(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみ焼却炉の煙突を、ごみ焼却場の建屋内に収納して建屋躯体に支持し、かつ煙突に煙突内を通過する排ガス量の変動量を測定する流速センサを設け、該センサの出力を受けて風量を制御される専用のファンにより、煙突内に暖めた空気を吹き込むようにしたことを特徴とする都市ごみ焼却プラント。
【請求項２】
排ガスを排出する煙突内筒の水平荷重を、建屋自体が外筒の代わりになるように建屋から振止をとり、前記煙突が受ける風圧や地震時の水平荷重を建屋鉄骨フレームで負担させる構造で支持し、かつ前記煙突内筒の垂直荷重を建屋躯体で支持する請求項１に記載の都市ごみ焼却プラントの煙突。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は都市ごみ焼却プラントの煙突に関するもので、特にごみ焼却場の建屋内に収納して建屋躯体に支持し、かつ煙突内を通過する排ガス量の変動量に応じて風量を制御される専用のファンにより、煙突内に暖めた空気を吹き込むようにした煙突に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却プラントは、都市を中心としたごみ処理量の急激な増加のために、焼却処理能力の向上が切望されている。しかるに、近年のおけるごみ焼却プラント建設のための用地難及び処理に伴う悪臭、ばい煙、騒音、排水等による２次公害が発生しやすく、プラント周辺の生活環境を悪化させることからいわゆる「迷惑施設」として付近住民から嫌われる存在となっている。そしてごみを燃焼させた際に多量に発生する煙を排出する高煙突は、ごみ焼却プラントのシンボルであり、煙突が一目でごみ焼却炉であるというイメージを与えていたため住民対策上好ましくない。
【０００３】
煙突は、鉄筋コンクリート造のものが一般に使用されているが、最近では内側に鋼板製筒身、外側に鉄筋コンクリート筒身の２重構造ものが増えている。２重構造の煙突は焼却炉の数だけの内筒を設けることができ、メンテナンス時に一系列のみの炉停止で対処できる等のメリットを有しており、焼却プラントの主流と成っている。いずれの場合も、煙突は、後記のように、独立した構造物として焼却施設の建屋から離れた地表に自立するように築造されていることが多いため、煙突の高さに応じた強固な基礎と広い用地が必要とされていた。すなわち煙突はそれ自身の高さを増すほど、風圧や地震荷重に対する耐力を保持するように設計荷重が増加する。従って煙突重量の増加は、必然的に基礎工費の増大となって、高い煙突はきわめて高価なものとなる。
【０００４】
煙突の目的は、排ガスを煙突のドラフト力によって引き、煙突頂部から外気へ放出することと、周辺建物により生ずる渦巻き域に巻き込まれない高さまで排ガスを導き、排ガス中のNOxやSOxを大気中に拡散させ、大地への最大着地濃度の低減化をはかることにある。煙突の高さは、ドラフト力にも大気拡散にも影響を及ぼすファクターであり、高いほど有利な条件となる。それ故、近年の煙突は漸次高くなる傾向がある。しかし、煙突の高さを増すことは煙突重量が増加することを意味する。煙突重量の増加により煙突基礎工費などの建設コストはその分高くなる。従って、必要最小限の高さが計画される。一般的には、近傍の建物高さの2.5倍以上の補正煙突高さが必要とされている。これ以下であると、ダウンドラフト現象が発生しやすいと言われている。
ここで、補正煙突高さHeは、下記のように表される。
He＝Ho＋0.65（Ht＋Hm）
Hoは煙突の実高さ、
Htは排ガス温度による浮力で生ずる上昇高さ、
Hmは排ガス吐出速度による上昇高さ。
従って、補正煙突高さHeは、浮力と排ガス吐出速度が大きいほど大きくなる。浮力は排ガス温度が高いほど大きくなる。この排ガス温度は焼却炉の排ガス処理システムにより一定に管理されるものであり、設計段階で煙突の実高さHoと浮力による上昇高さHtは決まってしまう。しかし、排ガスの吐出速度による上昇高さHmは、燃焼させるごみの持つカロリーにより大きく変動するもので、日本では季節変動が大きく、吐出速度において最小のときを１とした場合、最大のときは、2.1倍程度になることがある。煙突の設計では、最大吐出速度を30ｍ／ｓ 以下にしなければならない（それ以上になると笛吹き現象をおこす）ので、最小吐出速度は14ｍ／ｓ 程度になってしまう。
吐出速度＝（30ｍ／ｓ）／２．１＝約14ｍ／ｓ
排ガスの吐出速度による上昇高さHmは、排ガス量と吐出速度から下記のように計算される。
Hm＝〔0.795×（ＱＶ）１／２ 〕÷（１＋2.58／Ｖ）
Ｑ：15℃における排ガス量（Ｎｍ3 ／ｈ）
Ｖ：吐出排ガス温度における排ガス吐出速度（ｍ／ｓ）
排ガス量ＱはＶに比例するので、Hmは排ガス吐出速度Ｖに比例することになる。
このように、補正煙突高さHeは、排ガス吐出速度Ｖに左右されるが、Ｖが一番小さいときの条件で必要煙突の実高さHoが決められる。
【０００５】
一方、火力発電所において、低出力運転時など、熱量が少ないため排ガス温度が低く,浮力による上昇力が期待できない場合に、吐出速度が大きくなるよう煙突の頂部をノズル状にして絞り吐出口の口径を小さくして、ダウンウォッシングを防止する方法が知られている。ごみ焼却炉の煙突においても、この方法が用いれており、煙突中間部の流速は圧損を小さくするために、15ｍ／ｓ程度で計画され、 吐出口の流速は30ｍ／ｓ以下に設計される。一般の煙突は、通過する排ガス量は大きく変動することがないので、絞り吐出口により補正された煙突高さを常に一定レベルに保っていることができる。しかし、ごみ焼却炉の煙突では、排ガス量がごみの熱量の変動により２倍以上変動するため、最大ガス量にて30ｍ／ｓ以下としなければならず、この条件にて吐出口が決められてしまう。 従って、最小ガス量のときは、14ｍ／ｓ程度に吐出速度が低下する。この一番低い吐出速度にて所定の拡散効果を得るために、煙突高さHoを一般的には高く取っておくことになる。しかし。この煙突実高さが一目でごみ焼却炉であるというイメージを与えてしまうため、景観上の問題があった。
【０００６】
ところで、煙突から排出される排ガスに温風を入れて白煙を防止する方法、または白煙防止のため温風量を制御する方法が知られている。白煙は煙突吐出口の外気条件である温度と湿度によって煙突から出る排ガスの中の蒸気が、外気により冷却されて白煙として目視されてしまう現象である。白煙自体は汚染物質ではないが、白煙を発生することは前記したと同様な理由により、地域住民から非難されることがあり、好ましいものではなく白煙を発生しないようにする必要がある。外気温度と湿度は天候、季節によって変わるものであり、人為的に変えることはできない。これに対して、排ガスの温度を上げたり、水分割合を減らしたりすることにより、白煙を防止することができる。例えば、通風量を外気温度と湿度によって制御することによって、白煙を防止することが可能であるが、夏場などに外気温度が高く白煙が出にくいときには、ファンは、ほとんど必要ない状態となる。このとき、排ガス処理設備入口排ガス温度を一定にするよう、ガス冷却室の冷却水量が制御されるので、冷却水が大きく増え排ガス中の水分割合を大きくしてしまうという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した従来の問題点を解決するために提案するものであって、煙突自身を建屋内部に設置することで、煙突自身の基礎工事を省略して煙突基礎工費および工期の削減を図り、しかも煙突を通過する排ガス量の変動に対しても、常に所用の煙突出口排ガス吐出流速を確保したごみ焼却施設用の煙突を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１は、ごみ焼却炉の煙突を、ごみ焼却場の建屋内に収納して建屋躯体に支持させ、かつ煙突に煙突内を通過する排ガス量の変動量を測定するセンサを設け、該センサの出力を受けて制御されるファンにより煙突内に暖めた空気を吹き込むことを特徴とする。請求項２は、排ガスを排出する煙突内筒の水平荷重を、建屋自体が外筒の代わりになるように建屋から振止をとり、前記煙突が受ける風圧や地震時の水平荷重を建屋鉄骨フレームで負担させる構造で支持し、かつ前記煙突内筒の垂直荷重を建屋躯体で支持するようにしたものである。
【０００９】
建屋駆体は鉄筋コンクリートまたは鉄骨鉄筋コンクリートで構築された耐震構造体であり、十分に煙突の垂直荷重が支持できるとともに、煙突の水平荷重を建屋で支持するので、従来は外筒を必要としていたが、内筒のみとすることができ、したがって煙突重量が軽減できる。
【００１０】
鋼製内筒の底部は、滑り支承体を介して、灰ピットまたはごみピット等の頂部に据え付けることができる。
【００１１】
なお、内筒上部と建屋との中間のスペースは展望室となっている。これにより、スペースの有効利用と、外観上も煙突が一目でごみ焼却炉であるというイメージを与えることのない構成としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の一形態を図１および図２に基づいて説明する。図１は煙突が建屋１の内部に配設されている状態を示す概略縦断正面図、図２は同縦断側面図である。図３ないし図４は内筒支持部の断面図である。また図５は煙突出口排ガス吐出流速を確保するため、本発明が採用するシステムの概略図である。
【００１３】
ごみ焼却炉が配設される建屋１は、鉄筋コンクリートまたは鉄骨鉄筋コンクリート製で、ごみ収集車によって搬入された可燃ごみは、計量後ごみピットに投入・貯留され、貯留されたごみはクレーンによりホッパに投入されて燃焼炉内に送られるようになっている。符号２はごみの受け入れ貯留を行うごみピットで、燃焼炉へのごみの投入はピットの上部に据え付けられた焼却炉内にごみを投入するごみクレーン３によって行われる。４は、クレーンにより投入されるごみを受け入れるホッパ、５はホッパに連なるシュート。６は、シュート下部の給じん装置、７は燃焼炉で、乾燥ストーカおよび燃焼ストーカ等により構成されている。
【００１４】
燃焼排ガスはガス冷却室８で自動的に温度調節され、空気予熱器９に入り燃焼用空気および白煙防止空気を加熱し、その後、有害ガス除去装置及びバグフイルタ等の排ガス処理設備１０で浄化された後、誘引送風機１１により煙突２０より大気に放出される。なお、焼却灰は炉下で回収する灰出しコンベヤ１２と灰押出し機１３により、灰ピット１４へ送られる。１５は灰ピットの上部に据え付けられた灰クレーンである。
【００１５】
前記灰ピットやごみピットは大量のコンクリートを使用して築造された強固な基礎構造を有した構造体であるので、煙突の垂直荷重を受ける基礎として利用可能である。本実施例においては、ごみ焼却炉からの排ガスを排出する集合煙突（鋼製内筒）を灰ピット１４の上に建ち上げる。
【００１６】
鋼製内筒２０は、煙突底板２０ａを、灰ピット１４の頂版より立ち上げたアンカボルト２１とナット２１ａ、ワッシャ２１ｂで固定する（図３）。内筒２０は建屋自体が外筒の代わりになるように建屋１から振止２２をとり（図４）、煙突が受ける風圧や地震時の水平荷重を建屋鉄骨フレーム１ａで負担させる（図１〜２）。
【００１７】
上記のように、本発明では内筒を建屋の内部に収納するので内筒の組み付けが容易であり、建屋が外筒の代わりになるので景観が良好となる。従来は耐久性を高めるために外筒を必要としていたが、本発明は内筒のみとすることができ、煙突重量が軽減できる。従って、設計荷重として内筒自身の風圧や地震荷重を考えるだけで良く、設計荷重を非常に小さくできるほか、内筒底部の支持はアンカボルト２１またはダボ筋２１ａと係合するルーズホール２２を有する底板２０ａまたは位置決めプレート２３を用いる滑り支承にすることが可能である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、内筒底部支持部の拡大断面図である。なお図６中、符号２１ｂはワッシャ、２４はゴムパッキン、２５はレベル出しプレートである。
【００１８】
また、内筒２０と建屋上部外壁１ａとの中間のスペースは展望室１６に構成する。これによりスペースの有効利用と、外観上も人目で煙突とは思われないようにする。
【００１９】
次ぎに、煙突出口排ガス吐出流速を確保するため、本発明が採用するシステム概略図（図５）により説明する。図５において、燃焼炉からの燃焼排ガスはガス冷却室８を通って空気予熱器９に入り、その後、排ガス処理設備１０で浄化された後、煙突２０に送られる。また、ファン３０から空気予熱器９よって暖めた空気が煙突２０に送られる。
【００２０】
煙突の断面は一定であるので、燃焼による排ガス量の変化は煙突中間部の流速流速センサで測定することにより判断することができる。煙突通過ガス温度は、排ガス処理設備入口排ガス温度を 200℃に制御した場合、その後の通過工程でのロスがあり、 190℃程度になる。これはほぼ一定で管理されるので、測定された排ガス流速を一定にするようファン３０の風量制御（回転数制御またはダンパ制御）を行うことにより、常に煙突吐出流速を25ｍ／ｓ以上、30ｍ／ｓ以下に保持することができる。煙突中間部は15ｍ／ｓ程度で設計され、煙突吐出口で口径を絞って30ｍ／ｓとする場合が多いので、煙突中間部の流速を12.5ｍ／ｓから15ｍ／ｓになるように制御する。
【００２１】
燃焼排ガスの季節変動を表したものを図７および図８に示した。同図に示したように、燃焼炉からの燃焼排ガス量Ｑが、燃焼させるごみの持つカロリーの変動（季節変動）により１〜２．１倍に変化するのに対応して、煙突吐出速度Ｖが一定になるようにファン３０の風量制御により熱風Ｓを吹き込む。ちなみに、図７は煙突吐出ガス速度、言い換えれば、煙突出口総排出量３０ｍ／Sを年間を通して確保する場合を示している。この場合、温風ファンの必要容量は若干大きくなる。図８は煙突出口総排出量を３０ｍ／Sと２５ｍ／Ｓの間で調整する場合を示し、この場合にはファン容量は小さくなる。ただし、最小煙突高さは少し高くなる。
なお、准連続燃焼式のごみ焼却炉は、立ち上がり時に排ガスの熱量が低い場合があり、このようなときも前記と同様に煙突吐出速度Ｖが一定になるようにファン３０の風量制御により熱風Ｓを吹き込むようにする。
【００２２】
以上にように構成された本発明では、煙突を建物内部に設置したうえで、白煙防止と関係なく、煙突から排出されるガス量を年間を通じて常に一定量に管理して（図７、図８参照）、煙突吐出ガス速度を25ｍ／ｓ以上30ｍ／ｓ以下に保持するものである。
【００２３】
よって煙突の補正された高さHeは、常に一定に保たれ、ダウンウォシュの防止ができる。一般的には、近傍の建物高さの2．5倍以上の補正煙突高さが必要とされているが設計段階で、吐出ガス速度25ｍ／ｓ〜30ｍ／ｓを見込んで煙突の実高さHoを低くしておくことができる。
【００２４】
なお、本発明の図示の形態では内筒を灰ピット上に据え付けているが、上記の説明からも分かるように煙突据えつけ位置は灰ピット上に限定されるものではなく、誘引送風機室やその他の装置室の上でも差し支えない。建屋躯体は、鉄筋コンクリートまたは鉄骨鉄筋コンクリート造りであるから、耐震壁と堅固な基礎構造を有しているため、わずかな補強のみで十分に煙突の基礎として利用できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によればごみ焼却炉の煙突を、ごみ焼却場の建屋内に収納し躯体に支持させたので、従来は外筒を必要としていたが、内筒のみとすることができ、煙突重量が軽減できる。そして煙突自体の基礎の築造や煙突外筒の構築が不要となる結果、煙突建設時の工費および工期の削減が図れる。
また、本発明によると、内筒を建屋の内部に収納するので建屋が外筒の代わりになるので景観が良好となり、耐久性も大となり、煙突自身の風圧や地震荷重に対する設計荷重が小さくできるほか、内筒の振止、支持は簡単な構造にするが可能で、内筒の組み付けが容易となる。
さらに本発明では、煙突を建物内部に設置したうえで、白煙防止と関係なく、煙突から排出されるガス量を常に一定量に管理して、煙突吐出ガス速度を25ｍ／ｓ〜30ｍ／ｓに保持することができる。よって排ガス量が、燃焼させるごみの持つカロリーの変動により１〜２．１倍に変化するのに対応し、煙突吐出速度Ｖが一定になるように熱風を煙突内に吹き込み、吐出ガス速度が25ｍ／ｓ〜30ｍ／ｓ以下になるようにしたので、煙突の補正された高さは、常に一定に保たれ、ダウンウォシュの防止ができ、設計段階で、吐出ガス速度25ｍ／ｓ〜30ｍ／ｓを見込んで煙突の実高さHoを低くしておくことができる。  しかも、外観上も煙突とは思われないように建築できるから、景観上問題があったごみ焼却場の悪いイメージを払拭することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  建屋内部に煙突が配設されている状態を示す概略縦断正面図である。
【図２】  同縦断側面図である。
【図３】  図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】  図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】  本発明が採用する吐出ガス流速を確保するシステムの略図である。
【図６】  内筒底部支持部の拡大断面図である。
【図７】  燃焼排ガスの季節変動と煙突出口総排出量を表したグラフである。
【図８】  図７と同様に、燃焼排ガスの季節変動と煙突出口総排出量を表したグラフである。
【符号の説明】
１  建屋
２  ごみピット
７  焼却炉
８  ガス冷却室
９  空気予熱器
１０  排ガス処理設備
１１  送風機
１４  灰ピット
２０  煙突（内筒）
２０ａ  内筒底板
２１  アンカボルト
２１ａ  ナット
２１ｂ  ワッシャ
２４  ゴムパッキン
２５  レベル出しプレート
３０  ファン
３１  流速センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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