高砂市「エコクリーンピアはりま」の竣工～回転ストーカ式ごみ焼却炉における低空気比運転～
Introduction to Eco cleanpeer Harima in Takasago City-The Rotary Combustor under low air-ratio combustion in municipal waste treatment-

鈴木崇之＊
Takayuki Suzuki

梶原吉郎＊
Yoshio Kajihara

藤田 淳＊
Jun Fujita

技術士（衛生工学部門） 技術士（衛生工学部門）

奥住宣裕＊＊
Nobuhiro Okuzumi

当社の主要製品メニューである回転ストーカ式ごみ焼却炉（以下，回転ストーカ炉）は，回転火格子による三次元的な撹拌と閉空間における火炎渦により，多種多様な廃棄物に対応出来る高い燃焼性能を有するほか，独自の水冷式火格子構造により耐久性が極めて高いという特長を有する。
2022年５月末に高砂市で竣工した「エコクリーンピアはりま」にて回転ストーカ炉の低空気比運転を実施し、空気比1.2において CO ピーク（50 ppm 以上）を発生させず、平均 NOx 濃度40ppm 未満での安定運転を実現した。
The Rotary Combustor, which is our major product, is able to handle a wide variety of waste through threedimensional stirring combustion with a rotating grate and a flame vortex in a closed space. The RotaryCombustor is characterized by extremely high durability due to its water-cooled grate structure.
The authors conducted operation of the Rotary Combustor at a 1.2 air ratio and achieved stable operations,with an average NOx concentration of less than 40 ppm and without CO peaks of more than 50 ppm, at Ecocleanpeer Harima in Takasago City.

Key Words：
回転ストーカ式ごみ焼却炉

Rotary Combustor

低 空 気 比 燃 焼

Low air ratio combustion

低 NOx

Low NOx【セールスポイント】
・回転ストーカ炉は円筒形のボイラ水管壁構造であり，燃焼性能が高く，耐久性に優れている。
・回転ストーカ炉は火格子の構造上，低空気比燃焼に適した炉である。
・低空気比運転（λ=1.2）時に CO ピークを発生させない安定運転が可能である。
・低空気比運転により発生 NOx を軽減できる。

まえがき有する技術を受け継ぐこととなった。それらの技術

当社は2019年１月１日に株式会社 IHI 環境エンジの一つである回転ストーカ式ごみ焼却炉（以下，回ニアリング（以下，IKE）と事業統合し，IKE の保転ストーカ炉）は，その特徴的な構造により，多種＊環境エンジニアリング事業本部 環境プラント事業部 プロポーザル部 設備改善推進室
環境エンジニアリング事業本部 環境プラント事業部 プラントサービス部 O&M 技術室＊＊

26 神鋼環境ソリューション技報 Vol. 19 No. 1（2022／9）

多様な廃棄物に対応できる高い燃焼性能と極めて高い耐久性を有する１）。
本稿では，回転ストーカ炉の特長を述べるとともに，2022年５月末に竣工した兵庫県高砂市向け回転ストーカ施設「エコクリーンピアはりま」について紹介する。また，本施設で実施した低空気比運転についても併せて説明する。

1. 回転ストーカ炉の特長
1. 1

燃焼性能

図１に回転ストーカ炉の断面図および火格子の構

図２

造図を示す。回転ストーカ炉は炉外にある駆動装置

回転ストーカ炉内燃焼の様子によって回転し，炉内に可動部を持たずに三次元的ストーカ炉は低空気比燃焼に適した炉であると言えなごみ送りと撹拌が行われる。炉内へ供給されたごる２）。また，炉体の回転によるごみ送りは，ごみのみは，１時間に１〜２回程度のゆっくりとした炉体反転と左右方向への移動を伴うことで火格子上でのの回転と傾斜によって下流へ送られ，給じん装置側

ごみ分布を均等に維持し，さらにゾーン毎の高度なの上流から乾燥，熱分解，一次燃焼が順次進行する

空気量制御により安定燃焼を実現している。

マス燃焼が行われる。炉壁全体が火格子であり，火1. 2

耐久性

格子はボイラ水管とフィンで構成されている。フィ

前述のとおり回転ストーカ炉本体は炉壁を構成す

ンには空気孔が設けられており，焼却炉下部の風箱る水管内にボイラ水が循環しているため，炉壁は一から空気孔を介して炉内のごみ層底部より燃焼空気定温度に保たれており，低温腐食（約150 ℃以下）が供給され，ストーカ燃焼を形成している。と高温腐食（約350 ℃以上）環境から保護される。

高温の一次燃焼領域と火炎渦を円筒炉内の下流側

また，炉体の回転が極めて遅いため，ごみは水管上に形成することで，上流の乾燥，熱分解領域から排で摺動することなく，水管と一体となって持ち上げ出される水分，熱分解ガス，余剰空気が火炎渦によられ，その後，堆積したごみの上を転がり滑る。そり効率よく混合され，安定した燃焼場が形成される。のため，摩耗による減肉の影響はほとんどない。こ

図２に回転ストーカ炉の排出側から撮影した炉内ののように回転ストーカ炉は鋼製炉壁でありながら，燃焼状況を示す。

構造上腐食と摩耗の両面を回避しており，優れた耐一般的に火格子を通過する空気量が低下すると火久性を発揮する。

格子の温度が上昇し，腐食による減肉が大きくなる

図３は15年間稼働した回転ストーカ炉水管壁をサが，回転ストーカ炉は炉体を構成する水管内をボインプルしたものである。割れや減肉等は生じておらラ水が循環することで，水管表面が高温腐食温度域ず健全性を維持しており，減肉速度は0.02 〜 0.1

より低い温度に維持されるため，空気量低減によるmm/年とライフサイクルを通じた耐久性を証明して腐食の影響を受けない。これらの特性により，回転いる。

図１

回転ストーカ炉断面図（左） 火格子構造図（右）
神鋼環境ソリューション技報

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表１

図３

設備概要

15年間稼働した回転ストーカ炉火格子

2. エコクリーンピアはりまにおける低空気比燃焼
2. 1

施設概要

エコクリーンピアはりまは，2022年５月末に兵庫

2. 2

県高砂市にて竣工し，２市２町（高砂市，加古川市，2. 2. 1

稲美町，播磨町）のごみを処理している。

低空気比運転について
低空気比運転結果（λ= 1.3）

本施設では炉内の条件を模擬した燃焼シミュレー

本施設の設備概要を表１，設備フローを図４に示ションを実施し，低空気比運転時（λ= 1.3）におす。本施設では処理量143 t/日の回転ストーカ炉をける最適な燃焼条件を検討した結果，回転ストーカ３基有しており，回転ストーカ炉，後燃焼ストーカ，炉直後に再循環排ガスを吹込み，そのすぐ下流側に二次燃焼室，廃熱ボイラ，エコノマイザ，バグフィ

二次空気を旋回状に吹き込む形式を採用した。このルタ，触媒反応塔により構成されている。また，不燃焼条件におけるシミュレーション結果を図５に示

燃・粗大ごみ処理施設も併設されており，不燃・粗す。なお，二次空気の吹込み量は，過熱器出口 O2大ごみの処理と資源物の回収を行っている。

濃度が一定となるよう自動制御している。回転スト本施設にて回転ストーカ炉の特長を生かし，設計ーカ炉内での撹拌（Ⅰ），炉出口の循環排ガスによ空気比1.3およびそれよりも低い空気比での運転をる混合・撹拌（Ⅱ），旋回状の二次空気による撹拌（Ⅲ）

行ったので，次にその結果を紹介する。の三段階の混合撹拌により二次燃焼室内で完全燃焼

図４

設備フロー図28 神鋼環境ソリューション技報 Vol. 19 No. 1（2022／9）

図５

燃焼シミュレーションしていることが確認できる。
図６に上記の燃焼条件を適用した通常運転中（空気比：λ= 1.3）のトレンドデータを示す。なお，この時は炉内の O2 濃度制御は過熱器出口に設置したジルコニア式 O2 計を用いた。
図６に示すとおり，この期間の平均 O2 濃度は3.9%wet（ λ= 1.3相 当 ） で あ り，CO ピ ー ク（50 ppm以上）は一度も発生せず低濃度を維持していた。また，この時の NOx 濃度は平均48.8 ppm（最大66.0ppm，最小32.0 ppm）であった。
2. 2. 2低空気比運転結果（λ=1.2）

燃焼室出口（ボイラ１パス）に設置したレーザー

図６

低空気比運転トレンド（λ= 1.3）

図７低空気比運転トレンド（λ=1.2）

式 O2 計を用いて，さらなる低空気比運転を行った。
その結果を図７に示す。
ジルコニア式よりも応答性に優れたレーザー式を用いることで燃焼状態の変化に応じた迅速な二次空気量の制御が可能となった。この期間の過熱器出口
O2 平均濃度は2.7 %wet（λ= 1.19相当）まで低減したが，変動幅が縮小し，CO ピーク（50 ppm 以上）は一度も発生せず，安定燃焼を維持できている。設計値（λ= 1.3）を下回る空気比のため排ガス循環量が不足気味であり，二次燃焼室温度は1 000 ℃近くまで上昇しているが，平均発生 NOx 濃度は37.7ppm に抑制できている。
図８に，ある期間中の空気比と二次燃焼室温度，BF 出口 NOx 濃度の日平均の相関図を示す。空気比の低下に伴い二次燃焼室温度は上昇し，NOx 濃度が低下している。空気比1.25未満では発生 NOx 濃度は40 ppm を下回るが，空気比低下による NOx 濃度の低減効果が小さく見える。排ガス循環量を増量し，燃焼室温度を低減できれば，さらに NOx 濃度が低減する可能性がある。

むすび

本稿では回転ストーカ炉の特長やエコクリーンピ

アはりまの施設を紹介した。また，本施設で燃焼シミュレーションから導かれた最適燃焼条件における

図８

空気比−二次燃焼室温度，NOx 濃度相関図

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低空気比運転の結果，以下の知見を得た。

る発生 NOx の低減効果が小さくなる傾向も見ら・回転ストーカ炉内での撹拌，炉出口での排ガス再れたが，排ガス循環量の増量等による燃焼室温度循環による混合撹拌，旋回状の二次空気による撹の低減によって，さらに NOx 濃度を低減できる

拌の三段階の混合撹拌が CO ピーク発生抑制に効可能性がある。

果的である。

燃焼方法に関し多大な助言を頂きました日本環境

・三段階の混合撹拌に加え O2 濃度制御にレーザー衛生センター様，低空気比運転にご協力頂きました

式 O2 計を用いることで，空気比1.2において CO高砂市様に心よりお礼申し上げます。

ピーク（50 ppm 以上）を発生させずに安定運転［参考文献］
１）成 澤 道 則： 神 鋼 環 境 ソ リ ュ ー シ ョ ン 技 報 vol.15
No.2,（2019/3）
２）鈴木崇之，他：第42回全国都市清掃研究・事例発表
会 講演論文集 , pp.167-169,（2021）が可能である。
・空気比低減に伴い発生 NOx が低減し，空気比1.25未満では40 ppm（O2 12 ％換算）未満まで低減することが確認された。同時に空気比低下によ

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