JP6215538B2 - 廃棄物の処理方法及び廃棄物焼却炉 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物の処理方法及び廃棄物焼却炉に関し、特に都市ごみ、シュレッダーダスト、廃プラスチック等の廃棄物を焼却処理する廃棄物の処理方法及び廃棄物焼却炉に関するものである。

都市ごみ、シュレッダーダスト、廃プラスチック等の廃棄物を効率的かつ衛生的に減容化するために、廃棄物を焼却炉によって焼却処理することが行われている。焼却処理によって窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生するため、焼却炉から排出される排ガス中には比較的多量のＮＯｘが含まれる。ＮＯｘの発生原因には、焼却物中の窒素化合物の酸化（Ｆｕｅｌ−ＮＯｘ）と、空気中の窒素の酸化（Ｔｈｅｒｍａｌ−ＮＯｘ）があるが、ごみ焼却炉においてはＦｕｅｌ−ＮＯｘが主体であると云われている。

ごみ焼却炉より排出されるＮＯｘを低減するために、例えば、非特許文献１には清掃工場排ガスの窒素酸化物低減対策が開示されている。非特許文献１には以下のように記載されている。
焼却過程でＮＯｘの発生量を抑制するためには窒素のＮＯｘへの転換を減らし、発生したＮＯｘを炉の乾燥、熱分解過程等から生ずるＮＨ_３，ＣＯ，炭化水素等の還元性ガスによって還元する方法（自己脱硝反応）が有効である。こうした脱硝法には燃焼空気を減らして焼却を行う低酸素燃焼があるが、燃焼温度が上昇し、炉を損傷したりクリンカが生成するために燃焼ガス温度を下げる必要がある。その方法には炉内に水を噴霧したり（炉内水噴霧法）、温度が低下した燃焼排ガスを再び炉内にもどす方法（排ガス再循環法）がある。また自己脱硝反応を積極的に行う方法に燃焼ガスを乾燥ストーカからの還元性ガスと混合する還元二段燃焼法がある。

非特許文献１によれば、炉内水噴霧法では焼却量１２．５ｔ／ｈに対し２．０ｔ／ｈの水噴霧を行うことによりＮＯｘは１２０〜１５０ｐｐｍから平均８５．９ｐｐｍに大幅に低減され、このときの酸素濃度は平均６．８％であり、水噴霧量を更に増やせばＮＯｘが更に低減される可能性が示された。但し、水噴霧量があまり多くなると、炉温が低下し過ぎて、未燃ガスの生成や燃焼速度の低下が生じやすくなり、炉壁レンガを傷めたりするので水を多量に噴霧することはできないとしている。
さらに、非特許文献１によれば、排ガス循環法では２０％の排ガス循環率においてＮＯｘ濃度は約３０％低減されて、約８４ｐｐｍとなったが、酸素濃度の低減によりＮＯｘが低減されたもので、排ガス循環の有無による有意な差は見られなかったとしている。

また、特許文献１にはストーカ式焼却炉の火格子上で燃焼しているごみに向けて水噴霧を行うＮＯｘの抑制方法が示されており、実施例の図１１（ａ）ではＮＯｘ濃度を平均５０ｐｐｍに抑えられたことが記載されている。

従来、焼却炉から排出された排ガスにアンモニアを吹き込み、触媒によりアンモニアとＮＯｘを選択的に反応させ、水と窒素に分解する触媒脱硝法を用いているが、触媒が高価であるため、排ガス中にアンモニアを吹き込み、触媒を用いずにＮＯｘを分解する無触媒脱硝法も用いられている。流動床炉における無触媒脱硝法に関しては、特許文献２に流動床炉内における流動砂層の直上位置から２次空気吹込み部直下位置までの範囲に尿素水やアンモニア水等の還元剤を吹き込むことによりＮＯｘ濃度を７０ｐｐｍ以下に抑制する方法が開示されている。

また、特許文献３には、流動化空気および燃焼空気を複数個所に吹き込む流動層ボイラの燃焼炉に、揮発分が１０〜２５質量％（湿基準）の石炭とその石炭より揮発分が高い石炭を混合して装入し、混炭前に対して混炭後の石炭の揮発分割合を５質量％以上増加させて燃焼させるにあたり、流動層ボイラの燃焼炉内に吹き込ませる流動化空気と燃焼空気のうち少なくとも一方に水分を事前添加するか、流動層ボイラの燃焼炉内に直接水分を投入し、流動層ボイラの燃焼炉内で脱硫を行い、燃焼排ガス中のＮＯｘおよびＳＯｘを低減させる方法が開示されている。特許文献３の実施例ではＮＯｘ濃度を５０〜６０ｐｐｍに抑制できたことが記載されている。

特開平１０−１４８３１９号公報 特開平５−３３２５２１号公報 特開２００９−２１６３５３号公報

東京都環境科学研究所年報１９８８、ｐ．３０−３６、「清掃工場排ガスの窒素酸化物低減対策について」辰市祐久、他

上述した非特許文献１および特許文献１乃至３を含む先行技術文献に開示されている先行技術では、空気比を低下させることと合わせてＮＯｘの抑制を図っているが、空気比を下げすぎると酸素不足による不完全燃焼でＣＯが発生するようになるため、ＮＯｘ濃度はたかだか５０ｐｐｍ程度までしか抑制できず、低ＮＯｘおよび低ＣＯを同時に実現させることは困難であった。
これら先行技術においては、水噴霧を行う場合にも、従来から知られている焼却炉において、単に水噴霧を行っているに過ぎず、ＮＯｘの抑制効果も限定的であった。

本発明者らは、廃棄物焼却炉において水噴霧の量や噴霧位置を種々変更して繰り返し運転を行う過程で、水噴霧の量や噴霧位置を最適化するだけでは先行技術と同程度までしかＮＯｘの抑制効果を得ることができないことを見出し、水噴霧を行う燃焼場そのものについて種々の条件を設定してＮＯｘの発生量を検証し本件発明に至ったものである。
一例として、流動床焼却炉においては、流動層（砂層）内で廃棄物の１次燃焼が行われ、残余の２次燃焼がフリーボードで行われる。従来の流動床焼却炉では、砂層中での１次燃焼割合を高め、流動層温度を維持する熱源とする運用が行われていた。多くの流動床焼却炉では、フリーボードにおいて砂層中で燃え切れなかった未燃分を燃焼させて完全燃焼を促進するために燃焼用空気が供給され、炉壁にクリンカが付着生成するトラブルを回避するため、水噴霧により炉内温度の調節が行われているが、ＮＯｘの発生量は水噴霧の量や噴霧位置によって殆ど変化しなかった。

本発明者らは、流動床焼却炉において、砂層中での１次燃焼割合を減じ、流動層（砂層）内で緩やかに１次燃焼を行わせ、比較的多量の可燃ガスをフリーボードに供給し、フリーボードにおいて２次燃焼を行わせる際に、燃焼用空気とともに水噴霧を行うことにより、ＮＯｘ濃度を２０ｐｐｍ以下まで大幅に低減できることを見出した。この場合に、２次燃焼における総空気比が１．５以上と比較的高くなってもＮＯｘを十分抑制できることを確認した。更に、炉床温度を６００℃以下に低下させて、炉床において緩やかに１次燃焼を行わせることにより、１．５〜１．７程度の空気比において、ＮＯｘ濃度を２０ｐｐｍ以下までに低減するとともに、ＣＯ濃度も安定して１０ｐｐｍ程度以下に保つことができることを見出した。

本発明者らは、上記知見に基づいて、水噴霧の量や噴霧位置のみならず、水噴霧を行う燃焼場を特定の条件に設定することによりＮＯｘ濃度を低減できることを見出し、本発明の創案に至ったものである。
すなわち、本発明は、脱硝触媒設備といった新たな設備を設けることなく、またアンモニアや尿素水等の薬剤を用いることなく、水噴霧という簡便な方法によりＮＯｘ濃度の低減とＣＯ濃度の低減を同時に実現できる廃棄物の処理方法及び廃棄物焼却炉を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の廃棄物処理方法は、廃棄物を焼却炉によって焼却処理する廃棄物の処理方法において、前記焼却炉が流動床炉であり、１次空気として流動化空気量を１次空気比で０．３〜０．８になるように供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成するとともに、前記流動床炉の炉床の温度を５００〜６５０℃に維持し、生成した可燃ガスに２次燃焼用空気を吹き込むと同時に廃棄物の湿重量１トンあたり３０〜６００リットルの水を噴霧し、水噴霧は、２次燃焼用空気とともに水を吹き込むことにより２次燃焼場の燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場において可燃ガスを水分の存在下で２次燃焼させ、前記水噴霧量は、フリーボードに設けられた炉頂温度計で計測する炉頂温度が８５０℃以下とならないように調整することを特徴とする。
本発明によれば、都市ごみ、シュレッダーダスト、廃プラスチック等のガス化燃焼を主体とする廃棄物を、焼却処理する場合に、１次空気比を０．３〜０．８として廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成し、２次燃焼において２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスを燃焼させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制することができる。水噴霧は、２次燃焼用空気と共に水を吹き込むことにより２次燃焼場の燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場に水分を共存させることによりＮＯｘ生成反応を抑制する。
本発明において、空気比とは廃棄物の燃焼に必要な理論燃焼空気量に対する実際に供給される空気量の比を云う。
水噴霧量は焼却対象物の発熱量や揮発分含有量により変わるが、本発明によれば、水噴霧量が廃棄物１トン（湿重量）あたり３０〜６００リットルの範囲では、水噴霧量を増やすとともに脱硝効果が大きくなる。

一実施形態によれば、前記焼却炉が流動床炉であり、１次空気として流動化空気量を空気比で０．３〜０．８になるように供給する。
焼却炉を流動床炉とし流動化空気をこの範囲に調節することにより、２次燃焼場であるフリーボードに適度の未燃ガスおよび還元物質を供給することができ、２次燃焼用空気および水噴霧によりＮＯｘ生成反応を抑制することができる。
本発明の好ましい態様は、前記水の噴霧は、水噴霧ノズルを２次空気ノズルに内挿させて２次燃焼用空気とともに吹き込むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記水の噴霧は、２次燃焼用空気にミストを添加して２次燃焼用空気とともに吹き込むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、総空気比が０．２多くなるとＮＯｘ濃度が約２０ｐｐｍ増加するという関係から、総空気比を０．２多くしたときに増加する約２０ｐｐｍのＮＯｘ濃度増加分を、廃棄物の湿重量１トンあたり約１００リットルの水を噴霧することにより低減することを特徴とする。

一実施形態によれば、前記焼却炉が流動床炉であり、流動床に供給される流動化空気量を領域毎に差を設け、少なくとも１つの領域の流動化速度を他の領域の流動化速度より大きくし、前記他の領域に流動砂が沈降する移動層を形成し、前記少なくとも１つの領域に流動砂が上昇する流動層を形成し、前記移動層に廃棄物を供給するようにしている。
廃棄物は移動層に供給され、供給された廃棄物は移動層に飲み込まれて流動砂と共に下方に移動する。移動層中で廃棄物は熱分解し、可燃ガスと未燃物（チャー）が発生する。発生した未燃物（チャー）は、流動砂と共に流動層に向かい、流動層中で一部が燃焼して流動砂を加熱する。流動砂は流動層において、移動層で廃棄物の熱分解を適切に行うことができる温度に上昇させられる。

一実施形態によれば、前記流動床炉の炉床の温度を５００〜６５０℃に維持する。
流動床炉の炉床の温度をこの温度範囲に調節することにより、流動床内で緩やかにガス化反応を行わせ、２次燃焼場であるフリーボードに安定して可燃ガスを供給することができ、２次燃焼場において２次燃焼用空気および水噴霧によりＮＯｘ生成反応を抑制することができる。

一実施形態によれば、前記焼却炉がストーカ炉であり、当該ストーカ炉の主燃焼帯火格子の下方から廃棄物中に１次燃焼用空気を供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成し、主燃焼帯の上方に２次燃焼用空気を供給すると共に水噴霧を行うことにより水分の共存下で可燃ガスの２次燃焼を行わせる。
焼却炉としてストーカ炉を用い、ストーカの主燃焼帯火格子下から焼却対象物中に空気比が０．３〜０．８になるように１次燃焼用空気を供給することにより可燃ガスを生成し、主燃焼帯の上方の側壁から２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスの２次燃焼を行わせることができる。

一実施形態によれば、前記焼却炉は円筒状のキルンおよび前記キルンの出口に設けられた２次燃焼室を備え、前記キルン内に１次燃焼用空気を供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成し、前記２次燃焼室において前記２次燃焼用空気を供給するとともに前記水噴霧を行うことにより水分の共存下で可燃ガスの２次燃焼を行わせる。
焼却炉がキルン炉であり、円筒状のキルン内に空気比が０．３〜０．８になるように１次燃焼用空気を供給して１次燃焼を行わせることにより可燃ガスを生成し、キルン出口に接続する２次燃焼室において２次燃焼用空気の供給とともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスの２次燃焼を行わせることができる。

一実施形態によれば、前記焼却炉は廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成する１次炉と前記可燃ガスを２次燃焼させる２次炉とを備えたガス化燃焼炉であり、前記１次炉において１次燃焼用空気を供給して可燃ガスを生成し、前記２次炉において前記２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧を行うことにより水分の共存下で可燃ガスの２次燃焼を行わせる。
焼却炉が１次炉と２次炉とからなるガス化燃焼炉であり、１次炉において空気比が０．３〜０．８になるように１次燃焼用空気を供給して可燃ガスを生成し、２次炉において２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスの２次燃焼を行わせることができる。

本発明の焼却炉は、廃棄物を焼却処理する焼却炉において、前記焼却炉が流動床炉であり、廃棄物から可燃ガスを生成させる１次燃焼部と、生成した可燃ガスを燃焼させる２次燃焼部と、前記１次燃焼部に空気を供給する１次燃焼用空気供給手段と、前記２次燃焼部に空気を供給する２次燃焼用空気供給手段と、前記２次燃焼部に水噴霧を行う水噴霧手段とを備え、前記１次燃焼用空気供給手段により、１次空気として流動化空気量を空気比で０．３〜０．８になるように１次燃焼部に供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成するとともに、前記流動床炉の炉床の温度を５００〜６５０℃に維持し、前記２次燃焼部において可燃ガスに前記２次燃焼用空気供給手段および前記水噴霧手段から２次燃焼用空気を吹き込むと同時に廃棄物の湿重量１トンあたり３０〜６００リットルの水を噴霧し、水噴霧は、２次燃焼用空気とともに水を吹き込むことにより２次燃焼場の燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場において可燃ガスを水分の存在下で２次燃焼させるようにし、前記水噴霧量は、フリーボードに設けられた炉頂温度計で計測する炉頂温度が８５０℃以下とならないように調整するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、都市ごみ、シュレッダーダスト、廃プラスチック等のガス化燃焼を主体とする廃棄物を、焼却処理する場合に、１次空気比を０．３〜０．８として廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成し、２次燃焼において２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスを燃焼させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制することができる。水噴霧は、２次燃焼用空気と共に水を吹き込むことにより２次燃焼場の燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場に水分を共存させることによりＮＯｘ生成反応を抑制する。

本発明によれば、水噴霧量が廃棄物１トン（湿重量）あたり３０〜６００リットルの範囲では、水噴霧量を増やすとともに脱硝効果が大きくなる。

本発明の好ましい態様は、前記２次燃焼用空気供給手段に前記水噴霧手段を内挿させて２次燃焼用空気とともに水を吹き込むことを特徴とする。
本発明によれば、燃焼用空気を供給する吹込み管に水噴霧を行う水噴霧装置を内挿することにより、燃焼用空気の供給とともに水噴霧を行うことができ、２次燃焼場に過不足なく水を供給することができるため、燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場に水分が供給され、ＮＯｘ生成反応を抑制する。
本発明の好ましい態様は、前記水噴霧手段は、２次燃焼用空気にミストを添加することを特徴とする。

一実施形態によれば、前記焼却炉は流動床焼却炉であり、前記１次燃焼用空気供給手段により前記流動床に流動化空気を供給することにより廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成し、前記２次燃焼用空気供給手段によりフリーボードに２次燃焼用空気を供給するとともに前記水噴霧手段によりフリーボードに水噴霧を行い、可燃ガスを水分の共存下で燃焼させるようにしている。
廃棄物焼却炉が流動床焼却炉であり、１次燃焼用空気供給手段により流動床に流動化空気を供給することにより流動床の砂中空気比を０．３〜０．８として廃棄物の部分燃焼を行わせて可燃ガスを生成し、２次燃焼用空気供給手段によりフリーボードに２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧手段によりフリーボードに水噴霧を行い、フリーボードにおいて可燃ガスを水分の存在下で燃焼させることができる。

一実施形態によれば、前記流動床の温度を５００〜６５０℃に維持する。
流動床の温度をこの温度範囲に調節することにより、流動床内で緩やかにガス化反応を行わせ、２次燃焼場であるフリーボードに安定して可燃ガスを供給することができ、２次燃焼場において２次燃焼用空気および水噴霧によりＮＯｘ生成反応を抑制することができる。

一実施形態によれば、前記流動床に供給される流動化空気量を領域ごとに差を設け、少なくとも１つの領域の流動化速度を他の領域の流動化速度より大きくし、前記他の領域に流動砂が沈降する移動層を形成し、前記少なくとも１つの領域に流動砂が上昇する流動層を形成し、前記移動層に廃棄物を供給するようにしている。
廃棄物を移動層に供給し、供給された廃棄物を移動層に飲み込ませ流動砂と共に下方に移動させる。移動層中で廃棄物を熱分解し、可燃ガスと未燃物（チャー）を発生させる。発生した未燃物（チャー）は、流動砂と共に流動層に向かい、流動層中で一部が燃焼して流動砂を加熱する。流動砂は流動層において、移動層で廃棄物の熱分解を適切に行うことができる温度に上昇させられる。

一実施形態によれば、前記焼却炉が主燃焼帯火格子を備えたストーカ炉であり、前記主燃焼帯火格子の下方から廃棄物中に前記１次燃焼用空気供給手段により１次燃焼用空気を供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成させるとともに、燃焼室内の主燃焼帯の上方に前記２次燃焼用空気供給手段により２次燃焼用空気を供給するとともに前記水噴霧手段により水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスの２次燃焼を行わせる。
焼却炉としてストーカ炉を用い、ストーカの主燃焼帯火格子下から焼却対象物中に空気比が０．３〜０．８になるように１次燃焼用空気を供給することにより可燃ガスを生成し、主燃焼帯の上方の側壁から２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスの２次燃焼を行わせることができる。

一実施形態によれば、前記焼却炉は円筒状のキルンおよび前記キルンの出口に２次燃焼室を備え、キルン内に前記１次燃焼用空気供給手段により１次燃焼用空気を供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成させるとともに、前記２次燃焼室において前記２次燃焼用空気供給手段により２次燃焼用空気を供給するとともに前記水噴霧手段により水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスを２次燃焼させる。
焼却炉がキルン炉であり、円筒状のキルン内に空気比が０．３〜０．８になるように１次燃焼用空気を供給して１次燃焼を行わせて可燃ガスを生成し、キルン出口に接続する２次燃焼室において２次燃焼用空気の供給とともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスを２次燃焼させることができる。

一実施形態によれば、前記焼却炉は廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成する１次炉と前記可燃ガスを２次燃焼させる２次炉とを備えたガス化燃焼炉であり、前記１次炉において前記１次燃焼用空気供給手段により１次燃焼用空気を供給して可燃ガスを生成させるとともに、前記２次炉において前記２次燃焼用空気供給手段により２次燃焼用空気を供給するとともに前記水噴霧手段により水噴霧を行うことにより水分の共存下で可燃ガスを２次燃焼させる。
焼却炉が１次炉と２次炉とからなるガス化燃焼炉であり、１次炉において空気比が０．３〜０．８になるように１次燃焼用空気を供給して可燃ガスを生成させ、２次炉において２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧を行うことにより水分の存在下で可燃ガスを２次燃焼させることができる。

本発明によれば、脱硝触媒設備といった新たな設備を設けることなく、またアンモニア等の薬剤を使用することもなく、水噴霧という簡便な方法でＮＯｘ濃度を２０ｐｐｍ以下、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減することができ、低ＮＯｘおよび低ＣＯを同時に実現できるという効果を奏する。

本発明により、更に以下の付随的な効果が得られる。
（１）脱硝触媒が不要で、水噴霧のみで脱硝を行えるので、アンモニアや尿素水等の脱硝用の薬剤貯留設備および薬剤添加装置を設ける必要がなく、設備が簡素で安価になる。
（２）脱硝触媒は排ガス除じん設備の下流に設置されるが、触媒活性をあげ、被毒成分である酸性硫安の生成を抑制するために、除じん後の排ガスを蒸気等により再加熱して酸性硫安が生成しない温度（２１０℃程度）にまで上昇させた後に触媒に導入させているが、触媒を使用する必要がないため、設備フローにおいて、焼却炉以降、順次温度が下がっていく合理的なシステムとすることができ、余分な蒸気の消費を不要として、熱回収の最大化と高度排ガス処理を同時に実現できる。
（３）熱回収の最大化とともに、排ガス再加熱等の余分な蒸気の消費を不要とすることにより、発電の最大化が可能となり、売電収入を最大化でき、薬剤費用が削減され、触媒交換費用が削減される結果、施設の維持管理費用を大幅に削減できる。
（４）既存の焼却炉においても、燃焼用空気の調整と水噴霧装置の増設を行うだけで本発明を実施できるため、既存施設の大幅な機能改善を安価に行うことができる。

図１は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態である流動床焼却炉を示す縦断面図である。 図２は図１のII-II線断面図である。 図３は、本発明の流動床焼却炉の他の実施形態を示す縦断面図である。 図４は図３のIV-IV線断面図である。 図５は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態であるストーカ炉を示す縦断面図である。 図６は図５のVI-VI線断面図である。 図７は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態であるキルンストーカ炉を示す縦断面図である。 図８は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態であるガス化燃焼炉を示す縦断面図である。 図９（ａ），（ｂ）は、焼却炉から排出される排ガスの処理フローを示すブロック図であり、図９（ａ）は従来の処理フローを示し、図９（ｂ）は本発明の処理フローを示す。 図１０は試験を実施した施設の処理フローを示す。 図１１は図３に示す流動床焼却炉にて試験を行った結果を示す表である。 図１２（ａ）及び（ｂ）は、図３に示す流動床焼却炉にて試験を行った結果を示す表である。 図１３は、総空気比とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。 図１４は、炉内水噴霧量とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。 図１５は、総空気比とＣＯ濃度との関係を示す図である。

以下、本発明に係る廃棄物の処理方法及び廃棄物焼却炉の実施形態を図１乃至図１５を参照して説明する。図１乃至図１５において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態である流動床焼却炉を示す縦断面図である。図２は図１のII−II線断面図である。図１および図２に示すように、流動床焼却炉１は、廃棄物を処理する炉本体２と、導入した廃棄物を熱分解し一部を燃焼させる流動床３と、流動床３を支える床板４とを備えている。流動床３は、典型的には珪砂等の砂である流動媒体が集積して形成された砂層である。炉本体２内の流動床３の上方にある空間はフリーボード７になっている。炉本体２は、炉床の水平断面が円形に形成された円筒状の炉本体からなっている。炉本体２の底部には、円筒状の炉本体の中心部に不燃物排出口５が設けられている。なお、炉本体２は、炉床の水平断面が矩形に形成された略四角筒形状であってもよい。

炉本体２の底部にある床板４は不燃物排出口５を中心として概略逆円錐状（すり鉢状）に形成されており、床板４には流動化ガスとしての流動化空気を炉内に噴出するための多数の散気ノズル（図示せず）が配置されている。炉本体２の炉壁には廃棄物を炉内に投入するための供給シュート３７が形成されており、炉本体２の頂部には排ガスを排出する排気口６が形成されている。

図１および図２に示すように、炉本体２の炉壁には、複数の２次燃焼用空気吹込ノズル８が設置されている。２次燃焼用空気吹込ノズル８は、フリーボード７に設ければ、２次燃焼用空気の吹き込みにより可燃ガスの２次燃焼が行われるので、２次燃焼用空気吹込ノズル８の設置位置は制限されるものではないが、フリーボードのなるべく低い位置に設け、炉壁の円周方向の２箇所以上の複数箇所から２次燃焼用空気を吹き込み、フリーボード容量を有効に活用して２次燃焼のために滞留時間を確保できるようにするのがよい。２次燃焼用空気吹込ノズル８には水噴霧ノズル９が内挿されており、２次燃焼用空気吹込ノズル８から２次燃焼用空気を吹き込むときに同時に水噴霧ノズル９から水噴霧を行うことができるようになっている。水噴霧ノズル９は水のみを噴霧する１流体ノズルまたは空気と水とを噴霧する２流体ノズルのいずれを使用してもよい。

図１および図２に示すように構成された流動床焼却炉１において、廃棄物は供給シュート３７から流動床３に供給される。このとき、床板４の散気ノズルからは、流動床３の全体に亘って均一な空気量の流動化空気が噴出されるようになっており、流動床３は、流動媒体が上下に活発に流動する、流動層となる。流動床３には、流動化空気（１次空気）を砂中空気比が０．３〜０．８、好ましくは０．５〜０．８、更に好ましくは０．５〜０．７となるように供給し、流動床３の温度は砂層中に挿入された炉床温度計３８で計測されるが、５００〜６５０℃、好ましくは５５０℃〜６００℃に維持する。
炉内に供給された廃棄物は流動床３内で熱分解され、一部が燃焼して可燃ガスが発生するが、この際、砂中空気比が０．３以下では可燃ガスの生成量が過大となり２次燃焼の割合が大きくなりすぎＮＯｘ低減のために必要な水噴霧量が多くなりすぎる。また、砂中空気比が０．８以上となると２次燃焼割合が小さくなりすぎて水噴霧によるＮＯｘ低減の効果が著しく減少する。
熱分解速度を抑えて可燃ガスを安定して生成するには炉床温度は低い方が良く、炉床温度が６５０℃を越えると、廃棄物の乾燥、熱分解の速度が速くなり、廃棄物の質や量の変動により可燃ガスの生成量が変動し、水噴霧量が一定の場合にＮＯｘ削減効果が変動しやすくなる。逆に、炉床温度が５００℃以下と低くなりすぎると、熱分解が抑制され、可燃ガスの生成が抑制されるとともに、廃棄物の水分が一時的に大きくなると炉床温度が低下し熱分解が抑制され、未燃物質の炉床内での燃焼が抑えられ、炉床温度が急激に低下しすぎて炉床温度の維持が困難になることがある。
流動床３の温度は、流動化空気の空気量を調整するか、又は炉床に水を供給すること（炉床注水）により制御される。

また、フリーボード７には、２次燃焼用空気吹込みノズル８から２次燃焼用空気を吹き込む。このとき、２次燃焼用空気は空気単独で吹き込んでもよいし、空気と排ガスの混合ガスとして吹き込んでもよい。これと併行して、２次燃焼用空気吹込みノズル８に内挿された水噴霧ノズル９からフリーボード７に水噴霧を行う。このときの水噴霧量は、廃棄物１トン（t）あたり３０〜６００リットル（Ｌ）であり、好ましくは廃棄物１トンあたり５０〜３００リットルである。水噴霧量が３０Ｌ／廃棄物１ｔ未満では脱硝効果が得にくく、水噴霧量を増やすとともに脱硝効果が大きくなるが、水噴霧量の増加に伴い脱硝効果は頭打ちとなり６００Ｌ／廃棄物１ｔ以上では殆ど脱硝効果は変わらない。水噴霧量が増えると燃焼温度が低下し、不完全燃焼によりＣＯ等が生成するため、上限値を６００Ｌ／廃棄物１ｔとし、フリーボードに設けられた炉頂温度計３９で計測する炉頂温度が８５０℃以下とならないように焼却対象物の発熱量および総空気比から水噴霧量を決定する。２次燃焼用空気吹き込みはＣＯの発生を抑制するために総空気比が１．２以上となるようにするのが良く、熱回収の観点から１．８程度以下とするのが良い。
フリーボードへの水噴霧は、２次燃焼用空気と共に吹き込むことにより２次燃焼場に過不足なく水を供給することができるため、燃焼温度を下げると共に、水分の共存下で２次燃焼が行われ、ＮＯｘ生成反応を抑制する。水噴霧の方法として、上記水噴霧ノズルを使用するほか、２次燃焼用空気にミストを添加しても良い。

水噴霧ノズル９を２次燃焼用空気吹き込みノズル８に内挿する場合に水噴霧ノズル９の先端部分は２次燃焼用空気吹き込みノズル８の先端から幾分外側に突き出すようにしてもよい。また、水噴霧ノズル９を２次燃焼用空気吹き込みノズル８とは別個に設けて、２次燃焼用空気吹き込み先の２次燃焼場に水噴霧が行われるようにしても良い。
１箇所の２次燃焼用空気吹き込みノズル８に挿入される水噴霧ノズル９の本数は１本だけではなく２本以上にしてもよい。
水噴霧ノズル９を２次燃焼用空気吹き込みノズル８に内挿させる方が、燃焼用空気と噴霧水を同時に２次燃焼場に確実に供給することができるとともに、水噴霧ノズルを保護し損傷を回避することができるため好ましい。

図３は、本発明の流動床焼却炉の他の実施形態を示す縦断面図である。図４は図３のIV-IV線断面図である。図３および図４に示すように、流動床焼却炉１１は、廃棄物を処理する炉本体１２と、導入した廃棄物を熱分解し一部を燃焼させる流動床１３と、流動床１３を支える床板１４とを備えている。流動床１３は、典型的には珪砂等の砂である流動媒体が集積して形成された砂層である。炉本体１２は、概ね水平断面が矩形に形成された略四角筒形状の炉本体からなっている。炉本体１２内の流動床１３の上方にある空間はフリーボード１７になっている。

図３に示すように、略四角筒形状の炉本体１２は、一部が内側に窪んだ対向する一対の側壁２１ａ，２１ａと、一対の側壁２１ａ，２１ａに接続された対向する一対の側壁（図４中２１ｂ）とから構成されている。炉本体１２の窪みは、側壁２１ａ，２１ａが下方から上方に向かって炉本体１２の内側に傾斜した傾斜部２１Ｓ１と、傾斜部２１Ｓ１の上方に設けられ下方から上方に向かって外側に傾斜した傾斜部２１Ｓ２とによって形成されている。傾斜部２１Ｓ１は、上昇する流動媒体が炉本体１２の内部側に反転しやすくなるデフレクタとして機能する。

炉本体１２の側壁２１aには廃棄物を炉内に投入するための投入口（図示せず）が形成されており、炉本体１２の頂部には排ガスを排出する排気口１６が形成されている。炉本体１２内に設置された床板１４は、中央が高く、両側縁に向かうにつれ徐々に低くなった山形状をなしている。そして、床板１４の両側縁と側壁２１ａ，２１ａとの間には、不燃物排出口１５，１５が形成されている。床板１４は中央が最も高く、両側縁に向かうにつれて徐々に低くなるような下り勾配を有して設けられている。床板１４は、図３において紙面に直交する方向には傾斜はなく平面になっている。床板１４には、流動化ガスとしての流動化空気を炉内に噴出するための多数の散気ノズルが配置されている。

図３に示すように、床板１４の下方には、床板１４から間隔をあけて底板２７が設けられており、床板１４と底板２７との間の空間は、床板１４から底板２７まで延びる３つの仕切板２４によって４つの空間に分割されている。このように床板１４と底板２７との間の空間が３つの仕切板２４で分割されることにより、床板１４の下方に、中央部の２つの空気箱２５，２５と両側部の２つの空気箱２６，２６が形成されることとなる。図３において、中央部の２つの空気箱２５，２５を形成する２つの床板と両側部の２つの空気箱２６，２６を形成する２つの床板とを峻別するために、空気箱２５，２５用の床板を床板１４Ａ，１４Ａと表し、空気箱２６，２６用の床板を床板１４Ｂ，１４Ｂと表す。

図３に示すように、４つの空気箱２５，２５，２６，２６には、炉外から流動化空気を導く空気管３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂがそれぞれ接続されている。空気管３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂには、内部を流れる空気流量を調節する調節弁Ｖ１−１，Ｖ１−２，Ｖ２−１，Ｖ２−２がそれぞれ配設されている。４つの空気管３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは最上流部で合流して１つの空気管３５となり、空気管３５には流動化空気を圧送する空気ブロワ３６が配設されている。なお、４つの空気管３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂにそれぞれブロワを設けてもよい。

図３および図４に示すように、炉本体１２の側壁には、複数の２次燃焼用空気吹込ノズル１８が設置されている。２次燃焼用空気吹込ノズル１８は、フリーボード１７に２次燃焼用空気を吹き込むことにより可燃ガスを燃焼させるためのノズルである。２次燃焼用空気吹込ノズル１８は側壁の２箇所以上の複数箇所から２次燃焼用空気を吹き込むようになっている。２次燃焼用空気吹込ノズル１８には水噴霧ノズル１９が内挿されており、２次燃焼用空気吹込ノズル１８から２次燃焼用空気を吹き込むときに同時に水噴霧ノズル１９から水噴霧を行うことができるようになっている。

水噴霧ノズル１９を２次燃焼用空気吹き込みノズル１８に内挿する場合に水噴霧ノズル１９の先端部分は２次燃焼用空気吹き込みノズル１８の先端から幾分外側に突き出ていてもよい。また、水噴霧ノズル１９を２次燃焼用空気吹き込みノズル１８とは別個に設けて、２次燃焼用空気吹き込み先の２次燃焼場に水噴霧が行われるようにしても良い。
１箇所の２次燃焼用空気吹き込みノズル１８に挿入される水噴霧ノズル１９の本数は１本だけではなく２本以上でもよい。
水噴霧ノズル１９を２次燃焼用空気吹き込みノズル１８に内挿させる方が、燃焼用空気と噴霧水を同時に２次燃焼場に確実に供給することができるとともに、水噴霧ノズルを保護し損傷を回避することができるため好ましい。
水噴霧の方法としては、上記水噴霧ノズルを使用するほか、２次燃焼用空気にミストを添加しても良い。

図３および図４に示すように構成された流動床焼却炉１１において、調節弁Ｖ１−１，Ｖ１−２の開度を調節して空気管３１Ａ，３１Ｂを流れる空気流量を調節することにより、中央部の２つの床板１４Ａ，１４Ａに配置された散気ノズルからは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化空気を噴出する。その結果、中央部の２つの床板１４Ａ，１４Ａの上方に流動媒体が比較的ゆっくりした速度で流動する弱流動化域を形成する。また、調節弁Ｖ２−１，Ｖ２−２の開度を調節して空気管３２Ａ，３２Ｂを流れる空気流量を調節することにより、両側部の２つの床板１４Ｂ，１４Ｂに配置された散気ノズルからは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化空気を噴出する。その結果、両側部の２つの床板１４Ｂ，１４Ｂの上方に流動媒体が活発に流動する強流動化域を形成する。

中央部の２つの床板１４Ａ，１４Ａの上方に形成された弱流動化域と、両側部の２つの床板１４Ｂ，１４Ｂの上方に形成された強流動化域とがそれぞれ相隣接して存在する結果、弱流動化域で流動媒体が比較的ゆっくりした速度で上方から下方に移動する移動層２２が形成されて、強流動化域で流動媒体が下方から上方に移動する流動層２３が形成される。したがって、弱流動化域と強流動化域とが相隣接する領域全体においては、流動媒体が、下部では移動層２２から流動層２３へ、上部では流動層２３から移動層２２へ移動することで、移動層２２と流動層２３との間を流動媒体が循環する循環流が左右に形成される。

炉内に供給された廃棄物は移動層２２に飲み込まれて流動媒体と共に下方に移動する。移動層２２中で廃棄物は乾燥・熱分解し、可燃ガスが発生する。熱分解によって発生した未燃物（チャー）は、流動媒体と共に流動層２３に向かい、流動層２３中で一部が燃焼して流動媒体を加熱する。流動媒体（流動砂）は、流動層２３において、移動層２２に循環したときに廃棄物の乾燥・熱分解を適切に行うことができる温度に上昇させられる。移動層２２および流動層２３からなる流動床１３には、流動化空気（１次空気）を砂中空気比が０．３〜０．８、好ましくは０．５〜０．８となるように供給し、流動床１３の温度は、炉床温度計２８で計測され、５００〜６５０℃、好ましくは５５０〜６００℃に維持する。これら砂中空気比及び炉床温度の範囲とする意味は、前述したとおりである。

また、フリーボード１７には、２次燃焼用空気吹込みノズル１８から２次燃焼用空気を吹き込む。このとき、２次燃焼用空気は空気単独で吹き込んでもよいし、空気と排ガスの混合ガスとして吹き込んでもよい。これと併行して、２次燃焼用空気吹込みノズル１８に内挿された水噴霧ノズル１９からフリーボード１７に水噴霧を行う。このときの水噴霧量は、廃棄物１トン（t）あたり３０〜６００リットル（Ｌ）であり、好ましくは廃棄物１トンあたり５０〜３００リットルである。水噴霧量が増えると燃焼温度が低下し、不完全燃焼によりＣＯ等が生成するため、上限値を６００Ｌ／廃棄物１ｔとし、フリーボードに設けられた炉頂温度計２９で計測される炉頂温度が８５０℃以下とならないように焼却対象物の発熱量および総空気比から水噴霧量を決定する。２次燃焼用空気吹き込みはＣＯの発生を抑制するために総空気比が１．２以上となるようにするのが良く、熱回収の観点から１．８程度以下とするのが良い。
フリーボードへの水噴霧は、２次燃焼用空気と共に水を吹き込むことにより２次燃焼場に過不足なく水を供給することができるため、燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場に水分を共存させることによりＮＯｘ生成反応を抑制する。水噴霧の方法として、上記水噴霧ノズルを使用するほか、２次燃焼用空気にミストを添加しても良い。

図５は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態であるストーカ炉を示す縦断面図である。図６は図５のVI−VI線断面図である。ただし、図６ではストーカ炉の上部の側壁４５の図示を一部省略している。
図５および図６に示すように、廃棄物はストーカ炉４１に設けられた供給シュート４７から供給され、供給シュート４７の下部に設けられた廃棄物供給プッシャー４３により炉内に供給される。炉内に供給された廃棄物は、火格子群４４の往復動により乾燥帯の火格子群４４Ａ、主燃焼帯の火格子群４４Ｂおよび後燃焼帯の火格子群４４Ｃに順次攪拌されながら送られる。乾燥帯において図示しない空気ブロアから空気供給管５５を経て火格子４６の下方から廃棄物中に予熱された乾燥用空気が調節弁５１Ａの開度に応じて供給され、廃棄物は水分が蒸発して乾燥され温度の上昇とともに揮発分が揮発し始める。主燃焼帯においては火格子４６の下方から廃棄物中に１次燃焼用空気が調節弁５１Ｂの開度に応じて供給され、廃棄物の一部は燃焼して可燃ガスが生成する。主燃焼帯に供給する１次燃焼用空気は空気比で０．３〜０．８とし可燃ガスを生成させるようにされる。主燃焼帯の上方に設けられた燃焼室５７において、生成された可燃ガス中に炉の両側壁４５に複数個設けられた２次燃焼用空気吹込ノズル４８から２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧ノズル４９により廃棄物１トン（t）あたり３０〜６００リットルの水噴霧を行うことにより、水分の存在下で２次燃焼が行われ、ＮＯｘ生成を抑制する。水噴霧量が増えると燃焼温度が低下し、不完全燃焼によりＣＯ等が生成するため、上限値を６００Ｌ／廃棄物１ｔとし、燃焼室に設けられた炉頂温度計５９で計測される炉頂温度が８５０℃以下とならないように焼却対象物の発熱量および総空気比から水噴霧量を決定する。２次燃焼用空気吹き込みはＣＯの発生を抑制するために総空気比が１．２以上となるようにするのが良く、熱回収の観点から１．８程度以下とするのが良い。なお、主燃焼帯で一部燃焼後に残った未燃分を含む廃棄物は後燃焼帯に送られ、さらに火格子４６の下方から廃棄物中に後燃焼用空気が調節弁５１Ｃの開度に応じて供給され、廃棄物中の未燃分が燃焼して、後燃焼帯の火格子群４４Ｃの下流端から不燃物を含む燃え殻となって排出される。ストーカ炉４１において一次燃焼用空気の空気比の範囲を０．３〜０．８とする意味は、上述の流動床焼却炉１の場合と同様である。

水噴霧は基本的に前述した流動床焼却炉と同様の構成により行う。したがって、２次燃焼用空気吹込ノズル４８に水噴霧ノズル４９を内挿するか、または２次燃焼用空気にミストを添加して行っても良い。２次燃焼用空気吹込ノズル４８により２次燃焼用空気とともに排ガス等を循環して供給することもある。

図７は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態であるキルンストーカ炉を示す縦断面図である。
図７に示すように、キルンストーカ炉７２は円筒状のキルン６１とキルン６１の出口に設けられたストーカ炉６２とを備え、ストーカ炉６２は２次燃焼室６３を備えている。廃棄物はキルン６１の入り口に設けられた供給シュート６７からキルン６１内に投入される。キルン６１は入り口より出口に向けて下降するように傾斜しており、キルン６１に投入された廃棄物はキルン６１の回転によりキルン６１の入り口から出口に向かって送られる。キルン入り口には起動用バーナとともに１次燃焼用空気供給ノズル６５及び燃料供給ノズル６６が設けられており、キルン６１内に１次燃焼用空気を供給して前記廃棄物の一部を燃焼させる。本実施形態においては、前記１次燃焼用空気供給ノズル６５から供給する１次燃焼用空気を空気比で０．３〜０．８とし廃棄物の一部を燃焼させ可燃ガスを生成させるようにされる。キルン出口に設けられた２次燃焼室６３には２次燃焼用空気供給ノズル６８及び水噴霧ノズル６９が設けられており、２次燃焼用空気吹込ノズル６８により２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧ノズル６９により廃棄物１トン（t）あたり３０〜６００リットルの水噴霧が行われ、水分の存在下で可燃ガスの２次燃焼が行われてＮＯｘ生成が抑制される。水噴霧量が増えると燃焼温度が低下し、不完全燃焼によりＣＯ等が生成するため、上限値を６００Ｌ／廃棄物１ｔとし、２次燃焼室に設けられた炉頂温度計７１で計測される炉頂温度が８５０℃以下とならないように焼却対象物の発熱量および総空気比から水噴霧量を決定する。２次燃焼用空気吹き込みはＣＯの発生を抑制するために総空気比が１．２以上となるようにするのが良く、熱回収の観点から１．８程度以下とするのが良い。キルンストーカ炉７２において一次燃焼用空気の空気比の範囲を０．３〜０．８とする意味は、上述の流動床焼却炉１の場合と同様である。

水噴霧は基本的に前述した流動床焼却炉と同様の構成により行う。したがって、２次燃焼用空気吹込ノズル６８に水噴霧ノズル６９を内挿するか、または２次燃焼用空気にミストを添加して行っても良い。２次燃焼用空気吹込ノズル６８により２次燃焼用空気とともに排ガス等を循環して供給することもある。

図８は、本発明の廃棄物焼却炉の一実施形態であるガス化燃焼炉を示す縦断面図である。
図８に示すように、ガス化燃焼炉８１は、廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成する１次炉（ガス化室）８２と、前記可燃ガスを２次燃焼させる２次炉（ガス燃焼室）８３とを備え、廃棄物は図示しないダブルダンパ等を介して１次炉８２に設けられた供給シュート８７から１次炉８２に投入される。１次炉８２において１次燃焼用空気供給管８５から１次燃焼用空気を供給して廃棄物の一部が燃焼し可燃ガスを生成する。本件発明においては１次燃焼用空気供給管８５から供給する１次燃焼用空気は空気比で０．３〜０．８とし前記廃棄物の一部を燃焼させ可燃ガスを生成させるようにされる。

図８においては、１次炉８２の火格子８６を固定床としているので１次炉８２の側壁に設けた図示しないマンホールから不燃物を含む燃え殻を排出するが、火格子を稼動させ燃え殻を自動的に排出するようにしてもよい。
１次炉８２で生成した可燃ガスは２次炉８３において２次燃焼用空気吹込ノズル８８により２次燃焼用空気を供給するとともに水噴霧ノズル８９により廃棄物１トン（t）あたり３０〜６００リットルの水噴霧が行われ、水分の存在下で可燃ガスの２次燃焼が行われてＮＯｘ生成が抑制される。水噴霧量が増えると燃焼温度が低下し、不完全燃焼によりＣＯ等が生成するため、上限値を６００Ｌ／廃棄物１ｔとし、２次炉に設けられた炉頂温度計８４で計測される炉頂温度が８５０℃以下とならないように焼却対象物の発熱量および総空気比から水噴霧量を決定する。２次燃焼用空気吹き込みはＣＯの発生を抑制するために総空気比が１．２以上となるようにするのが良く、熱回収の観点から１．８程度以下とするのが良い。ガス化燃焼炉８１において一次燃焼用空気の空気比の範囲を０．３〜０．８とする意味は、上述の流動床焼却炉１の場合と同様である。
水噴霧は基本的に前述した流動床焼却炉と同様の構成により行う。したがって、２次燃焼用空気吹込ノズル８８に水噴霧ノズル８９を内挿するか、または２次燃焼用空気にミストを添加して行っても良い。

図９（ａ），（ｂ）は、焼却炉から排出される排ガスの処理フローを示すブロック図であり、図９（ａ）は従来の処理フローを示し、図９（ｂ）は本発明の処理フローを示す。図９（ａ）に示すように、従来は、ＮＯｘを５０ｐｐｍ以下にする場合には、焼却炉から排出される排ガスは排ガス冷却設備にて２００℃以下に冷却（減温・熱回収）した後、バグフィルタからなる除じん設備により除じんし、再加熱器で２１０℃程度に再加熱して触媒塔に導入している。除じん設備の上流で排ガス中に消石灰および活性炭等の薬剤を添加し、ＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスおよびダイオキシン類を除去し、触媒塔の入り口でアンモニアを添加し、触媒塔内で触媒によりアンモニアとＮＯｘを選択的に反応させてＮＯｘを分解させている。バグフィルタからなる除じん設備における酸性ガスおよびダイオキシン類の除去効率は低温ほど効率が向上することと、熱回収効率を向上させるため、最新の設備では、除じん設備の入り口排ガス温度は１８０℃以下程度まで減温されていることが多い。一方、触媒塔の分解効率は温度が高いほど向上すること及び酸性硫安による触媒の被毒が低温になるほど進行しやすいことから、除じん設備を出た排ガスを回収蒸気を使用して２１０℃程度に再加熱している。この再加熱における蒸気使用が発電効率を低下させる一因となっており、近年では低温活性触媒の使用や、除じん設備の上流の添加薬剤に重曹を用いてＳＯｘの除去率を上げ、酸性硫安の生成を防止する等の対応がなされている。

これに対して、本発明によれば、焼却炉においてＮＯｘの生成を２０ｐｐｍ以下に抑制することができるため、図９（ｂ）に示すように、排ガス処理系統には触媒塔を設ける必要がない。図９（ｂ）に示すように、焼却炉から排出される排ガスは排ガス冷却設備にて２００℃以下に冷却（減温・熱回収）した後、バグフィルタからなる除じん設備により除じんし、除じん設備の上流で消石灰等の薬剤を添加し、ＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスを除去すればよい。更に、ダイオキシン類や水銀等の有害物質を高効率で除去する場合には、除じん設備の下流に活性炭塔を設置すればよい。バグフィルタからなる除じん設備における酸性ガスの除去効率は低温ほど効率が向上し、活性炭塔の有害物質除去機能も低温ほど効率が向上するため、熱回収効率を上げて除じん設備の入り口排ガス温度を１８０℃以下まで低下させる合理的なフローが組める。

次に、図１０にフローを示す施設において、図３に示す流動床焼却炉にて試験を行った結果を図１１に示す。廃棄物は都市ごみを使用した。試験結果は、特記する場合を除いて、各試験における安定した１時間のデータの平均値を示している。ＮＯｘ濃度およびＣＯ濃度は煙突において赤外線分析計で連続測定し、磁気式酸素濃度計の酸素濃度を用いて酸素１２％換算濃度としている。
Ｒｕｎ０におけるデータは従来の運転条件により得られたデータである。従来の通常運転では、流動化空気量が空気比で０．９と多く、炉床温度も６３０℃とやや高めである。炉頂温度を９００℃程度に炉頂水噴霧により調節しているが、噴霧水量は３０Ｌ／ごみｔと少ない量である。２次燃焼用空気吹き込みにより総空気比は１．７であり、ＣＯ濃度は０ｐｐｍであるが、ＮＯｘ濃度は８２ｐｐｍであった。

Ｒｕｎ１に示すデータは本発明による流動床焼却炉を用いて試験を行った結果である。この試験運転においては流動化空気による１次空気比を０．５６に抑制することにより、炉内圧変動の周期が長くなり炉床温度が５７５℃に低下し、熱分解および一部の燃焼反応が緩慢になった。
Ｒｕｎ１では、熱分解および一部の燃焼の緩慢化とともに、砂中空気比および総空気比を低減させた、すなわち１次空気比（砂中空気比）は０．５６であり、総空気比は１．５程度であった。
２次空気吹き込み口から炉内水噴霧を２００Ｌ／ごみｔ程度行うことにより、ＮＯｘ濃度はＲｕｎ０の８２ｐｐｍからＲｕｎ１では２６ｐｐｍに大幅に減少した。ＣＯ濃度の平均値は１．８ｐｐｍであった。

本発明による運転であるＲｕｎ１の例では、流動化を抑制し緩慢な燃焼にすることにより、押し込み送風機で１２〜１４％、誘引送風機で約３０％の消費動力を削減することができた。

Ｒｕｎ２に示すデータは本発明による流動床焼却炉の別の試験結果である。Ｒｕｎ２では１次空気比は０．５５であるが２次燃焼における総空気比は１．７である。
炉床温度は６００℃で炉頂温度は８８０℃である。
２次空気吹き込み口から炉内水噴霧を２５０Ｌ／ごみｔ程度行うことにより、ＮＯｘ濃度は１３ｐｐｍに抑制され、ＣＯ濃度も９．６ｐｐｍであった。

このように本発明による流動床焼却炉においては、炉床で乾燥、熱分解および一部の燃焼が緩やかに行われ、フリーボードには一様な燃焼場が形成される。流動空気量を抑制して流動床内燃焼割合を抑えて可燃ガスを生成し、フリーボードにおいて２次燃焼用空気と同時に水を噴霧して可燃ガスの２次燃焼を行わせることにより、ＮＯｘ生成を抑制するのにきわめて有効に作用したものと考えられる。

上述した試験結果から以下のことが確認できた。
１．砂中空気比を０．５５〜０．５６程度とし総空気比を１．５〜１．７程度として炉内に２次燃焼用空気と共に２００〜２５０Ｌ/ごみｔの注水を行うことにより、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下とすると同時に、ＮＯｘ濃度を３０ｐｐｍ以下とすることができた。
２．流動空気量を抑制し、ガス化の緩慢化を促進させると共に、総空気比を１．５程度に抑制し、押し込み送風機で１２〜１４％、誘引送風機で約３０％の消費動力を削減できた。

図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１０にフローを示す設備の図３に示す流動床焼却炉において試験を行った結果を示すものである。
ＮＯｘ濃度およびＣＯ濃度の測定方法は前述した方法と同一であるが、図１２におけるＮＯｘ濃度およびＣＯ濃度は酸素１２％換算は行っていない。
図１２（ａ）のＲｕｎ１１〜Ｒｕｎ２０には１０分程度の安定した状態における試験結果のデータが示されている。２次燃焼場への炉内水噴霧を行わない従来例１〜３のデータをＲｕｎ１１〜Ｒｕｎ１３に示し、一次空気比を０．４７〜０．６８の範囲で抑制し、流動を緩慢にさせた条件で、総空気比を１．１８〜１．５１の範囲で設定した実施例１〜７のデータをＲｕｎ１４〜Ｒｕｎ２０に示している。

図１３は、図１２（ａ）に示すＲｕｎ１１〜Ｒｕｎ２０のデータのうち、総空気比とＮＯｘ濃度の関係を、炉内水噴霧量をパラメータとして示すグラフである。図１３に示すように、ＮＯｘ濃度は総空気比の低下とともに低下するが、実施例１〜７のデータに示すように炉内水噴霧を実施することにより、ＮＯｘ濃度は水噴霧量に比例して更に大幅に減少した。総空気比を１．３〜１．４とし、炉内水噴霧を行わない従来例では７０ｐｐｍ程度のＮＯｘ濃度であったが、炉内水噴霧量を約９０Ｌ／ごみｔで行った実施例１〜４の場合はＮＯｘ濃度が約３０ｐｐｍに低下し、更に炉内水噴霧量を約１９０Ｌ／ごみｔに増やした実施例５〜６の場合はＮＯｘ濃度が１０ｐｐｍ以下にまで低下した。

図１２（ｂ）のＲｕｎ２１〜Ｒｕｎ２７には、設定された条件下で１時間以上の運転を行った場合の平均値データが示されている。炉内水噴霧を行わない従来例１１のデータをＲｕｎ２１に示し、一次空気比を０．８以上として炉内水噴霧を実施した参考例１〜２のデータをＲｕｎ２２〜Ｒｕｎ２３に示し、一次空気比を０．５５〜０．６６の範囲で設定した実施例１１〜１４のデータをＲｕｎ２４〜Ｒｕｎ２７に示している。図１２（ｂ）に示すＲｕｎ２１〜Ｒｕｎ２７における総空気比は、１．３２〜１．３９の範囲内で設定されている。

図１４は、総空気比がほぼ一定である図１２（ｂ）に示すＲｕｎ２１〜Ｒｕｎ２７について、一次空気比（流動空気比）が約０．８と０．５６〜０．６６の二つのグループに区別して、炉内水噴霧量とＮＯｘ濃度との関係を示したものである。図１４から明らかなように、炉内水噴霧量を増やすとＮＯｘ濃度は低下するものの、流動空気比が０．８以上の参考例１〜２の場合には、流動空気比が０．５５〜０．６６である実施例１１〜１４の場合に比べて、ＮＯｘ濃度レベルが約６０ｐｐｍ程度大幅に高くなった。
図１４から流動空気比が０．８程度の場合にＮＯｘ濃度を２０ｐｐｍ以下とするには約３００Ｌ／ごみｔ程度の水噴霧量が必要であると概算される。

図１３に示す総空気比とＮＯｘ濃度との関係から、総空気比が０．２多くなるとＮＯｘ濃度は約２０ｐｐｍ増加することがわかる。この２０ｐｐｍのＮＯｘ濃度増加分を炉内水噴霧により低減するには、約１００Ｌ／ごみｔの水噴霧が必要であった。したがって、流動空気比が約０．８で総空気比が約１．８〜２．０の条件としたとき、ＮＯｘ濃度を２０ｐｐｍ以下とするには５００〜６００Ｌ／ごみｔ程度の水噴霧量が見積もられ、大量の水噴霧量が必要となる。

図１５は、総空気比が１．３２〜１．３９の範囲内で設定されている図１２（ｂ）に示すＲｕｎ２１〜Ｒｕｎ２７について、総空気比とＣＯ濃度との関係を示したものである。
図１５に示すように、総空気比が１．３５を下回るとＣＯ濃度が高くなるものが出現した。特に、一次空気比（流動空気比）が０．８７と大きい参考例１（Ｒｕｎ２２）では総空気比が１．３２でＣＯ濃度は６１ｐｐｍとなった。一方、参考例２（Ｒｕｎ２３）では一次空気比（０．８２）と総空気比（１．３９）は参考例１（Ｒｕｎ２２）とほぼ同じ値であるが、ＣＯ濃度は５．９ｐｐｍと減少していた。参考例１（Ｒｕｎ２２）と参考例２（Ｒｕｎ２３）の大きな違いは炉内水噴霧量の違いである。

図１５に示す破線のグラフから、総空気比が１．４の場合にはＣＯ濃度を安定して１０ｐｐｍ以下とすることができると考えられる。総空気比が１．４の場合のＮＯｘ濃度を図１３から考察してみると、炉内水噴霧量が約９０Ｌ／ごみｔの場合にはＮＯｘ濃度が約３０ｐｐｍになり、更に炉内水噴霧量を約１９０Ｌ／ごみｔにすればＮＯｘ濃度を１０ｐｐｍ以下にまで低下することができた。すなわち、低ＮＯｘ（２０ｐｐｍ以下）および低ＣＯ（１０ｐｐｍ以下）を容易に達成することができた。

図１２（ａ）〜（ｂ）に示す試験結果から以下のことが確認できた。
１．総空気比が１．１８〜１．５１の範囲では、総空気比の低下と共にＮＯｘ濃度も低下した。
２．一次空気比が０．４７〜０．６８程度の場合に、総空気比が同じ場合であっても炉内に２次燃焼用空気と共に水噴霧を行うことにより、ＮＯｘ濃度は低下した。また、水噴霧量を増やすほどＮＯｘ濃度は低下し、総空気比が１．４の場合には、炉内水噴霧量を９０Ｌ／ごみｔとすればＮＯｘ濃度を３０ｐｐｍ以下とすることができ、炉内水噴霧量を１９０Ｌ／ごみｔとすればＮＯｘ濃度を１０ｐｐｍ以下とすることができた。
３．総空気比が１．３２〜１．３９で２次燃焼用空気と共に炉内水噴霧を行う場合に、炉内水噴霧量が同じ量であっても一次空気比が０．５５〜０．６６である場合には一次空気比が０．８２および０．８７の場合よりＮＯｘ濃度は約６０ｐｐｍ程度低くなった。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。例えば、実施形態では、２次燃焼用空気吹込ノズルと水噴霧ノズルの個数を同一としたが、２次燃焼用空気吹込ノズルと水噴霧ノズルの個数は異なってもよい。また、２次燃焼用空気吹込ノズルに水噴霧ノズルを内挿したが、２次燃焼場に２次燃焼用空気と水分とを共存させることができれば、２次燃焼用空気吹込ノズルと水噴霧ノズルとを個別に設置してもよい。

１，１１ 流動床焼却炉
２，１２ 炉本体
３，１３ 流動床
４，１４，１４Ａ，１４Ｂ 床板
５，１５ 不燃物排出口
６，１６ 排気口
７，１７ フリーボード
８，１８ ２次燃焼用空気吹込みノズル
９，１９ 水噴霧ノズル
２１a，２１ｂ，４５ 側壁
２１Ｓ１，２２Ｓ２ 傾斜部
２２ 移動層
２３ 流動層
２４ 仕切板
２５，２６ 空気箱
２７ 底板
２８，３８ 炉床温度計
３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３５ 空気管
３６ 空気ブロワ
３７，４７，６７，８７ 供給シュート
３９，５９，７１，８４ 炉頂温度計
Ｖ１−１，Ｖ１−２，Ｖ２−１，Ｖ２−２，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ 調節弁
４１ ストーカ炉
４３ プッシャー
４４，４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，６４ 火格子群
４６，８６ 火格子
４８，６８，８８ ２次燃焼用空気吹込ノズル
４９，６９，８９ 水噴霧ノズル
５５ 空気供給管
５７ 燃焼室
６１ キルン
６２ ストーカ炉
６３ ２次燃焼室
６５ １次燃焼用空気吹込ノズル
６６ 燃料供給ノズル
７２ キルンストーカ炉
８１ ガス化燃焼炉
８２ １次炉
８３ ２次炉
８５ 一次燃焼用空気供給管

Claims (7)

1. 廃棄物を焼却炉によって焼却処理する廃棄物の処理方法において、
   前記焼却炉が流動床炉であり、１次空気として流動化空気量を空気比で０．３〜０．８になるように供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成するとともに、前記流動床炉の炉床の温度を５００〜６５０℃に維持し、生成した可燃ガスに２次燃焼用空気を吹き込むと同時に廃棄物の湿重量１トンあたり３０〜６００リットルの水を噴霧し、水噴霧は、２次燃焼用空気とともに水を吹き込むことにより２次燃焼場の燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場において可燃ガスを水分の存在下で２次燃焼させ、
   前記水噴霧量は、フリーボードに設けられた炉頂温度計で計測する炉頂温度が８５０℃以下とならないように調整することを特徴とする廃棄物の処理方法。
2. 前記水の噴霧は、水噴霧ノズルを２次空気ノズルに内挿させて２次燃焼用空気とともに吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
3. 前記水の噴霧は、２次燃焼用空気にミストを添加して２次燃焼用空気とともに吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
4. 総空気比が０．２多くなるとＮＯｘ濃度が約２０ｐｐｍ増加するという関係から、総空気比を０．２多くしたときに増加する約２０ｐｐｍのＮＯｘ濃度増加分を、廃棄物の湿重量１トンあたり約１００リットルの水を噴霧することにより低減することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
5. 廃棄物を焼却処理する焼却炉において、
   前記焼却炉が流動床炉であり、廃棄物から可燃ガスを生成させる１次燃焼部と、生成した可燃ガスを燃焼させる２次燃焼部と、前記１次燃焼部に空気を供給する１次燃焼用空気供給手段と、前記２次燃焼部に空気を供給する２次燃焼用空気供給手段と、前記２次燃焼部に水噴霧を行う水噴霧手段とを備え、前記１次燃焼用空気供給手段により、１次空気として流動化空気量を空気比で０．３〜０．８になるように１次燃焼部に供給して廃棄物の一部を燃焼させて可燃ガスを生成するとともに、前記流動床炉の炉床の温度を５００〜６５０℃に維持し、前記２次燃焼部において可燃ガスに前記２次燃焼用空気供給手段および前記水噴霧手段から２次燃焼用空気を吹き込むと同時に廃棄物の湿重量１トンあたり３０〜６００リットルの水を噴霧し、水噴霧は、２次燃焼用空気とともに水を吹き込むことにより２次燃焼場の燃焼温度を下げると共に、２次燃焼場において可燃ガスを水分の存在下で２次燃焼させるようにし、
   前記水噴霧量は、フリーボードに設けられた炉頂温度計で計測する炉頂温度が８５０℃以下とならないように調整するようにしたことを特徴とする焼却炉。
6. 前記２次燃焼用空気供給手段に前記水噴霧手段を内挿させて２次燃焼用空気とともに水を吹き込むことを特徴とする請求項５に記載の焼却炉。
7. 前記水噴霧手段は、２次燃焼用空気にミストを添加することを特徴とする請求項５に記載の焼却炉。

Images