特許 6063539 ごみ焼却炉及びその冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6063539

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】ごみ焼却炉及びその冷却方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/46 20060101AFI20170106BHJP

   F23G 5/44 20060101ALI20170106BHJP

【ＦＩ】

   F23G5/46 Z

   F23G5/44 DZAB

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-190184(P2015-190184)

(22)【出願日】2015年9月28日

【審査請求日】2015年9月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000136804

【氏名又は名称】株式会社プランテック

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】特許業務法人あーく特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 裕史

【審査官】 青木 良憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３０４５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７１２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１５８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５３３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０４４８９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｇ ５／４６

Ｆ２３Ｇ ５／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一般廃棄物及び産業廃棄物のいずれをも焼却するごみ焼却炉であって、
焼却炉本体の燃焼部の外周に設けられた、水冷及び空冷のいずれの冷却方式にも対応する冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットに冷却水を供給する冷却水供給手段と、
前記冷却ジャケットに冷却空気を供給する冷却空気供給手段と、
前記冷却水供給手段からの冷却水を前記冷却ジャケットに導入する流路と、前記冷却空気供給手段からの冷却空気を前記冷却ジャケットに導入する流路とを、それらのうちのいずれか一方に選択的に切り替える冷却方式切替手段と、
焼却処理が継続している間前記燃焼部内の温度を検知する温度検知手段と、
を備え、
焼却処理中に、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記冷却方式切替手段により、前記冷却水供給手段からの冷却水を前記冷却ジャケットに導入する流路と、前記冷却空気供給手段からの冷却空気を前記冷却ジャケットに導入する流路とが、それらのうちのいずれか一方に選択的に切り替えられる、
ことを特徴とするごみ焼却炉。

【請求項2】

請求項１に記載の前記ごみ焼却炉は、竪型ごみ焼却炉であることを特徴とするごみ焼却炉。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のごみ焼却炉は、
前記冷却ジャケット内で発生した水蒸気を外部大気中に導く蒸気管路と、
前記蒸気管路に接続され、前記蒸気管路内に加熱空気を送る加熱空気供給手段を備えていることを特徴とするごみ焼却炉。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一つに記載のごみ焼却炉の冷却方法であって、
前記燃焼部内の温度を検知する温度検知手段の検知結果に基づいて、前記冷却方式切替手段が、前記冷却ジャケットの冷却方式を切り替えることを特徴とするごみ焼却炉の冷却方法。

【請求項5】

請求項４に記載のごみ焼却炉の冷却方法において、
前記温度検知手段が所定以上の時間に亘って、前記燃焼部内の温度が上限基準値以上であることを検知し続け、かつ前記燃焼部内の温度の低下傾向を検知しなかった場合、前記冷却方式切替手段が自動的に前記冷却ジャケットを水冷式に切り替えることを特徴とするごみ焼却炉の冷却方法。

【請求項6】

請求項４又は５に記載のごみ焼却炉の冷却方法において、
前記温度検知手段が所定以上の時間に亘って、前記燃焼部内の温度が下限基準値以下であることを検知し続け、かつ前記燃焼部内の温度の上昇傾向を検知しなかった場合、前記冷却方式切替手段が自動的に前記冷却ジャケットを空冷式に切り替えることを特徴とする、ごみ焼却炉の冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空冷式、水冷式兼用の冷却ジャケットを備えた廃棄物焼却用のごみ焼却炉と、その冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

産業廃棄物や一般廃棄物等の廃棄物を焼却するごみ焼却炉において、安定した焼却処理を継続的に行うためには、焼却炉内の燃焼温度の管理が非常に重要な要素となる。

【0003】

一般廃棄物は、家庭から排出される厨芥や紙おむつ等水分の多いものや、紙やプラスチック等の容易に燃えるものが混在している。産業廃棄物は、有害物質が多く含まれるだけでなく、固体・液体・粘性体とその性状が多種多様であり、高発熱量物質や難燃物あるいは不燃物が混在してごみ質の変動が大きいという特徴がある。さらに、医療系廃棄物の場合、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、或いは紙おむつ等の高含水性ごみが多量に含まれるうえ、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、投入ごみを均質化する前処理も困難となっている。

【0004】

また、発泡スチロール等のプラスチック類や紙・繊維類等の高発熱量物質の部分燃焼による高熱で、灰分が溶融して強固なクリンカが発生することが多い。成長して肥大化したクリンカは焼却時や焼却灰排出時にしばしば閉塞事故を起こし、その度に操業を停止して除去作業を行わなければならなかった。

【0005】

そこで、特許文献１に記載される竪型ごみ焼却炉では、焼却炉本体の下部耐火物の背面全周を冷却効率の高い水冷式の冷却ジャケットで覆い、炉内を抑制燃焼させて高温化を防止できるため、下部耐火物表面のクリンカやガラス溶融物等の溶着・肥大化を防止でき、安定して連続操業を行うことができる。

【0006】

しかし、上記のような水冷式の冷却ジャケットを備えた竪型ごみ焼却炉で難燃物を多く含む廃棄物を焼却しようとすると、今度は焼却炉内の燃焼温度が十分に上昇せず、燃焼効率の低下や、燃焼不全によるダイオキシン類の発生といった問題が生じるようになった。この燃焼温度低下に係る問題は、生ごみなど水分含有量の多い廃棄物の割合が高く、さらに近年資源再生の取組から高発熱量物質であるプラスチック類が分別されるようになり、それらの含有量が少なくなった一般廃棄物や紙おむつを焼却する際に特に顕著となる。

【0007】

そのため、従来の竪型ごみ焼却炉においては、廃棄物の種類に応じて燃焼温度が上昇しやすい空冷式の冷却設備、あるいはクリンカの発生しにくい水冷式の冷却設備のいずれかを選択して運用してきた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００７−２９２３６３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、一般廃棄物及び産業廃棄物は共にその内容物が一定であるわけではない。一般廃棄物の場合、季節の移り変わりやごみの分別方式の変更、或いは時代背景の変化によりその内容物は変化する。また産業廃棄物の場合、行政上の方針により収集ごみの種類が変更になることがある。

【0010】

さらに、火災や災害等の発生により瓦礫など大量の廃棄物が運び込まれたとき、それらを早急に焼却処理するために、稼働可能な竪型ごみ焼却炉を一般廃棄物向け、産業廃棄物向けを問わずその焼却処理に充てたいというケースも考えられる。その場合、持ち込まれた廃棄物の性状に合わせてどちらかのごみ焼却炉の冷却方式を変更しなくてはならず、その作業には多大な手間や費用が費やされる。

【0011】

そのため、空冷式、水冷式どちらの冷却方式でも用いることができ、かつ実際の燃焼温度の変動に合わせて、その冷却方式を選択的に切り替えることのできる冷却設備を備えた焼却炉が求められてきた。

【0012】

また、投入する廃棄物の性状に偏りがある場合、焼却の最中に燃焼温度が変動してしまうことも十分に予測されることから、上記の冷却方式は焼却処理中であっても、その時々の燃焼温度に合わせて切替可能であることが望ましい。

【0013】

ところで、特開２００４−４４８９５号公報には、水冷火格子、水冷と空冷の切替え可能な火格子、空冷火格子からなる３種類の火格子を有した火格子式焼却炉が記載されている。しかし、上述の竪型ごみ焼却炉などでは、有効な冷却方式の切替手段が確立されていなかった。

【0014】

そこで、本発明は、火格子を用いない、あるいは火格子と燃焼帯の間に焼却灰等の断熱層が形成される種類のごみ焼却炉でも、空冷及び水冷いずれの冷却方式でも用いることができ、かつ選択的に切り替えることができるごみ焼却炉と、その時々の燃焼温度に合わせて冷却方式を切り替える冷却方式切替方法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】

【0015】

本発明のごみ焼却炉は、一般廃棄物及び産業廃棄物のいずれをも焼却するごみ焼却炉であって、焼却炉本体の燃焼部の外周に設けられた、水冷及び空冷のいずれの冷却方式にも対応する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットに冷却水を供給する冷却水供給手段と、前記冷却ジャケットに冷却空気を供給する冷却空気供給手段と、前記冷却水供給手段からの冷却水を前記冷却ジャケットに導入する流路と、前記冷却空気供給手段からの冷却空気を前記冷却ジャケットに導入する流路とを、それらのうちのいずれか一方に選択的に切り替える冷却方式切替手段と、焼却処理が継続している間前記燃焼部内の温度を検知する温度検知手段と、を備え、焼却処理中に、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記冷却方式切替手段により、前記冷却水供給手段からの冷却水を前記冷却ジャケットに導入する流路と、前記冷却空気供給手段からの冷却空気を前記冷却ジャケットに導入する流路とが、それらのうちのいずれか一方に選択的に切り替えられる、ことを特徴とするものである。

【0016】

このようになるごみ焼却炉にあっては、同一の冷却設備を用いて水冷式又は空冷式どちらの冷却も行うことができるため、個々の焼却炉を一般廃棄物向け、産業廃棄物向けのどちらかに振り分ける必要もなく、その時々に焼却する廃棄物の性状に合わせて最適な冷却方式を選択して焼却処理を行うことができる。

【0017】

また上記のごみ焼却炉は、竪型ごみ焼却炉であってもよい。竪型ごみ焼却炉としては、例えば、特許文献１に記載のものが挙げられる。

【0018】

易燃物と難燃物が入り混じった産業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、ある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が、これらの方式は、ごみ層が薄くなるために、紙やプラスチック等の燃えやすい物だけ先燃えして難燃物が残る燃えむらが生じ易く、吹抜けによる耐火物の寿命低下と、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う欠点を有していた。それに対し、竪型ごみ焼却炉では、竪型の炉内にごみを厚く積み、垂直方向にごみ質を均質化させて燃焼させることで上記の欠点が解消される。

【0019】

また上記のいずれかのごとく構成されるごみ焼却炉は、前記冷却ジャケット内で発生した水蒸気を外部大気中に導く蒸気管路と、前記蒸気管路に接続し、前記蒸気管路内に加熱空気を送る加熱空気供給手段を備えていることが好ましい。

【0020】

ところで、水蒸気が急激に冷やされると気化した水が凝結して微細な水滴となり、白煙状（湯気）となる。同様に、水冷式の冷却に伴って発生した水蒸気をそのまま外部大気中に放出すると、白煙となって立ち昇る。この白煙は非常に目立ち、またごみ焼却炉という施設の性質上、近隣の住民に有害物質の漏出を想起させ、余計な不安を抱かせることとなることがある。また、景観悪化の要因として指摘されることもある。しかしこのようなごみ焼却炉によれば、水蒸気を屋外に放出する直前に加熱空気と混ぜて温めることによって、放出直後に水蒸気が急激に冷えることを防ぎ、白煙の発生を防止している。

【0021】

また、本発明のごみ焼却炉の冷却方法は、上記のごとく構成されるいずれかのごみ焼却炉において採用され、炉の停止時に切り替えるだけでなく、前記燃焼部内の温度を検知する温度検知手段の検知結果に基づいて、前記冷却方式切替手段が、前記冷却ジャケットの冷却方式を切り替えることができるものである。

【0022】

このようなごみ焼却炉の冷却方式切替方法によれば、廃棄物の性状の偏りによって焼却の最中に燃焼温度が変動してしまった場合でも、その時々の燃焼温度に合わせて後から最適な冷却方式に変更することができる。

【0023】

また上記の冷却方式切替方法は、前記温度検知手段が所定以上の時間に亘って、前記燃焼部内の温度が上限基準値以上であることを検知し続け、かつ前記燃焼部内の温度の低下傾向を検知しなかった場合、前記冷却方式切替手段が自動的に前記冷却ジャケットを水冷式に切り替える構成とされていてもよい。または、前記温度検知手段が所定以上の時間に亘って、前記燃焼部内の温度が下限基準値以下であることを検知し続け、かつ前記燃焼部内の温度の上昇傾向を検知しなかった場合、前記冷却方式切替手段が自動的に前記冷却ジャケットを空冷式に切り替える構成とされてもよく、これら両方の構成を備えていてもよい。

【0024】

このようなごみ焼却炉の冷却方式切替方法によれば、温度検知手段がモニタリングしている燃焼温度の変動にあわせて冷却方式が自動的に切り替わるため、ヒューマンエラーによるモニタリングデータの見落としや切替判断の遅れ、及びそれらに伴う事故を防ぐことができ、さらに人力で逐一切替を行う労力や切替にかかるタイムラグを節約することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明に係るごみ焼却炉とその冷却方式切替方法によれば、ごみ焼却炉の種類の如何に拘らず、空冷及び水冷いずれの冷却方式も用いることができ、かつその冷却方式を選択的に切り替えることができるごみ焼却炉を提供することができる。また、そのようなごみ焼却炉において、その時々の最適な燃焼温度に相応しい冷却方式を選択的に切り替えることができるので、ごみの性状や量などの変化に左右されることなく常に好適なごみの焼却処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明に係るごみ焼却炉の構造の模式図である。

【図2】本発明に係るごみ焼却炉の冷却方式を切り替えるための機器やシステムの構成と、それらが冷却方式を切替える手順を示したブロックフロー図である。

【図3】本発明に係るごみ焼却炉の他の実施形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明に係るごみ焼却炉とその冷却方法の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明に係るごみ焼却炉の構造の模式図であり、図２は本発明に係るごみ焼却炉の冷却方式を切り替えるための機器やシステムの構成と、それらが冷却方式を切替える手順を示したブロックフロー図である。

【0028】

本実施形態に係るごみ焼却炉１は、 焼却炉本体２の燃焼部（漏斗部２１の下部耐火物２３ａ）の外周に設けられた、水冷及び空冷のいずれの冷却方式にも対応する冷却ジャケット３と、冷却ジャケット３に冷却水Ｗを供給する冷却水供給手段４と、冷却ジャケット３に冷却空気Ａを供給する冷却空気供給手段（押込送風機５）を備えている。また、該ごみ焼却炉１は冷却水供給手段４からの冷却水Ｗを冷却ジャケット３に導入する流路（冷却水流路４１）と、冷却空気供給手段からの冷却空気Ａを冷却ジャケット３に導入する流路（冷却空気流路５１）とを、それらのうちのいずれか一方に選択的に切り替える冷却方式切替手段７を備えている。

【0029】

なお本実施形態は、平常操業時の焼却炉本体２内において、廃棄物の燃焼状態により相対位置が移動するものの、上から火炎層ｔ、ごみ層ｕ、燃焼層ｖ及び灰層ｇを形成することを特徴とする竪型ごみ焼却炉に本発明を適用している。

【0030】

以下、本実施形態に係るごみ焼却炉１の構成を、１）焼却炉本体２を含み、焼却処理の中心を担う焼却処理系（略円筒形状の施設部分）、２）冷却ジャケット３、冷却水供給手段４、冷却空気供給手段を含み、燃焼温度の調整に関わる冷却系、３）燃焼部内の温度を検知する温度検知手段８と、冷却方式切替手段７からなる冷却方式切替系の３つに分けて説明する。

【0031】

＜焼却処理系＞
ごみ焼却炉１の焼却処理系は、図１に示すように、主な焼却処理の場となる焼却炉本体２と、その底部に配設された焼却灰排出機構６と、焼却炉本体２上方に整流装置２６（特許文献１における排ガス混合手段）を介して載置された再燃焼室２７と、から構成されている。

【0032】

焼却炉本体２は、漏斗状に絞られた漏斗部２１と、その上に連結する円筒部２２から成り、それぞれ下部耐火物２３ａと上部耐火物２３ｂ、及びこれらを囲繞する鋼材（図示せず）によって構成されている。

【0033】

円筒部２２の側壁部には、一般廃棄物、産業廃棄物や所定梱包に収納された感染性廃棄物を炉内に投入するために、二重ダンパ等のシール機構を備えた投入口（図示せず）と、起動用バーナ１４と、火炎層ｔに二次燃焼空気を供給する複数の二次燃焼空気供給ノズル１６が調節ダンパを伴って設けられている。

【0034】

漏斗部２１の側壁部における、ごみ層ｕ、燃焼層ｖ、及び灰層ｇに該当する位置には、当該各層に常温または温度調節された一次燃焼空気を供給する複数の一次燃焼空気供給ノズル１３がそれぞれ調節ダンパを伴って適宜配設されている。なお、この一次燃焼空気供給ノズル１３は炉底にも設けられている。また、下部耐火物２３ａ側壁部の各所には、燃焼温度を測定する温度測定装置８１ａ〜８１ｄが設置されている。なお、温度測定装置８１の数に特に制限はないが、故障等に備えて複数設置しておくことが望ましい。本実施形態では４つの温度測定装置８１ａ〜８１ｄを表記している。

【0035】

また、焼却炉本体２の外部には、一次燃焼空気供給ノズル１３と二次燃焼空気供給ノズル１６にそれぞれ一次燃焼空気と二次燃焼空気を供給する燃焼空気押込送風機（図示せず）が配設されている。

【0036】

焼却灰排出機構６には、開閉自在な焼却灰排出板６１，６１と、灰層ｇに一次燃焼空気を供給する前述の一次燃焼空気供給ノズル１３とが設けられている。さらに、焼却灰排出機構６の下部には、排出された燃焼灰を外部へ運搬するための灰搬出装置６３が設置されている。

【0037】

円筒部２２と再燃焼室２７を区切る耐火物性の整流装置２６は、該整流装置２６をその内部から空冷する空冷管５７を備えている。

【0038】

なお、図示はしないが、上記再燃焼室２７頂上部は、排ガスダクトによりボイラあるいはガス冷却塔へと連接されている。

【0039】

＜冷却系＞
本実施形態のごみ焼却炉１の冷却系は、図１に示すように、上記漏斗部２１の下部耐火物２３ａ背面全周に亘って設けられた、水冷及び空冷のいずれの冷却方式にも対応する冷却ジャケット３と、 冷却ジャケット３に冷却水Ｗを供給する冷却水供給手段４と、冷却ジャケット３に冷却空気Ａを供給する冷却空気供給手段（押込送風機５）とから構成されている。

【0040】

冷却ジャケット３には、該冷却ジャケット３内に冷却水Ｗ及び冷却空気Ａを流し入れる共通流路１１がその下部に、冷却ジャケット３内で発生した水蒸気Ｓや、空冷時に熱をもった冷却空気Ａを取り出す蒸気管路１２がその上部に、それぞれ接続されている。

【0041】

蒸気管路１２は、整流装置２６内部の空冷管５７を通る過程で加熱された加熱空気Ｈを送り込む加熱空気流路５８と合流し、取り出した水蒸気Ｓや冷却空気Ａを外部大気中に放出する放出口５９に接続されている。

【0042】

共通流路１１には、焼却炉本体２の外部に設けられた、冷却水供給手段４及び冷却空気供給手段が、それぞれ冷却水流路４１及び冷却空気流路５１を介して接続している。また共通流路１１の底部には、冷却方式を水冷式から空冷式に切り替える際に、冷却ジャケット３及び共通流路１１内に溜まった冷却水Ｗを排出するための排水流路７２が、該排水流路７２の開閉を行う排水バルブ７１を伴って設けられている。なお、排水流路７２と排水バルブ７１は冷却ジャケット３の底部に設けられていてもよい。

【0043】

冷却水流路４１及び冷却空気流路５１には、それぞれの開閉を行う冷却水流路開閉バルブ７４及び冷却空気流路開閉バルブ７５がそれぞれ配設されている。

【0044】

上記排水バルブ７１、冷却水流路開閉バルブ７４及び冷却空気流路開閉バルブ７５は手動開閉機構の他、遠隔信号で駆動する自動開閉機構を備えており、燃焼温度の変動が検知されたとき、冷却方式の切替指示を出す切替制御システム７６（図２参照）と電気通信回線（図１では不図示）を介してつながっている。

【0045】

冷却水供給手段４は、常温の冷却水Ｗを貯めておく冷却水槽４２、該冷却水槽４２に冷却水Ｗを供給する給水ポンプ４３、給水ポンプ４３と水道などの水源（図示せず）を接続する給水配管４４から構成されている。冷却水槽４２は、図１の破線で示すように、該冷却水槽内４２に溜められた冷却水Ｗの水面の高さと、水冷時に冷却ジャケット３に満たされた冷却水Ｗの水面の高さがほぼ一致するよう、換言すれば、冷却水槽４２内の冷却水Ｗの水面の高さが冷却ジャケット３内の冷却水Ｗの水面の高さよりも低くならないように設置されている。これによって、冷却ジャケット３内にその最高位まで冷却水Ｗを満たすことができる。

【0046】

冷却空気供給手段としては、外部大気中から、常温の冷却空気Ａを冷却空気流路５１に送り込む押込送風機５が用いられる。

【0047】

本実施形態では、押込送風機５は、整流装置２６内部の空冷管５７に冷却空気Ａを送り込み、その冷却過程で温められた加熱空気Ｈを、加熱空気流路５８を介して蒸気管路１２の終端に送り込む加熱空気供給手段も兼ねている。そのため、冷却空気流路５１は二方向に分岐し、一方は共通流路１１と、もう一方は整流装置２６内の空冷管５７と接続されている。

【0048】

この冷却空気流路５１の内、分岐点から共通流路１１に至るまでの部分を、共通流路側冷却空気流路５１ａとし、上述の冷却空気流路開閉バルブ７５は該共通流路側冷却空気流路５１ａに設けられている。

【0049】

＜冷却方式切替系＞
本実施形態ごみ焼却炉１の冷却方式切替系は図２に示すように、漏斗部２１内の燃焼温度を検知する温度検知手段８と、その結果に基づいて、冷却ジャケット３の冷却方式を切り替える冷却方式切替手段７を備えている。

【0050】

温度検知手段８は、上述の温度測定装置８１ａ〜８１ｄと、該温度測定装置８１ａ〜８１ｄと電気通信回線で接続し、該温度測定装置８１ａ〜８１ｄが測定した結果から燃焼温度を算出する検知システム８２から構成されている。

【0051】

冷却方式切替手段７は、検知システム８２と電気通信回線を通して接続する上述の切替制御システム７６と、該切替制御システム７６と電気通信回線を通して接続する、上述の排水バルブ７１、冷却水流路開閉バルブ７４及び冷却空気流路開閉バルブ７５から構成されている。

【0052】

検知システム８２及び切替制御システム７６は、それぞれの役割を果たす機器（特に電子制御系機器）や機器群から構成されている。その実態は特に限定されないが、例としては、管制室などに設置される管制用コンピュータ機器が挙げられる。また、検知システム８２及び切替制御システム７６両方を同一の機器で運用してもよい。

【0053】

次に、本実施形態のごみ焼却炉１を用いて、易燃物及び難燃物が混在した廃棄物を焼却する工程を、図１を参照して説明する。

【0054】

操業を開始するとき、投入口から焼却炉本体２内に供給された廃棄物はまず漏斗部２１ａの底部にある灰層ｇ上に堆積していく。堆積した廃棄物は起動用バーナ１４により加熱され、複数の一次燃焼空気供給ノズル１３から供給される一次燃焼空気と反応して燃焼を始める。このとき燃焼し熱分解により残存した炭化物は、火種を保有しながら灰層gとして堆積する。

【0055】

その状態でさらに廃棄物を供給すると、廃棄物はさらに堆積して定常高さのごみ層ｕを構成し、該ごみ層ｕの主燃焼ゾーン温度が９００〜１０００℃となり、安定して焼却処理を継続できるようになる。

【0056】

平常操業状態時において、ごみ層ｕに堆積した廃棄物は、整流装置２６によって反射される火炎層ｔの放射熱と、複数の二次燃焼空気供給ノズル１６から供給される常温から３００℃の一次燃焼空気と、ごみ層ｕで発生する高温の未燃焼ガスと、によって乾燥され、燃えやすい燃焼状態となって燃焼していく。

【0057】

このとき整流装置２６は、押込送風機５が該整流装置２６内部の空冷管５７に送り込む冷却空気Ａによって常時空冷されている。冷却空気Ａはこの冷却の過程で１５０℃前後の加熱空気Ｈとなり、加熱空気流路５８を介して放出口５９に送られる。

【0058】

廃棄物の燃え残った未燃焼炭化物は燃焼層ｖにて、灰層ｇから上昇する熱気と、炉底の一次燃焼空気供給ノズル１３から供給される一次燃焼空気によって、ゆっくりとおき燃焼する。

【0059】

その後、灰層ｇにて、常温から３００℃程度の一次燃焼空気が炉底の一次燃焼空気供給ノズル１３から供給されることによって、残留していた廃棄物の未燃炭化物は燃焼し尽くされて焼却灰となる。該焼却灰は灰層ｇ下部にて、一次燃焼空気の通気と冷却ジャケット３の冷却効果によって３００℃程度まで冷却された後、最終的に焼却灰排出機構６により、灰搬出装置６３に排出される

【0060】

これらの工程において、下部耐火物２３ａが冷却ジャケット３で徐冷されることで、該下部耐火物２３ａの内側で起こる、易燃物の部分燃焼に伴うクリンカの生成や溶着が防止される。

【0061】

前述の高温の未燃焼ガスは、ごみ層ｕ内を通過して上昇し、その熱で上部の廃棄物の乾燥・燃焼及びガス化を促進しながら火炎層ｔに達し、複数の二次燃焼空気供給ノズル１６から火炎層ｔ上方に供給される常温の二次燃焼空気によって、二次燃焼されて燃焼ガスｗとなったのち、整流装置２６を通過して再燃焼室２７に入り、８５０℃以上で２秒以上滞留することで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微量有害有機化合物の熱分解がなされる。再燃焼された燃焼ガスｗは、その後、高温空気予熱器１８を通過する際の熱交換によって、温度が低下した排ガスとなり、排ガスダクトによりボイラあるいはガス冷却塔に送られる。

【0062】

次に、本実施形態のごみ焼却炉１の冷却方法について、空冷式及び水冷式それぞれの場合に分けて説明する。

【0063】

＜空冷式による冷却＞
冷却ジャケット３を空冷式で運用する場合、まず押込送風機５が外部大気を取り込み、冷却空気Ａとして冷却空気流路５１に送り込む。その後、冷却空気Ａは冷却空気流路５１、共通流路１１を通って冷却ジャケット３の下部からその内部に入る。冷却空気Ａはそこで冷却ジャケット３を徐冷しながらその内部を上昇していき、最終的に冷却ジャケット３の上部から蒸気管路１２に入り、放出口５９から外部大気中に放出される。

【0064】

＜水冷式による冷却＞
冷却ジャケット３の冷却方式を水冷式で運用する場合、冷却水Ｗは、冷却水槽４２から冷却水流路４１及び共通流路１１を介して冷却ジャケット３に注入される。冷却ジャケット３を満たした冷却水Ｗは徐冷を行うと同時に廃棄物の燃焼に伴う高温によって蒸発し、水蒸気Ｓとなる。水蒸気Ｓは冷却ジャケット３上部から蒸気管路１２に入り、その後放出口５９から外部大気中に放出される。

【0065】

ところで、一般的に、水蒸気が急激に冷やされると気化した水が凝結して微細な水滴となり、白煙（湯気）となる。同様に、水冷式の冷却に伴って発生した水蒸気Ｓをそのまま外部大気中に放出すると、白煙となって立ち昇る。この白煙は非常に目立ち、またごみ焼却炉という施設の性質上、近隣の住民に有害物質の漏出を想起させ、余計な不安を抱かせることがある。また、景観悪化の要因としても指摘されることもある。

【0066】

そこで、本実施形態のごみ焼却炉１では、上述の整流装置２６内部の空冷管５７を通り、該整流装置２６を冷却する過程で１５０℃前後になった加熱空気Ｈを、加熱空気流路５８を介して放出口５９付近にて蒸気管路１２と合流させることで、放出直後に水蒸気Ｓが急激に冷えることを防ぎ、白煙の発生を防止している。

【0067】

次に、本実施形態のごみ焼却炉１の冷却方式を切り替える方法について、図１及び図２を参照して説明する。

【0068】

本実施形態のごみ焼却炉１では、燃焼部（漏斗部２１内の下部耐火物２３ａ）内の燃焼温度を検知する温度検知手段８の検知結果に基づいて、冷却方式切替手段７が、冷却ジャケット３の冷却方式を切り替える。

【0069】

漏斗部２１内の、ごみ層ｕや燃焼層ｖの燃焼温度は、温度測定装置８１ａ〜８１ｄによって測定することができる。

【0070】

温度測定装置８１ａ〜８１ｄが燃焼温度を測定する方法は、例えば金属の電気抵抗率を測る測温抵抗体を用いる方法が挙げられるが、一般的に焼却炉内の燃焼温度の測定に用いられる方法であれば特に限定されない。あるいは、ごみ層内を直接計測するのが困難であれば、ごみと直接接触しない位置で温度を計測し、その温度から燃焼温度を推定してもよい。

【0071】

各温度測定装置８１ａ〜８１ｄで測定されたデータは電気通信回線を通して検知システム８２に集められる。検知システム８２は、一定時間おきに、得られた個々の測定データに基づいて燃焼温度を単位時間当たりの平均値として算出し、その値を検知結果として、逐次切替制御システム７６に伝える。

【0072】

切替制御システム７６は、その検知結果に基づいて切替判断を行い、電気通信回線を通した遠隔信号で排水バルブ７１、冷却水流路開閉バルブ７４及び冷却空気流路開閉バルブ７５の開閉を行い、冷却ジャケット３の冷却方式を自動的に切り替える。

【0073】

上記のごみ焼却炉１の冷却方式切替方法によれば、温度検知手段８がモニタリングしている燃焼温度の変動にあわせて冷却方式が冷却方式切替手段７によって自動的に切り替わるため、ヒューマンエラーによるモニタリングデータの見落としや切替判断の遅れ、及びそれらに伴う事故の発生を防ぐことができ、さらに人力で逐一切替を行う労力や切替にかかるタイムラグを節約することができる。

【0074】

ところで、冷却ジャケット３の冷却方式の切替には、１回ごとに少なくない時間とエネルギーが費やされる。そのため、些細な温度変化によって頻繁に切替が起こると、操業コストの増大や急激な温度の変動に伴う焼却効率の低下といった問題が危惧される。

【0075】

そこで切替制御システム７６には、切替判断の基準として、燃焼温度の上限基準値と下限基準値に加えて、基準値を外れた燃焼温度を検知してから切替判断を行うまでの判断時間があらかじめ設定されており、切替制御システム７６はその判断時間が経過した後、その間の燃焼温度の変動傾向が特定の条件を満たしたときのみ切替判断を行う。

【0076】

なお、切替制御システム７６が基準値を外れた燃焼温度を検知してから実際に切替判断を行う前段階にある状態を、切替判断モードとする。

【0077】

次に、冷却方式切替手段７が、冷却方式を空冷から水冷に切り替える工程と、水冷から空冷に切り替える工程をそれぞれ説明する。

【0078】

＜冷却方式を空冷から水冷に切り替える工程＞
検知システム８２が上限基準値を上回った燃焼温度を検知すると、切替制御システム７６は切替判断モードに入り、最初に上限基準値を上回った検知報告を受けた時刻を始点として、その時刻から判断時間が経過するまでの間、検知結果を受信し続ける。

【0079】

判断時間が経過する間に燃焼温度が上限基準値を下回った場合、或いは燃焼温度が徐々に下降する傾向を見せ、判断時間の経過後、短時間の内に上限基準値を下回ることが予測される場合には、切替制御システム７６は切替判断モードを解除する。

【0080】

判断時間が経過する間に、燃焼温度が上限基準値を下回ることなく、かつ燃焼温度が徐々に下降する傾向が見られない場合、切替制御システム７６は冷却効率の高い水冷式への切替を判断する。

【0081】

水冷式への切替判断が下されると、図２の点線矢印で示すように、切替制御システム７６はまず遠隔信号で冷却空気流路開閉バルブ７５を閉鎖し、その後冷却水流路開閉バルブ７４を開放して、事前に冷却水槽４２に溜めてあった冷却水Ｗを冷却ジャケット３に流しいれる。

【0082】

このとき、冷却水槽４２が空にならないよう、給水ポンプ４３を用いて常に冷却水Ｗを冷却水槽４２に供給し続ける。冷却ジャケット３内が冷却水Ｗで満たされた後も、冷却水Ｗは下部耐火物２３ａを徐冷する過程で蒸発していくため、給水ポンプ４３による冷却水Ｗの供給は継続して行われることが望ましい。

【0083】

なお、空冷時に局所的な高温によってクリンカが生成し、下部耐火物２３ａ内壁に付着していることがある。しかしクリンカと下部耐火物２３ａは熱変動に伴う体積の膨張率が異なり、冷却水Ｗの流入によって温度が急激に低下するとそれぞれの体積や形状に差異が生じるため、クリンカは下部耐火物２３ａ内壁から剥離する。

【0084】

＜冷却方式を水冷から空冷に切り替える工程＞
検知システム８２が下限基準値を下回った燃焼温度を検知すると、切替制御システム７６は切替判断モードに入り、最初に下限基準値を下回った検知報告を受けた時刻を始点として、その時刻から判断時間が経過するまでの間、検知結果を受信し続ける。

【0085】

判断時間が経過する間に燃焼温度が下限基準値を上回った場合、或いは燃焼温度が徐々に上昇する傾向を見せ、判断時間の経過後、短時間の内に下限基準値を上回ることが予測される場合には、切替制御システム７６は切替判断モードを解除する。

【0086】

判断時間が経過する間に、燃焼温度が下限基準値を上回ることなく、かつ燃焼温度が徐々に上昇する傾向が見られない場合、切替制御システム７６は燃焼温度が上昇しやすい空冷式への切替を判断する。

【0087】

空冷式への切替判断が下されると、図２の破線矢印で示すように、切替制御システム７６はまず遠隔信号で冷却水流路開閉バルブ７４を閉鎖して冷却水Ｗの流れをせき止め、次に冷却空気流路開閉バルブ７５を開放し、押込送風機５から共通流路１１に向かって冷却空気Ａが流れ込むようにする。その後排水流路７２の排水バルブ７１を開き、共通流路１１及び冷却ジャケット３内の冷却水Ｗを全て排水流路７２へ排出する。冷却水Ｗが排出された後は、冷却空気Ａが排水流路７２に流れ込まないよう、排水バルブ７１を閉鎖する。

【0088】

このとき、共通流路１１及び冷却ジャケット３内にわずかに残った冷却水Ｗは、２００℃を超える下部耐火物２３ａからの伝熱により速やかに蒸発する為、残った冷却水Ｗが共通流路１１及び冷却ジャケット３の鋼材を腐食する心配はない。

【0089】

なお、冷却方式が空冷式に切り替わると、次回の水冷式への切替に備えるため、冷却水槽４２には給水ポンプ４３によって冷却水Ｗが溜められる。

【0090】

最後に、本発明に係るその他の実施形態を記載する。本発明に係るごみ焼却炉とその冷却方式切替方法は、上記実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

【0091】

上記実施形態では、本発明を竪型焼却炉に適用しているが、燃焼部外周に冷却ジャケット３を設置することができるのであれば、火格子を用いるストーカ式焼却炉や流動床式焼却炉、或いはロータリーキルン式焼却炉など、他の形式の焼却炉に適用してもよい。

【0092】

上記実施形態では、押込送風機５が冷却空気供給手段と、整流装置２６内の空冷管５７を介して蒸気管路内に加熱空気Ｈを送り込む加熱空気供給手段を兼ねているが、それぞれに専用の押込送風機を設けてもよい。

【0093】

上記実施形態では、加熱空気流路５８は放出口５９に至る前に蒸気管路１２と合流しているが、該蒸気管路１２と接続せずに直接放出口５９とつながっていてもよい。ただしその場合、加熱空気Ｈと水蒸気Ｓが放出直後に混合できるように、それぞれの放出口５９の角度や形状を設計する必要がある。

【0094】

また、上記実施形態では、加熱した空気や水蒸気Ｓを放出口５９から放出しているが、近年のエネルギー問題を鑑みて、場内の冷暖房や温水だけでなく近隣の温水プールや温室等の排熱利用施設に供給してもよい。

【0095】

上記実施形態では、温度測定装置８１ａ〜８１ｄは下部耐火物２３ａ側壁に設置され、直接的に燃焼温度を測定しているが、それらに加えて、円筒部２２の上部耐火物２３ｂ側壁や水冷ジャケット３内、或いは蒸気管路１２内に設置し、火炎層ｔ内の再燃焼温度、冷却後の冷却空気Ａや水蒸気Ｓの温度を測定することによって、間接的に燃焼温度を割り出してもよい。

【0096】

上記実施形態では、温度検知手段８が検知した燃焼温度に基づいて切替制御システム７６が自動的に冷却方式の切替判断を行っているが、それに代わって検知結果をモニタリングしている人間が切替判断を下したり、或いは切替制御システム７６が切替判断を下した後にそれを人間が承認する過程を挟んだりしてもよい。また、切替判断後の排水バルブ７１、冷却水流路開閉バルブ７４及び冷却空気流路開閉バルブ７５の操作も、切替制御システム７６に代わって人間が個別に遠隔又は人力で操作してもよい。

【0097】

上記実施形態では、冷却空気Ａを、押込送風機５から冷却空気流路５１、共通流路側冷却空気流路５１ａ及び共通流路１１を介して冷却ジャケット３へ送り込んでいるが、図３に示すように、冷却空気Ａを冷却空気流路５１から冷却水槽４２に導入し、これより冷却水流路４１を介してジャケット３に送り込むようにしてもよい。なお、この場合、空冷式の冷却を行うのに先だって、冷却水槽４２内及び冷却水流路４１内の冷却水Ｗは抜いておく必要がある。図３において、図１に示すものと同一の構成要素には同一の符号を付している。

【符号の説明】

【0098】

１ ごみ焼却炉
２ ごみ焼却炉本体
３ 冷却ジャケット
４ 冷却水供給手段
５ 押込送風機（冷却空気供給手段）
６ 焼却灰排出機構
７ 冷却方式切替手段
８ 温度検知手段
１１ 共通流路
１２ 蒸気管路
４１ 冷却水流路
５１ 冷却空気流路
５１ａ 共通流路側冷却空気流路
Ａ 冷却空気
Ｗ 冷却水
Ｓ 水蒸気
Ｈ 加熱空気

【要約】

【課題】空冷及び水冷いずれの冷却方式でも用いることができ、かつ選択的に切り替えることができるごみ焼却炉と、その時々の燃焼温度に合わせて冷却方式を切り替える冷却方法を提供する。
【解決手段】焼却炉本体２の燃焼部の外周に設けられた、水冷及び空冷のいずれの冷却方式にも対応する冷却ジャケット３と、冷却ジャケット３に冷却水Ｗを供給する冷却水供給手段４と、冷却ジャケット３に冷却空気Ａを供給する冷却空気供給手段５と、冷却水供給手段４からの冷却水Ｗを冷却ジャケット３に導入する流路４１と、冷却空気供給手段５からの冷却空気Ａを冷却ジャケット３に導入する流路５１とを、それらのうちのいずれか一方に選択的に切り替える冷却方式切替手段と、を備えたごみ焼却炉。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】