(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023169698
(43)【公開日】2023-11-30
(54)【発明の名称】廃棄物焼却設備
(51)【国際特許分類】
F23G 5/50 20060101AFI20231122BHJP
F23G 5/44 20060101ALI20231122BHJP
F23L 7/00 20060101ALI20231122BHJP
F23G 5/00 20060101ALI20231122BHJP
F23C 9/08 20060101ALN20231122BHJP
【ＦＩ】
F23G5/50 K
F23G5/50 N
F23G5/50 M
F23G5/44 Z
F23C99/00 310
F23G5/44 F
F23L7/00 B
F23G5/00 109
F23C9/08 402
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022080978
(22)【出願日】2022-05-17
(71)【出願人】
【識別番号】000005119
【氏名又は名称】日立造船株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110847
【弁理士】
【氏名又は名称】松阪 正弘
(74)【代理人】
【識別番号】100136526
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勉
(74)【代理人】
【識別番号】100136755
【弁理士】
【氏名又は名称】井田 正道
(72)【発明者】
【氏名】古林 通孝
(72)【発明者】
【氏名】原田 浩希
(72)【発明者】
【氏名】安井 裕
(72)【発明者】
【氏名】植田 全紀
(72)【発明者】
【氏名】冨山 茂男
(72)【発明者】
【氏名】永森 稔朗
【テーマコード（参考）】
3K062
3K065
3K261
【Ｆターム（参考）】
3K062AA02
3K062AB01
3K062AC01
3K062BA02
3K062CA01
3K062CB05
3K062CB08
3K062DA01
3K062DA16
3K062DA22
3K062DB02
3K062DB06
3K062DB09
3K062DB17
3K065AA02
3K065AB01
3K065AC01
3K065BA06
3K065GA03
3K065GA13
3K065GA14
3K065GA22
3K065GA33
3K065GA35
3K065HA00
3K065TA01
3K065TB07
3K065TC04
3K065TE06
3K065TL02
3K065TL06
3K065TN01
3K065TN03
3K065TN04
3K065TN08
3K065TN09
3K065TN13
3K065TN16
3K065TN17
3K261AA06
3K261BA03
3K261BA17
3K261BA18
3K261BA27
(57)【要約】
【課題】排ガス量を大幅に低減しつつ、注目量を目標値に近づける。
【解決手段】廃棄物焼却設備１は、排ガス流路４を流れる排ガスの一部を再循環排ガスとして取り出して焼却炉３内に供給する再循環排ガスライン６と、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスに対して、空気よりも酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを混合する酸素混合部５と、焼却炉３における所定のガス供給位置から焼却炉３内に供給される、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比を変更する混合比変更部８１～８３と、排ガスの熱により発生する蒸気量、焼却炉３内の温度、および、焼却炉３の出口の酸素濃度の少なくとも１つを注目量として測定する注目量測定部３６～３８と、注目量の測定値が所定の目標値に近づくように混合比変更部８１～８３を制御する制御部１０とを備える。焼却炉３内にガス管を介して供給される燃焼用ガスの主ガスが、高濃度酸素ガスが混合された再循環排ガスである。
【選択図】図２
【解決手段】廃棄物焼却設備１は、排ガス流路４を流れる排ガスの一部を再循環排ガスとして取り出して焼却炉３内に供給する再循環排ガスライン６と、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスに対して、空気よりも酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを混合する酸素混合部５と、焼却炉３における所定のガス供給位置から焼却炉３内に供給される、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比を変更する混合比変更部８１～８３と、排ガスの熱により発生する蒸気量、焼却炉３内の温度、および、焼却炉３の出口の酸素濃度の少なくとも１つを注目量として測定する注目量測定部３６～３８と、注目量の測定値が所定の目標値に近づくように混合比変更部８１～８３を制御する制御部１０とを備える。焼却炉３内にガス管を介して供給される燃焼用ガスの主ガスが、高濃度酸素ガスが混合された再循環排ガスである。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
廃棄物焼却設備であって、
廃棄物を焼却する焼却炉と、
前記焼却炉から排出される排ガスが流れる排ガス流路と、
前記排ガス流路に設けられる集じん器と、
前記排ガス流路において前記集じん器よりも下流側の取出位置に接続され、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を再循環排ガスとして取り出して前記焼却炉内に供給する再循環排ガスラインと、
前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに対して、空気よりも酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを混合する酸素混合部と、
前記焼却炉における所定のガス供給位置から前記焼却炉内に供給される、前記再循環排ガスと前記高濃度酸素ガスとの混合比を変更する混合比変更部と、
前記排ガスの熱により発生する蒸気量、前記焼却炉内の温度、および、前記焼却炉の出口の酸素濃度の少なくとも１つを注目量として測定する注目量測定部と、
前記注目量の測定値が所定の目標値に近づくように前記混合比変更部を制御する制御部と、
を備え、
前記焼却炉内にガス管を介して供給される燃焼用ガスの主ガスが、前記高濃度酸素ガスが混合された前記再循環排ガスであることを特徴とする廃棄物焼却設備。
廃棄物を焼却する焼却炉と、
前記焼却炉から排出される排ガスが流れる排ガス流路と、
前記排ガス流路に設けられる集じん器と、
前記排ガス流路において前記集じん器よりも下流側の取出位置に接続され、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を再循環排ガスとして取り出して前記焼却炉内に供給する再循環排ガスラインと、
前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに対して、空気よりも酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを混合する酸素混合部と、
前記焼却炉における所定のガス供給位置から前記焼却炉内に供給される、前記再循環排ガスと前記高濃度酸素ガスとの混合比を変更する混合比変更部と、
前記排ガスの熱により発生する蒸気量、前記焼却炉内の温度、および、前記焼却炉の出口の酸素濃度の少なくとも１つを注目量として測定する注目量測定部と、
前記注目量の測定値が所定の目標値に近づくように前記混合比変更部を制御する制御部と、
を備え、
前記焼却炉内にガス管を介して供給される燃焼用ガスの主ガスが、前記高濃度酸素ガスが混合された前記再循環排ガスであることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項2】
請求項１に記載の廃棄物焼却設備であって、
前記焼却炉への投入前の廃棄物を貯留する廃棄物ピットと、
前記廃棄物ピット内のガスを抜き出しガスとして抜き出す抜き出しガスラインと、
をさらに備え、
前記酸素混合部が、前記抜き出しガスから前記高濃度酸素ガスを生成し、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに混合することを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記焼却炉への投入前の廃棄物を貯留する廃棄物ピットと、
前記廃棄物ピット内のガスを抜き出しガスとして抜き出す抜き出しガスラインと、
をさらに備え、
前記酸素混合部が、前記抜き出しガスから前記高濃度酸素ガスを生成し、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに混合することを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項3】
請求項１に記載の廃棄物焼却設備であって、
前記排ガス流路において前記取出位置よりも下流側に設けられ、前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置をさらに備え、
前記酸素混合部が、前記二酸化炭素回収装置を通過した前記排ガスから前記高濃度酸素ガスを生成し、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに混合することを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記排ガス流路において前記取出位置よりも下流側に設けられ、前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置をさらに備え、
前記酸素混合部が、前記二酸化炭素回収装置を通過した前記排ガスから前記高濃度酸素ガスを生成し、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに混合することを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項4】
請求項１に記載の廃棄物焼却設備であって、
前記焼却炉における前記ガス供給位置から前記焼却炉内に供給されるガスの流量が、略一定であることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記焼却炉における前記ガス供給位置から前記焼却炉内に供給されるガスの流量が、略一定であることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項5】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であって、
前記注目量が前記蒸気量を含み、
前記焼却炉における前記ガス供給位置が、火格子部の下方に設けられることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記注目量が前記蒸気量を含み、
前記焼却炉における前記ガス供給位置が、火格子部の下方に設けられることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項6】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であって、
前記注目量が前記焼却炉内の温度を含み、
前記焼却炉における前記ガス供給位置が、火格子部の一部の上方を覆う天井部、前記焼却炉の一次燃焼室を囲む側壁部、または、前記焼却炉の二次燃焼室を囲む側壁部に設けられることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記注目量が前記焼却炉内の温度を含み、
前記焼却炉における前記ガス供給位置が、火格子部の一部の上方を覆う天井部、前記焼却炉の一次燃焼室を囲む側壁部、または、前記焼却炉の二次燃焼室を囲む側壁部に設けられることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項7】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であって、
前記注目量が前記焼却炉の出口の酸素濃度を含み、
前記焼却炉における前記ガス供給位置が、前記焼却炉の二次燃焼室を囲む側壁部に設けられることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記注目量が前記焼却炉の出口の酸素濃度を含み、
前記焼却炉における前記ガス供給位置が、前記焼却炉の二次燃焼室を囲む側壁部に設けられることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、廃棄物焼却設備に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、廃棄物焼却設備では、排ガス流路を流れる排ガスの一部を再循環排ガスとして取り出して焼却炉内に供給することが行われている。再循環排ガスの利用により、廃棄物焼却設備からの排ガス量を低減することが可能となる。特許文献１の焼却プラントでは、緩慢燃焼域において燃焼ストーカの下方に燃焼調整ガス風箱が設けられ、燃焼調整ガス風箱には、低酸素ガスを供給する低酸素ガス供給管と、高酸素ガスを供給する高酸素ガス供給管とが接続される。低酸素ガス源として排ガス還流系統が利用され、高酸素ガスの酸素濃度は２１～３０体積％とされる。主蒸気量が目標蒸気量を下回るときには、高酸素ガスを含むガスが燃焼調整ガス風箱へ供給される。主蒸気量が目標蒸気量以上となると、低酸素ガスが燃焼調整ガス風箱へ供給される。
【0003】
特許文献２では、ストーカ上の燃料層を、燃料層下部からの一次燃焼空気等により焼却させる燃焼装置が開示されている。当該装置では、焼却炉からの排ガスを焼却炉に再循環させる再循環排ガス供給経路と、酸素供給装置と、酸素供給装置から一次燃焼空気へ酸素を供給する第一酸素供給経路と、酸素供給装置から再循環排ガスへ酸素を供給する第三酸素供給経路と、酸素供給装置からの酸素の供給を、第一酸素供給経路と第三酸素供給経路との間で切り替える切替装置と、焼却炉の温度および／または焼却炉出口の酸素濃度の測定結果に基づいて切替装置を制御する制御装置とが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－７１２３８号公報
【特許文献2】特許第４３５９５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のように、特許文献１および２では、蒸気量、焼却炉の温度または焼却炉出口の酸素濃度を注目量として、注目量を目標値に近づける制御が行われる。しかしながら、焼却炉内に一次燃焼空気が供給される、すなわち、焼却炉内に供給される燃焼用ガスの主ガスが空気であるため、排ガス量の低減には限界がある。したがって、排ガス量を大幅に低減しつつ、注目量を目標値に近づける手法が求められている。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、排ガス量を大幅に低減しつつ、注目量を目標値に近づけることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項１に記載の発明は、廃棄物焼却設備であって、廃棄物を焼却する焼却炉と、前記焼却炉から排出される排ガスが流れる排ガス流路と、前記排ガス流路に設けられる集じん器と、前記排ガス流路において前記集じん器よりも下流側の取出位置に接続され、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を再循環排ガスとして取り出して前記焼却炉内に供給する再循環排ガスラインと、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに対して、空気よりも酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを混合する酸素混合部と、前記焼却炉における所定のガス供給位置から前記焼却炉内に供給される、前記再循環排ガスと前記高濃度酸素ガスとの混合比を変更する混合比変更部と、前記排ガスの熱により発生する蒸気量、前記焼却炉内の温度、および、前記焼却炉の出口の酸素濃度の少なくとも１つを注目量として測定する注目量測定部と、前記注目量の測定値が所定の目標値に近づくように前記混合比変更部を制御する制御部とを備え、前記焼却炉内にガス管を介して供給される燃焼用ガスの主ガスが、前記高濃度酸素ガスが混合された前記再循環排ガスである。
【0008】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の廃棄物焼却設備であって、前記焼却炉への投入前の廃棄物を貯留する廃棄物ピットと、前記廃棄物ピット内のガスを抜き出しガスとして抜き出す抜き出しガスラインとをさらに備え、前記酸素混合部が、前記抜き出しガスから前記高濃度酸素ガスを生成し、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに混合する。
【0009】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の廃棄物焼却設備であって（請求項１または２に記載の廃棄物焼却設備であってもよい。）、前記排ガス流路において前記取出位置よりも下流側に設けられ、前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置をさらに備え、前記酸素混合部が、前記二酸化炭素回収装置を通過した前記排ガスから前記高濃度酸素ガスを生成し、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスに混合する。
【0010】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の廃棄物焼却設備であって（請求項１ないし３のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であってもよい。）、前記焼却炉における前記ガス供給位置から前記焼却炉内に供給されるガスの流量が、略一定である。
【0011】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であって、前記注目量が前記蒸気量を含み、前記焼却炉における前記ガス供給位置が、火格子部の下方に設けられる。
【0012】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であって（請求項１ないし５のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であってもよい。）、前記注目量が前記焼却炉内の温度を含み、前記焼却炉における前記ガス供給位置が、火格子部の一部の上方を覆う天井部、前記焼却炉の一次燃焼室を囲む側壁部、または、前記焼却炉の二次燃焼室を囲む側壁部に設けられる。
【0013】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であって（請求項１ないし６のいずれか１つに記載の廃棄物焼却設備であってもよい。）、前記注目量が前記焼却炉の出口の酸素濃度を含み、前記焼却炉における前記ガス供給位置が、前記焼却炉の二次燃焼室を囲む側壁部に設けられる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、排ガス量を大幅に低減しつつ、注目量を目標値に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。
【図2】ごみピットおよび焼却炉の構成を示す図である。
【図3】一次燃焼用ガスを火格子部に供給する構成の他の例を示す図である。
【図4】第２実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。
【図5】ごみ焼却設備の他の例を示すブロック図である。
【図6】第３実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。
【図7】ごみ焼却設備の他の例を示すブロック図である。
【図8】第４実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るごみ焼却設備１の構成を示すブロック図である。ごみ焼却設備１は、廃棄物焼却設備であり、ごみピット２と、焼却炉３と、排ガス流路４と、制御部１０（後述の図２参照）とを備える。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ等を備えるコンピュータであり、ごみ焼却設備１の全体制御を担う。ごみピット２は、廃棄物ピットであり、廃棄物であるごみを貯留する。焼却炉３は、ごみピット２から投入されるごみを焼却する。排ガス流路４は、焼却炉３から排出される排ガスが流れる煙道である。図１の例では、排ガス流路４は、焼却炉３から後述の煙突４７に至る流路である。図１では、焼却炉３と後述のボイラ管群４１との間の矢印のみに符号４を付している。ごみピット２および焼却炉３の詳細については後述する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るごみ焼却設備１の構成を示すブロック図である。ごみ焼却設備１は、廃棄物焼却設備であり、ごみピット２と、焼却炉３と、排ガス流路４と、制御部１０（後述の図２参照）とを備える。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ等を備えるコンピュータであり、ごみ焼却設備１の全体制御を担う。ごみピット２は、廃棄物ピットであり、廃棄物であるごみを貯留する。焼却炉３は、ごみピット２から投入されるごみを焼却する。排ガス流路４は、焼却炉３から排出される排ガスが流れる煙道である。図１の例では、排ガス流路４は、焼却炉３から後述の煙突４７に至る流路である。図１では、焼却炉３と後述のボイラ管群４１との間の矢印のみに符号４を付している。ごみピット２および焼却炉３の詳細については後述する。
【0017】
ごみ焼却設備１は、ボイラ管群４１と、ろ過式集じん器４２（以下、単に「集じん器４２」という。）と、湿式洗煙塔４３と、二酸化炭素回収装置４４と、排ガス再加熱器４５と、誘引通風機４６と、煙突４７とをさらに備える。ボイラ管群４１、集じん器４２、湿式洗煙塔４３、二酸化炭素回収装置４４、排ガス再加熱器４５、誘引通風機４６および煙突４７は、排ガス流路４に設けられ、排ガスの流れ方向における上流側から下流側に向かって（すなわち、焼却炉３から煙突４７に向かって）順に配置される。
【0018】
ボイラ管群４１は、焼却炉３から排出される排ガスを熱源として蒸気を生成する。集じん器４２は、いわゆるバグフィルタであり、排ガスに含まれる飛灰をろ布により捕集する。集じん器４２の上流側において、粉末状の排ガス処理薬剤が排ガスに供給され、集じん器４２において飛灰と共に当該排ガス処理薬剤が捕集されてもよい。排ガス処理薬剤は、硫黄酸化物、塩化水素、ダイオキシン類、水銀化合物等の除去に利用される。集じん器４２の出口における排ガスの温度は、例えば１５０℃～２００℃である。集じん器４２を通過した排ガスは湿式洗煙塔４３に流入する。
【0019】
湿式洗煙塔４３は、例えば、苛性ソーダ等のアルカリ薬剤および水を含む液体を排ガス中に噴霧する。これにより、排ガスの温度を、例えば３０℃～７０℃に低下させるとともに、排ガスに含まれる硫黄酸化物、塩化水素等を除去する。湿式洗煙塔４３は、排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫部であり、排ガス中の塩化水素を除去する脱塩部でもある。
【0020】
二酸化炭素回収装置４４は、湿式洗煙塔４３を通過した排ガスから二酸化炭素を回収する。二酸化炭素回収装置４４の一例は、化学吸収法により二酸化炭素を回収するものであり、吸収塔と、再生塔とを備える。吸収塔では、例えば、アミンおよび水を含む液体が排ガス中に噴霧され、二酸化炭素が当該液体に吸収される。すなわち、排ガスから二酸化炭素が除去される。二酸化炭素を吸収した液体は、再生塔に送られて加熱され、二酸化炭素が取り出されて回収される。回収された二酸化炭素は、メタネーションによるメタンの生成等に利用されたり、地中等に貯留される（ＣＣＵＳ（Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage））。後述の再循環排ガスライン６が設けられるごみ焼却設備１では、排ガス中の二酸化炭素濃度が高くなっているため、ＣＣＵＳを容易に行うことができる。二酸化炭素回収装置４４は、化学吸収法以外の方式により二酸化炭素を回収するものであってもよい。
【0021】
以上のように、湿式洗煙塔４３および二酸化炭素回収装置４４は、集じん器４２を通過した排ガスに対して水を含む液体を供給して、排ガスから所定成分を除去する。湿式洗煙塔４３および二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスは、水、酸素および窒素を多く含むガスである。
【0022】
排ガス再加熱器４５は、例えば、ボイラ（ボイラ管群４１）からの蒸気を熱媒体として用いて排ガスを加熱する。誘引通風機４６は、排ガス流路４において上流側から下流側へと向かうガスの流れ（すなわち、焼却炉３から煙突４７へと向かうガスの流れ）を形成する。誘引通風機４６を通過した排ガスは、煙突４７から外部に排出される。ごみ焼却設備１では、例えば、アンモニア水等の還元剤を焼却炉３内に噴出する還元剤供給部が設けられ、無触媒脱硝（ＳＮＣＲ）が行われてもよい。
【0023】
ごみ焼却設備１は、再循環排ガスライン６と、ファン６６と、予熱器６７と、酸素混合部５とをさらに備える。再循環排ガスライン６は、後述の再循環排ガスが流れる流路であり、再循環排ガスライン６の一端は、排ガス流路４において集じん器４２よりも下流側の取出位置Ｐ１に接続される。図１の例では、取出位置Ｐ１は、湿式洗煙塔４３と二酸化炭素回収装置４４との間の位置である。再循環排ガスライン６により、排ガス流路４を流れる排ガスの一部が再循環排ガスとして取り出される。既述の二酸化炭素回収装置４４は、排ガス流路４において取出位置Ｐ１よりも下流側に設けられるため、取出位置Ｐ１から取り出された再循環排ガスは、高い二酸化炭素濃度、および、低い酸素濃度を有する。再循環排ガスライン６の他端は、焼却炉３に接続され、当該再循環排ガスが焼却炉３内に供給される。図１では、取出位置Ｐ１に接続する矢印のみに符号６を付している。ごみ焼却設備１の設計によっては、取出位置Ｐ１が集じん器４２と湿式洗煙塔４３との間に設けられてもよく、二酸化炭素回収装置４４よりも下流側に設けられてもよい。
【0024】
ファン６６および予熱器６７は、再循環排ガスライン６に設けられる。ごみ焼却設備１の一例では、再循環排ガスの流れにおける上流側から下流側に向かって（すなわち、取出位置Ｐ１から離れる方向に向かって）、予熱器６７およびファン６６が順に配置される。２つの予熱器（第１および第２予熱器）が用いられ、上流側から下流側に向かって第１予熱器、ファン６６および第２予熱器が順に配置されてもよい。再循環排ガスライン６におけるファン６６および予熱器６７の順序は任意に決定されてよい。
【0025】
ファン６６は、再循環排ガスライン６の上流側から下流側へと向かう再循環排ガスの流れを形成する。予熱器６７は、例えば、ボイラ（ボイラ管群４１）からの蒸気を熱媒体として用いて再循環排ガスを加熱可能である。予熱器６７は、必要に応じて再循環排ガスを加熱するのみであってよい。
【0026】
酸素混合部５は、空気よりも酸素濃度（体積濃度）が高い高濃度酸素ガスを空気から生成する装置であり、例えば、ＰＳＡ式の酸素ガス発生装置である。酸素混合部５は酸素混合ガスライン５０を介して再循環排ガスライン６に接続され、酸素混合部５で生成された高濃度酸素ガスは、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスに混合される。第１予熱器、ファン６６および第２予熱器が設けられる例では、ファン６６と第２予熱器との間に高濃度酸素ガスが混合されてもよい。第１予熱器、ファン６６および第２予熱器の順序や高濃度酸素ガスの混合位置は任意に決定されてよい。高濃度酸素ガスの混合により、取出位置Ｐ１における排ガスよりも酸素濃度が高い再循環排ガスが得られ、焼却炉３に供給される。高濃度酸素ガスは、空気よりも十分に酸素濃度が高く、当該酸素濃度は、例えば、５０体積％以上であり、好ましくは、６５体積％以上であり、より好ましくは、８０体積％以上である。後述するように、高濃度酸素ガスは、空気以外から生成されてもよい。
【0027】
図２は、ごみピット２および焼却炉３の構成を示す図である。既述のように、ごみピット２では、焼却炉３への投入前のごみが貯留されており、ごみの堆積層９１が形成される。好ましいごみ焼却設備１では、ごみピット２に接続するプラットホーム２２において、二重扉構造が設けられる。具体的には、ごみ収集車が停車するプラットホーム２２では、ごみピット２との間に、外側扉２２１と、内側扉２２２とが設けられる。ごみ収集車がごみピット２にごみを投入する際には、内側扉２２２を閉じた状態で、外側扉２２１が開けられ、ごみ収集車からごみが投入される。当該ごみは、内側扉２２２と外側扉２２１との間にて一時的に保持される。ごみ収集車がごみを投入完了した際には、外側扉２２１が閉じられ、続いて、内側扉２２２が開けられる。これにより、ごみピット２にごみが投入される。ごみピット２にごみを投入完了後、内側扉２２２が閉じられる。上記二重扉構造では、ごみピット２内に流入する空気の量を低減することが可能となる。
【0028】
焼却炉３は、投入ホッパ３１と、ごみ供給部３２と、一次燃焼室３３と、二次燃焼室３４とを備える。投入ホッパ３１には、ごみクレーン２３によりごみピット２からごみが投入される。ごみ供給部３２は、プッシャまたはスクリューフィーダ等を有し、投入ホッパ３１の底部から一次燃焼室３３内にごみを供給する。
【0029】
一次燃焼室３３の底部には、ごみ供給部３２から離れる方向に向かって順に、乾燥火格子部３３１、燃焼火格子部３３２、後燃焼火格子部３３３および排出口３３４が配列される。乾燥火格子部３３１、燃焼火格子部３３２および後燃焼火格子部３３３では、周知の搬送動作により、ごみ供給部３２側から排出口３３４に向かってごみが搬送される。乾燥火格子部３３１、燃焼火格子部３３２および後燃焼火格子部３３３のそれぞれでは、後述の一次燃焼用ガスが一次燃焼室３３内に向けて噴出され、搬送途上のごみが燃焼する。燃焼後のごみ（主として灰）は排出口３３４を介して一次燃焼室３３外に排出される。後燃焼火格子部３３３の上方を覆う天井部３３５には、少なくとも１つのノズル３３６が設けられる。ノズル３３６から、後述の補助ガスが一次燃焼室３３内に向けて噴出される。補助ガスにより、一次燃焼室３３内のガスが撹拌される。なお、ノズル３３６は、一次燃焼室３３を囲む側壁部（排出口３３４近傍の後壁も含む。）等に設けられてもよい。
【0030】
二次燃焼室３４は、側壁部に囲まれた空間であり、一次燃焼室３３から直接的に連続して一次燃焼室３３から排出される排ガスの流路を形成する。図２の例では、二次燃焼室３４は、一次燃焼室３３の床面積に比べて十分に小さい流路面積となって上方に向かう空間である。二次燃焼室３４の側壁部には複数のノズル３４１が設けられ、後述の二次燃焼用ガスが複数のノズル３４１から噴出される。これにより、一次燃焼室３３内で発生した未燃ガスが燃焼する。二次燃焼室３４は焼却炉３の一部であり、二次燃焼室３４の出口から下流側の流路が、既述の排ガス流路４である。図２では、ボイラ管群４１が設けられる領域に符号４１を付している。
【0031】
図２の例では、再循環排ガスライン６は、第１分岐ライン６１と、第２分岐ライン６２と、第３分岐ライン６３とに分岐する。第１分岐ライン６１は、複数のラインに分岐して、乾燥火格子部３３１、燃焼火格子部３３２および後燃焼火格子部３３３の風箱にそれぞれ接続する。第２分岐ライン６２は、複数のラインに分岐して、複数のノズル３４１にそれぞれ接続する。第３分岐ライン６３は、天井部３３５のノズル３３６に接続する。第１分岐ライン６１、第２分岐ライン６２および第３分岐ライン６３には、ダンパ８１１，８２１，８３１がそれぞれ設けられる。ダンパ８１１，８２１，８３１は、制御部１０に電気的に接続される。各分岐ライン６１～６３を流れる再循環排ガスの流量は、ダンパ８１１，８２１，８３１により調整可能である。再循環排ガスの流量を精度よく調整するため、流量計等が設けられてもよい（後述の分岐ライン５１～５３において同様）。
【0032】
酸素混合ガスライン５０は、第１分岐ライン５１と、第２分岐ライン５２と、第３分岐ライン５３とに分岐する。第１分岐ライン５１、第２分岐ライン５２および第３分岐ライン５３は、再循環排ガスライン６の第１分岐ライン６１、第２分岐ライン６２および第３分岐ライン６３にそれぞれ接続する。第１分岐ライン５１、第２分岐ライン５２および第３分岐ライン５３には、ダンパ８１２，８２２，８３２がそれぞれ設けられる。ダンパ８１２，８２２，８３２は、制御部１０に電気的に接続される。各分岐ライン５１～５３を流れる高濃度酸素ガスの流量は、ダンパ８１２，８２２，８３２により調整可能である。
【0033】
第１分岐ライン６１を流れる再循環排ガスと、第１分岐ライン５１を流れる高濃度酸素ガスとの混合ガスは、一次燃焼用ガスとして一次燃焼室３３内に供給される。一次燃焼用ガスは、酸素を含むガスであり、一次燃焼室３３におけるごみの燃焼に利用される。一次燃焼用ガスのガス供給位置は、乾燥火格子部３３１、燃焼火格子部３３２および後燃焼火格子部３３３（以下、「火格子部３３１～３３３」とも総称する。）の下方である。第１分岐ライン５１，６１に設けられるダンパ８１１，８１２は、一次燃焼用ガスにおける高濃度酸素ガスと再循環排ガスとの混合比を変更する混合比変更部８１である。なお、第１分岐ライン６１では、第１分岐ライン５１の接続位置よりも上流側に、ダンパ８１１が設けられる（第２分岐ライン６２のダンパ８２１、および、第３分岐ライン６３のダンパ８３１において同様）。
【0034】
第２分岐ライン６２を流れる再循環排ガスと、第２分岐ライン５２を流れる高濃度酸素ガスとの混合ガスは、二次燃焼用ガスとして二次燃焼室３４内に供給される。二次燃焼用ガスは、酸素を含むガスであり、二次燃焼室３４における未燃ガスの燃焼に利用される。二次燃焼用ガスのガス供給位置は、側壁部のノズル３４１である。第２分岐ライン５２，６２に設けられるダンパ８２１，８２２は、二次燃焼用ガスにおける高濃度酸素ガスと再循環排ガスとの混合比を変更する混合比変更部８２である。
【0035】
第３分岐ライン６３を流れる再循環排ガスと、第３分岐ライン５３を流れる高濃度酸素ガスとの混合ガスは、補助ガスとして一次燃焼室３３内に供給される。補助ガスは、酸素を含むガスであり、一次燃焼室３３内のガスの撹拌や未燃ガスの燃焼に利用される。図２の例では、補助ガスのガス供給位置は、天井部３３５のノズル３３６である。第３分岐ライン５３，６３に設けられるダンパ８３１，８３２は、補助ガスにおける高濃度酸素ガスと再循環排ガスとの混合比を変更する混合比変更部８３である。
【0036】
ごみ焼却設備１は、蒸気量測定部３６と、酸素濃度測定部３７と、炉内温度測定部３８とをさらに備える。蒸気量測定部３６は、ボイラ管群４１から排出される蒸気の量（以下、「ボイラ発生蒸気量」という。）を測定する。当該蒸気は、例えば発電等に利用される。酸素濃度測定部３７は、二次燃焼室３４の出口、すなわち、焼却炉３の出口に設けられたセンサを用いて当該出口の酸素濃度（以下、「炉出口酸素濃度」という。）を測定する。炉内温度測定部３８は、一次燃焼室３３内に設けられたセンサを用いて一次燃焼室３３内の温度を測定する。後述するように、炉内温度測定部３８は、二次燃焼室３４内の温度を測定してもよい。蒸気量測定部３６、酸素濃度測定部３７および炉内温度測定部３８は、制御部１０に電気的に接続される。
【0037】
制御部１０では、蒸気量測定部３６が測定するボイラ発生蒸気量、酸素濃度測定部３７が測定する炉出口酸素濃度、または、炉内温度測定部３８が測定する一次燃焼室３３内の温度（または二次燃焼室３４内の温度）を注目量として、注目量の測定値に基づく制御が行われる。蒸気量測定部３６、酸素濃度測定部３７および炉内温度測定部３８は、注目量を測定する注目量測定部である。
【0038】
制御部１０の第１制御例では、注目量であるボイラ発生蒸気量の目標値が設定されており、蒸気量測定部３６によるボイラ発生蒸気量の測定値が当該目標値に近づくように、第１分岐ライン５１，６１に設けられた混合比変更部８１が制御される。具体的には、ボイラ発生蒸気量の測定値が目標値よりも低い場合には、混合比変更部８１におけるダンパ８１１の開度が（直前の開度よりも）小さくされ、ダンパ８１２の開度が大きくされる。これにより、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合ガスにおける高濃度酸素ガスの比率が高くなり、火格子部３３１～３３３の下方から、（直前の酸素濃度よりも）酸素濃度が高い一次燃焼用ガスが一次燃焼室３３内に供給される。その結果、ボイラ発生蒸気量の測定値が高くなる。
【0039】
また、ボイラ発生蒸気量の測定値が目標値よりも高い場合には、混合比変更部８１におけるダンパ８１１の開度が大きくされ、ダンパ８１２の開度が小さくされる。これにより、混合ガスにおける高濃度酸素ガスの比率が低くなり、火格子部３３１～３３３の下方から、酸素濃度が低い一次燃焼用ガスが一次燃焼室３３内に供給される。その結果、ボイラ発生蒸気量の測定値が低くなる。
【0040】
以上のように、混合ガスにおける再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比（すなわち、一次燃焼用ガスの酸素濃度）が混合比変更部８１により変更され、ボイラ発生蒸気量が目標値にておよそ一定に制御される。一次燃焼用ガス（並びに、二次燃焼用ガスおよび補助ガス）の酸素濃度は、例えば、３０体積％以下であり、典型例では、２５体積％以下である。当該酸素濃度は、例えば０体積％よりも大きく、好ましくは３体積％以上である。混合比変更部８１では、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比の変更が、ダンパ８１１，８１２以外の構成（例えば、ファン等）により実現されてもよい（混合比変更部８２，８３において同様）。
【0041】
混合比変更部８１による再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比の変更前後では、火格子部３３１～３３３の下方から焼却炉３内に供給される混合ガス（一次燃焼用ガス）の流量が略一定であることが好ましい。混合比の変更前後において、混合ガスの流量が、その平均値（例えば、１日の平均値）の±２０％の範囲内に維持される場合には、混合ガスの流量は略一定であるといえる。混合比の変更前後において、混合ガスの流量が、その平均値の±１５％の範囲内に維持されることが好ましく、±１０％の範囲内に維持されることがより好ましい。混合比変更部８２，８３による混合比の変更前後においても同様である。
【0042】
制御部１０の第２制御例では、注目量である炉出口酸素濃度の目標値が設定されており、酸素濃度測定部３７による炉出口酸素濃度の測定値が当該目標値に近づくように、第２分岐ライン５２，６２に設けられた混合比変更部８２が制御される。具体的には、炉出口酸素濃度の測定値が目標値よりも低い場合には、混合比変更部８２におけるダンパ８２１の開度が小さくされ、ダンパ８２２の開度が大きくされる。これにより、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合ガスにおける高濃度酸素ガスの比率が高くなり、ノズル３４１から酸素濃度が高い二次燃焼用ガスが二次燃焼室３４内に供給される。その結果、炉出口酸素濃度の測定値が高くなる。
【0043】
また、炉出口酸素濃度の測定値が目標値よりも高い場合には、混合比変更部８２におけるダンパ８２１の開度が大きくされ、ダンパ８２２の開度が小さくされる。これにより、混合ガスにおける高濃度酸素ガスの比率が低くなり、ノズル３４１から、酸素濃度が低い二次燃焼用ガスが二次燃焼室３４内に供給される。その結果、炉出口酸素濃度の測定値が低くなる。以上のように、混合ガスにおける再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比（すなわち、二次燃焼用ガスの酸素濃度）が混合比変更部８２により変更され、炉出口酸素濃度が目標値にておよそ一定に制御される。既述のように、好ましい混合比変更部８２では、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比の変更前後において、ノズル３４１から焼却炉３内に供給される二次燃焼用ガスの流量が略一定である。
【0044】
制御部１０の第３制御例では、注目量である一次燃焼室３３内の温度の目標値が設定されており、炉内温度測定部３８による一次燃焼室３３内の温度の測定値が当該目標値に近づくように、第３分岐ライン５３，６３に設けられた混合比変更部８３が制御される。具体的には、一次燃焼室３３内の温度の測定値が目標値よりも低い場合には、混合比変更部８３におけるダンパ８３１の開度が小さくされ、ダンパ８３２の開度が大きくされる。これにより、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合ガスにおける高濃度酸素ガスの比率が高くなり、ノズル３３６から酸素濃度が高い補助ガスが一次燃焼室３３内に供給される。その結果、一次燃焼室３３内の温度の測定値が高くなる。
【0045】
また、一次燃焼室３３内の温度の測定値が目標値よりも高い場合には、混合比変更部８３におけるダンパ８３１の開度が大きくされ、ダンパ８３２の開度が小さくされる。これにより、混合ガスにおける高濃度酸素ガスの比率が低くなり、ノズル３３６から、酸素濃度が低い補助ガスが一次燃焼室３３内に供給される。その結果、一次燃焼室３３内の温度の測定値が低くなる。以上のように、混合ガスにおける再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比（すなわち、補助ガスの酸素濃度）が混合比変更部８３により変更され、一次燃焼室３３内の温度が目標値にておよそ一定に制御される。既述のように、好ましい混合比変更部８３では、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比の変更前後において、ノズル３３６から焼却炉３内に供給される補助ガスの流量が略一定である。なお、ごみ焼却設備１の設計によっては、一次燃焼室３３においてノズル３３６が設けられないことがあり、この場合、上記第３制御例は行われない。
【0046】
炉内温度測定部３８は、二次燃焼室３４内に設けられたセンサを用いて二次燃焼室３４内の温度を測定してもよい。この場合、制御部１０では、二次燃焼室３４内の温度の目標値が設定されており、炉内温度測定部３８による二次燃焼室３４内の温度の測定値が当該目標値に近づくように、混合比変更部８２，８３が制御される。具体的には、二次燃焼室３４内の温度の測定値が目標値よりも低い場合には、ノズル３４１から酸素濃度が高い二次燃焼用ガスが二次燃焼室３４内に供給され、ノズル３３６から酸素濃度が高い補助ガスが一次燃焼室３３内に供給される。その結果、二次燃焼室３４内の温度の測定値が高くなる。
【0047】
また、二次燃焼室３４内の温度の測定値が目標値よりも高い場合には、ノズル３４１から酸素濃度が低い二次燃焼用ガスが二次燃焼室３４内に供給され、ノズル３３６から酸素濃度が低い補助ガスが一次燃焼室３３内に供給される。その結果、二次燃焼室３４内の温度の測定値が低くなる。以上のように、二次燃焼用ガスの酸素濃度、および、補助ガスの酸素濃度が混合比変更部８２，８３により変更され、二次燃焼室３４内の温度が目標値にておよそ一定に制御される。なお、一次燃焼室３３においてノズル３３６が設けられない場合には、二次燃焼用ガスの酸素濃度の変更のみにより、二次燃焼室３４内の温度が制御されてよい。
【0048】
ボイラ発生蒸気量の制御（第１制御例）において、一次燃焼用ガスの酸素濃度の変更に追加して、二次燃焼用ガスの酸素濃度または／および補助ガスの酸素濃度が変更されてもよい。炉出口酸素濃度の制御（第２制御例）において、二次燃焼用ガスの酸素濃度の変更に追加して、一次燃焼用ガスの酸素濃度または／および補助ガスの酸素濃度が変更されてもよい。焼却炉内温度の制御（第３制御例）において、一次燃焼用ガスの酸素濃度が変更されてもよい。
【0049】
また、ボイラ発生蒸気量、炉出口酸素濃度、および、焼却炉内温度の２つ以上を注目量として注目し、当該２つ以上の注目量に対する制御が並行して行われてもよい。この場合に、当該２つ以上の注目量に対する制御において、変更対象（一次燃焼用ガスの酸素濃度、二次燃焼用ガスの酸素濃度または補助ガスの酸素濃度）が重複する場合には、例えば、当該２つ以上の注目量に対してそれぞれ定められた重みを考慮して、変更対象の変更量が決定されてよい。
【0050】
以上に説明したように、ごみ焼却設備１は、排ガス流路４を流れる排ガスの一部を再循環排ガスとして取り出して焼却炉３内に供給する再循環排ガスライン６と、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスに対して、空気よりも酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを混合する酸素混合部５とを備える。ごみ焼却設備１では、再循環排ガスに高濃度酸素ガスを混合して、焼却炉３における燃焼用ガスとして利用することにより、再循環排ガスに空気を混合する場合に比べて、排ガス流路４から取り出す再循環排ガスの量を多くすることができる。その結果、排ガス流路４において再循環排ガスライン６の接続位置（すなわち、取出位置Ｐ１）よりも下流側に流れる排ガス量を容易に低減することができる。
【0051】
また、ごみ焼却設備１では、ごみにより焼却炉３内に持ち込まれる空気や、投入ホッパ３１を介して焼却炉３内に流入する空気等を除き、外部から焼却炉３内に空気はほとんど供給されない。詳細には、焼却炉３内にガス管を介して供給される燃焼用ガスのおよそ全ては、再循環排ガスライン６から焼却炉３内に供給される再循環排ガス、すなわち、高濃度酸素ガスが混合された再循環排ガスである。これにより、ごみ焼却設備１において煙突４７から排出される排ガス量を大幅に低減することが可能となる。なお、初期運転時においては、外部から焼却炉３内に空気が供給されてもよい。
【0052】
ここで、一次燃焼用ガス、二次燃焼用ガスおよび補助ガスとして、一定の酸素濃度のガス（例えば、空気）を供給する比較例のごみ焼却設備について述べる。比較例のごみ焼却設備では、ボイラ発生蒸気量、炉出口酸素濃度、または、焼却炉内温度を注目量として、注目量が目標値に近づくように、一次燃焼用ガス、二次燃焼用ガスまたは補助ガスの流量が増減される。この場合、焼却炉３から排出される排ガス量が大きく変動するため、誘引通風機４６の消費電力が増大する。
【0053】
これに対し、ごみ焼却設備１では、焼却炉３における所定のガス供給位置から焼却炉３内に供給される、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比を変更する混合比変更部８１～８３が設けられる。そして、注目量測定部（上記では、蒸気量測定部３６、酸素濃度測定部３７および炉内温度測定部３８）により、排ガスの熱により発生する蒸気量、焼却炉３内の温度、および、焼却炉３の出口の酸素濃度の少なくとも１つが注目量として測定され、注目量の測定値が所定の目標値に近づくように、制御部１０により混合比変更部８１～８３が制御される。このように、上記ガス供給位置から焼却炉３内に供給される混合ガスの酸素濃度を変更することにより、焼却炉３から排出される排ガス量の変動を抑制することができる。その結果、誘引通風機４６の消費電力を低減しつつ、注目量を目標値に容易に近づけることが可能となる。
【0054】
好ましくは、上記ガス供給位置から焼却炉３内に供給される混合ガスの流量が、略一定である。これにより、焼却炉３から排出される排ガス量の変動をさらに抑制することができ、誘引通風機４６の消費電力をさらに低減することができる。また、焼却炉３内の圧力を略一定として、安定かつ安全な運転が可能となる。ごみ焼却の条件等によっては、混合ガスの流量を変更しつつ、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比が変更されてもよい。
【0055】
好ましくは、注目量が上述の蒸気量を含み、焼却炉３におけるガス供給位置が、火格子部３３１～３３３の下方に設けられる。これにより、蒸気量を目標値に容易に近づけることができる。また、焼却炉３内に低カロリーごみが供給される場合でも、一次燃焼用ガスの酸素濃度を高くすることにより、当該低カロリーごみを適切に焼却することが可能となる。換言すると、当該低カロリーごみの燃焼において、化石燃料等の助燃剤を用いる必要がないため、ランニングコストを削減することができる。さらに、このような低負荷運転時の燃焼温度を高温にて維持することができ、低カロリーごみ、水害ごみ、汚泥等に柔軟に対応することが可能となる。なお、焼却炉３内に低カロリーごみが供給される場合に、一次燃焼用ガスの酸素濃度を高くしつつ、一次燃焼用ガスの流量を低くして、低カロリーごみが効率よく燃焼されてもよい。
【0056】
好ましくは、注目量が焼却炉３の出口の酸素濃度を含み、焼却炉３におけるガス供給位置が、焼却炉３の二次燃焼室３４を囲む側壁部に設けられる。これにより、焼却炉３の出口の酸素濃度を目標値に容易に近づけることができる。
【0057】
ところで、上記比較例のごみ焼却設備のように、二次燃焼用ガス（二次燃焼用空気）の流量を増減する場合に、焼却炉３の出口の酸素濃度が高いときには、二次燃焼用空気の流量が低減される。この場合、ノズルからの二次燃焼用空気の吐出速度の低下により、二次燃焼用空気の貫通力が低下し、二次燃焼室３４における撹拌が不十分となる。その結果、不完全燃焼が起きやすくなり、一酸化炭素（ＣＯ）が発生しやすくなる。これに対し、ごみ焼却設備１では、焼却炉３の出口の酸素濃度が高い場合に、酸素濃度が低い二次燃焼用ガスが供給されるため、一定の貫通力を維持して二次燃焼室３４内を十分に撹拌することができ、不完全燃焼が起きることを抑制することができる。また、ＮＯｘも適切に低減することができる。
【0058】
好ましくは、注目量が焼却炉３内の温度を含み、焼却炉３におけるガス供給位置が、火格子部３３１～３３３の一部の上方を覆う天井部３３５、焼却炉３の一次燃焼室３３を囲む側壁部、または、焼却炉３の二次燃焼室３４を囲む側壁部に設けられる。これにより、焼却炉３内の温度を目標値に容易に近づけることができ、ごみ焼却設備１の安定した運転が可能となる。また、上記比較例のごみ焼却設備のように、二次燃焼用ガスまたは補助ガスの流量を増減する場合に、当該流量が過度に低くなったときには、不完全燃焼が起きやすくなり、一酸化炭素が発生しやすくなる。これに対し、二次燃焼用ガスまたは補助ガスの酸素濃度を変更するごみ焼却設備１では、上述のように不完全燃焼が起きることを抑制することができる。
【0059】
図３は、一次燃焼用ガスを火格子部３３１～３３３に供給する構成の他の例を示す図である。図３では、再循環排ガスライン６の第１分岐ライン６１が、複数のライン６１ａ，６１ｂ，６１ｃに分岐して、乾燥火格子部３３１、燃焼火格子部３３２および後燃焼火格子部３３３の風箱にそれぞれ接続する。また、酸素混合ガスライン５０の第１分岐ライン５１も、複数のライン５１ａ，５１ｂ，５１ｃに分岐して、上記複数のライン６１ａ，６１ｂ，６１ｃにそれぞれ接続する。ライン５１ａ，６１ａには、混合比変更部８１ａのダンパが設けられ、乾燥火格子部３３１の下方から焼却炉３内に供給される、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比が変更可能である。ライン５１ｂ，６１ｂには、混合比変更部８１ｂのダンパが設けられ、燃焼火格子部３３２の下方から焼却炉３内に供給される、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比が変更可能である。ライン５１ｃ，６１ｃには、混合比変更部８１ｃのダンパが設けられ、後燃焼火格子部３３３の下方から焼却炉３内に供給される、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比が変更可能である。
【0060】
図３の例においても、注目量（例えば、ボイラ発生蒸気量）の測定値が所定の目標値に近づくように、制御部１０により混合比変更部８１ａ～８１ｃが個別に制御される。これにより、注目量を目標値に精度よく近づけることが可能となる。好ましくは、各火格子部３３１～３３３の下方から焼却炉３内に供給されるガスの流量が略一定である。これにより、焼却炉３から排出される排ガス量の変動を抑制することができ、誘引通風機４６の消費電力を低減することができる。なお、火格子部３３１～３３３と同様に、二次燃焼室３４における複数のノズル３４１に対して複数の混合比変更部がそれぞれ設けられ、各ノズル３４１から焼却炉３内に供給される、再循環排ガスと高濃度酸素ガスとの混合比が個別に変更可能とされてもよい。一次燃焼室３３において複数のノズル３３６が設けられる場合も同様である。
【0061】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るごみ焼却設備１を示すブロック図である。図４のごみ焼却設備１では、ごみピット２と酸素混合部５とが、ガス流路である抜き出しガスライン２１により接続される。ごみピット２内のガスは抜き出しガスとして抜き出され、抜き出しガスライン２１を介して酸素混合部５に供給される。他の構成は、図１のごみ焼却設備１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
図４は、本発明の第２実施形態に係るごみ焼却設備１を示すブロック図である。図４のごみ焼却設備１では、ごみピット２と酸素混合部５とが、ガス流路である抜き出しガスライン２１により接続される。ごみピット２内のガスは抜き出しガスとして抜き出され、抜き出しガスライン２１を介して酸素混合部５に供給される。他の構成は、図１のごみ焼却設備１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
【0062】
抜き出しガスライン２１には、ごみピット２から酸素混合部５に向かって順にファン２１２および脱臭装置７２が設けられる。ファン２１２および脱臭装置７２の順序は逆であってもよい。酸素混合部５には、脱臭装置７２の活性炭層等により脱臭された抜き出しガスが供給され、当該抜き出しガスから酸素を濃縮することにより高濃度酸素ガスが生成される。高濃度酸素ガスは、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスに酸素混合ガスライン５０を介して混合され、焼却炉３に供給される。酸素混合部５における酸素濃縮後の残りのガス（主として、窒素ガス）は、ごみ焼却設備１の外部に排出される。酸素混合部５では、抜き出しガスのみでは必要な量の高濃度酸素ガスを生成することができない場合等、必要に応じて、周囲の空気が取り込まれてもよい。
【0063】
以上のように、図４の酸素混合部５では、ごみピット２内のガスを抜き出しガスとして抜き出す抜き出しガスライン２１が設けられ、ごみピット２内の負圧が適切に維持される。これにより、ごみピット２内の臭気の外部への漏出が抑制される。また、当該抜き出しガスから高濃度酸素ガスが生成され、再循環排ガスに混合されて焼却炉３における燃焼用ガスとして利用される。これにより、排ガス流路４から取り出す再循環排ガスの量を多くし、煙突４７から排出される排ガス量を低減することができる。
【0064】
また、焼却炉３内にガス管を介して供給される燃焼用ガスのおよそ全てが、高濃度酸素ガスが混合された再循環排ガスであることにより、煙突４７から排出される排ガス量を大幅に低減することが可能となる。さらに、注目量の測定値が所定の目標値に近づくように、制御部１０により混合比変更部８１～８３が制御される（図２参照）。これにより、焼却炉３から排出される排ガス量の変動を抑制することができ、その結果、誘引通風機４６の消費電力を低減しつつ、注目量を目標値に容易に近づけることが可能となる。後述の第３および第４実施形態のごみ焼却設備１において同様である。
【0065】
脱臭装置７２は、必ずしも抜き出しガスライン２１に設けられる必要はなく、図５に示すように、酸素混合部５から外部へと向かう排出経路上に設けられてもよい。図５の酸素混合部５では、抜き出しガス（および空気）に含まれる酸素を濃縮して高濃度酸素ガスが生成され、再循環排ガスに混合される。一方、抜き出しガスの残りのガス、すなわち、酸素濃縮後の残りのガスは、脱臭装置７２を介して外部に排出される。図５の構成では、脱臭装置７２を流れるガスの流量が、図４の構成に比べて少なくなる。これにより、小型の脱臭装置７２を利用することができ、ごみ焼却設備１の製造コストを削減することができる。
【0066】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係るごみ焼却設備１を示すブロック図である。図６のごみ焼却設備１では、図１のごみ焼却設備１における酸素混合部５に代えて酸素富化装置５ａが設けられる。酸素富化装置５ａは、排ガス流路４において二酸化炭素回収装置４４と排ガス再加熱器４５との間に配置される。酸素富化装置５ａは、酸素混合ガスライン５０を介して再循環排ガスライン６に接続される。酸素富化装置５ａには、抜き出しガスライン２１がさらに接続される。排ガス流路４および再循環排ガスライン６には、ガスガス熱交換器７１が設けられる。他の構成は、図１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
図６は、本発明の第３実施形態に係るごみ焼却設備１を示すブロック図である。図６のごみ焼却設備１では、図１のごみ焼却設備１における酸素混合部５に代えて酸素富化装置５ａが設けられる。酸素富化装置５ａは、排ガス流路４において二酸化炭素回収装置４４と排ガス再加熱器４５との間に配置される。酸素富化装置５ａは、酸素混合ガスライン５０を介して再循環排ガスライン６に接続される。酸素富化装置５ａには、抜き出しガスライン２１がさらに接続される。排ガス流路４および再循環排ガスライン６には、ガスガス熱交換器７１が設けられる。他の構成は、図１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
【0067】
ガスガス熱交換器７１では、排ガス流路４において集じん器４２から湿式洗煙塔４３に向かう排ガスと、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスとの間で熱交換が行われる。これにより、湿式洗煙塔４３よりも下流側に取出位置Ｐ１が設けられたごみ焼却設備１において、湿式洗煙塔４３にて温度が低下した再循環排ガスを効率よく加熱することが可能となる。他のごみ焼却設備１において、ガスガス熱交換器７１が用いられてもよい。図６の例では、再循環排ガスライン６における予熱器を省略しているが、必要に応じて予熱器が設けられてもよい。また、ガスガス熱交換器７１に代えて予熱器が設けられてもよい。ガスガス熱交換器７１を設けない場合には、取出位置Ｐ１が集じん器４２と湿式洗煙塔４３との間に設けられてもよい。
【0068】
図６の酸素富化装置５ａには、二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスが供給される。抜き出しガスライン２１では、ファン２１２により、ごみピット２から抜き出しガスが抜き出され、脱臭装置７２を介して酸素富化装置５ａに供給される。外部からの空気が、必要に応じて酸素富化装置５ａに供給されてもよい。酸素富化装置５ａは、これらのガスから酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを生成する装置であり、例えば、上述の酸素混合部５と同様にＰＳＡ式の装置である。本実施の形態では、酸素富化装置５ａは、これらのガスから窒素（Ｎ２）ガスを吸着分離して排ガス再加熱器４５へと導く。また、残りのガス（主として、酸素（Ｏ２）ガスおよび二酸化炭素（ＣＯ２）ガス）を、酸素混合ガスライン５０を介して再循環排ガスライン６に導き、再循環排ガスに混合する。再循環排ガスに混合されるガスは、空気よりも酸素濃度が高い高濃度酸素ガスであり、焼却炉３における燃焼用ガス（燃焼用酸化剤）として利用される。排ガス再加熱器４５へと導かれたガス（主として、窒素ガス）は、誘引通風機４６を介して煙突４７に導かれ、大気に放出される。なお、酸素富化装置５ａでは、酸素が吸着する吸着剤が用いられてもよい。上述の酸素混合部５において同様である。
【0069】
以上のように、図６のごみ焼却設備１では、酸素富化装置５ａが排ガス流路４に設けられる。酸素富化装置５ａは、酸素混合部であり、二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスおよびごみピット２からの抜き出しガスなどから酸素濃度が高い高濃度酸素ガスを生成し、残りの二酸化炭素とともに再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスに混合する。これにより、二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスに含まれる二酸化炭素の排出量を低減することができる。
【0070】
また、ごみピット２内のガスを抜き出しガスとして抜き出す抜き出しガスライン２１が設けられ、ごみピット２内の負圧が適切に維持される。そして、酸素富化装置５ａが、当該抜き出しガスから高濃度酸素ガスを生成し、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスに混合する。これにより、抜き出しガスをそのまま再循環排ガスに混合する、または、そのまま焼却炉３内に供給する場合等に比べて、排ガス流路４から取り出す再循環排ガスの量を多くすることができる。
【0071】
ごみ焼却設備１では、排ガス流路４において集じん器４２と、再循環排ガスの取出位置Ｐ１との間に湿式洗煙塔４３が設けられる。ガスガス熱交換器７１では、排ガス流路４における湿式洗煙塔４３よりも上流側の排ガスと、再循環排ガスライン６を流れる再循環排ガスとの熱交換により、再循環排ガスが加熱される。このように、排ガスの一部が取り出された再循環排ガス（すなわち、排ガス流路４の排ガスよりも流量が少ないガス）を、排ガス流路４を流れる高温の排ガスにより加熱することにより、再循環排ガスの温度を効率よく上昇させることができる。
【0072】
図６のごみ焼却設備１において、二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスの酸素含有量等によっては、当該排ガスが酸素富化装置５ａに供給されなくてもよい。この場合、酸素富化装置５ａでは、ごみピット２からの抜き出しガス、および、外部の空気から高濃度酸素ガスが取り出され、再循環排ガスに混合される。一方、高濃度酸素ガス以外のガス（主として、窒素ガス）は排ガス再加熱器４５に排出される。また、二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスは、例えば、酸素富化装置５ａを通過することなく、酸素富化装置５ａの下流側に導かれ、酸素富化装置５ａから排出されるガス（窒素ガス等）に混合される。
【0073】
図７に示すように、脱臭装置７２が酸素富化装置５ａと排ガス再加熱器４５との間に配置されてもよい。この場合、酸素富化装置５ａにおける酸素濃縮後の残りのガスは、脱臭装置７２を通過した後、煙突４７から外部に排出される。また、二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスは、例えば、酸素富化装置５ａおよび脱臭装置７２を通過することなく、脱臭装置７２の下流側に導かれ、脱臭装置７２から排出されるガス（窒素ガス等）に混合されてもよい。なお、ごみ焼却設備１の構成によっては、脱臭装置７２が省略されてもよい。また、抜き出しガスが、酸素富化装置５ａに供給されなくてもよい。
【0074】
（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係るごみ焼却設備１を示すブロック図である。図８のごみ焼却設備１では、図１のごみ焼却設備１における二酸化炭素回収装置４４に代えて、二酸化炭素利用装置４４ａが設けられるとともに、排ガス再加熱器４５、誘引通風機４６および煙突４７が省略される。他の構成は、図１のごみ焼却設備１と同様である。
図８は、本発明の第４実施形態に係るごみ焼却設備１を示すブロック図である。図８のごみ焼却設備１では、図１のごみ焼却設備１における二酸化炭素回収装置４４に代えて、二酸化炭素利用装置４４ａが設けられるとともに、排ガス再加熱器４５、誘引通風機４６および煙突４７が省略される。他の構成は、図１のごみ焼却設備１と同様である。
【0075】
図８に示すように、二酸化炭素利用装置４４ａは、排ガス流路４において取出位置Ｐ１よりも下流側に設けられる。二酸化炭素利用装置４４ａは、排ガスを利用して所定の生成物を生成する装置である。一例では、メタネーションにより排ガスからメタンガス等が生成される。他の例では、鉱物化（ミネラル化）により排ガスから固体炭酸塩が生成される。なお、排ガスに含まれる二酸化炭素以外の成分も、当該生成物に含まれてよい。二酸化炭素利用装置４４ａを設けたごみ焼却設備１では、大気への排ガスの排出を大幅に削減することが可能となる。他のごみ焼却設備１において、図８と同様に、二酸化炭素回収装置４４に代えて二酸化炭素利用装置４４ａが設けられてもよい。また、二酸化炭素回収装置４４および二酸化炭素利用装置４４ａの双方が設けられてもよい。この場合、例えば、二酸化炭素回収装置４４にて回収された二酸化炭素を利用して、二酸化炭素利用装置４４ａにて所定の生成物が生成される。
【0076】
上記ごみ焼却設備１では様々な変形が可能である。
【0077】
上記実施形態では、外部から焼却炉３内に空気はほとんど供給されないが、ごみ焼却設備１の設計によっては、燃焼用ガス（酸素を含むガス）の一部として、空気が焼却炉３内にガス管を介して供給されてもよい。この場合に、排ガス量を十分に低減するには、焼却炉３内にガス管を介して供給される燃焼用ガスの主ガスが、高濃度酸素ガスが混合された再循環排ガスであることが好ましい。燃焼用ガスの主ガスとは、例えば、当該燃焼用ガスの５０体積％以上のガスである。このように、燃焼用ガスの一部として、空気が焼却炉３内にガス管を介して供給される場合でも、当該空気は、当該燃焼用ガスの５０体積％未満であることが好ましい。当該空気は、より好ましくは３５体積％未満であり、さらに好ましくは２０体積％未満である。
【0078】
上記実施形態では、再循環排ガスライン６が、焼却炉３の一次燃焼室３３および二次燃焼室３４に接続され、高濃度酸素ガスが混合された再循環排ガスが、一次燃焼用ガスおよび二次燃焼用ガスとして利用されるが、再循環排ガスライン６が、一次燃焼室３３または二次燃焼室３４のみに接続されてもよい。
【0079】
二酸化炭素回収装置４４を通過した排ガスの酸素濃度が空気よりも十分に高い場合には、当該排ガスが高濃度酸素ガスとして再循環排ガスに混合されてもよい。この場合、二酸化炭素回収装置４４が、酸素混合部として捉えられる。
【0080】
焼却炉３は、ストーカ式の焼却炉以外の焼却炉（例えば、流動床炉、キルン炉等）であってもよい。ごみ焼却設備１は、ごみ以外の一般廃棄物や、産業廃棄物を焼却する廃棄物焼却設備として利用されてよい。
【0081】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【0082】
１ ごみ焼却設備
２ ごみピット
３ 焼却炉
４ 排ガス流路
５ 酸素混合部
５ａ 酸素富化装置
６ 再循環排ガスライン
１０ 制御部
２１ 抜き出しガスライン
３３ 一次燃焼室
３４ 二次燃焼室
３６ 蒸気量測定部
３７ 酸素濃度測定部
３８ 炉内温度測定部
４２ 集じん器
４４ 二酸化炭素回収装置
８１～８３，８１ａ～８１ｃ 混合比変更部
３３１～３３３ 火格子部
３３５ 天井部
３３６，３４１ ノズル
Ｐ１ 取出位置
２ ごみピット
３ 焼却炉
４ 排ガス流路
５ 酸素混合部
５ａ 酸素富化装置
６ 再循環排ガスライン
１０ 制御部
２１ 抜き出しガスライン
３３ 一次燃焼室
３４ 二次燃焼室
３６ 蒸気量測定部
３７ 酸素濃度測定部
３８ 炉内温度測定部
４２ 集じん器
４４ 二酸化炭素回収装置
８１～８３，８１ａ～８１ｃ 混合比変更部
３３１～３３３ 火格子部
３３５ 天井部
３３６，３４１ ノズル
Ｐ１ 取出位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】