(57)【要約】【課題】二次燃焼で発生したエネルギーを有効利用するとともに炉内温度を安定させ、省エネルギー性に優れ、しかも炉材の寿命も延長し得る焼却炉を提供する。【解決手段】投入されたゴミを予熱する熱分解領域１と、上記熱分解によって発生した分解ガスを二次燃焼する二次燃焼領域３とを備え、上記二次燃焼領域３の熱的な下流側に熱分解領域１を設けたことにより、二次燃焼で発生したエネルギーを有効利用するとともに炉内温度を安定させ、省エネルギー性に優れしかも炉材の寿命も延長できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入された被焼却物を熱分解する熱分解領域と、上記熱分解によって発生した分解ガスを二次燃焼する二次燃焼領域とを備え、上記二次燃焼領域の熱的な下流側に熱分解領域が設けられていることを特徴とする焼却炉。
【請求項２】
上記熱分解領域は、二次燃焼によって発生した二次燃焼ガスの流通路内において、二次燃焼ガスと被焼却物とが直接接触しないように仕切られた領域として設けられている請求項１記載の焼却炉。
【請求項３】
上記熱分解によって灰化および／または炭化した被焼却物を溶融する溶融領域をさらに備え、上記溶融領域の上側に、上記熱分解領域と溶融領域を連通させる連通領域が設けられている請求項１または２記載の焼却炉。
【請求項４】
上記熱分解領域は横型通路であり、上記横型通路内に投入された被焼却物を前方に向かって送る搬送手段が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼却炉。
【請求項５】
上記二次燃焼領域は、上記連通領域の上側から横型通路の周囲にわたって設けられている請求項４記載の焼却炉。
【請求項６】
上記熱分解領域は、一端側に被焼却物が投入される第１横型通路と、上記第１横型通路の他端側と縦通路を介して連通された第２横型通路とから構成され、上記第１横型通路内に投入された被焼却物を前方に向かって送る第１搬送手段と、第１横型通路から第２横型通路内に落下した被焼却物を前方に向かって送る第２搬送手段とを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼却炉。
【請求項７】
上記二次燃焼領域は、上記連通領域の上側から第１横型通路の周囲および第２横型通路の周囲にわたって設けられている請求項６記載の焼却炉。
【請求項８】
上記溶融領域が略円柱形状に形成され、上記溶融領域を加熱するバーナーは、略円柱形上の溶融領域内を火炎が回転するよう接線方向に沿うよう配置されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の焼却炉。
【請求項９】
上記熱分解領域の被焼却物投入側を断熱構造とした請求項１〜８のいずれか一項に記載の焼却炉。
【請求項１０】
上記熱分解領域内に空気および／または酸素を供給しうる供給配管を備えている請求項１〜９のいずれか一項に記載の焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率的に被焼却物の予熱を行なうことにより省エネルギーに寄与する焼却炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物を含む大量の都市ゴミは、年々増加の一途をたどっており、そのほとんどがゴミ焼却炉で焼却処理されている（例えば下記の特許文献１）。このようなゴミ焼却設備では、一般に、燃料として石油等の化石燃料を使用し、化石燃料と空気を炉内に供給して燃焼させることによって高温状態を得るようになっている。また、特に、近年では焼却時に発生するダイオキシンを発生させない溶融炉を使用した焼却処理技術も普及してきている（例えば下記の特許文献２）。
【０００３】
特許文献１記載のゴミ焼却炉は、燃焼室内に投入されたゴミを搬送しながら乾燥する乾燥帯と、乾燥されたゴミを搬送しながら焼却処理する燃焼帯とを備えたストーカー式の焼却炉である。また、特許文献２記載の溶融炉は、乾燥・予熱エリアと、熱分解エリアと、焼却・溶融エリアが縦方向に配置された縦型炉である。これらの焼却炉や溶融炉は、ダイオキシンを発生させないようにするため、炉内温度を常に８００℃以上に維持する必要がある。
【特許文献１】特開平７−３３２６４１号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１および２記載の焼却炉では、低温のゴミが炉内に直接投入されることから、炉内温度が局部的に低下する等、不安定になりやすい。このため、特許文献１の焼却炉では、炉内の温度変化に応じて燃焼用の空気を導入し、炉内温度を制御している。このため、空気の導入量の調節によって炉内温度が上下することから、この温度変化により炉内壁における耐火煉瓦等の炉材の損傷を早めることになる。また、直接炉内に投入されたゴミから発生する燃焼ガスの流量が変動するため、燃焼ガスを二次燃焼させる二次燃焼炉を高温に維持するためのバーナーの出力や空気量を頻繁に変動させることが必要になる。このバーナー出力の変動によっても炉材の損傷が早くなり、バーナー寿命も短縮されるという問題がある。また、上記特許文献２記載の溶融炉でも、乾燥・予熱エリアと、熱分解エリアと、焼却・溶融エリアが縦方向に配置されており、上部の乾燥・予熱エリアに投入されたゴミによって熱分解エリアの温度が低下しやすいため、炉内温度を維持するためにはバーナー出力を変動させる必要があり、バーナー寿命や炉材寿命を早めるという同様の問題を有している。
【０００５】
また、上記特許文献１の焼却炉は、燃焼帯の上部空間において燃焼ガスの二次燃焼を行ない、特許文献２の溶融炉では、縦型炉の外部に別個に二次燃焼炉を設ける構造になっている。このため、いずれの装置も、二次燃焼によって発生した熱エネルギーを有効に利用できるものではない。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、二次燃焼で発生したエネルギーを有効利用するとともに炉内温度を安定させ、省エネルギー性に優れ、しかも炉材の寿命も延長し得る焼却炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の焼却炉は、投入された被焼却物を熱分解する熱分解領域と、上記熱分解によって発生した分解ガスを二次燃焼する二次燃焼領域とを備え、上記二次燃焼領域の熱的な下流側に熱分解領域が設けられていることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
すなわち、本発明の焼却炉は、二次燃焼領域の熱的な下流側に熱分解領域が設けられているため、熱分解によって発生した分解ガスを二次燃焼させる際に発生した熱を効果的に利用して被焼却物の熱分解を行なうことができる。すなわち、焼却炉においては、熱分解で発生するＣＯやＨ２等の可燃ガスを含む分解ガスの上記可燃ガスを燃焼させるとともに、ダイオキシンの生成を防ぐため、分解ガスを高温で二次燃焼させる設備が必須となっている。そして、焼却炉にとって必要不可欠な高温の二次燃焼で発生した熱を投入された被焼却物の熱分解に利用することにより、熱エネルギーの有効利用して省エネルギーな運転を行い、燃料コスト等の大幅な節減が可能となる。
【０００９】
本発明の焼却炉において、上記熱分解領域は、二次燃焼によって発生した二次燃焼ガスの流通路内において、二次燃焼ガスと被焼却物とが直接接触しないように仕切られた領域として設けられている場合には、熱分解によって発生した分解ガスが二次燃焼ガスに混入してしまうことを防止し、発生した分解ガスを確実に二次燃焼させてダイオキシンの発生を防止するとともに、可燃ガスが放出される危険を防止できる。
【００１０】
本発明の焼却炉において、上記熱分解によって灰化および／または炭化した被焼却物を溶融する溶融領域をさらに備え、上記溶融領域の上側に、上記熱分解領域と溶融領域を連通させる連通領域が設けられている場合には、溶融領域により被焼却物を溶融し、灰中のダイオキシンの分解と減容化を促進することが可能になる。また、あらかじめ熱分解領域で加熱された被焼却物が連通領域を介して溶融領域に投入されるため、溶融領域の炉内温度の低下を防止し安定化を図ることが出来る。したがって、従来のように空気の導入やバーナー出力の変動による温度調節が不要になり、炉内温度の変動が小さい状態での運転が可能になる。したがって、耐火煉瓦等の炉材やバーナーの損傷が少なくなり、炉材やバーナーの寿命を大幅に延長することができ、メンテナンスコストの大幅な節減が可能となる。さらに、連通領域が溶融領域の上側に設けられているため、比較的高温で燃焼される溶融領域の熱が上昇して連通領域および熱分解領域において利用され、燃焼エネルギーを有効利用することができる。また、熱分解領域に設けるバーナーの数を少なくしたり無くしたりすることも可能になり、設備コストも節減することが可能となる。しかも、熱分解が完了して灰化および／または炭化した被焼却物は、溶融領域まで自然落下して処理が促進される。
【００１１】
本発明の焼却炉において、上記熱分解領域は横型通路であり、上記横型通路内に投入された被焼却物を前方に向かって送る搬送手段が設けられている場合には、投入する被焼却物の状態に応じて熱分解の程度を適宜設定することが可能となり、溶融領域の炉内温度が低下するのを防止する。すなわち、含まれる水分量が多い被焼却物の場合は、搬送手段の搬送スピードを遅くすることにより被焼却物の熱分解時間を長くして十分に熱分解してから溶融領域に送ることができる。これにより、熱分解が不十分な状態の被焼却物が溶融領域に送られるのを防止して炉内温度の安定化を図り、炉材寿命を延長することができる。一方、含まれる水分量が少ない被焼却物の場合は、搬送手段の搬送スピードを速くすることにより被焼却物の熱分解時間を短縮でき、焼却処理効率を向上させることが可能となる。
【００１２】
本発明の焼却炉において、上記二次燃焼領域は、上記連通領域の上側から横型通路の周囲にわたって設けられている場合には、熱分解領域の熱は、二次燃焼領域に向かって上昇して二次燃焼に有効利用される。また、二次燃焼で発生した熱が、横型通路の周囲に向かって送られて横型通路内の被焼却物の熱分解に利用される。このとき、二次燃焼領域と熱分解領域とが隣接していることから、途中での温度低下がほとんど起こらないため、熱効率が大幅に向上し、エネルギー効率が大幅に向上する。また、熱分解領域，連通領域および二次燃焼領域が互いに近接してコンパクトに配置されることから、装置全体をコンパクト化することが可能となる。
【００１３】
本発明の焼却炉において、上記熱分解領域は、一端側に被焼却物が投入される第１横型通路と、上記第１横型通路の他端側と縦通路を介して連通された第２横型通路とから構成され、上記第１横型通路内に投入された被焼却物を前方に向かって送る第１搬送手段と、第１横型通路から第２横型通路内に落下した被焼却物を前方に向かって送る第２搬送手段とを備えている場合には、熱分解領域が第１横型通路と第２横型通路に分割されることから、熱分解効率を低下させることなく第１横型通路および第２横型通路を短くすることができる。特に、第２横型通路は、第１横型通路内である程度熱分解が進んで減容化された被焼却物が投入されることとなるため、第１横型通路よりもより小型化・短縮化することが可能となる。特に、運転停止前には、熱分解領域の被焼却物をすべて前方に送って、熱分解領域内に被焼却物を残さないようにする必要があるが、このような場合でも搬送のストロークを短くすることが可能で装置自体を小型化できる。
【００１４】
本発明の焼却炉において、上記二次燃焼領域は、上記連通領域の上側から第１横型通路の周囲および第２横型通路の周囲にわたって設けられている場合には、二次燃焼で発生した熱が、第１横型通路および第２横型通路の周囲に向かって送られて第１および第２横型通路内の被焼却物の熱分解に利用される。このとき、二次燃焼領域と熱分解領域とが隣接していることから、途中での温度低下がほとんど起こらないため、熱効率が大幅に向上し、エネルギー効率が大幅に向上する。また、熱分解領域，連通領域および二次燃焼領域が互いに近接してコンパクトに配置されることから、装置全体をコンパクト化することが可能となる。さらに、第２横型通路の熱は、二次燃焼領域に向かって上昇して二次燃焼に有効利用される。
【００１５】
本発明の焼却炉において、上記溶融領域が略円柱形状に形成され、上記溶融領域を加熱するバーナーは、略円柱形上の溶融領域内を火炎が回転するよう接線方向に沿うよう配置されている場合には、回転中心付近をより高温にすることができるとともに、壁面の１箇所に火炎が集中的に当ることが防止されることから、耐火煉瓦等の炉材の寿命を大幅に延長してメンテナンスコストの大幅な節減が可能となる。
【００１６】
本発明の焼却炉において、上記熱分解領域の被焼却物投入側を断熱構造とした場合には、二次燃焼室での不完全燃焼等を防止するとともに、炉材の熱ひずみによる劣化が防止される。すなわち、二次燃焼の熱により高温に熱せられた熱分解領域に被焼却物が投入されると、被焼却物から急激に大量の分解ガスが発生して二次燃焼室に一気に流入してしまい、二次燃焼領域で燃焼しきれなくなって不完全燃焼を起すおそれがあるが、熱分解領域の被焼却物投入側を断熱構造とすることにより、投入された被焼却物から急激に大量の分解ガスが発生するのを防止し、二次燃焼領域での不完全燃焼を防止することができる。また、熱分解領域の被焼却物投入側は、耐火煉瓦等の炉材を境に外部は外気温で内部は高温にさらされるため、熱ひずみによる炉材の劣化が生じやすい。このため、その部分を断熱構造とすることにより、炉材の熱ひずみによる劣化を防止し、炉材の寿命を大幅に延長してメンテナンスコストの大幅な節減が可能となる。
【００１７】
本発明の焼却炉において、上記熱分解領域内に空気および／または酸素を供給しうる供給配管を備えている場合には、熱分解領域で炭化した被焼却物の灰化およびガス化を促進し、熱分解領域内への炭化した被焼却物の堆積を防止する。例えば、被焼却物に木塊やプラスチック塊が混入する等、被焼却物の状態によっては塊が炭化し、炭化塊が熱分解領域に残留して堆積するが、熱分解領域内に空気および／または酸素を供給することにより、炭化塊を燃焼させて分解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
つぎに、本発明の焼却炉を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明を適用した焼却炉を示す断面図であり、図３は上記焼却炉から排出された排ガスを処理する排ガス処理設備である。
【００２０】
図１に示すように、上記焼却炉は、ゴミを投入するための投入ユニット５と、投入されたゴミを焼却処理する炉本体６とを備えている。そして、上記炉本体６は、投入された被焼却物であるゴミを熱分解する熱分解領域１と、上記熱分解によって発生した分解ガスを二次燃焼する二次燃焼領域３と、上記熱分解によって灰化および／または炭化したゴミを溶融する溶融領域４と、上記溶融領域４と熱分解領域１を連通させる連通領域２とを備えている。
【００２１】
上記熱分解領域１は、横型の横型通路１であり、この横型通路１は、金属製の筒状体１０の先端側（図示の右側）が炉本体６内に配置され、後端側（図示の左側）が炉本体６の外部に突出している。上記筒状体１０の後端には、ゴミを横型通路１内に投入するための投入ユニット５が取り付けられている。
【００２２】
上記投入ユニット５は、上記筒状体１０の後端開口に接続された逆Ｔ字状の管体１２と、上記逆Ｔ字状の管体１２の上部開口に取り付けられたホッパ１１と、上記ホッパ１１と逆Ｔ字状の管体１２の上部開口との間に設けられたゲート装置１４と、上記逆Ｔ字状の管体１２の後部開口に取り付けられた搬送手段としてのプッシャ装置１３とを備えて構成されている。図において、１９ａは、ゲート装置１４のスライドゲート１４ａを進退させるための投入口油圧シリンダであり、１９ｂは、プッシャ装置１３のプッシャ１３ａを進退させるための第１油圧シリンダである。
【００２３】
上記投入ユニット５では、操業中はゲート装置１４のスライドゲート１４ａを閉じる（図示の点線で示した位置）とともに、プッシャ装置１３のプッシャ１３ａを前進させて（図示の一点鎖線で示した位置）逆Ｔ字状の連結部を塞ぐことにより、熱分解領域１，連通領域２，二次燃焼領域３，溶融領域４が外気と遮断されるようになっている。このようにすることにより、燃焼ガスや煤，灰等が外部に漏れ出さないようになっている。
【００２４】
ゴミを投入する際には、まず、上記の状態からスライドゲート１４ａを後退させて上部開口を開き（図示の一点鎖線で示した位置）、ホッパ１１にゴミを投入する。投入されたゴミは、プッシャ１３ａの上部に載置され、逆Ｔ字状の管体１２の縦管内に収容される。そして、ゲート装置１４のスライドゲート１４ａを前進させて上部開口を閉じたのち、プッシャ装置１３のプッシャ１３ａを後退させてプッシャ１３ａの上部に載置されたゴミを逆Ｔ字状の管体１２の横管内に落下させる。そののち、再びプッシャ１３ａを前進させることにより、落下したゴミを横型通路１に向かって押込むことが行なわれる。
【００２５】
このような動作を繰り返すことにより、横型通路１等が外気と遮断された状態を維持しながらゴミが横型通路１内に投入される。また、投入されたゴミは、順次横型通路１内に押し込まれ、ゴミがゴミを押すような形で前方の連通領域２に向かって搬送されるのである。
【００２６】
このようにすることにより、投入するゴミの状態に応じて熱分解の程度を適宜設定することが可能となり、連通領域２や溶融領域４の炉内温度が低下するのを防止する。すなわち、含まれる水分量が多いゴミの場合は、プッシャ装置１３による搬送スピードを遅くすることによりゴミの熱分解時間を長くして十分に熱分解してから連通領域２に送ることができる。これにより、乾燥や予熱が不十分な状態のゴミが連通領域２や溶融領域４に投入されるのを防止し、連通領域２や溶融領域４の炉内温度の安定化を図り、炉材寿命を延長することができる。一方、含まれる水分量が少ないゴミの場合は、プッシャ装置１３による搬送スピードを速くすることによりゴミの熱分解時間を短縮でき、焼却処理効率を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、横型通路１を炉本体６の外部に突出させて、この突出部に、横型通路１内に向かってゴミを押込み、押込んだゴミがその前のゴミをさらに押込むプッシャ型の押込み手段を設けている。このように、炉本体の外部に可動部分すなわち搬送手段を設け、横型の横型通路１内には可動部分を設けていないことから、加熱領域に可動部分を設けなくてすむ。このため、可動部分として常温環境で使用できるものを選定することができて設備コスト面で有利であるだけでなく、可動部分の損傷が防止されてメンテナンス面でも有利である。また、押込んだゴミがその前のゴミをさらに押込むことから、横型通路１内にゴミを圧縮した状態で送り込むことができ、設備容量に対して大量のゴミを焼却処理することが可能となり、設備効率が高くなる。
【００２８】
ここで、上記プッシャ装置１３の最大ストロークＬは、横型通路１内の被焼却物をすべて前方の連通領域２内に押し込むことができる長さに設定されている。このようにすることにより、運転停止前には、熱分解領域の被焼却物をすべて前方に送って、熱分解領域内に被焼却物を残さないようにすることができる。
【００２９】
なお、この実施例ではプッシャ型の押込み手段としてプッシャ装置１３を使用したが、スクリュー装置を使用して横型通路１内に向かってゴミを押込み、押込んだゴミがその前のゴミをさらに押込むようにしてもよい。
【００３０】
上記横型通路１の前方には、連通領域２すなわち連通室２が設けられている。上記連通領域２は、上記溶融領域４すなわち溶融室４の上側において、上記横型通路１とその前端開口において連通している。これにより、横型通路１内を搬送される間に熱分解されたゴミは、連通室２内に押込まれる。この連通室２内においても、熱分解が行われる。
【００３１】
上記連通室２と溶融室４との間に設けられた仕切りには、落下開口１５が開口している。熱分解領域１および連通室２内で一次燃焼されて灰化や炭化されたゴミは、上記落下開口１５から溶融室４内に落下するようになっている。
【００３２】
上記溶融室４には、溶融領域４を加熱する第２バーナー７が２つ設けられている。一方、この例では、連通室２にはバーナーが設けられていない。上記２つの第２バーナー７により、溶融室４内を約１３００〜１５００℃程度の高温に昇温し、一次燃焼で灰化・炭化したゴミを溶融する。また、上記溶融室４内の熱が上昇して落下開口１５から連通室２内に導入されることにより、連通室２内は、熱分解に必要な７００〜９００℃程度の温度に昇温されるのである。
【００３３】
このように、溶融室４を設けることにより、溶融領域４によりゴミを溶融し、灰中のダイオキシンの分解と減容化を促進することが可能になる。また、連通領域２が溶融領域４の上側に設けられているため、比較的高温で燃焼される溶融領域４の熱が上昇して連通領域２において利用され、燃焼エネルギーを有効利用することができる。また、連通領域２に設けるバーナーを無くしたり少なくしたりすることが可能であり、設備コストも節減する。しかも、熱分解が完了して灰化および／または炭化したゴミは、溶融領域４まで自然落下して処理が促進される。なお、上記第２バーナー７に供給する燃料については後に詳述する。
【００３４】
図２は、上記溶融室４の横断面図である。上記溶融室４は、内部空間が略円柱形状に形成され、側壁に複数（この例では２つ）の第２バーナー７ａ，７ｂが取り付けられている。また、上記溶融室４の側壁には、開閉する扉３９が取り付けられたスラグ排出口３８が形成されている。上記第２バーナー７ａ，７ｂは、略円柱形上の溶融領域４内を火炎が回転するよう接線方向に沿うように配置されている。このようにすることにより、回転中心付近をより高温にすることができるとともに、壁面の１箇所に火炎が集中的に当ることが防止されることから、耐火煉瓦等の炉材の寿命を大幅に延長してメンテナンスコストの大幅な節減が可能となる。また、複数の第２バーナー７ａ，７ｂのうち１つの第２バーナー７ａは、スラグ排出口３８に向かって火炎を照射するように配置されている。このようにすることにより、スラグ排出口３８付近をより高温に保ち、スラグ排出口３８近傍でのスラグの凝固を防止し、常にスムーズにスラグを排出できるようになる。
【００３５】
上記連通室２の上側には、二次燃焼領域３すなわち二次燃焼室３が設けられている。
【００３６】
上記二次燃焼室３には、第１バーナー８が１つ設けられるとともに、空気が送り込まれる送風ノズル（図示せず）が設けられている。そして、上記二次燃焼室３では、ゴミの熱分解によって発生した分解ガス（Ｎ２，Ｏ２，Ｈ２，ＣＯ，ＮＯ，ＳＯ，Ｈ２Ｏ等）中のＨ２やＣＯ等の可燃ガスを空気とともに燃焼させて、後に排ガスとなる二次燃焼ガス（Ｎ２，Ｏ２，ＣＯ２，ＮＯＸ，ＳＯＸ，Ｃｌ２，Ｈ２Ｏ等）に変成される。また、二次燃焼ガスが、ダイオキシンを発生させない８００℃以上の高温に昇温される。なお、上記第１バーナー８に供給する燃料については後に詳述する。
【００３７】
上記二次燃焼室３は、上記連通室２の上側から横型通路１の上側にわたって設けられている。上記第１バーナー８は、二次燃焼室３の後端部（図示の右側すなわち横型通路１の先端側である）に設けられ、空気とともに燃料を噴射して分解ガスを二次燃焼し、二次燃焼ガスを前方（図示の左側すなわち横型通路１の後端側である）に向かって送るようになっている。
【００３８】
そして、上記二次燃焼室３は、その先端下側に設けられた開口部１６を介して横型通路１の外周をとりまくように設けられ、それ自体二次燃焼室３の一部を構成する排ガス流通路９に連通するようになっている。上記排ガス流通路９には、排ガスを排ガス処理設備に送る排出路１７が接続されている。このように、この焼却炉では、二次燃焼領域３の熱的な下流側に熱分解領域１が設けられている。そして、上記熱分解領域１は、二次燃焼によって発生した二次燃焼ガスの排ガス流通路９内において、二次燃焼ガスと横型通路１内のゴミとが直接接触しないように筒状体１０で仕切られた領域として設けられている。
【００３９】
このように、あらかじめ熱分解領域１で熱分解されたゴミが連通領域２を介して溶融領域４に投入されるため、連通領域２および溶融領域４の炉内温度の低下を防止して安定化を図ることが出来る。したがって、従来のように熱分解における空気の導入やバーナー出力の変動による温度調節が不要になり、炉内温度の変動が小さい状態での運転が可能になる。したがって、耐火煉瓦等の炉材やバーナーの損傷が少なくなり、炉材やバーナーの寿命を大幅に延長することができ、メンテナンスコストの大幅な節減が可能となる。また、予熱によって十分に熱分解もしくは一部ガス化されたゴミが連通領域２に投入されるため、連通領域２に備えるバーナーを無くしたり減らしたりすることが可能で、設備コストの節減にも有利である。
【００４０】
また、上記熱分解領域１が二次燃焼領域３の熱的な下流側に設けられていることから、熱分解によって発生した分解ガスを二次燃焼させる際に発生した熱を効果的に利用してゴミの熱分解を行なうことができる。すなわち、焼却炉においては、熱分解で発生するＣＯやＨ２等の可燃ガスを含む分解ガスの上記可燃ガスを燃焼させるとともに、ダイオキシンの生成を防ぐため、分解ガスを高温で二次燃焼させる設備が必須となっている。そして、焼却炉にとって必要不可欠な高温の二次燃焼で発生した熱を投入されたゴミの熱分解に利用することにより、熱エネルギーの有効利用を図ることができて燃料コスト等の大幅な節減が可能となる。
【００４１】
さらに、上記熱分解領域１は、二次燃焼によって発生した二次燃焼ガスの流通路９内において、二次燃焼ガスとゴミとが直接接触しないように仕切られているため、熱分解によって発生した分解ガスが二次燃焼ガスに混入してしまうことを防止し、発生した分解ガスを確実に二次燃焼させてダイオキシンの発生を防止するとともに、可燃ガスが放出される危険を防止できる。
【００４２】
しかも、上記二次燃焼領域３は、上記連通領域２の上側から横型通路１の周囲にわたって設けられているため、連通領域２で発生した熱は、二次燃焼領域３に向かって上昇して二次燃焼に有効利用される。また、二次燃焼で発生した熱が、横型通路１の周囲に向かって送られて横型通路１内のゴミの熱分解に利用される。このとき、二次燃焼領域３と熱分解領域１とが隣接していることから、途中での温度低下がほとんど起こらないため、熱効率が大幅に向上し、エネルギー効率が大幅に向上する。また、熱分解領域１，連通領域２および二次燃焼領域３が互いに近接してコンパクトに配置されることから、装置全体をコンパクト化することが可能となる。
【００４３】
このように、上記焼却炉では、二次燃焼の熱量を有効利用して省エネルギーな運転を行ないながら、連通領域２や溶融領域４の炉内温度の安定化を図り、炉材寿命を延長することができるのである。
【００４４】
また、上記焼却炉では、上記熱分解領域１すなわち横型通路１の炉内におけるゴミ投入側の端部近傍が、断熱材３４で断熱構造にされている。このようにすることにより、二次燃焼室３での不完全燃焼等を防止するとともに、炉材の熱ひずみによる劣化が防止される。
【００４５】
すなわち、二次燃焼の熱により高温に熱せられた熱分解領域１にゴミが投入されると、ゴミから急激に大量の分解ガスが発生して二次燃焼室３に一気に流入してしまい、二次燃焼領域３で燃焼しきれなくなって不完全燃焼を起すおそれがあるが、熱分解領域１のゴミ投入側を断熱構造とすることにより、投入されたゴミから急激に大量の分解ガスが発生するのを防止し、二次燃焼領域３での不完全燃焼を防止することができる。
【００４６】
また、熱分解領域１のゴミ投入側は、耐火煉瓦等の炉材を境に外部は外気温で内部は高温にさらされるため、熱ひずみによる炉材の劣化が生じやすいため、その部分を断熱構造とすることにより、炉材の熱ひずみによる劣化を防止し、炉材の寿命を大幅に延長してメンテナンスコストの大幅な節減が可能となる。さらに、炉材を挟んで外気に近い部分に断熱材３４を配置することにより、炉内の熱が投入側に逃げるのが防止され、熱効率を高めることができる。
【００４７】
また、上記焼却炉では、上記熱分解領域１内に空気および／または酸素を供給しうる供給配管４０を備えている。このようにすることにより、熱分解領域１で炭化したゴミの灰化およびガス化を促進し、熱分解領域１内への炭化したゴミの堆積を防止する。例えば、ゴミに木塊やプラスチック塊が混入する等、ゴミの状態によっては塊が炭化し、炭化塊が熱分解領域１に残留して堆積するが、熱分解領域１内に空気および／または酸素を供給することにより、炭化塊を燃焼させて分解することができる。
【００４８】
ここで、空気および／または酸素を供給するタイミングとしては、例えば、装置の停止直前や連続操業中の一定期間（例えば１週間）ごとに導入し、それまでの操業中に熱分解領域１内に残存した炭化塊を燃焼させたり、投入するゴミの状態に応じて炭化塊の残存が多くなった時点で適宜導入し、残存した炭化塊を燃焼させたりすることが行われる。
【００４９】
つぎに、上記焼却炉の第１バーナー８および第２バーナー７に供給する燃料について詳しく説明する。
【００５０】
この焼却炉は、燃料として少なくとも化石燃料を使用し、上記化石燃料を空気とともに燃焼させて被焼却物を焼却するものである。そして、上記焼却炉は、上記化石燃料と空気に加えて、水素ガスと酸素ガスを、少なくともいずれかは流量調節を行いながらそれぞれ独立して燃焼バーナーに供給するようになっている。
【００５１】
すなわち、この例では、化石燃料として軽油が使用され、この軽油がエマルジョンミキサー１８において水と混合されてエマルジョン化されて第１バーナー８および第２バーナー７に供給され、上記化石燃料と合わせて空気もそれぞれ第１バーナー８および第２バーナー７に供給される。
【００５２】
このように、化石燃料をエマルジョン化して供給することにより、油の粒子を小さくした状態で供給できるとともに、エマルジョンが高温中に噴射される際の水分蒸発の勢いで油粒子がさらに細かくなって燃焼される。したがって、石油燃料の燃焼がより完全に近い形で行なわれ、煤等の発生が防止される。また、燃焼領域に水分が供給されることにより、燃焼領域の異常昇温が防止され、ＮＯＸの発生が抑制される。
【００５３】
また、図１において、２０は水を電気分解することにより燃料となる酸水素ガスを発生させる酸水素ガス発生器である。この酸水素ガス発生器２０は、電極の酸素発生側と水素発生側とをセパレータで仕切ることにより、酸素と水素を分離してそれぞれ酸素供給路２１と水素供給路２２から取り出すことができる分離型の酸水素ガス発生器２０である。
【００５４】
上記酸素供給路２１および水素供給路２２は、それぞれ第１バーナー８および第２バーナー７に接続され、上記水素ガスと酸素ガスとして、分離型の酸水素ガス発生器２０によって発生させたものがそれぞれ供給されるようになっている。このように、酸水素ガス発生器２０で発生する安価な酸素ガスと水素ガスを利用し、逆火の防止による安全性の向上、酸素富化加熱による高温での燃焼、化石燃料の使用量減少による地球温暖化ガスや有害ガス発生量の減少、燃焼領域の温度低下の抑制による熱効率のよい燃焼の実現等の各効果を実現することができる。
【００５５】
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、それぞれ第１バーナー８に空気、化石燃料、酸素ガス、水素ガスを導入する際の流量を調節する流量調節弁である。また。２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、それぞれ第２バーナー７に空気、化石燃料、酸素ガス、水素ガスを導入する際の流量を調節する流量調節弁である。
【００５６】
上記焼却炉では、化石燃料と空気に加えて、水素ガスと酸素ガスをそれぞれ流量調節を行いながら独立して燃焼バーナーに供給するようになっている。このように、酸素ガスと水素ガスをそれぞれ独立して燃焼バーナーに供給するため、混合の酸水素ガスのような爆発性のガスを供給するときのような逆火が防止され、安全性が格段に向上する。さらに、酸素ガスや水素ガスが燃焼する分だけ化石燃料の使用を減少させることができ、その分だけ燃焼による炭酸ガス等の地球温暖化ガスやＮＯＸやＳＯＸ等の有害ガスの発生を減少させることができる。また、導入した酸素ガスの分だけ空気の導入を減少させることができるため、空気中の窒素分の導入を減少させることができ、燃焼領域の温度低下が抑制され、熱効率のよい燃焼が実現され、ＮＯＸの発生も抑制される。
【００５７】
また、より高温を必要とする領域等、必要な燃焼領域に対して酸素を供給して酸素富化加熱を行い、高温での燃焼を行うことができる。このとき、複数の燃焼領域に配置された第１バーナー８および第２バーナー７同士の間で酸素ガスと水素ガスの比率を異ならせて供給することができる。
【００５８】
すなわち、それぞれ燃焼バーナーを有する複数の燃焼領域を備えた上記焼却炉において、熱分解領域１および／または二次燃焼領域３を加熱する第１バーナー８と、溶融領域４を加熱する第２バーナー７とのうち、上記比較的高温を要する溶融領域４の第２バーナー７に対し、上記化石燃料と空気に加えて、酸素ガスを供給して酸素富化加熱を行うことができる。このようにすることにより、高温が必要とされる溶融領域４で酸素富化加熱を行い、高温での燃焼を行うことができる。
【００５９】
上記焼却炉から排出された排ガスとしての二次燃焼ガスは、排出路１７から排出されて図３に示す排ガス処理設備に導入され処理される。
【００６０】
上記排ガス処理設備は、冷却塔２６と、サイクロン集塵器２７と、リアクタ２８と、バグフィルタ２９と、排気塔３０とを備えて構成されている。
【００６１】
上記冷却塔２６は、二次燃焼で生成された二次燃焼ガスである排ガスを、水冷パイプ３１内を通過させて急冷することにより、ダイオキシンの発生を防止するものである。図において、３２は水タンク、３３は加熱した冷却水を水と水蒸気に分離するセパレータ、３５は灰ガス中の灰を収容する集塵室である。
【００６２】
上記サイクロン集塵器２７は、サイクロン室で渦流を発生させて排ガス中の塵埃を落下分離させ、下部の集塵室３５に集めるものである。また、リアクタ２８は、粉末供給器３７に収容された活性炭と消石灰の混合粉末を排ガス内に噴射することにより、排ガス内のダイオキシンを吸着除去するとともに、ＳＯＸおよびＨＣｌを化学的に除去するものである。
【００６３】
上記バグフィルタ２９は、排ガスをフィルタ３６に通過させることにより、上記混合粉末と灰とをろ過分離するものである。フィルタはエア圧で再生し、分離された粉末と灰は下部の集塵室に収容される。上記排気塔３０は、排ガスを送風するブロアを備え、塵埃除去処理された排ガスを外部に放出するものである。
。
【実施例２】
【００６４】
図４は、本発明を適用した焼却炉の第２実施例を示す断面図である。
【００６５】
この例では、上記第２バーナー７に着火するためのパイロットバーナー（図示せず）に対して水素ガスを供給するようになっている。このように、酸素との幅広い混合比率で燃焼可能で燃焼範囲が比較的広い水素ガスをパイロットバーナーに用いることにより、パイロットバーナーの失火を防止し、安定操業を確保できる。特に、高温が必要とされる溶融領域４を加熱する第２バーナー７のパイロットバーナーに対して水素ガスを供給して失火を防止することにより、短時間の失火でも温度が下がってしまう溶融領域４の燃焼を安定的に行い、安定した炉操業が可能となる。
【００６６】
また、局部的に高温を必要とするスラグ排出口３８の近傍に、上記水素ガスおよび酸素ガスの供給を受けて水素火炎を放出する水素火炎バーナー２５が配置されている。このように、スラグ排出口３８のような局部的に高温を必要とする箇所に、火炎温度の高い水素火炎を噴射する水素火炎バーナー２５を配置することにより、当該局部の温度低下によるトラブル（例えばスラグの凝固によるスラグ排出不良）等の発生を防止できる。図において、４３ｃ，４３ｄは、それぞれ水素火炎バーナー２５に供給する酸素ガス、水素ガスの流量を調節する流量調節弁である。
【００６７】
そして、この例では、第１バーナー８には、酸水素発生器２０で発生した水素のうち、上記パイロットバーナーおよび水素火炎バーナー２５に供給した残りの水素ガスを供給し、水素リッチな条件で二次燃焼を行うようになっている。このようにすることにより、化石燃料の燃焼を、空気中の酸素分と導入された水素ガスとの燃焼が補うことにより、同じ発生熱量でも化石燃料の消費を減少させることができ、それだけ炭酸ガス等の地球温暖化ガスやＮＯＸ，ＳＯＸ等の有毒ガスの発生を減少させることができる。さらに、水素ガスの燃焼範囲が広いため、水素火炎バーナー２５の失火を防ぐことができる。
【００６８】
また、この例では、溶融領域を加熱する第２バーナー７には、酸水素ガス発生器２０で発生した酸素のうち、水素火炎バーナー２５に供給した残りの酸素ガス全量を供給し、溶融領域４で酸素富化加熱を行い得るようになっている。このように、比較的高温を必要とする溶融領域４の第２バーナー７に酸素ガスを供給して酸素富化加熱を行うことにより、短時間で高温が得られるとともに、導入した酸素ガスの分だけ空気の導入を減少させることができるため、空気中の窒素分の導入を減少させることができ、燃焼領域の温度低下が抑制され、熱効率のよい燃焼が実現され、ＮＯＸの発生も抑制される。
【００６９】
それ以外は、上記第１実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付しており、上記第１実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例３】
【００７０】
図５は、本発明を適用した焼却炉の第３実施例を示す断面図である。
【００７１】
この焼却炉は、熱分解領域１が、一端側にゴミが投入される第１横型通路４１ａと、上記第１横型通路４１ａの他端側と縦通路４１ｂを介して連通された第２横型通路４１ｃとから構成されている。そして、上記第１横型通路４１ａ内に投入されたゴミを前方に向かって送る第１搬送手段としての第１プッシャ装置４２ａと、第１横型通路４１ａから第２横型通路４１ｃ内に落下したゴミを前方に向かって送る第２搬送手段としての第２プッシャ装置４２ｂとを備えている。
【００７２】
そして、溶融領域４の上側に設けられた連通領域２と第２横型通路４１ｃの先端部（図示の左側）の開口が連通している。また、二次燃焼領域３は、上記連通領域２の上側に配置された第１横型通路４１ａの周囲，縦通路４１ｂおよび第２横型通路４１ｃの周囲にわたって設けられ、第２横型通路４１ｃの下側に排出路１７が設けられている。
【００７３】
この焼却炉では、ゴミは、第１横型通路４１ａの後端部（図示の左側）に設けられた投入ユニット５に投入されて第１プッシャ装置４２ａにより第１横型通路４１ａ内に押し込まれる。そして、第１横型通路４１ａ内である程度熱分解され、灰化とガス化が行われて減容される。ある程度灰化がすすんだゴミは後に投入されて第１プッシャ装置４２ａで押し込まれるゴミによってさらに押し込まれて前進し、縦通路４１ｂから第２横型通路４１ｃ内に落下する。第２横型通路４１ｃにはその後端部（図示の右側）に第２プッシャ装置４２ｂが設けられて落下したゴミを先端側に向かって押し込み、連通室２内に投入する。連通室２内に投入された灰化したゴミは、溶融領域４に導入されて溶融される。
【００７４】
一方、上記第１横型通路４１ａ，縦通路４１ｂ，第２横型通路４１ｃから構成される熱分解領域１や連通領域２等で発生した分解ガスは、二次燃焼領域３で二次燃焼される。この二次燃焼によって発生した熱により第１横型通路４１ａ，縦通路４１ｂ，第２横型通路４１ｃから構成される熱分解領域１の加熱に利用される。また、熱分解領域１，連通領域２，溶融領域４の熱も二次燃焼領域３の二次燃焼に有効利用される。
【００７５】
このように、二次燃焼で発生した熱が、第１横型通路４１ａ，縦通路４１ｂおよび第２横型通路４１ｃの周囲に向かって送られて第１および第２横型通路４１ａ，４１ｃ内の被焼却物の熱分解に利用される。このとき、二次燃焼領域３と熱分解領域１とが隣接していることから、途中での温度低下がほとんど起こらないため、熱効率が大幅に向上し、エネルギー効率が大幅に向上する。また、熱分解領域１，連通領域２および二次燃焼領域３が互いに近接してコンパクトに配置されることから、装置全体をコンパクト化することが可能となる。さらに、第２横型通路４１ｃの熱は、二次燃焼領域３に向かって上昇して二次燃焼に有効利用される。
【００７６】
また、熱分解領域１が第１横型通路４１ａと第２横型通路４１ｃに分割されることから、熱分解効率を低下させることなく第１横型通路４１ａおよび第２横型通路４１ｃをそれぞれ短くすることができ、第１プッシャ装置４２ａおよび第２プッシャ装置４２ｂのストロークを短くすることができる。特に、第２横型通路４１ｃは、第１横型通路４１ａ内である程度熱分解が進んで減容化されたゴミが投入されることとなるため、第１横型通路４１ａよりもより小型化・短縮化することが可能となる。
【００７７】
そして、運転停止前には、熱分解領域１のゴミをすべて前方に送って、熱分解領域１内に残さないようにする必要があるが、この焼却炉によれば、搬送のストロークを短くすることが可能で装置自体を小型化することができる。
【００７８】
それ以外は、上記第１および第２実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付しており、上記第１および第２実施例と同様の作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、上述したゴミ焼却炉だけでなく、種々の焼却炉に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の焼却炉の第１実施例を示す断面図である。
【図２】溶融室を示す横断面図である。
【図３】排ガス処理設備を示す構成図である。
【図４】本発明の焼却炉の第２実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の焼却炉の第３実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１      横型通路，熱分解領域
２      連通室，連通領域
３      二次燃焼室，二次燃焼領域
４      溶融室，溶融領域
５      投入ユニット
６      炉本体
７      第２バーナー
７ａ    第２バーナー
７ｂ    第２バーナー
８      第１バーナー
９      排ガス流通路
１０      筒状体
１１      ホッパ
１２      逆Ｔ字状の管体
１３      プッシャ装置
１３ａ    プッシャ
１４      ゲート装置
１４ａ    スライドゲート
１５      落下開口
１６      開口部
１７      排出路
１８      エマルジョンミキサー
１９ａ    投入口油圧シリンダ
１９ｂ    第１油圧シリンダ
１９ｃ    第２油圧シリンダ
２０      酸水素ガス発生器
２１      酸素供給路
２２      水素供給路
２３ａ〜２３ｄ  流量調節弁
２４ａ〜２４ｄ  流量調節弁
２５      水素火炎バーナー
２６      冷却塔
２７      サイクロン集塵器
２８      リアクタ
２９      バグフィルタ
３０      排気塔
３１      水冷パイプ
３２      水タンク
３３      セパレータ
３４      断熱材
３５      集塵室
３６      フィルタ
３７      粉末供給器
３８      スラグ排出口
３９      扉
４０      供給配管
４１ａ    第１横型通路
４１ｂ    縦通路
４１ｃ    第２横型通路
４２ａ    第１プッシャ装置
４２ｂ    第２プッシャ装置
４３ｃ,４３ｄ  流量調節弁
【図１】
2005226953.tif 000003
【図２】
2005226953.tif 000004
【図３】
2005226953.tif 000005
【図４】
2005226953.tif 000006
【図５】
2005226953.tif 000007