WO2003093728A1

WO2003093728A1 - Method of operating waste incinerator and waste incinerator

Info

Publication number: WO2003093728A1
Application number: PCT/JP2003/002623
Authority: WO
Inventors: Minoru Suzuki; Teruo Tatefuku; Satoshi Matsui; Takashi Noto; Masaaki Nishino
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2004-11-02
Also published as: EP1500875A1; KR100660757B1; EP1500875A4; KR20040102200A

Description

明細書廃棄物焼却炉の操業方法および廃棄物焼却炉技術分野本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物、下水汚泥等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉の操業方法、およびこの操業方法を実施するのに好適な廃棄物焼却炉に関する。背景技術都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式または流動床式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的な例を図 1に示す。ホッパ 31に投入された廃棄物 32は、シュートを通して乾燥スト一力 33に送られ、下からの空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に、昇温されて着火する。着火して燃焼を開始した廃棄物 32は、燃焼スト一力 34に送られ、下から送られる燃焼空気により熱分解されてガス化され、その一部は燃焼する。さらに後燃焼スト一力 35で、廃棄物中の未燃分が完全に燃焼する。燃焼後に残った灰は、主灰シュート 36より外部に取り出される。

燃焼は燃焼室 37内で行われ、発生した燃焼ガスは、中間天井 38の存在により、主煙道 39と副煙道 40に別れて排出される。主煙道 39を通る排ガスには、可燃性ガスはほとんど含まれず、酸素が 10 程度以上含まれている。副煙道 40を通る排ガスには、可燃性ガスが 8 程度含まれている。これらのガスは、 2次燃焼室 41で混合され、 2次的な燃焼が行われ、可燃性ガス力完全に燃焼する。 2次燃焼室 41からの排ガスは、廃熱ポイラ 43に送られ、熱交換された後に減温塔、バグフィルタ等を経由して外部に放出される。

このような火格子式または流動床式廃棄物焼却炉において、廃棄物を焼却処理する場合、廃棄物が性状の異なる数多くの物質からなるため、炉内の燃焼状態を一定に維持することは困難であり、燃焼室 37内の温度や燃焼ガスの濃度の分布が時間的、空間的に不均一となることは避けられない。

このような課題を解決する方法として、特開平 11- 211044号公報には、蓄熱式パーナで発生させた高温ガスを、焼却炉の燃焼室または 2次燃焼室に吹き込む方法が開示されている。

また'、特開平 11- 223323号公報には、蓄熱式パーナで発生させた高温ガスを、 800°C以上の温度で炉内に吹き込む方法が開示されている。 - これらの技術は、いずれも焼却炉において発生する排ガス中の COおよび芳香族系炭ィヒ水素等を多く含む可燃性ガスや有害物質等を低減させることを目的としている。

しかしながら、特開平 11- 211044号公報に開示された技術においては、高温ガス中の酸素濃度力 0 以上であるので、このような高温ガスを焼却炉内に吹き込むと、焼却炉内で急に燃焼が進み、局所高温領域が形成される恐れがある。局所高温領域が形成されると、たとえば有害物質である NOXの発生量が増加する。

また、特開平 11-223323号公報に記載された技術においては、上記の問題に加え、酸素含有ガスを 800°C以上の温度で燃焼室に吹き込んでいるので、廃棄物の熱分解 ·部分酸ィ匕反応が促進され、場合によっては COが発生する場合がある。

このように、前記いずれの技術においても、火格子式焼却炉等の焼却炉によって廃棄物を焼却する際に、排ガス中の NOx、 COおよびダイォキシンを含む有害物質を十分に低減させることが困難である。一方、従来の廃棄物焼却炉においては、廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で実際の空気量を除した比（空気比）は 1 . 7〜2 . 0程度である。これは通常の燃焼に必要な空気比である 1 . 05〜： L . 2に比べて大きくなつている。この理由は、廃棄物には不燃分が多く、かつ不均質なため、燃焼を行うには多量の空気が必要なためである。し力 ^し、空気比が多くなるに従って排ガス量も多くなり、通常の燃焼炉に比べて大きな排ガス処理設備が必要となっている。

空気比を小さくすれば排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパク卜になり、その結果廃棄物焼却施設全体が小型化して設備費を低減することができる。また、排ガス処理のための薬剤量も低減できるので、運転費を低減できる。さらに、熱回収できずに失われる熱量を低減できるので、廃熱ポイラの熱回収率が向上し、これに伴ってごみ発電の発電効率を上げることができる。

このように、低空気比燃焼に対する利点は大きいが、低空気比燃焼では燃焼が不安定になる。すなわち、従来の燃焼技術では、低空気比で燃焼させると、燃焼が不安定となり、 COの発生が増加したり、火炎温度が局所的に上昇して NOXが急増したり、煤が大量に発生したり、クリン力が発生したり、局所的な高温により炉の耐火物の寿命が短くなる。発明の開示本発明は、燃焼室に高温ガスを吹き込む廃棄物焼却炉の操業方法、特に低空気比燃焼を行いながら ΝΟΧや CO等の有害物質を十分に低減できる操業方法、およびこの操業方法を行うのに適した廃棄物焼却炉を提供することを目的とする。この目的は、以下の i )〜： Lv )の廃棄物焼却炉の操業方法によつて達成される。 i) 200°C以上であり、かつ以下の式（1)を満足する温度 T[°C]の高温ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を有する廃棄物焼却炉の操業方法。

exp(7.78-0.18C)≤T≤exp(7.45-0.11C)"-(l)

ii) 二酸化炭素と水蒸気のうちの少なくとも一方と酸素とを含み、 200°C以上であり、かつ以下の式（ 2 )を満足する温度 T[t: ]の高温ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を有する廃棄物焼却炉の操業方法。

exp(8.05-0.23C)≤T≤exp(7.40-0.09C)'--(2)

iii) 200°C未満であり、かつ以下の式（ ³ )を満足する温度 T[°C]の高温ガスを、廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を有する廃棄物焼却炉の操業方法。

exp(7.78-0.18C)≤T-"(3)

iv) 二酸化炭素と水蒸気のうちの少なくとも一方と酸素とを含み、 200°C未満であり、かつ以下の式（ 4 )を満足する温度 T [ °C ]の高温ガスを廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を有する廃棄物焼却炉の操業方法。

exp ( 8 . 05-0 . 23C )≤T-" ( 4 )

ここで、式（ 1 )〜（ 4 )の Cは高温ガス中の酸素濃度 (vol . % )を表す。また、こうした廃棄物焼却炉の操業方法は、炉内に排ガスを循環させて吹き込む排ガス循環設備を有し、力っ排ガス循環設備が、排ガスに空気を混合して高温ガスの性状を調整し、炉内の燃焼開始領域から主燃焼領域の範囲に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度と温度を調節する装置を備えた、火格子式または流動床式の廃棄物焼却炉によって実現できる。図面の簡単な説明図 1は、従来の廃棄物焼却炉の例を示す図である。

図 2は、炉内に吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度の関係を示す図である。

図 3は、本発明の廃棄物焼却炉の 1例を示す図である。

図 4は、図 3の部分的な断面を示す図である。

図 5は、本発明の廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の 1例を示す図である。図 6は、本発明の廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の別の例を示す図である。図 7は、炉内に吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度の関係を示す図である。

図 8は、炉内に吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度の関係を示す図である。

図 9は、炉内に吹き込む高温ガスの温度と酸素濃度の関係を示す図である。発明を実施するための形態実施の形態 1

発明者等は、廃棄物焼却炉において、燃焼室内に発生する CO、 NOxと、燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度、高温ガスの温度との関係を調査した。その結果、図 2に示すように、高温ガス中の酸素濃度と高温ガスの温度を A線、 B線、および C線で囲まれた領域に制御すれば、排ガス中の COおよび NOxを同時に低減できることを見いだした。

炉内に吹き込まれる時点での高温ガスの温度を T [ ]、高温ガス中の酸素濃度を C [vol .る]とすると、 A線は T-exp ( 7 . 78-0 . 18C)、 B線は T=exp ( 7 . 45 - 0 . 11C )、 C線は T=200で表せる。

Α線、 B線、および C線で囲まれた領域の酸素濃度と温度を有する高温ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、高温ガスからの熱輻射と顕熱によつて加熱され廃棄物の熱分解を促進する。廃棄物上の空間に可燃性ガスと燃焼用空気が滞留するよどみ領域を形成して安定な火炎を定在化させることができる。さらに、可燃性ガスと燃焼用空気の混合が促進される結果、均一で安定した燃焼が促進されるので、 NOx、 COの発生を大幅に低減できる。

A線より下方の領域では、酸素量が不足し、また、吹き込むガスの温度が低いので可燃性ガスの燃焼が不安定となり、その結果、 COの発生が増加する。

B線より上方の領域では、高温燃焼となり、その結果、廃棄物の熱分解一ガスィ匕反応が過度に促進され、カゝっ局所的に可燃性ガスが燃焼するので、 NOXが増加する。

C線より下方の領域では、ガスを吹き込んでも周囲のガスの巻き込みゃ攙拌効果が小さいため、ガス混合が十分に行われない。その結果、局所高温領域が発生し、 NOXが増加する。

例えば、高温ガス中の酸素濃度が 12 の場合、低 NOx、低 COを共に達成する高温ガスの温度は 280〜500 の範囲となる。高温ガス中の酸素濃度が 15もの場合、低 NOx、低 COを共に達成する高温ガスの温度は 200〜330°Cの範囲となる。燃焼室内において、 400 以上で、かつ可燃性ガスが存在する空間は、廃棄物の熱分解が促進される領域、または廃棄物の熱分解が完了する領域であり、廃棄物の熱分解により可燃性ガスが発生し、カゝっ火炎が存在する領域である。例えば、紙ごみにおいては約 250°Cで熱分解が始まり約 400°Cで熱分解が完了する。プラスチックゴミにおいては約 400でで熱分解が始まり、約 500°Cで熱分解が完了する。高温ガスは、廃棄物の熱分解が始まらず、乾燥のみが行われている領域に吹き込んでも、排ガスの低 NOx、低 CO化を促進する効果が小さい。よって、高温ガスの吹き込み領域は、 400°C以上であり、力り可燃性ガスが存在する空間であることが好ましい。前述のように、高温ガスは可燃性ガスが多く存在する領域に吹き込むことが好ましいが、火格子式、流動床式等の多くの廃棄物焼却炉において、可燃性ガスが多く存在する領域は、燃焼開始領域から主燃焼領域までである。ここで燃焼開始領域とは、廃棄物の熱分解や部分酸ィ匕により可燃性ガスが発生し、廃棄物の燃焼が始まる領域である。また、主燃焼領域とは、廃棄物の熱分解、部分酸ィ匕と燃焼が行われ、可燃性ガスが発生し、火炎を伴って燃焼している領域であり、火炎を伴う燃焼が完了する点（燃え切り点）までの領域である。よって、高温ガスの吹き込み領域を、燃焼開始領域から主燃焼領域までにすることが好ましい。火格子式焼却炉では、燃焼開始領域は乾燥火格子の上部空間であり、主燃焼領域は燃焼火格子の上部空間に相当する。

一般に、 1次空気とは火格子式炉の場合は火格子下の風箱、流動床式炉の場合は流動床下の風箱から吹き込まれる燃焼用空気のことである。本発明においては、高温ガスの吹き込み量をこの 1次空気量の 10〜70%とすることが、以下の理由で好ましい。高温ガスの吹き込み量が 1次空気量の 10 未満であると、炉内ガスの攪拌に必要な運動量を持たないので、高温ガス吹き込みの効果が十分には発揮されない場合がある。また、高温ガスの吹き込み量が 1次空気量の 70 を超えると、排ガスの低 NOx、低 COィ匕の効果が飽和して、高温ガスの吹き込み量を増やす意味が無くなるばかりでなく、いたずらに排ガス量を増加させ、排ガス処理設備の増大を招く。高温ガスの吹き込み量の基準値として用いた 1次空気量が、廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量以下となる場合は、高温ガスの吹き込み量を、廃棄物を燃焼させる理論空気量の 10〜70るとすることが好ましい。なお、理論空気量は、廃棄物の性状から決定される。

廃棄物から発生する可燃性ガスは、通常上向きに流れる。よって、高温ガスの吹き込み方向が上向きであると、可燃性ガスと高温ガスの流れが同じ方向の速度成分を持つことになり、攪拌の効果や可燃性ガスの流れを滞留させる効果が小さくなつて、高温ガス吹き込みの効果が低減する。これに対し、高温ガスの吹き込み方向が水平あるいは下向きであると、上昇する可燃性ガスと高温ガスが良く攪拌されるようになり、また、可燃性ガスの流れを滞留させることができ、高温ガスの吹き込み効果をより高めることができる。

高温ガスを旋回流として吹き込むことにより、攪拌効果を高めることができ、高温ガスの吹き込み効果をより高めることができる。ここで、「高温ガスを旋回流として吹き込む」ことには、吹き出し口から流出する高温ガス自体が旋回流となっている場合や、複数の吹き出し口から流出する高温ガスの流れが複合して旋回流となる場合を含む。上述した本発明である廃棄物焼却炉の操業方法は、炉内に排ガスを循環させて吹き込む排ガス循環設備を有し、力つ排ガス循環設備が、排ガスに空気を混合して高温ガスの性状を調整し、炉内の燃焼開始領域から主燃焼領域の範囲に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度と温度を調節する装置を備えた、火格子式または流動床式の廃棄物焼却炉によつて容易に実現できる。

本廃棄物焼却炉において、炉内に高温ガスを吹き込むためのノズルを燃焼室高さの 1/2を超えない位置に設けると、炉内の廃棄物層直上において、ノズルから吹き込まれた高温ガスによってよどみ領域が形成されるので、炉内の廃棄物層直上に火炎を定在させることができる。よって、廃棄物の熱分解がより効率的に行われると共に、高温領域が天井から遠くなるので、天井の焼損が軽減される。なお、「燃焼室高さ」とは、主燃焼が行われる空間の高さであって、火格子または流動床から炉天井、または 2次燃焼用空気が吹き込まれる位置までの高さを言う。

図 3に、本発明の廃棄物焼却炉の 1例を示す。

燃焼室 1の一方の側（図 3の左側）には、廃棄物 3を燃焼室 1内に投入するためのホッパ 2が設けられている。燃焼室 1の底部には、廃棄物 3を移動させながら燃焼させる火格子（ストー力）が、ホッパ 2から遠ざかるに従って下がるように傾斜して設けられている。この火格子には 2つの段差が形成されており、 3つの部分に分かれる。この 3つの火格子を、ホッパ 2に近い方から、乾燥スト一力 4、燃焼スト一力 5、後燃焼スト一力 6と呼んでいる。乾燥スト一力 4では主として廃棄物 3の乾燥と着火が行われる。燃焼スト一力 5では主として廃棄物 3の燃焼が行われるが、廃棄物 3は燃焼すると共に熱分解し、可燃性ガスを燃焼ガスと共に放出する。燃焼スト一力 5において廃棄物 3の燃焼は実質的に完了する。後燃焼スト一力 6上では、僅かに残つた廃棄物 3中の未燃分を完全に燃焼させる。完全に燃焼した後の燃焼残滓は、主灰シュート 7より排出される。

各火格子の下部には、燃焼用空気を供給するための供給管を連結した風箱 8が設けられている。

ホッパ 2と反対側の燃焼室 1の下方および上方には、主煙道 9と副煙道 10が設けられ、これらには、ガス冷却設備の一部である廃熱ボイラ； L1の 2次燃焼室 12が接続して設けられている。そして、燃焼室 1内には、燃焼室 1の出口近傍に、燃焼ガスを分流するための障壁（中間天井） 13が設けられ、燃焼ガスの流れを主煙道 9と副煙道 10に分流している。

ホッパ 2から燃焼室 1内に廃棄物 3を投入すると共に、燃焼用空気を各供給管及び風箱 8を通して、火格子上を移動する廃棄物 3に供給しながら廃棄物 3を乾燥させ、さらに燃焼させる。

燃焼室 1の側壁にはノズル 14が設けられており、このノズル 14から、 200°C以上であり、かつ上記の式（ 1 )を満足する温度の高温ガスが燃焼室 1内に吹き込まれる。ノズル 14は、乾燥スト一力 4上部および燃焼ストー力 5の左側上部に設置されている。廃棄物 3が焼却される場合、まず水分の蒸発が起こり、次いで熱分解 ·部分酸化反応が起こる。ここで、熱分解反応は温度が 200 程度で起こり、温度が約 400 °Cとなった段階でほぼ完了する。乾燥スト一力 4の部分 (後段部）および燃焼ストー力 5の前段部にノズル 14を設けて高温ガスを吹き込んでいる。廃棄物 3の種類によつては、もっと高い温度で熱分解反応が完了するものがあり、この場合は、図 3に示す位置より後段側 (図の右側）にも、ノズル 14を設けることが好ましい。

上記したように、ノズル 14は、燃焼室高さの 1/2を超えない高さ位置に設けることが好ましい。

また、上記したように、温度が 400°C以上で、かつ可燃性ガスが存在する空間に高温ガスを吹き込むことにより、可燃性ガスの燃焼を促進させることができる。よつて、可燃性ガスを多く含む副煙道ガスと主煙道ガスとが混合する領域、すなわち、中間天井 13の上方、 2次燃焼室 12の入り口部に、高温ガスを吹き込むように、ノズルを側壁、天井、中間天井 13、 2次燃焼室 12入り口に設けてもよい。

高温ガスの吹き込み量としては、排ガス処理等を考えるとできるだけ少ない方が良い。しかしながら、吹き込み量が少なくなると COが発生し易くなり、完全燃焼をさせることができなくなる。このため、上記したように、風箱 8から吹き込まれる 1次空気量の 10〜70るの吹き込み量とすることが望ましい。これにより、 COの発生を問題ない程度に抑えることができる。よって、排出される COや NOXの量を監視しながら、吹き込み量を 1次空気量の 10〜70 の範囲で加減することが好ましい。特に、廃棄物 3の種類によっては、吹き込まれる 1次空気の量が、廃棄物 3を燃焼させるために必要な理論空気量より少ないこともあり、この場合には多量の高温ガスを吹き込んで、廃棄物 3の完全燃焼を促し、 COの発生を防止することが好ましい。吹き込まれる 1次空気の量が少ないことが分かっている場合は、上記したように、吹き込む高温ガスの量を、廃棄物 3を燃焼させるために必要な理論空気量の 10〜 70%の範囲となるようにしてもよい。

ノズル 14は、水平、または下向きに設けると、ノズルから噴出する高温ガスが上昇する可燃性ガスの流れを滞留させ、可燃性ガスの燃焼を促すことができる。滞留作用を促す意味では、ノズルは下向けに設けることが好ましいが、あまり角度を付けすぎると、炉幅方向全体に高温ガスが届かなくなるので、水平方向から下向きに 10〜20° の範囲とすることが特に好ましい。

図 4に、図 3におけるノズルの配置を示すために、図 3の A- A '断面図（水平断面：図 4A、図 4B)、 B-B '断面図（垂直断面：図⁴ C )を示す。図⁴においては、本発明に関係のない構造物は省略されている。

図 4Aでは、炉壁 17の幅方向に対向して設けられた 1対のノズル 14から高温ガス 19が噴出され、互いに炉中央で衝突している。よって、炉中央部には、炉内ガスの動きが遅く、滞留しているよどみ領域 15が形成され、燃焼が安定して行われる。図 4Bは、別の例を示すもので、ノズル 14の向きは、その中心軸が互いに平行でかつ所定間隔離れるようにされており、高温ガス 19は炉中央部において、所定距離だけ離れてすれ違うようになっている。そのため、炉の中央部には旋回領域 20 が形成される。

こうした例においては、炉の中央部に、平面的に見るとよどみ領域 15又は旋回領域 20が形成されていることになる。よって、前述のように、火炎が安定すると共に、ガス同士の混合が促進される。

図 4Aにおいて、 2つのノズル 14から噴出する高温ガスの流速を同じように変えてやることにより、よどみ領域 15の大きさを制御することができる。また、両方のノズル 14から噴出する高温ガスの流速に差を設けることにより、よどみ領域 15の炉の左右方向位置を変えることができる。さらに、ノズル 14の向きを、炉の長さ方向に、同じ向きに変化させることにより、よどみ領域 15の炉の長さ方向位置を変えることができる。

図 4Bにおいて、 2つのノズル 14の間隔を変化させることにより、旋回領域 20の大きさを変えることができる。また、 2つの高温ガス 19に速度差を設けることにより、旋回領域 20が形成される炉の幅方向位置を変化させることができる。さらに、 2つの高温ガス 19の速度を同じように変えてやることにより、旋回流の速度を変えることができる。

図 4Cでは、炉の垂直断面であるが、両側の炉壁 17に下向きに設けられたノズル 14から吹き出された高温ガス 19が、上昇する可燃性ガス 21と衝突してよどみ領域 15を形成している様子が示されている。よどみ領域 15においては、燃焼が安定して行われる結果、安定な火炎が形成される。その結果、従来技術と異なり、低空気比率燃焼でも燃焼開始領域での燃焼の不安定性が増幅されず、煤等の発生が抑制され、均一で安定した燃焼が期待できる。

また、攪拌作用を及ぼすためには、高湿ガスを旋回流としてノズル 14より炉内に吹き込むことも有効である。

さらに、炉側壁近傍のガスの攪拌を十分に行うように高温ガスを吹き込むことにより、燃焼を安定させる効果もあるため、吹き込み速度を少なくとも 10 [m/s〗以上とすることが好ましい。高温ガスを吹き込まないときの炉内の火炎は輝炎であるが、上記のように適正に高温ガスが炉内に吹き込まれると、炉内の火炎は透き通った火炎となり、炉壁から炉床（スト一力）を観測できるようになる。これは、高温ガスの吹き込みにより、可燃 f生ガスの緩慢な燃焼が行われたためと考えられる。よって、炉内の火炎の透明度を観察し、それを高温ガスが適当に吹き込まれているかどうかの判断基準とすることも可能である。

以上の実施の形態においては、 CO、 NOx、ダイォキシン等の微量有害物質の低減に効果がある。

図 3においては、中間天井 13を有する炉を図示しているが、本発明はこのような中間天井を有しない炉においても適用できることは言うまでもない。また、燃焼室 1内に高温ガスを吹き込んでいるが、 2次燃焼室 12内に高温ガスを吹き込むようにしてもよい。さらに、高温ガスの吹き込みは炉の片側側面から行うようにしてもよい。炉の側面からではなく、中間天井、又は天井から吹き込むこともできる。

ノズル 14から噴出させる高温ガスとしては、循環排ガスと空気の混合ガスが適当である。循環排ガスとは、廃棄物焼却炉より排出される排ガスの一部であり、燃焼室内に戻すことにより有害物質の低減ゃ排ガス量の低減の効果がある。

循環排ガスが本発明の高温ガスの条件を満たしている場合は、これをそのまま炉内に吹き込めばよいが、 200°Cより低く、力つ酸素濃度が低い場合は、高温空気製造装置や熱風炉により高温の空気を作り、これを循環排ガスに混合して、本発明の条件を満たす高温ガスとして炉内に吹き込めばよい。

また、 2次燃焼室 12からの排ガスの温度が十分高く、，かつ酸素濃度が高い場合は、高温空気製造装置を設けることなく、これを高温空気の代わ'りに使って、空気と混合して吹き込むこともできる。さらに、 2次燃焼室 12からの排ガスの温度が 200°C 以上で、その酸素濃度と温度との関係が上記の式（ 1 )を満たすようなものであれば、この排ガスを直接炉内に吹き込んでもよい。

高温ガスとして全量あるいはその一部を、焼却炉から発生する排ガスを使用する場合は、排ガス中に含まれるダストに含有されるナトリゥム塩や力リゥム塩等が配管の管壁に付着し、腐食を起こしたり、配管を閉塞させる恐れがある。また、ダストを除去せずに炉内に吹き込んだ場合には、ダストに含まれる有害物質（例えばダィォキシン）により、排出される有害物質の濃度がかえって増加する危険性も考えられる。したがって、排ガス中のダストを除去することが好ましい。除塵の方法としては、フィル夕方式、サイクロン方式等、周知の方法が使用できる。フィル夕方式には濾布を使用するものとセラミックス系フィルタを使用するものがあるが、排ガスの温度が高い場合は、セラミックス系のフィル夕の方が、耐久性、耐熱性の面で優れている。金属繊維で加工された濾布も、使用温度によっては有効である。また、移動層式の除塵装置を用いることもできる。ダストを除去する場所は、できるだけ取り出し口に近い方が、除塵前の配管が短くなるので好ましい。

排ガスの取り出しは、排ガスの温度が高い場所から取り出すことが望ましい。廃熱ポイラ付の焼却炉の場合には、ポイラ部から取り出すことが効果的である。ボイラ部では 800°Cの高温排ガスを抜き出すことが可能である。また、このような高温排ガスでは、効果的にその中に含まれる有害物質を除去することができる。

高温空気製造装置としては、蓄熱バ一ナや、レキュペレ一夕、熱風炉の燃焼バ一ナからの燃焼ガスに空気や酸素を混合する装置等を使用できる。蓄熱バ一ナは、 1 対の蓄熱体を用意し、燃焼パーナからの高温排ガスにより第 1の蓄熱体を加熱し、既に加熱蓄熱されている第 2の蓄熱体に空気を入れて加熱し、高温排ガスによる蓄熱体の加熱と蓄熱体による空気の加熱を切り換えて行える装置である。

高温空気製造装置からの高温空気と循環排ガスを混合する場合は、ェジェクタ一装置によって混合して炉内に吹き込むようにすることが好ましい。すなわち、高温空気をェジェクタ一装置に導いて、これを駆動流として循環排ガスを吸引しながら混合して、炉内に吹き込むようにすれば、循環排ガスを吸引するためのファン等の特別な可動部を必要としないので、装置構成が簡単になると共に、ダストトラブルが軽減される。

表 1に、熱風炉のバ一ナ燃焼ガスと希釈空気と循環排ガスを混合して高温ガスを調整し、炉内に吹き込む場合に、炉内に吹き込まれる高温ガスの性状 (酸素濃度と温度）が本発明の範囲から外れた際に、炉内に吹き込まれる高温ガスの性状を改善するための操作因子と操作方法の対応を示す。たとえば、酸素濃度が本発明の範囲より低く、温度が本発明の範囲より低い場合には、燃焼パーナの燃焼量を高めて吹き込む高温ガスの温度を上昇させると共に、排ガス循環量を少なくし、かつ希釈空気量（高温ガスに混合する空気量）を多くして本発明の範囲内になるようにする。酸素濃度が本発明の範囲より低く、温度が本発明の範囲より高いときは、希釈空気量のみを多くして酸素濃度を高める。 ·

以上、炉内によどみ領域や旋回領域を形成するように高温ガスを吹き込む例を示した。このようにす..ることが燃焼の安定上好ましいことは、先行技術に記載されるとおりであるが、本発明においては、燃焼開始領域から主燃焼領域で燃焼を安定化することが目的であるので、高温ガスの温度と酸素濃度が本発明の範囲内にあれば、必ずしも、よどみ領域や旋回領域を形成するように高温ガスを吹き込む必要はない。図 5に、本発明の廃棄物焼却炉における排ガス循環系統の 1例を示す。

図 2に詳しく示したように、燃焼室 1からの排ガスは、廃熱ポイラ 11に導かれ、その一部である 2次燃焼室 12内で 2次燃焼した後、廃熱ポイラ 11で熱交換され、排ガス処理設備 22で清浄化処理されて、煙突 23から大気放散される。

このとき排ガスの一部は、排ガス処理設備の下流側からブロア 24によつて吸引され、ガス混合装置 25に導かれる。ガス混合装置 25には、パーナ燃焼ガス等の高温燃焼ガスが高温燃焼ガス調節弁 26を介して導入されると共に、希釈空気が希釈空気調節弁 27を介して導入される。そして、ガス混合装置 25では、排ガス、高温燃焼ガス、希釈空気が混合され、高温ガスが調整される。この高温ガスは、燃焼室 1内に吹き込まれる。この高温ガス中の酸素濃度は、酸素濃度調節装置 29で調節される。酸素濃度調節装置 29では、高温ガス中の酸素濃度が所定の濃度になるように、希釈空気調節弁 27の開度が調整される。また、高温ガスの温度は、温度調節装置 28で調節される。温度調節装置 28では、高温ガスの温度が上記の式（1 )で示された範囲になるように高温燃焼ガス調節弁 26の開度が調整される。 - このように、燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度と温度を調節する機能があるので、燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度と温度を適当な範囲に保つことができる。吹き込まれる高温ガスの流量や流速を調整したい場合は、ブロア 24の回転数を調整すればよい。

図 6に、図 5に示した排ガス循環系の別の例を示す。この例においては、排ガスを取り出す場所が廃熱ボイラ 11の出口である点のみが、図 5に示した例と異なっている。

図 5の例では、排ガスは排ガス処理設備 22の後方から取り出されるので、その中のダストは除去されており、排ガスは清浄である。しかし、排ガスの温度は低下している。

一方、図 6の例では、廃熱ポイラ 11の出口から排ガスを取り出しているので、排ガスの温度は高い。しかし、この排ガスにはダストが含まれているので、排ガスは、ブロワ 24に至る配管中に設けられた除塵装置 30によりダストが除去されてから、ブロワ 24に送られる。

なお、図 6の場合は、排ガスの温度が高いので、高温燃焼ガス製造装置や高温燃焼ガス調節弁 26を省略することもできる。

図 5および図 6の例では、循環排ガスに、パーナ燃焼ガス等の高温燃焼ガスと希釈空気が混合されるが、上述のような高温空気製造装置により製造された高温空気を、高温燃焼ガスに代えてガス燃焼装置に導くこともできる。なお、この場合は、希釈空気をガス混合装置に導入して調整する代わりに、高温空気製造装置に導入する空気量を調節して、高温ガスの酸素濃度を調節することもできる。実施の形態 2

本発明者等は、また、燃焼室に高温ガスを吹き込む廃棄物焼却炉の操業方法として、高温ガスに二酸ィ匕炭素と水蒸気の少なくとも一方を含有させることが、 NO_Xや CO等の有害物質を十分に低減するために効果的であることを見いだした。これは、二酸化炭素と水蒸気の輻射率が、窒素や酸素に比べて高いので、これらのガスを含んだ高温ガスからの熱輻射により廃棄物や廃棄物から発生す可燃性ガスが効率的に加熱され、その結果、低空気比燃焼を行う場合であっても安定した燃焼が行われるためである。

実施の形態 1の場合と同様に、燃焼室内に高温ガスを吹き込む際に発生する co、

NOxと、燃焼室内に吹き込まれる高温ガス中の酸素濃度、高温ガスの温度との関係を調査したところ、図 7に示すように、高温ガス中の酸素濃度と高温ガスの温度を Α線、 B線、および C線で囲まれた領域に制御すれば、すなわち高温ガスの温度を 200°C以上で、かつ上記の式（2 )を満足するようにすれば、排ガス中の COおよび NOXを同時に低減できることが明らかになった。図 7で、線は =63£ ( 8 . 05 - 0 . 23C)、 B線は T=exp ( 7 . 40 - 0 . 09C)、 C線は T=200である。

例えば、高温ガス中の酸素濃度が 12 の場合、低 ΝΟχ、低 COを共に達成する高温ガスの温度は 200〜550°Cの範囲となる。高温ガス中の酸素濃度が 15 の場合、低 NOx、低 COを共に達成する高温ガスの温度は 200〜400°Cの範囲となる。

二酸化炭素と水蒸気の少なくとも一方を含む高温ガスとして、燃焼炉から排出される排ガスを用いることが有効である。

高温ガスの吹き込み領域は、実施の形態 1と同様、 400°C以上であり、かつ可燃性ガスが存在する空間であり、燃焼開始領域から主燃焼領域までであることが好ましい。 '

また、廃熱ポイラを有する廃棄物焼却炉を用い、高温ガスが、廃熱ポイラ中または廃熱ボイラの出口から導出されたガスを含むようにすると、この排ガス中の顕熱を有効に利用でき、熱効率を上げることができる。

さらに、排ガス処理設備を有する廃棄物焼却炉を用い、高温ガスが、排ガス処理設備の上流から導出された 800°C以下のガスを含むようにすると、上記の場合と同様に、排ガス中の顕熱を有効に禾拥でき、熱効率を上げることができる。

本発明の廃棄物焼却炉の操業方法は、実施の形態 1で述べた図 3のような廃棄物焼却炉により実現できる。本発明法では、燃焼室 1の側壁に設けられたノズル 14から、二酸化炭素と水蒸気の少なくとも一方と酸素とを含み、 200°C以上であり、かつ上記の式（2 )を満足する温度の高温ガスが燃焼室 1内に吹き込まれる以外は、実施の形態 1で述べたことがそのまま適用できる。 - 実施の形態 3

実施の形態 1および 2では、燃焼室に吹き込む高温ガスの温度は 200°C以上であつたが、本発明者等は、 200。C未満の場合でも COやダイォキシン発生を抑制できる条件があることを見いだした。

すなわち、廃棄物がバイオマスや木くずを含む場合には、一般的に熱分解が開始される温度は 100°C以上なので、温度が 200°C未満でも熱分解が起こり可燃性ガスが発生する。したがって、高温ガスの温度と酸素濃度を適性化すれば、 COやダイォキシンを削減する効果が期待できる。この場合は、高温ガスの温度が 200 以上の場合に比して NOXの低減効果は小さいが、脱硝設備を設けることにより NOxを低減することができる。

図 8に、高温ガスの温度と酸素濃度の関係を示すが、 A線、 B線、 C線に囲まれた領域の酸素濃度と温度の高温ガスを燃焼室内に吹き込むことにより、すなわち高温ガスの温度を 200°C未満で、かつ上記の式（3 )を満足するようにすれば、廃棄物の熱分解を促進し、廃棄物層上に安定な火炎を定在ィ匕させることができることが明らかになつた。また、このとき可燃性ガスの混合燃焼が促進されるので均一で安定した燃焼が行われ、 COとダイォキシン等の有害物質の発生を低減できる。図 8で、 A 線は T=exp ( 7 . 78 - 0 . 18C)、 B線は C=21、 C線は T=200である。

酸素濃度を 21 以下としたのは、酸素を 21 より大きくなるようにするには酸素富化装置が必要となり、好ましくないためである。

また、高温ガスの温度が 200°C未満の場合も、実施の形態 2の場合と同様に、高温ガスに二酸化炭素と水蒸気の少なくとも一方を含有させることが、 COやダイォキシンの発生を抑制するために効果的である。

この場合は、図 9に示すように、高温ガスの温度と酸素濃度を D線、 E線、 F線に囲まれた領域に制御する、すなわち高温ガスの温度を 200 未満で、力つ上記の式 (4)を満足するようにする必要がある。図 9で、 0線は =62¾)(8.05-0.23 、 E線は C=21、 F線は T=200である。なお、上記の高温ガスの温度が 200°C未満の場合も、吹き込まれる高温ガスの条件以外は、実施の形態 1で述べたことがそのまま適用できる。

Claims

請求の範囲

1. 200°C以上であり、かつ以下の式（1)を満足する温度 T[ :]の高温ガスを、廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を、

有する廃棄物焼却炉の操業方法；

exp(7.78-0.18C)≤T≤exp(7.45-0.11C)-"(l)

ここで、 Cは高温ガス中の酸素濃度（vol. %)を表す。 -

2. 高温ガスの吹き込み領域が、 400°C以上であり、かつ可燃性ガスが存在する空間である請求の範囲 1の廃棄物焼却炉の操業方法。

3. 高温ガスの吹き込み領域が、燃焼開始領域から主燃焼領域までである請求の範囲 1の廃棄物焼却炉の操業方法。

4. 高温ガスの吹き込み量が、 1次空気量の 10〜70 である請求の範囲 1の廃棄物焼却炉の操業方法。

5. 高温ガスの吹き込み量が、廃棄物を燃焼させる理論空気量の 10〜70 である請求の範囲 1の廃棄物焼却炉の操業方法。

6. 高温ガスの吹き込み方向が、水平あるいは下向きである請求の範囲 1の廃棄物焼却炉の操業方法。

7. 高温ガスを、旋回流として吹き込む請求の範囲 1の廃棄物焼却炉の操業方法。

8. 二酸化炭素と水蒸気の少なくとも一方と酸素とを含み、 200t:以上であり、かつ以下の式（ 2 )を満足する温度 T [ °C〗の高温ガスを、廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を、有する廃棄物焼却炉の操業方法；

exp(8.05-0.23C)≤T≤exp(7.40-0.09C)-"(2)

ここで、 Cは高温ガス中の酸素濃度（vol. %)を表す。

9. 高温ガスの吹き込み領域が、 400°C以上であり、かつ可燃性ガスが存在する空間である請求の範囲 8の廃棄物焼却炉の操業方法。

10. 高温ガスの吹き込み領域が、燃焼開始領域から主燃焼領域までである請求の範囲⁸の廃棄物焼却炉の操業方法。

11. 廃熱ポイラを有する廃棄物焼却炉を用い、高温ガスが、前記廃熱ポイラ中または前記廃熱ポイラの出口から導出されたガスを含む請求の範囲 8の廃棄物焼却炉の操業方法。

12. 排ガス処理設備を有する廃棄物焼却炉を用い、高温ガスが、前記排ガス処理設備の上流から導出された 800t:以下のガスを含む請求の範囲 8の廃棄物焼却炉の操業方法。

13. 200°C未満であり、かつ以下の式（3)を満足する温度 T[°C]の高温ガスを、廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を、

有する廃棄物焼却炉の操業方法；

exp(7.78-0.18C)≤T-"(3)

ここで、 Cは高温ガス中の酸素濃度 (vol.る）を表す。

14. 二酸ィ匕炭素と水蒸気の少なくとも一方と酸素とを含み、 200°C未満であり、かつ以下の式（ 4 )を満足する温度 T [ °C ]の高温ガスを、廃棄物焼却炉の燃焼室内に吹き込む工程を、

有する廃棄物焼却炉の操業方法； exp(8.05-0.23C)≤T—(4)

ここで、 Cは高温ガス中の酸素濃度 (vol. ）を表す。

15. 炉内に排ガスを循環させて吹き込む排ガス循環設備を、

有し、かつ前記排ガス循環設備が、

前記排ガスに空気を混合して高'温ガスを調整し、前記炉内の燃焼開始領域から主燃焼領域の範囲に吹き込まれる前記高温ガス中の酸素濃度と温度を調節する装備えた火格子式または流動床式の廃棄物焼却炉。

16. 炉内に高温ガスを吹き込むためのノズルが、燃焼室高さの 1/2を超えない位. 置に設けられた請求の範囲 15の廃棄物焼却炉。