JP6443758B2 - 火格子式廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する火格子式の廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法に関する。

都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的なものの構成の概要を以下に説明する。

火格子式廃棄物焼却炉は、廃棄物を燃焼する燃焼室の下部に廃棄物の移動方向に配置され三段から成る火格子（乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子）を有し、後燃焼火格子の上方に位置する燃焼室の出口に二次燃焼室が連設されている。上記燃焼室には乾燥火格子の上方に位置して廃棄物投入口が設けられている。そして後燃焼火格子の廃棄物の移動方向下流側下方には灰落下口が設けられている。通常、上記二次燃焼室には廃熱回収用の廃熱ボイラが連設されており、廃熱ボイラの入口近傍部分が二次燃焼室とされている場合もある。また、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子それぞれの火格子下から燃焼用一次空気（一次空気という）を吹き込む一次空気吹込み機構が設けられている。

このような火格子式廃棄物焼却炉において、廃棄物投入口から燃焼室内に投入された廃棄物は、乾燥火格子上に堆積され、乾燥火格子の下からの一次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は、乾燥火格子から燃焼火格子上に送られ、廃棄物が熱分解されて可燃性ガスが発生し、燃焼火格子の下から送られる一次空気により可燃性ガスと固形分が燃焼する。そして、更に後燃焼火格子上で、固定炭素など未燃分が完全に燃焼し、しかる後、燃焼後に残った灰は、灰落下口より外部に排出される。

かくして、火格子式廃棄物焼却炉では、廃棄物は燃焼室にて三段の火格子の下から吹き込まれる一次空気により燃焼する。さらに、燃焼室から排出される燃焼ガスに含まれている可燃性ガスの未燃分（未燃ガスという）は、燃焼室に接続して設けられた二次燃焼室で二次燃焼用空気（二次空気という）を受けて燃焼（二次燃焼という）する。二次燃焼の後に燃焼排ガスは廃熱ボイラで熱回収される。

従来の火格子式廃棄物焼却炉では、実際に焼却炉内に供給する空気量を廃棄物の燃焼に必要な理論空気量で除した比（空気比）は、通常、１．６程度である。これは、一般燃料の燃焼に必要な空気比である１．０５〜１．２に比べて大きくなっている。その理由は、廃棄物には、一般燃料としての液体燃料や気体燃料に比べて不燃分が多く、かつ不均質なため、空気の利用効率が低く、燃焼を行うには多量の空気が必要となるためである。しかし、単に供給空気を多くすると、空気比が大きくなるにしたがって排ガス量も多くなるので、これに伴ってより大きな排ガス処理設備が必要となる。

廃棄物焼却炉において空気比を小さくした状態で、支障なく廃棄物を燃焼することができれば、排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパクトになり、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できる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤使用量も低減するので、運転費を低減できる。さらには、排ガス量の低減により廃熱ボイラの熱回収率を向上できるので、熱回収できずに大気に捨てられる熱量を低減させ、これに伴って廃棄物焼却廃熱を利用する発電の効率を上げることができる。 このように、低空気比燃焼を行う利点は大きい。

一方、廃棄物焼却炉内で発生する排ガス中の未燃ガスを完全燃焼させるために、焼却炉内から発生する排ガスの一部を二次燃焼空気と混合して焼却炉内へ吹込み、さらに焼却炉外へ排出される排ガス中の酸素濃度が一定となるように二次燃焼空気量と混合する排ガス量を制御する燃焼制御方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の燃焼制御方法によれば、二次燃焼空気量の過剰により排ガスが冷却され完全燃焼されないことや、酸素不足による未燃物の発生を防止できるとされている。

特開平１１−２９４７４０

上述のように、低空気比燃焼を行う利点は大きいが、一方で、空気比が１．５以下の低空気比燃焼では燃焼が不安定になるという問題が生じる。すなわち、低空気比で廃棄物を燃焼させると、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して排ガス中の有害物が増加するという問題が生じ、また、局所的な高温により廃棄物や灰が溶融して炉壁に付着してクリンカが発生したり、炉壁の耐火物の寿命が短くなるという問題点がある。

火格子式焼却炉では、焼却炉へ供給する空気量を低減して低空気比燃焼を指向する場合でも、乾燥、燃焼、後燃焼のため火格子から供給する一次空気は空気比１．２程度で供給しないと廃棄物の燃焼状況が悪化してしまい、燃え切りが悪くなり灰分中未燃分の増加（熱勺減量の増加）につながることになってしまう。したがって、低空気比燃焼での操業を行うためには、二次空気量をも減少させることが試みられているが、次のような問題がある。すなわち、低空気比燃焼の操業を指向し、二次空気量を減少させると、未燃ガスが完全燃焼されず、燃焼排ガス中に数百ｐｐｍオーダのＣＯガスが残存する場合があり、ＣＯスパイクの発生の原因ともなる。ＣＯスパイクが発生すると、有害物質を含んだ排ガスが炉外に放出されることになり、公害防止の上から好ましくない。そのため低空気比燃焼を実現するのが困難になっている。

このような、低空気比燃焼における未燃ガスの二次燃焼に、特許文献１に記載の燃焼制御方法を適用しても、廃棄物の供給量や性状が変動した場合、二次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局所高温領域の形成によりサーマルＮＯｘが急増したり、煤が大量に発生するという問題や、十分な二次燃焼が行われず未燃ガスが残留するという問題が生じることがある。

本発明は、かかる事情に鑑み、低空気比燃焼を行った場合においても、未燃ガスの十分な二次燃焼を行うことができ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害ガスの発生を抑制でき、廃棄物を安定して燃焼できる火格子式の廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法を提供することを課題とする。

本発明によれば、上述の課題は、火格子式廃棄物燃焼炉そしてその廃棄物焼却方法に関して、次のように構成されることにより解決される。本発明において、「上流側」、「下流側」とは、未燃ガスの移動方向にそっての上流側、下流側をいう。

＜火格子式廃棄物焼却炉＞
火格子式廃棄物焼却炉に関しては、上述の課題は次の第一発明そして第二発明のいずれによっても解決される。

＜第一発明＞
第一発明の廃棄物焼却炉は、火格子式廃棄物焼却炉であって、火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉において、二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給する二次空気供給口を有する二次空気供給手段と、二次空気供給口の位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を再循環排ガスとして再循環排ガス供給口から供給する再循環排ガス供給手段とを備えることを特徴としている。

このように構成される第一発明の廃棄物焼却炉にあっては、二次燃焼室内の上流側で二次空気供給口から二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側で再循環排ガス供給口から再循環排ガスを供給する。その結果、燃焼室から排出された未燃ガスはまず二次空気と接触して十分な酸素供給の下で燃焼が開始され、さらに、二次空気供給口の位置より下流側で再循環排ガス供給口から再循環排ガスが供給されることにより、再循環排ガス流の攪拌作用により、未燃ガスと二次空気とが十分に攪拌、混合されるので、二次燃焼室内で両者が均一に分散され、未燃ガスの燃焼において局所的な酸素不足や酸素過剰となる領域を生じさせることなく、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。

また、廃棄物焼却炉から排出される高温の排ガスの一部を再循環排ガスとして供給するので、二次燃焼室内を高温に保持することができ、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。

このような第一発明においては、二次空気供給口と再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されているようにすることができる。

このように、二次空気供給口と再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されているようにすることにより、二次空気と再循環排ガスとが混合され、二次空気の酸素が希釈され酸素濃度のばらつきがなくなり、二次燃焼室内で局所的に酸素濃度が高い領域が形成されることを防止し、局所高温領域が発生してサーマルＮＯｘが発生することを抑制でき、二次燃焼室内で均一にかつ安定して未燃ガスを燃焼することができる。

第一発明において、火格子式廃棄物焼却炉は、廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出する排ガス性状検出計と、排ガス性状検出計により検出された排ガス性状に基づき、排ガス性状を所定範囲内にするように二次空気供給手段による二次空気供給量と再循環排ガス供給手段による再循環排ガス供給量とを制御する制御装置とを、さらに有していることが好ましい。

このような制御装置を備えることで、排ガス性状に応じて二次空気供給量と再循環排ガス供給量とを調整し排ガス性状を所定範囲内にするように制御する。その結果、ＣＯ，ＮＯｘ等有害物の発生を抑制して、二次燃焼室で未燃ガスを完全に燃焼することができ、低空気比燃焼でも廃棄物、未燃ガスを安定して燃焼することができ、低空気比燃焼を達成できる。

本発明において、排ガス性状検出計は酸素濃度計、ＣＯ濃度計及びＮＯｘ濃度計のうち少なくとも一つであり、制御装置は上記排ガス性状検出計により検出された排ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度及びＮＯｘ濃度のうち少なくとも一つの性状に基づき、該性状を所定範囲とするように、二次空気供給手段による二次空気供給量と再循環排ガス供給手段による再循環排ガス供給量とを制御するようにすることができる。

＜第二発明＞
第二発明の火格子式廃棄物焼却炉は、火格子式廃棄物焼却炉であって、火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段と、高温ガスを上記燃焼室の天井又は側壁から燃焼室内に吹き込む高温ガス供給手段と、廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を燃焼室再循環排ガスとして上記燃焼室内に吹き込む燃焼室再循環排ガス供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉において、二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給する二次空気供給口を有する二次空気供給手段と、二次空気供給口の位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を二次燃焼室再循環排ガスとして二次燃焼室再循環排ガス供給口から供給する二次燃焼室再循環排ガス供給手段とを備えることを特徴としている。

このように構成される第二発明の廃棄物焼却炉にあっては、二次燃焼室内の上流側で二次空気供給口から二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側で二次燃焼室再循環排ガス供給口から二次燃焼室再循環排ガスを供給する。その結果、燃焼室から排出された未燃ガスはまず二次空気と接触して十分な酸素供給の下で燃焼が開始され、さらに、二次空気供給口の位置より下流側で二次燃焼室再循環排ガス供給口から二次燃焼室再循環排ガスが供給されて、二次燃焼室再循環排ガス流の攪拌作用により、未燃ガスと二次空気とが十分に攪拌、混合されるので、二次燃焼室内で両者が均一に分散され、未燃ガスの燃焼において局所的な酸素不足や酸素過剰となる領域を生じさせることなく、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。

また、廃棄物焼却炉から排出される高温の排ガスの一部を再循環排ガスとして供給するので、二次燃焼室内を高温に保持することができ、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。

このような第二発明においては、二次空気供給口と二次燃焼室再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されているようにすることができる。

このように、二次空気供給口と二次燃焼室再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されているようにすることにより、二次空気と二次燃焼室再循環排ガスとが混合され、二次空気の酸素が希釈され酸素濃度のばらつきがなくなり、二次燃焼室内で局所的に酸素濃度が高い領域が形成されることを防止し、局所高温領域が発生してサーマルＮＯｘが発生することを抑制でき、二次燃焼室内で均一にかつ安定して未燃ガスを燃焼することができる。

第二発明において、火格子式廃棄物焼却炉は、廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出する排ガス性状検出計と、排ガス性状検出計により検出された排ガス性状に基づき、排ガス性状を所定範囲内にするように二次空気供給手段による二次空気供給量と二次燃焼室再循環排ガス供給手段による二次燃焼室再循環排ガス供給量とを制御する制御装置とを、さらに有していることが好ましい。

このような制御装置を備えることで、排ガス性状に応じて二次空気供給量と二次燃焼室再循環排ガス供給量とを調整し排ガス性状を所定範囲内にするように制御する。その結果、ＣＯ，ＮＯｘ等有害物の発生を抑制して、二次燃焼室で未燃ガスを完全に燃焼することができ、低空気比燃焼でも廃棄物、未燃ガスを安定して燃焼することができ、低空気比燃焼を達成できる。

本発明において、排ガス性状検出計は酸素濃度計、ＣＯ濃度計及びＮＯｘ濃度計のうち少なくとも一つであり、制御装置は上記排ガス性状検出計により検出された排ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度及びＮＯｘ濃度のうち少なくとも一つの性状に基づき、該性状を所定範囲とするように、二次空気供給手段による二次空気供給量と二次燃焼室再循環排ガス供給手段による二次燃焼室再循環排ガス供給量とを制御するようにすることができる。

＜廃棄物焼却方法＞
廃棄物焼却方法に関しては、上述の課題は次の第三発明そして第四発明のいずれによっても解決される。

＜第三発明＞
第三発明の廃棄物焼却方法は、火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法であって、火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を再循環排ガスとして供給することを特徴としている。

このような第三発明においては、二次空気供給と再循環排ガス供給を二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置された供給口から行うようにすることができる。

かかる第三発明によれば、第一発明と同様の効果を得る。

第三発明において、廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出し、検出された排ガス性状に基づき、排ガス性状を所定範囲内にするように二次空気供給量と再循環排ガス供給量とを制御することができる。

＜第四発明＞
第四発明の廃棄物焼却方法は、火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法であって、燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段と、高温ガスを上記燃焼室の天井又は側壁から燃焼室内に吹き込む高温ガス供給手段と、廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を燃焼室再循環排ガスとして上記燃焼室内に吹き込む燃焼室再循環排ガス供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を二次燃焼室再循環排ガスとして供給することを特徴としている。

このような第四発明においては、二次空気供給と二次燃焼室再循環排ガス供給を二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置された供給口から行うようにすることができる。

かかる第四発明によれば、第二発明と同様の効果を得る。

第四発明において、廃棄物焼却炉から排出される排ガス性状を検出し、検出された排ガス性状に基づき、排ガス性状を所定範囲内にするように二次空気供給量と二次燃焼室再循環排ガス供給量とを制御することができる。

第四発明において、廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量に対する、一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ａと、高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ｂと、燃焼室再循環排ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ｃと、二次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ２と、二次燃焼室再循環排ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ３とが、下式（１）及び（２）を満足するように設定することができる。
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝0.93〜1.10：0.14〜0.16：0.09〜0.11：0.01〜0.05：0.01〜0.05 （１）
１．２≦Ｑ１Ａ+Ｑ１Ｂ+Ｑ１Ｃ＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．４ （２）

このように構成される第一そして第三発明にあっては、二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側に再循環排ガスを供給するようにするので、その結果、燃焼室から排出された未燃ガスはまず二次空気と接触して十分な酸素供給の下で燃焼が開始され、さらに、二次空気を供給する位置より下流側で再循環排ガスが供給されることにより、再循環排ガス流の攪拌作用により、未燃ガスと二次空気とが十分に攪拌、混合されるので、二次燃焼室内で両者が均一に分散され、未燃ガスの燃焼において局所的な酸素不足や酸素過剰となる領域を生じさせることなく、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。また、廃棄物焼却炉から排出される高温の排ガスの一部を再循環排ガスとして供給するため、二次燃焼室内を高温に保持することができ、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。

さらには、第一そして第三発明にあっては、二次空気供給口と再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されているようにすることとしたので、二次空気と再循環排ガスとが混合され、二次空気の酸素が希釈され酸素濃度のばらつきがなくなり、二次燃焼室内で局所的に酸素濃度が高い領域が形成されることを防止し、局所高温領域が発生してサーマルＮＯｘが発生することを抑制でき、二次燃焼室内で均一にかつ安定して未燃ガスを燃焼することができる。

第二そして第四発明にあっては、二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側に二次燃焼室再循環排ガスを供給するようにするので、その結果、燃焼室から排出された未燃ガスはまず二次空気と接触して十分な酸素供給の下で燃焼が開始され、さらに、二次空気を供給する位置より下流側で二次燃焼室再循環排ガスが供給されることにより、二次燃焼室再循環排ガス流の攪拌作用により、未燃ガスと二次空気とが十分に攪拌、混合されるので、二次燃焼室内で両者が均一に分散され、未燃ガスの燃焼において局所的な酸素不足や酸素過剰となる領域を生じさせることなく、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。また、廃棄物焼却炉から排出される高温の排ガスの一部を再循環排ガスとして供給するため、二次燃焼室内を高温に保持することができ、未燃ガスが効率よくかつ安定して二次燃焼される。

さらには、第二そして第四発明にあっては、二次空気供給口と二次燃焼室再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されているようにすることとしたので、二次空気と二次燃焼室再循環排ガスとが混合され、二次空気の酸素が希釈され酸素濃度のばらつきがなくなり、二次燃焼室内で局所的に酸素濃度が高い領域が形成されることを防止し、局所高温領域が発生してサーマルＮＯｘが発生することを抑制でき、二次燃焼室内で均一にかつ安定して未燃ガスを燃焼することができる。

本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却炉の概要構成を示し、炉長方向での縦断面図である。 （Ａ）は、図１における二次燃焼室へ二次空気そして再循環排ガスを吹き込む位置の一例を示す、二次燃焼室についての破断斜視図、（Ｂ）はその変形例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る廃棄物焼却炉の概要構成図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にもとづき説明する。なお、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。

以下、本発明の一実施形態の火格子式焼却炉の基本構成、各構成装置そして作用について説明する。

＜火格子式焼却炉の基本構成＞
図１は本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却炉の概要構成を示している。まず、本発明の一実施形態に係る廃棄物焼却炉の基本構成と焼却方法の概要を説明し、次いで各構成装置の詳細を説明する。

本実施形態に係る廃棄物焼却炉は、燃焼室１と、この燃焼室の廃棄物Ｗの流れ方向の上流側（図１の左側）上方に配置され、廃棄物Ｗを燃焼室１内に投入するための廃棄物投入口２と、燃焼室１の廃棄物Ｗの流れ方向の下流側（図１の右側）の上方に連設される二次燃焼室３と廃熱ボイラ４とを備える火格子式の焼却炉である。

燃焼室１の底部には、廃棄物Ｗを移動させながら燃焼させる火格子（ストーカ）５が設けられている。この火格子５は、廃棄物投入口２に近い方から、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ、後燃焼火格子５ｃの順に設けられていて、火格子５の上に廃棄物層が形成されている。

乾燥火格子５ａでは主として廃棄物Ｗの乾燥と着火が行われる。燃焼火格子５ｂでは主として廃棄物Ｗの熱分解、部分酸化が行われ、熱分解により発生した可燃性ガスと固形分の燃焼が行われ、可燃性ガスが燃焼する際に火炎を形成する。後燃焼火格子５ｃ上では、残った廃棄物Ｗ中の固形分の未燃分が完全に燃焼する。廃棄物Ｗ中の固形分が燃焼する際には火炎は発生せず熾燃焼する。完全に燃焼した後の燃焼灰は、灰落下口６より排出される。

廃棄物Ｗが焼却される場合、まず水分の蒸発が起こり、次いで熱分解と部分酸化反応が起こり、可燃性ガスが生成し始める。廃棄物Ｗの燃焼が始まり、廃棄物Ｗの熱分解、部分酸化により可燃性ガスが生成し始める領域を燃焼開始領域という。次いで、廃棄物Ｗの熱分解、部分酸化が行われ可燃性ガスが発生し、その可燃性ガスが火炎を伴って燃焼しているとともに廃棄物Ｗの固形分が燃焼する燃焼領域であり、火炎を伴う燃焼が完了する点（燃切点）までの領域を主燃焼領域という。燃切点より後の領域で、廃棄物Ｗ中の固形未燃分が燃焼する領域を熾燃焼領域（後燃焼領域）という。

上記燃焼室１内の乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ及び後燃焼火格子５ｃの下部には、それぞれ風箱７ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。ブロワ８ａにより供給される一次空気は、一次空気供給管９を通って上記各風箱７ａ，７ｂ，７ｃに供給され、各火格子５ａ，５ｂ，５ｃを通って燃焼室１内に供給される。なお、火格子５下から供給される一次空気は、火格子５上の廃棄物Ｗの乾燥及び燃焼に使われるほか、火格子５の冷却作用、廃棄物Ｗの攪拌作用を有する。

上記燃焼室１のガス出口には二次燃焼室３と廃熱ボイラ４が連設されていて、燃焼室１で燃焼後の燃焼ガスに含まれる未燃ガスが二次燃焼室３で二次空気を供給されて燃焼される。二次燃焼室３で燃焼後の排ガスは該廃熱ボイラ４で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラ４から排出された排ガスは、図示しない排ガス処理装置系で消石灰等による酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類の吸着が行われ、さらに図示しない除塵装置に送られ、中和反応生成物、活性炭、ダストなどが回収される。前記除塵装置で除塵され、無害化された後の排ガスは、図示しない誘引ファンにより誘引され、煙突から大気中に放出される。

また、廃熱ボイラ４から排出される排ガスの一部が、抜き出され後述のように再循環排ガスとして用いられる。

このような基本構成である火格子式焼却炉において、本実施形態に係る廃棄物焼却炉は、一次空気を上記火格子５の下から上記燃焼室１内に吹き込む一次空気供給手段１０と、二次燃焼室３内の上流側に二次空気を供給する二次空気供給手段２０と、二次空気を供給する位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を再循環排ガスとして供給する再循環排ガス供給手段３０と、さらには二次空気供給手段２０及び再循環排ガス供給手段３０を制御する制御装置４０とを具備している。

＜一次空気供給手段＞
本実施形態では、廃棄物焼却炉は、燃焼室１内での燃焼用空気となる一次空気の一次空気供給手段１０を備えている。一次空気供給手段１０は、空気供給源（図示せず）から一次空気供給管９を経て、乾燥火格子５ａ、燃焼火格子５ｂ及び後燃焼火格子５ｃのそれぞれの風箱７ａ，７ｂ，７ｃへ一次空気を送り込む分岐供給管９ａ，９ｂ，９ｃ、上記一次空気供給管９に設けられた、ブロワ８ａそして流量調整機構としてのダンパ８ｂとを有している。

＜二次空気供給手段＞
廃棄物焼却炉は、二次燃焼室３内での二次燃焼用空気となる二次空気を供給する二次空気供給手段２０を備えている。二次空気供給手段２０は、外部に設けられた空気供給源からの空気を管路２１を経て、二次燃焼室３内の上流側位置に設けられた二次空気供給口２２から該二次燃焼室３へ吹き込むようになっており、上記管路２１に、ブロワ２３そして供給量調整機構としてのダンパ２４を有している。該ダンパ２４は後述する制御装置４０により開度を調整され二次空気供給量を調整するようになっている。

二次空気供給口２２は、二次燃焼室３内の上流側位置すなわち下部域で該二次燃焼室３の内壁の周面に分布して複数箇所設けられている。該二次空気供給口２２は二次燃焼室３への二次空気の吹込み角度が、水平方向より下向きでその下向き角度が０度より大きく４５度以下の範囲とすることが好ましく、こうすることにより、二次燃焼室３内を上昇する未燃ガスの流れに対向して二次空気を衝突させ、未燃ガスと二次空気との攪拌、混合が促進される。

＜再循環排ガス供給手段＞
廃棄物焼却炉は、さらに、焼却炉から排出される排ガスの一部を再循環排ガスとして二次燃焼室３内に帰還供給する再循環排ガス供給手段３０を備えている。再循環排ガス供給手段３０は、廃熱ボイラ４から排ガスを排出するダクト４ａに分岐して設けられた再循環排ガス管路３１を経て、二次燃焼室３内の二次空気供給口２２の位置より下流側位置（すなわち上方位置）に設けられた再循環排ガス供給口３２から該二次燃焼室３へ再循環排ガスを吹き込むようになっており、上記管路３１には、ブロワ３３そして供給量調整機構としてのダンパ３４が設けられている。該ダンパ３４は後述する制御装置４０により開度を調整され再循環排ガス供給量を調整するようになっている。図１に示す実施形態では、廃熱ボイラ４から排出される排ガスの一部が抜き出され再循環排ガスとして用いられるが、再循環排ガスとして、さらに下流側の除塵装置から排出される排ガスの一部を用いてもよいし、排ガス流路の他の位置から抜き出す排ガスを用いてもよい。

再循環排ガス供給口３２は、二次空気供給口２２と同様に、二次燃焼室３の下部域で該二次燃焼室３の内壁の周面に分布して複数箇所に設けられているが、本実施形態では、上記二次空気供給口２２に対し近接して下流側（すなわち上方）に位置している。該再循環排ガス供給口３２はその吹込み角度が、二次空気供給口２２の場合と同様に、水平方向より下向きで下向き角度が０度より大きく４５度以下の範囲とすることが好ましく、こうすることにより、二次燃焼室３内を上昇する未燃ガスの流れに対向して再循環排ガスを衝突させ、未燃ガス、二次空気及び再循環排ガスの攪拌、混合が促進される。

図１に示される本実施形態における二次空気供給口２２と再循環排ガス供給口３２の位置関係は、二次燃焼室３の破断斜視図である図２（Ａ）のごとくである。上記位置関係は、他の形態としては、図２（Ｂ）のごとく、二次空気供給口２２に対して近傍の下流側（すなわち上方）位置に再循環排ガス供給口３２を配し、周方向では両者を交互に位置させるようにしてもよい。こうすることで二次空気に対し再循環排ガスは良好に攪拌流を生じ、二次空気と再循環排ガスとが十分に混合される。

また、二次燃焼室３の水平方向断面が矩形である場合には、再循環排ガス供給口３２を燃焼室１の下流側背面壁に連設される二次燃焼室３の背面壁に配し、二次空気供給口２２を背面壁に直交する両側壁に設け、二次空気供給口２２の高さ位置を再循環排ガス供給口３２の高さ位置より上流側位置に配することが好ましい。このような位置関係とすることにより二次燃焼室３に流入する未燃ガスに対して二次空気と再循環排ガスとが十分に混合されＣＯの発生量を効率よく抑制することができる。

＜制御装置＞
本実施形態では、廃熱ボイラ４の出口となるダクト４ａに、排ガス成分濃度等の排ガス性状を計測するガス性状計測手段としての排ガス性状検出計４１と、この排ガス性状検出計４１からの信号を受けて既述の二次空気供給手段２０の供給量調整機構を制御し、そして再循環排ガス供給手段３０の供給量調整機構を制御する制御装置４０とを有している。

排ガス性状検出計４１は、本実施形態では、酸素濃度計４１ａ、ＮＯｘ濃度計４１ｂ、ＣＯ濃度計４１ｃを有している。上記制御装置４０は、排ガス性状検出計４１から信号を受けると二次空気供給手段２０の供給量調整機構のダンパ２４の開度と、再循環排ガス供給手段３０の供給量調整機構のダンパ３４の開度を調整する制御を行う。

このような制御装置４０を有する本発明では、排ガス性状検出計４１により排ガス中の酸素濃度、ＣＯ、ＮＯｘのガス成分濃度を計測し、これらのガス成分濃度計測値のうちの一つあるいは複数が所定範囲内にないときに、制御装置４０により、上記ガス成分濃度が所定範囲内になるように二次空気供給手段２０の二次空気供給量と、再循環排ガス供給手段３０の再循環排ガス供給量を調整するように、二次空気供給手段２０の供給量調整機構のダンパ２４の開度と、再循環排ガス供給手段３０の供給量調整機構のダンパ３４の開度の少なくとも一方を制御する。

次に、このように構成される本実施形態の装置での焼却状況の概要、二次燃焼室の雰囲気、さらには二次空気と再循環排ガスの吹込み制御そしてそれに関連した作用について順次説明する。

＜焼却状況の概要＞
先ず、廃棄物投入口２へ廃棄物Ｗを投入すると、落下した廃棄物Ｗは図示しない廃棄物供給装置により燃焼室１内に供給され、乾燥火格子５ａ上に堆積され、各火格子５ａ，５ｂ，５ｃの動作により、燃焼火格子５ｂ上そして後燃焼火格子５ｃ上へと移動し、各火格子５ａ，５ｂ，５ｃ上に廃棄物Ｗの層を形成する。各火格子５ａ，５ｂ，５ｃは、風箱７ａ，７ｂ，７ｃを経て、燃焼用の一次空気を受けており、これにより各火格子５ａ，５ｂ，５ｃの廃棄物Ｗは乾燥そして燃焼される。

乾燥火格子５ａ上では主として廃棄物Ｗの乾燥と着火が行われる。廃棄物Ｗは、燃焼火格子５ｂで燃焼が開始し、さらに廃棄物Ｗの熱分解、部分酸化が行われ可燃性ガスが発生し、その可燃性ガスが火炎を伴って燃焼するとともに、廃棄物Ｗ中の固形分の燃焼が行われる。燃焼火格子５ｂ上において廃棄物Ｗの燃焼は実質的に完了する。後燃焼火格子５ｃ上では、僅かに残った廃棄物Ｗ中の固定炭素など未燃分が完全燃焼される。完全燃焼した後の燃焼灰は、灰落下口６より排出される。

既述のごとく、燃焼室１の出口に、二次燃焼室３と廃熱ボイラ４が連設されていて、燃焼室１で燃焼後の燃焼ガスに含まれる未燃ガスが二次燃焼室３で燃焼される。二次燃焼室３で燃焼後の燃焼排ガスは該廃熱ボイラ４で熱回収される。熱回収された後、廃熱ボイラ４から排出された排ガスは、消石灰等による酸性ガスの中和と、活性炭によるダイオキシン類の吸着が行われ、さらに除塵装置（図示せず）に送られ、中和反応生成物、活性炭、ダストなどが回収される。上記除塵装置で除塵され、無害化された後の排ガスは、誘引ファン（図示せず）により誘引され、煙突から大気中に放出される。なお、上記除塵装置としては、例えば、バグフィルタ方式、電気集塵方式等の除塵装置を用いることができる。

また、廃熱ボイラ４から排出される排ガスの一部が、抜き出され後述する再循環排ガスとして用いられる。

＜二次燃焼室の雰囲気＞
二次燃焼室３内のガス温度は、８００〜１０５０℃の範囲となるように、二次空気と再循環排ガスの流量を調整することが好ましい。その理由は、二次燃焼室３内のガス温度が８００℃未満となると燃焼が不十分となり、ＣＯが増加してしまうからであり、また、二次燃焼室３内のガス温度が１０５０℃を超えると二次燃焼室３内におけるクリンカの生成が助長され、さらに、ＮＯｘが増加してしまうからである。

次に、本実施形態において、排ガス性状（ガス成分濃度）にもとづく二次空気供給量と再循環排ガス供給量の制御について詳述する。

排ガス性状（ガス成分濃度）として排ガス酸素濃度に基づく制御を例に挙げて説明する。

＜排ガス酸素濃度にもとづく二次空気供給量の制御＞
本実施形態において、廃熱ボイラ４の排出口の排ガスの酸素濃度を酸素濃度計４１ａで測定し、酸素濃度の変化傾向にもとづいて二次空気供給量と再循環排ガス供給量を制御することとしているが、この酸素濃度の変化傾向と排ガス中のＣＯ濃度、排ガス中のＮＯｘ濃度の変化傾向、そして二次空気供給量の調整、再循環排ガス供給量の調整との関係を表１に示す。

＜二次空気供給量の調整＞
燃焼室１内で廃棄物と熱分解によって発生する可燃性ガスを適正な酸素濃度や温度等の範囲内で燃焼させた場合に、ＣＯ、ＮＯｘ、ＤＸＮ（ダイオキシン類）等の有害物質の発生が最も抑制される。表１において、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より高い場合は、燃焼室１から排出されるＣＯ濃度は減少するかあるいは変化無しの状態であるが、ＮＯｘ濃度は増加する状態となる。そのため、二次空気供給量を減少させ、二次燃焼室３への酸素の供給量を減少させて二次燃焼室３での燃焼を適正に行うようにする。反対に、廃熱ボイラ４の出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より低い場合は、排出されるＮＯｘ濃度は減少するかあるいは変化無しの状態となるが、ＣＯ濃度は増加する状態となる。そのため、二次空気供給量を増加させ、二次燃焼室３への酸素の供給量を増やし、二次燃焼室３での燃焼を適正に行うようにする。

＜再循環排ガス供給量の調整＞
燃焼室１内で廃棄物と熱分解によって発生する可燃性ガスを適正な酸素濃度や温度等の範囲内で燃焼させた場合に、ＣＯ、ＮＯｘ、ＤＸＮ（ダイオキシン類）等の有害物質の発生が最も抑制される。表１において、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より高い場合は、燃焼室１から排出されるＣＯ濃度は減少するかあるいは変化無しの状態であるが、ＮＯｘ濃度は増加する状態となる。ＮＯｘの発生抑制については、二次燃焼室内での攪拌による改善効果は低いため、再循環排ガスの供給量は変化させないことが望ましい。しかしながら、極端にＮＯｘ濃度が高く二次燃焼室内にてＮＯｘ生成反応が継続してしまっている場合には、再循環排ガスの供給量を微量増加させ、二次空気の攪拌を促進することにより、ＮＯｘ濃度の低減を図る。また、廃熱ボイラ４の出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より低い場合は、排出されるＮＯｘ濃度は減少するかあるいは変化無しの状態となるが、ＣＯ濃度は増加する状態となる。そのため、二次空気供給量を増加し二次燃焼室内の酸素濃度を上昇させると共に、再循環排ガス供給量を増加させ、二次空気の攪拌を促進する。その結果ＣＯ濃度を低減して二次燃焼室３での燃焼を適正に行うようにする。

既述の形態では、排ガス性状検出計４１として酸素濃度計４１ａを用いる場合の形態を示したが、排ガス性状検出計４１として、酸素濃度計４１ａの代わりに、酸素濃度計４１ａ、ＮＯｘ濃度計４１ｂ及びＣＯ濃度計４１ｃのうち少なくとも一つを用いることとしてもよい。制御装置４０はこれらの排ガス性状検出計４１により検出された排ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度及びＮＯｘ濃度のうち少なくとも一つの性状に基づき、該性状を所定範囲とするように各供給量を制御するようにすることができる。

図３は本発明の他の実施形態に係る廃棄物焼却炉の概要構成を示している。

本実施形態では、図１に示された前実施形態の構成に加えて、廃棄物焼却炉の燃焼室へ高温ガスを供給する高温ガス供給手段、廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を燃焼室再循環排ガスとして燃焼室へ吹き込む燃焼室再循環排ガス供給手段をも備えている。以下、高温ガス供給手段、燃焼室再循環排ガス供給手段について説明する。

＜高温ガス供給手段＞
本実施形態では、廃棄物焼却炉は、高温ガスを燃焼室の天井から下向きに吹き込む、又は側壁から吹き込む高温ガス供給手段を備えている。高温ガス供給手段は、高温ガス供給装置（図示せず）と、火格子５上の廃棄物の移動方向である炉長方向の複数位置で燃焼室の天井又は側壁に高温ガス供給口１１を有している。本実施形態では、高温ガス供給口１１は二つの高温ガス供給口１１ａ，１１ｂとして設けられている。

高温ガス供給口１１ａ、１１ｂは燃焼火格子５ｂの上方位置に設けられている。

高温ガス供給装置は、高温空気と再循環排ガスとを受け、これらを混合して高温ガスとして、上記高温ガス供給口１１ａ，１１ｂから炉内へ吹き込むようになっている。

ここでいう、高温ガスの一部として用いる「再循環排ガス」とは、焼却炉から排出された排ガスを排ガス処理系で中和処理し除塵装置で除塵した後の排ガスの一部である。また、上記「高温空気」は、空気を加熱器により加熱して生成される。高温ガス供給装置は、再循環排ガスと高温空気のそれぞれの流量を調整することにより混合割合を調整して高温ガスの温度、酸素濃度を調整する。また、高温ガス供給装置は、高温空気のみ又は再循環排ガスのみを高温ガスとして供給してもよい。

本実施形態では、上記高温ガス供給装置で高温空気と再循環排ガスとを混合して高温ガスを調製する際に、高温空気と再循環排ガスのそれぞれの流量を調整することにより混合割合を調整して高温ガス中の酸素濃度を調整すること、ダンパ等による高温ガスの流量を調整することのうち少なくとも一つにより、燃焼室内へ高温ガスにより供給される酸素量を調整できる。

＜燃焼室再循環排ガス供給手段＞
燃焼室再循環排ガス供給手段は、焼却炉から排出された排ガスの一部を供給する再循環排ガス供給装置（図示せず）と、再循環排ガス供給口１２を有している。再循環排ガス供給口１２は燃焼火格子５ｂの上方位置に設けられている。また、再循環排ガス供給装置は焼却炉から排出され集塵装置（図示せず）で除塵された排ガスの一部を受け、再循環排ガスとしてダンパ等による流量調整のもとに、再循環排ガス供給口１２から炉内へ吹き込むようになっている。

＜低空気比燃焼を実現するための酸素量比配分＞
次に、本実施形態の廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を実現するため、供給するそれぞれのガスの酸素量比配分の好ましい範囲について説明する。

廃棄物の燃焼に必要な単位時間当たりの理論酸素量に対する、火格子下から燃焼室内に吹き込まれる一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ａと、燃焼室内に吹き込まれる高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ｂと、燃焼室内に吹き込まれる燃焼室再循環排ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ｃと、二次燃焼室に吹き込まれる二次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ２と、二次燃焼室に吹き込まれる二次燃焼室再循環排ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ３とは、下式（１）及び（２）を満足するように、それぞれのガスの供給量を調整して供給することが好ましい。下式（１）及び（２）を満足するように、それぞれのガスを供給する比率を制御することにより、焼却炉全体へ供給する空気量を空気比１．４以下の低空気比での燃焼を実現できる。
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝0.93〜1.10：0.14〜0.16：0.09〜0.11：0.01〜0.05：0.01〜0.05 （１）
１．２≦Ｑ１Ａ+Ｑ１Ｂ+Ｑ１Ｃ＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．４ （２）

ここで、上記廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量は、燃焼室内に投入される廃棄物の性状及び成分等から決定される廃棄物の単位質量当りの燃焼に必要な酸素量（Ｎｍ^３／ｋｇ）と、焼却炉における廃棄物の焼却処理速度（ｋｇ／ｈｒ）との積（Ｎｍ^３／ｈｒ）により決定される。

また、上記Ｑ１Ａの値は、火格子の下方から燃焼室内に供給される一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の理論酸素量に対する比であり、上記一次空気の供給量を増減させることにより調整する。また、Ｑ１Ｂの値は、燃焼室内に供給される高温ガスの供給量を増減させることにより調整される。また、Ｑ１Ｃの値は、燃焼室内に供給される燃焼室再循環排ガスの供給量を増減させることにより調整される。また、Ｑ２の値は、二次燃焼室に供給される二次空気の供給量を増減させることにより調整される。また、Ｑ３の値は、二次燃焼室に供給される二次燃焼室再循環排ガスの供給量を増減させることにより調整される。

なお、以下において、Ｑ１Ａ+Ｑ１Ｂ+Ｑ１Ｃ＋Ｑ２＋Ｑ３をλと記載する。

上記比Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３を上式（１）及び（２）の範囲とすることにより、廃棄物焼却炉において低酸素比燃焼（１．２≦λ≦１．４）（すなわち、低空気比燃焼に相当する）を行った場合においても、ＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減でき、焼却炉から排出される排ガス総量を大幅に低減できる。

＜酸素量比配分範囲の根拠＞
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３を上式（１）及び（２）を満足する範囲に規定する根拠を説明する。

≪一次空気酸素量Ｑ１Ａ≫
廃棄物燃焼に必要な理論酸素量に対する、一次空気により供給される酸素量の比率Ｑ１Ａは、下限値より少ないと燃焼室内の酸素濃度が低下し、排ガス中のＣＯ濃度が増大することや、廃棄物の不完全燃焼により、熱勺減量が増大し灰分排出量が増大することが生じ好ましくない。また、上限値より多いと一次空気供給量が多いことを意味しており、排ガス発生量が増大し、排ガス処理設備に過剰な負荷がかかると共に、排ガスによりボイラ外へ持ち出す熱量が大きくなることによりボイラでの熱回収率が低下してしまうため好ましくない。

≪高温ガス酸素量Ｑ１Ｂ≫
廃棄物燃焼に必要な理論酸素量に対する、高温ガスにより供給される酸素量の比率Ｑ１Ｂは、下限値より少ないと廃棄物層上方に安定した燃焼場が形成されず、燃焼火炎からの廃棄物や炉内に与える輻射熱が少なくなり、効率的な廃棄物の燃焼ができなくなり好ましくない。また、上限値より多いと高温ガス供給量が多いことを意味しており、排ガス発生量が増大し、排ガス処理設備に過剰な負荷がかかると共に、排ガスによりボイラ外へ持ち出す熱量が大きくなることによりボイラでの熱回収率が低下してしまうだけでなく、高温ガスを調整するための空気の加熱に要するエネルギーを多く必要とし、運転コストが増大するため好ましくない。

≪燃焼室再循環排ガス酸素量Ｑ１Ｃ≫
廃棄物燃焼に必要な理論酸素量に対する、燃焼室再循環排ガスにより供給される酸素量の比率Ｑ１Ｃは、下限値より少ないと燃焼室内を攪拌する作用が低くなり、廃棄物の熱分解により生じる可燃ガスと酸素との混合が不十分となり燃焼が不十分となるため、排ガス中のＣＯ濃度及びＮＯｘ濃度が増大するので好ましくない。また、上限値より多いと、比較的温度の低い再循環排ガスが炉内に過剰に吹込まれることにより、局所的に温度の低い領域が形成されてしまい、燃焼が不十分となり排ガス中のＣＯ濃度が増大するため好ましくない。

≪二次空気酸素量Ｑ２≫
廃棄物燃焼に必要な理論酸素量に対する、二次空気により供給される酸素量の比率Ｑ２は、下限値より少ないと二次燃焼室における未燃ガスの燃焼反応が十分に行われず、二次燃焼室出口での排ガス中のＣＯ濃度が増大するため好ましくない。また、上限値より多いと、二次燃焼室内に局所的に酸素濃度が高く酸素分圧が上昇する領域が生じ、ＮＯxが生成され易くなるため好ましくない。

≪二次燃焼室再循環排ガス酸素量Ｑ３≫
廃棄物燃焼に必要な理論酸素量に対する、二次燃焼室再循環排ガスにより供給される酸素量の比率Ｑ３は、下限値より少ないと二次燃焼室内を攪拌する作用が低くなり、未燃ガスと二次空気との混合が不十分となり燃焼が不十分となるため、排ガス中のＣＯ濃度が増大したり、攪拌が不十分なために二次燃焼室内に局所的に酸素濃度が高い領域や、低い領域が形成され、排ガス中のＮＯx濃度及びＣＯ濃度が増大するため好ましくない。また、上限値より大きいと、二次空気が再循環排ガスにより希釈され酸素濃度が低下し燃焼が不十分となるため、排ガス中のＣＯ濃度が増大するため好ましくない。

＜酸素量比配分の好適範囲＞
廃棄物の燃え残りや有害物質の発生を抑制して安定した低空気比燃焼を達成させることができる好適な酸素量比配分としては、Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３＝１．００：０．１５：０．１０：０．０２：０．０３、λ＝１．３０を基準とし、焼却炉内に投入される廃棄物の組成や性状等に基づきλを１．２〜１．４の範囲でＱ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２、Ｑ３を上記の範囲内で調整する。以下に、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２、Ｑ３の調整基準を説明する。

≪Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃの調整基準≫
通常の都市ごみ等の廃棄物を乾燥し燃焼する場合には、燃焼室に供給するＱ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃの合計は１．２５を基準とし、灰分の少ない廃棄物や水分の少ない廃棄物、例えばプラスチック等を燃焼する場合には、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃの合計を１．１５〜１．２０程度に減少し、その代わりに二次空気についてのＱ２を増加させる。

≪二次空気についてのＱ２の調整基準≫
通常の都市ごみ等の廃棄物を燃焼する場合には、二次空気によるＱ２は０．０２を基準とし、灰分や水分が少なく可燃分が大部分である廃棄物、例えばプラスチック等、或いは、揮発分の大きい廃棄物を燃焼する場合には、燃焼室で発生する可燃ガスが多く未燃ガスが増加し二次燃焼室での燃焼が増加するため、Ｑ２を０．０４〜０．０５程度に増加させ、二次燃焼室で未燃ガスを十分に燃焼するようにする。廃棄物焼却炉を定常的に操業している間は、二次空気についてのＱ２を一定に設定し、焼却炉内の燃焼状況が変化し、排ガス中の成分濃度等排ガス性状が変化した場合には、排ガス性状の測定値に基づき、二次空気についてのＱ２と二次燃焼室再循環排ガスについてのＱ３とのうち少なくとも一つを調整することで二次燃焼室内での燃焼状態を調整するようにすることが好ましい。

≪二次燃焼室再循環排ガスについてのＱ３の調整基準≫
廃棄物焼却炉を定常的に操業している間は、二次燃焼室再循環排ガスについてのＱ３は、０．０３を基準とし、０．０１〜０．０５の範囲内で一定に設定し、焼却炉内の燃焼状況が変化し、排ガス中の成分濃度等排ガス性状が変化した場合には、排ガス性状の測定値に基づき、二次空気についてのＱ２と二次燃焼室再循環排ガスについてのＱ３とのうち少なくとも一つを調整することで二次燃焼室内での燃焼状態を調整するようにすることが好ましい。

廃棄物焼却炉の実際の操業では標準操業基準で操業していても、焼却炉内の燃焼状況が変化し、排出される排ガス中の有害物質量が変動することがある。そこで、上記決定したＱ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃの値は維持したまま、廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子に基づいてＱ２とＱ３を増減するように調節する。

このような燃焼制御方法をとることにより、焼却炉内の燃焼状況が変化しても、燃焼を安定して行うように調整でき、最終的に廃棄物焼却炉から排出される排ガス中の有害物質量を制御しやすくなり、さらに、焼却炉の燃焼制御系を簡単にすることができる。

ここで、上記廃棄物焼却炉内の状況を監視する因子としては、例えば、燃焼室から排出される未燃ガスの二次燃焼を行う二次燃焼領域出口近傍又はボイラ出口における、排ガス温度、排ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度のいずれか一つ以上とすることが好ましい。

≪酸素量比配分の好適例≫
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３、λの好適例を以下に記載する。
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．００：０．１５：０．１０：０．０２：０．０３、λ＝１．３０
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．００：０．１５：０．１０：０．０１：０．０４、λ＝１．３０
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．００：０．１５：０．１０：０．０４：０．０１、λ＝１．３０
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．０５：０．１５：０．１０：０．０２：０．０３、λ＝１．３５
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．０５：０．１５：０．１０：０．０１：０．０４、λ＝１．３５
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．０５：０．１５：０．１０：０．０４：０．０１、λ＝１．３５
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝０．９５：０．１５：０．１０：０．０２：０．０３、λ＝１．２５
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝０．９５：０．１５：０．１０：０．０１：０．０４、λ＝１．２５
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝０．９５：０．１５：０．１０：０．０４：０．０１、λ＝１．２５
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．１０：０．１５：０．１０：０．０２：０．０３、λ＝１．４０
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．１０：０．１５：０．１０：０．０１：０．０４、λ＝１．４０
Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
＝１．１０：０．１５：０．１０：０．０４：０．０１、λ＝１．４０

以上説明したように本発明によれば、廃棄物焼却炉において低空気比燃焼を行った場合においても燃焼の安定性が維持され、且つ、局所高温領域の発生が抑制され、ＣＯやＮＯｘ等の有害ガスの発生量が低減できる廃棄物焼却炉が提供される。さらに、低空気比燃焼を行えるので焼却炉から排出される排ガス量を大幅に低減でき、また、廃熱の回収効率を向上できる廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法が提供される。

１ 燃焼室
３ 二次燃焼室
５ 火格子
１０ 一次空気供給手段
１１ 高温ガス供給口
１２ 燃焼室再循環排ガス供給口
２０ 二次空気供給手段
２２ 二次空気供給口
３０ 再循環排ガス供給手段
３２ 再循環排ガス供給口、二次燃焼室再循環排ガス供給口
４０ 制御装置
４１ 排ガス性状検出計

Claims (9)

1. 火格子式廃棄物焼却炉であって、
   火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、
   燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、
   二次燃焼室に連設されるボイラと、
   一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉において、
   二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給する二次空気供給口を有する二次空気供給手段と、二次燃焼室内の上流側でかつ二次空気供給口の位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を再循環排ガスとして再循環排ガス供給口から供給する再循環排ガス供給手段と、ボイラ出口の排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計と、酸素濃度計により測定された排ガス中酸素濃度測定値に基づき二次空気供給量と循環排ガス供給量を制御する制御装置とを備え、
   上記制御装置は、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より高い場合は、二次空気供給量を減少させるとともに、再循環排ガス供給量を変化させないか又は微量増加させて二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＮＯｘ濃度が増加する状態からＮＯｘ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御し、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より低い場合は、二次空気供給量を増加させるとともに、再循環排ガス供給量を増加させ二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＣＯ濃度が増加する状態からＣＯ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御することを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉。
2. 二次空気供給口と再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されていることとする請求項１に記載の火格子式廃棄物焼却炉。
3. 火格子式廃棄物焼却炉であって、
   火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、
   燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、
   二次燃焼室に連設されるボイラと、
   一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段と、
   高温ガスを上記燃焼室の天井又は側壁から燃焼室内に吹き込む高温ガス供給手段と、
   廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を燃焼室再循環排ガスとして上記燃焼室内に吹き込む燃焼室再循環排ガス供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉において、
   二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給する二次空気供給口を有する二次空気供給手段と、二次燃焼室内の上流側でかつ二次空気供給口の位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を再循環排ガスとして再循環排ガス供給口から供給する再循環排ガス供給手段と、ボイラ出口の排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計と、酸素濃度計により測定された排ガス中酸素濃度測定値に基づき二次空気供給量と循環排ガス供給量を制御する制御装置とを備え、
   上記制御装置は、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より高い場合は、二次空気供給量を減少させるとともに、再循環排ガス供給量を変化させないか又は微量増加させて二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＮＯｘ濃度が増加する状態からＮＯｘ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御し、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より低い場合は、二次空気供給量を増加させるとともに、再循環排ガス供給量を増加させ二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＣＯ濃度が増加する状態からＣＯ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御することを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉。
4. 二次空気供給口と二次燃焼室再循環排ガス供給口が二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置されていることとする請求項３に記載の火格子式廃棄物焼却炉。
5. 火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法であって、
   火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、二次燃焼室に連設されるボイラと、一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、
   二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を再循環排ガスとして供給し、ボイラ出口の排ガスの酸素濃度を測定し、測定された排ガス中酸素濃度測定値に基づき二次空気供給量と循環排ガス供給量を制御し、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より高い場合は、二次燃焼室内の上流側でかつ二次空気供給量を減少させるとともに、再循環排ガス供給量を変化させないか又は微量増加させて二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＮＯｘ濃度が増加する状態からＮＯｘ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御し、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より低い場合は、二次空気供給量を増加させるとともに、再循環排ガス供給量を増加させ二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＣＯ濃度が増加する状態からＣＯ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御することを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉における廃棄物焼却方法。
6. 二次空気供給と再循環排ガス供給を二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置された供給口から行うこととする請求項５に記載の火格子式廃棄物焼却炉における廃棄物焼却方法。
7. 火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法であって、
   火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、燃焼室に連設されて燃焼室からの未燃ガスを二次燃焼する二次燃焼室と、二次燃焼室に連設されるボイラと、一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気供給手段と、高温ガスを上記燃焼室の天井又は側壁から燃焼室内に吹き込む高温ガス供給手段と、廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を燃焼室再循環排ガスとして上記燃焼室内に吹き込む燃焼室再循環排ガス供給手段とを有する火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、
   二次燃焼室内の上流側に二次空気を供給し、二次空気を供給する位置より下流側に廃棄物焼却炉から排出される排ガスの一部を二次燃焼室再循環排ガスとして供給し、ボイラ出口の排ガスの酸素濃度を測定し、測定された排ガス中酸素濃度測定値に基づき二次空気供給量と循環排ガス供給量を制御し、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より高い場合は、二次燃焼室内の上流側でかつ二次空気供給量を減少させるとともに、再循環排ガス供給量を変化させないか又は微量増加させて二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＮＯｘ濃度が増加する状態からＮＯｘ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御し、ボイラ出口近傍での排ガス中酸素濃度が所定範囲より低い場合は、二次空気供給量を増加させるとともに、再循環排ガス供給量を増加させ二次空気の攪拌を促進させ、排出されるＣＯ濃度が増加する状態からＣＯ濃度を低減させるように二次燃焼室での燃焼を制御することを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉における廃棄物焼却方法。
8. 二次空気供給と二次燃焼室再循環排ガス供給を二次燃焼室の内壁の周方向で交互に配置された供給口から行うこととする請求項７に記載の火格子式廃棄物焼却炉における廃棄物焼却方法。
9. 廃棄物の燃焼に必要な単位時間当りの理論酸素量に対する、一次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ａと、高温ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ｂと、燃焼室再循環排ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ１Ｃと、二次空気により供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ２と、二次燃焼室再循環排ガスにより供給される単位時間当りの酸素量の比Ｑ３とが、下式（１）及び（２）を満足するように設定することとする請求項７または請求項８に記載の火格子式廃棄物焼却炉における廃棄物焼却方法。
   Ｑ１Ａ：Ｑ１Ｂ：Ｑ１Ｃ：Ｑ２：Ｑ３
   ＝0.93〜1.10：0.14〜0.16：0.09〜0.11：0.01〜0.05：0.01〜0.05 （１）
   １．２≦Ｑ１Ａ+Ｑ１Ｂ+Ｑ１Ｃ＋Ｑ２＋Ｑ３≦１．４ （２）
   
   

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