(57)【要約】【課題】焼却炉内での燃焼を安定化させることにより焼却炉から排出される排ガスの低ＮＯｘ、低ＣＯ化を図り、さらに、灰処理炉内の高温排ガスの顕熱及び運動エネルギーを有効利用することにより省エネルギー化を図ることが可能な廃棄物焼却システムの操業方法及び廃棄物焼却炉を提供する。【解決手段】廃棄物焼却炉７０の燃焼室３内に、焼却灰の処理を行う灰処理炉８内から抜き出した高温排ガスを吹き込む。また、廃棄物焼却炉７０の二次燃焼領域１７に、焼却灰の処理を行う灰処理炉８内から抜き出した高温排ガスの吹込みを行ってもよい。【選択図】            図１
2004163009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉の燃焼室内に、焼却灰の処理を行う灰処理炉内から抜き出した高温排ガスを吹き込むことを特徴とする廃棄物焼却システムの操業方法。
【請求項２】
高温排ガスを吹き込む燃焼室内の領域が、燃焼開始領域から主燃焼領域の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却システムの操業方法。
【請求項３】
高温排ガスを吹き込む燃焼室内の領域が、雰囲気温度が４００℃以上でかつ可燃性ガスが存在する領域であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物焼却システムの操業方法。
【請求項４】
燃焼室内に吹き込まれる高温排ガスの温度（℃）Ｔが２００以上で、かつ、前記高温排ガスの温度（℃）Ｔと前記高温排ガス中に含まれる酸素の濃度（ｖｏｌ．％）Ｃとの関係が次式（１）で表される範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の廃棄物焼却システムの操業方法。
ｅｘｐ（８．０５−０．２３Ｃ）≦Ｔ≦ｅｘｐ（７．４０−０．０９Ｃ）  （１）
【請求項５】
高温排ガスが、対向して設けられた少なくとも一対のガス吹き出し口から燃焼室内に吹き込まれることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の廃棄物焼却システムの操業方法。
【請求項６】
廃棄物焼却炉の二次燃焼領域に、焼却灰の処理を行う灰処理炉内から抜き出した高温排ガスの吹込みを行うことを特徴とする廃棄物焼却システムの操業方法。
【請求項７】
廃棄物焼却炉と焼却灰の処理を行う灰処理炉とを備えた廃棄物焼却システムであって、前記灰処理炉内から抜き出した高温排ガスを前記廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込むための高温ガス吹込手段を有することを特徴とする廃棄物焼却システム。
【請求項８】
高温排ガスが、対向して設けられた少なくとも一対のガス吹き出し口から燃焼室内に吹き込まれることを特徴とする請求項７に記載の廃棄物焼却システム。
【請求項９】
高温ガス吹込手段が、灰処理炉内から抜き出した高温排ガス中の酸素濃度及び高温排ガス温度を調節するための高温ガス調節手段を備えていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の廃棄物焼却システム。
【請求項１０】
廃棄物焼却炉と焼却灰の処理を行う灰処理炉とを備えた廃棄物焼却システムであって、前記廃棄物焼却炉の二次燃焼領域に、焼却灰の処理を行う灰処理炉内から抜き出した高温排ガスを吹き込むガス吹き込み手段を有することを特徴とする廃棄物焼却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物、下水汚泥等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却システムの操業方法、及びこのような操業方法を実施するのに好適な廃棄物焼却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的なものの概略図を図５に示す。ホッパ３１に投入された廃棄物３２は、シュートを通して乾燥ストーカ３３に送られ、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。
着火して燃焼を開始した廃棄物３２は、燃焼ストーカ３４に送られ、下から送られる燃焼空気により熱分解されてガス化され、一部は燃焼する。そして、更に後燃焼ストーカ３５で、廃棄物中の未燃分が完全に燃焼する。そして、燃焼後に残った灰は、主灰シュート３６より外部に取り出される。
【０００３】
燃焼は燃焼室３７内で行われ、二次燃焼室４１で２次的な燃焼が行われて可燃性ガスが完全に燃焼する。二次燃焼室４１からの排ガスは、廃熱ボイラ４３に送られ、熱交換された後に減温塔、バグフィルタ等を経由して外部に放出される。
【０００４】
このような火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉において、廃棄物を焼却処理する場合、廃棄物が性状の異なる数多くの物質からなるため、炉内の燃焼状態を一定に維持することは困難であり、燃焼室３７内の温度や燃焼ガスの濃度の分布が時間的、空間的に不均一となることは避けられない。
【０００５】
このような課題を解決する方法として、特開平１１−２１１０４４号公報（特許文献１）には、蓄熱式バーナで発生させた高温気体を、焼却炉の主燃焼室又は二次燃焼室に吹き込む方法が開示されている。
【０００６】
この技術は、焼却炉において発生する排ガス中の、ＣＯ及び芳香族系炭化水素等を多く含む未燃ガスや有害物質等を低減させることを目的としたものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２１１０４４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、廃棄物焼却炉において、廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で実際に炉内に供給する空気量を除した比（空気比）は１．７〜２．０程度である。これは、一般的な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。この理由は、廃棄物には他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、燃焼を行うには多量の空気が必要なためである。しかし、空気比が多くなるに従って排ガス量も多くなり、大型の排ガス処理設備が必要となっている。
【０００９】
空気比を小さくす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することができる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤量も低減できるので、運転費を低減できる。さらに、熱回収できずに失われる熱量を低減できるので、廃熱ボイラの熱回収率が向上し、これに伴ってごみ発電の発電効率を上げることができる。
【００１０】
このように、低空気比燃焼に対する利点は大きいが、低空気比燃焼では燃焼が不安定になるという問題がある。すなわち、低空気比で燃焼させると、燃焼が不安定となり、ＣＯの発生が増加したり、火炎温度が局所的に上昇してＮＯｘが急増したり、煤が大量に発生したり、クリンカが発生したり、局所的な高温により炉の耐火物の寿命が短くなるという問題点があった。上記特許文献１に記載されている燃焼技術では、このような問題点を解決することが不十分であった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、焼却炉内での燃焼を安定化させることにより焼却炉から排出される排ガスの低ＮＯｘ、低ＣＯ化を図り、さらに、灰処理炉内の高温排ガスの顕熱及び運動エネルギーを有効利用することにより省エネルギー化を図ることが可能な廃棄物焼却システムの操業方法及び廃棄物焼却炉を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
【００１３】
請求項１の発明は、廃棄物焼却炉の燃焼室内に、焼却灰の処理を行う灰処理炉内から抜き出した高温排ガスを吹き込むことを特徴とする廃棄物焼却システムの操業方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１において、高温排ガスを吹き込む燃焼室内の領域が、燃焼開始領域から主燃焼領域の範囲であることを特徴とする廃棄物焼却システムの操業方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、高温排ガスを吹き込む燃焼室内の領域が、雰囲気温度が４００℃以上でかつ可燃性ガスが存在する領域であることを特徴とする廃棄物焼却システムの操業方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、燃焼室内に吹き込まれる高温排ガスの温度（℃）Ｔが２００以上で、かつ、前記高温排ガスの温度（℃）Ｔと前記高温排ガス中に含まれる酸素の濃度（ｖｏｌ．％）Ｃとの関係が次式（１）で表される範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の廃棄物焼却システムの操業方法である。
ｅｘｐ（８．０５−０．２３Ｃ）≦Ｔ≦ｅｘｐ（７．４０−０．０９Ｃ）  （１）
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、高温排ガスが、対向して設けられた少なくとも一対のガス吹き出し口から燃焼室内に吹き込まれることを特徴とする廃棄物焼却システムの操業方法である。
【００１７】
請求項６の発明は、廃棄物焼却炉の二次燃焼領域に、焼却灰の処理を行う灰処理炉内から抜き出した高温排ガスの吹込みを行うことを特徴とする廃棄物焼却システムの操業方法である。
【００１８】
請求項７の発明は、廃棄物焼却炉と焼却灰の処理を行う灰処理炉とを備えた廃棄物焼却システムであって、前記灰処理炉内から抜き出した高温排ガスを前記廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込むための高温ガス吹込手段を有することを特徴とする廃棄物焼却システムである。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項７において、高温排ガスが、対向して設けられた少なくとも一対のガス吹き出し口から燃焼室内に吹き込まれることを特徴とする廃棄物焼却システムである。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８において、高温ガス吹込手段が、灰処理炉内から抜き出した高温排ガス中の酸素濃度及び高温排ガス温度を調節するための高温ガス調節手段を備えていることを特徴とする廃棄物焼却システムである。
【００２１】
請求項１０の発明は、廃棄物焼却炉と焼却灰の処理を行う灰処理炉とを備えた廃棄物焼却システムであって、前記廃棄物焼却炉の二次燃焼領域に、焼却灰の処理を行う灰処理炉内から抜き出した高温排ガスを吹き込むガス吹き込み手段を有することを特徴とする廃棄物焼却システムである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
【００２３】
図１は、本発明が適用される廃棄物焼却システムの一実施形態を示す概略側断面図である。なお、図１に示す廃棄物焼却システムは、廃熱ボイラ１２を備えた廃棄物焼却炉７０（火格子式の二回流炉）に、廃棄物焼却炉７０の燃焼室３から排出される焼却灰の処理を行う灰処理炉８を連設して一体構成とした場合について示しているが、前記灰処理炉８が独立した炉として設置されている場合も同様に本発明を適用することができる。また、前記灰処理炉８としては、特にその形式が限定されるものではないが、例えば回転キルン式、固定床式等の溶融炉或いは加熱炉を用いることができる。
【００２４】
図１において、ホッパ１に投入された廃棄物２は、燃焼室３内で火格子下から供給される燃焼用空気と炉内の輻射熱によりにより着火し燃焼する。前記火格子（ストーカ）は、ホッパ１から遠ざかるに従って下がるように傾斜して設けられている。この火格子には２つの段差が形成されており、３つの部分に分かれる。
この３つの火格子を、ホッパ１に近い方から、乾燥ストーカ２５、燃焼ストーカ２６、後燃焼ストーカ２７と呼んでいる。乾燥ストーカ２５では主として廃棄物２の乾燥と着火が行われる。燃焼ストーカ２６では主として廃棄物２の燃焼が行われるが、廃棄物２は燃焼すると共に熱分解し、可燃性ガスを燃焼ガスと共に放出する。燃焼ストーカ２６において廃棄物２の燃焼は実質的に完了する。後燃焼ストーカ２７上では、僅かに残った廃棄物２中の未燃分を完全に燃焼させる。
【００２５】
ホッパ１と反対側の燃焼室３の下方及び上方には、主煙道２０と副煙道２１が設けられ、これらには、廃熱ボイラ１２の二次燃焼領域１７が接続して設けられている。そして、燃焼室３内には、燃焼室３の出口近傍に、燃焼ガスを分流するための障壁（中間天井）１１が設けられ、燃焼ガスの流れを主煙道２０と副煙道２１に分流している。前記主煙道２０と副煙道２１に分流され燃焼室３から排出される可燃性ガスと燃焼ガスは、廃熱ボイラ１２に導かれそこで混合・攪拌される。この混合・攪拌された可燃性ガスは、廃熱ボイラ１２の一部である二次燃焼領域１７内で二次燃焼した後、この廃熱ボイラ１２で熱交換を行い、図示しない排ガス処理設備で清浄化処理され、煙突から大気中に放散される。
【００２６】
そして、燃焼後に残った焼却灰４は、連通路５を通過し、熱処理不適物検出・除去部６に入る。熱処理不適物検出・除去部６には、熱処理不適物の検出器と、検出された熱処理不適物を炉外に排出する装置が設けられている。熱処理不適物検出・除去部の代わりに格子や篩など機械的選別手段により熱処理不適物を選別除去してもよい。熱処理不適物を除去された焼却灰４は、格子７を通って灰処理炉８に供給され、灰処理炉８内では加熱用バーナの燃焼熱又はプラズマ加熱と、灰中の未燃物の燃焼熱、及び炉内の輻射熱により焼却灰が加熱され無害化処理される。焼却灰中の重金属類は加熱されて揮散されるか、溶融スラグ内に封じ込まれ、ダイオキシン類は揮散、分解され、重金属類が溶出せず、ダイオキシン類をほとんど含まない無害な処理灰となって、処理灰排出用シュート１５から炉外に排出される。
【００２７】
ここで、灰処理炉８内の温度は、溶融処理の場合には焼却灰が溶融するように少なくとも１３００℃以上、望ましくは１４００℃以上に、熱処理の場合には焼却灰中の重金属類が揮散するように少なくとも１０００℃以上、望ましくは１１００℃以上に制御される。なお、灰処理炉８から抜き出される高温排ガスの温度は、灰処理炉８の出口で９００〜１４５０℃程度である。
【００２８】
また、焼却炉の燃焼室３と灰処理炉８とが連設された構成となっているため、燃焼室３から排出された高温の焼却灰が冷却されずに灰処理炉８内に導かれるので、熱効率が高くなる。
【００２９】
なお、前記格子７の部分には、焼却灰４を灰処理炉８内に供給するための押出し機、或いはスクリューフィーダー等を設けてもよい。
【００３０】
前記熱処理不適物検出・除去部６と灰処理炉８との間には、廃棄物焼却炉の燃焼室３側から灰処理炉８側に燃焼排ガスが流れ込むのを防止するために調整ダンパ９を設けることが好ましい。なお、前記調整ダンパ９を設ける代わりに、灰処理炉８の上流側の連通路５に常時焼却灰４を満たすように運転し、マテリアルシールとして燃焼室３側から燃焼排ガスが灰処理炉８側に流れ込むのを防止するようにしてもよい。
【００３１】
前記灰処理炉８内には、ガス吹き込み口１４が設けられ、このガス吹き込み口１４からは、燃料と空気の混合気体が、高速で灰処理炉８内に吹き込まれている。なお、前記燃料としては廃棄物焼却炉内で発生した可燃性ガス（焼却炉内可燃性ガス）を用いてもよい。また、前記混合気体の吹き込み方向は、灰処理炉８の内壁の接線方向とすることが好ましい。吹き込み方向を灰処理炉８の内壁の接線方向とすることで、吹き込まれた混合気体により、灰処理炉８内で旋回火炎又は管状火炎が生成される。
【００３２】
よって、これらの火炎からの輻射又は直接伝熱により焼却灰が加熱され、また炉の内壁がほぼ均一に加熱される。従って、ダストやスラグの部分固化、あるいは内壁の過熱による焼損トラブルが抑制される。さらに、灰処理炉内の旋回流の遠心効果により、気流中の焼却灰やダストが内壁表層部で捕集されるため、灰処理炉から下流へのダストの飛散が抑制される。
【００３３】
また、プラズマによって灰処理炉８内の焼却灰を加熱してもよい。
【００３４】
灰処理炉８内で発生した高温排ガスは、高温ガス吹込手段１０により灰処理炉８から抜き出され、廃棄物焼却炉の燃焼室３内に吹き込まれる。高温排ガスを抜き出す位置は、高温排ガスを燃焼室３へ導く配管をできるだけ短くした方がヒートロスや設備費用が低減できることを考慮して、灰処理炉８の焼却炉に近い位置から高温排ガスを抜き出すようにすることが好ましい。
【００３５】
ここで、高温ガス吹込手段としては、前記灰処理炉８と燃焼室３とをつなぐ配管１０ａと、排ガス循環ブロワ１０ｂとにより構成することができる。
【００３６】
なお、前記灰処理炉８から抜き出された高温排ガスには、空気或いは廃熱ボイラ１２から排出される燃焼排ガスの一部など他のガスを混合してもよい。つまり、前記灰処理炉８から抜き出された高温排ガスに温度及び／又は酸素濃度調節用のガスを混合した混合ガスを用いてもよい。前記高温排ガスに他のガスを混合する手段としては、後述の高温ガス調節手段１０ｃを用いることができる。
【００３７】
燃焼室３の側壁にはガス吹き出し口１６が設けられており、このガス吹き出し口１６から、高温ガス吹込手段１０により灰処理炉８内から抜き出された高温排ガスが燃焼室３内に吹き込まれている。
【００３８】
前記高温排ガスを吹き込む燃焼室内の領域としては、燃焼開始領域から主燃焼領域の範囲とすることが好ましい。これは、高温排ガスは可燃性ガスが多く存在する領域に吹き込むことが燃焼を安定させる上で好ましいためである。なお、火格子式或いは流動床式の廃棄物焼却炉において、可燃性ガスが多く存在する領域は、燃焼開始領域から主燃焼領域までである。
【００３９】
廃棄物が焼却される場合、まず水分の蒸発が起こり、次いで熱分解・部分酸化反応が起こり、可燃性ガスが生成し始める。ここで燃焼開始領域とは、廃棄物の燃焼が始まり、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る領域である。また、主燃焼領域とは、廃棄物の熱分解と燃焼が行われ、可燃性ガスが発生し火炎を伴って燃焼している領域であり、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（熾燃焼領域）となる。火格子式焼却炉では燃焼開始領域は乾燥ストーカの後部であり、主燃焼領域は燃焼ストーカに相当する。
【００４０】
高温排ガスを燃焼室３内の燃焼開始領域から主燃焼領域に吹き込むことにより廃棄物層直上によどみ領域または旋回領域を形成して、廃棄物から発生した可燃性ガスの混合、攪拌が促進されるので安定した燃焼が行われる結果、ＣＯ，ＮＯｘ、ダイオキシン類等の有害物質の発生を抑制することができる。また、高温排ガスの輻射熱により廃棄物の熱分解が促進され、可燃性ガスの発生が円滑に行われる。
【００４１】
図１においては、ガス吹き出し口１６は燃焼室３内の燃焼開始領域から主燃焼領域に相当する乾燥ストーカ２５上部及び燃焼ストーカ２６の左側上部に設置されている。ここで、廃棄物の熱分解反応は温度が２００℃程度で起こり、温度が４００℃程度となった段階でほぼ完了する。高温排ガスを可燃性ガスが生成している領域に吹込むことにより、可燃性ガスの混合、攪拌が促進され安定した燃焼が行われる。図１に示す例では、乾燥ストーカ２５の後部及び燃焼ストーカ２６の前部に相当するので、これらの位置にガス吹き出し口１６を設けて高温排ガスを吹き込んでいる。廃棄物２の組成、性状によっては、もっと高い温度で熱分解反応が完了するものがあり、この場合は、図１に示す位置より後側（図の右側）にも、ガス吹き出し口１６を設けることが好ましい。
【００４２】
また、ガス吹き出し口１６は、図１に示すように、燃焼開始領域から主燃焼領域の各領域における燃焼室高さの１／２を超えない高さ位置に、より好ましくは燃焼室高さの１／３を超えない高さ位置に設けることが好ましい。これにより、燃焼室内の廃棄物層直上において、ガス吹き出し口１６から吹き込まれた高温排ガスによって保炎効果が現われるため、炉内の廃棄物層直上に高温領域（火炎）を定在させることができる。よって、廃棄物の熱分解が効率的に行われると共に、高温領域が天井から遠くなるので、内壁近傍での消炎が軽減されると共に、天井の焼損程度を軽減することができる。なお、「燃焼室高さ」とは、火格子又は流動床の各部において、火格子又は流動床から燃焼室天井までの高さをいう。
【００４３】
また、前記高温排ガスを吹き込む燃焼室内の領域としては、雰囲気温度が４００℃以上でかつ可燃性ガスが存在する領域とすることが好ましい。これにより、可燃性ガスの燃焼を促進させることができる。
【００４４】
燃焼室内において、雰囲気温度が４００℃以上でかつ可燃性ガスが存在する領域は、廃棄物の熱分解が促進される領域、又は廃棄物の熱分解が完了する領域であり、廃棄物の熱分解により可燃性ガスが発生し、かつ、火炎が存在する領域である。たとえば紙ごみにおいては約２５０℃で熱分解が始まり約４００℃で熱分解が完了する。プラスチックゴミにおいては約４００℃で熱分解が始まり、約５００℃で熱分解が完了する。
【００４５】
高温排ガスは、廃棄物の熱分解が始まらず、乾燥のみが行われている領域に吹き込んでも、可燃性ガスの燃焼に寄与しないので、排ガスの低ＮＯｘ、低ＣＯ化を促進する効果が小さい。すなわち、可燃性ガスが多く存在する領域に吹き込むことが好ましい。高温排ガスをこの領域に吹き込むことにより、可燃性ガスの燃焼が安定して行われる。
【００４６】
従って、例えば、可燃性ガスを多く含む副煙道ガスと主煙道ガスとが混合する領域、すなわち、中間天井１１の上方、二次燃焼領域１７の入り口部に、高温排ガスを吹き込むように、ガス吹き出し口を側壁、天井、中間天井１１、二次燃焼領域１７入り口に設けてもよい。
【００４７】
また、この高温排ガスは、吹き込まれる時点での温度（℃）が２００℃以上で、かつ、前記高温排ガスの温度（℃）Ｔと前記高温排ガス中に含まれる酸素の濃度（ｖｏｌ．％）Ｃとの関係が次式（１）式を満足するように調整されていることが好ましい。
ｅｘｐ（８．０５−０．２３Ｃ）≦Ｔ≦ｅｘｐ（７．４０−０．０９Ｃ）  （１）
上記（１）式で表される温度と酸素濃度との関係を図２に示す。ここで、Ａ線は
Ｔ＝ｅｘｐ（８．０５−０．２３Ｃ）
Ｂ線は、
Ｔ≦ｅｘｐ（７．４０−０．０９Ｃ）
Ｃ線は
Ｔ＝２００
に相当する。
【００４８】
Ａ線、Ｂ線、及びＣ線で囲まれた領域の酸素濃度と温度を有する高温排ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、廃棄物の熱分解を促進し、廃棄物上の空間によどみ領域を形成して安定な火炎を定在化させることができる。さらに、熱分解ガスの混合が促進される結果、均一で安定した燃焼が促進されるので、ＮＯｘ、ＣＯの発生を大幅に低減できる。
【００４９】
Ａ線より下方の領域では、酸素量が不足し、また、吹き込むガスの温度が低いので可燃性ガスの燃焼が不安定となり、その結果ＣＯの発生が増加する。またＢ線より上方の領域では、高温燃焼となり、その結果、廃棄物の熱分解、ガス化反応が過度に促進され、かつ、局所的に可燃性ガスが燃焼するので、ＮＯｘが増加する。また、Ｃ線より下方の領域では、吹き込むガスからの輻射熱と顕熱によって廃棄物が加熱される度合いが小さいので廃棄物の熱分解が促進されない。例えば高温排ガス中の酸素濃度が１２％の場合、低ＮＯｘ、低ＣＯを共に達成する高温排ガスの温度は２００〜５５０℃の範囲となる。高温排ガス中の酸素濃度が１５％の場合、低ＮＯｘ、低ＣＯを共に達成する高温排ガスの温度は２００〜４００℃の範囲となる。
【００５０】
図１においては、炉の両側面に対向して少なくとも一対のガス吹き出し口１６を設け、ここから高温排ガスを吹き込んでいる。ここで、ガス吹き出し口１６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好ましい。
【００５１】
廃棄物から発生する可燃性ガスは、通常上向きに流れる。よって、高温排ガスの吹き込み方向が上向きであると、可燃性ガスと高温排ガスの流れが同じ方向の速度成分を持つことになり、攪拌の効果が小さくなって、高温排ガス吹き込みの効果が低減する。これに対し、高温排ガスの吹き込み方向が水平あるいは下向きであると、上昇する可燃性ガスと高温排ガスが良く攪拌されるようになり、可燃性ガスの燃焼を促すことができる。このような攪拌作用を促す意味では、ガス吹き出し口は下向けに設けることが好ましいが、あまり角度を付けすぎると、炉幅方向全体に高温排ガスが届かなくなる。よって角度は下向き１０〜２０°の範囲とすることが特に好ましい。なお、一般に高温排ガスの吹き込みに効果がある要因は３Ｔといわれている。これらは、温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）、攪拌（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）、滞留時間（Ｔｉｍｅ）であるが、特に、高温排ガスを下向きに吹き込むことにより、攪拌（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）、滞留時間（Ｔｉｍｅ）を向上させることができる。
【００５２】
さらに、炉幅方向全体に高温排ガスの攪拌作用を及ぼすために、高温排ガスの吹き込み速度を、１０ｍ／ｓｅｃ以上とすることが好ましい。炉の両側面の対向する位置にガス吹き出し口を設け、このような高速での吹き込みを行うことにより、焼却炉内に可燃性ガスのよどみ領域が形成される。その結果、可燃性ガスの炉内での滞留時間が長くなり、高温排ガスとの反応時間が長くなることになって、反応が十分に行われる。よどみ領域を形成するには、ガス吹き出し口を下向きに設置することが特に効果がある。
【００５３】
図１におけるガス吹き出し口の配置を示すために、Ａ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図を図３に示す。ただし、図３においては、本発明に関係のない構造物は図示を省略している。図３において６０はよどみ領域、６１は炉壁、６２は炉天井、６３は高温排ガス、６４は旋回流部、６５は可燃性ガスである。
【００５４】
炉壁６１の左右に対向して設けられた１対のガス吹き出し口１６からは、高温排ガス６３が噴出され、平断面図であるＡ−Ａ’断面図（ａ）で見ると、互いに炉中央で衝突している。よって、炉中央部には、炉内ガスの動きが遅く、滞留しているよどみ領域（燃焼安定領域）６０が形成されている。
【００５５】
図３（ｂ）は、別の実施の形態を示すもので、平断面図である。ガス吹き出し口１６の向きは、その中心軸が互いに平行でかつ所定間隔離れるようにされており、高温排ガス６３は炉中央部において、所定距離だけ離れてすれ違うようになっている。よって、炉の中央部には旋回流部（旋回領域）６４が形成される。
【００５６】
すなわち、この実施の形態においては、炉の中央部に、平面的に見るとよどみ領域６０又は旋回流部６４が形成されていることになる。よって、前述のように、火炎が安定すると共に、ガス同士の混合が促進される。
【００５７】
図３（ａ）において、２つのガス吹き出し口１６から噴出する高温排ガスの流速を同じように変えることにより、よどみ領域６０の大きさを制御することができる。また、両方のガス吹き出し口１６から噴出する高温排ガスの流速に差を設けることにより、よどみ領域６０の炉の左右方向位置を変えることができる。さらに、ガス吹き出し口１６の向きを、炉の前後方向に、同じ向きに変化させることにより、よどみ領域６０の炉の前後方向位置を変えることができる。
【００５８】
また、図３（ｂ）において、２つの高温排ガス６３の間隔を変化させることにより、旋回流部６４の大きさを変えることができる。また、２つの高温排ガス６３に速度差を設けることにより、旋回流部６４が形成される炉の左右方向位置を変化させることができる。さらに、２つの高温排ガス６３の速度を同じように変えてやることにより、旋回流の速度を変えることができる。
【００５９】
図３（ｃ）は、図１のＢ−Ｂ’断面図を示すもので、両側の炉壁６１に下向きに設けられたガス吹き出し口１６から吹き出された高温排ガス６３が、上昇する可燃性ガス６５と衝突してよどみ領域６０を形成している様子を示すものである。よどみ領域６０においては、燃焼が安定して行われる結果、安定な拡散火炎が形成される。その結果、従来技術と異なり、低空気比率燃焼条件下でも燃焼開始領域での燃焼の不安定性が増幅されず、煤等の発生が抑制され、均一で安定した燃焼が期待できる。
【００６０】
また、攪拌作用を及ぼすためには、高温排ガスを旋回流としてガス吹き出し口１６より炉内に吹き込むことも有効である。
【００６１】
また、炉側壁近傍のガスの攪拌を十分に行うように高温排ガスを吹き込むことにより、燃焼を安定させる効果もあるため、吹き込み速度を少なくとも１０［ｍ／ｓｅｃ］以上とすることが好ましい。
【００６２】
また、前記高温排ガスの吹き込み量は、一次空気量の１０ｖｏｌ．％〜７０ｖｏｌ．％、より好ましくは２０ｖｏｌ．％〜３０ｖｏｌ．％とすることが好ましい。高温排ガスの吹き込み量としては、排ガス処理等を考えるとできるだけ少ない方が望ましい。しかし、吹き込み量が少なくなるとＣＯ等が発生し易くなり、廃棄物を完全燃焼させることができなくなる。そこで、排出されるＣＯやＮＯｘの量を監視しながら、高温排ガスの吹き込み量を一次空気量の１０ｖｏｌ．％〜７０ｖｏｌ．％、より好ましくは２０ｖｏｌ．％〜３０ｖｏｌ．％とすることが好ましい。
【００６３】
ここで、前記一次空気とは、廃棄物を燃焼させる目的で吹き込まれる空気のことであり、高温排ガスを吹き込まない方式の従来型の廃棄物焼却炉において吹き込まれた空気のことである。一般に火格子式炉の場合は火格子下の風箱、流動床式炉の場合は流動床下から吹き込まれる。
【００６４】
前記高温排ガスの吹き込み量が一次空気量の１０ｖｏｌ．％未満であると、炉内ガスの攪拌に必要な運動量を持たないので、高温ガス吹き込みの効果が十分には発揮されない場合がある。また、高温ガスの吹き込み量が一次空気量の７０ｖｏｌ．％を超えると、排ガスの低ＮＯｘ、低ＣＯ化の効果が飽和して、高温ガスの吹き込み量を増やす意味が無くなるばかりでなく、いたずらに排ガス量を増加させ、排ガス処理設備の増大を招くので好ましくない。
【００６５】
また、高温排ガスの吹き込み量を一次空気量の２０ｖｏｌ．％〜３０ｖｏｌ．％とすると、焼却炉内に吹込む総空気量を少なくできるので、より低空気比での燃焼が可能になるのでより好ましい。
【００６６】
特に、廃棄物の組成、性状の変動があった場合、吹き込まれる一次空気の量が、廃棄物を燃焼させるために必要な理論空気量より少なくなることもあり、この場合には多量の高温排ガスを吹き込んで、廃棄物の完全燃焼を促し、ＣＯの発生を防止することが好ましい。
【００６７】
また、前記高温排ガスの吹き込み量は、廃棄物を燃焼させるために必要な理論空気量の１０ｖｏｌ．％〜７０ｖｏｌ．％、より好ましくは２０ｖｏｌ．％〜３０ｖｏｌ．％としてもよい。
【００６８】
上述の実施形態においては、高温排ガスの吹き込み量の基準値として一次空気量を用いたが、場合によっては一次空気量が、廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量以下となる場合がある。このような場合は、高温排ガスの吹き込み量を、廃棄物を燃焼させるために必要な理論空気量の１０ｖｏｌ．％〜７０ｖｏｌ．％、より好ましくは２０ｖｏｌ．％〜３０ｖｏｌ．％としてもよい。なお、理論空気量は、廃棄物の組成、性状から決定される。
【００６９】
また、図１においては、中間天井１１を有する炉を図示しているが、本発明はこのような中間天井を有しない炉においても適用できることは言うまでもない。
また、高温排ガスの吹き込みは炉の片側側面から行うようにしてもよい。さらに、炉の側面からではなく、中間天井、又は天井から吹き込むようにしてもよい。
【００７０】
これらの実施の形態において、灰処理炉８内から抜き出した高温排ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室３内に吹き込むための高温ガス吹込手段１０には、前記灰処理炉８内から抜き出した高温排ガス中の酸素濃度及び高温排ガス温度を調節するための高温ガス調節手段１０ｃを備えていることが好ましい。前記灰処理炉８内から抜き出した高温排ガスの温度及び酸素濃度が、温度が２００℃以上で、かつ、上述の（１）式の範囲を満たしている場合には、それをそのまま燃焼室３内に吹き込めばよいが、灰処理炉８内から抜き出された高温排ガスの温度及び酸素濃度が、所定の範囲に含まれない場合もあるからである。
【００７１】
図４に、本発明に係る高温ガス吹込手段１０の実施形態の一例を示す。図４において、燃焼室３からの燃焼ガスは廃熱ボイラ１２に導かれ、その一部である二次燃焼領域１７内で二次燃焼した後、廃熱ボイラ１２で熱交換を行い、排ガス処理設備３６で清浄化処理され、ブロワ３７を経由して、煙突３８から大気放散される。
【００７２】
図４に示す排ガス吹込み手段１０は、灰処理炉８に設けたガス抜き出し口と燃焼室３に設けたガス吹き出し口１６とをつなぐ配管１０ａと、排ガス循環ブロワ１０ｂと、前記灰処理炉８内から抜き出した高温排ガス中の酸素濃度及び排ガス温度を調節するための高温ガス調節手段１０ｃとを備えている。高温排ガス中にダストが含まれる場合には、排ガス循環ブロワ１０ｂの手前に除塵装置を設ける。
【００７３】
ここで、前記高温ガス調節手段１０ｃは、前記配管１０ａの途中に設けられたガス混合装置５０と、このガス混合装置５０に接続されている空気供給配管５１と、さらに、このガス混合装置５０に接続されている燃焼排ガス供給配管５２とから構成されている。
【００７４】
前記空気供給配管５１はブロワ５６により外気をガス混合装置５０に供給し、前記燃焼排ガス供給配管５２はブロワ５７により廃熱ボイラ１２から排出される燃焼排ガスの一部をガス混合装置５０に供給し、ガス混合装置５０内で各ガスが混合される。また、前記ガス混合装置５０に接続されている前記配管１０ａ，５１，５２のガス混合装置５０の手前には、それぞれのガスの流量を調節するための流量調節弁５３，５４，５５が設けられているおり、流量制御装置５８からの信号によりそれぞれの流量を制御する。前記流量制御装置５８は、燃焼室３に吹き込まれる高温排ガスの温度及び酸素濃度が所定の範囲となるように前記流量調節弁５３，５４，５５の開度を制御する。
【００７５】
なお、前記ガス混合装置５０に、空気供給配管５１から供給される空気量によって前記高温排ガスの温度及び酸素濃度の調節が可能な場合には、前記燃焼排ガス供給配管５２は設ける必要はない。
【００７６】
上述したように、この実施の形態においては、燃焼室３内に吹き込まれる高温排ガス中の酸素濃度と温度を調節する機能を有しているので、燃焼室３内に吹き込まれる高温排ガス中の酸素濃度と温度を適当な範囲に保つことができる。なお、吹き込まれる高温排ガスの流量や流速を調整したい場合は、各ブロワ１０ｂ，５６，５７の回転数を調整する等の手段により調整すればよい。
【００７７】
ここで、前記ガス混合装置５０をエジェクター装置とすることもできる。この場合、前記空気供給配管５１から供給される空気をエジェクター装置に導いて、これを駆動流として、灰処理炉８内から高温排ガスを吸引しながら混合して、燃焼室３内に吹き込むようにする。このようにすれば、灰処理炉８内から高温排ガスを抜き出すためのブロワ１０ｂが必要でないので、装置構成が簡単になると共に、高温排ガス中に含まれるダスト等によるトラブルを軽減することが可能となる。
【００７８】
また、本発明においては、焼却灰の処理を行う灰処理炉８内から抜き出した高温排ガスを、廃棄物焼却炉の燃焼室３内で発生した可燃性ガスの二次燃焼を行う二次燃焼領域１７に吹き込むためのガス吹込手段６８を有することが好ましい。
【００７９】
ここで、前記ガス吹込手段６８は、灰処理炉８に設けたガス抜き出し口と二次燃焼領域１７内の上流側に設けたガス吹き出し口１３とをつなぐ配管６８ａと、ブロワ６８ｂとにより構成される。前記ガス吹き出し口１３は、二次燃焼領域１７内に旋回流が生じる方向に灰処理炉８から抜き出した高温排ガスを吹き込めるように１又は複数配することが好ましい。灰処理炉８から抜き出した高温排ガスを二次燃焼領域に旋回吹き込みすることにより、従来行われている二次燃焼用空気の吹込みのように新たに空気を導入して空気過剰率を増加させることなく、二次燃焼領域内を攪拌することができる。また、従来行われている二次燃焼用空気の吹込みでは、二次燃焼領域の温度が十分に高くならず、二次燃焼が完全に行われないことが生じていたが、高温排ガスを二次燃焼領域に吹き込むことにより、温度を高温にすることができ、改善できる。このように二次燃焼領域内での可燃性ガスの攪拌、混合を行い、雰囲気温度を高温にするので、二次燃焼領域内の可燃性ガスの完全燃焼を行うことができ、ダイオキシン類の排出を抑制する二次燃焼領域の温度条件に保持できる。これにより排ガスのＣＯ、ＮＯｘ、ダイオキシン類等の有害物質の排出を抑制させることができる。また、灰処理炉８から抜き出した高温排ガスの顕熱を排熱ボイラ１２で回収することができる。
【００８０】
なお、前記二次燃焼領域１７に吹き込む高温排ガスには、この高温排ガスの温度及び／又は酸素濃度を調節するための空気或いは燃焼排ガスを混合するようにしてもよい。前記高温排ガスの温度及び／又は酸素濃度を調節することにより、廃熱ボイラ１２から排出される排ガス中のＣＯ，ＮＯｘ、ダイオキシン類等の濃度をより低減することが可能となる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、焼却炉内での燃焼を安定化させることにより焼却炉から排出される排ガスの低ＮＯｘ、低ＣＯ化を図り、さらに、灰処理炉内の高温排ガスの顕熱及び運動エネルギーを有効利用することにより省エネルギー化を図ることが可能な廃棄物焼却システムの操業方法及び廃棄物焼却システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される廃棄物焼却システムの一実施形態を示す概略側断面図である。
【図２】本発明に係る燃焼室内に吹き込まれる高温排ガスの温度と酸素濃度との関係を示す図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ’断面、及び、Ｂ−Ｂ’断面を示す図である。
【図４】本発明に係る高温ガス吹込手段の実施形態の一例を示す図である。
【図５】従来技術に係る廃棄物焼却炉の一例を示す概要構成図である。
【符号の説明】
１  ホッパ
２  廃棄物
３  燃焼室
４  焼却灰
５  連通路
６  熱処理不適物検出・除去部
７  格子
８  灰処理炉
９  調整ダンパ
１０  高温ガス吹込手段
１０ａ  配管
１０ｂ  排ガス循環ブロワ
１０ｃ  高温ガス調節手段
１１  障壁（中間天井）
１２  廃熱ボイラ
１３，１６  ガス吹き出し口
１４  ガス吹き込み口
１５  処理灰排出用シュート
１７  二次燃焼領域
２０  主煙道
２１  副煙道
２２  プラスチック噴射手段
２５  乾燥ストーカ
２６  燃焼ストーカ
２７  後燃焼ストーカ
５０  ガス混合装置
５１  空気供給配管
５２  燃焼排ガス供給配管
５３，５４，５５  流量調節弁
５６，５７  ブロワ
５８  流量制御装置
６０  よどみ領域（燃焼安定領域）
６１  炉壁
６２  炉天井
６３  高温排ガス
６４  旋回流部（旋回領域）
６５  可燃性ガス
６８  ガス吹込手段
６８ａ  配管
６８ｂ  ブロワ
７０  廃棄物焼却炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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