JP2020197354A - 燃焼バーナ及び燃焼炉 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性ガスの量の変動に対して、安定して可燃性ガスを燃焼させることが可能な燃焼バーナ及び燃焼炉を提供する。【解決手段】燃焼バーナは、ガス化溶融炉からの可燃性ガスの流通部と、可燃性ガスに向けて空気を吐出する吐出部と、吐出部の下流側に設けられるバーナリムと、を備える。この燃焼バーナは、流通部における可燃性ガスの流通方向と交差する吐出方向に向けて吐出部から空気を吐出して、可燃性ガスと空気とを合流させる。【選択図】図２

Description

本開示は、燃焼バーナ及び燃焼炉に関する。

一般廃棄物及び産業廃棄物等の廃棄物の処理を行うガス化溶融炉を備える廃棄物溶融炉設備が知られている。例えば、特許文献１には、ガス化溶融炉で発生する可燃性ガスを燃焼室で燃焼させる燃焼バーナが開示されている。この燃焼バーナは、可燃性ガスと燃焼空気とを混合させることで、可燃性ガスを燃焼させている。この燃焼バーナの端部には、中間位置にバーナリムが設けられている。

特開２０１０−１６４２８３号公報

ガス化溶融炉における廃棄物の処理量の変動に伴って、燃焼バーナを介して燃焼室に向かう可燃性ガスの量が変動し得る。このため、可燃性ガスの量が減少した際に、燃焼バーナによる可燃性ガスの燃焼状態が不安定となることが懸念される。

そこで、本開示は、可燃性ガスの量の変動に対して、安定して可燃性ガスを燃焼させることが可能な燃焼バーナ及び燃焼炉を提供する。

本開示の一側面は、ガス化溶融炉からの可燃性ガスの流通部と、可燃性ガスに向けて空気を吐出する吐出部と、吐出部の下流側に設けられるバーナリムと、を備える燃焼バーナを提供する。この燃焼バーナは、流通部における可燃性ガスの流通方向と交差する吐出方向に向けて吐出部から空気を吐出して、可燃性ガスと空気とを合流させる。

ガス化溶融炉からの可燃性ガスの量は通常変動する。この燃焼バーナでは、バーナリムの上流に位置する吐出部から可燃性ガスの流通方向と交差する方向に空気が吐出される。このため、可燃性ガスと空気とがバーナリムの上流側で合流する際に両者が十分に混合される。そして、バーナリムの下流に形成される循環領域において、可燃性ガスと空気とが十分に混合された混合ガスが循環する。これにより、ガス化溶融炉からの可燃性ガスの量に変動があっても、循環領域に十分に混合した混合ガスが滞留することによって、安定的な燃焼を継続することができる。その結果、安定して可燃性ガスを燃焼させることが可能となる。

上記燃焼バーナの吐出部は、互いに離間する複数の吐出孔を有してもよい。複数の吐出孔それぞれから空気が吐出されるので、吐出方向から見て、流通部において領域ごとの空気の吐出量に差が生じる。空気の吐出量が小さい領域には可燃性ガスが入り込みやすく、空気の吐出量が大きい領域には可燃性ガスが入り込み難い。このため、吐出部の近傍において、空気と可燃性ガスとの混合性を一層良好にすることが可能となる。

上記燃焼バーナは、流通部の上流側から下流側を見たときに、吐出部を覆うように設けられる分岐ポストを備えてもよい。吐出部から吐出された空気が、上流側に向けて流れると、可燃性ガスがバーナリムよりも上流側で燃焼しやすくなってしまう。一方、上記構成では、分岐ポストにより、上流側に向けて空気が流れることが低減され、バーナリムよりも上流側での可燃性ガスの燃焼を抑制することが可能となる。

本開示の一側面は、上記燃焼バーナと、燃焼バーナからの燃焼ガスの流入口を有する炉本体部と、燃焼バーナと炉本体部とを接続するバーナポートと、を備える燃焼炉を提供する。この燃焼炉では、流通方向に沿うバーナポートの長さが、吐出方向に沿うバーナポートの長さよりも長い。

例えば、燃焼バーナから吐出された後に空気と燃焼ガスとが十分に混合して可燃性ガスが着火する。上記構成では、流通方向に沿うバーナポートの長さが、吐出方向に沿うバーナポートの長さよりも長いので、可燃性ガスの着火点がバーナポート内に形成されやすい。このため、炉本体部を流れるガスの流れが、可燃性ガスの着火に影響を及ぼし難くなり、可燃性ガスの燃焼を安定して行うことが可能となる。

本開示の一側面は、上記燃焼バーナと、燃焼バーナからの可燃性ガスの流入口を有する炉本体部と、燃焼バーナと炉本体部とを接続するバーナポートと、バーナポートに設けられるパイロットバーナと、を備える燃焼炉を提供する。この燃焼炉では、パイロットバーナが延びる方向に沿った第１仮想線が、流通方向に沿ってバーナリムと流入口とを結ぶ第２仮想線にバーナポートにおいて交差する。

上記構成では、パイロットバーナによる可燃性ガスの着火点が、バーナポート内に位置する。このため、炉本体部を流れるガスの流れが、パイロットバーナによる可燃性ガスの着火に影響を及ぼし難くなり、可燃性ガスの燃焼を安定して行うことが可能となる。

本開示によれば、可燃性ガスの量の変動に対して、安定して可燃性ガスを燃焼させることが可能な燃焼バーナ及び燃焼炉を提供することができる。

図１は、一実施形態に係る二次燃焼炉を備える廃棄物溶融炉設備の模式図である。 図２は、二次燃焼炉を水平方向に沿って切断したときの一部の断面構成を示す模式図である。 図３は、燃焼バーナの内部を模式的に示す斜視図である。 図４は、燃焼バーナを側方から見た断面構成を示す模式図である。 図５は、比較例に係る二次燃焼炉におけるガス及び空気の流れをシミュレーションした結果の一例である。 図６は、比較例に係る二次燃焼炉における空気濃度をシミュレーションした結果の一例である。 図７は、実施形態に係る二次燃焼炉におけるガス及び空気の流れをシミュレーションした結果の一例である。 図８は、実施形態に係る二次燃焼炉における空気濃度をシミュレーションした結果の一例である。 図９は、複数の吐出孔からの空気の吐出の様子を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。一部の図には、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸により規定される直交座標系が示されている。以下の実施形態では、Ｚ軸が鉛直方向に対応しており、ＸＹ平面が水平面に対応している。

図１は、一実施形態に係る二次燃焼炉を備える廃棄物溶融炉設備の模式図である。廃棄物溶融炉設備１０は、ガス化溶融炉１２と、二次燃焼炉１４（燃焼炉）と、ボイラ１６と、減温塔１８と、集塵器２０と、誘引通風機２２と、煙突２４と、を備える。

ガス化溶融炉１２には、ごみ等の廃棄物と、コークス等の固形燃料及び石灰石等の副資材とが装入される。ガス化溶融炉１２は、廃棄物の乾燥、熱分解、燃焼及び溶融を行う。これによって、ガス化溶融炉１２は、熱分解ガスを生成しつつ廃棄物を減容化する。ガス化溶融炉１２の底部（出滓口）から、スラグ及びメタルを含む溶融物が排出される。炉外に排出された溶融物は、冷却凝固され、これからスラグとメタルとを回収することができる。

ガス化溶融炉１２から可燃性ダスト及び熱分解ガスを含む可燃性ガスが排出され、当該可燃性ガスは二次燃焼炉１４に供給される。二次燃焼炉１４は、可燃性ガスを完全燃焼するための燃焼炉である。ガス化溶融炉１２で発生する可燃性ガスは、低位発熱量が８００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度である低カロリーガスである。可燃性ガスには、廃棄物をガス化する過程で副次的に発生するタール及びダストが含まれている。二次燃焼炉１４において可燃性ガスを燃焼する後述のバーナ部の性能は、廃棄物溶融炉設備１０の安定的な運転と、未燃ＣＯの発生量に影響を与える。

二次燃焼炉１４において可燃性ガスの完全燃焼により発生した熱は、ボイラ１６において熱交換される。ボイラ１６には、発電装置２６が設けられている。ボイラ１６において発生した蒸気が発電装置２６に送られ、発電装置２６において発電が行われる。ボイラ１６で熱回収された後の排ガスは、減温塔１８に送られ、減温塔１８において当該排ガスの温度が調整される。温度が調整された排ガスは、集塵器２０に送られ、集塵器２０において除塵される。除塵された排ガスは、誘引通風機２２により吸引され、煙突２４から排出される。

図２は、二次燃焼炉を水平方向に沿って切断したときの一部の断面構成を示す模式図である。図３は、燃焼バーナの内部を模式的に示す斜視図である。図４は、燃焼バーナを側方から見た断面構成を示す模式図である。図２に示されるように、二次燃焼炉１４は、炉本体部３０と、バーナ部４０と、を有する。

炉本体部３０は、例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って延びるように形成されている。炉本体部３０は、円筒状を呈していてもよい。換言すると、炉本体部３０の水平面（ＸＹ平面）における断面は、リング状であってもよい。炉本体部３０に向けて、バーナ部４０による可燃性ガスの燃焼に伴い発生する燃焼ガスが流入する。炉本体部３０には、バーナ部４０からの燃焼ガスの流入口３２が形成されている。流入口３２は、炉本体部３０の鉛直方向に沿って延びる内壁３４に、水平方向に沿って内壁３４を貫通するように設けられている。炉本体部３０の内部において、例えば、下方に向かう燃焼ガスの旋回流が形成される。

バーナ部４０は、ガス化溶融炉１２で発生した可燃性ガスを燃焼させる。バーナ部４０は、ガス化溶融炉１２から炉本体部３０に向う流路の炉本体部３０側の端部に位置している。バーナ部４０は、炉本体部３０の上部側面に接続されてもよく、炉本体部３０の下部側面に接続されてもよい。バーナ部４０は、炉本体部３０の延在方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って延びるように形成されている。バーナ部４０は、Ｘ軸方向に沿って、炉本体部３０の内部に向けて可燃性ガスを吐出する。バーナ部４０のＸ軸方向と直交する断面は、例えば、円形又は楕円であってもよく、四角形であってもよい。以下では、上記断面が四角形である場合を例に説明する。バーナ部４０は、燃焼バーナ４２と、バーナポート４４とを備える。

燃焼バーナ４２は、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスと、空気とを合流させることで、当該可燃性ガスを燃焼させる（当該可燃性ガスに着火する）。燃焼バーナ４２は、可燃性ガスが流れる方向に対して交差する方向に一部の空気を吐出することで、可燃性ガスと空気とを合流させる。可燃性ガスと空気とが合流することによって、可燃性ガスと空気とを含む混合ガスが発生する。燃焼バーナ４２は、空気流通路５０ａ，５０ｂと、ガス流通路５４と、流通調整部５６と、を備える。

空気流通路５０ａ，５０ｂのそれぞれは、燃焼バーナ４２のＹ軸方向における両端において、Ｘ軸方向に沿って上流から下流に空気を流し、バーナポート４４に向けて空気を吐出する。空気流通路５０ａは、燃焼バーナ４２の幅方向（Ｙ軸方向）の一端に位置する側壁５２ａと、側壁５２ａと離間して内側に配置された仕切板５２ｃとの間に形成される。空気流通路５０ｂは、Ｙ軸方向の他端に位置する側壁５２ｂと、側壁５２ｂと離間して内側に配置された仕切板５２ｄとの間に形成される。仕切板５２ｃは、ＸＺ平面に延びており、側壁５２ａと対向するように配置されている。仕切板５２ｄは、ＸＺ平面に延びており、側壁５２ｂと対向するように配置されている。

ガス流通路５４は、Ｘ軸方向に沿って上流側から下流側に向けて可燃性ガスを流し、バーナポート４４に向けて可燃性ガスを吐出する。ガス流通路５４は、Ｙ軸方向において空気流通路５０ａ，５０ｂの間に位置している。ガス流通路５４は、Ｘ軸方向に沿って延びるように形成される空間である。図３に示されるように、ガス流通路５４は、例えば、仕切板５２ｃ，５２ｄ及び仕切板５４ａ，５４ｂによって形成される直方体状の空間である。図４に示されるように、仕切板５４ａ，５４ｂは、鉛直方向に離間して配置されており、水平面に沿って延びている。

燃焼バーナ４２には、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスをガス流通路５４に取り込む取込口（不図示）が設けられている。この取込口は、例えば、燃焼バーナ４２の底壁及び仕切板５４ｂのうちの上流側に位置する部分に設けられる。取込口から取り込まれた可燃性ガスが、ガス流通路５４に沿ってバーナポート４４に向けて流れる。

図２に示されるように、流通調整部５６は、ガス流通路５４内におけるガスの流れを調整する。具体的には、流通調整部５６は、ガス流通路５４内における可燃性ガスの流れを分岐させる。また、流通調整部５６は、ガス流通路５４内における可燃性ガスに向けて空気を合流させる。流通調整部５６は、分岐ポスト６２と、バーナリム６４と、吐出部６６と、を備える。

分岐ポスト６２は、ガス流通路５４内を流れる可燃性ガスを分岐させる。分岐ポスト６２は、Ｙ軸方向において、可燃性ガスの流れを２つに分ける。具体的には、分岐ポスト６２は、ガス流通路５４に含まれる流通部５４ｃ及び流通部５４ｄそれぞれに可燃性ガスが流れるように、可燃性ガスを分岐させる。分岐ポスト６２は、ガス流通路５４のＹ軸方向における略中央に配置されている。平面視において、分岐ポスト６２は、上流側が尖るように形成されている。具体的には、平面視において、分岐ポスト６２は、ガス流通路５４のＹ軸方向における略中心位置を頂点として、下流側に向かうにつれて両側に広がるように延びている。

図４に示されるように、分岐ポスト６２は、鉛直方向に沿って延びる板部材であってもよい。分岐ポスト６２は、例えば、鉛直方向において仕切板５４ａと仕切板５４ｂとの間に設けられている。分岐ポスト６２の上端が仕切板５４ａに接続されてもよく、分岐ポスト６２の下端が仕切板５４ｂに接続されてもよい。

図２に示されるように、バーナリム６４は、下流側に可燃性ガス及び空気（混合ガス）が循環する循環領域ＣＲを形成する。循環領域ＣＲには、混合ガスの渦が形成されることで、可燃性ガス及び空気が滞留する。バーナリム６４は、ガス流通路５４のＹ軸方向における略中央に配置されている。流通部５４ｃ（流通部５４ｄ）の上流側から下流側を見て、バーナリム６４は、分岐ポスト６２に覆われてもよい。例えば、分岐ポスト６２のＹ軸方向における幅が、バーナリム６４のＹ軸方向における幅よりも大きくてもよい。

図３に示されるように、バーナリム６４は、鉛直方向に沿って延びる柱状体である。バーナリム６４の水平方向における断面は、四角形であってもよい。図４に示されるように、バーナリム６４は、例えば、鉛直方向において仕切板５４ａと仕切板５４ｂとの間に設けられている。バーナリム６４の上端が仕切板５４ａに接続されてもよく、バーナリム６４の下端が仕切板５４ｂに接続されてもよい。バーナリム６４は、耐火物によって構成されてもよい。バーナリム６４は、例えばレンガによって構成されてもよい。

図２に示されるように、吐出部６６は、ガス流通路５４内に設けられる。吐出部６６は、流通部５４ｃ，５４ｄを流れる可燃性ガスに向けて空気をそれぞれ吐出する。吐出部６６は、Ｙ軸方向において流通部５４ｃと流通部５４ｄとの間に位置している。吐出部６６は、流通部５４ｃを流れる可燃性ガスの流通方向と交差する方向（吐出方向）に向けて空気を吐出する。図２に示される例では、吐出部６６は、ガス流通路５４のＹ軸方向における略中央から仕切板５２ｃ（側壁５２ａ）に向けて空気を吐出する。吐出部６６は、流通部５４ｄを流れる可燃性ガスの流通方向と交差する方向（吐出方向）に向けて空気を吐出する。図２に示される例では、吐出部６６は、ガス流通路５４のＹ軸方向における略中央から仕切板５２ｄ（側壁５２ｂ）に向けて空気を吐出する。

上記流通方向と上記吐出方向とは交差している。流通方向と吐出方向とのなす角（以下、「交差角」という。）は、本実施形態では９０°であるが、これに限定されない。交差角は、例えば、４５°〜９０°であってもよい。交差角は、７０°〜９０°であってもよい。交差角は、８０°〜９０°であってもよい。吐出方向のＸ軸方向成分が、流通方向と同じ向きとなるように吐出方向が設定されてもよく、吐出方向のＸ軸方向成分が、流通方向と反対向きとなるように吐出方向が設定されてもよい。

吐出部６６は、Ｘ軸方向において、分岐ポスト６２とバーナリム６４との間に設けられる。つまり、バーナリム６４は、分岐ポスト６２及び吐出部６６の下流側に設けられている。吐出部６６は、２つの仕切板７２，７４を備える。仕切板７２，７４は、ＸＺ平面に沿って延びていてもよい。仕切板７２，７４の一端（前端）は、分岐ポスト６２に接続されてもよい。Ｙ軸方向において、分岐ポスト６２と仕切板７２，７４（吐出部６６）との少なくとも一部が重なっていてもよい。仕切板７２，７４の他端（後端）は、バーナリム６４の前端６４ａに接続されてもよい。なお、本明細書において、可燃性ガス等の処理対象のガスの流れを基準とした上流側を「前」と表記し、下流側を「後」と表記する場合がある。

仕切板７２，７４は、Ｙ軸方向において互いに離間しており、互いに対向している。流通部５４ｃ（流通部５４ｄ）の上流側から下流側を見て、吐出部６６（仕切板７２及び仕切板７４の双方）は、分岐ポスト６２に覆われていてもよい。例えば、分岐ポスト６２のＹ軸方向における幅が、吐出部６６のＹ軸方向における幅よりも大きくてもよい。図２に示す例では、吐出部６６のＹ軸方向の幅は、仕切板７２，７４のＹ軸方向における離間距離に相当している。図４に示されるように、仕切板７２，７４は、鉛直方向において、仕切板５４ａと５４ｂとの間にそれぞれ配置されている。仕切板７２，７４の上端は仕切板５４ａにそれぞれ接続されてもよく、仕切板７２，７４の下端は仕切板５４ｂにそれぞれ接続されてもよい。

本実施形態では、図２〜図４から理解されるように、分岐ポスト６２、仕切板７２，７４、及びバーナリム６４の前端６４ａによって空気を収容する吐出空間Ｖが形成される。吐出空間Ｖの上端及び下端は、上部及び下部の空気流通部にそれぞれ開放されている。仕切板７２には、吐出空間Ｖから流通部５４ｃに空気を吐出するための吐出口が設けられている。仕切板７４には、吐出空間Ｖから流通部５４ｄに空気を吐出するための吐出口が設けられている。

吐出口の形状及び個数は限定されないが、例えば、仕切板７２，７４が、吐出口として、１つ又は複数の吐出孔をそれぞれ有してもよい。仕切板７２（仕切板７４）が２つに分割され、当該分割された２つの板の間に形成されるスリットが吐出口として機能してもよい。仕切板７２，７４は、互いに離間して設けられた複数の吐出孔をそれぞれ有してもよい。平面視における仕切板７２，７４の延びる方向（Ｘ軸に対する角度）が変更されることで、流通方向と吐出方向とのなす角度である交差角が調節されてもよい。

図４に示されるように、仕切板７２は、鉛直方向に沿って互いに離間して設けられる複数の吐出孔７２ａを有してもよい。つまり、複数の吐出孔７２ａは、流通部５４ｃに向けた空気の吐出方向と、可燃性ガスの流通方向との双方に直交する方向に沿って、互いに離間していてもよい。複数の吐出孔７２ａは、仕切板７２の主面と直交する方向（Ｙ軸方向）において、仕切板７２をそれぞれ貫通している。複数の吐出孔７２ａのそれぞれの形状は、円形であってもよく、長円又は楕円であってもよい。複数の吐出孔７２ａは、例えば、互いに等間隔に配置されてもよく、互いに異なる間隔で配置されてもよい。複数の吐出孔７２ａのＸ軸方向における位置（例えば中心位置）は、互いに略一致してもよく、互いに異なっていてもよい。

仕切板７４は、鉛直方向に沿って互いに離間して設けられる複数の吐出孔７４ａを有してもよい（図９も参照）。複数の吐出孔７４ａは、複数の吐出孔７２ａと同様に設けられてもよい。複数の吐出孔７２ａを含む仕切板７２と、複数の吐出孔７４ａを含む仕切板７４とは、同様に構成されていてもよい。Ｙ軸方向から見て、複数の吐出孔７２ａと複数の吐出孔７４ａとは互いに重なっていてもよい。

ここで、空気流通路５０ａ，５０ｂ及び吐出空間Ｖまでの空気の供給例を説明する。燃焼バーナ４２には、可燃性ガスを燃焼するための空気が、空気供給部４６から送られる（図１参照）。燃焼バーナ４２には、空気供給部４６からの空気を取り込む取込口（不図示）が設けられている。この取込口は、例えば燃焼バーナ４２の上壁のうちの上流部分に設けられる。図３に示されるように、燃焼バーナ４２の内部には、取込口からの空気を収容する収容室４８が設けられている。収容室４８から整流板５８を介して一部の空気が空気流通路５０ａ，５０ｂにそれぞれ供給される。整流板５８には、空気を供給するための複数の供給孔５８ａが設けられている。取込口から取り込まれた空気の一部が、空気流通路５０ａ，５０ｂに沿ってバーナポート４４に向けて流れる。

図４に示されるように、収容室４８に収容されている空気の一部は、整流板５８の供給孔５８ａを通して、吐出空間Ｖに向けて送られる。吐出空間Ｖに送られた空気の一部は、仕切板７２の複数の吐出孔７２ａを通して、流通部５４ｃに吐出される。吐出空間Ｖに送られた空気の一部は、仕切板７４の複数の吐出孔７４ａを通して、流通部５４ｄに吐出される。吐出部６６から吐出される空気の量は、例えば、吐出部６６からの空気と流通部５４ｃ，５４ｄ内の可燃性ガスとが合流しても着火しない程度に設定されてもよい。

図２に戻り、バーナポート４４は、燃焼バーナ４２と炉本体部３０とを接続する。バーナポート４４は、燃焼バーナ４２から吐出される可燃性ガス及び空気、並びに燃焼ガスを炉本体部３０に導く。燃焼バーナ４２からバーナポート４４に向けて、可燃性ガスと空気とを含む混合ガス及び空気が吐出されることで、可燃性ガスが燃焼する。具体的には、空気流通路５０ａ，５０ｂのそれぞれから吐出される空気と、ガス流通路５４から吐出される混合ガスとが、バーナポート４４内で合流して混合することで、バーナポート４４内において可燃性ガスが着火し、可燃性ガスが燃焼する。このように、燃焼バーナ４２は、燃焼ガスを炉本体部３０に向けてＸ軸方向に沿って吐出している。バーナポート４４は、側壁８０，８２と、上壁（不図示）と、底壁８４と、パイロットバーナ８６と、を備える。

側壁８０，８２と、上壁と、底壁８４により、炉本体部３０まで可燃性ガスを導く流路が形成される。当該流路の下流側の端部が、炉本体部３０の流入口３２に対応している。側壁８０の一端は側壁５２ａに接続されており、側壁８０の他端は内壁３４に接続されている。側壁８２の一端は側壁５２ｂに接続されており、側壁８２の他端は内壁３４に接続されている。

流通部５４ｃ（流通部５４ｄ）における可燃性ガスの流通方向に沿うバーナポート４４の長さは、ガス流通路５４内に設けられ可燃性ガスに向けて空気を吐出する吐出部６６からの空気の吐出方向に沿うバーナポート４４の長さよりも長い。流通方向に沿うバーナポート４４の長さは、バーナリム６４の後端６４ｂから流入口３２までの長さに対応する。当該長さは、例えば、後端６４ｂと流入口３２との間のＸ軸方向における距離Ｌ１で定義される。平面視において、流入口３２は、例えば、炉本体部３０の内壁３４と同一の曲率で内壁３４に沿って延びる仮想曲線に位置する。吐出方向に沿うバーナポート４４の長さは、例えば、バーナポート４４内の流路のＹ軸方向における幅（側壁８０と側壁８２との間の距離Ｌ２）で定義される。

バーナリム６４の下流に形成される上述の循環領域ＣＲは、バーナポート４４内の流路に位置している。流通部５４ｃ，５４ｄからバーナポート４４内に混合ガスが吐出され、空気流通路５０ａ，５０ｂから空気が吐出されることで、可燃性ガスと空気とが可燃性ガスに着火する程度に混合する。可燃性ガスの着火点がバーナポート４４内に位置するように、バーナ部４０は構成される。

パイロットバーナ８６は、バーナポート４４に向けて吐出される可燃性ガスに着火する。ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスの量が減少した際でも、可燃性ガスの燃焼が行われるように、パイロットバーナ８６が設けられる。パイロットバーナ８６は、側壁８２に設けられてもよい。平面視において、パイロットバーナ８６は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に傾くように配置されている。パイロットバーナ８６は、火炎を吹き出す方向のＸ軸成分が炉本体部３０側を向くように配置されている。

パイロットバーナ８６からの可燃性ガスの着火点がバーナポート４４内の流路に位置するように、パイロットバーナ８６は設けられる。具体的には、パイロットバーナ８６が延びる方向に沿った仮想線ＩＬ１（第１仮想線）は、流通部５４ｃ，５４ｄ内の可燃性ガスの流通方向に沿ってバーナリム６４と流入口３２とを結ぶ仮想線ＩＬ２（第２仮想線）にバーナポート４４において交差する。つまり、仮想線ＩＬ１と仮想線ＩＬ２との交点が、バーナポート４４内の流路に位置している。

本実施形態の燃焼バーナ４２では、バーナリム６４の上流に位置する吐出部６６から可燃性ガスの流通方向と交差する方向に空気が吐出される。このため、バーナリム６４の上流側又は近傍において可燃性ガスと空気とが十分に混合される。そして、バーナリム６４の下流に形成される循環領域ＣＲにおいて、可燃性ガスと空気とが十分に混合した状態で可燃性ガスと空気とが循環する。このため、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスの量に変動があっても、循環領域ＣＲにおいて滞留する可燃性ガスを含む混合ガスの存在により可燃性ガスの燃焼を継続することができる。その結果、安定して可燃性ガスを燃焼させることが可能となる。

ここで、上記の作用効果について、シミュレーション結果を用いて説明する。図５は、比較例に係る二次燃焼炉におけるガス及び空気の流れをシミュレーションした結果の一例である。図６は、比較例に係る二次燃焼炉における空気濃度をシミュレーションした結果の一例である。図７は、実施形態に係る二次燃焼炉におけるガス及び空気の流れをシミュレーションした結果の一例である。図８は、実施形態に係る二次燃焼炉における空気濃度をシミュレーションした結果の一例である。

図５及び図６に示される比較例に係る二次燃焼炉の燃焼バーナ（以下、「燃焼バーナ４２Ａ」という。）では、バーナリム６４Ａの上流に吐出部６６（可燃性ガスの流通方向と交差する方向に空気を吐出する吐出部）が設けられていない点で、燃焼バーナ４２と相違している。燃焼バーナ４２Ａでは、分岐ポスト６２Ａが、分岐ポスト６２に対応する板部材に加えて、可燃性ガスの流通方向に沿って延びる一対の板部材を含んでいる。一対の板部材は、バーナリム６４Ａと離間した状態で、Ｙ軸方向においてバーナリム６４Ａを挟むように設けられている。燃焼バーナ４２Ａでは、上記一対の板部材とバーナリム６４Ａとにより形成されるスリットが、空気の吐出口として機能する。燃焼バーナ４２Ａでは、Ｘ軸方向に沿って上記スリットから空気が吐出される。

図５には、燃焼バーナ４２Ａ内を流れる流体の流速を示すベクトル図がシミュレーション結果として示されている。図５では、流速が低い流れほど多段階のグレースケールにおいて濃く示されている。可燃性ガスの流速は、空気の流速に比べて高いので、可燃性ガスの流れが薄く（白に近い色で）示されている。図５において、可燃性ガスの流れについては、バーナリム６４Ａよりも下流に位置する部分において計算が行われている。図６には、燃焼バーナ４２Ａ内を流れる流体の空気濃度を示す空気比図がシミュレーション結果として示されている。図６では、空気濃度が低い領域ほど多段階のグレースケールにおいて濃く示されている。可燃性ガスが多い領域では、空気濃度が低いので、当該領域は濃く示されている。

図５及び図６に示されるように、比較例に係る二次燃焼炉では、バーナリム６４Ａの下流に形成される循環領域において、可燃性ガスがほとんど存在していないことがわかる。循環領域において可燃性ガスがほとんど循環しない要因の一つとして、バーナリム６４Ａの側方に位置するスリットから吐出される空気の吐出方向が可燃性ガスの流通方向（Ｘ軸方向）に沿っていることが挙げられる。たとえ上記スリットから吐出される空気の吐出方向が、可燃性ガスの流通方向に傾いていたとしても、バーナリム６４Ａから離れた下流において可燃性ガスと空気とが合流するので、循環領域に十分に可燃性ガスが流れ込まないことが想定される。

一方、図７には、本実施形態に係る燃焼バーナ４２内でのベクトル図がシミュレーション結果として示され、図８には、燃焼バーナ４２内での空気比図がシミュレーション結果として示されている。図７に示されるように、比較例に係る燃焼バーナ４２Ａに比べて、バーナリム６４の下流に形成される循環領域ＣＲにおいて、流体の流速がより高くなっている。図８に示されるように、比較例に係る燃焼バーナ４２Ａに比べて、バーナリム６４の下流に形成される循環領域ＣＲにおいて、空気濃度がより低くなっている。以上のことから、燃焼バーナ４２では、比較例に係る燃焼バーナ４２Ａに比べて、循環領域ＣＲにおいて、より多くの混合ガスが滞留していることがわかる。この滞留している混合ガスに含まれる可燃性ガスが、ガス化溶融炉１２からの可燃性ガスの量の変動に対してバッファとして機能する。このため、燃焼バーナ４２では、上述したように、安定して可燃性ガスを燃焼させることが可能となる。

図９は、複数の吐出孔からの空気の吐出の様子を模式的に示す図である。図９には、図４に示されるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面が模式的に示されている。図９では、空気の流れが白抜き矢印で示されており、可燃性ガスの流れが黒塗り矢印及びバツ印で示されている。可燃性ガスを示すバツ印は、Ｘ軸方向（紙面に垂直方向）に沿ってガスが流れていることを表している。燃焼バーナ４２の吐出部６６は、互いに離間する複数の吐出孔７２ａ，７４ａを有する。複数の吐出孔７２ａのそれぞれ及び複数の吐出孔７４ａのそれぞれから空気が吐出されるので、吐出方向（Ｙ軸方向）から見て、流通部５４ｃ，５４ｄにおいて領域ごとの空気の吐出量に差が生じる。

具体的には、図９に示されるように、複数の吐出孔７２ａ（複数の吐出孔７４ａ）は、鉛直方向に沿って並んで配置されているので、鉛直方向において、空気の吐出量が多い領域と、空気の吐出量が少ない領域とが交互に存在する。このため、鉛直方向において、互いに隣り合う複数の吐出孔７２ａ（複数の吐出孔７４ａ）の間に可燃性ガスが入り込みやすく、吐出孔７２ａが位置する領域には可燃性ガスが入り込み難い。このため、図９に示されるように、可燃性ガスがＸ軸方向だけでなくＹ軸及びＺ軸方向にも流れ、可燃性ガスの流れが乱される。これにより、吐出部６６の近傍において、空気と可燃性ガスとの混合性を一層良好にすることが可能となる。

図２及び図４から理解されるように、燃焼バーナ４２は、流通部５４ｃ（流通部５４ｄ）の上流側から下流側を見たときに、吐出部６６を覆うように設けられる分岐ポスト６２を備える。吐出部６６から吐出された空気が、上流側に向けて流れることで、バーナリム６４の上流において可燃性ガスが燃焼してしまう懸念がある。一方、上記構成では、分岐ポスト６２により、吐出部６６から吐出された空気が上流側に向けて流れることが抑制され、バーナリム６４の上流側における可燃性ガスの燃焼を抑制することが可能となる。

本実施形態に係る二次燃焼炉１４は、上記燃焼バーナ４２と、燃焼バーナ４２からの可燃性ガスの流入口３２を有する炉本体部３０と、燃焼バーナ４２と炉本体部３０とを接続するバーナポート４４と、を備える。流通部５４ｃ，５４ｄにおける可燃性ガスの流通方向に沿うバーナポート４４の長さが、吐出部６６からの空気の吐出方向に沿うバーナポート４４の長さよりも長い。

例えば、燃焼バーナ４２から吐出された後に空気と可燃性ガスとが十分に混合して可燃性ガスが着火する。上記構成では、流通部５４ｃ（流通部５４ｄ）における可燃性ガスの流通方向に沿うバーナポート４４の長さが、吐出部６６からの空気の吐出方向に沿うバーナポート４４の長さよりも長いので、可燃性ガスの着火点がバーナポート４４内において形成されやすい。このため、炉本体部３０を流れる燃焼ガスの流れ（例えば、燃焼ガスの旋回流）が、可燃性ガスの着火に影響を及ぼし難くなり、可燃性ガスの燃焼を安定して行うことが可能となる。

本実施形態に係る二次燃焼炉１４は、上記燃焼バーナ４２と、燃焼バーナ４２からの可燃性ガスの流入口３２を有する炉本体部３０と、燃焼バーナ４２と炉本体部３０とを接続するバーナポート４４と、バーナポート４４に設けられるパイロットバーナ８６と、を備える。パイロットバーナ８６が延びる方向に沿った仮想線ＩＬ１は、流通部５４ｃ，５４ｄ内の可燃性ガスの流通方向に沿ってバーナリム６４と流入口３２とを結ぶ仮想線ＩＬ２に交差する。

上記構成では、パイロットバーナ８６による可燃性ガスの着火点が、バーナポート４４内に位置する。このため、炉本体部３０を流れる燃焼ガスの流れ（例えば、燃焼ガスの旋回流）が、パイロットバーナ８６による可燃性ガスの着火に影響を及ぼし難くなり、可燃性ガスの燃焼を安定して行うことが可能となる。

以上、一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。燃焼バーナ４２は、Ｙ軸方向に沿って互いに離間して配置された複数の流通調整部５６を備えてもよい。燃焼バーナ４２は、流通部５４ｃ，５４ｄそれぞれに向けて、空気を吐出する別体の吐出部を有してもよい。流通調整部５６は、分岐ポスト６２を備えていなくてもよい。吐出部６６（仕切板７２，７４）は、Ｙ軸方向において、分岐ポスト６２及びバーナリム６４の少なくとも一方と離間していてもよい。上流から下流を見て、分岐ポスト６２の横幅（Ｙ軸方向における幅）が、吐出部６６の横幅と略一致してもよく、吐出部６６の横幅よりも小さくてもよい。

バーナポート４４における距離Ｌ１と距離Ｌ２との関係は上記の例に限られない。距離Ｌ１は、距離Ｌ２と略等しくてもよく、距離Ｌ２よりも短くてもよい。上記実施形態に係る燃焼バーナ４２では、バーナリム６４の上流側にて可燃性ガスと空気とが合流することで、バーナポート４４内における可燃性ガスの着火点が、より燃焼バーナ４２に近くなる。このため、可燃性ガスの着火点が炉本体部３０内のガスの流れに影響を受け難いが、距離Ｌ１が距離Ｌ２よりも大きくなることで、可燃性ガスの着火点への炉本体部３０内の流れからの影響をより一層良好に抑制することができる。仮想線ＩＬ１と、仮想線ＩＬ２を延長した仮想的な基準線との交点が、炉本体部３０内に位置していてもよい。

１０…廃棄物溶融炉設備、１２…ガス化溶融炉、１４…二次燃焼炉、１６…ボイラ、１８…減温塔、２０…集塵器、２２…誘引通風機、２４…煙突、２６…発電装置、３０…炉本体部、３２…流入口、３４…内壁、４０…バーナ部、４２…燃焼バーナ、４４…バーナポート、４６…空気供給部、４８…収容室、５０ａ，５０ｂ…空気流通路、５２ａ，５２ｂ…側壁、５２ｃ，５２ｄ…仕切板、５４…ガス流通路、５４ａ，５４ｂ…仕切板、５４ｃ，５４ｄ…流通部、５６…流通調整部、５８…整流板、５８ａ…供給孔、６２…分岐ポスト、６４…バーナリム、６４ａ…前端、６４ｂ…後端、６６…吐出部、７２，７４…仕切板、７２ａ，７４ａ…吐出孔、８０，８２…側壁、８４…底壁、８６…パイロットバーナ、ＣＲ…循環領域、Ｌ１，Ｌ２…距離、ＩＬ１，ＩＬ２…仮想線、Ｖ…吐出空間。

Claims (5)

1. ガス化溶融炉からの可燃性ガスの流通部と、
   前記可燃性ガスに向けて空気を吐出する吐出部と、
   前記吐出部の下流側に設けられるバーナリムと、を備える燃焼バーナであって、
   前記流通部における前記可燃性ガスの流通方向と交差する吐出方向に向けて前記吐出部から前記空気を吐出して、前記可燃性ガスと前記空気とを合流させる燃焼バーナ。
2. 前記吐出部は、互いに離間する複数の吐出孔を有する、請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 前記流通部の上流側から下流側を見たときに、前記吐出部を覆うように設けられる分岐ポストを備える、請求項１または２に記載の燃焼バーナ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
   前記燃焼バーナからの燃焼ガスの流入口を有する炉本体部と、
   前記燃焼バーナと前記炉本体部とを接続するバーナポートと、を備え、
   前記流通方向に沿う前記バーナポートの長さが、前記吐出方向に沿う前記バーナポートの長さよりも長い、燃焼炉。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
   前記燃焼バーナからの燃焼ガスの流入口を有する炉本体部と、
   前記燃焼バーナと前記炉本体部とを接続するバーナポートと、
   前記バーナポートに設けられるパイロットバーナと、を備え、
   前記パイロットバーナが延びる方向に沿った第１仮想線が、前記流通方向に沿って前記バーナリムと前記流入口とを結ぶ第２仮想線に前記バーナポートにおいて交差する、燃焼炉。