(57)【要約】【課題】排ガス中のＮＯｘの発生を抑制する廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法を提供することを課題とする。【解決手段】燃焼用の一次空気を火格子の下方から供給する一次空気供給手段８，９と、焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子５ａ及び燃焼火格子５ｂの下方から供給する循環排ガス供給手段１７，１８と、高温ガスを燃焼室２の側壁又は天井から供給する高温ガス供給手段２０と、乾燥火格子５ａ及び燃焼火格子５ｂのうち少なくとも一つの下方から供給する一次空気と循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御する混合ガス酸素量制御手段１６ａ，１６ｂ，１９ａ，１９ｂとを具備し、混合ガス酸素量制御手段は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給手段による一次空気供給量と循環排ガス供給手段による循環排ガスの供給量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置において、
燃焼用の一次空気を火格子の下方から供給する一次空気供給手段と、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガス供給手段と、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給する高温ガス供給手段と、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御する混合ガス酸素量制御手段とを具備し、
混合ガス酸素量制御手段は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給手段による一次空気供給量と循環排ガス供給手段による循環排ガスの供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。
【請求項２】
混合ガス酸素量制御手段は、上記空気比を０．６〜０．８に制御することとする請求項１に記載の廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。 
【請求項３】
廃棄物焼却装置は、焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域に供給する第二の循環排ガス供給手段を、さらに具備することとする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。
【請求項４】
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置において、
燃焼用の一次空気を乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気供給手段と、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方からと、後燃焼火格子の下方から供給する循環排ガス供給手段と、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給する高温ガス供給手段と、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御する混合ガス酸素量制御手段とを具備し、
混合ガス酸素量制御手段は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給手段による一次空気供給量と循環排ガス供給手段による乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスの供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。
【請求項５】
混合ガス酸素量制御手段は、上記空気比を０．６〜０．８に制御することとする請求項４に記載の廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。 
【請求項６】
廃棄物焼却装置は、焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域に供給する第二の循環排ガス供給手段を、さらに具備することとする請求項４又は請求項５に記載の廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。
【請求項７】
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置での廃棄物焼却方法において、
燃焼用の一次空気を火格子の下方から供給し、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給し、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給し、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御し、
混合ガスの酸素量の制御は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給量と循環排ガス供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却方法。
【請求項８】
混合ガスの上記空気比を０．６〜０．８に制御することとする請求項７に記載の廃棄物焼却方法。 
【請求項９】
焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域にさらに供給することとする請求項７又は請求項８に記載の廃棄物焼却方法。
【請求項１０】
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置での廃棄物焼却方法において、
燃焼用の一次空気を乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給し、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方からと、後燃焼火格子の下方から供給し、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給し、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御し、
混合ガスの酸素量の制御は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給量と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガス供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却方法。
【請求項１１】
混合ガスの上記空気比を０．６〜０．８に制御することとする請求項１０に記載の廃棄物焼却方法。 
【請求項１２】
焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域にさらに供給することとする請求項１０又は請求項１１に記載の廃棄物焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する火格子式の廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的な焼却炉の構成の概要は、次のごとくである。 
【０００３】
火格子式廃棄物焼却炉は、廃棄物を燃焼する燃焼室の下部に廃棄物の移動方向に配置され三段から成る火格子（乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子）を有し、後燃焼火格子の上方に位置する燃焼室の出口に二次燃焼室が連設されている。該燃焼室には乾燥火格子の上方に位置して廃棄物投入口が設けられている。そして後燃焼火格子の廃棄物の移動方向下流側下方には灰落下口が設けられている。通常、上記二次燃焼室は廃熱回収用の廃熱ボイラの一部でもあり、その入口近傍部分である。また、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子それぞれの火格子下から燃焼用一次空気を吹き込む燃焼用一次空気吹込み機構が設けられている。 
【０００４】
このような火格子式廃棄物焼却炉において、廃棄物投入口から燃焼室内に投入された廃棄物は、乾燥火格子上に堆積され、乾燥火格子の下からの空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に、昇温されて着火する。すなわち、上記乾燥火格子の直上方では、廃棄物の移動方向の上流側空間で乾燥領域が形成され、乾燥火格子の直上方の下流側空間から燃焼火格子の直上方の上流側空間にかけて燃焼開始領域が形成される。燃焼開始領域で着火して燃焼を開始した廃棄物は、乾燥火格子から燃焼火格子上に送られ、廃棄物が熱分解されて可燃性ガスが発生し、燃焼火格子の下から送られる燃焼用一次空気により可燃性ガスと固形分が燃焼し、燃焼火格子の直上方空間で主燃焼領域が形成される。そして、更に後燃焼火格子上で、固定炭素など未燃分が完全に燃焼し、該後燃焼火格子の直上方空間で後燃焼領域が形成される。しかる後、燃焼後に残った灰は、灰落下口より外部に排出される。
【０００５】
かくして、火格子式廃棄物焼却炉では、廃棄物は燃焼室にて乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子の三段の火格子の下から吹き込まれる燃焼用一次空気により燃焼する。さらに、燃焼室からの燃焼排ガスに含まれている可燃性ガスの未燃分は、二次燃焼室で二次燃焼用空気を受けて燃焼する。 
【０００６】
従来の火格子式廃棄物焼却炉では、実際に焼却炉内に供給する空気量を廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で除した比（空気比）は、通常、１．４〜１．５程度である。これは、一般燃料の燃焼に必要な空気比である１．０５〜１．２に比べて大きくなっている。その理由は、廃棄物には、一般燃料としての液体燃料や気体燃料に比べて不燃分が多く、かつ不均質なため、空気の利用効率が低く、燃焼を行うには多量の空気が必要となるためである。しかし、単に供給空気を多くすると、空気比が大きくなるにしたがって排ガス量も多くなるので、これに伴ってより大きな排ガス処理設備が必要となる。 
【０００７】
廃棄物焼却炉において空気比を小さくした状態で、支障なく廃棄物を燃焼することができれば、排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパクトになり、その結果、廃棄物焼却施設全体が小型化して設備費を低減できる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤使用量も低減するので、運転費を低減できる。さらには、排ガス量の低減により廃熱ボイラの熱回収率を向上できるので、熱回収できずに大気に捨てられる熱量を低減させ、これに伴って廃棄物焼却廃熱を利用する発電の効率を上げることができる。 
【０００８】
このように、低空気比燃焼を行う利点は大きいが、一方で、空気比が１．３以下の低空気比燃焼では燃焼が不安定になるという問題が生じる。すなわち、低空気比で廃棄物を燃焼させると、燃焼が不安定となり、ＣＯの発生が増加したり、火炎温度が局所的に上昇してＮＯｘが急増したり、煤が大量に発生したりして排ガス中の有害物が増加するという問題が生じ、また、局所的な高温により廃棄物や灰が溶融して炉壁に付着してクリンカが発生したり、炉壁の耐火物の寿命が短くなるという問題点がある。 
【０００９】
このような状況のもとで、空気比が１．３以下の低空気比で安定して燃焼することができる廃棄物焼却炉が検討されており、特許文献１に開示されている。この特許文献１では、廃棄物焼却炉から排出された排ガスを除塵した後、該排ガスと空気とを混合した高温ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、以下の効果が得られるとしている。 
【００１０】
即ち、低空気比のもとでも、高温ガスの顕熱と輻射により廃棄物の熱分解を促進すること、酸素を含んだ高温ガスの吹込みにより廃棄物の熱分解により発生した可燃性ガスの燃焼を促進すること、さらに高温ガスを燃焼室の側壁に設けたノズルから燃焼室内に吹き込み、この高温ガスの流れと、廃棄物から発生した可燃性ガスと燃焼ガスとの上昇流とを衝突させ、廃棄物層直上に流れの遅いよどみ領域を形成することにより、可燃性ガスの流れが緩やかになり、可燃性ガスが燃焼用一次空気や高温ガスによって供給される酸化剤成分と十分に混合されるため安定した燃焼が行われることなどの効果があり、高温ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、低空気比燃焼操業下で廃棄物の燃焼を安定して行わせることができるとしている。 
【００１１】
廃棄物焼却炉では、廃棄物に含まれる窒素分（前者）や空気中の窒素（後者）が高温下で反応してＮＯｘが発生する。前者によるＮＯｘがフューエルＮＯｘ、後者によるＮＯｘがサーマルＮＯｘと称されている。焼却炉から排出される排ガスを煙突から大気中に排出する際に、排ガス中のＮＯｘ濃度を規制値以下にしなければならないため、排ガス処理系の脱硝装置でＮＯｘを除去しているが、焼却炉内で発生するＮＯｘ量を抑制することが根本的な対策であり、これが要望されている。
【００１２】
発生するＮＯｘ量を抑制するために、特許文献１に開示された廃棄物焼却炉では、上述した空気と排ガスを混合した高温ガスの吹込みに加え、さらに、該高温ガスの吹込み位置の上方又はガス流れ方向下流側に、焼却炉からの排ガスの一部を循環排ガスとして吹き込むようになっている。  
【００１３】
循環排ガスを高温ガスの吹込み位置の上方又はガス流れ方向下流側に吹き込むことにより、燃焼室内の高温ガスの吹込みによって安定化された燃焼領域の上方又はガス流れ方向下流側の火炎温度を低下させ、局所的な高温領域の発生を抑制し炉内温度を広範囲にわたって均一化させ、空気中の窒素が高温領域で反応して生成するサーマルＮＯｘをより効果的に抑制する。さらに、低酸素濃度（４〜８体積％程度）の循環排ガスを吹き込むことにより、前記高温ガスの吹込み位置の上方又はガス流れ方向下流側領域を還元雰囲気に近づけ、サーマルＮＯｘをＮ２へ還元しＮＯｘ濃度を低減させるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開２００４−０９２６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１によれば、燃焼室側壁あるいは天井に設けられた孔から循環排ガスが炉内に吹き込まれ、この循環排ガスが炉内ガスを攪拌して局所高温領域の発生の抑制（温度分布の均一化）が可能となるので、空気中の窒素に由来する温度依存性の高いサーマルＮＯｘに対して発生抑制の効果がある。しかし、廃棄物中の窒素分に由来するフューエルＮＯｘには効果は限定的である。フューエルＮＯｘは温度依存性よりも廃棄物が熱分解・ガス化する際の雰囲気の酸素濃度への依存性が大きいからである。廃棄物焼却炉ではフューエルＮＯｘが発生する割合が大きいと言われている。従来、このフューエルＮＯｘに対しては、有効な対策が講じられているとは言い難かった。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑み、空気比が１．３以下の低空気比燃焼操業を行うために燃焼室内に高温ガスを吹き込む廃棄物焼却炉において、サーマルＮＯｘの発生を抑制するのみならず、廃棄物焼却炉で発生する割合が大きいフューエルＮＯｘの発生をも抑制する廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法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】
【００１７】
本発明は、上述の課題を解決するために、廃棄物焼却装置に関しては次の第一または第二発明そして廃棄物焼却方法に関しては次の第三または第四発明のように構成される。
【００１８】
［廃棄物焼却装置］
＜第一発明＞
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置において、
燃焼用の一次空気を火格子の下方から供給する一次空気供給手段と、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガス供給手段と、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給する高温ガス供給手段と、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御する混合ガス酸素量制御手段とを具備し、
混合ガス酸素量制御手段は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給手段による一次空気供給量と循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。
【００１９】
本発明において、混合ガス酸素量制御手段は、上記空気比を０．６〜０．８に制御することが好ましい。 
【００２０】
本発明において、廃棄物焼却装置は、焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域に供給する第二の循環排ガス供給手段を、さらに具備することができる。
【００２１】
＜第二発明＞
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置において、
燃焼用の一次空気を乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気供給手段と、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方からと、後燃焼火格子の下方から供給する循環排ガス供給手段と、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給する高温ガス供給手段と、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御する混合ガス酸素量制御手段とを具備し、
混合ガス酸素量制御手段は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給手段による一次空気供給量と循環排ガス供給手段による乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスの供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置。
【００２２】
本発明において、混合ガス酸素量制御手段は、上記空気比を０．６〜０．８に制御することが好ましい。
【００２３】
本発明において、廃棄物焼却装置は、焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域に供給する第二の循環排ガス供給手段を、さらに具備することができる。
【００２４】
［廃棄物焼却方法］
＜第三発明＞
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置での廃棄物焼却方法において、
燃焼用の一次空気を火格子の下方から供給し、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給し、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給し、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御し、
混合ガスの酸素量の制御は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給量と循環排ガス供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却方法。
【００２５】
本発明において、上記空気比を０．６〜０．８に制御することが好ましい。
【００２６】
本発明において、焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域にさらに供給するようにすることができる。
【００２７】
＜第四発明＞
火格子を備える燃焼室で廃棄物を燃焼する廃棄物焼却炉を備える廃棄物焼却装置での廃棄物焼却方法において、
燃焼用の一次空気を乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給し、
焼却炉の排ガスの一部を循環排ガスとして乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方からと、後燃焼火格子の下方から供給し、
高温ガスを燃焼室の側壁又は天井から供給し、
乾燥火格子及び燃焼火格子の下方から供給する一次空気と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガスとの混合ガスの酸素量を制御し、
混合ガスの酸素量の制御は、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給量と乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から供給する循環排ガス供給量を制御することを特徴とする廃棄物焼却方法。
【００２８】
本発明において、混合ガスの上記空気比を０．６〜０．８に制御することが好ましい。
【００２９】
本発明において、焼却炉の排ガスの一部を燃焼室の側壁又は天井から廃棄物熱分解ガス燃焼領域にさらに供給することができる。
【００３０】
＜発明の原理＞
廃棄物焼却炉にて廃棄物が熱分解・ガス化（あるいは部分酸化）されるとき、廃棄物に含有されている窒素（Ｎ）分は主にＨＣＮ，ＮＨ３として放出される。これらは酸化されてフューエルＮＯｘに転換するが、その転換率はその転換反応が起こる雰囲気の酸素濃度及び温度に影響を受ける。特に酸素濃度の影響は大きい。
【００３１】
本発明では、このような状況にある廃棄物焼却炉（主にストーカ式焼却炉）において、火格子の下方から送られる燃焼用の一次空気に、乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つで焼却炉の排ガスの一部を抜き出した循環排ガスを混合し、これを混合ガスとして燃焼室に供給し廃棄物を焼却せしめ、さらに、混合ガスの酸素量の制御を行い、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給量と循環排ガス供給量を制御することとしている。
【００３２】
かかる本発明によれば、混合ガスの酸素量の制御により廃棄物が熱分解、部分酸化される雰囲気の空気比を低くすることが可能となり、廃棄物に含まれる窒素が反応して生成するフューエルＮＯｘの生成を抑制して排ガスに含まれて排出されるＮＯｘを低減させることができる。そのため排ガス中のＮＯｘを除去するための触媒脱硝設備が不要ないし小規模にすることとなる。本発明においては、さらに、側壁あるいは天井から循環排ガスを吹き込むことを併用しても良い。
【００３３】
このように火格子の下方から送られる燃焼用の一次空気に、乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つで循環排ガスを混合して、これを混合ガスとして燃焼室に供給することにより、廃棄物組成や燃焼状況に応じて混合ガスの酸素量を制御して供給することができる。その際、火格子上の廃棄物層近くの雰囲気、すなわち廃棄物の燃焼する雰囲気の空気比を０．６〜０．８にするように混合ガスの酸素量を制御して燃焼することが好ましい。こうすることで廃棄物に含まれる窒素が反応して生成するフューエルＮＯｘの生成を抑制して排ガスに排出されるＮＯｘを低減させることができる。また一次空気のみを供給することにくらべて、混合ガスを供給することにより、燃焼室内へ供給されるガスの流量の増加、希釈・攪拌効果等により燃焼室内における局所高温領域の発生を抑制し温度分布の均一化を実現することもでき、これによりＮＯｘ発生の抑制に効果的となる。
【００３４】
従来、廃棄物の熱分解により発生する可燃ガスの燃焼が生じている燃焼室空間に対し循環排ガスの供給を行っているが、これは空気の窒素に由来するサーマルＮＯｘの発生抑制に有効であっても、廃棄物の窒素に由来するフューエルＮＯｘ発生の抑制に対する効果は低かった。本発明によれば、混合ガスの酸素量の制御により廃棄物が熱分解、部分酸化される雰囲気の空気比を所定範囲として低くするように、混合ガスを火格子の下方から廃棄物層直上の廃棄物熱分解領域に直接吹き込むことができるので、廃棄物が熱分解、部分酸化される雰囲気の空気比を低くして、廃棄物に含まれる窒素が反応して生成するフューエルＮＯｘの生成を抑制することに非常に効果的である。
【００３５】
また、本発明では、廃棄物焼却炉において、火格子の下方から送られる燃焼用の一次空気に、乾燥火格子及び燃焼火格子のうち少なくとも一つで焼却炉の排ガスの一部を抜き出した循環排ガスを混合し、これを混合ガスとして燃焼室に供給し廃棄物を焼却せしめ、混合ガスの酸素量の制御を行い、乾燥火格子及び燃焼火格子上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給量と循環排ガス供給量を制御するとともに、後燃焼火格子の下方から循環排ガスを供給することとしている。
【００３６】
かかる本発明によれば、混合ガスの酸素量の制御により廃棄物が熱分解、部分酸化される雰囲気の空気比を低くすることが可能となり、フューエルＮＯｘの生成を抑制することができるとともに、後燃焼火格子の下方から循環排ガスを燃焼室内へ供給することにより燃焼室内ガスを攪拌して局所高温領域の発生を抑制してサーマルＮＯｘの発生を抑制することができ、フューエルＮＯｘとサーマルＮＯｘの発生を抑制して排ガスに含まれて排出されるＮＯｘを低減させることができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、火格子の上方で燃焼室の側壁または天井から高温ガスを吹き込むとともに、火格子の下方から燃焼用の一次空気を供給し、さらに乾燥火格子と燃焼火格子のうち少なくとも一つの下方から循環排ガスを供給して、一次空気と循環排ガスとで混合ガスを形成して該混合ガスを火格子上の廃棄物層へ直接吹き込み、該混合ガスの酸素量の制御により廃棄物が熱分解、部分酸化される雰囲気の空気比を所定範囲として廃棄物の燃焼を行うので、火格子より上方での上記高温ガスの吹込みによるサーマルＮＯｘの発生抑制に加え、火格子下方からの混合ガスの供給によりフューエルＮＯｘの発生抑制を有効に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一実施形態としての廃棄物焼却装置の概要構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態としての廃棄物焼却装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
［第一実施形態］
以下、本発明の一実施形態の火格子式焼却装置の基本構成、各構成装置そして作用について説明する。 
【００４０】
図１は本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却装置を示す概要構成図である。以下、まず、本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却装置の基本構成の概要を説明し、次いで各構成装置の詳細を説明する。この実施形態において、燃焼室内での廃棄物の移動方向における燃焼室の上流側を前部、下流側を後部という。 
【００４１】
＜火格子式焼却炉の基本構成＞ 
図１に示す火格子式の廃棄物焼却炉１は、後述する高温ガスを側壁又は天井から吹き込むことにより低空気比燃焼を安定して行うことによって、火格子式廃棄物焼却炉設備をコンパクトにすることができ、設備費用、運転費用を大幅に低減できる。 
【００４２】
本実施形態に係る廃棄物焼却炉１は、燃焼室２と、この燃焼室２の廃棄物の流れ方向の上流側（図１にて左側）上方に配置され、廃棄物を燃焼室内に投入するための廃棄物投入口３と、燃焼室２の廃棄物の流れ方向の下流側（図１にて右側）の上方に連設される廃熱ボイラ４とを備える火格子式の焼却炉である。 
【００４３】
燃焼室２の底部には、廃棄物を移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）５が設けられている。この火格子５は、廃棄物投入口３に近い方から、すなわち、上流側から乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ、後燃焼火格子５ｃの順に設けられている。 
【００４４】
乾燥火格子５ａでは主として廃棄物の乾燥と着火が行われる。燃焼火格子５ｂでは主として廃棄物の熱分解、部分酸化が行われ、熱分解により発生した可燃性ガスと固形分の燃焼が行われる。後燃焼火格子５ｃ上では、僅かに残った廃棄物中の未燃分が完全に燃焼される。完全に燃焼した後の燃焼灰は、灰落下口６より排出される。 
【００４５】
このような本実施形態の焼却炉では、乾燥火格子５ａと燃焼火格子５ｂの上に廃棄物の層が形成され、その燃焼により、燃焼室２内の空間には、火格子上の廃棄物層の直上に、以下のように、乾燥領域、燃焼開始領域、主燃焼領域そして後燃焼領域の諸領域が形成される。 
【００４６】
乾燥火格子５ａの直上方で廃棄物投入口３の下方に対応して位置する、該乾燥火格子５ａの廃棄物の流れ方向の上流側範囲（前部）の上方には乾燥領域が形成される。 
【００４７】
乾燥火格子５ａの下流側範囲（後部）から燃焼火格子５ｂの上流側範囲（前部）の上方には燃焼開始領域が形成される。すなわち、乾燥火格子５ａの廃棄物は、上流側範囲で乾燥され、下流側範囲で着火して、燃焼火格子５ｂの上流側範囲（前部）までの範囲で燃焼が開始する。 
【００４８】
燃焼火格子５ｂ上の廃棄物はここで熱分解そして部分酸化が行われ、可燃性ガスが発生し、その可燃性ガスと廃棄物の固形分が燃焼する。廃棄物はこの燃焼火格子５ｂ上で実質的に殆んど燃焼される。こうして、上記燃焼火格子５ｂの上方に主燃焼領域が形成される。 
【００４９】
しかる後、僅かに残った廃棄物中の固定炭素など未燃分が後燃焼火格子５ｃ上で完全に燃焼される。この後燃焼火格子５ｃの上方に後燃焼領域が形成される。 
【００５０】
燃焼室２内で廃棄物が燃焼される場合、まず乾燥領域で廃棄物からの水分の蒸発が起こり、次いで燃焼開始領域で熱分解と部分酸化反応が起こり、可燃性ガスが生成し始める。このように、燃焼開始領域とは、廃棄物の熱分解、部分酸化により可燃性ガスが生成し始め、可燃性ガスと廃棄物の固形分の燃焼が始まる領域である。また、主燃焼領域とは、廃棄物の熱分解、部分酸化が盛んに行われ可燃性ガスが発生し、その可燃性ガスが火炎を伴って燃焼しているとともに廃棄物の固形分が燃焼する燃焼領域であり、火炎を伴う燃焼が完了する点（燃え切り点）までの領域である。燃え切り点より後の領域では、廃棄物中の固形未燃分（チャー）が燃焼するチャー燃焼領域（後燃焼領域）となる。 
【００５１】
上記燃焼室２内の乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ及び後燃焼火格子５ｃの下部には、それぞれ風箱７ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。ブロワ８により供給される燃焼用の一次空気は、燃焼用の一次空気供給管９とその分岐供給管９ａ，９ｂ，９ｃを通って上記各風箱７ａ，７ｂ，７ｃに供給され、各火格子５ａ，５ｂ，５ｃを通って上昇し燃焼室２内に供給される。なお、火格子の下方から供給される燃焼用の一次空気は、火格子５ａ，５ｂ，５ｃ上の廃棄物の乾燥及び燃焼に使われるほか、火格子５ａ，５ｂ，５ｃの冷却作用、廃棄物の攪拌作用をも有する。 
【００５２】
上記燃焼室２の下流側における出口には廃熱ボイラ４が連設され、廃熱ボイラ４の入口近傍が燃焼室２から排出されるガス中の未燃ガスを燃焼する二次燃焼領域１０となっている。廃熱ボイラの一部である二次燃焼領域１０内で二次燃焼用ガスが吹き込まれ、未燃ガスが二次燃焼し、この二次燃焼の後に燃焼排ガスは廃熱ボイラ４で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラから排出された燃焼排ガスは、減温塔１１で冷却され、図示しない排ガス処理装置系で消石灰等の吹込みによる酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類等有害物の吸着除去が行われ、さらに集塵装置１２に送られ、中和反応生成物、有害物を吸着した活性炭、ダストなどが回収される。上記集塵装置１２で除塵され、無害化された後の燃焼排ガスは、誘引ファン１３により誘引され、煙突１４から大気中に放出される。 
【００５３】
このような基本構成である火格子式焼却炉において、本実施形態に係る廃棄物焼却炉１は、燃焼用の一次空気を上記火格子５の下から上記燃焼室２内に吹き込む一次空気供給手段と、側壁又は天井から高温ガスを燃焼室２内に吹き込む高温ガス供給手段と、廃棄物焼却炉１から排出され減温塔１１で冷却され集塵装置１２で除塵された排ガスの一部を抜き出し循環排ガスとして上記火格子５の下から上記燃焼室２内に吹き込む循環排ガス供給手段、さらには、一次空気と循環排ガスとを混合した混合ガスの酸素量を調整する酸素量制御手段とを具備している。
【００５４】
＜一次空気供給手段＞ 
本実施形態では、廃棄物焼却炉１は、燃焼用空気となる一次空気を供給するブロワ８そして一次空気供給管９から成る一次空気供給手段を備えている。一次空気供給手段は、空気供給源からの一次空気をブロワ８そして一次空気供給管９を経て、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ及び後燃焼火格子５ｃのそれぞれの風箱７ａ，７ｂ，７ｃに分岐供給管９ａ，９ｂ，９ｃから送り込むようになっており、該分岐供給管９ａ，９ｂ，９ｃには、後述する混合ガス酸素量制御手段の一部をなす流量調整機構としてのダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが設けられている。
【００５５】
＜高温ガス供給手段＞ 
本実施形態では、廃棄物焼却炉１は、循環排ガスの一部と高温空気とが混合された高温ガスを上記燃焼室２の側壁から斜め下方に、又は天井から下向きに吹き込む高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂを有する高温ガス供給手段を備えている。この高温ガス供給手段により、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから高温ガスが燃焼開始領域から主燃焼領域までの領域に向かって吹き込まれる。
【００５６】
高温ガス供給手段は、燃焼室２の外に設けられた高温ガス供給源（図示せず）と、燃焼室２へ高温ガスを吹き込む高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂと流量調整機構としてのダンパ（図示せず）と、高温ガス供給源から高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂへ導く高温ガス供給管２０とを有している。循環排ガスの一部と高温空気とが上記高温ガス供給源で混合され、所定の温度範囲、酸素濃度範囲に調整された高温ガスが調製される。
【００５７】
高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、燃焼室２の側壁又は天井に、乾燥火格子５ａの廃棄物の移動方向下流側（後部）から燃焼火格子５ｂまでの火格子上の廃棄物層の直上領域に向かって高温ガスを吹き込むように設けられている。
【００５８】
高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、燃焼室２の側壁に設けられる場合には高温ガスの噴出し方向が斜め下向きとなるように、燃焼室２の天井に設けられる場合には高温ガスの噴出し方向が下向きとなるように設けられている。かくして、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから高温ガスが燃焼開始領域から主燃焼領域までの領域に向かって吹き込まれる。 
【００５９】
上記高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、炉幅方向（図１にて紙面に対して直角な方向）にも複数箇所に設けられていてもよいし、また、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、上記設定範囲内でそれぞれ炉長方向の複数位置に配置されてもよい。 
【００６０】
＜循環排ガス供給手段＞
集塵装置１２の下流側で煙道から分岐された循環排ガス供給管１７が設けられ、ブロワ１８を経て、該循環排ガス供給管１７の分岐供給管１７ａ，１７ｂが乾燥火格子５ａの下部の風箱７ａそして燃焼火格子５ｂの下部の風箱７ｂにそれぞれ接続されている。上記循環排ガス供給管１７とブロワ１８とで循環排ガス供給手段を構成している。上記分岐供給管１７ａ，１７ｂには、後述する酸素量制御手段の一部をなす流量調整機構としてのダンパ１９ａ，１９ｂが設けられている。
【００６１】
循環排ガス供給管１７からの循環排ガスは、各分岐供給管１７ａ，１７ｂを通って風箱７ａ，７ｂに至り、一次空気供給管９の分岐供給管９ａ，９ｂからの一次空気と上記風箱７ａ，７ｂでそれぞれ混合され混合ガスとして、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂのそれぞれの下方から乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ上の廃棄物層へ吹き込まれる。かくして、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ上の廃棄物へは、一次空気と循環排ガスとが混合された混合ガスを供給するとともに混合ガスの酸素量を、廃棄物が燃焼する雰囲気の空気比を所定範囲とするように制御することにより、所定範囲に制御された空気比の下で廃棄物が燃焼されることとなり、フューエルＮＯｘ発生の抑制がされる。循環排ガスの供給量は、ボイラ４と減温塔１１との間で排ガス中のＮＯｘ濃度を測定して、ＮＯｘ濃度測定値に基づき、循環排ガスの供給量と一次空気の供給量とを制御するようにしてもよい。
【００６２】
また、上記循環排ガス供給管１７からは、ブロワ１８の後流位置にて、分岐供給管２０が設けられていて、循環排ガスの一部を高温ガス供給源に導き、高温空気と循環排ガスの一部と混合した高温ガスを高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから燃焼室２内へ吹き込んでいる。
【００６３】
＜混合ガス酸素量制御手段＞
乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂへ下方から供給される混合ガスは、所定範囲の酸素濃度に制御されて供給される。本実施形態では、その制御のための混合ガス酸素量制御手段を有している。
【００６４】
混合ガス酸素量制御手段は、乾燥火格子５ａ及び燃焼火格子５ｂ上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、混合ガス酸素量を制御する。そのために、混合ガス酸素量制御手段は、一次空気供給手段による一次空気供給量と循環排ガス供給手段による循環排ガス供給量を制御するように、上記一次空気供給手段の流量調整機構としてのダンパ１６ａ，１６ｂそして循環排ガス供給手段の流量調整機構としてのダンパ１９ａ，１９ｂにより構成されている。これらの流量調整機構は、ダンパであることは必須ではなく、例えばバルブ等により構成されていてもよい。
【００６５】
混合ガス酸素量制御手段は、乾燥火格子５ａ及び燃焼火格子５ｂ上の廃棄物の燃焼する雰囲気の空気比を０．６〜０．８にするように混合ガスの酸素量を制御して燃焼することが好ましい。こうすることで廃棄物に含まれる窒素が反応して生成するフューエルＮＯｘの生成を抑制して排ガスに排出されるＮＯｘを低減させることができる。
【００６６】
混合ガスの酸素量を制御して、火格子上の廃棄物が燃焼する雰囲気を空気比が０．６〜０．８の酸素雰囲気とすることが好ましい。上記空気比を０．６〜０．８にする根拠は、以下のとおりである。空気比が０．６より小さいと、ＮＨ３やＨＣＮの発生が多くなり、これらから後流側でＮＯｘが生成され、また、廃棄物が燃焼するために要する酸素量が不足し燃焼が不安定となり、さらに、可燃性ガスの発生が過剰になり未燃分の発生量が過剰となるので不適であり、空気比が０．８よりも大きいと酸素濃度を抑制した雰囲気とならず、フューエルＮＯｘの発生量が多くなり不適であり、したがって空気比は０．６〜０．８が好ましい。
【００６７】
なお、本発明において、上記燃焼用一次空気、高温ガスそして循環排ガスを供給するための管路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。
【００６８】
＜第二の循環排ガス供給手段＞
本実施形態では、好ましい形態として、循環排ガスの一部を燃焼室２へ吹き込む第二の循環排ガス供給手段が設けられている。既述の循環排ガス供給管１７からブロワ１８の後流位置で分岐供給管２１が分岐し設けられており、循環排ガスの一部を燃焼室２の側壁又は天井に設けられた循環排ガス吹込口２２から燃焼室２へ吹き込んでいる。該循環排ガス吹込口２２は、既述の高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂの位置の上方又は炉内ガス流れ方向下流側に設けられている。燃焼室２内の前記高温ガスの吹込口の上方又は炉内ガス流れ方向下流側の領域では廃棄物が熱分解して発生した熱分解ガスが燃焼しており、この廃棄物熱分解ガス燃焼領域に循環排ガスを吹き込むようになっている。図示の例では、好ましい場合として、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂよりも上方かつ下流側の位置に設けられている。
【００６９】
次に、このように構成される本実施形態の装置での燃焼状況の概要、一次空気の供給、高温ガス供給による燃焼安定化、循環排ガスと一次空気の混合ガスの供給によるＮＯｘ発生抑制等の諸作用について順次説明する。 
【００７０】
＜燃焼状況の概要＞ 
先ず、廃棄物投入口３へ廃棄物を投入すると、落下する廃棄物は乾燥火格子５ａ上に堆積され、各火格子の動作により、燃焼火格子５ｂ上そして後燃焼火格子５ｃ上へと移動し、乾燥火格子５ａ上と燃焼火格子５ｂ上に廃棄物の層を形成する。各火格子は、風箱７ａ，７ｂ，７ｃを経て、燃焼用の一次空気を受けており、これにより各火格子の廃棄物は次のようにして乾燥そして燃焼される。 
【００７１】
乾燥火格子５ａ上では主として廃棄物の乾燥と着火が行われる。すなわち、乾燥火格子５ａの廃棄物は、該乾燥火格子５ａの上流側範囲で乾燥され下流側範囲で着火して、燃焼火格子５ｂの上流側範囲（前部）までの範囲で燃焼が開始する。燃焼火格子５ｂ上では主として廃棄物の熱分解、部分酸化が行われ、可燃性ガスが発生し可燃性ガスと廃棄物中の固形分の燃焼が行われる。燃焼火格子５ｂ上において廃棄物の燃焼は実質的に完了する。後燃焼火格子５ｃ上では、僅かに残った廃棄物中の固定炭素など未燃分を完全燃焼させる。完全燃焼した後の燃焼灰は、灰落下口６より排出される。このように廃棄物が燃焼している状態で、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂそして後燃焼火格子５ｃの直上空間には、乾燥領域、燃焼開始領域、主燃焼領域そして後燃焼領域がそれぞれ形成される。 
【００７２】
既述のごとく、燃焼室２の出口に、廃熱ボイラ４が連設されていて、廃熱ボイラ４の入口近傍が二次燃焼領域１０となっている。したがって、燃焼室２内で発生した可燃性ガスの未燃分は、二次燃焼領域１０に導かれ、そこで二次燃焼用ガス（図示せず）と混合・攪拌され、二次燃焼する。二次燃焼の後に燃焼排ガスは廃熱ボイラ４で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラ４から排出された燃焼排ガスは、減温塔１１で冷却され、消石灰等吹込みによる酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類等有害物の吸着除去が行われ、さらに集塵装置１２に送られ、中和反応生成物、有害物を吸着した活性炭、ダストなどが回収される。上記集塵装置１２で除塵され、無害化された後の燃焼排ガスは、誘引ファン１３により誘引され、煙突１４から大気中に放出される。なお、上記集塵装置１２としては、例えば、バグフィルタ方式、電気集塵方式等の集塵装置を用いることができる。 
【００７３】
＜一次空気の供給＞ 
燃焼用一次空気は、ブロワ８から一次空気供給管９を通って乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ及び後燃焼火格子５ｃのそれぞれの下部に設けられた風箱７ａ，７ｂ，７ｃに供給された後、各火格子５ａ，５ｂ，５ｃを通って燃焼室２内に供給される。燃焼室２内に供給される一次空気の流量は、すなわち各風箱７ａ，７ｂ，７ｃに供給される流量は、各風箱に分岐して設けられたそれぞれの分岐供給管９ａ，９ｂ，９ｃに備える流量調節ダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより調節される。燃焼用の一次空気としては、温度が常温〜２００℃の範囲であり、空気を用いる。 
【００７４】
＜循環排ガスの供給＞ 
循環排ガスが、集塵装置１２の下流側で煙道から分岐された循環排ガス供給管１７を通って乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ及び後燃焼火格子５ｃのそれぞれの下部に設けられた風箱７ａ，７ｂ，７ｃに供給された後、一次空気と循環排ガスとの混合ガスが、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂのそれぞれの下方から乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ上の廃棄物層へ供給される。
【００７５】
＜循環排ガスと一次空気の混合ガスの供給によるＮＯｘ発生抑制＞ 
廃棄物焼却炉では、廃棄物に含まれる窒素分や空気中の窒素が高温下で反応してＮＯｘが発生する。焼却炉１から排出される排ガスを煙突１４から大気中に排出する際に、ＮＯｘ濃度を規制値以下にしなければならないため、排ガス処理系の脱硝装置でＮＯｘを除去しているが、焼却炉１内で発生するＮＯｘ量を抑制することが根本的な対策であり、これを実現するために混合ガスを供給する。
【００７６】
本実施形態では、循環排ガスと一次空気との混合ガスを乾燥火格子５ａと燃焼火格子５ｂの下方から吹き込むこととし、従来の空気を吹き込む場合に比べて酸素濃度を低くした混合ガスを供給して、火格子上の廃棄物が燃焼する雰囲気を所定範囲の空気比となる雰囲気に形成して、廃棄物の窒素から発生するフューエルＮＯｘの発生を抑制する。
【００７７】
混合ガスを供給する際に、循環排ガス供給量と一次空気供給量を混合ガス酸素量制御手段（ダンパ１６ａ，１６ｂ、ダンパ１９ａ、１９ｂ）により調整し、混合ガスの酸素量を制御して、従来の空気を吹き込む場合に比べて酸素濃度を低くした混合ガスを供給して、燃焼開始領域から主燃焼領域までの領域を、すなわち、乾燥火格子と燃焼火格子の上の廃棄物の燃焼空間を、空気比０．６〜０．８の雰囲気とする。
【００７８】
循環排ガス供給量と一次空気供給量を混合ガス酸素量制御手段により調整し、混合ガスの酸素量を制御して、空気比が０．６〜０．８の酸素雰囲気の下での廃棄物の熱分解・部分酸化を行うことにより、廃棄物に含まれる窒素が反応してフューエルＮＯｘが発生することが抑制される。
【００７９】
さらに、空気比が０．６〜０．８の酸素雰囲気で廃棄物を燃焼することにより、ガス分として可燃性ガス（ＣＯ、Ｈ２、ＣｍＨｎ）と還元ガス（ＣＯ，ＨＣＮ，ＮＨｎ，ＣｍＨｎ）が生ずる（ＣＯ，ＣｍＨｎは可燃性である）。発生した可燃性ガスは前述したように形成された平面状燃焼領域で、均一で安定して燃焼される。発生した還元ガスは燃焼室２内を下流側に導かれ発生したＮＯｘを分解するように用いられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減する。
【００８０】
混合ガスの酸素量を制御して、火格子上の廃棄物が燃焼する雰囲気を空気比が０．６〜０．８の酸素雰囲気とすることが好ましい。空気比が０．６より小さいと、廃棄物が燃焼するために要する酸素量が不足し燃焼が不安定になり、また、還元ガスの発生が過剰になり、余剰のＮＨｎから後流側でＮＯｘが生成されたり、可燃性ガスの発生が過剰になり未燃分の発生量が過剰となるので不適であり、空気比が０．８よりも大きいと酸素濃度を抑制した雰囲気とならず、フューエルＮＯｘの発生量が多くなり不適であり、したがって空気比は０．６〜０．８が好ましい。
【００８１】
廃熱ボイラ４から排出される排ガス中のＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計によりＮＯｘ濃度を計測し、計測したＮＯｘ濃度に基づき、混合ガスの酸素量を制御して火格子上の廃棄物が燃焼する雰囲気を所定範囲の空気比の雰囲気にするように、循環排ガスと一次空気の供給量を制御するようにしてもよい。 
【００８２】
＜高温ガス吹込みによる燃焼安定化＞ 
図１に見られるように、高温ガスが、高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから、燃焼開始領域から主燃焼領域までの領域に向かって吹き込まれ、火格子上の廃棄物層に向かって下向き又は斜め下方に吹き込まれる。火炎が存在し可燃性ガスが多く存在する領域に高温ガスを吹き込むことが燃焼を安定させる上で好ましいため、可燃性ガスが多く存在する領域である燃焼開始領域から燃焼領域までの領域に上記高温ガスを吹き込むのである。 
【００８３】
高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂから、高温ガスを燃焼室２内の燃焼開始領域から燃焼領域までの領域に、かつ廃棄物層直上に向かって下向き又は斜め下方に吹き込むことにより、下向きに吹き込まれる高温ガスは、廃棄物の熱分解・部分酸化により生じた可燃性ガスと燃焼ガスとの上昇流と対向し、双方のガス流れが衝突し、廃棄物層直上に平面状の流れの遅いよどみ領域または上下方向に循環する循環領域が生じる。これらの領域はガス流れの速度が遅いため、可燃性ガスが燃焼する火炎が定在することになり、すなわち廃棄物層直上に平面状燃焼領域（平面火炎）が定在し、可燃性ガスが安定して燃焼される。その結果、低空気比燃焼においてもＣＯ，ＮＯｘ、ダイオキシン類等の有害物質の発生を抑制すると共に煤の生成を抑制することができる。このため、低空気比燃焼を支障なく行うことができる。 
【００８４】
また、高温ガスの熱輻射と顕熱によって廃棄物が加熱され、熱分解・部分酸化が促進されることに加えて、廃棄物層の直上に平面状燃焼領域（平面火炎）が定在するので、この平面火炎からの熱輻射と顕熱によって廃棄物が加熱され、熱分解・部分酸化がさらに促進される。 
【００８５】
次に、高温ガスについてその調製、吹込口について、順次説明する。 
【００８６】
＜高温ガスの調製＞ 
高温ガス吹込口から吹き込まれる高温ガスの温度は、１００〜４００℃の範囲とすることが好ましく、２００℃程度とすることがより好ましい。１００℃未満の温度のガスを吹き込むと炉内温度が低下し、燃焼が不安定となりＣＯ発生量が増加する。４００℃を超えるガスを吹き込むと燃焼室内における火炎温度が著しく高温になり、クリンカの生成が助長されるなど問題が生じる。 
【００８７】
また、高温ガスの酸素濃度は５〜３０体積％程度、望ましくは５〜１５体積％とすることが好ましい。これにより、上述の効果がより効果的に発揮され、排ガスの低ＮＯｘ化、低ＣＯ化がより促進される。 
【００８８】
上記のガス温度及び酸素濃度となるような高温ガスとしては、集塵装置１２で集塵された排ガスの一部を抜き出した循環排ガスと高温空気の混合ガスを用いることが好適である。高温ガスを調製する際の循環排ガスと空気の混合割合や、循環排ガス又は循環排ガスと空気の混合ガス等の加熱条件などを調整して、高温ガスの温度、酸素濃度を所望の範囲とする。 
【００８９】
＜高温ガス吹込口＞ 
高温ガス供給手段として設けられている二つの高温ガス吹込口１５ａ,１５ｂのうち前段の高温ガス吹込口１５ａは、燃焼室２の側壁又は天井に、乾燥火格子５ａの廃棄物の移動方向下流側（後部）から燃焼火格子５ｂの移動方向上流側（前部）までの設置範囲内での火格子直上の位置に設けられている。 
【００９０】
また後段の高温ガス吹込口１５ｂは、燃焼室２の側壁又は天井に、燃焼火格子５ｂの廃棄物の移動方向下流側（後部）から後燃焼火格子５ｃの移動方向上流側（前部）までの設置範囲内での火格子直上の位置に設けられている。 
【００９１】
高温ガス吹込口１５ａ，１５ｂは、それぞれ燃焼室２の幅方向に複数配置される。さらに、燃焼室２の長さ方向に、それぞれの範囲内で複数配置されてもよい。高温ガス吹込口は、ノズル型でもスリット型でもよい。 
【００９２】
上記高温ガス供給手段にあっては、燃焼室内の廃棄物層直上で幅方向と長さ方向の広い範囲に亘って平面状燃焼領域が形成されるように、廃棄物からの上昇流と対向させる高温ガスの流れの状況を好ましい状態に制御して、高温ガス吹込口の配置位置、配置数、配置間隔、吹込み方向、吹込口の形状、高温ガスの吹込み流速及び吹込み流量のうち少なくとも一つを、設定又は調整する。吹き込んだ高温ガスと、廃棄物の熱分解・部分酸化によって生じる可燃性ガスと燃焼ガスの上昇流とが衝突して生じる流れ場を対向流場とする。
【００９３】
高温ガス吹込口からの高温ガスの吹込み速度は、例えば、高温ガスを送るブロワ（図示せず）の送風量調整やダンパの開度調整による流量調整などにより調整される。 
【００９４】
以上説明したように本発明によれば、高温ガス吹き込みにより、燃焼室内の廃棄物層直上付近に安定なよどみ領域又は循環領域を形成させることができ、平面状燃焼領域を定在させ、廃棄物焼却炉の大きさにかかわらず、空気比が１．５以下の低空気比燃焼を行った場合においても、燃焼室内の幅方向と長さ方向の全域に亘って燃焼の安定性が維持され、かつ、乾燥火格子と燃焼火格子の下方から酸素量を調整した混合ガスを吹き込むことにより、空気比が所定範囲の酸素雰囲気の下での廃棄物の熱分解・部分酸化を行うことにより、廃棄物に含まれる窒素が反応してフューエルＮＯｘが発生することが抑制され、ＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量を低減できる廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法が提供される。さらに、従来より低空気比で燃焼を行えるので焼却炉から排出される排ガス総量をさらに大幅に低減でき、また、廃熱の回収効率を向上できる廃棄物焼却装置及び廃棄物焼却方法が提供される。 
【００９５】
＜第二の循環排ガス供給＞ 
焼却炉１から排出された排ガスの一部である循環排ガスが、第二の循環排ガスとして、燃焼室２内の前記高温ガスの吹き込み位置の上方又は炉内ガス流れ方向下流側に吹き込まれる。なお、上記ガス流れ方向下流側とは、炉内のガス流れ方向に対して下流側を意味する。また、上記炉内ガスとは、主に燃焼室内で発生する可燃性ガス及び燃焼排ガスを意味する。燃焼室２内の前記高温ガスの吹き込み位置の上方又は炉内ガス流れ方向下流側の領域では廃棄物が熱分解して発生した熱分解ガスが燃焼している。ここで、上記焼却炉から排出された排ガスの一部である循環排ガスとしては、焼却炉１から排出され減温塔１１で冷却され集塵装置１２で除塵された排ガスの一部を抜き出したガス（ガス温度：１５０〜２００℃程度、酸素濃度：４〜８体積％程度）を用いることができる。また、上記循環排ガスは、上記の排ガスの一部に空気を混合したものであっても良い。 
【００９６】
第二の循環排ガス手段で上記循環排ガスを上記高温ガスの吹き込み位置の上方又はガス流れ方向下流側（廃棄物熱分解ガス燃焼領域）に吹き込むことにより、燃焼室２内の高温ガスの吹き込みによって安定化された燃焼領域の上方又はガス流れ方向下流側の火炎温度を低下させ、広範囲に及ぶ高温領域の発生を防止して、サーマルＮＯｘの発生を効果的に抑制する。さらには、低酸素濃度（４〜８体積％程度）の循環排ガスを吹き込むことにより、上記高温ガスの吹き込み位置の上方又はガス流れ方向下流側領域を還元雰囲気に近づけ、ＮＯｘの発生を抑制する。 
【００９７】
ここでは、高温ガスの吹込みによって形成されたガスのよどみ領域の上方又はガス流れ方向下流側領域に循環排ガス吹込口２２から上記循環排ガスを吹き込むことで、よどみ領域の上方又はガス流れ方向下流側における局所高温領域の発生を抑制、つまり温度分布を平均化し、さらに、当該領域での攪拌を促進させることで酸素濃度分布の平均化を図ることで、サーマルＮＯｘの発生を抑制し、酸素量が制御された混合ガスを火格子の下方から供給することによる、空気比が所定範囲の酸素雰囲気の下での廃棄物の燃焼によるフューエルＮＯｘの発生抑制と合わせて、さらにＮＯｘ発生抑制を効果的に達成することが可能となる。 
【００９８】
なお、上記第二の循環排ガス吹込口２２は、高温ガスの吹込みによって形成されたガスのよどみ領域の上方又はガス流れ方向下流側領域のガス温度分布及び酸素濃度分布を平均化するのが目的であるため、少なくとも一対を対向させ或いはガスの吹き込み方向が水平又は下向きとなるように設けることが必須ではない。
【００９９】
［第二実施形態］
次に、図２に示す第二実施形態について、図１の第一実施形態と相違する点のみを説明し、共通する点は同一符号を付すことで、その説明は省略する。
【０１００】
第一実施形態では、乾燥火格子５ａの風箱７ａ、燃焼火格子５ｂの風箱７ｂそして後燃焼火格子５ｃの風箱７ｃのそれぞれに一次空気供給管９が接続されていて一次空気を供給していたが、図２の第二実施形態では、後燃焼火格子５ｃの風箱７ｃへは一次空気は供給されていない。それに代えて、後燃焼火格子５ｃの風箱７ｃには、循環排ガス供給管１７の分岐供給管１７ｃがダンパ１９ｃを介して接続されている。かくして、後燃焼火格子５ｃへは、一次空気ではなく、循環排ガスが供給される。
【０１０１】
このように、本実施形態では、後燃焼火格子５ｃの下方へは分岐供給管１７ｃから循環排ガスを供給することにより、後燃焼火格子５ｃ上の未燃固形分の燃焼を行うとともに、燃焼室内のガスを攪拌し局所高温領域の発生を抑制してサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。
【０１０２】
廃棄物の実質的な燃焼は燃焼火格子５ｂ上でほとんど行われているため、後燃焼火格子５ｃ上に存在する未燃固形分量は少ないので、未燃固形分量の燃焼に必要な酸素量は上記循環排ガスに含まれる酸素量で賄うことができる。後燃焼火格子５ｃ上の未燃固形分の燃焼に必要な理論酸素量に対する循環排ガスによる供給酸素量の比率である空気比を１.０以上とすることが好ましい。
【０１０３】
本実施形態では、廃棄物焼却炉１において、火格子の下方から送られる燃焼用の一次空気に、乾燥火格子５ａ及び燃焼火格子５ｂのうち少なくとも一つで廃棄物焼却炉１の排ガスの一部を抜き出した循環排ガスを混合し、これを混合ガスとして燃焼室２に供給し廃棄物を焼却せしめ、混合ガスの酸素量の制御を行い、乾燥火格子５ａ及び燃焼火格子５ｂ上の廃棄物の燃焼に必要な理論酸素量に対する上記混合ガスの酸素量の比率である空気比を所定範囲にするように、一次空気供給量と循環排ガス供給量を制御するとともに、後燃焼火格子５ｃの下方から循環排ガスを供給することとしている。
【０１０４】
本実施形態によれば、混合ガスの酸素量の制御により廃棄物が熱分解、部分酸化される雰囲気の空気比を低くすることが可能となり、フューエルＮＯｘの生成を抑制することができるとともに、後燃焼火格子５ｃの下方から循環排ガスを燃焼室内へ供給することにより燃焼室内ガスを攪拌して局所高温領域の発生を抑制してサーマルＮＯｘの発生を抑制することができ、フューエルＮＯｘとサーマルＮＯｘの発生を抑制して排ガスに含まれて排出されるＮＯｘを低減させることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  焼却炉
２  燃焼室
５ａ〜５ｃ  火格子
５ａ  乾燥火格子
５ｂ  燃焼火格子
８，９  一次空気供給手段
８  ブロワ
９  一次空気供給管
１６ａ，１６ｂ  混合ガス酸素量制御手段（ダンパ）
１７，１８  循環排ガス供給手段
１７  循環排ガス供給管
１８  ブロワ
１９ａ，１９ｂ  混合ガス酸素量制御手段（ダンパ）
２０  高温ガス供給手段（分岐供給管）
【図１】
2017223395.tif 000003
【図２】
2017223395.tif 000004