竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法及び竪型ごみ焼却炉
【課題】本発明は、竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を維持し、熱しゃく減量の低減も期待できる新規な竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法及び竪型ごみ焼却炉を提供することを目的とする
【解決手段】竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉において、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給する。
【解決手段】竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉において、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法及び竪型ごみ焼却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物や一般廃棄物等の廃棄物は、固体、液体或いは粘性体と、その性状が多種多様であり、易燃物、難燃物及び不燃物が混在していることからごみ質の変動が非常に大きい。特に、医療系の産業廃棄物には溶融しやすいガラス類や高発熱量のプラスチック性の使い捨て容器に加えて紙おむつ等の高含水性ごみが多量に含まれている。更に、注射針等の鋭利物や感染性廃棄物は所定の梱包状態のままで処理することが義務付けられていることから、攪拌等によってごみ質を均質化する前処理を行うことも困難となっている。
【０００３】
ごみ質の変動が大きい廃棄物を焼却処理すると、安定した燃焼状態を維持することが困難となる。又、高発熱量の易燃物の燃焼による局所的な温度上昇が発生し易いため、溶融した不燃物が炉壁に溶着してクリンカを形成する。成長して肥大化したクリンカは、焼却や焼却灰排出時の障害になるといった問題を生じる。
【０００４】
これらごみ質の変動の大きい廃棄物の焼却処理には、ロータリーキルン式、傾斜回転炉床式、或いは攪拌手段付水平回転炉床式等のごみを転回あるいは攪拌しながら燃焼させる方式の炉が一般に多く使用されている。しかしながら、これらの方式においては、炉内における廃棄物の堆積厚が薄くなるため、紙やプラスチック等の易燃物だけ先燃えして難燃物が残るといったいわゆる燃えむらが生じ易い。そのため吹抜けによる耐火物の寿命低下防止と難燃物の燃焼時間確保のために炉床面積を拡張する必要があり、設置面積が増大するといった問題がある。
【０００５】
ところで、最近、竪型の炉内下部に廃棄物を厚く堆積し、堆積した廃棄物を燃焼し、燃焼によって発生したガスを炉内上部で燃焼することにより焼却処理する竪型ごみ焼却炉が開発されている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
【０００６】
即ち、前記特許文献１及び２に示す従来の竪型ごみ焼却炉は、炉本体を竪型にすることにより設置面積を小さくし、竪型の炉内下部に廃棄物を厚く堆積することにより廃棄物の堆積厚を確保し、焼却処理中、堆積した廃棄物を上から「調質層」、「燃焼層」及び「灰層」となるように燃焼状態を制御しながら燃焼させ、燃焼によって発生したガス状の可燃性物質を炉内上部で再燃焼させる焼却方式を採用したものである。
【０００７】
ここで、前記「調質層」は、主として投入された廃棄物を乾燥してごみ質を均一化する層であり、前記「燃焼層」は、十分な燃焼時間を確保して廃棄物を燃焼する層であり、前記「灰層」は、残留する未燃物を燃焼すると共に燃焼が完結した焼却灰が堆積する層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４‐１５８１１０号公報
【特許文献２】実公平５‐３１３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び２に示す従来の竪型ごみ焼却炉においては、廃棄物の投入時、投入された廃棄物中に含まれる易燃物の多くが調質層において一気に燃焼して、炉内温度が瞬間的に上昇し、燃焼状態が不安定となる場合があった。
【００１０】
又、調質層において多くの易燃物が燃焼すると、燃焼層に移行する廃棄物中における高発熱量の易燃物の含有量が少なくなると共に、難燃物の割合が相対的に増えることになる。このことは、燃焼層における燃焼カロリーを低下させ、焼却灰の熱しゃく減量増加の原因となる。
【００１１】
本発明は前記技術的課題を解決するために開発されたものであり、竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を維持し、熱しゃく減量の低減も期待できる新規な竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法及び竪型ごみ焼却炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法（以下、「本発明方法」と称する。）は、竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法である。
【００１３】
即ち、本発明方法は、炉内下部に廃棄物を堆積し、堆積された廃棄物が形成する堆積層に対して燃焼用空気を供給しながら焼却処理するといった技術的思想に基づく焼却炉を対象とするものであり、この技術的思想に基づく焼却炉であればその他の付加的構造について特に限定されるものではない。
【００１４】
そして、本発明方法においては、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給する点に最も大きな特徴を有する。
【００１５】
ここで、「理論空気量」とは、燃焼対象物を完全に燃焼させるために必要な空気量を意味する。
【００１６】
通常の焼却炉においては、単位時間当たりに炉内に投入される廃棄物の量や発熱量等に応じて燃焼用空気の供給量が決定されるが、投入された廃棄物を完全燃焼させるために、理論空気量に対して幾分の余裕を見て空気を供給する。但し、必要以上に過剰な空気を供給すると炉内温度を低下させる場合があることから、通常の焼却炉においては、理論空気量の１．１〜１．４倍程度とすることが一般的である。
【００１７】
又、従来の竪型ごみ焼却炉においては、炉内下部に堆積された廃棄物を燃焼させ、燃焼によって発生したガス状の可燃性物質を炉内上部で再燃焼する構成のものが多く、堆積された廃棄物が形成する堆積層に対して供給する燃焼用空気の量は、理論空気量の０．８〜１．３倍程度とすることが一般的であった。
【００１８】
しかしながら、易燃物及び難燃物が混在する廃棄物を竪型ごみ焼却炉で焼却処理するにあたり、堆積層に対して理論空気量の０．８〜１．３倍程度の燃焼用空気を供給すると、堆積層上部において酸素が十分に残存していることから、特に廃棄物の投入時において投入された廃棄物中の易燃物が瞬間的に一気に燃焼し、燃焼状態が不安定になる場合があった。
【００１９】
そこで、この種竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を維持すべく、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給すれば、焼却処理中の堆積層の内、炉内底部に存する焼却灰（灰層）中の未燃物と該焼却灰上に存する燃焼中の層（燃焼層）とが有酸素燃焼することにより堆積層中の酸素が消尽され、燃焼層の上に酸素が殆ど供給されない実質的に無酸素状態の高温下で廃棄物の熱分解（還元）が促進される炭化層（還元層）が形成されるとの知見を得た。
【００２０】
そして、堆積層における燃焼層上に実質的に無酸素状態の炭化層が形成されると、炭化層より上の層（調質層）中の易燃物が一気に燃焼することによる瞬間的な温度上昇が抑制されて、燃焼状態が非常に安定するとの知見を得た。
【００２１】
又、調質層において、高発熱量を有する易燃物が一気に燃焼せずに、廃棄物に多く含有されたままで、調質層から炭化層、炭化層から燃焼層へと移行することから、燃焼層における燃焼カロリーを維持できるとの知見も得た。
【００２２】
更に、前記炭化層は、燃焼層から発生する熱を受けるため高温状態となる。そのため当該炭化層において、廃棄物は、比較的長時間にわたって酸素が不足した状態で高温に晒されて抑制燃焼し、該廃棄物中の難燃物は十分に熱分解される。その結果、廃棄物の均質な焼却処理が促進され、燃焼層における燃焼カロリーの維持と相まって、最終的に排出される焼却灰中の未燃物の残存が極めて小さくなり、熱しゃく減量が非常に低くなるとの知見も得た。
【００２３】
なお、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２倍未満になると、燃焼用空気が少なすぎて堆積層における燃焼層の形成が不十分となる。一方、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．８倍を越えると、燃焼用空気が多すぎて堆積層における炭化層の形成が不十分となる。従って、本発明方法においては、燃焼用空気の供給量を、更に、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．３〜０．７倍の範囲にすることが好ましく、０．４〜０．６倍の範囲にすることがより好ましい。
【００２４】
ところで、従来の竪型ごみ焼却炉においては、燃焼用空気を堆積層に供給するにあたり、炉壁の上下方向にわたって複数の空気送入用のノズルを配置し、段階的に燃焼用空気を供給していた。
【００２５】
しかしながら、本発明方法においては、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層の下部から上部に向かって徐々に酸素濃度を減少させ、堆積層における燃焼層の上に実質的に無酸素状態の炭化層を積極的に形成する必要があることから、堆積層の中ほどから上部にあたる位置において燃焼用空気を多く供給することは好ましくない。
【００２６】
即ち、焼却処理中、単に堆積層に対して供給する燃焼用空気を、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍としただけでは、堆積層における燃焼層の上に安定した炭化層を形成することは非常に困難である。
【００２７】
この点につき、本発明方法においては、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御した上で、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給しているから、堆積層における燃焼層の上に実質的に無酸素状態の炭化層を安定して形成することができるのである。
【００２８】
堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給するにあたっては、堆積層に対して供給される燃焼用空気の総量について、その多くの割合を堆積層の下部（好ましくは底部）から供給する必要がある。より具体的には、堆積層に対して供給される燃焼用空気の全体量の６０％以上を堆積層の下部から供給することが好ましく、又、７０％以上とすることがより好ましく、更に、９０％以上とすることが一層好ましい。
【００２９】
即ち、本発明方法においては、堆積層に対して供給される燃焼用空気の殆どを堆積層の下部から供給することが好ましいのであり、従って、本発明方法においては、堆積層の下部のみから燃焼用空気を供給することが好ましい。
【００３０】
続いて本発明の竪型ごみ焼却炉（以下、「本発明焼却炉」と称する。）について説明する。但し、前記本発明方法において既述した点については本発明焼却炉においても同様であり、繰り返しを避けるためここでは説明を省略する。
【００３１】
本発明焼却炉は、竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部に配された焼却灰排出板から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉であって、この竪型ごみ焼却炉は、堆積層の底部に向かって燃焼用空気を供給する複数の空気口が前記焼却灰排出板に設けられてなり、焼却処理中、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給し、燃焼用空気の供給量が堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御する制御機構が備えられてなることを特徴とする。
【００３２】
なお、焼却灰排出板に設ける空気口は、１箇所だけでなく複数箇所に分散して配置しても良い。
【発明の効果】
【００３３】
前記構成を有する本発明方法及び本発明焼却炉は、竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を維持し、更に熱しゃく減量の低減も期待することができる。
【００３４】
即ち、本発明方法及び本発明焼却炉においては、焼却処理中、燃焼用空気の供給量を、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御した上で、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給しているから、焼却処理中の堆積層において実質的に無酸素状態の炭化層が形成されて、炭化層の上に存する調質層中の易燃物が一気に燃焼することによる瞬間的な温度上昇が抑制されるため、燃焼状態が非常に安定する。
【００３５】
又、高発熱量を有する易燃物が、調質層において一気に燃焼せずに、廃棄物に多く含有されたままで、調質層から炭化層、炭化層から燃焼層へと移行することから、燃焼層における燃焼カロリーを維持することができる。
【００３６】
更に、前記炭化層は、燃焼層から発生する熱を受けるため高温状態となる。そのため当該炭化層において、廃棄物は、高発熱量の易燃物を含有したまま、比較的長時間にわたって酸素が不足した状態で高温に晒されて抑制燃焼し、該廃棄物中の難燃物は十分に熱分解される。その結果、廃棄物の均質な焼却処理が促進され、燃焼層における燃焼カロリーの維持と相まって、最終的に排出される焼却灰中の未燃物の残存が極めて小さくなり、熱しゃく減量が非常に低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明に係る竪型ごみ焼却炉の概略構造を示す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明に係る竪型ごみ焼却炉における焼却灰排出板を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、燃焼用空気の供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍にした場合の竪型ごみ焼却炉における堆積層の燃焼状態を説明する説明図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、燃焼用空気の供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍にした場合の竪型ごみ焼却炉における堆積層の燃焼状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００３９】
図１は、竪型ごみ焼却炉の概略構造を示す断面模式図である。図１において、竪型ごみ焼却炉１は、円筒部２１とその下部に連接する漏斗部２２とからなる焼却炉本体２、焼却炉本体２の底部に配設された焼却灰排出機構３、及び焼却炉本体２の上部に排ガス混合手段４を介して戴置された再燃焼室５を主体に構築されている。
【００４０】
上記焼却炉本体２は、その外殻をなす鋼製のケーシング（図示せず）と内側の上部耐火物２３（円筒部２１に配置）及び下部耐火物２４（漏斗部２２に配置）から構成される。焼却炉本体２の側面には、廃棄物Ｒを炉内に投入するための投入口６が、二重ダンパ等のシール機構を備えて設けられている。又、焼却炉本体２の側面には、堆積層を燃焼させることによって発生するガス状の可燃性物質ｅを再燃焼するための複数の二次燃焼用空気口２５が配置されている。この二次燃焼用空気口２５から円筒部２１内に向かって、押込送風機２６を介して常温の二次燃焼用空気ｂが供給される。
【００４１】
投入された廃棄物Ｒを積層する漏斗部２２は、漏斗状に絞られて形成されている。漏斗部２２に配置された下部耐火物２４には、内部を通過する冷却水によって、下部耐火物２４を冷却する水冷ジャケット８が外周全面にわたって設けられている。炉内に投入された廃棄物Ｒは、この漏斗部２２内において堆積層を形成する。
【００４２】
焼却灰排出機構３は、漏斗部２２下部に設けられており、上側に配置された対向する一対の出没自在なごみ支持手段３１、下側に設けられた開閉自在の焼却灰排出板３２、灰搬出装置３３、及び図示しないこれらの駆動機構から構成されている。
【００４３】
ごみ支持手段３１は、通常時は焼却炉本体２内から没した状態に位置する。このごみ支持手段３１は、焼却灰排出板３２を開放して焼却完結後の焼却灰Ａを排出する時のみ、焼却炉本体２内に突出させて（図中一点鎖線で示す。）、ごみ支持手段３１より上方にある堆積層の荷重を支持する。ごみ支持手段３１より下方の焼却灰Ａは、焼却灰排出板３２を回動することにより（図中一点鎖線で示す。）、焼却灰排出機構３の下方に配置された灰搬出装置３３に排出される。
【００４４】
図２に示すように、焼却灰排出板３２には、複数の空気口２８（２８ａ、２８ｂ）が放射状に穿孔されている。本実施の形態においては、焼却灰排出板３２に空気口２８を放射状に穿孔するにあたり、その中心付近に口径３５〜４５ｍｍ程度の空気口２８ａを複数配し、その周囲に口径２５〜３５ｍｍ程度の空気口２７ａを複数配している。即ち、前記焼却灰排出板３２の中心付近に比較的大きな口径の空気口２８ａを複数配することにより、多くの燃焼用空気ａが堆積層の底部中心付近に向かって供給されるようにしている。
【００４５】
燃焼用空気供給管７から輸送された燃焼用空気ａは、前記空気口２８を通って堆積層に供給される。この燃焼用空気ａは、再燃焼室５内に設けた高温用空気予熱器５２で昇温されたものが、押込送風機２７を介して供給される。燃焼用空気供給管７には、管路に燃焼用空気ａの流量を監視する流量計Ｆと、燃焼用空気ａの供給量を変更する開閉弁（ダンパ）Ｄが備えられている。本実施の形態における燃焼用空気ａの供給量の制御は、堆積層の堆積厚が厚くなって燃焼用空気ａの輸送負荷が大きくなり、その流量が減少した場合に、前記開閉弁Ｄを開いて燃焼用空気ａの供給量が多くし、一方、廃棄物Ｒの堆積厚が薄くなって燃焼用空気ａの輸送負荷が小さくなり、その流量が増加した場合に、前記開閉弁Ｄを絞って燃焼用空気ａの供給量を少なくすることによってなされる。
【００４６】
堆積層の燃焼によって発生した高温のガス状の可燃性物質ｅは、二次燃焼用バーナ５０による加熱及び二次燃焼用空気口２５から供給される常温の二次燃焼用空気ｂによって燃焼ガスｗとなったのち、排ガス混合手段４を通過して再燃焼室５に入り、再燃焼用バーナ５１の加熱により未反応ガスや浮遊炭素粒子の完全焼却とダイオキシン類等の有機化合物の熱分解及び燃焼がなされた再燃ガスｒとなって、炉外の処理設備に送られる。
【００４７】
次に、このように構成された竪型ごみ焼却炉１における炉内下部に堆積された堆積層の燃焼状態を説明する。
【００４８】
＜燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍にした場合の燃焼状態＞
始業時において、投入口６から焼却炉本体２内に投入された廃棄物Ｒは、漏斗部２２の底部に残存する灰層ｚ上に堆積されて調質層ｕとなり、初期の堆積層を形成する（図３（ａ）参照）。初期の堆積層において、調質層ｕ中の廃棄物Ｒは、灰層ｚを通過して上昇する高温の燃焼用空気ａと接触することにより乾燥し、酸素を消費しながら易燃物から燃焼を始め、難燃物と共に火種を保有しながら燃焼層ｙを形成する（図３（ｂ）参照）。
【００４９】
ここで、燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍にした場合、堆積層の上部まで酸素が十分に供給されることから、燃焼層ｙは酸素を消費しながら徐々に調質層ｕ上部にまで拡がっていく。又、燃焼層ｙにおいて燃焼が完結した焼却灰Ａは、灰層ｚに堆積していく（図３（ｃ）参照。図右に併記したグラフは、燃焼によって、堆積層の下部から上部に向かって酸素が消費されていく状態（残Ｏ2量）を示す。）。
【００５０】
灰層ｚに一定量以上焼却灰Ａが堆積すると、ごみ支持手段３１及び焼却灰排出板３２を順次作動させ、ごみ支持手段３１よりも下方の焼却灰Ａを灰搬出装置３３に落下させる（図３（ｄ）参照）。
【００５１】
焼却灰Ａの排出後、焼却灰排出板３２は元の位置に復帰し、ごみ支持手段３１は焼却炉本体２外へと没する。これより、ごみ支持手段３１の上部にある残余の灰層ｚ、燃焼層ｙ及び調質層ｕは、焼却灰排出板３２上に順次落下する（図３（ｅ）参照）。
【００５２】
この落下時のショックにより、灰層ｚ、燃焼層ｙ及び調質層ｕの通気性が良くなる。又、燃焼層ｙ及び調質層ｕにおける焼却残渣の塊が崩壊させられるため、塊の内部まで空気が通るようになる。このため、残留していた火種により更なる燃焼が促進される。
【００５３】
その後、同様に投入口６から廃棄物Ｒを順次投入すれば、投入された廃棄物Ｒは新たな調質層ｕを形成する。又、調質層ｕの下部が燃焼層ｙの熱と燃焼用空気ａにより燃焼を始め、新たな燃焼層ｙを形成する。燃焼が完結した焼却灰Ａは灰層ｚに堆積していく（図３（ｆ）参照）。
【００５４】
即ち、焼却処理中、堆積層に供給する燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍とした場合、堆積層は、その燃焼状態により位置が移動するものの、上から「調質層ｕ」、「燃焼層ｙ」及び「灰層ｚ」を形成し、定常状態となる。
【００５５】
しかしながら、この定常状態においては、調質層ｕと燃焼層ｙが隣接しており、又、堆積層の上部に至るまで酸素が十分に供給されることから、特に廃棄物Ｒの投入時、調質層ｕ中の易燃物が瞬間的に一気に燃焼する現象が起こり、燃焼状態が不安定になる場合がある。
【００５６】
＜燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍にした場合の燃焼状態＞
始業時において、投入口６から焼却炉本体２内に投入された廃棄物Ｒは、漏斗部２２の底部に残存する灰層ｚ上に堆積されて調質層ｕとなり、初期の堆積層を形成する（図４（ａ）参照）。初期の堆積層において、調質層ｕ中の廃棄物Ｒは、灰層ｚを通過して上昇する高温の燃焼用空気ａと接触することにより乾燥し、酸素を消費しながら易燃物から燃焼を始め、難燃物と共に火種を保有しながら燃焼層ｙを形成する（図４（ｂ）参照）。
【００５７】
ここで、燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍にした場合、徐々に燃焼層ｙが調質層ｕに拡がっていくが、この燃焼層ｙの拡がりは燃焼用空気ａ中の酸素の消尽と共に停滞する。燃焼層ｙの拡がりが停滞すると、燃焼層ｙ上の調質層ｕは、殆ど酸素が存在しない状態で燃焼層ｙの熱に晒されるため、実質的に無酸素状態の高温下で廃棄物Ｒの熱分解が促進される炭化層ｃを形成する。又、燃焼層ｙにおいて燃焼が完結した焼却灰Ａは灰層ｚに堆積していく。（図４（ｃ）参照。図右に併記したグラフは、燃焼によって、堆積層の下部から上部に向かって酸素が消費されていく状態（残Ｏ2量）を示す。）。
【００５８】
灰層ｚに一定量以上焼却灰Ａが堆積すると、ごみ支持手段３１及び焼却灰排出板３２を順次作動させ、ごみ支持手段３１よりも下方の焼却灰Ａを灰搬出装置３３に落下させる（図４（ｄ）参照）。
【００５９】
焼却灰Ａの排出後、焼却灰排出板３２は元の位置に復帰し、ごみ支持手段３１は焼却炉本体２外へと没する。これより、ごみ支持手段３１の上部にある残余の灰層ｚ、燃焼層ｙ、炭化層ｃ及び調質層ｕは、焼却灰排出板３２上に順次落下する（図４（ｅ）参照）。
【００６０】
この落下時のショックにより、灰層ｚ、燃焼層ｙ、炭化層ｃ及び調質層ｕの通気性が良くなる。又、燃焼層ｙ、炭化層ｃ及び調質層ｕにおける焼却残渣の塊が崩壊させられるため、塊の内部まで空気が通るようになる。このため、残留していた火種により更なる燃焼が促進される。
【００６１】
その後、同様に投入口６から廃棄物Ｒを順次投入すれば、投入された廃棄物Ｒは新たな調質層ｕを形成する。又、落下により燃焼用空気ａの酸素が供給されるようになった炭化層ｃは燃焼を始め、新たな燃焼層ｙを形成する。更に、酸素が不足している調質層ｕの下部が新たな炭化層ｃとして形成される。燃焼が完結した焼却灰Ａは灰層ｚに堆積していく（図４（ｆ）参照）。
【００６２】
即ち、焼却処理中、堆積層に対して供給する燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍とした場合、堆積層は、その燃焼状態により位置が移動するものの、上から「調質層ｕ」、「炭化層ｃ」、「燃焼層ｙ」及び「灰層ｚ」を形成し、定常状態となる。
【００６３】
そして、堆積層中において、調質層ｕと燃焼層ｙの間に実質的に無酸素状態の炭化層ｃが形成されると、調質層ｕ中の易燃物が瞬間的に一気に燃焼する現象が抑制されて、燃焼状態が非常に安定する。
【００６４】
又、調質層ｕ中の易燃物が一気に燃焼せずに、廃棄物Ｒに多く含有されたままで、調質層ｕから炭化層ｃ、炭化層ｃから燃焼層ｙへと移行することから、燃焼層ｙにおける燃焼カロリーを維持することができる。
【００６５】
更に、前記炭化層ｃにおいて、廃棄物Ｒは、高発熱量の易燃物を含有したまま、比較的長時間にわたって酸素が不足した状態で高温に晒されて抑制燃焼し、該廃棄物Ｒ中の難燃物は十分に熱分解される。その結果、廃棄物Ｒの均質な燃焼処理が促進され、燃焼層ｙにおける燃焼カロリーの維持と相まって、最終的に排出される焼却灰Ａ中の未燃物の残存が極めて小さくなり、熱しゃく減量が非常に低くなる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 竪型ごみ焼却炉
２ 焼却炉本体
３ 焼却灰排出機構
４ 排ガス混合手段
５ 再燃焼室
６ 投入口
７ 燃焼用空気供給管
８ 水冷ジャケット
２８ 空気口
３２ 焼却灰排出板
ａ 燃焼用空気
ｕ 調質層
ｃ 炭化層
ｙ 燃焼層
ｚ 灰層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法及び竪型ごみ焼却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物や一般廃棄物等の廃棄物は、固体、液体或いは粘性体と、その性状が多種多様であり、易燃物、難燃物及び不燃物が混在していることからごみ質の変動が非常に大きい。特に、医療系の産業廃棄物には溶融しやすいガラス類や高発熱量のプラスチック性の使い捨て容器に加えて紙おむつ等の高含水性ごみが多量に含まれている。更に、注射針等の鋭利物や感染性廃棄物は所定の梱包状態のままで処理することが義務付けられていることから、攪拌等によってごみ質を均質化する前処理を行うことも困難となっている。
【０００３】
ごみ質の変動が大きい廃棄物を焼却処理すると、安定した燃焼状態を維持することが困難となる。又、高発熱量の易燃物の燃焼による局所的な温度上昇が発生し易いため、溶融した不燃物が炉壁に溶着してクリンカを形成する。成長して肥大化したクリンカは、焼却や焼却灰排出時の障害になるといった問題を生じる。
【０００４】
これらごみ質の変動の大きい廃棄物の焼却処理には、ロータリーキルン式、傾斜回転炉床式、或いは攪拌手段付水平回転炉床式等のごみを転回あるいは攪拌しながら燃焼させる方式の炉が一般に多く使用されている。しかしながら、これらの方式においては、炉内における廃棄物の堆積厚が薄くなるため、紙やプラスチック等の易燃物だけ先燃えして難燃物が残るといったいわゆる燃えむらが生じ易い。そのため吹抜けによる耐火物の寿命低下防止と難燃物の燃焼時間確保のために炉床面積を拡張する必要があり、設置面積が増大するといった問題がある。
【０００５】
ところで、最近、竪型の炉内下部に廃棄物を厚く堆積し、堆積した廃棄物を燃焼し、燃焼によって発生したガスを炉内上部で燃焼することにより焼却処理する竪型ごみ焼却炉が開発されている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
【０００６】
即ち、前記特許文献１及び２に示す従来の竪型ごみ焼却炉は、炉本体を竪型にすることにより設置面積を小さくし、竪型の炉内下部に廃棄物を厚く堆積することにより廃棄物の堆積厚を確保し、焼却処理中、堆積した廃棄物を上から「調質層」、「燃焼層」及び「灰層」となるように燃焼状態を制御しながら燃焼させ、燃焼によって発生したガス状の可燃性物質を炉内上部で再燃焼させる焼却方式を採用したものである。
【０００７】
ここで、前記「調質層」は、主として投入された廃棄物を乾燥してごみ質を均一化する層であり、前記「燃焼層」は、十分な燃焼時間を確保して廃棄物を燃焼する層であり、前記「灰層」は、残留する未燃物を燃焼すると共に燃焼が完結した焼却灰が堆積する層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４‐１５８１１０号公報
【特許文献２】実公平５‐３１３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び２に示す従来の竪型ごみ焼却炉においては、廃棄物の投入時、投入された廃棄物中に含まれる易燃物の多くが調質層において一気に燃焼して、炉内温度が瞬間的に上昇し、燃焼状態が不安定となる場合があった。
【００１０】
又、調質層において多くの易燃物が燃焼すると、燃焼層に移行する廃棄物中における高発熱量の易燃物の含有量が少なくなると共に、難燃物の割合が相対的に増えることになる。このことは、燃焼層における燃焼カロリーを低下させ、焼却灰の熱しゃく減量増加の原因となる。
【００１１】
本発明は前記技術的課題を解決するために開発されたものであり、竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を維持し、熱しゃく減量の低減も期待できる新規な竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法及び竪型ごみ焼却炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法（以下、「本発明方法」と称する。）は、竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法である。
【００１３】
即ち、本発明方法は、炉内下部に廃棄物を堆積し、堆積された廃棄物が形成する堆積層に対して燃焼用空気を供給しながら焼却処理するといった技術的思想に基づく焼却炉を対象とするものであり、この技術的思想に基づく焼却炉であればその他の付加的構造について特に限定されるものではない。
【００１４】
そして、本発明方法においては、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給する点に最も大きな特徴を有する。
【００１５】
ここで、「理論空気量」とは、燃焼対象物を完全に燃焼させるために必要な空気量を意味する。
【００１６】
通常の焼却炉においては、単位時間当たりに炉内に投入される廃棄物の量や発熱量等に応じて燃焼用空気の供給量が決定されるが、投入された廃棄物を完全燃焼させるために、理論空気量に対して幾分の余裕を見て空気を供給する。但し、必要以上に過剰な空気を供給すると炉内温度を低下させる場合があることから、通常の焼却炉においては、理論空気量の１．１〜１．４倍程度とすることが一般的である。
【００１７】
又、従来の竪型ごみ焼却炉においては、炉内下部に堆積された廃棄物を燃焼させ、燃焼によって発生したガス状の可燃性物質を炉内上部で再燃焼する構成のものが多く、堆積された廃棄物が形成する堆積層に対して供給する燃焼用空気の量は、理論空気量の０．８〜１．３倍程度とすることが一般的であった。
【００１８】
しかしながら、易燃物及び難燃物が混在する廃棄物を竪型ごみ焼却炉で焼却処理するにあたり、堆積層に対して理論空気量の０．８〜１．３倍程度の燃焼用空気を供給すると、堆積層上部において酸素が十分に残存していることから、特に廃棄物の投入時において投入された廃棄物中の易燃物が瞬間的に一気に燃焼し、燃焼状態が不安定になる場合があった。
【００１９】
そこで、この種竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を維持すべく、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給すれば、焼却処理中の堆積層の内、炉内底部に存する焼却灰（灰層）中の未燃物と該焼却灰上に存する燃焼中の層（燃焼層）とが有酸素燃焼することにより堆積層中の酸素が消尽され、燃焼層の上に酸素が殆ど供給されない実質的に無酸素状態の高温下で廃棄物の熱分解（還元）が促進される炭化層（還元層）が形成されるとの知見を得た。
【００２０】
そして、堆積層における燃焼層上に実質的に無酸素状態の炭化層が形成されると、炭化層より上の層（調質層）中の易燃物が一気に燃焼することによる瞬間的な温度上昇が抑制されて、燃焼状態が非常に安定するとの知見を得た。
【００２１】
又、調質層において、高発熱量を有する易燃物が一気に燃焼せずに、廃棄物に多く含有されたままで、調質層から炭化層、炭化層から燃焼層へと移行することから、燃焼層における燃焼カロリーを維持できるとの知見も得た。
【００２２】
更に、前記炭化層は、燃焼層から発生する熱を受けるため高温状態となる。そのため当該炭化層において、廃棄物は、比較的長時間にわたって酸素が不足した状態で高温に晒されて抑制燃焼し、該廃棄物中の難燃物は十分に熱分解される。その結果、廃棄物の均質な焼却処理が促進され、燃焼層における燃焼カロリーの維持と相まって、最終的に排出される焼却灰中の未燃物の残存が極めて小さくなり、熱しゃく減量が非常に低くなるとの知見も得た。
【００２３】
なお、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２倍未満になると、燃焼用空気が少なすぎて堆積層における燃焼層の形成が不十分となる。一方、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．８倍を越えると、燃焼用空気が多すぎて堆積層における炭化層の形成が不十分となる。従って、本発明方法においては、燃焼用空気の供給量を、更に、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．３〜０．７倍の範囲にすることが好ましく、０．４〜０．６倍の範囲にすることがより好ましい。
【００２４】
ところで、従来の竪型ごみ焼却炉においては、燃焼用空気を堆積層に供給するにあたり、炉壁の上下方向にわたって複数の空気送入用のノズルを配置し、段階的に燃焼用空気を供給していた。
【００２５】
しかしながら、本発明方法においては、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層の下部から上部に向かって徐々に酸素濃度を減少させ、堆積層における燃焼層の上に実質的に無酸素状態の炭化層を積極的に形成する必要があることから、堆積層の中ほどから上部にあたる位置において燃焼用空気を多く供給することは好ましくない。
【００２６】
即ち、焼却処理中、単に堆積層に対して供給する燃焼用空気を、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍としただけでは、堆積層における燃焼層の上に安定した炭化層を形成することは非常に困難である。
【００２７】
この点につき、本発明方法においては、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御した上で、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給しているから、堆積層における燃焼層の上に実質的に無酸素状態の炭化層を安定して形成することができるのである。
【００２８】
堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給するにあたっては、堆積層に対して供給される燃焼用空気の総量について、その多くの割合を堆積層の下部（好ましくは底部）から供給する必要がある。より具体的には、堆積層に対して供給される燃焼用空気の全体量の６０％以上を堆積層の下部から供給することが好ましく、又、７０％以上とすることがより好ましく、更に、９０％以上とすることが一層好ましい。
【００２９】
即ち、本発明方法においては、堆積層に対して供給される燃焼用空気の殆どを堆積層の下部から供給することが好ましいのであり、従って、本発明方法においては、堆積層の下部のみから燃焼用空気を供給することが好ましい。
【００３０】
続いて本発明の竪型ごみ焼却炉（以下、「本発明焼却炉」と称する。）について説明する。但し、前記本発明方法において既述した点については本発明焼却炉においても同様であり、繰り返しを避けるためここでは説明を省略する。
【００３１】
本発明焼却炉は、竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部に配された焼却灰排出板から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉であって、この竪型ごみ焼却炉は、堆積層の底部に向かって燃焼用空気を供給する複数の空気口が前記焼却灰排出板に設けられてなり、焼却処理中、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給し、燃焼用空気の供給量が堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御する制御機構が備えられてなることを特徴とする。
【００３２】
なお、焼却灰排出板に設ける空気口は、１箇所だけでなく複数箇所に分散して配置しても良い。
【発明の効果】
【００３３】
前記構成を有する本発明方法及び本発明焼却炉は、竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を維持し、更に熱しゃく減量の低減も期待することができる。
【００３４】
即ち、本発明方法及び本発明焼却炉においては、焼却処理中、燃焼用空気の供給量を、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御した上で、前記堆積層の下部から上部に向かって酸素が減少するように燃焼用空気を供給しているから、焼却処理中の堆積層において実質的に無酸素状態の炭化層が形成されて、炭化層の上に存する調質層中の易燃物が一気に燃焼することによる瞬間的な温度上昇が抑制されるため、燃焼状態が非常に安定する。
【００３５】
又、高発熱量を有する易燃物が、調質層において一気に燃焼せずに、廃棄物に多く含有されたままで、調質層から炭化層、炭化層から燃焼層へと移行することから、燃焼層における燃焼カロリーを維持することができる。
【００３６】
更に、前記炭化層は、燃焼層から発生する熱を受けるため高温状態となる。そのため当該炭化層において、廃棄物は、高発熱量の易燃物を含有したまま、比較的長時間にわたって酸素が不足した状態で高温に晒されて抑制燃焼し、該廃棄物中の難燃物は十分に熱分解される。その結果、廃棄物の均質な焼却処理が促進され、燃焼層における燃焼カロリーの維持と相まって、最終的に排出される焼却灰中の未燃物の残存が極めて小さくなり、熱しゃく減量が非常に低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明に係る竪型ごみ焼却炉の概略構造を示す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明に係る竪型ごみ焼却炉における焼却灰排出板を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、燃焼用空気の供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍にした場合の竪型ごみ焼却炉における堆積層の燃焼状態を説明する説明図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、燃焼用空気の供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍にした場合の竪型ごみ焼却炉における堆積層の燃焼状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００３９】
図１は、竪型ごみ焼却炉の概略構造を示す断面模式図である。図１において、竪型ごみ焼却炉１は、円筒部２１とその下部に連接する漏斗部２２とからなる焼却炉本体２、焼却炉本体２の底部に配設された焼却灰排出機構３、及び焼却炉本体２の上部に排ガス混合手段４を介して戴置された再燃焼室５を主体に構築されている。
【００４０】
上記焼却炉本体２は、その外殻をなす鋼製のケーシング（図示せず）と内側の上部耐火物２３（円筒部２１に配置）及び下部耐火物２４（漏斗部２２に配置）から構成される。焼却炉本体２の側面には、廃棄物Ｒを炉内に投入するための投入口６が、二重ダンパ等のシール機構を備えて設けられている。又、焼却炉本体２の側面には、堆積層を燃焼させることによって発生するガス状の可燃性物質ｅを再燃焼するための複数の二次燃焼用空気口２５が配置されている。この二次燃焼用空気口２５から円筒部２１内に向かって、押込送風機２６を介して常温の二次燃焼用空気ｂが供給される。
【００４１】
投入された廃棄物Ｒを積層する漏斗部２２は、漏斗状に絞られて形成されている。漏斗部２２に配置された下部耐火物２４には、内部を通過する冷却水によって、下部耐火物２４を冷却する水冷ジャケット８が外周全面にわたって設けられている。炉内に投入された廃棄物Ｒは、この漏斗部２２内において堆積層を形成する。
【００４２】
焼却灰排出機構３は、漏斗部２２下部に設けられており、上側に配置された対向する一対の出没自在なごみ支持手段３１、下側に設けられた開閉自在の焼却灰排出板３２、灰搬出装置３３、及び図示しないこれらの駆動機構から構成されている。
【００４３】
ごみ支持手段３１は、通常時は焼却炉本体２内から没した状態に位置する。このごみ支持手段３１は、焼却灰排出板３２を開放して焼却完結後の焼却灰Ａを排出する時のみ、焼却炉本体２内に突出させて（図中一点鎖線で示す。）、ごみ支持手段３１より上方にある堆積層の荷重を支持する。ごみ支持手段３１より下方の焼却灰Ａは、焼却灰排出板３２を回動することにより（図中一点鎖線で示す。）、焼却灰排出機構３の下方に配置された灰搬出装置３３に排出される。
【００４４】
図２に示すように、焼却灰排出板３２には、複数の空気口２８（２８ａ、２８ｂ）が放射状に穿孔されている。本実施の形態においては、焼却灰排出板３２に空気口２８を放射状に穿孔するにあたり、その中心付近に口径３５〜４５ｍｍ程度の空気口２８ａを複数配し、その周囲に口径２５〜３５ｍｍ程度の空気口２７ａを複数配している。即ち、前記焼却灰排出板３２の中心付近に比較的大きな口径の空気口２８ａを複数配することにより、多くの燃焼用空気ａが堆積層の底部中心付近に向かって供給されるようにしている。
【００４５】
燃焼用空気供給管７から輸送された燃焼用空気ａは、前記空気口２８を通って堆積層に供給される。この燃焼用空気ａは、再燃焼室５内に設けた高温用空気予熱器５２で昇温されたものが、押込送風機２７を介して供給される。燃焼用空気供給管７には、管路に燃焼用空気ａの流量を監視する流量計Ｆと、燃焼用空気ａの供給量を変更する開閉弁（ダンパ）Ｄが備えられている。本実施の形態における燃焼用空気ａの供給量の制御は、堆積層の堆積厚が厚くなって燃焼用空気ａの輸送負荷が大きくなり、その流量が減少した場合に、前記開閉弁Ｄを開いて燃焼用空気ａの供給量が多くし、一方、廃棄物Ｒの堆積厚が薄くなって燃焼用空気ａの輸送負荷が小さくなり、その流量が増加した場合に、前記開閉弁Ｄを絞って燃焼用空気ａの供給量を少なくすることによってなされる。
【００４６】
堆積層の燃焼によって発生した高温のガス状の可燃性物質ｅは、二次燃焼用バーナ５０による加熱及び二次燃焼用空気口２５から供給される常温の二次燃焼用空気ｂによって燃焼ガスｗとなったのち、排ガス混合手段４を通過して再燃焼室５に入り、再燃焼用バーナ５１の加熱により未反応ガスや浮遊炭素粒子の完全焼却とダイオキシン類等の有機化合物の熱分解及び燃焼がなされた再燃ガスｒとなって、炉外の処理設備に送られる。
【００４７】
次に、このように構成された竪型ごみ焼却炉１における炉内下部に堆積された堆積層の燃焼状態を説明する。
【００４８】
＜燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍にした場合の燃焼状態＞
始業時において、投入口６から焼却炉本体２内に投入された廃棄物Ｒは、漏斗部２２の底部に残存する灰層ｚ上に堆積されて調質層ｕとなり、初期の堆積層を形成する（図３（ａ）参照）。初期の堆積層において、調質層ｕ中の廃棄物Ｒは、灰層ｚを通過して上昇する高温の燃焼用空気ａと接触することにより乾燥し、酸素を消費しながら易燃物から燃焼を始め、難燃物と共に火種を保有しながら燃焼層ｙを形成する（図３（ｂ）参照）。
【００４９】
ここで、燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍にした場合、堆積層の上部まで酸素が十分に供給されることから、燃焼層ｙは酸素を消費しながら徐々に調質層ｕ上部にまで拡がっていく。又、燃焼層ｙにおいて燃焼が完結した焼却灰Ａは、灰層ｚに堆積していく（図３（ｃ）参照。図右に併記したグラフは、燃焼によって、堆積層の下部から上部に向かって酸素が消費されていく状態（残Ｏ2量）を示す。）。
【００５０】
灰層ｚに一定量以上焼却灰Ａが堆積すると、ごみ支持手段３１及び焼却灰排出板３２を順次作動させ、ごみ支持手段３１よりも下方の焼却灰Ａを灰搬出装置３３に落下させる（図３（ｄ）参照）。
【００５１】
焼却灰Ａの排出後、焼却灰排出板３２は元の位置に復帰し、ごみ支持手段３１は焼却炉本体２外へと没する。これより、ごみ支持手段３１の上部にある残余の灰層ｚ、燃焼層ｙ及び調質層ｕは、焼却灰排出板３２上に順次落下する（図３（ｅ）参照）。
【００５２】
この落下時のショックにより、灰層ｚ、燃焼層ｙ及び調質層ｕの通気性が良くなる。又、燃焼層ｙ及び調質層ｕにおける焼却残渣の塊が崩壊させられるため、塊の内部まで空気が通るようになる。このため、残留していた火種により更なる燃焼が促進される。
【００５３】
その後、同様に投入口６から廃棄物Ｒを順次投入すれば、投入された廃棄物Ｒは新たな調質層ｕを形成する。又、調質層ｕの下部が燃焼層ｙの熱と燃焼用空気ａにより燃焼を始め、新たな燃焼層ｙを形成する。燃焼が完結した焼却灰Ａは灰層ｚに堆積していく（図３（ｆ）参照）。
【００５４】
即ち、焼却処理中、堆積層に供給する燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．８〜１．３倍とした場合、堆積層は、その燃焼状態により位置が移動するものの、上から「調質層ｕ」、「燃焼層ｙ」及び「灰層ｚ」を形成し、定常状態となる。
【００５５】
しかしながら、この定常状態においては、調質層ｕと燃焼層ｙが隣接しており、又、堆積層の上部に至るまで酸素が十分に供給されることから、特に廃棄物Ｒの投入時、調質層ｕ中の易燃物が瞬間的に一気に燃焼する現象が起こり、燃焼状態が不安定になる場合がある。
【００５６】
＜燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍にした場合の燃焼状態＞
始業時において、投入口６から焼却炉本体２内に投入された廃棄物Ｒは、漏斗部２２の底部に残存する灰層ｚ上に堆積されて調質層ｕとなり、初期の堆積層を形成する（図４（ａ）参照）。初期の堆積層において、調質層ｕ中の廃棄物Ｒは、灰層ｚを通過して上昇する高温の燃焼用空気ａと接触することにより乾燥し、酸素を消費しながら易燃物から燃焼を始め、難燃物と共に火種を保有しながら燃焼層ｙを形成する（図４（ｂ）参照）。
【００５７】
ここで、燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍にした場合、徐々に燃焼層ｙが調質層ｕに拡がっていくが、この燃焼層ｙの拡がりは燃焼用空気ａ中の酸素の消尽と共に停滞する。燃焼層ｙの拡がりが停滞すると、燃焼層ｙ上の調質層ｕは、殆ど酸素が存在しない状態で燃焼層ｙの熱に晒されるため、実質的に無酸素状態の高温下で廃棄物Ｒの熱分解が促進される炭化層ｃを形成する。又、燃焼層ｙにおいて燃焼が完結した焼却灰Ａは灰層ｚに堆積していく。（図４（ｃ）参照。図右に併記したグラフは、燃焼によって、堆積層の下部から上部に向かって酸素が消費されていく状態（残Ｏ2量）を示す。）。
【００５８】
灰層ｚに一定量以上焼却灰Ａが堆積すると、ごみ支持手段３１及び焼却灰排出板３２を順次作動させ、ごみ支持手段３１よりも下方の焼却灰Ａを灰搬出装置３３に落下させる（図４（ｄ）参照）。
【００５９】
焼却灰Ａの排出後、焼却灰排出板３２は元の位置に復帰し、ごみ支持手段３１は焼却炉本体２外へと没する。これより、ごみ支持手段３１の上部にある残余の灰層ｚ、燃焼層ｙ、炭化層ｃ及び調質層ｕは、焼却灰排出板３２上に順次落下する（図４（ｅ）参照）。
【００６０】
この落下時のショックにより、灰層ｚ、燃焼層ｙ、炭化層ｃ及び調質層ｕの通気性が良くなる。又、燃焼層ｙ、炭化層ｃ及び調質層ｕにおける焼却残渣の塊が崩壊させられるため、塊の内部まで空気が通るようになる。このため、残留していた火種により更なる燃焼が促進される。
【００６１】
その後、同様に投入口６から廃棄物Ｒを順次投入すれば、投入された廃棄物Ｒは新たな調質層ｕを形成する。又、落下により燃焼用空気ａの酸素が供給されるようになった炭化層ｃは燃焼を始め、新たな燃焼層ｙを形成する。更に、酸素が不足している調質層ｕの下部が新たな炭化層ｃとして形成される。燃焼が完結した焼却灰Ａは灰層ｚに堆積していく（図４（ｆ）参照）。
【００６２】
即ち、焼却処理中、堆積層に対して供給する燃焼用空気ａの供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍とした場合、堆積層は、その燃焼状態により位置が移動するものの、上から「調質層ｕ」、「炭化層ｃ」、「燃焼層ｙ」及び「灰層ｚ」を形成し、定常状態となる。
【００６３】
そして、堆積層中において、調質層ｕと燃焼層ｙの間に実質的に無酸素状態の炭化層ｃが形成されると、調質層ｕ中の易燃物が瞬間的に一気に燃焼する現象が抑制されて、燃焼状態が非常に安定する。
【００６４】
又、調質層ｕ中の易燃物が一気に燃焼せずに、廃棄物Ｒに多く含有されたままで、調質層ｕから炭化層ｃ、炭化層ｃから燃焼層ｙへと移行することから、燃焼層ｙにおける燃焼カロリーを維持することができる。
【００６５】
更に、前記炭化層ｃにおいて、廃棄物Ｒは、高発熱量の易燃物を含有したまま、比較的長時間にわたって酸素が不足した状態で高温に晒されて抑制燃焼し、該廃棄物Ｒ中の難燃物は十分に熱分解される。その結果、廃棄物Ｒの均質な燃焼処理が促進され、燃焼層ｙにおける燃焼カロリーの維持と相まって、最終的に排出される焼却灰Ａ中の未燃物の残存が極めて小さくなり、熱しゃく減量が非常に低くなる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 竪型ごみ焼却炉
２ 焼却炉本体
３ 焼却灰排出機構
４ 排ガス混合手段
５ 再燃焼室
６ 投入口
７ 燃焼用空気供給管
８ 水冷ジャケット
２８ 空気口
３２ 焼却灰排出板
ａ 燃焼用空気
ｕ 調質層
ｃ 炭化層
ｙ 燃焼層
ｚ 灰層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法であって、この供給方法は、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給することを特徴とする竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法において、堆積層の下部のみから燃焼用空気を供給する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法。
【請求項３】
竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部に配された焼却灰排出板から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉であって、この竪型ごみ焼却炉は、堆積層の底部から燃焼用空気を供給するための複数の空気口が前記焼却灰排出板に設けられてなり、焼却処理中、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給し、燃焼用空気の供給量が堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御する制御機構が備えられてなることを特徴とする竪型ごみ焼却炉。
【請求項１】
竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法であって、この供給方法は、焼却処理中、燃焼用空気の供給量が、堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御し、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給することを特徴とする竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法において、堆積層の下部のみから燃焼用空気を供給する竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法。
【請求項３】
竪型の炉内に廃棄物を順次投入し、炉内に投入された廃棄物が形成する堆積層に燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、燃焼が完結した焼却灰を炉底部に配された焼却灰排出板から炉外に順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉であって、この竪型ごみ焼却炉は、堆積層の底部から燃焼用空気を供給するための複数の空気口が前記焼却灰排出板に設けられてなり、焼却処理中、前記堆積層の下部から上部に向かって燃焼用空気中の酸素が減少するように燃焼用空気を供給し、燃焼用空気の供給量が堆積層中の廃棄物を完全燃焼させるために必要な理論空気量の０．２〜０．８倍となるように制御する制御機構が備えられてなることを特徴とする竪型ごみ焼却炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９６５９８（Ｐ２０１１−１９６５９８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６２５３８（Ｐ２０１０−６２５３８）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【特許番号】特許第４５９３６８８号（Ｐ４５９３６８８）
【特許公報発行日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００１３６８０４）株式会社プランテック (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【特許番号】特許第４５９３６８８号（Ｐ４５９３６８８）
【特許公報発行日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００１３６８０４）株式会社プランテック (11)
【Ｆターム（参考）】
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