(57)【要約】【課題】焼却灰を処理するための溶融炉を用いることなく、焼却炉内で焼却灰に含まれるハロゲン系物質、例えばダイオキシン類や、重金属類などの有害物質の無害化を行うことができる焼却炉を提供する。【解決手段】燃焼室１が入側から順に廃棄物の乾燥帯１１ａ、燃焼帯１１ｂ及び後燃焼帯１１ｃを備えた焼却炉において、燃焼室１内に、乾燥帯１１ａで発生した未燃ガスが燃焼帯１１ｂで発生した燃焼ガスと後燃焼帯１１ｃの上方空間で混合するように中間天井８を設ける。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室が入側から順に廃棄物の乾燥帯、燃焼帯及び後燃焼帯を備えた焼却炉において、
燃焼室内に、乾燥帯で発生した未燃ガスが燃焼帯で発生した燃焼ガスと後燃焼帯の上方空間で混合するように中間天井を設けたことを特徴とする焼却炉。
【請求項２】
中間天井を、その燃焼室出口側の端部が、燃焼帯の終端部又はその近傍の上方に位置するように設け、
燃焼室に連設されるボイラのボイラノーズ下端部を後燃焼帯終端部又はその近傍の上方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の焼却炉。
【請求項３】
後燃焼帯をキルン炉により構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焼却炉。
【請求項４】
後燃焼帯に火格子を備えた焼却炉であって、
前記火格子の上流側と下流側に供給する燃焼用空気量を各々調整可能とした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焼却炉。
【請求項５】
後燃焼帯を直列した２台のキルン炉により構成し、
少なくとも燃焼室出口側に設けたキルン炉に供給する燃焼用空気量を調整可能としたことを特徴とする請求項３に記載の焼却炉。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載のいずれかの焼却炉の運転方法であって、
後燃焼帯上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とすることを特徴とする焼却炉の運転方法。
【請求項７】
請求項４又は請求項５に記載の焼却炉の運転方法であって、
後燃焼帯の上流側上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とし、
後燃焼帯の下流側上方のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％とすることを特徴とする焼却炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉における焼却灰の無害化が可能な焼却炉及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ、下水汚泥、し尿汚泥、可燃性産業廃棄物等（以下、総称して「廃棄物」という。）を焼却炉で焼却処分する場合、焼却炉から排出された焼却灰は従来埋め立て処分されていた。しかし、この埋め立て処分された焼却灰に含まれるハロゲン系物質、例えばダイオキシン類や、重金属類などの有害物質による土壌汚染や地下水の汚染等の環境に与える影響が大きな社会問題となっている。
【０００３】
このような問題に対して、溶融炉を用いて、一旦焼却炉から排出された焼却灰を無害化・減容化処理する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一旦焼却炉から排出された焼却灰を溶融炉で処理する場合、一度常温まで温度が低下した焼却灰を再度加熱する必要があり、熱的な損失の問題があった。また、焼却灰を処理するための溶融炉を別に設置しなければならず、設備費や運転費が嵩むという問題もあった。
【０００５】
本発明はこれらの問題点を解決し、焼却灰を処理するための溶融炉を用いることなく、焼却炉内で焼却灰に含まれるハロゲン系物質、例えばダイオキシン類や、重金属類などの有害物質の無害化を行うことができる焼却炉及び焼却炉の運転方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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。
【０００７】
請求項１の発明は、燃焼室が入側から順に廃棄物の乾燥帯、燃焼帯及び後燃焼帯を備えた焼却炉において、燃焼室内に、乾燥帯で発生した未燃ガスが燃焼帯で発生した燃焼ガスと後燃焼帯の上方空間で混合するように中間天井を設けたことを特徴とする焼却炉である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、中間天井を、その燃焼室出口側の端部が、燃焼帯の終端部又はその近傍の上方に位置するように設け、燃焼室に連設されるボイラのボイラノーズ下端部を後燃焼帯終端部又はその近傍の上方に設けたことを特徴とする焼却炉である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、後燃焼帯をキルン炉により構成したことを特徴とする焼却炉である。
【００１０】
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、後燃焼帯に火格子を備えた焼却炉であって、前記火格子の上流側と下流側に供給する燃焼用空気量を各々調整可能とした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焼却炉である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項３において、後燃焼帯を直列した２台のキルン炉により構成し、少なくとも燃焼室出口側に設けたキルン炉に供給する燃焼用空気量を調整可能としたことを特徴とする焼却炉である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５に記載のいずれかの焼却炉の運転方法であって、後燃焼帯上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とすることを特徴とする焼却炉の運転方法である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項４又は請求項５に記載の焼却炉の運転方法であって、　後燃焼帯の上流側上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とし、後燃焼帯の下流側上方のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％とすることを特徴とする焼却炉の運転方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る焼却炉の一実施形態を示す概略側断面図であり、火格子式のニ回流炉を表す。
【００１５】
図１に示す焼却炉は、燃焼室１と、この燃焼室１の上流側（図１の左側）に配置された廃棄物７を燃焼室１内に投入するためのホッパ２と、ホッパ２と反対側の燃焼室１下流側の下方に設けられた燃焼後の灰を炉外に排出するための主灰シュート１２と、ホッパ２と反対側の燃焼室１下流側の上方に設けられた燃焼室出口１ａに連設されるボイラ３とを有する。
【００１６】
前記燃焼室１の底部には廃棄物７を移動させながら燃焼させる火格子１１が備えられ、この火格子１１は、入側（上流側）から順に乾燥帯１１ａ、燃焼帯１１ｂ、後燃焼帯１１ｃを構成する。
【００１７】
前記各火格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃの下方には、それぞれ燃焼室１内に燃焼用１次空気を供給するための１次空気供給管４が接続された風箱５が設けられている。また、燃焼室１内の乾燥帯１１ａ、燃焼帯１１ｂの上方領域に燃焼用２次空気及び再循環させた排ガスを供給するための２次空気供給管３０及び再循環排ガス供給管３１が設けられている。さらに、燃焼室出口１ａ近傍には、ボイラ３内で排出ガスを完全燃焼させるための燃焼用３次空気を供給する３次空気供給管３２を設けてもよい。なお、前記風箱５及び燃焼用１次空気を供給するための１次空気供給管４、燃焼用２次空気を供給するための２次空気供給管３０、再循環させた排ガスを供給するための再循環排ガス供給管３１、燃焼用３次空気を供給するための３次空気供給管３２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。
【００１８】
さらに、前記燃焼室１内には、中間天井８が設けられ、乾燥帯１１ａで発生した未燃ガスと燃焼帯１１ｂで発生した燃焼ガスを一旦分離した後、この中間天井８の後方で再合流させ、中間天井８の後方領域でのガスの混合・攪拌がより効果的に行われるように構成されている。
【００１９】
このような焼却炉において、本発明は、前記中間天井８を、乾燥帯１１ａで発生した未燃ガスが燃焼帯１１ｂで発生した燃焼ガスと後燃焼帯１１ｃの上方空間で混合するように設けたものである。後燃焼帯１１ｃの上方空間で前記未燃ガスと燃焼ガスを混合させ、この後燃焼帯１１ｃの上方空間を未燃ガスの再燃焼を行う再燃焼領域とする。この再燃焼により発生した熱により後燃焼帯１１ｃ上の焼却主灰を加熱処理し、焼却主灰に含まれるハロゲン系物質、例えばダイオキシン類や、重金属類などの有害物質の無害化を行うものである。
【００２０】
後燃焼帯１１ｃの上方空間を再燃焼領域とするための炉構造としては、例えば、中間天井８を、中間天井８の燃焼室出口側の端部Ａが、燃焼帯１１ｂの終端部Ｂ又はその近傍の上方に位置するように設け、燃焼室１に連設されるボイラ３のボイラノーズ下端部Ｃを後燃焼帯１１ｃ終端部Ｄ又はその近傍の上方に設けることにより達成される。ここで、前記ボイラノーズ下端部Ｃは、燃焼室１とボイラ３との接続部分の燃焼室１内上流側の部分、別の言い方をすれば、燃焼室１内のガスがボイラ３に流れ込む際のガスの立ち上がる起点を指す。
【００２１】
また、前記焼却炉の運転方法としては、後燃焼帯１１ｃ上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
【００２２】
後燃焼帯１１ｃ上方のガス温度を１０００℃以上とすることにより、焼却主灰中に含まれる重金属及び重金属の化合物が揮発し、また、ダイオキシン類が分解する。１２００℃より高温では、灰やダストの融着固化が生じクリンカなどが生成し問題となる場合がある。具体的には、後燃焼帯１１ｃ上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすることにより、後燃焼帯１１ｃ上の焼却主灰が加熱され、焼却主灰の温度が８００℃以上でダイオキシン類が分解し、水銀（沸点３５７℃）、カドミウム（沸点７６６℃）、亜鉛（沸点９０３℃）、砒素（昇華点６１６℃）の重金属類については焼却主灰中から揮発することによって焼却主灰の無害化が行われる。
【００２３】
さらに、鉛については、乾燥帯で発生した未燃ガスに含まれるＨＣｌが鉛と反応することで塩化鉛（沸点９５４℃）を生成し、ガス中の酸素濃度を５ｖｏｌ％以下の還元性の雰囲気とすることにより塩化鉛が焼却主灰中から揮発することで焼却主灰の無害化が行われる。
【００２４】
ここで、前記後燃焼帯１１ｃ上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下にするための方法としては、例えば、乾燥帯、燃焼帯に供給する１次空気、２次空気の供給量を調節することにより行うことができる。また、必要によっては再循環した排ガスの供給量を調整して行ってもよい。
【００２５】
また、前記後燃焼帯１１ｃ上方のガス温度を調整する手段として、後燃焼帯近傍の炉壁にバーナー等を設置して前記後燃焼帯１１ｃ上方のガス温度の調整を行っても良い。
【００２６】
図２は、本発明に係る焼却炉の他の実施形態を示したもので、上述の図１に示す実施形態における焼却炉の後燃焼帯１１ｃをキルン炉２０により構成したものである。なお、図２の焼却炉において、前記キルン炉２０の部分を除き他の部分は図１の焼却炉と同様であるため、同一の番号を付して説明を省略する。
【００２７】
本実施形態においては、後燃焼帯をキルン炉２０で構成したことにより、前記キルン炉２０内が再燃焼領域となる。つまり、中間天井８の上方を通過する乾燥帯１１ａで発生した未燃ガスと、前記中間天井８の下方を通過する燃焼帯１１ｂで発生した燃焼ガスがキルン炉２０内で混合・攪拌され再燃焼が行われる。ここで、キルン炉２０内のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とすることにより、図１の実施形態の場合と同様に燃焼帯１１ｂからキルン炉２０内に搬入された焼却主灰の無害化処理が行われる。
【００２８】
なお、前記キルン炉２０においては、キルン炉の回転速度を変化させることで、キルン炉２０内での焼却主灰の滞留時間、搬送時間を制御して焼却主灰の無害化処理が効果的に行われる。
【００２９】
ここで、前記キルン炉２０内のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下にするための方法としては、例えば、乾燥帯、燃焼帯に供給する１次空気、２次空気の供給量を調節することにより行うことができる。また、必要によっては再循環した排ガスの供給量を調整して行ってもよい。
【００３０】
図３は、本発明に係る焼却炉の他の実施形態を示したもので、上述の図１に示す実施形態において、焼却炉の後燃焼帯１１ｃにおける火格子の上流側と下流側に供給する燃焼用１次空気量を別々に調整可能としたものである。これは、図３に示すように、例えば、後燃焼帯１１ｃの下方に設けた風箱５ｃを、後燃焼帯１１ｃの上流側と下流側とに２分割（５ｃ１，５ｃ２）し、それぞれに燃焼用１次空気を供給する１次空気供給管４ｃ１，４ｃ２を設け、この１次空気供給管４ｃ１及び４ｃ２から供給する燃焼用１次空気をそれぞれに設けた流量調整バルブ等により調整することにより達成される。ここで、前記上流側の風箱５ｃ１に対応する後燃焼帯の部分を１１ｃ１、前記下流側の風箱５ｃ２に対応する後燃焼帯の部分を１１ｃ２とする。
【００３１】
さらに、再循環排ガス供給管３１及び／又は３次空気供給管３２を分岐して、後燃焼帯１１ｃ下流側（１１ｃ２）上部領域に再循環排ガス及び／又は３次空気を供給できる構成としている。
【００３２】
このような焼却炉の運転方法としては、後燃焼帯の上流側１１ｃ１上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とし、後燃焼帯の下流側１１ｃ２上方のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％とすることが好ましい。後燃焼帯の上流側１１ｃ１のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすることにより、前述したように後燃焼帯の上流側１１ｃ１上の焼却主灰が加熱され、焼却主灰の温度が８００℃以上でダイオキシン類が分解され、水銀（沸点３５７℃）、カドミウム（沸点７６６℃）、亜鉛（沸点９０３℃）、砒素（昇華点６１６℃）の重金属類については焼却主灰中から揮発することによって焼却主灰の無害化が行われる。また、鉛については、乾燥帯で発生した未燃ガスに含まれるＨＣｌが鉛と反応することで塩化鉛（沸点９５４℃）を生成し、ガス中の酸素濃度を５ｖｏｌ％以下の還元性の雰囲気とすることにより塩化鉛が焼却主灰中から揮発することで焼却主灰の無害化が行われる。
【００３３】
さらに、後燃焼帯の下流側１１ｃ２上方のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％の酸化雰囲気とすることで、前記上流側１１ｃ１での処理の後焼却主灰中に残存する鉛をＰｂＯ，ＰｂＯ２に酸化し、焼却主灰中に固定することで、焼却主灰中からの鉛の溶出を防止する。これにより、焼却主灰中の無害化をより効果的に行うことが可能となる。
【００３４】
ここで、後燃焼帯の上流側１１ｃ１上方のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下の還元性雰囲気にするための方法としては、例えば、乾燥帯、燃焼帯に供給する１次空気、２次空気の供給量を調節することにより行うことができる。また、必要によっては再循環した排ガスの供給量を調整して行ってもよい。
【００３５】
さらに、後燃焼帯の下流側１１ｃ２上方のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％の酸化雰囲気にするための方法としては、再循環排ガス及び／又は３次空気の供給量を調節することにより行うことができる。
【００３６】
図４は、本発明に係る焼却炉の他の実施形態を示したもので、上述の図２に示す実施形態において、焼却炉の後燃焼帯を構成するキルン炉２０を直列した２台のキルン炉２０ａ，２０ｂにより構成したものである。ここで、再循環排ガス供給管３１及び／又は３次空気供給管３２を分岐して、前記キルン炉２０ｂ内に再循環排ガス及び／又は３次空気を供給できる構成としている。
【００３７】
このような焼却炉の運転方法としては、キルン炉２０ａ内のガス温度を１０００℃〜１２００℃、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とし、キルン炉２０ｂ内のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％とすることが好ましい。図３に示した実施形態の場合と同様に、キルン炉２０ａ内のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすることにより、キルン炉２０ａ内の焼却主灰が加熱され、焼却主灰の温度が８００℃以上でダイオキシン類が分解され、水銀（沸点３５７℃）、カドミウム（沸点７６６℃）、亜鉛（沸点９０３℃）、砒素（昇華点６１６℃）の重金属類については焼却主灰中から揮発することによって焼却主灰の無害化が行われる。また、鉛については、乾燥帯で発生した未燃ガスに含まれるＨＣｌが鉛と反応することで塩化鉛（沸点９５４℃）を生成し、ガス中の酸素濃度を５ｖｏｌ％以下の還元性の雰囲気とすることにより塩化鉛が焼却主灰中から揮発することで焼却主灰の無害化が行われる。
【００３８】
さらに、キルン炉２０ｂ内のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％の酸化雰囲気とすることで、前記キルン炉２０ａでの処理の後焼却主灰中に残存する鉛をＰｂＯ，ＰｂＯ２に酸化し、焼却主灰中に固定することで、焼却主灰中からの鉛の溶出を防止する。これにより、焼却主灰中の無害化をより効果的に行うことが可能となる。
【００３９】
ここで、前記キルン炉２０ａ内のガス温度を１０００℃〜１２００℃にすると共に、酸素濃度を５ｖｏｌ％以下にするための方法としては、例えば、乾燥帯、燃焼帯に供給する１次空気、２次空気の供給量を調節することにより行うことができる。また、必要によっては再循環した排ガスの供給量を調整して行ってもよい。
【００４０】
さらに、前記キルン炉２０ｂ内のガス温度を８００℃〜１０００℃、酸素濃度を８〜１３ｖｏｌ％の酸化雰囲気にするための方法としては、キルン炉２０ｂ内に供給する再循環排ガス及び／又は３次空気の供給量を調節することにより行うことができる。
【００４１】
なお、上述の図１〜図４に示した焼却炉においては、後燃焼帯の下流側、例えばボイラ３内の燃焼室１との接続部近傍領域で燃焼室１からの排出ガスを完全燃焼させることが好ましい。この場合、前記ボイラ３内の燃焼室１との接続部近傍領域周辺のボイラ壁から燃焼用の空気を吹き込むようにしても良く、さらに、燃焼室１内の乾燥帯１１ａで発生した未燃ガスの一部を抜き出して前記領域周辺のボイラ壁から吹き込むようにしても良い。この場合、前記未燃ガスは、例えば、燃焼室１内に設けられた中間天井８の上方の炉壁にガス取り出し口を設け、そこに接続したバイパス管の他端を前記ボイラ３内の燃焼室１との接続部近傍領域周辺のボイラ壁に接続するようにしても良い。
【００４２】
前記ボイラ３内の燃焼室１との接続部近傍領域で燃焼室１からの排出ガスを完全燃焼させることにより、排ガス中に含まれるダイオキシン類やその前駆体の発生、及び、ＣＯ，ＮＯｘの発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、焼却灰を処理するための溶融炉を用いることなく、焼却炉内で焼却灰に含まれるハロゲン系物質、例えばダイオキシン類や、重金属類などの有害物質の無害化を行うことができる焼却灰の無害化方法及び焼却炉が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る焼却炉の実施形態の一例を示す概略側断面図である。
【図２】本発明に係る焼却炉の他の実施形態の一例を示す概略側断面図である。
【図３】本発明に係る焼却炉の他の実施形態の一例を示す概略側断面図である。
【図４】本発明に係る焼却炉の他の実施形態の一例を示す概略側断面図である。
【符号の説明】
１　燃焼室
１ａ　燃焼室出口
２　ホッパ
３　ボイラ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ　１次空気供給管
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ　風箱
７　廃棄物
８　中間天井
１１ａ　乾燥帯
１１ｂ　燃焼帯
１１ｃ　後燃焼帯
２０，２０ａ，２０ｂ　キルン炉
３０　２次空気供給管
３１　再循環排ガス供給管
３２　３次空気供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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