(57)【要約】【課題】焼却処理時に発生するダイオキシン類の発生を大幅に抑制でき、困難な焼却運転を全自動化した小型焼却炉を提供する。【解決手段】燃焼室を過給気状態（空気比１．８〜２．０）にし、再燃焼室において排ガス中の未燃ガスを８００℃以上で完全に再燃焼させ、ダイオキシン類を熱分解し発生を抑制するようにし、冷却筒において排ガス温度を８００℃から２００℃以下に急冷させることによりダイオキシン類の再合成を抑制するようにし、また排ガスの再燃焼と冷却を完全なさしめるため、主燃焼室での燃焼量を自動制御するシステムを確立した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみへの着火と排ガスの再燃焼を兼ねさせるように助燃／再燃バーナー（８）を火格子（２）より上方でかつごみ投入口より下部に設置し、また煙道を兼ねる排ガス冷却筒（１３）の入口全面をバーナー火炎が覆い、燃焼室内を燃焼用空気供給調整ダンパ（４）によって空気比１．８〜２．０の過給気状態にすることにより、未燃ガスを８００℃以上でほぼ完全に再燃焼させることができることを特徴とする小型焼却炉。
【請求項２】
前記排ガス冷却筒（１３）内中心に円筒状のエアノズル（１２）を縦置きに設置し、円周方向及び高さ方向に複数の噴射口を並列し設けた前記円筒状のエアノズル（１２）により、該噴射口から放射状に冷却空気を冷却用空気供給ブロア（９）より供給し、かつ排ガス冷却筒（１３）内壁面の前記エアノズル（１２）下段に設置した複数本の冷却筒水噴霧ノズル（１１）より、霧状の水を噴霧させることを特徴とする小型焼却炉。
【請求項３】
燃焼室の温度を測定し、燃焼室の炉壁面中心に２箇所対向させて設置した炉内水噴霧ノズル（６）を介して、炉内温度（７）が８５０℃以上になると前記温度に作動する水噴霧装置により霧状にした水を噴霧させることにより炉内温度を８００℃〜８５０℃に維持させ、また煙突入口温度計（１６）によって燃焼／冷却空気量調整ダンパ（２１）を自動制御し主燃焼室で発生する排ガス量と円筒状のエアーノズル（１２）より噴射される冷却空気量のバランスを制御することを特徴とする小型焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般雑介及び産業廃棄物を焼却する焼却炉において、特に廃プラスチック系のごみを単独で燃焼させたとき、排出される煤煙、臭気及びその他の有害物質を大幅に抑制することができる小型焼却炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の小型焼却炉では、再燃焼室において空気を過給気することをもって燃焼効率を向上させている（例えば、実用新案文献１参照）。また、排ガスを加熱昇温させた後、過給気再燃焼させているものもある（例えば、実用新案文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実用新案公開平７−２７２１号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
実用新案登録第３０７０２５６号公報（第７頁、第６図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の小型焼却炉では、炉内温度が昇温する前、すなわち立上げ時や降温した後、すなわち立下げ時は排ガス温度が再燃焼する温度よりも低いため、いくら空気比を上げ燃焼効率を向上させようとしても、排ガスは燃焼せず、白煙が発生し、環境に悪影響を及ぼしていた。
【０００５】
また、再燃焼温度に昇温させる装置を設け、過給気によって排ガスの燃焼が試みられる炉において、ごみ質が廃プラスチック系のごみが多く含まれている場合、白煙もしくは黒煙を発生することが多く見られた。
【０００６】
さらに、ダイオキシン類は３５０℃前後で再合成するが、排ガス温度を８００℃以上から２００℃以下に急冷却するシステムが確立されている小型焼却炉は少なく、多量のダイオキシン類が発生していた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、燃焼の立上げ・立下げ時においても、排ガスの完全燃焼が行え、また廃プラスチック系のごみ単独の場合でも、自動的に主燃焼室における燃焼量（燃焼速度）を制御し、焼却時に白煙・黒煙・異臭等の発生を大幅に抑制することができ、また排ガス温度を８００℃以上から、２００℃以下に急冷却することにより、ダイオキシン類の発生及び再合成を極力おさえ、その排出を大幅に抑制することができる小型焼却炉を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ごみから発生した排ガスの殆どを火炎に接触させることによって、炉内温度に関係なく、完全に再燃焼させるシステムを確立するものである。
【０００９】
すなわち、主燃焼室で発生した排ガスは、主燃焼室上部の排ガス冷却筒（１３）に向かって上昇し、必ずその入口を通過するが、その入口は燃焼室面に対し絞られた構造となっており、助燃／再燃バーナー（８）の火炎は排ガス冷却筒（１３）入口を完全に網羅する形で発生しており、また燃焼室内は空気比１．８〜２．０の過給気状態にあることから、ごみの燃焼によって発生した排ガスは、炉内温度の高低に関わらず一気に再燃焼温度以上に加熱され、過給気された空気中の酸素と燃焼反応を起し殆どの排ガスが再燃焼され、黒煙・白煙・臭気等が大幅に削減されることを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項２「排ガス冷却筒（１３）内中心に円筒状のエアノズル（１２）を縦置きに設置し、円周方向及び高さ方向に複数の噴射口を並列し設けた前記円筒状のエアノズル（１２）により、該噴射口から放射状に冷却空気を冷却用空気供給ブロア（９）より供給し、かつ排ガス冷却筒（１３）内壁面の前記エアノズル（１２）下段に設置した複数本の冷却筒水噴霧ノズル（１１）より、霧状の水を噴霧させること」で、８００℃以上の排ガスを排ガス冷却筒（１３）において２００℃以下に急冷却させ、ダイオキシン類の再合成を未然に防ぐことを目的としている。
【００１１】
方法としては、小容積で冷却効果を高めるためエアーノズル（１２）より圧力１〜２ＫＰａの空気を常温で噴射し、排ガス温度を５００℃程度まで冷却することができる。
【００１２】
さらに、煙突入口の設けた煙突入口温度計（１６）の測定信号に基づき冷却筒水噴霧ノズル（１１）により冷却水が霧状に噴霧され、水滴の蒸発潜熱・顕熱によって、５００℃程度から２００℃以下に急冷却できることを特徴としている。
【００１３】
請求項３は、請求項１及び請求項２を完全ならしめるために発明した、燃焼室の温度を測定し主燃焼室の燃焼量（燃焼速度）を制御するシステムである。
【００１４】
すなわち、再燃焼の能力は助燃／再燃バーナー（８）の火炎量及び燃焼用空気供給ブロア（５）からの燃焼用空気の供給量によって制限され、冷却能力はエアーノズル（１２）からの排ガス冷却空気の噴射空気量及び冷却筒噴霧ノズル（１１）からの冷却水噴霧量によって制限されるので、主燃焼室においては、再燃焼能力及び排ガス冷却能力に応じた燃焼量（燃焼速度）に制御しないと、結果的に黒煙等の発生、排ガス冷却不足によるダイオキシン類の発生につながってしまう。
【００１５】
そこで、主燃焼室における燃焼量（燃焼速度）を制御するため、炉内水噴霧ノズル（６）を設け、炉内温度が８５０℃以上になると、窒息消火及び燃焼室冷却のための水噴霧を行い、８１０℃で噴霧停止し、その結果８００℃〜８５０℃の燃焼温度に制御できることを特徴としている。
【００１６】
また、燃焼／冷却空気量調整ダンパ（２１）を設け、煙突入口温度計（１６）の出力値から燃焼空気量と冷却空気量のバランスを比例制御することにより排ガスの発生量の抑制と冷却空気の増加量を調節し、煙突入口温度が２００℃以下になるように、自動制御できることを特徴としている。
【００１７】
請求項１で示した再燃焼効率を向上させるために、燃焼室内を過給気状態にしていることから燃焼室内がプラス圧運転になり、排ガスや火炎が炉外へ噴出しないように、図４に示すエアノズル（１２）から噴射される冷却空気を、排ガス冷却筒（１３）内でやや上向きに噴射させることでエジェクター効果をもたせ、燃焼室内をマイナス圧に維持し安定した燃焼を行わせることができる。
【００１８】
燃焼の状態に応じて最適運転を手動操作するのは困難であり、本発明は何人でも簡単な操作でごみの最適焼却を行えるように、立上げ運転（Ｓ１７）・定常運転（Ｓ１８）・立下げ運転（Ｓ１９）・停止（Ｓ２０）の各行程をシーケンス制御によって自動化し、着火釦（３０）を押しごみを投入するだけで、ごみの安定した焼却運転を可能にしている。
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。
【００１９】
本小型焼却炉の構造の概要を図１に示す。本小型焼却炉の特徴は大きく分けて４つの部分より構成されている。１つは焼却炉本体（１）、２つ目にエアーノズル（１２）を筒中心に持つ排ガス冷却筒（１３）、３つ目に有害ガス分解触媒（１４）を含む排ガス冷却筒（１３）上部の煙突（１５）、４つ目に投入装置（２６）である。
【００２０】
次に各部分について説明する。焼却炉本体（１）には、火格子（２）がありその上部が主燃焼となり、火格子（２）より下方を炉下と呼び、そこには灰落しダンパ（３）及び灰出し扉（４３）があり、また火格子（２）と灰落しダンパ（３）の間から燃焼用空気供給ブロア（５）及び燃焼用空気供給調整ダンパ（４）によって調整された燃焼用空気が供給される。
【００２１】
火格子（２）は格子状になっており、灰落しダンパ（３）は材質ＳＳ４００で板厚４．５ｔの平板を使用しており、供給された燃焼用空気が火格子（２）上のごみに均一に供給される構造にしてある。
【００２２】
燃焼用空気供給ブロア（５）は、屋外全閉外扇防滴型を使用し、燃焼用空気供給調整手動ダンパ（４）は、ごみ量及びごみ質に応じ無段階に供給量を調整できる構造を呈している。
【００２３】
焼却炉本体（１）の上部は再燃焼室となっており、火格子（２）から再燃焼室の天井まで距離をＨと規定すると、炉内水噴霧ノズル（６）は火格子（２）より０．５Ｈの高さに設け、さらに炉内温度を測定する炉内温度計（７）は火格子（２）から０．５５Ｈの位置に設置されており、炉内温度が８５０℃で炉内水噴霧ノズルが開き、８１０℃まで低下すると閉じ、主燃焼室での燃焼速度を調整している。
【００２４】
火格子（２）より０．７Ｈの位置に助燃／再燃バーナー（８）が設置されており焼却炉本体（１）上部の排ガス冷却筒開口部の全面を覆う形で火炎が形成され、再燃焼室上部の開口部を通過する排ガスの殆どが火炎に接触するので、排ガスの再燃焼はほぼ完全に行われる。
【００２５】
排ガス冷却筒（１３）は、焼却炉本体（１）上部に設置されている。エアノズル（１２）は排ガス冷却筒（１３）の筒内中心にエアノズル固定冶具（１８）によって固定され、エアノズル（１２）の最下段の穿孔と２段目の穿孔の間の高さで排ガス冷却筒（１３）外面に設置された複数本の冷却筒水噴霧ノズル（１１）によって、筒内に冷却水が噴霧される。
【００２６】
煙突（１５）は、排ガス冷却筒（１３）の上部に設置され、有害ガス分解触媒（１４）及び煙突入口温度計（１６）が煙突（１５）内に設置され、上部開口より排ガスは系外へ排出される。
【００２７】
煙突入口温度計（１６）の測定結果に基づいて冷却筒水噴霧ノズル（１１）をＯＮ／ＯＦＦ制御し、同時に燃焼／冷却空気量調整ダンパ（２１）を比例制御することによって、燃焼室からの排ガス量の調整と排ガス冷却筒（１３）での冷却能力を自動制御し２００℃以下の排ガスを煙突出口から放出する。
【００２８】
エアノズル支持配管（１０）及びエアーノズル（１２）の材質は、耐熱・耐食性の高いステンレス鋼ＳＵＳ３１６ＬもしくはＳＵＳ３１０Ｓを使用している。
【００２９】
エアノズル（１２）は、配管径Ｄを冷却用空気供給ブロア（９）のエア供給口径と同径とし、エアノズル（１２）には穿孔（１２１，１２２）を設け穿孔の直径ｄは約１／１０・Ｄとするが、これはベルヌーイの定理、ダルシーワイズバッハの式及び実験結果より導かれた。
【００３０】
エアノズル（１２）に設けられた複数の穿孔（１２１、１２２）はすべて同径とし、冷却空気の噴射量が上方に行くにしたがって徐々に増加する構造とする。
【００３１】
エアーノズル（１２）は、傾斜角度αを約１５°の角度で上向きに噴射することによりエジェクター効果をもたせた。また穿孔（１２１）と穿孔（１２２）の距離は３×ｄ、穿孔（１２１）から穿孔（１２２）間は５×ｌ、各列毎の穿孔の数は１２個とし、各列間は１５°ずつずらすことによって、冷却効果の高いノズルの構造とすることができる。
【００３２】
エアノズル（１２）及びエアノズル支持配管（１０）への空気供給配管を図２に示す。
【００３３】
ベルヌーイの定理、ダルシーワイズバッハの式及び実験結果より、エアノズル（１２）の冷却能力及びエジェクタ効果を最大限に発揮させるために、エルボ２（２０）は、９０°ロングエルボを使用し、エルボ１（１９）は４５°エルボ、継手（１７）は４５°片Ｙ型継手を用い、各配管の径はエアノズル（１２）と同径とする。
【００３４】
焼却炉本体（１）及び排ガス冷却筒（１３）は、内部をそれぞれ１００ｍ／ｍ、５０ｍ／ｍの厚さで耐火セメントで重設し、耐火構造としている。
【００３５】
投入装置（２６）は、投入扉（２２）と断熱扉（２３）の間に投入シュート（２４）を設け、投入するごみを一時的にストックできる二重扉構造となっており、ごみ投入の際は断熱扉（２３）が閉の状態で、投入シュート（２４）内にごみを投入し終えると投入扉が閉となり、次いで前記断熱扉（２３）が開き炉内にごみが投入され、外気と燃焼室が遮断された状態を保持できる。
【００３６】
図７に自動運転フローシート、図８に制御盤姿図を示し、この２つの図によって本小型焼却炉の運転手順及び制御内容を説明する。
【００３７】
制御盤（２７）への供給電源はＡＣ１００Ｖである。
【００３８】
図８に示す制御盤（２７）の自動／手動切替ＳＷ（２８）を自動側にセレクトし、助燃／再燃バーナー着火釦（３０）をＯＮすると、図７に示す自動運転フローチャートの流れで運転がスタートする。
【００３９】
助燃／再燃バーナー着火ＯＮ（Ｓ１）後、助燃／再燃バーナー（８）が着火し、冷却用空気供給ブロア（９）が起動して送風が始まる。
【００４０】
徐々に炉内温度が昇温され、炉内に設けた炉内温度計（７）で温度を連続的に測定し、５００℃指示（Ｓ３）すると該温度がごみ投入ランプ点灯信号へ送られ、ごみ投入ランプ点灯信号（Ｓ４）によって、ごみ投入ランプ（２９）が点灯する。
【００４１】
運転者はランプ点灯目視確認後、人力でごみを投入装置（２６）により投入し、同時に燃焼用空気供給ブロアＯＮ信号（Ｓ５）により、燃焼用空気供給ブロア（５）が起動し、燃焼がスタートする。
【００４２】
以上が立上げ運転行程（Ｓ１７）である。
【００４３】
次に、定常運転行程（Ｓ１８）を示す。
【００４４】
着火されたごみの燃焼によって、炉内温度計（７）及び煙突入口温度計（１６）は徐々に昇温され、煙突入口温度計（１６）の温度が２００℃以下になるよう、煙突入口排ガス温度制御運転（Ｓ１０）を冷却筒水噴霧ノズルＯＮ／ＯＦＦ制御・燃焼／冷却空気量調整ダンパ比例制御（Ｓ７）によって行い、炉内温度を８００℃〜８５０℃に維持し、燃焼量（燃焼速度）を制御するために、炉内温度制御運転（Ｓ１１）を炉内水噴霧ノズルＯＮ／ＯＦＦ制御（Ｓ９）及び助燃／再燃バーナーパージＯＮ／ＯＦＦ制御（Ｓ８）によって行う。
【００４５】
この定常運転時の（Ｓ１０）及び（Ｓ１１）のフィードバック制御によって、炉内にごみを入れ過ぎた場合や少ない場合も、ごみの安定燃焼・安定冷却運転、すなわち請求項２及び請求項３が実現できる。
【００４６】
次に立下げ運転行程（Ｓ１９）を記す。
【００４７】
炉内に燃焼するごみが無くなってくると、炉内温度（７）は５００℃以下に降温してくるが、５００℃以下が５分程度続くと、バーナー火炎による輻射熱及び燃焼用空気によってごみの一次燃焼は殆ど完了し、排ガスの発生が無くなり、白煙等の発生も無くなる。
【００４８】
その後停止行程（Ｓ２０）に入り、タイマー制御（Ｓ１２）によって、助燃／再燃バーナーＯＦＦ信号（Ｓ１３）、燃焼用空気供給ブロアＯＦＦ信号（Ｓ１４）、冷却用空気供給ブロアＯＦＦ信号により、各機器は停止し燃焼が終了する。
【００４９】
手動運転を行う際は、制御盤（２７）の自動／手動切替ＳＷ（２８）を手動にセレクトし、押釦ＳＷ（３０）〜（４０）を運転状態に合わせて操作する。
【００５０】
緊急事態発生時は、自動または手動運転に関わらず、緊急停止釦（４２）を押す。
【００５１】
【実施例】
本小型焼却炉において、タイヤ（約６ｋｇ）を単独で燃焼させたところ、１時間で２本焼却処理することができ、煙突から排出される排ガスは無煙・無臭であった。
【００５２】
【発明の効果】
従来の小型焼却炉においては、廃プラスチック系のごみ（タイヤ等）を単独で燃焼させると、黒煙・異臭等が発生していたが、ごみへの着火と排ガスの再燃焼を兼ねさせるように助燃／再燃バーナー（８）を火格子（２）より上方でかつごみ投入口より下部に設置し、また煙道を兼ねる排ガス冷却筒（１３）の入口全面をバーナー火炎が覆い、燃焼室内を燃焼用空気供給調整ダンパ（４）によって空気比１．８〜２．０の過給気状態にすることにより、未燃ガスを８００℃以上でほぼ完全に再燃焼させることができ、また排ガス冷却筒（１３）内中心に円筒状のエアノズル（１２）を縦置きに設置し、円周方向及び高さ方向に複数の噴射口を並列し設けた前記円筒状のエアノズル（１２）により、該噴射口から放射状に冷却空気を冷却用空気供給ブロア（９）より供給し、かつ排ガス冷却筒（１３）内壁面の前記エアノズル（１２）下段に設置した複数本の冷却筒水噴霧ノズル（１１）より、霧状の水を噴霧させることによって排ガスを８００℃以上から２００℃以下に急冷却させ、なおかつ燃焼室の温度を測定し、燃焼室の炉壁面中心に２箇所対向させて設置した炉内水噴霧ノズル（６）を介して、炉内温度（７）が８５０℃以上になると前記温度に作動する水噴霧装置により霧状にした水を噴霧させることにより炉内温度を８００℃〜８５０℃に維持させ、また煙突入口温度計（１６）によって燃焼／冷却空気量調整ダンパ（２１）を自動制御し主燃焼室で発生する排ガス量と円筒状のエアーノズル（１２）より噴射される冷却空気量のバランスを制御することにより、無煙無臭及び大幅なダイオキシン類発生抑制運転を可能にすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】小型焼却炉の外観及び構造を示した側面図である。
【図２】小型焼却炉の配管経路を示した平面図である。
【図３】小型焼却炉の各制御系統を示した正面図である。
【図４】小型焼却炉のエアノズルの構造を示した詳細図である。
【図５】図４におけるエアノズルのＡ−Ａ断面図である。
【図６】ａは図４におけるエアノズルのＢ−Ｂ断面図である。ｂは図４におけるエアノズルのＣ−Ｃ断面図である。
【図７】小型焼却炉の自動運転フローを示したフローチャートである。
【図８】小型焼却炉の制御盤姿図である。
【符号の説明】
１  焼却炉本体
２  火格子
３  灰落しダンパ
４  燃焼用空気供給調整ダンパ
５  燃焼用空気供給ブロア
６  炉内水噴霧ノズル
７  炉内温度計
８  助燃／再燃バーナー
９  冷却用空気供給ブロア
１０  エアノズル支持配管
１１  冷却筒水噴霧ノズル
１２  エアーノズル
１２１  穿孔（上段）
１２２  穿孔（下段）
１３  排ガス冷却筒
１４  有害ガス分解触媒
１５  煙突
１６  煙突入口温度計
１７  継手
１８  エアノズル固定冶具
１９  エルボ１
２０  エルボ２
２１  燃焼／冷却空気量調整ダンパ
２２  投入扉
２３  断熱扉
２４  投入シュート
２５  断熱扉開閉ロッド
２６  投入装置
２７  制御盤
２８  自動／手動切替ＳＷ
２９  ごみ投入ランプ
３０  助燃／再燃バーナー着火釦
３１  助燃／再燃バーナー消火釦
３２  助燃／再燃バーナーパージ釦
３３  燃焼用空気供給ブロアＯＮ釦
３４  燃焼用空気供給ブロアＯＦＦ釦
３５  冷却用空気供給ブロアＯＮ釦
３６  冷却用空気供給ブロアＯＦＦ釦
３７  炉内水噴霧ノズルＯＮ釦
３８  炉内水噴霧ノズルＯＦＦ釦
３９  冷却筒水噴霧ノズルＯＮ釦
４０  冷却筒水噴霧ノズルＯＦＦ釦
４１  温度調節計
４２  緊急停止釦
４３  灰出し扉
【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】
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【図７】
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【図８】
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