JP7027227B2 - 廃棄物焼却炉 - Google Patents

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関する。

従来、廃棄物焼却炉として、複数並べた火格子（ストーカ）によって廃棄物を搬送しながら焼却する焼却装置を備えるストーカ式焼却炉が一般的に採用されている。また、ストーカ式焼却炉として、廃棄物の焼却過程において発生する未燃成分を、廃棄物の搬送方向に沿って燃焼室の下流側まで流してから、上方に向けて偏向させる、いわゆる並行流方式の焼却炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ストーカ式焼却炉では、一般的に、未燃成分を完全に燃焼させてＮＯｘやダイオキシン類などの有害物質を低減するために、二次燃焼用の空気が燃焼室に供給される。並行流方式の焼却炉によれば、未燃成分を含む燃焼ガスの流れを、その流路の構造によって強制的に偏向させることによって、未燃焼ガスと二次燃焼用空気との撹拌，混合が促進され、より少量の二次燃焼用空気の投入で未燃成分を燃焼させることができるという利点がある。

特開２０１５－０９０２２１号公報

他方、並行流方式の焼却炉では、燃焼ガス流を偏向させることにより、この燃焼ガス流が流入する再燃焼室およびその下流の排気通路において、偏向部分に対して外側となる領域の流速が増大した偏った流速分布が生じる。その結果、燃焼ガスの高速流部分において未燃成分が十分に燃焼されないおそれがある。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、排気通路における排ガス流速分布の偏りを解消することにより、燃焼ガス中の未燃成分を確実に燃焼させることができる廃棄物焼却炉を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る廃棄物焼却炉は、
廃棄物をほぼ水平方向に搬送しながら焼却する焼却装置と、
前記焼却装置が配置された燃焼室に接続され、燃焼室で発生した燃焼ガス中の未燃成分を再燃焼させる再燃焼室であって、前記燃焼室の下流部から上方に向けて延設されている再燃焼室と、
前記再燃焼室の下流側に接続されて、再燃焼室の下流端から鉛直方向上方に延びてから鉛直方向下方に折り返す排気通路と、
前記排気通路の折返し部の天壁に設けられ、鉛直方向上方に延びる排気通路上流部の上流側に向けて流速調整ガスを噴射する噴射ノズルと、
を備えている。
なお、本明細書における「流速調整ガス」とは、排気通路における排ガスの流速分布の偏りを調整する目的で排気通路内へ噴射されるガスを意味する。

この構成によれば、燃焼ガスを強制的に偏向させる並行流式の焼却装置において、噴射ノズルから流速調整用のガスを噴射することにより、排気通路における高温の排ガスの流速分布の偏りを調整し、均一化することができる。これにより、排ガス中の未燃成分を確実に燃焼させることが可能になる。

本発明の一実施形態において、前記噴射ノズルが、前記排気通路上流部における排ガス流の平均流速よりも高い流速領域である高速領域のみに噴射可能に構成されていてもよい。この構成によれば、必要十分なガス噴射量で効果的に排ガス流速分布の均一化を図ることができる。

本発明の一実施形態において、前記天壁の、前記高速領域に対向する部分のみに前記噴射ノズルが設けられていてもよい。一例として、前記天壁における、前記排気通路の中央よりも前記燃焼室と反対側の部分にのみに前記噴射ノズルが設けられていてもよい。排気通路における高速領域の範囲が一定で、想定可能である場合には、この構成により、簡易な構造で効果的に排ガスの流速分布を均一化することができる。

本発明の一実施形態において、複数の前記噴射ノズルが前記天壁の前記排気通路の上流部に対向する部分に互いに離間して設けられており、前記排気通路上流部における排ガス流の流速分布を測定する流速分布測定装置と、前記流速分布測定装置の測定結果に基づいて前記噴射ノズルを選択する制御装置とをさらに備えていてもよい。この構成によれば、排気通路内の流速分布に応じた最適な噴射を行うことが可能になり、必要十分なガス噴射量で効果的に排ガス流速分布の均一化を図ることができる。

以上のように、本発明に係る廃棄物焼却炉によれば、排気通路における排ガス流速分布の偏りを解消して、燃焼ガス中の未燃成分を確実に燃焼させることが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る廃棄物焼却炉を示す側面図である。 図１の廃棄物焼却炉の概略構成および作用を模式的に示す側面図である。 図１の廃棄物焼却炉の噴射ノズルの配置態様の例を示す底面図である。 図１の廃棄物焼却炉の噴射ノズルの配置態様の他の例を示す底面図である。 本発明の第２実施形態に係る廃棄物焼却炉を示す側面図である。 図５の廃棄物焼却炉の噴射ノズルの配置態様の例を示す底面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の第１実施形態に係る廃棄物焼却炉１を示す。廃棄物焼却炉１では、投入口３から投入された焼却対象の廃棄物Ｗが、燃焼室５に設置された焼却装置７によって焼却されるとともに、廃棄物Ｗの焼却の際に焼却装置７で発生した燃焼ガスＢＧに含まれる未燃成分が、燃焼室５の下流側に接続された再燃焼室９において再燃焼される。再燃焼室９で燃焼された高温の排ガスＥＧは、再燃焼室９のさらに下流側に接続されたボイラのような加熱装置（図示せず）の熱源として利用される。焼却装置７は、廃棄物Ｗをほぼ水平方向（同図では左側から右側へ向かう方向）に搬送しながら焼却する。焼却装置７で廃棄物Ｗを焼却して生じた灰は、排出シュート１１から排出される。

なお、本明細書において、廃棄物Ｗの搬送方向としての「ほぼ水平方向」には、水平方向のみならず、水平方向成分を含む方向も含まれる。したがって、例えば、水平方向から鉛直方向に傾斜した搬送方向も上記「ほぼ水平方向」に含まれる。また、後述するように焼却装置７が複数配列されたストーカからなるような場合に、隣接するストーカ間において廃棄物Ｗが鉛直下方に移動する箇所が存在する場合であっても、焼却装置７全体として（つまり焼却装置７の上流端から下流端にかけて）廃棄物Ｗの搬送方向が水平方向成分を含む方向であれば、「ほぼ水平方向」に含まれる。

具体的には、焼却装置７は、廃棄物Ｗの搬送方向に沿って複数の火格子（ストーカ）を並べて配置したストーカ式焼却装置として構成されている。焼却装置７は、上流側から順に、乾燥ブロック７ａ、燃焼ブロック７ｂ、および後燃焼ブロック７ｃの３つのブロックに分けて構成されている。乾燥ブロック７ａにおいて投入口３から投入された廃棄物Ｗを乾燥し、燃焼ブロック７ｂにおいて乾燥された廃棄物Ｗを燃焼し、後燃焼ブロック７ｃにおいて、燃焼ブロック７ｂで未燃焼となった廃棄物Ｗの燃焼残部を燃焼する。焼却装置７の各ブロックには、下方から一次空気Ａ１が供給される。

このような焼却装置７が設置された燃焼室５の、焼却装置７による搬送方向の下流端部に再燃焼室９が接続されているので、燃焼室５で発生した未燃成分を含む燃焼ガスＢＧは、燃焼室５内において廃棄物Ｗの搬送方向にほぼ並行して流れることになる。焼却炉１はこのような構造を有する、いわゆる並行式焼却炉として構成されている。以下の説明では、廃棄物焼却炉１の、廃棄物Ｗの搬送方向（すなわち燃焼室５内における燃焼ガスＢＧの流れ方向）Ｃにおける上流側を「前側」と呼び、下流側を「後側」と呼ぶ。

燃焼室５の上流側の上部は、上方に膨出する上壁１３によって覆われている。図示の例では、上壁１３は、下流側に向かうに従って上方に傾斜している。燃焼室５の下流部、すなわち後燃焼ブロック７ｃが配置された部分の上部に、再燃焼室９が接続されている。再燃焼室９は、燃焼室５の下流部から上方に延設されている。図示の例では、再燃焼室９は、燃焼室５の上流部分側へ向けて傾斜している。燃焼室５における、上壁１３と、再燃焼室９の下側の側壁２５との間の中間部分、すなわち燃焼ブロック７ｂのほぼ上方には、上壁１３から下方に凹んで再燃焼室９の下側の側壁２５に連なる中間壁１５が設けられている。

再燃焼室９の下流端からほぼ鉛直方向上方に向けて、再燃焼室９で燃焼された高温の排ガスＥＧを排出する排気通路１７が延びている。排気通路１７を介して、排ガスＥＧが、例えば排ガスＥＧを熱源として利用する加熱装置に送られる。本明細書では、再燃焼室９および排気通路１７について、通路の延設方向に直交する方向の通路寸法のうち、鉛直方向および搬送方向Ｃに平行な平面に直交する方向（図１の紙面に垂直な方向）の通路寸法を「通路幅」と呼び、通路幅方向に直交する通路寸法を「通路高さ」と呼ぶ。

なお、燃焼室５の具体的構成は図示の例に限定されない。例えば、上壁１３は、図示例の態様に限らず、水平方向に延びていてもよく、下流側に向かうに従って下方に傾斜していてもよい。再燃焼室は、燃焼室５の上流部分側へ向けて傾斜していなくともよい。また、中間壁１５は設けられていなくともよい。さらに、排気通路１７に加熱装置が接続されていることは必須ではなく、排気通路から単に排ガスＥＧが廃棄物焼却炉１の外部へ排出されてもよい。

燃焼室５の上壁１３および中間壁１５には、燃焼室５内における燃焼ガスＢＧに混合させる二次空気Ａ２を噴射する二次空気噴射ノズル１９が設けられている。

本実施形態では、排気通路１７は、再燃焼室の下流端から鉛直方向上方に延びてから鉛直方向下方に折り返す構造を有している。すなわち、排気通路１７は、再燃焼室９の下流端から鉛直方向上方に延びる上流部１７ａと、上流部１７ａから下方に折り返された下流部１７ｂとを有している。図示の例では、下流部１７ｂは、後側に折り返されている。排気通路１７をこのような構造とすることにより、排気通路１７の下流に加熱装置を接続する場合にも、加熱装置を含めたシステム全体をコンパクトに構成できる。

排気通路１７の上流部１７ａから下流部１７ｂへの折返し部１７ｃは、平板状の天壁２７によって覆われている。排気通路１７を流れる排ガスは、上流部１７ａから天壁２７に衝突して下流部１７ｂへと流入する。なお、図示の例では、天壁２７はほぼ水平に設けられているが、例えば下流側に向けて上方に傾斜していてもよい。

本実施形態では、排気通路１７の天壁２７に、流速調整ガスＡＧを噴射する噴射ノズル２９が設けられている。噴射ノズル２９は、排気通路１７の上流部１７ａの上流側に向けて流速調整ガスＡＧを噴射するように設けられている。図示の例では、天壁２７の上流部１７ａに対向する部分（以下、「上流対向部」という。）２７ａに、流速調整ガスＡＧを鉛直方向下方に噴射する噴射ノズル２９が設けられている。

並行流型の廃棄物焼却炉１では、図２に示すように、燃焼室５で発生した燃焼ガスＢＧ流は、再燃焼室９に流入する際、９０°以上の角度で大きく偏向させられる。この偏向によって燃焼ガスＢＧと二次空気Ａ２との混合が促進される。もっとも、この偏向によって、再燃焼室９内およびこれに続く排気通路１７内の通路高さ方向Ｈにおいて流速分布の偏りが生じる。すなわち、再燃焼室９および排気通路１７の後側の領域の流速が増大した偏った流速分布が生じる（同図の状態Ａ）。そこで、本実施形態では、排気通路１７の上流部１７ａにおいて、排ガスＥＧの流れ方向と逆向きの流速調整ガスＡＧを噴射することにより、偏向による再燃焼室９での燃焼ガスＢＧと二次空気Ａ２の混合を妨げることなく、排気通路１７における通路高さ方向Ｈの流速分布の均一化を図っている。

より具体的には、好ましくは、通路高さ方向Ｈにおける排ガスＥＧの平均流速よりも流速が高い領域（以下、単に「高速領域」と呼ぶ。）に噴射ノズル２９から流速調整ガスＡＧを噴射することによって、排ガスＥＧの流速分布を均一化する（同図の状態Ｂ）。

したがって、焼却する廃棄物Ｗの種類および量が所定の範囲にあり、排気通路１７において流量調整ガスＡＧを噴射するべき所定の高速領域を概ね特定できる場合には、天壁２７の、上流部１７ａにおける高速領域に対向する部分のみに噴射ノズル２９を設けることができる。噴射ノズル２９をこのように配置した例として、図示の例では、天壁２７の上流対向部２７ａの中央よりも後側の部分のみに噴射ノズル２９が設けられている。

本実施形態では、図３に示すように、上流対向部２７ａの中央よりも後側の部分において、複数（図示の例では４つ）の噴射ノズル２９が天壁２７の通路幅方向ＷＩに等間隔に配置されている。もっとも、噴射ノズル２９を設けるべき領域における噴射ノズル２９の数および配置はこの例に限定されない。例えば、図４に示すように、天壁２７の通路幅方向ＷＩに並ぶ複数の噴射ノズル２９の前後方向位置を交互にずらしてもよい。また、天壁２７の上流対向部２７ａの中央よりも後側の部分において、１つの噴射ノズル２９のみが設けられていてもよい。

本実施形態では、図１に示す噴射ノズル２９から噴射される流速調整ガスＡＧを供給する流速調整空気供給通路４１を、二次空気Ａ２の供給通路４３から分岐させて設け、二次空気Ａ２の供給通路４１の空気の一部を使用している。もっとも、流速調整ガスＡＧの供給系統は、この例に限定されず、例えば二次空気Ａ２とは独立の供給源から流速調整ガスＡＧが供給されてよい。また、流速調整ガスＡＧは空気に限定されず、例えば、二次空気Ａ２とは独立の供給源から排気通路１７を介して排出された排ガスＥＧを流速調整ガスＡＧとして使用してもよい。

以上説明した第１実施形態に係る廃棄物焼却炉１によれば、燃焼ガスＢＧを強制的に偏向させる並行流式の焼却装置７において、噴射ノズル２９から流速調整用のガスを噴射することにより、排気通路１７における燃焼ガスＢＧの流速分布を均一化することができる。これにより、排ガスＥＧ中の未燃成分を確実に燃焼させることが可能になる。特に、本実施形態では、天壁２７の、上流対向部２７ａの中央よりも後側の部分のみに噴射ノズル２９が設けられている。再燃焼室９における高速領域の範囲が一定で、想定可能である場合には、このような構成により、簡易な構造で効果的に排ガスＥＧの流速分布を均一化することができる。

図５に、本発明の第２実施形態に係る廃棄物焼却炉１を示す。本実施形態に係る廃棄物焼却炉１は、排気通路１７に流速調整ガスＡＧを噴射するための構成を除く基本構成が第１実施形態と共通している。排気通路１７に流速調整ガスＡＧを噴射するための構成については、排気通路１７の天壁２７に噴射ノズル２９が設けられている点で第１実施形態と共通しているが、予め必要な所定の位置のみに噴射ノズル２９を設けるのではなく、複数の噴射ノズル２９が天壁２７の上流対向部２７ａにおいて互いに離間して設けられており、排気通路１７における排ガスＥＧ流の流速分布を測定する流速分布測定装置３５と、流速分布測定装置３５の測定結果に基づいて、流速調整ガスＡＧを噴射する噴射ノズル２９を選択する制御装置３７とをさらに備える点で第１実施形態と異なる。以下、主として第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と共通する点については説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態では、天壁２７の上流対向部２７ａにおいて、複数の噴射ノズル２９が設けられている。図示の例では、天壁２７の幅方向（排気通路１７の幅方向）ＷＩに沿って、等間隔に離間して複数（この例では４つ）の噴射ノズル２９が配置されている。さらに、このように配置された破線で示す噴射ノズル列２９Ｒが、通路高さ方向Ｈに複数（この例では３つ）設けられている。なお、各通路高さ方向Ｈ位置に１つの噴射ノズル２９のみが設けられ、これらの噴射ノズルが通路高さ方向Ｈに互いに離間して設けられていてもよい。

また、図５に示すように、本実施形態では、排気通路１７に、排気通路１７の通路高さ方向Ｈの流速分布を測定する流速分布測定装置３５が設けられている。流速分布測定装置３５としては、例えば、酸素濃度計を用いることができる。さらに、この廃棄物焼却炉１は、流速分布測定装置３５の測定結果に基づいて、流速調整ガスＡＧを噴射する噴射ノズル２９を選択する制御装置３７を備えている。

本実施形態に係る廃棄物焼却炉１では、流速分布測定装置３５によって、排気通路１７の通路高さ方向Ｈにおける排ガスＥＧの流速分布を測定し、その測定結果に基づいて、制御装置３７が、所定の高速領域（例えば平均流速以下の領域）に対応する位置に設けられた噴射ノズル２９から選択的に流速調整ガスＡＧを噴射させる。

以上説明した第２実施形態に係る廃棄物焼却炉１によれば、第１実施形態と同様、未燃焼ガスＵＧを強制的に偏向させる並行流式の廃棄物焼却炉１において、噴射ノズル２９から流速調整用のガスＡＧを噴射することにより、再燃焼室９における燃焼ガスＢＧの流速分布の偏りを調整することができる。これにより、排ガスＥＧ中の未燃成分を確実に燃焼させることが可能になる。特に、本実施形態では、流速分布測定装置３５の測定結果に基づいて、流速調整ガスＡＧを噴射する噴射ノズル２９を選択するので、排気通路１７内の流速分布に応じた最適な噴射を行うことが可能になり、必要十分なガス噴射量で効果的に排ガスＥＧの流速分布を均一化することができる。

また、いずれの実施形態においても、排気通路１７内の温度低下を防止するため、噴射ノズル２９から噴射される流速調整ガスＡＧを加熱するヒータが設けられていてもよい。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 廃棄物焼却炉
５ 燃焼室
７ 焼却装置
９ 再燃焼室
１７ 排気通路
１７ａ 排気通路の上流部
２７ 天壁
２９ 噴射ノズル
３５ 流速分布測定装置
３７ 制御装置
ＡＧ 流速調整ガス
ＢＧ 燃焼ガス
ＥＧ 排ガス

Claims (5)

1. 廃棄物をほぼ水平方向に搬送しながら焼却する焼却装置と、
   前記焼却装置が配置された燃焼室に接続され、燃焼室で発生した燃焼ガス中の未燃成分を再燃焼させる再燃焼室であって、前記燃焼室の下流部から上方に向けて延設されている再燃焼室と、
   前記再燃焼室の下流側に接続されて、再燃焼室の下流端から鉛直方向上方に延びてから鉛直方向下方に折り返す排気通路と、
   前記排気通路の折返し部の天壁に設けられ、鉛直方向上方に延びる排気通路の上流部の上流側に向けて流速調整ガスを噴射する噴射ノズルと、
   を備える廃棄物焼却炉。
2. 請求項１に記載の廃棄物焼却炉において、前記噴射ノズルが、前記排気通路上流部における排ガス流の平均流速よりも高い流速領域である高速領域のみに噴射可能に構成されている廃棄物焼却炉。
3. 請求項２に記載の廃棄物焼却炉において、前記天壁の、前記高速領域に対向する部分のみに前記噴射ノズルが設けられている廃棄物焼却炉。
4. 請求項３に記載の廃棄物焼却炉において、前記天壁における、前記排気通路の上流部の中央よりも、前記廃棄物の搬送方向の下流側の部分にのみに前記噴射ノズルが設けられている廃棄物焼却炉。
5. 請求項２に記載の廃棄物焼却炉において、
   複数の前記噴射ノズルが前記天壁の前記排気通路の上流部に対向する部分に互いに離間して設けられており、
   前記排気通路上流部における排ガス流の流速分布を測定する流速分布測定装置と、
   前記流速分布測定装置の測定結果に基づいて前記噴射ノズルを選択する制御装置と、
   をさらに備える廃棄物焼却炉。

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