JP2009121747A - 二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次空気供給量が変動しても、未燃物質を効果的に完全燃焼する。
【解決手段】前壁２１Ｆの中央部から二次空気を吹き込み燃焼ガスを分断する前壁ノズル２２Ｆと、仕切り壁２１Ｒの左右両側から二次空気を吹き込み旋回流ＣＡを形成する仕切り壁ノズル２２Ｒと、旋回流ＣＡの中心部近傍に下流側から二次空気を吹き込み滞留させる挿入ノズル２２Ｓの３系統でそれぞれ流速で二次空気供給量を制御する。挿入ノズル２２Ｓの流速を制御し、かつ残りのノズル２２Ｆ，２２Ｒを最大流速域に保持するＡ工程と、前壁ノズル２２Ｆの流速を制御し、かつ仕切り壁ノズル２２Ｒの流速を最大流速域に、挿入ノズル２２Ｓの流速を最小流速域にそれぞれ保持するＢ工程と、仕切り壁ノズル２２Ｒの流速を制御し、かつ残りのノズル２２Ｆ，２２Ｓを最小流速域に保持するＣ工程とを有し、Ｃ工程を二次空気低供給域で行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストーカ式焼却炉や廃棄物溶融炉、電気式溶融炉などにおいて、一次燃焼室の下流側に配置された二次燃焼室に、二次燃焼空気を供給して未燃物質を二次燃焼させる二次燃焼空気の吹き込み方法に関する。

廃棄物を焼却処理する際に発生する燃焼ガスには、ダイオキシンなどの有害未燃物質が含まれており、この有害未燃物質を低減する方法として、二次燃焼室に二次燃焼空気（以下、二次空気という）を吹き込むことで、完全燃焼させる方法がある。この時の二次空気と燃焼ガスの混合状態が未燃物質の低減効果を大きく左右する。

本発明者等は、従来、二次燃焼室内に燃焼ガスの流れに悪影響を与えることなく攪拌（混合）を良好に行うことができるストーカ式のごみ焼却炉を特許文献１で提案した。これは、前壁の中央部から複数段に二次空気を吹き込んで燃焼ガスを左右に分断するとともに、この分断部の左右両側に旋回流を形成して燃焼ガスと二次空気とを攪拌混合し、さらに左右の旋回流の中心部に上方（下流側）から二次空気を吹き込んで燃焼ガスの吹き抜けを防止する挿入ノズルを配置したものである。

また特許文献２の図９には、前壁面の両側と後壁面の中央からそれぞれ二次空気を吹き込み、左右に旋回流を形成するものが開示されている。
特開２００５−２０１５４８号公報 特開平０７−１０３４４０号公報（図９）

ごみ焼却炉の二次燃焼室では、二次空気と燃焼ガスの混合状態と滞留時間とが未燃物質の低減効果を大きく左右する。
また供給熱量（ごみの発熱量×ごみ投入量）が変化すると、適正な燃焼空気量を保持し、かつ炉内温度を維持するために二次空気供給量も変動させる必要があるが、特許文献１および２には、二次空気の吹き込み方法について言及されていない。従来では、通常必要な理論空気量から得られた二次空気を供給できるように、供給配管に介装された流量調整用のダンパにより二次空気供給量を制御していた。この場合に、特に二次空気供給量が低減された時に、燃焼ガスへの二次空気の貫通力が低下して、二次空気と燃焼ガスの混合性が悪化し、未燃物質の完全燃焼ができないおそれがあった。

本発明は上記問題点を解決して、二次空気供給量の変動に対応して、二次空気の流速を制御することにより、未燃物質を効果的に完全燃焼することができる二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、請求項１記載の発明は、一次燃焼室から流入される燃焼ガスの流れ方向の下流側に設置された二次燃焼室に、前後一方の壁面の中央部に上下方向に複数段に配置されて二次空気を水平方向に吹き込む複数の第１噴出口と、前後他方の壁面の左右両側でかつ第１噴出口の上流側に配置されて左右の側壁に沿って水平方向に二次空気を吹き込む第２噴出口と、第２噴出口の下流側に配置されて第１噴出口と第２噴出口から吹き込まれた二次空気により形成される２つの旋回流の中心部近傍に、下流側から二次空気を吹き込む第３噴出口とを具備した二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法であって、第１噴出口、第２噴出口および第３噴出口からそれぞれ供給される二次空気の流速の３系統で二次空気供給量を制御し、第１噴出口および第２噴出口からそれぞれ供給される二次空気の流速を最大流速域に保持した状態で、第３噴出口の二次空気の流速を最大流速域と最小流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＡ工程と、第２噴出口から供給される二次空気の流速を最大流速域に保持するとともに第３噴出口から供給される二次空気の流速を最小流速域に保持した状態で、第１噴出口の二次空気の流速を最大流速域と最小流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＢ工程と、第１噴出口および第３噴出口からそれぞれ供給される二次空気の流速を最小流速域に保持した状態で、第２噴出口の二次空気の流速を最大流速域と最小流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＣ工程とを有し、二次空気供給量が最も減少される二次空気低供給域でＣ工程を行い、第１噴出口、第２噴出口および第３噴出口の二次空気の最大流速域を４０ｍ／秒以上とし、最小流速域を３０ｍ／秒以下としたものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、二次空気供給量が最も大きい二次空気高供給域から最も小さい二次空気低供給域まで二次空気供給量を減少させる時に、Ａ工程とＢ工程とＣ工程を順次行い、二次空気供給量が最も小さい二次空気低供給域から最も大きい二次空気高供給域まで二次空気供給量を増大させる時に、Ｃ工程とＢ工程とＡ工程を順次行うものである。

請求項３記載の発明は、一次燃焼室から流入される燃焼ガスの流れ方向の下流側に設置された二次燃焼室に、前後一方の壁面の中央部に上下方向に複数段に配置されて二次空気を水平方向に吹き込む複数の第１噴出口と、前後他方の壁面の左右両側でかつ第１噴出口の上流側に配置されて左右の側壁に沿って水平方向に二次空気を吹き込む第２噴出口と、第２噴出口の下流側に配置されて第１噴出口と第２噴出口から吹き込まれた二次空気により形成される２つの旋回流の中心部近傍に、下流側から二次空気を吹き込む第３噴出口とを具備した二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法であって、第２噴出口から供給される二次空気の第１流速と、第１噴出口および第３噴出口から供給される二次空気の第２流速からなる２系統で二次空気供給量を制御し、第１流速を最大流速域に保持した状態で、第２流速を最小流速域と最大流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を変化させるＥ工程と、第２流速を最小流速域に保持した状態で、第１流速を最大流速域と最小流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＦ工程とを有し、二次空気供給量が最も減少される二次空気低供給域でＦ工程を行い、第１流速および第２流速の最大流速域を４０ｍ／秒以上し、最小流速域を３０ｍ／秒以下としたものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、二次空気供給量が最も大きい二次空気高供給域から最も小さい二次空気低供給域まで二次空気供給量を減少させる時に、Ｅ工程とＦ工程を順次行い、二次空気供給量が最も小さい二次空気低供給域から最も大きい二次空気高供給域まで二次空気供給量を増大させる時に、Ｆ工程とＥ工程を順次行うものである。

請求項１記載の発明によれば、被焼却物の発熱量と投入量による供給熱量に基づいて求められる二次空気供給量の増減に対応して、第１〜第３噴出口から二次燃焼室に吹き込む二次空気供給量を制御する時に、第１〜第３噴出口から吹き込まれる二次空気の流速を、Ａ〜Ｃ工程において第１〜第３噴出口ごとにそれぞれ単独で制御することにより、供給熱量の増減に対応して二次空気供給量を容易に追従制御することができる。また供給熱量が最も減少される二次空気低供給域で、第１噴出口および第３噴出口からの二次空気の流速を最小流速域の３０ｍ／秒以下に保持しつつ、第２噴出口から吹き込まれて旋回力の高い二次空気の流速を最小流速域の３０ｍ／秒以下から最大流速域の４０ｍ／秒以上の間で増減させることにより、二次空気供給量が少なくても、旋回流を十分確保して燃焼ガスの滞留時間を十分に延ばすことができ、未燃物質の完全燃焼を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、二次空気高供給域から二次空気低供給域まで二次空気供給量を減少させる時にＡ工程とＢ工程とＣ工程を順次行い、逆に二次空気低供給域から二次空気高供給域まで二次空気供給量を増大させる時にＣ工程とＢ工程とＡ工程とを順次行うことにより、第１〜第３噴出口の二次空気の流速を、第１〜第３噴出口ごとに単独で制御するだけの簡単な操作で、二次空気の流速を制御して未燃物質を効果的に完全燃焼することができる。

請求項３記載の発明によれば、被焼却物の発熱量と投入量から求められる二次空気供給量の増減に対応して、第１，第３噴出口から供給される二次空気の第２流速と、第２噴出口の二次空気の第１流速とを２系統で制御することにより、供給熱量の増減に対応して二次空気供給量を容易に追従制御することができる。また被焼却物の供給熱量が少なくなり、供給熱量が最も減少される二次空気低供給域でＦ工程を行い、第２流速を最小流速域の３０ｍ／秒以下に保持しつつ、旋回力の高い第１流速を最小流速域の３０ｍ／秒から最大流速域の４０ｍ／秒の間で増減させるので、二次空気供給量が少なくても、旋回流を十分確保して燃焼ガスの滞留時間を十分に延ばすことができ、未燃物質の完全燃焼を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、二次空気高供給域から二次空気低供給域まで二次空気供給量を減少させる時にＥ工程とＦ工程を順次行い、逆に二次空気低供給域から二次空気高供給域まで二次空気供給量を増大させる時にＦ工程とＥ工程を順次行うことにより、二次空気の流速を、第１，第３噴出口と、第２噴出口とで制御するだけの簡単な操作で二次空気の流速を制御して未燃物質を効果的に完全燃焼することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１，図２に示すように、この二次燃焼室２１は、たとえばストーカ式ごみ焼却炉において、一次燃焼室１５の上部に設けられるものである。炉本体１１の前部には、被焼却物であるごみを所定量ずつ供給するごみ供給口１２が設けられており、ごみ供給口１２から炉本体１１の底部のストーカ１３上に供給されたごみが、前部から後部に送られつつ乾燥燃焼され、焼却灰や焼却残滓を炉本体１１の後部に設けられた灰排出口１４から排出するように構成されている。前記ストーカ１３は前部上位から後部下位に傾斜されて、前部の乾燥火格子部１３ａから燃焼火格子部１３ｂを介して後燃焼火格子部１３ｃに連続して配置され、各火格子部１３ａ〜１３ｃの下部に設けられた乾燥用、燃焼用、後燃焼用の風箱（図示せず）から各火格子部１３ａ〜１３ｃを介してそれぞれ一次燃焼空気が吹き込まれる。そして燃焼火格子部１３ｂ上にごみを燃焼させる一次燃焼室１５が形成される。

一次燃焼室１５の上方で燃焼ガスの流れ方向の下流側に設置された二次燃焼室２１は、下部にごみ供給口１２が設けられた前壁（一方の壁面）２１Ｆと、この前壁２１Ｆに奥行Ｄをあけて対面される仕切り壁（他方の壁面）２１Ｒと、前壁２１Ｆと仕切り壁２１Ｒの左右側面をそれぞれ連結する左右の側壁２１Ｓとで平面視が矩形断面に形成されている。そして、たとえばこの二次燃焼室２１は、炉本体１１の処理量に対応して、前壁２１Ｆと仕切り壁２１Ｒ間の奥行きＤが２．５〜７．０ｍの範囲に形成されるとともに、左右の側壁２１Ｓ間の横幅Ｗがたとえば２．５〜８．０ｍの範囲に形成され、また高さＨが８．０〜１５．０ｍの範囲に形成される。

この二次燃焼室２１内に燃焼ガス中に二次空気を吹き込む二次空気ノズルは、前壁２１Ｆに幅方向および高さ方向の略中央部に設けられた複数の前壁ノズル（第１噴出口）２２Ｆと、仕切り壁２１Ｒの左右両側に配置された複数の仕切り壁ノズル（第２噴出口）２２Ｒと、左右の側壁２１Ｓの上方部に貫通して設けられた複数の挿入ノズル（第３噴出口）２２Ｓとで構成されている。

仕切り壁ノズル２２Ｒは、最下段の前壁ノズル２２Ｆより下位（上流側）で、左右の側壁２１Ｓにそれぞれ所定距離ＳＬまで接近して配置され、側壁２１Ｓに平行に水平方向に二次空気流ＲＡを吹き込む。これら二次空気流ＲＡは、前壁２１Ｆに衝突して中央部側に迂回し、一次燃焼室１５から二次燃焼室２１に流入する燃焼ガスに上流側で最初に旋回力を与えて旋回流を形成する。左右の仕切り壁ノズル２２Ｒは、それぞれ同一の水平断面上で、ＳＬ＝横幅Ｗ×０．２以内の所定距離に配置されており、この距離が横幅Ｗ×０．２を越えると旋回流が形成しにくいためであるが、仕切り壁ノズル２２Ｒが側壁２１Ｓにあまり接近すると、側壁２１Ｓが抵抗となって二次空気が減速されるとともに、側壁２１Ｓを部分的に冷却しすぎて壁面に悪影響を及ぼすおそれがあるので、たとえば横幅Ｗ×０．０３以上に設定されている。また仕切り壁ノズル２２Ｒの上下位置は、最下段の前壁ノズル２２Ｆと二次燃焼室２１の下限のＤＨ＝たとえば３ｍ以内の範囲に設置される。

前壁ノズル２２Ｆは、前壁２１Ｆで幅方向および高さ方向のほぼ中央部（中間部）で、鉛直線に沿って所定のノズル配置ピッチＨｆをあけて複数段（図では３段）に配置されている。これら前壁ノズル２２Ｆからそれぞれ水平方向前方に吹き込まれた二次空気流ＦＡにより、燃焼ガス流を左右両側に分断するとともに、仕切り壁ノズル２２Ｒから吹き込まれた二次空気流ＲＡと共に、左右両側にそれぞれ旋回流ＣＡを形成する。

これら前壁ノズル２２Ｆのノズル配置ピッチＨｆは、ノズル口径の２倍以上で８倍以下とされ、ノズル配置ピッチＨｆが、ノズル口径の２倍以下では、隣接する前壁ノズル２２Ｆの二次空気流ＦＡが互いに重り合い、混合状態が低下して独立したノズルの二次空気流と変わらなくなるからであり、ノズル口径の８倍を越えると、二次空気流ＦＡがそれぞれ独立してしまい、燃焼ガスを左右に分断する作用を奏しないからである。ここで、前壁ノズル２２Ｆのノズル口径がたとえば７８ｍｍの場合、ノズル配置ピッチＨｆは５００ｍｍに設定される。

挿入ノズル２２Ｓは、左右の側壁２１Ｓに、上段の前壁ノズル２２Ｆより上方（下流側）で二次燃焼室２１の上限以下の範囲ＵＨで、奥行Ｄ方向のほぼ中央部分をそれぞれ貫通し、さらに二次燃焼室２１内に所定距離突出して下方に湾曲され、左右の挿入ノズル２２Ｓからの二次空気流ＳＡを、左右の旋回流ＣＡの中心部近傍に上方（下流側）からそれぞれ吹き込むように構成されている。これら挿入ノズル２２Ｓから吹き込んだ二次空気流ＳＡにより、各旋回流ＣＡの中心部分における燃焼ガスの吹き抜けを防止するとともに、燃焼ガスの滞留時間を延ばすことができる。

これら二次空気ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓは、図３に示すように、エアブロアユニット３１に接続されて二次空気が供給される主エア供給供給管３２が、前壁ノズル分配管３３Ｆと仕切り壁ノズル分配管３３Ｒと挿入ノズル分配管３３Ｓに分岐されている。そして前壁ノズル分配管３３Ｆは、分岐管３４Ａ〜３４Ｃを介して前壁ノズル２２Ｆにそれぞれ接続され、前壁ノズル分配管３３Ｆに電動式の前壁ノズル流速制御弁（エアダンパー）３５Ｆが介在されるとともに、前記分岐管３４Ａ〜３４Ｃに流量制御弁（エアダンパー）３６Ｆがそれぞれ介在されている。また仕切り壁ノズル分配管３３Ｒは、左右の分岐管３４ＲＲ，３４ＲＬを介して仕切り壁ノズル２２Ｒに接続され、仕切り壁ノズル分配管３３Ｒに電動式の仕切り壁ノズル流速制御弁（エアダンパー）３５Ｒが介在されるとともに、前記分岐配管３４ＲＲ，３４ＲＬに流量制御弁（エアダンパー）３６ＲＲ，３６ＲＬがそれぞれ介在されている。さらに挿入ノズル分配管３３Ｓは、左右の分岐配管３４ＳＲ，３４ＳＬを介して挿入ノズル２２Ｓに接続され、挿入ノズル分配管３３Ｓに電動式の挿入ノズル流速制御弁（エアダンパー）３５Ｓが介在されるとともに、前記分岐配管３４ＳＲ，３４ＳＬに流量制御弁（エアダンパー）３６ＳＲ，３６ＳＬがそれぞれ介在されている。

またこのごみ焼却炉には、供給熱量（ごみの発熱量とごみ投入量）から求められる理論空気比に基づいて二次空気供給量を演算する燃焼制御装置３７が設けられており、この燃焼制御装置３７により、エアブロアユニット３１による二次空気供給量が制御されるとともに、各ノズル分配管３３Ｆ，３３Ｒ，３３Ｓや分岐配管３４Ａ〜３４Ｃ，３４ＲＲ，３４ＲＬ，３４ＳＲ，３４ＳＬ、各二次空気ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓの流路抵抗が考慮されて、流速制御弁３５Ｆ，３５Ｒ，３５Ｓがそれぞれ操作され、各二次空気ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓの出口の二次空気流速をそれぞれ制御するように構成されている。

上記構成において、一次燃焼室１５から二次燃焼室２１に流入した燃焼ガス中に、最初に左右の仕切り壁ノズル２２Ｒからそれぞれ二次空気流ＲＡが左右の側壁２１Ｓに沿ってそれぞれ水平方向に吹き込まれ、二次空気と燃焼ガスを混合攪拌して未燃物質の燃焼を促進し、さらに旋回流ＣＡをそれぞれ形成して二次空気の滞留時間を延長し未燃物を燃焼させる。

ついで、前壁ノズル２２Ｆから水平方向に吹き込まれた二次空気流ＦＡにより、燃焼ガスが中央部で左右に分断され、仕切り壁ノズル２２Ｒからの二次空気流ＲＡと共に２つの旋回流ＣＡの旋回をそれぞれ形成して燃焼を促進させ、二次空気の滞留時間を延長して未燃物を効果的に燃焼する。

さらに挿入ノズル２２Ｓから左右の旋回流ＣＡの中心部近傍に上方から吹き込まれた二次空気流ＳＡにより、各旋回流ＣＡの中心部における燃焼ガスの吹き抜けを防止しつつ、燃焼ガスの滞留時間を延ばし、未燃物質の燃焼を促進させる。

なお、上記構成において、仕切り壁ノズル２２Ｒおよび挿入ノズル２２Ｓを、左右にそれぞれ複数本ずつ設けることもできる。
［二次空気の吹き込み方法］
次に上記構成における二次燃焼空気の吹き込み方法を、二次空気供給量と二次空気流速とに基づいてシミュレーションにより求めた図４のグラフと、その時の二次燃焼室２１出口の一酸化炭素濃度を示す表１を参照して説明する。

ここで、シミュレーションに用いた二次燃焼室２１のデータは、横幅Ｗが３．１５ｍ、奥行きＤが３．１５ｍ、高さＨが９．９５ｍである。また前壁ノズル２２Ｆの口径は７８ｍｍ×３本、仕切り壁ノズル２２Ｒの口径は７８ｍｍ×２本、挿入ノズル２２Ｓの口径は２７ｍｍ×２４個（１本のノズルに１２個の噴出口が形成されている）で、それぞれのノズル噴出口の断面積比は前壁ノズル２２Ｆ：仕切り壁ノズル２２Ｒ：挿入ノズル２２Ｓ≒１．５０：１．００：１．４６である。

（第１の二次空気の吹き込み方法）
上記構成において、図４に示すように、前壁ノズル２２Ｆ（第１噴出口）、仕切り壁ノズル２２Ｒ（第２噴出口）および挿入ノズル２２Ｓ（第３噴出口）からそれぞれ供給される二次空気の流速による３系統で二次空気供給量を制御するものである。

図４に示すように、二次空気供給量が最も大きい二次空気高供給域ａ−ｂでＡ工程が行われる。このＡ工程は、前壁ノズル２２Ｆおよび仕切り壁ノズル２２Ｒからそれぞれ供給される二次空気の流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）に保持した状態で、挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）と最小流速域（３０ｍ／秒以下）の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減する。

二次空気供給量が中程度の二次空気中供給域ｂ−ｃでＢ工程が行われる。このＢ工程では、仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）に保持するとともに挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の流速を最小流速域（３０ｍ／秒以下）に保持した状態で、前壁ノズル２２Ｆから供給される二次空気の流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）と最小流速域（３０ｍ／秒以下）の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減する。

二次空気供給量が最も減少される二次空気低供給域ｂ−ｃでＣ工程が行われる。このＣ工程は、前壁ノズル２２Ｆおよび挿入ノズル２２Ｓからそれぞれ供給される二次空気の流速を最小流速域（３０ｍ／秒以下）に保持した状態で、仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）と最小流速域（３０ｍ／秒以下）の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減する。

たとえば、前壁ノズル２２Ｆ、仕切り壁ノズル２２Ｒおよび挿入ノズル２２Ｓの二次空気の各流速がそれぞれ最大流速域にある場合、点ａから点ｄまで二次空気供給量を減少させる手順を説明する。

１）点ａ−ｂ間でＡ工程を行う。点ａ−ｂ間は、被焼却物の発熱量と投入量から求められる供給熱量が多く、二次空気を多く必要とする二次空気高供給域であり、二次空気供給量は、点ａで約６７２０ｍ^３Ｎ／ｈ、点ｂで約５１７０ｍ^３Ｎ／ｈである。点ａで挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速は約４９ｍ／秒にあり、また前壁ノズル２２Ｆおよび仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の各流速は約６６ｍ／秒にあり、点ａにおけるこれら二次空気の流速は、それぞれ最大流速域である４０ｍ／秒以上にある。また点ａにおける二次燃焼室２１出口の一酸化炭素濃度は０．２ｐｐｍである。

燃焼制御装置３７により、供給熱量が減少されてエアブロアユニット３１からの二次空気供給量を減少制御する場合、前壁ノズル２２Ｆおよび仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の流速を最大流速域内に保持した状態で、挿入ノズル流速制御弁３５Ｓを操作して挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速を、約４９ｍ／秒から漸次絞って、最小流速域である約流速２７ｍ／秒まで減速させ、二次空気供給量を点ａの約６７２０ｍ^３Ｎ／ｈから点ｂの約５１７０ｍ^３Ｎ／ｈまで減少させる。この点ｂにおける二次燃焼室２１出口の一酸化炭素濃度は２．３ｐｐｍである。

なお、このシミュレーションでは、点ａ−ｂ間の二次空気高供給域（高供給熱量域）で、前壁ノズル２２Ｆと仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の流速を、最大流速域内で、約６６ｍ／秒から約５５ｍ／秒まで絞っている。

２）点ｂ−ｃ間ではＢ工程を行う。点ｂ−ｃ間は、供給熱量が中程度で、必要とする二次空気も中間の二次空気中供給域にあり、二次空気供給量は、点ｂで約５１７０ｍ^３Ｎ／ｈ、点ｃで約３６２０ｍ^３Ｎ／ｈである。また点ｂでは、前壁ノズル２２Ｆと仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の流速が５５ｍ／秒付近にあり、さらに挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速が約２７ｍ／秒にある。

燃焼制御装置３７により、挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速を最小流速域である流速約２７ｍ／秒に保持するとともに、切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の流速を最大流速域である約５５ｍ／秒に保持した状態で、エアブロアユニット３１からの二次空気供給量を減少制御し、前壁ノズル流速制御弁３５Ｆを操作して前壁ノズル２２Ｆの二次空気の流速を、５５ｍ／秒付近から漸次絞って最小流速域である流速約２２ｍ／秒（点ｃ）まで減速させ、これにより二次空気供給量を点ｂの約５１７０ｍ^３Ｎ／ｈから約３６２０ｍ^３Ｎ／ｈまで減少させる。この点ｃにおける二次燃焼室２１出口の一酸化炭素濃度は４０ｐｐｍである。

３）点ｃ−ｄ間でＣ工程を行う。点ｃ−ｄ間は、供給熱量が少なく、必要とする二次空気が少ない二次空気低供給域であり、二次空気供給量は、点ｃで約３６２０ｍ^３Ｎ／ｈ、点ｄで約２３００ｍ^３Ｎ／ｈである。また点ｃでは、仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の流速が最大流速域の約５５ｍ／秒にあり、また前壁ノズル２２Ｆの二次空気の流速が最小流速域の約２２ｍ／秒にあり、さらに挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速が最小流速域の約２７ｍ／秒にある。

この点ｃから、燃焼制御装置３７により、エアブロアユニット３１からの二次空気供給量を減少制御して、前壁ノズル２２Ｆおよび挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速を最小流速域に保持した状態で、仕切り壁ノズル流速制御弁３５Ｒを操作して仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の流速を、約５５ｍ／秒から漸次絞って流速約２０ｍ／秒まで低下させ、二次空気供給量を約３６２０ｍ^３Ｎ／ｈから約２３００ｍ^３Ｎ／ｈまで減少させる。

表１によれば、二次空気流量が約２９００ｍ^３Ｎ／ｈ〜約６７２０ｍ^３Ｎ／ｈにおける二次燃焼室２１の出口の一酸化炭素濃度は、十分に低い範囲に保持されていることがわかる。

また、第１の二次空気の吹き込み方法において、Ａ工程とＢ工程で前壁ノズル２２Ｆと挿入ノズル２２Ｓとを入れ替えて二次空気の流速を制御しても、表１とほぼ同様の結果を得ることができた。

［比較例］
また比較例として、図７に示すように、二次空気ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓの各二次空気の流速を、点ａから二次空気供給量を減少させる場合、挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速を一定に保持した状態で、前壁ノズル２２Ｆと仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気の流速を減少させた後、点ｃ〜点ｄの範囲で挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速を減速させるシミュレーションを行った結果、表２に示すように、二次燃焼室２１の出口の一酸化炭素濃度は本発明よりも増大する結果となった。

この結果、表２に示すように、二次空気供給量が減少される点ｃの約３，６２０ｍ^３Ｎ／ｈ以下の範囲で、挿入ノズル２２Ｓの二次空気の流速を制御しても、二次燃焼室２１の出口での一酸化炭素濃度の低減効果が得られず、十分に未燃物質の完全燃焼ができない。また二次空気供給量が減少された約４２２０ｍ^３Ｎ／ｈ以下の範囲では、前壁ノズル２２Ｆからの二次空気流ＦＡと仕切り壁ノズル２２Ｒからの二次空気流ＲＡとが未燃物質の完全燃焼に有効であることがわかった。これに、二次空気流ＦＡと二次空気流ＲＡのうち、二次空気流ＲＡは、二次空気流ＦＡに比較して、一次燃焼室１５から二次燃焼室２１に流入する燃焼ガスに、最初に旋回力を付与して燃焼ガスを十分に攪拌混合しかつ旋回流ＣＡを形成すること、また仕切り壁ノズル２２Ｒが十分な口径を有することから、一酸化炭素の低減に対してより効果があると考えられ、二次空気供給量を減少させる際には、できるだけ、仕切り壁ノズル２２Ｒからの二次空気流ＲＡの流速を確保することが重要であることがわかる。

ここで必要な二次空気供給量は、ごみの組成とごみ投入量から求められる理論空気比により算出される。
なお、本発明において、二次空気の流速を範囲で示しているのは、燃焼ガスに対して十分な貫通力を得るための二次空気流速が、二次燃焼室２１の前壁２１Ｆと仕切り壁２１Ｒとの壁間距離により変化するためであり、壁間距離ｌ_１〜ｌ_２と十分な貫通力が得られる二次空気流速ｖ_１〜ｖ_２との間には、図６に示すような関係がある。

なお、ここで、前壁ノズル２２Ｆ、仕切り壁ノズル２２Ｒ、挿入ノズル２２Ｓの二次空気の各流速の最大流速域を４０ｍ／秒以上とし、最小流速域３０ｍ／秒以下とした。図４では最大流速域と最小流速域間が、全体の制御流速域に比較して小さいが、これは各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓの二次空気の各流速は、二次燃焼室２１の大きさにより最大流速域と最小流速域を変位させる必要があるからである。

シミュレーションに用いた二次燃焼室２１は、横幅Ｗが３．１５ｍ、奥行きＤが３．１５ｍ、高さＨが９．９５ｍであるが、二次燃焼室２１の横幅Ｗ＝３．１５ｍ±０．５ｍ、奥行きＤ＝３．１５ｍ±０．５ｍ、高さＨ＝９．９５ｍ±１．０ｍでは、図４に示すように、最大流速域は５０ｍ／秒の近傍値以上、最小流速域が３０ｍ／秒以下が好適値となる。

そして二次燃焼室２１がさらに大きくなる場合には、各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓの二次空気の各流速を上昇させて最大流速域および最小流速域を上げ、反対に二次燃焼室２１の小さくなる場合には、二次空気の各流速を低下させて最大流速域および最小流速域を下げる必要があり、実用的な最大流速域は４０〜５０ｍ／秒以上であり、また最小流速域は２０〜３０ｍ／秒以下である。

［第２の二次燃焼空気の吹き込み方法］
上記構成において、図５に示すように、仕切り壁ノズル２２Ｒ（第２噴出口）から供給される二次空気の流速を第１流速とし、前壁ノズル２２Ｆ（第１噴出口）および挿入ノズル２２Ｓ（第３噴出口）からそれぞれ供給される二次空気の流速を第２流速として、これら第１流速と第２流速の２系統で二次空気供給量を制御するものである。この第２流速で供給される前壁ノズル２２Ｆおよび挿入ノズル２２Ｓの二次空気供給量比は、各ノズルの口径（断面積）と本数から求められる合計断面積比となる。

図５に示すように、二次空気供給量が大きい二次空気高供給域ｅ−ｇでＥ工程が行われる。このＥ工程は、第１流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）に保持した状態で、第２流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）と最小流速域（３０ｍ／秒以下）の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減する。

二次空気供給量が小さい二次空気低供給域ｇ−ｈでＦ工程が行われる。このＦ工程は、第２流速を最小流速域（３０ｍ／秒以下）に保持した状態で、第１流速を最大流速域（４０ｍ／秒以上）と最小流速域（３０ｍ／秒以下）の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減する。

たとえば、前壁ノズル２２Ｆ、仕切り壁ノズル２２Ｒおよび挿入ノズル２２Ｓの二次空気の各流速がそれぞれ最大流速域にある場合、点ｅから点ｈまで二次空気供給量を減少させる手順を説明する。

１）点ｅでは、二次空気供給量は約６７２０ｍ^３Ｎ／ｈであり、第２流速は５７ｍ／秒付近にある。また点ｅにおける二次燃焼室出口の一酸化炭素濃度は０．２ｐｐｍである。燃焼制御装置３７により、仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速を最大流速域に保持した状態で、前壁ノズル流速制御弁３５Ｆおよび挿入ノズル流速制御弁３５Ｓをそれぞれ操作して第２流速を、約５７ｍ／秒付近から漸次絞って流速約２３ｍ／秒付近（点ｇ）まで減速させ、エアブロアユニット３１からの二次空気供給量を約６７２０ｍ^３Ｎ／ｈから約３６２０ｍ^３Ｎ／ｈまで低下させる。この時の点ｇにおける二次燃焼室出口の一酸化炭素濃度は４８ｐｐｍである。（Ｅ工程）
２）点ｇから、燃焼制御装置３７により、第２流速を最小流速域に保持した状態で、仕切り壁ノズル流速制御弁３５Ｒを操作して第１流速を、５５ｍ／秒付近から漸次絞って流速約２０ｍ／秒（点ｈ）まで低下させ、エアブロアユニット３１からの二次空気供給量を約３６２０ｍ^３Ｎ／ｈから約２３００ｍ^３Ｎ／ｈまで減少させる。（Ｆ工程）
上記第２の二次空気の吹き込み方法における二次燃焼室２１の出口の一酸化炭素濃度は、表３の通りであり、一酸化炭素濃度が十分に低い範囲に保持されていることがわかる。

もちろん、各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓのすべての二次空気の各流速が最小流速域にある時に二次空気供給量を漸次増大させる場合には、Ｆ工程→Ｅ工程の順に実施すればよい。また途中から二次空気供給量を増減させる場合にも、二次空気供給量に対応して適用位置がＦ工程かＥ工程を選択的に適用することができる。

なお、第２の二次空気の吹き込み方法でも、二次燃焼室２１の横幅Ｗ＝３．１５ｍ±０．５ｍ、奥行きＤ＝３．１５ｍ±０．５ｍ、高さＨ＝９．９５ｍ±１．０ｍでは、図５に示すように、最大流速域は５０ｍ／秒以上、最小流速域が２５ｍ／秒以下が好適値である。

そして二次燃焼室２１がさらに大きくなる場合には最大流速域および最小流速域を上げ、反対に二次燃焼室２１の小さくなる場合には、最大流速域および最小流速域を下げる必要がある。

［実施の形態１の効果］
上記第１の二次空気の吹き込み方法によれば、前壁ノズル２２Ｆおよび仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速がそれぞれ最大流速域にある二次空気高供給域（点ａ−ｂ間）では、供給熱量の増減に対応してＡ工程を行う。Ａ工程では、前壁ノズル２２Ｆおよび仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速を最大流速域に保持しつつ、挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の流速を最大流速域と最小流速域との間で増減して二次空気供給量を調整する。

また、仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速がそれぞれ最大流速域で、かつ挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の流速が最小流速域にある二次空気中供給域（点ｂ−ｃ間）では、供給熱量の増減に対応してＢ工程を行う。このＢ工程は、仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速を最大流速域に保持するとともに、挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の流速を最小流速域に保持しつつ、前壁ノズル２２Ｆから供給される二次空気の流速を最大流速域と最小流速域との間で増減して二次空気供給量を調整する。

さらに、前壁ノズル２２Ｆおよび挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の流速が最小流速域にある二次空気低供給域（点ｃ−ｄ間）では、供給熱量の増減に対応してＣ工程を行う。このＣ工程では、前壁ノズル２２Ｆおよび挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の流速を最小流速域に保持しつつ、仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の流速を最大流速域と最小流速域との間で増減して二次空気供給量を調整する。

したがって、Ａ〜Ｃ工程では、各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓから供給される二次空気の流速をそれぞれ単独で減少させ、残りのノズルから供給される二次空気の流速を最大流速域または最小流速域に保持するので、容易に二次空気供給量を制御することができる。

また二次空気供給量が最も減少される二次空気低供給域（点ｃ−ｄ間）では、二次空気の流速が低下されて旋回力が弱く混合攪拌が不足しやすいため、燃焼ガスの滞留時間も短くなりやすいが、本発明では、二次空気低供給域でＣ工程を行い、仕切り壁ノズル２２Ｒの二次空気流ＲＡの流速を最後に増減して、二次空気流ＲＡにより燃焼ガスに旋回力を付与し、燃焼ガスを十分に攪拌混合しかつ旋回流ＣＡを形成することができ、二次空気低供給域における燃焼ガスの混合、攪拌を良好に行えて、燃焼ガスの十分な滞留時間を確保することができ、未燃物質をほぼ完全燃焼させることができる。

さらに各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓからの二次空気が最大流速域となる二次空気高供給域から、供給熱量の減少に対応して二次空気供給量を低減する場合、Ａ工程、Ｂ工程、Ｃ工程の順に行うことで、各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓからの二次空気供給量の制御を二次空気の流速により容易に行うことができる。反対に、各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓからの二次空気が最小流速域となる二次空気低供給域から供給熱量の増大に対応して二次空気供給量を増加させる場合には、Ｃ工程、Ｂ工程、Ａ工程の順に行うことにより、同様の作用効果を奏することができる。

第２の二次空気の吹き込み方法によれば、仕切り壁ノズル２２Ｒから供給される二次空気の第１流速が最大流速域にある二次空気高供給域（点ｅ−ｇ間）では、供給熱量の増減に対応してＥ工程を行い、第１流速を最大流速域に保持しつつ、第２流速を最大流速域と最小流速域との間で増減して二次空気供給量を調整する。

また前壁ノズル２２Ｆおよび挿入ノズル２２Ｓから供給される二次空気の第２流速が最小流速域にある二次空気低供給域（点ｇ−ｈ間）では、第２流速を最小流速域に保持しつつ、第１流速を最大流速域と最小流速域との間で増減して二次空気供給量を調整する。したがって、容易に二次空気供給量を制御することができて、未燃分を完全燃焼させることができる。

また、二次空気供給量が減少される二次空気低供給域では、二次空気の流速が低下されて旋回力が弱く混合攪拌が不足しやすいため、燃焼ガスの滞留時間も短くなりやすいが、この範囲でＦ工程を行い、第１流速（二次空気流ＲＡ）を最後に増減させることにより、二次空気流ＲＡにより燃焼ガスに旋回力を付与して燃焼ガスを十分に攪拌混合しかつ旋回流ＣＡを形成することができ、二次空気低供給域における燃焼ガスの混合、攪拌を良好に行えて、燃焼ガスの十分な滞留時間を確保することができ、未燃物質をほぼ完全燃焼させることができる。

さらに各ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓからの二次空気が最大流速域となる二次空気高供給域から二次空気低供給域まで二次空気供給量を減少する場合、Ｅ工程からＦ工程を行うことにより、二次空気ノズル２２Ｆ，２２Ｒ，２２Ｓからの二次空気供給量を容易に制御することができて、未燃分を完全燃焼させることができる。反対に二次空気低供給域から二次空気高供給域まで二次空気供給量を増加させる場合には、Ｆ工程、Ｅ工程の順に行うことにより、同様の作用効果を奏することができる。

なお、他の実施の形態として、前壁２１Ｆに仕切り壁ノズル２２Ｒを配置するとともに、後壁に前壁ノズル２２Ｆを配置しても、同様の作用効果を奏することができる。

本発明に係るストーカ式ごみ焼却炉の実施の形態を示す概略斜視図である。 二次燃焼室の構造を示し、（ａ）は平面視の概略断面図、（ｂ）は側面視の概略断面図である。 二次空気ノズルと配管系統を説明する斜視図である。 二次空気の第１の吹き込み方法の二次空気供給量と二次空気流速を示すグラフである。 二次空気の第２の吹き込み方法の二次空気供給量と二次空気流速を示すグラフである。 前後壁間距離と二次空気流速の燃焼ガスへの貫通速度を示すグラフである。 二次空気の比較例の吹き込み方法の二次空気供給量と二次空気流速を示すグラフである。

符号の説明

１１ 炉本体
１２ ごみ供給口
１３ ストーカ
１３ｂ 燃焼火格子
１４ 灰排出口
１５ 一次燃焼室
２１ 二次燃焼室
２１Ｆ 前壁
２１Ｒ 仕切り壁
２１Ｓ 側壁
２２Ｆ 前壁ノズル
２２Ｒ 仕切り壁ノズル
２２Ｓ 挿入ノズル
３１ エアブロアユニット
３３Ｆ 前壁ノズル分配管
３３Ｒ 仕切り壁ノズル分配管
３３Ｓ 挿入ノズル分配管
３５Ｆ 前壁ノズル流速制御弁
３５Ｒ 仕切り壁ノズル流速制御弁
３５Ｓ 挿入ノズル流速制御弁

Claims (4)

1. 一次燃焼室から流入される燃焼ガスの流れ方向の下流側に設置された二次燃焼室に、前後一方の壁面の中央部に上下方向に複数段に配置されて二次空気を水平方向に吹き込む複数の第１噴出口と、前後他方の壁面の左右両側でかつ第１噴出口の上流側に配置されて左右の側壁に沿って水平方向に二次空気を吹き込む第２噴出口と、第２噴出口の下流側に配置されて第１噴出口と第２噴出口から吹き込まれた二次空気により形成される２つの旋回流の中心部近傍に、下流側から二次空気を吹き込む第３噴出口とを具備した二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法であって、
   第１噴出口、第２噴出口および第３噴出口からそれぞれ供給される二次空気の流速の３系統で二次空気供給量を制御し、
   第１噴出口および第２噴出口からそれぞれ供給される二次空気の流速を最大流速域に保持した状態で、第３噴出口の二次空気の流速を最大流速域と最小流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＡ工程と、
   第２噴出口から供給される二次空気の流速を最大流速域に保持するとともに第３噴出口から供給される二次空気の流速を最小流速域に保持した状態で、第１噴出口の二次空気の流速を最大流速域と最小流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＢ工程と、
   第１噴出口および第３噴出口からそれぞれ供給される二次空気の流速を最小流速域に保持した状態で、第２噴出口の二次空気の流速を最大流速域と最小流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＣ工程とを有し、
   二次空気供給量が最も減少される二次空気低供給域でＣ工程を行い、
   第１噴出口、第２噴出口および第３噴出口の二次空気の最大流速域を４０ｍ／秒以上とし、最小流速域を３０ｍ／秒以下とした
   ことを特徴とする二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法。
2. 二次空気供給量が最も大きい二次空気高供給域から最も小さい二次空気低供給域まで二次空気供給量を減少させる時に、Ａ工程とＢ工程とＣ工程を順次行い、
   二次空気供給量が最も小さい二次空気低供給域から最も大きい二次空気高供給域まで二次空気供給量を増大させる時に、Ｃ工程とＢ工程とＡ工程を順次行う
   ことを特徴とする請求項１記載の二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法。
3. 一次燃焼室から流入される燃焼ガスの流れ方向の下流側に設置された二次燃焼室に、前後一方の壁面の中央部に上下方向に複数段に配置されて二次空気を水平方向に吹き込む複数の第１噴出口と、前後他方の壁面の左右両側でかつ第１噴出口の上流側に配置されて左右の側壁に沿って水平方向に二次空気を吹き込む第２噴出口と、第２噴出口の下流側に配置されて第１噴出口と第２噴出口から吹き込まれた二次空気により形成される２つの旋回流の中心部近傍に、下流側から二次空気を吹き込む第３噴出口とを具備した二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法であって、
   第２噴出口から供給される二次空気の第１流速と、第１噴出口および第３噴出口から供給される二次空気の第２流速からなる２系統で二次空気供給量を制御し、
   第１流速を最大流速域に保持した状態で、第２流速を最小流速域と最大流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を変化させるＥ工程と、
   第２流速を最小流速域に保持した状態で、第１流速を最小流速域と最大流速域の間で漸次変化させて二次空気供給量を増減するＦ工程とを有し、
   二次空気供給量が最も減少される二次空気低供給域でＦ工程を行い、
   第１流速および第２流速の最大流速域を４０ｍ／秒以上し、最小流速域を３０ｍ／秒以下とした
   ことを特徴とする二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法。
4. 二次空気供給量が最も大きい二次空気高供給域から最も小さい二次空気低供給域まで二次空気供給量を減少させる時に、Ｅ工程とＦ工程を順次行い、
   二次空気供給量が最も小さい二次空気低供給域から最も大きい二次空気高供給域まで二次空気供給量を増大させる時に、Ｆ工程とＥ工程を順次行う
   ことを特徴とする請求項３記載の二次燃焼室における二次燃焼空気の吹き込み方法。

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