(57)【要約】【課題】廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を行った場合においてもＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減でき、さらに、焼却炉から排出される排ガス総量を大幅に低減できる廃棄物焼却炉の燃焼制御方法及び廃棄物焼却炉を提供する。【解決手段】燃焼用一次空気Ａを火格子下から燃焼室内に吹き込み、高温ガスＢを前記燃焼室内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込み、焼却炉から排出された排出ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスＣを前記燃焼室内の後燃焼領域に吹き込む。また、前記排ガスＣは、焼却炉から排出された排ガスのみからなるものであってもよい。【選択図】            図１
2004239509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火格子式廃棄物焼却炉の燃焼制御方法であって、
燃焼用一次空気Ａを火格子下から燃焼室内に吹き込み、
高温ガスＢを前記燃焼室内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込み、
焼却炉から排出された排出ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスＣを前記燃焼室内の後燃焼領域に吹き込むことを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項２】
排ガスＣが焼却炉から排出された排ガスのみからなることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項３】
燃焼用一次空気Ａにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ１と、
高温ガスＢにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ２と、
循環排ガスＣにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ３とが、
廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量を１とした場合に、下式（１）及び（２）を満足す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炉の燃焼制御方法。
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．８〜１．０：０．１〜０．３：０．１〜０．３５  （１）
１．３≦Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．５    （２）
【請求項４】
燃焼用一次空気Ａにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ１と、
高温ガスＢにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ２と、
循環排ガスＣにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ３とが、
廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量を１とした場合に、下式（３）及び（４）を満足す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炉の燃焼制御方法。
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９〜１．０：０．１〜０．３：０．１〜０．３  （３）
１．３≦Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．３５    （４）
【請求項５】
Ｑ１とＱ２とを所定の値に維持しつつ、
Ｑ３を焼却炉内の状況を監視する因子に基づいて調節す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炉の燃焼制御方法。
【請求項６】
焼却炉内の状況を監視する因子が、燃焼室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出口近傍における、ガス温度、ガス中Ｏ２濃度、ガス中ＣＯ濃度、ガス中ＮＯＸ濃度のいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項５に記載の廃棄物焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項７】
循環排ガスＣが、燃焼室高さの１／３を超えない高さ位置から後燃焼領域に吹き込まれることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の廃棄物焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項８】
燃焼用一次空気Ａを火格子下から燃焼室内に吹き込む燃焼用一次空気吹き込み手段と、
高温ガスＢを前記燃焼室内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込む高温ガス吹き込み手段と、
焼却炉から排出された排ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスＣを前記燃焼室内の後燃焼領域に吹き込む循環排ガス吹き込み手段とを備えることを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉。
【請求項９】
循環排ガスＣの吹き込みノズルが燃焼室高さの１／３を超えない高さ位置に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の火格子式廃棄物焼却炉。
【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火格子式廃棄物焼却炉の燃焼制御方法、及びこのような燃焼制御方法を実施するのに好適な火格子式廃棄物焼却に関する。
【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３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火格子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、燃焼火格子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、更に後燃焼火格子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で二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。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。
【０００６】
また、特開平１１−２７０８２９号公報（特許文献２）には、ごみ焼却炉において発生した燃焼排ガス中のＣＯ濃度が、予め設定されているダイオキシン低減のための値となるように、燃焼排ガス中のＣＯ値、Ｏ２値および焼却炉の炉内温度に基づいて、ごみ焼却炉の火格子速度、燃焼用空気量および炉温冷却用空気量を制御する方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２１１０４４号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−２７０８２９号公報
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
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及び特許文献２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。
【００１２】
また、炉温冷却用空気として、空気のみ、或いは、空気に焼却炉からの排ガスを混合して用いることは、新たな空気を炉内に導入することとなるので排ガス総量の低減ができないという問題もある。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を行った場合においてもＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減でき、さらに、焼却炉から排出される排ガス総量を大幅に低減できる廃棄物焼却炉の燃焼制御方法及び廃棄物焼却炉を提供することを目的とする。
【００１４】
【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。
【００１５】
請求項１の発明は、火格子式廃棄物焼却炉の燃焼制御方法であって、燃焼用一次空気Ａを火格子下から燃焼室内に吹き込み、高温ガスＢを前記燃焼室内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込み、焼却炉から排出された排出ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスＣを前記燃焼室内の後燃焼領域に吹き込むことを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１において、排ガスＣが焼却炉から排出された排ガスのみからなることを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、燃焼用一次空気Ａにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ１と、高温ガスＢにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ２と、循環排ガスＣにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ３とが、廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量を１とした場合に、下式（１）及び（２）を満足することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法である。
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．８〜１．０：０．１〜０．３：０．１〜０．３５  （１）
１．３≦Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．５    （２）
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２において、燃焼用一次空気Ａにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ１と、高温ガスＢにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ２と、循環排ガスＣにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ３とが、廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量を１とした場合に、下式（３）及び（４）を満足することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法である。
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９〜１．０：０．１〜０．３：０．１〜０．３  （３）
１．３≦Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．３５    （４）
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、Ｑ１とＱ２とを所定の値に維持しつつ、Ｑ３を焼却炉内の状況を監視する因子に基づいて調節することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法である。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５において、焼却炉内の状況を監視する因子が、燃焼室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出口近傍における、ガス温度、ガス中Ｏ２濃度、ガス中ＣＯ濃度、ガス中ＮＯＸ濃度のいずれか一つ以上であることを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法である。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかにおいて、循環排ガスＣが、燃焼室高さの１／３超えない高さ位置から後燃焼領域に吹き込まれることを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼制御方法である。
【００２０】
請求項８の発明は、燃焼用一次空気Ａを火格子下から燃焼室内に吹き込む燃焼用一次空気吹き込み手段と、高温ガスＢを前記燃焼室内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込む高温ガス吹き込み手段と、焼却炉から排出された排ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスＣを前記燃焼室内の後燃焼領域に吹き込む循環排ガス吹き込み手段とを備えることを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉である。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項８において、循環排ガスＣの吹き込みノズルが燃焼室高さの１／３を超えない高さ位置に設けられていることを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉である。
【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は本発明に係る廃棄物焼却炉３０の一実施形態を示す概略側断面図である。
【００２４】
図１に示す廃棄物焼却炉３０は、燃焼室３と、この燃焼室３の上流側（図１の左側）に配置され廃棄物２を燃焼室３内に投入するためのホッパ１と、このホッパ１と反対側の燃焼室３下流側の上方に連設されるボイラ１２とを有する火格子式のニ回流炉である。
【００２５】
燃焼室３の底部には、廃棄物２を移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）が設けられている。この火格子は、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、乾燥火格子５、燃焼火格子６、後燃焼火格子７と呼んでいる。乾燥火格子５では主として廃棄物２の乾燥と着火が行われる。燃焼火格子６では主として廃棄物２の熱分解、部分酸化が行われ、可燃性ガスの燃焼が行われる。燃焼火格子６において廃棄物２の燃焼は実質的に完了する。後燃焼火格子７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。完全に燃焼した後の燃焼灰は、主灰シュート１５より排出される。
【００２６】
上記乾燥火格子５、燃焼火格子６及び後燃焼火格子７の下部には、それぞれ風箱８，９，１０が設けられている。ブロワ１３により供給される燃焼用一次空気は、燃焼用一次空気供給管１６を通って前記各風箱８，９，１０に供給され、各火格子５，６，７を通って燃焼室３内に供給される。なお、火格子下から供給される燃焼用一次空気は、火格子上の廃棄物２の乾燥及び燃焼に使われるほか、火格子の冷却作用、廃棄物の攪拌作用を有する。
【００２７】
ホッパ１と反対側の燃焼室３出口には、廃熱ボイラ１２の二次燃焼領域１７が連設されている。そして、燃焼室３内には、燃焼室３の出口近傍に、廃棄物から発生した可燃性ガスと燃焼ガスを分流するための障壁（中間天井）１１が設けられ、可燃性ガスと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に分流された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、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、この二次燃焼により発生した燃焼排ガスは廃熱ボイラ１２で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラ１２から排出された燃焼排ガスは、ダクト１４を通って第一の除塵装置１８に送られ、そこで前記燃焼排ガス中に含まれる飛灰の回収が行われる。前記第一の除塵装置１８で除塵された後の燃焼排ガスは、消石灰による酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類の吸着が行われ、さらに第二の除塵装置１９に送られ、活性炭などが回収される。前記第二の除塵装置１９で除塵され、無害化された後の燃焼排ガスは、誘引ファン２２により誘引され、煙突２３から大気中に放出される。なお、前記除塵装置１８，１９としては、例えば、バグフィルタ方式、サイクロン方式、電気集塵方式等の除塵装置を用いることができる。
【００２８】
このような装置構成において、本発明は、燃焼用一次空気を火格子下から燃焼室内に吹き込み、高温ガスを前記燃焼室内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込み、焼却炉から排出された排ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスを前記燃焼室内の後燃焼領域に吹き込むことにより、廃棄物焼却炉の燃焼制御を行うものである。なお、図１においては、中間天井１１を有し、火格子が傾斜して設けられてい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や火格子が水平に設けられている炉においても適用できることは言うまでもない。
［燃焼用一次空気の吹き込み］
ここで、前記燃焼用一次空気は、上述したように、ブロワ１３から燃焼用一次空気供給管１６を通って各乾燥火格子５、燃焼火格子６及び後燃焼火格子７のそれぞれの下部に設けられた風箱８，９，１０に供給された後、各火格子５，６，７を通って燃焼室３内に供給される。燃焼室３内に供給される燃焼用一次空気の流量は、前記燃焼用一次空気供給管１６に設けられた流量調節弁２４により調整され、さらに、各風箱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供給管１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに備える流量調節弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにより調節される。また、前記風箱及び燃焼用一次空気を供給するための燃焼用一次空気供給管等の構成は図示したものに限定されず、焼却炉の規模、形状、用途等により適宜選択され得る。
［高温ガスの吹き込み］
前記高温ガスは、燃焼室３内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込まれる。これは、高温ガスは火炎が存在し、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。
【００２９】
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、部分酸化と燃焼が行われ、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火格子の上部空間であり、主燃焼領域は燃焼火格子の上部空間に相当する。
【００３０】
高温ガスを燃焼室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。その結果、ＣＯ，ＮＯｘ、ダイオキシン類等の有害物質の発生を抑制すると共に煤の生成を抑制することができる。このため、焼却炉全体に吹き込む空気の量を減少させ、低空気比燃焼を行うことができる。
【００３１】
また、廃棄物層の直上に高温ガスが吹き込まれるので、高温ガスからの熱輻射と顕熱によって加熱され、廃棄物の熱分解が促進される。
【００３２】
ここで、前記高温ガスとしては、例えば、ガス温度２００〜６００℃程度、含有する酸素濃度１０〜１８％程度のものを用いることが好ましい。これにより、上述の効果がより効果的に発揮され、低ＮＯｘ化、低ＣＯ化がより促進される。
【００３３】
前記のガス温度及び酸素濃度となるような高温ガスとしては、返送排ガス又は返送排ガスと空気の混合ガスを用いることが好適である。返送排ガスは、廃棄物焼却炉より排出される排ガスの一部であり、従来はこれを燃焼室内あるいは二次燃焼領域に戻すことによりその顕熱を利用したり、燃焼室内のガス混合を改善して燃焼状態の改善を図ることに用いられているものである。
【００３４】
前記返送排ガスが所定の条件を満たしている場合は、返送排ガスをそのまま炉内に吹き込めばよいが、返送排ガスの温度が低く、かつ、酸素濃度が低いことがある。この場合、バーナ燃焼ガス等の高温燃焼ガス、或いは、高温空気製造装置や熱風炉による高温の空気を返送排ガスに混合して、温度と酸素濃度が所定の条件を満たすような高温ガスとして、炉内に吹き込むようにしてもよい。
【００３５】
また、二次燃焼領域からの排ガスを返送して使用する場合、その返送排ガスが、温度が十分高く、かつ酸素濃度が高いものであれば、高温空気製造装置等を設けることなく、その返送排ガスを高温空気の代わりに使って、空気と混合して吹き込んでもよい。さらに、二次燃焼領域からの返送排ガスの温度と酸素濃度が所定の条件を満たすようなものであれば、その返送排ガスを高温ガスとして直接炉内に吹き込んでもよい。
【００３６】
前記高温空気製造装置の例としては、蓄熱バーナや、レキュペレータ、燃焼バーナからの燃焼ガスに空気や酸素を混合するもの、酸素富化バーナ等が使用できる。
【００３７】
ここで、返送排ガスと、高温燃焼ガス或いは高温空気とをガス混合装置により混合して高温ガスを調製する場合に、前記ガス混合装置をエゼクタ装置２９とすることもできる。この場合、前記高温燃焼ガス或いは高温空気をエゼクタ装置２９に導いて、これを駆動流として、前記返送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、返送排ガスを導出するためのブロワが必要でないので、装置構成が簡単になると共に、返送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。
【００３８】
図１においては、高温ガス吹き込み口２５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火格子５上部及び燃焼火格子６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、乾燥火格子５の後部及び燃焼火格子６の前部に相当するので、これらの位置にガス吹き出し口２５を設けて高温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２５を設けることが好ましい。
【００３９】
また、ガス吹き出し口２５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２５から吹き込まれた高温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、前記燃焼室高さとは、火格子の各部において、主燃焼が行われる空間の高さであって、火格子から燃焼室天井又は二次燃焼用空気が吹き込まれる位置までの高さをいう。
【００４０】
図１においては、燃焼室３の両側面に対向して少なくとも一対のガス吹き出し口２５を設け、ここから高温ガスを吹き込んでいる。ここで、ガス吹き出し口２５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。
【００４１】
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、高温ガス吹き込みの効果が低減する。これに対し、高温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、燃焼室３の幅方向全体に高温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、一般に焼却炉の燃焼におけるダイオキシン類などの有害物質を低減する要因は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、高温ガスを下向きに吹き込むことにより、攪拌（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）と、滞留時間（Ｔｉｍｅ）を向上させることができ、高温ガスの攪拌効果により焼却炉内の空間温度をより均一化することができる。
【００４２】
なお、前記高温ガスの燃焼室３内への吹き込みは燃焼室３の片側側面からのみ行うようにしてもよい。さらに、燃焼室３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。
［焼却炉から排出された排ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスの吹き込み］
前記焼却炉から排出された排ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスは、燃焼室３内の後燃焼領域に吹き込まれる。
【００４３】
ここで、前記焼却炉から排出された排ガスを少なくとも一部に含む循環排ガスとしては、図１に示すように、例えば、焼却炉３０から排出され第一の除塵装置１８を通過した後の排ガスの一部を抜き出したガス（ガス温度：１６０〜２００℃程度、酸素濃度：５〜８％程度）、或いは、第二の除塵装置１９を通過した後の排ガスの一部を抜き出したガス（ガス温度：１５０〜１９０℃程度、酸素濃度：５〜８％程度）を用いることができる。また、前記循環排ガスは、焼却炉３０から排出された排ガスをそのまま用いても良く、空気を混合したものであっても良い。
【００４４】
前記排ガスに空気を混合する場合、混合する空気を駆動流とするエゼクタを用いて排ガスを吸引しながら混合して、燃焼室３内の後燃焼領域に吹き込むようにしてもよい。このようにすれば、排ガスを抜き出すためのブロワが必要でないので、装置構成が簡単になると共に、排ガス中に含まれる腐食性ガス等によるトラブルを軽減することが可能となる。
【００４５】
また、前記循環排ガスを吹き込む後燃焼領域とは、燃焼室３内の後燃焼火格子７上方空間をいう。前記循環排ガスを後燃焼領域に吹き込むことにより、燃焼室３内後燃焼領域の火炎温度を低下させ、局所的な高温領域の発生を防止して、ＮＯｘの発生を抑制する。さらに、低酸素濃度（５〜８％程度）の循環排ガスを吹き込むことにより、後燃焼領域を還元雰囲気に近づけ、ＮＯｘの発生を抑制する。
【００４６】
また、後燃焼領域に前記循環排ガスを吹き込むことにより、後燃焼領域での酸素濃度を低下させ、燃料過濃雰囲気に近づけることにより、後燃焼火格子７上の焼却灰に含まれるチャー中の窒素分がＮＯｘに転換されるのを抑制する。
【００４７】
また、前記後燃焼領域に循環排ガスを吹き込むための循環排ガス吹き出し口２７は、燃焼室高さの１／３を超えない高さ位置に、より好ましくは燃焼室高さの１／５を超えない高さ位置に設けることが好ましい。ここで、前記燃焼室高さとは、火格子の各部において、主燃焼が行われる空間の高さであって、火格子から燃焼室天井又は二次燃焼用空気が吹き込まれる位置までの高さをいう。燃焼室高さの１／３を超えない高さ位置、より好ましくは燃焼室高さの１／５を超えない高さ位置から循環排ガスを後燃焼領域に吹き込むことにより、循環排ガスが火格子上の焼却灰層の直上に吹き込まれ、上述のＮＯｘ発生抑制効果がより効果的に発揮される。
【００４８】
なお、燃焼室３の後燃焼領域に設けた循環排ガス吹き出し口２７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。循環排ガスの吹き込み方向が上向きであると、後燃焼領域内の雰囲気ガスと循環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、循環排ガス吹き込みの効果が低減する。これに対し、循環排ガスの吹き込み方向が水平あるいは下向きであると、上昇する後燃焼領域内の雰囲気ガスと循環排ガスが良く攪拌されるようになる。なお、攪拌効果をより向上させるために、循環排ガスが旋回流を形成するように吹き込むことが好ましい。
【００４９】
また、前記火格子下から燃焼室３内に吹き込まれる燃焼用一次空気により供給される単位時間当りの酸素量Ｑ１と、前記燃焼室３内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込まれる高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ２と、前記燃焼室３内の後燃焼領域に吹き込まれる循環排ガスにより供給される単位時間当りの酸素量Ｑ３とは、廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量を１とした場合に、下式（１）及び（２）、より好ましくは下式（３）及び（４）を満足するように吹き込むことが好ましい。
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．８〜１．０：０．１〜０．３：０．１〜０．３５  （１）
１．３≦Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．５    （２）
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９〜１．０：０．１〜０．３：０．１〜０．３  （３）
１．３≦Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．３５    （４）
ここで、前記廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量は、燃焼室内に投入される廃棄物の性状及び成分等から決定される廃棄物の単位質量当りの燃焼に必要な酸素量（Ｎｍ３／ｋｇ）と、焼却炉における廃棄物の焼却速度（ｋｇ／ｈｒ）との積（Ｎｍ３／ｈｒ）により決定される。また、前記Ｑ１は、火格子２５，２６，２７から燃焼室３内に供給される燃焼用一次空気により供給される単位時間当りの酸素量であり、前記燃焼用一次空気の流量を増減させることにより調整する。また、Ｑ２及びＱ３は、それぞれ前記燃焼室３内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込まれる高温ガスの流量及び前記燃焼室３内の後燃焼領域に吹き込まれる循環排ガスの流量を増減させることにより調整される。
【００５０】
なお、以下において、Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３をλと記載する。
【００５１】
前記Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を上式の範囲とすることにより、廃棄物焼却炉において低空気比燃焼（１．３≦λ≦１．５）を行った場合においてもＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減でき、焼却炉から排出される排ガス総量を大幅に低減できる。
【００５２】
廃棄物の燃え残りや有害物質の発生を抑制して安定した低空気比燃焼を達成させる配分比としては、Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．１：０．２５、λ＝１．３５を基準とし、炉内に投入される廃棄物の組成や性状等に基づきλを１．３〜１．５の範囲でＱ１，Ｑ２，Ｑ３を上記の範囲内で調整する。
【００５３】
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，λの具体例を以下に記載する。
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．１：０．２５、λ＝１．３５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．２：０．１、λ＝１．３
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．２５：０．１５、λ＝１．４
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．２：０．２、λ＝１．４
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．２５：０．２、λ＝１．４５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．３：０．２、λ＝１．５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９：０．１：０．３、λ＝１．３
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９：０．１：０．３５、λ＝１．３５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９：０．２：０．２５、λ＝１．３５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９：０．３：０．１５、λ＝１．３５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９：０．３：０．１、λ＝１．３
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．９：０．２５：０．２、λ＝１．３５
Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝０．８：０．３：０．２５、λ＝１．３５
以下、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の調整基準を説明する。
【００５４】
［Ｑ１の調整基準］
通常の都市ごみ等の廃棄物を乾燥させ燃焼させるにはＱ１＝１．０を基準とし、灰分の少ない廃棄物や水分の少ない廃棄物、例えばプラスチック等を燃焼する際には、Ｑ１を０．８〜０．９程度に減らし、その代わりにＱ２を増加させる。
【００５５】
［Ｑ２の調整基準］
通常の都市ごみ等の廃棄物を燃焼させるにはＱ２＝０．１を基準とし、灰分や水分が少なく可燃分が大部分である廃棄物、例えばプラスチック等、或いは、揮発分の大きい廃棄物を燃焼させる場合には、Ｑ２を増加させる。Ｑ２が少ないと、上述の高温ガス吹き込みの効果が十分に得られない。なお、上記範囲を超えてＱ２を増加させると、低空気比燃焼が達成できず、高温ガスを発生させるための燃料代が嵩む。
【００５６】
［Ｑ３の調整基準］
まず、廃棄物焼却炉の標準操業基準として、上記基準に基づき、廃棄物の組成や性状等を考慮してＱ１及びＱ２を決定し、次いでＱ３の標準値を設定する。廃棄物焼却炉の実際の操業では標準操業基準で操業していても、焼却炉内の燃焼状況が変化し排出される排ガス中の有害物質量が変動することがある。そこで、前記決定したＱ１及びＱ２の値は維持したまま、廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子に基づいてＱ３を調節する。このような燃焼制御方法をとることにより、焼却炉内の燃焼状況が変化しても、燃焼を安定して行うように調整でき、最終的に廃棄物焼却炉から排出される排ガス中の有害物質量を制御しやすくなり、さらに、焼却炉の燃焼制御系を簡単にすることができる。
【００５７】
ここで、前記廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子としては、例えば、燃焼室３内で発生した可燃性ガスと燃焼ガスの二次燃焼を行う二次燃焼領域１７出口近傍における、ガス温度、ガス中Ｏ２濃度、ガス中ＣＯ濃度、ガス中ＮＯＸ濃度のいずれか一つ以上とすることが好ましい。前記監視因子の具体的な組み合わせとしては、例えば、▲１▼ガス温度、▲２▼ガス中Ｏ２濃度、▲３▼ガス温度とガス中Ｏ２濃度、▲４▼ガス温度とガス中ＣＯ濃度、▲５▼ガス中ＮＯＸ濃度とガス温度、▲６▼ガス中ＮＯＸ濃度とガス中ＣＯ濃度、を用いることができる。
【００５８】
また、前記Ｑ３を調節する方法としては、燃焼室３内の後燃焼領域に吹き込まれる循環排ガスが焼却炉から排出された排ガスのみからなる場合には、前記排ガスの流量を調節することにより行われ、前記循環排ガスが、例えば、焼却炉から排出された排ガスと空気との混合ガスである場合には、この混合される空気量を調節することにより行うことができる。
【００５９】
図２に、Ｑ３の調節方法として、排ガスに混合される空気量を調節する場合における調節手段２６の概略構成の一例を示す。図２に示す調節手段２６は、第一の除塵装置１８を通過した後の排ガスの一部、或いは、第二の除塵装置１９を通過した後の排ガスの一部を抜き出し、ブロワ５２を介して燃焼室３の後燃焼領域に設けた循環排ガス吹き出し口２７から後燃焼領域に循環排ガスを吹き込むための配管２８の途中に設けられる。前記調節手段２６は、排ガスと空気を混合するためのガス混合装置５０と、前記ガス混合装置５０に空気を供給するための空気供給配管５１と、前記ガス混合装置５０に供給する空気量を制御するための空気量制御装置５８とを有する。
【００６０】
前記空気供給配管５１には、空気を取り込むためのブロワ５６と、ガス混合装置５０に供給する空気量を調節する流量調節弁５４とが備えられている。また、前記空気量制御装置５８は、前記監視因子を計測する計測手段５９からの計測信号に基づき排ガスに混合する空気量を決定し、その空気量となるように前記流量調節弁５４を制御する。
【００６１】
なお、後燃焼領域に吹き込まれる循環排ガスが焼却炉から排出された排ガスのみからなる場合には、前記配管２８の途中に設けられたダンパの開度を制御することにより循環排ガス流量の調節が行われる。
【００６２】
表１及び表２に実際の廃棄物焼却炉におけるＱ３の調節方法の一例を示す。監視因子が基準値から変動した場合における排ガス中における有害物質量の変動と、Ｑ３をどのように調節するのかを示している。
【００６３】
Ｑ３の調節は、排ガスに混合される空気量を調節すること、又は、循環排ガスとして焼却炉から排出された排ガスのみを用いる場合は吹き込む排ガス量を調節することにより行う。さらに、前記循環排ガスは、二次燃焼領域１７入口近傍の後燃焼領域の燃焼室３側壁から、後燃焼領域内の雰囲気ガスの流れに対向する方向に旋回流を形成するように吹き込む。
【００６４】
ここで、前記廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子である二次燃焼領域１７出口近傍でのガス温度、ガス中Ｏ２濃度、ガス中ＣＯ濃度、ガス中ＮＯＸ濃度のそれぞれの基準値、及び、その計測手段は以下に示すとおりである。
［基準値］
ガス温度：９５０±５０℃
ガス中Ｏ２濃度：６．０±０．５％
ガス中ＣＯ濃度：平均３０ｐｐｍ以下
（瞬間値が１００ｐｐｍを超えないように制御）
ガス中ＮＯＸ濃度：１００ｐｐｍ以下
［計測手段］
ガス温度：温度センサ（熱電対、放射温度計）
ガス中Ｏ２濃度：酸素濃度計
ガス中ＣＯ濃度：ＣＯ濃度計
ガス中ＮＯＸ濃度：ＮＯＸ濃度計
【００６５】
【表１】
2004239509.tif 000003
【００６６】
【表２】
2004239509.tif 000004
【００６７】
焼却炉内で廃棄物と熱分解によって発生する可燃性ガスを適正な速度や温度等の範囲内で燃焼させた場合に、ＣＯ、ＮＯｘ、ＤＸＮ（ダイオキシン類）等の有害物質の発生が最も抑制される。
【００６８】
表１において、二次燃焼領域１７出口近傍でのガス温度が高い場合（（１）の場合）は、燃焼室での燃焼が抑制され、その結果二次燃焼領域での燃焼が急激に行われるためガス温度が上昇していると考えられる。この場合、焼却炉から排出されるＣＯ濃度及びＤＸＮ濃度は減少するか変化が無いがＮＯｘ濃度は増加するため、Ｑ３を増加させて、酸素の供給量を増加し燃焼室での燃焼を適正に行うようにする。
【００６９】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中Ｏ２濃度が高い場合（（２）の場合）は、必要以上の酸素が供給された状態で炉内の燃焼が行われていると考えられる。この場合、焼却炉から排出されるＣＯ濃度及びＤＸＮ濃度は減少するか変化は無いが、ＮＯｘ濃度は増加するため、Ｑ３を減少させて、酸素の供給量を少なくする。反対に、二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中Ｏ２濃度が低い場合（（３）の場合）は、酸素の供給量がやや不足した状態で炉内の燃焼が行われていると考えられる。この場合、焼却炉から排出されるＮＯｘ濃度は減少するが、ＣＯ濃度及びＤＸＮ濃度は増加するか変化の無い状態となるため、Ｑ３を増加させて酸素の供給量を多くする。
【００７０】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中ＣＯ濃度が低い場合（（４）の場合）は、炉内の燃焼が適正に行われている状態と考えられる。この場合は、特に調節の必要は無くＱ３はそのままの状態で維持する。
【００７１】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス温度が低く、ガス中Ｏ２濃度が高い場合（（５）の場合）は、燃焼室の後燃焼領域に吹き込む循環排ガスの流量が過剰であるため、炉内温度が低下し、燃焼が不安定になっていると考えられる。この場合、焼却炉から排出されるＣＯ濃度及びＤＸＮ濃度が増加するため、Ｑ３を減少させて炉内温度を上昇させ、燃焼を安定化させる。
【００７２】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス温度が低く、ガス中Ｏ２濃度が低い場合（（６）の場合）は、燃焼室の後燃焼領域に吹き込む循環排ガスの流量が不足しており、燃焼が抑制され、ガス温度が低下していると考えられる。この場合、焼却炉から排出されるＣＯ濃度及びＤＸＮ濃度が増加するため、Ｑ３を増加させて燃焼を促進させる。
【００７３】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中ＣＯ濃度が高く、ガス温度が高い場合（（７）の場合）は、燃焼室での燃焼が不完全で、二次燃焼領域での燃焼が急激に行われるためガス温度が上昇しており、また、未燃焼の可燃性ガスが残存していると考えられる。この場合、焼却炉から排出されるＣＯ濃度及びＤＸＮ濃度が増加するため、Ｑ３を増加させて燃焼を適正化させる。
【００７４】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中ＣＯ濃度が高く、ガス温度が低い場合（（８）の場合）は、廃棄物の供給量が減って燃焼室の後燃焼領域に吹き込む循環排ガスの流量が過剰になったため、炉内温度が低下し、燃焼が不安定になっていると考えられる。この場合、焼却炉から排出されるＣＯ濃度及びＤＸＮ濃度が増加するため、Ｑ３を減少させて炉内温度を上昇させ、燃焼を安定化させる。
【００７５】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中ＮＯＸ濃度が高く、ガス温度が高い場合（（９）の場合）は、燃焼室での燃焼が抑制され、その結果二次燃焼領域での燃焼が急激に行われるためガス温度が上昇し、ガス中ＮＯＸ濃度が増加していると考えられる。この場合にはＱ３を増加させて酸素の供給量を増加させ、燃焼室での燃焼を適正化させるようにする。
【００７６】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中ＮＯＸ濃度が低いが、ＣＯ濃度が高い場合（（１０）の場合）は、燃焼室での燃焼が不十分であり、未燃焼の可燃性ガスが残存していると考えられる。この場合には、Ｑ３を増加させて燃焼を適正化させる。
【００７７】
二次燃焼領域１７出口近傍でのガス中ＮＯＸ濃度が低く、ＣＯ濃度も低い場合（（１１）の場合）は、炉内の燃焼が適正に行われている状態と考えられる。この場合は特に調節の必要は無くＱ３はそのままで維持する。
【００７８】
上記のように制御することにより、複雑な制御を行うことなく効果的に廃棄物焼却炉から排出されるＣＯ、ＮＯｘ、ＤＸＮ等の有害物質の量を低減することが可能となる。
【００７９】
また、表２には、実際の廃棄物焼却炉において、実施例としてＱ１：Ｑ２：Ｑ３＝１．０：０．１：０．２５、λ＝１．３５として廃棄物の燃焼を行った場合に、焼却炉から排出される排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度、ＤＸＮ濃度を測定した結果を示す。なお、表２には、比較例１及び比較例２として、主燃焼領域に吹き込むガスとして高温ガスを用いる代わりに空気を用いて、さらに、後燃焼領域に吹き込むガスとして廃棄物焼却炉から排出された排ガスを用いる代わりに空気を用いて、火格子下から吹き込む燃焼用一次空気により供給される単位時間当りの酸素量ｑ１、主燃焼領域に吹き込む空気により供給される単位時間当りの酸素量ｑ２、後燃焼領域に吹き込む空気により供給される単位時間当りの酸素量ｑ３及びλ’＝ｑ１＋ｑ２＋ｑ３を表２に示すように設定した場合の焼却炉から排出される排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度、ＤＸＮ濃度を測定した結果を示す。
【００８０】
【表３】
2004239509.tif 000005
【００８１】
表２に示すように、実施例では、低空気比燃焼（λ＝１．３５）が達成でき、ＣＯ、ＮＯｘ、ＤＸＮの発生が抑制されている。それに対し、比較例１では、低空気比燃焼が達成できず（λ’＝１．７）、またＮＯｘの発生量が多い。比較例２では、低空気比燃焼（λ’＝１．３）を行うと、ＮＯｘの発生量は低くなるが、ＣＯの発生が多い。これは、炉内の燃焼状態が不安定になり、可燃性ガスが未燃のままＣＯとして排出されており、さらに煤などの未燃分が発生し、これらによりダイオキシン類の発生量も高くなっている。
【００８２】
また、高温ガスや循環排ガスの吹き込み流量の調整を焼却炉から排出される排ガス流量に対する比率を用いて行ってもよい。これにより、簡便に吹き込み流量の設定や調整を行うことができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を行った場合においてもＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減でき、さらに、焼却炉から排出される排ガス総量を大幅に低減できる廃棄物焼却炉の燃焼制御方法及び廃棄物焼却炉が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る廃棄物焼却炉の一実施形態を示す概略側断面図である。
【図２】本発明に係る排ガスに混合される空気量調節手段の概略構成の一例を示す図である。
【図３】従来技術に係る廃棄物焼却炉の一例を示す概略側断面図である。
【符号の説明】
１  ホッパ
２  廃棄物
３  燃焼室
４  焼却灰
５  乾燥火格子
６  燃焼火格子
７  後燃焼火格子
８，９，１０  風箱
１１  障壁（中間天井）
１２  廃熱ボイラ
１３  ブロワ
１４  ダクト
１５  主灰シュート
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  燃焼用一次空気供給管
１７  二次燃焼領域
１８  第一の除塵装置
１９  第二の除塵装置
２０  主煙道
２１  副煙道
２２  誘引ファン
２３  煙突
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ  流量調節弁
２５  高温ガス吹き込み口
２６  調節手段
２７  循環排ガス吹き出し口
２８  配管
２９  エゼクタ装置
３０  廃棄物焼却炉
【図１】
2004239509.tif 000006
【図２】
2004239509.tif 000007
【図３】
2004239509.tif 000008