(57)【要約】【課題】サーマルＮＯｘ、フューエルＮＯｘの発生抑制を行なう廃棄物焼却装置及び方法を提供することを課題とする。【解決手段】燃焼用の一次空気を乾燥火格子５ａと燃焼火格子５ｂの下方から供給する一次空気供給手段８，９と、廃棄物焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして廃棄物焼却炉内へ供給する循環排ガス供給手段とを具備し、循環排ガス供給手段は、循環排ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室の側壁又は天井から供給する側壁・天井循環排ガス供給手段２１，２２と、循環排ガスを燃焼火格子５ｂの下方から供給する燃焼火格子循環排ガス供給手段１９，１９ｂと、循環排ガスを後燃焼火格子５ｃの下方から供給する後燃焼火格子循環排ガス供給手段１９，１９ｃの三種を有しているとともに、これらの三つの循環排ガス供給手段のそれぞれによる循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率を制御する循環排ガス配分比率制御手段をも具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥火格子、燃焼火格子及び後燃焼火格子を有する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置において、
燃焼用の一次空気を乾燥火格子と燃焼火格子の下方から供給する一次空気供給手段と、
廃棄物焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして廃棄物焼却炉内へ供給する循環排ガス供給手段とを具備し、
循環排ガス供給手段は、循環排ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室の側壁又は天井から供給する側壁・天井循環排ガス供給手段と、循環排ガスを燃焼火格子の下方から供給する燃焼火格子循環排ガス供給手段と、循環排ガスを後燃焼火格子の下方から供給する後燃焼火格子循環排ガス供給手段の三種の循環排ガス供給手段を有しているとともに、これらの三つの循環排ガス供給手段のそれぞれによる循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率を制御する循環排ガス配分比率制御手段をも具備することを特徴とする廃棄物焼却装置。
【請求項２】
循環排ガス配分比率制御手段は、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆａと、燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｂと、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｃとが、下式（１）及び（２）を満足するように側壁・天井循環排ガス供給手段、燃焼火格子循環排ガス供給手段及び後燃焼火格子循環排ガス供給手段を制御することとする請求項1に記載の廃棄物焼却装置。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１〜０．６：０．１〜０．５：０．３〜０．６  （１）
Ｆａ＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝１  （２）
【請求項３】
燃焼火格子の下方から供給する一次空気と循環排ガスとの混合ガスの酸素濃度を制御する混合ガス酸素濃度制御手段とを具備し、混合ガス酸素濃度制御手段は、混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％とするように一次空気供給手段と燃焼火格子循環排ガス供給手段とを制御することとする請求項1に記載の廃棄物焼却装置。
【請求項４】
後燃焼火格子循環排ガス供給手段は、後燃焼火格子の下方から供給する循環排ガス供給量を、焼却炉から排出される焼却灰排出量１ｋｇ/ｈあたり５〜１０Ｎｍ３/ｈとするように供給することとする請求項1に記載の廃棄物焼却装置。
【請求項５】
乾燥火格子、燃焼火格子及び後燃焼火格子を有する廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、
一次空気供給手段で燃焼用の一次空気を乾燥火格子と燃焼火格子の下方から供給し、
循環排ガス供給手段で廃棄物焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして廃棄物焼却炉内へ供給し、
循環排ガス供給手段からの循環排ガスは、循環排ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室の側壁又は天井から供給する側壁・天井循環排ガス供給手段と、循環排ガスを燃焼火格子の下方から供給する燃焼火格子循環排ガス供給手段と、循環排ガスを後燃焼火格子の下方から供給する後燃焼火格子循環排ガス供給手段の三種の循環排ガス供給手段から供給するとともに、これらの三つの循環排ガス供給手段のそれぞれによる循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率を循環排ガス配分比率制御手段で制御することを特徴とする廃棄物焼却方法。
【請求項６】
循環排ガス配分比率制御は、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆａと、燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｂと、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｃとが、下式（１）及び（２）を満足するように制御するように、側壁・天井循環排ガス供給手段、燃焼火格子循環排ガス供給手段及び後燃焼火格子循環排ガス供給手段を制御することとする請求項５に記載の廃棄物焼却方法。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１〜０．６：０．１〜０．５：０．３〜０．６  （１）
Ｆａ＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝１  （２）
【請求項７】
混合ガス酸素濃度制御手段で燃焼火格子の下方から供給する一次空気と循環排ガスとの混合ガスの酸素濃度をも制御し、混合ガス酸素濃度制御は、混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％とするように一次空気供給手段と燃焼火格子循環排ガス供給手段とを制御することとする請求項５に記載の廃棄物焼却方法。
【請求項８】
後燃焼火格子循環排ガス供給手段による後燃焼火格子の下方から供給する循環排ガス供給量は、焼却炉から排出される焼却灰排出量１ｋｇ/ｈあたり５〜１０Ｎｍ３/ｈとするように制御することとする請求項５に記載の廃棄物焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する火格子式の廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的な焼却炉の構成の概要は、次のごとくである。 
【０００３】
火格子式廃棄物焼却炉は、廃棄物を燃焼する燃焼室の下部に廃棄物の移動方向に配置され三段から成る火格子（乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子）を有し、後燃焼火格子の上方に位置する燃焼室の出口に二次燃焼室が連設されている。該燃焼室には乾燥火格子の上方に位置して廃棄物投入口が設けられている。そして後燃焼火格子の廃棄物の移動方向下流側下方には灰落下口が設けられている。通常、上記二次燃焼室は廃熱回収用の廃熱ボイラの一部でもあり、その入口近傍部分である。また、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子それぞれの火格子下から燃焼用一次空気を吹き込む燃焼用一次空気吹込み機構が設けられている。 
【０００４】
このような火格子式廃棄物焼却炉において、廃棄物投入口から燃焼室内に投入された廃棄物は、乾燥火格子上に堆積され、乾燥火格子の下からの空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に、昇温されて着火する。すなわち、上記乾燥火格子の直上方では、廃棄物の移動方向の上流側空間で乾燥領域が形成され、乾燥火格子の直上方の下流側空間から燃焼火格子の直上方の上流側空間にかけて燃焼開始領域が形成される。燃焼開始領域で着火して燃焼を開始した廃棄物は、乾燥火格子から燃焼火格子上に送られ、廃棄物が熱分解されて可燃性ガスが発生し、燃焼火格子の下から送られる燃焼用一次空気により可燃性ガスと固形分が燃焼し、燃焼火格子の直上方空間で主燃焼領域が形成される。そして、更に後燃焼火格子上で、固定炭素など未燃分が完全に燃焼し、該後燃焼火格子の直上方空間で後燃焼領域が形成される。しかる後、燃焼後に残った灰は、灰落下口より外部に排出される。
【０００５】
かくして、火格子式廃棄物焼却炉では、廃棄物は燃焼室にて乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子の三段の火格子の下から吹き込まれる燃焼用一次空気により燃焼する。さらに、燃焼室からの燃焼排ガスに含まれている可燃性ガスの未燃分は、二次燃焼室で二次燃焼用空気を受けて燃焼する。 
【０００６】
従来の火格子式廃棄物焼却炉では、実際に焼却炉内に供給する空気量を廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で除した比（空気比）は、通常、１．４〜１．５程度である。これは、一般燃料の燃焼に必要な空気比である１．０５〜１．２に比べて大きくなっている。その理由は、廃棄物には、一般燃料としての液体燃料や気体燃料に比べて不燃分が多く、かつ不均質なため、空気の利用効率が低く、燃焼を行うには多量の空気が必要となるためである。しかし、単に供給空気を多くすると、空気比が大きくなるにしたがって排ガス量も多くなるので、これに伴ってより大きな排ガス処理設備が必要となる。 
【０００７】
廃棄物焼却炉において空気比を小さくした状態で、支障なく廃棄物を燃焼することができれば、排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパクトになり、その結果、廃棄物焼却施設全体が小型化して設備費を低減できる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤使用量も低減するので、運転費を低減できる。さらには、排ガス量の低減により廃熱ボイラの熱回収率を向上できるので、熱回収できずに大気に捨てられる熱量を低減させ、これに伴って廃棄物焼却廃熱を利用する発電の効率を上げることができる。 
【０００８】
このように、低空気比燃焼を行う利点は大きいが、一方で、空気比が１．３以下の低空気比燃焼では燃焼が不安定になるという問題が生じる。すなわち、低空気比で廃棄物を燃焼させると、燃焼が不安定となり、ＣＯの発生が増加したり、煤が大量に発生したりして排ガス中の有害物が増加するという問題が生じ、また、火炎温度が局所的に上昇してＮＯｘが急増したり、廃棄物や灰が溶融して炉壁に付着してクリンカが発生したり、炉壁の耐火物の寿命が短くなるという問題点がある。 
【０００９】
このような状況のもとで、空気比が１．３以下の低空気比で安定して燃焼することができる廃棄物焼却炉が検討されており、特許文献１に開示されている。この特許文献１では、廃棄物焼却炉から排出された排ガスを除塵した後、該排ガスと空気とを混合した高温ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、以下の効果が得られるとしている。 
【００１０】
即ち、低空気比のもとでも、高温ガスの顕熱により廃棄物の熱分解を促進すること、酸素を含んだ高温ガスの吹込みにより廃棄物の熱分解により発生した可燃性ガスの燃焼を促進すること、さらに高温ガスを燃焼室の側壁に設けたノズルから燃焼室内に吹き込み、この高温ガスの流れと、廃棄物から発生した可燃性ガスと燃焼ガスとの上昇流とを衝突させ、廃棄物層直上に流れの遅いよどみ領域を形成することにより、火炎が定在するためその火炎からの輻射熱により廃棄物の熱分解が促進され安定した燃焼が行われることなどの効果があり、高温ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、低空気比燃焼操業下で廃棄物の燃焼を安定して行わせることができるとしている。 
【００１１】
一方、廃棄物焼却炉では、廃棄物に含まれる窒素分や空気中の窒素が高温下で反応してＮＯｘが発生する。廃棄物に含まれる窒素によるＮＯｘがフューエルＮＯｘ、空気中の窒素によるＮＯｘがサーマルＮＯｘと称されている。焼却炉から排出される排ガスを煙突から大気中に排出する際に、排ガス中のＮＯｘ濃度を規制値以下にしなければならないため、排ガス処理系の脱硝装置でＮＯｘを除去しているが、焼却炉内で発生するＮＯｘ量を抑制することが根本的な対策であり、これが要望されている。
【００１２】
発生するＮＯｘ量を抑制するために、特許文献１に開示された廃棄物焼却炉では、上述した空気と排ガスを混合した高温ガスの吹込みに加え、さらに、該高温ガスの吹込み位置の上方又はガス流れ方向下流側に、焼却炉からの排ガスの一部を循環排ガスとして吹き込むようになっている。  
【００１３】
循環排ガスを高温ガスの吹込み位置の上方又はガス流れ方向下流側に吹き込むことにより、燃焼室内の高温ガスの吹込みによって安定化された燃焼領域の上方又はガス流れ方向下流側の火炎温度を低下させ、局所的な高温領域の発生を抑制し炉内温度を広範囲にわたって均一化させ、空気中の窒素が高温領域で反応して生成するサーマルＮＯｘをより効果的に抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開２００４−０９２６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１によれば、燃焼室側壁あるいは天井に設けられた孔から循環排ガスが炉内に
吹き込まれ、この循環排ガスが炉内ガスを攪拌して局所高温領域発生の抑制（炉内温度分布の均一化）が可能となるので、空気中の窒素に由来する温度依存性の高いサーマルＮＯｘに対して発生抑制の効果がある、とされている。この効果を十分に発揮するためには、焼却炉から排出する排ガス量に対する循環排ガス供給量の比率である排ガス循環率を概ね１０％以上又は２０％以上で供給していた。排ガス循環率は高くするほど、ＮＯｘ発生量はそれに応じて低減するが、排ガス循環率を高くすることにより問題が生じる。すなわち、廃棄物が燃焼する火炎温度が低下しすぎて、焼却炉の安定操業上必要である炉内温度を所定温度に維持することの指標としている焼却炉出口温度を所定温度（８５０℃程度）に保つことが困難になったり、廃棄物の安定的な燃焼に支障が生じ排ガス中の未燃分（ＣＯ、すすなど）の排出量が増加したり、廃棄物の燃焼が完全に行われず焼却灰中の未燃分比率（熱灼減量）が大きくなるという問題が生じる。また、排ガス循環率を高くすると、排ガス循環のためのファンの送風量やダクトを大きくすることとなり設備コストや運転コストが嵩む問題が生じる。
【００１６】
さらには、廃棄物焼却の際には、廃棄物中の窒素分から発生し、温度依存性よりも廃棄物が熱分解・ガス化する領域の酸素濃度への依存性が大きいフューエルＮＯｘの発生を抑制する必要がある。廃棄物焼却炉ではフューエルＮＯｘが発生する割合が大きいと言われている。特許文献１では、廃棄物中の窒素分に由来するフューエルＮＯｘ発生抑制には効果は限定的である。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑み、廃棄物焼却炉において、循環排ガスを燃焼室内へ供給することによりサーマルＮＯｘの発生を抑制する際に、排ガス循環率を過大にすることを回避でき、さらに、フューエルＮＯｘの発生をも抑制する廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上述の課題を解決するために、廃棄物焼却装置そして廃棄物焼却方法に関して次のように構成される。
【００１９】
［廃棄物焼却装置］
本発明の廃棄物焼却装置は、次のように構成される。
【００２０】
乾燥火格子、燃焼火格子及び後燃焼火格子を有する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置において、
燃焼用の一次空気を乾燥火格子と燃焼火格子の下方から供給する一次空気供給手段と、
廃棄物焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして廃棄物焼却炉内へ供給する循環排ガス供給手段とを具備し、
循環排ガス供給手段は、循環排ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室の側壁又は天井から供給する側壁・天井循環排ガス供給手段と、循環排ガスを燃焼火格子の下方から供給する燃焼火格子循環排ガス供給手段と、循環排ガスを後燃焼火格子の下方から供給する後燃焼火格子循環排ガス供給手段の三種の循環排ガス供給手段を有しているとともに、これらの三つの循環排ガス供給手段のそれぞれによる循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率を制御する循環排ガス配分比率制御手段をも具備することを特徴とする廃棄物焼却装置。
【００２１】
本発明において、循環排ガス配分比率制御手段は、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆａと、燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｂと、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｃとが、下式（１）及び（２）を満足するように、側壁・天井循環排ガス供給手段、燃焼火格子循環排ガス供給手段及び後燃焼火格子循環排ガス供給手段を制御することとしている。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１〜０．６：０．１〜０．５：０．３〜０．６  （１）
Ｆａ＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝１  （２）
【００２２】
また、本発明において、燃焼火格子の下方から供給する一次空気と循環排ガスとの混合ガスの酸素濃度を制御する混合ガス酸素濃度制御手段とを具備し、混合ガス酸素濃度制御手段は、混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％とするように一次空気供給手段と燃焼火格子循環排ガス供給手段とを制御することが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明において、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による、後燃焼火格子の下方から供給する循環排ガス供給量を、焼却炉から排出される焼却灰排出量１ｋｇ/ｈあたり５〜１０Ｎｍ３/ｈとするように供給することが好ましい。循環排ガス供給量が５Ｎｍ３／ｈより少ないとチャーの燃焼促進効果が低く、焼却炉出口において存在する未燃分量を十分に低減することができない。１０Ｎｍ３／ｈより多いと循環排ガス供給のための設備費用、運転費用が嵩み不適である。
【００２４】
［廃棄物焼却方法］
本発明の廃棄物焼却方法は、次のように構成される。
【００２５】
乾燥火格子、燃焼火格子及び後燃焼火格子を有する廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、
一次空気供給手段で燃焼用の一次空気を乾燥火格子と燃焼火格子の下方から供給し、
循環排ガス供給手段で廃棄物焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして廃棄物焼却炉内へ供給し、
循環排ガス供給手段からの循環排ガスは、循環排ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室の側壁又は天井から供給する側壁・天井循環排ガス供給手段と、循環排ガスを燃焼火格子の下方から供給する燃焼火格子循環排ガス供給手段と、循環排ガスを後燃焼火格子の下方から供給する後燃焼火格子循環排ガス供給手段の三種の循環排ガス供給手段から供給するとともに、これらの三つの循環排ガス供給手段のそれぞれによる循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率を循環排ガス配分比率制御手段で制御することを特徴とする廃棄物焼却方法。
【００２６】
本発明において、循環排ガス配分比率制御は、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆａと、燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｂと、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｃとが、下式（１）及び（２）を満足するように、側壁・天井循環排ガス供給手段、燃焼火格子循環排ガス供給手段及び後燃焼火格子循環排ガス供給手段を制御することとしている。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１〜０．６：０．１〜０．５：０．３〜０．６  （１）
Ｆａ＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝１  （２）
【００２７】
また、本発明において、混合ガス酸素濃度制御手段で燃焼火格子の下方から供給する一次空気と循環排ガスとの混合ガスの酸素濃度をも制御し、混合ガス酸素濃度制御は、混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％とするように一次空気供給手段と燃焼火格子循環排ガス供給手段とを制御することが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明において、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による後燃焼火格子の下方から供給する循環排ガス供給量を、焼却炉から排出される焼却灰排出量１ｋｇ/ｈあたり５〜１０Ｎｍ３/ｈとするように制御することが好ましい。
【００２９】
本発明によれば、循環排ガス配分比率制御手段により、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆａと、燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｂと、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｃとが、下式（１）及び（２）を満足するように制御することにより、各循環排ガス供給手段の配分比率を適切にして循環排ガスを供給するため、全体としての排ガス循環率が過大になることを回避できる。さらに、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給によるサーマルＮＯｘの発生抑制に加え、燃焼火格子下方から循環排ガスと一次空気を供給して、廃棄物が熱分解、部分酸化、ガス化される雰囲気の酸素濃度を制御して、フューエルＮＯｘへの転換率が最小となる酸素濃度の雰囲気下で廃棄物の燃焼を行うので、フューエルＮＯｘの発生抑制を有効に行うことができ、排ガスに含まれて排出されるＮＯｘを低減させることができるとともに、廃棄物焼却炉全体として低空気比の下で安定して円滑な操業を行うことができる。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１〜０．６：０．１〜０．５：０．３〜０．６  （１）
Ｆａ＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝１  （２）
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、循環排ガス配分比率制御手段により、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆａと、燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｂと、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｃとが、下式（１）及び（２）を満足するように、側壁・天井循環排ガス供給手段、燃焼火格子循環排ガス供給手段及び後燃焼火格子循環排ガス供給手段を制御することにより、各循環排ガス供給手段の配分比率を適切にして循環排ガスを供給するため、全体としての排ガス循環率が過大になることを回避できる。そのため、排ガス循環率を高くすることにより生じる問題、すなわち、廃棄物が燃焼する火炎温度が低下しすぎて、焼却炉の安定操業が困難になったり、廃棄物の安定的な燃焼に支障が生じ排ガス中の未燃分の排出量が増加したり、廃棄物の燃焼が完全に行われず焼却灰中の未燃分比率が大きくなるという問題の発生を回避できる。また、排ガス循環率を高くすることによる、設備コストや運転コストが嵩む問題が発生しない。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１〜０．６：０．１〜０．５：０．３〜０．６  （１）
Ｆａ＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝１  （２）
【００３１】
また、本発明によれば、循環排ガスの供給により、次のような効果を得る。
【００３２】
（Ａ）循環排ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室の側壁又は天井から供給することによる効果
燃焼室内で廃棄物の熱分解、部分酸化により発生する可燃性ガスが燃焼する領域に循環排ガスを供給することにより、可燃性ガスの希釈や撹拌が行われて、可燃性ガスが安定してかつ領域内で均一に燃焼するため、火炎温度が均一となり局所高温場が生じないので、サーマルＮＯｘ発生を抑制できる。
【００３３】
（Ｂ）循環排ガスを燃焼火格子の下方から供給することによる効果
＜フューエルＮＯｘ発生抑制効果＞
廃棄物が熱分解・ガス化するとき廃棄物中の窒素分の一部は揮発し、主にＨＣＮ，ＮＨ３として放出される。これらは酸化されてフューエルＮＯｘに転換するが、その転換率はその場での酸素濃度および温度に影響を受ける。特に酸素濃度の影響は大きく、空気比０．６〜０．８において転換率は最も小さくなることが知られている。燃焼火格子の下方から燃焼用空気（一次空気）と循環排ガスとの混合ガスを供給し、その混合ガスを廃棄物燃焼のための酸化剤として使用することにより、廃棄物層の上方、すなわち火格子上の廃棄物が熱分解・ガス化する領域の空気比を好適な範囲（０．６〜０．８）にして燃焼させることができる。これによりフューエルＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００３４】
＜未燃分発生抑制効果＞
循環排ガスには１０〜３０ｖｏｌ％の水蒸気が含まれる、循環排ガスを燃焼火格子の下方から供給して廃棄物の熱分解・ガス化が活発となっている領域に供給することにより、廃棄物の熱分解により発生した炭化水素系ガス（ＣＨ４など）が排ガス中の水蒸気により水蒸気改質され、よりＣＯやＨ２になる。水蒸気改質が行われる条件は、温度が７００〜１１００℃で金属触媒（微量金属）が存在することであるが、廃棄物焼却炉の燃焼室内では廃棄物に金属が含まれておりこれらの条件が充足されている。水蒸気改質により生じたＣＯやＨ２は炭化水素系ガスよりも可燃限界範囲が広く燃焼速度が速いので燃焼室内で燃焼が完了し、焼却炉出口において存在する未燃分（ＣＯやすすなど）の量を低減できる。
【００３５】
（Ｃ）循環排ガスを後燃焼火格子の下方から供給することによる効果
後燃焼火格子では廃棄物中の固定炭素（チャー）が熾燃焼している。後燃焼火格子の下方から循環排ガスを供給することにより、排ガス中の水蒸気によりチャーがＣＯへと改質される。チャーが燃焼してＣＯ２となる燃焼速度よりもＣＯが燃焼してＣＯ２となる燃焼速度の方が大きいので、燃焼室内でチャーの燃焼が促進され、焼却炉出口において存在する未燃分（固定炭素未燃分）の量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態としての廃棄物焼却装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
［実施形態装置の構成］
以下、本発明の一実施形態の火格子式の廃棄物焼却装置の基本構成、各構成装置そして作用について説明する。 
【００３８】
図１は本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却装置を示す概要構成図である。以下、まず、本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却装置の基本構成の概要を説明し、次いで各構成装置の詳細を説明し、さらに制御装置と制御方法の詳細を説明する。この実施形態において、燃焼室内での廃棄物の移動方向における燃焼室の上流側を前部、下流側を後部ということがある。 
【００３９】
＜火格子式焼却炉の基本構成＞ 
図１に示す火格子式の廃棄物焼却炉１は、後述する高温ガスを側壁又は天井から吹き込むことにより低空気比燃焼を安定して行うことによって、火格子式廃棄物焼却炉設備をコンパクトにすることができ、設備費用、運転費用を大幅に低減できる。 
【００４０】
本実施形態に係る廃棄物焼却炉１は、燃焼室２と、この燃焼室２での廃棄物の流れ方向で該燃焼室２に対し上流側（図１にて左側）上方に配置され、廃棄物を燃焼室内に投入するための廃棄物投入口３と、燃焼室２での廃棄物の流れ方向で燃焼室２に対し下流側（図１にて右側）の上方に連設される廃熱ボイラ４とを備える火格子式の焼却炉である。 
【００４１】
燃焼室２の底部には、廃棄物を移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）５が設けられている。この火格子５は、廃棄物投入口３に近い方から、すなわち、上流側から乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ、後燃焼火格子５ｃの順に設けられている。 
【００４２】
乾燥火格子５ａでは主として廃棄物の乾燥と着火が行われる。燃焼火格子５ｂでは主として廃棄物の熱分解、部分酸化が行われ、熱分解により発生した可燃性ガスと固形分の燃焼が行われる。後燃焼火格子５ｃ上では、僅かに残った廃棄物中の未燃分が完全に燃焼される。完全に燃焼した後の燃焼灰は、灰落下口６より排出される。 
【００４３】
このような本実施形態の焼却炉では、廃棄物投入口３から投入された廃棄物が層を形成し、この層が乾燥火格子５ａと燃焼火格子５ｂの上に形成され、該廃棄物の燃焼により、燃焼室２内の空間には、火格子上の廃棄物層の直上の空間に、以下のように、乾燥領域、燃焼開始領域、主燃焼領域そして後燃焼領域の諸領域が形成される。 
【００４４】
乾燥火格子５ａの直上方で廃棄物投入口３の下方に対応して位置する、該乾燥火格子５ａの廃棄物の流れ方向の上流側範囲（前部）の上方の空間には乾燥領域が形成される。 
【００４５】
乾燥火格子５ａの下流側範囲（後部）から燃焼火格子５ｂの上流側範囲（前部）の上方の空間には燃焼開始領域が形成される。すなわち、乾燥火格子５ａの廃棄物は、上流側範囲で乾燥され、下流側範囲で着火して、燃焼火格子５ｂの上流側範囲（前部）までの範囲で燃焼が開始する。 
【００４６】
燃焼火格子５ｂ上の廃棄物はここで熱分解そして部分酸化が行われ、可燃性ガスが発生し、その可燃性ガスと廃棄物の固形分（可燃分）が燃焼する。廃棄物はこの燃焼火格子５ｂ上で実質的に殆んど燃焼される。こうして、上記燃焼火格子５ｂの上方に主燃焼領域が形成される。 
【００４７】
しかる後、僅かに残った廃棄物中の固定炭素など未燃分が後燃焼火格子５ｃ上で完全に燃焼される。この後燃焼火格子５ｃの上方の空間に後燃焼領域が形成される。 
【００４８】
燃焼室２内で廃棄物が燃焼される場合、まず乾燥領域で廃棄物からの水分の蒸発が起こり、次いで燃焼開始領域で熱分解と部分酸化反応が起こり、可燃性ガスが生成し始める。このように、燃焼開始領域とは、廃棄物の熱分解、部分酸化により可燃性ガスが生成し始め、可燃性ガスと廃棄物の固形分の燃焼が始まる領域である。また、主燃焼領域とは、廃棄物の熱分解、部分酸化が盛んに行われ可燃性ガスが発生し、その可燃性ガスが火炎を伴って燃焼しているとともに廃棄物の固形分が燃焼する燃焼領域であり、火炎を伴う燃焼が完了する点（燃え切り点）までの領域である。燃え切り点より後の領域では、廃棄物中の固形未燃分（チャー）が燃焼するチャー燃焼領域（後燃焼領域）となる。 
【００４９】
上記燃焼室２内の乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ及び後燃焼火格子５ｃの下部には、それぞれ風箱７ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。ブロワ８により供給される燃焼用の一次空気は、後述の一次燃焼空気供給手段としての燃焼用の一次空気供給管９とその分岐供給管９ａ，９ｂを通って上記各風箱７ａ，７ｂに供給され、各火格子５ａ，５ｂを通って上昇し燃焼室２内に供給される。なお、火格子の下方から供給される燃焼用の一次空気は、火格子５ａ，５ｂ上の廃棄物の乾燥及び燃焼に使われるほか、火格子５ａ，５ｂの冷却作用、廃棄物の攪拌作用をも有する。 
【００５０】
上記燃焼室２の下流側における出口には廃熱ボイラ４が連設され、廃熱ボイラ４の入口近傍が燃焼室２から排出されるガス中の未燃ガスを燃焼する二次燃焼領域１０となっている。廃熱ボイラ４の一部である二次燃焼領域１０内で二次燃焼用空気（二次空気）が吹込口２６から吹き込まれ、未燃ガスが二次燃焼し、この二次燃焼の後に燃焼排ガスは廃熱ボイラ４で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラ４から排出された燃焼排ガスは、減温塔１１で冷却され、図示しない排ガス処理装置系で消石灰等の吹込みによる酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類等有害物の吸着除去が行われ、さらに集塵装置１２に送られ、中和反応生成物、有害物を吸着した活性炭、ダストなどが回収される。上記集塵装置１２で除塵され、無害化された後の燃焼排ガスは、誘引ファン１３により誘引され、煙突１４から大気中に放出される。 
【００５１】
このような基本構成である火格子式焼却炉において、本実施形態に係る廃棄物焼却炉１は、燃焼用の一次空気を乾燥火格子５ａと燃焼火格子５ｂの下方から上記燃焼室２内に吹き込む一次空気供給手段に加え、側壁又は天井から高温ガスを燃焼室２内に吹き込む高温ガス供給手段と、廃棄物焼却炉１から排出され減温塔１１で冷却され集塵装置１２で除塵された排ガスの一部を抜き出し循環排ガスとして上記燃焼室２内に吹き込む循環排ガス供給手段と、二次燃焼用の二次空気を二次燃焼領域１０内に吹き込む二次空気供給手段と、さらには、燃焼火格子５ｂの下方から供給する一次空気と循環排ガスとを混合した混合ガスの酸素濃度を調整する混合ガス酸素濃度制御手段とを具備している。
【００５２】
＜一次空気供給手段＞ 
本実施形態では、廃棄物焼却炉１は、燃焼用空気となる一次空気を供給するブロワ８そして一次空気供給管９から成る一次空気供給手段を備えている。一次空気供給手段は、空気供給源からの一次空気をブロワ８そして一次空気供給管９を経て、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂのそれぞれの風箱７ａ，７ｂに分岐供給管９ａ，９ｂから送り込むようになっており、該分岐供給管９ａ，９ｂには、流量調整機構としてのダンパ１６ａ，１６ｂが設けられている。燃焼火格子５ｂへの一次空気供給量を調整するダンパ１６ｂは、後述する混合ガス酸素濃度制御手段の一部をなす。
【００５３】
＜高温ガス供給手段＞ 
本実施形態では、廃棄物焼却炉１は、高温ガスを上記燃焼室２の側壁から、紙面と直角な炉幅方向で内方に向け、斜め下方に、又は天井から下向きに吹き込む高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂを有する高温ガス供給手段を備えている。この高温ガス供給手段により、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから高温ガスが燃焼開始領域から主燃焼領域までの領域に向かって吹き込まれる。
【００５４】
高温ガス供給手段は、燃焼室２の外に設けられ高温ガスを供給する高温ガス供給源（図示せず）と、燃焼室２へ高温ガスを吹き込む高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂと流量調整機構としてのダンパ（図示せず）と、高温ガス供給源から高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂへ導く高温ガス供給管１５とを有している。上記高温ガス供給源では、所定の温度範囲、酸素濃度範囲に調整された高温ガスが調製される。
【００５５】
高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、燃焼室２の側壁又は天井に、乾燥火格子５ａの廃棄物の移動方向下流側（後部）から燃焼火格子５ｂまでの火格子上の廃棄物層の直上領域に向かって高温ガスを吹き込むように設けられている。
【００５６】
高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、燃焼室２の側壁に設けられる場合には高温ガスの噴出し方向が斜め下向きとなるように、燃焼室２の天井に設けられる場合には高温ガスの噴出し方向が下向きとなるように設けられている。かくして、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから高温ガスが燃焼開始領域から主燃焼領域までの領域に向かって吹き込まれる。 
【００５７】
上記高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、炉幅方向（図１にて紙面に対して直角な方向）にも複数箇所に設けられていてもよいし、また、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、上記設定範囲内でそれぞれ炉長方向の複数位置に配置されてもよい。 
【００５８】
＜循環排ガス供給手段＞
本実施形態では、廃棄物焼却炉１から排出され減温塔１１で冷却され集塵装置１２で除塵された排ガスの一部を抜き出し循環排ガスとして燃焼室２へ吹き込む循環排ガス供給手段が設けられている。
【００５９】
上記循環排ガス供給手段は、循環排ガスを廃棄物焼却炉１の燃焼室２の側壁又は天井に設けられた循環排ガス吹出口２２から供給する側壁・天井循環排ガス供給手段と、循環排ガスを燃焼火格子５ｂの下方から供給する燃焼火格子循環排ガス供給手段と、循環排ガスを後燃焼火格子５ｃの下方から供給する後燃焼火格子循環排ガス供給手段の三種の循環排ガス供給手段を有している。
【００６０】
本発明では、上記の三つの循環排ガス供給手段のそれぞれによる循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率を制御する循環排ガス配分比率制御手段をも具備しており、三つの循環排ガス供給手段が制御されている。
【００６１】
集塵装置１２の下流側で煙道Ａから分岐された循環排ガス供給管１７が設けられ、ブロワ１８を経て、該循環排ガス供給管１７の分岐供給管１９と分岐供給管１９ｂとが、燃焼火格子５ｂの下部の風箱７ｂに接続されていて分岐供給管１９ｂに設けられた流量調節機構としてのダンパ２０ｂとで燃焼火格子循環排ガス供給手段を形成しており、また分岐管１９と分岐供給管１９ｃとが後燃焼火格子５ｃの下部の風箱７ｃに接続されていて分岐供給管１９ｃに設けられた流量調節機構としてのダンパ２０ｃとで後燃焼火格子循環排ガス供給手段を形成している。上記循環排ガス供給管１７とブロワ１８とで循環排ガス供給手段を構成している。上記分岐供給管１９ｂには、後述する混合ガスの酸素濃度制御手段の一部をなす流量調整機構としてのダンパ２０ｂが設けられている。
【００６２】
また、上記循環ガス供給管１７からは、循環排ガスを燃焼室２の側壁に設けられた循環排ガス吹込口２２へ送る他の分岐供給管２１が延びている。この分岐供給２１には、ダンパ２１ａが設けられており、分岐供給管２１から上記循環排ガス吹込口２２までが側壁・天井循環排ガス供給手段を形成している。
【００６３】
≪側壁・天井循環排ガス供給手段≫
側壁・天井循環排ガス供給手段は、既述の循環排ガス供給管１７からブロワ１８の後流位置でさらに分岐された他の分岐供給管２１で、循環排ガスの一部を燃焼室２の側壁又は天井に設けられた循環排ガス吹込口２２から燃焼室２へ吹き込むことで構成されている。該循環排ガス吹込口２２は、既述の高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂの位置の上方又は炉内ガス流れ方向下流側に設けられている。燃焼室２内の上記記高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂの上方又は炉内ガス流れ方向下流側の領域では廃棄物が熱分解して発生した熱分解ガスが燃焼しており、この廃棄物熱分解ガス燃焼領域に向け上記循環排ガス吹込口２２から循環排ガスを吹き込むようになっている。
【００６４】
上記の循環排ガス吹込口２２は、高温ガスの吹込みによって形成されたガスのよどみ領域の上方又はガス流れ方向下流側領域のガス温度分布及び酸素濃度分布を平均化するのが目的であるため、少なくとも一対を対向させ或いはガスの吹き込み方向が水平又は下向きとなるように設けることが必須ではない。
【００６５】
≪燃焼火格子循環排ガス供給手段≫
燃焼火格子循環排ガス供給手段は、循環排ガス供給管１７からの分岐供給管１９と分岐供給管１９ｂからダンパ２０ｂを経て燃焼火格子５ｂの下方へ循環排ガスを供給するように構成されている。この燃焼火格子循環排ガス供給手段からの循環排ガスは、既述した一次空気供給手段としての分岐供給管９ｂからダンパ１６ｂを経て燃焼火格子５ｂの下方へ供給される一次空気と混合されることとなる。
【００６６】
循環排ガス供給管１７からの循環排ガスは、分岐供給管１９，１９ｂ，１９ｃを通って風箱７ｂ，７ｃに至り、風箱７ｂでは一次空気供給管９の分岐供給管９ｂからの一次空気とで混合されて混合ガスとして、燃焼火格子５ｂの下方から燃焼火格子５ｂ上の廃棄物層へ吹き込まれる。一方、分岐供給管１９，１９ｃから風箱７ｃに至った循環排ガスは、一次空気と混合されることなく、そのまま後燃焼火格子５ｃの下方から後燃焼火格子５ｃ上の熾燃焼状態の廃棄物層へ吹き込まれる。
【００６７】
かくして、燃焼火格子５ｂ上の廃棄物へは、一次空気と循環排ガスとが混合された混合ガスを供給するとともに、ダンパ１６ｂと２０ｂを調整することで、混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％に制御して、廃棄物が熱分解、部分酸化、ガス化する雰囲気の酸素濃度を低くして好ましい酸素濃度とするように制御することにより、酸素濃度を低くして好ましい酸素濃度に制御された雰囲気の下で廃棄物が熱分解、部分酸化、ガス化されることとなり、フューエルＮＯｘ発生の抑制がなされる。
【００６８】
≪後燃焼火格子循環排ガス供給手段≫
後燃焼火格子循環排ガス供給手段は、循環ガス供給管１７からの分岐供給管１９、１９ｃがダンパ２０ｃを経て後燃焼火格子５ｃの下方へ循環排ガスを供給するように構成されている。後燃焼火格子５ｃ上の熾燃焼状態の廃棄物へは、循環排ガスのみが供給され、ダンパ２０ｃを調整して循環排ガス供給量を調整して、固定炭素の燃焼が促進される。
【００６９】
＜循環排ガス配分比率制御手段＞
本発明では、上記の三つの循環排ガス供給手段のそれぞれによる循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率を制御する循環排ガス配分比率制御手段をも具備しており、三つの循環排ガス供給量が制御されている。循環排ガス配分比率制御手段は、側壁・天井循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆａと、燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｂと、後燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量の、循環排ガス供給量総和に対する配分比率Ｆｃとが、下式（１）及び（２）を満足するように、側壁・天井循環排ガス供給手段、燃焼火格子循環排ガス供給手段及び後燃焼火格子循環排ガス供給手段を制御する。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１〜０．６：０．１〜０．５：０．３〜０．６  （１）
Ｆａ＋Ｆｂ＋Ｆｃ＝１  （２）
【００７０】
循環排ガス配分比率制御手段としては、各循環排ガス供給手段の流量調整機構として各ダンパが用いられており、側壁・天井循環排ガス供給手段にはダンパ２１ａ、燃焼火格子循環排ガス供給手段にはダンパ２０ｂ、後燃焼火核子循環排ガス供給手段にはダンパ２０ｃが設けられている。
【００７１】
上記配分比率は、上式（１）及び（２）を満足するように設定され制御されるが、この配分比率の例を示すと、次のごとくである。
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１：０．４５：０．４５
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．１：０．５：０．４
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．２：０．２：０．６
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．２：０．５：０．３
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．３：０．３：０．４
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．４：０．３：０．３
Ｆａ：Ｆｂ：Ｆｃ＝０．６：０．１：０．３
【００７２】
＜混合ガス酸素濃度制御手段＞
燃焼火格子５ｂへ下方から供給する混合ガスの酸素濃度を、所定範囲（１２〜１８ｖｏｌ％）の酸素濃度に制御して供給するための混合ガス酸素濃度制御手段を有している。
【００７３】
燃焼火格子５ｂから供給される一次空気と循環排ガスの混合ガスの酸素濃度を所定範囲（１２〜１８ｖｏｌ％）にするように、一次空気供給量と循環排ガス供給量を制御する。そのために、混合ガス酸素濃度制御手段は、一次空気供給手段による一次空気供給量と燃焼火格子循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量を制御するように、燃焼火格子５ｂにおける上記一次空気供給手段の流量調整機構としてのダンパ１６ｂそして燃焼火格子循環排ガス供給手段の流量調整機構としてのダンパ２０ｂにより構成されている。これらの流量調整機構は、ダンパであることは必須ではなく、例えばバルブ等により構成されていてもよい。
【００７４】
混合ガス酸素濃度制御手段は、燃焼火格子５ｂに供給する混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％にするように一次空気供給量と循環排ガス供給量のうち少なくとも一つを制御することが好ましい。こうすることで、燃焼火格子５ｂ上の廃棄物を熱分解、部分酸化しガス化する雰囲気の酸素濃度を、低くして好ましい酸素濃度として、廃棄物に含まれる窒素が反応して生成するフューエルＮＯｘの生成を抑制して排ガスに含まれて排出されるＮＯｘを低減させることができる。
【００７５】
混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％にする根拠は、以下のとおりである。酸素濃度が１２ｖｏｌ％より小さいと、燃焼火格子上の廃棄物を熱分解、部分酸化しガス化する雰囲気の酸素濃度が小さくなり過ぎてＮＨ３やＨＣＮの発生が多くなり、これらから後流側でＮＯｘが生成され、また、廃棄物が燃焼するために要する酸素量が不足し燃焼が不安定となり、さらに、可燃性ガスの発生が過剰になり未燃分の発生量が過剰となるので不適であり、酸素濃度が１８ｖｏｌ％よりも大きいと、燃焼火格子上の廃棄物を熱分解、部分酸化しガス化する雰囲気が、酸素濃度を抑制した雰囲気とならず、フューエルＮＯｘの発生量が多くなり不適であり、したがって混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％とすることが好ましい。
【００７６】
＜二次空気供給手段＞
本実施形態では、廃棄物焼却炉１は、二次燃焼領域１０内へ二次燃焼用空気となる二次空気を供給する二次空気供給手段を備えている。二次空気供給手段は、空気供給源からの二次空気を二次空気供給管２３、ブロワ２４、供給量調整機構としてのダンパ２５を経て、吹込口２６から二次燃焼領域１０内へ供給するようになっている。
【００７７】
［実施形態装置における作用］
次に、このように構成される本実施形態の装置での廃棄物の燃焼状況の概要、一次空気の供給、高温ガス供給による燃焼安定化、循環排ガスと一次空気の混合ガスの供給あるいは循環排ガスの供給によるＮＯｘ発生抑制について説明する。 
【００７８】
＜燃焼状況の概要＞ 
先ず、廃棄物投入口３へ廃棄物を投入すると、落下する廃棄物は乾燥火格子５ａ上に堆積され、各火格子の動作により、燃焼火格子５ｂ上そして後燃焼火格子５ｃ上へと移動し、乾燥火格子５ａ上と燃焼火格子５ｂ上に廃棄物の層を形成する。乾燥火格子５ａは風箱７ａを経て燃焼用の一次空気を受け、燃焼火格子５ｂは風箱７ｂを経て一次空気と循環排ガスの混合ガスを受け、また後燃焼火格子５ｃは風箱７ｃを経て循環排ガスを受けており、これにより各火格子の廃棄物は次のようにして乾燥そして燃焼される。 
【００７９】
乾燥火格子５ａ上では主として廃棄物の乾燥と着火が行われる。すなわち、乾燥火格子５ａの廃棄物は、該乾燥火格子５ａの上流側範囲で乾燥され下流側範囲で着火して、燃焼火格子５ｂの上流側範囲（前部）までの範囲で燃焼が開始する。燃焼火格子５ｂ上では主として廃棄物の熱分解、部分酸化が行われ、可燃性ガスが発生し可燃性ガスと廃棄物中の固形分の燃焼が行われる。燃焼火格子５ｂ上において廃棄物の燃焼は実質的に完了する。後燃焼火格子５ｃ上では、僅かに残った廃棄物中の固定炭素など未燃分を完全燃焼させる。完全燃焼した後の燃焼灰は、灰落下口６より排出される。このように廃棄物が燃焼している状態で、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂそして後燃焼火格子５ｃの直上空間には、乾燥領域、燃焼開始領域、主燃焼領域そして後燃焼領域がそれぞれ形成される。 
【００８０】
既述のごとく、燃焼室２の出口に、廃熱ボイラ４が連設されていて、廃熱ボイラ４の入口近傍が二次燃焼領域１０となっている。したがって、燃焼室２内で発生した可燃性ガスの未燃分は、二次燃焼領域１０に導かれ、そこで二次空気と混合・攪拌され、二次燃焼する。二次燃焼の後に燃焼排ガスは廃熱ボイラ４で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラ４から排出された燃焼排ガスは、減温塔１１で冷却され、消石灰等吹込みによる酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類等有害物の吸着除去が行われ、さらに集塵装置１２に送られ、中和反応生成物、有害物を吸着した活性炭、ダストなどが回収される。上記集塵装置１２で除塵され、無害化された後の燃焼排ガスは、誘引ファン１３により誘引され、煙突１４から大気中に放出される。なお、上記集塵装置１２としては、例えば、バグフィルタ方式、電気集塵方式等の集塵装置を用いることができる。 
【００８１】
＜一次空気の供給＞ 
燃焼用一次空気は、ブロワ８から一次空気供給管９を通って乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂのそれぞれの下部に設けられた風箱７ａ，７ｂに供給された後、各火格子５ａ，５ｂを通って燃焼室２内に供給される。燃焼室２内に供給される一次空気の流量は、すなわち各風箱７ａ，７ｂに供給される流量は、各風箱に分岐して設けられたそれぞれの分岐供給管９ａ，９ｂに備える流量調節用のダンパ１６ａ，１６ｂにより調節される。燃焼用の一次空気としては、温度が常温〜２００℃の範囲であり、空気を用いる。 
【００８２】
＜循環排ガスの供給＞ 
循環排ガスが、集塵装置１２の下流側で煙道Ａから分岐された循環排ガス供給管１７を通り、分岐供給管１９、１９ｂを通って燃焼火格子５ｂの下部に設けられた風箱７ｂに供給された後、一次空気と循環排ガスとの混合ガスが、燃焼火格子５ｂの下方から燃焼火格子５ｂ上の廃棄物層へ供給される。循環排ガスが、分岐供給管１９、１９ｃを通って後燃焼火格子５ｃの下部に設けられた風箱７ｃに供給され、後燃焼火格子５ｃの下方から後燃焼火格子５ｃ上の廃棄物層へ供給される。さらに、循環排ガスが、循環排ガス供給管１７を通り、分岐供給管２１を通って燃焼室２の側壁に設けられた循環排ガス吹出口２２から、燃焼室内へ供給される。
【００８３】
＜側壁又は天井からの循環排ガス供給によるＮＯｘ発生抑制＞
循環排ガスを廃棄物焼却炉１の燃焼室２の側壁又は天井から供給することにより、燃焼室２内で廃棄物の熱分解、部分酸化により発生する可燃性ガスが燃焼する領域に循環排ガスを供給して、可燃性ガスの希釈や撹拌を行い、可燃性ガスが安定してかつ領域で均一に燃焼するため、火炎温度が均一となり局所高温場が生じないので、サーマルＮＯｘ発生が抑制される。
【００８４】
＜燃焼火格子への循環排ガスと一次空気の混合ガスの供給によるＮＯｘ発生抑制＞ 
本実施形態では、燃焼火格子循環排ガス供給手段と一次空気供給手段により、循環排ガスと一次空気との混合ガスを燃焼火格子５ｂの下方から吹き込むので、従来の空気を吹き込む場合に比べて酸素濃度を低くて好ましい酸素濃度とした混合ガスを供給して、燃焼火格子５ｂ上の廃棄物が熱分解、部分酸化、ガス化する雰囲気の酸素濃度を低くして好ましい酸素濃度雰囲気として、廃棄物の窒素から発生するフューエルＮＯｘの発生を抑制する。
【００８５】
さらに、酸素濃度を低くして好ましい酸素濃度とした雰囲気で廃棄物を熱分解、部分酸化、ガス化することにより、ガス分として可燃性ガス（ＣＯ、Ｈ２、ＣｍＨｎ）と還元ガス（ＣＯ，ＨＣＮ，ＮＨｎ，ＣｍＨｎ）が生ずる（ＣＯ，ＣｍＨｎは可燃性ガスであり還元ガスでもある）。発生した可燃性ガスは前述したように形成された平面状燃焼領域で、均一で安定して燃焼される。発生した還元ガスは燃焼室２内を下流側に導かれ発生したＮＯｘを分解するように作用し、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減する。
【００８６】
混合ガスを供給する際に、循環排ガス供給量と一次空気供給量を混合ガス酸素濃度制御手段（ダンパ１６ｂ、ダンパ２０ｂ）により調整し、混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％に制御して、火格子上の廃棄物が熱分解、部分酸化、ガス化する雰囲気の酸素濃度を低くして好ましい酸素濃度雰囲気とすることが好ましい。
【００８７】
混合ガスの酸素濃度が１２ｖｏｌ％より小さいと、廃棄物が燃焼するために要する酸素量が不足し燃焼が不安定になり、また、還元ガスの発生が過剰になり、余剰のＮＨｎから後流側でＮＯｘが生成されたり、可燃性ガスの発生が過剰になり燃焼室内で燃焼できずに未燃のままとなる未燃分の発生量が過剰となるので不適であり、混合ガスの酸素濃度が１８ｖｏｌ％よりも大きいと酸素濃度を抑制した雰囲気とならず、フューエルＮＯｘの発生量が多くなり不適であり、したがって混合ガスの酸素濃度を１２〜１８ｖｏｌ％の範囲に制御することが好ましい。
【００８８】
廃熱ボイラ４から排出される排ガス中のＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計によりＮＯｘ濃度を計測し、計測したＮＯｘ濃度に基づき、混合ガスの酸素濃度を制御して火格子上の廃棄物が熱分解、部分酸化、ガス化する雰囲気の酸素濃度を低くして所定範囲にするように、循環排ガスと一次空気のうち少なくとも一つの供給量を制御するようにしてもよい。
【００８９】
また、燃焼火格子下方からの循環排ガスと一次空気の混合ガスの供給を、領域の空気比を好適な範囲とするように制御してもよい。廃棄物が熱分解・ガス化するとき廃棄物中の窒素分の一部は揮発し、主にＨＣＮ，ＮＨ３として放出される。これらは酸化されてフューエルＮＯｘに転換するが、その転換率はその熱分解・ガス化領域の酸素濃度および温度に影響を受ける。特に酸素濃度の影響は大きく、空気比０．６〜０．８において転換率は最も小さくなることが知られている。燃焼火格子の下方から循環排ガスと一次空気の供給量を調整してこれらの混合ガスを供給し、その混合ガスを廃棄物燃焼のための酸化剤として使用することにより、廃棄物層の上方、すなわち火格子上の廃棄物が熱分解・ガス化する領域の空気比を好適な範囲（０．６〜０．８）にして燃焼させることができる。これによりフューエルＮＯｘの発生が抑制される。
【００９０】
＜燃焼火格子下方からの循環排ガス供給による未燃分発生抑制＞
さらには、循環排ガスには１０〜３０ｖｏｌ％の水蒸気が含まれており、循環排ガスを燃焼火格子の下方から供給して廃棄物の熱分解・ガス化が活発となっている領域に供給することにより、廃棄物の熱分解により発生した炭化水素系ガス（ＣＨ４など）が排ガス中の水蒸気により水蒸気改質され、ＣＯやＨ２になる。水蒸気改質が行われる条件は、温度が７００〜１１００℃で金属触媒（微量金属）が存在することであるが、廃棄物焼却炉の燃焼室内では廃棄物に金属が含まれておりこれらの条件が充足されている。水蒸気改質により生じたＣＯやＨ２は炭化水素系ガスよりも可燃限界範囲が広く燃焼速度が速いので燃焼室内で燃焼が完了し、焼却炉出口において存在する未燃分（ＣＯやすすなど）の量が低減される。
【００９１】
＜後燃焼火格子下方からの循環排ガス供給による未燃分発生抑制＞
後燃焼火格子では廃棄物中の固定炭素（チャー）が熾燃焼している。後燃焼火格子の下方から循環排ガスを供給することにより、排ガス中の水蒸気によりチャーがＣＯへと改質する。チャーが燃焼してＣＯ２となる燃焼速度よりもＣＯが燃焼してＣＯ２となる燃焼速度の方が大きいので、燃焼室内でチャーの燃焼が促進され、焼却炉出口において存在する未未燃分（固定炭素未燃分）の量を低減できる。
【００９２】
＜後燃焼火格子下方からの循環排ガス供給による焼却灰無害化処理＞
後燃焼火格子５ｃ上の焼却灰に循環ガスを吹き込むことにより、焼却灰に含まれる鉛等の重金属類の無害化処理も行われる。無害化処理は、循環排ガスに含まれる二酸化炭素と焼却灰に含まれる鉛とが反応して炭酸化物化にして難溶性化することにより、焼却灰からの鉛の溶出が抑制されることによりなされる。また、その際、循環排ガスに含まれる二酸化炭素と焼却灰に含まれる酸化カルシウムとが反応して炭酸カルシウムとなることにより、焼却灰は、ｐＨが低下して、鉛が難溶性を示す難溶性領域となり、焼却灰からの鉛の溶出がさらに抑制される。
【００９３】
＜高温ガス吹込みによる燃焼安定化＞ 
図１に見られるように、高温ガスが、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから、燃焼開始領域から主燃焼領域までの領域に向かって吹き込まれ、火格子上の廃棄物層に向かって下向き又は炉幅方向で内方に向け斜め下方に吹き込まれる。火炎が存在し可燃性ガスが多く存在する領域に高温ガスを吹き込むことが燃焼を安定させる上で好ましいため、可燃性ガスが多く存在する領域である燃焼開始領域から燃焼領域までの領域に上記高温ガスを吹き込む。
【００９４】
高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから、高温ガスを燃焼室２内の燃焼開始領域から燃焼領域までの領域に、かつ廃棄物層直上に向かって炉幅方向で内方に向け下向き又は斜め下方に吹き込むことにより、下向きに吹き込まれる高温ガスは、廃棄物の熱分解・部分酸化により生じた可燃性ガスと燃焼ガスとの上昇流と対向し、双方のガス流れが衝突し、廃棄物層直上に平面状の流れの遅いよどみ領域または上下方向に循環する循環領域が生じる。これらの領域はガス流れの速度が遅いため、可燃性ガスが燃焼する火炎が定在することになり、すなわち廃棄物層直上に平面状燃焼領域（平面火炎）が定在し、可燃性ガスが安定して燃焼される。その結果、低空気比燃焼においてもＣＯ，ＮＯｘ、ダイオキシン類等の有害物質の発生を抑制すると共に煤の生成を抑制することができる。このため、低空気比燃焼を支障なく行うことができる。 
【００９５】
また、高温ガスの熱輻射と顕熱によって廃棄物が加熱され、熱分解・部分酸化が促進されることに加えて、廃棄物層の直上に平面状燃焼領域（平面火炎）が定在するので、この平面火炎からの熱輻射と顕熱によって廃棄物が加熱され、熱分解・部分酸化がさらに促進される。 
【００９６】
このように、高温ガス吹き込みにより、燃焼室２内の廃棄物層直上付近に安定なよどみ領域又は循環領域を形成させることができ、平面状燃焼領域を定在させ、廃棄物焼却炉１の大きさにかかわらず、空気比が１．５以下の低空気比燃焼を行った場合においても、燃焼室２内の幅方向と長さ方向の全域に亘って燃焼の安定性が維持され、かつ、燃焼火格子５ｂの下方から酸素量を調整した混合ガスを吹き込むことにより、空気比が所定範囲の酸素雰囲気の下での廃棄物の熱分解・部分酸化を行うことにより、廃棄物に含まれる窒素が反応してフューエルＮＯｘが発生することが抑制され、ＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量を低減できる廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法が提供される。さらに、従来より低空気比で燃焼を行えるので焼却炉から排出される排ガス総量をさらに大幅に低減でき、また、廃熱の回収効率を向上できる廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法が提供される。
【００９７】
＜二次空気供給＞ 
二次燃焼用空気がブロワ２４により二次空気供給管２３を経て吹込口２６から二次燃焼領域１０へ、ダンパ２５により供給量を調整されて吹き込まれ、燃焼室２からの可燃ガスの未燃ガスが二次燃焼される。
【符号の説明】
【００９８】
１  廃棄物焼却炉
２  燃焼室
５ａ〜５ｃ  火格子
５ａ  乾燥火格子
５ｂ  燃焼火格子
５ｃ  後燃焼火格子
８，９  一次空気供給手段
８  ブロワ
９  一次空気供給管
１５  高温ガス供給手段（高温ガス供給管）
１７，１８，１９，２１  循環排ガス供給手段
１７  循環排ガス供給管
１８  ブロワ
１９，１９ｂ，１９ｃ，２１  分岐供給管
【図１】
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