JP2005315549A

JP2005315549A - 廃液燃焼バーナー

Info

Publication number: JP2005315549A
Application number: JP2004160286A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Asano; 博志浅野; Makoto Ikeda; 誠池田; Tamotsu Akimoto; 保秋元
Original assignee: TSUKISHIMA NITTETSU CHEMICAL E; TSUKISHIMA NITTETSU CHEMICAL ENGINEERING Ltd
Current assignee: TSUKISHIMA NITTETSU CHEMICAL E; TSUKISHIMA NITTETSU CHEMICAL ENGINEERING Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】空気中の水分や酸素との反応性に富む易反応性の成分を含有する有機廃液を燃焼する場合に、当該廃液を噴霧するガスおよび噴霧ノズルの先端の液が噴出する噴出口付近での反応を防止し、安全に長時間にわたって燃焼を維持できる燃焼バーナーを提供する。
【解決手段】易反応性の成分を含有する有機廃液を噴霧する燃焼バーナーであって、該廃液を不活性ガスにより噴霧する内部混合式の二流体噴霧ノズルを中心とし、前記噴霧ノズルの先端の外側に同心円状に配した第一の外管を設け、中央の噴霧ノズルと第一の外管との間隙に不活性ガスを供給し、さらに前記第一の外管の外側に同心円状に配した第二の外管を設け、第一の外管と第二の外管との間隙に支燃性ガスを供給することを特徴とする廃液燃焼バーナー。
【選択図】図１

Description

本発明は、常温で水分、酸素などと激しく反応して発煙・発火し、その結果無機固形分を生じたり、または反応が途中で停止して固形反応中間体を生成し、これらがバーナー本体に付着することにより燃焼を阻害する易反応性の成分を含有する有機廃液を燃焼させる際に適用することができ、長期的に安定した燃焼を可能とする燃焼バーナーに関するものである。

廃液を燃焼する方法として、廃液の発熱量が大きい場合には、廃液の安定燃焼を図るために、図３に示したような円筒状の端部中央に噴霧ノズルを設置した小さな燃焼室（以下「バーナー燃焼室」と称する）を備えたバーナーで、処理対象の廃液を燃料として燃焼し、その燃焼状態を維持し、その下部に位置する大きな燃焼室に導き完全燃焼させる方法が一般的に行われている。

上述の方法で廃液を燃焼した後に廃液の成分に由来する固形酸化物が生成する場合には、その固形酸化物が燃焼バーナーやバーナー燃焼室の内壁に付着し、燃焼室内のガスの流れを乱し、廃液の安定した燃焼を妨げることが起る。その固形酸化物の焼結温度が低い場合には、バーナー燃焼室の内壁への付着はより一層激しく起こり、生成した固形酸化物で燃焼室が埋まってしまうようなことが生起するため、それを防止するために種々の工夫がなされている。

燃焼後に生成する固形酸化物に対する対策の一例としては、半導体製造工程から排出される排ガスの場合では、特許文献１に記載されているように同心円状に外管を重ねて設け、４重管として、中央管に被処理ガスを流し、その周囲の間隙に不活性ガス、一次および二次空気を供給することにより、バーナーへの酸化物の付着を抑制するようにしている。この場合には、処理対象が自燃性であるかもしくは可燃性の成分を含む排ガスであるために、噴霧などを要せずにそのままバーナーに供給されて燃焼処理されている。

また、常温での反応性は少ないが、燃焼後に固形酸化物を生成する液体廃棄物、即ち廃液を図３のような焼却炉で燃焼処理する場合にも同様の現象が生ずる。このため、例えば特許文献２および３では、燃焼により二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を生成する廃液を安定燃焼させる方法を提案している。前記特許文献２では、発生した二酸化珪素がバーナー燃焼室に付着することを回避するため、バーナー燃焼室を設けずに、廃液の安定した燃焼を図るために、廃液を中心管から噴出させ、その外側に支燃性気体の供給路を同心円状に配した多重管構造のバーナーが開示されている。

空気中の水分や酸素と容易に反応し易く、その結果発熱しついには自然発火の現象を起こし、かつ固形酸化物を生成する易反応性化合物を含有する有機廃液、例えばアルキル金属類のうちよく知られているアルキルアルミニウムを含む有機廃液を燃焼する場合には、前述したバーナーを用いると次のような理由により不都合を生ずる。

上述のアルキル金属類を含む有機廃液を、安定して燃焼させるために特許文献１の技術を用いる場合には、ガス化工程が必須であり、気化器が必要となる。さらには有機廃液が多種成分の混合液の場合には、完全に気化させるために、含有成分のうちで最も高い沸点を有するものに合わせて気化させるため、一部の成分が熱分解を起こす場合が生じ、熱分解生成物の付着トラブルが気化器内で生ずることになる。また、特許文献２の技術を用いる場合には、燃焼バーナーの先端に設置されている保炎器に固形酸化物などの付着が生じ、長時間の安定運転は困難となる。また、特許文献３のバーナーでは、外部混合式の二流体噴霧ノズルを用いており、噴霧流体の流量が多くなるために、噴出時の線速が非常に早く支燃性気体との混合が不十分となり燃焼が非常に不安定となる。

以上のことから、上述した易反応性の成分を含有する有機廃液を、安定して噴霧燃焼させ、さらには噴出口付近が廃液で濡れた場合に、周囲の水分、酸素などと接触して固形物を発生することを防ぐことが必要であるが、このような用途に用いることが可能な適当な燃焼バーナーが存在していなかった。

特開昭６２−１３４４１４号公報特開平１１−２３７００７号公報特開平１１−２３７０１１号公報

本発明は、水分や酸素などとの反応性に富む易反応性の成分を含有する有機廃液を燃焼する場合に、当該廃液を噴霧するガスおよび噴霧ノズルの先端の液が噴出する噴出口付近での反応を防止し、安全にかつ長時間にわたって燃焼を維持できる燃焼バーナーの提供を目的としたものである。

請求項１記載の発明は、易反応性の成分を含有する有機廃液を噴霧する燃焼バーナーであって、該廃液を不活性ガスにより噴霧する内部混合式の二流体噴霧ノズルを中心とし、前記噴霧ノズルの先端の外側に同心円状に配した第一の外管を設け、中央の噴霧ノズルと第一の外管との間隙に不活性ガスを供給し、さらに前記第一の外管の外側に同心円状に配した第二の外管を設け、第一の外管と第二の外管との間隙に支燃性ガスを供給することを特徴とする廃液燃焼バーナーである。

請求項２記載の発明は、上記の廃液燃焼バーナーの着火源として当該バーナーの周辺に常燃用パイロットバーナーを備えたものである。

請求項３記載の発明は、上記の廃液燃焼バーナーで用いる不活性ガスが、窒素、二酸化炭素および周期表における０属元素のいずれか１種または２種以上としたものである。

本発明は、上記した課題を解決するために、易反応性の成分を含有する有機廃液を燃焼する場合に、廃液を噴霧するガスに不活性ガスを用い、かつ噴霧ノズルの先端の液が噴出する開口部での反応を防止するために不活性ガスによるシールを施し、このような場合でも、燃焼用の空気などの支燃性ガスをその液体の噴霧粒滴群に供給し、安全にかつ長時間にわたって燃焼を維持するために本発明は開発されたものである。

本発明の廃液燃焼バーナーで燃焼処理の対象とする有機廃液としては、易反応性の成分として、例えば、アルミニウム、リチウム、イットリウム、マグネシウムなどのアルキル金属やその他の有機金属化合物を含有するものである。前記のアルキル金属類は、アルキル化反応や重合触媒などとして使用され、廃液中に数％〜十数％程度含有されており、残部は有機溶剤や反応による生成物や残分などの有機物で構成されている。廃液中に易反応性の成分の含有量が多い場合には、適宜有機溶剤などで希釈して処理するようにしてもよい。

また、前記有機廃液と同じように、空気中で常温において水分、酸素などと反応する易反応性の成分を含み同様の特性を示す廃液であれば、本発明の燃焼バーナーにより処理することが可能である。

本発明により、例えばアルキル金属のアルキルアルミニウムのように、水分や酸素などと非常に反応性に富む成分を含む有機廃液を燃焼する場合、噴霧ノズルの先端部分での反応を防止するために窒素ガス等の不活性ガスを用いて噴霧し、その周囲からシールガスとして不活性ガスを流した場合でも、その廃液の噴霧粒滴群に空気を供給し、安全にかつ長時間にわたって燃焼を維持することができ、かつ液体の状態で噴霧供給できるので、経済的に安価な処理方法を提供できる。

本発明の実施形態の一例を図１に示す。中心に内部混合式の二流体噴霧ノズル５があり、その外側に当該噴霧ノズルの先端部を覆うようにして同心円状に配した第一の外管６、さらに前記第一の外管の外側に同心円状に配した第二の外管７が設けられている。中心となる二流体噴霧ノズル５の噴出口の先端と同じような位置に、第一の外管６および第二の外管７の先端がくるように配置するか、外管の先端が二流体噴霧ノズル５の噴出口の先端より若干後退させるようにするが、後者のように配置する方が好ましい。また、二流体噴霧ノズル５の噴出口の先端部が絞られた形になっているが、外管の先端部もこれに類似した形にする。

中心の噴霧ノズル５から処理対象となる廃液４と、当該廃液に対して不活性な不活性ガス３が噴霧ノズル内部で混合されて先端の開口から噴出し、微細粒滴として噴霧される。中心の噴霧ノズルから高速で噴出する微細粒滴の流れによって生ずる渦によってノズル先端部が被処理液によって濡れるのを防止するため、中心の噴霧ノズルと第一の外管の間隙から不活性ガス２を流すことにより渦流の発生の防止を行うと共に、燃焼ガスからのシールを行うようにする。第一の外管と第二の外管との間隙からは、廃液の燃焼に必要な支燃性ガス１を高線速で流すことにより液体と空気との混合をノズルから離れたところで行うようにして、燃焼火炎の形成部位とは間隔をあけるようにしている。

不活性ガスとしては、前述のごとく窒素、二酸化炭素および周期表における０属元素のいずれか１種または２種以上を選択して用いればよい。入手が容易で、物性が安定しているうえに、経済的で取扱いが簡単な窒素を使用することが望ましい。また、第一の外管と第二の外管との間隙から供給する支燃性ガスとしては、空気、酸素富化空気や酸素などが使用でき、この中では空気を用いることが便利である。

上記の構造の場合、互いの流量を適切な条件に保てば当該廃液燃焼バーナーだけで、燃焼を維持できるが、その条件範囲が狭いために万が一の失火のために備え、絶えず燃焼をさせておく小さなパイロットバーナー（以下「常燃パイロットバーナー」と称する）を備えておくことが、安定した燃焼を維持するために望ましい。

以上のように、本発明では、内部混合式の二流体噴霧ノズルとしたうえで、噴霧ノズル先端のシール用の不活性ガス、燃焼用の空気などの支燃性ガスとの混合位置を考慮して供給を行うための第一および第二の外管、さらに常燃パイロットバーナー１２を備えることにより、バーナー燃焼室を設けずに水分や酸素と反応しやすい易反応性の成分を含有する有機廃液の安定燃焼を行うことを可能にした燃焼バーナーである。

本発明において内部混合式の二流体噴霧ノズルを用いることに関して更に詳しく説明する。本発明において中心に位置する噴霧ノズルを、内部混合式の二流体噴霧ノズルとする理由は、噴霧するガス側の圧力を上げることにより噴霧ガス量を減ずることができる特徴を有するためであり、これにより燃焼維持に適切な噴霧ガス量の提供を可能としている。噴霧された廃液が安定して燃焼を維持するためには、噴霧された廃液が燃焼して火炎を発し、この火炎が噴霧ノズル側に逆行する速度と、噴霧ノズルから噴出した噴霧ガスおよび支燃性ガスの速度がバランスすることである。このバランスする位置が、噴霧ノズルに近い方が一般的に安定であり、内部混合式の二流体噴霧ノズルから噴出する不活性ガス量が液体重量の１〜３０重量％、好ましくは３〜２０重量％、より好ましくは５〜１０重量％の場合に、火炎維持に適切なバランス位置となる。
内部混合式の二流体噴霧ノズルの圧力をさらに上げれば、噴霧ガス量がさらに少なくなるが、極端に少なくなると噴霧ノズルの噴出口のサイズが非常に小さくなり、噴出口の付近が濡れ易くなるために、噴霧ノズルの閉塞のおそれが大きくなるので得策ではない。

外部混合式の噴霧ノズルでは、噴霧ガス量は少なくとも噴霧液体の１５〜３０重量％程度を必要とすることから、噴出し線速が早くなるために噴出口付近に渦流が発生し易く、噴出口付近が濡れ易くなり、それを防止するために多くのシールガスが必要となる。特に本発明のように噴霧用のガス、シールガスが不活性ガスであると、その量が多くなるほど、燃焼に必要な空気を混合することが困難となり、噴霧ノズルだけでは燃焼が維持できなくなり、安定燃焼を持続させるための常燃パイロットバーナーの燃焼容量も大きくなって非常に不経済なシステムとなる。

本発明では、内部混合式の二流体噴霧ノズルを採用することにより、噴霧圧力を上げることにより噴霧用のガスを非常に少なくして噴霧することが可能となる。この場合、噴霧ノズルから噴霧される微細粒滴は１００ｍ／秒以上の線速を有するが、噴霧用のガスが少ないので、第一の外管と第二の外管との間隙から供給される支燃性ガスとの混合が容易になり、経済的でかつ安定した燃焼が維持できることになる。

図２に示した構造の内径２８０ｍｍφ、高さ１２００ｍｍの焼却炉を用いた。焼却炉１３の上部中央には、本発明の廃液燃焼バーナーを設置し、その脇に廃液燃焼バーナーから噴出する噴霧流の斜め上から火炎を吹き付けられるように常燃パイロットバーナー１２を取りつけた。
廃液燃焼バーナーは、中心に内部混合式の二流体噴霧ノズルを用いた図１の構造のものであり、廃液中のアルミニウム分として１４重量％のアルキルアルミニウムを含有するヘキサン廃液を用い、燃焼試験を約５時間実施した。燃焼条件は、前記廃液３．０ｋｇ／ｈおよび噴霧用の不活性ガス（窒素）０．２Ｎｍ^３／ｈを二流体噴霧ノズルへ供給し、中心の噴霧ノズルと第一の外管との間隙に窒素１．５Ｎｍ^３／ｈ、第一の外管と第二の外管との間隙に空気３３Ｎｍ^３／ｈを供給した。試験終了後のノズルには、固形酸化物などの付着は殆ど見られず、長時間の運転が可能であることが実証できた。

焼却炉および廃液燃焼バーナーは、実施例１と同様のものを用いた。
廃液として、廃液中のアルミニウム分として１６重量％の塩素化アルキルアルミニウムを含有するケロシン廃液を用い、燃焼試験を約５時間実施した。燃焼条件は、前記廃液２．０ｋｇ／ｈおよび噴霧用の不活性ガス（窒素）０．２Ｎｍ^３／ｈを二流体噴霧ノズルへ供給し、中心の噴霧ノズルと第一の外管との間隙に窒素１．５Ｎｍ^３／ｈ、第一の外管と第二の外管との間隙に空気２２Ｎｍ^３／ｈを供給した。実施例１に比べて若干アルミニウム含有量の高い廃液を焼却したが、試験終了後のノズルには、固形酸化物などの付着は殆ど見られなかった。

本発明の廃液燃焼バーナーの構造を示す概念図である。本発明の廃液燃焼バーナーを備えた焼却炉の説明図である。バーナー燃焼室を備えた焼却炉の説明図である。

符号の説明

１支燃性ガス
２、３不活性ガス
４有機廃液
５内部混合式の二流体噴霧ノズル
６第一の外管
７第二の外管
１１燃焼バーナー
１２常燃パイロットバーナー
１３焼却炉
１４バーナー燃焼室
１５燃焼バーナー

Claims

易反応性の成分を含有する有機廃液を噴霧する燃焼バーナーであって、該廃液を不活性ガスにより噴霧する内部混合式の二流体噴霧ノズルを中心とし、前記噴霧ノズルの先端の外側に同心円状に配した第一の外管を設け、中央の噴霧ノズルと第一の外管との間隙に不活性ガスを供給し、さらに前記第一の外管の外側に同心円状に配した第二の外管を設け、第一の外管と第二の外管との間隙に支燃性ガスを供給することを特徴とする廃液燃焼バーナー。
着火源となる常燃用パイロットバーナーを周辺に備えた請求項１に記載の廃液燃焼バーナー。
不活性ガスが、窒素、二酸化炭素および周期表における０属元素のいずれか１種または２種以上である請求項１または２に記載の廃液燃焼バーナー。