JP2005265303A

JP2005265303A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2005265303A
Application number: JP2004078723A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsumoto; 健二松本; Nobuo Ebara; 信夫江原; Shinichi Kuromame; 伸一黒豆; Satoshi Takeshita; 聡竹下; Yoshiya Kiriyama; 佳也桐山; Takahiro Hoshino; 高広星野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd; Sanei KK
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd; Sanei KK
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】熱しゃく減量を大幅に低減する燃焼装置を提供する。
【解決手段】キルン出口８を臨む位置から当該キルン出口８に向かってノズル１１から噴出する２００ｍ／ｓ以上の高速の空気又は酸素富化空気により、キルン内で上下の二層に分離される傾向にあるガス流を激しく撹拌し廃棄物との接触効率を上げて燃焼を促進すると共に、キルン出口近傍の未燃焼廃棄物をキルン入口側に吹き飛ばし滞留時間を増大してさらに燃焼を促進し、且つ、ロータリーキルン２の後端部が回転自在に挿入される躯体３と当該ロータリーキルン２の後端部との間の隙間から漏れ込む空気を、巻き込んでキルン内に供給し一層燃焼を促進する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物を燃焼焼却又は燃焼溶融するロータリーキルンを備えた燃焼装置に関する。

従来、廃棄物を焼却、溶融するロータリーキルンを備えた焼却・溶融装置として、ロータリーキルンの出口側からキルン内の廃棄物に向けて、６０ｍ／ｓの速度で昇圧空気を吹き込み、これにより焼却を促進し完全な溶融スラグを得る焼却・溶融装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１０８２１８号公報

しかしながら、上記公報に記載のようにして昇圧空気を吹き込んでも、実際には、廃棄物の５〜１５％が燃焼未完了のままでキルン出口から排出される（熱しゃく減量５〜１５％）ということが本発明者らの実験により確認され、熱しゃく減量をさらに減らすことが求められている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、熱しゃく減量が大幅に低減される燃焼装置を提供することを目的とする。

ここで、本発明者らの実験・検討によると、上記公報記載の装置で熱しゃく減量が５〜１５％と高いのは、ノズルから吹き込む空気の速度が低速であることが主たる原因であることを見出した。

そこで、本発明による燃焼装置は、供給される廃棄物を、回転しながら燃焼焼却又は燃焼溶融するロータリーキルンを備えた燃焼装置において、ロータリーキルンの出口であるキルン出口を臨む位置から当該キルン出口に向かって、２００ｍ／ｓ以上の高速で空気又は酸素富化空気を噴出するノズルを有することを特徴としている。

このような燃焼装置によれば、キルン出口を臨む位置から当該キルン出口に向かってノズルより噴出される２００ｍ／ｓ以上の高速の空気又は酸素富化空気により、キルン内で上下の二層に分離される傾向にあるガス流（上部がＯ_２濃度高、下部がＯ_２濃度低の還元雰囲気という二層）が激しく撹拌され廃棄物との接触効率が上がり燃焼が促進されると共に、キルン出口近傍の未燃焼廃棄物がキルン入口側に吹き飛ばされ滞留時間が増大されてさらに燃焼が促進され、且つ、ロータリーキルンの後端部が回転自在に挿入される躯体と当該ロータリーキルンの後端部との間の隙間から漏れ込む空気が、巻き込まれてキルン内に供給され一層燃焼が促進される。

また、このようにして燃焼が一層促進されるため、ノズルの流量は、処理する廃棄物の理論空気量の６％以下で良く、このような少量の流量により、キルン内が冷やされることが抑止され燃焼効率が高められる。

ここで、ノズルから酸素富化空気を噴出する場合には、燃焼効率等の点から、その酸素濃度を２１〜３０％とするのが好ましい。

また、ロータリーキルンの後端部が回転自在に挿入される躯体を備え、ノズルを、躯体を構成する壁体のキルン出口を臨む位置に設置する場合には、上記のようにノズルからは空気又は酸素富化空気が２００ｍ／ｓ以上の高速で噴出されるため、当該ノズルを、その先端が壁体から突出しないように設置する構成を採用することが可能とされる。この構成の採用により、ノズルの冷却が不要とされると共に、壁体のノズルより上方位置からの例えばダスト等の落下物による当該ノズルの破損が防止される。

また、空気又は酸素富化空気は、１００〜３００°Ｃに加熱されていると、キルン内が冷やされることが抑止され燃焼効率が一層高められる。

また、ノズルは、その噴出する空気又は酸素富化空気がキルン内の廃棄物に直に当たるように、その噴出方向が下向きに傾斜していると、未燃焼廃棄物のキルン入口側への吹き飛ばし及びガス流の撹拌が一層促進されて燃焼が一層促進される。

また、ノズルは、その噴出する空気又は酸素富化空気がキルン内で旋回流を形成するように、その噴出方向が設定されていると、ガス流の撹拌及び未燃焼廃棄物のキルン入口側への吹き飛ばしが一層促進されて燃焼が一層促進される。

このように本発明による燃焼装置によれば、廃棄物の燃焼が一層促進され、熱しゃく減量を大幅に低減することが可能となる。

以下、本発明による燃焼装置の好適な実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の第一実施形態に係る燃焼装置を示す概略側面構成図、図２は、図１中のノズル及びその近傍を拡大して示す概略側面構成図、図３は、ノズルから噴出される空気の流速と熱しゃく減量との関係を示す図であり、本実施形態の燃焼装置１は、都市ごみや焼却灰等の廃棄物を燃焼溶融するロータリーキルンを備えるもので、廃棄物処理設備に採用されているものである。

図１に示すように、燃焼装置１は概略、燃焼溶融炉としてのロータリーキルン２と、このロータリーキルン２に連絡される躯体としての二次燃焼塔３と、を備えている。

ロータリーキルン２は、円筒形状を成して横置きされ、入口側となる前部（図示左側）から出口側となる後部（図示右側）に向かって下方に所定に傾斜するようにして配設されている。なお、ロータリーキルン２としては、水平置きされるものもある。このロータリーキルン２は、その前端部が固定部としての前支持部４により閉じられていると共に回転自在に支持され、その後端部が固定部としての二次燃焼塔３に挿入されて回転自在に支持されている。

ロータリーキルン２を支持する前支持部４には、上流側からの廃棄物をキルン内に導入する導入ダクト５が貫設されると共に、例えば灯油等の燃料を、キルン内に導入される燃焼用空気を用いて燃焼する燃料燃焼装置６が貫設されている。また、導入ダクト５には、キルン内に燃焼用空気を送り込む燃焼用空気ノズル７が設けられている。

そして、ロータリーキルン２は所定の速度で回転し、導入ダクト５を介してキルン内に供給された廃棄物を入口側からキルン出口８へ搬送し、この際に、燃料燃焼装置６で生じる高温の燃焼ガス及び火炎を、搬送される廃棄物に接触させることで、当該廃棄物を燃焼溶融し溶融スラグを生成する。キルン出口８は、溶融スラグと燃焼排ガスの共通出口とされる。

このキルン出口８に連絡される二次燃焼塔３は、キルン出口８の上方に連絡され、キルン出口８からの燃焼排ガスを二次燃焼する二次燃焼室９を備えると共に、キルン出口８の下方に連絡され、キルン出口８からの溶融スラグを下方のスラグ冷却水槽（不図示）に導くためのスラグ排出ダクト１０を備えている。二次燃焼室９には、当該二次燃焼室９からの燃焼排ガスを無害化するように処理する排ガス処理設備（不図示）が接続され、スラグ冷却水槽からは水砕スラグが回収される。

ここで、特に本実施形態においては、キルン出口８を臨む位置から当該キルン出口８に向かって、高速の空気を噴出するノズル１１を備えている。このノズル１１は、２００ｍ／ｓ以上の高速で空気を噴出するもので、二次燃焼塔３のキルン出口８に対向する壁体３ａに配設されている。また、ノズル１１は、その噴出する空気がキルン内の廃棄物に直に当たるように下向きに傾斜して設置されていると共に、図２に示すように、当該ノズル１１の先端が壁体３ａから突出しないように設置されている。この噴出に供される空気としては、廃棄物処理設備に付設されている例えば空気予熱器等により１００〜３００°Ｃに加熱された空気が用いられている。

このような構成を有する燃焼装置１によれば、キルン出口８を臨む位置から当該キルン出口８に向かってノズル１１より噴出される２００ｍ／ｓ以上の高速の空気（図１及び図２に示す矢印ｆ１参照）により、キルン内で上下の二層に分離される傾向にあるガス流（上部がＯ_２濃度高、下部がＯ_２濃度低の還元雰囲気という二層）が激しく撹拌され廃棄物との接触効率が上がり燃焼が促進されると共に、キルン出口８近傍の未燃焼廃棄物がキルン入口側に吹き飛ばされ滞留時間が増大されてさらに燃焼が促進され、且つ、二次燃焼塔３とロータリーキルン２の後端部との間の隙間から漏れ込む空気が、巻き込まれてキルン内に供給され（図１に示す矢印ｆ２参照）一層燃焼が促進される。従って、熱しゃく減量が大幅に低減される。

また、このようにして燃焼が一層促進されるため、ノズル１１の流量は、処理する廃棄物の理論空気量の６％以下で良く、このような少量の流量により、キルン内が冷やされることが抑止され燃焼効率が高められている。

因みに、特開２００１−１０８２１８号公報に記載の装置にあっては、空気流量を９〜１８％（空気比１．５、総吹込空気量に対して６〜１２％から計算）とするのが適切としているが、この流量では、量が多過ぎてキルン内が冷やされてしまい燃焼効率が極めて悪い。

また、本実施形態にあっては、上記のようにノズル１１から空気が２００ｍ／ｓ以上の高速で噴出されるため、当該ノズル１１の先端を壁体３ａから突出させる必要が無く、ノズル１１の冷却が不要とされている。また、このようにノズル１１の先端が壁体３ａから突出しない（壁体３ａ内に隠れている）構成のため、壁体３ａのノズル１１より上方位置から落下する例えばダスト等により当該ノズル１１が破損させられるということが防止されている。

また、ノズル１１から噴出される空気が１００〜３００°Ｃに加熱されているため、キルン内が冷やされることが抑止され燃焼効率が一層高められている。

ここで、本発明者らは図１に示す燃焼装置１を用い、ノズル１１から空気を吹き出さない場合、ノズル１１から空気を吹き出し流速を変えた場合の実験を行った。廃棄物としての固形処理物としては約２５００ｋｃａｌ／ｋｇを用い液体燃料と共に燃焼処理した。図３は、ノズル１１から噴出される空気の流速と熱しゃく減量との関係を示す図である。図３において、丸印Ａはノズル１１から何も噴出しない場合を示し、三角印Ｂは、特開２００１−１０８２１８号公報に記載の装置と同様に、ノズル１１から１１００ｍ^３Ｎ／ｈの昇圧空気を６０ｍ／ｓの速度で吹き込んだ場合を示し、四角印Ｃは、ノズル１１から１１００ｍ^３Ｎ／ｈの空気を２００ｍ／ｓ以上の高速で噴出した場合を示している。

図３より明らかなように、ノズル１１から何も噴出しない丸印Ａの場合は、熱しゃく減量が２０〜３０％程度であり、ノズル１１から昇圧空気を６０ｍ／ｓの速度で吹き込んだ三角印Ｂの場合は、熱しゃく減量が５〜１５％程度であり、何れの場合も熱しゃく減量が高いが、ノズル１１から空気を２００ｍ／ｓ以上の高速で噴出した四角印Ｃの場合は、熱しゃく減量が３％以下と大幅に低下していることが分かる。

図４は、本発明の第二実施形態に係る燃焼装置を示す概略側面構成図、図５は、図４中のキルン内のノズルからの噴出流を示す概略背面図である。

この第二実施形態の燃焼装置２１が第一実施形態の燃焼装置１と違う点は、ノズル１１に代えて、その噴出する空気がキルン内で旋回流を形成するように噴出方向が設定されているノズル３１を用いた点である。このノズル３１は、上向きに傾斜し且つキルン内を斜めに横切る方向を向くように壁体３ａに設置されている。そして、他の構成は第一実施形態と同じである。

このような構成を有する燃焼装置２１によれば、ノズル３１より噴出される２００ｍ／ｓ以上の高速の空気（図４及び図５に示す矢印ｆ３参照）により、キルン内に旋回流（図４及び図５に示す矢印ｆ５参照）が形成され、この旋回流により、キルン内で上下の二層に分離される傾向にあるガス流が、第一実施形態よりさらに激しく撹拌され廃棄物との接触効率が一層上がり燃焼が一層促進されると共に、キルン出口８近傍の未燃焼廃棄物がキルン入口側に吹き飛ばされ滞留時間が増大されてさらに燃焼が促進され、且つ、二次燃焼塔３とロータリーキルン２の後端部との間の隙間から漏れ込む空気が、巻き込まれてキルン内に供給され（図４及び図５に示す矢印ｆ４参照）一層燃焼が促進される。従って、熱しゃく減量が第一実施形態に比してさらに低減される。また、他の効果は第一実施形態と同様である。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、ノズル１１，３１の空気の噴出方向を、第一実施形態のように、キルン内の廃棄物に空気を直に好適に当てるべく、下向きに傾斜する方向に設定したり、第二実施形態のように、旋回流を好適に生じさせるべく、上向きに傾斜する方向で且つキルン内を斜めに横切る方向に設定するようにしているが、これらの方向に限定されるものではなく、例えば水平方向等としても良い。

また、ノズル１１，３１から２００ｍ／ｓ以上の高速で噴出する空気に代えて、酸素富化空気を用いるようにしても良い。このように酸素富化空気を用いても上記実施形態と同様な効果を得ることができ、加えて、空気に比して燃焼が一層促進されるというのはいうまでもない。なお、酸素富化空気を用いる場合には、燃焼効率等の点から、その酸素濃度を２１〜３０％とするのが好ましい。

また、上記実施形態においては、廃棄物を燃焼溶融する溶融炉としてのロータリーキルンに対する適用を述べているが、廃棄物を燃焼焼却する焼却炉としてのロータリーキルンに対しても勿論適用可能である。

本発明の第一実施形態に係る燃焼装置を示す概略側面構成図である。図１中のノズル及びその近傍を拡大して示す概略側面構成図である。ノズルから噴出される空気の流速と熱しゃく減量との関係を示す図である。本発明の第二実施形態に係る燃焼装置を示す概略側面構成図である。図４中のキルン内のノズルからの噴出流を示す概略背面図である。

符号の説明

１，２１…燃焼装置、２…ロータリーキルン、３…二次燃焼塔（躯体）、３ａ…壁体、８…キルン出口、１１，３１…ノズル。

Claims

供給される廃棄物を、回転しながら燃焼焼却又は燃焼溶融するロータリーキルンを備えた燃焼装置において、
前記ロータリーキルンの出口であるキルン出口を臨む位置から当該キルン出口に向かって、２００ｍ／ｓ以上の高速で空気又は酸素富化空気を噴出するノズルを有することを特徴とする燃焼装置。
前記ノズルの流量を、処理する廃棄物の理論空気量の６％以下としたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
前記酸素富化空気の酸素濃度を、２１〜３０％としたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼装置。
前記ロータリーキルンの後端部が回転自在に挿入される躯体を備え、
前記ノズルは、前記躯体を構成する壁体の前記キルン出口を臨む位置に、その先端が前記壁体から突出しないように設置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の燃焼装置。
前記空気又は前記酸素富化空気は、１００〜３００°Ｃに加熱されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の燃焼装置。
前記ノズルは、その噴出する空気又は酸素富化空気がキルン内の廃棄物に直に当たるように、その噴出方向が下向きに傾斜していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の燃焼装置。
前記ノズルは、その噴出する空気又は酸素富化空気がキルン内で旋回流を形成するように、その噴出方向が設定されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の燃焼装置。