JP3960860B2 - フラフバーナ式溶融炉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラフ燃料を使用するフラフバーナにより、焼却灰や飛灰、有機塩素化合物や重金属を含む汚泥、土壌を加熱溶融するフラフバーナ式溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉や廃棄物焼却炉などから排出される焼却灰や飛灰、有機塩素化合物や重金属を含む汚泥、土壌を加熱溶融して減容化、無害化を図るバーナ式の溶融炉があり、本発明者等は、可燃廃棄物から生成された低発熱量の細粒可燃物（フラフＲＤＦ）を燃料として添加するフラフバーナを備えた灰溶融炉を、たとえば特願平９−２０８２１８号（特開平１１−５１３６３号公報）に提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常の可燃廃棄物から生成された細粒可燃物（フラフＲＤＦ）は低発熱量であるが、廃プラスチックから生成された細粒可燃物（フラフＲＤＦ）は高発熱量であるため、高温に加熱する溶融炉などのバーナ燃料として最適であり、このフラフ燃料を主燃料としてフラフバーナで燃焼させることにより、灰や産業廃棄物を効果的に加熱溶融することができることを見出した。
【０００４】
しかし、廃プラスチックから生成されたフラフＲＤＦを主燃料として使用する場合、材質が塩化ビニルなどの燃焼しにくい硬質プラスチックで、かつ粒径が幾分大きい場合、完全に燃焼されずに未燃カーボンや灰分となって炉内底部に付着したり、また溶融スラグに同伴して排出されることがあった。これにより、熱灼減量が増加したり、またスラグの品質が低下されて再資源化が限定されたり、さらにスラグの冷却ピットが汚染されるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、粒径が大きく硬質で燃えにくいフラフ燃料であっても、効果的に燃焼させることができ、未燃カーボンや灰分などが炉底部に付着したり、溶融スラグに同伴されて排出されるのを防止して、熱灼減量の低減を図ることができるフラフバーナ式溶融炉を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、上部にフラフ燃料を使用するフラフバーナを有しかつ下部にスラグ排出口が形成された溶融室と、前記溶融室の下部から連通部を介して連通され被溶融物供給口が形成された予熱室と、予熱室の上方に設けられて排ガス口が形成された二次燃焼室とを具備したフラフバーナ式溶融炉において、前記溶融室の中間位置に縮径された絞り部を形成するとともに、該絞り部の上部に燃料予熱部を形成し、前記燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の穴の面積の３．３〜５．０倍とし、前記絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面としたものである。
【０００９】
上記構成によれば、燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするとともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、かつ絞り部の穴周囲の面から直接フラフ燃料が排出されるのを防止して、フラフ燃料を十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分の発生を減少させて溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するのを低減することができ、燃焼効率を向上させてスラグの灼熱減量を低減することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上部にフラフ燃料を使用するフラフバーナを有しかつ下部にスラグ排出口が形成された溶融室と、前記溶融室の下部から連通部を介して連通され被溶融物供給口が形成された予熱室と、予熱室の上方に設けられて排ガス口が形成された二次燃焼室とを具備したフラフバーナ式溶融炉において、前記溶融室の軸心を、下部が予熱室寄りとなるように鉛直線に対して１０°〜３５°の範囲で傾斜させ、前記溶融室の軸心上に火炎軸を形成するようにフラフバーナを配置し、前記燃焼室の下部が予熱室側に位置するように鉛直線に対して１０°〜３５°の範囲で傾斜させ、前記溶融室に、出口に絞り部を形成した燃料予熱部を設け、前記燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の穴の面積の３．３〜５．０倍とし、前記絞り壁の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面としたものである。
【００１１】
上記構成によれば、溶融室を傾斜させることにより、溶融室の軸心と連通部および予熱室との成す角度を大きくして、軸心上に形成されるフラフバーナの燃焼ガスを溶融室から連通部を介して予熱室にスムーズに導入することができるので、燃焼ガスに含まれる未燃カーボンや灰分を予熱中の被溶融物上に落下させることにより、燃焼溶融させることができる。また、燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするとともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、かつ絞り部の穴周囲の面から直接フラフ燃料が排出されるのを防止して、フラフ燃料を十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分の発生を減少させて溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するのを低減することができ、燃焼効率を向上させてスラグの灼熱減量を低減することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、溶融室の底部とスラグ排出口の間に、所定長さの溶融促進通路を形成したものである。
上記構成によれば、溶融室を傾斜させることにより、炉本体の全長を拡大することなく、所定長さの溶融促進通路を形成することができ、この溶融促進通路により、溶融スラグの滞留時間を増加させて、溶融スラグ中に落下した未燃カーボンや灰分を効果的に燃焼、溶融させることができ、燃焼効率をさらに向上させて灼熱減量をより低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るフラフ燃料を使用するバーナ式灰溶融炉の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。
【００１４】
この灰溶融炉には、炉本体１の一端側に灰供給装置２が配置されるとともに他端側にスラグ冷却装置３が配置されている。また炉本体１には、一端側から他端側に向かって、灰供給口（被溶融物供給口）４、予熱室５、連通部６、溶融室７、溶融促進通路８、スラグ排出口９およびスラグ排出室１０が順に形成されている。また、予熱室５の上部に排ガス口１２が形成された二次燃焼室１１が形成され、溶融室７上部の燃料予熱部７ａの天壁に、廃プラスチックから生成された高カロリーのフラフＲＤＦ（フラフ燃料）を使用するフラフバーナ１３が貫設されている。そして、このフラフバーナ１３の火炎を燃料予熱部７ａから絞り部７ｃを介して下部の燃焼溶融部７ｂに放出するとともに、その燃焼ガスを連通部７から予熱室６、二次燃焼室１１に送り込んで、燃焼ガス流と対向して送り込まれる灰を予熱する向流式に構成されている。
【００１５】
前記溶融室７の燃料予熱部７ａと燃焼溶融部７ｂの入口には、燃焼空気ノズル１４ａ，１４ｂがそれぞれ設置され、さらに予熱室５の出口に二次空気ノズル１４ｃが設置されている。またスラグ排出室１０には、スラグ排出口９に対向して、溶融スラグＭＳの凝固付着を防止するための追加バーナ１５が設けられている前記灰供給装置２は、漏斗形の灰ホッパ２１と、灰ホッパ２１の下端部から灰供給口４に連通された灰送出通路２２に出退自在に配置された灰プッシャ２３と、灰プッシャ２３を出退駆動するプッシャシリンダ２４とで構成され、灰ホッパ２１の灰Ａを一定量ずつ灰供給口４を介して予熱室５に送り出すように構成されている。
【００１６】
前記スラグ冷却装置３は、冷却水を溜める水砕ピット３１内に、溶融スラグＭＳを水冷して生成された水砕スラグＣＳを掻き出すスクレーパ式のスラグ排出コンベヤ３２が配設されている。
【００１７】
前記炉本体１では、予熱室５の予熱側底壁１５ａが灰Ａを自重により出口側に送りやすくするために他端側下方に傾斜され、またこの予熱側底壁１５ａに段部を介して形成された連通部６および溶融室７の溶融側底壁１５ｂが、予熱側底壁１５ａにより小さい傾斜角αで他端側下方に傾斜されている。さらに溶融促進通路８の排出側底壁１５ｃが、予熱側底壁１５ａの角度αより大きい傾斜角で他端側下方に傾斜されてスラグ排出口９に接続されている。
【００１８】
前記溶融室７は円筒状に形成されるとともに、その軸心Ｏが火炎軸が一致するようにフラフバーナ１３が配置されており、軸心Ｏの下部が予熱室５寄りとなるように鉛直線に対して傾斜角θ＝１０°〜３５°の範囲（図示は２０°前後）で傾斜されている。これにより、排ガスが燃焼溶融部７ｂから連通部６を介して予熱室５にスムーズに送り出されるように構成され、かつ炉本体１の一端他端方向の長さを拡張することなく、所定長さＬの溶融促進通路８を形成することができる。ここで溶融室７の傾斜角θが１０°未満では、排ガスのスムーズな流れを形成することができず、かつ溶融促進通路８の長さが長くとれないからであり、また傾斜角θが３５°を越えると、燃焼溶融部７ｂにおける燃焼ガスが連通部6側に流れるため、灰Ａを十分に加熱溶融ができなくなるためである。
【００１９】
したがって、鉛直方向に配置された従来の溶融室に比較して、バーナ火炎軸と溶融側底壁１５ｂの成す角を大きくすることで、燃焼溶融部７ｂから連通部６、予熱室５に至る燃焼ガスのスムーズな流れを形成し、燃焼ガスに同伴された未燃カーボンなどを連通部６、予熱室５の灰Ａに落下させて燃焼溶融させ、未燃カーボンなどが溶融スラグＭＳに同伴して排出されるのを防止することができる。特にフラフバーナ１３の火炎軸と連通部６側の溶融側底壁１５ｂの成す角が９０°を越える鈍角とすることで、さらにその効果を大きくすることができる。
【００２０】
さらに溶融室７からスラグ排出口９に至る通路は、従来ではごく短いか、溶融室７から直接スラグ排出口９に排出される構造であるのに対して、この実施の形態では、長さＬの溶融促進通路８が形成されており、溶融室７から流れ出す溶融スラグＭＳの滞留時間を十分にとることで、溶融スラグＭＳに同伴される未燃カーボーンや灰分の燃焼や溶融を促進するように構成されている。たとえば、溶融室７の燃焼溶融部７ｂの直径：Ｄｂとすると、溶融促進通路８の長さＬ＝Ｄｂ／４〜Ｄｂ／２（好ましくはＤｂ／３前後）に設定されている。これはＤｂ／４未満であると、溶融スラグＭＳに同伴された未燃カーボンや灰分を燃焼溶融させることができず、またＤｂ／２を越えると、溶融スラグＭＳが冷却されてスラグ排出口９で凝固付着するスラグが増加しやすいためである。
【００２１】
上記構成において、灰供給装置２により灰Ａが灰供給口４から予熱室５に定量供給され、予熱室５から連通部６を介して溶融室７に送り出される。一方、廃プラスチックから直径または一辺が５ｍｍ以下に形成されたフラフＲＤＦが、フラフバーナ１３に供給され、高温に保持された燃料予熱部７ａで予熱されて燃料予熱部７ａから絞り部７ｃを介して燃焼溶融部７ｂに燃焼ガスが送り出されて燃焼され、その熱により灰Ａが加熱されて溶融される。さらに燃焼ガス、燃焼排ガスは溶融室７から連通部６を介して予熱室５側に送り出されつつ灰Ａを予熱し、さらに二次燃焼室１１に送られて未燃分が完全燃焼され、輻射熱で予熱室５の灰Ａを加熱した後、排ガス口１２から排ガス処理装置（図示せず）を介して大気中に排出される。
【００２２】
上記実施の形態によれば、下部が予熱室５側となるように、フラフバーナ１３の火炎軸と一致された溶融室７の軸心Ｏを、下部が予熱室５側となるように傾斜させることにより、連通部６および予熱室５に対する溶融室７の軸心Ｏと成す角を大きくして、燃焼ガスをスムーズに予熱室５に導入して、同伴された未燃カーボンや灰分を連通部６および予熱室５の灰Ａ上に落下させることができる。したがって、未燃カーボンや灰分を効果的に燃焼、溶融して溶融スラグＭＳへの混入量を減少させ、フラフＲＤＦの燃焼率を向上させて、スラグの熱灼減量を大幅に減少させることができる。
【００２３】
また、炉本体１の長さを拡張することなく、必要な長さＬの溶融促進通路８を形成することができ、この溶融促進通路８により溶融スラグＭＳ中に落下した未燃カーボンや灰分を十分に酸化溶融して溶融スラグＭＳと共に排出することができる。したがって、スラグ中に含まれる未燃カーボンや灰分を大幅に減少させてスラグの品質を高め、フラフＲＤＦの燃焼率を向上させてスラグの熱灼減量を大幅に減少させることができる。
【００２４】
図３および図４は溶融室の燃料予熱部の形状を変更した第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。円柱状に形成された溶融室４１は、上部の燃料予熱部４１ａと、下部の燃焼溶融部４１ｂと、燃料予熱部４１ａの出口に形成された絞り部４２とを具備し、溶融室４１の軸心Ｏが鉛直線上に配置されている。
【００２５】
下部の燃焼溶融部４１ｂの内径Ｄｂと高さが従来の溶融室（燃料予熱部７a′と燃焼溶融部共）と同一に形成されるとともに、絞り部４２の穴の内径Ｄｃが従来の絞り部と同一に形成されている。また燃料予熱部４１ａの内径Ｄａが従来の燃料予熱部７ａ′の内径（＝Ｄｂ）より大きく形成されている。すなわち、従来の溶融炉の溶融室に比較して、燃料予熱部４１ａの高さＨと絞り部４２の穴の内径Ｄｃを同一で、燃料予熱部４１ａの内径Ｄａが１．３〜１．６倍でかつ、容積（Ｓａ×Ｈ）が約１．７〜２．５倍に設定されている。
【００２６】
たとえば絞り部４２を基準として、その穴の内径：Ｄｃおよび断面積：Ｓｃ［＝（π×Ｄｃ2）／４］とすると、燃焼溶融部４１ｂは、内径：Ｄｂ≒１．５×Ｄｃ、断面積：Ｓｂ≒２．０×Ｓｃであり、この値は従来の燃料予熱部と同じである。また燃料予熱部４１ａは、内径Ｄａ≒（１．８〜２．２）×Ｄｃ、断面積：Ｓａ≒（３．３〜５．０）×Ｓｃに形成される。したがって、燃焼溶融部４１ｂは絞り部４２に対して、その内径Ｄａ：Ｄｃ＝１：（１．８〜２．２）、断面積Ｓａ：Ｓｃ＝１：（３．３〜５．０）であり、また先に示したように、従来の燃料予熱部（Ｄｂ）に対して、Ｄａ：（Ｄｂ）＝１：（１．３〜１．６）、断面積（容積も同じ）Ｓａ：Ｓｂ＝（１：１．７〜２．５）となる。
【００２７】
さらに、絞り部４２を構成するリング状の絞り壁４３で、燃料予熱部４１ａ側の上面（面）４３ａは、溶融室４１の軸心に対して垂直に、図では水平面に構成されている。これにより、絞り壁４３に接したフラフＲＤＦが直接絞り部４２の穴から燃焼溶融室７ｂに排出されることがなくなり、火炎の循環流に載って移動して燃料予熱部４１ａに十分滞留されて予熱され、フラフＲＤＦが効率良く燃焼される。
【００２８】
第２の実施の形態によれば、従来のバーナ式溶融炉に比較して、絞り部４２の穴の内径および燃料予熱部４１ａの高さＨを変更しない状態で、燃料予熱部４１ａの内径Ｄａを十分に大きくして容積を拡大することにより、フラフバーナ１３による火炎流に伴う循環流を十分に形成して、燃料予熱部４１ａにおけるフラフＲＤＦの滞留時間を十分に長くし十分に予熱することができ、従来では５０ｗｔ％かそれ以下であったフラフＲＤＦの燃焼率を５０ｗｔ％を大幅に越えることができる。これにより、水砕スラグＣＳの熱灼減量を従来の０．３ｗｔ％から０．０１ｗｔ％に大幅に減少させることができる。
【００２９】
さらに、溶融スラグＭＳに落下した未燃カーボンや灰分を酸化溶融するのに十分な必要な長さＬの溶融促進通路８を形成したので、この溶融促進通路８により未燃カーボンや灰分を効果的に酸化溶融することができ、溶融スラグＭＳに混入される未燃カーボンや灰分を減少させて、フラフＲＤＦの燃焼率を向上させ、スラグの熱灼減量を大幅に減少させることができる。
【００３０】
図５は、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせた第３の実施の形態を示し、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
すなわち、第１の実施の形態の灰溶融炉において、傾斜された溶融室７の燃料予熱部４１ａの内径を拡張するとともに、絞り壁４３の上面を溶融室４１の軸線（フラフバーナ１３の火炎軸）に垂直な面４３ａに形成したものである。
【００３１】
上記実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に第２の実施の形態の効果をプラスした作用効果を奏することができる。
なお、上記実施の形態で被溶融物を灰Ａとしたが、これに限るものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするとともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、かつ絞り部の穴周囲の面から直接フラフ燃料が排出されるのを防止して、フラフ燃料を十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分の発生を減少させて溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するのを低減することができ、燃焼効率を向上させてスラグの灼熱減量を低減することができる。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、溶融室を傾斜させることにより、連通部および予熱室との成す角度を大きくして、軸心上に形成されるフラフバーナの火炎流を溶融室から連通部を介して予熱室にスムーズに導入できるので、フラフ燃料の未燃カーボンや灰分を予熱中の被溶融物上に落下させることができ、溶融室でフラフ燃料の未燃カーボンや灰分が溶融スラグに混入するのを減少させることができて、燃焼効率の向上と灼熱減量の低減を図ることができる。
【００３５】
また燃料予熱部の内径を拡張して容積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分が溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するを大幅に減少させることができ、燃焼効率を向上させて灼熱減量を低減することができる。
【００３６】
請求項３記載の発明によれば、溶融室を傾斜させることで、炉本体の全長を拡大することなく、所定長さの溶融促進通路を形成することができる。また溶融促進通路により、溶融スラグの滞留時間を増加させることで、溶融スラグに落下した未燃カーボンや灰分を効果的に燃焼、溶融させることができ、燃焼効率をさらに向上させて灼熱減量をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る灰溶融炉の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】同灰溶融炉の溶融促進通路を説明する概略平面図である。
【図３】本発明に係る灰溶融炉の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図４】同溶融室の燃料予熱部を説明する概略平面図である。
【図５】本発明に係る灰溶融炉の第３の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 炉本体
２ 灰供給装置
３ スラグ冷却装置
４ 灰供給口
５ 予熱室
６ 連通部
７ 溶融室
７ａ 燃料予熱部
７ｂ 燃焼溶融部
８ 溶融促進通路
９ スラグ排出口
１１ 二次燃焼室
１２ 排ガス口
１３ フラフバーナ
４１ 溶融室
４１ａ 燃料予熱部
４１ｂ 燃焼溶融部
４２ 絞り部
４３ 絞り壁
４３ａ 上面
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラフ燃料を使用するフラフバーナにより、焼却灰や飛灰、有機塩素化合物や重金属を含む汚泥、土壌を加熱溶融するフラフバーナ式溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉や廃棄物焼却炉などから排出される焼却灰や飛灰、有機塩素化合物や重金属を含む汚泥、土壌を加熱溶融して減容化、無害化を図るバーナ式の溶融炉があり、本発明者等は、可燃廃棄物から生成された低発熱量の細粒可燃物（フラフＲＤＦ）を燃料として添加するフラフバーナを備えた灰溶融炉を、たとえば特願平９−２０８２１８号（特開平１１−５１３６３号公報）に提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常の可燃廃棄物から生成された細粒可燃物（フラフＲＤＦ）は低発熱量であるが、廃プラスチックから生成された細粒可燃物（フラフＲＤＦ）は高発熱量であるため、高温に加熱する溶融炉などのバーナ燃料として最適であり、このフラフ燃料を主燃料としてフラフバーナで燃焼させることにより、灰や産業廃棄物を効果的に加熱溶融することができることを見出した。
【０００４】
しかし、廃プラスチックから生成されたフラフＲＤＦを主燃料として使用する場合、材質が塩化ビニルなどの燃焼しにくい硬質プラスチックで、かつ粒径が幾分大きい場合、完全に燃焼されずに未燃カーボンや灰分となって炉内底部に付着したり、また溶融スラグに同伴して排出されることがあった。これにより、熱灼減量が増加したり、またスラグの品質が低下されて再資源化が限定されたり、さらにスラグの冷却ピットが汚染されるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、粒径が大きく硬質で燃えにくいフラフ燃料であっても、効果的に燃焼させることができ、未燃カーボンや灰分などが炉底部に付着したり、溶融スラグに同伴されて排出されるのを防止して、熱灼減量の低減を図ることができるフラフバーナ式溶融炉を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、上部にフラフ燃料を使用するフラフバーナを有しかつ下部にスラグ排出口が形成された溶融室と、前記溶融室の下部から連通部を介して連通され被溶融物供給口が形成された予熱室と、予熱室の上方に設けられて排ガス口が形成された二次燃焼室とを具備したフラフバーナ式溶融炉において、前記溶融室の中間位置に縮径された絞り部を形成するとともに、該絞り部の上部に燃料予熱部を形成し、前記燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の穴の面積の３．３〜５．０倍とし、前記絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面としたものである。
【０００９】
上記構成によれば、燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするとともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、かつ絞り部の穴周囲の面から直接フラフ燃料が排出されるのを防止して、フラフ燃料を十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分の発生を減少させて溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するのを低減することができ、燃焼効率を向上させてスラグの灼熱減量を低減することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上部にフラフ燃料を使用するフラフバーナを有しかつ下部にスラグ排出口が形成された溶融室と、前記溶融室の下部から連通部を介して連通され被溶融物供給口が形成された予熱室と、予熱室の上方に設けられて排ガス口が形成された二次燃焼室とを具備したフラフバーナ式溶融炉において、前記溶融室の軸心を、下部が予熱室寄りとなるように鉛直線に対して１０°〜３５°の範囲で傾斜させ、前記溶融室の軸心上に火炎軸を形成するようにフラフバーナを配置し、前記燃焼室の下部が予熱室側に位置するように鉛直線に対して１０°〜３５°の範囲で傾斜させ、前記溶融室に、出口に絞り部を形成した燃料予熱部を設け、前記燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の穴の面積の３．３〜５．０倍とし、前記絞り壁の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面としたものである。
【００１１】
上記構成によれば、溶融室を傾斜させることにより、溶融室の軸心と連通部および予熱室との成す角度を大きくして、軸心上に形成されるフラフバーナの燃焼ガスを溶融室から連通部を介して予熱室にスムーズに導入することができるので、燃焼ガスに含まれる未燃カーボンや灰分を予熱中の被溶融物上に落下させることにより、燃焼溶融させることができる。また、燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするとともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、かつ絞り部の穴周囲の面から直接フラフ燃料が排出されるのを防止して、フラフ燃料を十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分の発生を減少させて溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するのを低減することができ、燃焼効率を向上させてスラグの灼熱減量を低減することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、溶融室の底部とスラグ排出口の間に、所定長さの溶融促進通路を形成したものである。
上記構成によれば、溶融室を傾斜させることにより、炉本体の全長を拡大することなく、所定長さの溶融促進通路を形成することができ、この溶融促進通路により、溶融スラグの滞留時間を増加させて、溶融スラグ中に落下した未燃カーボンや灰分を効果的に燃焼、溶融させることができ、燃焼効率をさらに向上させて灼熱減量をより低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るフラフ燃料を使用するバーナ式灰溶融炉の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。
【００１４】
この灰溶融炉には、炉本体１の一端側に灰供給装置２が配置されるとともに他端側にスラグ冷却装置３が配置されている。また炉本体１には、一端側から他端側に向かって、灰供給口（被溶融物供給口）４、予熱室５、連通部６、溶融室７、溶融促進通路８、スラグ排出口９およびスラグ排出室１０が順に形成されている。また、予熱室５の上部に排ガス口１２が形成された二次燃焼室１１が形成され、溶融室７上部の燃料予熱部７ａの天壁に、廃プラスチックから生成された高カロリーのフラフＲＤＦ（フラフ燃料）を使用するフラフバーナ１３が貫設されている。そして、このフラフバーナ１３の火炎を燃料予熱部７ａから絞り部７ｃを介して下部の燃焼溶融部７ｂに放出するとともに、その燃焼ガスを連通部７から予熱室６、二次燃焼室１１に送り込んで、燃焼ガス流と対向して送り込まれる灰を予熱する向流式に構成されている。
【００１５】
前記溶融室７の燃料予熱部７ａと燃焼溶融部７ｂの入口には、燃焼空気ノズル１４ａ，１４ｂがそれぞれ設置され、さらに予熱室５の出口に二次空気ノズル１４ｃが設置されている。またスラグ排出室１０には、スラグ排出口９に対向して、溶融スラグＭＳの凝固付着を防止するための追加バーナ１５が設けられている前記灰供給装置２は、漏斗形の灰ホッパ２１と、灰ホッパ２１の下端部から灰供給口４に連通された灰送出通路２２に出退自在に配置された灰プッシャ２３と、灰プッシャ２３を出退駆動するプッシャシリンダ２４とで構成され、灰ホッパ２１の灰Ａを一定量ずつ灰供給口４を介して予熱室５に送り出すように構成されている。
【００１６】
前記スラグ冷却装置３は、冷却水を溜める水砕ピット３１内に、溶融スラグＭＳを水冷して生成された水砕スラグＣＳを掻き出すスクレーパ式のスラグ排出コンベヤ３２が配設されている。
【００１７】
前記炉本体１では、予熱室５の予熱側底壁１５ａが灰Ａを自重により出口側に送りやすくするために他端側下方に傾斜され、またこの予熱側底壁１５ａに段部を介して形成された連通部６および溶融室７の溶融側底壁１５ｂが、予熱側底壁１５ａにより小さい傾斜角αで他端側下方に傾斜されている。さらに溶融促進通路８の排出側底壁１５ｃが、予熱側底壁１５ａの角度αより大きい傾斜角で他端側下方に傾斜されてスラグ排出口９に接続されている。
【００１８】
前記溶融室７は円筒状に形成されるとともに、その軸心Ｏが火炎軸が一致するようにフラフバーナ１３が配置されており、軸心Ｏの下部が予熱室５寄りとなるように鉛直線に対して傾斜角θ＝１０°〜３５°の範囲（図示は２０°前後）で傾斜されている。これにより、排ガスが燃焼溶融部７ｂから連通部６を介して予熱室５にスムーズに送り出されるように構成され、かつ炉本体１の一端他端方向の長さを拡張することなく、所定長さＬの溶融促進通路８を形成することができる。ここで溶融室７の傾斜角θが１０°未満では、排ガスのスムーズな流れを形成することができず、かつ溶融促進通路８の長さが長くとれないからであり、また傾斜角θが３５°を越えると、燃焼溶融部７ｂにおける燃焼ガスが連通部6側に流れるため、灰Ａを十分に加熱溶融ができなくなるためである。
【００１９】
したがって、鉛直方向に配置された従来の溶融室に比較して、バーナ火炎軸と溶融側底壁１５ｂの成す角を大きくすることで、燃焼溶融部７ｂから連通部６、予熱室５に至る燃焼ガスのスムーズな流れを形成し、燃焼ガスに同伴された未燃カーボンなどを連通部６、予熱室５の灰Ａに落下させて燃焼溶融させ、未燃カーボンなどが溶融スラグＭＳに同伴して排出されるのを防止することができる。特にフラフバーナ１３の火炎軸と連通部６側の溶融側底壁１５ｂの成す角が９０°を越える鈍角とすることで、さらにその効果を大きくすることができる。
【００２０】
さらに溶融室７からスラグ排出口９に至る通路は、従来ではごく短いか、溶融室７から直接スラグ排出口９に排出される構造であるのに対して、この実施の形態では、長さＬの溶融促進通路８が形成されており、溶融室７から流れ出す溶融スラグＭＳの滞留時間を十分にとることで、溶融スラグＭＳに同伴される未燃カーボーンや灰分の燃焼や溶融を促進するように構成されている。たとえば、溶融室７の燃焼溶融部７ｂの直径：Ｄｂとすると、溶融促進通路８の長さＬ＝Ｄｂ／４〜Ｄｂ／２（好ましくはＤｂ／３前後）に設定されている。これはＤｂ／４未満であると、溶融スラグＭＳに同伴された未燃カーボンや灰分を燃焼溶融させることができず、またＤｂ／２を越えると、溶融スラグＭＳが冷却されてスラグ排出口９で凝固付着するスラグが増加しやすいためである。
【００２１】
上記構成において、灰供給装置２により灰Ａが灰供給口４から予熱室５に定量供給され、予熱室５から連通部６を介して溶融室７に送り出される。一方、廃プラスチックから直径または一辺が５ｍｍ以下に形成されたフラフＲＤＦが、フラフバーナ１３に供給され、高温に保持された燃料予熱部７ａで予熱されて燃料予熱部７ａから絞り部７ｃを介して燃焼溶融部７ｂに燃焼ガスが送り出されて燃焼され、その熱により灰Ａが加熱されて溶融される。さらに燃焼ガス、燃焼排ガスは溶融室７から連通部６を介して予熱室５側に送り出されつつ灰Ａを予熱し、さらに二次燃焼室１１に送られて未燃分が完全燃焼され、輻射熱で予熱室５の灰Ａを加熱した後、排ガス口１２から排ガス処理装置（図示せず）を介して大気中に排出される。
【００２２】
上記実施の形態によれば、下部が予熱室５側となるように、フラフバーナ１３の火炎軸と一致された溶融室７の軸心Ｏを、下部が予熱室５側となるように傾斜させることにより、連通部６および予熱室５に対する溶融室７の軸心Ｏと成す角を大きくして、燃焼ガスをスムーズに予熱室５に導入して、同伴された未燃カーボンや灰分を連通部６および予熱室５の灰Ａ上に落下させることができる。したがって、未燃カーボンや灰分を効果的に燃焼、溶融して溶融スラグＭＳへの混入量を減少させ、フラフＲＤＦの燃焼率を向上させて、スラグの熱灼減量を大幅に減少させることができる。
【００２３】
また、炉本体１の長さを拡張することなく、必要な長さＬの溶融促進通路８を形成することができ、この溶融促進通路８により溶融スラグＭＳ中に落下した未燃カーボンや灰分を十分に酸化溶融して溶融スラグＭＳと共に排出することができる。したがって、スラグ中に含まれる未燃カーボンや灰分を大幅に減少させてスラグの品質を高め、フラフＲＤＦの燃焼率を向上させてスラグの熱灼減量を大幅に減少させることができる。
【００２４】
図３および図４は溶融室の燃料予熱部の形状を変更した第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。円柱状に形成された溶融室４１は、上部の燃料予熱部４１ａと、下部の燃焼溶融部４１ｂと、燃料予熱部４１ａの出口に形成された絞り部４２とを具備し、溶融室４１の軸心Ｏが鉛直線上に配置されている。
【００２５】
下部の燃焼溶融部４１ｂの内径Ｄｂと高さが従来の溶融室（燃料予熱部７a′と燃焼溶融部共）と同一に形成されるとともに、絞り部４２の穴の内径Ｄｃが従来の絞り部と同一に形成されている。また燃料予熱部４１ａの内径Ｄａが従来の燃料予熱部７ａ′の内径（＝Ｄｂ）より大きく形成されている。すなわち、従来の溶融炉の溶融室に比較して、燃料予熱部４１ａの高さＨと絞り部４２の穴の内径Ｄｃを同一で、燃料予熱部４１ａの内径Ｄａが１．３〜１．６倍でかつ、容積（Ｓａ×Ｈ）が約１．７〜２．５倍に設定されている。
【００２６】
たとえば絞り部４２を基準として、その穴の内径：Ｄｃおよび断面積：Ｓｃ［＝（π×Ｄｃ2）／４］とすると、燃焼溶融部４１ｂは、内径：Ｄｂ≒１．５×Ｄｃ、断面積：Ｓｂ≒２．０×Ｓｃであり、この値は従来の燃料予熱部と同じである。また燃料予熱部４１ａは、内径Ｄａ≒（１．８〜２．２）×Ｄｃ、断面積：Ｓａ≒（３．３〜５．０）×Ｓｃに形成される。したがって、燃焼溶融部４１ｂは絞り部４２に対して、その内径Ｄａ：Ｄｃ＝１：（１．８〜２．２）、断面積Ｓａ：Ｓｃ＝１：（３．３〜５．０）であり、また先に示したように、従来の燃料予熱部（Ｄｂ）に対して、Ｄａ：（Ｄｂ）＝１：（１．３〜１．６）、断面積（容積も同じ）Ｓａ：Ｓｂ＝（１：１．７〜２．５）となる。
【００２７】
さらに、絞り部４２を構成するリング状の絞り壁４３で、燃料予熱部４１ａ側の上面（面）４３ａは、溶融室４１の軸心に対して垂直に、図では水平面に構成されている。これにより、絞り壁４３に接したフラフＲＤＦが直接絞り部４２の穴から燃焼溶融室７ｂに排出されることがなくなり、火炎の循環流に載って移動して燃料予熱部４１ａに十分滞留されて予熱され、フラフＲＤＦが効率良く燃焼される。
【００２８】
第２の実施の形態によれば、従来のバーナ式溶融炉に比較して、絞り部４２の穴の内径および燃料予熱部４１ａの高さＨを変更しない状態で、燃料予熱部４１ａの内径Ｄａを十分に大きくして容積を拡大することにより、フラフバーナ１３による火炎流に伴う循環流を十分に形成して、燃料予熱部４１ａにおけるフラフＲＤＦの滞留時間を十分に長くし十分に予熱することができ、従来では５０ｗｔ％かそれ以下であったフラフＲＤＦの燃焼率を５０ｗｔ％を大幅に越えることができる。これにより、水砕スラグＣＳの熱灼減量を従来の０．３ｗｔ％から０．０１ｗｔ％に大幅に減少させることができる。
【００２９】
さらに、溶融スラグＭＳに落下した未燃カーボンや灰分を酸化溶融するのに十分な必要な長さＬの溶融促進通路８を形成したので、この溶融促進通路８により未燃カーボンや灰分を効果的に酸化溶融することができ、溶融スラグＭＳに混入される未燃カーボンや灰分を減少させて、フラフＲＤＦの燃焼率を向上させ、スラグの熱灼減量を大幅に減少させることができる。
【００３０】
図５は、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせた第３の実施の形態を示し、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
すなわち、第１の実施の形態の灰溶融炉において、傾斜された溶融室７の燃料予熱部４１ａの内径を拡張するとともに、絞り壁４３の上面を溶融室４１の軸線（フラフバーナ１３の火炎軸）に垂直な面４３ａに形成したものである。
【００３１】
上記実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に第２の実施の形態の効果をプラスした作用効果を奏することができる。
なお、上記実施の形態で被溶融物を灰Ａとしたが、これに限るものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするとともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、かつ絞り部の穴周囲の面から直接フラフ燃料が排出されるのを防止して、フラフ燃料を十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分の発生を減少させて溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するのを低減することができ、燃焼効率を向上させてスラグの灼熱減量を低減することができる。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、溶融室を傾斜させることにより、連通部および予熱室との成す角度を大きくして、軸心上に形成されるフラフバーナの火炎流を溶融室から連通部を介して予熱室にスムーズに導入できるので、フラフ燃料の未燃カーボンや灰分を予熱中の被溶融物上に落下させることができ、溶融室でフラフ燃料の未燃カーボンや灰分が溶融スラグに混入するのを減少させることができて、燃焼効率の向上と灼熱減量の低減を図ることができる。
【００３５】
また燃料予熱部の内径を拡張して容積を、前記絞り部の面積の３．３〜５．０倍とするともに、絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面としたので、燃料予熱部における燃焼ガスの循環流を増大させてフラフ燃料の滞留時間を増大させ、十分に予熱することができる。したがって、フラフ燃料を効果的に燃焼させて、未燃カーボンや灰分が溶融スラグに混入したり、炉底部に付着するを大幅に減少させることができ、燃焼効率を向上させて灼熱減量を低減することができる。
【００３６】
請求項３記載の発明によれば、溶融室を傾斜させることで、炉本体の全長を拡大することなく、所定長さの溶融促進通路を形成することができる。また溶融促進通路により、溶融スラグの滞留時間を増加させることで、溶融スラグに落下した未燃カーボンや灰分を効果的に燃焼、溶融させることができ、燃焼効率をさらに向上させて灼熱減量をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る灰溶融炉の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】同灰溶融炉の溶融促進通路を説明する概略平面図である。
【図３】本発明に係る灰溶融炉の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図４】同溶融室の燃料予熱部を説明する概略平面図である。
【図５】本発明に係る灰溶融炉の第３の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 炉本体
２ 灰供給装置
３ スラグ冷却装置
４ 灰供給口
５ 予熱室
６ 連通部
７ 溶融室
７ａ 燃料予熱部
７ｂ 燃焼溶融部
８ 溶融促進通路
９ スラグ排出口
１１ 二次燃焼室
１２ 排ガス口
１３ フラフバーナ
４１ 溶融室
４１ａ 燃料予熱部
４１ｂ 燃焼溶融部
４２ 絞り部
４３ 絞り壁
４３ａ 上面
Claims (3)
- 上部にフラフ燃料を使用するフラフバーナを有しかつ下部にスラグ排出口が形成された溶融室と、前記溶融室の下部から連通部を介して連通され被溶融物供給口が形成された予熱室と、予熱室の上方に設けられて排ガス口が形成された二次燃焼室とを具備したフラフバーナ式溶融炉において、
前記溶融室の中間位置に縮径された絞り部を形成するとともに、該絞り部の上部に燃料予熱部を形成し、
前記燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の穴の面積の３．３〜５．０倍とし、
前記絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面とした
ことを特徴とするフラフバーナ式溶融炉。 - 上部にフラフ燃料を使用するフラフバーナを有しかつ下部にスラグ排出口が形成された溶融室と、前記溶融室の下部から連通部を介して連通され被溶融物供給口が形成された予熱室と、予熱室の上方に設けられて排ガス口が形成された二次燃焼室とを具備したフラフバーナ式溶融炉において、
前記溶融室の軸心を、下部が予熱室寄りとなるように鉛直線に対して１０°〜３５°の範囲で傾斜させ、
前記溶融室の軸心上に火炎軸を形成するようにフラフバーナを配置し、
前記溶融室の中間位置に縮径された絞り部を形成するとともに、該絞り部の上部に燃料予熱部を形成し、
前記燃料予熱部の内径を拡張して断面積を、前記絞り部の穴の面積の３．３〜５．０倍とし、
前記絞り部の燃料予熱部側の面を、フラフバーナの火炎軸に対して垂直な平面とした
ことを特徴とするフラフバーナ式溶融炉。 - 溶融室の下部とスラグ排出口の間に、所定長さの溶融促進通路を形成した
ことを特徴とする請求項１または２記載のフラフバーナ式溶融炉。
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