JP2005172328A - 焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイオキシンの発生を確実に防止可能なごみの焼却炉を安価に提供する。
【解決手段】 この焼却炉は、炉本体１の下半部に複数の給気孔１ｅを有する第１燃焼室２と、炉本体１の上部に渦巻き状の煙道からなる第２燃焼室１２を備えた煙道体１１とからなる。第１燃焼室２内での燃焼は、第１バーナー３３と、炉本体１の下半部１ａを取り囲むように設けてある給気室５に空気を供給するブロワー３５により強制的に行われるため、炉内の高温燃焼が保障される。煙道部１１は渦巻き状かつ２層に形成された第２燃焼室１２と第２バーナー３３を備え、第１燃焼室２から排出された煙をさらに高温燃焼させるとともに、８００℃以上の温度に２秒以上維持可能とすることにより完全にダイオキシンを分解して安全なものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明はごみなどの廃棄物を焼却処分するための焼却炉に関するものである。

廃棄物の処理は環境問題を生じることから大きな社会問題となっているが、埋立地等への投棄が不可能となっている現在では、地方自治体や事業者が個々に焼却しなければならない事態に立ち至っている。しかしながら、廃棄物の焼却には有害なダイオキシンの発生を伴うことから、これまで使われていた焼却炉は廃毀されている。そこでダイオキシンを大気中に放出しない廃棄物用焼却炉の開発が急務となっている。ごみ等の焼却による化学反応におけるダイオキシンの発生は避けられないが、このダイオキシンは８００℃以上で２秒以上加熱することにより分解可能な性質を有する。そこで現在の廃棄物用焼却炉は、この条件をクリアーするために各種の手段を採用している。

上記のように、ダイオキシンの排出を抑えるるための手段として、特許文献１には、炉本体内の燃焼で生じた煙を上部に設けられた二次燃焼室内で２秒間以上滞留させることによりダイオキシンを熱分解し、これを水噴霧器で冷却してサイクロンへ流入させることによりダイオキシンの二次発生を防止可能とすることが記載されている。また、特許文献２には、感染性医療器具の焼却時におけるダイオキシンの発生を防止するため、一次排煙を二次焼却炉で加熱して炉内温度を１０００℃近くで２秒以上維持する手段として、加熱室のバーナーと、二次燃焼室を有するサイクロンと熱放射部材とを組み合わせたものからなる焼却装置が記載されている。さらに、特許文献３には、本体ボックスで燃焼した焼却物の排煙を上部に設けた第２ボックスでバーナーを用いて８００℃以上で加熱してダイオキシンの発生を防止するごみの焼却炉が記載されている。
特開平１１−１３２４２８号公報 特開平１１−８２９８６号公報 特開２０００−１８５３３号公報

上記の特許文献１及び２に記載されている焼却炉又は焼却装置は、有害なダイオキシン追放に有効なものであると考えられる。しかしながらいずれも炉本体とは別にサイクロンを備えていることから規模が大きくなり、高価で設置面積も広くなるため、小規模事業体の設置には適しないものと推察される。これに対し、上記の特許文献３に記載の焼却炉は、サイクロン等の炉本体以外の要素を必要としないものであるため、小規模利用者に対する価格、設置面積などの問題は解決できるものと考えられる。しかしながら、本体ボックス内におけるごみ等の焼却の際に必要な空気の供給は、側壁部に設けられた空気穴からの自然給気に依存しているため、燃焼温度が不十分であるといえる。また、頭部ボックスに誘導された排煙をバーナーで燃焼させて完全燃焼及び高温化によるダイオキシンの分解を意図しているが、炉内への空気の供給が不十分であるため温度上昇が不足することが考えられる。さらに煙道を長くして高温維持時間を長くすることによりダイオキシンの分解を十分に行わせようとする意図は読みとれる。しかしながらこの構造では頭部ボックス内だけで８００℃以上の温度で２秒以上維持することは、煙道の長さが短か過ぎるため、ダイオキシン対策としては不十分である。

上記の課題を解決するために、本発明に係る焼却炉は以下の手段を採用し、以下の作用をするようにしてあるところに特徴がある。この焼却炉の基本構成は、下半部に複数の給気孔を有する第１燃焼室を備えた炉本体と、この炉本体上に一体に設けてあり、渦巻き状の煙道からなる第２燃焼室を備えた煙道体と、上記の炉本体の下半部を取り囲むように設けてある給気室と、この給気室に空気を供給するブロワーと、上記の第１燃焼室内に投入された被焼却物を燃焼可能に設けてある第１バーナーと、上記の第２燃焼室に設けてある煙道に沿って火炎を放射可能に設けてある第２バーナーとを備えている。

上記構成の採用により、炉本体内の第１燃焼室に投入された被燃焼物はブロワーからの強制給気と第１バーナーによって強力な燃焼作用を起こして高温となり、排煙は煙道体の第２燃焼室へ送り出される。第１燃焼室内における燃焼は上記の通り高温燃焼のため、金属などを除き灰は殆ど生じない。第２燃焼室に入った排煙は煙道に沿って進行するが、途中で第２バーナーによって再加熱されるため、煙道内温度が８００℃以上に維持される。特に煙道を長くするように工夫してあることから排煙が、２秒以上の間８００℃以上の温度で炉内に滞留するため、ダイオキシンを完全に分解してから排出可能となる。

また、この焼却炉の特徴は、上記の通り、ブロワーと２つのバーナーとにより強力に燃焼させるところに特徴の１つがあるが、特に上記のブロワーは上記第２燃焼室内の温度変化に対応して給気量を制御可能としてある。これは燃焼室の温度を常に所定の範囲内に制御することにより煙道内温度の低下によるダイオキシンの発生を防止するとともに、燃焼効率の向上を図ったものである。燃焼室内の温度は投入されたごみなどの種類や量によって異なることから常に設定した温度範囲に保持するために、給気量の調整による火力の調整をするようにしてある。

上記の煙道体の構成は、内部に形成された上記の渦巻き状の煙道からなる第２燃焼室を上下２つの階層に分けてあるところに特徴がある。上記の煙道の内、下層に位置する下煙道部の渦巻きは、煙が中心部に位置する煙道口から外方に向かうに形成してある。また、上層に位置する上煙道部の渦巻きは、煙が外方から中心部に位置する排煙口に向かうに形成してある。そして下煙道部と上煙道部とは端部同士が連通穴によって連通している。このため、煙道体に入った排煙は下煙道部では内向きの渦巻き状に進行し、外端部で上下の煙道部を連通する連通穴を経て上煙道部に移り、上煙道部では反対に外向きの渦巻き状に進行して中央部に向かい、中央部の排煙口を通って排出される。この発明は、上下の煙道部により煙道内を通過する排煙を８００℃以上の温度で滞留時間が２秒を超えるようにしておくことにより、ダイオキシンを完全に分解可能としてあるところに特徴ある。

また、上下の各煙道は上記のように純粋な渦巻き状に形成したものであってもよいが、煙道を複数の同心円の壁部で仕切られた円周路部と、上記の壁部にこれらの円周路部同士を連通可能に設けられた連通部とで構成した擬似渦巻き状とすると良い。これにより複数の同心円の壁部で仕切られた円周路部を、壁部に各円周路部同士を連通可能に設けられた連通部により、上記の下煙道部の中央に設けてある煙道口から上記の上煙道部の中央に設けてある排煙口まで連続していることになる。ここで、円周路部とは、同心円の壁部で仕切られた空間からなる煙道の部分を指す。また、連通部とは、上記の壁部の一部を切欠して内側の円周路部と外側の円周路部とをつなぐゲートを指す。このような煙道の構成を採用することにより、連通部における排煙は進行方向の急激な変化を生じ、流体抵抗の増大による排煙の煙道内滞留時間が長くなることからダイオキシンの分解能力が向上する。

本発明は、２つのバーナーと強制給気用のブロワーとを備えることにより各燃焼室内における排煙の高温完全燃焼を実現し、ダイオキシンの発生を完全に防止可能となる。特に、第２燃焼室の煙道の構造を２層かつ渦巻き状とすることにより排煙の燃焼室内における滞留時間を長くしてあるため、有害なダイオキシンの発生を完全に防止可能となる。また、炉本体と煙道体とが上下一体になっているため、構成が比較的単純であるとともに設置面積が小さくて済むので、安価かつ狭い敷地内でも設置可能となることから小規模事業体での採用を容易にする。特に高温燃焼によりダイオキシンはもとより灰を殆ど出さないので、注射器やおむつ又は感染性廃棄物等の処分を必要とする病院用焼却炉としての有効性が期待できる。

図１は本発明に係る焼却炉の正面の状態を断面図で示し、図２は側面の状態を断面図で示し、さらに図３は図１を上方から見た状態を示している。図１〜図３に示すように、本発明に係る焼却炉は、投入されたごみなどの被焼却物（以下「ごみ」という）を燃焼させる炉本体１、この炉本体上にあって炉本体から導入された排煙を加熱するための煙道を備えた煙道体１１、これらの炉本体１や煙道体１１を保護するとともに後述のバーナーなどを取り付けるフレームとなる枠体２１及び炉本体や煙道体の焼却作用を制御するための制御部３１とからなる。

炉本体１は、下端部を円錐状に形成してなる下半部１ａと、円筒容器状の上半部１ｂとを互いに開口部同士を結合して炉体としたものからなる。炉本体１は内部が第１燃焼室２となるために、壁部１ｃは鋼板製の外板部材１ｄで補強するとともに、内周面は耐熱壁としてある。耐熱壁は流動性ファインセラミックを所定の肉厚になるように仮設の型内に流し込んで固化したものを採用してある。下半部１ａの壁部には、直径約３ｍｍの透孔からなる給気孔１ｅ，…が８０〜１２０程度を等間隔に又は不規則的に配設してある。炉本体１の正面上部にはごみの投入口３が、下部には灰出し口４が設けてある。また、炉本体１の天板部１ｆの中央部には第１燃焼室２内におけるゴミの燃焼により生じた煙を上記の煙道体１１へ導く煙道口１ｇが設けてある。

煙道体１１も炉本体１と同様に、外周部を外板部材１１ｄの内周面に耐熱壁からなる煙道壁部１１ｃを形成したものからなる。煙道壁部１１ｃも第１燃焼室２の壁部と同様に流動性ファインセラミックを所定の肉厚で仮設の型内に流し込んで固化した耐熱壁によって構成してある。煙道体１１の内部は煙道壁部１１ｃにより仕切られて渦巻状に形成された煙道１２となっている。この煙道１２は上下２つの階層からなり、下方に位置する下煙道部１２ａは中央部に位置する上記の煙道口１ｇから渦巻き状に外方へ向かうように形成されている。また、上層に位置する上煙道部１２ｂは下煙道部１２ａの端部に設けてある連通穴１２ｃから中央部に向かう渦巻き状に形成してある。このように煙道１２に導入された排煙は、下煙道部１２ａで外方に向かって渦巻き状に進行し、さらに連通穴１２ｃを経て上煙道部１２ｂで、今度は下層の場合とは逆に中央部に向かって渦巻き状に進行し、最後に中央部に設けてある排煙口１２ｄから排出するするようになっている。

炉本体１及び煙道体１１の周囲及びその上部は枠体２１で囲まれている。枠体２１はＬ型鋼材と鋼板を用い、アルミニウム酸化物塗料等の塗布などの耐熱処理を施してなる構造物からなる。枠体２１の天板部は、排煙口１２ｄを突出させる部分以外はすべて煙道部１１の上面を覆い隠した状態となっており、下端部は床体２１ｂに固定されている。囲い板２１ａと炉本体１及び煙道体１１との間に隙間が区画形成されている。この隙間は炉本体１の高さの中程、すなわち給気孔１ｅが設けてある範囲と給気孔１ｅが設けられていない範囲との境界近傍で、仕切り板２２を用いて炉本体の下半部１ａを取り囲む周囲の空間を気密保持可能に遮断してある。炉本体の下半部１ａの周囲に区画形成された空間は、炉本体の各給気孔から第１燃焼室内に空気を均等に供給可能とする給気室５となっている。

図２に示すように、枠体２１の囲い板２１ａのうち前面のごみ投入口３及び灰出し口４の部分はくり抜きした状態になっており、そこから突出しているごみ投入口３及び灰出し口４の前端部には手動開閉式の扉３ａ，４ａが設けてある。また、図１に示すように、枠体２１の下側部には炉本体１内に火炎を放射可能に第１バーナー３２が設けてある。さらにまた、その上方すなわち煙道体１１の側部には第２バーナー３３が設けてある。第２バーナー３３はノズル部３３ｂが煙道１２に沿って放射するように設けることにより（図４参照）、火炎による加熱部の集中を避けるようにしてある。第１バーナー３２及び第２バーナー３３は必要に応じて起動及び停止の動作を制御可能となっている。これは各燃焼室２，１２内の温度変化に対応してバーナーを有効に起動させることにより、排煙の温度を所定範囲の設定温度に維持可能とするものである。第１燃焼室２内の温度は壁部１ｃに設けられたサーモセンサ（熱電対）３６により、また、煙道１２内の温度は煙道１２の適当な位置に設けたサーモセンサ（熱電対）３４により検出した温度データを不図示の制御回路で処理してバーナーの点火・停止を制御可能としてある。

図１における枠体２１の右側下部には、ブロワー３５が設けてある。このブロワー３５は第１燃焼室２内の温度変化に対応して回転数を変化させることにより、火力を調整可能とするものである。第１燃焼室２内の温度は炉壁に取り付けた上記のサーモセンサ３６により常時検出可能としてある。ブロワー３５の吐出口３５ａは、炉本体１と枠体２１との間に区画形成された給気室５内から炉本体１の各給気孔１ｅ，…を経て炉本体１の内部（第１燃焼室２）内に供給可能となっている。

図１、図２に示すように、枠体２１の右側方には制御部３１が設けてあり、これに付属する制御盤３７には、各種のスイッチや表示ランプの他、火力調整のための制御回路（前述）等を備えている。制御盤３７の前面は枠体２１の前面とほぼ一致するようにしてあり、この前面には扉３７ａが設けてある。図３に示すように、枠体２１及び制御部３１の前面には投入口３、灰出し口及び制御盤３７の各扉の部分にのみ窓部を有するカバー３８が設けてある。このカバー３８は枠体２１の側方と制御部３１の側方及び両者の背面側にもメンテナンス用扉を設けたものが前面側と一体に設けてある。また、図示していないが、カバーの天井部は、排煙口１２ｄに雨除けの覆いを備えたものとすることにより炉本体の保護を図ってある。このカバー３８はメラミン塗装を施した鋼板を採用して外見上ごみ処理の作業に対するイメージ向上を図ってある。

次に、煙道体の構造の変形例を採用したものについて図４を参照して説明する。図４に示すように、上記の煙道体１１を、煙道１２を複数の同心円の壁部１１ｃで仕切られた円周路部１２ｅと、上記の壁部にこれらの円周路部同士を連通可能に設けられた連通部１２ｆとで構成したものである。すなわち、直径の異なる円形の壁部１１ｃで仕切られた円周路部１２ｅ同士を、壁部を切欠してなるゲートの形成によりこれを連通部１２ｆとなし、これにより各円周路部１２ｅ同士を連通させて渦巻き状に近い構造の煙道１２としたものである。これにより、煙道１２は第１燃焼室２と煙道口１ｇを介して連通し、さらにこの煙道口１ｇから下煙道部１２ａ、連通穴１２ｃ上煙道部１２ｂを経て排煙口１２ｄへ連続した擬似渦巻き体となる。この煙道１２は連通部１２ｆにおいて排煙に進行方向の急激な変化が生じ、流体抵抗の増大による排煙の煙道内滞留時間の延長を実現している。したがって、通過中の排煙を８００℃以上に加熱した状態に維持しておけば、有害なダイオキシンを完全に分解可能となる。その他の構成は既述の説明と同様である。この構造は排煙の煙道内における通過時間が短くなりがちな小形の焼却炉の場合は特に有効である。

次にこの焼却炉の使用法及び作用について説明する。なお、煙道体の構成は上記の変形例を採用したものとして説明する。まず、投入口３の扉３ａを開けて被焼却物であるごみを炉本体１の内部（第１燃焼室２内）に投入し、次に制御盤３７の起動スイッチをオンにして運転を開始する。運転開始により初めに第２バーナー３３が点火して煙道１２内の温度を８００℃以上に上昇させる。次にブロワー３５が起動するとともに第１バーナー３２が点火してごみの燃焼が開始される。この時、各給気孔１ｅ，…から第１燃焼室２内に空気が強制的に供給されているため燃焼作用が促進され、燃焼温度が８００℃以上に上昇してごみを完全に燃焼させる。この結果、第１燃焼室２内に灰が殆ど残らず、僅かに金属等の高融点物質のみが炉底に残されるのみとなる。第１燃焼室２内の温度が上昇して８００℃以上の温度になるとサーモセンサ３６からの検知信号を受けて第１バーナー３２が停止してごみの自焼作用により燃焼が継続する。また、第１燃焼室２内の温度低下が検知された場合には、直ちにブロワー３５の回転数を上げて給気量を増加させることにより温度低下を防止する。ここで燃焼した排煙は上部の煙道口１ｇ経て煙道体１１の煙道１２内に誘導される。

煙道体１１内に誘導された排煙は下煙道部１１ａ内に入り、外向きの渦巻き状に進行して外端部に至り、連通孔１２ｃから上煙道部１１ｂに移り、今度は外から中央部に向かう煙道に沿って進行する。この間に煙道１２の途中に設けられた連通部１２ｆにて速度規制が行われることは既述した通りである。下煙道部１２ａを進行中の煙は第２バーナー３３により再び加熱される（第２次燃焼）ことにより温度が上昇して進行中の煙が完全燃焼する。煙道１２内の温度はサーモセンサ３４により常時検知されているので、煙道内温度の変化に対応して第２バーナー３３の火力を制御されているため、排煙の温度は常に８００〜１０００℃の範囲に維持される。また、煙道体１１内における煙の進行速度は上記した煙道１２の構造により規制されるため、排煙が排煙口１２ｄに到達するまでにはかなりの時間が経過することになる。したがって排煙が第１燃焼室２で８００℃以上に加熱された状態で、煙道体１１を通って排煙口１２ｄから排出されるまでに２秒以上経過するため、有害物質であるダイオキシンは完全に分解して排煙口１２ｄから出る排煙は安全なものとなる。

第１燃焼室２内へのごみの投入は随時行われるが、これによって燃焼室内の温度が変化する場合にも、同様に温度変化に対応して第１バーナー３２やブロワー３５を制御して常に温度低下によるダイオキシンの発生を防止している。この焼却炉の運転を停止する場合には、停止予定時間の１時間ほど前からごみの投入を禁止するようにタイマーのセットすることによりその旨の表示をするようにして燃え残りを生じないようになっている。所定の時間が経過して第１燃焼室２内のごみの焼却が終了すると、炉内温度が低下するため、これをサーモセンサ３６で検出し、第２バーナー３３及びブロワー３５の運転を停止させて焼却炉の運転を終了する。炉内温度が常温に低下したら灰出し口４から金属などの不燃焼物を掻き出して次の焼却に備える。

本発明に係る焼却炉は、生ごみからプラスチック類まで殆どの物質を焼却可能なので、あらゆる施設の焼却炉として採用可能である。特に、プラスチックや感染性器具を廃棄する必要性が高い病院等に設置すると注射針などの金属を除く全ての物質を跡形もなく焼却可能であるので、医療廃棄物の安全処理に貢献する。

本発明は製造物に関するものであり、製造・販売により産業の発展に貢献するとともに、廃棄物の処理を有効に行うことにより医療廃棄物や産業廃棄物の焼却による危害を防止可能とするものである。

要部の構成を示す正面の断面図である。 同、側面の断面図である。 同、平面図である。 煙道体の構成を示すものであり、（ａ）は全体の構成を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂ線断面図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１ 炉本体
１ａ 下半部
１ｂ 上半部
１ｅ 給気孔
２ 第１燃焼室
３ 投入口
４ 灰出し口
５ 給気室
１１ 煙道体
１１ｃ 壁部
１１ｅ 連通部
１２ 煙道（第２燃焼室）
１２ａ 下煙道部
１２ｂ 上煙道部
１２ｃ 連通穴
１２ｄ 排煙口
１２ｅ 円周路部
１２ｆ 連通部
３２ 第１バーナー
３３ 第２バーナー
３５ ブロワー

Claims (4)

1. 下半部に複数の給気孔を有する第１燃焼室を備えた炉本体と、
   上記炉本体上に一体に設けてあり、渦巻き状の煙道からなる第２燃焼室を備えた煙道体と、
   上記下半部を取り囲むように設けてある給気室と、
   上記給気室に空気を供給するブロワーと、
   上記第１燃焼室内に投入された被焼却物を燃焼可能に設けてある第１バーナーと、
   上記煙道に火炎を放射可能に設けてある第２バーナーと
   を備えていることを特徴とする焼却炉。
2. 請求項１において、上記ブロワーは上記第１燃焼室内の温度変化に対応して給気量を制御可能としてあることを特徴とする焼却炉。
3. 請求項１又は請求項２において、上記第２燃焼室は上下２層に配置された２つの煙道からなり、下層に位置する下煙道部は煙が中心部から外方に向かう渦巻き状に形成してあり、上層に位置する上煙道部は煙が外方から中心部に向かう渦巻き状に形成してあり、上記下煙道部と上記上煙道部とは端部同士が連通穴を介して連通していることを特徴とする焼却炉。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、上記煙道は複数の同心円の壁部で仕切られた円周路部を、上記壁部に各上記円周路部同士を連通可能に設けられた連通部により、上記下煙道部の中央に設けてある煙道口から上記上煙道部の中央に設けてある排煙口まで連続しいることを特徴とする焼却炉。