(57)【要約】      （修正有）【課題】  炉内ガスもしくは排ガスの一部を抽出し、ガスノズルを介して炉内の炉内ガス中に吹き込むごみ焼却炉であって、水蒸気を除去媒体とすることなく、ガスノズルの内面に付着するダストを良好に除去することができるごみ焼却炉を提供する。【解決手段】  供給された加圧空気を、衝撃波を伴う超音速のノズル噴射ガスとして噴射することができるラバルノズル部と、吸引孔より周囲の空気を吸引し、そのノズル噴射ガスに直進性を付与する吸引案内部３２とを有する噴射ノズル２５を用いて、ガスノズル２１内に付着したダストを除去する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内ガスもしくは排ガスの一部を抽出して炉内に吹き込むガスノズルを備えるごみ焼却炉において、
前記ガスノズルの内壁面に付着した付着物を除去する付着物除去手段を設け、
この付着物除去手段を、前記ガスノズル内に空気等の圧縮性流体を噴射するノズルを備えるものとし、このノズルを、ラバルノズル部の先端に筒状の流体案内部を設けるとともに、この流体案内部に圧縮性流体の流れ方向に向けて細長状の開口を形成してなる構成とすることを特徴とするごみ焼却炉。
【請求項２】
炉内ガスもしくは排ガスの一部を抽出して炉内に吹き込むガスノズルを備えるごみ焼却炉において、
前記ガスノズルの内壁面に付着した付着物を除去する付着物除去手段を設け、
この付着物除去手段を、パルス電圧の供給を受けた際に、ガスノズル内に向けて衝撃波を発生する衝撃波発生用電極を備える構成とすることを特徴とするごみ焼却炉。
【請求項３】
前記ガスノズルを通じて炉内に吹き込まれる炉内ガスもしくは排ガスの吹き込み圧を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段により、前記吹き込み圧が設定値以上に増大したことが検知されたときには、前記付着物除去手段を作動状態にし、前記吹き込み圧が所定値未満のときには、前記付着物除去手段を非作動状態にするようにその付着物除去手段を制御する制御手段が設けられる請求項１または２に記載のごみ焼却炉。
【請求項４】
前記付着物除去手段は、タイマーにより定期的に作動される請求項１または２に記載のごみ焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば都市ごみ等の廃棄物を焼却処理するためのごみ焼却炉に関するものであり、詳しくは、炉内ガスもしくは排ガスの一部を抽出して炉内に吹き込むごみ焼却炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物処理設備に設置されるごみ焼却炉として、実績のあるストーカ式焼却炉が多用されている。
【０００３】
また、前記ストーカ式焼却炉の後燃段ストーカおよび灰排出口の上方位置の炉内ガスの一部、もしくは、焼却炉の下流側を流動する排ガスの一部を抽出し、ガス吹き込み用のガスノズルを介して焼却炉内に還流させることで、焼却炉内の炉内ガスを攪拌混合するとともに、吹き込まれる炉内ガスもしくは排ガス中の酸素を燃焼に利用して窒素酸化物の燃焼や排ガス量の減少等を図る技術についても知られている。
【０００４】
ところが、この種従来の技術によれば、炉内への炉内ガスもしくは排ガスの吹き込みの継続に伴い、炉内ガスもしくは排ガス中に含有されるダストが前記ガスノズルの内壁面に付着・堆積し、そのガスノズルを閉塞させてしまうという問題点があった。
【０００５】
そこで、特許文献１においては、前記ガスノズルに蒸気噴射用の蒸気ノズルを設け、この蒸気ノズルより１．０〜１．５ＭＰａの高圧蒸気を前記ガスノズル内に噴射することにより、ガスノズルの内壁面に付着したダストを除去し、ガスノズルの閉塞を防止するごみ焼却炉が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１４８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のようなごみ焼却炉においては、蒸気をノズルの除去媒体として利用しているため、ダスト除去が不十分な場合、ガスノズルの内壁面に残留するダストに水分が含有され、結果として、その残留ダストが極めて除去困難なものに変化してしまうという問題点がある。また、蒸気が焼却炉内に吹き込まれることになるため、焼却炉内において燃焼状態が大きく変動する恐れがあるという問題点もある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、抽出された炉内ガスもしくは排ガスを炉内に吹き込むためのガスノズルを有するごみ焼却炉において、このガスノズルの内壁面に付着したダストを良好に除去することができるごみ焼却炉を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、第１発明によるごみ焼却炉は、
炉内ガスもしくは排ガスの一部を抽出して炉内に吹き込むガスノズルを備えるごみ焼却炉において、
前記ガスノズルの内壁面に付着した付着物を除去する付着物除去手段を設け、
この付着物除去手段を、前記ガスノズル内に空気等の圧縮性流体を噴射するノズルを備えるものとし、このノズルを、ラバルノズル部の先端に筒状の流体案内部を設けるとともに、この流体案内部に圧縮性流体の流れ方向に向けて細長状の開口を形成してなる構成とすることを特徴とするものである。
【００１０】
次に、第２発明によるごみ焼却炉は、
炉内ガスもしくは排ガスの一部を抽出して炉内に吹き込むガスノズルを備えるごみ焼却炉において、
前記ガスノズルの内壁面に付着した付着物を除去する付着物除去手段を設け、
この付着物除去手段を、パルス電圧の供給を受けた際に、ガスノズル内に向けて衝撃波を発生する衝撃波発生用電極を備える構成とすることを特徴とするものである。
【００１１】
前記第１発明または第２発明において、前記ガスノズルを通じて炉内に吹き込まれる炉内ガスもしくは排ガスの吹き込み圧を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段により、前記吹き込み圧が設定値以上に増大したことが検知されたときには、前記付着物除去手段を作動状態にし、前記吹き込み圧が所定値未満のときには、前記付着物除去手段を非作動状態にするようにその付着物除去手段を制御する制御手段が設けられるのが好ましい（第３発明）。また、前記付着物除去手段は、タイマーにより定期的に作動されても良い（第４発明）。
【発明の効果】
【００１２】
前記第１発明によれば、付着物除去手段に、ラバルノズル部と流体案内部とを有し、その流体案内部に圧縮性流体の流れ方向に向けて細長状の開口が形成されるノズルが用いられていることから、炉内ガスもしくは排ガスを炉内に吹き込むためのガスノズル内に、直進性のある衝撃波を伴った超音速の流体（空気等の圧縮性流体）を噴射することができ、ガスノズルの内壁面に付着した付着物を確実に除去することができ、ガスノズルの閉塞を防止することができる。したがって、従来のもののように、付着物の除去媒体として多量の水蒸気を用いる必要がないので、ガスノズルの内壁面の付着物が水分を含んで除去し難いものに変化することもない。
【００１３】
また、付着物の除去を効率良くできることから付着物除去時における圧縮性流体の噴射量が少量で済むため、炉内の燃焼状態に変動が生じるのを抑えることができ、下流側の排ガス処理設備（空気誘引機等）の負担減、流体発生源の小型化等を図ることができる。
【００１４】
前記第２発明によれば、電気的なエネルギーにより発生する衝撃波によってガスノズルの内壁面の付着物を確実に除去することができる。また、電気的なエネルギーにより生じた衝撃波が付着物の除去媒体となることから、空気等の流体を付着物除去の目的で噴射することもないので、炉内ガス・排ガスが増加するのを確実に防止することができ、燃焼状態の変動が生じるのを防止することができる。
【００１５】
前記第３発明の構成を採用すれば、炉内に吹き込まれる炉内ガスもしくは排ガスの吹き込み圧を判断基準とした付着物除去手段の作動制御がなされるので、付着物除去手段の作動を必要最小限に抑えることができ、付着物除去に係るランニングコストを低減することができる。
【００１６】
また、第４発明の構成を採用した場合であっても、付着物除去手段の作動回数を抑えてランニングコストの低減を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明によるごみ焼却炉の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
〔第１実施形態〕
図１には、本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却設備の概略構成図が、図２には、吹き込み装置の概略構成図が、図３には、ノズルの断面図（ａ）および図３（ａ）のＸ−Ｘ視断面図がそれぞれ示されている。
【００１９】
本実施形態において、廃棄物処理設備１には、廃棄物を焼却処理するためのストーカ式焼却炉（ごみ焼却炉；以下、単に「焼却炉」という。）２が設置されており、この焼却炉２の下流側には、焼却炉２から排出された排ガスの熱交換処理を行うボイラ３およびエコノマイザー４等の熱交換設備と、熱交換された後の排ガスを所要温度にまで急速冷却するための減温塔５と、減温処理後の排ガスを集塵する集塵装置６と、集塵後の排ガスを煙突７から排出するための空気誘引機８が上流側から順に設けられている。
【００２０】
前記焼却炉２には廃棄物を貯留するためのホッパ１１が付設されており、このホッパ１１の下部には廃棄物供給装置１２が設けられている。また、廃棄物供給装置１２の下流側で焼却炉２の下部には、乾燥ストーカ１３ａ、燃焼ストーカ１３ｂ、後燃段ストーカ１３ｃからなる階段式ストーカ１３が設けられており、後燃段ストーカ１３ｃの下流側には、後燃段ストーカ１３ｃ上の焼却灰を排出するための灰排出用口１４が設けられている。
【００２１】
また、前記ストーカ１３の上方域には、一次燃焼領域（図１中、符号Ａにて示す。）が形成されており、この一次燃焼領域Ａのさらに上方域の炉壁には、炉内に供給された二次燃焼空気によって、一次燃焼後の炉内ガスを完全燃焼させる二次燃焼領域（図１中、符号Ｂにて示す。）を形成するための二次燃焼空気供給口１５が設けられている。
【００２２】
ここで、本実施形態においては、前記焼却炉２内の後燃段ストーカ１３ｃおよび灰排出口１４上方の酸素を多く含む炉内ガスを一部抽出し、熱交換処理などの所要の処理を施した後、その炉内ガスを前記二次燃焼空気供給口１５の下方に設けられる複数の吹き込み装置１６から、焼却炉２内に吹き込み還流させる方式が採られている（図１、図２においては、吹き込み装置１６を一個のみ図示することにする。）。なお、以下の説明において、焼却炉２内の炉内ガスとの混同を避けるために、焼却炉２内から一部抽出され、前記吹き込み装置１６を通じて炉内に吹き込まれる炉内ガスを、"還流ガス"と称することとする。
【００２３】
前記吹き込み装置１６は、図２に示されるように、焼却炉２の炉壁に直交するように配され、先端部が焼却炉２内に開口されるとともに、基端部付近の壁部に接続される供給管２０を介して供給される炉内ガスを、先端部開口から還流ガスとして焼却炉２内に吹き込み還流するガスノズル２１を備えている。このガスノズル２１には、ガスノズル２１から焼却炉２内に吹き込まれる還流ガスの吹き込み圧を検出する圧力検出器２２と、還流ガスの吹き込みに伴ってガスノズル２１の内壁面に付着する付着物を除去するダスト除去部（付着物除去手段）２３が付設されている。
【００２４】
前記ダスト除去部２３は、図示省略される加圧空気供給源と、この加圧空気供給源から供給される加圧空気を貯留する空気タンク２４と、その胴部中央部が前記ガスノズル２１の基端部壁面に固着され、その先端部（具体的には、後述の流体案内部３２）がガスノズル２１内に位置するようにかつ、ガスノズル２１の軸方向に沿って配される噴射ノズル（ノズル）２５と、前記空気タンク２４と噴射ノズル２５とを接続し、空気タンク２４に貯留される加圧空気（圧縮性流体）を噴射ノズル２５に供給する電磁弁２６'付きの加圧空気供給管２６を備えて構成されている。なお、噴射ノズル２５からの噴射流体としては、空気以外に、窒素や排ガス処理後のクリーンガス等の圧縮性流体を用いることができる。
【００２５】
前記噴射ノズル２５は、図３（ａ）に示されるように、円筒状の外側管３０とその外側管３０の内側の基端部側に装着されるラバルノズル部３１を有している。このラバルノズル部３１は、先端部が外側管３０の内径よりやや小径に形成され、基端部が外側管３０の内径と略同径に形成されている。なお、このラバルノズル部３１は、外側管３０の基端部側から挿入され、その基端部において外側管３０に溶着されることで、外側管３０に支持される。なお、噴射ノズル２５の基端部には、前記加圧空気供給管２６の一端部が固着されており（図３（ａ）における図示を省略する。）、ラバルノズル部３１の基端部に、空気タンク２４からの加圧空気を供給できるようになっている。
【００２６】
ここで、ラバルノズルとは、中間部が絞られてスロートとされた中細り形状のノズルをいう。このようなラバルノズルによれば、基端部側の空気圧を先端部側の空気圧よりも高圧にし、かつスロートにおける流体速度が音速となったときに、先端部から超音速の衝撃波を伴った空気が噴射されることが知られている。
【００２７】
本実施形態においては、前記ラバルノズル部３１のスロートＳにおける空気の速度が音速となるように、すなわち、ラバルノズル部３１の先端部から超音速のノズル噴射ガス（ラバルノズル部３１から噴射された後の加圧空気；図３（ａ）中符号ａにて示す）が噴射されるように、スロートＳの径、ラバルノズル部３１の基端部からスロートＳまでの距離、スロートＳからラバルノズル部３１の先端部までの距離、ラバルノズル部３１の基端部開口および先端部開口の径、ラバルノズル部３１の基端部に供給される加圧空気の空気圧等が適宜調整される。
【００２８】
前記外側管３０の先端部で、ラバルノズル部３１の前方位置には、流体案内部３２が設けられている。この流体案内部３２には、噴射ノズル２５の軸方向に向けて細長状の複数の吸引孔（開口）３３が、外側管３０の周方向に等ピッチで穿設されている。これら吸引孔３３は、ラバルノズル部３１からノズル噴射ガスａが噴射されるに際して、噴射ノズル３０の側方の空気を吸引してそのノズル噴射ガスａの周囲を取り囲むような空気の流れ（図３（ａ）中符号ｂにて示す）を形成し、ノズル噴射ガスａの拡散を防止して、ノズル噴射ガスａに直進性を付与する役目を担う。
【００２９】
また、前記圧力検出器２２は、加圧空気供給管２６の電磁弁２６'に電気的に接続されており、検出データとして取得した前記還流ガスの吹き込み圧に基づき、その電磁弁２６'の開閉制御を行う機能を具備している。
【００３０】
このように構成される本実施形態において、焼却炉２の後燃段ストーカ１３ｃ・灰排出口１４の上方域から抽出され、熱交換処理等の所要処理が施された還流ガスは、前記供給管２０を経由してガスノズル２１に供給された後、ガスノズル２１の先端部開口より焼却炉２内の炉内ガス中に吹き込まれる。これにより、焼却炉２内の炉内ガスが攪拌混合されるとともに、吹き込まれた還流ガス中の残存酸素が焼却炉２内における燃焼に利用されて窒素酸化物（ＮＯｘ）の抑制や、排ガス量の低減化等が図られる。
【００３１】
以上のような還流ガスの吹き込みを継続して行うと、ガスノズル２１の内面に還流ガスに含まれるダストが付着堆積し、還流ガスの吹き込みを阻害する恐れがある。そこで、以下のようにしてガスノズル２１の内壁面に付着したダストが除去される。
【００３２】
前記ガスノズル２１の内壁面に前記還流ガス中のダストが付着堆積して、そのダストの厚みが増していくと、還流ガスの流路が狭くなり必然的に還流ガスの吹き込み圧が上昇する。そして、所定値以上の還流ガスの吹き込み圧が前記圧力検出器２２にて検出されると、図示されない制御手段によって"ガスノズル２１の内壁面のダストを除去する必要がある"と判断され、前記電磁弁２６'が自動的に開操作され、前記噴射ノズル２５に加圧空気が供給される。すると、前記噴射ノズル２５の先端から、衝撃波を伴う直進性に優れた超音速のノズル噴射ガスａがガスノズル２１内に噴射され、そのノズル噴射ガスａと衝撃波の複合作用によりガスノズルに付着したダストが吹き飛ばされて除去される。
【００３３】
前記ノズル噴射ガスａの噴射により、前記ガスノズル２１内のダストが除去されると、還流ガスの流路が広がり、その結果として、圧力検出器２２にて検出される還流ガスの吹き込み圧が低下する。そして、その吹き込み圧が所定値未満にまで低下すると、前記制御手段によって"ガスダストの内壁面のダストを除去する必要はない"と判断され、前記電磁弁２６'が自動的に閉操作される。これにより、ノズル噴射ガスａの噴射が停止される。
【００３４】
本実施形態においては、ラバルノズル部３１および流体案内部３２を有する噴射ノズル２５からガスノズル２１内に向け、衝撃波を伴う直進性に優れた超音速のノズル噴射ガスａが噴射されるので、ガスノズル２１の内壁面に付着したダストを確実に除去することができる。したがって、従来のもののように、水蒸気をダストの除去媒体とする必要が全くなく、除去されなかったダストが水分を含み、極めて除去し難く変化するといった問題点が生じることもない。
【００３５】
また、衝撃波を伴う直進性に優れた超音速のノズル噴射ガスａがダストの除去媒体として用いられることから、ダストの除去効率が良いので、ノズル噴射ガスａの噴射量が少量で済み、その噴射時間も短くて済む。したがって、ノズル噴射ガスａの噴射によって、焼却炉２内の燃焼状態が変動するのを防止することができ、加圧空気の発生源（空気タンク２４、加圧空気供給源等）の小型化を図ることができ、空気誘引機８にかかる負担を軽減することができ、ダスト除去に係るランニングコストを低減することができる。
【００３６】
加えて、前記圧力検出手段２２にて検出される還流ガスの吹き込み圧が所定値以上になった場合に限り、ダスト除去用のノズル噴射ガスａが噴射される構成が採用されているため、無駄なノズル噴射ガスａの噴射を省くことができ、ランニングコストの更なる低減を図ることができる。
【００３７】
次に、本実施形態のダスト除去部２３の性能を確認するために、ラバルノズル３１も流体案内部３２も持たない通常のノズルが装着されたダスト除去部と、本実施形態のダスト除去部２３を用意し、それぞれのダスト除去部についてガスノズル２１のダスト除去作業を所定期間行い、一日当たりのノズル噴射ガスの噴射回数、一日当たりのノズル噴射ガスの噴射時間、一回当たりのノズル噴射ガスの噴射量および、一日当たりのノズル噴射ガスの噴射量を調べ、その結果を表１に纏めた。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１から明らかなように、ラバルノズル部３１および流体案内部３２を持つ噴射ノズル２５が用いられた本実施形態のダスト除去部２３は、ダスト除去作業一回当たりのノズル噴射ガスの噴射量についても、一日当たりの噴射ガスの噴射量についても、通常のノズルを用いるものに比べ、大幅に低減できることが確認された。
【００４０】
本実施形態おいては、後燃段ストーカ１３ｃ・灰排出口１４の上方の炉内ガスの一部を抽出して還流し、ガスノズル２１から炉内に吹き込む方式を採用したが、焼却炉２の下流側を流動する排ガスの一部を抽出して還流し、この排ガスをガスノズル２１から炉内に吹き込む方式を採ることもできる。
【００４１】
また、本実施形態においては、還流ガスの吹き込み圧に基づき、ガスノズル２１内にノズル噴射ガスａの噴射を制御する構成が採られているが、タイマーにより設定された一定時間間隔毎にノズル噴射ガスａをガスノズル２１内に噴射するようにしても良い。こうした場合、ノズル噴射ガスａの噴射回数を抑えつつ、ガスノズル２１内の付着物を確実に除去することができる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、圧力検出器２２、加圧空気供給管１６に介挿される電磁弁１６'等が制御手段に相当する。
【００４３】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００４４】
図４には、第２実施形態に係るプローブの概略構成図（上半部）およびパルス電圧供給部の回路図（下半部）が示されている。なお、本実施形態においては、第１実施形態のダスト除去部２３に替えて、プローブとパルス電圧供給部を用いた他は、第１実施形態と基本的に同一の構成であるので、主として、プローブおよびパルス電圧供給部の説明のみ行うこととし、他の部分の説明を省略することとする。
【００４５】
本実施形態において、前記ガスノズル２１の基端部壁面には、先端部から衝撃波を発生させるためのプローブ（衝撃波発生用電極）４０が固定されており、ガスノズル２１の外部には、そのプローブ４０にパルス電圧を供給するためのパルス電圧供給部４１が設けられている。
【００４６】
前記パルス電圧供給部４１は、図４に示されるように、交流電源４２と、電圧調整用のスライダック４３と、変圧器４４と、整流器４５と、充電抵抗４６と、抵抗４７と、並列配置されるコンデンサ４８Ａ，４８Ｂを備えた電気回路からなるものであり、主として抵抗４７の抵抗値と、コンデンサ４８Ａ，４８Ｂの電気容量を調整することにより、前記プローブ４０に出力されるパルス電圧の振幅および周波数を適宜調整できるようになっている。なお、図４中、符号４９は電圧計であり、符号５０は電流計である。
【００４７】
前記プローブ４０は、その中心軸部において、プローブ４０の軸方向に配される内部導体（導線）５５と、この内部導体５５の外周に所要間隔を隔てて配される筒状の外部導体５６と、内部導体５５−外部導体５６間において、プローブ４０の先端部を除いた部分に介在される絶縁体５７から構成されている。ここで、前記内部導体５５および外部導体５６は、前記パルス電圧供給部４１にそれぞれ接続されている。
【００４８】
このように構成されるプローブ４０によれば、前記パルス電圧供給部４１からのパルス電圧の供給を受けることにより、絶縁体５７が介在されない内部導体５５の先端部５５'と、外部導体５６の先端部５６'との間に放電が生じ、この放電によって衝撃波ＳＷがガスノズル２１内に向け発生する。そして、前記ガスノズル２１に付着したダストは、前記衝撃波ＳＷにより衝撃が付与され、ガスノズル２１の内壁面から払い落とされ除去される。
【００４９】
本実施形態によれば、電気的エネルギーにより発生した衝撃波ＳＷにより、ガスノズル２１の内壁面に付着したダストが除去されるため、従来のもののように、水蒸気をダストの除去媒体して用いることがない。したがって、従来のように、除去されなかったダストが水分を含み、極めて除去困難なものに変化するといった問題点が生じることがない。また、ダストの除去媒体として空気またはその他ガス流体が焼却炉２内に供給されることもないので、焼却炉２内の燃焼状態が変動することがなく、また、焼却炉２の下流に設置される空気誘引機８等の負担が増すこともない。
【００５０】
なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同様、炉内ガスを焼却炉２内に吹き込む方式を採っても良いし、排ガスを焼却炉２内に吹き込む方式を採っても良い。また、制御手段を設けて、還流ガス（炉内ガス、排ガス）の吹き込み圧が所要値以上に増大した場合に限りパルス電圧をプローブ４０に供給して衝撃波ＳＷを発生させる方式や、タイマーにより定期的に衝撃波ＳＷを発生させる方式を採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る廃棄物処理設備の全体概略構成図
【図２】吹き込み装置の概略構成図
【図３】ノズルの断面図（ａ）および図３（ａ）のＸ−Ｘ視断面図
【図４】本発明の第２実施形態に係るプローブの概略構成図（上半部）およびパルス電圧供給部（下半部）の回路図
【符号の説明】
【００５２】
１        廃棄物処理設備
２        ストーカ式焼却炉
１６      吹き込み装置
２１      ガスノズル
２２      圧力検出器
２３      ダスト除去部
２５      噴射ノズル
２６      電磁弁
３１      ラバルノズル部
３２      流体案内部
３３      吸引孔
４０      プローブ
４１      パルス電圧供給部
【図１】
2006162109.tif 000004
【図２】
2006162109.tif 000005
【図３】
2006162109.tif 000006
【図４】
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