JP2005300124A - 高性能小型焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物の焼却に際して発生するダイオキシン類を大気中へ放出することなく処理し排ガス臭や排ガス煙など「廃棄物焼却炉に関する基準」の対象物をも処理することができ、尚且つ製造コスト（販売価格）に配慮した小型焼却炉を提供する。
【解決手段】上述の如きの有害物を処理するに足る燃焼温度を発揮し、尚且つ大気中に放出される排ガスの温度を２００℃以下にできる小型焼却炉用の燃焼装置及び冷却装置を開発する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般廃棄物及び産業廃棄物の焼却炉に関する。一般に焼却炉の中でも「廃棄物焼却炉に関する基準」等を満たす構造を有する焼却炉は、燃焼装置、冷却装置、集塵装置及び排気装置がセットで組み込まれている。本発明は、これらの装置の中の燃焼装置と冷却装置に関する。

従来、燃焼室の底面積（通称、火床面積という）が０．５ｍ^２以下の小型焼却炉においてはダイオキシン類及び燃焼ガス等に対する対策を施したものは皆無であった。この主たる理由は火床面積が０．５ｍ^２以下の焼却炉は、その排ガス等に関する法的規制の対象から外れているためである。即ちその設置に際して、当該行政機関への届出が不要なのである。
「廃棄物焼却炉に関する基準」等を満たそうとすれば燃焼能力、冷却能力及び集塵能力において一定の性能を備えた焼却炉でなければならず、必然的にその製造コストひいては価格も高くならざるを得ない。中でも燃焼能力は、排ガスの規制基準を満たす上で極めて重要な要素であるが、そのためには一次及び二次燃焼室の設置とそれぞれにおける所定（法的基準の解決に要する）の発熱温度の確保とさらにこの温度に長時間耐える構造にしなければならずどうしても製造コストは高くなり、結果火床面積０．５ｍ^２以下の小型焼却炉に敢えて上述のごときの各種の装備を設ければ、価格面での割高感が否めず市場性を失っている。
上述の如きの理由で従来の小型焼却炉の燃焼室は耐火煉瓦や耐火モルタルによる燃焼室内面の鋼板に対する保護が成されていない。同様にコストが高くなるという理由で二次燃焼室も備えていない。さらに同様の理由で冷却装置、集塵装置、排気装置なども備えていない。

大気汚染等の環境問題を真剣に考えるとき、火床面積０．５ｍ^２以下の小型焼却炉においては法的規制がないからといってその排ガス対策を講じなければ、地球環境はますます悪化し等しく人類にとって禍根を残すことになるのは火を見るより明らかである。
したがって本発明者は、火床面積０．５ｍ^２以下の小型焼却炉においてもダイオキシン類対策特別措置法の規制を解決できる構造にしなければならないと考えた。しかしながら上述の如くこのような構造にしようと思えば多大な費用がかかるので、充分な市場性を持たせるための製造コストの可能な限りの低減、即ち低減できるような構造と尚且つ所定の機能を有する小型焼却炉を開発しなければならないと考えるに至った。

本発明者は鋭意研究した結果、燃焼装置と冷却装置において高性能且つコストを低減した火床面積０．５ｍ^２以下の小型焼却炉用の構造体を開発した。火床面積０．５ｍ^２以下の小型焼却炉であっても、その焼却能力において単位時間当り５０Ｋｇを超える焼却炉の設置には当該行政機関への届出が必要であり許可の対象となっている。即ち設置する側からすれば煩雑な手続きを要することになるので、所要の焼却量が単位時間当り５０Ｋｇを最大焼却処理能力とする小型焼却炉で賄えるのであれば、これの導入設置が要望されている。

以下、本発明を図に従い、詳しく説明する。
図１は本発明による燃焼装置と冷却装置を装備した小型焼却炉の概略図である。ここで（ａ）は側面の概略図、（ｂ）は上面の概略図であり符号１は燃焼室、１ａは焼却物の投入口、１ｂは焼却灰の排出口、符号２は燃焼室直上の排煙ダクト、２ａは２から符号５の第一冷却塔に連結されたダクト、符号４は燃焼室に空気を送り込むブロア、符号５ａは５の底部に蓄積する焼却灰の排出口、符号６は第二冷却塔、６ａは６の底部に蓄積する焼却灰の排出口、符号７は最終的に残すことなく焼却灰を捕獲する装置（通称サイクロン）、７ａは７に蓄積する焼却灰の排出口、符号７ｂは排煙が大気中に放出される際の温度を確実に２００℃以下にするための補助冷却塔、符号８は燃焼室で発生した排ガスを第一、第二冷却塔及びサイクロンを強制的に通過させるための誘引ブロアであり、同時に排ガスの大気中への排出機能を有する。符号９は排ガスを大気中に排出する排煙塔、９ａは排煙塔の下部に設けられた点検口、符号１０は第一、第二冷却塔でで加熱された冷却水の温度を下げるための冷却水槽、符号１１は第一、第二冷却塔から冷却水槽に至る鋼管でこの中を冷却水が循環している。符号１２は冷却水槽の冷却水を第二冷却塔に送り且つ冷却水を循環させるためのポンプ、１２ａは第一冷却塔において同様の機能を有するポンプ、符号１３は冷却水槽から１２及び１２ａの循環ポンプに至る鋼管でこの中を冷却水が循環している。なお符号３は常設の熱電対温度計である。

以上、概略図の説明の中で本発明による燃焼装置は符号１の燃焼室内に装備される。また本発明による冷却装置は符号５及び符号６の冷却塔内に装備される。夫々について図に従い詳しく説明する。
図２は本発明による燃焼装置のイメージ図である。ここで符号１４は燃焼室内の四隅に立ち上がる耐熱性鋼管で符号１５の如きの多数の小孔径の孔が燃焼室の中央方向に向かって開けられており、焼却処理のための酸素源として符号４のブロアから送られる空気の吐出ノズルの呈を成している。またこの４本の耐熱鋼管の最上部は符号１６の如く傾斜した蓋となっておりこの面にも多数の小孔径の孔が開けられている。そしてこの傾斜面からの空気の吐出こそが本燃焼装置の最大の特徴であり、法的規制の対象となっているダイオキシン類、ばいじん又悪臭等の除去に必要な高温の雰囲気を燃焼室直上の符号２の排煙ダクト内に作りだしている。即ち符号２の排煙ダクトは所謂二次焼却炉の性能を有しており、したがってこのダクトの内壁は１５００℃の高温に耐える耐火モルタルで施工されている。またこのダクトには、二次焼却炉において法的に義務付けられているため助燃バーナーも設置してあるが、本発明品の燃焼装置の稼動中にこの助燃バーナーを使用する必要はない。即ち本燃焼装置は助燃バーナーを使用することなく排ガス中の有害物の除去に必要な高温を符号２の排煙ダクト内において成し得るのである。このような効果的な燃焼状態は、前述の符号１６から吐出する空気が丁度符号２の排煙ダクトの中央部に向かっていて、通常ならば酸欠状態であまり高温にならないこの部分に充分な酸素を供給している結果である。

上述の如きの効果的な燃焼状態の実現に寄与しているもう一つの要因は、符号８の誘引ブロアの設置状態にある。即ちこの誘引ブロアは、途中で外気に接することなく符号１の燃焼室と直結していて燃焼室で発生した排ガスを強力に吸引しているのである。その結果、焼却時に燃焼室内に籠もりがちとなる二酸化炭素、水蒸気、排煙などの燃焼遅滞性ガスを素早く排除し、加えて燃焼室内の気圧低下させることで符号１４の立上り耐熱鋼管や符号１７の水平耐熱鋼管に開けられた多数の小孔径の孔から吐出する空気の流通性を促進し、飛躍的な燃焼効率の向上と所定の高温状態を実現させることに成功した。

図３は符号１４の立上り耐熱鋼管を符号１７の水平耐熱鋼管の端部に設けられた符号１８の鋼管受部から抜き取ったときのイメージ図であり、実稼動時のメンテナンスを簡略にするためこの立上り耐熱鋼管は受部に落し込むだけでセットされる構造になっている。
図４は符号１７の水平耐熱鋼管部のイメージ図である。ここで符号１９は符号４の供給ブロアからの空気が水平耐熱鋼管に入ってくる部分のパイプである。

次に概略図の説明の中で符号５及び符号６の冷却塔内に設置される本発明による冷却装置について図に従い詳しく説明する。
図５は、当該焼却炉の符号５の第一冷却塔の断面概略図である。ここで符号２０は符号２６の矢印の方向に燃焼室から流れてくる高温の排ガスを最初に受ける冷却塔上部のチャンバーである。符号２１は本発明による冷却装置でありユニット化されており、苛酷な熱的影響による比較的短い期間での補修、交換等のメンテナンスの作業が容易に行なえる構造になっている。符号２２は該冷却塔下部のチャンバーであり、誘引された焼却灰の貯めと符号２９の矢印方向に流れて第二冷却塔に向かう排ガスの通路になっている。符号３０は冷却水であり、循環ポンプにより符号２８の矢印方向から流入し、符号２７の矢印方向に排出されて符号１１のパイプ内を流れて符号１０の冷却水槽に送られる。第二冷却塔も同様の構造になっている。

図６は本発明による符号２１の冷却ユニットのイメージ図である。このユニットは符号２３のボルトにより符号２０の上部チャンバーと又符号２４のボルトにより符号２２の下部チャンバーとそれぞれ連結されており、上述の如くメンテナンスの際には簡単に取り外せる構造となっている。排ガスが通過する符号２５の鋼管は、高温に晒されるだけでなく排ガスに含まれる塩素ガスによる腐食を考慮して耐塩素系鋼管を使用し、優れた耐久性を有している。また熱交換効率を増し冷却効果を上げる様、規格品番５０Ａという同類の他の冷却装置で採用している規格品番６５Ａより実効断面積において約６６％小さい鋼管を使用している。そして鋼管の本数を増やすことにより誘引排ガス容積が減少しないように調整してある。なお符号３１は本冷却ユニット内の冷却水が排ガスの熱で加熱され沸騰したとき発生する水蒸気圧をユニット内から逃がすための蒸気排出口である。

まず本発明による燃焼装置は、独創的な発想と緻密な理論に立脚した極めて特徴的な形状の空気供給部を有し、その結果前述の如きの排ガス誘引効果も手伝って画期的な燃焼力を発揮することが確認された。この燃焼力は最初に若干の火種さえ与えてやれば燃焼バーナーなしに燃焼室内を法的規制の対象となっている様々な有害物の処理温度にまで上げるほど強力なものである。燃焼室直上の排煙ダクト内における燃焼温度は、被焼却物の材質にも依るが例えば建築廃材の可燃物の場合は１１００℃、廃プラスチックの可燃物の場合は１２００℃にまで達する。したがってダイオキシン類（８００℃にて分解）の処理、排ガス臭（９００℃にて分解）の消臭、排ガス煙（１０００℃にて溶融）の消煙といった法的規制の基準を大部分解決できる。また上述のごとく燃焼バーナーの必要がないので灯油、プロパンといった燃料も不必要であり、所謂ランニングコストが大幅に削減できることを特徴としている。
また熱交換率の極めて優れた構造を有する冷却塔を二基装備したことにより排ガスが排煙塔の出口から大気中に放出されるときの温度は２００℃以下で、この点においても法的規制の基準を解決しており従来の小型焼却炉では考えられなかった性能を有しているのである。

幅１６５０ｍｍ、長さ６５００ｍｍ、高さ２５００ｍｍの寸法内に排煙塔を除く図１の如きの各装置を納め各種の実験及び測定を行なった。
本実験では、実際の建築解体現場から持ってきた建築廃材を被焼却物として使用した。
まず最初に約１５Ｋｇの建築廃材を適当に燃焼室に投入し、着火用の古紙に点火した後の燃焼の立上り状況を調べた。その結果、約２分後の冷却水を除く各部所の温度は燃焼室中央で９００℃、二次燃焼炉に相当する燃焼室直上の排煙ダクトで１０５０℃、また燃焼室の底部即ち炉底で１３００℃であった。その後建築廃材の投入とともに各部所の温度は若干上昇してほぼ定常状態となった。ここで注目すべきは、炉底の温度１３００℃である。即ちこの温度に達したことで最終処分の扱いが非常に厄介な焼却灰をも溶融固化することができた。このことの意味は非常に大きく、本実験において投入した約５０Ｋｇ、０．１ｍ^３の建築廃材は１時間後に完全燃焼したが、炉底には僅か０．００２ｍ^３の溶融固化体（スラグ）が残っただけの大幅な減量化が達成された。
また大気汚染の防止に関する法的基準の面では、まず燃焼室の温度については８００℃以上あり、排煙塔の出口からの火炎、黒煙の排出及び焼却灰の飛散は認められなかった。何れも燃焼室からサイクロンに至る間に処理されていた。また同じく出口におけるダイオキシン類の測定値は２．９ｎｇ−ＴＥＱ／ｇで法的規制値を下回っていた。さらに同じく出口における排ガスの温度は１８０〜１９０℃であり、これも法的規制値を下回っていた。

（ａ）本発明による装置を装備した小型焼却炉の側面の概略図。（ｂ）本発明による装置を装備した小型焼却炉の上面の概略図。 本発明による燃焼装置のイメージ図。 図２の中の立上り耐熱鋼管部のみのイメージ図。 図２の中の水平耐熱鋼管部のみのイメージ図。 第一冷却塔の断面概略図。 第一冷却塔の冷却ユニットのイメージ図。

符号の説明

１，燃焼室
１ａ，投入口
１ｂ，焼却灰の排出口
２，燃焼室直上の排煙ダクト
２ａ，排煙ダクト
３，熱電対温度計
４，供給ブロア
５，第一冷却塔
５ａ，焼却灰の排出口
６，第二冷却塔
６ａ，焼却灰の排出口
７，サイクロン
７ａ，焼却灰の排出口
７ｂ，補助冷却塔
８，誘引ブロア
９，排煙塔
９ａ，点検口
１０，冷却水槽
１１，冷却水の循環パイプ
１２，冷却水の循環ポンプ
１２ａ，冷却水の循環ポンプ
１３，冷却水の循環パイプ
１４，立上り耐熱鋼管
１５，空気吐出孔
１６，立上り耐熱鋼管上部の傾斜した蓋
１７，水平耐熱鋼管
１８，鋼管受部
１９，供給ブロアと水平耐熱鋼管を結ぶパイプ
２０，冷却塔上部のチャンバー
２１，冷却ユニット
２２，冷却塔下部のチャンバー
２３，ボルト
２４，ボルト
２５，冷却ユニット内の熱交換用パイプ
２６，排ガスの流れる方向を示す矢印
２７，冷却水の流れる方向を示す矢印
２８，冷却水の流れる方向を示す矢印
２９，排ガスの流れる方向を示す矢印
３０，冷却水
３１，蒸気排出口

Claims (2)

1. 火床面積０．５ｍ^２以下の小型焼却炉おいて使用する燃焼装置であって二次焼却炉を有するのと同等の効果を発揮することのできる高耐久性、高燃焼効率性を持つ極めて特徴的形状に造られた送風構造体。
2. 火床面積０．５ｍ^２以下の小型焼却炉おいて使用する冷却装置であって冷却効率が極めて高い構造を有し、且つメンテナンスが容易な冷却ユニット。

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