秒以下の範囲で滞留するように、１次燃焼炉４の焼却室２へ燃焼用空気の供給量が調整される。
【００４９】
このような焼却室２への燃焼用空気の供給量は、図示しない電磁弁の開度を制御手段１０によって制御することによって達成される。この制御手段１０は、機側操作盤３１に実装されたシーケンスコントローラによって実現され、前記電磁弁の開度を予め設定した流量が達成されるように制御する。
【００５０】
図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た１次燃焼炉４の水平断面図であり、図４は図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た１次燃焼炉４の水平断面図である。前述した１次燃焼炉４において、焼却室２と溶融室３とは、連通孔３３によって上下に連通し、溶融室３内の燃焼ガスが連通孔３３を介して上方の焼却室２に導かれる。このとき、連通孔３３の図２の紙面に垂直な水平断面積Ａ３は、焼却室２の水平断面積Ａ１の５％以上でかつ１５％以下でかつ溶融室３の水平断面積Ａ２の１０％以上でかつ２０％以下に選ばれる。焼却室２の水平断面積Ａ１は、溶融室３の水平断面積Ａ２よりも大きく、溶融室３の水平断面積Ａ２の１．５倍以上でかつ２．０倍以下に選ばれる。
【００５１】
このように焼却室２、溶融室３および連通孔３３の水平断面積Ａ１，Ａ２，Ａ３が選ばれることによって、前記連通孔３３はいわばオリフィスとして機能し、溶融室３内の高温の燃焼ガスを、焼却室２および溶融室３に比べて水平断面積Ａ３が小さい（Ａ３＜Ａ２＜Ａ１）連通孔３３によって流速を大きくして焼却室２へ導き、焼却室２内の廃棄物を撹拌して、なるべく小さい容積の焼却室２で廃棄物を燃焼させ、２次燃焼炉７への未燃物の移送量を可及的に少なくすることができる。
【００５２】
前述の焼却室２は、炉本体１７の直円筒状の内周面と、内周面の上端に直角に連なる円形の炉頂面と、炉頂面に下方から臨み、内周面の下端に連なる円錐台状の底面とによって規定される。また、溶融室３は、炉本体１７の直円筒状の内周面と、内周面の上端に直角に連なる円環状の上面と、上面に下方から臨み、内周面の下端に連なる円錐台状の炉底面とによって規定される。さらに、連通孔３３は、炉本体１７の直円筒状の内周面によって規定される。
【００５３】
炉本体１７の炉底部３４には、溶融室３内で廃棄物から溶融分離された金属などの溶融スラグを炉外へ取り出すためのスラグ排出孔３５が形成され、このスラグ排出孔３５にはスラグ排出管３６の上端部が同軸に接続され、スラグ排出管３６の下端部は複数のジャッキによって開閉可能な蓋体３７によって塞がれている。
【００５４】
スラグ排出孔３５は、溶融室３の円錐台状の炉底面の中央の最下部で開口し、溶融室３内で溶融した溶融金属などのスラグは前記炉底面によってスラグ排出孔３５内に流れ込み、蓋体３７を外してスラグ排出管３７を開放することによって外部へ排出して、耐火物からなるスラグ回収容器に回収される。
【００５５】
焼却室２は、炉本体１７の中心軸線ｍ１と同軸に配置され、溶融室３はその軸線ｍ２が前記中心軸線ｍ１に対して距離ΔＬ２だけ偏心して配置される。これによって、１次燃焼炉４の溶融室３に炎孔２８を介して第１バーナ５の高温燃焼ガスが供給されと、溶融室３内で第１バーナ５からの燃焼ガスは、溶融室３に臨む内周面に沿って回転して渦状の流れとなり、いわばサイクロンと同様な働きを発生させる。これによって溶融室３内の流動化を促進することができる。また、流動化層を通過した熱分解ガスは、連通孔３３を経て勢いよく上昇し、焼却室２内に滞留する熱分解ガスを撹拌し、燃焼用空気供給手段９から供給された燃焼用空気と混合して、焼却室２内における燃焼が促進され、廃棄物供給装置１３から投入された廃棄物を高温で確実に燃焼させることができる。
【００５６】
図５は、図１の切断面線Ｖ−Ｖから見た１次燃焼炉４および２次燃焼炉７の鉛直断面図であり、図６は図１の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図である。前記２次燃焼炉７は、耐火物からなる耐火物層４１の外表面が鉄皮４２によって覆われた中空の略立方体状の炉本体４３と、１次燃焼炉４の第１接続部２１に複数のボルトおよびナットなどによって着脱可能にフランジ接合される第２接続部４４と、点検口部４５と、燃焼室６から排ガスを排気する排気口が形成される第３接続部４６と、焼却灰を取り出すための焼却灰取出し口部４７と、第２バーナ８が取り付けられる第２バーナ取付け部４８とを有する。これらの第２接続部４４、点検口部４５、第３接続部４６、焼却灰回収口部４７および第２バーナ取付け部４８は、前記炉本体４３に一体に形成され、外表面が炉本体４３と同様な鉄皮によって覆われている。
【００５７】
前記炉本体４３は、互いに直角に連なり、略鉛直に配置される水平断面が長方形の第１〜第４側壁部５１，５２，５３，５４と、各側壁部５１〜５４の各上端部に連なり、燃焼室６に上方から臨んで略水平に配置される炉頂部５５と、各側壁部５１〜５４の各下端部に連なり、燃焼室６に下方から臨んで略水平に配置される炉底部５６とを有する。
【００５８】
第１側壁部５１は、１次燃焼炉４に臨み、この第１側壁部５１には前記第２接続部４４と前記流出側排ガス通路２９に連通する流入側排ガス通路５７とが設けられ、これらの流出側排ガス通路２９および流入側排ガス通路５７を経て、１次燃焼炉４の焼却室６から２次燃焼炉７の燃焼室６の炉頂部５５付近の上部空間へ、排ガスが導かれて供給される。この排ガスは、１次燃焼炉４の焼却室６において未燃の微細な粒子および不完全な熱分解成分を含む含塵ガスであり、この含塵ガスが２次燃焼炉７の燃焼室６において８５０℃〜９５０℃の高温で燃焼し、ダイオキシン類などの有害物質が熱分解される。
【００５９】
第２側壁部５２は、燃焼室６を挟んで前記第１側壁部５２と水平方向に対向し、前記点検口部４５と焼却灰取り出し口部４７とが設けられる。これらの点検口部４５および焼却灰取出し口部４７には、複数のボルトなどによって蓋体５８，５９が着脱可能にそれぞれ装着され、燃焼室６内の点検・修理時には点検口部４５の蓋体５８を外して内部の点検・修復などの作業を行うことができ、また燃焼室６内の焼却灰を撤去するときには、焼却灰取出し口部４７の蓋体５９を外して、炉底部５６に堆積した焼却灰の取出し作業を行うことができる。
【００６０】
第３側壁部５３には、壁面から突出し、第２バーナ８が取り付けられる第２バーナ取付け部４８と、第２バーナ取付け部４８に取り付けられた第２バーナ８の燃焼ガスを燃焼室６に導く円錐台状の炎孔６１とが形成される。第２バーナ取付け部４８には、第２バーナ８が図示しない複数のボルトによって着脱自在に設けられる。第２バーナ８には、前述の第１バーナ５と同様に、燃料タンク２７から供給される灯油などの液体燃料を霧化し、気化した燃料ガスと外部から取り込んだ燃焼用空気とを混合して燃焼させ、その燃焼ガスを燃焼室６内へ噴き付ける噴霧形油バーナによって実現される。このような第２バーナ８の燃焼ガスを２次燃焼炉７の燃焼室６に導くために、炉本体４３および第２バーナ取付け部４８には、炉本体１７および第２バーナ取付け部４８を貫通して、燃焼室６に向かって拡開する円錐台状の前記炎孔６１が形成される。
【００６１】
第４側壁部５４には、前記第３接続部４６と、燃焼室６の排ガスを排出する流出側排ガス通路６２とが設けられる。第３接続部４６には、後述の集塵手段１１に導くための排ガス誘導管６３が接続される。
【００６２】
このような２次燃焼炉７の燃焼室６の容積Ｖ３は、１次燃焼炉４の焼却室２の容積をＶ１とし、１次燃焼炉４の溶融室３の容積をＶ２とし、２次燃焼炉７の燃焼室６の容積をＶ３としたとき、１次燃焼炉４の焼却室２の容積Ｖ１と溶融室３の容積Ｖ２との和（Ｖ１＋Ｖ２）の２．０倍以上でかつ３．０倍以下に選ばれる。
【００６３】
これによって、１次燃焼炉４から供給された排ガスは、２次燃焼炉７の燃焼室６内で第２バーナ８によって供給される高温の燃焼ガスと接触して熱交換し、ダイオキシン類とそれらの前駆物質（塩化ベンゼンなど）が完全に酸化分解する高温とし、ダイオキシン類などの有害ガス成分を熱分解し、要求されるダイオキシン類濃度の基準値を満たす低い濃度となるように処理することができる。したがって１次燃焼炉４に燃焼ガスを熱分解するための高温還元雰囲気を維持するために容積の大きなフリーボード部を設ける必要がなくなり、小形で小規模の１次燃焼炉４によって、廃棄物を焼却または溶融して無害化し、減容化および減量化を図ることができる。
【００６４】
図７は、集塵手段１１の構成を示す正面図であり、図８は図７の右方から見た側面図である。前記集塵手段１１は、煙管を介して２次燃焼炉７からの排ガスがそれぞれ供給される第１および第２サイクロン７１，７２と、第１および第２サイクロン７１，７２から排出される集塵後の排ガスが導かれるヘッダ７３と、第１および第２サイクロン７１，７２の各下端部がそれぞれ接続される集塵ダクト７４と、ヘッダ７３内の排ガスを煙突１２に導く誘導煙管７５とを含む。
【００６５】
前記２次燃焼炉７から排ガス誘導管６３を介して第１および第２サイクロン７１，７２の上部空間内に供給された含塵ガスは、第１および第２サイクロン７１，７２内で強力な旋回下降流となり、コニカル部で反転・上昇し、この間にダストは強い遠心力を受けて外筒に達し、さらに旋回流とともに下降し、コニカル部の開口部から集塵ダクト７４に排出される。反転旋回流は、サイクロン中心部を旋回しながら上昇し、排気筒７６，７７を経て清浄ガスとしてヘッダ７３へ導かれ、このヘッダ７３から煙突１２へ導かれて、大気へ放散される。このような集塵手段１１によって、２次燃焼炉７から供給された含塵ガス中の微細な粒子が集塵されて除去される。
【００６６】
上記のように構成される廃棄物熱処理設備１において、１次燃焼炉４の溶融室３には、第１バーナ５から燃焼ガスが供給され、焼却室２には、燃焼用空気供給手段９から燃焼用空気が供給される。燃焼用空気供給手段９から溶融室３に供給される燃焼用空気は、大気がそのまま用いられてもよく、酸素富化空気が用いられてもよい。２次燃焼炉７の燃焼室６には、第２バーナ８から燃焼ガスが供給される。
【００６７】
第１および第２バーナ５，８ならびに燃焼用空気供給手段９は、制御手段１０によって制御される。第１および第２バーナ５，８の燃焼状態は、制御手段１０によって、廃棄物を焼却する低負荷燃焼と、廃棄物をガス化溶融する高負荷燃焼とに切り換えるとともに、燃焼用空気供給手段９の燃焼室６内への燃焼用空気の供給量を、廃棄物を焼却する低負荷インプット状態と、廃棄物をガス化溶融する高負荷インプット状態とに切り換えられる。
【００６８】
これによって、高温でガス化溶融して無害化する必要のある産業廃棄物および一般廃棄物を処理対象とする場合には、制御手段１０によって、第１および第２バーナ５，８の燃焼状態が高負荷燃焼状態に設定されるとともに、燃焼用空気供給手段９による燃焼室６への燃焼用空気の供給が高負荷インプット状態に設定される。
【００６９】
また、ガス化溶融する必要のない廃棄物、すなわち排煙中の煤煙濃度、硫黄酸化物濃度、窒素酸化物濃度、塩化水素濃度およびダイオキシン類濃度などの燃焼による生成物が環境基準などに関する各種の法規定の基準値未満に抑制することができ、かつ発熱量が低い廃棄物を処理対象とする場合には、制御手段１０によって、第１および第２バーナ５，８の燃焼状態が低負荷燃焼状態に設定されるとともに、燃焼用空気供給手段９による燃焼室６への燃焼用空気の供給が低負荷インプット状態に設定される。
【００７０】
このように第１および第２バーナ５，８ならびに燃焼用空気供給手段９の運転状態が制御手段１０によって切り換えられるので、廃棄物の種類、すなわち廃棄物の質、形状、性状、燃焼によって発生する排ガスのガス質、燃焼温度および燃焼生成物の有害性の有無などに応じて、最適な運転状態を選択して廃棄物を燃焼させて処理し、第１および第２バーナ５，８ならびに燃焼用空気供給手段９の無駄な運転を可及的に少なくして、運転コストを削減することができる。
【００７１】
また、焼却処理とガス化溶融処理とを廃棄物の種類に応じて選択的に切り換えることができるので、焼却処理およびガス化溶融処理の専用設備を個別に設ける必要がなく、１つの設備によって焼却処理およびガス化溶融処理の両方の処理を行うことができ、構成が小形化され、病院などの医療施設、村落などの小規模地域および工場などに対して、廃棄物の小形熱処理設備として設置し、１ｔ／日程度以下の少量のごみを容易に低コストで処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の一形態の廃棄物熱処理設備１を示す一部を切欠いた平面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た１次燃焼炉４の鉛直断面図である。
【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た１次燃焼炉４の水平断面図である。
【図４】図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た１次燃焼炉４の水平断面図である。
【図５】図１の切断面線Ｖ−Ｖから見た１次燃焼炉４および２次燃焼炉７の鉛直断面図である。
【図６】図１の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図である。
【図７】集塵手段１１の構成を示す正面図である。
【図８】図７の右方から見た側面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  廃棄物熱処理設備
２  焼却室
３  溶融室
４  １次燃焼炉
５  第１バーナ
６  燃焼室
７  ２次燃焼炉
８  第２バーナ
９  燃焼用空気供給手段
１０  制御手段
１１  集塵手段
１２  煙突
１３  廃棄物供給装置
１５  耐火物層
１６  鉄皮
１７  炉本体
１８  点検口部
１９  確認口部
２０  第１バーナ取付け部
２１  第１接続部
２７  燃料タンク
３０  炉頂部
３１  機側操作盤
４４  第２接続部
４６  第３接続部
４８  第２バーナ取付け部
６３  排ガス誘導管
７１  第１サイクロン
７１  第２サイクロン
７３  ヘッダ
７４  集塵ダクト
７５  誘導煙管
【図１】
2006284152.tif 000003
【図２】
2006284152.tif 000004
【図３】
2006284152.tif 000005
【図４】
2006284152.tif 000006
【図５】
2006284152.tif 000007
【図６】
2006284152.tif 000008
【図７】
2006284152.tif 000009
【図８】
2006284152.tif 000010