(57)【要約】【課題】後燃焼火格子上におけるチャーの燃焼に伴うＮＯｘの生成を抑制し、一層の低ＮＯｘ化を図ることができる火格子式廃棄物焼却炉の操業方法及びその方法を実施するための廃棄物焼却炉を提供すること。【解決手段】廃棄物焼却炉は階段式火格子を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼火格子４と後燃焼火格子５との間の段差部上部にガス吹き込み口１４を設け、このガス吹き込み口１４から排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを後燃焼火格子５上のチャー層４１の上に吹き込むガス吹き込み手段を有する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
階段式火格子を有する廃棄物焼却炉の操業方法であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部から後燃焼火格子上のチャー層の上へ排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを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２】
階段式火格子を有する廃棄物焼却炉の操業方法であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部から後燃焼火格子上のチャー層中へ排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを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３】
階段式火格子を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部上部にガス吹き込み口を設け、このガス吹き込み口から排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを後燃焼火格子上のチャー層の上に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炉。
【請求項４】
階段式火格子を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部下部にガス吹き込み口を設け、このガス吹き込み口から排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを後燃焼火格子上のチャー層中に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炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する火格子式廃棄物焼却炉の操業方法及びその方法を実施するための廃棄物焼却炉に関する。
【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。その一例として、特開２００１−１０８２２０号公報に示されている、都市ごみを焼却する廃棄物焼却炉がある（特許文献１）。図８はその廃棄物焼却炉の概略図である。図８において、１は燃焼室、２はホッパ、３は乾燥ストーカ、４は燃焼ストーカ、５は後燃焼ストーカ、６は燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱、７は主灰シュート、８は二次燃焼室、９は廃熱ボイラ、４０は廃棄物（都市ごみ）である。そして、３０は燃焼室の炉壁の対向位置に設けられた一対又は複数対の気体噴出ノズルである。
【０００３】
ホッパ２に投入された廃棄物４０は、シュートを通って乾燥ストーカ３に送られ、その下から吹き込まれる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４０は、燃焼ストーカ４上に送られ、ここでさらに熱分解が進み可燃性ガスが発生し、一部は燃焼する。そして、更に後燃焼ストーカ５で、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７より外部に取出される。
【０００４】
廃棄物の燃焼は燃焼室１内で主に行われ、ここで燃焼しきれなかった可燃性ガスは二次燃焼室８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８から排出された排ガスは、廃熱ボイラ９に送られて熱交換された後、減温塔、バグフィルタ等を経由して外部に放出される。
【０００５】
このような火格子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１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。
【０００６】
さらに、火炎の状態が不安定であると、火炎が吹き飛びやすく、高負荷燃焼が困難であるという問題点がある。
【０００７】
この問題に対処し、特許文献１の廃棄物焼却炉では、燃焼室の炉壁の対向位置に設けられた一対又は複数対の気体噴出ノズル３０から気体を噴出させている。そして、対向するノズルから噴出される気体の噴流によって、燃焼室１内によどみ領域を形成したり、旋回領域を形成したりすることにより、燃焼室１内における燃焼を安定化させている。
【０００８】
対向するノズル３０から噴出する気流を衝突させると、炉内によどみ領域が形成され、この領域の前方において火炎が定在しやすくなり、かつ、炉内ガスの滞留時間が長くなって、火炎が安定する。又、対向するノズル３０から噴出する２つの気流が間隔をあけて流れるようにすると、炉内に旋回領域が形成され、可燃性ガスの混合が促進されて、燃焼が安定化し、局所高温領域及び局所低温領域が減少する。
【０００９】
このように上記対向するノズルからの気体吹き込みにより、燃焼が安定化し、局所高温領域の発生が減少するので、ＮＯｘの生成量が減少する。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１０８２２０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の廃棄物焼却炉においては、燃焼室の炉壁の対向位置に設けられた一対又は複数対の気体噴出ノズルから気体を噴出させることにより、燃焼を安定化させ、排ガスの低ＮＯｘ化が図られている。すなわち廃棄物の燃焼が行われる空間の火炎温度の局所的な上昇を抑えることができるので、空気中の窒素に起因するＮＯｘの生成を抑制するようにしたものである。
【００１２】
しかし、排ガスの低ＮＯｘ化を図るためには、他にもＮＯｘの生成を抑制しなければならない箇所がある。すなわち、廃棄物から揮発分の放出が終了した後に、主に後燃焼火格子上で行われるチャー（廃棄物が加熱されて揮発分が放出された後の残滓）の燃焼が行われていると、チャーの中に残存する窒素分から、ＮＯｘが発生するという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、後燃焼火格子上におけるチャーの燃焼に伴うＮＯｘの生成を抑制し、一層の低ＮＯｘ化を図ることができる火格子式廃棄物焼却炉の操業方法及びその方法を実施するための廃棄物焼却炉を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の廃棄物焼却炉の操業方法は、階段式火格子を有する廃棄物焼却炉の操業方法であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部から後燃焼火格子上のチャー層の上へ排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを吹き込むことを特徴としている。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の廃棄物焼却炉の操業方法は、階段式火格子を有する廃棄物焼却炉の操業方法であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部から後燃焼火格子上のチャー層中へ排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを吹き込むことを特徴としている。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の廃棄物焼却炉は、階段式火格子を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部上部にガス吹き込み口を設け、このガス吹き込み口から排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを後燃焼火格子上のチャー層の上に吹き込むガス吹き込み手段を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の廃棄物焼却炉は、階段式火格子を有する廃棄物焼却炉であって、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部下部にガス吹き込み口を設け、このガス吹き込み口から排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを後燃焼火格子上のチャー層中に吹き込むガス吹き込み手段を有することを特徴としている。
【００１８】
焼却炉内へ投入された廃棄物は、昇温されて着火し、熱分解されて可燃性ガスが発生し、火炎を伴って燃焼した後、チャー燃焼に移行し、チャー燃焼が終了したものが焼却灰となって排出される。上記チャー燃焼とは、廃棄物が熱分解して揮発分が放出された残滓（チャー）が燃焼していることを言い、この燃焼は燃焼火格子の下流の一部でも行われるが、主として後燃焼火格子上で行われる。
【００１９】
チャー燃焼が行われている領域が高温であり、かつ酸化性雰囲気であると、チャー中の窒素分が燃焼過程でＮＯｘに転換される。このチャー中の窒素のＮＯｘへの転換率を抑制するには、主にチャー燃焼領域の温度を低下させることと、チャー燃焼領域の雰囲気を還元性雰囲気に近づけることと、そしてより燃料過濃な状態に近づけるための操作を行う必要がある。
【００２０】
本発明においては、廃棄物焼却炉から排出される排ガス又は排ガスと空気の混合ガスをチャー燃焼が行われている領域へ吹き込むことにより、チャー燃焼領域の温度を下げ、チャー燃焼領域の雰囲気を還元性雰囲気に近づけ、かつ、より燃料過濃な状態に近づけることを図っている。
【００２１】
廃棄物焼却炉から排出された排ガスは、廃熱ボイラで熱回収され、さらに冷却された後、集塵機で除塵処理されたガスであって、その温度は１６０〜２００℃程度である。このため、排出された排ガスをそのまま、あるいは空気を加えた混合ガスをチャー燃焼領域へ吹き込むことにより、チャー燃焼領域の温度を低下させ、チャー中の窒素分がＮＯｘへ転換する割合を減らすことができる。
【００２２】
又、廃棄物焼却炉から排出された排ガスは酸素濃度は通常約６〜１１％の範囲にあり、ある程度の空気を混合した場合であっても、酸素濃度が低いので、この排ガス又はその排ガスを主体とする混合ガスをチャー燃焼領域へ吹き込んだ場合、チャー燃焼領域の雰囲気を還元性雰囲気に近づけ、かつ、より燃料過濃な状態に近づけることができる。
【００２３】
吹き込みガスの好ましい酸素濃度は１５％以下であり、さらに好ましくは１０％以下である。酸素濃度が１５％以下であると、チャー燃焼領域の雰囲気を還元性雰囲気に近づけ、かつ、より燃料過濃な状態に近づけるので、チャー中の窒素分のＮＯｘへの転換率が抑えられ、その結果、ＮＯｘの生成が抑制される。そして、吹き込みガスの酸素濃度が１０％以下であると、チャー燃焼領域の雰囲気を確実に強還元性雰囲気にでき、かつ、より燃料過濃な状態にできるので、ＮＯｘの生成が一層抑制される。
【００２４】
チャー燃焼領域の雰囲気を還元性雰囲気にするという意味だけからすると、排ガスをそのまま吹き込んだ方が好ましいが、燃焼ストーカで廃棄物が熱分解されて発生した可燃性ガスが炉内に残っていることがある。このような場合には、その可燃性ガスを燃焼させるための酸素を補給しなければならないので、排ガスに空気を混合したものを吹き込む必要がある。
【００２５】
前述のように、チャー燃焼は主として後燃焼火格子上で行われるが、特に後燃焼火格子の上流部で行われる。このため、本発明においては、主たるチャー燃焼の領域である後燃焼火格子上流部の上へ排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを吹き込み、チャー燃焼領域の温度を下げ、チャー燃焼領域の雰囲気を還元性雰囲気に近づけ、かつ、より燃料過濃な状態に近づける。
【００２６】
そして、本発明における後燃焼火格子上流部上へのガス吹き込みは、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部に設けたガス吹き込み口から、チャーの進行方向に向けて吹き込む方法によって行う。この際、吹き込みガスは、チャー燃焼領域の温度を下げ、チャー燃焼領域の雰囲気を還元性雰囲気に近づけ、かつ、より燃料過濃な状態に近づけるために行うものであるので、後燃焼火格子上のチャー層の直上の空間、及び／又は後燃焼火格子上のチャー層の中へ吹き込まれる。
【００２７】
ガス吹き込みを、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部から廃棄物の進行方向に向けて吹き込む方法によって行う理由は次の通りである。
【００２８】
炉の側壁側からチャー層中へガス吹き込みを行った場合、側壁に近い箇所のチャー層だけにしか吹き込みガスの影響を及ぼすことができないため、後燃焼火格子上のチャー層全体の温度を下げ、還元性雰囲気に近づけ、かつ、より燃料過濃な状態に近づけることが困難である。又、チャーの進行方向と交叉する方向にガス吹き込みが行われるので、チャーの流れ（進行）を乱すことにもなる。
【００２９】
側壁からチャー層の直上の空間へガス吹き込みを行った場合、その効果を炉内の中心部までもたらすためには、大きな流速で吹き込まなければならないので、ダストの飛散が多くなり、他の箇所に影響を及ぼす。
【００３０】
これに対し、本発明においては、燃焼火格子と後燃焼火格子との間の段差部からチャーの進行方向に向けて吹き込むので、ストーカの幅方向（チャー層の幅方向）に多数のガス吹き込み口を設けることができる。このため、小さな流速でガス吹き込みをすることができるので、チャーの流れを乱したり、ダストを飛散させたりすることなく、ガス吹き込みを行うことができる。このため、吹き込みガスをチャー層の表面に沿って流れるようにしたり、チャー層中へ吹き込むことができるので、チャー燃焼領域がむらなく適度に冷却されると共に、チャー燃焼領域の雰囲気がむらなく還元性雰囲気に近づけられる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の１例である、都市ごみを焼却する廃棄物焼却炉を示す図である。図１において、１は燃焼室、２はホッパ、３は乾燥ストーカ、４は燃焼ストーカ、５は後燃焼ストーカ、６は燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱、７は主灰シュート、８は二次燃焼室、９は廃熱ボイラ、４０は廃棄物（都市ごみ）、４１はチャーである。４２は火炎を示す。
【００３２】
燃焼室１の底部には、廃棄物及びチャー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、廃棄物の移動方向に向かって傾斜して設けられると共に、２つの段差が設けられて階段式に形成され、乾燥ストーカ３、燃焼ストーカ４、及び後燃焼ストーカ５からなる３つの部分に分かれている。乾燥ストーカ３では主として廃棄物４０の乾燥と着火が行われる。燃焼ストーカ４では主として廃棄物４０の燃焼が行われるが、廃棄物が燃焼すると共に熱分解し、燃焼ガスと共に可燃性ガスが発生する。廃棄物４０の燃焼は、実質的には、燃焼ストーカ４で完了する。後燃焼ストーカ５上では、僅かに残ったチャー４１中の未燃分を完全に燃焼させる。チャー４１が完全に燃焼した後の燃焼残滓（焼却灰）は、主灰シュート７より排出される。
【００３３】
上記各ストーカの下部には、それぞれ燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱６が設けられている。
【００３４】
ホッパ２と反対側の燃焼室１の上方には、二次燃焼室８が接続されている。廃熱ボイラ９の下流には、除塵処理及び有害ガスを除去する処理を行う排ガス処理設備（図示せず）が設けられている。
【００３５】
そして、燃焼ストーカ５と後燃焼ストーカ５の間の段差部には、ガス吹き込み口１４が設けられており、後燃焼ストーカ５上へ移動してきたチャー層の直上へ排ガス又は排ガスと空気の混合ガスの吹き込みが行われるようになっている。
【００３６】
ガス吹き込み口１４は、図２及び図３に示すように、段差部の壁１３上部のチャーで覆われない高さの位置に、ストーカの幅方向に複数設けられており、それぞれのガス吹き込み口１４には、ノズル１５が取り付けられている。ノズル１５は水平又は斜め下方を指向して設けられている。図２中、１６は各ノズル１５に吹き込みガスを分配するためのヘッダー管である。
【００３７】
なお、ガス吹き込み口１４は、図３のようなストーカの幅方向に複数設けるものに限定されるものではなく、図４のように、ストーカの幅方向にスリット状に形成したものであってもよい。
【００３８】
又、ガス吹き込み口１４の配置位置は、図５及び図６に示すように、チャーで覆われる段差部の壁１３の下部の箇所であってもよい。この場合には、チャー層の中へガス吹き込みが行われる。
【００３９】
又、図１の廃棄物焼却炉の火格子は、廃棄物の移動方向に向かって傾斜して設けられているが、これに限らず水平に設けられていても良いことは言うまでもない。
【００４０】
次に、上記の構成による廃棄物焼却炉の操業方法を説明する。図１に示すように、ホッパ２から燃焼室１内へ廃棄物４０を投入すると共に、各風箱６から燃焼用空気を供給し、火格子上の廃棄物４０を移動させながら乾燥させ、次いで燃焼させる。
【００４１】
又、燃焼ストーカ４と後燃焼ストーカ５の間の段差部の壁に設けられているガス吹き込み口１４から、後述する手段によって、排ガス又は排ガスと空気の混合ガスが後燃焼ストーカ５の上のチャー層上、又はチャー層中へ吹き込まれる。後燃焼ストーカ５においては、チャー燃焼が完了し、灰化された焼却灰は主灰シュート７から排出される。
【００４２】
ガス吹き込み口１４からの排ガス又は排ガスと空気の混合ガスの吹込みにより、チャー燃焼が盛んに行われている後燃焼ストーカ５の上流部においては、チャー層の上に上記吹き込みガスが流れ、チャー層が冷却されると共に還元性に近づいた雰囲気となり、かつ、より燃料過濃な状態に近づけられる。これにより、チャー中の窒素分からのＮＯｘへの転換が抑制される。又、チャー層の中にガス吹き込みが行われた場合には、チャー層全体の温度が低下すると共に還元性に近づいた雰囲気になり、かつ、より燃料過濃な状態に近づけられるので、さらに一層チャー中の窒素分のＮＯｘへの転換が抑制される。
【００４３】
なお、ガス吹き込み口１４からチャー層の上へ排ガス又は排ガスと空気の混合ガスを吹き込む場合には、ガスの吹き込み方向は水平又は斜め下向きであることが好ましい。
【００４４】
又、ガス吹き込み口１４から吹き込む排ガス又は排ガスと空気の混合ガスの酸素濃度は低い方が好ましいが、後燃焼ストーカ５上のチャー燃焼を妨げないことが重要である。チャー燃焼領域の温度が４００℃より低いと、チャー燃焼が進行せず燃え残り量が大きくなるので、チャー燃焼領域の温度が４００℃以上になるように、ガス吹き込み口１４から吹き込む排ガス又は排ガスと空気の混合ガスの酸素濃度と吹き込み量を調整する。例えば排ガス又は排ガスと空気の混合ガスの酸素濃度が１５％程度の場合には、チャー燃焼領域の温度が４００℃以上になるように、吹き込み量を増減して調整する。
【００４５】
また、本発明によれば、燃焼室出口付近の雰囲気温度を低くすることができるので、空間に存在する窒素分からのＮＯｘへの転換（サーマルＮＯｘ）を抑制することができる。
【００４６】
図７はガス吹き込み口に接続されたガス吹き込み手段を示す図である。図７において、１は廃棄物焼却炉の燃焼室、１４は燃焼室の燃焼火格子と後燃焼火格子の間の段差部に設けられたガス吹き込み口、８は二次燃焼室、９は廃熱ボイラ、１０は集塵機、１１は誘引ファン、１２は煙突である。又、４０は廃棄物、４１はチャー灰を示す。
【００４７】
そして、誘引ファン１１の下流側の煙道には排ガス供給配管２０が分岐されており、この配管２０は燃焼室のガス吹き込み口１４に接続されている。このため、配管２０は焼却炉から排出された排ガスの一部が循環する循環路を形成している。配管２０の経路には、集塵処理された排ガスを抜き出してガス吹き込み口１４へ供給する排ガス供給ファン２１が設けられており、排ガス供給ファン２１の吐出側には、排ガスと空気を混合するガス混合器２２が設けられている。ガス混合器２２には空気供給配管２３が接続されており、その出口部に設けられた温度計２４及び酸素濃度計２５の測定値に基づき、必要に応じて空気が供給され、又、その空気供給量が調節される。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、後燃焼火格子上におけるチャー燃焼に伴うチャー中の窒素分からのＮＯｘへの転換を抑制することができ、一層の低ＮＯｘ化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉を示す図である。
【図２】図１におけるガス吹き込み口を示す第１の例を図である。
【図３】図２におけるガス吹き込み口の配置の一例を示す図である。
【図４】図２におけるガス吹き込み口の配置の他の例を示す図である。
【図５】図１におけるガス吹き込み口を示す第２の例を示す図である。
【図６】図５におけるガス吹き込み口の配置の一例を示す図である。
【図７】ガス吹き込み口に接続されたガス吹き込み手段を示す図である。
【図８】従来の廃棄物焼却路を示す図である。
【符号の説明】
１  燃焼室
２  ホッパ
３  乾燥ストーカ
４  燃焼ストーカ
５  後燃焼ストーカ
６  風箱
７  主灰シュート
８  二次燃焼室
９  廃熱ボイラ
１０  集塵機
１１  誘引ファン
１２  煙突
１３  段差部の壁
１４  ガス吹き込み口
１５  ノズル
１６  ヘッダー管
２０  排ガス供給配管
２１  排ガス供給ファン
２２  ガス混合器
２３  空気供給配管
２４  温度計
２５  酸素濃度計
４０  廃棄物
４１  チャー
４２  火炎
【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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【図６】
2004169956.tif 000008
【図７】
2004169956.tif 000009
【図８】
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