JP2008209081A

JP2008209081A - バーナーの燃焼方法

Info

Publication number: JP2008209081A
Application number: JP2007048226A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Ogasawara; 太小笠原; Goro Okuyama; 悟郎奥山; Yuichi Uchida; 祐一内田; Eiju Matsuno; 英寿松野; Yasuo Kishimoto; 康夫岸本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】液体燃料または気体燃料とともに代替燃料として使用する廃プラスチックの燃焼効率を向上できる燃焼方法を提供する。
【解決手段】廃プラスチックを粒状に成形した廃プラスチック成形体を、液体または気体の燃料とともに燃焼させるバーナーの燃焼方法において、内部空隙率が５％以上の廃プラスチック成形体を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体燃料または気体燃料とともに廃プラスチックを代替燃料として使用するバーナーの燃焼方法に関するものである。

近年、容器や包装の素材としてプラスチックが大量に生産されており、それぞれ使用した後で廃棄されている。これらの廃棄されたプラスチック（以下、廃プラスチックという）は腐敗，分解しないので、埋め立てや焼却して処分されている。特に焼却処分は、様々な有害物質を発生して環境汚染を引き起こすばかりでなく、ＣＯ₂を排出して地球温暖化の原因になる。

そのような状況に対して容器包装リサイクル法が2001年に施行され、廃プラスチックの有効利用を図るための社会整備が進められている。
製鉄業界では、石油や石炭の代替燃料として廃プラスチックを使用することによって、石油，石炭の消費量を削減し、ＣＯ₂排出量の低減に寄与する試みがなされている。
たとえば特許文献１には、数十mmの大きさの廃プラスチックをバーナーで燃焼させて電気炉内のスクラップを加熱する技術が開示されている。この技術で使用するバーナーは、中央部に廃プラスチックの流路を設け、その周囲に流体（すなわち液体，気体）の燃料の流路を設け、さらにその外周に酸素の流路を設けている。このような３重構造のバーナーを用いて、酸素によって燃料を燃焼させ、その火炎に廃プラスチックを投入することによって、廃プラスチックを燃焼させる。

特許文献１に開示された技術で廃プラスチックを十分に燃焼させるためには、火炎の中に廃プラスチックを長時間滞留させる必要がある。そこで、酸素の流路に旋回羽根を配設し、廃プラスチックの流路に分散板を配設している。しかし、廃プラスチックは搬送ガスで気送するので、火炎の中の滞留時間は0.1秒程度である。滞留時間が0.1秒では固形物である廃プラスチックは十分に燃焼せず、未燃焼の廃プラスチックが電気炉内に放出されるという問題が生じる。

バーナーから生じる火炎の中に廃プラスチックを長時間滞留させるためには、搬送ガスの流速を低下しなければならない。しかし搬送ガスを低速にすると、廃プラスチックをバーナーに供給するのに支障を来たす。
つまり特許文献１に開示された技術では、代替燃料として使用する廃プラスチックの燃焼効率の大幅な向上は期待できない。
特開2003-222473号公報

本発明は、液体燃料または気体燃料とともに代替燃料として使用する廃プラスチックの燃焼効率を向上できる燃焼方法を提供することを目的とする。

発明者は、酸素によって液体燃料または気体燃料を燃焼させ、生じた火炎に廃プラスチックを投入して、廃プラスチックを効率良く燃焼させる技術について研究を重ねた。その結果、廃プラスチックを所定の形状に成形して融着させた固形物（以下、廃プラスチック成形体という）の比表面積を増加させることによって、廃プラスチック成形体と火炎との接触面積が拡大され、廃プラスチック成形体の燃焼効率が向上することを見出した。

本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、廃プラスチックを粒状に成形した廃プラスチック成形体を、液体または気体の燃料とともに燃焼させるバーナーの燃焼方法において、内部空隙率が５％以上の廃プラスチック成形体を使用するバーナーの燃焼方法である。
本発明で使用する廃プラスチック成形体の粒径Ｄ（mm）は、バーナーから生じる火炎の長さＬ（ｍ）に対してＤ＜1.5×Ｌ^0.4を満足することが好ましい。

本発明によれば、液体燃料または気体燃料とともに代替燃料として使用する廃プラスチックの燃焼効率を向上できる。

本発明で使用する廃プラスチック成形体は、フィルム状の廃プラスチックを裁断して型枠内で圧縮して成形し、さらに加熱して部分的に融着させたものである。
フィルム状の廃プラスチックとは、瓶型の容器（いわゆるＰＥＴボトル等），皿型の容器（いわゆるトレイ等）あるいは箔状の包装材（いわゆるラップ等）のような厚さ0.5mm程度のプラスチックの廃棄物を指す。

これらの廃プラスチックを回収して裁断する。裁断した後の廃プラスチックの形状は特に限定せず、裁断機の仕様に応じて適宜三角形，四角形等に裁断する。裁断した後の最も大きい辺の長さが１mm未満では、裁断コストが増加してしまうという問題がある。最も大きい辺の長さが10mmを超えると、型枠内で詰まってしまう惧れがある。したがって、最も大きい辺の長さが１〜10mmの範囲内となるように裁断することが好ましい。

裁断した廃プラスチックを型枠に充填して加圧成形し、さらに加熱して廃プラスチックを部分的に溶融させることによって未溶解の廃プラスチックを融着させて、粒状の廃プラスチック成形体を製造する。得られた廃プラスチック成形体は、未溶解の廃プラスチックの間に空隙が生じるので、比表面積が増加する。その結果、後述するバーナーで燃焼させる際に廃プラスチック成形体と火炎との接触面積が増大し、廃プラスチック成形体の燃焼効率が向上する。

発明者は、廃プラスチック成形体の内部に存在する空隙の体積比率（以下、内部空隙率という）と廃プラスチック成形体の燃焼性との関係を調査した。その結果を図１に示す。なお燃焼性は、可燃成分の重量減少率である。したがって燃焼性が高いほど、燃焼効率が優れている。図１から明らかなように、内部空隙率が５％未満では燃焼性90％を達成できず、燃焼効率の改善効果が得られない。したがって、内部空隙率は５％以上とする。ただし内部空隙率が20％を超えると、廃プラスチック成形体に占める廃プラスチックの量が少ないので石油や石炭の消費量削減（すなわちＣＯ₂排出量削減）に寄与しない。したがって、内部空隙率は５〜20％の範囲内が好ましい。

裁断した廃プラスチックから廃プラスチック成形体を製造する際の加圧力や加熱温度，加熱時間は、廃プラスチックの素材や内部空隙率の目標値等に応じて適宜調整する。
このようにして得られた廃プラスチック成形体を燃焼させるバーナーの例を模式的に図２に示す。バーナー１の中心部に廃プラスチック成形体２の流路が設けられる。その周囲に設けられた流路からプロパンガス３を供給し、さらにその周囲に設けられた流路から酸素４を供給してプロパンガス３を燃焼させ、生じた火炎に廃プラスチック成形体２を投入する。バーナー１の外壁には冷却水５の流路が設けられる。なお、ここではプロパンガス３を使用する例について説明するが、液体燃料や他の気体燃料を燃焼させるバーナーにも本発明を適用できる。

つまり廃プラスチック成形体２に着火するのは困難であるから、酸素４によってプロパンガス３を燃焼させ、その火炎に廃プラスチック成形体２を投入する。
発明者は、粒状に成形した廃プラスチック成形体を図２に示すバーナーに供給して、廃プラスチック成形体の粒径Ｄ（mm）と火炎の長さＬ（ｍ）が廃プラスチック成形体の燃焼性に及ぼす影響について調査した。その結果を図３に示す。なお燃焼性が90％以上を良好（○），90％未満を不良（□）として図３に示す。図３から明らかなように、Ｄ＜1.5×Ｌ^0.4を満足する領域で、廃プラスチック成形体の燃焼性が良好であった。したがって、廃プラスチック成形体の粒径Ｄ（mm）と火炎の長さＬ（ｍ）がＤ＜1.5×Ｌ^0.4を満足するように燃焼させることが好ましい。

以上に説明した通り、本発明を適用すれば、液体燃料または気体燃料とともに代替燃料として廃プラスチックを効率良く燃焼することができ、製鉄業界で使用する各種のバーナーに支障なく適用できる。

図２に示すバーナー１を用いて廃プラスチック成形体２の燃焼実験を行なった。酸素４の流速を2.0Ｎｍ³／分とし、プロパンガス３の流速を0.35Ｎｍ³／分とした。使用した廃プラスチック成形体２の内部空隙率は５％であり、火炎の長さは1.5ｍであった。これを発明例とする。
発明例で用いた廃プラスチック成形体の粒径と燃焼性との関係を図４に示す。

一方、比較例として、ポリプロピレンの廃棄物を溶解してペレット状に固化したものを用いて、図２に示すバーナーの燃焼実験を行なった。酸素４とプロパンガス３の流速は、発明例と同様に、それぞれ2.0Ｎｍ³／分，0.35Ｎｍ³／分とした。火炎の長さは、発明例と同様に1.5ｍであった。使用したペレットの内部空隙率は０％である。
比較例で用いたペレットの粒径と燃焼性との関係を図４に示す。

図４から明らかなように、発明例（●）の廃プラスチック成形体は、比較例（◆）のペレットより燃焼性が改善されており、燃焼効率が向上している。

廃プラスチック成形体の内部空隙率との燃焼性との関係を示すグラフである。本発明の廃プラスチック成形体を燃焼させるバーナーの例を模式的に示す断面図である。火炎の長さと廃プラスチック成形体の粒径との関係を示すグラフである。廃プラスチック成形体の粒径と燃焼性との関係を示すグラフである。

符号の説明

１バーナー
２廃プラスチック成形体
３プロパンガス
４酸素
５冷却水

Claims

廃プラスチックを粒状に成形した廃プラスチック成形体を、液体または気体の燃料とともに燃焼させるバーナーの燃焼方法において、前記廃プラスチック成形体の内部空隙率が５％以上であることを特徴とするバーナーの燃焼方法。
前記廃プラスチック成形体の粒径Ｄ（mm）が、前記バーナーから生じる火炎の長さＬ（ｍ）に対してＤ＜1.5×Ｌ^0.4を満足することを特徴とする請求項１に記載のバーナーの燃焼方法。