(57)【要約】【課題】  炉内に高温ガスを吹き込む場合でも、局所高温が発生したり、炉内壁にダストが付着することが少ない廃棄物焼却炉を提供する。【解決手段】  ガス混合装置２４には、バーナ燃焼ガス等の高温燃焼ガスが、高温燃焼ガス調節弁２６を介して導入されていると共に、空気が空気調節弁２７を介して導入されている。ガス混合装置２４は、高温燃焼ガスと空気を混合し、高温排ガスを発生させる。この高温排ガスは、主燃焼室１内に吹き込まれる。ガス混合装置２４を出た高温排ガスは、ロータリーバルブ２５を介して主燃焼室１に吹き込まれる。ロータリーバルブ２５のロータの回転に伴い、高温排ガスの流量に脈動が発生する。これにより、主燃焼室１に吹き込まれた高温排ガスと周囲ガスとの混合が促進され、局所高温の発生が回避される。よって、炉の耐火物を損傷する可能性が低くなると共に、ＣＯ、ダイオキシン類排出の排出が抑制され、かつ、低ＮＯｘ化を図ることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温空気又は高温排ガスの少なくとも一方を、炉内に吹き込む機能を有する廃棄物焼却炉であって、前記高温空気又は高温排ガスが、脈動を伴って吹き込まれるようにされていることを特徴とする廃棄物焼却炉。
【請求項２】
高温空気又は高温排ガスの少なくとも一方を、炉に付属する灰熱処理炉又は灰溶融炉に吹き込む機能を有する廃棄物焼却炉であって、前記高温空気又は高温排ガスが、脈動を伴って吹き込まれるようにされていることを特徴とする廃棄物焼却炉。
【請求項３】
前記高温空気又は高温排ガスの脈動が、ロータリーバルブによって発生するようにされてい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。
【請求項４】
前記高温排ガスの脈動が、前記高温排ガスをパルスバーナでの燃焼で発生させることにより発生するようにされてい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。
【請求項５】
前記高温空気又は高温排ガスの脈動が、これらの気体を、１／４波長管を通過させることにより発生するようにされてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉、及び排熱処理炉又は灰溶融炉を付属物として有する廃棄物焼却炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
灰溶融炉付廃棄物焼却炉においては、廃棄物が廃棄物焼却炉本体内で焼却され、残った灰が、灰溶融炉で溶融されて排出されるようになっている。このような廃棄物焼却炉は、例えば特開２０００−１９９６１９号公報（特許文献１）に記載されている。その概要を図５に示す。ホッパ４１に装入されたごみ４２は、主燃焼室４３で火格子下からの熱風又は主燃焼室４３内に設置された助燃バーナ（図示せず）により着火し燃焼する。燃焼により生成された焼却灰４４は、先細煙道４５を通過し、溶融不適物検出・除去部４６に入る。溶融不適物検出・除去部４６には、溶融不適物の検出器と、検出された溶融不適物を炉外に排出する装置が設けられている。溶融不適物を除去された焼却灰４４は、格子４７を通って落下し、灰溶融炉４８で溶融されて溶融スラグ４９となり、スラグコンベア５０上に落下して、スラグ溜め５１に溜められる。スラグコンベア５０とスラグ溜め５１を設けず、溶融スラグを水中に落下させ、水砕スラグとすることもできる。
【０００３】
灰溶融炉４８内には、ガス吹出し口６０が設けられ、Ａ−Ａ’断面図に示されるように、このガス吹出し口６０からは、廃棄物焼却炉内で発生した可燃性ガス（焼却炉内未燃ガス）と高温空気の混合気体が、高速で炉内に吹き込まれている。この高温混合気体の吹き込み方向は、Ａ−Ａ’断面図に見られるように灰溶融炉４８の内壁の接線方向とされているので、吹き込まれた高温混合気体により、灰溶融炉４８内で図示されているように旋回火炎又は管状火炎が生成される。
【０００４】
よって、これらの火炎からの輻射又は直接伝熱により炉の内壁がほぼ均一に加熱される。従って、ダストやスラグの部分固化、あるいは内壁の過熱による焼損トラブルが抑制される。
【０００５】
主燃焼室４３内には、中間天井５６が設けられており、これにより排ガスの流れが図の矢印のように２つに分けられる。そして、中間天井５６の上部を通過する排ガスは未燃ガスを多く含み、中間天井５６の下部を通過する排ガスは未反応酸素を多く含んでおり、しかもこれらの組成は比較的安定している。
【０００６】
中間天井５６を迂回した排ガスの大部分は、二次燃焼室５７に導かれ、ここで、炉内攪拌気体の出口５９から吹出される攪拌気体により攪拌されて旋回流となり、二次燃焼を効率的に行う。そして、排熱ボイラ５８により熱交換を行った後、その大部分は除塵器５３及び排ガス処理装置に送られ、ダストや有害物質を除去された後に煙突から大気中に放散される。
【０００７】
灰溶融炉４８に吹込まれる高温空気は、図示されていない高温空気発生装置により空気を加熱して製造される。一般的には、燃料を燃焼させ、その熱により空気を加熱する。
【０００８】
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、主燃焼室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。
【０００９】
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２）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。
【００１０】
また、特開平１１−２２３３２３号公報（特許文献３）には、蓄熱式バーナで発生させた高温気体を、800℃以上の温度で炉内に吹き込む方法が開示されている。これらの技術は、いずれも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。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１９９６１９号公報
【特許文献２】特開平１１−２１１０４４号公報
【特許文献３】特開平１１−２２３３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、場合によっては、炉内への過大な高温ガスの吹き込みによって、局所高温部が発生し、耐火物の損傷をもたらしたり、ＮＯｘガスの発生量が増加したりする可能性がある。又、炉内雰囲気が1000℃を超えるような場合には、炉内壁にダストが付着しやすくなり、ダスト除去のためにメンテナンスを頻繁に行わなければならないという問題点がある。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、炉内に高温ガスを吹き込む場合でも、局所高温が発生したり、炉内壁にダストが付着することが少ない廃棄物焼却炉を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための第１の手段は、高温空気又は高温排ガスの少なくとも一方を、炉内に吹き込む機能を有する廃棄物焼却炉であって、前記高温空気又は高温排ガスが、脈動を伴って吹き込まれるようにされていることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項１）である。
【００１５】
本手段においては、高温空気又は高温排ガスが、脈動を伴って吹き込まれるようにされているので、周囲ガスとの混合が促進され、局所高温領域の発生が防止されて、炉壁を損傷する可能性が少なくなると共に、ＣＯやダイオキシン類の排出、ＮＯｘガスの排出を抑制することが可能となる。なお、本明細書及び請求の範囲で「高温排ガス」と言うのは、燃焼排ガスであって、まだ酸化剤として働くだけの酸素が残留しているもの、又は燃焼排ガスと空気、酸素の混合気体であって、酸化剤として働くだけの酸素が含まれているものをいう。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、高温空気又は高温排ガスの少なくとも一方を、炉に付属する灰熱処理炉又は灰溶融炉に吹き込む機能を有する廃棄物焼却炉であって、前記高温空気又は高温排ガスが、脈動を伴って吹き込まれるようにされていることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項２）である。
【００１７】
本手段においても、炉に付属する灰熱処理炉又は灰溶融炉において、前記第１の手段と同じ作用効果を得ることができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記高温空気又は高温排ガスの脈動が、ロータリーバルブによって発生するようにされていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１９】
本手段においては、高温空気又は高温排ガスの脈動が、ロータリーバルブによって発生するようにされているので、脈動を単純なメカニズムで発生させることができ、故障が少なく、かつ、設備費を安価にすることができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記高温排ガスの脈動が、前記高温排ガスをパルスバーナでの燃焼で発生させることにより発生するようにされていることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２１】
本手段においては、高温排ガスの脈動が、高温排ガスをパルスバーナでの燃焼で発生させることにより発生するようにされているので、バーナと脈動発生装置を兼用することができ、設備費を安価にすることができる。
【００２２】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記高温空気又は高温排ガスの脈動が、これらの気体を、１／４波長管を通過させることにより発生するようにされていることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２３】
１／４波長管（Rijke Tube）とは、その長さのうち一端から１／４の場所を加熱し、他の１端から１／４の場所を冷却することにより、気柱振動を発生させることができる配管である。本手段においては、可動部を設けることなく、強い脈動を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、炉内に高温ガスを吹き込む場合でも、局所高温が発生したり、炉内壁にダストが付着することが少ない廃棄物焼却炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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例である廃棄物焼却炉の例を示す図である。図１中の１は主燃焼室であり、この主燃焼室１の一方の側（図１の左側）には、廃棄物３を主燃焼室１内に投入するためのホッパ２が設けられている。
【００２６】
主燃焼室１の底部には、廃棄物３を移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）が、ホッパ２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２に近い方から、乾燥ストーカ４、燃焼ストーカ５、後燃焼ストーカ６と呼んでいる。乾燥ストーカ４では主として廃棄物３の乾燥と着火が行われる。燃焼ストーカ５では主として廃棄物３の燃焼が行われるが、廃棄物３は燃焼すると共に熱分解し、未燃ガスを燃焼ガスと共に放出する。燃焼ストーカ５において廃棄物３の燃焼は実質的に完了する。後燃焼ストーカ５上では、僅かに残った廃棄物３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残滓は、主灰シュート７より排出される。
各火格子の下部には、燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱８が設けられている。
【００２７】
ホッパ２と反対側の主燃焼室１の下方及び上方には、主煙道９と副煙道１０が設けられ、これらには、廃熱ボイラ１１の２次燃焼室１２が接続して設けられている。そして、主燃焼室１内には、主燃焼室１の出口近傍に、燃焼ガスを分流するための障壁（中間天井）１３が設けられ、燃焼ガスの流れを主煙道９と副煙道１０に分流している。
【００２８】
図１に示すように、ホッパ２から主燃焼室１内に廃棄物３を投入すると共に、燃焼用空気を各供給管及び風箱８を通して、火格子上を移動する廃棄物３に供給しながら廃棄物３を乾燥させ、さらに燃焼させる。
主燃焼室１の側壁にはノズル１４が設けられており、このノズル１４から、高温空気又は高温排ガス（以下「高温ガス」という）が主燃焼室１内に吹き込まれている。
【００２９】
図１においては、ノズル１４は乾燥ストーカ４上部及び燃焼ストーカ５の左側上部に設置されている。廃棄物３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る。ここで、熱分解反応は温度が200℃程度で起こり、温度が約400℃となった段階でほぼ完了する。図１に示す例では、乾燥ストーカ４の部分（後段部）及び燃焼ストーカ５の前段部に相当するので、この領域を燃焼開始領域といい、これらの位置にノズル１４を設けて高温ガスを吹き込んでいる。廃棄物３の種類によっては、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に示す位置より後段側（図の右側）にも、ノズル１４を設けることが好ましい。
【００３０】
図１においては、炉の両側面にノズル１４を設け、ここから高温ガスを吹き込んでいる。ノズルは水平、又は下向きに設けることが好ましい。このようにすることにより、廃棄物層を通過した燃焼用空気と熱分解ガス（未燃ガス）の上向流を、高温ガスによりせき止めて、よどみ領域を形成する。上向流をせき止める作用を促す意味では、ノズル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、炉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。
【００３１】
図１におけるノズルの配置を示すために、Ａ−Ａ’断面図を図２に示す。ただし、図２においては、本発明に関係のない構造物は図示を省略している。図２において１５はよどみ領域、１７は炉壁、１８は炉天井、１９は高温ガス、２１は熱分解ガスである。
【００３２】
図２は、図１のＡ−Ａ’断面図を示すもので、両側の炉壁１７に下向きに設けられたノズル１４から吹き出された高温ガス１９が、熱分解ガス２１と燃焼用空気との上向流をせき止めて、流れが遅く滞留しているよどみ領域１５を形成している様子を示すものである。よどみ領域１５においては、熱分解ガスがせき止められているので、安定な拡散火炎が形成され、燃焼が安定して行われる。さらに高温ガスにより廃棄物が放射加熱され、熱分解が促進される。その結果、従来技術と異なり、低空気比率燃焼条件下でも燃焼開始領域での燃焼の不安定性が増幅されず、煤等の発生が抑制され、均一で安定した燃焼が期待できる。
【００３３】
高温ガスを、後述する手段により、脈動を伴って吹き込むことにより、高温ガスと周囲ガスとの混合が促進され、局所高温領域の発生が防止されて、炉壁を損傷することが無くなる。それと共に、内壁近傍での温度勾配が低減されることにより、ダストが熱泳動効果により内壁に付着したり溶着することを防止することができる。又、局所高温領域の発生を防止することにより、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００３４】
さらに、高温ガスを脈動を伴って吹き込むので、高温ガス中の酸素と熱分解ガス中の燃料成分との、分子レベルでの衝突確率を高めることができ、その結果として、燃焼を促進し、未燃分の排出を少なくすることができる。
【００３５】
また、ノズル１４は、図１に示すように、主燃焼室高さの１／２を超えない高さ位置に設けることが好ましい。その理由は、廃棄物３直上によどみ領域を定在させることができるからである。
【００３６】
また、温度が400℃以上で、かつ未燃ガスが存在する空間に高温ガスを吹き込むことにより、未燃ガスの燃焼を促進させることができる。よって、未燃ガスを多く含む副煙道ガスと主煙道ガスとが混合する領域、すなわち、中間天井１３の上方、二次燃焼室１２の入り口部に、高温ガスを吹き込むように、ノズルを側壁、天井、中間天井１３，二次燃焼室１２入り口に設けてもよい。
【００３７】
又、図１においては、中間天井１３を有す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においても適用できることは言うまでもない。
【００３８】
又、図１においては主燃焼室１内に高温ガスを吹き込んでいるが、２次燃焼室１２内のガス混合部に高温ガスを吹き込むようにしてもよい。さらに、高温ガスの吹き込みは炉の片側側面から行うようにしてもよい。さらに、炉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。
【００３９】
図３に、本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における高温排ガス吹き込み系統の概要を示す。図１に詳しく示したように、主燃焼室１からの排ガスは廃熱ボイラ１１に導かれ、その一部である２次燃焼室１２内で２次燃焼した後、廃熱ボイラ１１で熱交換を行い、排ガス処理設備２２で清浄化処理されて、煙突２３から大気放散される。
【００４０】
この実施の形態においては、空気と高温燃焼ガスを、ガス混合装置２４で混合している。ガス混合装置２４には、バーナ燃焼ガス等の高温燃焼ガスが、高温燃焼ガス調節弁２６を介して導入されていると共に、空気が空気調節弁２７を介して導入されている。
【００４１】
ガス混合装置２４は、高温燃焼ガスと空気を混合し、高温排ガスを発生させる。この高温排ガスは、主燃焼室１内に吹き込まれる。この高温排ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置２９で調節される。酸素濃度調節装置２９は、炉内に吹き込まれる高温排ガスの酸素濃度を所定濃度にするように、空気調節弁２７の開度を調整する。また、高温排ガスの温度は、温度調節装置２８で調節される。温度調節装置２８は、高温排ガスの温度が所定の範囲になるように高温燃焼ガス調節弁２６の開度を調整する。
【００４２】
ガス混合装置２４を出た高温排ガスは、ロータリーバルブ２５を介して主燃焼室１に吹き込まれる。ロータリーバルブ２５のロータの回転に伴い、高温排ガスの流量に脈動が発生する。これにより、主燃焼室１に吹き込まれた高温排ガスと周囲ガスとの混合が促進され、局所高温の発生が回避される。よって、炉壁の耐火物を損傷する可能性が低くなると共に、ＣＯ、ダイオキシン類の排出の排出が抑制され、かつ、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００４３】
又、炉の内壁近傍での温度勾配が低減するので、ダストの熱泳動効果が低減され、その結果、ダストが炉壁に付着する度合いが低減する。
なお、図３に示した例においては、吹き込まれる高温排ガスの温度制御、酸素濃度制御を行っているが、これらの制御は必ずしも必要ではない。
【００４４】
図４に、本発明の実施の形態の他の例である廃棄物焼却炉における高温排ガス吹き込み系統の概要を示す。図４に示す例は、図３に示す例とは、吹き込まれる高温排ガスに脈動を与えるために、ロータリーバルブに変えて１／４波長管を使用しているところのみが異なり、他は同じであるので、同じ部分の説明を省略する
図４に示す例においては、ガス混合装置２４と主燃焼室１との間の配管３０が、１／４波長管を構成している。すなわち、この配管のうち一端から１／４の長さの位置が加熱され、他の一端から１／４の長さの位置が冷却されている。これにより、配管３０内で気柱振動が発生し、中を通る高温排ガスの圧力と流量が脈動する。これにより、図３に示す例と同じ効果を得ることができる。
【００４５】
なお、図３、図４に示す例において、焼却炉の排ガスの一部を高温排ガスに混ぜて、排ガス循環を行わせてもよい。又、図３、図４において、ガス混合装置２４、ロータリーバルブ２５、１／４波長管３０を設けず、空気と燃料の混合気体をパルスバーナに入れてパルス燃焼させ、その結果発生する脈動を持った高温排ガスを吹き込むようにしてもよい。
【００４６】
さらに、図３、図４に示す例においては、高温燃焼ガスと空気を混合して、酸化剤としての能力を有する高温排ガスを作り出しているが、高温燃焼ガスと空気の熱交換を行い、高温空気を吹き込んでもよい。又、高温燃焼ガスと酸素を混合して吹き込むようにしてもよい。
【００４７】
なお、図示を省略するが、図５に示されたような、灰溶融炉４８又は灰熱処理炉の炉内に吹き込む高温空気に、ロータリーバルブや１／４波長管を通して脈動を与えるようにすることが好ましい。この結果、炉内のガスの混合が促進され、局所高温領域の発生が防止されて、炉壁の損傷、ＮＯｘの発生を防ぐことができる。又、ダストの炉内壁への付着、溶着を防止することができる。さらに、焼却炉未燃ガスのような低カロリーのガスを燃料にしても、高温空気との攪拌が行われる結果、安定した燃焼が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉の操業方法を実施する廃棄物焼却炉の例を示す図である。
【図２】図１におけるノズルの配置を示すために、Ａ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の１例である廃棄物焼却炉における高温排ガス吹き込み系統の概要を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の他の例である廃棄物焼却炉における高温排ガス吹き込み系統の概要を示す図である。
【図５】従来の灰溶融炉付廃棄物焼却炉の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…主燃焼室、２…ホッパ、３…廃棄物、４…乾燥ストーカ、５…燃焼ストーカ、６…後燃焼ストーカ、７…主灰シュート、８…風箱、９…主煙道、１０…副煙道、１１…廃熱ボイラ、１２…２次燃焼室、１３…中間天井、１４…ノズル、１５…よどみ領域、１７…炉壁、１８…炉天井、１９…高温ガス、２１…熱分解ガス、２２…排ガス処理設備、２３…煙突、２４…ガス混合装置、２５…ロータリーバルブ２６…高温燃焼ガス調節弁、２７…空気調節弁、２８…酸素濃度調節装置、２９…温度調節装置、３０…配管（１／４波長管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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