新技術でごみ焼却炉の「より効率よく、よりクリーンに」を実現

効率化と低公害化の要求高まるごみ処理施設

エネルギーを無駄なく利用することが、様々な分野で注目されています。私たちが出すごみを中間処理する「ごみ処理施設」でも、同様のことが求められています。

ごみ処理施設では、焼却過程で発生する熱エネルギーを回収して、発電や温水プールの熱源などに再利用することが一般的です。しかし、発生した熱エネルギーを再度ごみ焼却のために使えば、ごみ処理の総エネルギーを減らすこともでき、省エネルギーに繋がります。また、ごみ処理施設から排出される一酸化炭素（CO）や窒素酸化物（NOx）などの有害ガスは大気汚染物質であり、これらの排出量を抑えることも重要です。

ストーカ炉の内部。ストーカ（火格子）が階段状になっている

高性能ごみ処理施設が2009年4月から運転開始

「よりエネルギー回収効率が高く、より低公害のごみ焼却施設を」との声に、JFEエンジニアリング（旧JFE環境ソリューションズ、2009年4月合併）は、新型のごみ処理システム「ハイパー21ストーカシステム」の開発で応えました。

このシステムには、ごみを高効率・低公害で焼却処理するために、JFEエンジニアリングの持つ様々な処理技術が用いられています。

JFEエンジニアリングの守吉庸和さん。
国崎クリーンセンター建設のプロジェクトマネージャー。

"高温空気の"ふた"が「低空気比燃焼」実現のカギ

ハイパー21ストーカシステムで新たに加わった「高温空気吹込み」と「排ガス再循環」の技術は、ストーカ炉でのごみ燃焼に組合わされて使われています。

ごみ焼却では「空気比」という数値が重要となります。これは、実際に焼却炉に送り込んだ空気量を、ごみを燃焼させるのに理論的に必要な最低限の空気量で割った値をいいます。

空気比が高い（空気をたくさん使う）と、大きな動力を必要とし、排ガス量が多くなりさらにエネルギー回収率が減少します。したがって、省エネルギー化のためには、空気比を低く抑えることが重要とされています。

ところが、空気比を小さくしすぎると燃焼が不均一になってしまい、燃えにくいごみが不完全燃焼となってすすが発生するうえに、一酸化炭素や窒素酸化物などの有害ガスも多く排出することになります。従来のストーカ炉では、空気比1.7～1.9が安定燃焼の維持に必要でした。

新技術ではストーカ炉内の壁に孔を数個もうけ、そこから高温空気と再循環した排ガスを吹き込みます。これにより、ごみ燃焼の上部に高温空気の"ふた"がされ、コンパクトかつ安定的にごみを燃焼させることが可能になります。さらに、焼却で発生する排ガスを再循環させることで、総排ガス量を減らす事ができます。

この新技術により、空気比を1.3～1.5に抑えることができました。総排ガス量は従来より25〜30％低減し、一方で、回収エネルギーとなる蒸気発生量は10％増加。さらに、一酸化炭素濃度10ppm以下、窒素酸化物50ppm以下（炉内水噴霧なしの場合）という有害ガス低減化などを実現しました。

低い空気比でエネルギー効率を高め、かつ、有害ガス発生を抑えることができるようになったのです。

炉の内壁。指をさしているのが、高温空気が出てくる孔。

高温空気が送られるパイプ。

「高温空気」と「再循環排ガス」の技術の概念図。
高温空気の吹き込み孔の高さは、燃焼のしかたを観察し、検討を重ねた上で決まった。（画像提供：JFEエンジニアリング）