JP4007306B2 - 粉体燃焼装置および粉体燃焼方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明の粉体燃焼装置について説明する。なお、本発明の粉体燃焼装置は、バーナの設置位置の違いにより2つの実施態様に分けることができる。以下、本発明の粉体燃焼装置について、第1実施態様および第2実施態様に分けて説明する。
本実施態様の粉体燃焼装置は、長手方向の一端が閉塞され、他端が開口された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の開口側端部に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、前記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、前記バーナスロートの形成位置よりも前記副燃焼室の開口側に堰を形成することができる仕切り板とを有し、前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第1流路を有し、前記バーナスロートに装着されて、前記ケーシングの内周面に沿った周方向に前記可燃粉体を噴射可能とし、前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とするものである。
まず、本実施態様における空気投入手段について説明する。本実施態様における空気投入手段は、副燃焼室から燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を、燃焼室本体内に投入するように配置されたものである。
次いで、本実施態様におけるバーナについて説明する。バーナは、可燃粉体を噴射することができるものであれば特に限定されるものではないが、通常は、可燃粉体、ガス燃料または液体燃料、および燃焼用空気を噴射することができるものが用いられる。
次に、気体噴射ノズルについて説明する。
次いで、水蒸気投入手段について説明する。本実施態様に用いられる水蒸気投入手段は、副燃焼室内に水蒸気を投入することを可能とするものである。本実施態様においては、このような水蒸気投入手段を設けることが好ましい。水蒸気投入手段から水蒸気を投入することにより、副燃焼室内における燃焼温度を下げることができるので、副燃焼室内における高温化を防止することができる。また、副燃焼室内の温度が1000℃を越える場合には、水性ガス反応による炭素のガス化により残留炭素を抑制することができ、さらに、排ガス中に含まれる煤塵濃度を下げる効果がある。これによって、燃焼に必要な空気量を下げることができるので、副燃焼室内の温度が上昇しすぎることを抑制し、窒素酸化物の生成を防止する効果を有する。
副燃焼室を画定するケーシングの形状は、可燃粉体を螺旋状に移動させるうえから、一端が閉塞された筒状とされる。具体的には、一端が閉塞された円筒状、または楕円筒状等を挙げることができる。また、本実施態様において上述した気体噴射ノズルを設けた場合には、図8に示すように副燃焼室10長手方向の中心部Zに向うにしたがって、内径が大きくなる樽型とすることが好ましい。このような樽型の形状とすることにより、旋回流による遠心力で副燃焼室の長手方向中心付近で旋回させやすくすることができ、可燃粉体の開口側端部からの飛び出しを効果的に抑制することができるからである。
仕切り板は、ケーシングと同程度の耐熱性を有する耐火材によって形成することが好ましく、熱膨張率の相違等による不具合の発生を防止するうえからは、ケーシングの材料と同じ材料によって形成することが好ましい。
次に、第2実施態様の粉体燃焼装置について説明する。本実施態様の粉体燃焼装置は、長手方向の両端にバーナ側開口端と燃焼室本体側開口端とを有するケーシングにより画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の燃焼室本体側開口端に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、前記ケーシングは、前記バーナ側開口端に設置されたバーナスロートと、堰を形成することができる仕切り板とを有し、前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第1流路と、前記可燃粉体に対して旋回を与える旋回発生手段とを有し、バーナの軸と副燃焼室の長手方向とが平行となるように、前記バーナスロートに装着され、前記旋回発生手段により前記可燃粉体を旋回させながら、前記ケーシングの長手方向に噴射可能とするものであり、前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とするものである。
次いで、本実施態様におけるバーナについて説明する。
次に、気体噴射ノズルについて説明する。
ついで、本実施態様における副燃焼室について説明する。本実施態様における副燃焼室は、長手方向の両端にバーナ本体側開口端と燃焼室本体側開口端とを有するケーシングにより画定されており、また、バーナ本体側開口端には、バーナ本体の軸と副燃焼室の長手方向が平行となるように、上記バーナが接続されており、バーナから噴出された可燃粉体のガス化が十分に行われるように形成されたものである。
次に、本発明の粉体燃焼方法について説明する。本発明の粉体燃焼方法は、副燃焼室と、可燃粉体が前記副燃焼室の内周面に沿った周方向に旋回するように可燃粉体を前記副燃焼室内に噴出し、燃焼させるバーナと、前記副燃焼室に連通して並設される燃焼室本体と、前記バーナの形成位置よりも燃焼室本体側で前記副燃焼室内に堰を形成することができる仕切り板と、前記堰から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置を用いて可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法であって、前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量と、前記空気投入手段により投入される燃焼用空気の量との総計が、前記可燃粉体の化学量論的量の1.1〜1.6倍であり、さらに、前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量が、前記化学量論的量の40〜90%の範囲内であることを特徴とするものである。
図1と同様の構造の粉体燃焼装置を用いた。ケーシングの内径(直径)は762mm、長さ(内寸)は768mmであり、仕切り板の中央部には直径400mmの円形の開口部が形成されている。
廃プラスチック粉末としてABS樹脂を主成分とする粒子径3.2mmのプラスチック粉末を用い、コークス炉ガスの入熱量が全入熱量の70%となるようにした以外は実施例1と同様の条件で試験を行った。
廃プラスチック粉末としてABS樹脂を主成分とする粒子径3.2mmのプラスチック粉末を用い、コークス炉ガスの入熱量が全入熱量の15%で、1次空気比が82%で、かつ水蒸気を投入した以外は実施例1と同様の条件で試験を行い、排ガス中の窒素酸化物濃度、二酸化炭素濃度および酸素濃度を調査した。
廃プラスチックとしてそれぞれポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)を主成分とする粒径3.2mmの3種類のプラスチックを用い、コークス炉ガスの入熱量を全入熱量の10%とし、1次空気比を60%とし、かつ水蒸気を投入した以外は実施例1と同様の条件で試験を行った。図15に試験結果を示す。
2 … 側壁
3 … 開口側端部
4 … 外周壁
5 … バーナスロート
6 … 気体噴射スロート
7 … 仕切り板
8 … 空気投入手段
10 … 副燃焼室
11 … 気体噴射ノズル
12 … バーナ
Claims (9)
- 長手方向の一端が閉塞され、他端が開口された筒状のケーシングによって画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の開口側端部に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、
前記ケーシングは、外周壁に形成されたバーナスロートと、外周壁に形成された気体噴射スロートと、前記バーナスロートの形成位置よりも前記副燃焼室の開口側である、副燃焼室の燃焼室本体側の端部に堰を形成することができる仕切り板とを有し、
前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第1流路を有し、前記バーナスロートに装着されて、前記ケーシングの内周面に沿った周方向に前記可燃粉体を噴射可能とし、
前記気体噴射スロートには、前記副燃焼室内に気体を前記可燃粉体と同一周方向に噴射可能とする気体噴射ノズルが装着され、
前記気体噴射スロートは、前記仕切り板に隣接して、前記仕切り板の前記バーナスロート側に位置するものであり、
前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とする粉体燃焼装置。 - 前記バーナが、前記第1流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第2流路と、前記第1流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第3流路と、前記第2流路または前記第3流路を流れる流体に旋回を与える旋回付与手段とを有することを特徴とする請求項1に記載の粉体燃焼装置。
- 長手方向の両端にバーナ側開口端と燃焼室本体側開口端とを有するケーシングにより画定される副燃焼室と、前記副燃焼室内で可燃粉体を燃焼させるバーナと、前記副燃焼室の燃焼室本体側開口端に配置された燃焼室本体と、前記副燃焼室から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置であって、
前記ケーシングは、前記バーナ側開口端に設置されたバーナスロートと、外周壁に形成された気体噴射スロートと、副燃焼室の燃焼室本体側の端部に堰を形成することができる仕切り板とを有し、
前記バーナは、可燃粉体が搬送気体と共に導入される第1流路と、前記可燃粉体に対して旋回を与える旋回発生手段とを有し、バーナの軸と副燃焼室の長手方向とが平行となるように、前記バーナスロートに装着され、前記旋回発生手段により前記可燃粉体を旋回させながら、前記ケーシングの長手方向に噴射可能とするものであり、
前記気体噴射スロートには、前記副燃焼室内に気体を前記可燃粉体と同一周方向に噴射可能とする気体噴射ノズルが装着され、
前記気体噴射スロートは、前記仕切り板に隣接して、前記仕切り板の前記バーナスロート側に位置するものであり、
前記空気投入手段は、前記燃焼室本体内に燃焼用空気が投入可能となるように配置されていることを特徴とする粉体燃焼装置。 - 前記バーナが、前記第1流路よりも内周に形成され、ガス燃料または液体燃料が導入される第2流路と、前記第1流路よりも外周に形成され、燃焼用空気が導入される第3流路とを有し、前記旋回発生手段は、前記第2流路または前記第3流路を流れる流体に旋回を与える手段であることを特徴とする請求項3に記載の粉体燃焼装置。
- 前記空気投入手段は、燃焼用空気が前記ケーシングの長手方向に平行となる方向に投入されるように形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼装置。
- 前記空気投入手段は、前記仕切り板の前記燃焼室本体側の側面に形成された空気投入口から前記燃焼室本体内に空気を投入するものであることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼装置。
- 前記粉体燃焼装置は、前記副燃焼室内に水蒸気を投入することが可能な水蒸気投入手段を有することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の粉体燃焼装置。
- 副燃焼室と、可燃粉体が前記副燃焼室の内周面に沿った周方向に旋回するように可燃粉体を前記副燃焼室内に噴出し、燃焼させるバーナと、前記副燃焼室に連通して並設される燃焼室本体と、前記バーナの形成位置よりも燃焼室本体側の前記副燃焼室端部に堰を形成することができる仕切り板と、前記仕切り板に隣接して、前記仕切り板の前記バーナ側に配置され、前記副燃焼室内に気体を前記可燃粉体と同一周方向に噴射可能な気体噴射ノズルと、前記堰から前記燃焼室本体内へ流出する燃焼ガス中の未焼ガスを燃焼させる燃焼用空気を投入する空気投入手段とを有する粉体燃焼装置を用いて可燃粉体を燃焼させる粉体燃焼方法であって、
前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量と、前記空気投入手段により投入される燃焼用空気の量との総計が、前記可燃粉体の化学量論的量の1.1〜1.6倍であり、
さらに、前記仕切り板の前記バーナ側で可燃粉体を燃焼させる際に供給する空気量が、前記化学量論的量の40〜90%の範囲内であることを特徴とする粉体燃焼方法。 - 前記副燃焼室内に水蒸気を投入して前記可燃粉体の燃焼を行い、前記水蒸気の投入重量が前記バーナから噴射される可燃粉体重量の10〜40%の範囲内であることを特徴とする請求項8に記載の粉体燃焼方法。
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