JP3871509B2 - ダスト付着防止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉からの排ガスを下流側へと導出するための排ガスダクトにおいて、その排ガス中のダストがその排ガスダクト内に付着するのを防止するダスト付着防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ごみ等の焼却処理に伴って発生する焼却残渣（焼却灰、ばいじん）を、灰溶融炉を用いて溶融固化する処理方法が多く利用されている。その理由は、この溶融処理方法により、焼却残渣の減容化が可能となり、最終処分場の延命化が図れることに加え、焼却残渣に含まれるダイオキシン類の分解および重金属類の溶出防止などの無害化が図れるからである。なお、溶融時に発生する排ガスは、灰溶融炉のガス排出口に接続される排ガスダクトを通じて下流側へ送出される。また、この排ガス中の溶融飛灰は、下流の低温域で集塵装置により回収される。ここで、溶融飛灰（以下、単に「ダスト」という。）とは、溶融により焼却残渣に含まれている低沸点の重金属類や塩化物等が揮散し、冷却固化により下流の集塵装置で捕集される粉塵のことである。
【０００３】
この溶融処理方法において、一般に、灰溶融炉からの排ガスは、炉内から１２００℃程度で排出されるものの、自然放熱などの影響によりダクト内においては５００℃〜１０００℃の温度域まで降温する。また、灰溶融炉からの排ガス中にはダストが気化状態で存在しており、その排ガス雰囲気が５００℃〜１０００℃の温度域ではそのダストが付着性の強い状態となる。このため、ダストがダクト内に付着、成長して、そのダクトの閉塞を招き、引いては炉の運転に支障を来すという問題点がある。
【０００４】
そこで、この問題点を解決する手段として、次に述べるような方法が提案されている。第１の方法は、ダクトを水冷式冷却手段で冷却することによりそのダクト内の排ガス中のダストを冷却固化するとともに、そのダクトの上流側端部にそのダクト内を往復摺動するダスト掻取り具を装備して、その固形化されたダストをそのダスト掻取り具により除去させるというものである。第２の方法は、ダクトをその内側がセラミック等の多孔質体の管で形成される二重管構造とし、この二重管の間に空気または窒素を送入して多孔質体から空気または窒素をダクト内に噴出させ、多孔質体表面にダストが付着しないようにするというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１の方法では、ダクトを冷却するに伴いそのダクト内の排ガス容積が縮小するため、ダスト濃度が上昇し、付着性ダストが増加するという問題点がある。また、ダクトを介して排ガスを冷却するため、ダストが迅速に冷却固化されず、そのダクト内壁においてダストが付着性を有する温度域を通過し、そのダクト内壁にダストが付着するといった問題点がある。さらに、ダスト掻取り具がダクト内の高温かつ腐蝕性ガスを含む排ガス中に常に曝されるため、腐食が促進され、そのダスト掻取り具を頻繁に交換する必要があるといった問題点がある。
【０００６】
一方、第２の方法では、多孔質体に一旦ダストが溶着すると、多孔質体とダストが反応し、侵食を促進したり目詰まりを引き起こし、その部分からダストが成長するという問題点がある。また、所望の目的を達成するためにはダクト全長に亘りその内側を多孔質体管とする必要があり、またその多孔質体管から均一に空気等を噴出させるためには大量の空気等が必要となる。このため、コスト高や設備の大型化を招くという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、灰溶融炉に接続される排ガスダクト内にダストが付着するのを防止し、それによってダクトの閉塞の問題を回避することができるダスト付着防止装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、第１発明によるダスト付着防止装置は、
往復摺動するダスト掻取り具を上流側端部に備える灰溶融炉の排ガスダクトにおいて、この排ガスダクトの上流側端部における隔壁には前記ダスト掻取り具の軸部の周囲にシール部が形成され、このシール部の周囲には、前記ダスト掻取り具の背面側から前記排ガスダクトの下流側に向けて空気を噴射するノズルが設けられ、このノズルの吹出し口端部が前記シール部端面より前に設けられることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、灰溶融炉からの排ガスがノズルから噴射される空気によって希薄化されることにより、その排ガス中のダスト濃度が減少し、そのダクトに付着しようとするダストが抑制される。また、灰溶融炉からの排ガスがノズルからの噴射空気によって急冷され、その排ガス中のダストが急冷固化されることにより、そのダストの付着力が減殺される。これらによって、前記排ガスダクト内におけるダスト付着の軽減とダスト除去の容易化を図ることができる。
【００１０】
本発明によれば、急冷固化されたダストのうち、前記排ガスダクト内でエアロゾル化しているダストはノズルからの空気噴射流および排ガス流により下流側へ送出され、前記排ガスダクト内で滞留しているダストはダスト掻取り具により容易に除去される。したがって、灰溶融炉の排ガスダクトにおいて、そのダクト内にダストが付着するのを防止でき、そのダクトの閉塞の問題を回避することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記ダスト掻取り具に付着したダストは、ノズルからの噴射空気により吹き飛ばされ除去される。また、ノズルからの噴射空気で除去しきれないダストであっても付着力が減殺されているので、打撃を加えるだけで剥離する。したがって、前記ダスト掻取り具の機能維持を容易に図ることができるとともに、そのダスト掻取り具にダストが付着、成長してダクトの排ガス抵抗の増大を招き、引いては灰溶融炉の炉内圧の上昇を招くといった不具合を回避することができる。さらに、前述したように、排ガスはノズルからの噴射空気により希薄化され冷却されるので、その排ガスによる腐蝕作用が抑制され、前記ダスト掻取り具の延命化を図ることができる。
【００１３】
このように、前記ダスト掻取り具の背面側から前記排ガスダクトの下流側に向けて空気を噴射するノズルを設けるという簡易な構成で、所望の目的を達成することができるので、新設プラントは勿論のこと、既設プラントに対しても容易に付設でき、またその運転・保守も比較的容易であるという利点がある。
【００１４】
さらに、本発明によれば、前記ダスト掻取り具の軸部の周囲に形成されたシール部の周囲には吹出し口端部がそのシール部端面より前に設けられるようにノズルが設けられるので、そのシール部の前面に空気流壁が形成され、そのシール部のシール効果に寄与するとともに、その保護が図れるという効果を奏する。
【００１５】
第１発明において、前記排ガスダクト内温度を所定温度以下に維持するように前記ノズルからの噴射空気量を制御する制御手段が設けられるのが好ましい（第２発明）。このようにすれば、排ガス中のダストが付着性を有することなく確実に固形化され、第１発明の作用効果を安定して得ることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるダスト付着防止装置の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係る灰溶融炉の要部断面構成図が示されている。また、図２には、本実施形態におけるダスト付着防止装置の概略構成図が示され、図３には、図２におけるＸ−Ｘ視断面拡大図が示されている。
【００１８】
本実施形態に係る灰溶融炉１（例えばプラズマ式溶融炉）は、溶融炉本体２と、この溶融炉本体２に付設され、ごみ焼却炉における焼却残渣などの被溶融物が投入されるホッパ３と、このホッパ３内の被溶融物を溶融炉本体２内に供給する灰供給装置４とを備えて構成されている。また、溶融炉本体２は、アーク放電に空気や窒素等を吹き込んで発生させた高温のプラズマにより被溶融物がその溶融点を越える高温度（１３００℃〜１５００℃）に加熱されて溶融されるように構成されている。さらに、この溶融炉本体２の天井部には溶融時に発生するガスを排出するためのガス排出口５が設けられ、このガス排出口５に垂直ダクト６およびその垂直ダクト６に連なる水平ダクト７が接続されている。
【００１９】
前記水平ダクト７の上流側端部には、図２に示されるように、隔壁１４を介して、この水平ダクト７内で滞留するダストを除去するダスト掻取り具１０が装備されている。このダスト掻取り具１０は、軸部１１と、この軸部１１の先端部に複数の掻取り刃１２が正面視略放射状に取り付けられて構成され（図３参照）、図示しない駆動手段により水平ダクト７内で回転自在かつ往復摺動するようにされている。また、前記隔壁１４には軸部１１の周囲にシール部１３が形成されており、このシール部１３に詰め込まれたグランドパッキン１３ａと軸部１１との間の摩擦面でシールするようにされている。
【００２０】
シール部１３の周囲には空気吹出口として複数のノズル１５が設けられ、それぞれのノズル１５の吹出し方向は下流側に向けて排ガス通方向と一致するようにされている。また、これらのノズル１５は空気供給源としての押込ファン１６と接続され、その押込ファン１６から空気が供給されることにより、それらのノズル１５から水平ダクト７内に空気が噴射されるように構成されている。また、それぞれのノズル１５の吹出し口端部がシール部端面より前に設けられており、空気噴射時にシール部１３の前面においていわゆる空気流壁を形成するようにされている。
【００２１】
以上のような構成において、ホッパ３に投入された被溶融物は、灰供給装置４により溶融炉本体２内に供給され、順次溶融スラグとされる。そして、この溶融スラグは図示されないスラグ水冷槽に溢流される。一方、溶融時に、溶融炉本体２内から一酸化炭素や水素等の未燃ガスおよび気化状態のダストを含む排ガスが発生するが、この発生した排ガスはガス排出口５から垂直ダクト６および水平ダクト７を通じて下流側の図示しない燃焼室へ送出される。
【００２２】
ここで、溶融炉本体２内からの排ガスはガス排出口５付近で１２００℃程度であり、この温度であれば、その排ガス中のダストが気化状態で存在する。ところが、その排ガスが５００℃〜１０００℃の温度域まで降温すると、そのダストが半溶融状態となり付着性の強い状態となる。さらに、この半溶融状態のダストが徐冷されると、結晶質となって堆積し、その除去が困難になる。しかしながら、その排ガスが５００℃以下、好ましくは４００℃程度まで急冷されると、その排ガス中のダストは付着性を有しないまま固形化され、その付着力が著しく減殺される。
【００２３】
そこで、本実施形態においては、水平ダクト７の上流側から下流側に向けて押込ファン１６から供給される常温の空気を複数のノズル１５から噴射し、その噴射空気量を調整することで水平ダクト７内雰囲気を５００℃以下、好ましくは４００℃程度に維持している。そして、溶融炉本体２内からの排ガスが水平ダクト７内を通過する際に、その排ガスを５００℃以下、好ましくは４００℃程度まで急冷してその排ガス中のダストを急冷固化し、ダスト付着の軽減とダスト除去の容易化を図っている。これにより、水平ダクト７内においてエアロゾル化している固化ダストは、空気噴射流や排ガス流れにより下流側へと送出され、図示しない燃焼室に送り込まれる。一方、水平ダクト７内に滞留しているダストは、ダスト掻取り具１０により容易に除去される。
【００２４】
また、複数のノズル１５からの空気噴射により、水平ダクト７内の排ガスが希薄化され、その排ガス中のダスト濃度が低減し、その水平ダクト７内に付着しようとするダスト自体を減少させるという効果も奏する。
【００２５】
前述したように、水平ダクト７内に滞留しているダストは、ダスト掻取り具１０により容易に除去される。この除去作業等によりダスト掻取り具１０に付着したダストを、複数のノズル１５から噴射される空気により吹き飛ばしてダスト掻取り具１０の機能維持を図るとともに、そのダスト掻取り具１０にダストが付着、成長して水平ダクト７の排ガス抵抗の増大を招き、引いては溶融炉本体２の炉内圧の上昇を招くといった不具合を回避することができる。なお、その噴射空気で除去しきれないダストであっても、その付着力が減殺されているので、軸部１１等に打撃を加えるだけで剥離し、容易に除去することができる。
【００２６】
ダスト掻取り具１０は、水平ダクト７内で滞留しているダストの除去を行うものであるために、常に排ガス中に曝されている。排ガスは高温であり、腐食性ガスを含んでいるため、何らかの対策を施さなければダスト掻取り部１０は加速度的に腐食される。本実施形態においては、複数のノズル１５から噴射される空気により排ガスが冷却されるとともに、希薄化されて排ガス濃度が減少するので、ダスト掻取り具１０の腐食が軽減される。
【００２７】
本実施形態によれば、水平ダクト７内におけるダストの付着を防止でき、水平ダクト７が閉塞するといった問題を回避することができる。また、ダスト掻取り具１０の機能維持を図れるとともに、その延命化を図ることができる。また、簡易な構成でこれらの効果を得ることができるので、新設プラントは言うに及ばず既設プラントでも容易に付設でき、その運転・保守も比較的容易に行うことができる。
【００２８】
次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、その基本構成は本実施形態と同様であるため、本変形例に特有の部分のみについて説明することとし、本実施形態と共通する部分については図に同一符号を付すに留め、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
図４には、本変形例の概略システム構成図が示されている。
【００３０】
本変形例は、前述した実施形態に、流量調整弁１７と温度検出器１９とコントローラ１８とを備える制御手段２０を具備して構成されるものである。流量調整弁１７は、押込ファン１６からノズル１５に連なる空気配管の途中に介挿され、押込みファン１６から供給される空気をその弁操作で調整してノズル１５で噴射される空気量を調整するものである。温度検出器１９は、水平ダクト７内の温度を検出するためのものであり、ダスト掻取り具１０との干渉などを考慮してその水平ダクト７内の温度検出に最適なる位置に設けられている。コントローラ１８は、流量調整弁１７および温度検出器１９と接続され、温度検出器１９の検出信号およびコントローラ１８の設定温度に基いて、流量調整弁１７の弁操作を制御するように構成されるものである。
【００３１】
このように構成される本変形例において、ノズル１５から噴射される空気量は、温度検出器１９の検出信号およびコントローラ１８の設定温度に基いて、コントローラ１８で流量調整弁１７を制御することで制御される。本変形例では、コントローラ１８の設定温度を所定温度（４００℃程度）に設定して、水平ダクト７内の温度をその所定温度以下に維持するようにされている。
【００３２】
本変形例によれば、水平ダクト７内の温度が所定温度（４００℃程度）以下に維持されるので、水平ダクト７内の排ガス中のダストが付着性を有することなく確実に固形化され、本実施形態の作用効果を安定して得ることが可能となる。
【００３３】
本変形例においては、ノズル１５から噴射される空気量が温度検出器１９の検出信号に基いて押込みファン１６をインバータ制御することで制御されるようにすることも可能である。
【００３４】
本実施形態および本変形例においては、空気供給源として押込みファン１６が用いられるものについて述べたが、空気供給源としてコンプレッサを用いることも可能である。また、押込みファン１６とコンプレッサとを併用しても良い。例えば、噴射空気の基礎供給源として押込みファン１６を適用し、ダスト掻取り具１０の付着ダストをコンプレッサから供給される高圧空気で吹き飛ばすように構成することにより、その付着ダストの除去をより確実に行うことができる。なお、掻取り刃１２がノズル１５（空気吹出し口）に接近したときに、高圧空気が噴射されるように噴射タイミングを設定するのが好適な態様である。
【００３５】
本実施形態および本変形例においては、本発明がプラズマ式溶融炉の排ガスダクトに適用される例を示した。しかしながら、これに限られず、アーク式や電気抵抗式、誘導加熱式等の電気溶融方式の炉における排ガスダクトに本発明が適用可能であるのは言うに及ばず、他の方式の溶融炉や焼却設備等における排ガスダクトにおいても本発明が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る灰溶融炉の要部断面構成図である。
【図２】図２は、本実施形態におけるダスト付着防止装置の概略構成図である。
【図３】図３は、図２のＸ−Ｘ視断面拡大図である。
【図４】図４は、本実施形態の変形例の概略システム構成図である。
【符号の説明】
１ 灰溶融炉
２ 溶融炉本体
５ ガス排出口
７ 水平ダクト
１０ ダスト掻取り具
１３ シール部
１５ ノズル

Claims (2)

1. 往復摺動するダスト掻取り具を上流側端部に備える灰溶融炉の排ガスダクトにおいて、この排ガスダクトの上流側端部における隔壁には前記ダスト掻取り具の軸部の周囲にシール部が形成され、このシール部の周囲には、前記ダスト掻取り具の背面側から前記排ガスダクトの下流側に向けて空気を噴射するノズルが設けられ、このノズルの吹出し口端部が前記シール部端面より前に設けられることを特徴とするダスト付着防止装置。
2. 前記排ガスダクト内温度を所定温度以下に維持するように前記ノズルからの噴射空気量を制御する制御手段が設けられる請求項１に記載のダスト付着防止装置。

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