焼却炉とは、廃棄物を焼却するための炉のこと。 最近の焼却炉は排ガス洗浄などの公害防止設備も備えている。 焼却炉の設計には、移動火格子、固定火格子、ロータリーキルン、流動床などの種類がある
焼却山編集
焼畑は、廃棄物処理の最も簡単で初期の形態の 1 つで、基本的には、可燃性物質を野原に積み上げ、火をつけて、汚染を引き起こしたものです。
焼畑は、たとえば、風が焼畑から周囲の可燃性の草や建物へ燃焼物質を吹き飛ばすと、制御できない火災を広げることがあり、これまでもそうでした。 山の内部構造が消費されると、山が移動して崩壊し、燃焼領域が広がることがあります。 また、無風状態でも、軽量で着火した小さな燃えかすが対流によって山から舞い上がり、草むらや建物に飛んでいって発火することがあります。
Burn barrelEdit
The burn barrel is a somewhat controlled form of private waste incineration, containing the burning material inside a metal barrel, with a metal grating over the exhaust.The burn barrel is a somewhat more controlled form of private waste incineration. 樽は風の強いときに燃焼物が広がるのを防ぎ、可燃物が減少しても樽の中に沈むだけである。 排気口の格子は、燃えている燃えかすが広がるのを防ぐのに役立つ。 一般的にはスチール製の55USガロン（210L）ドラム缶が使用され、底面には空気を取り込むための通気孔が切られたり、穴が開けられたりしている。
乾燥したセルロース/紙製品の個人焼却は一般的にクリーンな燃焼で、目に見える煙は出ないが、家庭ごみの中のプラスチックは個人焼却を公共の迷惑とし、刺激臭や目を焼いたり水を出すような煙を発生させることがある。
米国では2006年現在、少量の農村家庭または農場廃棄物の私的焼却は、それが他人に迷惑をかけず、乾燥状態のような火災の危険をもたらさず、火が濃くて有害な煙を発生しない限り、一般的に許可されている。 ニューヨーク州、ミネソタ州、ウィスコンシン州などでは、健康や迷惑を考慮し、野焼きを禁止または厳しく規制する法律や規制を設けている州も少なくない。 また、廃棄物を燃やそうとする人は、事前に州の機関に連絡し、現在の火災リスクと状況を確認し、発生する制御された火災を当局に警告することが求められる場合があります。
Moving grateEdit
都市ゴミの焼却プラントとしては移動火格子焼却炉が典型である。 移動火格子により、燃焼室内の廃棄物の移動が最適化され、より効率的で完全な燃焼が可能になる。 1台の移動火格子式ボイラーで1時間当たり最大35トン（39ショートトン）の廃棄物を処理でき、年間8,000時間の運転が可能で、1ヶ月程度の点検・整備のための定期停止は1回のみである。
廃棄物は廃棄物クレーンによって火格子の一端にある「のど」から導入され、そこから下降火格子上をもう一方の端にある灰ピットまで下降する。
燃焼空気の一部（一次燃焼空気）は火格子を介して下方から供給される。 この空気の流れは火格子そのものを冷却する目的もある。 冷却は火格子の機械的強度に重要であり、多くの可動火格子は内部で水冷されている。
二次燃焼用空気は火格子上のノズルから高速でボイラー内に供給される。 乱流を与えて混合をよくし、余剰の酸素を確保して排ガスの完全燃焼を促進させる。
欧州廃棄物焼却指令では、有害有機物を適切に分解するために、焼却設備は排ガスが少なくとも850℃の温度に2秒間達するように設計しなければならないとされている。 これを常に遵守するためには、バックアップ用の補助バーナー（多くの場合、燃料は石油）を設置する必要があり、廃棄物の発熱量が低すぎて単独でこの温度に到達できない場合に備えてボイラーに火が入れられる。
排ガスはその後スーパーヒーターで冷却され、そこで熱が蒸気に変換される。蒸気はタービンでの発電用に40 barの圧力で通常400 °C (752 °F) に加熱される。 この時点で、排ガスは約200℃の温度となり、排ガス洗浄装置に渡される。
スカンジナビアでは、定期メンテナンスは常に地域暖房の需要が少ない夏に行われる。 多くの場合、焼却プラントはいくつかの別々の「ボイラーライン」（ボイラーと排ガス処理プラント）で構成されており、他のボイラーラインがメンテナンス、修理、またはアップグレードを行っている間、あるボイラーラインで廃棄物を受け入れ続けることができるようになっている。
Fixed GritEdit
より古く、より単純な焼却炉は、下部灰ピットの上に固定金属格子を備えたレンガ敷きのセルで、上部または側面に投入用の開口部とクリンカーという不燃性固体除去用の別の開口部があるものであった。 以前は集合住宅にあった小型焼却炉の多くは、現在ではゴミ圧縮機に置き換えられている。
ロータリーキルン編
ロータリーキルン焼却炉は、自治体や大規模な産業工場で使用されている。 ロータリーキルン焼却炉の一次室は、傾斜した耐火物ライニングの円筒形の筒で構成されている。 耐火物内張りは、キルン構造を保護するための犠牲層としての役割を果たす。 この耐火物層は時々交換する必要がある。 円筒を軸に移動させることにより、廃棄物の移動を容易にする。 一次室では、揮発、破壊蒸留、部分燃焼反応により、固形分を気体に変換する。 二次室は気相燃焼反応を完結させるために必要である。
クリンカーは円筒の端にこぼれ落ちる。 背の高い煙突、ファン、または蒸気噴射が必要なドラフトを供給する。 灰は火格子から落ちるが、多くの粒子は高温のガスと一緒に運ばれてくる。
流動層編集
強い気流が砂床を通して強制的に送り込まれる。 空気は砂の中を浸透し、砂の粒子が分離して空気を通し、混合と撹拌が起こるポイントに到達します。こうして流動床が作られ、燃料と廃棄物を導入することができます。 前処理された廃棄物や燃料を含んだ砂は、ポンプで送られた空気の流れによって浮遊し、流体的な性質を持つようになる。 これにより、砂層は激しく混合・撹拌され、小さな不活性粒子と空気は流動的な状態に保たれる。
特殊焼却炉編集
家具工場のおがくず焼却炉は、樹脂粉や多くの可燃物を扱うため、注意が必要である。
熱利用編
焼却炉で発生した熱を利用して蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを回して発電することができる。 一般に、都市ごみ1トン当たりの正味のエネルギー量は、電気が約2/3MWh、地域暖房が約2MWhである。 したがって、1日あたり約600トン（660ショートトン）の廃棄物を焼却すると、1日あたり約400MWhの電気エネルギー（24時間連続17MWの電力）と、毎日1200MWhの地域暖房エネルギーを生産する。
PollutionEdit
焼却には灰や排ガスの大気への放出など多くの出力が存在する。 排ガス浄化装置が設置される前の排ガスには、粒子状物質、重金属、ダイオキシン、フラン、二酸化硫黄、塩酸などが含まれている可能性がある。
1997年の研究で、デラウェア固体廃棄物局は、同じ生産エネルギー量に対して、焼却工場は石炭火力発電所より粒子、炭化水素の排出が少なく、SO2、HCl、CO、NOxは少ないが、天然ガス火力発電所より多いことを発見した。 ドイツ環境省によると、廃棄物焼却炉は、石炭火力発電所で生産された電力を廃棄物火力発電所の電力で代替することにより、一部の大気汚染物質の量を減らしている。
気体排出編集
ダイオキシン・フラン編集
都市ごみ（MSW）の焼却について最も公にされている懸念には、それが相当量のダイオキシンやフラン排出を生み出すという懸念もある。 ダイオキシンおよびフランは、多くの人が深刻な健康被害であるとみなしています。 EPAは2012年に、人間の経口摂取の安全限界は1日あたり体重1キログラムあたり0.7ピコグラム毒性等価（TEQ）であると発表しており、これは150ポンドの人が1年間に170億分の1グラムを摂取する計算になる。
2005年にドイツの環境省は、当時66の焼却施設があったとして、「1990年にはドイツにおけるダイオキシン排出量の1／3を焼却場からのものだったが、2000年は1％に満たない」と推定している。 個人家庭の煙突やタイル張りのストーブだけでも、焼却場の約20倍のダイオキシンが環境に排出されている」
米国環境保護庁によると、米国内のすべての既知および推定発生源からのダイオキシンおよびフランの総インベントリーの種類別の燃焼割合は次の通りである（焼却に限らない）。 裏庭の樽35.1%、医療廃棄物26.6%、市下水処理汚泥6.3%、市廃棄物燃焼5.9%、産業用木材燃焼2.9%である。 したがって、廃棄物の制御された燃焼は、ダイオキシンインベントリ全体の41.7%を占めている。
政府規制によって排出制御の使用が義務付けられる前の1987年には、米国の自治体廃棄物燃焼炉から合計8,905.1グラム（314.12オンス）のダイオキシン排出があった。
Backyard barrel burning of household and garden waste, still allowed in some rural areas, generates 580 grams (20 oz) of dioxins annually.US-EPA によって行われた研究では、家庭ゴミに含まれる化学物質の増加と、より良い技術を使った地方自治体の焼却炉による排出の減少により、燃焼筒を使う1家族が1997年までに1日に200メートルトン（220ショートトン）のゴミを処理する焼却炉よりも排出量が多く、2007年までにその5倍を出すことを実証しました
同じ研究者は燃焼筒に関する彼らの最初の推定値が高かったこと、比較に使われた焼却炉は既存の施設ではなく理論上の「クリーン」施設を表していたことが判明しました。 彼らの後の研究によると、燃焼筒は燃やしたゴミ1ポンドあたり中央値で24.95ナノグラムのTEQを生成し、したがって、1日に5ポンド、1年に1825ポンドのゴミを燃やす家庭は、1年に合計0.0455 mg TEQを生成し、燃焼筒の相当数は、83.8グラム（2.96オンス）であり、2000年に米国でEPAによって目録化された251の都市ごみ焼却炉の相当するバーンの数は、1841,700、または都市ごみ焼却炉あたり平均で7337家族バーンである。
米国のダイオキシン排出の改善のほとんどは大規模都市ごみ焼却炉に対するものであった。 2000年の時点で、小規模焼却炉（1日の処理能力が250トン未満のもの）は燃焼する廃棄物全体の9％しか処理しないが、これらは都市ごみの燃焼によって排出されるダイオキシンおよびフランの83％を生成した。
ダイオキシン分解方法と限界編集
ダイオキシンの分解には、分子環を一緒に保持している強い分子結合の熱分解を引き起こすように、十分に高温にさらすことが必要である。 フライアッシュの小片はある程度厚みがあり、高温への曝露が短すぎると、灰の表面のダイオキシンしか分解されない可能性がある。 また、大容量のエアチャンバーでは、短時間の暴露では、一部の排ガスしか分解温度に達しない可能性があります。 この理由から、フライアッシュの厚みと排ガス量を完全に加熱するために、温度暴露に時間的な要素もあります。 一般に分子破壊温度が高いところでは、加熱のための露出時間を短くすることができますが、過度に高い温度は、焼却装置の他の部品の摩耗や損傷を引き起こす可能性もあります。 同様に、分解温度はある程度まで下げることができるが、その場合、排ガスはおそらく数分の大きな滞留時間を必要とし、処理プラントのスペースを大きく取る大きな/長い処理室が必要となる。
ダイオキシンの強い分子結合を壊す副作用は、供給空気中の窒素ガス（N2）および酸素ガス（O2）の結合を壊す可能性があることである。 排気流が冷却されると、これらの反応性の高い離脱原子が自発的に結合を改め、排ガス中のNOxなどの反応性酸化物となり、そのまま地域環境に放出されると、スモッグ形成や酸性雨の原因となることがある。 これらの反応性酸化物は、選択的触媒還元（SCR）または選択的無触媒還元（下記参照）でさらに中和する必要がある。
ダイオキシン分解の実際編集
プラスチックを屋外で燃焼筒やゴミピットで燃やすと、一般的にダイオキシンの分解に必要な温度に到達しないため、上記のようにダイオキシンの排出量が多くなります。 プラスチックは通常、屋外で燃やされるが、ダイオキシンは燃焼後も残り、大気中に浮遊するか、灰の中に残り、灰の山に雨が降ったときに地下水に溶け出す可能性がある。 幸いなことに、ダイオキシンやフラン化合物は固体表面に非常に強く結合し、水には溶けないため、溶出プロセスは灰の山の地下数ミリメートルに限定される。 気相ダイオキシンは、触媒を使用して実質的に破壊することができ、そのうちのいくつかは、布製のフィルターバッグ構造の一部として存在することができる。
現代の都市焼却炉の設計は、排ガスが冷却される前に少なくとも2秒間850℃（1560°F）以上の温度を維持する高温ゾーンを含む。 これを常に確保するために、補助ヒーターが装備されている。 補助ヒーターは石油や天然ガスを燃料とすることが多く、通常、ごくわずかな時間しか作動しない。 さらに、ほとんどの現代の焼却炉は、固体粒子内または固体粒子上に存在するダイオキシンを捕獲できるバグフィルター（サブミクロン粒子の捕獲を強化するためにテフロン膜を使用することが多い）を利用している。
非常に小規模な都市焼却炉では、高温電気加熱要素と選択触媒還元段階を用いてダイオキシンを熱分解するための必要温度に達することができる。
ダイオキシンおよびフランは燃焼によって破壊されるかもしれないが、排出ガスが冷えると「デノボ合成」として知られているプロセスによってそれらの再形成は、高い燃焼温度を長い滞留時間で保持する工場からの排出煙突テストで測定されるダイオキシンの原因と思われる。
CO2Edit
他の完全燃焼プロセスと同様に、廃棄物のほぼすべての炭素含有物は大気中に CO2 として排出される。 MSW は CO2 自体とほぼ同じ質量分率（27%）を含んでいるので、1 トンの MSW の焼却は約 1 トンの CO2 を発生させます。
廃棄物が埋め立てられた場合、1 トンの MSW は廃棄物の生分解性部分の嫌気性分解により約 62 立方メートル (2,200 cu ft) メタンが発生することになります。 メタンの地球温暖化係数は34、摂氏25度での62立方メートルのメタンの重さは40.7kgなので、1.38トンのCO2に相当し、焼却した場合の1トンのCO2を上回ることになる。 国によっては、大量の埋立ガスが回収されている。 それでも、大気中に放出される埋立ガスの地球温暖化係数は大きい。 米国では、1999年に排出された埋立ガスの地球温暖化係数は、焼却によって排出されるCO2量より約32％高いと推定されている。 この研究以降、メタンの地球温暖化係数の推定値は21から35に引き上げられ、これだけでも同じ廃棄物の焼却と比較して、ほぼ3倍のGWP効果に増加する。
さらに、ほぼすべての生分解性廃棄物は生物学的起源を持っている。 この物質は、植物が通常最後の生育期間内に大気中の二酸化炭素を利用して形成されたものである。 このような配慮が、いくつかの国が生分解性廃棄物の焼却を再生可能エネルギーとして管理する主な理由となっています。 残りの部分（主にプラスチックやその他の石油・ガス由来の製品）は、一般的に非再生可能エネルギーとして扱われます。
焼却のCO2フットプリントは、異なる仮定によって異なる結果に到達することができます。 地域の条件（地域の地域暖房需要が限られている、代替となる化石燃料で発電された電力がない、廃棄物の流れにアルミニウムが多いなど）は、焼却のCO2利益を減少させることができる。方法論と他の仮定も結果に大きく影響することがある。 例えば、後日発生する埋立地からのメタン排出が無視されたり、あまり重要視されなかったり、生分解性廃棄物がCO2ニュートラルとみなされない可能性があります。 Eunomia Research and Consultingによる2008年のロンドンにおける潜在的な廃棄物処理技術に関する研究では、これらの（著者によれば）異常な仮定のいくつかを適用することにより、平均的な既存の焼却プラントは、他の新興廃棄物処理技術の理論的可能性に比べて、CO2バランスの点で不十分であることが実証されました
その他の排出編集
焼却炉の排ガス中のその他のガス排出としては窒素酸化物、二酸化硫黄、塩酸、重金属、細粒があります。 重金属のうち、水銀はその毒性と高い揮発性のために大きな懸念材料であり、都市廃棄物の流れにある基本的にすべての水銀は、排出規制によって除去されないと、排出ガス中に出る可能性がある。
煙道内の蒸気成分は煙突から目に見える煙を出すことがあり、これは視覚汚染として感知されることがある。 これは、排ガス凝縮と再加熱によって蒸気含有量を減少させるか、または排ガス出口温度を露点よりかなり高くすることによって回避することができる。 排ガス凝縮により、水の気化潜熱を回収することができ、その結果、プラントの熱効率を高めることができる。
排ガス洗浄編
焼却プラントからの排ガス中の汚染物質の量はプラントによっていくつかの処理によって減少する場合と減少しない場合がある。
粒子は粒子ろ過、最もよくある電気集塵装置（ESP）および／またはバグハウスフィルターによって収集される。 後者は一般に微粒子の捕集に非常に有効である。 2006 年にデンマーク環境省が行った調査では、デンマークの 16 の焼却炉から排出された焼却廃棄物のエネルギー量あたりの平均微粒子排出量は 2.02 g/GJ (焼却廃棄物のエネルギー量あたりのグラム数) 以下であった。 2.5マイクロメートル以下の微粒子（PM2.5）の詳細な測定は、3つの焼却炉で実施されました。 粒子ろ過用電気集塵機を装備した焼却炉1基では5.3 g/GJの微粒子が、バグハウスフィルターを装備した焼却炉2基では0.002および0.013 g/GJのPM2.5が放出された。 超微粒子（PM1.0）については、ESPプラントから4.889 g/GJ PM1.0、バグハウスフィルターを装備したプラントからは0.000 g/GJ PM1.0の排出が計測されました。
酸性ガススクラバーは塩酸、硝酸、フッ酸、水銀、鉛などの重金属除去に使用されるものである。 除去の効率は、特定の装置、廃棄物の化学組成、プラントの設計、試薬の化学的性質、およびこれらの条件を最適化する技術者の能力に依存し、これらは異なる汚染物質に対して競合する可能性がある。 例えば、湿式スクラバーによる水銀除去は偶然の産物であると考えられ、50%未満である場合もある。 基礎スクラバーは、石灰との反応により石膏を形成して、二酸化硫黄を除去する。
スクラバーからの廃水は、その後廃水処理プラントを通過しなければならない。
二酸化硫黄は、粒子ろ過の前に排ガスに石灰石スラリーを注入して乾燥脱硫により除去することもできる。
NOxは、触媒コンバータでのアンモニアとの触媒還元（選択的触媒還元、SCR）または炉内でのアンモニアとの高温反応（選択的無触媒還元、SNCR）により還元される。 還元剤としては、アンモニアの代わりに尿素を使用することもできるが、加水分解してアンモニアにするため、工程の早い段階で供給する必要がある。 尿素の代替は、無水アンモニアの貯蔵に関連するコストと潜在的な危険性を減らすことができます。
重金属は、しばしば注入された活性炭粉末に吸着し、粒子ろ過によって回収されます。
固体出力編
焼却では石炭燃焼と同じようにフライアッシュとボトムアッシュが発生する。 都市ごみ焼却で発生する灰の総量は、元のごみ量に対して体積で4〜10％、重量で15〜20％であり、フライアッシュは全灰の10〜20％程度を占めている。 フライアッシュには、鉛、カドミウム、銅、亜鉛などの重金属や、少量のダイオキシン、フランなどが多く含まれているため、ボトムアッシュよりもフライアッシュの方が健康被害の可能性が高くなります。 ボトムアッシュには、高濃度の重金属が含まれることはほとんどありません。 現在、焼却炉運営者グループによってテストされたいくつかの歴史的なサンプルは、生態毒性基準を満たしているが、EAは、テストプログラムが完了するまで焼却炉ボトムアッシュを「非危険物」とみなすことに「同意した」と述べている
その他の汚染問題編集
臭い汚染は古いスタイルの焼却炉で問題になることがありますが、新しい焼却プラントでは臭いとほこりは非常によく制御されています。 廃棄物を密閉された場所で受け取り、保管し、空気の流れをボイラーに通して負圧にすることで、不快な臭いが大気中に漏れるのを防いでいるのです。
地域社会との関係に影響を与える問題として、都市廃棄物を焼却炉に運ぶための廃棄物収集車の道路交通量が増加することが挙げられる。 このため、ほとんどの焼却炉は工業地帯に立地している。
健康影響編集
科学的研究者は、廃棄物焼却によって生成される汚染物質の人間の健康への影響を調査している。 多くの研究が、米国EPAのモデリング・ガイドラインを利用して、汚染物質への曝露による健康への影響を調べている。 吸入、摂取、土壌、および経皮接触による暴露がこれらのモデルに組み込まれている。 また、廃棄物焼却炉の周辺に住む住民や労働者の血液や尿サンプルを使って汚染物質への曝露を評価する研究も行われている。 これまでの研究を体系的に見直した結果、焼却炉の汚染物質への曝露に関連する多くの症状や疾病が確認されました。 その中には、新生物、呼吸器系の問題、先天性異常、乳児の死亡や流産などが含まれます。 古く、メンテナンスが不十分な焼却炉の近くに住む人々は、より高度な健康問題を経験しています。 また、いくつかの研究では、発がんリスクの可能性も指摘されています。
多くのコミュニティが、廃棄物焼却炉技術の改善または除去を提唱している。 高レベルの二酸化窒素のような特定の汚染物質への暴露は、呼吸器系の問題で救急病院を訪れる人の増加に関する地域主導の苦情で引用されてきた。 廃棄物焼却技術が健康に及ぼす影響については、特に、すでに不釣り合いな健康被害に直面している地域社会に設置された場合、公表されている。 例えば、メリーランド州ボルチモアのWheelabrator焼却炉は、低所得の有色人種が多く住む近隣のコミュニティで喘息の発生率が上昇したため、調査が行われました。 コミュニティ主導の取り組みでは、リアルタイムの汚染データの不足を解消するための今後の研究の必要性が指摘されています。 また、焼却の健康への影響をより正確に把握するために、学術、政府、非営利団体が協力する必要性も指摘されている
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