次世代型流動床式焼却炉「流動床式ガス化燃焼炉」を用いた環境負荷低減の取組み
Approach for Environmental Load Reduction in Next-generation Fluidized-bed
Incinerator

砂田浩志＊
Hiroshi Sunada

木下民法＊
Taminori Kinoshita

伊藤 正＊Tadashi Ito

中澤秀一＊
Hidekazu Nakazawa

これまで取組んできた流動床式ガス化溶融炉で培った安定処理技術を基に，次世代型流動床式焼却炉を開発し，実炉での実証試験を行った。給じんシステムの改良によるごみの定量供給や，排ガス再循環による炉内高温化抑制，レーザ式 O2 計を用いた燃焼制御性の向上などを図り，安定した低空気比運転を実現することができた。また，多段燃焼空気の配分の最適化と低空気比運転により，NOx 濃度を40 ppm 程度まで抑制できるとともに，無触媒脱硝を併用することで，NOx 濃度20ppm も十分達成可能であることを確認した。
We developed a next-generation ﬂuidized-bed incinerator on stable treatment technologies fostered withﬂuidized bed gasiﬁcation and melting furnaces, and conducted demonstration tests on an actual furnace.
The incinerator operated stably at a low air ratio owing to an improved refuse feeder that supplies waste
stably, an exhaust gas recirculation system that controls temperature spikes in the furnace and improved
combustion control using a laser gas analyzer. NOx concentration was reduced to 40 ppm by optimizing
multi-stage combustion and operating at a low air ratio. Furthermore, an NOx concentration of 20 ppm
was conﬁrmed attainable by adding selective noncatalytic reduction. This paper reports that work.

Key Words：
次世代型流動床式焼却炉

Next-generation Fluidized-Bed Incinerator

低 空 気 比 運 転

Low Excess Air Ratio Operation

無Selective Noncatalytic Reduction（SNCR）

触媒脱硝【セールスポイント】
次世代型の流動床式焼却炉を開発し，低空気比運転が可能となった。また，低 NOx 燃焼に加え無触媒脱硝を併用することで，NOx 濃度20 ppm も十分達成可能であることを確認した。

まえがきシステムである。安定操業を実現するため，前処

当社主力機器である ｢流動床式ガス化溶融炉｣

理・給じん設備として二軸破砕機を設置し，ごみのは，国内外に建設中も含め19件の実績を持ち安定操全量破砕を行うとともに高炉床負荷による押込空気業を継続中である。｢流動床式ガス化溶融炉｣ は，比の抑制と砂層温度の低温化を取入れている。

ごみの持つ自己熱のみで飛灰を溶融させるため CO2

一方，流動床式焼却炉も，平成12年の ｢構造指針｣削減に貢献するばかりでなく経済的にも優れた処理撤廃を受け高炉床負荷に取組み，砂層温度の低温化

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環境プラント事業部 技術統括部

神鋼環境ソリューション技報31

① 前処理・給じん設備の最適化

可燃ごみ⑤ 無触媒脱硝（尿素吹込み）
押込送風機

発電設備

自家発電電力＊2 へ

蒸 気

活性炭脱臭装置
二次送風機

計量機

蒸

流動床式
焼却炉

持込ごみ

ダンピングボックス

ごみピットへ温水

砂分級装置

ごみピットへ

表１

不燃物コンベヤ② 高炉床負荷
炉床径の縮小図１

炉 形 式
排ガス冷却方式
排ガス処理方式
余熱利用

冷却水

ごみ破砕機可燃性粗大ごみ
受入ホッパ

蒸 気

磁選機
不燃物
バンカ

蒸 気

白煙防止用
空気加熱器

誘引通風機
溶融減温塔 溶融
バグフィルタ＊2 へ

灰供給機
プラズマ溶融炉

不燃物搬出装置

砂貯留槽

気

ダスト搬送コンベヤ
空気予熱器

ごみピット
排水貯留槽

可燃性
粗大ごみ

蒸 気

消石灰

ごみピット

プラットホーム

砂循環エレベータ

内 容
ごみの流れ
排ガスの流れ
空気の流れ
蒸気の流れ
砂の流れ
スラグの流れ
不燃物の流れ
飛灰の流れ
水の流れ
汚水の流れ
薬品の流れ

給じんん装置

ごみ投入扉

白煙防止用
送風機

ガス再加熱器

＊1

再 燃
バーナ

小動物投入口
小動物投入
自動扉

ボイラ
減温塔

ごみクレーンーン

ろ過式集じん器
冷却水

脱硝反応塔

ごみホッパ

中央制御室

エアカーテン

場内余熱利用施設

エコノマイザ大気

記号③ 排ガス再循環④ レーザ式 O2 計

煙突
＊1 へ溶融飛灰スラグ搬出コンベヤ 貯留槽
磨砕機

薬 剤

スラグ
バンカ

バ鉄分
バンカ

灰固形化装置
固化物
バンカ

処理フローおよび改造内容

施設概要

流動床式焼却炉，46 t/d ×３炉
廃熱ボイラ，水噴霧式減温塔
乾式脱塩・脱硫，脱硝用触媒反応塔
蒸気タービン 1 470 kW

等とあわせて安定燃焼を実現してきた１）。最近では，飛灰溶融処理の必要性が緩和され，再度焼却単独のごみ処理が見直されつつある。そこで，これまで取組んできた流動床式ガス化溶融炉で培った安定処理技術を基に，流動床独自の燃焼特性を最大限に発揮

図２する次世代型流動床式焼却炉，｢流動床式ガス化燃焼新型給じんシステムの概略図

炉｣ の開発に取組み，実証試験を通してその安定性能，環境負荷の低減を確認したので以下に報告する。

1.

実証試験概要略図を示す。機器構成は，二軸破砕機，パンコンベ
ヤ，ロータリーバルブ，スクリュー式給じん機と実証試験は既設の流動床式焼却施設を改造して実施した。実証試験を行った施設の概要を表１に示なっている。
②

す。既設は３系列あるが，そのうちの１系列のみ改高炉床負荷
流動床式ガス化溶融施設におけるガス化炉については，かつて構造指針記載の450 kg/m2h の倍以上の造した。
図１に実証試験を行った施設の処理フローと図中炉床負荷を採用している。本実証試験では，ガス化に改造内容を示す。詳細は以下に列記する。

炉と同様の炉床負荷を基準とし，耐火物の打増しに①

よる砂層径の縮小と，散気ノズルの一部閉塞により前処理・給じん設備の最適化
従来の粗破砕式の給じん設備を撤去し，破砕粒度を調整できる改良型二軸破砕機を用いた給じんシステムへと更新した。図２に新型給じんシステムの概32

炉床負荷を調整した。
③

排ガス再循環（EGR）
低空気比運転時，炉内温度が必要以上に上昇し長神鋼環境ソリューション技報

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期運転が困難となることがある。炉内高温化抑制方行った。バグフィルタ出口に NOx 濃度計を設置し，法として EGR を採用した。EGR 設備は，バグフィ測定値が設定濃度になるように尿素水の噴霧量をルタ出口の燃焼排ガスの一部を分岐し，排ガス再循フィードバック制御した。

環送風機により燃焼室内のフリーボード部へ吹込む2.

システムとなっている。吹込み箇所は，最高温度を２）抑制すべく，数値シミュレーションで決定した 。
④2. 1

実証試験結果低空気比運転低空気比運転（空気比＝1.32）を行った際の燃焼状況として燃焼室出口 O2 および CO 濃度の変動おレーザ式 O2 計
燃焼室における完全燃焼を実現するため，二次空よび炉内温度の変動を図４，５に示す。燃焼室出口気量の制御用 O2 計として，従来のジルコニア式からより応答性に優れたレーザ式３）へ変更した。
二次空気に関しては，従来の流動床式焼却炉と同様の吹込み方法（図３）を用いている４）。砂層からレーザ式 O2 計による二次空気量制御

上昇してきた未燃ガスに対し一段目の二次空気を水平面内で偏心させて吹込むことで未燃ガス全体を旋回させ，二段目では炉中心部にできた静圧低下領域に向けて直進的に吹きこみ，さらに三段目では一段三段旋回式二次空気吹込目とは逆方向に旋回させることで十分な攪拌により完全燃焼を実現するものである。
⑤無触媒脱硝低空気比燃焼と押込空気比，二次空気比の最適化
により，多段燃焼のみで発生 NOx 濃度を抑制できることは確認済みである２）。さらなる NOx 濃度低図３二次空気吹込方法

2001015051000

燃焼室出口 O2 濃度
排ガス CO 濃度

5009:3010:30

図４11:30

12:30

13:30

14:30

燃焼室出口 O2 濃度（wet％）

排ガス CO 濃度（ppm@O2＝12 ％）減を目指し，炉内に尿素水を吹込む無触媒脱硝を

15:30

低空気比運転時（空気比＝1.32）の燃焼室出口 O2 および CO 濃度

1 200

燃焼室出口温度

炉内温度（℃）

1 000800

砂層温度

600
400
200
0
9:30

10:30

11:30

図５Vol. 12 No. 2（2016 ／ 3）

12:30

13:30

14:30

15:30

低空気比運転時（空気比＝1.32）の炉内温度

神鋼環境ソリューション技報

33

864
20

9:30

10:30

11:30

図６12:30

13:30

14:30

15:30

低空気比運転時（空気比＝1.32）の主蒸気流量

NOx 濃度（１時間移動平均）（ppm@O2＝12 ％）1008025

制御値30 ppm

制御値20 ppm

20

NOx60

15SV

40

200
8:00

10NH3
9:00

図７10:00

11:00

12:00

NH3SV

13:00

14:00

15:00

16:00

NH3 濃度（ppm）

主蒸気流量（30分移動平均）（t/h）

105017:00

無触媒脱硝によるバグフィルタ出口 NOx 濃度削減効果

O2 濃度はレーザ式 O2 計で測定しているため，変動1.36）を行っているため，燃焼制御のみで NOx 濃度幅が大きいが，目標値である４wet％で制御しておは40～50 ppm である。NOx 濃度の制御目標を30おり，CO 濃度のピークはほぼ発生することなく安定よび20 ppm に設定し尿素水吹込み制御を実施した

した燃焼状態であることが示される。

ところ，適切に追随している様子が示される。ままた EGR を最適位置に吹込むことで炉内最高温た，制御中のリークアンモニア濃度の測定値は最大度を抑制するとともに，燃焼室出口を950 ℃程度にで1.7 ppm であり，塩化アンモニウムによる白煙が維持することができた。

可視できる濃度（≒10 ppm）からははるかに低い

2. 2

主蒸気流量制御ことも確認できた。

給じん量は，燃焼室出口温度および主蒸気流量が2. 4

用役・ランニングコスト設定値になるよう制御している。図６には給じん量新たに設置した破砕機および排ガス再循環用送風による主蒸気流量制御を行った状態での主蒸気流量機の消費電力は改造前より増加するものの，図８にの30分移動平均トレンドを示す。小型炉ではある示すように空気比の低減により各送風機の動力削減が，主蒸気流量の移動平均値の変動係数（＝標準偏が確認できた。

差／平均値）は３％に収まっている。流動床炉自体

また，排ガス量の低減による廃熱ボイラからの持が有する優れた負荷追随性に加え，改良型二軸破砕

ち去り熱量削減および砂層部への注水量の削減によ機を用いた定量性の高い給じんシステムを採用した

り，蒸気発生量に関しては表２に示すように約10ことにより安定運転を実現することができた。

％の増加が認められた。

2. 3

無触媒脱硝

本施設では NOx 濃度の排出基準が50 ppm と厳し

図７は無触媒脱硝を行った際のバグフィルタ出口

く，触媒脱硝プロセスを採用している。その触媒脱における NOx 濃度（１時間移動平均値）とリーク硝プロセスで用いるアンモニア水使用量について評アンモニア濃度を示す。低空気比運転（空気比＝価した。通常では尿素吹込みによる無触媒脱硝は実

34

神鋼環境ソリューション技報

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160

よる高炉床負荷化など各種改造を行った。さらに，

140

押込空気量の削減や砂層温度の最適化などの運転調整により，46 t/d といった小型炉においても空気比消費電力（kw）

1201.3程度の低空気比運転を実現した。

100

ボイラ給水ポンプ80

誘引送風機の耐火物は建設時のままであり，燃焼室温度の急激二次送風機な上昇を避けるために排ガス再循環を併用してい再循環送風機

60

押込送風機
給じん系

40

今回の実証試験は既設の改造のため，燃焼室内部る。ただし，流動床式焼却炉の場合，低空気比運転実現のためには高炉床負荷を採用し，押込空気量を削減するため，二次空気量が大きく削減されること

200

改造炉がない。このことから，未燃ガスの撹拌に対して必

従来炉

図８

ずしも排ガス再循環を用いる必要がない。今後，燃主要機器の消費電力焼室におけるボイラからの抜熱等を組合わせ，壁面へのクリンカ付着抑制に取組み，EGR 量削減による消費電力の低減を図りたいと考えている。

表２

また，多段燃焼空気の配分の最適化と低空気比運

蒸気発生量の比較

単位：t/ごみ t

改造炉

従来炉

転により，燃焼制御のみで NOx 濃度を40 ppm 程度

蒸気発生量3.12.7～2.9まで抑制できることを確認した。無触媒脱硝を併用することで，NOx 濃度20 ppm も十分達成可能であることを確認したため，脱硝効率の向上により，さ表３アンモニア水使用量の比較らなる低 NOx 運転にも取組みたいと考える。

単位：L/ごみ t

改造炉

従来炉

最後に，本実証試験を行うにあたり，現地操業にアンモニア水

0.84

1.51～1.59

携わる運転員をはじめとする関係各位に深く感謝の施していないが，低空気比運転による低 NOx 燃焼が可能となったことから，アンモニア水はほぼ半減することができた（表３）。

むすび

既設の流動床式焼却炉を用い，前処理・給じん設備の改造，砂層部壁面耐火物と散気管ノズル閉止にVol. 12 No. 2（2016 ／ 3）意を表する。
［参考文献］
１）小倉賢藏ほか：機械学会環境工学総合シンポジウム
講演論文集，Vol.13（2003），pp.121-124
２）砂田浩志ほか：廃棄物資源循環学会研究発表会 講
演論文集，Vol.26（2015），pp.319-320
３） 砂 田 浩 志 ほ か： 神 鋼 環 境 ソ リ ュ ー シ ョ ン 技 報，Vol.8，No.2（2012），pp.23-30
４）須鎗 護ほか：機械学会環境工学総合シンポジウム
講演論文集，Vol.3（1993），pp.130-133

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