JP3993329B2

JP3993329B2 - 焼却炉

Info

Publication number: JP3993329B2
Application number: JP36860598A
Authority: JP
Inventors: 康男宮本
Original assignee: 康男宮本
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000193229A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を焼却処理するための焼却炉に関するものであり、特に高分子物質からなる廃棄物および／または高分子物質からなる構成部材を包含する廃棄物を、ダイオキシンその他の有害物質を発生することなく、連続して効率よく焼却処理することができる焼却炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年におけるプラスチック材料の改良およびプラスチック成形技術の向上により、産業用機器および生活用機器を構成する部材にプラスチック材料からなる部材を使用するものが急増しており、産業廃棄物および生活廃棄物中にもプラスチック材料が多量に混入されるようになってきている。上記のような廃棄物は、可燃物として焼却炉により焼却処理されるのが通常である。
【０００３】
この場合、従来の焼却炉では、炉内の火格子上に廃棄物を載置して、この廃棄物に着火し、炉外からの空気供給によって燃焼を継続させる直接燃焼方式が最も一般的であり、家庭用の小型焼却炉としても多用されてきた。
【０００４】
また、上記のような廃棄物を空気から遮断し、直接燃焼を避けた状態で高温加熱によって乾留し、この乾留によって発生する可燃性のガスを燃焼させるガス化燃焼方式も採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
まず前者の直接燃焼方式においては、プラスチック材料から遊離カーボンを多量に排出し、黒煙および刺戟臭を発生するため焼却炉近傍の環境を汚染するという問題点がある。特に近年においては、焼却に伴なってダイオキシンをはじめとして有害物質を排出するため、家庭用等の小規模炉の使用が規制されるに至っている。また上記の煤煙、有害物質の排出を抑制するために、二次燃焼のための工夫が必要となり、補助燃料の併用、設備の大型化、複雑化を招来し、初期投資コストのみならず、運転コストをも高騰させるという問題点も併有する。
【０００６】
一方、後者の乾留によるガス化燃焼方式においては、遊離カーボンの発生は少ないものの、乾留のための加熱と、乾留後のガスの燃焼とを必要とする二段階燃焼方式となるため、設備が複雑化し、コスト高となるという問題点がある。また、この方式はバッチ処理方式のものであるため、連続処理が困難であり、処理能力が低く、かつ発生ガスの制御がむずかしく、可燃性のガスが爆発する危険性が高い等の問題点もある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、高分子物質からなる廃棄物および／または高分子物質からなる構成部材を包含する廃棄物を、有害物質を発生することなく、連続して効率よく焼却処理することができる焼却炉を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明においては、中空筒状に形成され、かつその軸線の回りに回転可能に支持された炉体と、この炉体の一方の開口部を閉塞するように設けられた装入側部材と、この装入側部材を前記炉体の軸線に沿って貫通するように設けられ、かつ廃棄物を収容するホッパーと接続された切出スクリュウとを備えてなる回転燃焼炉と、
中空筒状に形成され、かつその軸線に沿う方向にガス流路が形成された炉体と、この炉体内に前記ガス流路を横断し、かつその一部を遮断するように設けられた複数列の障壁と、これらの障壁間に設けられ、かつ前記ガス流路と直交する方向に空気を吹出す複数個の給気ノズルとこれらの給気ノズルに空気を供給する給気管とを備えてなる二次燃焼炉と、
この二次燃焼炉に対して軸線が直交する方向に中空短筒状に形成され、かつ前記回転燃焼炉の他方の開口部と二次燃焼炉のガス流路の上流側とを各炉体の軸線方向に無隔壁状態で連結する連結部と、
この連結部の下方に設けられて、前記回転燃焼炉から供給されて落下する残渣を受け取るように構成され、かつこの残渣を燃焼させる後燃バーナーを有する残渣後燃部とを備え、
前記回転燃焼炉は、その立上り時においてのみ作動する一次バーナーを有すると共に、前記二次燃焼炉からの放射熱によって、当該回転燃焼炉における排出側から廃棄物装入側に向って温度勾配を形成するようにされて、廃棄物から燃焼ガスを発生させるよう構成され、
前記二次燃焼炉は、前記回転燃焼炉から供給される燃焼ガスを高温度で燃焼させて、前記回転燃焼炉側に対して前記放射熱を供給するように構成する、という技術的手段を採用した。
【０００９】
本発明において、障壁を直立する複数個の角柱によって形成することができる。
【００１０】
また、上記の発明において、角柱をガス流路に沿って千鳥状に配設することができる。
【００１１】
更に、上記の発明において、角柱を高アルミナ質耐火物からなるれんがの積層によって形成することができる。
【００１２】
次に、上記の発明において、前記残渣後燃部は、この残渣後燃部の底部を段差を有する上段部と下段部とによって形成すると共に、各段部に各々灰出プッシャーを設け、前記下段部の端部近傍に後燃バーナーと、溶剤を収容した灰溶融容器とを設け、回転燃焼炉からの残渣を前記上段部および／または下段部において燃焼させ、かつ燃焼後の灰を前記灰溶融容器内で溶融させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す要部縦断面説明図である。図１において、１は回転燃焼炉、２は二次燃焼炉であり、各々後述するように構成され、後述するように構成された連結部３により無隔壁状態で一体にかつ気密に連結される。
【００１４】
まず回転燃焼炉１の構成について記述する。４は炉体であり、例えば中空円筒状に形成され、軸線の回りに回転可能に支持されている。すなわち、炉体１は両端に開口部を有する例えば鉄板からなる炉殻内面に耐火材層が設けられ、例えばローラ上に支持され、適宜の駆動手段（何れも図示省略）によって回転駆動され得るように形成される。
【００１５】
なお炉体１は、例えば等径の中空円筒状に形成して、その軸線が水平面に対して傾斜するように、連結部３側が下位になるように支持するか、内周面を連結部３側が大径となる円錐面に形成することにより、炉体１の回転により、炉体１内に装入された廃棄物が、連結部３側に移動し得るように構成する。炉体１の内面は、その横断面を多角形状に形成してもよい。
【００１６】
次に５は装入側部材であり、炉体１の一方の開口部（図１においては左側）を閉塞するように設けられる。６は切出スクリュウであり、装入側部材５を前記炉体１の軸線に沿って貫通するように設けられると共に、切出スクリュウ６は廃棄物を収容するホッパー７の下端部と接続される。なお炉体１の両端部は、装入側部材５および連結部３とシール部材８を介して相対回能可能かつ気密可能に接続される。９は一次バーナーであり、装入側部材に設けられる。
【００１７】
二次燃焼炉２の構成については後に詳細に説明するが、二次燃焼炉２は、中空筒状に形成され、かつその軸線に沿う方向にガス流路１０が形成された炉体１１と、この炉体１１内に前記ガス流路１０を横断し、かつガス流路１０の一部を遮断するように設けられた複数列の障壁１２と、これら障壁１２，１２間に設けられ、かつ前記ガス流路１０と直交する方向（図１においては上下方向）に空気を吹出す複数個の給気ノズル１３とを備えて構成される。１４は給気管であり、給気ノズル１３と接続される。１５は給気管１４に介装された調節弁、１６は二次送風機であり、給気本管１７を介して給気管１４に二次空気を供給するためのものである。
【００１８】
なお二次燃焼炉２のガス流路１０の下流側は、図示省略した例えばサイクロン、ガススクラバー等から構成される廃ガス処理系と接続される。またこの廃ガス処理系においては、廃ガス中に含有される飛灰、塵埃その他の異物を分離除去するために、大量の洗浄用水を使用するが、この洗浄用水は別途水処理系によって異物からなる汚泥を分離除去されると共に、分離除去された汚泥もまた本発明の焼却炉によって焼却処理され得る。
【００１９】
次に１８は二次バーナーであり、連結部３の上部に例えば対向して２基設けられている。１９は残渣後燃部であり、連結部３の下方に連通して設けられ、その底部を段差を有する上段部２０と下段部２１とによって形成する。これらの上段部２０と下段部２１とには、各々灰出プッシャー２２，２３を水平方向摺動可能に設ける。２４，２５は各々油圧シリンダーであり、灰出プッシャー２２，２３と接続されると共に、油圧ポンプ２６を備えた油圧ユニット２７によって駆動される。なお上記段部を３段以上の複数段に形成し、夫々対応する複数個の灰出プッシャーを設けてもよい。
【００２０】
２８は後燃バーナー、２９は灰溶融容器であり、各々前記残渣後燃部１９の下段部２１の端部近傍に設けられる。３０は水封コンベアであり、灰溶融容器２９の下方に接続筒３１を介して設けられ、水中で生成されたスラグを搬出可能に形成される。３２は排出コンベア、３３はコンテナである。
【００２１】
図２および図３は各々前記図１における二次燃焼炉２を示す要部断面拡大平面図および要部縦断面拡大側面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図であり、同一部分は前記図１と同一の参照符号で示す。図２ないし図４において、炉体１１は例えば中空角筒状に形成されて、床面上に固定される。
【００２２】
障壁１２は、例えば横断面形状が長方形の直立する複数個の角柱によって形成すると共に、ガス流路１０に沿って千鳥状、またはチェッカー状の多列に配置する。このような構成により、ガス流路１０は障壁１２によってその一部が遮断され、いわゆるジグザグ状となり、上流側から下流側に直線状となることが回避される。この障壁１２は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の含有量が５５％以上の高アルミナ質耐火物からなるれんがの積層によって形成することができる。３４は炉体１１の側面下部に設けられた灰出口である。
【００２３】
ガス流路１０に沿う方向（図２および図３における左右方向）の障壁１２，１２間には、複数個の給気ノズル１３を炉体１１の上下に対向させて設けるが、これらを炉体１１の左右に対向させて設けてもよい。図２において、１４ａ〜１４ｅは、夫々第１給気ノズル列ないし第５給気ノズル列であり、例えば第１給気ノズル列１４ａは上方から下方に吹出すエアカーテンとし、第２給気ノズル列１４ｂと第３給気ノズル列１４ｃとは、上下両方から吹出して上下衝突流を形成するように、第４給気ノズル列１４ｄは上方からの下方併行流をおよび第５給気ノズル列１４ｅは下方からの上方併行流を形成し、かつ第４給気ノズル列１４ｄと第５給気ノズル列１４ｅとによって上下併行対流を形成するように、夫々の調節弁１５を調節する。
【００２４】
なお、上記障壁１２の横断面の形状および寸法、設置間隔、ならびに給気ノズル１３の寸法、間隔、更には第２給気ノズル列１４ｂないし第５給気ノズル列１４ｅ（または第ｎ給気ノズル列１４ｎ）における吹出態様については、廃棄物の物性および処理量により、上記以外の種々の組合せが可能である。
【００２５】
上記の構成により、次に作用について説明する。まず図１において、一次バーナー９、二次バーナー１８および後燃バーナー２８の作動により、回転燃焼炉１、二次燃焼炉２、連結部３および残渣後燃部１９を加熱する。この場合、灰溶融容器２９内には溶融ガラスと、例えば炭酸カルシウム、消石灰等の助剤とを収容しておく。
【００２６】
図５は本発明の実施の形態における定常状態の炉内の温度分布の例を示す要部縦断面図である。すなわち、回転燃焼炉１においては、二次燃焼炉２からの放射熱によって廃棄物の装入側（左側）から排出側（右側）に向って高温域となる温度勾配を形成する。
【００２７】
図１において、ホッパー７内に収容された廃棄物は切出スクリュウ６によって回転燃焼炉１内に装入され、二次燃焼炉２の放射熱により溶融、ガス化してその一部が燃焼しつつ、連結部３に向って移動させられ、燃焼ガスおよび未燃ガスが混合した状態で二次燃焼炉２に移動し、後述するように二次燃焼炉２内において完全燃焼する。なお一次バーナー９および二次バーナー１８は、焼却炉の立上り時においてのみ作動し、前記図５に示す定常状態が形成された後には作動を停止する。
【００２８】
上記のように、回転燃焼炉１内においては、装入された廃棄物は、二次燃焼炉２の放射熱によってガス化されるため、理論値に近い過剰空気率を得ることができ、二次燃焼炉２における燃焼制御が容易であると共に、応答性が高く、完全燃焼が可能となる。また廃棄物は切出スクリュウ６によって連続的に装入されるため、細分化されながら、外気の炉内への吸込が制限され、部分的燃焼を含むガス化が平均化され得る。
【００２９】
回転燃焼炉１における残渣は残渣後燃部１９に逐次移動させられるが、その底部は段差を有する上段部２０と下段部２１とによって形成されており、かつこれらの段部２０，２１には灰出プッシャー２２，２３が外気と遮断された状態で設けられているため、残渣は上記段部２０，２１上で後燃バーナー２８によって完全に燃焼する。なお残渣は灰出プッシャー２２，２３の交互の作動を含む制御された作動により、所定の割合で移動させられ、灰溶融容器２９内に落下して溶融する。溶融状態の灰は灰溶融容器２９から逐次溢出して、接続筒３１を経て水封コンベア３０に至り、冷却固化後排出コンベア３２によりコンテナ３３に排出される。
【００３０】
次に二次燃焼炉２における作用について説明する。二次燃焼炉２のガス流路１０の上流側には、図２に示すように第１給気ノズル列１４ａにより、上方から下方に吹出すエアカーテンが形成されているため、回転燃焼炉１から連結部３を経由して移動するガス流中に含まれる塵埃等の異物が分離させられる。
【００３１】
二次燃焼炉２内には、複数個の障壁１２がガス流路１０を横断して複数列に亘って例えば千鳥状に設けられているため、ガス流は直進することなく分断されると共に、障壁１２への衝突、迂回、回り込みが強制され、高熱の障壁１２表面との接触機会が増大し、炉内における滞留時間、反応時間が長くなる。これに加えて第２給気ノズル列１４ｂないし第５給気ノズル列１４ｅによる上下衝突流、上下方併行流、上下併行対流等によってガスとの混合が急速かつ充分に行なわれ得る。
【００３２】
このためガス中の未燃ガスの燃焼が供給された空気量に応じて段階的に進行するので、ダイオキシン規制温度を維持し、かつ異状高温を回避し、持込Ｎ₂を抑制しながらＮＯ_xの発生が防止される。また反応時間が長いため、夫々の燃焼域において低残存酸素率の燃焼が行なわれる。更に高温の障壁１２前面へのガス流の衝突および障壁１２後面への誘引渦流により、例えばアルミナ触媒の反応と相まって、ガス流中に含まれる微小飛灰、煤塵等が障壁１２の表面に付着するから、これらの表面に多量に含有されるダイオキシンは完全に焼滅される。なお上記高温のガスの通過および未燃ガスの完全燃焼により、障壁１２が高温に加熱され、かつ蓄熱されるから、障壁１２からの放射熱が前記回転燃焼炉１内の廃棄物のガス化に効率よく作用するのである。
【００３３】
二次燃焼炉２から排出されたガスは、その後前述のように廃ガス処理系において冷却、除塵されて大気中に排出される。なお上記廃ガス処理系において使用された洗浄用水中の異物、中和剤、高分子剤等は、所定の水処理系によって汚泥ケーキとして分離除去されるが、この汚泥ケーキを再び図１に示すホッパー７に装入し、前記廃棄物と共に焼却処理することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以上記述のような構成および作用であるから、下記の効果を奏し得る。
（１）廃棄物を放射熱によって溶融ガス化した後、二次燃焼によって完全燃焼させるため、理論値に近い過剰空気率が得られ、燃焼制御が容易であると共に応答性が高い。
（２）残存酸素量が８％位で運転できるためＣＯの発生が抑制され、かつ低温部が縮小され、ダイオキシン、ＮＯ_x等の有害物質の発生が極めて小である。
（３）蓄熱式触媒反応によって二次燃焼を行ない、放射熱を利用するため、バーナーは立上り時に使用するのみで足り、高効率かつ低コストの焼却が可能である。
（４）廃棄物を連続的に、かつ外気の吸込を抑制した状態で装入できるため、高効率かつ安定した焼却処理ができる。
（５）残渣灰を灰溶融容器内で溶融処理できるため、残渣灰の処理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す要部縦断面説明図である。
【図２】図１における二次燃焼炉２を示す要部断面拡大平面図である。
【図３】図１における二次燃焼炉２を示す要部縦断面拡大側面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における定常状態の炉内の温度分布の例を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１回転燃焼炉
２二次燃焼炉
３連結部
１９残渣後燃部

Claims

中空筒状に形成され、かつその軸線の回りに回転可能に支持された炉体と、この炉体の一方の開口部を閉塞するように設けられた装入側部材と、この装入側部材を前記炉体の軸線に沿って貫通するように設けられ、かつ廃棄物を収容するホッパーと接続された切出スクリュウとを備えてなる回転燃焼炉と、
中空筒状に形成され、かつその軸線に沿う方向にガス流路が形成された炉体と、この炉体内に前記ガス流路を横断し、かつその一部を遮断するように設けられた複数列の障壁と、これらの障壁間に設けられ、かつ前記ガス流路と直交する方向に空気を吹出す複数個の給気ノズルとこれらの給気ノズルに空気を供給する給気管とを備えてなる二次燃焼炉と、
この二次燃焼炉に対して軸線が直交する方向に中空短筒状に形成され、かつ前記回転燃焼炉の他方の開口部と二次燃焼炉のガス流路の上流側とを各炉体の軸線方向に無隔壁状態で連結する連結部と、
この連結部の下方に設けられて、前記回転燃焼炉から供給されて落下する残渣を受け取るように構成され、かつこの残渣を燃焼させる後燃バーナーを有する残渣後燃部とを備え、
前記回転燃焼炉は、その立上り時においてのみ作動する一次バーナーを有すると共に、前記二次燃焼炉からの放射熱によって、当該回転燃焼炉における排出側から廃棄物装入側に向って温度勾配を形成するようにされて、廃棄物から燃焼ガスを発生させるよう構成され、
前記二次燃焼炉は、前記回転燃焼炉から供給される燃焼ガスを高温度で燃焼させて、前記回転燃焼炉側に対して前記放射熱を供給するように構成したことを特徴とする焼却炉。
障壁を直立する複数個の角柱によって形成したことを特徴とする請求項１記載の焼却炉。
角柱をガス流路に沿って千鳥状に配設したことを特徴とする請求項２記載の焼却炉。
角柱を高アルミナ質耐火物からなるれんがの積層によって形成したことを特徴とする請求項２または３記載の焼却炉。
前記残渣後燃部は、この残渣後燃部の底部を段差を有する上段部と下段部とによって形成すると共に、各段部に各々灰出プッシャーを設け、前記下段部の端部近傍に後燃バーナーと、溶剤を収容した灰溶融容器とを設け、回転燃焼炉からの残渣を前記上段部および／または下段部において燃焼させ、かつ燃焼後の灰を前記灰溶融容器内で溶融させることを特徴とする請求項１ないし４何れかに記載の焼却炉。