(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉の燃焼室から出る高温の焼却ガスを、この焼却ガスの通路内に向かってプラズマジェットを射出することにより加熱しガス成分を改質し、触媒に通して有害ガスの生成を防ぐことを特徴とする廃棄物焼却ガスの改質方法。
【請求項２】
廃棄物焼却炉から排出される前記燃焼室から出る高温の焼却ガスを導くガス通路内へプラズマジェットを射出するプラズマトーチと、前記プラズマトーチの下流側に設けた触媒とを備え、前記プラズマトーチによって焼却ガスを加熱し改質した後前記触媒に通して有害ガスの生成を防ぐことを特徴とする廃棄物焼却ガスの改質装置。
【請求項３】
プラズマトーチは、ガス通路の下流方向を斜めに指向してプラズマジェットを射出する請求項２の廃棄物焼却ガスの改質装置。
【請求項４】
プラズマトーチはガス通路に複数個取付けられている請求項２の廃棄物焼却ガスの改質装置。
【請求項５】
プラズマトーチは直流電圧を印加した中心電極とノズル電極との間にプラズマ作動ガスを送りプラズマガス流としてノズル電極から噴出させる一方、ノズル電極の外周から前記プラズマガス流を囲むシールドガスを噴出する請求項２の廃棄物焼却ガスの改質装置。
【請求項６】
焼却炉の排熱を利用して駆動される発電機を備え、プラズマトーチは前記発電機の発電出力を用いて駆動される請求項２の廃棄物燃焼ガスの改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄物焼却炉の焼却ガスを改質してその中に含まれる有害成分を除去するための焼却ガスの改質方法と、装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物や生活廃棄物（家庭ゴミ）などを焼却することにより処理することが広く行われている。これらの廃棄物を焼却する際に種々の有害ガスが発生することがあるために、焼却炉に要求される運転条件や立地場所に厳しい制約が加えられている。
【０００３】
そこで従来の焼却炉では、燃焼温度を厳しく管理して有害ガスの発生を抑制したり、燃焼する廃棄物の種類に制限を加えたりしている。また焼却ガスを電気集塵機や特殊な有害ガス除去装置に通すことにより、排ガスを清浄化している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように排ガスの清浄化に対する要求が近年益々厳しくなるのに伴い、既存の焼却炉の中には、この要求に応えることが困難になったものもある。この場合は運転を停止したり、焼却炉を壊して最新式のものに建て直すことが必要になる。特に焼却炉の建て直しには大規模な工事が必要であり、予算も莫大なものになる。
【０００５】
【発明の目的】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、設備が比較的簡単であり、既存の焼却炉をそのまま生かして有害ガスの発生を防ぎ排ガスを浄化することができる廃棄物焼却ガスの改質方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する改質装置を提供することを第２の目的とする。
【０００６】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、廃棄物焼却炉の燃焼室から出る高温の焼却ガスを、この焼却ガスの通路内に向かってプラズマジェットを射出することにより加熱しガス成分を改質し、触媒に通して有害ガスの生成を防ぐことを特徴とする廃棄物焼却ガスの改質方法、により達成される。すなわちプラズマジェットは約4,000〜7,000°Ｃの高温になるため、このプラズマジェットで焼却ガスを加熱することにより焼却ガス中の種々の成分をプラズマ状態に分解し、全く別なガスに改質することができる。またプラズマジェットにより改質されたガスが再結合により再び有害ガスに変化するのを防止するために、プラズマジェットで加熱した後、触媒により無害なガスや粒子に代えて安定化させる。
【０００７】
ここにプラズマジェットは焼却ガス通路内へ射出することによってこの通路内を通る焼却ガスを加熱する。すなわち焼却炉から出たばかりの高温の焼却ガスにプラズマジェットを当てることにより、焼却ガス自身が持つ焼却熱を有効利用することができるからである。
【０００８】
第２の目的は、廃棄物焼却炉から排出される前記燃焼室から出る高温の焼却ガスを導くガス通路内へプラズマジェットを射出するプラズマトーチと、前記プラズマトーチの下流側に設けた触媒とを備え、前記プラズマトーチによって焼却ガスを加熱し改質した後前記触媒に通して有害ガスの生成を防ぐことを特徴とする廃棄物焼却ガスの改質装置、により達成される。
【０００９】
ここに用いるプラズマトーチは、焼却炉とその下流側の排気処理装置との間に設けるので、焼却炉を出た直後に排気自身が持つ熱エネルギーを有効利用することができる。ここに排気処理装置としては、触媒を持つ有害ガス除去装置が用いられる。プラズマトーチはガス流路の下流方向を斜めに指向してプラズマジェットを射出するようにすれば、プラズマトーチから噴出されるシールドガスの流れと焼却ガスとの流れ方向が合致して、焼却ガスの流動が円滑に行われる。
【００１０】
プラズマトーチはガス通路に複数個設けておいてもよい。ここで用いるプラズマトーチは、中心電極とノズル電極との間に直流電圧を印加し、両電極間にプラズマ作動ガスを送ってプラズマガスにしてノズル電極から噴出させる一方、ノズル電極の周囲からこのプラズマガスを囲むようにシールドガスを供給してプラズマジェット流を噴出するものが適する。
【００１１】
【実施態様】
図１はこの発明の一実施態様を用いた焼却装置の全体図、図２はその要部を断面した拡大斜視図、図３はプラズマトーチの制御系統図である。図１において符号１０はゴミピット、１２はゴミ投入口である。ゴミ収集車１４はこのゴミ投入口１２からゴミを投入し、このゴミはゴミピット１０に収容される。
【００１２】
１６は焼却炉であり、乾燥火格子１８、燃焼火格子２０、後燃焼火格子２２、助燃バーナ２４などを有する。ゴミはゴミピット１０からゴミ供給クレーン２６によって投入ホッパ２８に投入され、この投入ホッパ２８に投入されたゴミは各火格子１８，２０，２２に順次送られて燃焼される。必要に応じて助燃バーナ２４が作動してゴミの焼却を助ける。
【００１３】
３０は灰出し装置、３２は灰ピットである。各火格子１８，２０，２２で焼却されたゴミは灰となって灰出し装置３０に落下する。灰出し装置３０は灰出しコンベアを備え、各火格子１８，２０，２２から落下した灰を灰ピット３２に送る。この灰ピット３２に貯まった灰は灰クレーン３４によって外へ運び出される。
【００１４】
３６は焼却ガス通路であり、焼却炉１６から焼却ガスを電気集塵機３８に導く。焼却ガスはこの電気集塵機３８を介して吸出し送風機４０に吸引され、さらに触媒を持つ有害ガス除去装置４２を通って煙突４４に導かれる。電気集塵機３８および有害ガス除去装置４２は排気処理装置を形成する。
【００１５】
焼却ガス通路３６には、プラズマトーチ４６、冷却装置４８、冷水シャワー装置５０が、焼却炉１６側から電気集塵機３８に向って順次設けられている。プラズマトーチ４６は、後記するようにプラズマジェット５２をガス通路３６内に向って噴射することにより、焼却ガスを加熱する。すなわちプラズマジェット５２は極めて高温（4,000〜7,000°Ｃ）のプラズマガス流であり、焼却ガスを極めて高温に加熱してその成分を改質する。
【００１６】
冷却装置４８はガス流路３６の外側に水管を密着させたものであり、水管内に冷却水を循環させることによりガス通路３６の内壁を冷却し、内壁を熱から保護すると共に焼却ガスを冷却する。冷水シャワー装置５０はガス通路３６内に冷却水をシャワー状に噴霧することにより、焼却ガスに冷却水を直接接触させる。そして冷却水の気化熱により焼却ガスを直接冷却する。気化しない冷却水は浄化水槽（図示せず）に送られて浄化され、再度循環されて使用される。
【００１７】
プラズマトーチ４６は例えば図３に示すように構成することができる。図３において５４は中心電極、５６はこの中心電極５４を囲むノズル電極である。５８はシールドキャップでありノズル電極５６を囲む。電極５４，５６には冷却水ポンプ６０から冷却水が供給されて常に冷却される。この冷却水は熱交換機６２を通って冷却されて循環する。
【００１８】
中心電極５４とノズル電極５６との間には、プラズマ作動ガス供給手段６４からプラズマ作動ガスが供給される。このプラズマ作動ガスとしてはアルゴンガス、ネオンガス、酸素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、空気、これらの混合ガスなどが用いられる。ここでは経済性の点から空気または空気を主体とする混合ガスが用いられる。ノズル電極５６とシールドキャップ５８との間にはシールドガスが供給される。このシールドガスとしては経済性の点からここでは空気が用いられる。シールドガスはシールドガス供給手段６６から供給される。
【００１９】
中心電極５４とノズル電極５６との間には、コントローラ６８から供給される直流高電圧が印加される。ここに中心電極５４が負極（−極）に、ノズル電極５６が陽極（＋極）に接続される。このコントローラ６８には焼却炉１６の排熱を利用して発電された電力が供給される。
【００２０】
前記焼却炉１６には炉壁や焼却ガスで加熱される冷却管（図示せず）が取付けられ、これら冷却管を循環する冷却液の熱を熱交換器７０を介してタービン作動液体に伝える。タービン作動流体はタービン７２に送られてタービン７２を駆動する。熱交換機７０を介さずに冷却管の冷却液を直接タービン７２に循環させてもよい。また冷却装置４８の排熱を利用してタービン７２を駆動してもよい。タービン７２の回転出力により発電機７４を駆動する。発電機７４の電気出力はトランスフォーマ（変圧器）７６に送られ、ここで所定電圧に変換された後コントローラ６８に送られる。
【００２１】
このプラズマトーチ４６を用いれば、プラズマ作動ガスが中心電極５４とノズル電極５６の間隙を通過する際にプラズマアークが発生する。このプラズマアークはノズル電極５６のノズルから噴出し、このプラズマアークの外側をシールドガスが冷却することによるピンチ効果のためにプラズマアークの直径は小さく絞られ、アークの内部は異常な高温（4,000〜20,000°Ｃ）となってプラズマ化（電離化）の度合が強まる。このため超高温のプラズマジェット５２となって噴射される。このプラズマジェット５２はその励起した内部で約7,000°Ｃになり、先端付近では約4,000°Ｃになる。
【００２２】
焼却炉１６から排出される焼却ガスが、ガス通路３６内でこのプラズマジェット５２により加熱されることにより、焼却ガスの成分が変化する。例えば窒素酸化物（ＮＯX）は窒素ガス（Ｎ2）と酸素ガス（Ｏ2）に分解されるものと考えられる。炭素酸化物（ＣＯ，ＣＯ2など）も同様に炭素（Ｃ）と酸素ガス（Ｏ2）などに改質されると考えられる。アンモニアガス（ＮＨ3）やダイオキシンなども同様に分解され無公害化されると考えられる。
【００２３】
これら改質された物質（ガス）は再結合してもとの物質（ガス）になるのを防ぐために、急冷したり触媒を用いる。図１，２に示したものでは、ガス通路３６を冷却装置３８で急冷すると共に、水冷シャワー５０を用いて生成粒子（炭素など）や水溶性物質を捕獲する。この結果電気集塵機３８や触媒を持つ有害ガス除去装置４４に入るガスの成分が変化し、これらを通って煙突４４から大気中へ放出されるガス成分を清浄化することが可能になる。
【００２４】
この実施態様ではガス通路３６に、プラズマトーチ４６をプラズマジェット５２がガス流下方向に向って斜めになるように取付けたから、プラズマジェット５２の流動方向がガスの流動方向に沿うようになり、ガスの流動が円滑になる。この実施態様ではプラズマトーチ４６はガス通路３６に１個取付けているが、複数個取付けてもよい。
【００２５】
図４は２個のプラズマトーチ４６Ａ，４６Ａを取付けた実施態様を示す。図４（Ａ）はその側断面図、図４（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。ここではトーチ４６Ａ，４６Ａをガス通路３６Ａの上・下壁からガス流下方向を斜めに指向するように取付けたものである。このように複数のプラズマトーチ４６，４６を設けることによりガスの加熱が一層確実に行われることになり、本発明の効果はさらに大きくなる。なお複数のプラズマトーチを設ける場合に、それぞれをガスの流れ方向に沿って離して設けてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、燃焼ガスをプラズマジェットによって加熱し、ガス成分を改質するものであるから、有害成分を減らし排ガスを浄化することができる。この場合に焼却炉にプラズマトーチを取付けることにより実施可能であるから、設備が簡単になり、既存の焼却炉をそのまま生かして使うことができるので都合がよい。
【００２７】
プラズマジェットは焼却炉を出た直後の高温の焼却ガスに当てるようにするから、焼却ガス自身が持つ熱を有効利用することができ、経済的である。焼却ガスはプラズマジェットで改質した後に触媒に通すことによって、一度改質したガスが再び結合して元の有害な物質や他の有害物質に変化するのを防ぐことができる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、この方法の実施に直接使用する装置が得られる。プラズマトーチは焼却炉と触媒との間のガス通路に設けたから焼却ガス自身が持つ熱を有効利用できる。プラズマトーチはガスの流下方向を斜めに指向してプラズマジェットを噴射するようにすれば、プラズマジェットの流れとガスの流れとが揃うことになり、これらの流動が円滑になる（請求項３）。
【００２９】
プラズマトーチはガス通路に１個だけ設けてもよいが、複数個設けてもよい。複数個設けることにより、焼却ガスの改質は一層確実に行われることになる（請求項４）。プラズマトーチは請求項５に示す構造のものが使用可能である。プラズマトーチの駆動電力は、焼却炉の排熱を利用して発電した電力を利用するようにすれば、エネルギーの有効利用が図れる（請求項６）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を用いた焼却装置の全体図
【図２】その要部を断面した拡大斜視図
【図３】プラズマトーチの制御系統図
【図４】プラズマトーチの他の取付け例を示す図
【符号の説明】
１６  焼却炉
３６  ガス通路
３８  排気処理装置としての電気集塵機
４２  排気処理装置としての有害ガス除去装置
４６、４６Ａ  プラズマトーチ
４８  冷却装置
５０  冷却シャワー
５２  プラズマジェット
５４  中心電極
５６  ノズル電極
５８  シールドキャップ
６８  コントローラ
７４  発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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