JP2006023000A - 燃焼室 - Google Patents

Abstract

【課題】 灰溶融炉から排出される排ガス中に含まれるダストが、自身の内壁面、あるいは下流側の設備に通ずるダクトの内壁面に付着・成長するのを防止することができる燃焼室を提供する。
【解決手段】 ガス導入口３の下方に設けられる噴霧ノズル１０からの冷媒（熱水）噴霧と、外周部に配される冷却ジャケット６からの輻射冷却とにより、ガス導入口３から内部に導入される排ガスをダストの融点よりも低温に冷却し、排ガス中のダストを固化させて除去する下部冷却部４と、この下部冷却部４の上方に設けられ、冷却処理後の排ガスの燃焼処理を行い、排ガス中の燃焼ガスを除去する上部燃焼部５とを備える燃焼室１を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融炉による溶融処理に伴って発生する排ガス中のダストおよび未燃ガスを除去する燃焼室に関するものである。

従来、都市ごみ等の焼却処理に伴い発生する焼却灰（主灰、飛灰）を、灰溶融炉を用いて溶融固化する処理方法が多く利用されている。この溶融処理方法を用いることにより、焼却灰の減容化が可能となり、最終処分場の延命化が図れることに加えて、焼却灰に含まれるダイオキシン類の分解、重金属類の溶出防止等の無害化が達成されている。

前記灰溶融炉としては、例えば、黒鉛電極によって焼却灰の溶融を行う電気式溶融炉がある。

この電気式溶融炉１００は、図２に示されるように、電源装置１０１からの電力供給を受けて印加される黒鉛電極１０２を備えており、溶融炉１００の一側部に設けられる灰供給口１０３により溶融炉１００内に供給される焼却灰１０４を、前記黒鉛電極１０２で連続的に溶融処理するようにされている。また、溶融処理された焼却灰は、順次溶融スラグ化され、溶融炉１００の側部に設けられるオーバーフロー部１０５より溢流され、溶融炉１００に付設されるスラグ水砕化装置１０６内のスラグ水砕水１０７により水砕され、水砕スラグとなって系外に排出される。

ところで、溶融処理に伴い発生する溶融排ガスには、多量の未燃ガスと、塩を主成分とする高濃度の気化したダストが含まれている。このような未燃ガスとダストを含んだ溶融ガスは、電気式溶融炉１００の上部に立設される縦ダクト１０８ａと、この縦ダクト１０８ａの上部に水平方向に延設される水平ダクト１０８ｂからなる排ガスダクト１０８を通過しガス導入口１０９を通って燃焼室１２０内に導入される。この燃焼室１２０に導入された排ガスは、ガス導入口１０９の上方位置に設けられる着火装置（バーナ）１２１による着火と、その上方に設けられる燃焼空気供給口１２２からの燃焼空気とにより燃焼処理される。こうして、排ガス中の未燃ガスが除去される。

未燃ガスが除去された燃焼処理後の排ガスは、燃焼室１２０の上端部に設けられる排出口１２３およびダクト１２４を通って下流側に導出され、下流側のボイラー設備（図示せず）による熱交換、減温塔（図示せず）による減温処理がなされて減温化され、さらに下流側に設置される集塵装置によって集塵処理される。こうして、ダストが除去された排ガスは、清浄ガスとなって系外に排出される。

しかしながら、前記従来の燃焼室１２０においては、ダストの融点（３５０〜１０００℃）よりも低温の１０００℃以下の領域が、着火装置１２１の下方域等に形成されてしまい、そのため、排ガス中に含まれるダストがガス状態から溶融状態に移行して、燃焼室１２０の内壁面に付着・成長し、燃焼室１２０の閉塞に繋がるという問題点がある。また、前記ダクト１２４にも１０００℃以下の温度域が形成されるため、そのダクト１２４の内壁面にダストが付着・成長し、ダクト１２４の閉塞に繋がるという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、灰溶融炉から排出される排ガス中に含まれるダストが、自身の内壁面、あるいは下流側の設備に通ずるダクトの内壁面に付着・成長するのを防止することができる燃焼室を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による燃焼室は、
溶融炉から排出され、ガス導入口を通って内部に導入される排ガスを冷却する下部冷却部と、この下部冷却部の上方に設けられその下部冷却部にて冷却された排ガスの燃焼処理を行う上部燃焼部とを備える燃焼室であって、
前記ガス導入口よりも下方位置に、前記下部冷却部内に導入される排ガスをその排ガス中に含まれるダストの融点よりも低温に冷却するための冷媒噴霧手段を設けることを特徴とするものである（第１発明）。

前記第１発明において、前記下部冷却部と上部燃焼部との境界部における排ガスの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出される温度が、前記ダストの融点よりも低温になるように前記冷媒噴霧手段から噴霧される冷媒量を制御する制御手段を備えるのが好ましい（第２発明）。

前記第１発明または第２発明において、前記下部冷却部は、内周部に内張りされる高伝導性耐火物と、この高伝導性耐火物の外周部に配され、冷媒を循環させることによって、下部冷却部内の排ガスを輻射冷却する冷却ジャケットを備えるのが好ましい（第３発明）。

本発明によれば、溶融炉から排出される排ガスは、ガス導入口を通って下部冷却部内に導入されると、そのガス導入口の下方に設けられる冷媒噴霧手段からの冷媒噴霧によって、即座に冷却が開始され、ダストの融点よりも低温にまで冷却されるので、排ガス中のダストを確実に固化させて下部冷却部の下側に落下させ、排ガス中から除去することができる。したがって、燃焼室（下部冷却部および上部燃焼部）の内壁面および、上部燃焼部と下流側設備（ボイラー設備、減温塔等）とを接続するダクトの内壁面にダストが付着・成長し、そのダストが燃焼室・ダクトを閉塞するのを確実に防止することができる。加えて、本発明によれば、下部冷却部内に導入される排ガスは、冷媒の噴霧により直接的に冷却されることから、その排ガスの冷却効率が良いので、排ガスの冷却に必要な空間が小さくて済む。したがって、燃焼室全体の小型化を図ることができる。

前記第２発明の構成を採れば、下部冷却部内から上部燃焼部内に上昇する排ガスの温度、すなわち冷却処理後の排ガスの温度を、確実にダストの融点よりも低温に抑えることができ、排ガス中のダストをより確実に固化・除去することができる。また、上部燃焼部内に流入する排ガスの温度変動が抑制されることにもなるので、上部燃焼部内での燃焼状態の安定化が容易に図れるという利点もある。

前記第３の発明の構成を採れば、冷却ジャケットによる輻射冷却によって、下部冷却部内に導入される排ガスを補助的に冷却することができるので、排ガスの冷却効率をより向上させることができる。そのため、冷媒噴霧手段からの冷媒の噴霧量の軽減、および下部燃焼室の更なる小型化が可能となる。

次に、本発明による燃焼室の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る燃焼室の概略構成図が示されている。

本実施形態に係る燃焼室１は、黒鉛電極により焼却灰を溶融処理する電気式溶融炉（図示せず）の下流側に設置されている。また、この燃焼室１によって処理された排ガスは、燃焼室１の下流側に設置されるボイラー設備、減温塔、集塵装置（いずれも図示せず）による熱交換処理・減温化・集塵処理が順次なされた後系外に排出される。

前記燃焼室１は、鉛直向きに設けられる塔体であり、溶融炉から導入される排ガスを一旦冷却した後燃焼するようにされている。この燃焼室１は、溶融炉から排出され、ダクト２およびガス導入口３を通って内部に導入される排ガスを冷却するための下部冷却部４と、この下部冷却部４の上方に設けられるとともに、下部冷却部４内から内部に流入する冷却処理後の排ガスの燃焼処理を行い、その排ガス中に含まれる未燃ガスを燃焼・除去させるための上部燃焼部５から構成されている。

前記下部冷却部４は、図示のように、下部冷却部４の外周側に配され、その下部冷却部４内の排ガスを輻射冷却により補助的に冷却する冷却ジャケット６と、この冷却ジャケット６の内側に内張りされる高熱伝導性耐火物７を備えている。

前記冷却ジャケット６は、図示省略されるが、その内部に、所要ピッチ幅の螺旋状に形成された冷却水用の流路が形成されており、ポンプ（図示せず）によって汲み上げられた冷却水を、前記流路内で下から上に向けて螺旋状に流通させて循環させる構成とされている。そして、このような冷却水の循環によって、下部冷却部４内の排ガスを輻射冷却するようにされている。ここで、前記冷却水の流動方向を下側から上側とした理由は、この流通方向にした方が、冷却水に気泡が生じ難くなるためである。なお、本実施形態においては、下部冷却部４内に導入される排ガスをより確実に冷却する目的で、前記ダクト２の外周部にも、下部冷却部４の外周部に設けられるものと同様の冷却ジャケット６'が設けられている。

また、高熱伝導性耐火物７は、前記ガス導入口３のやや下方位置に設けられる段差８を境にして、その下側が肉薄になるように、上側が肉厚になるように形成されている。

前記下部冷却部４には、熱水（冷媒）を噴霧して下部冷却部４の内部空間に導入される排ガスを直接的に冷却する噴霧ノズル（冷媒噴霧手段）１０が、前記ガス導入口３の下方位置の高熱伝導性耐火物７が肉薄にされた部分に固定されている。この噴霧ノズル１０は、前記ボイラー設備（図示せず）に付設される熱水貯留用のフラッシュタンク（図示せず）に、流量調整用のバルブ１１が介挿される配管１２を介して接続されており、前記下部冷却部４内に、約１２０℃の熱水（冷媒）を上向きに噴霧して、下部冷却部４内に導入される排ガスをダストの融点よりも低温に冷却するようにされている。また、前記バルブ１１には、そのバルブ１１の開閉制御を行って、噴霧ノズル１０からの熱水の噴霧量を調節する開閉手段１３が設けられている。

一方、前記上部燃焼部５は、断熱性耐火物１５によって塔体に形成されている。この断熱性耐火物１５は、下部冷却部４の上部を構成する高伝導性耐火物７の厚みよりもやや肉厚に形成されている。言い換えれば、上部燃焼部５側の断熱性耐火物１５と、下部冷却部４の上の高伝導性耐火物７との境界には、段差１６が形成されている。

前記上部燃焼部５の下部には、上部燃焼部５の外径方向に突出した突出部１７が設けられており、この突出部１７には、着火装置（バーナ）１８が固定されている。また、前記突出部１７の上方位置には、燃焼空気を供給するための燃焼空気供給口１９が設けられている。そして、着火装置１８による着火および燃焼空気供給口１９からの燃焼空気の供給により、上部燃焼部５内の排ガスの燃焼処理を行うようにされている。

前記下部冷却部４の上端には、下部冷却部４と上部燃焼部５との境界部の排ガス、すなわち、冷却処理後・燃焼処理前の排ガスの温度検出を行う熱電対を用いた温度センサー（温度検出手段）２０が設けられている。また、この温度センサー２０は、燃焼室１の外部に設けられる温度指示調節計２１に接続されており、この温度指示調節計２１に検出結果を送信するようにされている。

前記温度指示調節計２１には、設定温度が予め設定されており、前記温度センサー２０から送信される検出結果（温度）が、設定温度から所要温度以上変動している場合には、前記開閉手段１３の開閉制御を行い、噴霧ノズル１０からの熱水の噴霧量を制御するようにされている。こうして、下部冷却部４と上部燃焼部５との境界部の排ガスの温度が前記設定温度付近に維持される。ここで、本実施形態においては、排ガス中のダストの融点（３５０〜１０００℃）よりも低温の３００〜３１０℃が前述の設定温度として設定される。これによって、下部冷却部４と上部燃焼部５との境界に位置する排ガスの温度、言い換えると、冷却処理後・燃焼処理前の排ガスの温度をダストの融点よりも低温に維持し、排ガス中に含まれるダストを確実に固化できるようにされている。

前記溶融炉で発生した排ガスには、多量の未燃ガスと、塩を主成分とする高濃度のガス状態のダストとが含有されている。この排ガスが、前記ダクト２およびガス導入口３を通って、燃焼室１の下部冷却部４内に導入されると、その排ガスは、前記噴霧ノズル１０による熱水噴霧と、冷却ジャケット６による輻射冷却とにより、ダストの融点（３５０〜１０００℃）よりも低温（本実施形態においては３００〜３１０℃）にまで冷却される。この際、排ガス中のダストは固化され燃焼室１の下方に落下される。こうして、排ガス中のダストの大部分が除去される。

下部冷却部４内での冷却処理が行われた排ガスは、上昇して前記上部燃焼部５内に流入し、着火装置１７による着火および燃焼空気供給口１８からの燃焼空気の供給によって燃焼処理がなされる。これにより、排ガス中の未燃ガスが燃焼され、排ガス中から除去される。

冷却処理・燃焼処理されて、大部分のダストおよび未燃ガスが除去された排ガスは、前記上部燃焼部５の上端部に設けられるガス導出口（図示せず）から下流側設備（ボイラー設備等）に通ずるダクト（図示せず）に導出され、下流側のボイラー設備（図示せず）による熱交換、減温塔（図示せず）による減温処理が行われて減温された後、さらに下流側のバグフィルター装置（図示せず）によって集塵処理される。こうして残りのダストが集塵・除去され清浄化された排ガスは、清浄ガスとなって系外に排出される。

以上のように構成される燃焼室１によれば、溶融炉から排出される排ガスは、ガス導入口３を通って下部冷却部４内に導入されると、そのガス導入口３の下方に設けられる噴霧ノズル１０からの上向きに噴霧される熱水によって、即座に冷却が開始され、ダストの融点（３５０〜１０００℃）よりも低温（３００〜３１０℃）にまで冷却されるので、排ガス中のダストを確実に固化させて下部冷却部４の下側に落下させ、排ガス中から除去することができる。したがって、燃焼室１（下部冷却部４および上部燃焼部５）の内壁面および、上部燃焼部５と下流側設備（ボイラー設備、減温塔等）とを接続するダクトの内壁面にダストが付着・成長するのを防止することができ、そのダストが燃焼室・ダクトを閉塞するのを確実に防止することができる。加えて、本実施形態においては、排ガスの冷却が、熱水噴霧により直接的に行われるので、冷却効率が極めて良い。そのため、排ガスの冷却が開始されてから３００〜３１０℃に冷却されるまでに要する時間が短くて済み、その冷却に要する空間も小さくて済むので、下部冷却部４ひいては燃焼室１全体の小型化を図ることができる。

また、本実施形態においては、噴霧ノズル１０からの熱水噴霧だけでなく、水冷ジャケット６による輻射冷却によっても下部冷却部４内の排ガスの冷却を行うようにされているので、排ガスの冷却効率をさらに向上させることができ、下部冷却部４の更なる小型化、あるいは熱水の噴霧量の軽減を図ることができる。

さらに、本実施形態においては、下部冷却部４の上端に設けられる温度センサー２０によって下部冷却部４と上部燃焼部５との境界部の排ガスの温度を検出し、この検出結果が予め設定された設定温度（３００〜３１０℃）になるように、噴霧ノズル１０からの熱水噴霧量を制御するようにされているため、下部冷却部４を通過する排ガスの温度を、確実にダストの融点（３５０〜１０００℃）よりも低温に保つことができ、排ガス中のダストをより確実に固化・除去することができる。また、上部燃焼部５に送り込まれる排ガスの温度が概ね設定温度付近に保たれることになるので、上部燃焼部５内での燃焼制御も容易となる。

加えて、本実施形態においては、上部燃焼部５と下部冷却部４との境界と、下部冷却部４のガス導入口よりもやや下方位置に、段差１６、８が形成されていることから、仮に排ガス中のダストが、上部燃焼部５内、あるいは下部燃焼部４内で溶融状態に移行して断熱性耐火物１５、高伝導性耐火物７の内壁面に付着したとしても、その溶融ダストは自重により断熱性耐火物１５、高伝導性耐火物７の内壁面を伝って下方に滑り落ち、段差１６、８から滴の状態で下方に滴下し、それ以降、溶融ダストが高伝導性耐火物７の内壁面に接することがなくなるので、溶融ダストが断熱性耐火物１５、高伝導性耐火物７の内壁面で成長するのを確実に防止することができる。

本実施形態においては、噴霧ノズル１０からの熱水噴霧により下部冷却部４内の排ガスの冷却を行うようにされているが、熱水の代わりに蒸気噴霧により排ガスの冷却を行うようにしても良い。このような場合であっても前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、噴霧量を誤ると下部冷却部４の内壁が濡れてしまい溶融ダストが付着し易くなるが、熱水・蒸気の代わりに水噴霧により排ガスの冷却を行うことも可能である。

本実施形態においては、冷却ジャケット６（６'）に冷却水を流通させるように構成されているが、冷却水の代わりに冷却空気を流通させるようにしても、下部冷却部４内の排ガスを輻射冷却することが可能である。

また、冷却ジャケット６を省略して、噴霧ノズル１０からの冷媒噴霧のみで下部冷却部４内の排ガスの冷却を行うようにしても良い。冷却ジャケット６を省略した場合、輻射冷却の効果がなくなり、排ガスの冷却効果が落ちるため、冷媒（熱水、蒸気、水等）の噴霧量を増加させるか、あるいは下部冷却部４を大きくする必要があるものの、前記各実施形態と同様に、排ガス中のダストを固化させて、そのダストを排ガス中から確実に除去することが可能である。

なお、本実施形態においては、バルブ１１、配管１２、開閉手段１３、温度指示調節計２１等が本発明の制御手段に相当する。

本発明の一実施形態に係る燃焼室の概略断面図 一般の電気式溶融炉と、従来の燃焼室との概略構成図

符号の説明

１ 燃焼室
４ 下部冷却部
５ 上部燃焼部
６、６' 冷却ジャケット
７ 高伝導性耐火物
１０ 噴霧ノズル
１１ バルブ
１３ 開閉手段
２０ 温度センサー
２１ 温度支持調節計

Claims (3)

1. 溶融炉から排出され、ガス導入口を通って内部に導入される排ガスを冷却する下部冷却部と、この下部冷却部の上方に設けられその下部冷却部にて冷却された排ガスの燃焼処理を行う上部燃焼部とを備える燃焼室であって、
   前記ガス導入口よりも下方位置に、前記下部冷却部内に導入される排ガスをその排ガス中に含まれるダストの融点よりも低温に冷却するための冷媒噴霧手段を設けることを特徴とする燃焼室。
2. 前記下部冷却部と上部燃焼部との境界部における排ガスの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出される温度が、前記ダストの融点よりも低温になるように前記冷媒噴霧手段から噴霧される冷媒量を制御する制御手段を備える請求項１に記載の燃焼室。
3. 前記下部冷却部は、内周部に内張りされる高伝導性耐火物と、この高伝導性耐火物の外周部に配され、冷媒を循環させることによって、下部冷却部内の排ガスを輻射冷却する冷却ジャケットを備える請求項１または２に記載の燃焼室。

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