JP2004093073A - 粉体燃焼装置および粉体燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、平均粒径が比較的大きな可燃粉体でも良好に燃焼させることが可能で、しかも、比較的耐熱性の低い耐火材を用いて作製することができると共に小型化も容易な粉体燃焼装置を提供することを主目的とする。
【解決手段】本発明は、長手方向の一端が閉塞された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナを備えた粉体燃焼装置であって、上記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、該バーナスロートの形成位置よりも開口端側に堰を形成することができる仕切り板とを有し、上記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路を有し、上記バーナスロートに装着されて、上記可燃粉体を上記ケーシングの内周面に沿った周方向に噴射可能であることを特徴とする粉体燃焼装置を提供して、上記課題を解決するものである。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
可燃粉体、特に廃プラスチック粉末を燃焼するのに好適な粉体燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物あるいは一般廃棄物として廃棄される廃プラスチックが増加の一途をたどっている。一方、地球規模での環境保全の大きなテーマとして、炭酸ガス削減への要求が高まっており、廃プラスチックを従来の単純焼却や埋め立てで処理するのではなく、素材あるいは熱源としてリサイクルすることに取り組むケースが増えている。
【０００３】
例えば、廃プラスチックを粒径１０μｍ程度以下の微粉末に粉砕して燃料として用いると、既存の炉に用いた場合でも、化石燃料を当該廃プラスチック微粉末で略１００％置換することが可能である。この置換率は、廃プラスチック粉末の粒径が３００μｍ以下であれば７０％程度、３８０μｍ以下であれば３３％程度となる。廃プラスチックを化石燃料の代替として使用することによって、実質的に大きな省エネルギー効果が得られる。
【０００４】
このため、多くの工業炉で廃プラスチックのサーマル・リサイクルの実用化、あるいは実用化研究がなされ、廃プラスチックを効率的に燃焼させるための燃焼装置または燃焼方法が種々提案されている。
【０００５】
例えば特開平７−１１９９２２号公報には、粒径が３００〜３０μｍ以下の粒子の累積重量が全体の５０％以上で、かつ粒径が４００〜３０μｍの粒子の累積重量が全重量の８０％以上になるように微粉砕した廃プラスチックの燃焼に好適な燃焼装置が記載されている。
【０００６】
しかしながら、廃プラスチックを上記の粒度に粉砕するためには大きな破砕設備が必要であり、経済的に成り立たないという問題があった。
【０００７】
特開平８−２８３０５１号公報には、廃プラスチック粒子を細束流にして主燃料と共にロータリーキルン内に吹き込んで生石灰・焼ドロマイトを製造する方法が記載されている。この方法では、直径が２０ｍｍ以下の廃プラスチック粒子を使用することが可能である。
【０００８】
しかしながら、上記の方法で使用されるロータリーキルンは炉内温度が１８００℃近い超高温に達するものであり、かつ、その長さが数十メートルにも及ぶ大規模なものであるので、当該方法には、炉内温度が相対的に低く、炉の全長も大幅に短い小規模ないし中規模の炉には適用することができないという問題があった。
【０００９】
また、特開平１０−１８５１１５号公報には、廃プラスチックを産業廃棄物焼却炉内で燃焼させるための粉体燃焼用バーナが記載されている。このバーナは、ほぼ円筒状の本体と、廃プラスチック分と一次空気とを混合して本体内の円筒軸方向に直線的に噴射する噴射ノズルと、廃プラスチック分に着火するための着火バーナとを備えている。
【００１０】
しかしながら、この粉体燃焼用バーナは、廃プラスチック分を本体内で十分には燃焼させずに産業廃棄物焼却炉内に噴射するものであるので、焼却炉内を傷め易く、産業廃棄物焼却炉以外の焼却炉には適用し難いという問題があった。
【００１１】
さらに、特開平１０−１８５１６２号公報には、金属被覆チップから分離した廃プラスチックを特定構造の粉体バーナを用いて処理する方法が記載されている。この方法で使用される粉体バーナは、ほぼ円筒状の粉体バーナ本体と、廃プラスチック分と一次空気との混合体が粉体バーナ本体内で旋回するようにして当該混合体を産業廃棄物焼却炉側へ噴射する粉体噴射手段と有しており、炉内側に向かって下がるように傾斜して設けられる。
【００１２】
しかしながら、上記の粉体バーナによって廃プラスチックを完全にガス化するためには、上記の粉体バーナ本体を長尺化するか、粉体バーナ本体内の温度を高温にする必要があり、小型化が困難であるといった問題や、高価な耐火材を用いて粉体バーナ本体を作製しなければならいといった問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、平均粒径が比較的大きな可燃粉体でも良好に燃焼させることが可能で、小型化も容易な粉体燃焼装置を提供することを主目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載するように、長手方向の一端が閉塞された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナを備えた粉体燃焼装置であって、上記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、該バーナスロートの形成位置よりも開口端側の少なくとも下方に堰を形成することができる仕切り板とを有し、上記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路を有し、上記バーナスロートに装着されて、上記可燃粉体を上記ケーシングの内周面に沿った周方向に噴射可能であることを特徴とする粉体燃焼装置を提供する。
【００１５】
本発明によれば、バーナから副燃焼室内に噴射された可燃粉体が、ケーシングの内周面に沿って螺旋状に運動しながら当該副燃焼室の開口端側に向かうものであり、かつ副燃焼室内に堰が形成されているので、可燃粉体の副燃焼室内での滞留時間を長くすることができる。したがって、平均粒径が比較的大きな可燃粉体を用いた場合でも、当該可燃粉体を燃焼させるに十分な滞留時間を容易に確保することができる。また、副燃焼室の長さを短くしても、可燃粉体を燃焼させるに十分な滞留時間を確保することが可能であるので、小型化が容易である。さらに、上記堰は少なくとも下方に設けられていることから、副燃焼室からの可燃粉体の飛び出しを防止することが可能となる。
【００１６】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項２に記載するように、上記のバーナが、第１流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第２流路と、前記第１流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第３流路とを有していることが好ましい。以下、ガス燃料と液体燃料とを単に燃料ともいう。このようなバーナでは、バーナから噴射された可燃粉体を燃料と燃焼用空気とによって挟み込むことができ、これによって可燃粉体、燃料、および燃焼用空気が十分に混合した状態で着火させることが可能になる。その結果として、可燃粉体を更に良好に燃焼させることができる。
【００１７】
上記請求項２に記載された発明においては、上記のバーナが、第２流路または第３流路を流れる流体に旋回を与える旋回発生手段を有していることが好ましい。この旋回発生手段を設けることにより、可燃粉体、燃料、および燃焼用空気を積極的に混合することが可能になり、可燃粉体を更に良好に燃焼させることが容易になる。
【００１８】
上記請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載された発明においては、上記の堰を形成するために仕切り板が配置された箇所でのケーシングの開口率を４５％以下にすることが好ましい。当該開口率を４５％以下にすることによって、可燃粉体を良好に燃焼させることが容易になる。
【００１９】
上記請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載された発明においては、プラスチックを含む可燃粉体を用いることが好ましい。可燃粉体として例えば廃プラスチックを用いることにより、本発明の粉体燃焼装置の利点を最大限に生かすことができる。
【００２０】
本発明はまた、請求項５に記載するように、上記請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼装置によって、可燃粉体を燃焼させることを特徴とする粉体燃焼方法を提供する。この方法によって、可燃粉体を良好に燃焼させることが可能となり、可燃粉体を化石燃料の代替燃料として利用することが容易になる。
【００２１】
上記請求項５に記載された発明においては、上記のバーナから噴出する可燃粉体の流速を４ｍ／秒以上にすることが例示される。可燃粉体の流速をこのように選定することにより、当該可燃粉体を更に良好に燃焼させることが容易になる。
【００２２】
上記請求項５に記載された発明においては、請求項６に記載するように、プラスチックを含む可燃粉体を用いることが好ましい。可燃粉体として例えば廃プラスチックを用いることにより、本発明の粉体燃焼方法の利点を最大限に生かすことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の粉体燃焼装置および粉体燃焼方法について、第２流路にガス燃料を導入する場合を説明する。なお、以下の説明では、このように第２流路にガス燃料を導入する場合についてのみ説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２流路に液体燃料が導入される場合をも含むものである。
【００２４】
Ａ．粉体燃焼装置
本発明者らは、可燃粉体の基礎的特性を示差熱分析や加熱過程での状態変化の観察等によって解析して、例えば廃プラスチック粉末に含まれるガス化成分は概ね５００℃以下でガス化し、当該廃プラスチック粒子を良好に燃焼させるためには燃焼装置内で確実にガス化させることが重要である、との知見を得た。
【００２５】
図１は、廃プラスチック粉末をガス化するのに要する時間（以下、「ガス化時間」という。）と雰囲気温度との関係を廃プラスチック粉末の粒径ごとに示す。
【００２６】
図示のデータは、廃プラスチック粉末としてポリプロピレンを用いたものである。まず、常圧、窒素雰囲気のもとで、示差熱天秤を用いて１０℃／分程度の速度で廃プラスチックを加熱し、廃プラスチック温度と廃プラスチック粉末の重量減少（ガス化量）との関係を把握した。次に、廃プラスチック粉末を球体であると近似し、一定の雰囲気温度のもとに保持されたとして外表面への放射伝熱による温度上昇を計算し、中心部の温度が５００℃に達する時間をガス化時間として見積もった。なお、このとき、ガス化する量は熱天秤による測定結果により決定し、残存する灰分は５％とした。
【００２７】
同図から明らかなように、廃プラスチック粉末のガス化時間は、粒径が大きくなるほど長くなり、粒径が同じであれば、雰囲気温度が高くなるほど短くなる。
【００２８】
図２は、雰囲気温度を１２００℃に固定したときの廃プラスチック粉末のガス化時間と粒径との関係を示す。雰囲気温度以外の測定条件は、図１に示したものと同様の条件とした。
【００２９】
同図から明らかなように、雰囲気温度が一定である場合、廃プラスチック粉末のガス化時間は、粒径の増加に伴って略線形に増加する。
【００３０】
ところで、燃焼装置のケーシングを比較的安価な耐火物によって作製する場合、その耐熱温度の上限は概ね１２００〜１４００℃の範囲内となるので、雰囲気温度の上限もこの範囲内となる。
【００３１】
したがって、比較的耐熱性の低い耐火材を用いて燃焼装置を作製し、かつ、当該燃焼装置によって粗粒の廃プラスチックを確実にガス化するためには、ガス化に必要な時間を如何にして確保するかが大きな問題となる。
【００３２】
例えば、１２００℃の雰囲気温度の下で粒径が０．３ｍｍの廃プラスチックをガス化するためには０．２５秒という比較的短い時間、副燃焼室内に滞留させればよいわけであるが、粒径が１ｍｍになれば約０．８秒、粒径が２ｍｍになれば約１．７秒、粒径が３ｍｍになれば２．６秒という比較的長い時間、廃プラスチック粉末を副燃焼室内に滞留させることが必要となる。
【００３３】
副燃焼室内に廃プラスチック粉末を供給するにあたって、当該廃プラスチック粉末が副燃焼室内を螺旋状に旋回しながら移動するようにするだけでは、上記の滞留時間を確保するために必要となる副燃焼室の全長が長くなり、装置の大型化をまねく。燃焼装置を小型化するためには、何からの工夫が必要である。
【００３４】
本発明は上記の知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明の粉体燃焼装置では、燃焼装置を小型化しても上述の滞留時間が確保できるように、可燃粉体を噴射することができるバーナを、可燃粉体がケーシングの内周面に沿って噴射されるように装着し、かつ、副燃焼室内に堰を形成することができる仕切り板を少なくとも下方に設けている。
【００３５】
＜第１実施形態＞
図３（Ａ）は、第１実施形態による本発明の粉体燃焼装置をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の概略図である。
【００３６】
これらの図に示す粉体燃焼装置２０は、ケーシング１によって画定された副燃焼室１０内で、廃プラスチック粉末等の可燃粉体をバーナ１２によって加熱し、燃焼させるものである。
【００３７】
図３（Ａ）に示すケーシング１は円筒状を呈し、その長手方向の一端は側壁２によって閉塞され、他端は解放端３となっている。ケーシング１の外周壁４には、側壁２に近接して、バーナスロート５が形成されている。また、バーナスロート５の形成位置よりも開口端３側に堰を形成するために、開口端３でのケーシング内周面から径方向内側に張り出すようにして、中央に円形の開口部を有する円板状（環状）の仕切り板７が設けられている。
【００３８】
バーナ１２は、上記のバーナスロート５に装着されている。このバーナ１２には、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路（図示せず。）が設けられており、第１流路に導入された可燃粉体は、当該バーナ１２の先端からケーシング１の内部（副燃焼室１０）へ噴射される。
【００３９】
必要に応じて、ケーシング１の側壁２にのぞき窓１８を設けることができる。なお、のぞき窓１８については、便宜上、断面形状ではなく側面視上の形状を図３（Ａ）に示している。
【００４０】
図３（Ｂ）に示すように、バーナ１２が装着されるバーナスロート５は、ケーシング内周面の所望地点Ｐにおける接線（ケーシング１の長手軸に直交する方向に延在する接線）が当該バーナスロート５の内周面上に位置するように、または当該バーナスロート５の内部空間を通るように形成されている。
【００４１】
そのため、バーナ１２中の第１流路に搬送気体と共に可燃粉体を導入すると、同図中に矢印Ａで示すように、当該可燃粉体はケーシング１の内周面に沿った周方向に噴射される。噴射された可燃粉体は、ケーシング１の内周面に沿って副燃焼室１０内を螺旋状に移動し、開口端３へ至る。なお、バーナ１２については、便宜上、断面形状ではなく側面視上の形状を図３（Ｂ）に示している。
【００４２】
上記の構成を有する粉体燃焼装置２０では、可燃粉体をケーシング３の内周面に沿って螺旋状に移動させることができるので、側壁２にバーナを設けてケーシング３の長手軸方向に可燃粉体を噴射した場合に比べて、可燃粉体の副燃焼室１０内での滞留時間を例えば６倍以上にすることができる。
【００４３】
また、仕切り板７を設けることによって副燃焼室１０内に堰が形成され、副燃焼室１０内を螺旋状に移動してきた可燃粉体が当該堰において円運動するようになったり、当該堰にトラップされたりすることから、堰がない場合に比べて、可燃粉体の副燃焼室１０内での滞留時間が例えば４倍以上に増大する。
【００４４】
その結果として、副燃焼室１０の雰囲気温度を比較的低くしても、可燃粉体を燃焼ないしガス化させるに十分な滞留時間を確保することが容易になる。また、副燃焼室１０の長さを短くする、すなわち、副燃焼室１０を小型化しても、可燃粉体を燃焼ないしガス化させるに十分な滞留時間を確保することが容易になる。
【００４５】
さらに、可燃粉体として廃プラスチック粉末を使用した場合には、上述のように少なくとも下方に設けられた堰によって廃プラスチック粉末をトラップすることができるので、ガス化されないまま副燃焼室１０外へ飛び出してしまう廃プラスチック粉末の量を大幅に低減させることができる。
【００４６】
このような技術的効果を奏する粉体燃焼装置２０は、通常、図３（Ａ）に示すように、燃焼炉等の主燃焼室５０と粉体燃焼装置２０の副燃焼室１０とが連通するようにこれらを並設して、使用される。
【００４７】
粉体燃焼装置２０を上記の主燃焼室５０に並設し、かつ可燃粉体としてたとえ廃プラスチック粉末を使用した場合は、前述のように副燃焼室１０外へ飛び出す廃プラスチック粉末の量、すなわち主燃焼室５０内へ飛び出す廃プラスチック粉末の量を大幅に低減することができるので、主燃焼室５０のケーシング５１の損傷や、主燃焼室５０からの煤の発生を抑制することができる。
【００４８】
粉体燃焼装置２０を使用するにあたっては、一般には副燃焼室１０を画定しているケーシング１の長手軸が水平となるように、かつ、仕切り板７によって副燃焼室１０内に形成される堰が当該副燃焼室１０内で鉛直方向下側に形成されるように設置される。
【００４９】
＜第２実施形態＞
図４（Ａ）は、第２実施形態の本発明の粉体燃焼装置をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したＩＶ−ＩＶ線断面の概略図である。
【００５０】
これらの図に示した粉体燃焼装置３０は、図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示した仕切り板７に代えて、半円形を呈する仕切り板２７が形成されている点で、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示した第１実施形態の粉体燃焼装置２０と異なる。
【００５１】
他の構成は粉体燃焼装置２０と同様であるので、仕切り板２７以外の部材については図３（Ａ）または図３（Ｂ）で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図示の粉体燃焼装置３０では、第１実施形態の粉体燃焼装置２０における配置と同様の配置でバーナ１２が設けられており、かつ、仕切り板２７によって副燃焼室１０内に堰が形成される。したがって、この粉体燃焼装置３０は、第１実施形態の粉体燃焼装置２０と同様の技術的効果を奏する。
【００５３】
以上、本発明に係る第１実施形態および第２実施形態の粉体燃焼装置について説明したが、本発明の粉体燃焼装置はこれらの実施形態の装置に限定されるものではなく、種々の変更や修飾等が可能である。
【００５４】
以下、本発明の粉体燃焼装置を構成する各部材について、図３（Ａ）、図３（Ｂ）図４（Ａ）、または図４（Ｂ）で用いた参照符号を適宜引用しつつ、詳述する。
【００５５】
１．ケーシング
副燃焼室１０を画定するケーシング１の形状は、可燃粉体を螺旋状に移動させるうえから、一端が閉塞された筒状とすることが好ましい。具体的は、一端が閉塞された円筒状、または楕円筒状にすることが好ましい。
【００５６】
ケーシングの内径は、仕切り板７、２７の配設箇所を除き、側壁２から開口端３にかけて一定にすることが好ましいが、側壁２から開口端３にかけて漸次拡大または減少させることも可能である。
【００５７】
粉体燃焼装置２０を低コストの下に作製するうえからは、比較的耐熱性の低い耐火材、例えば耐熱温度が１２００〜１４００℃程度の耐火材を用いてケーシング１を作製することが好ましい。
【００５８】
ケーシング１の内容積は、目的とする粉体燃焼装置の用途や、求められる処理能力等に応じて、適宜選定可能である。
【００５９】
２．仕切り板
仕切り板７、２７は、ケーシング１と同程度の耐熱性を有する耐火材によって形成することが好ましく、熱膨張率の相違等による不具合の発生を防止するうえからは、ケーシング１の材料と同じ材料によって形成することが好ましい。
【００６０】
また、その形状は、少なくともケーシング１の下方に形成されていればその形状は特に限定されるものではなく、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示した仕切り板７のように中央に開口部を有する円板状、または図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示した仕切り板２７のように半円形とする以外に、半楕円形や、三日月状（弓形状）等とすることもできる。
【００６１】
あるいは、図５（Ａ）に示す粉体燃焼装置４０Ａにおける仕切り板３７Ａのように、ケーシング１の径方向内側に位置する縁部が側壁２方向に張り出した形状とすることもできるし、図５（Ｂ）に示す粉体燃焼装置４０Ｂにおける仕切り板３７Ｂのように、ケーシング１の内周面から当該ケーシング１の径方向内側に向かうに従って側壁２方向に斜めに張り出した形状とすることもできる。
【００６２】
仕切り板の位置は、バーナスロート５の形成位置よりも開口端３側に堰を形成することができる位置であれば、例えば図５（Ｃ）に示す粉体燃焼装置４０Ｃにおける仕切り板３７Ｃのように、開口端３から側壁２側へ離隔していてもよいが、開口端３に近づけるほど可燃粉体の滞留時間を長くすることが容易になるので、開口端３に近いほど好ましいといえる。
【００６３】
なお、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示した各粉体燃焼装置４０Ａ〜４０Ｃの構成は、仕切り板を除いて、図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示した粉体燃焼装置２０の構成と同様であるので、仕切り板以外の構成部材については図３（Ａ）または図３（Ｂ）で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。図５（Ｃ）中の参照符号３８は、仕切り板３７Ｃの中央部に形成されている開口部を示している。
【００６４】
仕切り板を最低限１つ配置することによって、所望の技術的効果を奏する粉体燃焼装置を得ることが可能になるのであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、２つ以上の仕切り板をケーシング１内に配置することもできる。
【００６５】
可燃粉体を良好に燃焼させるうえには、仕切り板を形成した箇所でのケーシング１での開口比（面積比）が５％〜４５％の範囲内、特に１５％〜２５％の範囲内となるように、当該仕切り板の大きさおよび形状を選定することが好ましい。開口比が大きすぎると、粉末の飛び出しを防止する効果が不十分となり、開口比が小さすぎると、仕切り板を形成した箇所での流速が大きくなり仕切り板が損傷されやすい。
【００６６】
３．バーナ
バーナ１２は、可燃粉体を噴射することができるものであれば特に限定されるものではないが、通常は、可燃粉体、ガス燃料および燃焼用空気を噴射することができるものが用いられる。
【００６７】
バーナ１２中においてガス燃料が導入される流路、可燃粉体が導入される流路、および燃焼用空気が導入される流路それぞれの配置は適宜選定可能であるが、これらの流路が同軸状に配置された多重管構造のバーナを用いることが特に好ましい。
【００６８】
図６（Ａ）は、三重管構造のバーナの一例をその噴射口側からみた正面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示したＶＩ−ＶＩ線断面の概略図である。
【００６９】
これらの図に示すバーナ１２Ａは、第１流路１３と、第１流路１３よりも内周に形成された第２流路１４と、第１流路１３よりも外周に形成された第３流路１５とを有している。
【００７０】
第１流路１３、第２流路１４および第３流路１５は、バーナ１２Ａの中心軸と直交する方向に切ったときの断面（以下、「横断面」という。）形状が環形を呈する流路であることが好ましい。
【００７１】
気体搬送された可燃粉体を第１流路１３に導入し、ガス燃料を第２流路１４に導入し、燃焼用空気を第３流路１５に導入することにより、バーナ１２Ａから噴射される可燃粉体をガス燃料と燃焼用空気とによって挟み込ませることができ、これによって、可燃粉体、ガス燃料、および燃焼用空気が十分に混合した状態で着火させることができる。その結果として、可燃粉体を良好に燃焼させること容易になる。
【００７２】
第１流路１３に導入する可燃粉体としては、例えば廃プラスチック粉末、微粉炭、木屑、紙片、微粉バイオマス等や、これらの混合物を挙げることができる。本発明の粉体燃焼装置の利点を考慮すると、廃プラスチック粉末を用いることが好ましい。
【００７３】
廃プラスチック粉末を第１流路１３に導入する場合、当該プラスチック粉末の平均粒径（微粉から重量を積算して全重量の５０％となる粒径を意味する。以下同じ。）は、０．６ｍｍ以上であることが好ましく、特に０．９ｍｍ以上であることが好ましい。
【００７４】
この平均粒径が上記範囲より低い場合は、副燃焼室内の温度が上昇しすぎる傾向にあり、またこのような廃プラスチック粉末を得るためのコストが高くなる等の問題があることから好ましくない。
【００７５】
廃プラスチック粉末の粒径が大きくなると、副燃焼室の温度低下が大きくなり、副燃焼室での滞留量が増加して、ガス化や燃焼が阻害されるので、ガス燃料の入熱割合を大きくする必要がある。例えば、平均粒径が４．０ｍｍより大きくなると、ガス燃料の入熱割合を３０％より大きくする必要がある。したがって、廃プラスチック粉末の平均粒径の上限は、４．０ｍｍ以下、特に２．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００７６】
なお、ガス燃料の入熱割合とは、全入熱すなわち可燃粉体の入熱量（Ａ）と燃料の入熱量（Ｂ）との合計入熱量に対する燃料の入熱量の割合（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））をいう。また、入熱割合を燃焼比率ともいう。
【００７７】
また、例えば、図７に示すように、０．１〜０．５の粒度分布を有する廃プラスチック粉末の場合には、平均粒径は０．２９ｍｍとされる。
【００７８】
廃プラスチック粉末を搬送するための気体は、可燃粉体の燃焼を妨げないものであればよく、例えば可燃性を有していてもよいが、一般的には、コスト面から空気を使用することが好ましい。
【００７９】
必要に応じて、第２流路１４内または第３流路１５内に、当該第２流路１４または当該第３流路１５を流れる流体に旋回を与える旋回発生手段１６を設けることができる。図示の例では、第３流路１５内に旋回発生手段１６が設けられている。この旋回発生手段１６を設けることによって、第２流路１４および第３流路１５から噴射される流体と第１流路１３から噴射される可燃粉体とを積極的に混合することが容易になるので、可燃粉体を更に良好に燃焼させることが可能になる。
【００８０】
旋回発生手段１６は、流路内を流れる流体に対して旋回を与えることができる手段であれば特に限定されるものではない。例えば図６（Ｂ）に示すように、旋回羽根、すなわち流体を旋回に導く誘導羽根を、旋回発生手段１６として用いることができる。
【００８１】
Ｂ．粉体燃焼方法
次に、本発明の粉体燃焼方法について説明する。本発明の粉体燃焼方法は、上述した本発明の粉体燃焼装置によって、可燃粉体を燃焼させるものである。
【００８２】
この方法によれば、既に説明した本発明の粉体燃焼装置の利点を生かして、可燃粉体を燃焼させることができる。
【００８３】
その際、粉体燃焼装置を構成しているバーナからは、可燃粉体を一般的には４ｍ／秒以上の流速（初速度）で噴射することが好ましく、特に１０ｍ／秒以上の流速で噴射することが好ましい。可燃粉体の流速をこのように設定することにより、たとえ可燃粉体として廃プラスチック粉末を用いた場合でも、当該廃プラスチック粉末を良好に燃焼ないしガス化させることが可能になる。
【００８４】
また、本発明においては、粉体の燃焼を開始する前に副燃焼室の温度を上げる必要があるが、この場合は、まずガス燃料および燃焼用空気を燃焼させることにより副燃焼室の温度を上昇させることが好ましい。
【００８５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態は例示であり、本明細書の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様の効果を奏するものは、如何なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００８６】
例えば、上記実施形態の説明では、第２流路にガス燃料を導入する場合を示したが、第２流路に液体燃料を導入する場合には、例えば、図６に示す三重管の場合には、液体燃料を噴霧するオイルガンなどの噴霧発生手段を第２流路に取り付けたバーナを用い、副燃焼室に噴射すればよい。
【００８７】
また、本発明に用いられるガス燃料としては、コークス炉ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧおよび各種副性ガスが例示され、液体燃料ととしては、灯油、重油などの石油系燃料あるいはメタノールが例示される。
【００８８】
【実施例】
以下、実施例を例示して、本発明を更に具体的に説明する。
【００８９】
［実施例１］
まず、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示した粉体燃焼装置２０と同様の構造を有する粉体燃焼装置を用意した。
【００９０】
この粉体燃焼装置におけるケーシングの内径（直径）は８００ｍｍ、長さ（内寸）は１０００ｍｍであり、仕切り板の中央部には直径４００ｍｍの円形の開口部が形成されている。バーナスロートには、図６に示したバーナ１２Ａと同様の三重管構造のバーナを装着した。バーナを構成している第１流路１３には、空気搬送された廃プラスチック粉末（主成分はポリエステル）を導入し、第２流路１４には燃料ガスとしてのコークス炉ガスを導入し、第３流路１５には燃焼用空気を導入した。
【００９１】
また、上記の粉体燃焼装置で燃焼させる可燃粉体として、平均粒径が０．９ｍｍ、１．２ｍｍ、１．７ｍｍ、２．０ｍｍと異なる４種類の廃プラスチック粉末を準備した。
【００９２】
上述の粉体燃焼装置をケーシングの長手軸が水平となるように設置し、コークス炉ガスの入熱量が全入熱量の１０％となるように調節しながら、上記４種類の廃プラスチック粉末それぞれについて燃焼試験を行った。
【００９３】
この燃焼試験を行うにあたっては、副燃焼室内の雰囲気温度が１０００℃に達するまではコークス炉ガスの燃焼比率を高くして燃焼を行い、副燃焼室の雰囲気温度が１０００℃を超えた後は、コークス炉ガスの入熱量が上記の値となるよう調節した。
【００９４】
また、バーナから噴出する廃プラスチック粉末の流速（初速度）は、いずれの種類の廃プラスチック粉末についても、８ｍ／秒とし、各廃プラスチック粉末は、それぞれ別個に、１時間当たり２０ｋｇの割合で燃焼させた。
【００９５】
燃焼試験の結果を表１にまとめる。平均粒径が０．９ｍｍの廃プラスチック粉末の場合は、粉末のまま、すなわちガス化されることなく副燃焼室から飛び出るものは極めて少なく、副燃焼室内で極めて良好に燃焼した。他の平均粒径の廃プラスチック粉末の場合にも、ガス化されることなく副燃焼室から飛び出るものは少なく、副燃焼室内で良好に燃焼した。
【００９６】
廃プラスチック粉末のガス化の度合いは、平均粒径が０．９ｍｍのものよりも平均粒径が２．０ｍｍのものの方がやや悪いが、副燃焼室の温度は、平均粒径０．９ｍｍの廃プラスチック粉末を燃焼させたときには１３００℃と比較的高温であったのに対し、平均粒径２．０ｍｍの廃プラスチック粉末を燃焼させたときには１２３０℃と比較的低温であった。
【００９７】
【表１】

【００９８】
［実施例２］
粉体燃焼装置におけるケーシングの内径（直径）を４００ｍｍ、長さ（内寸）を６００ｍｍに変更すると共に、仕切り板の中央部に形成されている円形開口部の直径を１５０ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして、廃プラスチック粉末の燃焼試験を行った。
【００９９】
燃焼試験の結果を表２にまとめる。粉体燃焼装置の小型化に伴って廃プラスチック粉末の副燃焼室での滞留時間が短くなったため、いずれの平均粒径を有する廃プラスチック粉末もガス化の度合いが若干低下したものの、実用上十分に燃焼させることができた。廃プラスチック粉末のガス化の度合いの低下に伴い、副燃焼室の温度も低下した。
【０１００】
【表２】

【０１０１】
［実施例３および比較例１］
平均粒径が１．７ｍｍの廃プラスチック粉末を用い、仕切り板を形成した箇所でのケーシングの開口比を４５％、２５％、または１５％に変更した以外は実施例１と同様の条件の下に燃焼試験を行った。
【０１０２】
また、比較例１として、仕切り板を形成した箇所でのケーシングの開口比を１００％、すなわち、仕切り板を設けなかった以外は実施例３と同様の条件の下に燃焼試験を行った。
【０１０３】
燃焼試験の結果を表３にまとめる。上記の開口比を変化させることによって廃プラスチック粉末のガス化の度合いも変化する。廃プラスチック粉末を実用上十分に燃焼させるうえからは、上記の開口比を４５％以下とすることが好ましく、特に２５％以下とすることが好ましい。
【０１０４】
【表３】

【０１０５】
［実施例４］
仕切り板の形状が半円形である点を除いて実施例１で用いた粉体燃焼装置と同じ構造、および同じ大きさを有する粉体燃焼装置を用意し、この粉体燃焼装置を用いて、ガス燃料（コークス炉ガス）の入熱割合（ただし、副燃焼室内の温度が１０００℃を超えた後での入熱割合を意味する。）を７０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、０％と種々種変化させた以外は実施例１の燃焼試験と同条件の下に、平均粒径が０．９ｍｍの廃プラスチック粉末の燃焼試験を行った。
【０１０６】
燃焼試験の結果を表４にまとめる。コークス炉ガスの入熱割合が１０％以上のときには、廃プラスチック粉末を極めて良好に燃焼させることができた。また、コークス炉ガスの入熱割合が０％であっても、廃プラスチック粉末を良好に燃焼させることができた。廃プラスチック粉末を専焼させることが可能である。
【０１０７】
【表４】

【０１０８】
［実施例５］
ガス燃料（コークス炉ガス）の入熱割合を１０％で固定する一方で、ノズル中の各流路の断面積を変更することによって廃プラスチック粉末の流速（初速度）を種々変更し、他の条件は実施例４での条件と同一にして燃焼試験を行った。
【０１０９】
その結果、廃プラスチック粉末の流速が４〜１０ｍ／秒のときには当該廃プラスチック粉末が良好に燃焼し、流速が１０ｍ／秒を超えると極めて良好に燃焼した。廃プラスチック粉末の流速以外の条件が一定であれば、当該流速を速くする程、廃プラスチック粉末の燃焼状態が良好になる傾向が認められた。
【０１１０】
［比較例２］
実施例１で用いたバーナに代えて、廃プラスチック粉末を搬送気体と共に噴射することができるノズルを、副燃焼室を画定しているケーシングの外周壁に設けると共に、当該ケーシングの長手軸に沿ってガス燃料および燃焼用空気を噴射することができるバーナをケーシングの側壁に設け、他の条件は実施例１での条件と同じにして、廃プラスチック粉末の燃焼試験を行った。
【０１１１】
その結果、廃プラスチック粉末の燃焼状態が悪化した。これは、（１）本比較例で用いた粉体燃焼装置では、実施例１で用いた粉体燃焼装置に比べてガス燃料（コークス炉ガス）による火炎と廃プラスチック粉末流との接触が遅れること、および（２）ケーシングの長手軸方向に流れるガス燃料および燃焼用空気によって、ガス化される前に副燃焼室外へ噴射される廃プラスチック粉末が増加したこと、によるものと考えられる。
【０１１２】
［実験例］
平均粒径が０．３〜０．５ｍｍの廃プラスチック粉末を用いた以外は実施例１と同条件の下に燃焼試験を行った。
【０１１３】
その結果、廃プラスチック粉末は極めて良好に燃焼したが、副燃焼室内の温度が１３５０℃を超える温度にまで上昇した。
【０１１４】
副燃焼室を画定しているケーシングの耐久性を勘案すると、平均粒径が０．６ｍｍ以上の廃プラスチック粉末を燃焼させることが好ましい。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明の粉体燃焼装置では、可燃粉体がバーナから噴射され、かつ、その噴射方向が副燃焼室の内周面に沿った周方向となっているので、副燃焼室の長手軸方向に可燃粉体を噴射した場合に比べて、当該可燃粉体の副燃焼室内での滞留時間を長くすることができる。さらに、副燃焼室内に堰を形成することができる仕切り板が形成されているので、当該仕切り板が形成されていない場合に比べて、可燃粉体の副燃焼室内での滞留時間を長くすることができる。
【０１１６】
これらの結果として、平均粒径が比較的大きな可燃粉体であっても良好に燃焼させることが可能である。また、本発明の粉体燃焼装置は、比較的耐熱性の低い耐火材を用いて作製することができると共に、小型化も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】廃プラスチック粉末をガス化するのに要する時間と雰囲気温度との関係を廃プラスチック粉末の粒径ごとに示すグラフである。
【図２】雰囲気温度を１２００℃に固定したときの廃プラスチック粉末のガス化時間と粒径との関係を示すグラフである。
【図３】図３（Ａ）は、第１実施形態による粉体燃焼装置をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の概略図である。
【図４】図４（Ａ）は、第２実施形態の粉体燃焼装置をその長手軸を含む面で切ったときの概略断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したＩＶ−ＩＶ線断面の概略図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）は、それぞれ、副燃焼室内に堰を形成するための仕切り板の例を示す概略断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、三重管構造のバーナの一例をその噴射口側からみた正面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示したＶＩ−ＶＩ線断面の概略図である。
【図７】０．１〜０．５の粒度分布を有する廃プラスチック粉末の平均粒径を説明するグラフである。
【符号の説明】
１　…　ケーシング
４　…　外周壁
６　…　バーナスロート
７　…　仕切り板
１０　…　副燃焼室
１２　…　バーナ
１３　…　第１流路
１４　…　第２流路
１５　…　第３流路
１６　…　旋回発生手段

Claims (6)

1. 長手方向の一端が閉塞された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナを備えた粉体燃焼装置であって、
   前記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、該バーナスロートの形成位置よりも開口端側の少なくとも下方に堰を形成することができる仕切り板とを有し、
   前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第１流路を有し、前記バーナスロートに装着されて、前記可燃粉体を前記ケーシングの内周面に沿った周方向に噴射可能であることを特徴とする粉体燃焼装置。
2. 前記バーナが、前記第１流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第２流路と、前記第１流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第３流路とを有することを特徴とする請求項１に記載の粉体燃焼装置。
3. 前記バーナが、前記第２流路または前記第３流路を流れる流体に旋回を与える旋回発生手段を有することを特徴とする請求項２に記載の粉体燃焼装置。
4. 前記仕切り板が配置された箇所での前記ケーシングの開口率が４５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼装置。
5. 前記請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼装置によって、可燃粉体を燃焼させることを特徴とする粉体燃焼方法。
6. 前記可燃粉体として、プラスチックを含む可燃粉体を用いることを特徴とする請求項５に記載の粉体燃焼方法。

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