(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に中間天井を有する火格子式廃棄物焼却炉において、中間天井により分流される燃焼ガスのうち、燃焼室内上流側に形成される副煙道を通る燃焼ガスの酸素濃度Ｏ2副と燃焼室内下流側に形成される主煙道を通る燃焼ガスの酸素濃度Ｏ2主を｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする排ガス中の有害物質の低減方法。
【請求項２】
火格子下より燃焼室内に供給される酸化剤の流量を制御することにより、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の排ガス中の有害物質の低減方法。
【請求項３】
被焼却物の移動速度を制御することにより、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排ガス中の有害物質の低減方法。
【請求項４】
被焼却物の供給量を制御することにより、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の排ガス中の有害物質の低減方法。
【請求項５】
主煙道ガスのガス温度と副煙道ガスのガス温度を共に８００℃以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の排ガス中の有害物質の低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火格子式廃棄物焼却炉における排ガス中の有害物質の低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、焼却炉によって都市ゴミ、下水汚泥、し尿汚泥、可燃性産業廃棄物等（以下、総称して「都市ゴミ等の廃棄物」という）を焼却する場合、排ガス中の一酸化炭素および芳香族系炭化水素等を多く含む未燃ガスならびにダイオキシンを含む有機塩素化合物等の有害物質（以下、「未燃ガスおよび有害物質等」という）の低減が課題となっている。
【０００３】
上記課題を解決する方法として、本出願人は、特開平２−１６６３０６号公報において、２回流炉と呼ばれている火格子式の炉における燃焼ガスの混合方法であって、燃焼ガスを分岐するための障壁（中間天井）を設け、未燃ガスを多量に含む燃焼ガスと酸素を多く含む燃焼ガスとを前記障壁で分岐させた後所定の滞留空間で混合し、所定時間高温状態を維持することにより、未燃ガスおよび有害物質等を抑制する方法（以下、「先行技術１」という）について提案を行った。
【０００４】
また、実開平４−１０８１３０号公報には、火格子式の炉の燃焼室の出口に燃焼ガスを分流するための障壁を設け、分流させた燃焼ガスを滞留空間で再度混合することにより前記燃焼ガスの混合を促進させる構造について開示されている（以下、「先行技術２」という）。
【０００５】
また、特開平５−１２６３２６号公報には、流動床炉、火格子式の炉での燃焼ガスを障壁により分流した後滞留空間で合流させることにより燃焼ガスの混合を促進させる方法について開示されている（以下、「先行技術３」という）。
【０００６】
前記先行技術１〜３のいずれの方法も、焼却炉内において燃焼ガスを障壁等により分流した後、滞留空間で再度合流させることで分流したガスを衝突させて混合および攪拌させることにより燃焼を促進させ、未燃ガスおよび有害物質等の発生を抑制する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記先行技術１〜３のように、単に障壁によって燃焼ガスの分流および合流により混合および攪拌を行うのみでは、排ガス中に存在する未燃ガスおよび有害物質等を安定して低濃度に抑えることは難しいという問題がある。即ち、燃焼ガスの流量、燃焼ガス温度等を考慮し、燃焼ガスが滞留空間で合流する際にどのような条件で衝突させ混合および攪拌すればよいかということが重要となる。
【０００８】
本発明はこれらの問題点を解決し、排ガス中の一酸化炭素および芳香族系炭化水素等の未燃ガスならびにダイオキシンを含む有機塩素化合物及びハロゲン系物質等の有害物質を低濃度に抑えることができる排ガス中の有害物質の低減方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
【００１０】
請求項１の発明は、燃焼室内に中間天井を有する火格子式廃棄物焼却炉において、中間天井により分流される燃焼ガスのうち、燃焼室内上流側に形成される副煙道を通る燃焼ガスの酸素濃度Ｏ2副と燃焼室内下流側に形成される主煙道を通る燃焼ガスの酸素濃度Ｏ2主を｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする排ガス中の有害物質の低減方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、火格子下より燃焼室内に供給される酸化剤の流量を制御することにより、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする排ガス中の有害物質の低減方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、被焼却物の移動速度を制御することにより、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする排ガス中の有害物質の低減方法である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、被焼却物の供給量を制御することにより、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする記載の排ガス中の有害物質の低減方法。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、主煙道ガスのガス温度と副煙道ガスのガス温度を共に８００℃以上とすることを特徴とする排ガス中の有害物質の低減方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が適用される火格子式廃棄物焼却炉の一実施形態を示す概略側断面図である。この実施形態の火格子式廃棄物焼却炉は全連続式傾斜火格子式２回流炉（以下、「２回流炉」という）であるが、本発明は他の火格子を有する廃棄物焼却炉においても適用することができる。
【００１７】
図１において、燃焼室１の上流側（図１の左側）には、被焼却物（都市ゴミ等の廃棄物）７を燃焼室１内に投入するためのホッパ２が設けられている。燃焼室１の底部には、被焼却物７を移動させながら燃焼させるメッシュ状の火格子１１が、ホッパ２から遠ざかる方向に向けて低くなるように傾斜して設けられている。この火格子１１には２つの段差部が形成され、燃焼室１の上流側から順に乾燥段火格子、燃焼段火格子、後燃焼段火格子を構成している。なお、前記火格子１１の形状は図示したものに限定されず、例えば、火格子は水平のものでも、また、段差部を有しない構造のものでも同様に用いることができる。
【００１８】
火格子１１の下方には、酸化剤を供給するための供給管４ａ〜ｄが接続された空洞ブロック５ａ〜ｄが設けられている。
【００１９】
ホッパ２と反対側（下流側）の燃焼室上方には燃焼室出口１ａが設けられ、この出口１ａにはガス冷却設備を有するボイラ部（以下、「ボイラ部」という）３が連設されている。また、燃焼室１内には、出口１ａの近傍に、燃焼ガスを分流するための障壁（以下「中間天井」という。）６が設けられている。なお、前記空洞ブロック５ａ〜ｄ及び酸化剤を供給するための供給管４ａ〜ｄの数等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る。
【００２０】
以上のような構造の２回流炉では、図１に示すように、ホッパ２から燃焼室１内に被焼却物７を投入すると共に、酸化剤８を各供給管４ａ〜ｄから空洞ブロック５ａ〜ｄを通して火格子１１上を移動する被焼却物７に供給し、被焼却物７を乾燥および燃焼させる。なお、図１に示すように、各空洞ブロック５ａ〜ｄに酸化剤８を供給する各供給管４ａ〜ｄには、供給する酸化剤８の流量を個別に制御できるように流量計２０ａ〜ｄ及び調整弁２１ａ〜ｄが設けられており、さらに各流量計２０ａ〜ｄからの信号を取り込み、各調整弁２１ａ〜ｄの開度を個別に調整して酸化剤を所定の流量に制御するための流量制御装置２２が設けられている。
【００２１】
火格子１１のホッパ２に近い側（上流側）の空洞ブロック、例えば５ａ，５ｂを通して供給される酸化剤により上流側の被焼却物７から発生した燃焼ガス９は、燃焼室１内を上昇し、中間天井６の上方から中間天井６と燃焼室１の炉壁との間（以下「副煙道」という。）を通過し中間天井６の背面側（上面側）に流入する。
【００２２】
一方、火格子１１の下流側の空洞ブロック、例えば５ｃ，５ｄを通して供給される酸化剤による燃焼ガス１０は、燃焼室１内を上昇して中間天井６の下方から中間天井６と燃焼室１の炉壁との間（以下「主煙道」という。）を通過し上記中間天井６の背面側に流入する。
【００２３】
前記副煙道を通る燃焼ガス（以下「副煙道ガス」という。）９と主煙道を通る燃焼ガス（以下「主煙道ガス」という。）１０とは、中間天井６の背面側（上面側）の所定の滞留空間で合流し、ここで燃焼ガス同士の衝突がおこり、所定時間十分に混合および攪拌されて完全燃焼し、高温状態が維持されることで、ダイオキシンを含む有機塩素化合物及びハロゲン系物質等の有害物質が熱分解され、これにより排ガス中の有害物質が低減される。
【００２４】
さらに、燃焼後の排ガス（出口１ａから排出された燃焼ガス）は、出口１ａの下流側のボイラ部３に流入し、熱交換され冷却された後に排ガス処理設備等を経由して外部に放出される。
【００２５】
なお、本実施形態においては、燃焼室１内に中間天井６を設けることで、火格子１１の上流側の燃焼ガスと下流側の燃焼ガスをいったん分離した後に再合流させ、それにより混合・攪拌をより効果的に行い完全燃焼の促進を図っているが、中間天井を有しない焼却炉の場合においても本発明を適用することができることは言うまでもない。中間天井を有しない焼却炉の場合、燃焼室１内の上流側の被焼却物から発生した燃焼ガスは燃焼室１内を上昇し燃焼室１の天井に沿って出口１ａに進むが、ここを流れる燃焼ガスが中間天井を有する焼却炉における副煙道ガスとみなすことができる。また、燃焼室１内の下流側の被焼却物から発生した燃焼ガスは燃焼室１内を上昇し、上流側から発生した燃焼ガスとは逆の向きに燃焼室１の天井に沿って出口１ａに進むが、ここを流れる燃焼ガスが中間天井を有する焼却炉における主煙道ガスとみなすことができる。
【００２６】
以上のような廃棄物焼却炉において、本発明に係る排ガス中の有害物質の低減方法は、中間天井により分流される燃焼ガスのうち、副煙道ガスの酸素濃度Ｏ2副と主煙道ガスの酸素濃度Ｏ2主を｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することである。ここで、前記主煙道ガスの酸素濃度Ｏ2主と副煙道ガスの酸素濃度Ｏ2副は、例えば主煙道に設けた酸素濃度計２３ａ及び副煙道に設けた酸素濃度計２３ｂにより計測され、この計測された主煙道ガス及び副煙道ガスの酸素濃度値は流量制御装置２２に取り込まれ所定の処理及び制御が行われる。
【００２７】
｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％になるように制御することで、前記滞留空間で再燃焼を行う際の熱源と酸素が十分に確保されることとなり、滞留空間内での燃焼において高温状態が維持され、排ガス中の有害物質の低減を効果的に図ることができる。
【００２８】
ここで、各供給管４ａ〜ｄから空洞ブロック５ａ〜ｄを通して火格子１１下より燃焼室１内に供給される酸化剤の流量を制御することにより｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することができる。なお、前記酸化剤としては常温もしくはそれ以上の温度の空気、酸素富化空気、酸素、排ガス、蒸気と空気の混合気体、蒸気と酸素の混合気体のいずれか１又は２以上を用いることができる。
【００２９】
つまり、本実施形態に係る排ガス中の有害物質の低減方法は、火格子下より燃焼室内に常温もしくはそれ以上の温度の空気、酸素富化空気、酸素、排ガス、蒸気と空気の混合気体、蒸気と酸素の混合気体のいずれか１又は２以上が供給され、該供給される気体のうちの１又は２以上の流量を制御することにより、副煙道ガスの酸素濃度Ｏ2副と主煙道ガスの酸素濃度Ｏ2主を｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することを特徴とする排ガス中の有害物質の低減方法である。
【００３０】
図１において、上流側の火格子１１（例えば、乾燥段火格子）下から燃焼室１内に供給する酸化剤の流量を下流側の火格子１１（例えば、燃焼段火格子、後燃焼段火格子）下から燃焼室１内に供給する酸化剤の流量よりも抑えることによって、上流側の被焼却物７から発生する燃焼ガスに未燃ガスを多量に含ませることができる。ここで未燃ガスとは、固体物質や可燃性物質などのガス化あるいは燃焼の際、部分酸化して発生した燃焼ガスをいい、例えば一酸化炭素や炭化水素などを含むガスをいう。
【００３１】
上流側の乾燥段火格子下から燃焼室１内に供給する酸化剤の流量を少なくすることにより、供給された酸化剤に含まれる酸素は乾燥段火格子上で被焼却物をガス化するために消費されるが、さらにそれ以上の酸化反応は酸素が少ないために抑制される。その結果、酸素濃度が小さく、再燃焼する際の熱源となる一酸化炭素や炭化水素等の還元性未燃ガスを多く含んだ燃焼ガスが燃焼室１の上流側で多量に発生し、副煙道に流入する。
【００３２】
一方、乾燥段火格子上及び燃焼段火格子上で被焼却物のガス化及び燃焼がほぼ完了するような理想的な燃焼状態の場合には、後燃焼段火格子上での燃焼には酸素をそれほど必要としないため、酸素の消費量は少なくなり、その結果として酸素が多く含まれる燃焼ガスが主煙道に流入する。
【００３３】
このように、再燃焼する際の熱源となる一酸化炭素や炭化水素等の未燃ガスを多く含み、その結果として酸素濃度が低く抑えられた燃焼ガス（副煙道ガス）９と、被焼却物の燃焼が適正に行われた結果として酸素を多く含んだ燃焼ガス（主煙道ガス）１０を中間天井６の背面側（上面側）の所定の滞留空間で合流させ、十分に混合および攪拌させることで完全燃焼が起こり、高温状態を維持することでダイオキシンを含む有機塩素化合物及びハロゲン系物質等の有害物質が熱分解され、これにより排ガス中の有害物質が低減される。
【００３４】
つまり、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することで、熱源とそれを燃焼させるための酸素が確保され、前記滞留空間での完全燃焼が図られる。
【００３５】
また、被焼却物の移動速度を制御することにより、副煙道ガスの酸素濃度Ｏ2副と主煙道ガスの酸素濃度Ｏ2主を｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することができる。ここで、被焼却物の移動速度の制御は火格子の一部または全部の送り速度を制御することにより行うことができる。火格子の一部または全部の送り速度の制御は、例えば主煙道に設けた酸素濃度計２３ａ及び副煙道に設けた酸素濃度計２３ｂにより計測された主煙道ガスの酸素濃度値及び副煙道ガスの酸素濃度値が取り込まれる流量制御装置２２からの制御信号により、乾燥段火格子、燃焼段火格子、後燃焼段火格子のそれぞれの送り速度を制御することで行うことができる。
【００３６】
ここで、被焼却物の移動速度を適切に制御することで、火格子上にある被焼却物のガス化される位置を火格子の上流側、例えば、乾燥段火格子上に保つことができ、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することができる。なお、被焼却物の移動速度が早過ぎると、火格子上にある被焼却物がガス化される位置が下流側に移動し、それに伴って未燃ガスの発生が下流側、例えば、燃焼段火格子上或いは後燃焼段火格子上に移動する。その結果、主煙道側に酸素濃度が低く未燃ガスを多量に含む燃焼ガスが流入する。逆に被焼却物の移動速度を遅くすると火格子上にある被焼却物がガス化される位置が上流側に移動し、その結果一酸化炭素や炭化水素を含む還元性未燃ガスを副煙道側に導くことができる。
【００３７】
また、被焼却物の供給量を制御することにより、副煙道ガスの酸素濃度Ｏ2副と主煙道ガスの酸素濃度Ｏ2主を｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することができる。
【００３８】
ここで、被焼却物の供給量を適切に制御することで、火格子上にある被焼却物のガス化される位置を火格子の上流側、例えば、乾燥段火格子上に保つことができ、｜Ｏ2主−Ｏ2副｜＞３％となるように制御することができる。例えば、被焼却物の供給量が多すぎると、火格子上にある被焼却物がガス化される位置が下流側に移動し、それに伴って未燃ガスの発生が下流側、例えば、燃焼段火格子上或いは後燃焼段火格子上に移動する。その結果、主煙道側に酸素濃度が低く未燃ガスを多量に含む燃焼ガスが流入する。逆に酸化剤の流量は同じで、被焼却物の供給量が少なすぎる場合は、相対的に酸化剤の流量が多くなるので、上流側で燃焼が行われることになり、上流側での還元性未燃ガスの発生が少なくなる。
【００３９】
また、前記火格子１１下より燃焼室１内に供給される酸化剤の流量を副煙道ガスの酸素濃度Ｏ2副に基づき制御することが好ましい。
【００４０】
ここで、燃焼室１内に供給される酸化剤の流量の制御は、例えば副煙道に設けられた酸素濃度計２３ｂにより計測された副煙道ガスの酸素濃度の値を取り込む流量制御装置２２からの制御信号により、各供給管４ａ〜ｄに設置されている調整弁２１ａ〜ｄの開度を調整することで行うことができる。
【００４１】
なお、副煙道ガスの酸素濃度Ｏ2副が所定の値より大きいときは上流側の火格子１１（例えば、乾燥段火格子）下から燃焼室１内に供給する酸化剤の流量を少なくするように制御する。
【００４２】
また、主煙道ガスのガス温度と副煙道ガスのガス温度を共に８００℃以上、より好ましくは８３０℃以上とすることが望ましい。主煙道ガスのガス温度と副煙道ガスのガス温度を共に８００℃以上と高温に維持することにより、前記滞留空間での燃焼がより促進され、廃棄物焼却炉出口での一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下に抑えることが可能となる。
【００４３】
ここで、主煙道ガスのガス温度及び副煙道ガスのガス温度は、例えば主煙道及び副煙道に設けられた温度計２４ａ，ｂにより計測され、この計測された主煙道ガス及び副煙道ガスのガス温度の値は流量制御装置２２に取り込まれ所定の処理及び制御が行われる。
【００４４】
なお、前記温度計による計測値が８００℃未満の場合には、酸化剤の流量を増やすことにより被焼却物の燃焼が活発化され、温度が上昇する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一酸化炭素および芳香族系炭化水素等の未燃ガスならびにダイオキシンを含む有機塩素化合物及びハロゲン系物質等の有害物質を低濃度に抑えることができる排ガス中の有害物質の低減方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される火格子式廃棄物焼却炉の一実施形態を示す概略側断面図である。
【符号の説明】
１  燃焼室
１ａ  燃焼室出口
２  ホッパ
３  ボイラ部
４ａ〜ｄ  供給管
５ａ〜ｄ  空洞ブロック
６  中間天井
７  被焼却物
８  酸化剤
９  副煙道ガス
１０  主煙道ガス
１１  火格子
２０ａ〜ｄ  流量計
２１ａ〜ｄ  調整弁
２２  流量制御装置
２３ａ，ｂ  酸素濃度計
２４ａ，ｂ  温度計
【図１】
0004227306.tif 000002