JPH11218314A

JPH11218314A - 廃棄物焼却炉

Info

Publication number: JPH11218314A
Application number: JP27999598A
Authority: JP
Inventors: Minoru Suzuki; 実鈴木; Akira Nakamura; 章中村; Eiichi Shibuya; 榮一澁谷
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な設備の導入により、炉内ガスの
混合性を高め、これによって有害ガスや未燃ガスの排出
を抑えた廃棄物焼却炉を提供する。【解決手段】二次燃焼室１１に空気吹き込み口２１、
２３が対向して設けられており、それぞれの空気吹き込
み口から交互に空気が吹き込まれている。よって、２つ
の吹き込み口２１、２３から定常的に空気を吹き込むの
に比べて未燃ガスとの攪拌混合が良好となる。その結
果、(A)において、空気を定常的に吹き込んだときに比
して広い気体混合領域１５が形成される。次に、(B)に
おいて、空気の吹き込みは空気吹き込み口２１側から行
われる。この場合も同様の理由により、未燃ガスとの攪
拌混合が良好となり、広い気体混合領域１６が形成され
る。そして、(C)において、再び空気吹き込み口２３側
から空気が吹き込まれ、広い混合気体領域１７が形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ等の廃棄
物を焼却する火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却
炉として、火格子式又は流動床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概略図を図１０に示
す。ホッパ１に投入されたごみ２は、シュートを通して
乾燥ストーカ３におくられ、下からの空気と炉内の輻射
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ごみ２は、燃焼ストーカ４に送ら
れ、下から送られる燃焼空気により燃焼する。そして、
更に後燃焼室５で、未燃分が完全に燃焼する。そして、
燃焼後に残った灰は、主灰シュート６より外部に取出さ
れる。

【０００３】燃焼は主燃焼室７内で行われ、燃焼排ガス
（炉内ガス）は、中間天井８の存在により、主煙道９と
副煙道１０に別れて排出される。主煙道９を通る炉内ガ
スには、未燃分はほとんど含まれず、酸素が１０％程度
含まれている。副煙道１０を通る炉内ガスには、未燃分
が８％程度含まれている。これらの炉内ガスは、二次燃
焼室１１で混合され、二次的な燃焼が行われて未燃分が
完全に燃焼する。二次燃焼室１１からの炉内ガスは、除
塵室１２でダストを除去された後、廃熱ボイラ１３に送
られ、熱交換された後外部に放出される。

【０００４】なお、これら従来の技術においては、炉内
に吹き込まれる空気の量は、炉内状況に応じて変動する
ことはあるが、この場合を除くとほぼ定常状態で供給さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような火格子式又
は流動床式廃棄物焼却炉において、都市ごみを焼却処理
する場合、都市ごみが性状の異なる数多くの物質からな
るため、炉内の燃焼状態を一定に維持することは困難で
あり、主燃焼室７内の温度や燃焼ガスの濃度の分布が時
間的、空間的に不均一となることは避けられない。この
ため、二次燃焼室内で、炉内ガスの混合性を高めること
により、有害ガスや未燃ガスの排出を抑える手段が数多
く提案されている。

【０００６】すなわち、 (1) 流れが乱れやすい炉構造を採用する方法（以下、
「先行技術１」という） (2) 炉内に冷空気を吹き込んで攪拌する方法（以下、
「先行技術２」という） (3) 炉の下流から再循環させた排ガスを炉内に吹き込ん
で攪拌する方法（以下、「先行技術３」という） (4) 炉内に燃料ガスを吹き込んで攪拌する方法（以下、
「先行技術４」という） (5) 炉内に再循環させた排ガスと燃料ガスとの混合ガス
を吹き込んで攪拌する方法（以下、「先行技術５」とい
う） (6) 炉内にバーナ火炎を定在させる方法（以下、「先行
技術６」という）等が提案されている。

【０００７】しかしながら、これら先行技術１〜先行技
術６には、いずれについても以下のような問題点があ
る。

【０００８】(a) 炉構造が複雑になり、炉の寿命が短く
なる（先行技術１）。 (b) 設備費が高くなる（先行技術１及び先行技術３〜先
行技術６）。 (c) ランニングコストが高くなる（先行技術４〜先行技
術６）。 (d) 吹き込む空気と炉内ガスの温度差が大きい場合、両
者の粘性の差が大きくなり、空気吹き込みによる炉ガス
の混合性改善効果が比較的小さい（先行技術２）。 (e) 局所低温領域が発生し、ＣＯ、スス、さらにはダイ
オキシン類の発生を助長する（先行技術２及び先行技術
４）。 (f) 空気又は排ガスの吹き込み量の増加に伴って、これ
より下流域での空気過剰率が過大となり、火炎温度が低
下すると共に、ガスの炉内滞留時間が短くなる（先行技
術２〜先行技術５）。 (g) 排ガス処理装置を大型化する必要がある（先行技術
２〜先行技術６）。 (h) 炉内に局所高温部が発生し、ＮＯｘ発生量が増大す
る（先行技術４及び先行技術６）。 (i) 炉内壁付近が局所的に高温となり、内壁にダストが
溶着、固化する場合がある（先行技術４及び先行技術
６）。 (j) 炉内壁やボイラ水管にダストが付着、堆積しやすい
（先行技術１）。 (k) 排ガスの再循環のためのダクト内に、ダストが溶
着、固化する場合がある（先行技術３及び先行技術
５）。 (l) 炉内にバーナ火炎が存在した場合、火炎内に存在す
る活性化学種（ラジカル）と炉ガス中の窒素を含む化学
種との反応により、ＮＯｘが発生しやすい（先行技術４
〜先行技術６）

【０００９】また、通常、これらの炉おいては、排出さ
れる未燃ガスを燃焼させるために、炉内に二次空気を吹
き込むことが行われている。図１０に示す二次燃焼室１
１のＡ−Ａ’断面図において、２１〜２４が二次空気吹
き込み口であり、ここから吹き込まれた二次空気により
二次燃焼室１１内で未燃ガスの二次燃焼が行われる。

【００１０】図１１に、二次燃焼室１１内に二次空気を
吹き込んでいる様子を示す。二次空気吹き込み口２１、
２３から吹き込まれた二次空気は定常流であるためＯ₂
リッチな領域１４が細長く定常的に形成され、二次燃焼
室１１内で十分排ガスとの混合が行われない。よって、
未燃ガスが炉外に排出される恐れがあると共に、低温域
が形成されることによりダイオキシン等の発生の恐れも
ある。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、上記各問題点を発生させることな
く、比較的簡単な設備の導入により、炉内ガスの混合性
を高め、これによって有害ガスや未燃ガスの排出を抑え
た廃棄物焼却炉を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、少なくとも２つの気体吹き込み口から
炉内に吹き込まれる気体の気体吹き込み口毎の流量が周
期的に変動することを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項
１）である。

【００１３】ここで、少なくとも２つの気体吹き込み口
が必要とされるのは、１つの吹き込み口で吹き込み流量
の急激な変動を生じさせると、吹き込み空気流量の全体
量が大きく変化することになり、炉の上流に設置される
空気押し込みブロワや、後段に設置される誘引ファン等
に悪影響を与えて好ましくないからである。よって、気
体吹き込み口は２つ以上とし、各々の気体吹き込み口に
おける流量変動の位相をずらすことにより、全吹き込み
流量の変動を緩和する必要がある。

【００１４】この手段においては、各気体吹き込み口毎
の流量が周期的に変動する。すなわち、平均流量を増や
すことなく最大流量を増やすことができる。流量が多く
なって流速が高まったとき、炉内ガスが強制的に攪拌混
合される（攪拌混合の効果は、運動エネルギーすなわち
流速の２乗に比例する）。よって、有害ガスや未燃ガス
の排出を抑えることができる。

【００１５】また、吹き込み流量が周期的に変動するの
で、たとえ吹き込まれる気体が冷空気からなるものであ
っても、従来技術で述べたような定常的な低温領域を発
生させることも、定常的に空気過剰率が高い領域を発生
させることもない。

【００１６】さらに、吹き込み流速が高くなるため、吹
き込み噴流基部からの高温の炉内ガスの巻き込み量が増
大し、噴流の平均温度を高める。これにより、噴流の粘
性が高められ、さらに攪拌効果が大きくなる。

【００１７】また、吹き込み気体が空気の場合、吹き込
み流量が一定の従来技術と比較して、空気と炉内ガスの
接触面積が大きくなり、これにより、空気と燃料ガスと
の相互拡散が促進され、化学反応（燃焼）が促進され
る。

【００１８】本手段の実現のためには、気体吹き込み口
に流量調節装置を設置するだけでよいので、高額な設備
費を必要としない。

【００１９】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、気体吹き込み口のノズルの開
度を調整する手段が設けられていることを特徴とするも
の（請求項２）である。

【００２０】この手段においては、ノズルの開度を変更
することにより、ノズルの周囲における炉内ガスの巻き
込み量、すなわち吹き込み気体の噴流内への炉内ガスの
再循環量を制御することができ、これにより、噴流近傍
での急激な燃焼反応を避けることができる。また、吹き
込み気体の流量が少なくなっている時点でも、ノズルの
開度を絞ることにより、吹き込み気体の流速を高め、噴
流による攪拌効果の低下を抑えることができる。

【００２１】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、気体吹き込み
口毎の流量の変動周期を調整する手段が設けられている
ことを特徴とするもの（請求項３）である。

【００２２】吹き込まれた気体の噴流の変動周期は、噴
流と周囲の炉内ガスとの接触面積と密接な関係を持つ。
すなわち、変動周期を短くすれば、噴流による炉内ガス
の攪拌効果を増大させることができるので、操業上大き
な攪拌効果が必要となったときには、変動周期を短くし
てやればよい。例えば噴流が空気の場合には、燃焼が不
十分なとき、前記変動周期を小さくすることにより、空
気と燃料ガスとの相互拡散を促進させ、化学反応（燃
焼）を促進させることができる。

【００２３】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、流
量が周期的に変動する各気体吹き込み口から炉内に吹き
込まれる気体の流量の総和が、定常的にほぼ一定となる
ようにされていることを特徴とするもの（請求項４）で
ある。ここで、「定常的にほぼ一定」とは、燃焼制御の
ために空気流量の総和を変更することがはあるが、変更
の前後においては、空気流量の総和は炉況に応じたほぼ
一定の値に保たれることを意味する。

【００２４】この手段によれば、炉内に吹き込まれる気
体の総量は周期的に変動しないので、気体の供給装置及
び後段に設置される誘引ファン等の負荷変動が小さく抑
えられ、装置の長寿命化、ブロワ等の低騒音化が実現で
きる。

【００２５】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第４の手段であって、流量が周期的に変動する気体
吹き込み口が、幾対かの対とされ、各対の気体吹き込み
口のそれぞれにおいて、対を構成する一方の気体吹き込
み口はロータリバルブの第１の出口に接続され、他方の
気体吹き込み口はロータリバルブの第２の出口に接続さ
れ、ロータリバルブの入口には、吹き込み空気供給配管
が接続されていることを特徴とするもの（請求項５）で
ある。

【００２６】ロータリバルブは３方弁の一種であって、
１つの入口と２つの出口を持ち、バルブ軸を回転させる
ことにより、２つの出口への流体の配分比が連続的に変
化するようになっている。すなわち、バルブ軸を回転さ
せると、一方の出口への流体流量はほぼ正弦波状に変化
し、他方の出口への流体流量は、これと１８０度の位相
差を持ってほぼ正弦状に変化する。よって、回転軸を一
定速度で回転することにより、簡単な構成で、各気体吹
き込み口への気体流量を周期的に変化させ、かつ流量の
総和を一定に保つことができる。

【００２７】また、回転軸の回転速度を変えることによ
り、吹き込まれる気体の流量変動の周期の変更を、容易
かつ確実に行うことができる。さらに、流量変動の周期
の短縮が可能となる。

【００２８】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段から第５の手段であって、少なくとも２
つの一次燃焼用空気吹き込み口から炉内に吹き込まれる
気体の吹き込み口毎の流量が周期的に変動することを特
徴とするもの（請求項６）である。

【００２９】本手段においては、一次燃焼用空気吹き込
み口から炉内に吹き込まれる気体（空気又は二次燃焼排
ガス）の吹き込み口毎の燃料を周期的に変動させること
により、ごみ層内の攪拌を促進し、一次燃焼の燃焼速度
を向上させることができる。これにより、焼却灰中の未
燃分を減少させることができ、焼却灰中のダイオキシン
類の生成を抑制することができると共に、炉の小型化を
図ることができる。

【００３０】また、ごみ層上の一次燃焼領域でのガス同
士の混合性を改善することができ、一次燃焼領域での燃
焼の均一化が促進される。これによって、局所高温領域
を低減させてＮＯ_xの発生を抑制することができる。ま
た、空気利用効率が上昇し、低空気比燃焼が可能となっ
て、排ガス量が低減するので、炉の小型化、排ガス処理
装置の小型化を図ることができる。

【００３１】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第６の手段であって、前記一次燃焼用空気吹き込み
口のうち、上流側にある吹き込み口と下流側にある吹き
込み口から炉内に吹き込まれる気体の吹き込み口毎の流
量が、対となって周期的に変動することを特徴とするも
の（請求項７）である。

【００３２】本手段によれば、主燃焼室から二次燃焼室
に流入する一次燃焼排ガスの流動パターンが周期的に変
動するようになるので、二次燃焼領域でのガスの混合性
が改善され、その結果、ダイオキシン類、ＮＯ_x、ＣＯ
等の有害物質の発生を低減させることができる。

【００３３】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第６の手段であって、前記一次燃焼用空気吹き込み
口のうち、炉幅方向の左側にある吹き込み口と右側にあ
る吹き込み口から炉内に吹き込まれる気体の吹き込み口
毎の流量が、対となって周期的に変動することを特徴と
するもの（請求項８）である。

【００３４】本手段によれば、天井部又は中間天井部と
ごみ層との空間で、炉幅方向に関して、より均一な一次
燃焼が促進され、これにより、ダイオキシン類、Ｎ
Ｏ_x、ＣＯ等の有害物質の発生を低減させることができ
ると共に、中間天井部へのダストの付着や、高温による
中間天井部の破損を防ぐことができる。

【００３５】前記課題を解決するための第９の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、二
次燃焼領域において、気体吹き込み口から吹き込まれる
気体によって生成される渦流れの回転方向が、周期的に
反転することを特徴とするもの（請求項９）である。

【００３６】この手段によれば、従来のような定常流型
吹き込み方式とは異なり、大きなスケールの渦と小さな
スケールの渦とが共存するため、より効果的な炉内攪拌
混合が可能となる。これにより、例えば気体が空気の場
合、酸化剤としての空気の利用効率が高くなるため、空
気の実質的な供給量を低減できる。また、非定常噴流に
よって生成された強い乱れの作用により、内壁近傍の境
界層が剥離し、内壁等へのダストの付着を低減すること
ができると共に、炉内での局所低温領域の体積が減少
し、ＣＯやダイオキシン類の生成を少なく抑えることが
できる。さらに、炉内での局所高温領域の体積が減少す
るために、炉内温度を更に高めに設定することが可能と
なり、これに伴って高負荷燃焼が実現できる。

【００３７】前記課題を解決するための第１０の手段
は、燃焼ガスの流れが上下方向である二次燃焼領域の上
下方向略同一位置に、第１組から第４組までの４組の空
気吹き込み口が設けられ、第１組と第２組の空気吹き込
み口、第３組と第４組の空気吹き込み口はそれぞれ同一
壁面に設けられ、第１組の空気吹き込み口は第３組の空
気吹き込み口に、第２組の空気吹き込み口は第４組の空
気吹き込み口にそれぞれ対向しており、各気体吹出し口
からの気体流量の変動周期は同一とされ、第１組と第４
組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相は同一であ
ると共に、第２組と第３組の空気吹き込み口の空気流量
の変動の位相も同一であり、かつ第１組と第４組の空気
吹き込み口の空気流量の変動の位相と、第２組と第３組
の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相は１８０度ず
れていることを特徴とする廃棄物焼却炉（請求項１０）
である。

【００３８】この手段によれば、第１組と第４組の気体
吹き込み口から同時に気体が吹き込まれることによっ
て、二次燃焼領域の略水平面内において旋回流が発生す
る。また、第２組と第３組の気体吹き込み口から同時に
気体が吹き込まれることによって、逆向きの旋回流が略
水平面内において発生する。よって、略水平面内におい
て、吹き込まれる気体によって生成される渦流れの回転
が、周期的に反転することになり、前記第９の手段が実
現される。

【００３９】前記課題を解決するための第１１の手段
は、燃焼ガスの流れが上下方向である二次燃焼領域の上
下方向第１の位置に第１組と第２組の空気吹き込み口が
設けられると共に、上下方向第２の位置に第３組と第４
組の空気吹き込み口が設けられ、第１組の空気吹き込み
口は第２組の空気吹き込み口に、第３組の空気吹き込み
口は第４組の空気吹き込み口にそれぞれ対向しており、
かつ、第１組と第３組の空気吹き込み口、第２組と第４
組の空気吹き込み口はそれぞれ同じ壁面に設けられてお
り、各気体吹出し口からの気体流量の変動周期は同一と
され、第１組と第４組の空気吹き込み口の空気流量の変
動の位相は同一であると共に、第２組と第３組の空気吹
き込み口の空気流量の変動の位相も同一であり、かつ第
１組と第４組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相
と、第２組と第３組の空気吹き込み口の空気流量の変動
の位相は１８０度ずれていることを特徴とする廃棄物焼
却炉（請求項１１）である。

【００４０】この手段によれば、第１組と第４組の気体
吹き込み口から同時に気体が吹き込まれることによっ
て、二次燃焼領域の上下方向において旋回流が発生す
る。また、第２組と第３組の気体吹き込み口から同時に
気体が吹き込まれることによって、逆向きの旋回流が上
下方向において発生する。よって、上下方向において、
吹き込まれる気体によって生成される渦流れの回転が、
周期的に反転することになり、前記第９の手段が実現さ
れる。

【００４１】前記課題を解決するための第１２の手段
は、前記第１１の手段であって、上下方向第１の位置と
第２の位置の垂直距離をＬ、燃焼ガスの平均流速をＶと
するとき、各気体吹出し口からの気体流量の変動周期Ｔ
が、Ｔ≒Ｌ／Ｖであることを特徴とするもの（請求項１
２）である。

【００４２】このようにすれば、例えば第１組と第４組
の気体吹出し口からの気体によって生成された旋回流が
燃焼ガスの流れに乗って気体吹き込み口を通り過ぎた
後、逆向きの旋回流が生成されるので、生成される旋回
流が干渉して効果が弱められることがなく、むしろ隣り
合う旋回流同士が強め合うことになる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図１は、本発明の原理を、本発明の実
施の形態の１例を基に説明するための図である。以下の
図において、前出の図において説明した構成要素には、
同じ符号を付してその説明を省略する。図１において
は、二次燃焼室１１に空気吹き込み口２１、２３が対向
して設けられており、それぞれの空気吹き込み口から交
互に空気が吹き込まれている。よって、２つの吹き込み
口２１、２３から定常的に空気を吹き込むのに比べて、
吹き込み流速は２倍になるので運動エネルギーは４倍に
なり、未燃ガスとの攪拌混合が良好となる。その結果、
(A)において、空気を定常的に吹き込んだときに比して
広いＯ₂リッチな領域１５が形成される。

【００４４】次に、(B)において、空気の吹き込みは空
気吹き込み口２１側から行われる。この場合も同様の理
由により、未燃ガスとの攪拌混合が良好となり、広いＯ
₂リッチな領域１６が形成される。そして、(C)におい
て、再び空気吹き込み口２３側から空気が吹き込まれ、
広いＯ₂リッチな領域１７が形成される。図１と図１１
を比較すると分かるように、図１における方が、Ｏ₂リ
ッチな領域が広く拡散しており、燃焼排ガスとの混合が
良好である。

【００４５】なお、以上の説明においては、各空気吹き
込み口２１、２３からの空気の流れはオン−オフ的であ
ったが、各空気吹き込み口２１、２３からの空気流量を
正弦波的に変え、空気吹き込み口２１と空気吹き込み口
２３における流量の位相を１８０度異ならせるようにし
てもよい。すなわち、空気吹き込み口２１の時刻ｔにお
ける流量をａ（１＋sinωｔ）とし、空気吹き込み口２
３の時刻ｔにおける流量がａ（１−sinωｔ）となるよ
うにする。これにより、吹き込まれる空気流量の総和を
ほぼ一定に保ちながら、切換はスムースに行われ、バル
ブの切換時に系に与えるショックが緩和される。

【００４６】図２、図３に本発明の実施の形態の１例に
係る空気吹き込み口の配置を示す。図２は廃棄物焼却炉
を示す図であり、図１０と同じものである。図１０のＡ
−Ａ’断面には、図３に示すように４つの空気吹き込み
口２１〜２４が配置され、それより上のＢ−Ｂ’断面に
は、図３に示すように４つの空気吹き込み口２５〜２８
が配置される。すなわち、空気吹き込み口２１と２３、
２２と２４、２５と２７、２６と２８はそれぞれ同一水
平平面内で対向して配置され、図３のＣ−Ｃ’断面、Ｄ
−Ｄ’断面に示されるように、２５は２１の、２６は２
２の、２７は２３の、２８は２４の、それぞれ真上に設
置されている。

【００４７】図４(a)に各空気吹き込み口への配管の系
統図を示す。各空気吹き込み口２１〜２８の前には、そ
れぞれ流量調節弁３１〜３８が設けられ、各々の空気吹
き込み口から吹き込まれる空気の流量を調節できるよう
になっている。各調節弁の動作の組み合せにより、いろ
いろなモードを実現できる。

【００４８】たとえば、調節弁３１、３４、３５、３８
を連動させて同一の動作をさせ、調節弁３２、３３、３
６、３７を連動させて前記４つの調節弁と逆の動作をさ
せた場合、図５に示すように、二次燃焼室１１内で略水
平方向に亘る旋回流が形成され、旋回の方向が周期的に
逆転するようになる。

【００４９】また、調節弁３１、３２、３７，３８を連
動させて同一の動作をさせ、調節弁３３、３４、３５，
３６を連動させて前記４つの調節弁と逆の動作をさせる
ことにし、各調節弁の開閉動作を周期的に繰り返した場
合、図６に示すように、二次燃焼室１１内で上下方向に
亘って旋回流が形成され、旋回流の方向が周期的に逆転
するようになる。

【００５０】このとき、各調節弁の開閉動作の周期Ｔ
を、上下の空気吹き込み口の間隔をＬ、燃焼ガス（未燃
ガス）の平均流速をＶとするとき、Ｔ≒Ｌ／Ｖとするこ
とにより、図６(b)に点線で示すように、前の周期で形
成された旋回流が、空気吹出し口を通り過ぎた後に吹出
し方向が反対となり、形成された旋回流が干渉して消滅
することがなく、逆に隣り合う旋回流同士が強め合うの
で好ましい。

【００５１】これら、いずれの場合も、空気吹出し口に
おける流量が周期的に変動するため、すなわち、平均流
量を増やすことなく最大流量を増やすことができる。流
量が多くなって流速が高まったとき、炉内ガスが強制的
に攪拌混合される。よって、有害ガスや未燃ガスの排出
を抑えることができる。また、二次燃焼室で旋回流が発
生するので、大きなスケールの渦と小さなスケールの渦
とが共存することにより、効果的な炉内攪拌混合が可能
となる。よって、酸化剤としての空気の利用効率が高く
なるため、空気の実質的な供給量を低減できる。

【００５２】また、各調節弁と空気吹き込み口は別々に
設けるのでなく、図４(b)に示すように、空気吹き込み
口であるノズル２９とニードル弁３０が一体となった形
式のものを用いてもよい。この形式のノズルにおいて
は、ニードル弁３０を出し入れすることにより、ノズル
２９の喉部の開口面積が変わり、流量が調整される。調
節弁と空気吹き込み口を別々に設けた場合には、調節弁
開度を小さくすると空気吹き込み口からの吹出し流速が
低下するが、この形式のノズルを使用することにより、
流量を小さくしてもノズルからの吹出し流速が低下する
ことがない。

【００５３】各空気吹き込み口２１〜２８には、ノズル
の開度を調整する手段を設けてもよい。これにより、ノ
ズルの周囲における炉内ガスの巻き込み量、すなわち吹
き込み気体の噴流内への炉内ガスの再循環量を制御する
ことができ、噴流近傍での急激な燃焼反応を避けること
ができる。また、吹き込み気体の流量が少なくなってい
る時点でも、ノズルの開度を絞ることにより、吹き込み
気体の流速を高め、噴流による攪拌効果の低下を抑える
ことができる。

【００５４】各調節弁３１〜３８の開度は、図示しない
制御装置によって調整され、制御装置のモードを変える
ことにより各調節弁の連動の形態や変動周期を調整する
ことができる。たとえば、燃焼状態を監視し、燃焼状態
が悪くなった場合には、変動周期を短くする。これによ
り、攪拌効果が増大し、空気と燃料ガスとの相互拡散が
促進されて、燃焼を高めることができる。

【００５５】また、制御装置により、各空気吹き込み口
から吹き込まれる全空気量の総和が、燃焼状態に応じて
意図的に変える場合等は別として、略一定に保たれるよ
うにすれば、空気の供給装置及び後段に設置される誘引
ファン等の負荷変動が小さく抑えられ、装置の長寿命
化、ブロワ等の低騒音化が実現できる。

【００５６】図７、図８は、調節弁としてロータリバル
ブを使用した実施の形態の例を示す図である。図７、図
８において、４１〜４８はロータリバルブである。

【００５７】ロータリバルブは分割型３方弁の一種であ
って、１つの入口と２つの出口を持ち、バルブ軸を回転
させることにより、２つの出口への流体の配分比が連続
的に変化するようになっている。すなわち、バルブ軸を
回転させると、一方の出口への流体流量はほぼ正弦波状
に変化し、他方の出口への流体流量は、これと１８０度
の位相差を持ってほぼ正弦状に変化する。よって、回転
軸を一定速度で回転することにより、簡単な構成で、各
機体吹き込み口への気体流量を周期的に変化させ、かつ
流量の総和を一定に保つことができる。

【００５８】図７においては、空気吹き込み口２１と２
２がロータリバルブ４１で、空気吹き込み口２３と２４
がロータリバルブ４２で、空気吹き込み口２５と２６が
ロータリバルブ４３で、空気吹き込み口２７と２８がロ
ータリバルブ４４で、それぞれ結合されている。ロータ
リバルブ４１と４３に同じ動作をさせると共にロータリ
バルブ４２と４４に同じ動作をさせ、かつ、前者の動作
と後者の動作が逆になるようにしておけば、二次燃焼室
１１内で水平方向の旋回流が形成され、周期的に旋回の
方向が逆転するようになる。

【００５９】図８においては、空気吹き込み口２１と２
５がロータリバルブ４５で、空気吹き込み口２２と２６
がロータリバルブ４６で、空気吹き込み口２３と２７が
ロータリバルブ４７で、空気吹き込み口２４と２８がロ
ータリバルブ４８で、それぞれ結合されている。ロータ
リバルブ４５と４６に同じ動作をさせると共にロータリ
バルブ４７と４８に同じ動作をさせ、かつ、前者の動作
と後者の動作が逆になるようにしておけば、二次燃焼室
１１内で上下方向の旋回流が形成され、周期的に旋回の
方向が逆転するようになる。

【００６０】図７と図８の例において、各ロータリーバ
ルブの作動を同期させるためには、各ロータリバルブの
回転軸を機械的に結合しておけばよいので、簡単な構造
で確実に同期をとることができる。

【００６１】以上の実施の形態は、二次燃焼室に吹き込
む空気の流量を変動させるものであったが、主燃焼室に
吹き込む気体（空気又は二次燃焼排ガス）の流量を変動
させることもできる。たとえば、図１における乾燥スト
ーカ３、燃焼ストーカ４、後燃焼ストーカ５に供給され
る気体の少なくとも２つの吹き込み口からの吹き込み量
を変動させる。

【００６２】これにより、ごみ層内の攪拌が促進されて
一次燃焼の燃焼速度が大きくなる。それにより、焼却灰
中の未燃分が減少すると共に、焼却灰中のダイオキシン
類の生成を抑制することができる。また、炉の小型化を
図ることができる。

【００６３】また、気体流量の変動により、ごみ層上の
一次燃焼領域でのガス同士の混合性を改善することがで
き、一次燃焼領域（主燃焼室）での燃焼の均一化が可能
となる。これにより、一次燃焼領域における局所高温部
を低減することができ、低ＮＯ_x化を図ることができ
る。さらに、空気の利用効率を上げることができるの
で、低空気比燃焼が可能となって、排ガス量が低減す
る。よって、炉や排ガス処理設備の小型化を図ることが
できる。

【００６４】また、上記方法の一形態として、たとえ
ば、図１において、乾燥ストーカ３部に吹き込む気体量
と、後燃焼ストーカ５部に吹き込む空気量をペアとし
て、一方を増加させるときは片方を減少させ、周期的に
これを繰り返す。その手段としては、前述のロータリー
バルブ等の手段を使用することができる。

【００６５】これにより、たとえば乾燥ストーカ３部に
吹き込む気体量が多く、後燃焼ストーカ５部に吹き込む
空気量が少ない場合は、副煙道１０を通る排ガス量が多
くなり、主煙道９を通る排ガス量が少なくなる。逆に、
乾燥ストーカ３部に吹き込む気体量が少なく、後燃焼ス
トーカ５部に吹き込む空気量が多い場合は、副煙道１０
を通る排ガス量が少なくなり、主煙道９を通る排ガス量
が多くなる。これが交互に繰り返されることにより、二
次燃焼室における一次燃焼排ガスの流動パターンが周期
的に変化し、一次燃焼排ガス同士、または一次燃焼排ガ
スと吹き込み空気（二次燃焼空気）との混合性が促進さ
れ、円滑な燃焼が行われるので、ダイオキシン類、ＮＯ
_x、ＣＯ等の発生が少なくなる。

【００６６】また、前記方法の他の一形態として、たと
えば火格子の下部を左右に２分割し、左右の部分に吹き
込む気体量を交互に増減させることができる。この様子
を図９に示す。図９は、図２における主燃焼室７部の横
断面図であり、燃焼ストーカ４の後段部での断面を示
す。図９において、１８は火格子、１９は仕切り板であ
る。

【００６７】火格子１８の下部の気体導入部を、仕切り
板１９によって左右に分割し、それぞれに別々に気体を
吹き込むようにする。この例においては、ロータリーバ
ルブ４１を設け、左右に流す気体の量を交互に増減させ
る。図は、左側半分に流入する気体の量が、右側半分に
流入する気体の量より大きい場合を示している。よっ
て、左側から流入した気体は、中間天井８に当たって、
図に示すように右側に流れる。空気の流入量が図と反対
になり、炉の右側から流入する気体の量が多くなると、
中間天井８に当たった気体の流れは、図と反対に左側に
向かって流れる。このようにごみ層と中間天井との空間
で、気体の流れが周期的に変化することにより、均一な
燃焼が促進され、ダイオキシン類、ＮＯ_x、ＣＯ等の発
生が少なくなると共に、中間天井８へのダストの付着
や、火炎が中間天井８付近に定在することによる中間天
井８の焼損が少なくなる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明は、少なくとも２つの気体吹き込み口から炉内に吹き
込まれる気体の気体吹き込み口毎の流量が周期的に変動
することを特徴とする廃棄物焼却炉であるので、炉内ガ
スが強制的に攪拌混合状態がよくなり、よって、有害ガ
スや未燃ガスの排出を抑えることができる。また、気体
吹き込み口に流量調節装置を設置するだけでよいので、
高額な設備費を必要としない。

【００６９】請求項２に係る発明は、気体吹き込み口の
ノズルの開度を調整する手段が設けられていることを特
徴とするものであるので、噴流近傍での急激な燃焼反応
を避けることができる。また、吹き込み気体の流量が少
なくなっている時点でも、ノズルの開度を絞ることによ
り、吹き込み気体の流速を高め、噴流による攪拌効果の
低下を抑えることができる。

【００７０】請求項３に係る発明は、気体吹き込み口毎
の流量の変動周期を調整する手段が設けられていること
を特徴とするものであるので、炉の燃焼状態に応じて最
適な周期で変動を行わせ、噴流による炉内ガスの攪拌効
果を増大させることができる。

【００７１】請求項４に係る発明は、流量が周期的に変
動する各気体吹き込み口から炉内に吹き込まれる気体の
流量の総和が、定常的にほぼ一定となるようにされてい
ることを特徴とするものであるので、気体の供給装置及
び後段に設置されるブロワ等の負荷変動が小さく抑えら
れ、装置の長寿命化、ブロワ等の低騒音化が実現でき
る。

【００７２】請求項５に係る発明は、流量が周期的に変
動する気体吹き込み口が、幾対かの対とされ、各対の気
体吹き込み口のそれぞれにおいて、対を構成する一方の
気体吹き込み口はロータリバルブの第１の出口に接続さ
れ、他方の気体吹き込み口はロータリバルブの第２の出
口に接続され、ロータリバルブの入口には、吹き込み空
気供給配管が接続されていることを特徴とするものであ
るので、簡単な構成で、各機体吹き込み口への気体流量
を周期的に変化させ、かつ流量の総和を一定に保つこと
ができる。また、回転軸の回転速度を変えることによ
り、吹き込まれる気体の流量変動の周期の変更を、容易
かつ確実に行うことができる。さらに、流量変動の周期
の短縮が可能となる。

【００７３】請求項６に係る発明は、一次燃焼用空気吹
き込み口から炉内に吹き込まれる気体（空気又は二次燃
焼排ガス）の吹き込み口毎の気体流量を周期的に変動さ
せることにより、ごみ層内の攪拌を促進し、一次燃焼の
燃焼速度を向上させることができる。これにより、焼却
灰中の未燃分を減少させることができ、焼却灰中のダイ
オキシン類の生成を抑制することができると共に、炉の
小型化を図ることができる。

【００７４】また、ごみ層上の一次燃焼領域でのガス同
士の混合性を改善することができ、一次燃焼領域での燃
焼の均一化が促進される。これによって、局所高温領域
を低減させてＮＯ_xの発生を抑制すると共に、炉の内壁
へのダストの溶着・固化や内壁の焼損を抑制することが
できる。また、空気利用効率が上昇し、低空気比燃焼が
可能となって、排ガス量が低減するので、炉の小型化、
排ガス処理装置の小型化を図ることができる。

【００７５】請求項７に係る発明は、主燃焼室から二次
燃焼室に流入する排ガスのパターンが周期的に変動する
ようになるので、二次燃焼領域での排ガスの混合性が改
善され、その結果、ダイオキシン類、ＮＯ_x、ＣＯ等の
有害物質の発生を低減させることができる。

【００７６】請求項８に係る発明は、天井部又は中間天
井部とごみ層との空間で均一な一次燃焼が促進され、こ
れにより、ダイオキシン類、ＮＯ_x、ＣＯ等の有害物質
の発生を低減させることができると共に、中間天井部へ
のダストの付着や、高温による中間天井部の焼損を防ぐ
ことができる。

【００７７】請求項９に係る発明は、二次燃焼領域にお
いて、気体吹き込み口から吹き込まれる気体によって生
成される渦流れの回転方向が、周期的に反転することを
特徴とするものであるので、より効果的な炉内攪拌混合
が可能となる。また、非定常噴流によって生成された強
い乱れの作用により、内壁近傍の境界層が剥離し、内壁
等へのダストの付着を低減することができると共に、炉
内での局所低温領域の体積が減少し、ＣＯやダイオキシ
ン類の生成を少なく抑えることができる。

【００７８】請求項１０に係る発明は、燃焼ガスの流れ
が上下方向である二次燃焼領域の上下方向略同一位置
に、第１組から第４組までの４組の空気吹き込み口が設
けられ、第１組と第２組の空気吹き込み口、第３組と第
４組の空気吹き込み口はそれぞれ同一壁面に設けられ、
第１組の空気吹き込み口は第３組の空気吹き込み口に、
第２組の空気吹き込み口は第４組の空気吹き込み口にそ
れぞれ対向しており、各気体吹出し口からの気体流量の
変動周期は同一とされ、第１組と第４組の空気吹き込み
口の空気流量の変動の位相は同一であると共に、第２組
と第３組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相も同
一であり、かつ第１組と第４組の空気吹き込み口の空気
流量の変動の位相と、第２組と第３組の空気吹き込み口
の空気流量の変動の位相は１８０度ずれていることを特
徴とする廃棄物焼却炉であるので、請求項９に係る発明
を実現することができる。

【００７９】請求項１１に係る発明は、燃焼ガスの流れ
が上下方向である二次燃焼領域の上下方向第１の位置に
第１組と第２組の空気吹き込み口が設けられると共に、
上下方向第２の位置に第３組と第４組の空気吹き込み口
が設けられ、第１組の空気吹き込み口は第２組の空気吹
き込み口に、第３組の空気吹き込み口は第４組の空気吹
き込み口にそれぞれ対向しており、かつ、第１組と第３
組の空気吹き込み口、第２組と第４組の空気吹き込み口
はそれぞれ同じ壁面に設けられており、各気体吹出し口
からの気体流量の変動周期は同一とされ、第１組と第４
組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相は同一であ
ると共に、第２組と第３組の空気吹き込み口の空気流量
の変動の位相も同一であり、かつ第１組と第４組の空気
吹き込み口の空気流量の変動の位相と、第２組と第３組
の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相は１８０度ず
れていることを特徴とする廃棄物焼却炉であるので、請
求項９に係る発明を実現することができる。

【００８０】請求項１２に係る発明は、気体吹出し口の
上下方向第１の位置と第２の位置の垂直距離をＬ、燃焼
ガスの平均流速をＶとするとき、各気体吹出し口からの
気体流量の変動周期Ｔが、Ｔ≒Ｌ／Ｖであることを特徴
とするものであるので、生成される旋回流が干渉して効
果が弱められることがなく、むしろ隣り合う旋回流同士
が強め合うことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る廃棄物焼却炉の例を
示す図である。

【図３】図２の各断面図である。

【図４】各空気吹き込み口への配管の例を示す系統図で
ある。

【図５】空気の吹き込みによって形成される旋回流の１
例を示す図である。

【図６】空気の吹き込みによって形成される旋回流の他
の例を示す図である。

【図７】ロータリバルブを使用した配管の１例を示す系
統図である。

【図８】ロータリバルブを使用した配管の他の例を示す
系統図である。

【図９】炉の主燃焼室の横断面を示す図である。

【図１０】従来の廃棄物焼却炉の例を示す図である。

【図１１】従来の廃棄物焼却炉において、二次空気を吹
き込んだときの様子を示す図である。

【符号の説明】

１ホッパ２ごみ３乾燥ストーカ４燃焼ストーカ５後燃焼ストーカ６主灰シュート７主燃焼室８中間天井９主煙道１０副煙道１１二次燃焼室１２除塵室１４〜１７Ｏ₂リッチ領域１８火格子１９仕切り板２１〜２８空気吹き込み口２９ノズル３０ニードル弁３１〜３８流量調節弁４１〜４８ロータリバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの気体吹き込み口から炉
内に吹き込まれる気体の気体吹き込み口毎の流量が周期
的に変動することを特徴とする廃棄物焼却炉。
【請求項２】気体吹き込み口のノズルの開度を調整す
る手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記
載の廃棄物焼却炉。
【請求項３】気体吹き込み口毎の流量の変動周期を調
整する手段が設けられていることを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項４】流量が周期的に変動する各気体吹き込み
口から炉内に吹き込まれる気体の流量の総和が、定常的
にほぼ一定となるようにされていることを特徴とする請
求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の廃棄物
焼却炉。
【請求項５】流量が周期的に変動する気体吹き込み口
が、幾対かの対とされ、各対の気体吹き込み口のそれぞ
れにおいて、対を構成する一方の気体吹き込み口はロー
タリバルブの第１の出口に接続され、他方の気体吹き込
み口はロータリバルブの第２の出口に接続され、ロータ
リバルブの入口には、吹き込み空気供給配管が接続され
ていることを特徴とする請求項４に記載の廃棄物焼却
炉。
【請求項６】少なくとも２つの一次燃焼用空気吹き込
み口から炉内に吹き込まれる気体の吹き込み口毎の流量
が周期的に変動することを特徴とする請求項１から請求
項５のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項７】前記一次燃焼用空気吹き込み口のうち、
上流側にある吹き込み口と下流側にある吹き込み口から
炉内に吹き込まれる気体の吹き込み口毎の流量が、対と
なって周期的に変動することを特徴とする請求項６に記
載の廃棄物焼却炉。
【請求項８】前記一次燃焼用空気吹き込み口のうち、
炉幅方向の左側にある吹き込み口と右側にある吹き込み
口から炉内に吹き込まれる気体の吹き込み口毎の流量
が、対となって周期的に変動することを特徴とする請求
項６に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項９】二次燃焼領域において、気体吹き込み口
から吹き込まれる気体によって生成される渦流れの回転
方向が、周期的に反転することを特徴とする請求項１か
ら請求項５のうちいずれか１項に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項１０】燃焼ガスの流れが上下方向である二次
燃焼領域の上下方向略同一位置に、第１組から第４組ま
での４組の空気吹き込み口が設けられ、第１組と第２組
の空気吹き込み口、第３組と第４組の空気吹き込み口は
それぞれ同一壁面に設けられ、第１組の空気吹き込み口
は第３組の空気吹き込み口に、第２組の空気吹き込み口
は第４組の空気吹き込み口にそれぞれ対向しており、各
気体吹出し口からの気体流量の変動周期は同一とされ、
第１組と第４組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位
相は同一であると共に、第２組と第３組の空気吹き込み
口の空気流量の変動の位相も同一であり、かつ第１組と
第４組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相と、第
２組と第３組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相
は１８０度ずれていることを特徴とする廃棄物焼却炉。
【請求項１１】燃焼ガスの流れが上下方向である二次
燃焼領域の上下方向第１の位置に第１組と第２組の空気
吹き込み口が設けられると共に、上下方向第２の位置に
第３組と第４組の空気吹き込み口が設けられ、第１組の
空気吹き込み口は第２組の空気吹き込み口に、第３組の
空気吹き込み口は第４組の空気吹き込み口にそれぞれ対
向しており、かつ、第１組と第３組の空気吹き込み口、
第２組と第４組の空気吹き込み口はそれぞれ同じ壁面に
設けられており、各気体吹出し口からの気体流量の変動
周期は同一とされ、第１組と第４組の空気吹き込み口の
空気流量の変動の位相は同一であると共に、第２組と第
３組の空気吹き込み口の空気流量の変動の位相も同一で
あり、かつ第１組と第４組の空気吹き込み口の空気流量
の変動の位相と、第２組と第３組の空気吹き込み口の空
気流量の変動の位相は１８０度ずれていることを特徴と
する廃棄物焼却炉。
【請求項１２】上下方向第１の位置と第２の位置の垂
直距離をＬ、燃焼ガスの平均流速をＶとするとき、各気
体吹出し口からの気体流量の変動周期Ｔが、Ｔ≒Ｌ／Ｖ
であることを特徴とする請求項１１に記載の廃棄物焼却
炉。