JP2012017897A - 廃棄物処理設備の燃焼室の燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物のガス化で発生する可燃性ガスが低カロリー時にも安定した火炎形成が可能な燃焼室の燃焼バーナを提供する。
【解決手段】可燃性ガスが導入される可燃性ガス流路３の外周を取り囲んで燃焼空気が取り込まれる上部空気室５、下部空気室６、左側空気室７及び右側空気室８が配置され、各空気室は燃焼空気を分配する開口１０が設けられた整流板９で仕切られ、左側空気室７の下流及び右側空気室８の下流にスリット状の燃焼空気吐出ノズル１７が設けられ、可燃性ガス流路３の出口付近に可燃性ガス流路を分岐するための分岐ポスト１５が設けられ、分岐ポスト１５と間隔をおいてバーナタイル１２が配置され、バーナタイル１２間に可燃性ガスと空気を混合する予混合領域を備えた複数のバーナポート１４が形成され、複数のバーナポートのうち、一つのバーナポートがバーナタイル１２ａを延設して予混合領域を拡張した着火用バーナポートである。
【選択図】図６

Description

本発明は、廃棄物溶融炉等の廃棄物処理設備において廃棄物のガス化で発生する可燃性ガスを燃焼させる燃焼室の燃焼バーナに関する。

一般廃棄物、産業廃棄物などの廃棄物の処理に廃棄物ガス化炉などの廃棄物処理炉が利用され、廃棄物処理炉で発生する可燃性ダストや可燃性ガスは燃焼室で燃焼バーナにより燃焼させて熱回収が行われる。

廃棄物ガス化で発生する可燃性ガスを燃焼させる燃焼バーナとして、簡単な構造で燃焼性を向上させることが可能な部分予混合形式の燃焼バーナが知られている（特許文献１参照）。

図８において、燃焼バーナ１は燃焼室２に取り付けられ、廃棄物処理炉で発生した可燃性ガスＧは燃焼空気Ａと混合されて燃焼室内で燃焼する。

図９において、可燃性ガスＧが可燃性ガス流路である可燃性ガスダクト２０を経由して燃焼室２に導入されるとともに、燃焼空気Ａが燃焼空気ダクト２１を経由して風箱２２へ導入される。

風箱２２へ導入された可燃性ガスと燃焼空気は、風箱２２の端部のバーナタイル２３に形成された混ガス噴出口２４と可燃性ガスダクト２０の出口との間に形成されたガス混合室２５で部分予混合した上で複数の混合ガス噴出口２４から燃焼室１内に噴出し火炎を形成する。

図１０（ａ）において、燃焼空気通路には、燃焼空気を通す通孔２７が間隔おいて貫通している整流板２６が設けられている。

可燃性ガスダクト２０の出口には、可燃性ガスを分流して流速を速くしてガス混合室２５に導入するため、ガス縮小板２８が設けられている。

燃焼空気ダクト２１から風箱２２に導入された燃焼空気は複数の通孔２７を有する整流板２６で整流後、ガス混合室２５で可燃性ガスと衝突し部分混合ガスが形成される。可燃性ガスと燃焼空気の混合ガスは、混合ガス噴出口２４から燃焼室内に噴出されてバーナ火炎を形成する。

特開２００６−２６６６１９号公報

廃棄物のガス化で発生する可燃性ガス中の可燃成分は、ＣＯ、Ｈ_２、タール蒸気を含む炭化水素系ガス及び未燃Ｃである。これらの可燃成分の割合は廃棄物ガス化の過程で大きく変動する。また、可燃性ガス量も変動し、燃焼室の燃焼バーナではこの広い範囲で変動するガスカロリーに対して安定して燃焼することが求められる。一方、可燃性ガスを燃焼する燃焼空気量は、ガスカロリーを直接計測して制御できないため、燃焼室内温度計からのフィードバックで制御される。

廃棄物ガス化炉の場合、このガスカロリー変動速度が大きく、一時的に空気過多や空気過小となる。空気過多の場合は火炎温度が低下して失火となり、空気過小の場合は火炎温度が異常高温となって発生ガス中のダスト分を溶融して燃焼室内でクリンカを形成する。これを防止するため、燃焼空気を一次空気と二次空気に分け、一次空気はバーナ空気としてカロリー低下時にも失火をきたさない最小限の空気量とし、二次空気量で火炎温度を制御する方式が取られている。一次空気量としては平均的なガスカロリーに対し空気比１程度とし、通常は一定流量とし、燃焼炉温度計からの信号により燃焼炉温度を９００〜１１００℃になるように二次空気量をコントロールする。しかしながら、この空気制御においても極端にガスカロリーが下がった場合には、バーナ火炎を維持できなくなり失火に至る場合がある。

そこで、本発明は、廃棄物のガス化で発生する可燃性ガスを燃焼させる燃焼室の燃焼バーナにおいて、廃棄物のガス化で発生する可燃性ガスが低カロリー時にも安定した火炎形成が可能な燃焼バーナを提供するものである。

本発明は、廃棄物のガス化により発生する可燃性ガスと燃焼空気とを予混合領域で混合して燃焼させる横断面が円筒形の燃焼室に設けられる燃焼バーナにおいて、可燃性ガスが導入される可燃性ガス流路の外周を取り囲む風箱を形成し、該風箱に取り込まれた燃焼空気は所定量の燃焼空気を分配する開口が設けられた整流板を介して上部空気室、下部空気室、左側空気室及び右側空気室に分配され、可燃性ガスとの予混合室に吐出させ、左側空気室の下流及び右側空気室の下流にスリット状の燃焼空気吐出ノズルが設けられ、可燃性ガス流路の出口付近に可燃性ガス流路を複数の流路に分岐するための複数の分岐ポストが設けられ、該分岐ポストは上部空気室及び下部空気室から導入した燃焼空気を予混合室に吐出するスリット状の燃焼空気の吐出ノズルを有し、分岐ポストの背面には、分岐ポストと間隔をおいてバーナタイルが分岐ポスト毎に配置され、該バーナタイル間に可燃性ガスと空気を混合する予混合領域としたバーナポートが複数形成され、このバーナポートのうち、一つのバーナポートがバーナタイルを延設して予混合領域を拡張した着火用バーナポートであることを特徴とする燃焼バーナである。

前記構成において、燃焼バーナのバーナ火炎が円筒形燃焼室の接線方向に噴出して旋回流を形成するように燃焼バーナが設置され、最外周の着火用バーナポートへの空気量を他のバーナポートに対して独立して調整可能とし、また、着火用バーナポート出口付近に通常燃料を使用するパイロットバーナを設置することができる。

本発明の燃焼バーナは、横方向に並んだ複数のバーナポートのうち、最外周のバーナポートを他のバーナポートより可燃性ガスと燃焼空気の予混合性を強化するために予混合室を拡大した着火用バーナポートとし、さらに、この着火用バーナポートのみ燃焼空気量が他のバーナポートに独立して調整できるようにして極端なカロリー低下時に対応できるようにしたので、燃焼バーナ用空気としての一次空気量の全体量は平均的ガスカロリーをベースに一定量に維持しつつ、極端なカロリー低下の場合にも着火用バーナポートの火炎は維持される。この火炎は他ポートからのガスの着火源となり燃焼バーナ全体の火炎を維持することが可能となる。

また、本発明の燃焼バーナでは、通常燃料を使用する着火用バーナが着火用バーナポートのみを対象とすればよく、他ポートを着火させる必要がないので、小型の着火用バーナでよく燃料の使用量も少なくて済む。

さらに、本発明の燃焼バーナの火炎の噴出方向が円筒形燃焼室の接線方向になるように設置して火炎が炉内旋回するようにして、着火用バーナポートが他バーナポートからのガスの着火源とすることが可能となる。

本発明の燃焼バーナを燃焼室に設置した状態を示す縦断面図である。 図１の燃焼バーナレベルの水平断面図である。 図２におけるバーナ部分の拡大図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 右側空気室の出口部分を示す斜視図である。 可燃性ガスと燃焼空気の流れを示す図である。 図６のＤ−Ｄ断面図である。 従来の燃焼バーナを燃焼室に取り付けた状態を示す図である。 図８の燃焼室の燃焼バーナの水平断面図である。 （ａ）は図９のＥ−Ｅ矢視図、（ｂ）は図９のＦ−Ｆ矢視図、（ｃ）は燃焼室の内部からバーナタイルを視た図９のＧ−Ｇ矢視図である。

本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１〜図４において、燃焼バーナ１は円筒型の燃焼室２にバーナ火炎Ｆが燃焼室２内で旋回流を形成するように取り付けられており、廃棄物ガス化溶融炉等で廃棄物のガス化により発生した可燃性ガスは、燃焼空気と混合されて燃焼室内で燃焼する。

燃焼バーナ１には、図２に示すように、空気供給配管の一次空気調整弁３４を経て一次空気が導入される。燃焼室２の周囲には、旋回流となったバーナ火炎Ｆの温度を制御するため、間隔をおいて二次空気噴出口３２を設け、二次空気量は二次空気調節弁３３により調節される。一次空気及び二次空気は燃焼室温度計３５からの温度により燃焼ガス温度調節計（ＴＩＣ）３６にて空気流量を調節するフィードバック制御を行っている。但し、一次空気は温度偏差によるゲインを小さくし、緩やかな変化を行うようにしている。

燃焼バーナ１には、廃棄物処理炉で発生した可燃性ガスが導入される断面が矩形の可燃性ガス流路３が中央に配置される。可燃性ガス流路３の外周を取り囲んで風箱２２が形成され、燃焼空気ダクト４から燃焼空気が供給される。

図３〜図６に示すように、風箱２２の下流側は可燃性ガス流路３の外周を取り囲んで上部空気室５、下部空気室６、左側空気室７及び右側空気室８が独立して配置されるとともに、各空気室５，６，７，８は可燃性ガス流路３の外周を取り囲んで整流板９で仕切られている。整流板９には燃焼空気を通す開口１０が間隔おいて設けられている。燃焼空気ダクト４より風箱２２に導入された空気は、上部空気室５、下部空気室６及び左側空気室７および右側空気室８に分岐されて流入する。

整流板９の開口１０の断面積に応じた所定量の燃焼空気を上下左右の各空気室内に独立して流すことが可能となっているが、着火用バーナポート１４ａにつながる右側空気室８のみ空気調節ダンパ３０を設けるとともに、後述する空気室間仕切り板２９とノズル仕切板１２ｂを設けて残りの空気室５，６，７から分離して単独で燃焼空気量を調節可能にしている。このため、右側空気室８の整流板９は設けなくてもよい。

燃焼バーナ１の端部には複数のバーナポートが形成され、本実施例では、中間部の三つのバーナタイル１２，１２，１２ａと周囲部のバーナタイル１３の間に、三つのバーナポート１４と最外周の着火用バーナポート１４ａが形成される。

中間部の三つのバーナタイル１２，１２，１２ａは、その上流側に上部空気室５及び下部空気室６に連通する横断面が屋根形の分岐ポスト１５が間隔をおいて配置される。分岐ポスト１５と中間部の山形のバーナタイル１２，１２，１２ａとにより形成される両側の間隙で二つの燃焼空気吐出ノズル１６が形成される。

四つのバーナポート１４のうち、最外周の着火用バーナポート１４ａは単独で燃焼空気量を調節可能な構造にする。そのため、上部空気室５及び下部空気室６の高さ範囲で右側空気室８は他の空気室にある整流板９の位置から下流側と分岐ポスト１５ａの間に空気室間仕切り板２９を設ける。

そして、着火用バーナポート１４ａの分岐ポスト１５ａ内は分岐ポスト１５ａとバーナタイル１２ａとの間にノズル仕切板１２ｂを上下方向に設けて着火用バーナポート１４ａ側の燃焼空気吐出ノズル１６ａと隣り合う燃焼空気吐出ノズル１６を仕切る。

こうして空気室間仕切り板２９とノズル仕切板１２ｂにより、上部空気室５及び下部空気室６の燃焼空気は分岐ポスト１５ａの左側部１５ｃに供給されるが、分岐ポスト１５の右側部１５ｂへは供給されないため、分岐ポスト１５ａの着火用バーナポート１４ａ側の燃焼空気吐出ノズル１６ａへの流入は阻止され、燃焼空気吐出ノズル１６ａと燃焼空気吐出ノズル１７から着火用バーナポート１４ａに入る全空気は、右側空気室８のみから供給されることになり、燃焼空気吐出ノズル１６ａその量は調節ダンパ３０により調節可能となる。

左側空気室７および右側空気室８の出口を絞って周囲部のバーナタイルとの間の燃焼空気吐出ノズル１７がスリット状に形成される。左側空気室７および右側空気室８に導入された燃焼空気が燃焼空気吐出ノズル１７から吐出する。

上部空気室５および下部空気室６に導入された燃焼空気は、分岐ポスト１５，１５ｃに入り込み、燃焼空気吐出ノズル１６から分岐して吐出する。

図７に示すように、四つのバーナポート１４，１４ａのそれぞれのポート内で可燃性ガスＧが空気Ａに挟まれて混合する構造となっていて、バーナポート１４の出口で火炎が発生する。さらに、この着火用バーナポート１４ａへの空気は、右側空気室８から供給され右側面からスリット状の空気ノズル噴出ルートと分岐ポスト１５ｂからの空気とに分流され、着火用バーナポートに導入される。

着火用バーナポート１４ａは、バーナタイル１２ａ（予混合領域を拡張する、燃焼室内に延設するバーナタイル）を燃焼室内に例えば、燃焼室炉壁内径まであるいは、バーナタイル先端部の長さを他のバーナタイル１２の３倍ほど延設して予混合領域を拡大し、可燃性ガスと空気との混合性を高める。着火用バーナポート１４ａだけを混合性を高めるのは、全体の混合性高めると、ガスカロリー上昇時に火炎全体が高温化してクリンカの発生を誘発したり、逆火現象により火炎全体が不安定になるのを避けるためである。

着火用バーナポート１４ａの出口にはパイロットバーナ３１が設置され、着火用バーナポート１４ａはパイロットバーナ３１の火炎により確実に火炎が維持される。例えば、ガスカロリー低下時に他のバーナポート１４の出口では失火しても、パイロットバーナ３１によりこの着火用バーナポート１４ａには火炎が維持され、この火炎が他のバーナポート１４のガスの着火源となり、旋回混合する過程で燃焼バーナ全体の火炎を形成できる。パイロットバーナ３１はバーナ全体の火炎の着火でなく、着火用バーナポート１４ａのみを対象としているため、小さなバーナでよい。さらに、パイロットバーナ３１は、灯油、燃料油、燃料ガス等の一般（通常）燃料を使用するが、このパイロットバーナ３１の着火対象は着火用バーナポート１４ａのガスのみなので、大幅に燃料使用量を低減させることができるというメリットがある。

本実施例の燃焼バーナの動作について説明する。

燃焼空気ダクト４から導入された燃焼空気は、風箱２２に入った後整流板９の開口１０で分流されて上下左右の各空気室５〜８に導入される。上部空気室５および下部空気室６に導入された燃焼空気は分岐ポスト１５，１５ｃに入り込んで燃焼空気吐出ノズル１６から吐出し、右側空気室８に導入された燃焼空気は燃焼空気吐出ノズル１７から吐出し、左側空気室７に導入された燃焼空気は、燃焼空気吐出ノズル１７及び１６ａから吐出する。燃焼空気は可燃性ガス流路３の可燃性ガス吐出ノズル１８から吐出するので、可燃性ガスは燃焼空気吐出ノズル１6,１６ａ，１７から吐出する燃焼空気に挟まれるので、可燃性ガスと燃焼空気とが効率よく混合され、混合ガスはバーナポート１４，１４ａから燃焼室内に吹き込まれ、火炎を形成する。

着火用バーナポート１４ａではバーナタイル１２ａを延設して予混合領域を拡大しているので、可燃性ガスと空気との混合性が高められる。さらに、着火用バーナポート１４ａの出口にパイロットバーナ３１が設置されているので、ガスカロリー低下時でも着火用バーナポート１４ａのバーナ火炎Ｆが確実に維持され、着火されていない他のバーナポートの混合ガスＦ’の着火源となり燃焼バーナ全体の火炎を維持することが可能となる。

また、右側空気室８は空気室間仕切り板２９により上部空気室５及び下部空気室６と仕切られ、且つ着火用バーナポート１４ａの分岐ポスト１５ａ内はノズル仕切板１２ｂにより隣り合う燃焼空気吐出ノズル１６と仕切られているので、分岐ポスト１５ａ内の着火用バーナポート１４ａ側には右側空気室８のみから供給されることになり、さらに供給する燃料空気量は調節ダンパ３０により調節可能となる。

また、可燃性ガス流路の周囲は燃焼空気が通過する風箱や上下左右の空気室で囲まれているため常に冷却されており、この結果、高温の可燃性ガスが可燃性ガス流路を通過してもポートに特別の耐火構造を必要とせず、燃焼バーナ全体をメタリックで形成できる。

１：燃焼バーナ ２：燃焼室
３：可燃性ガス流路 ４：燃焼空気ダクト
５：上部空気室 ６：下部空気室
７：左側空気室 ８：右側空気室
９：整流板 １０：開口
１２：中間部のバーナタイル
１２ａ：バーナタイル １２ｂ：ノズル仕切板
１３：周囲部のバーナタイル １４：バーナポート
１５〜１５ｃ：分岐ポスト １４ａ：着火用バーナポート
１６：燃焼空気吐出ノズル １６ａ：燃焼空気吐出ノズル
１７：燃焼空気吐出ノズル １８：可燃性ガス吐出ノズル
２０：可燃性ガスダクト ２１：燃焼空気ダクト
２２：風箱 ２３：バーナタイル
２４：混合ガス噴出口 ２５：ガス混合室
２６：整流板 ２７：通孔
２８：ガス縮小板 ２９：空気室間仕切り板
３０：空気調節ダンパ ３１：パイロットバーナ
３２：二次空気噴出口 ３３：二次空気調節弁
３４：一次空気調節弁 ３５：燃焼ガス温度計
３６：燃焼ガス温度調節計
Ａ：空気 Ｇ：可燃性ガス
Ｆ：バーナ火炎 Ｆ’：未着火混合ガス

Claims (3)

1. 廃棄物のガス化により発生する可燃性ガスと燃焼空気とを予混合領域で混合して燃焼させる横断面が円筒形の燃焼室に設けられる燃焼バーナにおいて、
   可燃性ガスが導入される可燃性ガス流路の外周を取り囲む風箱を形成し、該風箱に取り込まれた燃焼空気は所定量の燃焼空気を分配する開口が設けられた整流板を介して上部空気室、下部空気室、左側空気室及び右側空気室に分配され、可燃性ガスとの予混合室に吐出させ、左側空気室の下流及び右側空気室の下流にスリット状の燃焼空気吐出ノズルが設けられ、
   可燃性ガス流路の出口付近に可燃性ガス流路を複数の流路に分岐するための複数の分岐ポストが設けられ、該分岐ポストは上部空気室及び下部空気室から導入した燃焼空気を予混合室に吐出するスリット状の燃焼空気の吐出ノズルを有し、
   分岐ポストの背面には、分岐ポストと間隔をおいてバーナタイルが分岐ポスト毎に配置され、該バーナタイル間に可燃性ガスと空気を混合する予混合領域としたバーナポートが複数形成され、このバーナポートのうち、一つのバーナポートがバーナタイルを延設して予混合領域を拡張した着火用バーナポートであることを特徴とする燃焼バーナ。
2. 燃焼バーナのバーナ火炎が円筒形燃焼室の接線方向に噴出して旋回流を形成するように燃焼バーナが設置され、
   最外周の着火用バーナポートへの空気量を他のバーナポートに対して独立して調整できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 着火用バーナポート出口付近に通常燃料を使用するパイロットバーナを設置したことを特徴とする請求項２に記載の燃焼バーナ。

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