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特集論

酸素リッチストーカ炉初号機の運転
状況

文

Operational Experiences of the First Commercial
Oxygen-enriched Stoker Incinerator
土 井亨＊1

山 田 明 弘＊2

滑 澤 幸 司＊3

田 熊 昌 夫＊4

高 津 戸 康 弘＊5

馬 渡 匡 之＊6

Tooru Doi

Masao Takuma

Akihiro Yamada

Koji Namerisawa

Yasuhiro Takatsudo

Masayuki Mawatari

環境負荷の低いごみ焼却プラントが求められている中，弊社は酸素リッチストーカ炉を開発してきた．
2000 年に仙台市より受注したごみ焼却プラントに本システムを適用し建設工事を経て，2004 年 10 月より初号機の試運転及び性能計測等を行ってきた．そこで酸素リッチストーカ炉の排ガス量低減，発電量増
大，排ガス性状及び焼却灰性状改善などの低環境負荷性能について確認したので報告する．

1．はじめ焼空気（以下 UGA）への酸素富化と排ガス再循環に（以下 EGR）を併用したシステムであり，1998 年からごみ焼却プラントは廃掃法，大気汚染防止法等に対開発を進めてきている．本システムのコンセプトは，応して，環境負荷低減が最も重要なテーマの一つにな低空気比・高温燃焼による環境負荷低減である．そのっている．既設ごみ焼却炉の約八割をストーカ炉が占ために UGA へ酸素富化することでごみ層部での燃焼める状況下，メーカ各社は更なる環境負荷低減を主要を活発にし，完全燃焼を達成する．さらに，低空気比コンセプトに独自の次世代型ストーカ炉を提唱してい燃焼により低下する排ガス運動量を補うために EGRる．弊社は，次世代型ストーカ炉として酸素リッチスを導入する．またこの EGR は過度な炉内温度上昇をトーカ炉を提案してきた ．

抑制する働きも併せ持つ．その結果として以下の項目(1)

酸素リッチストーカ炉は図１に示すように，一次燃を達成するシステムである．

・排ガス量低減・排ガス処理系統小型化

赤外線カメラによるごみ層表面温度監視及び制御・ボイラ効率向上
・発電量増大炉頂赤外線力メラ

二次押込送風機

減温塔

ボイラ

ろ過式
集じん器

排ガス再加熱器
触媒反応塔
白煙防止用送風機
白煙防止用空気加熱器

・低空気比高温燃焼・炉内完全燃焼促進（DXNs，CO 低減）

焼却炉

押込送風機

排ガス再循環用送風機

消音器
誘引送風機

主灰性状改善灰押出装置

酸素ガス製造装置

図１ 酸素リッチストーカ炉

一次燃焼空気への酸素富化と二次燃焼領域への排ガス再循環を特徴とする．

横浜製作所環境ソリューション技術部長
横浜製作所環境ソリューション技術部次長＊3
横浜製作所環境ソリューション技術部環境システム計画課

技術本部横浜研究所環境装置研究室主席 工博
技術本部横浜研究所環境装置研究室主席＊6
技術本部横浜研究所熱・化学研究室

＊1

＊4

＊2

＊5

煙突

173

（1）排ガス量の低減された．また，酸素リッチ燃焼では従来燃焼に比較し（2）ダイオキシン類，NOx，CO 等排ガス性状改善て，ボイラ出口でダイオキシン類濃度が約 1/3 に低減（3）発電量の増加と薬品使用量の低減し，酸素リッチ燃焼による更なる低環境負荷性能を確（4）灰性状の改善認した（図２）．

本報告では，今般本格稼動した酸素リッチストーカ炉初号機の運転状況を紹介する．

2．酸素リッチストーカ炉初号機概要

なお本プラントにおける煙突ダイオキシン類濃度の性能保証値は 0.01ng-TEQ/m3N 以下であるが，これを十分に満足する結果であった．
3．3

発電量増加

弊社は 2000 年に仙台市から受注したごみ焼却プラ

酸素リッチ燃焼条件において，ボイラ通過ガス量低ントに酸素リッチ燃焼システムを国内初号機として適減による熱回収効率の向上により ，蒸気流量が約用し，2004 年 10 月から試運転を開始，2005 年 8 月に2.6 ％増加し，さらに空気予熱器及び排ガス再加熱器竣工に至った．本プラントは，各種提案されている次表２世代型ストーカ炉の中で最初の実運用プラントとな試運転結果一覧

る．ここで酸素リッチ燃焼システム初号機の諸元を表項１に示す．なお本プラントは，従来燃焼と酸素リッチ

ごみ焼却量（t/h/炉）

燃焼の両方が運転可能な設計となっている点に特徴が

低位発熱量（kJ/kg-waste）

あり，したがって酸素リッチ燃焼専用の場合の設備容

一次空気流量（km3N/h/炉）

16.33

24.08

富化酸素流量（km3N/h/炉）

1.70

−

二次空気流量（km3N/h/ 炉）

3.23

10.23

排ガス再循環流量（km39.71−

ボイラ出口ガス量（km3N/h/ 炉）

44.57

52.16

触媒反応塔出口ガス量 （km3N/h/ 炉）

37.55

54.84

量低減等の効果は採用されていない．

3．試運転結果
ここでは 2004 年 10 月から 2005 年 7 月までの試運転
時計測結果について述べる．
3．1

目

炉出口温度

排ガス量低減効果の評価を各部位の流量計測結果に

ボイラ出口O2 濃度

従来燃焼

8.33
9 800N/h/ 炉）

一次燃焼空気酸素濃度

排ガス量低減酸素リッチ燃焼8.339 800（vol ％）27.521.0（℃）

1 001945（vol ％ dry）

6.99.3

基づき実施した．表２の通り，従来燃焼条件に比較し煙突 NOx 濃度（ppm＠O2 =12 ％）2838て酸素リッチ燃焼条件では，ボイラ出口で約 14.5 ％，煙突 CO 濃度（ppm＠O2 =12 ％）

6.6

12.6

触媒反応塔出口にて約 31.5 ％の排ガス量低減を確認
酸素濃度計測結果から薬品吹込み空気，減温塔噴霧水用空気を考慮して換算）は，酸素リッチ燃焼条件では約 6.9 vol ％-dry，従来燃焼条件では約 9.3 vol ％-dryであった．
3．2

排ガス性状改善

酸素リッチ運転では CO 濃度が約半減，バグフィル
タ出口 NOx 濃度が約 14 ％低減可能であることが確認

バグ出口 NOx 濃度（相対値）（％）

した．なお，ボイラ出口酸素濃度（バグフィルタ出口160140：酸素リッチ燃焼：従来燃焼

12010080100.0Max
Min86.2Max
Min

604020表１酸素リッチストーカ炉初号機機器仕様

プラント名称

仙台市松森工場

ごみ処理能力200 t／24 h×3 炉

炉形式
ストーカ形式

全連続燃焼式ストーカ炉
マルチン式逆送ストーカ，13 段

燃焼ガス冷却方式

廃熱ボイラ式

ボイラ蒸気条件

400 ℃，4 MPag

排ガス処理設備

消石灰・活性炭吹込み装置
ろ過式集じん器（バグフィルタ）
触媒反応装置

焼却灰，飛灰処理

溶融処理（80 t／24 h×2 炉）

溶融飛灰処理薬剤処理，加熱脱塩素処理

ボイラ出口 DXN 濃度（相対値）（％）

0160140：酸素リッチ燃焼
：従来燃焼

Max

120100.010080Min

6040Max

31.4200Min

図２ バグ出口 NOx 濃度及びボイラ出口ダイオキシン類濃度 酸素リッチ燃焼によりバグ出口でNOx は約 14 ％低減，ボイラ出口ダイオキシン類は約 1/3 に低減．
三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）174

にて使用される蒸気が低減された結果，発電利用蒸気ことを確認した．
3．5 焼却灰性状改善

流量が約 9.7 ％増加することが確認された（表３）．
3．4

薬品量低減

酸素リッチ燃焼では，酸素富化空気によるごみ層燃

排ガス処理設備において使用する薬品について，脱焼の活発化及び温度上昇に伴い焼却灰粒度が大きくな硝に使用するアンモニア水は，酸素リッチ燃焼によるり，平均粒径は８〜９ mm 前後となる（図３）．そこNOx 濃度の低下と排ガス量の減少により，約 24 ％使で酸素リッチ燃焼により得られる焼却灰について，従用量を低減できた．

来燃焼焼却灰と同等粒径の８ mm 以下（酸素リッチ

また活性炭及び反応助剤については，バグフィルタ小粒径）と８ mm 以上の焼却灰（酸素リッチ大粒径）

通過ガス量に比例して使用量を低減（14 ％）させたに分け，ごみ焼却灰で特に問題となることが多い鉛の場合においても，十分な排ガス処理性能を発揮できる溶出試験（環告 46 号法）と含有量分析を実施した（図４）．なお表記しないが，その他重金属類及び熱灼減量は十分な無害性を確認している．

表３ 蒸気収支
酸素リッチ燃焼

従来燃焼

その結果，酸素リッチ大粒径焼却灰は鉛が溶出しに（ t/h/炉）

28.06

27.36

くくなっていることが分かった．さらに２種類の鉛含一次空気予熱器蒸気流量 （ t/h/炉）

1.24

1.94

有量分析結果から，酸素リッチ大粒径焼却灰は従来燃

二次空気予熱器蒸気流量 （ t/h/炉）

0.24

0.71

焼焼却灰に比べ，鉛の化合物形態が異なっていること

排ガス再加熱器蒸気流量 （ t/h/炉）

1.86

2.17（ t/h/炉）

24.73

22.55

項
ボイラ蒸気流量発電利用蒸気流量

目

ごみ供給側

100.0

積算重量割合（wt ％）

90.0
80.0
70.060.0
主燃焼領域

50.0
平均粒径40.0
30.0
20.0
10.00.00.1

焼却灰排出側
1.0

10.0

100.0

メッシュサイズ（mm）

図３ 酸素リッチ燃焼での焼却灰粒度分布

通常の焼却灰よりも大きく，平均粒径は約８〜９ mm．従来燃焼焼却灰は約７割が５ mm 未満．

酸
素リッチ燃焼時では主燃焼領域温度が 1 000 ℃を超え，高温燃焼を実現している．

Pb 含有量比（環告 19 号法/底質調査法）
（％）

10.00
Pb 溶出率（溶出／含有）（％）

図５ 赤外線カメラによるごみ層・灰層温度分布例

1.000.100.01
従来燃焼
主灰

酸素リッチ 酸素リッチ
小粒径
大粒径

50.0

40.0

30.0

20.0

10.00.0
従来燃焼
主灰

図４ 焼却灰中鉛の溶出試験結果及び含有量分析結果

酸素リッチ
小粒径

酸素リッチ
大粒径

酸素リッチ燃焼大粒径焼却
灰は従来燃焼焼却灰に比較し，より無害化が進んでいる．

175が推察され，より安定な化合物形態となっていること評価と，更なる廃棄物処理コスト低減の観点から，灰が窺えた．このことは，焼却灰の直接リサイクルの実溶融炉を使用しない焼却灰直接リサイクルへの可能性

現の拡大と灰溶融炉を使用しないことによるコスト低を追求していく所存である．

減の可能性があると考えられる．
3．6 赤外線カメラを用いたごみ層・灰層温度監視及び燃焼制御(2)本プラントの特徴の一つとして，炉頂部に設置した赤外線カメラが挙げられる．このカメラでは火炎を透過する波長域を使用し，さらに画像処理によって炉内を浮遊する固体粒子（飛灰）の影響を除外することで，

参 考 文 献（1）吉良雅治ほか，酸素リッチ燃焼による次世代ごみ
焼 却 炉 の 開 発 ， 三 菱 重 工 技 報 Vol.38 No.1
（2001）p.8（1）高津戸康弘ほか，赤外線カメラによるごみ焼却炉のごみ層温度監視と制御，第５回計測自動制御学
会制御部門大会講演論文集（2005）p.185

ごみ層・灰層の表面温度並びにストーカ上での燃焼位置をリアルタイム（５ s 間隔）に監視可能である（図５）．
このカメラを用いて，一次空気への富化酸素量の制御及び一次燃焼空気配分を操作して，過度な温度上昇の防止（火格子上での灰の溶融防止）と適正な燃焼位置を制御し，酸素リッチ燃焼の安定性を確保している．

4．まと土井亨

山田明弘

滑澤幸司

田熊昌夫

高津戸康弘

馬渡匡之

め

酸素リッチストーカ炉初号機の試運転結果より，従来燃焼条件を凌ぐ低環境負荷性能と安定運転性を確認した．今後は長期的な耐久性に関わる項目の継続的な

三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）