JP2000257835A - 高温固体充填層による焼却炉排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ばいじんとダイオキシン類を同時に抑制出来る
焼却炉の排ガス浄化装置を提案する。 【解決手段】煙導ダクト２０より排ガスを導入し、たて
型構造の下部側面に高温固体充填層３０を８００℃から
１１００℃の任意の温度に維持し高温の燃焼用空気を供
給するため、再燃バーナー４０を配し、バーナー火炎に
接触後、８００から１１００℃の任意の温度域に保持さ
れた高温固体充填層を支持材で受けた構成で、排ガスを
通過せしめて高温固体充填層の微粒子付着力とろ過によ
る集塵で捕集可燃ばい塵及び通過した未燃焼成分の再燃
焼を行った後、装置上部排気口より排気する。再燃バー
ナーのみで燃焼用空気が不足する場合に煙道ダクト始端
と高温固体充填層の間に設けた燃焼用空気孔から燃焼用
空気を導入し、高温固体充填層で良好に混合燃焼させ、
高温固体充填層により効率的に排ガスを集塵・再燃焼
し、低温集塵より目詰まりしにくいことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は廃棄物焼却炉、炭化炉
の排ガス浄化装置において、排ガスの高温固体接触効果
を有効に行わしめる再燃焼構造と高温の微粒子付着力及
びろ過による集じんを組み合わせたものである。結果と
して排ガス中のばいじんや未燃焼成分を低減し、合わせ
てダイオキシン類の抑制低減に貢献する発明である。

【０００２】

【従来の技術】 一般の小型焼却炉は、廃棄物を投入し
燃焼空気を取り込んで燃焼させる燃焼室と、その排ガス
を導入し、排ガスの未燃焼成分を燃焼させる二次燃焼室
を有しており、その後に煙突より排気する構造である。
従来の小型焼却炉では、二次燃焼室で排ガス燃焼と簡単
な集じんのための空間を兼ねていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、従来
より二次燃焼室で排ガス燃焼と簡単な集じんの空間を兼
ねた燃焼室を用いた焼却炉では、次のような問題があ
る。従来の燃焼室はイニシャル及びランニングコストの
制約から、排ガスの二次燃焼を十分に行えず、集じん機
能に関しても、集じん装置を持たないか、備えていても
サイクロン止まりであるため、結果として排ガス集じん
室としての役割を全うしていなかった。

【０００４】 近年、ダイオキシン類排出規制の問題か
ら、ばいじん排出基準が強化された。それは「排ガス中
のダイオキシン類はその一部はガス体で存在するが、大
部分はばいじんや飛灰に吸着されているといわれ、排ガ
スのばいじん除去性能の向上は即ダイオキシン類の抑制
低減に有効である。」とした環境庁への答申である。こ
れを受けて新設炉のばいじん排出規制値は０．１５ｇ／
ｍ^３Ｎとなっている。

【０００５】 このダイオキシン類発生抑制の基本は、
一つには燃焼排ガスの完全燃焼であり、この完全燃焼の
条件として燃焼温度、滞留時間、攪拌混合の三つが重要
な条件としてあげられている。

【０００４】に記したダイオキシン類排出規制には燃焼
温度と滞留時間は、数字で提案されているが、もう一つ
の燃焼攪拌混合の数値表現については、具体的に条件が
きめられていない。このため一般の小型ごみ焼却炉にお
いては、燃焼温度と滞留時間の条件を満たしただけで、
攪拌混合がおろそかになり、十分に排ガスを燃焼するこ
とができない、いわゆるダイオキシン類の発生抑制が十
分になされていない炉が大半である。二つ目として、従
来技術のろ過集じん装置を例にあげる。まずはバグフィ
ルター集じん機と呼ばれる、繊維を特殊な織り方で編ん
で袋状にしたフィルターでろ過するもの。次はデミスタ
ー集じん機である。きわめて細い金属線条で構成された
多層の網状フィルターを用いて、水分のミスト状になっ
た排ガスをろ過して、合わせてばいじん除去に利用して
いた。ただし小型炉では、昼間は数時間程度の使用で夜
間中に冷却したものを翌朝使用前に交換するか、はたい
て掃除するか、水洗いを行って清掃していた。フィルタ
ーを用いた集じんでは１次燃焼室の出口に１０ｍｍ以上
の目のフィルターを置いたもので目が粗すぎて、集じん
効果が不十分なもの、目が１ｍｍ以下で短期間で目詰ま
りするもの、フィルターの層厚さが５０ｍｍ以下で効果
が不十分なもの、２００ｍｍ以上のため通気抵抗が大き
く、目詰まりしやすく、ヒートアップ時間が長く、燃料
消費量が大きいもの、フィルターの直前に再燃バーナー
を備えていないため、フィルターが８００℃以上に保持
できず、高温固体接触効果が十分に得られないもの、フ
ィルター部が１１００℃以上のため、ＮＯ_ｘ濃度が高い
もの、フィルター上流の燃焼空気の導入量が不足してい
るもの、また、逆洗装置を必須にしたり、セラミックス
製バグフィルター方式を採用したため、導入コストが高
くなったもの、天然鉱石を何の工夫もなく詰めたため、
熱衝撃で粉化し、排ガスばいじん濃度が高くなってしま
うもの、高価な貴金属触媒や酸化チタン触媒を熱劣化し
ない６５０℃以下で用いるため、排ガス冷却装置を上流
に設けねばならなかったり、低温のためタールや硫化
物、塩化物、重金属、水蒸気等の触媒毒の付着で触媒交
換期間が短いなど様々な問題があった。

【０００６】

【問題を解決するための手段】 本発明に係る問題解決
手段は、廃棄物焼却炉、炭化炉等の排ガスの集じん及び
再燃焼を促進する、たて型の排ガス浄化装置内の中間に
設けた高温固体充填層による排ガスの浄化方法である。

【０００７】まず、排ガス浄化装置の構造は煙導ダクト
から燃焼排ガスを導入し、ついで燃高温固体充填層を８
００℃から１１００℃の任意の温度に維持するため及び
高温の燃焼用空気を供給するため、バーナー装置をたて
型構造の下部側面に配し、該バーナー火炎と排ガスが接
するようにした構成である。そして、排ガス燃焼装置に
おいて、装置内部を８００℃から１１００℃の任意の温
度域に保持されたセラミックスあるいは耐熱金属製の接
触面積の大きい固体、例えば円筒状、鞍状、れき状、粒
状、円柱状、多孔板状、綿状（バルク）等の高温固体を
充填（積層）した高温固体充填層を支持材で受ける。排
ガスの集じん及び再燃焼が促進される高温固体接触効果
を利用したもので、捕集された可燃ばいじんは蓄熱した
高温固体表面で灰分を残して完全燃焼するため、低温集
じんより閉塞しにくい。よって同じ容積の高温固体充填
層を有さない排ガス燃焼装置に比べ、一酸化炭素、臭気
成分、黒煙、ばいじん、炭化水素、ダイオキシン前駆
体、ダイオキシン類そのものをより効果的に低減でき
る。

【０００８】また本発明で用いる８００℃以上の高温固
体の持つ高温固体接触効果として以下の長所があげられ
る。 ・高温では高温固体どうしの隙間や貫通孔より小さな微
粒子の付着力（分子間の弱い力）が常温の５から１０倍
に増大するため、低温固体より捕集力が大きい。捕集し
た微粒子どうしの凝集効果も高くなる。 ・未燃焼ガスが高温固体と接触する時の固体熱伝導（高
温雰囲気による熱伝導よりはるかに熱伝導が大きい）に
より未燃焼ガスを短時間で酸化分解。捕集した可燃ばい
じんも高温固体表面で固体熱伝導により効率よく着火・
再燃焼するため、低温集じんより閉塞しにくい。 ・赤外線放射による排ガス中の分子や原子の活性化によ
る酸化分解促進。 ・８００℃以下で触媒効果の低いセラミックスや金属も
８００℃以上では小さな比表面積でも利用価値のある酸
化触媒効果を発揮する。 ・表面積の大きい高温固体へ衝突する時に起こる熱攪
拌。 ・高温固体の通気孔（隙間）を通過する時の乱流発生
（オリフィス効果） ・高温蓄熱による熱交換で熱効率が高い。高温固体は吸
熱後、主として排ガス上流側へ熱放射するため、再燃バ
ーナーの燃料費が節約でき、ダイオキシン再合成を抑制
するため、高温固体充填層下流で排ガスを２００℃以下
に冷却する場合、蓄熱非連続運転では冷却コストが小さ
くなり、水噴霧や空気希釈だけの冷却より冷却後の排ガ
ス増加量が小さくて済む。以上の効果で排ガス中の未燃
焼成分の高温熱分解効果と集じん効果が十分に得られ
る。

【０００９】高温固体表面で可燃ばいじんが再燃焼して
生成された灰や、熱衝撃や機械的応力、そして排ガスと
の反応で高温固体が砕けて生じた破片が飛散するおそれ
がある場合、高温固体充填層の上層の一部を下層より通
気孔（隙間）の小さい高温固体充填層、例をあげると通
気孔の小さい板状多孔体や繊維状耐火材で構成して、灰
や高温固体破片を効果的に捕集する。

【００１０】高温固体充填層の中では排ガスの圧力ある
いは排ガスが高温固体による固体熱伝導で熱膨張するこ
とや高温固体そのものが熱膨張することで高温固体の位
置のずれが起こり、高温固体充填層の目詰まり抑制にな
る。同じ厚みの高温固体充填層でも多層に分割して一層
当たりの厚みを薄くすることは高温固体の位置のずれを
より容易に起こす長所がある。そのため、高温固体は形
状が不揃いの塊状物、熱膨張率の大きく異なる材料を混
ぜると効果が大きい。必要に応じ、通気抵抗を小さく
し、かつ高温固体の位置のずれを起こしやすくして、高
温固体充填層の目詰まり抑制をより効果的に行うため、
高温固体充填層をなるべく分割して一層当たりの厚みを
最高でも２００ｍｍ以下、好ましくは５０から７０ｍｍ
程度に薄くした方がよく、分割数が増えるほど排ガスと
高温固体の衝突が有効に行われ、高温固体接触効果も増
す。層と層の間隔は最低でも２５ｍｍ以上とることが好
ましいがドラフトに余裕があり、支持材のコストを下げ
たい場合は高温固体充填層の上に他層を直接重ねる、あ
るいは熱膨張緩衝用に断熱材シート等をはさみ、高温固
体充填層を重ねてもよい。

【００１１】個々が通気孔を有する高温固体を用いると
オリフィス効果や排ガスを酸化する幾何表面積が大きく
なるため、高温固体接触効果が効果的に得られると同時
に排ガス通路が高温固体どうしの隙間だけの場合より通
気抵抗が小さくなる。また、蓄熱容量が小さくなるため
短時間でヒートアップできる。高温固体の蓄熱を短時間
で行うには個々の高温固体に通気孔を設ける以外に繊維
状や多孔質（非連通気孔でも可）、肉薄等の単位体積当
たりの熱容量の小さいものが好ましく、例としてケイ酸
カルシウム断熱材片や綿状耐火材（バルク）、パーライ
ト粒、多孔質の天然石、石炭灰の発泡粒、中空セラミッ
クス球などがあげられる。また、個々の高温固体を軽く
（小さく）すると高温固体の位置のずれが容易に起こ
る。さらに高温固体が十分小さく軽ければ高温固体が流
動し、さらに目詰まりが起こりにくくなるがその場合は
多層化してばいじんの捕集力の低下を補わなければなら
ない。

【００１２】まず高温固体自体またはその支持材の排ガ
スの抜ける穴（隙間）は、たて型炉の上からの投影面積
比で、３０％以上の開口率とし、その穴寸法は目詰まり
の制約から１ｍｍ以上が好ましく１０ｍｍ以上では細か
い不燃ばいじんに対し、高温の微粒子付着力とろ過集じ
んの相乗効果でも十分な集じん効果は期待できない。ま
た、高温固体寸法より大きい支持材間隔で高温固体充填
層を支持するに、容器を用いる場合、高温固体を収める
容器は上部が開放され、底面には排ガスが抜ける穴が開
口率４０％以上で開いており、穴の大きさは高温固体が
漏れない大きさであればよい。容器を用いない場合、高
温固体寸法より小さい穴寸法で開口率４０％以上の多孔
板を支持材と高温固体の間にはさみ、支持の補助及び整
流、高温固体接触効果を兼ねさせてもよい。

【００１３】製作コストの上昇を嫌わない場合、エア噴
射あるいは水洗による逆洗装置や電動、油圧、空圧等の
動力による高温固体を収めた容器の揺動（振動）による
目詰まり防止機構を備えて高温固体充填層の保守期間の
延長を図った集じん・再燃焼装置構造。

【００１４】さらに高温固体は、未燃焼ガスの酸化分解
能もつ触媒を担持した材料でも構わない。なお高温固体
そのものを触媒で成形してもよい。ただし、バーナー加
熱による熱劣化や排ガス中の触媒毒により８００℃未満
での触媒活性が劣化する触媒でも８００℃以上で無触媒
より十分効果的な酸化能が発揮できればよいため貴金属
系でない安価な触媒が使用でき、希土類を添加した高温
でも大きな比表面積のウオッシュコート上に貴金属（酸
化物）粒子を分散できれば高価だが高活性の高温触媒に
なり、より小さい空間速度でダイオキシン類やフロン等
の難分解物質を酸化分解できる。その候補として水酸化
アルミや酸化アルミ、リン酸アルミ等のアルミ化合物、
クリストバライト、ゼオライト、セピオライト、電気石
等のシリカ系、アルミナシリカ系の触媒、その全体ある
いは一部がＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類
金属、あるいはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒなどの希土類、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕなどの貴金属、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕなどの遷移元素、Ｚｎ、Ｓｎなどの重金属元素
で置換された化合物は８００℃以上の高温で十分な活性
をもつ触媒となる。また、８００℃から１１００℃で用
いるためタールや硫化物、水蒸気等の触媒毒の影響を免
れる利点もある。

【００１５】高温固体のコスト上昇を嫌わない場合、高
温固体を消石灰や酸化カルシウム、炭酸カルシウム、リ
ン酸カルシウム、硫酸カルシウム、水酸化マグネシウ
ム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化カリウ
ム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウ
ム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化リチウ
ム、炭酸リチウム、ドロマイト、滑石、花崗岩、霞石、
長石、石炭灰などのアルカリ性の材料を単独あるいは混
合して成形する、あるいはアルカリ性の材料を含浸ある
いは塗布した高温固体を用いることで、塩化水素ガスや
二酸化硫黄などの酸性ガス除去能を有する。さらにこの
アルカリ材料を、酸性ガスやダイオキシン類前駆体ある
いはダイオキシン類そのものの吸着あるいは分解能を有
した他の無機材料で置き換えてもよい。その候補として
水酸化アルミや酸化アルミ、リン酸アルミ等のアルミ化
合物、クリストバライト、ゼオライト、セピオライト、
電気石、花崗岩、霞石、パーライト、シラス、石炭灰の
発泡粒等のシリカ系、アルミナシリカ系の吸着材や、イ
オン交換性を有する材料があげられる。その全体あるい
は一部がＬｉ、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金属、あるいはＹ、
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒなどの希土類、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ａｕなどの貴金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ，Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、などの遷移
元素、Ｚｎ、Ｓｎなどの金属元素やＢで置換された化合
物は好ましい吸着材、イオン交換材料となる。

【００１６】再燃バーナーのみでは燃焼用空気が不足す
る場合、煙導ダクト始端と高温固体充填層の間に設けた
燃焼用空気孔から燃焼用空気を導入して、高温固体充填
層で燃焼用空気と未燃焼ガスやばいじんが良好に混合燃
焼するため、燃焼用空気孔を煙導ダクト始端と高温固体
充填層の間に配した再燃焼構造。

【００１７】

【作用】本燃焼装置を用いて排ガスの集じん・再燃焼を
させる運転手順は、まず煙導ダクトから導入する排ガス
にバーナー火炎が接触するようにたて型構造の下部側面
に配した再燃バーナーを点火し、燃焼装置内を急速に加
熱する。このバーナーの運転制御は高温固体充填層の後
に設けられた熱電対の計測指示に従って設定された温度
範囲になるよう制御されている。この装置では８００℃
〜１１００℃の範囲である。１５分〜６０分で設定温度
になる、続いて煙導ダクトで接続された焼却炉の運転操
作を始める。

【００１８】焼却炉の運転は、焼却炉の廃棄物投入口か
ら紙くずなどの雑芥を主体とした廃棄物が投入される。
投入された廃棄物の上部に着火した後、焼却炉の運転操
作盤にあるスイッチの操作で、送風機を起動させて運転
が開始される。続いて対象廃棄物を投入する操作で廃棄
物の焼却は継続する。

【００１９】その燃焼ガスは、焼却炉内にある二次燃焼
室と呼ばれる仕切られた部屋に連続的に導かれ、未燃焼
ガスの再燃焼を行う。この二次燃焼室は燃焼の初期、追
加投投入時の不安定燃焼時や焼却物の過剰投入、プラス
チック等の異物混入時等においては、廃棄物を投入する
焼却室だけでは完全燃焼することは技術的に困難な場合
が多い。そのため該二次燃焼室は焼却室のバッファーエ
リアとしての役割をもつ。

【００２０】しかしながら、

【００１９】に記した二次燃焼室を用いた焼却炉では、
一般的に焼却室で燃え切らない黒煙や未燃焼ガス等を再
燃焼させることは容易ではない。さらに従来二次燃焼室
は、排ガスの燃焼滞留時間は０．３秒から０．７秒程度
と臭気成分の加熱分解に重点を置いた設計構造であっ
た。また焼却室から導かれた燃焼ガスの通過構造は、垂
直に仕切られた仕切壁の下部を通過するように構成され
ていて、排ガスの高温での攪拌、混合を効果的に有せ
ず、しばしば発煙を経験するところであった。かつこう
した構造だけでは、排ガスの燃焼温度を十分に確保でき
ず、結果として排ガス燃焼室としての役割を全うしてい
なかった。また、当然のことながら集じん効果もない。

【００２１】

【００１９】に記した既焼却炉からの燃焼排ガスを、本
考案の排ガス浄化装置に導入する場合、焼却炉出口と排
ガス浄化装置とを煙導ダクトで接続した。この煙導ダク
トは排ガスの温度を低下させないことが求められ、該ダ
クトは断熱を有するものとする。

【００２２】未燃焼排ガスは、煙導ダクトから導入さ
れ、バーナー火炎と接触した後、高温固体充填層で集じ
ん及び再燃焼される。

【００２３】この高温固体充填層へ上昇する排ガスに向
けて、火炎が接触するようにたて型構造の下部側面に配
した再燃バーナーを用い、この未燃焼排ガスを加熱攪拌
し、高温固体充填層の温度を低下させないように維持す
る。この再燃バーナーにより８００℃〜１１００℃の任
意の温度域に常に制御されるものとする。再燃バーナー
のみでは燃焼用空気が不足する場合、煙導ダクト始端と
高温固体充填層の間の燃焼用空気孔から燃焼用空気を導
入してもよい。

【００２４】ついで支持材を覆うように、装置内部を８
００℃〜１１００℃の任意の温度域に保持されたセラミ
ックスあるいは耐熱金属製の接触面積の大きい直径１５
ｍｍ以下の固体、例えば円筒状、鞍状、れき状、粒状、
円柱状、多孔板状、綿状（バルク）等の高温固体を充填
（積層）した高温固体充填層を設置し、この高温固体充
填層へ通過接触させて、未燃焼ガス成分を熱分解させる
方法は非常に効果が高い。

【００２５】さらに支持材を覆う高温固体は、高温で未
燃焼ガスの酸化分解能もつ触媒を担持した材料やダイオ
キシン前駆体を中和するアルカリ材料、吸着剤、イオン
交換材料などの機能材でも構わない。なお高温固体その
ものを機能材で成形してもよい。

【００２６】バーナー火炎との接触後、蓄熱した高温固
体充填層を通過し集じん及び再燃焼された排ガスは天井
に開口した装置上部排気口へと上昇し、煙突の先端より
排出される。なお、煙突の中位にエジェクター機構を配
し、排ガス浄化装置での通気抵抗をカバーするように
し、かつ炉内圧を常に負圧に維持しながら、対象の燃焼
ガスを導入するようにしなければならない。

【００２７】これらの構造、効果的な配置により、該排
ガス浄化装置に導入された未燃焼ガスは十分燃焼が促進
されるとともに高温の微粒子付着力及びろ過による集じ
ん効果でばいじん濃度を低く抑えられる。捕集された可
燃ばいじんは高温固体表面で再燃焼され、灰になるため
低温集じんより目詰まりしにくい。その結果、焼却炉の
不完全燃焼で発生した未燃焼成分、いわゆる一酸化炭
素、黒煙、アンモニアやトリメチルアミンなどの窒素を
含む臭気成分、メチルメルカプタンや硫化水素の硫黄を
含む臭気成分、炭化水素類、さらにダイオキシン類前駆
体及びダイオキシン類を熱分解して低減する。ばいじん
はダイオキシン及びその前駆体を吸着していることも多
く、ばいじんを捕集することはダイオキシン類抑制につ
ながる。その結果としてダイオキシン類の熱分解抑制が
安定して得られることになる。

【００２８】比較として、ダイオキシン類を除去する他
の方法としては、粉末活性炭を噴霧してバグフィルター
で吸着除去する方法や、粒状活性炭（活性コークス）層
を通過させて吸着する方法、酸化チタン系触媒フィルタ
ーを用いた触媒分解方式がある。

【００２９】粉末活性炭の噴霧法は高価なバグフィルタ
ー集じん機を必要とし、耐熱温度の低いろ布を保護する
ため集じん機の前に排ガス急冷装置を設け、排ガスを集
じん機入口で結露の起こらない１５０℃以上でなおかつ
ダイオキシンの再合成が起こりにくく、ダイオキシンを
固体の状態で捕集できる２５０℃以下の温度域、すなわ
ち通常１５０〜２００℃に急冷しなければならず、当然
高圧空気を用いた活性炭噴霧装置及び活性炭貯蔵タンク
も必要となる。また消石灰の噴霧装置も別途に設けるの
が一般的である。活性炭を煙道に噴霧する時は粉塵爆発
が起こらないよう運転するが爆発の危険性は皆無でな
い。

【００３０】粒状活性炭（活性コークス）層を通過させ
る方法も活性炭の耐熱温度の４００℃以下に排ガスを冷
却して導入しなければならず、それでも発火事故の危険
性は皆無ではなく、活性炭層の監視装置や消火装置等の
対策が求められる。使用済み活性炭の再生装置は還元雰
囲気で加熱攪拌を行う高価な装置で製作、運転共にコス
トがかかり、再生を外部委託するにしても再生設備をも
つ所はまだ限られており遠隔地への輸送を余儀なくされ
ることも多い。大型炉では焼却炉内に戻して焼却する例
もあるが活性炭は難燃物に分類され、小型焼却炉での焼
却は容易ではなく、使用済み活性炭を混焼したために燃
焼バランスが崩れて黒煙や一酸化炭素等の未燃焼ガスが
増加してダイオキシン濃度の増加を招く可能性も小さく
ないため混焼でも良好な運転を行えるよう運転調整や改
造をする必要が出てくる。

【００３１】酸化チタン系触媒も発火こそしないが、触
媒活性を失わないよう６００℃以下に排ガスを冷却しな
ければならない。通常バグフィルター集じん機の後設備
で用いるが、触媒活性が有効になるのは２００℃以上で
あるため、再加熱しなければならない。以上、これらの
装置と比較して、該排ガス浄化方式は該排ガス浄化装置
に排ガスを導入する前に排ガス冷却装置を必要としな
い。規制値を満たす以上の集じん効果や都市炉並のダイ
オキシン濃度を求めない限りバグフィルター集じん機も
必要ない。

【００３２】触媒などの機能材タイプでない高温固体は
活性炭や活性コークスのように発火せず寿命も長く、８
００℃以上の高温域を経るため、ダイオキシン類を吸着
した使用済み活性炭のような面倒な再生工程や使用済み
活性炭や活性コークスの混焼を省略でき、製作コストと
共に運転コストが安価に抑えられ、さらに通気抵抗が小
さいため、排風機も小さい出力になる。排ガス処理設備
の数は１つで済み、装置単体の容積も小さいため省スペ
ースになり、小型焼却炉で時にみられる１次燃焼室本体
に比し、後段の排ガス処理装置が異様に大きく、広い設
置スペースを占有している状態にならずに済む。製造、
運転、維持管理すべてのコストが安価となり、経済的メ
リットが大きい発明でもある。なおコストと設置スペー
スに制約がなく、排水処理設備を供え、白煙発生のおそ
れがない場合は該燃焼炉の後段に水噴霧装置を設けて排
ガス温度を１５０℃〜２００℃に急冷してダイオキシン
の再合成防止や地球温暖化防止を徹底しても構わない。

【００３３】

【発明の効果】本発明の排ガス浄化装置は、既設の臭気
発生源や焼却炉の未燃焼ガスを導入し、バーナー火炎と
の接触後、支持材上に設置した高温固体充填層によっ
て、対象の未燃焼ガスが高温固体接触効果により有効に
熱分解される、同じ滞留時間ならより確実な再燃焼が行
われる。高温固体充填層のない２次燃焼炉より滞留時間
を短く取れ、その結果小さな容積の２次燃焼炉で済む。
未燃焼成分である一酸化炭素、臭気成分類、黒煙、炭化
水素類、さらにダイオキシン類前駆体やダイオキシン類
そのものを酸化分解させ、有毒なダイオキシン類を発生
抑制、分解低減できるものである。また、高温であるた
め、ばいじん等の微粒子の付着力（分子間の弱い力）が
常温の５から１０倍もあり、多孔質でない材料でも高温
固体どうしのすき間や貫通孔以下の微粒子の捕集力が高
い。活性炭（活性コークス）吸着法と異なり、高温固体
充填層で捕集後も、蓄熱による固体熱伝導や遠赤外線放
射、機能材タイプでは触媒効果により高温固体表面で未
燃有害物質の酸化分解が進行する。

【００３４】

【発明の補助】ダイオキシン発生抑制、分解低減を低コ
ストで行うために、（１）廃棄物になる前に、まず塩化
ビニル樹脂や塩化ビニリデンなど、塩素を含むプラスチ
ック廃棄物や、防腐処理と難燃化のために、臭素や塩素
系の材料を含浸した建材や合板類を分別し、ダイオキシ
ン類が発生しやすい廃棄物を分別して処理をすることが
大切である。（２）そして焼却炉の運転を適正に行うこ
とが大切な要素と言われている。さらに本発明の場合
は、導入する未燃焼ガス量が該排ガス浄化装置の分解維
持能力を超えないよう制御する工夫が必要である。その
ためには、燃焼送風機のモーターの回転数制御による風
量可変（インバーターによる）とエジェクター機構によ
る平衡通風の炉圧制御、焼却炉の発生ガスが安定化しや
すいガス化燃焼（廃棄物の焼却の場合）、一酸化炭素濃
度を連続して計測し、燃焼空気量や燃焼温度を制御する
方法などが有効な技術である。コストと設置スペースに
余裕があれば、該排ガス浄化装置の煙突以降に、ダイオ
キシン類の冷却域での再合成を防ぐため、煙突排気ガス
を１５０℃〜２００℃に急冷却する設備、バグフィルタ
ー集じん機、ダイオキシン類分解触媒塔、活性炭（活性
コークス）充填塔、またはその組み合わせ設備を設ける
と、極めて微量にまでダイオキシン類を除去できる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１は排ガス浄化装置の断面例である。図
１において、１０は排ガス浄化装置の本体である。本体
１０は金属材料によるケーシング１１の内側に、ケイ酸
カルシウム断熱材１２、耐火断熱炉材１３であるキャス
タブルまたは耐火断熱レンガ等で構成されて、その内部
は燃焼室が形成されている。本体１０には点検扉４２が
あり、支持材２１と高温固体充填層３０を出し入れ及び
点検できるようになっている。本体１０の下部には、導
入ダクト２０がある。さらに本体１０の下部側面には再
燃バーナー４０をバーナータイル４１を用いて装着して
本体１０内部を８００℃〜１１００℃の任意の温度域に
保持できる構成である。本体１０の天井５０には装置上
部排気口５１が天井に開口している。

【００３６】本体１０の中間に支持材２１を配し、その
上に高温固体充填層３０を載せてそこへ導入ガスを通過
させる。高温固体充填層３０への上昇ガス流にバーナー
火炎が接触する本体１０の下部側面に、再燃バーナー４
０をバーナータイル４１を介して取り付けてあり効果的
に高温固体充填層３０を蓄熱せしむる。高温固体充填層
３０で再燃焼及び集じんされた排ガスは天井５０に開口
した装置上部排気口５１へと導かれ、煙突より排気され
る。

【００３７】図２は本体１０に支持材２１上に高温固体
充填層３０を３層直接重ねて構成した例である。同じ厚
みの高温固体充填層を１層で構成するより、排ガスの通
気抵抗は小さくなり高温固体の位置のずれも起こりやす
くなるため目詰まり抑制になる。

【００３８】図３と図４は高温固体充填層３０の拡大図
である。図３の例は上部が開口した箱型容器に高温固体
３２（図３の例ではれき状）を充填した高温固体充填層
−下層３１を支持材２１で支えて、排ガスが抜ける様に
した形態である。箱形容器の底には通気口があいてお
り、排ガスの通気抵抗から通気口の開口率は４０％以上
必要である。通気口の大きさは高温固体が漏れないよう
設定する。図４は高温固体充填層−下層３１と層中の再
燃焼で発生した灰の飛散防止のため下層に載せる高温固
体充填層−上層３３（図４の例では通気孔が十分小さい
耐熱金属製網状フィルター板）が組合わさった形態であ
る。

【００３９】図５、図６、図７は高温固体３２の種類を
表す。実証例では高温固体として図７の３２−３のよう
なれき状を用いたが、接触面積の大きい固体であれば、
例えば図５の高温固体３２−１のような円筒状や図６の
３２−２のような鞍状や粒状、円柱状、多孔板状、綿状
（バルク）等でも良い。

【００４０】以上のように構成された排ガス浄化装置１
０を用いて、焼却炉からの未燃焼ガスを処理した例を図
８および図９にて説明する。工場から排出した雑芥類、
紙くず、紙袋、包装材、梱包木枠、梱包材、ウエス類、
油ウエス、プラスチックフィルムや容器、茶がら、たば
この吸いがらなどの混合廃棄物を焼却する焼却炉１００
の１次燃焼室出口から煙導ダクト２０を用いて接続し
た、排ガス浄化装置本体１０の姿図である。本体１０の
側面に自立して制御盤６０と、再燃バーナー４０、エア
チャンバー１０４、焼却炉出口測定口１１０、そして煙
突測定口５３、煙突５２を配している。

【００４１】焼却炉１００の投入扉１０１を開けて廃棄
物を投入する。投入された廃棄物に着火した後、焼却炉
の操作盤１０３にて、燃焼送風機１０２を起動して、燃
焼用空気を焼却炉内の適所に配するため、エアーチャン
バー１０４にて分配供給する。この給気により、廃棄物
は急速に燃焼を始める。その後は１時間に５から７回の
投入を繰り返して廃棄物を焼却する。こうして燃焼した
焼却炉排ガスは、煙導ダクト２０を経て、排ガス浄化装
置本体１０へと導入される。

【００４２】排ガス浄化装置１０の運転は、制御盤６０
において制御される。排ガス浄化装置内の温度を８００
℃〜１１００℃のうち、今回は８００℃〜８６０℃の範
囲に再燃バーナー４０を、それぞれ温度調節計１３１で
制御する。さらに焼却炉１００の炉内圧が負圧になるよ
うに、排風機１２０がエジェクターエルボ１２１から吐
出する空気で、煙突５２の排気力を高めるようにした。
焼却炉の運転を停止したのち、排ガス浄化装置本体１０
の運転を停止することで、未燃焼排ガスの浄化が達成さ
れ、本発明を実施することができる。

【００４３】表１は本発明の一実施測定結果である。焼
却炉１００に投入した廃棄物は、機械工場の工場雑芥で
ある。焼却炉１００は築炉型で、焼却能力は４０から５
５ｋｇ／ｈである。焼却炉１００の燃焼室容積は０．６
０ｍ^３。焼却炉１００に約１０分おきに８〜１０ｋｇの
廃棄物投入を繰り返した。運転中の排ガス挙動について
は、まず排ガス酸素濃度は５．３％から１４％の範囲で
あり、平均値で１２．７％と安定した燃焼が可能となっ
ている。排ガス浄化装置１０で高温度、滞留時間の確保
と攪拌混合での完全燃焼条件の運転により導入ガスを安
定化させて、結果として、煙突測定口５３での一酸化炭
素濃度は、平均１９ｐｐｍへと削減された。なお表１の
Ｏ２は酸素、ＣＯは一酸化炭素、ＨＣＬは塩化水素ガ
ス、ＳＯｘは硫黄酸化物を表す。

【００４４】ダイオキシン類と呼ばれるものは、基本的
には２つのベンゼン核と塩素よりなる有機化合物群であ
る。本来なら燃焼過程で高温熱分解される物質である。
しかし、一酸化炭素の発生を伴う不完全燃焼状態での非
意図的なる発生や、燃焼に続く排ガスの冷却過程にて、
未燃の炭化水素類と塩化水素がばいじん中に含有される
金属化合物の触媒作用により、再合成されて発生する
（Ｄｅ Ｎｏｖｏ合成）ことが明らかになっている。ま
た大部分のダイオキシンはばいじんに吸着されている。
従って、排ガス中のばいじん捕集と未燃焼の有機物質を
いかにして完全に熱分解するか（生成抑制）が最善のポ
イントとなっている。これを実証するため測定口５３で
のばいじん濃度測定結果をみると０．０５ｇ／ｍ^３Ｎで
規制値のは０．１５ｇ／ｍ^３Ｎをクリアしている。焼却
炉出口測定口１１０と煙突測定口５３で測定したダイオ
キシン類濃度を比較すると、１１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎ
から０．３３ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３Ｎに、約９７％削減さ
れ、高い集じん能力とダイオキシン除去性能が得られ
た。これはダイオキシン類の排出基準値５ｎｇ−ＴＥＱ
／ｍ^３Ｎの数値を大きくクリアしたものとなっている。
廃棄物の焼却能力が２００ｋｇ／ｈ未満の規模の対策で
は、本発明は集じん及びダイオキシン類の抑制、低減装
置として極めて有効なものであることを確認した。

【００４５】表１は図１１に表した装置での実証運転時
の測定結果である。

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 排ガス浄化装置の垂直断面

【図２】 高温固体充填層が３層構造の排ガス浄化装
置の垂直断面

【図３】 高温固体充填層−下層

【図４】 高温固体充填層−下層＋上層

【図５】 高温固体−円筒状

【図６】 高温固体−鞍状

【図７】 高温固体−れき状

【図８】 実証例−接続図

【図９】 実証例−運転制御フロー

【符号の説明】 １０ 排ガス浄化装置本体 １１ ケーシング １２ ケイ酸カルシウムの断熱材 １３ 耐火断熱炉材（キャスタブル、レンガ等） ２０ 煙導ダクト ２１ 支持材 ３０ 高温固体充填層 ３１ 高温固体充填層−下層 ３２−１ 高温固体−円筒状 ３２−２ 高温固体−鞍状 ３２−３ 高温固体−れき状 ３３ 高温固体充填層−上層 ４０ 再燃バーナー ４１ バーナータイル ４２ 点検扉 ５０ 天井 ５１ 装置上部排気口 ５２ 煙突 ５３ 煙突測定口 ６０ 制御盤 １００ 焼却炉 １０１ 投入扉 １０２ 燃焼送風機 １０３ 焼却炉操作盤 １０４ エアーチャンバー １１０ 焼却炉出口測定口 １２０ 排風機 １２１ エジェクターエルボ １３１ 温度調節計

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却炉排ガスの浄化装置であって、直径
   １５ｍｍ以下の高温固体からなる高温固体充填層を８０
   ０℃から１１００℃の任意の温度に保持するため及び高
   温の燃焼用空気を供給するため、たて型構造の下部側面
   に再燃バーナーを配置し、装置内の中間に、蓄熱性を有
   する、セラミックスあるいは耐熱金属製の接触面積の大
   きい固体、例えば円筒状、鞍状、れき状、粒状、円柱
   状、多孔板状、綿状（バルク）等の高温固体を充填（積
   層）した高温固体充填層を設けて、煙導ダクトから未燃
   焼成分を含む排ガスを導入し、排ガスがバーナー火炎と
   接触後、８００℃から１１００℃の任意の温度域に保持
   された、多数の通気孔（隙間）を有する直径１５ｍｍ以
   下の高温固体の充填層を通過する。層内で捕集した可燃
   ばいじんは蓄熱した高温固体表面で灰分を残して完全燃
   焼する。結果として同じ容積の排ガス燃焼装置に比べ、
   一酸化炭素、臭気成分、黒煙、ばいじん、炭化水素、ダ
   イオキシン類前駆体、ダイオキシン類そのものをより効
   果的に低減でき、低温集じんより目詰まりしにくいこと
   を特徴とする排ガス浄化方法及び構造。
2. 【請求項２】 請求項１の排ガス浄化装置において、高
   温固体表面で生成した灰や高温固体破片の飛散を抑制す
   る必要に応じ、高温固体充填層の上層の一部をを下層よ
   り通気孔（隙間）の小さい高温固体充填層で構成して、
   灰や高温固体破片を効果的に捕集する排ガス浄化構造。
3. 【請求項３】 請求項１の排ガス浄化装置において必要
   に応じ、通気抵抗を小さくし、かつ故意に高温固体の位
   置のずれを起こしやすくして、高温固体充填層の目詰ま
   り抑制をより効果的に行うため、高温固体充填層をなる
   べく分割して一層当たりの厚みを最高でも２００ｍｍ以
   下、好ましくは５０から７０ｍｍ程度にした排ガス浄化
   装置構造。層と層の間隔は最低でも２５ｍｍ以上とるこ
   とが好ましいがドラフトに余裕があり、支持材のコスト
   を下げたい場合は高温固体充填層の上に他層を直接重ね
   る、あるいは熱膨張緩衝用に断熱材シート等をはさみ、
   高温固体充填層を重ねてもよい。
4. 【請求項４】 請求項１の排ガス浄化装置において、高
   温固体接触効果を効果的に得ると同時に通気抵抗を小さ
   くし、蓄熱容量を下げて短時間でヒートアップするた
   め、高温固体個々が通気孔を有する排ガス浄化装置構
   造。また、高温固体の蓄熱を短時間で行うには個々の高
   温固体が繊維状や多孔質（非連通気孔でも可）、肉薄等
   の単位体積当たりの熱容量の小さいものが好ましく、例
   としてケイ酸カルシウム断熱材片や綿状耐火材（バル
   ク）、パーライト粒、多孔質の天然石、石炭灰の発泡
   粒、中空セラミックス球などがあげられる。また、個々
   の高温固体を軽く（小さく）すると請求項１で述べた高
   温固体の位置のずれが容易に起こる。さらに高温固体が
   十分小さく軽ければ高温固体が流動し、さらに目詰まり
   が起こりにくくなるがその場合は多層化してばいじんの
   捕集力の低下を補わなければならない。
5. 【請求項５】 請求項１の排ガス浄化装置において、製
   作コストの上昇を嫌わない場合、エア噴射あるいは水洗
   による逆洗装置や電動、油圧、空圧等の動力による高温
   固体を収めた容器の揺動（振動）による目詰まり防止機
   構を備えて高温固体充填層の保守期間の延長を図った排
   ガス浄化装置構造。
6. 【請求項６】 請求項１の排ガス浄化装置において必要
   に応じ、高温固体のコスト上昇を嫌わない場合、未燃焼
   ガスの酸化分解能を向上させる触媒を担持した高温固体
   を設けた排ガス浄化装置。なお、高温固体そのものを触
   媒で成形してもよい。触媒担持で高温固体充填層の体積
   を小さくでき、通気抵抗が下がるため排風機は小さい出
   力にできる。触媒を担持していない同体積の高温固体充
   填層より高い酸化分解能を有した排ガス浄化装置。その
   候補として水酸化アルミや酸化アルミ、リン酸アルミ等
   のアルミ化合物、クリストバライト、ゼオライト、セピ
   オライト、電気石等のシリカ系、アルミナシリカ系の触
   媒、その全体あるいは一部がＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａな
   どのアルカリ土類金属、あるいはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ
   などの希土類、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕな
   どの貴金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、
   Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕなどの遷移元素、Ｚｎ、Ｓｎな
   どの重金属元素で置換された化合物は８００℃以上の高
   温で十分な活性をもつ触媒となる。
7. 【請求項７】 請求項１の排ガス浄化装置において必要
   に応じ、高温固体のコスト上昇を嫌わない場合、高温固
   体を消石灰や酸化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸
   カルシウム、硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、酸
   化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化カリウム、水
   酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸
   ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化リチウム、炭酸
   リチウム、ドロマイト、滑石、花崗岩、霞石、長石、石
   炭灰などのアルカリ性の材料を単独あるいは混合して成
   形した、あるいはアルカリ性の材料を含浸あるいは塗布
   した高温固体を用いることで、酸性ガスおよびダイオキ
   シン類前駆体あるいはダイオキシン類そのものの除去能
   を有した排ガス浄化装置。さらにこのアルカリ材料を、
   酸性ガスやダイオキシン類前駆体あるいはダイオキシン
   類そのものの吸着あるいは分解能を有した他の無機材料
   で置き換えてもよい。その候補として水酸化アルミや酸
   化アルミ、リン酸アルミ等のアルミ化合物、クリストバ
   ライト、ゼオライト、セピオライト、電気石、花崗岩、
   霞石、パーライト、シラス、石炭灰の発泡粒等のシリカ
   系、アルミナシリカ系の吸着材や、イオン交換性を有す
   る材料があげられる。その全体あるいは一部がＬｉ、Ｎ
   ａ、Ｋなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａな
   どのアルカリ土類金属、あるいはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ
   などの希土類、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕな
   どの貴金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ，Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、
   Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、などの遷移元素、Ｚｎ、Ｓｎ
   などの重金属元素やＢで置換された化合物は好ましい吸
   着（分解）材、イオン交換材料となる。
8. 【請求項８】 請求項１の排ガス浄化装置において再燃
   バーナーのみでは燃焼用空気が不足する場合、煙導ダク
   ト始端と高温固体充填層の間の任意の位置に燃焼用空気
   を導入して、高温固体充填層で燃焼用空気と未燃焼ガス
   やばいじんが良好に混合燃焼するため、燃焼用空気孔を
   煙導ダクト始端と高温固体充填層の間の任意の位置に配
   した排ガス浄化装置構造。