(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略鉛直又は上部が下部より幅狭に形成された周壁を有する一次焼却室と、前記一次焼却室と連通した二次焼却室と、前記一次焼却室の床に敷設された粒子層と、前記粒子層内に埋設された炉床ガス供給部と、前記炉床ガス供給部に接続された送風機と、前記一次焼却室の下部と前記二次焼却室とを連通し（ａ）前記二次焼却室に向かう上り勾配を有する傾斜面が一部若しくは全部に形成された燃焼ガス流路又は（ｂ）前記一次焼却室の下部が下位となる段差状に形成され一部が前記二次焼却室に向かう上り勾配に形成された傾斜面を有する燃焼ガス流路と、先端を前記一次焼却室の床の上部に向けて前記燃焼ガス流路の前記傾斜面に配設された着火加熱装置と、を備えていることを特徴とする焼却装置。
【請求項２】
先端を前記一次焼却室の床の上部に向けて前記一次焼却室に形成された着火加熱装置配設部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の焼却装置。
【請求項３】
噴射口が周壁側に傾斜して前記二次焼却室の周壁に配設され旋回流を形成する二次空気供給部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼却装置。
【請求項４】
前記二次焼却室に配設された熱交換器と、前記一次焼却室に配設された温風供給部と、前記温風供給部と前記熱交換器とを連通した温風管と、前記温風管の上流側に接続された送風機と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に記載の焼却装置。
【請求項５】
前記二次焼却室と前記一次焼却室とを連通し前記一次焼却室内に燃焼ガスを供給する燃焼ガス循環路と、前記燃焼ガス循環路の上流側に配設されたガス循環装置と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１に記載の焼却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ゴミ等の産業廃棄物やバイオマス燃料等を焼却する焼却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、都市ゴミ等の産業廃棄物を焼却する焼却装置として、格子状の耐火物で構成された火格子を有する火格子燃焼装置を利用したものが、構造が簡単なため、広く用いられている。このような火格子燃焼装置は、（非特許文献１）に詳しく説明されている。
また、火格子燃焼装置を応用したものとして、本出願人が出願した（特許文献１）がある。
【非特許文献１】社団法人化学工学協会編、化学工学便覧（改訂三版）第１１３８頁、昭和４３年５月１０日発行
【特許文献１】特願２００３−４１６０８１
【０００３】
（特許文献１）に記載された従来の焼却装置を、図面を参照しながら説明する。
図４は従来の焼却装置の要部断面図である。
図中、４０は焼却装置、４１は焼却装置４０の一次焼却室、４２は一次焼却室４１と連通した燃焼ガス流路、４３は燃焼ガス流路４２と連通した二次焼却室、４４は一次焼却室４１の上部に形成された焼却物を投入する投入口、４５は下部が上部より幅狭に形成され傾斜面を有する一次焼却室４１の周壁、４６は投入口４４から一次焼却室４１に投入された産業廃棄物等の焼却物、４７は一次焼却室４１，燃焼ガス流路４２及び二次焼却室４３の床に敷設された川砂や耐火粒子等の無機質粒子からなる粒子層、４８は一次焼却室４１の床に敷設された粒子層４７に埋設され多数の空気噴出孔が形成された空気供給部、４９は空気供給部４８に接続された送風機、５０は二次焼却室４３の床に敷設された粒子層４７に埋設され多数の空気噴出孔が形成された空気供給部、５１は空気供給部５０に接続された送風機、５２は一次焼却室４１の床の上部に形成され火種等を投げ込んだり火炎を吹き付けたりして一次焼却室４１に投入された焼却物４６に着火する着火口、５３は一次焼却室４１の周壁４５に配設され一次焼却室４１に側方から空気を供給する空気供給部、５４は二次焼却室４３の床の上部に配設されたバーナー、５５は二次焼却室４３の上部に下向きに配設され二次焼却室４３に空気を供給する空気供給部、５６は二次焼却室４３の側壁に形成され焼却装置４０で発生した排ガスや煤塵，廃熱等が排出される排出部である。
【０００４】
以上のように構成された焼却装置４０において、以下焼却物の焼却方法について説明する。
一次焼却室４１の投入口４４から都市ゴミや産業廃棄物等の焼却物４６を投入し、送風機４９，５１の運転を開始して空気供給部４８，５０に空気を供給し、粒子層４７を介して一次焼却室４１，燃焼ガス流路４２及び二次焼却室４３へ空気を供給する。さらに、空気供給部５５から空気を二次焼却室４３内に供給するとともに、バーナー５４を燃焼させて二次焼却室４３を加熱する。次に、着火口５２から火種等を用いて焼却物４６に着火して焼却物４６の焼却を開始する。焼却物４６は下部から焼却されて、焼却灰や未燃焼物等が粒子層４７の上に堆積していく。また、空気供給部５３から供給された空気によって、焼却灰の一部や排ガス，煤塵等が二次焼却室４３に運ばれ、バーナー５４によって焼却灰や煤塵が燃焼され、排ガスが排出部５６から排出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、一次焼却室４１の周壁４５が、下部が上部より幅狭に形成されて傾斜面を有しているので、一次焼却室４１内で焼却物４６が下部から焼却される際に、未燃焼物が周壁４５に付着し易くブリッジ状になり易いため、投入された焼却物４６を完全に燃焼できないことがあるという課題を有していた。特に、生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の、含水率が４０〜８０％程度もある高含水の焼却物は、ブリッジを形成し易いため焼却され難く未燃焼物が多量に発生することがわかった。
（２）火格子燃焼装置では、含水率の高い廃棄物やバイオマス燃料は、装置に投入する以前に含水率が３０％以下（発熱量１５００ｋｃａｌ／ｋｇ以上）になるように予め乾燥する必要があり、処理工程が煩雑になるという課題を有していた。
（３）二次焼却室４３に運ばれた焼却灰や煤塵は、バーナー５４で高温にするだけでは完全に燃焼することは困難で、塵埃等が排出部５６から大気中に排出されることがあるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、一次焼却室内で焼却物が下部から焼却される際に、未燃焼物が周壁に付着し難くブリッジ状になり難いため、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室に直接投入して着火するだけで粒子層側から焼却させ完全燃焼させることができるので、都市ゴミや産業廃棄物，バイオマス燃料等の種々の焼却物を焼却でき汎用性に優れた焼却装置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】
上記従来の課題を解決するために本発明の焼却装置は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の焼却装置は、略鉛直又は上部が下部より幅狭に形成された周壁を有する一次焼却室と、前記一次焼却室と連通した二次焼却室と、前記一次焼却室の床に敷設された粒子層と、前記粒子層内に埋設された炉床ガス供給部と、前記炉床ガス供給部に接続された送風機と、前記一次焼却室の下部と前記二次焼却室とを連通し（ａ）前記二次焼却室に向かう上り勾配を有する傾斜面が一部若しくは全部に形成された燃焼ガス流路又は（ｂ）前記一次焼却室の下部が下位となる段差状に形成され一部が前記二次焼却室に向かう上り勾配に形成された傾斜面を有する燃焼ガス流路と、先端を前記一次焼却室の床の上部に向けて前記燃焼ガス流路の前記傾斜面に配設された着火加熱装置と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）一次焼却室の周壁が略鉛直又は上部が下部より幅狭に形成されているので、一次焼却室内で焼却物が下部から焼却される際に、未燃焼物が周壁に付着し難くブリッジ状になり難いため、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室に直接投入して完全に燃焼できる。
（２）一次焼却室の床に粒子層が敷設されているとともに、粒子層に炉床ガス供給部が埋設されているので、都市ゴミや産業廃棄物，バイオマス燃料等の焼却物を投入して着火するだけで、炉床ガス供給部から燃焼用空気等が供給されて粒子層側から焼却され完全燃焼させることができる。
（３）炉床ガス供給部からの空気量や酸素濃度等で焼却物の焼却速度を調節することができ、自在性に優れる。
（４）一次焼却室の床に敷設された粒子層の全面から燃焼用空気等が供給されるので、火格子の欠点である吹き抜け現象もなく均一に燃焼が進むため、未燃焼残分のほとんどない焼却灰が得られる。
（５）燃焼ガス流路に上り勾配の傾斜面が形成されている又は燃焼ガス流路が一次焼却室の下部が下位となる段差状に形成され一部が二次焼却室に向かう上り勾配に形成された傾斜面を有しているので、一次焼却室に生成された焼却灰の二次焼却室への飛散を防止でき、焼却灰の回収効率に優れる。
（６）一次焼却室に投入された焼却物（燃料）が燃焼中に崩れるのを防止できるので、焼却物を粒子層側から完全に燃焼させることができる。
（７）一次焼却室の床の上部に向けて燃焼ガス流路の傾斜面に配設された着火加熱装置を備えているので、一次焼却室に投入された焼却物を粒子層側から着火し焼却することができる。
（８）粒子層の表面に焼却灰等の焼却残渣を置き、着火加熱装置によって焼却残渣の熔融温度以上に加熱することで、焼却残渣を上面側から熔融させて熔融スラグを生成することができる。
（９）熔融スラグの周囲の粒子層は、炉床ガス供給部からの空気量等を調整することで熔融の進行を抑制することができるので、粒子層の容器の中で熔融スラグを生成しているような状態にすることができ、熔融スラグの生成後は炉床ガス供給部からの空気で冷却しスラグを生成し排出することができる。このため、熔融スラグの流出樋等の排出手段や水冷パイプ等の冷却手段を別途設ける必要がなく装置構成を簡単にすることができる。
（１０）生成されたスラグは、粉砕・整粒して粒子層を構成する粒子としてリサイクルすることもでき省資源性に優れる。
（１１）燃焼用空気等が燃焼ガス流路の傾斜面に沿って斜め上向きに流動するため、一次焼却室に投入された焼却物の着火を容易に行うことができる。
【０００８】
ここで、粒子層を構成する粒子としては、平均粒径が３〜５０ｍｍ好ましくは５〜２０ｍｍに整粒された砂利等の砕石類、軽石等の岩石類、焼却灰等の熔融スラグ，高炉スラグ等のスラグ，耐火煉瓦屑，耐火物粒子，コークス等の無機質粒子の１種若しくは複数種が用いられる。
粒子の平均粒径が５ｍｍより小さくなるにつれ粒子層を通気する際の圧力損失が大きく通気性が低下し、また通気の分散効果が小さく粒子層上での燃焼効率が低下する傾向がみられ、２０ｍｍより大きくなるにつれ断熱性が低下し熱損失が増加するとともに、粒子間の隙間に焼却灰等が入り込み易く通気性が経時的に低下する傾向がみられる。特に、３ｍｍより小さくなるか５０ｍｍより大きくなると、これらの傾向が著しいため好ましくない。
【０００９】
炉床ガス供給部からのガスの平均流速としては、０．０２〜１ｍ／秒好ましくは０．１〜１ｍ／ｓが好適に用いられる。平均流速が０．１ｍ／秒より遅くなるにつれ粒子層の粒子が昇温され熔着され易くなるとともに、粒子層内に焼却灰等が入り込み易く通気性が経時的に低下する傾向がみられ、０．０２ｍ／秒より遅くなると、この傾向が著しくなるため好ましくない。１ｍ／秒より速くなるにつれ、粒子層の粒子の流動や飛散が著しくなるため好ましくない。
なお、炉床ガス供給部は、空気の他、酸素ガスや酸素濃度の高いガスも供給できるようにしておくのが好ましい。粒子層上での燃焼状態を自在に制御するためである。
【００１０】
一次焼却室には、生木、木屑、生ごみ、紙おむつ、樹木等の剪定ごみ、間伐材、おが屑、農作物の収穫屑、茸菌床、生鶏糞等の家畜糞尿、家畜床、活性汚泥法による余剰汚泥，パルプ廃液汚泥，排水処理汚泥等の汚泥等の含水率が４０〜８０％程度の高含水の焼却物も投入することができる。また、重油，ピート，亜炭，泥炭等の化石燃料も焼却物として用いることができる。また、廃棄飲料，有機排水等の液状の廃棄物も、焼却物に滴下することにより、焼却物とともに焼却することができる。
着火加熱装置としては、液体燃料や気体燃料を燃焼させて加熱するバーナー、電気エネルギーを利用するプラズマトーチ，アーク電極トーチ，抵抗加熱装置，誘導加熱装置等が用いられる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焼却装置であって、先端を前記一次焼却室の床の上部に向けて前記一次焼却室に形成された着火加熱装置配設部を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）一次焼却室の着火加熱装置配設部に着火加熱装置を配設し、着火加熱装置に点火する以前に二次焼却室を加熱して、一次焼却室から二次焼却室に向かうガス流を形成しておくことにより、着火された焼却物が発生する燃焼ガスが一次焼却室に滞留するのを防止することができる。
【００１４】
ここで、着火加熱装置配設部としては、着火加熱装置の炎や火花等が粒子層に堆積された焼却物に到達するような箇所で、一次焼却室の床の近くの周壁に形成した傾斜面，凹み等に形成することができる。
【００１５】
着火加熱装置は、一次焼却室に形成された着火加熱装置配設部、燃焼ガス流路に形成された傾斜面等に配設することができる。床面積が広い大型の焼却装置の場合等には、着火加熱装置配設部及び燃焼ガス流路に着火加熱装置を配設することで、焼却物への着火や焼却灰を熔融させる時間を短縮できる。
なお、一次焼却室の着火加熱装置配設部に着火加熱装置を配設した場合は、着火加熱装置に点火する以前に二次焼却室を加熱して、一次焼却室から二次焼却室に向かうガス流を形成しておくのが望ましい。着火された焼却物が発生する燃焼ガスが一次焼却室に滞留するのを防止するためである。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の焼却装置であって、噴射口が周壁側に傾斜して前記二次焼却室の周壁に配設され旋回流を形成する二次空気供給部を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）噴射口が周壁側に傾斜して二次焼却室の周壁に配設され旋回流を形成する二次空気供給部を備えているので、二次焼却室内に形成された旋回流に乗って煤塵等の滞留時間が長くなるため煤が完全に燃焼され易く、またサイクロン効果によって粒径の大きな塵を集めることができ、系外への煤塵と有害排出物（ダイオキシン等）の排出を防止できる。
【００１７】
ここで、旋回流の流速としては、１５〜５０ｍ／秒が好適に用いられる。粒径の大きな塵（約５μｍ以上）を捕集することができるとともに、煤の滞留時間を長くして二次焼却室内で完全に燃焼できるからである。流速が１５ｍ／秒より遅くなるにつれ旋回流に乗って旋回する煤塵等に働く遠心力が小さくサイクロン効果が低下するとともに、二次焼却室内での煤塵等の滞留時間が短くなり、二次焼却室内での煤の完全燃焼が困難になる傾向がみられる。５０ｍ／秒より速くなるにつれ二次空気供給部に接続された送風機の動力が大きくなり装置が大型化するため好ましくない。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の焼却装置であって、前記二次焼却室に配設された熱交換器と、前記一次焼却室に配設された温風供給部と、前記温風供給部と前記熱交換器とを連通した温風管と、前記温風管の上流側に接続された送風機と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）二次焼却室の廃熱の熱交換により生成された温風を一次焼却室に供給して、一次焼却室内に投入された焼却物を装置内で乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室にそのまま投入するだけで容易に完全に焼却することができるとともに、廃熱の有効利用ができエネルギー効率を高めることができる。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１に記載の焼却装置であって、前記二次焼却室と前記一次焼却室とを連通し前記一次焼却室内に燃焼ガスを供給する燃焼ガス循環路と、前記燃焼ガス循環路の上流側に配設されたガス循環装置と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）二次焼却室内の燃焼ガスを一次焼却室に供給して、一次焼却室内に投入された焼却物を装置内で乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室にそのまま投入するだけで容易に完全に焼却することができる。
（２）ガス循環装置が二次焼却室内の燃焼ガスを一次焼却室に循環し、燃焼ガスを一次焼却室で燃焼することで、燃焼ガス中のＮＯｘ等を低減させることができる。
【００２０】
ここで、ガス循環装置としては、二次焼却室内の高温ガスを燃焼ガス循環路を通じて一次焼却室内に供給できるものであればよく、例えば、エジェクタ、インコネル等の耐熱金属製，窒化珪素等のセラミック製の耐熱ファン等が用いられる。なかでも、エジェクタが好適に用いられる。簡単な構成で二次焼却室内の燃焼ガスを吸引し燃焼ガス循環路に流入させることができ、耐久性に優れるからである。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明の焼却装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）一次焼却室内で焼却物が下部から焼却される際に、未燃焼物が周壁に付着し難くブリッジ状になり難いため、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室に直接投入して着火するだけで粒子層側から焼却させ完全燃焼させることができるので、都市ゴミや産業廃棄物，バイオマス燃料等の種々の焼却物を焼却でき汎用性に優れた焼却装置を提供することができる。
（２）火格子の欠点である吹き抜け現象もなく均一に燃焼が進むため、焼却物がほぼ完全に燃焼され、未燃焼残分のほとんどない焼却灰が得られる焼却装置を提供することができる。
（３）一次焼却室に生成された焼却灰の二次焼却室への飛散を防止して、ほとんどの焼却灰を一次焼却室の床部に堆積させることができ、焼却灰の回収効率に優れた焼却装置を提供することができる。
（４）一次焼却室に投入された焼却物（燃料）が燃焼中に崩れるのを防止できるので、焼却物を粒子層側から完全に燃焼させることができる焼却装置を提供することができる。
（５）一次焼却室に投入された焼却物を粒子層側から着火し焼却することができ操作性に優れた焼却装置を提供することができる。
（６）粒子層の表面に焼却灰等の焼却残渣を置き、着火加熱装置によって焼却残渣の熔融温度以上に加熱することで、焼却残渣を上面側から熔融させて熔融スラグを生成することができ、焼却残渣の熔融処理も可能な焼却装置を提供することができる。
（７）一次焼却室内で熔融スラグの生成・冷却・スラグの生成ができるので、熔融スラグの流出樋等の排出手段や水冷パイプ等の冷却手段を別途設ける必要がなく簡単な構成で熔融処理が可能は焼却装置を提供することができる。
（８）生成されたスラグは、粉砕・整粒して粒子層を構成する粒子としてリサイクルすることもでき省資源性に優れた焼却装置を提供することができる。
（９）一次焼却室に投入された焼却物の着火を容易に行うことができ始動性に優れた焼却装置を提供することができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）一次焼却室の着火加熱装置配設部に着火加熱装置を配設し、着火加熱装置に点火する以前に二次焼却室を加熱して、一次焼却室から二次焼却室に向かうガス流を形成しておくことにより、着火された焼却物が発生する燃焼ガスが一次焼却室に滞留するのを防止することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）二次焼却室内に形成された旋回流に乗って煤塵等の滞留時間が長くなるため、煤が完全に燃焼され、またサイクロン効果によって粒径の大きな塵等を捕集することができ、煤塵と有害排出物（ダイオキシン等）の排出を防止できる環境保全性に優れた焼却装置を提供することができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１の効果に加え、
（１）一次焼却室内に投入された焼却物を装置内で乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも容易に完全に焼却することができるとともに廃熱を有効に活用しエネルギー効率に優れた焼却装置を提供することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１の効果に加え、
（１）一次焼却室内に投入された焼却物を乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも容易に完全に焼却することができる焼却装置を提供することができる。
（２）二次焼却室内の燃焼ガスを一次焼却室に循環して一次焼却室で燃焼することで、燃焼ガス中のＮＯｘ等を低減させることができる焼却装置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】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における焼却装置の要部断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における要部断面図であり、図３は焼却残渣の熔融処理時の状態を示す要部断面図である。
図１において、１は実施の形態１における焼却装置、２は縦長の略直方体に形成された一次焼却室、３は略鉛直に形成された一次焼却室１の周壁、４は空洞状に形成された周壁３の炉壁部、５は水が充填された炉壁部４の空洞部、６は一次焼却室２の周壁３の上部に形成された焼却物を投入する投入口、６ａは一次焼却室２の上部に配設され有機排水等の液状の焼却物を一次焼却室２内に注入する注入口、７は一次焼却室２の周壁３の下部に形成され焼却されて生成された焼却灰や熔融されて生成されたスラグ等を排出する排出口、８は一次焼却室２の床、９は一次焼却室２の床８に敷設された軽石や耐火煉瓦屑，耐火粒子等の無機質粒子からなる粒子層、１０は粒子層９に配設された火格子等の仕切板、１１は一次焼却室２の床８に敷設された粒子層９に配設された仕切板１０の下部に埋設された炉床ガス供給部、１２は炉床ガス供給部１１に多数形成されたガス噴出孔、１３は炉床ガス供給部１１に接続された送風機、１４は一次焼却室２の下部と連通し一次焼却室２の下部が下位となる段差状に形成された燃焼ガス流路、１４ａは燃焼ガス流路１４の一部が二次焼却室１５に向かう幅広の上り勾配に形成された傾斜面、１４ｂは先端の炎口が一次焼却室２の床８の上部に向けて燃焼ガス流路１４の傾斜面１４ａに配設されたバーナーからなる着火加熱装置、１４ｃは燃焼ガス流路１４に配設され燃焼ガスの温度を計測する温度計、１５は燃焼ガス流路１４と下部が連通した二次焼却室、１６は二次焼却室１５の周壁、１７は空洞状に形成され周壁１６の周囲に配設された炉壁部、１８は内部に水が充填された炉壁部１７の空洞部、１９は二次焼却室１５内の下部に配設された補助バーナー、２０は噴射口２１が周壁１６側に傾斜して二次焼却室１５の周壁１６に配設され二次焼却室１５内に旋回流を形成する二次空気供給部、２２は二次空気供給部２０の上流側に接続された送風機、２３は二次焼却室１５の天井の略中心に形成され焼却装置１で発生した排ガスや廃熱が排出される排出部、２３ａは二次焼却室１５の排出部２３の上部に配設され排出部２３と連通したスペーサ部、２４はスペーサ部２３ａの上部に配設された熱交換器、２４ａはスペーサ部２３ａと連通した熱交換室、２４ｂは熱交換室２４ａの側部に形成された排ガスが排出される排気口、２５は熱交換室２４ａの内部に配設された伝熱管、２６は伝熱管２５の上流側に接続された送風機、２７は一端が伝熱管２５に接続された温風管、２８は他端が温風管２７に接続され一次焼却室２の高さ方向の略中間の周壁３に配設された温風供給部である。なお、空洞部５，１８内の水は図示しない通水口から空洞部５，１８内に通水され、一次焼却室２，二次焼却室１５によって加熱された後、図示しない排水口から排水されて温水として利用することができる。
図２において、２９は燃焼ガス流路１４の側方に配設され二次焼却室１５と一次焼却室２とを連通した燃焼ガス循環路、３０は燃焼ガス循環路２９の上流側に配設されたエジェクタからなるガス循環装置、３１は上流側が燃焼ガス循環路２９に接続し燃焼ガス流路１４の反対側から一次焼却室２内に燃焼ガスを供給する耐熱管等で形成された燃焼ガス供給部、３１ａは燃焼ガス供給部３１に形成され燃焼ガスを流出させるガス流出口である。
図３において、３２は焼却灰等の焼却残渣が熔融され下部が粒子層９に埋設された擂鉢状の熔融スラグである。
【００２８】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における焼却装置１において、以下焼却物の焼却方法について説明する。
初めに、含水率が４０〜８０％の生木、木屑、生ごみ、紙おむつ、樹木等の剪定ごみ、間伐材、おが屑、農作物の収穫屑、茸菌床、生鶏糞等の家畜糞尿、家畜床、活性汚泥法による余剰汚泥，パルプ廃液汚泥，排水処理汚泥等の汚泥等を含む焼却物を、一次焼却室２内がほぼ満杯になるまで投入口６から一次焼却室２内に投入する。このときの焼却物の加重平均含水率を約６０％にしておく。なお、固定炭素成分が少ない等、焼却物の種類によっては、予め粒子層９に木片，薪，ウッドチップ，コークス粒，石炭粒等を敷いておく。
投入口６を閉鎖した後、補助バーナー１９を点火し二次焼却室１５を約８００℃以上に昇温する。二次焼却室１５の昇温後、着火加熱装置１４ｂを点火し、焼却物の粒子層９側に着火しながら、炉床ガス供給部１１から粒子層９に通気し、焼却物のガス化燃焼を開始する。次いで、二次空気供給部２０から空気を二次焼却室１５内に供給し、二次焼却室１５内に旋回流を形成する。これにより、サイクロン効果を得ることができる。
さらに、送風機２６を稼動して温風供給部２８から温風を一次焼却室２内に供給し焼却物を乾燥する。また、ガス燃焼装置３０を稼動して燃焼ガス供給部３１から一次焼却室２内に燃焼ガスを供給する。
これにより、焼却物は粒子層９側から上部に向かってガス化燃焼し続け、燃焼ガスは燃焼ガス流路１４から二次焼却室１５内に流入され、高温の二次焼却室１５内で燃焼ガスに含まれる煤塵等が燃焼され、排出部２３から排ガスが排出される。
なお、焼却物のガス化燃焼が継続し、燃焼ガス流路１４において温度計１４ｃで計測される燃焼ガス温度が８００〜１０００℃を維持できるようになれば、着火加熱装置１４ｂ、補助バーナー１９は消火することができる。一次焼却室２内に空気を供給するだけで、焼却物のガス化燃焼が進行するからである。
空気燃焼ガス流路１４における燃焼ガス温度が約８００℃より低下すると、再び着火加熱装置１４ｂ、補助バーナー１９を点火し焼却物の燃焼を促すが、一定時間、着火加熱装置１４ｂ、補助バーナー１９を点火しても燃焼ガス流路１４の燃焼ガスの温度が約８００℃に昇温しないときは、一次焼却室２内の焼却物が焼却し尽くされたことを示しているため、着火加熱装置１４ｂ、補助バーナー１９を消火し、次いで各送風機を停止する。なお、送風機１３は粒子層９の冷却のため、室温近くに冷却されるまで運転する。
粒子層９に堆積した焼却灰等の焼却残渣は、排出口７から一次焼却室２の外に取り出して、一次焼却室２内を空の状態にした後、同様に焼却物を燃焼させることができる。また、焼却残渣を熔融処理することもできる。
【００２９】
焼却残渣の熔融処理時には、図３に示すように、粒子層９に擂鉢状の凹みを形成し、この凹みの中に焼却残渣を充填した後、着火加熱装置１４ｂに点火して、焼却残渣を熔融温度以上に加熱して熔融し熔融スラグ３２を生成することができる。焼却残渣に、川砂，山砂等の砕石類、蛇紋岩，玄武岩等の岩石類、ガラス屑，カレット，高炉スラグ，石灰石，アルカリ金属やアルカリ土類金属を含有したアルカリ材等の、低融点で焼却残渣と共融する熔融助剤を混合することができる。また、熔融を容易にするため、焼却残渣の上に木片，薪，ウッドチップ，コークス粒，石炭粒等の固形燃料を敷いておくこともできる。
【００３０】
以上のように、本発明の実施の形態１における焼却装置は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）一次焼却室２の周壁３が略鉛直に形成されているので、一次焼却室２内で焼却物が乾燥や焼却される際、未燃焼物が周壁３に付着し難くブリッジ状になり難いため、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室に直接投入して完全に燃焼できる。
（２）一次焼却室２の床８に粒子層９が敷設されているとともに、粒子層９に炉床ガス供給部１１が埋設されているので、都市ゴミや産業廃棄物，バイオマス燃料等の焼却物を投入して着火するだけで、炉床ガス供給部１１から燃焼用空気等の燃焼用ガスが供給されて粒子層９側から酸化雰囲気で焼却することができ焼却物の燃焼処理性能に優れる。
（３）炉床ガス供給部１１からの空気量や酸素量で焼却物の焼却速度を自在に調節することができ、自在性に優れる。
（４）一次焼却室２の床８の上部に向けて配設された着火加熱装置１４ｂを備えているので、一次焼却室２に投入された焼却物を粒子層９側から着火し焼却することができる。
（５）粒子層９の表面に焼却灰等の焼却残渣を置き、着火加熱装置１４ｂによって焼却残渣の熔融温度以上に加熱することで、焼却残渣を上面側から熔融させて熔融スラグを生成することができる。
（６）熔融スラグの周囲の粒子層９は、炉床ガス供給部１１からの空気量等を調整することで熔融の進行を抑制することができるので、粒子層９の凹所内で熔融スラグ３２を生成しているような状態にすることができ、熔融スラグ３２の生成後は炉床ガス供給部１１からの空気で冷却しスラグを生成し排出することができる。このため、熔融スラグ３２の流出樋等の排出手段や水冷パイプ等の冷却手段を別途設ける必要がなく装置構成を簡単にすることができる。
（７）生成されたスラグは、粉砕・整粒して粒子層を構成する粒子としてリサイクルすることもでき省資源性に優れる。
（８）噴射口２１が周壁１６側に傾斜して二次焼却室１５の周壁１６に配設され旋回流を形成する二次空気供給部２０を備えているので、二次焼却室１５内に形成された旋回流に乗って煤塵等の滞留時間が長くなるので、煤を二次焼却室１５内で完全燃焼することができるとともに有害排出物（ダイオキシン等）の排出を防止できる。
（９）排出部２３が二次焼却室１５の天井の略中心に形成されているので、塵等のうち粒径の大きなもの（約５μｍ以上）は遠心力が大きく、サイクロン効果によって旋回流の外側を周回し排出部２３からは排出されずに二次焼却室１５の床に集まるため、排出部２３からは塵をほとんど含まない排ガスだけを排出することができる。
（１０）二次焼却室１５の廃熱の熱交換により生成された温風を一次焼却室２に供給して、一次焼却室２内に投入された焼却物を一次焼却室２内で乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室２にそのまま投入するだけで容易に完全に焼却することができる。
（１１）二次焼却室１５内の燃焼ガスを一次焼却室２に供給して、一次焼却室２内に投入された焼却物を装置内で乾燥させることができ、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室２にそのまま投入するだけで容易に完全に焼却することができる。
（１２）ガス循環装置３０が、二次焼却室１５内の燃焼ガスを燃焼ガス流路１４の反対側から一次焼却室２に循環するので、燃焼ガスを一次焼却室２で燃焼することで燃焼ガス中のＮＯｘ等を低減させることができる。
（１３）一次焼却室２や二次焼却室１５の周壁３，１６の空洞部５，１８に水が充填されているので、一次焼却室２に投入される都市ゴミや産業廃棄物等の焼却物中にプラスチック廃棄物や石油製品等を含んでいる場合にも、プラスチック製品等の熔融液化・ガス発生の暴走を防ぎ、一次焼却室２内のガスの発生を均一化することができるとともに、周壁３，１６に耐火物や断熱材の内張りを最小限にすることができ施工性に優れる。また、空洞部５，１８内の加熱された水を空洞部５，１８から排出することにより、温水として有効に利用できる。
（１４）粒子層９に仕切板１０が配設されているので、一次焼却室２から焼却残渣を排出するときやメンテナンス時等に、粒子層９の粒子が外部に掻き出されるのを防止できる。
（１５）一次焼却室２の下部と連通し一次焼却室２の下部が下位となる段差状に形成された燃焼ガス流路１４を備えているので、一次焼却室２に生成された焼却灰の二次焼却室１５への飛散を防止でき、焼却灰の回収効率に優れる。
（１６）また、一次焼却室２に投入された焼却物（燃料）が燃焼中に崩れるのを防止できるので、焼却物を粒子層９側から完全に燃焼させることができる。
（１７）燃焼ガス流路１４に二次焼却室１５に向かう上り勾配に形成された傾斜面１４ａを備えているので、燃焼用空気等が傾斜面１４ａに沿って斜め上向きに流動するため、一次焼却室２に投入された焼却物の着火を容易に行うことができる。また、焼却灰の飛散や焼却物の崩れも防止できる。
【００３１】
ここで、本実施の形態においては、周壁３が略鉛直に形成された場合について説明したが、上部が下部より幅狭に形成することもできる。この場合は、一次焼却室の内容積がやや小さくなるが、同様の作用が得られる。
また、バーナーからなる着火加熱装置１４ｂを備えた場合について説明したが、プラズマトーチ，アーク電極トーチ，抵抗加熱装置，誘導加熱装置等で形成する場合もある。この場合も、同様の作用が得られる。なお、粒子層９の上面乃至は上面側にコークス粒等の固形燃料を配設し、炉床ガス供給部１１からの空気量や酸素濃度を調節することにより、粒子層９の上面を着火加熱装置として用いることができる。この場合も、粒子層９の表面の焼却物を燃焼したり、粒子層９の表面の焼却残渣を熔融したりすることができる。
また、バーナーからなる着火加熱装置１４ｂ、補助バーナー１９を備えた場合について説明したが、着火加熱装置１４ｂがない場合は、着火時に排出口７を開けて、焼却装置１の外側からバーナー等を使って焼却物に着火し、着火後に排出口７を閉じ、焼却物を燃焼させることができる。
また、送風機１３，２２，２６を各々備えた場合について説明したが、送風機を１台だけにして、送風機と炉床ガス供給部１１，二次空気供給部２０，伝熱管２５とを開閉弁が配設された配管で接続することもできる。これにより、送風機の台数を減らし焼却装置１を小型化することができる。
また、排気口２４ｂが熱交換室２４ａの側部に形成された場合について説明したが、熱交換室２４ａの上部に形成することもできる。さらに、排気口２４ｂにドラフト装置や温水ボイラ等を接続することもできる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施の形態１で説明した焼却装置を用い、病棟（ベット数２５０床）からの排出物を焼却物として焼却した。排出物は、紙おむつ（含水率８９％）５２５ｋｇ、雑芥３９０ｋｇ、厨房の生ゴミ６０ｋｇ（小計９７５ｋｇ、平均含水率６５％）。これらは全て、４０Ｌのポリエチレン製の袋に小分けして充填されていた。助燃材として、粒子層の上に木屑５０ｇ、コークス粒３０ｋｇを敷き、この上に排出物を袋に入ったまま積み上げ、排出物及び助燃材を焼却物（合計１０５５ｋｇ、平均含水率６０％）として焼却した。
助燃材に着火して燃焼させ、燃焼ガス温度８６０℃、燃焼時間８．５時間、冷却時間２．０時間で燃焼を完了し、３１ｋｇの焼却灰（焼却残渣）が残った。
燃焼中の排ガスを分析したところ、ダイオキシン類濃度０．２ｎｇ／ｍ３Ｎ、煤塵５０ｍｇ／ｍ３Ｎ、窒素酸化物濃度３０ｐｐｍ（ｖｏｌ）であり、有害物質の排出量が少ないことが確認された。
また、焼却灰（焼却残渣）の９００℃における強熱減量は０．５％であり、含水率の高い焼却物がほぼ完全に燃焼されていることが明らかになった。
【００３３】
（実施例２）
実施の形態１で説明した焼却装置を用い、生鶏糞を焼却物として焼却した。生鶏糞２２０ｋｇ（含水率５１．５％、灰分３９．５％）に、ウッドチップ８０ｋｇ（含水率２０％）、助燃材として木屑５０ｋｇを混合したものを粒子層の上に積み上げ、燃焼させた。
燃焼中の燃焼ガス温度８３０℃、燃焼時間３．５時間、冷却時間２．０時間で燃焼を完了し、８９ｋｇの焼却灰（焼却残渣）が残った。焼却灰を分析したところ、約８％のカリウム分と約８％のリン分を含有しており、肥料として用いることが可能であることがわかった。
【００３４】
（実施例３）
実施の形態１で説明した焼却装置を用い、有機汚泥脱水ケーキを焼却物として焼却した。有機汚泥脱水ケーキ２００ｋｇ（含水率８２．６％）にウッドチップ８０ｋｇ（含水率２０％）を混合したものを焼却物（平均含水率５８％）として、粒子層の上に敷いた助燃材木屑５０ｋｇの上に積み上げて燃焼させた。
燃焼中の燃焼ガス温度８３０℃、燃焼時間３．５時間、冷却時間２．０時間で燃焼を完了し、ほぼ熔融した状態の１２ｋｇの焼却残渣が残った。
【００３５】
（実施例４）
実施例２で得られた鶏糞の焼却灰５０ｋｇにコークス粒１０ｋｇを混合し、図４に示すように、粒子層に擂鉢状の凹みを形成し、ここに焼却灰とコークス粒の混合物を充填した。なお、粒子層としては、粒径が３〜５０ｍｍの重質の軽石粒を用いた。
バーナーを点火するとともに、炉床ガス供給部から酸素２ｍ３を１時間通気した後、空気のみ６時間通気して焼却灰の燃焼・熔融を行った。
粒子層の冷却を待って熔融物を取り出した。約１／５に容積が収縮しクラックの入った熔融物（スラグ）が得られた。
【００３６】
以上のことから、本実施例によれば、都市ゴミや産業廃棄物，バイオマス燃料等の種々の焼却物を焼却でき汎用性に優れ、焼却灰（燃焼残渣）の熔融も可能な焼却装置を提供できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、都市ゴミ等の産業廃棄物やバイオマス燃料等を焼却する焼却装置に関し、一次焼却室内で焼却物が下部から焼却される際に、未燃焼物が周壁に付着し難くブリッジ状になり難いため、生木，生ゴミ，紙おむつ，鶏等の家畜糞尿，汚泥等の含水率が４０％以上の焼却物でも、一次焼却室に直接投入して着火するだけで粒子層側から焼却させ完全燃焼させることができるので、都市ゴミや産業廃棄物，バイオマス燃料等の種々の焼却物を焼却でき汎用性に優れた焼却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１における焼却装置の要部断面図
【図２】図１のＡ−Ａ線における要部断面図
【図３】焼却残渣の熔融処理時の状態を示す要部断面図
【図４】従来の焼却装置の要部断面図
【符号の説明】
【００３９】
１  焼却装置
２  一次焼却室
３  周壁
４  炉壁部
５  空洞部
６  投入口
６ａ  注入口
７  排出口
８  床
９  粒子層
１０  仕切板
１１  炉床ガス供給部
１２  ガス噴出孔
１３  送風機
１４  燃焼ガス流路
１４ａ  傾斜面
１４ｂ  着火加熱装置
１４ｃ  温度計
１５  二次焼却室
１６  周壁
１７  炉壁部
１８  空洞部
１９  補助バーナー
２０  二次空気供給部
２１  噴射口
２２  送風機
２３  排出部
２３ａ  スペーサ部
２４  熱交換器
２４ａ  熱交換室
２４ｂ  排気口
２５  伝熱管
２６  送風機
２７  温風管
２８  温風供給部
２９  燃焼ガス循環路
３０  ガス循環装置
３１  燃焼ガス供給部
３１ａ  ガス流出口
３２  熔融スラグ
４０  焼却装置
４１  一次焼却室
４２  燃焼ガス流路
４３  二次焼却室
４４  投入口
４５  周壁
４６  焼却物
４７  粒子層
４８  空気供給部
４９  送風機
５０  空気供給部
５１  送風機
５２  着火口
５３  空気供給部
５４  バーナー
５５  空気供給部
５６  排出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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