JP3804014B2 - 廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置および燃焼方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工業用炉に使用する燃焼装置、例えば、窯業用の低環境負荷バーナーに廃ＰＥＴ樹脂等廃プラスチック粉末を補助燃料として用い、石油系資源の使用量の削減および廃プラスチックのリサイクルを図るため廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置および燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＰＥＴボトル等の増加に伴いその廃棄物の効率的な再利用法の開発が望まれている。廃ＰＥＴ樹脂等可燃性廃プラスチック材料を補助燃料として使用する燃焼装置として、主燃料バーナーを具備しているロータリーキルンの内部に補助燃料送入管の吹き込みノズル口がロータリーキルンのキルンフード部を形成している耐火物壁体の壁面又は壁体内部において開口しているセメントロータリーキルン用補助燃料燃焼装置とその燃焼方法が開示されている（特開２００１−５８８５７公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記補助燃料燃焼装置が備えられるセメントロータリーキルンは補助燃料を燃焼させる装置であって、バーナーとは別に補助燃料送入管の吹き込みノズル口が設けられ、バーナーによる燃焼炎でノズル口より送入された廃プラスチック材料の粒子が燃焼されるもので、灰分が生成され、セメント製造原料の一部として利用される。この構造では、壁体に穴あけ加工が必要であり、費用がかかる。
このキルンは大型であり、それに補助燃料として使用される廃ＰＥＴ樹脂の破砕粒子は１０〜２０ｍｍの粒サイズのものを使用してバーナーの燃焼炎で燃焼するもので、これではバーナーの燃焼炎と樹脂粒子の燃焼炎が別となり、灰分が生成され、また、廃ＰＥＴ樹脂の粒子径が大きいものを使用しているので、燃焼に時間がかかり、未燃焼のままバーナーに付着、堆積を生ずることがある。廃プラスチックを補助燃料として使用しても完全燃焼させ、被焼成品に補助燃料による悪影響が生じないことが要求される窯業炉、焼成炉、乾燥炉等には適用することができなかった。
【０００４】
この発明の発明者は上記課題を解決するために、廃ＰＥＴ樹脂再利用技術と低環境負荷燃焼制御を組み合わせたバーナーを開発し、石油系資源の使用量の削減およびＰＥＴ樹脂のリサイクルを満たすことができるレトロフィット可能な窯業用低環境負荷バーナーを提供することを目指して廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置および燃焼方法を考案した。
この発明は、補助燃料として利用する廃プラスチック粉末による悪影響を生じることが極めて少なく、良好な燃焼を行うことができる廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置および燃焼方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するものは下記のものである。
（１）ガス燃料が内部に供給される円筒状の保炎器と、前記保炎器を被包し、該保炎器との間に気体流路を形成する燃焼筒とを備え、かつ前記保炎器の先端開口部の前方に燃焼領域を備えるバーナー本体と、前記保炎器内に挿入され、前記燃焼領域に補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズルと、該補助燃料供給ノズルに接続された補助燃料供給管を備える可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段と、前記保炎器の後方に形成され、前記保炎器と前記燃焼筒間に形成された前記気体流路と連通し、酸素含有気体を供給する気体供給通路と、該気体供給通路内を延び、前記保炎器の後端開口と連通するガス燃料通路を有するガス供給管とを備える廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置であって、前記燃焼筒は、前記保炎器との間に狭い円筒状空間からなる前記気体流路を形成するものであり、前記保炎器は、該気体流路に供給される酸素含有気体を前記保炎器内に流入させるための複数の側孔を備え、前記補助燃料供給管は、前記ガス供給管内を延び、ガス燃料は、前記補助燃料供給ノズルを取り巻くように前記ガス供給管より供給されるものとなっており、さらに、前記補助燃料供給ノズルは、前記保炎器の後端部を貫通し、該保炎器の先端付近に先端が位置するものであることを特徴とする廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
（２） 補助燃料供給ノズルの先端開口の位置は、前記保炎器の先端より、該保炎器の内径ｄに対して０．８ｄ以内の距離内側もしくは０．８ｄ以内の距離突出しているものである（１）に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
（３） 前記保炎器の内部に補助燃料供給ノズルを１または複数個設けた（１）または（２）に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
（４）前記補助燃料供給ノズルは、前記保炎器の中心軸上に配置されている（１）ないし（３）のいずれかに記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
【０００８】
（５） 前記補助燃料供給手段は、前記補助燃料供給管に廃プラスチック粉末輸送用気体を送るための輸送管と、該輸送管に気体を供給する気体供給手段と、該輸送管に廃プラスチック粉末を供給する廃プラスチック粉末供給器とを備え、該廃プラスチック粉末供給器から供給される廃プラスチック粉末を気体供給手段により供給される気流により輸送管内および補助燃料供給管内を移送して前記補助燃料供給ノズルより供給するものである上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
（６） 前記廃プラスチック粉末供給器は、廃プラスチック粉末を貯留するホッパーと、該ホッパーから輸送管に廃プラスチック粉末を供給する廃プラスチック粉末供給手段とを備えるものである上記（５）に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
【０００９】
（７） 前記廃プラスチック粉末供給器の前記粉末供給手段は、前記ホッパーの粉末排出口に付近に設けられた廃プラスチック粉末を一時的に収納するための複数の溝を持つローターと、該ローターを駆動する駆動装置とを備えるものである上記（６）に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
（８） 前記廃プラスチック粉末供給器は、前記ローターの前記溝に付着する廃プラスチック粉末を除去するための気体噴出器を備えている上記（７）に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
【００１０】
（９） 前記燃焼装置は、平均粒径３００μｍ以下の廃プラスチック粉末を用いるものである上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下この発明の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置について、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明の燃焼装置のブロック図、図２はバーナー本体の正面図、図３は同側面図、図４は同縦断面図、図５は要部拡大断面図、図６は別の実施例（補助燃料供給ノズル端を保炎器の開口端より内方とした場合）断面図、図７は別の実施例（複数のノズルの場合）の断面図、図８は同側面図、図９は補助燃料供給装置の概略正面図、図１０は粉末供給装置の概略正面図、図１１は同断面図、図１２は同底面図である。
【００１９】
本発明の燃焼装置は、ガス燃料が内部に供給される保炎器５を備え、かつ保炎器５の先端開口部の前方に燃焼領域Ｅを備えるバーナー本体１と、保炎器５内に挿入され、燃焼領域に補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズル１３と、補助燃料供給ノズル１３に接続された可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段Ｄとを備えている。
図１に示すように、バーナー本体１は、窯業炉等の工業炉１７の炉壁に取り付けられる。バーナー本体１は、図２ないし図６に示すように、内部に気体通路２を備え、さらに、この気体通路２内にガス燃料通路３を有するガス供給管４が配置されている。
また、この実施例の燃焼装置では、バーナー本体１の先端に保炎器５を包むように燃焼筒８が備えられ、保炎器５と燃焼筒８間に形成される空間１９と気体供給通路２とを連通する気体流路が備えられている。
具体的には、ガス供給管４の先端には、円筒状の保炎器５が固定されている。バーナー本体１の先端には、燃焼筒８が設けられている。具体的には、バーナー本体部１ａの先端には、耐火製筒状部材６が固定されており、この耐火性筒状部材６の内部に燃焼筒８の後端部が収納され、固定されている。また、耐火製筒状部材６と燃焼筒８との間には、耐火性パッキング７が配置されている。また、耐火性燃焼筒８は、保炎器５の先端に形成される燃焼領域を被包可能な長さを備える筒状体である。また、耐火製燃焼筒８は、耐火製筒状部材６に設けられた螺孔９に止め螺子１０が螺合され、止め螺子１０の先端が耐火性パッキング７に押しつけられることにより筒状部材６に固定されている。
【００２０】
この実施例の燃焼装置では、保炎器５の後方に形成された気体供給通路２と、気体供給通路２内を延び保炎器５の後端開口と連通するガス燃料通路３とが備えられている。
保炎器５は、図４に示すように、先端から後端まで貫通した内部通路を備える筒状体である。また、保炎器の側面には空気を取り入れるための複数の側孔１１が設けられている。また、保炎器５の後端部内には、ガス供給管４より流入する主燃料を保炎器の中心部に誘導するための内筒部５ａが形成されている。また、保炎器５は、後端がガス供給管４の先端に固定されている。なお、図３に示すように、バーナー本体１には、点火プラグ１２が取り付けられる。点火プラグ１２は、この実施例では耐火製筒状部材６に取り付けられている。また、点火プラグ１２の点火部は、保炎器内に位置し、主燃料への点火を可能としている。
【００２１】
気体通路２は、バーナー本体部１ａ内にガス供給管４を被包するように形成されている。バーナー本体部１ａの基端部側面には、気体供給口２ａが気体通路と連通するように設けられている。また、バーナー本体部１ａの基端部側面には、ガス燃料供給口４ａがガス供給管４と連通するように設けられている。なお、この実施例では、ガス供給口４ａと気体供給口２ａとは、対向位置に形成されている。また、図４に示すように、保炎器の外周部には、気体通路２内に流入した空気が流れるための気体流路が形成されている。具体的には、保炎器５と筒状部材６および燃焼筒８間には、狭い円筒状空間が形成されており、この円筒状空間が気体流路を構成している。なお、窯業用炉（工業炉）１７は、図１に示すように排気筒１８を備えている。
このバーナー本体１は、工業炉等の炉壁に取付けられる。燃焼装置により形成される燃焼炎は、図５に示すように保炎器５の先端付近の前方に伸び、燃焼領域Ｅを形成する。
【００２２】
また、燃焼装置としては、上述したような保炎器を備えるものに限定されるものではない。燃焼装置としては、図２０に示すように、ガス燃料を含有する主燃料を吐出するためのバーナー管１０５を備え、かつバーナー管１０５の先端開口部の前方に燃焼領域Ｅを備えるバーナー本体１０１と、バーナー管１０５内に挿入され、燃焼領域Ｅに補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズル１３と、補助燃料供給ノズル１３に接続された可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段Ｄとを備えるものであってもよい。
【００２３】
そして、燃焼装置には、主燃料供給手段Ａが設けられている。
主燃料供給手段Ａは、酸素含有気体供給手段Ｂとガス燃料供給手段Ｃとを備える。酸素含有気体供給手段Ｂで送られる気体は、空気もしくは調整された酸素含有気体である。通常は、空気が用いられる。
主燃料供給手段として、空気を送る場合には、ブロア（送風機）２０が備えられ、該ブロア２０からバーナー本体１の気体供給口２ａに気体配管２１が配管される。
この実施例の燃焼装置では、保炎器５の内部にガス燃料が供給される。また、気体通路２から保炎器の外周に供給される酸素含有気体は、そのまま保炎器の前方に流れるものと、側孔１１より保炎器５内部に流入するものとに分かれる。そして、保炎器の内部或いは外部においてガス燃料と酸素含有気体が混合されて、保炎器の先端付近の前方に送られて燃焼領域Ｅが形成される。
【００２４】
また、ガス燃料供給手段Ｃは、ガス燃料の供給源３０を備える。この実施形態では、プロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）等のガスボンベ３０が備えられ、ガスボンベ３０からバーナー本体１のガス供給口３ａにガス配管３１が配管されている。
ガス燃料としては、プロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）を使用した場合で説明する。使用するガス燃料はこのプロパンガスに限られるものではなく、ブタンガス、メタンガス、都市ガスの１３Ａ、１２Ａなど各種のガスを使用できる。
なお、本発明の燃焼装置としては、ガス燃料供給手段と、酸素含有気体を供給する気体供給手段とを備え、保炎器内もしくは燃焼領域にてガス燃料と酸素含有気体が混合されるタイプのものが好ましい。しかし、本発明の燃焼装置としては、このようなものに限定されるものではない。例えば、予めガス燃料と酸素含有気体の混合物が燃焼装置内に供給されるタイプのものであってもよい。この場合、ガス燃料供給手段と酸素含有気体を供給する気体供給手段とを備えるとともに混合器を備えるもの、また、ガス燃料と酸素含有気体の混合物の供給手段を備えるもののいずれでもよい。
【００２５】
また、保炎器を備えないバーナー管タイプの燃焼装置においては、図２０に示すように、予めガス燃料と酸素含有気体の混合物が燃焼装置内に供給されるタイプのものであることが好ましい。この場合、ガス燃料供給手段と酸素含有気体を供給する気体供給手段とを備えるとともに混合器を備えるもの、また、ガス燃料と酸素含有気体の混合物の供給手段を備えるもののいずれでもよい。なお、保炎器を備えないバーナー管タイプの燃焼装置においても、図２１に示すように、ガス燃料供給手段と、酸素含有気体を供給する気体供給手段とを備え、バーナー管１０５内に、主燃料混合領域を備え、ガス燃料と酸素含有気体が混合されるタイプのものであってもよい。さらに、保炎器を備えないバーナー管タイプの燃焼装置においては、図２２に示すように、ガス燃料供給手段と、空気取り入れ用開口部とを備え、バーナー管１０５内に、主燃料混合領域を備え、ガス燃料と空気が混合されるタイプのものであってもよい。
【００２６】
そして、本発明の燃焼装置は、燃焼領域に補助燃料である可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズルを備えることを特徴とするものである。
このため、図２乃至図６に示す実施形態の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置は、保炎器５内に挿入され、燃焼領域Ｅに補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズル１３を備えている。そして、補助燃料供給ノズル１３に接続された可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段Ｄを備えている。
同様に、図２０、図２１および図２２に示す実施形態の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置は、バーナー管１０５内に挿入され、燃焼領域Ｅに補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズル１３を備えている。そして、補助燃料供給ノズル１３に接続された可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段Ｄを備えている。
【００２７】
この実施例の燃焼装置では、図２ないし図４、もしくは図２０ないし図２２に示すように、補助燃料供給用ノズル１３は、ガス供給管４内又はバーナー管１０５を挿通する補助燃料供給管１４の先端に設けられている。補助燃料供給用ノズル１３は、筒状体であり、保炎器５の後端部の内筒部５ａを貫通し、先端が保炎器の先端付近に位置している。また、このノズル１３の外面と保炎器５の内筒部５ａの先端開口間により、狭小の環状のガス流出口が形成されている。そして、この補助燃料供給用ノズル１３は、保炎器の中心軸上に配置されていることが好ましい。
また、ノズル１３の先端開口１３ａの位置は、保炎器５又はバーナー管１０５の先端と同じ位置か、或いは保炎器５又はバーナー管１０５の先端より若干突出する位置か、或いは保炎器５又はバーナー管１０５の先端より若干内方となる位置とすることが好ましい。このようにすることにより、廃プラスチックの保炎器への付着を抑制することができる。
なお、ノズル１３の先端開口１３ａの位置を保炎器５又はバーナー管１０５の先端より若干内方となる位置とする場合には、図６に示すように、補助燃料供給ノズル１３の先端開口１３ａの内周縁と保炎器５の先端開口５ｂ（またはバーナー管１０５の先端開口）の内周縁を含む円錐状仮想空間の頂点の角度θを、少なくとも補助燃料供給ノズルより供給する廃プラスチックが付着しない角度とするのが好ましい。角度θは、保炎器５の先端開口径ならびにノズル１３の先端開口径によっても相違するが、６０〜１８０度とすることが好ましい。
また、ノズル１３の先端開口１３ａの位置を保炎器５又はバーナー管１０５の先端より若干内方となる位置とする場合には、ノズル１３の先端の位置は、保炎器５又はバーナー管１０５の先端より、保炎器５又はバーナー管１０５の内径ｄに対して１ｄ以内の距離内側となっていることが好ましい。好ましくは、０．８ｄ以内であり、特に好ましくは０．５ｄ以内である。
また、ノズル１３の先端開口１３ａの位置を保炎器５又はバーナー管１０５の先端より若干突出する位置とする場合には、ノズル１３の先端の位置は、保炎器５又はバーナー管１０５の先端より、保炎器５又はバーナー管１０５の内径ｄに対して０．８ｄ以内の距離突出しているものであってもよい。好ましくは、０．５ｄ以内であり、特に好ましくは０．３ｄ以内である。また、ノズル１３の先端開口１３ａの位置を保炎器５又はバーナー管１０５の先端より若干突出する位置とする場合には、少なくとも燃焼領域に到達しないことが好ましい。また、ノズルの先端が過度に加熱されない程度とすることが好ましい。
【００２８】
この実施形態では、バーナー本体部１ａの内部の空気を供給する気体通路２の中心部にガス燃料を供給するガス燃料通路３を有するガス供給管４が同心円状に設けられている。ガス供給管４の先端には円筒状の保炎器５が溶接で固定されている。廃プラスチック粉末と酸素含有気体を供給するための補助燃料供給管１４はガス供給管４の中心軸上を通るように配置され、補助燃料供給管１４の先端に補助燃料供給ノズル１３が螺合されて接続されている。
また、廃プラスチック粉末供給用ノズル１３の先端開口１３ａを保炎器５の開口端の中心に位置させることにより、保炎器５の先端の前方に形成される主燃料の燃焼領域Ｅに良好に補助燃料が直接供給できる。なお、前記補助燃料供給ノズル１３は補助燃料供給管１４の先端に螺合した構造としたが、これに限られるものではなく、他の結合方法で接続すること、或いは一体に設けることもできる。なお、補助燃料供給管１４に対して補助燃料供給ノズル１３は小径であることが好ましい。
【００２９】
また、補助燃料供給ノズル１３は、複数本設けてもよい。複数本の補助燃料供給ノズルを設ける場合には、ノズルの先端は、保炎器もしくはバーナー管の先端側に向かって若干保炎器の内面側に向かうように斜めもしくは湾曲していることが好ましい。このようにすることにより、可燃性廃プラスチック粉末含有気体を燃焼領域に広げて供給することができ、燃焼が良好なものとなる。複数本設ける場合には、ノズルの本数としては、２〜８本程度が好適である。なお、図７および図８に示す別の実施形態の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置では、保炎器５内に３本の補助燃料供給ノズル１６が設けられている。保炎器の内部の３本の補助燃料供給ノズル１６から廃プラスチック粉末が広がって噴出されるので、主燃料の燃焼領域に拡散して瞬時に燃焼させ、完全燃焼させる。実施形態では、１又は３本の補助燃料供給ノズルを設けた場合を説明したが、これに限られるものではない。
また、上述した実施例の燃焼装置では、補助燃料供給管１４は、ガス供給管４内を延び、ガス燃料は、補助燃料供給ノズル１３を取り巻くように供給されるものとなっている。このようなタイプのものであることが好ましいが、補助燃料供給管１４は、ガス供給管４の外側に配置され、補助燃料供給ノズルが保炎器内に形成される燃料ガス供給口の外側に位置するものであってもよい。
【００３０】
燃焼装置は、保炎器５又はバーナー管１０５にガス燃料を含有する主燃料供給手段Ａを備えている。主燃料供給手段Ａは、ガス燃料供給手段Ｂと酸素含有気体を供給する気体供給手段Ｃとを備える。図２ないし図６に示す実施例の燃焼装置および図２１に示す実施例の燃焼装置では、ガス燃料供給手段Ｂと、酸素含有気体（例えば、空気）を供給する気体供給手段Ｃとを備え、保炎器５内又はバーナー管１０５内にてガス燃料と酸素含有気体とが混合される。
【００３１】
図１に示すこの発明の実施形態では、気体供給手段Ｂにおける空気（エアー）の流量を調整する調整手段として、送気管２１には、オリフィスメーター２２、調整弁２３、２４が備えられ、ブロア２０に圧力計２５、オリフィスメーター２２に圧力計２６が備えられている。
ガス供給手段Ｃにおけるガスの流量を調整する調整手段として、前記ガス配管３１には、空気量に対応してガス量を調整する均圧弁（ガバナ）３２、オリフィスメーター３３、ニードル弁３４等が備えられ、オリフィスメーター３３には圧力計３５、ニードル弁３４には圧力計３６が備えられている。また、前記均圧弁３２には送気管の圧力に対応して調整する圧力計２７が備えられ、ガスと空気の混合比を一定にしてガス量を加減する。このバーナーのガス燃料はプロパンが使用されている。
気体流量の調整手段とガス流量の調整手段は上記の構造に限られるものではない。
【００３２】
補助燃料は、可燃性の廃プラスチック粉末Ｆであり、酸素含有気体を用いてバーナーに供給される。補助燃料は、主燃料のガス燃料の使用量の削減を図るために加える。補助燃料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンコポリマーなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリスチレン、ＭＳ樹脂（メタクリレート−スチレン共重合体）、ＭＢＳ樹脂（メタクリレート−ブチレン−スチレン共重合体）などのスチレン系樹脂などの可燃性廃プラスチック粉末が使用できる。さらに、使用される可燃性廃プラスチック粉末としては、無機物を含有しないものを用いることが好ましい。
また、使用する廃プラスチック粉末の平均粒径としては、３００μｍ以下であることが好ましい。廃プラスチック粉末として、平均粒径が上記の範囲のものを用いることにより、燃焼を確実なものとすることができる。なお、使用する廃プラスチック粉末の平均粒径としては、特に、１５０μｍ以下が好ましい。また、この廃プラスチック粉末を搬送するための気体としては、酸素含有気体が用いられる。酸素含有気体としては、空気もしくは酸素添加調整気体が使用される。好ましくは、空気である。
【００３３】
本発明の燃焼装置は、補助燃料供給手段Ｄを備える。補助燃料供給手段Ｄは、補助燃料供給管１４に廃プラスチック粉末輸送用気体を送るための輸送管４１と、輸送管４１に気体を供給する気体供給手段４０と、輸送管４１に廃プラスチック粉末Ｆを供給する廃プラスチック粉末供給器５０とを備えている。
図１を用いて、補助燃料供給手段Ｄを説明する。
補助燃料供給手段Ｄとしては、粉末輸送用気体を送るブロア（送風機）４０と、気体で燃料を輸送する輸送管４１と、該輸送管４１に途中で所要量の廃プラスチック粉末Ｆを供給する廃プラスチック粉末供給器５０等が備えられており、廃プラスチック粉末供給器５０から供給される廃プラスチック粉末は、気体供給手段４０から輸送管に送るられる気流により補助燃料供給管１４に供給される。前記ブロア（送風機）４０とバーナー本体１に備えられた補助燃料供給管１４の供給口１４ａとを接続する輸送管４１には、流量計４２が設けられ、さらにこの流量計には流量計の上流と下流の差圧を測定するための差圧計４３が備えられている。
【００３４】
廃プラスチック粉末供給器５０は、廃プラスチック粉末を貯留するホッパー５５と、ホッパー５５から輸送管に廃プラスチック粉末を供給する廃プラスチック粉末供給手段５６を備えている。廃プラスチック粉末供給手段５６は、輸送管４１の流量計４２の下流側に接続されており、ホッパー５５内に貯留されている粉末を粉末供給手段５６により所要量ずつ輸送管内に投入する。投入された粉末は気流によりバーナー本体の補助燃料供給管１４へ輸送される。
廃プラスチック粉末供給器５０は、廃プラスチック粉末Ｆを貯留するホッパー５５内に貯留された粉末を攪拌するための撹拌装置５７を備えることが好ましい。この廃プラスチック粉末供給器５０は、ホッパー内部に攪拌機５８が回動自由に軸支され、モータ５９により撹拌機５８が駆動される。従って、撹拌機５８でホッパー内に貯留した粉末が適宜撹拌され、粉末が固まるのを防止して円滑にホッパーから粉末を排出できるものとなっている。
【００３５】
廃プラスチック粉末供給器５０は、ホッパー５５の直下に、ホッパーの出口から排出される廃プラスチック粉末を一時的に収納する複数の溝６１を持つローター６０が回転可能に器体に軸支され、ローター６０はモータ５１により駆動される。このモータ５１によりローター６０を駆動して所要量の粉末をローター６０より排出口６３を通じて輸送管４１を流れる気体に供給する。廃プラスチック粉末供給手段５６から輸送管４１の気体に供給される廃プラスチック粉末の量は、ローターの回転速度により調整することができる。
廃プラスチック粉末供給器５０は、ローター６０の溝６１に付着する廃プラスチック粉末を除去するための気体噴出器を備えていることが好ましい。気体噴出器６２のジェットノズルの先端は、ローターの下部で粉末を排出して空となったローターの溝６１に向けて臨ませ、溝６１に付着した廃プラスチック粉末Ｆを除去するようにする。
すなわち、ローター６０の溝に廃プラスチック粉末Ｆを入れて回転して下方の排出口６３から排出するが、廃プラスチック粉末Ｆの一部が溝６１に付着して残っているのを、気体噴出器６２より常時もしくは順次気体を吹き付けて、粉末を除去する。そしてこのきれいになった溝に常時一定量の廃プラスチック粉末Ｆが入るようにして、廃プラスチック粉末Ｆの供給量にばらつきが生じないようにする。この気体噴出器６２には、別のエアーを送るブロア（送風機、図示せず）が接続されている。
【００３６】
また、燃焼装置は、補助燃料供給流路内に残留する可燃性廃プラスチック粉末を吐出させる残留粉末排出機能を備えることが好ましい。この機能は、例えば、廃プラスチック粉末供給器５０の作動を停止した後、補助燃料供給手段Ｄの粉末輸送用気体の送気を所定時間継続させることにより行うことができる。また、この機能は、プラスチック粉末供給器５０の作動を停止した後、加圧空気を瞬時流すことにより行ってもよい。
実施例では、廃プラスチック粉末供給手段５６として、複数の溝を持つローターを備えた場合を説明したが、これに限られるものではなく、例えば、スクリューフィーダー方式を使用しても良い。スクリューフィーダー方式は、スクリューを２本用い、ホッパーより粉末を位相をずらすことにより交互に送る。また、気体噴出器には別の送風機を設けたが、これに限られるものではなく、例えば、粉末輸送用気体（エアー）を利用することもできる。
【００３７】
前記したこの発明の燃焼装置の構成によれば、バーナーのバーナー管または保炎器の前方の燃焼領域に補助燃料供給ノズルから可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給して、バーナーの主燃料の燃焼領域に可燃性廃プラスチック粉末含有気体を加えて燃焼させる。廃プラスチック燃料が補助燃料の役目をしてガス燃料の使用量を削減できる。補助燃料は主燃料の燃焼と共に完全燃焼できるので、炉内に廃プラスチック粉末（廃ＰＥＴ廃プラスチック粉末）の痕跡が残ることなく燃焼させることができる。従って、補助燃料の痕跡が被焼成品に付着することなく、ガス燃料による焼成と同じように焼成することができる。
工業用炉において廃ＰＥＴ廃プラスチック粉末を補助燃料として使用できるので、燃焼機器産業およびＰＥＴ再生産業の創出ができ、石油系資源の使用量の削減を図ることができ、ＰＥＴのリサイクルを図ることができる。
ＰＥＴ廃プラスチック粉末を補助燃料として使用するために、工業用炉、例えば、窯業炉用バーナーにおいて、ノズル管を設置することで、保炎性およびＰＥＴの付着性の観点から、ノズルを設置しないときより良い燃焼特性が得られる。ＰＥＴ粉末を燃料として有効に利用できる。
また、本発明の燃焼装置は、図１に示すように、制御部７０を備えることが好ましい。
【００３８】
また、本発明の燃焼装置は、ガス燃料を含有する主燃料が内部に供給される保炎器５もしくはバーナー管１０５を備えるバーナー本体１と、保炎器５又はバーナー管１０５にガス燃料を含有する主燃料を供給するための主燃料供給手段Ａと、補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズル１３と、補助燃料供給ノズル１３に接続された可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段Ｂと、制御部７０とを備える廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置である。
制御部７０は、制御部は、バーナー本体が取り付けられる工業炉に設けられた炉内温度検知手段７１からの信号を受け入れる温度検知信号入力部と、温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用してバーナー本体に供給される主燃料供給量および廃プラスチック粉末含有気体供給量を制御する制御機能を備る。炉内温度検知手段としては、熱電対、放射温度計などが用いられる。
また、制御部７０は、バーナー本体１が取り付けられる工業炉に設けられた炉内温度検知手段７１からの信号を受け入れる温度検知信号入力部と、温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用してバーナー本体に供給される主燃料供給量および廃プラスチック粉末含有気体供給量を制御する制御機能を有し、制御部の制御機能は、温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用して炉内温度を算出する炉内温度算出機能と、廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度記憶機能と、炉内温度算出機能により炉内温度が記憶する廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度に到達したことを判断した後に廃プラスチック粉末含有気体供給を開始させる供給制御機能とを備えている。
このような制御機能を備えることにより、炉内の焼成対象物に未燃焼の廃プラスチック粉末が落下することを防止できる。
この実施例の燃焼装置の制御部７０は、主燃料供給手段Ａを構成する酸素含有気体供給手段Ｂおよびガス燃料供給手段Ｃさらに補助燃料供給手段Ｄを制御する機能を備えている。具体的には、制御部７０は、酸素含有気体供給手段Ｂのブロア２０、ガス燃料供給手段Ｃの制御弁（ガバナ）３２，補助燃料供給手段Ｄの粉末供給器５０およびブロア４０が直接もしくはそれらを駆動するコントローラーと電気的に接続されている。この場合には、ガバナとして、可変ガバナを用いるものとなり、可変ガバナの圧力設定具を作動するコントローラーを制御部により制御するものとなる。
また、制御部７０は、主燃料におけるガス燃料供給量および酸素含有ガス供給量を個々に制御する機能を備えていることが好ましい。このような機能を備えることにより、還元焼成を容易に行うことができるものとなる。また、制御部は、廃プラスチック粉末含有気体における廃プラスチック粉末添加量および酸素含有ガス供給量を個々に制御する機能を備えていることが好ましい。
この制御部の具体的に制御機能については、後述する燃焼方法の説明において詳述する。
【００３９】
次に、本発明の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法について説明する。
本発明の燃焼方法は、保炎器５又はバーナー管１０５を通じて供給される主燃料のガス燃料気体を燃焼させる燃焼領域に、保炎器内５又はバーナー管１０５内に配置された補助燃料供給ノズル１３から可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給して、主燃料の燃焼時に可燃性廃プラスチック粉末含有気体を加えて燃焼させるものである。
そして、燃焼方法としては、保炎器５又はバーナー管１０５が取り付けられる工業炉１７をガス燃料気体を用いた主燃料による燃焼を開始し、工業炉１７の炉内温度が、使用する廃プラスチック粉末が燃焼しうる温度より所定温度以上高い温度に達した後に補助燃料供給ノズルから可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給して主燃料と補助燃料とによる混合燃焼を行うものであることが好ましい。つまり、燃焼開始時より所定期間内は、補助燃料供給を行わず、ガス燃料のみによる燃焼を行い、その後に混合燃焼に移行させるものである。
【００４０】
さらに、燃焼方法としては、混合燃焼時の前記炉内温度の上昇時に、可燃性廃プラスチック粉末含有気体量もしくは可燃性廃プラスチック粉末含有気体中の可燃性廃プラスチック粉末含有量を増加する増加ステップを行うことが好ましい。さらに、燃焼方法は、燃焼作業の終わりに、炉内温度を下降させる際に、可燃性廃プラスチック粉末含有気体の供給を主燃料より先に止め、主燃料のみの燃焼を行うことが好ましい。つまり、燃焼終了時には、補助燃料供給を行わず、ガス燃料のみによる燃焼を行うものである。
よって、燃焼方法としては、バーナーのガス燃料による燃焼により工業炉の炉内温度を５００度以上に上昇させた後、バーナーの燃焼領域に可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給し、ガス燃料と廃プラスチック粉末とによる混合燃焼を行うとともに、炉内温度を約１０００度〜１６００度の所望温度まで上昇させて所望の時間その炉内温度を保ち、炉内温度を下降させる際には、炉内温度下降の前もしくは下降開始後所定時間内に可燃性廃プラスチック粉末含有気体の供給を停止してガス燃料のみの燃焼を行い、その後ガス燃料の供給を停止することが好ましい。
なお、混合燃焼時の炉内温度制御は、ガス燃料の供給量を制御することにより行うものとすることが好ましい。
【００４１】
さらに、廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法は、混合燃焼時に還元燃焼を行うものであってもよい。還元焼成は、供給される主燃料中の酸素含有気体含有率を低下させることにより行うことができる。酸素含有気体の含有率の低下は、例えば、酸素含有気体の供給量を変更せずにガス燃料供給量を増加させること、また、ガス燃料供給量を変更せずに酸素含有気体の供給量を低下させることにより行うことができる。
また、可燃性廃プラスチック粉末含有気体の燃焼時、総発熱量および総合当量比が変化しないように調整手段により気体流量およびガス燃料流量を調整するものとしてもよい、
そして、混合燃焼時の主燃料に対する補助燃料の助燃率を５％〜８０％とすることが好ましい。特に、１０〜５０％とすることが好ましい。
また、廃プラスチック粉末としては、上述したものを用いることが好ましい。上記の燃焼方法は、個々を個別に調整することにより行うものとしてもよいが、使用する燃焼装置として制御部を備え、制御部により燃焼制御が行われるものとすることが好ましい。
【００４２】
制御部７０は、上述したように、制御部は、バーナー本体が取り付けられる工業炉に設けられた炉内温度検知手段７１からの信号を受け入れる温度検知信号入力部と、温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用してバーナー本体に供給される主燃料供給量および廃プラスチック粉末含有気体供給量を制御する制御機能を備える。
具体的には、制御部は、温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用して炉内温度を算出する炉内温度算出機能と、廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度記憶機能と、炉内温度算出機能により炉内温度が記憶する廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度に到達したことを判断した後に廃プラスチック粉末含有気体供給を開始させる供給制御機能を備えている。
このため、炉内温度が所定温度に到達するまでは、廃プラスチック粉末含有気体供給を開始されないものとなっている。記憶する廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度としては、使用される廃プラスチック粉末によっても相違するが、５００度以上が好適と考える。特に、５００〜６００度が好適である。
【００４３】
図１３は、炉内温度と時間ならびに主燃料および補助燃料の供給状態を示すグラフである。図１４は、燃焼方法における主燃料および補助燃料の供給量（熱量）を示すグラフである。図１４および図１３に示すように、主燃料の供給開始より、所定時間遅れて補助燃料の供給が開始される。
【００４４】
また、制御部は、主燃料と補助燃料の燃焼（混合燃焼）により工業炉内温度が所定温度に到達するまでは、主燃料および補助燃料の供給量がともに上昇するように制御することが好ましい。この状態が、図１４における主燃料、補助燃料共に供給量（熱量）が増加する期間である。
そして、制御部は、主燃料と補助燃料の燃焼（混合燃焼）により工業炉内温度が所定温度に到達した後は、主燃料の供給量により工業炉内温度を制御するものとなっている。補助燃料は、廃プラスチック粉末を含有するものであり粉末の供給にはある程度のバラツキが生じる。このため炉内温度を補助燃料により制御することは容易ではない。そこで、このように炉内温度が所定温度に到達した後は、図１４に示すように、補助燃料の供給量をほぼ一定に保つと共に、主燃料の供給量を増加させることにより炉内温度を上昇させる。
そして、制御部は、炉内温度を下降させる際には、可燃性廃プラスチック粉末含有気体の供給を主燃料より供給を終了するものとなっている。図１４および図１３に示すように、補助燃料の供給の停止後、主燃料の供給量は所定時間継続された後、終了する。さらに、可燃性廃プラスチック粉末含有気体の供給を終了した後、補助燃料供給ノズル内に残留する廃プラスチック粉末を吐出させる残留粉末排出操作を行うことが好ましい。具体的には、可燃性廃プラスチック粉末の添加を終了したのち所定時間搬送用気体の供給を行う。
なお、この発明の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法は、ガス燃料と可燃性廃プラスチック粉末含有気体との燃焼（混合燃焼）時において、炉内温度が所定の温度範囲において酸素含有気体の供給量を低下させて還元燃焼を行うものとしてもよい。
窯業では、焼成の最終段階に意図的に還元雰囲気にすることにより、陶器に含まれている鉄分等の不純物を還元し、美しい表面仕上がりを得る手法が一般的に採用される。
【００４５】
図１３および図１４に示すように、窯業炉において、陶磁器製品を焼成する場合の焼成方法について説明する。
先ず、窯業用炉においてガス燃料による燃焼をさせて炉内温度５００℃ないし６００℃まで炉を焙り、その温度以上で可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給する。可燃性廃プラスチック粉末含有気体の供給の始めは、図１４に示すように少しずつ供給され、炉内温度が上昇するのに従って可燃性廃プラスチック粉末含有気体が増加される。陶磁器の焼成には炉内温度が９００℃で一旦ならし（炉内温度を均一に整える）、その後、加熱（攻め）して１３００℃まで加熱するその１３００℃でならす（炉内温度を均一に整える）。陶磁器の焼成の場合、例えば約９時間焼成される。また、陶磁器の焼成では、９００℃〜１３００℃の間で、空気比を絞ってＣＯ還元状態とされることが行われる。また、燃焼終了するときは、先ず廃プラスチック粉末を含有する気体の供給を停止して、ガス燃料のみで燃焼させ、その後、例えば約１０００℃でガス燃料の供給を止める。
【００４６】
廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法は、廃プラスチック粉末を気体で輸送して主燃料の燃焼領域で燃焼時、総発熱量および総合当量比が変化しないように主気体流量および主燃料流量を制御部により制御してもよい。このような制御を行うことにより、安定した混合燃焼を行うことができる。
廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法は、主燃料に対する補助燃料の助燃率を５％〜８０％として、主燃料の燃焼により廃プラスチック粉末の補助燃料を完全燃焼させることができる。助燃率の増大による燃焼形態の変化は少ない。炉用バーナーでは通常空気比１．２５程度の空気が多めの条件で運転することにより完全燃焼が保証される。本発明の燃焼方法で一定空気比で運転する場合、ＰＥＴ助燃率を増加させると、プロパン（主燃料）供給量を減少させる。このとき、プロパンの燃焼は１．２５より過大な空気比での燃焼となり、より良好な燃焼となる。このプロパン燃焼をパイロット火炎としてＰＥＴ粉末が良好に燃焼される。
【００４７】
廃プラスチック粉末を補助燃料とする窯業用バーナーの実施例を説明する。
実験装置システムは図２乃至図５に示すバーナーで、廃プラスチック供給ノズルのない場合と、廃プラスチック供給ノズルを取付けた場合について説明する。この発明は廃プラスチック供給ノズルを取り付けたものである。
窯業炉
炉の寸法 縦４００ｍｍ、横７００ｍｍ、高さ４００ｍｍ、容積０．１１２ｍ^３の直方体である。
炉材は、セラミックファイバーボードを使用してある。
バーナーの先端が炉内壁面に一致させ、上面中央に排気ガス排出口が設置されている。
主燃料：プロパン
補助燃料としての廃プラスチック粉末（以下ＰＥＴ粉末という）を用いる。
廃プラスチックの発熱量： ５５００ｋｃａｌ／ｋｇ（２３．０ＭＪ／ｋｇ）
密度： １．３４×１０^３ｋｇ／ｍ^３
燃焼特性に著しい影響を与える平均粒径は１５０μｍである。また、粒径は３００μｍ以下の範囲に分散している。
総合当量比φはプロパン流量、ＰＥＴ粉末供給量、主空気とＰＥＴ粉末用空気の総流量から算出し定義する。
バーナー ＬＰＧ窯業用バーナー（（株）成田製陶所製：ＨＪ−１．５Ｕ）
標準インプット： １５０００ｋｃａｌ／ｈ（１７．４ｋＷ）
粉末輸送装置
ロータリーフィーダー方式を用いてある。図９乃至図１３にロータリーフィーダー方式粉末供給装置の実施形態を示した。
この粉末供給装置は、粉末を供給する複数の溝を持つローターをインバーター回転数制御されたモータにより回転させることにより、ＰＥＴ粉末は粉末含有空気輸送管に供給される。この時、ローター溝へのＰＥＴ粉末の固着防止対策として、空気を吹き付ける対策を施した。
【００４８】
次に、バーナーの運転（燃焼）作業手順について説明する。
先ず、プロパンと主燃料用空気で燃焼を行う。
その後、ＰＥＴ粉末輸送用空気によりＰＥＴ粉末を供給し、補助燃料として燃焼させる。このとき、総発熱量および総合当量比が変化しないよう、主空気流量および主燃料流量を調整する。
本実験では、基準作動条件時には、主燃料（プロパン）流量Ｑｆ＝８．３（ｌ／ｍｉｎ）、発熱量：１１０００ｋｃａｌ（１２．８ｋＷ）、助燃料であるＰＥＴ粉末の供給量ｍｐは６．０（ｇ／ｍｉｎ））、発生熱量：２０００ｋｃａｌ／ｈ（２．３ｋＷ）に設定する。このとき、助燃料率は１８％である。
【００４９】
ＰＥＴ粉末用空気Ｑの影響について、ノズル管の有無による相違を調べた。
ノズル管が無い場合、ＰＥＴ粉末輸送用空気が供給されない場合（ＰＥＴ輸送空気流量Ｑａｐ＝０（ｌ／ｍｉｎ））は、良好な火炎形態である乱流予混合火炎となる。ところが、ＰＥＴ輸送空気流量がＱａｐ＝１１．８（ｌ／ｍｉｎ）の場合には、バーナー保炎部での保炎が困難となり、火炎形態が著しく変化し、バーナー筒外に形成される層流拡散火炎となって、窯業用バーナーとしては不適切である。
ノズル管が設置されている場合は、ＰＥＴ粉末輸送用空気の有無による火炎変化がほとんど無く、常に窯業用バーナーとして適切な火炎形態を保つことができる。
以上のことから、ノズル管を設置することにより乱流予混合火炎形態を保ったまま、ＰＥＴ粉末輸送用空気を供給することが可能となったといえる。
【００５０】
次に、ノズル管を設置した状態で、ＰＥＴ粉末を供給した場合の燃焼特性を説明する。
総合当量比φ＝０．７における火炎の燃焼状態について説明する。
ＰＥＴ粉末が供給されていない火炎の状態が青炎である。ＰＥＴ粉末を供給した火炎の状態は輝炎であり、青炎よりも火炎長が長くなる。
４００ｍｍ離れた対向壁に燃え切らなかったＰＥＴ粉末が溶着していたが、この未燃ＰＥＴ廃プラスチックは、高温の炉内ではすみやかに燃焼することが確認されている。
バーナー保炎器へのＰＥＴ粉末の付着状況を説明すると、ノズル管が設置されていない場合には、保炎器内部に多量のＰＥＴ廃プラスチックの付着、融着が確認されたが、ノズル管を設置した場合には、保炎器に対するＰＥＴ廃プラスチックの付着、融着が全く無いことが確認された。
これは、ノズル無しの場合は、燃焼域の上流にＰＥＴ粉末が供給されるため、保炎器内において未燃混合気により拡散され壁面に付着しやすいが、ノズル管がある場合は、ＰＥＴ粉末をバーナー中心軸付近の燃焼域に直接供給するので、保炎器および壁面へのＰＥＴ廃プラスチックの付着が防止された。
【００５１】
炉に設置した場合の窯業用バーナーの燃焼特性
炉内温度設定１１５０℃で炉の運転を行った。
図にＰＥＴ粉末の供給（ＰＥＴ粉末供給量ｍｐ＝６．０（ ｇ／ｍｉｎ） ）を行った場合の炉内温度分布を示す。
設定条件は、発生熱量（ １１０００ｋｃａｌ／ｈｒ）（１２．８ｋＷ）、総合当量比φ＝０．７、主燃料（プロパン）流量Ｑ＝６．８（ｌ／ｍｉｎ）、ＰＥＴ粉末輸送空気流量Ｑａｐ＝１１．８（ｌ／ｍｉｎ）、主空気流量Ｑａ＝２６１．６（ｌ／ｍｉｎ）である。
温度分布を見ると、いずれの水平断面においてもほぼ全域にわたって、１１５０℃程度の均一な温度が得られている。
バーナー出口から噴流するＰＥＴ粒子群の軌跡が輝炎となる。輝炎の存在は局所当量比の高い領域の存在を示しており、未燃ＰＥＴ粒子或いは気化直後のＰＥＴ蒸気の存在が示唆される。このことは、単独燃焼時に未燃ＰＥＴ廃プラスチックの存在が確認されたことからも裏付けられる。
炉内が高温であるにもかかわらず、ＰＥＴ粉末が対向壁まで到達している。この対向壁面に到達する粒子数は、バーナー出口付近の軌跡本数と比較して大幅に減少し、対向壁に到達する粒子は、極少量混入している粗大な粒径の粒子と考えられる。なお、実験終了後の壁面には、ＰＥＴ粉末の痕跡は認められなかったため、バーナーを炉に設置した場合、ＰＥＴ粉末は対向壁あるいは焼成品にまで到達したとしても、製品表面に痕跡を残さず、商品性を低下させることはない。
【００５２】
この窯業用バーナーを設置した窯業炉の排ガス特性
図１５ないし図１９に、発生熱量１１０００（ｋｃａｌ／ｈｒ）で運転時の、排ガス温度、Ｏ_２濃度、ＨＣ濃度、ＮＯｘ濃度およびＣＯ濃度の総合当量比φ による変化を示す。
図中、●印はＰＥＴ粉末の供給を行わなかった場合（ｍｐ＝０ｇ／ｍｉｎ）の結果、主燃料流量Ｑｆは８．３（ｌ／ｍｉｎ）に設定された。
また、△印は、主燃料流量Ｑｆを６．８（ｌ／ｍｉｎ）まで減らし、その代わりに助燃料としてＰＥＴ粉末の供給を行った場合（ｍｐ＝６．０（ ｇ／ｍｉｎ））の結果を示している。総合当量比φは、主空気流量Ｑの調整によりφ＝０．６３〜１．２の範囲で変化させた。なお、いずれの場合もＰＥＴ粉末輸送用空気の供給を行った（流量Ｑａｐ＝１１．８（ｌ／ｍｉｎ））。
図１５に示すように、排ガス温度については、ＰＥＴ助燃料の供給による温度差はほとんど認められない。
ただし、本実験では、発生熱量一定条件下で総合当量比を設定するため、総合当量比φの上昇と共に排ガス温度が上昇する。
図１６からＯ_２濃度についてみると、ＰＥＴ粉末供給の有無により大きな差異は認められず、いずれの場合においても、総合当量比φ＝１．０では０．９％と残存酸素濃度は低い値を示す。
図１７に示される未燃炭化水素ＨＣの挙動から量論当量比より希薄の条件ではＨＣ濃度が１０ｐｐｍと低く、この範囲では完全燃焼が得られている。
【００５３】
次に、図１８で有害成分であるＮＯｘ濃度挙動についてみると、総合当量比０．９で最大値１６０ｐｐｍをとるが、条件が希薄および過濃になるにつれＮＯｘ濃度は低下し、総合当量比０．７および１．１で１００ｐｐｍを下回り、良好なＮＯｘ排出特性となる。ただし、これらの挙動はＰＥＴ粉末の供給により大きく変化しない。
窯業では、焼成の最終段階に意図的に還元雰囲気にすることにより、陶器に含まれている鉄分等の不純物を還元し、美しい表面仕上がりを得る手法が一般的に採用される。このため、ＰＥＴ粉末供給により、炉内雰囲気を還元状態にできることが要求される。本窯業炉では、図１９に示すように、ＣＯ濃度挙動が得られており、ＰＥＴ助燃料使用時（△印）においても、総合当量比を１．２に設定することで容易に１％以上のＣＯ濃度を得られる。
ＰＥＴ粉末を助燃料として使用するために、ノズル管を設置することで、保炎性およびＰＥＴ粉末の付着性の観点から、ノズルを設置しない時より良い燃焼特性が得られ、ＰＥＴ粉末を燃料として利用できることが確認された。
ＰＥＴ廃プラスチック粉末を助燃料として使用し、窯業炉の１１５０℃運転を行ったとき、炉内の温度分布が均一な温度場を得た。また、炉内でのＰＥＴ粉末の痕跡は認められなかったため、炉内に焼成品を入れてもＰＥＴ樹脂の付着の影響はない。
排気ガス測定の結果、ＰＥＴ粉末を助燃料として使用した場合にも、窯業炉として要求される高ＣＯ濃度により還元雰囲気の設定がＰＥＴ粉末の助燃料の使用時においても可能であることが確認された。
【００５４】
以上この発明の実施の形態の一例について説明したが、この発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。窯業炉を示したが、これに限られるものでなく、乾燥炉など、各種の工業炉に適用できる。
なお、上記の燃焼装置および燃焼方法として、廃プラスチック粉末を用いたものについて説明したが、プラスチック粉末としては、廃プラスチック粉末ではなく、バージンプラスチック粉末を用いることができる。この場合、廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置は、プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置となり、廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法は、プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法となる。
【００５５】
【発明の効果】
この発明の燃焼装置は、ガス燃料が内部に供給される円筒状の保炎器と、前記保炎器を被包し、該保炎器との間に気体流路を形成する燃焼筒とを備え、かつ前記保炎器の先端開口部の前方に燃焼領域を備えるバーナー本体と、前記保炎器内に挿入され、前記燃焼領域に補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズルと、該補助燃料供給ノズルに接続された補助燃料供給管を備える可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段と、前記保炎器の後方に形成され、前記保炎器と前記燃焼筒間に形成された前記気体流路と連通し、酸素含有気体を供給する気体供給通路と、該気体供給通路内を延び、前記保炎器の後端開口と連通するガス燃料通路を有するガス供給管とを備える廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置であって、前記燃焼筒は、前記保炎器との間に狭い円筒状空間からなる前記気体流路を形成するものであり、前記保炎器は、該気体流路に供給される酸素含有気体を前記保炎器内に流入させるための複数の側孔を備え、前記補助燃料供給管は、前記ガス供給管内を延び、前記ガス燃料は、前記補助燃料供給ノズルを取り巻くように前記ガス供給管より供給されるものとなっており、さらに、前記補助燃料供給ノズルは、前記保炎器の後端部を貫通し、該保炎器の先端付近に先端が位置するものである。
このため、バーナーの燃焼炎に廃プラスチック粉末の補助燃料を投入してガスと気体の燃焼領域で補助燃料を一体的に燃焼させて所定の燃焼を得ることができる。また、廃プラスチック粉末を補助燃料として使用できるので、廃棄物の再利用ができ、石油系資源の使用量の削減を図ることができる。さらに、燃焼領域内に廃プラスチック粉末が供給されるので、廃プラスチック粉末を確実に燃焼させることができる。
【００５６】
そして、前記保炎器は前記保炎器と前記燃焼筒間に形成される空間と前記保炎器内部とを連通する側孔を備えているので、保炎器の前方に良好な燃焼領域を形成できる。
【００５７】
また、この発明の燃焼装置は、ガス燃料を含有する主燃料を吐出するためのバーナー管を備え、かつ該バーナー管の先端開口部の前方に燃焼領域を備えるバーナー本体と、前記バーナー管内に挿入され、前記燃焼領域に補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズルと、該補助燃料供給ノズルに接続された可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段とを備えるものである。このため、バーナーの燃焼炎に廃プラスチック粉末の補助燃料を投入してガスと気体の燃焼領域で補助燃料を一体的に燃焼させて所定の燃焼を得ることができる。また、廃プラスチック粉末を補助燃料として使用できるので、廃棄物の再利用ができ、石油系資源の使用量の削減を図ることができる。さらに、燃焼領域内に廃プラスチック粉末が供給されるので、廃プラスチック粉末を確実に燃焼させることができる。
【００５８】
また、前記補助燃料供給ノズルの先端開口が、前記保炎器又はバーナー管の先端開口付近に位置しているものであれば、補助燃料供給ノズルへの廃プラスチック粉末溶融物の付着を防止できる。
また、前記補助燃料供給ノズルの先端開口の内周縁と前記保炎器の先端開口または前記バーナー管の先端開口の内周縁を含む円錐状仮想空間の頂点の角度θが、少なくとも補助燃料供給ノズルより供給する廃プラスチック粉末が付着しない角度とすることにより、補助燃料供給ノズルへの廃プラスチック粉末溶融物の付着を防止できる。
【００５９】
また、前記補助燃料供給手段が、前記補助燃料供給管に廃プラスチック粉末輸送用気体を送るための輸送管と、該輸送管に気体を供給する気体供給手段と、該輸送管に廃プラスチック粉末を供給する廃プラスチック粉末供給器とを備え、該廃プラスチック粉末供給器から供給される廃プラスチック粉末を気体供給手段により供給される気流により輸送管内および補助燃料供給管内を移送して前記補助燃料供給ノズルより供給するものであれば、良好に分散された状態にて廃プラスチック粉末を燃焼領域に供給することができる。
また、前記廃プラスチック粉末供給器が、廃プラスチック粉末を貯留するホッパーと、該ホッパーから輸送管に廃プラスチック粉末を供給する廃プラスチック粉末供給手段とを備えるものでれば、輸送管への廃プラスチック粉末の供給を容易かつ確実なものにすることができる。
【００６０】
また、前記廃プラスチック粉末供給器の前記粉末供給手段が、前記ホッパーの粉末排出口に付近に設けられた廃プラスチック粉末を一時的に収納するための複数の溝を持つローターと、該ローターを駆動する駆動装置とを備えるものでれば、輸送管への廃プラスチック粉末の供給をバラツキの少ない安定なものとすることができる。
また、前記廃プラスチック粉末供給器が、前記ホッパー内に貯留される廃プラスチック粉末を攪拌するためのに撹拌装置を備えているものであれば、供給される廃プラスチック粉末が凝集の少ないものとなり、廃プラスチック粉末の燃焼を良好なものとすることができる。
また、前記廃プラスチック粉末供給器が、前記ローターの前記溝に付着する廃プラスチック粉末を除去するための気体噴出器を備えているものであれば、輸送管への廃プラスチック粉末の供給をバラツキの少ない安定なものとすることができる。
【００６１】
また、前記燃焼装置は、前記補助燃料供給ノズル内に残留する前記廃プラスチック粉末を吐出させる残留粉末排出機能を備えるものであれば、補助燃料供給終了後の補助燃料供給ノズル内に残留する前記廃プラスチック粉末の流出を防止することができる。
また、前記燃焼装置が、平均粒径３００μｍ以下の廃プラスチック粉末を用いるものであれば、廃プラスチック粉末の燃焼を良好なものとすることができる。
【００６２】
また、前記燃焼装置は、制御部を備え、該制御部は、前記バーナー本体が取り付けられる工業炉に設けられた炉内温度検知手段からの信号を受け入れる温度検知信号入力部と、該温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用して前記バーナー本体に供給される主燃料供給量および前記廃プラスチック粉末含有気体供給量を制御する制御機能を備えているものであれば、良好な燃焼を行うことができる。
【００６３】
また、前記制御部の制御機能は、前記温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用して炉内温度を算出する炉内温度算出機能と、廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度記憶機能と、前記炉内温度算出機能により炉内温度が記憶する廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度に到達したことを判断した後に廃プラスチック粉末含有気体供給を開始させる供給制御機能とを備えているものであれば、工業炉の内壁に廃プラスチック粉末溶融物の付着を抑制することができる。
【００６４】
また、本発明の燃焼装置は、ガス燃料を含有する主燃料が内部に供給される保炎器もしくはバーナー管を備えるバーナー本体と、前記保炎器又はバーナー管にガス燃料を含有する主燃料を供給するための主燃料供給手段と、補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズルと、該補助燃料供給ノズルに接続された可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段と、制御部とを備える廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置であって、該制御部は、前記バーナー本体が取り付けられる工業炉に設けられた炉内温度検知手段からの信号を受け入れる温度検知信号入力部と、該温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用して前記バーナー本体に供給される主燃料供給量および前記廃プラスチック粉末含有気体供給量を制御する制御機能を有し、該制御部の制御機能は、前記温度検知信号入力部より入力される温度検知信号を利用して炉内温度を算出する炉内温度算出機能と、廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度記憶機能と、前記炉内温度算出機能により炉内温度が記憶する廃プラスチック粉末含有気体供給開始炉内温度に到達したことを判断した後に廃プラスチック粉末含有気体供給を開始させる供給制御機能とを備えているものである。
この燃焼装置によれば、廃プラスチック粉末を用いた良好な燃焼を行うことができる。
【００６５】
また、前記制御部の制御機能は、前記主燃料と前記補助燃料の燃焼により前記工業炉内温度が所定温度に到達した後は、前記主燃料により工業炉内温度を制御するものであれば、温度制御が容易となり、精度の高い燃焼を行うことができる。
また、前記制御部の制御機能は、前記主燃料と前記補助燃料の燃焼により前記工業炉内温度が所定温度に到達するまでは、前記主燃料および前記補助燃料の供給量がともに上昇するように制御するものであれば、補助燃料を有効に利用できる。
また、前記制御部の制御機能は、前記主燃料におけるガス燃料供給量および酸素含有ガス供給量を個々に制御する機能を備えているものであれば、還元焼成をを行うことが可能となる。
【００６６】
また、本発明の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法は、保炎器又はバーナー管を通じて供給される主燃料のガス燃料気体を燃焼させる燃焼領域に、前記保炎器内又は前記バーナー管内に配置された補助燃料供給ノズルから可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給して、主燃料の燃焼時に可燃性廃プラスチック粉末含有気体を加えて燃焼させるものである。このため、バーナーの燃焼炎に廃プラスチック粉末の補助燃料を投入してガスと気体の燃焼領域で補助燃料を一体的に燃焼させて所定の燃焼を得ることができる。また、廃プラスチック粉末を補助燃料として使用できるので、廃棄物の再利用ができ、石油系資源の使用量の削減を図ることができる。さらに、燃焼領域内に廃プラスチック粉末が供給されるので、廃プラスチック粉末を確実に燃焼させることができる。
また、前記廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法が、前記保炎器又はバーナー管が取り付けられる工業炉を前記ガス燃料気体を用いた主燃料による燃焼を開始し、前記工業炉の炉内温度が、使用する廃プラスチック粉末が燃焼しうる温度より所定温度以上高い温度に達した後に補助燃料供給ノズルから可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給して主燃料と補助燃料とによる混合燃焼を行うものであれば、燃焼することなく工業炉の内壁に廃プラスチック粉末溶融物が付着することを抑制することができる。
【００６７】
また、前記混合燃焼時の前記炉内温度の上昇時に、可燃性廃プラスチック粉末含有気体量もしくは可燃性廃プラスチック粉末含有気体中の可燃性廃プラスチック粉末含有量を増加する増加ステップを行うものであれば、補助燃料の使用量を多くできる。
また、前記廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼方法は、炉内温度を下降させる際に、可燃性廃プラスチック粉末含有気体の供給を主燃料より先に止め、主燃料のみの燃焼を行うものであれば、工業炉の内壁もしくは焼成対象物に廃プラスチック粉末溶融物もしくは灰状物が付着することを抑制することができる。
また、前記混合燃焼時の炉内温度制御は、前記ガス燃料の供給量を制御することにより行うものであれば、温度制御が容易となり、精度の高い燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の燃焼装置のブロック図である。
【図２】バーナー本体の正面図である。
【図３】同側面図である。
【図４】同縦断面図である。
【図５】要部拡大断面図である。
【図６】別の実施例（補助燃料供給ノズル端を保炎器の開口端より内方とした場合）断面図である。
【図７】別の実施例（複数のノズルの場合）の断面図である。
【図８】同側面図である。
【図９】補助燃料供給装置の概略正面図である。
【図１０】粉末供給装置の概略正面図である。
【図１１】同断面図である。
【図１２】同底面図である。
【図１３】時間と炉内温度の関係を示すグラフである。
【図１４】時間と炉内温度と廃プラスチック粉末（ＰＥＴ廃プラスチック）の供給量の関係を示すグラフである。
【図１５】窯業炉の排気ガス温度を示すグラフである。
【図１６】同酸素濃度を示すグラフである。
【図１７】同ＨＣ濃度を示すグラフである。
【図１８】同ＮＯｘ濃度を示すグラフである。
【図１９】同ＣＯ濃度を示すグラフである。
【図２０】他の実施例の燃焼装置を説明するための概略図である。
【図２１】他の実施例の燃焼装置を説明するための概略図である。
【図２２】他の実施例の燃焼装置を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１ バーナー本体
２ 気体通路
３ ガス燃料通路
４ ガス供給管
５ 保炎器
６ 筒状部材
７ パッキング
１１ 側孔
１２ 点火プラグ
１３ 補助燃料供給ノズル
１４ 補助燃料供給管
１６ 補助燃料供給ノズル
２０ ブロア
２１ 送気管
３０ ガスボンベ
３１ ガス配管
４０ ブロア
４１ 輸送管
５０ 廃プラスチック粉末供給器
５５ ホッパー
５６ 廃プラスチック粉末供給手段
１０５ バーナー管
Ａ 主燃料供給手段
Ｂ 気体供給手段
Ｃ ガス燃料供給手段
Ｄ 補助燃料供給手段
Ｅ 燃焼領域
Ｆ 廃プラスチック粉末

Claims (9)

1. ガス燃料が内部に供給される円筒状の保炎器と、前記保炎器を被包し、該保炎器との間に気体流路を形成する燃焼筒とを備え、かつ前記保炎器の先端開口部の前方に燃焼領域を備えるバーナー本体と、前記保炎器内に挿入され、前記燃焼領域に補助燃料の可燃性廃プラスチック粉末含有気体を供給するための補助燃料供給ノズルと、該補助燃料供給ノズルに接続された補助燃料供給管を備える可燃性廃プラスチック粉末含有気体供給手段と、前記保炎器の後方に形成され、前記保炎器と前記燃焼筒間に形成された前記気体流路と連通し、酸素含有気体を供給する気体供給通路と、該気体供給通路内を延び、前記保炎器の後端開口と連通するガス燃料通路を有するガス供給管とを備える廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置であって、
   前記燃焼筒は、前記保炎器との間に狭い円筒状空間からなる前記気体流路を形成するものであり、前記保炎器は、該気体流路に供給される酸素含有気体を前記保炎器内に流入させるための複数の側孔を備え、前記補助燃料供給管は、前記ガス供給管内を延び、前記ガス燃料は、前記補助燃料供給ノズルを取り巻くように前記ガス供給管より供給されるものとなっており、さらに、前記補助燃料供給ノズルは、前記保炎器の後端部を貫通し、該保炎器の先端付近に先端が位置するものであることを特徴とする廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
2. 補助燃料供給ノズルの先端開口の位置は、前記保炎器の先端より、該保炎器の内径ｄに対して０．８ｄ以内の距離内側もしくは０．８ｄ以内の距離突出しているものである請求項１に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
3. 前記保炎器の内部に補助燃料供給ノズルを１または複数個設けた請求項１または２に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
4. 前記補助燃料供給ノズルは、前記保炎器の中心軸上に配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
5. 前記補助燃料供給手段は、前記補助燃料供給管に廃プラスチック粉末輸送用気体を送るための輸送管と、該輸送管に気体を供給する気体供給手段と、該輸送管に廃プラスチック粉末を供給する廃プラスチック粉末供給器とを備え、該廃プラスチック粉末供給器から供給される廃プラスチック粉末を気体供給手段により供給される気流により輸送管内および補助燃料供給管内を移送して前記補助燃料供給ノズルより供給するものである請求項１ないし４のいずれかに記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
6. 前記廃プラスチック粉末供給器は、廃プラスチック粉末を貯留するホッパーと、該ホッパーから輸送管に廃プラスチック粉末を供給する廃プラスチック粉末供給手段とを備えるものである請求項５に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
7. 前記廃プラスチック粉末供給器の前記粉末供給手段は、前記ホッパーの粉末排出口に付近に設けられた廃プラスチック粉末を一時的に収納するための複数の溝を持つローターと、該ローターを駆動する駆動装置とを備えるものである請求項６に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
8. 前記廃プラスチック粉末供給器は、前記ローターの前記溝に付着する廃プラスチック粉末を除去するための気体噴出器を備えている請求項７に記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。
9. 前記燃焼装置は、平均粒径３００μｍ以下の廃プラスチック粉末を用いるものである請求項１ないし８のいずれかに記載の廃プラスチック粉末を補助燃料とする燃焼装置。

Images