(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】P2024113309
(43)【公開日】2024-08-22
(54)【発明の名称】廃棄物焼却設備
(51)【国際特許分類】
F23G 5/50 20060101AFI20240815BHJP
F23G 5/00 20060101ALI20240815BHJP
F23J 15/00 20060101ALI20240815BHJP
F23L 7/00 20060101ALI20240815BHJP
F23C 9/06 20060101ALI20240815BHJP
B01D 53/50 20060101ALI20240815BHJP
B01D 53/68 20060101ALI20240815BHJP
B01D 53/78 20060101ALI20240815BHJP
B01D 53/14 20060101ALI20240815BHJP
【ＦＩ】
F23G5/50 H
F23G5/00 C ZAB
F23G5/50 N
F23J15/00 A
F23L7/00 B
F23C9/06
B01D53/50 200
B01D53/68 120
B01D53/78
B01D53/14 200
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023018196
(22)【出願日】2023-02-09
(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】泉澤 由弥
(72)【発明者】
【氏名】大島 翼
(72)【発明者】
【氏名】石破 滉也
【テーマコード（参考）】
3K062
3K070
3K091
4D002
4D020
【Ｆターム（参考）】
3K062AA01
3K062AB01
3K062AC01
3K062BA02
3K062CB03
3K062CB08
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3K062DA24
3K062DA25
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3K070DA02
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3K070DA60
3K091AA01
3K091BB06
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3K091GA44
4D002AA02
4D002AA09
4D002AA19
4D002AC04
4D002BA02
4D002BA12
4D002BA14
4D002CA01
4D002DA02
4D002DA12
4D002DA31
4D002DA35
4D002EA02
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4D002GA02
4D002GA03
4D002GB02
4D002GB20
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4D020BA23
4D020BB03
4D020BC01
4D020CB25
4D020CD02
4D020DA01
4D020DA02
4D020DB03
4D020DB20
(57)【要約】
【課題】排ガス中のＮＯｘ濃度を低減する。
【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ライン５２により再循環排ガスとして取り出して焼却炉３内に供給する排ガス再循環部５と、再循環排ガスライン５２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６と、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスの二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部２１，２２とを備える。焼却炉３内に供給される再循環排ガスは、焼却炉３内において廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、焼却炉３内に供給される再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、濃度測定部２１，２２による測定値から導かれる。制御部は、焼却炉３においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に濃度関連値が収まるように、酸素混合部６による高濃度酸素ガスの混合量を制御する。
【選択図】図１
【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ライン５２により再循環排ガスとして取り出して焼却炉３内に供給する排ガス再循環部５と、再循環排ガスライン５２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６と、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスの二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部２１，２２とを備える。焼却炉３内に供給される再循環排ガスは、焼却炉３内において廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、焼却炉３内に供給される再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、濃度測定部２１，２２による測定値から導かれる。制御部は、焼却炉３においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に濃度関連値が収まるように、酸素混合部６による高濃度酸素ガスの混合量を制御する。
【選択図】図１
【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ける前記集じん器よりも下流側の取出位置と前記焼却炉とを接続する再循環排ガスラインを有し、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を前記再循環排ガスラインにより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排ガス再循環部と、
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、
前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスの少なくとも二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部と、
前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスが、前記焼却炉内において前記廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、前記濃度測定部による測定値から導かれ、前記焼却炉においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に前記濃度関連値が収まるように、前記酸素混合部による前記高濃度酸素ガスの混合量を制御する制御部と、
を備え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ける前記集じん器よりも下流側の取出位置と前記焼却炉とを接続する再循環排ガスラインを有し、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を前記再循環排ガスラインにより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排ガス再循環部と、
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、
前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスの少なくとも二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部と、
前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスが、前記焼却炉内において前記廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、前記濃度測定部による測定値から導かれ、前記焼却炉においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に前記濃度関連値が収まるように、前記酸素混合部による前記高濃度酸素ガスの混合量を制御する制御部と、
を備え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、
前記排ガス流路において前記集じん器と前記取出位置との間に配置され、前記再循環排ガスに含まれる水分量を一定にする湿式洗煙塔をさらに備え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集じん器と前記取出位置との間に配置され、前記再循環排ガスに含まれる水分量を一定にする湿式洗煙塔をさらに備え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、前記再循環排ガスよりも窒素濃度が高い高濃度窒素ガスを混合する窒素混合部をさらに備え、
前記制御部が、前記濃度関連値が前記設定範囲内に収まるように、前記窒素混合部による前記高濃度窒素ガスの混合量を制御することを特徴とする廃棄物焼却設備。
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、前記再循環排ガスよりも窒素濃度が高い高濃度窒素ガスを混合する窒素混合部をさらに備え、
前記制御部が、前記濃度関連値が前記設定範囲内に収まるように、前記窒素混合部による前記高濃度窒素ガスの混合量を制御することを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項4】
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ける前記集じん器よりも下流側の取出位置と前記焼却炉とを接続する再循環排ガスラインを有し、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を前記再循環排ガスラインにより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排ガス再循環部と、
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、前記再循環排ガスよりも窒素濃度が高い高濃度窒素ガスを混合する窒素混合部と、
前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスの少なくとも二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部と、
前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスが、前記焼却炉内において前記廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、前記濃度測定部による測定値から導かれ、前記焼却炉においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に前記濃度関連値が収まるように、前記窒素混合部による前記高濃度窒素ガスの混合量を制御する制御部と、
を備え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ける前記集じん器よりも下流側の取出位置と前記焼却炉とを接続する再循環排ガスラインを有し、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を前記再循環排ガスラインにより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排ガス再循環部と、
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、前記再循環排ガスよりも窒素濃度が高い高濃度窒素ガスを混合する窒素混合部と、
前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスの少なくとも二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部と、
前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスが、前記焼却炉内において前記廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、前記濃度測定部による測定値から導かれ、前記焼却炉においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に前記濃度関連値が収まるように、前記窒素混合部による前記高濃度窒素ガスの混合量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項5】
請求項３または４に記載の廃棄物焼却設備であって、
前記酸素混合部が、空気から酸素を抽出することにより前記高濃度酸素ガスを生成する酸素生成部を備え、
前記高濃度窒素ガスが、前記酸素生成部から排出される、酸素抽出後の空気を含むことを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記酸素混合部が、空気から酸素を抽出することにより前記高濃度酸素ガスを生成する酸素生成部を備え、
前記高濃度窒素ガスが、前記酸素生成部から排出される、酸素抽出後の空気を含むことを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項6】
請求項３または４に記載の廃棄物焼却設備であって、
前記再循環排ガスラインが、前記焼却炉の一次燃焼室に接続される一次燃焼用ガスラインと、前記焼却炉の二次燃焼室に接続される二次燃焼用ガスラインとに分岐しており、
前記窒素混合部が、
前記一次燃焼用ガスラインに前記高濃度窒素ガスを供給する第１窒素供給部と、
前記二次燃焼用ガスラインに前記高濃度窒素ガスを供給する第２窒素供給部と、
を備えることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記再循環排ガスラインが、前記焼却炉の一次燃焼室に接続される一次燃焼用ガスラインと、前記焼却炉の二次燃焼室に接続される二次燃焼用ガスラインとに分岐しており、
前記窒素混合部が、
前記一次燃焼用ガスラインに前記高濃度窒素ガスを供給する第１窒素供給部と、
前記二次燃焼用ガスラインに前記高濃度窒素ガスを供給する第２窒素供給部と、
を備え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、
前記焼却炉から排出される前記排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定部をさらに備え、
前記制御部が、前記ＮＯｘ濃度測定部による測定値が所定値以上となる場合に、前記排ガス再循環部による前記再循環排ガスの流量を、前記測定値が前記所定値未満である場合よりも増加させることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記焼却炉から排出される前記排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定部をさらに備え、
前記制御部が、前記ＮＯｘ濃度測定部による測定値が所定値以上となる場合に、前記排ガス再循環部による前記再循環排ガスの流量を、前記測定値が前記所定値未満である場合よりも増加させることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項8】
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、
前記焼却炉から排出される前記排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定部をさらに備え、
前記制御部による前記混合量の制御が、前記ＮＯｘ濃度測定部による測定値が所定値以上となる場合に実行されることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記焼却炉から排出される前記排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定部をさらに備え、
前記制御部による前記混合量の制御が、前記ＮＯｘ濃度測定部による測定値が所定値以上となる場合に実行されることを特徴とする廃棄物焼却設備。
【請求項9】
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、
前記再循環排ガスラインが、前記焼却炉の一次燃焼室に接続される一次燃焼用ガスラインと、前記焼却炉の二次燃焼室に接続される二次燃焼用ガスラインとに分岐しており、
前記酸素混合部が、
前記一次燃焼用ガスラインに前記高濃度酸素ガスを供給する第１酸素供給部と、
前記二次燃焼用ガスラインに前記高濃度酸素ガスを供給する第２酸素供給部と、
を備えることを特徴とする廃棄物焼却設備。
前記再循環排ガスラインが、前記焼却炉の一次燃焼室に接続される一次燃焼用ガスラインと、前記焼却炉の二次燃焼室に接続される二次燃焼用ガスラインとに分岐しており、
前記酸素混合部が、
前記一次燃焼用ガスラインに前記高濃度酸素ガスを供給する第１酸素供給部と、
前記二次燃焼用ガスラインに前記高濃度酸素ガスを供給する第２酸素供給部と、
を備え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、排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減する様々な廃棄物焼却設備が提案されている。例えば、特許文献１および２の焼却炉では、空気からＮ２（窒素）を分離して得られるＯ２（酸素）により都市ゴミを焼却することにより、ＮＯｘ生成が抑制される。特許文献２の焼却炉では、さらに、排ガス中の残存Ｏ２濃度が所定濃度以下となるように、焼却炉への燃料の供給割合が設定される。特許文献３の燃焼装置では、被燃焼物が投入されるストーカ下方より、Ｏ２量が不足した一次空気を導入し、還元雰囲気を作ることにより、ＮＯｘの発生が防がれる。
【0003】
特許文献４では、排ガスのＮＯｘ濃度を計測し、計測されたＮＯｘ濃度が予め定められた設定範囲から外れたとき、排ガスのＯ２濃度の目標値または目標範囲を増減補正する燃焼制御方法について記載されている。特許文献５では、燃焼状態の大幅な変動に対しても適正範囲内においてＮＯｘ，ＣＯ濃度のバランスを取る手法が開示されている。当該手法では、Ｏ２濃度の制御範囲内において一定の許容変動幅を持った適正範囲が設定され、適正範囲内にＯ２濃度を維持するように、Ｏ２濃度を指標として空気流量が制御されるとともに、ＮＯｘ，ＣＯ濃度を指標としてＯ２濃度の適正範囲がシフトされる。
【0004】
なお、非特許文献１では、石炭のＯ２燃焼において、ＣＯ２ガス濃度が高くなるに従ってＮＯｘ転換率が減少することが開示されている。非特許文献２では、一次ガスに加えて、二次ガスの吹き込みが可能な実験装置において、ＣＯ２濃度を一次ガス、二次ガス共に７０％、６０％と変化させつつ、一次ガスより流入させたＮＨ３のＮＯへの転換率と、二次ガスより流入させたＮＯの還元率とを求める実験について記載されている。当該実験結果によれば、一次ＮＯの転換率はＣＯ２濃度による差異は見られないが、二次ガスに流入させたＮＯの還元率はＣＯ２濃度の影響を強く受け、ＣＯ２濃度が７０％と６０％の条件を比較すると、ＣＯ２濃度が６０％の条件の方が二次ＮＯ還元率が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平５－１２６３２４号公報
【特許文献2】特開平１０－９５３８号公報
【特許文献3】特開２００１－２４１６２９号公報
【特許文献4】特許第３９０２４５４号公報
【特許文献5】特開平１１－７２２１５号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】氣駕尚志、他３名、「ニアゼロエミッション石炭火力に向けて―微粉炭酸素燃焼技術の開発と実証試験―」、日本燃焼学会誌、２０１１年、第５３巻、１６６号、２３０－２３７頁
【非特許文献2】丸毛孝、他３名、「石炭酸素燃焼における再循環ＮＯｘの還元メカニズムの解明」、第４８回燃焼シンポジウム講演論文集、２０１０年、５９０－５９１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
近年、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。また、高濃度Ｏ２ガスを再循環排ガスに混合して燃焼用ガスとして利用する場合には、焼却炉内をＣＯ２（二酸化炭素）濃度を高い雰囲気とし、排気中のＣＯ２濃度も高くすることが可能となり、効率よく二酸化炭素を分離することができる。一方、このような廃棄物焼却設備においても、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することが求められている。
【0008】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高濃度Ｏ２ガスを再循環排ガスに混合して燃焼用ガスとして利用する廃棄物焼却設備において、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の態様１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ける前記集じん器よりも下流側の取出位置と前記焼却炉とを接続する再循環排ガスラインを有し、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を前記再循環排ガスラインにより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排ガス再循環部と、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、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスの少なくとも二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部と、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスが、前記焼却炉内において前記廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、前記濃度測定部による測定値から導かれ、前記焼却炉においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に前記濃度関連値が収まるように、前記酸素混合部による前記高濃度酸素ガスの混合量を制御する制御部とを備える。
【0010】
本発明の態様２は、態様１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集じん器と前記取出位置との間に配置され、前記再循環排ガスに含まれる水分量を一定にする湿式洗煙塔をさらに備える。
【0011】
本発明の態様３は、態様１（態様１または２であってもよい。）の廃棄物焼却設備であって、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、前記再循環排ガスよりも窒素濃度が高い高濃度窒素ガスを混合する窒素混合部をさらに備え、前記制御部が、前記濃度関連値が前記設定範囲内に収まるように、前記窒素混合部による前記高濃度窒素ガスの混合量を制御する。
【0012】
本発明の態様４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ける前記集じん器よりも下流側の取出位置と前記焼却炉とを接続する再循環排ガスラインを有し、前記排ガス流路を流れる前記排ガスの一部を前記再循環排ガスラインにより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排ガス再循環部と、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、前記再循環排ガスよりも窒素濃度が高い高濃度窒素ガスを混合する窒素混合部と、前記再循環排ガスラインを流れる前記再循環排ガスの少なくとも二酸化炭素濃度を測定する濃度測定部と、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスが、前記焼却炉内において前記廃棄物の焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、前記焼却炉内に供給される前記再循環排ガスの二酸化炭素濃度に関する濃度関連値が、前記濃度測定部による測定値から導かれ、前記焼却炉においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に前記濃度関連値が収まるように、前記窒素混合部による前記高濃度窒素ガスの混合量を制御する制御部とを備える。
【0013】
本発明の態様５は、態様３または４の廃棄物焼却設備であって、前記酸素混合部が、空気から酸素を抽出することにより前記高濃度酸素ガスを生成する酸素生成部を備え、前記高濃度窒素ガスが、前記酸素生成部から排出される、酸素抽出後の空気を含む。
【0014】
本発明の態様６は、態様３または４（態様３ないし５のいずれか１つであってもよい。）の廃棄物焼却設備であって、前記再循環排ガスラインが、前記焼却炉の一次燃焼室に接続される一次燃焼用ガスラインと、前記焼却炉の二次燃焼室に接続される二次燃焼用ガスラインとに分岐しており、前記窒素混合部が、前記一次燃焼用ガスラインに前記高濃度窒素ガスを供給する第１窒素供給部と、前記二次燃焼用ガスラインに前記高濃度窒素ガスを供給する第２窒素供給部とを備える。
【0015】
本発明の態様７は、態様１ないし４のいずれか１つ（態様１ないし６のいずれか１つであってもよい。）の廃棄物焼却設備であって、前記焼却炉から排出される前記排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定部をさらに備え、前記制御部が、前記ＮＯｘ濃度測定部による測定値が所定値以上となる場合に、前記排ガス再循環部による前記再循環排ガスの流量を、前記測定値が前記所定値未満である場合よりも増加させる。
【0016】
本発明の態様８は、態様１ないし４のいずれか１つ（態様１ないし７のいずれか１つであってもよい。）の廃棄物焼却設備であって、前記焼却炉から排出される前記排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定部をさらに備え、前記制御部による前記混合量の制御が、前記ＮＯｘ濃度測定部による測定値が所定値以上となる場合に実行される。
【0017】
本発明の態様９は、態様１ないし４のいずれか１つ（態様１ないし８のいずれか１つであってもよい。）の廃棄物焼却設備であって、前記再循環排ガスラインが、前記焼却炉の一次燃焼室に接続される一次燃焼用ガスラインと、前記焼却炉の二次燃焼室に接続される二次燃焼用ガスラインとに分岐しており、前記酸素混合部が、前記一次燃焼用ガスラインに前記高濃度酸素ガスを供給する第１酸素供給部と、前記二次燃焼用ガスラインに前記高濃度酸素ガスを供給する第２酸素供給部とを備える。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
図１は、本発明の一の実施の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、焼却炉３と、排ガス流路４とを備える。焼却炉３は、廃棄物であるごみを焼却する。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の直後の矢印のみに符号４を付している。
【0021】
図２は、焼却炉３の構成を示す図であり、焼却炉３に接続される他の構成も図示している。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、図示省略のごみピット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。
【0022】
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。なお、焼却炉３では、後燃焼火格子部３３３の上方を覆う天井部等にノズルが設けられ、当該ノズルから一次燃焼室３３内を撹拌するガスが噴出されてもよい。
【0023】
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、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、ボイラ管群が設けられる領域に符号４１を付している。ボイラ管群４１は、排ガスを熱源として蒸気を生成する。
【0024】
図１に示すように、ごみ焼却設備１は、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、排ガス分配部５１と、ＣＯ２（二酸化炭素）回収装置４５と、誘引通風機４６と、煙突４７とをさらに備える。集じん器４２、湿式洗煙塔４３、排ガス分配部５１、ＣＯ２回収装置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。
【0025】
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は、バグフィルタ以外であってもよい。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。
【0026】
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℃の略一定温度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。既述のように、湿式洗煙塔４３を通過した排ガスの温度は略一定であり、排ガスに含まれる水分量（単位体積当たりの水分量）も、当該温度における飽和水蒸気量にて略一定となる。排ガス分配部５１は、排ガス流路４を流れる排ガスの一部を後述の再循環排ガスライン５２に導く。排ガス分配部５１の詳細については後述する。
【0027】
ＣＯ２回収装置４５は、排ガス分配部５１を通過した排ガス（排ガス流路４を流れる排ガス）からＣＯ２を回収する。ＣＯ２回収装置４５の一例は、化学吸収法によりＣＯ２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、ＣＯ２が当該液体に吸収される。すなわち、排ガスからＣＯ２が除去される。ＣＯ２を吸収した液体は、再生塔に送られて加熱され、ＣＯ２が取り出されて回収される。回収されたＣＯ２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））。後述するように、ごみ焼却設備１では、排ガス中のＣＯ２濃度が高くなっているため、ＣＯ２を効率よく回収することが可能である。ＣＯ２回収装置４５は、化学吸収法以外の方式によりＣＯ２を回収するものであってもよい。
【0028】
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。
【0029】
ごみ焼却設備１は、排ガス再循環部５と、酸素混合部６と、窒素混合部７とをさらに備える。排ガス再循環部５は、既述の排ガス分配部５１と、再循環排ガスライン５２とを備える。再循環排ガスライン５２は、ガス流路であり、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に一端が接続される。図１の例では、取出位置は、排ガス分配部５１のブロックの位置である。再循環排ガスライン５２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。好ましい再循環排ガスライン５２では、ファンが設けられており、当該ファンにより取出位置から離れる方向に向かう再循環排ガスの流れが形成される。排ガス流路４において、ＣＯ２回収装置４５は取出位置よりも下流側に設けられ、湿式洗煙塔４３は取出位置よりも上流側に設けられるため、取出位置から取り出された再循環排ガスは、高いＣＯ２濃度、および、略一定の水分濃度（水分量）を有する。なお、ごみ焼却設備１の設計によっては、取出位置が集じん器４２と湿式洗煙塔４３との間に設けられてもよい。
【0030】
再循環排ガスライン５２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２の例では、再循環排ガスライン５２は、一次燃焼用ガスライン５２１と、二次燃焼用ガスライン５２２とに分岐する。一次燃焼用ガスライン５２１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。二次燃焼用ガスライン５２２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。後述するように、焼却炉３内に供給される再循環排ガスは、燃焼用ガスとして利用される。
【0031】
図１の排ガス分配部５１は、例えば、第１ダンパと、第２ダンパとを備える。第１ダンパは、排ガス流路４において取出位置の下流側近傍に配置される。第２ダンパは、再循環排ガスライン５２において取出位置近傍に配置される。排ガス分配部５１が、第１および第２ダンパの開度を調整することにより、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスの流量が変更可能である。再循環排ガスの流量は、第１および第２ダンパの開度により特定可能である。再循環排ガスライン５２において、再循環排ガスの流量を測定する流量計が設けられてもよい。
【0032】
酸素混合部６は、酸素生成部６０と、第１酸素供給部６１と、第２酸素供給部６２とを備える。酸素生成部６０は、空気からＯ２（酸素）を抽出することにより、空気よりもＯ２濃度が高い高濃度Ｏ２ガスを生成する。高濃度Ｏ２ガスのＯ２濃度は、例えば、５０％（体積％である。以下同様。）以上であり、好ましくは、６５％以上であり、より好ましくは、８０％以上であり、さらに好ましくは、１００％である。酸素生成部６０は、例えば、ＰＳＡ式の酸素ガス発生装置である。
【0033】
第１酸素供給部６１および第２酸素供給部６２には、酸素生成部６０から高濃度Ｏ２ガスが供給される。第１酸素供給部６１は、一次燃焼用ガスライン５２１に接続され、一次燃焼用ガスライン５２１を流れる再循環排ガスに高濃度Ｏ２ガスを供給する。第２酸素供給部６２は、二次燃焼用ガスライン５２２に接続され、二次燃焼用ガスライン５２２を流れる再循環排ガスに高濃度Ｏ２ガスを供給する。第１酸素供給部６１および第２酸素供給部６２のそれぞれでは、例えば、ダンパが設けられ、ダンパの開度を調整することにより、再循環排ガスに対する高濃度Ｏ２ガスの混合量が変更可能である。高濃度Ｏ２ガスの混合量は、ダンパの開度により特定可能である。高濃度Ｏ２ガスの流量を測定する流量計が設けられてもよい。
【0034】
一次燃焼用ガスライン５２１を流れる再循環排ガスと、第１酸素供給部６１から供給される高濃度Ｏ２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、取出位置における排ガスよりもＯ２濃度が高い、または、当該排ガスとＯ２濃度が同じガスであり、一次燃焼室３３におけるごみの燃焼に利用される。二次燃焼用ガスライン５２２を流れる再循環排ガスと、第２酸素供給部６２から供給される高濃度Ｏ２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、取出位置における排ガスよりもＯ２濃度が高い、または、当該排ガスとＯ２濃度が同じガスであり、二次燃焼室３４における未燃ガスの燃焼に利用される。一次燃焼用ガスライン５２１および二次燃焼用ガスライン５２２のそれぞれでは、例えば、ダンパの開度を調整することにより、燃焼用ガスの流量が調整可能である。燃焼用ガスの流量は、ダンパの開度により特定可能である。
【0035】
窒素混合部７は、窒素ガス貯留部７０と、第１窒素供給部７１と、第２窒素供給部７２とを備える。窒素ガス貯留部７０は、ボンベ等のガス容器であり、酸素生成部６０に接続される。窒素ガス貯留部７０では、酸素生成部６０から排出されるＯ２抽出後の空気が貯留される。Ｏ２抽出後の空気は、取出位置から取り出される再循環排ガスよりもＮ２（窒素）濃度が高いガスであり、以下、このようなガスを「高濃度Ｎ２ガス」という。高濃度Ｎ２ガスのＮ２濃度は、例えば、５０％以上であり、好ましくは、７０％以上であり、より好ましくは、９０％以上である。
【0036】
第１窒素供給部７１および第２窒素供給部７２には、窒素ガス貯留部７０から高濃度Ｎ２ガスが供給される。第１窒素供給部７１は、一次燃焼用ガスライン５２１に接続され、一次燃焼用ガスライン５２１を流れる再循環排ガスに高濃度Ｎ２ガスを供給可能である。第２窒素供給部７２は、二次燃焼用ガスライン５２２に接続され、二次燃焼用ガスライン５２２を流れる再循環排ガスに高濃度Ｎ２ガスを供給可能である。第１窒素供給部７１および第２窒素供給部７２のそれぞれでは、例えば、ダンパが設けられ、ダンパの開度を調整することにより、再循環排ガスに対する高濃度Ｎ２ガスの混合量が変更可能である。高濃度Ｎ２ガスの混合量は、ダンパの開度により特定可能である。高濃度Ｎ２ガスの流量を測定する流量計が設けられてもよい。
【0037】
窒素混合部７では、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスに対して、高濃度Ｎ２ガスが必要に応じて混合される。第１窒素供給部７１および第２窒素供給部７２では、外部の空気を高濃度Ｎ２ガスとして利用することも可能である。また、窒素ガス貯留部７０に代えて、空気からＮ２ガスを抽出する装置（例えば、ＰＳＡ式の窒素ガス発生装置）等が設けられてもよい。
【0038】
ごみ焼却設備１の通常運転では、好ましくは、高濃度Ｏ２ガス（および高濃度Ｎ２ガス）が混合された再循環排ガス以外の燃焼用ガス（空気等）は、焼却炉３内にほとんど供給されず、より好ましくは、焼却炉３内にガス管を介して供給される燃焼用ガスは、再循環排ガスのみである。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。また、燃焼用ガスとして空気がほとんど供給されないため、典型的には、排ガスおよび再循環排ガスにおけるＣＯ２濃度は、Ｎ２濃度よりも高くなる。したがって、焼却炉３では、ＣＯ２濃度が高い雰囲気にてごみの燃焼が行われる。再循環排ガスでは、例えば、ＣＯ２濃度が１０～７０％であり、Ｎ２濃度が５～６０％であり、Ｏ２濃度が１８～２４％である。
【0039】
既述のように、好ましいごみ焼却設備１では、焼却炉３内にガス管を介して供給される燃焼用ガスは、再循環排ガスのみであるが、焼却炉３内に供給される再循環排ガスが、燃焼用ガスの主ガスであると捉えられる範囲において、燃焼用ガスの一部として少量の空気がガス管を介して（すなわち、漏れ込み空気等以外として）供給されてもよい。実際には、漏れ込み空気等（例えば、ごみの投入時にごみと共に入ってくる空気）も燃焼に利用される。燃焼用ガスの主ガスは、例えば、当該燃焼用ガスの５０％以上のガスであり、好ましくは、６５％以上のガスであり、より好ましくは、８０％以上のガスであり、さらに好ましくは、当該燃焼用ガスの１００％のガスである。なお、ごみ焼却設備１の稼働の初期には、燃焼用ガスとして空気が利用される。系外から焼却炉３内に供給される空気の量を極力少なくして運転を続けることで、排ガスに含まれる窒素の量が徐々に減少し、ＣＯ２回収装置４５を通過する排ガスの主な成分を二酸化炭素、水および余剰酸素にすることができる。このような運転をする場合、排ガスに含まれる二酸化炭素濃度が高くなるため、ＣＯ２回収装置４５にて効率よく二酸化炭素を分離することができる。
【0040】
図１に示すように、ごみ焼却設備１は、第１濃度測定部２１と、第２濃度測定部２２と、ＮＯｘ濃度測定部２３とをさらに備える。第１濃度測定部２１は、一次燃焼用ガスライン５２１を流れる再循環排ガスのＣＯ２濃度を測定する。図１の例では、第１濃度測定部２１の測定位置は、高濃度Ｏ２ガスの混合位置および高濃度Ｎ２ガスの混合位置よりも上流側（排ガス分配部５１側）に設けられる。第１濃度測定部２１による測定値は、後述の制御部１０（図３参照）に出力される。第１濃度測定部２１では、Ｏ２濃度およびＮ２濃度も測定可能である。第１濃度測定部２１の測定位置は、高濃度Ｏ２ガスの混合位置および高濃度Ｎ２ガスの混合位置よりも下流側（焼却炉３側）に設けられてもよい。
【0041】
第２濃度測定部２２は、二次燃焼用ガスライン５２２を流れる再循環排ガスのＣＯ２濃度を測定する。図１の例では、第２濃度測定部２２の測定位置は、高濃度Ｏ２ガスの混合位置および高濃度Ｎ２ガスの混合位置よりも上流側に設けられる。第２濃度測定部２２による測定値は、制御部１０に出力される。第２濃度測定部２２では、Ｏ２濃度およびＮ２濃度も測定可能である。第２濃度測定部２２の測定位置は、高濃度Ｏ２ガスの混合位置および高濃度Ｎ２ガスの混合位置よりも下流側に設けられてもよい。
【0042】
ＮＯｘ濃度測定部２３は、排ガス流路４を流れる排ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を測定する。図１の例では、ＮＯｘ濃度測定部２３の測定位置は、排ガス流路４において湿式洗煙塔４３と排ガス分配部５１との間（実際には、湿式洗煙塔４３の出口付近）に設けられる。ＮＯｘ濃度測定部２３による測定値は、制御部１０に出力される。ＮＯｘ濃度測定部２３の測定位置は、集じん器４２の出口付近や煙突４７に設けられてもよい。また、ＮＯｘ濃度測定部２３の測定位置が、再循環排ガスライン５２において高濃度Ｏ２ガスの混合位置および高濃度Ｎ２ガスの混合位置よりも上流側に設けられてもよい。この場合も、実質的に、焼却炉３から排出される排ガスのＮＯｘ濃度が測定可能である。
【0043】
図３は、ごみ焼却設備１における制御部１０等を示すブロック図である。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。図３では、制御部１０に電気的に接続される一部の構成（第１濃度測定部２１、第２濃度測定部２２、ＮＯｘ濃度測定部２３、排ガス分配部５１、第１酸素供給部６１、第２酸素供給部６２、第１窒素供給部７１および第２窒素供給部７２）も図示している。以下、制御部１０による制御について説明する。
【0044】
ごみ焼却設備１では、焼却炉３内に燃焼用ガスとして供給される再循環排ガスのＣＯ２濃度と、排ガスのＮＯｘ濃度との関係を示す情報（以下、「ＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報」という。）が予め取得されて準備される。図４は、ＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報の一例を示す図である。本実施の形態では、一次燃焼用ガスライン５２１を流れる一次燃焼用ガス、および、二次燃焼用ガスライン５２２を流れる二次燃焼用ガスのそれぞれについて、ＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報が取得される。既述のように、一次燃焼用ガスおよび二次燃焼用ガスは、高濃度Ｏ２ガスが混合された再循環排ガスである。
【0045】
一次燃焼用ガスのＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報は、焼却炉３内に供給される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度と、当該一次燃焼用ガスを用いたごみの焼却により発生する排ガスのＮＯｘ濃度とを対応付けたものである。一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度は、第１濃度測定部２１によるＣＯ２濃度の測定値と、第１酸素供給部６１による高濃度Ｏ２ガスの混合量と、第１窒素供給部７１による高濃度Ｎ２ガスの混合量と、一次燃焼用ガスの流量とを用いて算出される。第１濃度測定部２１の測定位置が、高濃度Ｏ２ガスの混合位置および高濃度Ｎ２ガスの混合位置よりも下流側に設けられる場合には、第１濃度測定部２１によるＣＯ２濃度の測定値が、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度として扱われる。一次燃焼用ガスのＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報における排ガスのＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ濃度測定部２３によるＮＯｘ濃度の測定値である。排ガスのＮＯｘ濃度は、一次燃焼用ガスの焼却炉３内への供給から、当該一次燃焼用ガスから発生する排ガスがＮＯｘ濃度測定部２３の測定位置に到達するまでの時間差を考慮して、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度に対応付けられる。
【0046】
一次燃焼用ガスのＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報が準備されると、焼却炉３においてＮＯｘ濃度が低減される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度の範囲（以下、「設定範囲」という。）が設定される。設定範囲は、ＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報において排ガスのＮＯｘ濃度が所定値以下となる範囲である。ここで、ＣＯ２濃度が十分に高い雰囲気にてごみの燃焼を行う場合、ＮＯｘが生成しにくくなる。また、燃焼用ガスである再循環排ガスに含まれるＮＯがＮ２に還元されやすくなる。その結果、排ガスに含まれるＮＯｘが減少する。上記設定範囲は、ＮＯｘの生成の抑制、および、ＮＯｘの還元の促進により、焼却炉３においてＮＯｘ濃度が低減されるＣＯ２濃度の範囲である。以上のようにして、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度の設定範囲が決定される。なお、図４のＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報では、燃焼用ガスのＣＯ２濃度が高くなるに従って、排ガスのＮＯｘ濃度が低くなっているが、実際には、燃焼用ガスのＣＯ２濃度が過度に高い場合に、排ガスのＮＯｘ濃度が高くなる場合もある。
【0047】
二次燃焼用ガスについても、一次燃焼用ガスの場合と同様にして、ＣＯ２－ＮＯｘ濃度情報が準備され、二次燃焼用ガスのＣＯ２濃度の設定範囲が決定される。ＣＯ２濃度の設定範囲の決定では、再循環排ガスのＣＯ２濃度と、排ガスのＮＯｘ量との関係が利用されてもよい。ＮＯｘ量は、ＮＯｘ濃度に排ガスの流量を掛けることにより求められる。この場合、当該関係において、ＮＯｘ量が所定値以下となる範囲が、ＣＯ２濃度の設定範囲として決定される。
【0048】
ここで、ごみ焼却設備１では、焼却炉３において燃焼させるごみの質や、燃焼用ガスのＯ２濃度等により、排ガスのＣＯ２濃度は変動する。制御部１０の第１の制御例では、一次燃焼用ガスおよび二次燃焼用ガスのそれぞれについて、ＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように高濃度Ｏ２ガスの混合量が制御される。一次燃焼用ガスに注目すると、既述のように、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度は、第１濃度測定部２１によるＣＯ２濃度の測定値と、第１酸素供給部６１による高濃度Ｏ２ガスの混合量と、第１窒素供給部７１による高濃度Ｎ２ガスの混合量と、一次燃焼用ガスの流量とを用いて算出される。例えば、第１酸素供給部６１による高濃度Ｏ２ガスの現在の混合量では、算出される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲よりも大きくなる場合には、高濃度Ｏ２ガスの混合量が現在の混合量よりも増加され、一次燃焼用ガスの実際のＣＯ２濃度が小さくされる。算出される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲よりも小さくなる場合には、高濃度Ｏ２ガスの混合量が現在の混合量よりも減少され、一次燃焼用ガスの実際のＣＯ２濃度が大きくされる。
【0049】
本実施の形態では、一次燃焼用ガスについて、ごみの焼却に必要なＯ２濃度の範囲（例えば、１８～２４％の範囲であり、以下、「必要濃度範囲」という。）が予め定められている。したがって、高濃度Ｏ２ガスの混合量の増減は、一次燃焼用ガスのＯ２濃度が必要濃度範囲を外れない範囲で行われる。このように、一次燃焼用ガスのＯ２濃度が必要濃度範囲内を維持しつつ、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように、第１酸素供給部６１による高濃度Ｏ２ガスの混合量が制御される。なお、一次燃焼用ガスのＯ２濃度を必要濃度範囲内で維持するため、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が一時的に設定範囲外となってもよい。
【0050】
二次燃焼用ガスについても、一次燃焼用ガスと同様の制御が行われる。すなわち、二次燃焼用ガスのＯ２濃度が、二次燃焼用ガスの必要濃度範囲内を維持しつつ、二次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように、第２酸素供給部６２による高濃度Ｏ２ガスの混合量が制御される。二次燃焼用ガスのＯ２濃度を必要濃度範囲内で維持するため、二次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が一時的に設定範囲外となってもよい。
【0051】
制御部１０の第２の制御例では、一次燃焼用ガスおよび二次燃焼用ガスのそれぞれについて、ＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように高濃度Ｎ２ガスの混合量が制御される。例えば、第１窒素供給部７１による高濃度Ｎ２ガスの現在の混合量では、算出される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲よりも大きくなる場合には、高濃度Ｎ２ガスの混合量が現在の混合量よりも増加され、一次燃焼用ガスの実際のＣＯ２濃度が小さくされる。算出される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲よりも小さくなる場合には、高濃度Ｎ２ガスの混合量が現在の混合量よりも減少され、一次燃焼用ガスの実際のＣＯ２濃度が大きくされる。
【0052】
このように、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように、第１窒素供給部７１による高濃度Ｎ２ガスの混合量が制御される。二次燃焼用ガスについても、一次燃焼用ガスと同様の制御が行われる。すなわち、二次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように、第２窒素供給部７２による高濃度Ｎ２ガスの混合量が制御される。再循環排ガスに高濃度Ｎ２ガスを混合することにより、燃焼用ガスにおけるＯ２濃度を必要濃度範囲内で維持しつつ、ＣＯ２濃度を容易に設定範囲内とすることができる。再循環排ガスのＯ２濃度を比較的高くした場合、再循環排ガスに含まれるＮＯの還元が阻害されやすくなるが、再循環排ガスに高濃度Ｎ２ガスを混合する第２の制御例では、ＮＯが適切に還元される。
【0053】
ごみ焼却設備１では、制御部１０の第１および第２の制御例が組み合わされてもよい。例えば、第１酸素供給部６１による高濃度Ｏ２ガスの現在の混合量、および、第１窒素供給部７１による高濃度Ｎ２ガスの現在の混合量では、算出される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲よりも大きくなる場合には、高濃度Ｏ２ガスの混合量、および、高濃度Ｎ２ガスの混合量のそれぞれが、現在の混合量よりも増加される。算出される一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲よりも小さくなる場合には、高濃度Ｏ２ガスの混合量、および、高濃度Ｎ２ガスの混合量のそれぞれが、現在の混合量よりも減少される。
【0054】
このように、一次燃焼用ガスのＯ２濃度が必要濃度範囲内を維持しつつ、一次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように、第１酸素供給部６１による高濃度Ｏ２ガスの混合量、および、第１窒素供給部７１による高濃度Ｎ２ガスの混合量が制御される。二次燃焼用ガスについても、一次燃焼用ガスと同様に、二次燃焼用ガスのＯ２濃度が必要濃度範囲内を維持しつつ、二次燃焼用ガスのＣＯ２濃度が設定範囲内に収まるように、第２酸素供給部６２による高濃度Ｏ２ガスの混合量、および、第２窒素供給部７２による高濃度Ｎ２ガスの混合量が制御される。
【0055】
上記処理例では、焼却炉３内に供給される再循環排ガス（燃焼用ガス）に対して、ＣＯ２濃度の設定範囲が設けられるが、設定範囲の対象となる値は、ＣＯ２濃度に関する値（以下、「濃度関連値」という。）であるならば、必ずしもＣＯ２濃度そのものである必要はない。例えば、ＣＯ２濃度とＮ２濃度との比（ＣＯ２／Ｎ２濃度比）、または、ＣＯ２濃度とＯ２濃度との比（ＣＯ２／Ｏ２濃度比）を、濃度関連値として用いることが可能である。ＣＯ２／Ｏ２濃度比は、濃度測定部（第１濃度測定部２１および第２濃度測定部２２）によるＣＯ２濃度およびＯ２濃度の測定値から導かれ、ＣＯ２／Ｎ２濃度比は、ＣＯ２濃度およびＮ２濃度の測定値から導かれる。燃焼用ガスの濃度関連値と排ガスのＮＯｘ濃度との関係から、濃度関連値の設定範囲が決定され、濃度関連値が設定範囲内に収まるように、酸素混合部６による高濃度Ｏ２ガスの混合量、または／および、窒素混合部７による高濃度Ｎ２ガスの混合量が制御される。いずれの場合も、濃度関連値の算出には、再循環排ガスのＣＯ２濃度が必須となる。したがって、濃度測定部は、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスの少なくともＣＯ２濃度を測定すればよい。
【0056】
制御部１０では、ＮＯｘ濃度測定部２３によるＮＯｘ濃度の測定値に基づいて再循環排ガスの流量を制御することも可能である。例えば、ＮＯｘ濃度測定部２３による測定値が所定値以上である場合、焼却炉３内のＣＯ２濃度が設定範囲から大きく外れていると考えられる。この場合、排ガス再循環部５による再循環排ガスの流量が、ＮＯｘ濃度の測定値が当該所定値未満である場合よりも増加される。これにより、焼却炉３内のＣＯ２濃度を短時間で設定範囲内とすることが可能となる。また、ごみ焼却設備１の稼働の初期において、再循環排ガスの流量を増加することにより、焼却炉３内のＣＯ２濃度を短時間で高くすることも可能である。なお、再循環排ガスの流量を変更する場合に、燃焼用ガスのＯ２濃度が一定であるときには、単位時間当たりに焼却炉３内に供給されるＯ２量が大幅に変化することがある。したがって、再循環排ガスの流量を変更する際に、当該Ｏ２量が略一定となるように、燃焼用ガスのＯ２濃度が変更されてもよい。
【0057】
制御部１０による高濃度Ｏ２ガスの混合量の制御、または／および、高濃度Ｎ２ガスの混合量の制御は、必ずしも常時行われる必要はなく、所定の条件が満たされた場合にのみ実行されてもよい。例えば、ＮＯｘ濃度測定部２３によるＮＯｘ濃度の測定値が所定値以上である場合に、当該混合量の制御が実行される。すなわち、濃度関連値が設定範囲内に収まるように、酸素混合部６による高濃度Ｏ２ガスの混合量、または／および、窒素混合部７による高濃度Ｎ２ガスの混合量が制御される。混合量の制御により、焼却炉３から排出される排ガス中のＮＯｘ濃度が低減され、ＮＯｘ濃度測定部２３による測定値が所定値未満となると、当該混合量の制御が停止される。以上のように、制御部１０による上記混合量の制御を、ＮＯｘ濃度測定部２３による測定値が所定値以上となる場合に制限して実行することにより、当該混合量の制御により生じる影響（例えば、焼却炉３内の温度の変動等）を抑制することが可能となる。
【0058】
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ライン５２により再循環排ガスとして取り出して焼却炉３内に供給する排ガス再循環部５と、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスに対して、空気よりもＯ２濃度が高い高濃度Ｏ２ガス（高濃度酸素ガス）を混合する酸素混合部６と、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスのＣＯ２濃度を測定する濃度測定部（図１では、第１濃度測定部２１および第２濃度測定部２２）とを備える。焼却炉３内に供給される再循環排ガスは、焼却炉３内においてごみの焼却に利用される燃焼用ガスの主ガスであり、焼却炉３内に供給される再循環排ガス（すなわち、燃焼用ガス）のＣＯ２濃度に関する濃度関連値が、濃度測定部による測定値から導かれる。制御部１０は、焼却炉３においてＮＯｘ濃度が低減される設定範囲内に濃度関連値が収まるように、酸素混合部６による高濃度Ｏ２ガスの混合量を制御する。これにより、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することが可能となる。
【0059】
好ましくは、ごみ焼却設備１が、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との間に配置される湿式洗煙塔４３をさらに備える。湿式洗煙塔４３は、再循環排ガスに含まれる水分量を一定にする。その結果、再循環排ガスに含まれる水分量が変動して（例えば、過度に上昇して）、ＮＯｘ濃度を低減する上記制御に影響が及ぶことを抑制することができ、排ガス中のＮＯｘ濃度を精度よく低減することが可能となる。
【0060】
好ましくは、再循環排ガスライン５２が、焼却炉３の一次燃焼室３３に接続される一次燃焼用ガスライン５２１と、焼却炉３の二次燃焼室３４に接続される二次燃焼用ガスライン５２２とに分岐する。酸素混合部６が、一次燃焼用ガスライン５２１に高濃度Ｏ２ガスを供給する第１酸素供給部６１と、二次燃焼用ガスライン５２２に高濃度Ｏ２ガスを供給する第２酸素供給部６２とを備える。
【0061】
ここで、焼却炉３の構造等によっては、一次燃焼用ガスの濃度関連値の設定範囲と、二次燃焼用ガスの濃度関連値の設定範囲とが相違する場合がある。また、一次燃焼用ガスおよび二次燃焼用ガスのうちの一方の燃焼用ガスが、他方の燃焼用ガスよりも、排ガス中のＮＯｘ濃度に大きな影響を及ぼす場合もある。いずれの場合でも、一次燃焼用ガスと二次燃焼用ガスとでＣＯ２濃度を個別に制御することが可能なごみ焼却設備１では、排ガス中のＮＯｘ濃度を効率よく低減することが可能となる。
【0062】
好ましくは、ごみ焼却設備１が、再循環排ガスライン５２を流れる再循環排ガスに対して、再循環排ガスよりもＮ２濃度が高い高濃度Ｎ２ガス（高濃度窒素ガス）を混合する窒素混合部７をさらに備える。制御部１０は、濃度関連値が設定範囲内に収まるように、窒素混合部７による高濃度Ｎ２ガスの混合量を制御する。これにより、燃焼用ガスの濃度関連値を容易に調整することができ、排ガス中のＮＯｘ濃度をより確実に低減することができる。
【0063】
窒素混合部７を含むごみ焼却設備１では、制御部１０が、酸素混合部６による高濃度Ｏ２ガスの混合量を濃度関連値とは独立して制御しつつ（例えば、ごみ量や発生蒸気量に合わせて制御しつつ）、濃度関連値が設定範囲内に収まるように、窒素混合部７による高濃度Ｎ２ガスの混合量を制御してもよい。この場合も、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減することが可能となる。
【0064】
好ましくは、酸素混合部６が、空気からＯ２を抽出することにより高濃度Ｏ２ガスを生成する酸素生成部６０を備える。高濃度Ｎ２ガスが、酸素生成部６０から排出される、Ｏ２抽出後の空気を含む。このように、酸素生成部６０が、高濃度Ｏ２ガスに加えて高濃度Ｎ２ガスも実質的に生成することにより、高濃度Ｎ２ガスを容易に準備することができる。
【0065】
好ましくは、窒素混合部７が、一次燃焼用ガスライン５２１に高濃度Ｎ２ガスを供給する第１窒素供給部７１と、二次燃焼用ガスライン５２２に高濃度Ｎ２ガスを供給する第２窒素供給部７２とを備える。これにより、一次燃焼用ガスと二次燃焼用ガスとでＣＯ２濃度を個別に制御することができ、第１および第２酸素供給部６１，６２を設ける場合と同様に、排ガス中のＮＯｘ濃度を効率よく低減することができる。
【0066】
好ましくは、ごみ焼却設備１が、焼却炉３から排出される排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定部２３をさらに備える。そして、制御部１０による上記混合量の制御が、ＮＯｘ濃度測定部２３による測定値が所定値以上となる場合に実行される。このようなごみ焼却設備１では、混合量の制御により生じる副次的な影響を抑制することが可能となる。
【0067】
また、ＮＯｘ濃度測定部２３による測定値が所定値以上となる場合に、制御部１０が、排ガス再循環部５による再循環排ガスの流量を、測定値が当該所定値未満である場合よりも増加させてもよい。これにより、焼却炉３内のＣＯ２濃度を短時間で設定範囲内に調整することができる。
【0068】
上記ごみ焼却設備１では様々な変形が可能である。
【0069】
図１のごみ焼却設備１において、再循環排ガスライン５２に１つの濃度測定部のみが設けられ、一次燃焼用ガスの濃度関連値、および、二次燃焼用ガスの濃度関連値の双方が、当該濃度測定部の測定値から導かれてもよい。
【0070】
上記実施の形態では、再循環排ガスライン５２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Ｏ２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５２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。
【0071】
ごみ焼却設備１の設計によっては、窒素混合部７や、湿式洗煙塔４３、ＮＯｘ濃度測定部２３等が省略されてもよい。また、酸素混合部６が、例えば、水の電気分解により、高濃度Ｏ２ガスを生成してもよい。さらに、酸素混合部６は、酸素を貯留するための酸素ガス貯留部であってもよい。酸素ガス貯留部は、例えば、ボンベ等のガス容器である。
【0072】
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。
【0073】
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】
【0074】
１ ごみ焼却設備
３ 焼却炉
４ 排ガス流路
５ 排ガス再循環部
６ 酸素混合部
７ 窒素混合部
１０ 制御部
２１，２２ 濃度測定部
２３ ＮＯｘ濃度測定部
３３ 一次燃焼室
３４ 二次燃焼室
４２ 集じん器
４３ 湿式洗煙塔
５２ 再循環排ガスライン
６０ 酸素生成部
６１ 第１酸素供給部
６２ 第２酸素供給部
７１ 第１窒素供給部
７２ 第２窒素供給部
５２１ 一次燃焼用ガスライン
５２２ 二次燃焼用ガスライン
３ 焼却炉
４ 排ガス流路
５ 排ガス再循環部
６ 酸素混合部
７ 窒素混合部
１０ 制御部
２１，２２ 濃度測定部
２３ ＮＯｘ濃度測定部
３３ 一次燃焼室
３４ 二次燃焼室
４２ 集じん器
４３ 湿式洗煙塔
５２ 再循環排ガスライン
６０ 酸素生成部
６１ 第１酸素供給部
６２ 第２酸素供給部
７１ 第１窒素供給部
７２ 第２窒素供給部
５２１ 一次燃焼用ガスライン
５２２ 二次燃焼用ガスライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】