(57)【要約】【課題】燃焼室内の温度を低下させることなく、多量の排ガスを吹込んで強い攪拌を行うことにより完全燃焼性を上げ、有害物質の排出を抑制する廃棄物焼却炉およびその操業方法を提供すること。【解決手段】主燃焼室１１と二次燃焼室１３と二次燃焼室１３または主燃焼室１１または双方の燃焼室に排ガスを吹き込む排ガス循環系を有するストーカ式焼却炉において、排ガス循環系が集塵機１６の下流から排ガスを返送するように構成され、返送排ガスを加熱する熱交換器３１を備えている。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に排ガスを吹き込む排ガス循環系を有するストーカ式焼却炉において、前記排ガス循環系が除塵装置の下流から排ガスを返送するように構成され、返送排ガスを加熱する手段を備えていることを特徴とする廃棄物焼却炉。
【請求項２】
燃焼室に排ガスを吹き込む排ガス循環系を有するストーカ式焼却炉において、前記排ガス循環系が除塵装置の下流から排ガスを返送するように構成され、返送排ガスに空気を供給する手段と、排ガス流路に設けられ、返送排ガスの少なくとも一部を加熱する熱交換器と、加熱された返送排ガスに熱交換器を経由しない返送排ガスを混合する返送排ガス混合手段とを備えていることを特徴とする廃棄物焼却炉。
【請求項３】
空気供給手段から供給される空気量を調節して燃焼室から排出される排ガスの酸素濃度を調節し、返送排ガス混合手段に送られる返送排ガスの流量を調節して、燃焼室から排出される排ガスの温度を調節するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項４】
ストーカ式焼却炉の操業方法において、除塵後の排ガスを抜き出して加熱し、燃焼室へ吹き込むことを特徴とする廃棄物焼却炉の操業方法。
【請求項５】
除塵後の排ガスの加熱を高温の排ガスとの熱交換によって行うことを特徴とする請求項４に記載の廃棄物焼却炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガスの燃焼性が向上するストーカ式廃棄物焼却炉およびその操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の廃棄物の燃焼によって生成するダイオキシン類の排出を抑制するために、排ガスを高温域に所定時間滞留させて生成したダイオキシン類を分解させること、廃棄物が燃焼する際に発生する一酸化炭素等の未燃ガスを燃焼させてダイオキシン類が生成しないように燃焼制御をすること、などが行われている。
【０００３】
上記ダイオキシン類の排出抑制策のうち、排ガス中のダイオキシン類を高温域で分解させることについては、排ガスを８５０℃以上で２秒間以上滞留させることがガイドラインにより定められていたため、主として装置設計上の問題として対処されている。
【０００４】
ストーカ式焼却炉において、未燃ガスを十分に燃焼させることについては、二次燃焼室における未燃ガスと二次燃焼用空気との攪拌を十分に行う措置が講じられている。例えば、特許登録番号第２７５８０９０号公報においては、焼却炉の二次燃焼室に二次燃焼用空気を供給するとともに、この二次燃焼用空気とは別に、焼却炉から排出された排ガスの一部を攪拌気流として二次燃焼室へ供給し、この攪拌気流によって二次燃焼用空気と未燃ガスの攪拌を十分に行うことが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
主燃焼室および／または二次燃焼室に排ガスを吹込んで、焼却炉内を十分に攪拌しようとする場合には、流速の高い排ガスを吹き込み、強い攪拌流を形成させなければならない。しかし、空気もしくは焼却炉から排出されて熱回収された排ガス、特にガス冷却や排ガス処理が行われて温度が低下した排ガスの吹込みにより二次燃焼室内の攪拌を行う場合、温度が低いガスを多量に吹込むと、二次燃焼室内の温度が低下し、前述の温度基準の範囲（８５０℃以上）に維持することが難しくなる。このため、排ガスの吹込み量を少なくしなければならないので、吹き込み流速が低くなり、強い攪拌をすることができない。このように、排ガス吹き込みにより二次燃焼室内を攪拌する場合には、吹込む排ガスの温度により攪拌状態が異なる。
【０００６】
また、焼却炉から排出されたまま高温状態に維持されている排ガス、あるいは熱回収されたままでガス冷却や排ガス処理が行われない段階の排ガスを抜き出し、その高温のガスを吹込んで二次燃焼室内を攪拌する場合には、そのガスを多量に吹き込んでも、二次燃焼室内の温度低下に及ぼす影響は小さいが、除塵前の排ガスであってダストが多いので、ブロアなどの機器を耐熱性と耐ダスト性を有する構成にしなければならず、排ガス吹き込み設備のコストが高くなるということが問題になる。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決し、燃焼室内の温度を低下させることなく、多量の排ガスを吹込んで強い攪拌を行うことにより完全燃焼性を上げ、有害物質の排出を抑制する廃棄物焼却炉およびその操業方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る廃棄物焼却炉は、燃焼室に排ガスを吹き込む排ガス循環系を有するストーカ式焼却炉において、前記排ガス循環系が除塵装置の下流から排ガスを返送するように構成され、返送排ガスを加熱する手段を備えていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明に係る廃棄物焼却炉は、燃焼室と燃焼室に排ガスを吹き込む排ガス循環系を有するストーカ式焼却炉において、前記排ガス循環系が除塵装置の下流から排ガスを返送するように構成され、返送排ガスに空気を供給する手段と、排ガス流路に設けられ、返送排ガスの少なくとも一部を加熱する熱交換器と、加熱された返送排ガスに熱交換器を経由しない返送排ガスを混合する返送排ガス混合手段とを備えていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明に係る廃棄物焼却炉は、請求項２に記載の発明において、空気供給手段から供給される空気量を調節して燃焼室から排出される排ガスの酸素濃度を調節し、返送排ガス混合手段に送られる返送排ガスの流量を調節して、燃焼室から排出される排ガスの温度を調節するように構成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明に係る廃棄物焼却炉の操業方法は、ストーカ式焼却炉の操業方法において、除塵後の排ガスを抜き出して加熱し、燃焼室へ吹き込むことを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明に係る廃棄物焼却炉の操業方法は、請求項４に記載の発明において、除塵後の排ガスの加熱を高温の排ガスとの熱交換によって行うことを特徴としている。
【００１３】
上記の発明においては、排ガスを加熱してから燃焼室へ吹込むので、排ガス吹き込みによる燃焼室内の温度の低下が抑制される。このため、多量の排ガスを吹込み、燃焼室に強い攪拌流を形成させて強力なガス攪拌を行うことができるので、未燃ガスの燃焼が十分に行われる。
【００１４】
また、排ガスに空気を混合し、この空気混合排ガスを加熱して燃焼室へ吹込むので、空気も加熱されて吹込まれるため、排ガス吹き込みによる燃焼室の温度の低下が一層抑制される。
【００１５】
このため、本発明では、燃焼室から排出される排ガスの温度および酸素濃度の調節に際し、返送排ガスの流量を調節することにより温度調節を行い、二次燃焼用空気の流量を調節することにより酸素濃度の調節を行うが、二次燃焼用空気が返送排ガスとともに加熱されているので、それぞれ変動幅が小さく安定した調節操作が行われる。
【００１６】
また、燃焼室内へ吹き込む空気量を減らして排ガス量を低減し、焼却炉の熱効率を向上させるようにする低空気比燃焼を行う場合に、吹き込みを行う燃焼室内の酸素濃度が低くなるため燃焼が不安定になるという問題があるが、本発明では、排ガスと空気の混合気体を加熱して燃焼室、特に燃焼開始領域に吹き込むので、低空気比燃焼時の燃焼を安定化させることができる。
【００１７】
また、燃焼室へ吹込む空気混合排ガスの加熱を、ガス冷却工程より上流の高温部である燃焼室あるいはボイラ内の高温の排ガスとの熱交換によって行うので、空気混合排ガスを加熱する操作が行われても、系外への出熱はその操作に伴う熱損失の他には生じない。その際、ボイラなどの熱回収部へ持ち込まれる排ガスの熱量の低下は僅かであり、熱回収には大きな影響が及ばない。
【００１８】
すなわち、空気混合排ガスを加熱する熱交換が燃焼室またはボイラ内で行われたとき、そこで排ガスは抜熱されるが、その抜熱された熱量は燃焼室へ吹込まれる空気混合排ガスを媒体として再び燃焼室へ戻される。このように、熱の循環が行われるので、ボイラなどの熱回収部へ流入する排ガスの温度の低下は僅かである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の廃棄物焼却炉に係る構成の一例を示す図である。図１において、１０はストーカ式焼却炉、１１は下部にストーカ１２を備えた主燃焼室、１３は主燃焼室で発生した未燃ガスを二次燃焼させる二次燃焼室、１４は熱回収装置であるボイラ、１５は排ガスに水を噴霧して急冷する減温塔、１６は集塵機、１７は排ガスを煙突へ送る送風機、１８は煙突である。
【００２０】
二次燃焼室１３の側壁には、後工程から送られてくる空気混合排ガスを吹込む複数のガス吹き込みノズル３０が設けられており、このガス吹き込みノズル３０には排ガス返送流路３２が接続されいてる。排ガス返送流路３２については後述する。複数のガス吹き込みノズル３０は二次燃焼室１３の下部の二次燃焼用空気の吹き込み領域に設けられており、二次燃焼室１３の両側に軸線をずらして対向配置して旋回流が形成されるようにしたり、あるいは下向きに取り付けて上昇する未焼ガス流と衝突させるようにして未焼ガスと二次燃焼用空気との良好なガス混合が行われるように配置される。
【００２１】
二次燃焼室１３内には、排ガス返送流路３２中を流通する空気混合排ガスを加熱する熱交換器３１が設けられており、二次燃焼室１３へ吹込まれる空気混合排ガスが加熱されるようになっている。熱交換器３１は耐熱性と排ガス中の腐食性物質に対して耐久性のある耐火物で被覆されたものやセラミック製のものが設置される。なお、熱交換器３１を設置する箇所は二次燃焼室１３内に限定されるものではなく、主燃焼室１１あるいはボイラ１４であってもよい。
【００２２】
集塵機１６の出口側の排ガス流路２１には、二次燃焼室１３へ吹込む排ガスを抜き出すために、排ガス返送流路３２が分岐されており、この排ガス返送流路３２は二次燃焼室のガス吹き込みノズル３０に接続されている。このように、集塵機１６から排出された排ガスが排ガス返送流路３２を経て二次燃焼室１３へ吹込まれた後、再び抜き出されて二次燃焼室１３へ送られる排ガスの循環流路が形成されている。３３は排ガス返送ブロアである。
【００２３】
そして、排ガス返送流路３２には空気供給手段が接続されている。主燃焼室１１から二次燃焼室１３へ送られてくる未燃ガスを二次燃焼させるため二次燃焼室に空気が吹き込まれているが、空気供給手段により供給される空気は、二次燃焼室に吹き込まれている空気とともに二次燃焼用の酸素を供給するものである。３４は空気供給配管、３５は流量調節ダンパである。
【００２４】
また、排ガス返送流路３２には熱交換器３１を迂回する迂回流路３６が設けられている。このため、空気混合排ガスの一部を迂回流路３６へ流し、熱交換器３１へ送って加熱する排ガスと混合することにより、吹き込みガスの温度を変えることができるようになっている。３７は熱交換器３１を迂回させる空気混合排ガスの流量を調節する流量調節ダンパである。
【００２５】
排ガス返送流路３２には、熱交換器３１の下流側に、主燃焼室１１に設けられたガス吹き込みノズルに接続された流路３９が分岐されており、主燃焼室１１内の燃焼状態に応じて加熱された空気混合排ガスを吹込むことができるようになっている。３８、４０は二次燃焼室１３と主燃焼室１１へ吹込む空気混合排ガスの流量を調整するためのダンパである。主燃焼室１１の排ガス吹き込みノズルは廃棄物の燃焼開始領域の炉側面と廃棄物投入側に設けられている。
【００２６】
なお、二次燃焼室１３へ吹込む排ガスを抜き出すための排ガス返送流路３２の分岐箇所は、ボイラ１４よりも下流側であればよく、集塵機１６の出口側の排ガス流路２１に限定されるものではないが、排ガス流路２１から分岐すると、次のような利点が付加される。集塵機１６から排出される排ガスは除塵処理されているとともに、温度が２００℃以下程度の中温域まで低下している。このため、ブロアなどの機器を特別な耐熱性を有する構成にする必要もなく、また、耐ダスト性を考慮する必要がないので、排ガス吹き込み設備のコストが安くなる。
【００２７】
５１は二次燃焼室１３の出口部における排ガスの温度を測定する温度計、５２は排ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計、５３は排ガス中の一酸化炭素の濃度を測定する一酸化炭素濃度計、５０はこれらの装置で測定された値に基づいて制御を行う制御器である。
【００２８】
上記のように構成された廃棄物焼却炉の操業について説明する。焼却炉１０のストーカ１２上へ廃棄物が移送され、この廃棄物がストーカ１２の下方から吹き込まれる一次空気と炉内の輻射熱によって乾燥されながら昇温して着火し、順次、燃焼しながら移送され、焼却灰になって排出される。焼却炉１０で発生したガスは廃棄物の乾燥・昇温時および初期の燃焼段階で生成した一酸化炭素や水素などの未燃ガスを含んでおり、また、微量のダイオキシン類も含んでいるので、主燃焼室１１から二次燃焼室１３へ流入させて二次燃焼させ、一酸化炭素などの未燃ガスを燃焼させるとともに、ダイオキシン類を熱分解させる処理が行われる。
【００２９】
二次燃焼室１３から排出された排ガスはボイラ１４で熱回収され、さらに減温塔１５で急冷され、集塵機１６で除塵処理された後、その大部分は大気放出される。
【００３０】
上記のように、集塵機１６で除塵処理された排ガスの大部分は大気放出されるが、その排ガスの一部は排ガス返送流路３２へ抜き出され、空気供給手段から供給された空気が混合された後、二次燃焼室１３へ吹込まれる。
【００３１】
排ガス返送流路３２を経由して送られてきた空気混合排ガスが熱交換器３１へ導入され、二次燃焼室１３内を流れる７００℃〜１０００℃の排ガスと熱交換されて加熱され、高温になる。この加熱された空気混合排ガスがガス吹き込みノズル３０から二次燃焼室１３へ吹込まれる。二次燃焼室１３では、二次燃焼用の空気が供給され、主燃焼室１１からの未燃ガスの燃焼が行われる。このとき、吹き込まれた加熱空気混合排ガスは、未燃ガスと二次燃焼用空気をよく攪拌して混合を促進し、完全に燃焼が行われるようにする。また、二次燃焼室１３へ吹込まれる空気混合排ガスは加熱されているので、多量の吹込みを行っても、二次燃焼室１３内の温度低下は抑制される。
【００３２】
二次燃焼室１３へ吹込む空気混合排ガスは２００〜６００℃の範囲まで昇温させるのがよい。空気混合排ガスの温度が２００℃を下回る範囲であると、二次燃焼室１３内の温度が低くなるので、吹込む空気混合排ガスの量を少なくする必要があり、強い攪拌流を形成することができない。また、空気混合排ガスの温度が６００℃を超える範囲であると、熱交換器３１における加熱効率が低下するので、熱交換器の規模を大きくしなければならない。
【００３３】
次に、加熱された空気混合排ガスを主燃焼室１１へ吹き込むことによってもたらされる効果について説明する。主燃焼室１１へ吹き込む空気量を減少させて熱効率を向上させる低空気比燃焼を行った場合、主燃焼室１１内の酸素濃度が低くなるため燃焼が不安定になりやすい。しかし、主燃焼室１１の排ガス吹き込みノズルが燃焼開始領域の近くに設けられており、加熱された空気混合排ガスが酸素不足状態になりやすい上記の箇所に吹き込まれるので、低空気比燃焼時の燃焼を安定化させることができる。
【００３４】
このようにして行われる操業において、二次燃焼室から排出される排ガスの温度およびガス成分の調整は次のように行われる。空気混合排ガスを加熱した後、二次燃焼室１３から排出される排ガスの温度は８５０〜９５０℃の範囲に制御される。この温度の制御に際しては、二次燃焼室１３から排出される排ガスの温度が温度計５１により測定され、その測定値が制御器５０送られる。そして、排ガスの温度が上記温度範囲内の所定値になるように、温度計５１の測定値に基づく制御器５０からの指示信号により、迂回流路３６に設けられている流量調節ダンパ３７の開度が変えられ、熱交換器３１へ導入されて加熱される空気混合排ガスの流量が調節される。
【００３５】
また、二次燃焼室１３から排出される排ガス中の酸素濃度は５％〜１０％の範囲に制御され、一酸化炭素濃度は３０ｐｐｍ（Ｏ２　１２％換算下で４時間平均）以下に制御される。この制御において、排ガス中の酸素濃度と一酸化炭素濃度の測定は排ガスを大気放出する箇所に設けられている酸素濃度計５２と一酸化炭素濃度計５３により行われ、これらの測定値に基づいて制御が行われる。
【００３６】
上記発明の実施の形態では、燃焼室が主燃焼室と二次燃焼室により構成されているストーカ式焼却炉の例を述べたが、燃焼室が一つのストーカ式焼却炉についても、同様の構成にすることにより、同じような効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、二次燃焼室内の温度を低下させることなく、多量の排ガスを吹込んで強い攪拌を行うことができる。このため、排ガス中の未燃ガスが十分に燃焼される。
【００３８】
また、本発明は、返送排ガスに空気を混合し、この空気混合排ガスを主燃焼室へも吹き込むことが可能に構成されており、主燃焼室内の燃焼開始領域近くに空気が混合された返送排ガスを供給することができるので、低空気比燃焼時における燃焼を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃棄物焼却炉に係る構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０　ストーカ式焼却炉
１１　主燃焼室
１２　ストーカ
１３　二次燃焼室
１４　ボイラ
１５　減温塔
１６　集塵機
２１　集塵機出口側の排ガス流路
３０　ガス吹き込みノズル
３１　熱交換器
３２　排ガス返送流路
３３　排ガス返送ブロア
３４　空気供給配管
３５、３７　流量調節ダンパ
３６　迂回流路
５０　制御器
５１　温度計
５２　酸素濃度計
５３　一酸化炭素濃度計
【図１】
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