JP3024746B2 - 流動化用空気ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は都市ごみなどの廃棄
物処理設備の主流となりつつある流動床焼却炉の技術開
発に係る。

【０００２】

【従来の技術】日常生活の多様化と共に家庭や事業所か
ら排出されるごみの量も増加の一途を辿り、その内容も
きわめて複雑で多岐に亘るのが今日の傾向であり、ごみ
処理技術の優劣は地方自治体の経済を大きく左右する要
素として注目を集めるに至っている。現在のところ、ご
み処理は流動床焼却炉とストーカ式に大別され、それぞ
れその特徴を発揮しているが、本発明が対象とする流動
床焼却炉の基本的な構造は図３（Ａ）で説明するよう
に、焼却炉本体の下部に設けた空気室５へ一次空気を供
給し、この空気室と仕切り板７によって隔てられた燃焼
室６へ仕切り板を貫通する多数の流動化用空気ノズル１
０を経由して所定量の空気を噴射し、燃焼室内へ装入さ
れた流動媒体８、主として珪砂などを流動させる。

【０００３】一方、本体の側壁に設けたごみなどの廃棄
物の供給管６１からは廃棄物が炉内へ供給され高温に加
熱された流動媒体８の激しい流動と共に攪拌と高熱を受
けて乾燥、着火、燃焼が秒単位で進行し、その燃焼ガス
は燃焼室上部から供給される二次空気によって完全燃焼
されて排ガス口６２から排出し、不燃物は流動用の流動
媒体８と共に燃焼室６の中央底部に設けた不燃物排出管
６３から排出される。

【０００４】流動化用空気ノズルは従来から流動床焼却
炉の燃焼効率に大きな影響を与える要素であり、また、
メンテナンス上の要諦でもあるので、種々の型式が開発
され実施されてきた。図３（Ｂ）は従来技術の典型的な
流動化用空気ノズル１１０を示し、仕切り板１１１には
仕切り板自体とその上部の耐火物１１２とを貫通する空
気導入管１１３が多数配列して固定されており、その空
気導入管１１３の頂部にキャップ１１４が取り付けられ
ている。キャップ１１４は水平方向に貫通する複数の空
気噴出口１１５を穿孔され、この空気噴出口１１５から
空気を燃焼室内へ噴出して流動媒体を流動化させる。ま
た、一次空気の供給を停止したときに流動媒体が空気噴
出口１１５内へ流入しないように、流動媒体の安息角を
考慮して空気噴出口１１５の穿孔長さを設定している。

【０００５】別の従来技術として特開平０２−２７９９
０４号公報においては、図４に示すようにガス噴出ノズ
ル２１０は仕切り板２１１に立設したガス分散パイプ２
１２と、その上端に取り付けたキャップ２１３とからな
る。ガス分散パイプ２１２内には絞り部２１４が設けら
れ、該絞り部２１４の上方に昇降自在に移動できるボー
ル２１５が収容されている。ガス分散パイプ２１２の上
方には円周方向に均等な間隔を置いて複数個のガス噴出
口２１６が燃焼室内へ開口しており、また、キャップ２
１３の頂面には貫通孔２１７が穿孔されている。仕切り
板２１１には水冷管２１８が埋設され、下部には耐火物
２１９が披着している。

【０００６】この従来技術の構成において、灰分と未燃
分を伴った燃焼ガスがガス分散パイプ２１２の下部から
流入し、絞り部２１４を通過したガスによってボール２
１５が浮遊して上方のキャップ２１３に衝き当るまで持
上げられてここで停止する。そのために燃焼ガスはガス
噴出ノズル２１０から流出して流動媒体８を流動燃焼室
６内で流動させる。運転を停止したときはガス分散パイ
プ２１２内へのガスの流入が停止するので、浮上してい
たボール２１５は降下して絞り部２１４で受け止められ
るため、貫通孔２１７からガス分散パイプ内へ流れ込む
流動媒体８はボール２１５によって受け止められる。流
動床焼却炉では微小なガス圧力変動が生じるため、浮遊
していたボール２１５はガス分散パイプ２１２内で昇降
運動を行なうので、燃焼ガスと共に上昇してきた灰分な
どがガス分散パイプの内壁などに付着しても、このボー
ルの昇降運動によって擦り取られパイプ内の清掃が行な
われると謳っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】今日の都市ごみなどを
主体とする廃棄物については、アルミニウム製の飲料缶
が混入することは避けることが困難である。如何に自治
体が分別収集を呼びかけても世界一の自動販売機の普及
率が災いしてごみの中にアルミニウム製の缶などが紛れ
込むことを看視し取り除く選別作業にも限界がある。ア
ルミニウムは溶融点が約６６０℃であるから、流動床焼
却炉内の流動媒体温度が７００℃にも達する燃焼室内で
は溶融して液状となり、他の不燃物や流動媒体と共に燃
焼室中央の不燃物排出管６３から排出されるから、流動
床焼却炉の運転中においてはさほどの問題となるわけで
はない。

【０００８】しかしながら流動床焼却炉の運転を停止す
るときには燃焼室の底面は不燃物の排出が円滑に進むよ
うに耐火物によって一般にスリバチ状の傾斜面で形成す
ることが多いから、溶融したアルミニウムが底面中央目
指して流動して集合する傾向が強く、たとえば図３
（Ｂ）で示した典型的な流動化用空気ノズルであれば、
図５で示唆するように液状のアルミニウムが空気噴出口
１１５から空気導入管１１３内へ流入し、その一部がそ
のまま凝固して凝固片Ｍの先端が空気導入管内に係止
し、空気噴出口１１５自体も閉塞してしまう現象に遭遇
する可能性が高い。一旦、このような状態に陥ると、運
転を再開して空気導入管１１３に高圧の空気を供給して
も、内部に係止したアルミニウムを燃焼室へ押し戻すこ
とが困難となり、空気噴出口１１５も一部が閉塞したま
まであるから流動媒体の流動が炉内で不均一な状態とな
り、不安定な操炉条件とならざるを得ず、流動床焼却炉
の機能を著しく低下させる原因となる。このようなトラ
ブルは都市ごみなどアルミニウム缶類の混入する廃棄物
を焼却処理する限りは避け難い課題である。図４に示し
た従来技術は、必ずしも都市ごみなどの廃棄物処理を直
接の対象としたものではないが、この構成をそのまま都
市ごみなどの廃棄物焼却用に適用すれば、同様に溶融ア
ルミニウムがガス噴出口２１６や貫通孔２１７を通過し
てガス分散パイプ２１２内へ流入することは容易に推測
でき、一旦、パイプ内へ引っ掛かりのできた金属片が凝
固すれば燃焼機能が確実に低下し、大規模な清掃作業を
加えない限り到底予定通りの高効率で運転を続ける状態
には回復しない。

【０００９】この清掃作業がきわめて煩雑で非能率であ
ることは常に指摘される通りである。流動床焼却炉は高
温で操業されているから、運転を停止しても清掃のため
作業員が炉内へ入れるまで温度が低下するには相当な時
間、待機しなければならない。さらに入った後、たとえ
ば図５の状態であれば空気導入管１１３の頭部からキャ
ップ１１４を取り外してアルミニウムの引っ掛かってい
る部分を取り外さなければならない。炉内の流動化用空
気ノズルは数百セットに及び、各流動化用空気ノズルに
は３〜４箇所の空気噴出口１１５が穿孔しているから、
すべての流動化用空気ノズルを点検しアルミニウムによ
って閉塞している空気噴出口から係止している金属片を
取り除く作業は多くの貴重な時間と労力を必要とする。
しかも、除去作業終了、流動床焼却炉の運転を再開する
にしても、あらかじめ廃棄物を焼却するための燃焼条件
に達するまでには数時間を必要とし、前後の停止時間の
合計を考え、また、増大する一方の廃棄物処理の緊急性
から考えても、この現象は看過し難い重要な課題となっ
て担当部門へ解決を迫っている。

【００１０】本発明は以上の課題を解決するために都市
ごみなどに混入が避けられないアルミニウム類などの低
溶融温度の金属液化による流動床焼却炉の機能の喪失を
防止する新規な流動化用空気ノズルの提供を目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る流動化用空
気ノズル１０は、中空ブロック１，キャップ２，浮沈体
３を組合わせて形成し、流動床焼却炉の燃焼室内へ流動
媒体を流動させる基本構成であって、流動化用空気ノズ
ル１０の中空ブロック１はその上面を被冠するキャップ
２によって閉止され、下面が空気導入管４を介して空気
室５と連通する中空部１１を内報し、該中空部１１内を
昇降する浮沈体３が運転停止時に密着して着座する台座
１２と、着座した浮沈体３によって内端面を閉塞される
空気噴出口１３を水平方向に燃焼室６と連通して具え、
液状アルミニウムなどの中空部１１内への侵入を防止し
たことによって前記の課題を解決した。

【００１２】この構成によって、空気導入管４から中空
ブロック１の中空部１１内へ導入された高圧の空気は台
座から浮沈体３を持ち上げて浮上させ、上部を閉止する
キャップ２の底面に衝き当って停止する。中空ブロック
１の側面に開口する空気噴出口１３は浮沈体の移動に伴
って燃焼室と連通するから、高圧空気を噴出し燃焼室内
の流動媒体を流動させる。運転を停止したときには浮沈
体３を持ち上げていた浮力が消滅するので降下して元の
台座１２へ着座し、同時に水平方向に穿孔した空気噴出
口を閉塞して連通を断ち空気の噴出も停止する。

【００１３】このとき廃棄物内に混入していた液状のア
ルミニウムも一部は排出されずに空気噴出口１３内へ侵
入するが、図５で例示した従来技術とは異なり本発明の
場合には、運転停止と共に着座した浮沈体３が空気噴出
口１３の内端側をすべて閉塞しているから、液状と謂え
ども浮沈体の表面に妨げられてそれ以上の侵入は不可能
となり、したがって図５に例示したような中空部内まで
引っ掛かった係止状態となることはあり得ない。温度の
低下と共に空気噴出口内に侵入したアルミニウムは凝固
するが、引っ掛かりもなく単に流れ込んだままで収縮し
て平滑な浮沈体表面や空気噴出口の内周面に接している
だけであるから、再び空気導入管４が浮沈体３を浮上さ
せて高圧空気が空気噴出口に加圧すると簡単に離脱する
作用が起こる。また、凝固したアルミニウム量がかなり
大量であったとしても、中空ブロック外のアルミニウム
は流動媒体の激しい流動運動に遭って直ぐに引き千切ら
れたり、四散して空気噴出口内の残留アルミニウムと分
断されるから、空気噴出口内に残るアルミニウムは高圧
空気の噴出を受けて空気噴出口外へ噴き出され完全な連
通状態に復帰することは物理的に容易に想像できる。

【００１４】この基本的な構成と作用に基づいて、な
お、具体的に好ましい実施形態を示すと、浮沈体３は軽
量の球体よりなり、台座１２は前記球体の球面３１と適
合する凹球面の一部よりなる構成が好適である。

【００１５】または 球体に代えて、浮沈体３Ａは軽量
の少なくとも一部が円錐体よりなり、台座１２Ａは前記
円錐体の円錐面３１Ａと適合する凹円錐面によって形成
する構成であってもよい。さらにこの形態の場合には、
浮沈体３Ａの移動時に中空部１１Ａ内の空気を排出する
空気排出口１４を円錐面３１Ａを貫通して穿孔すると、
なお一層、目的の達成に好都合である。すなわち、浮沈
体３Ａが少しでも浮上して空気導入管の空気が空気噴出
口から流れ出すと、中空部１１内の空気が空気排出口１
４を通って排出され燃焼室側へ向い、浮沈体はスムース
に浮上させるのに有効な作用を誘発する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の一つを
示す縦断正面図であるが、発明の対象である流動化用空
気ノズル以外の部材は図３（Ａ）の符号をそのまま踏襲
している。図において流動化用空気ノズル１０は中空ブ
ロック１、キャップ２、中空ブロック内に収容された浮
沈体である中空の球体３の３部材によって形成し、流動
床焼却炉の空気室５と燃焼室６とを仕切る仕切り板７、
およびこの仕切り板上に被覆した耐火物７１を貫通する
空気導入管４によって空気室と連通する中空部１１を内
包する。中空部１１の上面は被冠するキャップ２の底面
２１によって閉止され、下部は空気取り入れ口１５を介
して空気導入管４と繋がっている。中空部１１は円筒状
の内周面で形成され、その下方を縮径して球体３の球面
３１が密着して着座できるように凹球面よりなる台座１
２を加工し、さらに球体が着座したときには閉塞される
位置に水平方向に穿孔した空気噴出口１３を設け、その
外端は燃焼室６に開口している。一般にキャップ２は燃
焼室内で流動する流動媒体の直撃を絶えず受ける位置に
置かれるから摩耗も激しく、取り替えが容易に行なえる
ように中空ブロック１に捩じ込んで単独更新を簡単に実
施できる設定が望ましい。

【００１７】この実施形態の場合でも運転中の作用など
は既に述べた基本的な経過と変るところはないが、運転
を停止したとき、空気噴出口１３については流動媒体の
安息角を考慮して中空ブロック内を貫通する長さを十分
に大きく採っているので、流動媒体自体が空気噴出口を
通り抜けて球体まで到達する危惧はないし、仮に到達で
きたとしても球体に遮られて中空部１１内まで侵入する
ような懸念は考えられない。

【００１８】中空ブロック１および球体３は耐熱性ステ
ンレス鋼を材質に選ぶと課題解決に一層有利な条件とな
る。すなわち、ステンレス鋼の線膨張係数はアルミニウ
ムのそれのほぼ半分程度と小さいから、仮に空気噴出口
１３が溶融したアルミニウムで充満したままで凝固した
としても、線膨張係数の差によってステンレス鋼の空気
噴出口内周面と内部まで流入して凝固したアルミニウム
との間に温度降下と共に隙間が発生し、アルミニウムと
空気噴出口間の縁が切られて両者間の付着力はほとんど
なくなり、少しの衝撃や圧力によって容易に剥離した
り、離脱するので好都合である。このことは球体自体に
ついても同様に言えることであり、浮上と沈降を容易に
するために中空ボールの形状で軽量化を図ることは当然
だが、仮に球面の一部に溶融アルミニウムが付着したと
しても、凝固後には両者の接触面間に隙間が生じて簡単
に剥離するので材質としては最も好ましい。

【００１９】球体や中空ブロックの材質としてはその耐
熱性を考慮すれば鋳鉄材などの鉄系やセラミックス材な
どの非鉄類も選択肢に挙げられるが、鉄系の場合には酸
化スケールが生じて溶融アルミニウム材との付着がより
強くなる可能性があり、セラミックス材の場合も軽量と
耐熱性では理想的であるが、表面の微細な凹凸（ザラツ
キ）がアルミニウムとの付着係合の原因となり勝ちであ
るから、耐熱性ステンレス鋼が現状では最も推奨に価す
る。しかし、凝固アルミニウムとの非付着性という条件
さえ満足するのであれば特に材質を限定するわけではな
い。

【００２０】図２は本発明の別の実施形態を示す縦断正
面図であり、流動化用空気ノズル１０Ａは第一実施形態
の浮沈体が球体であったのに対し、下部（着座方向）が
円錐形で上部が円筒形の浮沈体３Ａを適用し、台座１２
Ａもこの円錐体の円錐面３１Ａと同一傾斜の凹円錐面か
らなる点が異なる。なお、この形態では台座に着脱する
表面が円錐面であることを要件としているから、上部ま
ですべて一体の円錐体でもよく、または上下を水平に切
り取った、いわゆる截頭円錐体であってもよい。

【００２１】この形態の場合に円錐面３１Ａと内部とを
貫通する空気排出口１４を設けておくと、円錐体３Ａが
下方からの風圧を受けて少しでも浮上し空気導入管４か
らの空気が空気噴出口１３Ａへ流れ出すと、中空部１１
Ａ内の空気もこの空気排出口１４から排出されるため、
円錐体３Ａの浮上抵抗が減少しスムースな移動を促進す
る作用が現われる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上に述べた通り都市ごみなど
の廃棄物に必ず混入しているアルミニウムなど低融点の
金属が流動床焼却炉の燃焼室内で溶融し、一部が排出さ
れないままで空気室と連通する流動化用空気ノズルの内
部へ係合して炉の停止と共に凝固するために、運転再開
時に円滑な送風を阻害して流動層の形成に致命的な悪影
響を与えていた悪循環を断ち切り、凝固したアルミニウ
ムなどが容易に剥離して空気の供給に支障を来さない構
造に置換したから、各都市のごみ焼却用に設けられた流
動床焼却炉を計画通りの能力を１００％発揮させて都市
の抱える重要なテーマに解決の光明を投げかける大きな
効果が認められる。

【００２３】流動床焼却炉の主要な構造自体には何の変
更を加える必要もなく、単に空気室と燃焼室との仕切り
板を貫通する空気導入管に連結する流動化用空気ノズル
を本発明の実施形態の何れかに取り替えるだけで、常に
煩わされていた燃焼条件の劣化やその状態から脱するた
めの清掃作業に要する貴重な時間と労力、その間の炉の
停止による処理能力の低下という何れも都市部の抱える
アキレス腱を実質的にはきわめて低額の改修費用によっ
て一挙に克服できるのであるから、実施の容易さや汎用
性など評価すべき副次的効果はきわめて顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す縦断正面図である。

【図２】本発明の別の実施形態を示す縦断正面図であ
る。

【図３】本発明が対象とする流動床焼却炉の一般的な構
造（Ａ）と流動化用空気ノズルの従来技術の一例を示す
要部の断面図（Ｂ）である。

【図４】別の従来技術を示す一部断面正面図である。

【図５】図３（Ｂ）を例に採って従来技術の課題を示す
要部の断面図である。

【符号の説明】

１ 中空ブロック ２ キャップ ３ 浮沈体（球体） ３Ａ 浮沈体（円錐体） ４ 空気導入管 ５ 空気室 ６ 燃焼室 ７ 仕切り板 ８ 流動媒体 ９ 供給管 10（10A） 流動化用空気ノズル 11 中空部 12 台座（凹球面） 12A 台座（凹円錐面） 13 空気噴出口 14 空気排出口 15 空気取り入れ口 31 球面 31A 円錐面 61 供給管 62 排ガス口 63 不燃物排出管 71 耐火物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/30 B01J 8/24 311 F23L 1/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空ブロック１，キャップ２，浮沈体３
   を組合わせて形成し、流動床焼却炉の燃焼室内へ流動媒
   体を流動させる空気を噴出する流動化用空気ノズル１０
   において、流動化用空気ノズル１０の中空ブロック１は
   その上面を被冠するキャップ２によって閉止され、下面
   が空気導入管４を介して空気室５と連通する中空部１１
   を内包し、該中空部１１内を昇降する浮沈体３が運転停
   止時に密着して着座する台座１２と、着座した浮沈体３
   によって内端面を閉塞される空気噴出口１３を水平方向
   に燃焼室６と連通して具え、液状アルミニウムなどの中
   空部１１内への侵入を防止したことを特徴とする流動化
   用空気ノズル。
2. 【請求項２】 請求項１において、浮沈体３は軽量の球
   体よりなり、台座１２は前記球体の球面３１と適合する
   凹球面の一部よりなることを特徴とする流動化用空気ノ
   ズル。
3. 【請求項３】 請求項１において、浮沈体３Ａは軽量の
   少なくとも一部が円錐体よりなり、台座１２Ａは前記円
   錐体の円錐面３１Ａと適合する凹円錐面の一部によって
   形成することを特徴とする流動化用空気ノズル。
4. 【請求項４】 請求項３において、浮沈体３Ａの移動時
   に中空部１１Ａ内の空気を排出する空気排出口１４を円
   錐面３１Ａを貫通して穿孔したことを特徴とする流動化
   用空気ノズル。