JPH0730902B2 - 燃焼装置及びその燃焼制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は都市ゴミ等の廃棄物を焼却する焼却炉等の燃焼
装置において、低空気比で高温高効率燃焼を行なわせる
ことにより、ダイオキシン等の微量な有害物質の排出を
防止すると共に、高い燃焼効率で燃焼を行なう燃焼装置
及びその燃焼制御装置に関するものである。

背景技術 近年、物流システム等の多様化により、都市ごみ中のプ
ラスチック、繊維、紙等が増え、都市ゴミは漸次高カロ
リー化の傾向にある。

プラスチック類は焼却処理の際、局部的な高温発熱によ
り耐火材を損傷したり、クリンカが発生し、炉の連続操
業、ごみの定格量焼却を妨げるため、焼却不適物として
分別する方法もあるが、都市ゴミからプラスチック類を
完全に分別することは困難であり、また分離したプラス
チック類を焼却せずに埋立に使用すると貴重なエネルギ
ー源となる物質が有効に利用されることがなく埋立処理
されることにもなる。

また、高カロリーのごみをそのまま焼却処理するに当
り、炉出口ガス温度を700℃〜950℃に保つため、多量の
空気或いは噴霧水によって冷却しなければならず炉が大
型化していくのが現状である。ここで炉出口ガス温度の
下限値（700℃）は悪臭を防止することを主眼として設
定される。また、上限値（950℃）は燃焼室出口以後の
煙道等に、高温で溶融したダストが付着してトラブルを
生じないようにするため操炉上の観点から設定されたも
のである。

一方、1983年11月には、ストーカ式焼却炉である機械炉
において、有害ダイオキシン等が検出され、社会問題と
なった。ポリクロロダイベンゾパラダイオキシン（以下
「PCDDs」と称する）、該PCDDsに化学的に極めて類似し
たポリクロロダイベンゾフラン（PCDFs）を始めとする
有害な有機塩素化合物の発生の主要因はプラスチック類
とされており、現在、機械炉、流動床炉等焼却炉の形式
を問わずその発生が確認されている。

また、その発生には、クロロベンゼン類（CBs）やクロ
ロフェノール類（CPs）が前駆体として深くかかわって
いると言う指摘がこれまで多くの研究者によってなされ
ている。そしてその発生量は、炉から煙道へと排ガスが
流れるにつれ、即ち、排ガス温度が減温するに従い増加
傾向にあることや、電気集塵機内の放電効果による発生
が報告されている。

焼却炉内におけるPCDDs等の発生メカニズムはまだ未解
明な部分が多いが、一般に700℃以下で発生し、900℃〜
1200℃での酸化処理によって分解するといわれている。

機械炉の場合には、炉底のストーカ上の積層廃棄物内部
は300℃〜400℃の蒸し焼き状態となっており、ダイオキ
シンが発生しやすい領域があり、しかも機械炉では燃焼
用空気比が２以上と高いため、空気で冷やされる率が多
く、炉上部の温度は焼却物の発熱量が高くないと1200℃
まで上げることは難しい。また、発熱量が高いと局部的
に高温になり耐火材の損傷、クリンカ発生の問題があ
る。

流動床式焼却炉の場合には、炉底はケイ砂等の流動媒体
による流動床で構成され、通常700℃〜900℃前後で運転
されているところから、前述した機械炉よりは有利であ
る。ところが、流動床式焼却炉においては、流動床内は
複雑な化学反応域であり、流動床といえどもダイオキシ
ンなどの発生を確実に防止することができるとは言い難
い。

一般に、都市ごみを燃焼処理する流動床式燃焼炉は、平
均粒径約0.4〜2.0mm程度のケイ砂（SiO₂）を流動媒体と
して使用し、この流動媒体による流動層温度を700℃〜9
00℃前後に保って流動床内に投入される都市ごみを燃焼
し、燃焼に伴って発生する熱を再び流動媒体に還元させ
て焼却を行なうものである。

ところで、流動媒体であるケイ砂は高温域下で下記のよ
うなアルカリ金属化合物等と反応し、例えば水ガラス状
のケイ酸ソーダ（Na₂O・3SiO₂）となり、流動化不能に
なるため、流動床の温度は、燃焼処理対象物に応じた制
限がある。

3SiO₂＋Na₂CO₃→Na₂O・3SiO₂＋CO₂ 3SiO₂＋２Na₂OH₃→Na₂O・3SiO₂＋H₂O 3SiO₂＋２Na₂HCO₃→Na₂O・3SiO₂＋H₂O＋2CO₂ 即ち、流動媒体（SiO₂）量に対するアルカリ金属化合物
をNa元素分で代表して、その含有重量割合（以下Na濃度
という）が約0.5％以下になるような場合（通常の都市
ごみの場合）には、最高900℃、汚泥類や産業廃棄物等
でアルキリ金属化合物の含有量が多く、流動媒体中のNa
濃度が１％程度になるようものは、多少の安全をみて75
0℃程度に抑えなければならない。なお、砂とNa₂CO₃やN
aOHの反応を抑制するために、添加剤としてある種の溶
融抑制剤、例えばカオリンを添加することにより、アル
カリ金属化合物等の含有廃棄物を流動床炉で焼却処理す
ることもできる。しかしながら、それでも流動砂の保有
量に対して、単位時間当りの廃棄物中のアルカリ金属化
合物の供給濃度には限界があり、これを越す何に溶融抑
制剤を多量に添加しようと流動化が停止してしまうとい
うデットラインがあることが解っている。

流動床の実験炉のテストにおいて、流動媒体（SiO₂）温
度が約800℃で焼却物のアルカリ金属化合物による流動
化が停止してしまった時の砂中のNa濃度は、アルカリ金
属化合物の種類及び溶融抑制剤により差はあるが約0.6
〜1.8％であった。また、溶融抑制剤の添加も抑制剤の
粒径が細かいと炉内投入と同時に飛散して効果が出ない
ことがある上に、コスト面、後段機器への負荷か増大す
る等のデメリットが大きく、アルカリ金属化合物の対策
の有力な手段と成り得ない。

アルカリ金属化合物は多種類が共存すると共融点を作り
各単独のアルカリ金属化合物の融点より一層低い温度で
溶融することが知られており、このことは流動床炉を運
転管理する上で注意をしなければならない重要な事項で
ある。都市ごみに混入しているアルカリ金属化合物の量
は実際規制することができないので、流動層の温度管理
が重要となる。

従って、流動床焼却炉においても、流動床温度を900℃
以下に保ち、上部のフリーボード部の温度を900℃〜120
0℃とし、ダイオンキン等の有機塩素化合物及びその前
駆体を十分な酸素との混合により高温化処理することが
好ましい。

また、都市ごみ焼却炉の飛灰の融点は1200℃前後であ
り、フリーボード部を1200℃以上にすると、煙道に飛灰
溶着のトラブルが発生しやすい。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、流動床焼却
炉の燃焼装置で都市ごみ等の廃棄物を焼却する場合に生
じる上記問題点を除去し、ダイオキシン等の有害物質の
発生することがない高温・高効率の燃焼装置及びその燃
焼制御方法を提供することにある。

発明の開示 上記目的を達成するため本発明は、燃焼炉部、フリーボ
ード部と、該フリーボード部に続く後燃焼室を具備し、
該後燃焼室がフリーボード部の真上からずれた位置に配
置された構造の燃焼装置において、フリーボード部と後
燃焼室との境界近傍に排出口に向かって流れる燃焼ガス
に対向させてガスを吹き込むガス吹き込み手段を設けた
ことを特徴とする。

また、ガス吹き込み手段は、所定の間隔で平行に配置さ
れた複数本のパイプにより構成され、該パイプのそれぞ
れには排出口に向かって流れる燃焼ガスに対向する向き
にガスを吹き込むガス噴出穴が設けられていることを特
徴とする。

また、複数本のパイプに設けられたガス噴出穴はそれぞ
れパイプ毎に位相をずらして設けられていることを特徴
とする。

また、パイプはβ形炭化ケイ素焼結体であることを特徴
とする。

また、後燃焼室に接続する高温熱交換器と、その後方に
ガス冷却設備が設けられていることを特徴とする。

また、燃焼炉部は流動床炉であり、該流動床炉底部から
吹き込む一次空気量を理論空気量以下とし、該流動床部
で燃焼物の部分燃焼を行なわせ、流動床焼却部の温度を
400℃乃至900℃に維持することを特徴とする。

また、流動床底部から吹き込む一次空気を空気予熱器及
び高温熱交換器による二段の予熱手段で所定温度に予熱
し、一次空気量を低減して流動床中の発生熱量を低減し
且つ該流動床の温度を400℃乃至900℃に維持することを
特徴とする。

また、フリーボード部に高温熱交換器で予熱された二次
空気を吹き込み、空気比を1.0〜1.5として高温酸化雰囲
気とし、更にガス吹き込み手段により交換熱交換器で予
熱された二次空気を吹き込み未燃ガスと燃焼用空気の十
分な混合を行なわせることにより、フリーボード及び後
燃焼室において、総空気比1.2〜1.7で950℃以上の高温
・高効率燃焼を行なわせることを特徴とする。

また、流動床の温度、フリーボード部の温度及び後燃焼
室の温度を一次空気、フリーボード部に吹き込む二次空
気及びガス吹き込み手段４から吹き込む二次空気の空気
量比率及びそれぞれの空気温度を変えて制御することを
特徴とする。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に係る燃焼装置の概略構成及び燃焼ガス
の流れを示す図、第２図は従来の燃焼装置の概略構成及
び燃焼ガスの流れを示す図、第３図はガス吹き込み手段
の概略構造を示す斜視図、第４図（Ａ）はガス吹き込み
手段のパイブの配列状態を示す平面図、同図（Ｂ）はそ
の側面図、第５図（Ａ）は他のガス吹き込み手段のパイ
プの配列状態を示す平面図、同図（Ｂ）はその側面図、
第６図及び第７図はそれぞれ他のガス吹き込み手段のパ
イプの配列状態を示す平面図、第８図は本発明に係る他
の燃焼装置のシステム構成を示す概略図、第９図は総空
気比を変化させた場合の低位発熱量と燃焼ガス温度の関
係を計算例を示す図、第10図は燃焼用空気温度を変化さ
せた場合のゴミの低位発熱量と燃焼排ガス温度及び流動
層温度との関係の計算例を示す図、第11図は本発明に係
る他の燃焼装置のシステム構成を示す概略図、第12図は
本発明に係る他の燃焼装置のシステム構成を示す概略図
である。

発明を実施するための最良の形態 以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しつつ
説明する。

第１図は本発明に係る燃焼装置の概略構成及び燃焼ガス
の流れを示す図である。

１は流動床焼却部であり、該流動床焼却部１の上部には
フリーボード部２が配置され、該フリーボード部２に続
いて、後燃焼室３が配置されている。後燃焼室３は、フ
リーボード部２の真上からずれた位置に配置されてい
る。フリーボード部２と後燃焼室３との境界近傍には後
に詳述するように所定の間隔で平行に配置された複数本
のパイプを具備する構造のガス吹き込み手段４が設けら
れている。該ガス吹き込み手段４の各パイプには後に詳
述するように排出口に向かって流れる燃焼排ガスに対向
させて二次空気を吹き込むガス噴出穴が設けられてい
る。

また、後燃焼室３の後方には、図示しないガス冷却装置
等のガス冷却手段が設けられている。このガス冷却手段
とガス吹き込み手段４とに挾まれた部分が所謂後燃焼室
３に相当する。

なお、５は都市ゴミ等の燃焼物を炉内に投入する燃焼物
供給装置である。

上記構成の燃焼装置において、流動床焼却部１の流動床
底部から流動媒体を流動させるための一次空気A₁を吹き
込み、また、フリーボード部２内部には二次空気A₂を吹
き込み、更に、ガス吹き込み手段４には二次空気A₃を吹
き込んでいる。

上記構成の燃焼装置において、ガス吹き込み手段４がな
ければ、燃焼物供給装置５から炉内に投入された燃焼物
は、流動床焼却部１で燃焼し、その燃焼ガスG₁は第２図
に示すように、フリーボード部２内を上昇し、後燃焼室
３を通って排出口（図示せず）へとながれる。フリーボ
ード部２内では、該フリーボード部２内に吹き込まれる
二次空気A₂と燃焼ガスG₁は混合し、未燃ガスと空気の混
合が図られるようになっている。しかしながら、これで
は未燃ガスと空気の混合が十分に行なわれず、燃焼ガス
G₁はフリーボード部２内でショートパスし滞留時間も不
十分となることがある。

そこで、本実施例では第１図に示すように、フリーボー
ド部２と後燃焼室３の境界近傍にガス吹き込み手段４を
設けることにより、該ガス吹き込み手段４から排出口に
向かう二次空気A₂及び燃焼ガスG₁に対して、二次空気A₂
を吹き込むことにより、二次空気A₂及び燃焼ガスG₁とこ
の二次空気A₃との混合排ガスG₂は、フリーボード部２内
を旋回する大きな旋回流となる。これにより未燃ガスと
燃焼空気の混合が十分に行なわれると共に、ショートバ
スがなくなるため燃焼ガスのフリーボード部２内の滞留
時間も長くなる。このようにガス吹き込み手段４から吹
き込まれた二次空気A₃及びフリーボード部２内に吹き込
まれた二次空気A₂と十分混合された燃焼排ガスG₃は後燃
焼室３にてさらに燃焼し、排出口へ向かって流れる。

なお、燃焼物供給装置５から炉内に燃焼物と共に漏れ込
む空気A₄も旋回する混合排ガスG₂により混合される。

第３図は前記ガス吹き込み手段４の概略構造を示す斜視
図である。図示するように、フリーボード部２の後燃焼
室３の境界近傍には、燃焼ガスG₁の流路に直交する面に
所定間隔で複数本のパイプ４−2.4−2,……を平行に配
置している。該複数本のパイプ４−2.4−2,……はその
上部は空気供給炉４−１に開口して接続されている。該
パイプ４−2.4−2,……にはそれぞれ位相をずらして空
気排出口４−3,4−3,……が設けられている。空気供給
路４−１から供給される空気はパイプ４−2,4−2,……
の空気噴出口４−3,4−3,……から燃焼ガスG₁に対向す
る方向に噴出される。

フリーボード部２の上部壁に形成された投入口2aより、
都市ごみ等の燃焼物が炉内に投入され、燃焼ガスG₁はフ
リーボード部２内を上昇する。この燃焼ガスG₁はCO₂，H
₂O，N₂等の燃焼ガスと燃焼物の熱分解ガス及び未燃カー
ボンといった未燃物質、更には燃焼に寄与しない空気が
混在するものであり、燃焼領域における燃焼の不均一に
よって燃焼ガスG₁はフリーボード部２内においては各成
分は不均一に分布している。ガス吹き込み手段４のパイ
プ４−２の空気噴出口４−３から、燃焼ガスG₁に対向し
て二次空気A₃を吹き込むことにより、該燃焼ガスG₁はこ
の二次空気A₃と混合した混合排ガスG₂となり、第１図に
示すようなフリーボード部２内を旋回する大きな旋回流
となる。このときフリーボード部２内に吹き込まれる他
の二次空気A₂及び燃焼物供給装置５から燃焼物と共に漏
れ込む空気A₄も混合されることは前述の通りである。

前記ガス吹き込み手段４の複数本のパイプ４−2,4−2,
……には第４図（Ａ），（Ｂ）に示すように隣接するパ
イプ４−２と４−２との間で位相をずらして空気噴出口
４−３を設け、燃焼排ガスEG（第１図の混合排ガスG₂）
に対して、確実に且つ均一に二次空気A₃を吹き込む。こ
の二次空気A₃の吹き込み方向を燃焼排ガスEGの流れに対
向させると、該燃焼排ガスEGがフリーボード部２で大き
く旋回する。なお、第４図（Ａ）はガス吹き込み手段４
のパイプ４−2,4−2,……の配列状態を示す平面図、同
図（Ｂ）はその側面図である。

また、上記のようにフリーボード部２と後燃焼室３の境
界近傍で燃焼排ガスEGの流れに直交する面に所定間隔で
複数本のパイプ４−2,4−2,……を平行に配置とてなる
ガス吹き込み手段４を設けることにより、該ガス吹き込
み手段４が上流の燃焼排ガスEGからの輻射を遮り作用を
奏するから、輻射減温を防止することも期待できる。

上記構造のガス吹き込み手段４において、パイプ４−２
の素材は燃焼排ガスEGの温度、腐食性物質の含有量等に
応じて適宜選定すればよいが、高温で腐食性の強い排ガ
スの場合には炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ジル
コニア、マグネシア、サイアロン、コージェライト、酸
化チタン等の１種又は２種以上からなる焼成とするのが
よく、特に強度並びに耐熱衝撃性の面からβ・SiCがよ
り望ましい。

燃焼排ガスEGの流れ方向と二次空気A₃の噴出方向との角
度（θ）は、第５図（Ａ）に示すように90°≦θ≦180
°に設定するのが好ましく、パイプ４−２の間隔が大き
い場合にはθを小さくするが、燃焼排ガスEGに対向させ
て前記フリーボード部２で大きな旋回流を生じさせるに
は、120°≦θ≦150°がより好適である。なお、第５図
（Ａ）はガス吹き込み手段４のパイプ４−２配列状態を
示す平面図、同図（Ｂ）はその側面図である。

なお、ガス吹き込み手段４のパイプ４−２の形状は第４
図及び第５図に示す円筒状に限定されるものではない
が、高温下で使用し、パイプ４−２の材質として脆性材
料であるセラミックスとする場合には、熱応力の集中が
生じないように円筒状が望ましい。

また、パイプ４−２の付設は、燃焼排ガスEGの流れに直
交する面に一列だけ配列するものに限定されるものでは
なく、第６図に示すように二列又はそれ以上配列し、列
間のパイプを千鳥状に配置してもよい。

更に、第７図に示すようにパイプ４−２と４−２の間に
板部材４−４を配置させる構造としてもよい。

なお、上記燃焼装置は、焼却炉として流動床炉を例に説
明したが、本発明は流動床炉に限定されるものではな
く、都市ゴミ等に燃焼物を焼却する焼却炉であれば、機
械炉等他の炉でもよいことは当然である。

第８図は本発明に係る燃焼装置のシステム構成を示す概
略図である。同図において、１は流動床焼却部、２はフ
リーボード部、３は後燃焼室であり、該後燃焼室３がフ
リーボード部２の真上からずれた位置に配置され、フリ
ーボード部２と後燃焼室３の境界近傍に排出口に向かっ
て流れる燃焼ガスに対向させてガスを吹き込むガス吹き
込み手段４が設けられている点は第１図に示す燃焼装置
と同じ構造である。

後燃焼室３に接続して高温熱交換器６が配置され、高温
熱交換器６とガス冷却装置７とが一体化されている。

また、ガス冷却装置７からの排ガスは、空気予熱器８、
集塵装置９を通り、誘引送風機10により煙突11を通って
大気中に放出されるようになっている。12は一次空気送
風機であり、該一次空気送風機12で送られる空気は空気
予熱器８で予熱された後、更に高温熱交換器６で所定の
温度（例えば、500℃）にまで予熱され、流動床焼却部
１の底部から流動層に吹き込まれる。13は二次空気送風
機であり、該二次空気送風機13で送られた空気は高温熱
交換器６で所定の温度に予熱され、フリーボード部２内
へ二次空気A₂として吹き込まれる。

ガス吹き込み手段４は第３図に示すガス吹き込み手段４
と略同じ構造である。二次空気送風機13により送られた
空気は高温熱交換器６で所定の温度に予熱され、ガス吹
き込み手段４のパイプの空気噴出口から二次空気A₃とし
て燃焼排ガスの流れに対向して吹き込まれる。

上記構成の燃焼装置において、流動床焼却部１の底部か
ら送り込む一次空気の量、即ち流動媒体を流動させる空
気の量を理論空気量以下に抑え、炉内に燃焼物を投入し
部分燃焼を行なわせる。この場合、部分燃焼であるから
発生熱量が少なく、流動層温度は低下しようとするが、
一次空気送風機12から送られてくる一次空気を高温熱交
換器６で交換（例えば500℃）に予熱することにより、
該流動層の温度を400℃〜900℃に維持する。フリーボー
ド部２内は高温度酸化雰囲気になるように、一次空気A₁
と二次空気A₂の合量が空気比で1.0〜1.5とし、更にガス
吹き込み手段４により二次空気A₃を吹き込みフリーボー
ド部２に大きな旋回流を生じささせて未燃ガスと燃焼用
空気の十分な混合が行なわれることにより、フリーボー
ド部２及び後燃焼室３において、総空気比1.2〜1.7で95
0℃以上の高温・高効率燃焼を行なわせる。

第９図は一次空気予熱温度が500℃、フリーボード部２
に吹き込む二次空気A₂及びガス吹き込み手段４から吹き
込む二次空気A₃の予熱温度を200℃とした場合の総空気
比ｍと燃焼ガス温度の関係の計算例を示す図である。従
来のガス加熱式空気予熱器（燃焼排ガスと燃焼用空気と
の間で熱交換を行なう交換器）では排ガス中のHClによ
り伝熱管の高温腐食を避けるため予熱温度を300℃以下
に設定しており、一次空気予熱温度も300℃を越えるこ
とが困難であった。

上記本実施例ではガス吹き込み手段４のパイプ４−２と
同様に高温に耐え、しかも耐食性の良好なセラミックス
を伝熱管とする高温熱交換器６を用いるから、燃焼用空
気を300℃以上に予熱することが可能である。予熱温度
は燃焼ガス温度、予熱空気流量によって異なるが、実炉
規模の試算例では、従来と同様、空気予熱器８で昇温さ
れた一次空気を高温熱交換器６において、1200℃の燃焼
排ガスとの間で熱交換を行なうことにより、500℃に予
熱すると同時に高温熱交換器６により、二次空気（フリ
ーボード部２内に吹き込む空気A₂及びガス吹き込み手段
４から吹き込む空気A₃）を200℃以上に予熱することは
熱的に十分可能である。

当然のことながら空気比が低い程燃焼温度は高くなり、
総空気比ｍを1.2とすれば、燃焼用空気を高温熱交換器
６で予熱することにより、1000kcal/kg以上の低位発熱
量を有する焼却物を1000℃以上で焼却することが可能で
ある。

本実施例ではフリーボード部２と後燃焼室３の間に設置
されるガス吹き込み手段４と、後燃焼室３とガス冷却装
置７の間に設置される高温熱高温器６が熱スクリーンと
して作用し、輻射減温を防止するため更に高温の燃焼が
可能である。

第10図は燃焼用空気温度と流動床及び燃焼排ガス温度と
の関係を示すもので、一次空気量を理論空気量の0.5倍
とし、流動床では部分燃焼を行なう場合の計算例を示す
図である。同図において、白丸印（○）は一次空気を20
0℃に予熱した場合の流動床部（BED）の温度、黒丸印
（●）は一次空気を200℃に予熱し二次空気が40℃の場
合のフリーボード部（Ｆ・Ｂ）の温度を、白四角形印
（□）は一次空気を200℃に予熱し二次空気も200℃に予
熱した場合のフリーボード部（Ｆ・Ｂ）の温度を、大黒
四角形印（■）は一次空気を500℃に予熱した場合の流
動床部（BED）の温度、小黒四角形印（ ）は一次空気
を500℃に予熱し二次空気が40℃の場合のフリーボード
部（Ｆ・Ｂ）の温度を、×印（×）は一次空気を500℃
に予熱し二次空気を200℃に予熱した場合のフリーボー
ド部（Ｆ・Ｂ）の温度を示す。

第10図に示すように高カロリーごみの場合には、容易に
高温燃焼を行なわせることが可能であり、むしろ流動床
及び燃焼排ガス温度を低減することが必要であるが、低
カロリーごみの場合には一次空気、二次空気の予熱温度
が重要な役割を果たしている。例えばごみの低位発熱量
が1500kcal/kgの場合には一次空気予熱温度を300℃以上
にしないと流動床温度を600℃程度に維持することがで
きず、フリーボード部２及び後燃焼室３の温度を1200℃
とするには更に二次空気の予熱を行なうことが必要とな
る。流動床の温度はアルカリ溶融塩との反応等により流
動不良を生じる温度が上限であり、燃焼物の熱分解温
度、ガス化に必要な温度が下限である。通常これらの範
囲は400℃〜900℃であり、燃焼物の性状により適当な温
度に設定されるが、ガス化を完全に行なうと共に、緩慢
な燃焼により燃焼を安定化するには、500℃〜800℃とす
るのが好ましい。

第10図に示すようにごみの低位発熱量が2100kcal以上に
なると一次空気予熱温度が200℃でも流動床温度は800℃
以上（白丸印の曲線参照）となる。この場合は一次空気
量を低減することにより、流動床温度を低下させること
ができる。流動床温度を低下させるために水噴霧を行な
うか、流動床中（或いは流動床の一部）に伝熱管を設け
て熱回収を行なうといった公知の手段を用いることも可
能である。

ごみの低位発熱量が1500kcal/kgの場合には、一次空気
予熱温度を500℃とすると流動床温度は670℃程度（大黒
四角形印の曲線を参照）となり、流動床温度600℃に保
持する場合には一次空気量を低減することができる。即
ち、一次空気を公知の空気予熱器８とともに高温熱交換
器６を用い、二段階で予熱することによって、500℃ま
で予熱をすることができ、流動床で安定した部分燃焼を
行なうために必要な一次空気量を低減することが可能に
なる。

更に、ごみの低位発熱量が1000kacl/kgの場合には一次
空気を500℃に予熱することにより、流動床温度を400℃
程度に維持することが可能であり（大黒四角形印の曲線
を参照）、予熱温度が500℃以下の場合は一次空気量を
増し、流動床中の部分燃焼割合を増やす必要がある。フ
リーボード部２及び後燃焼室３の燃焼ガス温度は総空気
比を固定すれば流動床の操業条件と二次空気の予熱温度
によって決まる。第10図に示すようにごみの低位発熱量
が約1900kcal/kg程度以上になると二次空気予熱を行な
わなくても燃焼ガス温度は1200℃以上となり（黒丸印の
曲線を参照）、この場合には、水噴霧又はボイラーによ
りガス冷却を行なう必要がある。勿論流動床中の部分燃
焼割合を増やし流動床中で熱回収を行なってもよい。

ごみの低位発熱量が1000kcal/kgと低い場合には、第10
図に示すように、二次空気を200℃程度に予熱すること
により、燃焼ガス温度を1000℃以上とすることが可能に
なる（Ｘ印の曲線を参照）。

上記のように低空気比にすることと高温熱交換器６によ
る燃焼用空気の予熱により1000℃〜1200℃の高温燃焼を
達成し、一次空気を低減することは可能となるが、低空
気比で完全燃焼を行なわせるには、未燃ガスと燃焼用空
気との混合攪拌を十分に行なうことが重要となる。

一般にフリーボード部２は所要滞留時間及び流動媒体の
飛散を考慮してその容量を設定するが、燃焼排ガス流速
は１〜3m/秒程度であり、十分な混合が行なわれず、ま
た限られた量の二次空気を周囲炉壁からフリーボード部
２内に噴出させ、未燃ガスと燃焼用空気の混合を改善す
ることも限度がある。このため排ガス中のCO濃度を低減
するには総空気比が2.0程度の運転を余儀なくされてい
るのが現状である。

上記本実施例では、フリーボード部２と後燃焼室３の境
界近傍にガス吹き込み手段４として耐熱材料により構成
される多数のパイプ４−２を燃焼排ガスの流れに直交す
る面に多数並べて配置し、該パイプ４−２の空気噴出口
４−３から燃焼排ガスの流れに対向して、二次空気A₃を
噴出させることにより、燃焼排ガスはこの二次空気A₃と
混合しながら、フリーボード部２内を大きく旋回するか
ら、ショートバスがなくなるため、燃焼排ガスと二次空
気の混合が十分に行なわれ、滞留時間が長くなり完全燃
焼をさせることができる。

本実施例ではフリーボード部２の内部には極力構造物を
設けない構造としている。これは燃焼物中に混入する金
属塊等の不燃物によるトラブルを避け、燃焼物が流動床
上に均一に投入されるようにするためである。

また、本実施例ではフリーボード部２の空気比を1.0〜
1.2としているが、これは空気比1.0以下の還元雰囲気で
流動床焼却部１における部分燃焼によって発生するチャ
ーが堆積するのを防止し、チャーの燃焼を行なって燃焼
物の発熱量を有効に利用することと、炉内圧力変動によ
って炉外へ未燃ガスがリークしないよう装置の安全上の
配慮による。

また、本実施例では流動床焼却部１、フリーボード部
２、後燃焼室３及びガス冷却装置７を一体化している
が、これは燃焼ガス温度を1200℃以下として飛灰が溶融
しにくい条件にすると共に、飛灰の溶融トラブルを生じ
易い煙道を設けない構造とするためである。

第11図は本発明に係る他の燃焼装置のシステム構成を示
す概略図である。第11図の燃焼装置が第８図の燃焼装置
と比較し相違する点はガス冷却装置７としてボイラー15
を用いている点及び流動床焼却部１の一部に伝熱管16を
設け流動床焼却部１で熱回収を行なえるようにしている
点であり、その他の点は第８図の燃焼装置と略同一であ
るから、各部の動作及び燃焼制御方法の詳細な説明は省
略する。

燃焼装置を第11図に示すように構成することにより、高
カロリーごみを対象燃焼物とした場合、プラントのエネ
ルキー効率を大きく向上させることができる。

第12図は本発明に係る他の燃焼装置のシステム構成を示
す概略図である。本燃焼装置は図示するように、フリー
ボード部２の真上にガス吹き込み手段４が配置され、更
にその真上に高温熱交換器６が配置された構造である。
即ち、フリーボード部２の真上に後燃焼室が配置された
構成である。その他は第11図の燃焼装置と同一構造であ
る。

上記構造とすることにより、ガス吹き込み手段４から排
ガス中に二次空気を吹き込むことにより、フリーボード
部２内には上記実施例のように旋回流は発生しないが、
ガス吹き込み手段４の下流には多数の渦が発生し、該渦
により二次空気が排ガス中に均一混合することになり、
後燃焼室で完全燃焼が行なわれる。

燃焼装置を第12図に示すように構成した場合も、第11図
の場合と同様、プラントのエネルギー効率を大きく向上
させることができる。

以上説明したように本発明によれば、フリーボード部と
後燃焼室との境界近傍に設けたガス吹き込み手段によ
り、燃焼ガスに対向して二次空気を吹き込むことによ
り、該燃焼ガス及び二次空気が混合しながらフリーボー
ド部内を大きく旋回するので、少量の二次空気で確実に
可燃ガス及び未燃物質の混合を行なわせることができ
る。

また、ガス吹き込み手段はフリーボード部と後燃焼室の
境界近傍に複数本のパイプを平行に配列した構成である
から、該パイプ列上流の燃焼排ガスからの輻射を遮り、
輻射減温を防止することができる。

また、流動床を低空気比とし部分燃焼によるガス化二段
燃焼を行なうので、NOxの低減が可能となる。

また、高温・高効率燃焼によりPCDDsに代表される有害
な有機塩素化合物及びそれらの前駆物質の低減等低公害
化が可能となる。

また、低空気比で高温燃焼を行なわせることにより、燃
焼装置の焼却炉本体、通風装置、ガス処理系統の機器等
の小型化が可能となる。

また、上記の結果として、運転費の低減が可能となる。
特に流動床の場合、流動化空気量を少なくすることがで
きれば、運転費の大幅な低減がはかれる。

ガス冷却装置としてボイラーを用いたボイラー付焼却設
備の場合、高カロリーごみを対象とするプラントのエネ
ルギー効率が向上する。

産業上の利用可能性 以上のように、本発明に係る燃焼装置及びその燃焼制御
方法は、フリーボード部と後燃焼室との境界近傍に設け
たガス吹き込み手段により、燃焼ガスに対向して二次空
気を吹き込むことにより、該燃焼ガス及び二次空気が混
合しながらフリーボード部内を大きく旋回するので、少
量の二次空気で確実に可燃ガス及び未燃物質との混合を
行なわせることができると共に、ガス吹き込み手段は上
流の燃焼排ガスからの輻射を遮り輻射減温を防止するこ
とができるから、都市ゴミ等の焼却に際して、NOxの低
減化、高温・高効率燃焼によりPCDDsに代表される有害
な有機塩素化合物及びそれらの前駆物質の低減等低公害
化が可能となる。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼炉部と、該燃焼炉部に続くフリーボー
   ド部と、該フリーボード部に続く後燃焼質を具備し、該
   後燃焼室が前記フリーボード部の真上からずれた位置に
   配置された構造の燃焼装置において、前記フリーボード
   部と後燃焼室との境界近傍に排出口に向かって流れる燃
   焼ガスに対向させてガスを吹き込むガス吹き込み手段を
   設けたことを特徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】前記ガス吹き込み手段は、所定の間隔で平
   行に配置された複数本のパイプを具備し、該パイプのそ
   れぞれには排出口に向かって流れる燃焼ガスに対向する
   向きにガスを吹き込むガス噴出穴が設けられていること
   を特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】前記複数本のパイプに設けられたガス噴出
   穴はそれぞれパイプ毎に位相をずらして設けられている
   ことを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】前記パイプはβ形炭化ケイ素焼結体である
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の燃焼装置。
5. 【請求項５】前記燃焼炉部は流動床炉であり、前記後燃
   焼室に接続する高温熱交換器と、その後方にガス冷却設
   備が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれか１つに記載の燃焼装置。
6. 【請求項６】前記流動床炉底部から吹き込む一次空気量
   を理論空気量以下とし、該流動床部で燃焼物の部分燃焼
   を行なわせ、流動床焼却部の温度を400℃乃至900℃に維
   持することを特徴とする請求項５記載の燃焼装置の燃焼
   制御方法。
7. 【請求項７】前記流動床炉底部から吹き込む一次空気を
   空気予熱器及び前記高温熱交換器による二段の予熱手段
   で所定温度に予熱し、前記一次空気量を低減して前記流
   動床中の発生熱量を低減し且つ該流動床の温度を400℃
   乃至900℃に維持することを特徴とする請求項６記載の
   燃焼装置の燃焼制御方法。
8. 【請求項８】前記フリーボード部に高温熱交換器で予熱
   された二次空気を吹き込み、空気比を1.0〜1.5として高
   温酸化雰囲気とし、更に前記ガス吹き込み手段により前
   記高温熱交換器で予熱された二次空気を吹き込み未燃ガ
   スと燃焼用空気の十分な混合を行なわることにより、前
   記フリーボード及び前記後燃焼室において、総空気比1.
   2〜1.7で950℃以上の高温・高効率燃焼を行なわせるこ
   とを特徴とする請求項６又は７記載の燃焼装置の燃焼制
   御方法。
9. 【請求項９】前記流動床の温度、前記フリーボード部の
   温度及び前記後燃焼室の温度を前記一次空気、フリーボ
   ード部に吹き込む二次空気及び前記ガス吹き込み手段か
   ら吹き込む二次空気の空気量比率及びそれぞれの空気温
   度を変えて制御することを特徴とする請求項６乃至８の
   いずれか一つに記載の燃焼装置の燃焼制御方法。