(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥ストーカと燃焼ストーカと後燃焼ストーカとを備えたストーカ式廃棄物焼却炉において、前記後燃焼ストーカを、酸素富化空気が供給される上流側後燃焼ストーカと低温空気が供給される下流側後燃焼ストーカとを備えた水冷構造の後燃焼ストーカとし、前記上流側後燃焼ストーカへ供給する酸素富化空気の酸素濃度の調整により上流側燃焼ストーカ上の燃焼残渣の温度を７００℃〜９００℃とすると共に、低温空気の供給により下流側後燃焼ストーカ上の燃焼残渣を冷却する構成としたことを特徴とするストーカ式廃棄物焼却炉。
【請求項２】
非接触式温度計により上流側燃焼ストーカ上の燃焼残渣の温度を検出すると共に、当該温度検出信号により酸素供給量調整弁の開度を制御し、酸素富化空気の酸素濃度を調整するようにした請求項１に記載のストーカ式廃棄物焼却炉。
【請求項３】
酸素富化空気の酸素濃度を２５〜３０％に調整すると共に酸素富化空気の供給量及び冷却水の供給量を調整することにより、上流側燃焼ストーカ上の燃焼残渣の温度を７００℃〜９００℃とするようにした請求項１に記載のストーカ式廃棄物焼却炉。
【請求項４】
低温空気の供給量及び冷却水の供給量を調整することにより、下流側後燃焼ストーカ上の燃焼残渣を冷却するようにした請求項１に記載のストーカ式廃棄物焼却炉。
【請求項５】
下流側後燃焼ストーカ上の燃焼残渣を焼却灰排出口へ排出する焼却灰の温度が少なくとも２００℃以下になるように冷却する構成とした請求項１又は請求項４に記載のストーカ式廃棄物焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみ等の廃棄物を焼却するストーカ式廃棄物焼却炉の改良に関するものであり、焼却灰中のダイオキシン類や重金属類の含有量及び焼却灰の熱灼減量値を大幅に低減できるようにしたストーカ式廃棄物焼却炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、都市ごみ等の廃棄物は焼却することにより減量させ、発生した焼却灰を埋立地へ投棄したり、資源として再利用することにより処理されている。また、この種廃棄物の焼却には、従前から運転の安定性、経済性及び焼却処理性能等の点で多くの優れた効用を有するストーカ式廃棄物焼却炉が広く用いられている。
【０００３】
図４は、従前のストーカ式廃棄物焼却炉の構成を示す断面概要図であり、図４に於いて１は乾燥ストーカ、２は燃焼ストーカ、３は後燃焼ストーカ、４は燃焼室、５は廃熱回収ボイラ、６は廃棄物供給ホッパ、７は廃棄物供給装置、８は燃焼用空気供給装置、９は空気予熱器、１０は焼却灰排出口である。尚、ストーカ式廃棄物焼却炉の構成やその作動については公知であるため、ここではその説明を省略する。
【０００４】
前記乾燥用ストーカ１及び燃焼ストーカ２へは、通常炉内へ供給される廃棄物Ｗの物性に応じて２０℃〜２００℃の空気Ａ1 、Ａ2 が供給されている。また、後燃焼ストーカ３へは、排出する焼却灰Ｗ0 内の可燃性未燃物量を減らしてその熱灼減量値を下げるため、空気予熱器９で昇温した加熱空気Ａ5 が供給されている。
【０００５】
その結果、燃焼ストーカ２上に於ける被燃焼物Ｗ1 の温度は約５００℃〜７００℃位いになっている。また、燃焼ストーカ２から移送されてきた燃焼残渣Ｗ2 は、後燃焼ストーカ３上で所謂おき燃焼され、燃焼残渣Ｗ2 内に残存する未燃物が後燃焼ストーカ３の後半部分をおき燃焼完結点Ｐとして、ゆっくりとおき燃焼される。
【０００６】
尚、後燃焼ストーカ３上に於ける実際のおき燃焼に於いては、燃焼残渣Ｗ2 から部分的に炎が断続的に立上っているものの、全体的には、おき燃焼中の燃焼残渣Ｗ2 が供給された加熱空気Ａ5 によって冷却される状態になっている。
【０００７】
ところで、前記後燃焼ストーカ３から排出されてきた焼却灰Ｗ0 内に存在するダイオキシン類の発生源としては、ごみＷ内に含まれていて、分解されずに排出されてきたもの、ごみＷ内の所謂前駆物質が燃焼ストーカ２上で反応をしてダイオキシン類となったもの及び後燃焼ストーカ３上の燃焼残渣Ｗ2 内の有機性前駆物質が、その冷却過程でダイオキシン類に変換（再合成）されたもの等が想定される。
【０００８】
これに対して、ストーカ式廃棄物焼却炉の燃焼ストーカ２上に於ける被燃焼物Ｗ1 の温度は、前記の通り約５００℃〜７００℃であって比較的低温度であるため、廃棄物Ｗ内に含まれているダイオキシンを完全に分解することは困難である。
また、後燃焼ストーカ３上の燃焼残渣Ｗ2 は、その冷却過程で約３００℃〜４００℃の温域を時間をかけて通過するため、所謂ダイオキシン類の再合成が行なわれることになり、ダイオキシン類の再合成を完全に防止することは困難である。
更に、廃棄物Ｗ内に含まれていた鉛や亜鉛等の重金属類は、前記５００℃〜７００℃の温度下では十分に揮散せず、焼却灰Ｗ0 内に残存することになる。
【０００９】
その結果、ストーカ式廃棄物焼却炉から排出されてくる焼却灰Ｗ0 中には、焼却対象である廃棄物Ｗの種類によっても異るが、通常５０〜３００ｐｇ−ＴＥＱ／ｇ程度のダイオキシン類が含まれており、また鉛や亜鉛等の有害な重金属類も多量に含まれることになる。
【００１０】
従って、焼却灰Ｗ0 を埋立地へ直接投棄する場合には、含有するダイオキシン類や重金属類による環境汚損の防止を厳重に図る必要があり、投棄のためのコストが上昇するだけでなく、投棄する焼却灰Ｗ0 中の有害物の含有量が法律により規制されているため、焼却灰Ｗ0 の埋立処理そのものが出来なくなると云う問題がある。
【００１１】
また、焼却灰Ｗ0 を各種の資材源として再利用する場合には、可能な限りダイオキシン類や重金属類の含有量を減らして安全性を高める必要があり、そのために焼却灰Ｗ0 を溶融処理すること等が行なわれている。
しかし、焼却灰Ｗ0 を溶融処理するには、溶融炉や溶融のためのエネルギー源が別に必要となるため、廃棄物処理コストが上昇する等様々な問題を起生する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前のストーカ式廃棄物焼却炉に於ける上述の如き問題、即ち▲１▼排出される焼却灰Ｗ0 のダイオキシン類や重金属類の含有量が高かく、これを直接埋立処理したり、資源として再利用することが困難なこと、▲２▼ダイオキシン類等を除去するために焼却灰Ｗ0 を溶融処理する場合には、処理コストの大幅な上昇を招くこと等の問題を解決せんとするものであり、ストーカ式廃棄物焼却炉の後燃焼ストーカ上に於ける燃焼残渣の燃焼温度の高温化並びにおき燃焼完結点を通過した後の燃焼残渣の冷却時間の短縮を図ることにより、焼却残渣内のダイオキシン類の熱分解を促進させると共に燃焼残渣内に於けるダイオキシン類の再合成を防止し、もって焼却灰中のダイオキシン類及び重金属類の含有量を大幅に低減させると共に、その熱灼減量値の引下げを可能としたストーカ式廃棄物焼却炉を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本件請求項１の発明は、乾燥ストーカと燃焼ストーカと後燃焼ストーカとを備えたストーカ式廃棄物焼却炉において、前記後燃焼ストーカ３を、酸素富化空気Ａ3 が供給される上流側後燃焼ストーカ３ａと低温空気Ａ4 が供給される下流側後燃焼ストーカ３ｂとを備えた水冷構造の後燃焼ストーカ３とし、前記上流側後燃焼ストーカ３ａへ供給する酸素富化空気Ａ3 の酸素濃度の調整により上流側燃焼ストーカ３ａ上の燃焼残渣Ｗ3 の温度を７００℃〜９００℃とすると共に、前記低温空気Ａ4 の供給により下流側後燃焼ストーカ３ｂ上の燃焼残渣Ｗ4 を冷却するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて非接触式温度計１３により上流側燃焼ストーカ３ａ上の燃焼残渣Ｗ3 の温度を検出すると共に、当該温度検出信号により酸素供給量調整弁１２の開度を制御し、酸素富化空気Ａ3 の酸素濃度を調整するようにしたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、酸素富化空気Ａ3 の酸素濃度を２５〜３０％に調整すると共に酸素富化空気Ａ3 の供給量及び冷却水Ｃの供給量を調整することにより、上流側燃焼ストーカ３ａ上の燃焼残渣Ｗ3 の温度を７００℃〜９００℃とするようにしたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、低温空気Ａ4 の供給量及び冷却水Ｃの供給量を調整することにより、下流側後燃焼ストーカ３ｂ上の燃焼残渣Ｗ4 を冷却するようにしたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項４の発明に於いて、下流側後燃焼ストーカ３ｂ上の燃焼残渣Ｗ4 を焼却灰排出口１０へ排出する焼却灰Ｗ0 の温度が少なくとも２００℃以下になるように冷却する構成としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係るストーカ式廃棄物焼却炉の断面概要図であり、前記図４の場合と同じ部位・部材には、図４の場合と同じ参照番号が使用されている。尚、図１に於いて１は乾燥ストーカ、２は燃焼ストーカ、３は後燃焼ストーカ、３ａは上流側後燃焼ストーカ、３ｂは下流側後燃焼ストーカ、４は燃焼室、５は廃熱回収装置、６は廃棄物供給ホッパ、７は廃棄物供給装置、８は燃焼用空気供給装置、９は空気予熱器、１０は焼却灰排出口、１１は酸素供給装置、１２は酸素供給量調整弁、１３は非接触型温度計、１４は温度コントローラ、Ｗは廃棄物（ごみ）、Ｗ1 は燃焼ストーカ上の被燃焼物、Ｗ3 は上流側後燃焼ストーカ上の燃焼残渣、Ｗ4 は下流側後燃焼ストーカ上の燃焼残渣、Ｄはダンパ、Ｐは燃え切り点である。
【００１９】
廃棄物供給ホッパ６内の廃棄物Ｗは、廃棄物供給装置７により順次炉内へ供給され、乾燥ストーカ１上で乾燥されたあと燃焼ストーカ２上で燃焼されること、及び乾燥ストーカ１と燃焼ストーカ２へは、燃焼用空気供給装置８及び空気予熱器９を通して廃棄物Ｗの供給量やその発熱量に応じた温度（２０℃〜２００℃）及び流量の空気Ａ1 、Ａ2 が供給されること等は、前記図４に示した従前のストーカ式廃棄物焼却炉の場合と同様である。
また、廃熱回収ボイラ５で熱回収をされた排ガスが、ガス浄化処理装置（図示省略）を通して清浄化されたあと、大気中へ放散されること及び焼却灰排出口１０から排出された焼却灰Ｗ0 が、スラグ冷却水槽等（図示省略）を介して外部へ搬出されること等は、公知のストーカ式廃棄物焼却炉の場合と同様である。
従って、ここではその詳細な説明は省略する。
【００２０】
本発明に於いては、前記後燃焼ストーカ３が後述するように所謂水冷式構造となっており、且つ上流側後燃焼ストーカ３ａと下流側後燃焼ストーカ３ｂの二つに分割されており、各ストーカ３ａ、３ｂへは、下方のホッパを介して空気Ａ3 、Ａ4 が夫々独立に供給される構成となっている。
尚、図１の実施形態では後燃焼ストーカ３を二分割型の構成としているが、これを三分割型の構成としてもよいことは勿論である。
【００２１】
前記上流側後燃焼ストーカ３ａ及び下流側後燃焼ストーカ３ｂは、図２に示すような固定火格子１５と可動火格子１６を階段状に複数段組み合せることにより形成されており、可動火格子１６を矢印方向へ往復動させることにより、火格子上の燃焼残渣（図示省略）が順次下方へ移送されて行く。
【００２２】
前記固定火格子１５及び可動火格子１６には、図２に示すように後燃焼ストーカ３の横幅方向に複数個の冷却水通過孔１７が平行状に貫通されており、所謂水冷式構造の火格子１５、１６に形成されている。
即ち、上流側後燃焼ストーカ３ａ及び下流側後燃焼ストーカ３ｂへは、図３に示すように入口ヘッダ１８、連結チューブ１９・２０、出口ヘッダ２１、水冷却装置（図示省略）及び冷却水循環ポンプ（図示省略）を通して冷却水Ｃが循環流動されており、これによって後述するように、各ストーカ３ａ・３ｂ上の燃焼残渣Ｗ3 ・Ｗ4 の温度を調整する構成となっている。
【００２３】
尚、図１乃至図３の実施形態では、上流側後燃焼ストーカ３ａと下流側後燃焼ストーカ３ｂの両方を水冷式構造としているが、下流側後燃焼ストーカ３ｂのみを水冷式構造として、後述するように上流側後燃焼ストーカ３ａ上の燃焼残渣Ｗ3 の温度は、供給する酸素富化空気Ａ3 の酸素濃度又は酸素濃度とその供給量を調整することにより、所定の温度に保持するようにしてもよい。
【００２４】
前記上流側後燃焼ストーカ３ａ及び下流側後燃焼ストーカ３ｂの下方へ供給された空気Ａ3 、Ａ4 は、図２に示すように固定火格子１５と可動火格子１６間の隙間Ｇ又は別途に各火格子１５・１６に配設した空気噴出ノズル（図示省略）から、燃焼残渣Ｗ3 、Ｗ4 内へ供給されて行く。
【００２５】
前記上流側後燃焼ストーカ３ａへ供給される空気Ａ3 は、空気予熱器９からの高温空気に酸素供給装置１１からの酸素Ｏ2 を注入することにより、酸素濃度を約２５〜３０％にした所謂酸素富化空気Ａ3 である。
当該酸素富化空気Ａ3 の供給により、上流側後燃焼ストーカ３ａ上における燃焼残渣Ｗ3 のおき燃焼が、従前のストーカ炉の場合よりも高温度下で行なわれると共に、おき燃焼が完結して（もえ切り点Ｐ）、燃焼残渣Ｗ3 が下流側後燃焼ストーカ３ｂ上へ移動するまで、前記高温状態が維持される。
【００２６】
これにより、燃焼残渣Ｗ3 内に含まれていたダイオキシン類は、その大部分が高温度下で分解されると共に、燃焼残渣Ｗ3 内の鉛等の低融点重金属類は揮散される。尚、排ガス内へ移行した重金属類は、排ガス処理装置（図示省略）側に於いて回収除去される。
【００２７】
具体的には、上流側後燃焼ストーカ３ａ上の燃焼残渣Ｗ3 の燃焼部分の温度は、燃焼残渣Ｗ3 の溶融又は焼結を生ぜず且つ鉛等の重金属類の揮散が可能な約７００℃〜９００℃の温度に、▲１▼酸素富化空気Ａ3 内の酸素濃度の調整、▲２▼酸素濃度と酸素富化空気Ａ3 の供給量の調整、▲３▼酸素濃度と冷却水量の調整、▲４▼酸素富化空気Ａ3 の供給量と冷却水量の調整又は▲５▼酸素濃度と酸素富化空気の供給量と冷却水量の調整の何れかの方式により制御されている。
【００２８】
尚、前記酸素濃度（即ち酸素供給量）の調整は、非接触型温度計（放射温度計）１３からの温度検出信号により、温度コントローラ１４を介して酸素供給量調整弁１２の開度を制御することにより行なわれており、また、酸素供給装置１１にはＰＳＡ酸素供給装置又は容器貯留型酸素供給装置が用いられている。
尚、上記酸素供給量の調整方式や酸素供給装置１１の種類は、如何なるものであっても良いことは勿論である。
【００２９】
前記下流側後燃焼ストーカ３ｂへは燃焼用空気供給装置８から約２０℃の低温空気（冷却用空気）Ａ4 が供給されており、当該低温空気Ａ4 と前記ストーカ３ｂの火格子１５・１６内を流通する冷却水Ｃにより、燃焼残渣Ｗ4 の冷却が行なわれる。
具体的には、上流側後燃焼ストーカ３ａ上の末端部Ｐでおき燃焼を完結した燃焼残渣Ｗ3 は、下流側後燃焼ストーカ３ｂ上へ移送されることにより、低温空気Ａ4 による空冷と冷却水Ｃによる水冷によって急冷却され、下流側後燃焼ストーカ３ｂから燃焼灰排出口１０内へ排出される焼却灰Ｃの温度が、約３００℃以下の温度となるように冷却される。
【００３０】
これにより、下流側後燃焼ストーカ３ｂ上の燃焼残渣Ｗ4 は、短時間内にダイオキシンの所謂再合成温度領域（３００℃〜４００℃）を通過して約３００℃以下の温度にまで到達し、２５０℃〜３００℃以下の焼却灰Ｗ0 となって焼却灰排出口１０から炉外へ排出される。そのため、ダイオキシンの再合成が有効に防止され、結果として焼却灰Ｗ0 内のダイオキシン類の含有量が減少する。
【００３１】
【実施例】
廃棄物焼却量３００Ｔ／Ｄの従前のストーカ式廃棄物焼却炉を用い、その後燃焼ストーカ３を２分割して上流側後燃焼ストーカ（長さ約１２００ｍｍ、横幅４３８０ｍｍ）３ａと下流側後燃焼ストーカ（長さ約１２００ｍｍ）３ｂとすると共に、各ストーカ３ａ・３ｂを形成する各火格子１５・１６に夫々３本の冷却水通水孔１７を平行に設け、これに冷却水Ｃ（入口温度約２５℃）を流通させるようにした。
【００３２】
廃棄物を都市ごみとして、３００Ｔ／Ｄの焼却運転状態下で、上流側後燃焼ストーカ３ａへ供給する酸素富化空気Ａ3 の供給流量を所定値に設定し、そのＯ2 濃度を調整することによりストーカ３ａ上の燃焼残渣Ｗ3 の平均温度を約８００℃〜８５０℃に保持すると共に、下流側後燃焼ストーカ３ｂへの低温空気（約２０℃）Ａ4 の供給流量及び下流側後燃焼ストーカ３ｂへ流す冷却水（入口温度約２５℃）Ｃの供給流量を調整することにより、焼却灰排出口１０へ排出される焼却灰Ｗ0 の温度が約１５０℃〜２００℃となるようにした。
【００３３】
試験の結果、排出されてくる焼却灰Ｗ0 中のダイオキシン類の含有量は４０ｐｇ−ＴＥＱ／ｇ以下に、また重金属類の溶出量は０．０１ｍｇ／ｌ以下（鉛）に、夫々低減されていることが判明した。
従前の同容量のストーカ式廃棄物焼却炉を用いた場合に、排出される焼却灰Ｗ0 中のダイオキシン類含有量が、５０〜１００ｐｇ−ＴＥＱ／ｇ及び重金属類溶出量が０．１〜０．３ｍｇ／ｌ（鉛）程度であるのに比較して、本発明ではダイオキシン類の含有量及び重金属類の溶出量が大幅に減少する。
【００３４】
【発明の効果】
上述の通り、本発明ではストーカ式廃棄物焼却炉の前記後燃焼ストーカ３を、酸素富化空気Ａ3 が供給される上流側後燃焼ストーカ３ａと低温空気Ａ4 が供給される下流側後燃焼ストーカ３ｂとを備えた水冷構造の後燃焼ストーカ３とし、前記上流側後燃焼ストーカ３ａへ供給する酸素富化空気Ａ3 の酸素濃度の調整により上流側燃焼ストーカ３ａ上の燃焼残渣Ｗ3 の温度を７００℃〜９００℃とすると共に、低温空気Ａ4 の供給により下流側後燃焼ストーカ３ｂ上の燃焼残渣Ｗ4 を冷却する構成としている。
その結果、廃棄物Ｗ内に含まれていたダイオキシン類が高温の上流側後燃焼ストーカ３ａ上でほぼ完全に分解されると共に、廃棄物Ｗに含まれていた重金属類も揮散され、燃焼ガス内へ移行して排ガス処理装置側で回収されることになる。また、下流側後燃焼ストーカ３ｂ上の燃焼残渣Ｗ4 内に於けるダイオキシン類の再合成も有効に防止されることになる。
更に、高温の上流側後燃焼ストーカ３ａ上で燃焼残渣Ｗ3 内の未燃物が燃焼されることにより、焼却灰Ｗ0 の熱灼減量の値が低下する。
本発明は上述の通り、焼却灰Ｗ0 内の重金属類やダイオキシン類を大幅に減少させることが出来るうえ、焼却灰の熱灼減量値も大幅に低下し、優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るストーカ式廃棄物焼却炉の構成を示す断面概要図である。
【図２】後燃焼ストーカを形成する火格子の概要を示す斜面図である。
【図３】後燃焼ストーカの冷却方式を示す斜面図である。
【図４】従前のストーカ式廃棄物焼却炉の構成を示す断面概要図である。
【符号の説明】
Ｗは廃棄物（ごみ）、Ｗ1 は燃焼ストーカ上の被燃焼物、Ｗ3 は上流側後燃焼ストーカ上の燃焼残渣、Ｗ4 は下流側後燃焼ストーカ上の燃焼残渣、Ｗ0 は焼却灰、Ａ1 は乾燥ストーカへの空気、Ａ2 は燃焼ストーカへの空気、Ａ3 は酸素富化空気、Ａ4 は低温空気、Ｏ2 は酸素、Ｄはダンパ、Ｐはおき燃焼完結点、Ｃは冷却水、１は乾燥ストーカ、２は燃焼ストーカ、３は後燃焼ストーカ、３ａは上流側後燃焼ストーカ、３ｂは下流側後燃焼ストーカ、４は燃焼室、５は廃熱回収ボイラ、６は廃棄物供給ホッパ、７は廃棄物供給装置、８は燃焼用空気供給装置、９は空気予熱器、１０は焼却灰排出口、１１は酸素供給装置、１２は酸素供給量調整弁、１３は非接触型温度計、１４は温度コントローラ、１５は固定火格子、１６は可動火格子、１７は冷却水通過孔、１８は入口ヘッダ、１９は連結チューブ、２０は連結チューブ、２１は出口ヘッダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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