JP2015163822A - 焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜して変速回転する炉床を有する焼却炉において、炉内の焼却殻のこぼれ落ちを防ぐと共に、炉内の廃棄物と燃焼空気との接触効率を向上させた焼却炉を提供する。【解決手段】変速回転可能及び傾斜角度一定に設けられた炉床２３並びに炉床２３に空気を送出する空気送出手段から成り、前記炉床２３を凹状に形成し、その炉底の中央部に燃殻排出口２６を設けると共に、前記燃殻排出口２６内に蓋体５１を上下に摺動可能に設けて該蓋体５１を上下に反復摺動させると共に、燃殻と焼却殻とを分離して排出する回転炉２を有する焼却炉１において、前記蓋体５１の下部に焼却殻受け部５５を設けるとともに、前記回転炉２の底部に筒体２１１を設けて焼却殻の受容空間を形成し、前記蓋体５１の反復摺動と共に前記受容空間を開閉させる。【選択図】図１

Description

本発明は、主に一般廃棄物及び産業廃棄物、廃油、廃溶剤、廃ペンキ、廃プラスチック、廃タイヤ、石油スラッジ、鶏糞、汚泥、廃水、稲わら、堆肥原料落ち葉、牧草、立木及び枯草等を混合焼却するために使用される焼却炉に関するものであり、特に傾斜して変速回転する炉床を有する焼却炉に関するものである。

従来の廃棄物焼却炉としては、ストーカー炉、ロータリーキルン炉、円盤撹拌炉、竪型多段炉、逆燃焼炉、流動砂炉等が公知である。また、これらの焼却炉においては、その燃焼性を向上させるために、例えば撹拌手段を設ける方法、また例えば一方向のみに移動する火床に新燃層を連続的に作り出す方法が採られていた。しかしながら、高熱の炉内に金属製の撹拌装置を設けた装置、階段火格子、投炭機、及び火床内部全体に被焼却物を拡散させる装置等は、寿命が短く、構造も複雑なため、その取り替えに多大な費用や労力を要するばかりでなく、付随する設備等も大型のものとなり過大な消費電力や設置用地を要し、経済的な負担が大きいという問題があった。また、上記いずれの焼却炉においても火床の移動が一方向のみであるため一定の燃焼時間しか確保できず、焼却の遅いものは未燃焼のまま排出されてしまうという欠点があった。

例えば、現在、一般廃棄物の焼却処理には、ストーカー機械火格子炉、流動砂層炉の大型、中型の装置が多く使用されているが、各々、下記のような問題点を有している。先ず、ストーカー機械火格子炉の問題点について言えば、（１）炉床が金属製の火格子であるので、石油固形物が液状化したようなものは完全に焼却することができないばかりでなく、高カロリーの廃棄物から発生する高熱のため火格子の劣化が早い。（２）一方向のみに移動する火床による一定時間の燃焼であるため、未燃焼物が発生する。（３）クリンカが発生する。（４）廃棄物の前処理である破砕作業に過大な動力を要する。次いで、流動砂層炉の問題点について言えば、（５）媒体である砂を風力により流体化するために飛灰が多く、過大な動力を要する。（６）流動砂層に適した砂を選別して補給を常時行う必要があると共に、熱損失と機械の消耗が大きい。以上のように、上記いずれの焼却炉においても構造の複雑さに係る製作費用及びランニングコスト等の経済的負担が大きいという問題がある。

このため、本出願人は上記の問題点を解決すべく、先に特許第３０９４２８２号を以て、変速回転可能及び傾斜角度一定に設けられた擂鉢状の炉床と、炉床の上方に設けられた空気噴出手段とから成り、炉床の中央部に燃殻排出口を設けると共に、燃殻排出口内に複数の縦溝が形成された蓋体を上下に摺動可能に設け、蓋体を上下に反覆摺動させると共に、燃殻と焼却殻（細かい燃殻や焼却灰を含む）とを分離して排出する燃殻及び焼却殻排出部を設けた焼却炉を提案した。この焼却炉は、炉床の回転により、炉床に、上昇する斜面と下降する斜面とを現出させ、炉床を回転流動する被燃焼物の回転中心点が炉床の回転中心とは別に前記上昇斜面寄りに偏心して発生する作用を利用して堆積した被燃焼物の表面に順次新燃層を作り出し焼却を行うものであり、さらに蓋体が上下に反復摺動する際に、焼却殻（細かい燃殻や焼却灰を含む）のみを縦溝から排出される一方、塊形状の燃殻は燃殻排出口を全開して排出されるものであった。

特許第３０９４２８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回転式の焼却炉により様々な廃棄物を焼却した結果、燃殻排出口と燃殻排出口内に設けられた蓋体との隙間からこぼれ落ちる焼却殻には細かい燃殻などが含まれるため、こぼれ落ちた焼却殻が火種となり事故を招く懼れがあった。また、稲わら、堆肥原料落ち葉、牧草、立木及び枯草などの農林業系副産物、及び土壌が混合した廃棄物は、屋外で保管されているなどの理由から高湿、高灰分であり、燃焼空気との接触効率が低く、熱しゃく減量の悪化、燃焼温度が低下し、処理能力が低下するという問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の課題に鑑みなされたものであり、傾斜して変速回転する炉床を有する焼却炉において、炉内から焼却殻のこぼれ落ちを防ぐと共に、炉内の被焼却物と燃焼空気との接触効率を向上させた焼却炉を提供することを目的とする。

このため本発明は、変速回転可能及び傾斜角度一定に設けられた炉床並びに炉床に空気を送出する空気送出手段から成り、前記炉床を凹状に形成し、その炉底の中央部に燃殻排出口を設けると共に、前記燃殻排出口内に蓋体を上下に摺動可能に設けて該蓋体を上下に反復摺動させると共に、燃殻と焼却殻とを分離して排出する回転炉を有する焼却炉において、前記蓋体の下部に焼却殻受け部を設けるとともに、前記回転炉の底部に筒体を設けて焼却殻の受容空間を形成し、前記蓋体の反復摺動と共に前記受容空間を開閉することを第１の特徴とする。

また、新鮮な空気が前記炉床の底面及び側周面を通過する流路を設け、該流路から前記炉床の側周に炉底の中央に向けて空気を送出するノズルを放射状に設けたことを第２の特徴とする。

さらに、前記炉壁の下部に、廃棄物を炉内へ少量ずつ連続的に投入するスクリューフィーダーを設けたことを第３の特徴とする。

本発明は、以下の優れた効果を有する。
（１）炉内からこぼれ落ちた焼却殻を、焼却殻受け部で受けて受容空間に留めるため、火種となる焼却殻が炉外へ飛散、もしくはこぼれ落ちることを防止することができる。
（２）焼却殻受け部が蓋体の下部に設けられ、蓋体の開閉と同時に受容空間が開放されるため、炉内の燃殻を排出すると同時に焼却殻を排出することができ、排出作業が容易となる。
（３）炉底に向かって空気を送出するノズルを設けているため、炉内の廃棄物と燃焼空気との接触効率が高く、炉内の廃棄物を完全燃焼させることができる。
（４）炉内に送出される空気は、炉床の底面及び側周面を通過するため、炉床を冷却することが可能となり、焼却炉の運転効率を向上させる。
（５）廃棄物をスクリューフィーダーにより炉内へ投入するため、廃棄物の形状がスクリュー形状に合わせられて炉内へ投入される。よって、廃棄物を少量ずつ連続的に投入することが可能となり、炉内での燃焼効率が向上する。

本発明に係る焼却炉を示す縦断面図である。 本発明に係る焼却炉を示す平面図である。 本発明に係る焼却炉の下部を示す正面図である。 本発明に係る回転炉床を示す要部拡大断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。

以下、図１〜図５を参照して、本発明による焼却炉の実施例について説明する。本明細書でいう廃棄物は、一般廃棄物及び産業廃棄物として指定された廃棄物のうち、着火される前の状態のものを指し、燃殻は、燃焼中、若しくは燃焼後の比較的大きな塊を指し、焼却殻は、燃焼中、若しくは燃焼後の比較的細かい塊や粒状のものを指す。

図１、及び図２に示される焼却炉１は、主に一般廃棄物及び産業廃棄物、廃油、廃溶剤、廃ペンキ、廃プラスチック、廃タイヤ、石油スラッジ、鶏糞、汚泥、廃水、稲わら、堆肥原料落ち葉、牧草、立木及び枯草等を焼却するために使用される。焼却炉１は、その下部に一定の傾斜角度を以て設置され変速回転する回転炉２と、回転炉２が固定される基台３と、回転炉２の上方を覆う炉壁４と、炉壁４の側面に設けられたバーナー６、及びスクリューフィーダー７とから構成されている。

炉壁４は、図１、及び図２に示すように、上端が縮径した円筒体でその下端が傾斜状に形成されており、その頂部に排気口４３を有している。排気口４３は、フランジ部を有し、排気ダクト、または排気管等が接続可能とされており、焼却時に発生する炉内の排気や飛灰を排出するとともに、炉内の圧力を陰圧制御させている。また、炉壁４はその側周に複数の温度計口４６を有しており、夫々に温度計（図示せず）を設けることで、炉内の温度管理を行うことを可能としている。炉壁４の下部側周には、送風口（二次）４４が設けられており、送風ファン（図示せず）等が接続される。送風口（二次）４４から送風された空気は、炉壁４の下面に設けられた送出室４４３を通過して炉壁４を冷却するとともに、回転炉２内へ送り込まれ炉内の燃焼空気として使用される。送風口（二次）４４の対となる側周には、連通部４８が設けられており、送風口（二次）４４から流入した空気が送出室４４３、及び連通部４８を介して炉内へ送り込むよう構成されている。炉壁４の側周（図１中左側）には、開閉可能な点検窓４５が設けられており、回転炉２の内部を視認可能とされている。

図２、及び図３に示すように、炉壁４の下部側周には、スクリューフィーダー７が設けられている。スクリューフィーダー７は、廃棄物が投入される枡状の廃棄物投入部７１と、廃棄物投入部７１の下部を貫設するスクリュー部７２と、スクリュー部７２の軸にベルト等により連結されスクリューを所定の方向に回転駆動させる駆動部７３とから構成されている。スクリュー部７２は、軸の外周に螺旋状に設けられた羽根を有するスクリューと、スクリューを内包するとともに、廃棄物の流路となる筐体から構成されている。このように構成されたスクリューフィーダー７により、廃棄物投入部７１に投入された廃棄物はスクリューの形状に合わせた形状とされると共に、スクリューにより押し出されて炉内へ廃棄物を連続的に投入することが可能とされている。

回転炉２は、駆動モーター２２により変則回転せしめる円形状の回動板２１と、回動板２１に載置された炉床２３と、炉床２３から一定の間隙を有するよう回動板２１に固定される円筒状の炉床外壁２４と、炉床外壁２４を覆う円筒状の炉床ケース２５から構成されている。回動板２１、並びに炉床２３の中央部には燃殼排出口２６が形成されている。すなわち、回転炉２は、炉床が断面略Ｕ字状を呈する形態にされると共に、炉床の中央（炉底）に設けられた燃殻排出口２６を開閉する開閉機構である燃殻及び焼却殻排出部５とを連設した構成とされている。この回転炉２は、全体を水平線に対して約４０度前後に傾斜した状態で基台３に回転自在に支承されている。その際に、回転炉２の上部に設けられた炉壁４の底面とはわずかな間隙を持つよう基台３に設置される。

回動板２１は、ステンレス等の金属製の円板で、その下方に設けられた耐熱シール部３１を介して基台３に対して回動可能とされている。耐熱シール部３１は、図４に示すように、回動板２１の側面にはボルト等で金属製の筒状体である耐熱部材３１１が交換可能に設けられ、架台３にヤーンロープ３１２が張設されており、耐熱部材３１１がヤーンロープ３１２上を摩擦しながら回動するよう構成されている。なお、耐熱部材３１１、及びヤーンロープ３１２は、伸縮自在の耐熱部材であればよく、例えばガラスウール性の耐熱材（シリカボードなど）、あるいはその他のシール部材であっても構わない。

駆動モーター２２は、その回転軸に平歯車２２１が固設され、回転軸が回動板２１と直角となるよう傾斜した状態で架台３に固定されている。平歯車２２１は、回動板２１の底面側に設けられた軸受及び平歯車２２２と共回り可能に嵌合させられており、回動板２１は、駆動モーター２２の回転力により回動可能とされている。回動板２１には、耐火セラミックを凹状に形成した炉床２３が載置されており、回動板２１と共回りするように固定されている。

このようにして、回転炉２は、炉床２３を回転させ、炉床２３の下部（図１中左側）が上部（図１中右側）に移行する過程において、堆積した廃棄物は下部側に崩落して転動分離しながら燃焼される。堆積した廃棄物の表面側（嵩の大きい廃棄物）は、順次新燃層を形成して焼却され、嵩が小さくなるにつれて廃棄物層の下方に没してゆき最終的には焼却殻となって炉の下部側に堆積する。この傾斜面により遠心力の作用し難い炉床中央部付近（炉床が平面であるとその軸芯付近には遠心力が及ばない、これは炉床の直径が大きくなるほど顕著である）でも転動分離（燃焼物が不燃の小石の動きに追随して動くため）が可能となり、炉床全面に常に新燃層が広がった状態を形成することが可能となり、高い燃焼効果を得ることができる。また、被焼却物を転動分離させて流動性の低い微細焼却殻を回転炉２の底部に常時堆積させるため、回転炉２底面の焦付きやクリンカの発生を防止することができる。すなわち、回転炉２内では表面から順に大、中、小の廃棄物が積層された状態となり、廃棄物は焼却が進み燃殻となり、徐々に角がとれて丸く小さくなって順次下層に移動し、砂利状さらには焼却殻になるまで繰り返し焼却され、焼却殻は固形物の間を通って最下層に滑落して回転炉２の底部に堆積する。

図１に示すように、炉底中央に連設された燃殻及び焼却殻排出部５は、耐火物を円柱形状に形成した蓋体５１を炉底の中央に穿孔した燃殻排出口２６内に挿通可能にされており、これを回転炉２の回転に対して遊び回転可能に基台３に支承させ、油圧シリンダー５３によって上下に反復摺動させることにより燃殻排出口２６の開閉動作を行う。蓋体５１は、シャフト５２の先端に設けられており、このシャフト５２の他端が油圧シリンダー５３と接続され、シャフト５２をスライド軸受により支承することで、蓋体５１を上下に反覆摺動可能としている。蓋体５１の下部には、スカート状の焼却殻受け部５５がシャフト５２に挿通して蓋体５１にボルト等で固定されている。また、回動板２１の底部には、筒体２１１が設けられており、蓋体５１が上動した際に、筒体２１１の周縁に焼却殻受け部５５が当接して焼却殻の受容空間を形成する。そのため、蓋体５１、及び焼却殻受け部５５が上動した際には、蓋体５１が燃殻排出口２６を閉じて炉内の廃棄物、及び燃殻の排出を防ぐとともに、蓋体５１と燃殻排出口２６とのわずかな間隙からこぼれ落ちた焼却殻を、受容空間に留め、図４に一点鎖線で示すように、蓋体５１、及び焼却殻受け部５５が下動した際に、燃殻排出口２６を開放して炉内の廃棄物、燃殻、及び焼却殻を、燃殻及び焼却殻排出口５４から排出するとともに、受容空間内の焼却殻を排出することができる。すなわち、炉内で燃焼中には、焼却殻を受容空間へ排出することで燃殻と焼却殻をサイズ別に分離することが可能で、かつ焼却炉外へ同時に排出することが可能になるため、焼却後の処理が簡便となる上に、運転中に焼却殻がこぼれ落ちることを防ぐことができる。尚、燃殻及び焼却殻排出口５４は、シャット弁等（図示せず）を接続できるようフランジ形状を有することが好ましい。

次に、本発明の焼却炉１における燃焼空気の流れについて説明する。図４は、回転炉２を示す要部拡大断面図であり、図中の矢印は、空気の流れを示す。炉壁４の下部には、例えば送風ファン（図示せず）などが接続される送風口（二次）４４が側設され、その送風口（二次）４４に流路４４１が連続して設けられている。炉壁４の底部には送風口（二次）４４と内部が連続するようドーナツ状の送出室４４３が流路４４１に連続して設けられており、送出室４４３の内周側には、送出ノズル４４２が、内周側の炉床２３と炉壁４の間隙４４４に向けて複数個設けられている。そのため、流路４４１を通過した空気は、送出室４４３を通過して送出ノズル４４２から、間隙４４４を介して炉内へ吹き込まれる。また、図１に示すように、送風口（二次）４４の反対側面には連通部４８が送出室４４３と通気可能に設けられており、複数の送出ノズル４４２から吹き込まれなかった空気が連通部４８を介して炉内の上方から吹き込まれるよう構成されている。そのため、送風口（二次）４４から流入する空気は、炉壁４を冷却するとともに、余すことなく炉内の燃焼空気として使用され、効率良く廃棄物を燃焼させることができる。

図４に示すように、回転炉２の下部には、例えば送風ファン（図示せず）などが接続される送風口（一次）４７と、この送風口（一次）４７と内部が連続するようドーナツ状の送出室４７３が、架台３に固定されている。新鮮な空気は、送風口（一次）４７から流入して送出室４７３を通り、回動板２１と架台３との間に設けられた軸受及び平歯車２２２の内周を通過して、回動板２１に穿設された複数の通気孔２１２を介し、流路４７１へ送られる。流路４７１は、炉床２３と回動板２１と炉床外壁２４とで形成された空間となっており、炉床２３に設けられた送出ノズル２３２へ連続した空間を形成している。送出ノズル２３２は、図５に示すように、蓋体５１を中心として炉床２３に放射状に複数個埋設されている。そのため、送風口（一次）４７から流入する空気は、軸受及び平歯車２２２を冷却し、流路４７１を通過して回転炉２全体を冷却するとともに、炉内の燃焼空気として使用され、効率良く廃棄物を燃焼させることができる。また、燃焼空気は、軸受及び平歯車２２２、及び回転炉２を冷却して温められた空気であるため、炉内の温度を急激に下げることを防ぎ、炉内を高温雰囲気に保つことができる。

図４に示すように、炉床２３と炉床外壁２４との上端を接続する接続部２３３には、複数の開孔２３４が設けられている。そのため、流路４７１内の空気は、開孔２３４から炉壁４の下部に向けて噴出される。よって、間隙４４４を通って炉内の焼却殻や飛灰が外側へ流出することを防ぐことができる。この開孔２３４の形状は、例えば円形、角形の孔、もしくは長孔が好ましく、また開孔２３４から噴出される空気が、送出ノズル４４２から噴出される空気と衝突することとなるため、複数の開孔２３４同士は連続しないよう形成されることが好ましい。

次に本発明に係る焼却炉１の使用方法について説明する。先ず、回転炉２を低速度で回転させ、バーナー６を着火し炉内温度が８００℃に達した後、廃棄物を廃棄物投入口４１から定量投入し、回転炉２の回転により積層した廃棄物が緩やかに崩落している状態から廃棄物の乾燥が進んで自燃し始めるのでバーナー６の火力を種火程度に落とし、回転炉２の外周が１分間に１５ｍ前後移動する程度の速度で連続回転させながら回転炉２に収容した廃棄物の量が常に回転炉２の底部の７０％程度の容積になるように新たな廃棄物を連続して投入する。灰化した廃棄物は、上述したように蓋体５１と燃殻排出口２６との間隙から排出されて粉灰受け部５５上に堆積されるため、炉内には火種だけを残して連続投入された廃棄物に着火される。焼却が完了したら、火種が鎮火したことを点検窓４５から視認する、もしくは温度計口４６に設けた温度計（図示せず）で確認し、回転炉２を低速回転させた状態で蓋体５１を下動させることで、燃殻排出口２６から燃殻及び粉灰排出口５４へ焼却物を自動的に排出する。

以上のように、本発明に係る焼却炉１は、炉内の清掃などに人手を必要としないばかりでなく、例えば放射性物資濃度の高い廃棄物を焼却しても、作業員が焼却物に触れることがないため、作業員の被爆を防止することが可能となる。

１ 焼却炉
２ 回転炉
２１ 回動板
２１１ 筒体
２１２ 通気孔
２２ 駆動モーター
２２１ 平歯車
２２２ 軸受及び平歯車
２３ 炉床
２３２ 送出ノズル
２４ 炉床外壁
２５ 炉床ケース
２６ 燃殼排出口
３ 基台
３１ 耐熱シール部
３１１ 耐火部材
３１２ ヤーンロープ
４ 炉壁
４３ 排気口
４４ 送風口（二次）
４４１ 流路
４４２ 送出ノズル
４４３ 送出室
４４４ 間隙
４５ 点検窓
４６ 温度計口
４７ 送風口（一次）
４７１ 流路
４７３ 送出室
４８ 連通部
５ 燃殻及び焼却殻排出部
５１ 蓋体
５２ シャフト
５３ 油圧シリンダー
５４ 燃殻及び焼却殻排出口
５５ 焼却殻受け部
６ バーナー
７ スクリューフィーダー
７１ 廃棄物投入部
７２ スクリュー部
７３ 駆動部

Claims (3)

1. 変速回転可能及び傾斜角度一定に設けられた炉床と、該炉床に空気を送出する空気送出手段と、該炉床の上部に設けられる炉壁から成り、前記炉床を凹状に形成し、その炉底の中央部に燃殻排出口を設けると共に、該燃殻排出口内に蓋体を上下に摺動可能に設けて該蓋体を上下に反復摺動させ、燃殻をサイズ別に分離して排出する回転炉を有する焼却炉において、前記蓋体の下部に焼却殻受け部を設けるとともに、前記回転炉の底部に筒体を設けて焼却殻の受容空間を形成し、前記蓋体の反復摺動と共に前記受容空間を開閉することを特徴とする焼却炉。
2. 新鮮な空気が前記炉床の底面及び側周面を通過する流路を設け、該流路から前記炉床の側周に炉底の中央に向けて空気を送出するノズルを放射状に設けたことを特徴とする請求項１に記載の焼却炉。
3. 前記炉壁の下部に、廃棄物を炉内へ少量ずつ連続的に投入するスクリューフィーダーを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焼却炉。

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