JP4081558B2

JP4081558B2 - 簡易型焼却炉

Info

Publication number: JP4081558B2
Application number: JP2002217327A
Authority: JP
Inventors: 繁雄皆川
Original assignee: 株式会社コオヨー
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP2004060939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭や小規模な事業者がごみ等を処分する際に用いる簡易型焼却炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ダイオキシン類が社会問題になり、その発生要因の一つが８００℃未満での低温燃焼にある。この結果、火炎温度の低い小規模ごみ焼却炉は、改造するか又は廃棄することが求められている。
【０００３】
例えば、特開平１０−１８５１６１号公報「焼却炉」は、同公報の図２によれば、炉本体１は、鋼板製のケーシング１ａに耐火物１ｂを内張りしてなり、このような炉本体１の底に空気噴出管４を並べ、その上に火格子棒２ａを置き、この火格子棒２ａ上に被焼却物５を載せ、この被焼却物５を焼却処理するというものである。
【０００４】
被焼却物５が、水分を多量に含む刈草である場合、燃えが悪いが、上記の焼却炉であれば、火格子棒２ａが高温となって刈草の乾燥を促すため、良好な燃焼が期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らが試したところ、上記公報の焼却炉には次のような課題があることが分かった。
第１に、火格子棒２ａや耐火物１ａが高温になるまでの間は、被焼却物５から発生する排ガスの温度が低温であるため、ダイオキシン類の発生が認められる。そのため、焼却炉の運転開始時点で、別のバーナで火格子棒２ａや耐火物１ａを十分に温め、その後に被焼却物５の投入を開始するという、煩雑な作業形態が必要となる。
【０００６】
第２に、火格子棒５の下に溜まった灰に基準値を超えるダイオキシン類が残存し易いことである。これは、火格子棒５から上は可燃物としての被焼却物５があるために火炎温度が高まり問題はないが、火格子棒５の下は低温であるため、火格子棒５間の隙間から落下した灰は高温処理されずに、ダイオキシン類が高い濃度で残存すると推定される。
【０００７】
上記第１の課題（運転開始時にダイオキシン類が発生する点）は、例えば特開平８−１４５３２５号公報「ゴミ焼却炉」の図１に記載されるように、二次バーナ１２を煙道に配置し、この二次バーナ１２で排ガスを高温処理することで対応できる。
しかし、二次バーナ１２に供給する燃料は、排ガスを無害化する目的だけに使用され、熱エネルギーとしては丸々損失となる。
【０００８】
このように、従来の焼却炉は、火格子（ロストル）を備えた場合には灰に高い濃度のダイオキシン類が残存するという課題があり、二次バーナを備えた場合には熱エネルギーの損失が大きくなるという課題がある。さらには、燃焼ガスを高温にするために炉を断熱材や耐火材で内張りするが、この結果、焼却炉が大型になると共にその設備費用が嵩むことになり小規模な焼却炉が造り難いという改題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、小型で低コストで、灰に残るダイオキシン類のレベルを下げることができ、熱エネルギーの損失を抑えることのできる簡易型焼却炉を提供することにある。
【００１０】
【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は、ごみなどの可燃物を投入し、燃やすことのできる鋼製の炉体と、この炉体から排ガスを導出する鋼製の煙突とからなる簡易型焼却炉において、炉体の底と壁が交わる隅に、直角三角形の断面の通気通路を設けるべく底と壁とに斜板を渡し、斜板に炉体中央へ空気を吹出すノズルを取付けて擂り鉢状燃焼室を形成し、煙突の入口に二次燃焼バーナを介在させるとともに、煙突の一部を炉体に少なくとも一周螺旋状に巻き付けたことを特徴とする。
【００１１】
炉体でごみなどの可燃物を一次燃焼させ、二次燃焼バーナで排ガスを高温処理することで、ダイオキシン類を無害化することができる。
【００１２】
可燃物の大部分が灰に代わったころから、炉底の擂り鉢状燃焼室では、ノズルからの豊富な空気供給により、残りの可燃物と灰とが撹拌、混合し、且つ可燃物が完全燃焼するため、灰が高温処理される。この結果、灰に残るダイオキシン類を無害化させることができる。
【００１３】
さらに、本発明の焼却炉は、屋内にストーブを兼ねて設置することができる。このときに、煙突の一部を炉体に螺旋状に巻き付けたので、この部分が放熱体となって、屋内暖房を促す。従って、高温排ガスを熱エネルギーとして有効に活用することができる。
【００１４】
炉体に巻き付ける煙突は、放熱体として機能させるには炉体１周分はほしい。しかし、巻き付け長さが過大になると、通気抵抗が増加し、煙突の引きが悪くなる。そこで、煙突の巻き付け長さは、炉体の１〜２周の範囲に設定することが望ましい。
【００１５】
請求項２では、煙突は、断熱材を付さない無断熱煙突であることを特徴とする。
無断熱煙突であれば、煙突の表面温度を高めることができ、より多量の熱エネルギーを屋内暖房に供することができる。加えて、無断熱煙突であるから、煙突の全体的な径が小さくなり、煙突の小型、軽量化が図れる。
【００１６】
請求項３では、炉体は、断熱材を付さない無断熱炉体であることを特徴とする。
無断熱炉体であれば、炉体の表面温度を高めることができ、より多量の熱エネルギーを屋内暖房に供することができる。加えて、無断熱炉体であるから、炉体の小型、軽量化が図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る簡易型焼却炉の正面図であり、簡易型焼却炉１０は、脚１１・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）、点火口兼灰掻出し口１２、縦リブ１３・・・、炉蓋１４及び炉蓋開閉機構１５を備えた鋼製の炉体１６と、入口に二次燃焼バーナ１７、出口に傘１８を備えた煙突１９と、この煙突１９の立上がり部２０の下部に上向きに挿入したエジェクター管２１と、このエジェクター管２１及び後述の通気通路へ空気を送る通気ブロア２２と、からなる。
【００１８】
図２は本発明に係る簡易型焼却炉の断面図であり、鋼製の炉体１６は、内張断熱材を備えない無断熱炉体であることを示す。断熱材を備えぬため、炉体１６の径や高さを小さくすることができる。
そして、炉体１６の底２５と壁２６が交わる隅に、直角三角形の断面の通気通路２７、２７を設けるべく底２５と壁２６、２６とに斜板２８、２８を渡し、斜板２８、２８に炉体中央へ空気を吹出すエアノズル２９・・・を取付けて擂り鉢状燃焼室３０を形成したことを示す。
【００１９】
この通気通路２７に空気管３１を介して通気ブロア２２を接続し、この通気ブロア２２で発生した加圧空気を通気通路２７、２７を経由してエアノズル２９・・・から炉体中央へ吹出させる。なお、空気管３１にはバタフライ弁３２を設け、このバタフライ弁３２の一次側（ブロア２２側）に分岐孔３３を設け、この分岐孔３３から分岐させた空気を図１のエジェクター管２１へ送る。
【００２０】
さらに、炉体１６の壁２６内面に縦長の導煙ダクト３５を付設し、この導煙ダクト３５の先を炉外に設けてある二次燃焼ボックス３６に連結する。導煙ダクト３５は上端に上部開口３７、下部に下部開口３８を備え、これらの開口３７、３８の一方若しくは両方から炉体１６内部の煙（排ガス）を導入し、炉外の二次燃焼ボックス３６へ導く。上部開口３７は焼却工程の前半、下部開口３８は同後半に主として作用させるように高さを変えて設けた。
【００２１】
図３は本発明に係る簡易型焼却炉の平面断面図であり、二次燃焼ボックス３６の４つの側面のうち、図右側面に導煙ダクト３５を接続し、図下方の面に二次燃焼バーナ１７を接続し、図上方の面から煙突１９を延ばしたことを示す。二次燃焼バーナ１７は、燃料タンク３９からの液体燃料を高圧化し霧化する電磁ポンプ４１と霧化させた燃料へ空気を供給する小型ブロア４２とを備えた火炎発生器である。
【００２２】
煙突１９は縦リブ１３・・・の外面に倣うように炉体１６に巻き付け、且つ外気取入れ口４３・・・を複数個備える。
煙突１９は二次燃焼バーナ１７の作用により高温になる。この様な煙突１９を直接的に炉体１６に取付けると、炉体１６に施した塗料が焼けることや、両者の熱膨張差の対策が難しくなる。また、詳しくは後述するが、本発明では煙突１９を放熱体にしたい。炉体１６に煙突１９を近づけると放熱作用が低下する。
これらの不具合を解消させるには、縦リブ１３・・・により、煙突１９を炉体１６から隔てることが有効である。
【００２３】
図４は本発明に係る簡易型焼却炉の煙突の説明図であり、二次燃焼ボックス３６から延ばした煙突１９は、少なくとも一周分だけ炉体１６に巻き付けた螺旋部４４と、フランジ４５と、立上がり部２０とからなることを示す。
【００２４】
図５は本発明で採用した炉蓋開閉機構の原理図であり、炉蓋開閉機構１５は、炉体１６側に取付けた受けブロック４６と、縦ピン４７を介して前記受けブロック４６に旋回可能に取付けた旋回ブロック４８と、この旋回ブロック４８の上端から水平に延ばした旋回アーム４９と、この旋回アーム４９に回転可能に載せた回転カム５１と、この回転カム５１に載せた非回転カム５２と、この非回転カム５２から下げた吊りロッド５３とからなり、この吊りロッド５３で炉蓋１４を吊上げさせる構造物である。５４は操作レバーであり、この操作レバー５４により、回転カム５１を回すこことができる。
【００２５】
図６（ａ）、（ｂ）は本発明の炉蓋開閉機構の作動説明図である。
（ａ）に示すとおり、操作レバー５４により、矢印▲１▼の通りに回転カム５１を１８０°回すと、上下のカム５１、５２の凸同士が向き合って、回転カム５１が非回転カム５２を押し上げ、結果、炉蓋１４が矢印▲２▼の通りに上昇する。次に、作業者は取っ手５５に手を掛けて、矢印▲３▼の通り炉蓋１４を旋回させて、想像線の位置まで移動させる。炉蓋１４は縦ピン４７を中心に簡単に旋回させることができる。
【００２６】
（ｂ）は炉蓋１４が全開状態にあることを示し、上面が完全に開放された炉体１６へごみ等の可燃物５７を投入することができる。
炉蓋１４の閉じ動作は以上の開動作の逆を実施すればよいので説明は省略する。
【００２７】
本発明の簡易型焼却炉の作用を次に説明する。
図７（ａ）、（ｂ）は本発明に係る簡易型焼却炉の作用説明図（その１）である。
（ａ）は、炉体１６に可燃物５７を投入し、炉蓋１４を閉じた状態を示す。通気ブロア２２を回し、バタフライ弁３２を絞り加減にする。すると、図１に示すエジェクター管２１に多目の空気が流れ、煙突１９の引き性能を高めることができる。そして、二次燃焼バーナ１７（（ｂ）参照）に着火する。これで、準備が整ったので、点火口兼灰掻出し口１２を通じて可燃物５７に着火する。
【００２８】
可燃物５７が燃えることで煙を主体とした排ガスが発生する。この排ガスは炉体１６内を上昇した後、煙突の引き作用により、炉蓋１４の下方で反転し、導煙ダクト３５を下降して、二次燃焼ボックス３６に至る。
【００２９】
（ｂ）において、二次燃焼ボックス３６で排ガスは二次燃焼バーナ１７の火炎に接触し、排ガスに含まれている未燃成分が燃えて、９００℃程度の高温ガスになる。これで、ダイオキシン類を無害化することができる。
この後、高温の排ガスは螺旋部４４を通り、外気取入れ口４３・・・を通じての外気導入により、徐々に低温になり、煙突１９から屋外へ放出される。
【００３０】
図８（ａ）、（ｂ）は本発明に係る簡易型焼却炉の作用説明図（その２）である。
（ａ）は本発明の簡易型焼却炉が暖房器具としてのストーブの役割を果たすことの説明図であり、炉体１６並びに煙突の螺旋部４４に断熱材を備えないときには、炉体１６の表面温度は２００〜４００℃、煙突の螺旋部４４の表面温度は４００〜６００℃になる。この様な高温の炉体の螺旋部４４からｑ・・・の熱が周囲に伝わり、螺旋部４４からＱ・・・の熱が周囲に伝わり、周囲の空気や物を温める。
【００３１】
火炎温度を上げることを目的とした、断熱材を備えた焼却炉では、断熱材の内面は高温であるが、外面は低温になるため、ストーブとしての役割は期待できない。この点、本発明の簡易型焼却炉１０はストーブとしての作用を発揮させることができ、二次燃焼バーナ１７（図７（ｂ）参照）で投入した燃料が熱エネルギーの形態で活用させることができることは言うまでもない。
【００３２】
（ｂ）は本発明における灰の高温化処理の説明図であり、炉体１６内部は二次燃焼ボックス３６（（ａ）参照）に比較して低温であるため、炉体１６で発生し、そこに留まっている灰５８には、ダイオキシン類が含まれている可能性は高い。
本発明では、可燃物５７の大部分が灰５８に代わったころから、炉底の擂り鉢状燃焼室３０では、エアノズル２９からの豊富な空気供給により、残りの可燃物５７と灰５８とが撹拌、混合し、且つ可燃物５７が完全燃焼するため、灰５８が高温処理される。この結果、灰に残るダイオキシン類を無害化させることができる。
【００３３】
上記の撹拌、混合を円滑に行わせるには、擂り鉢状燃焼室３０は、好適である。すなわち、図示する如く可燃物５７と灰５８はエアノズル２９・・・の作用で上昇し、後に落下する。落下した可燃物５７と灰５８は斜板２８、２８に沿って中央に集まり、再度、エアノズル２９・・・で吹き上げられる。従って、流動床の様に可燃物５７と灰５８を接触させることができ、灰５８・・・をむら無く高温処理することができる。
【００３４】
なお、本発明の簡易型焼却炉で処理することのできる可燃物は、家庭ゴミ、プラスチック類、合成ゴム、紙、木質廃材である。
【００３５】
また、請求項１では、炉体に薄く断熱材を付設することは差し支えない。同様に、煙突に局部的に断熱材を設けることは差し支えない。特に、二次燃焼ボックス及びその直後は高温になるため、耐火材を内張りすることで、熱的劣化を防止することは好ましいことである。
【００３６】
さらに、炉体は円筒の他、角筒であってもよく、立体的形状は任意に決定できる。
【００３７】
【実施例】
本発明の簡易型焼却炉の性能確認実験を実施したのでその内容を説明する。
○簡易型焼却炉の仕様
炉体の直径：６００ｍｍ
炉体の高さ：９００ｍｍ
炉体断熱材の有無：断熱材無し
煙突断熱材の有無：断熱材無し
【００３８】
○投入した可燃物：２８．３ｋｇ（内訳は以下の通り）
プラスチック類（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルの混合物）：１６．５ｋｇ
車のバンパー（同上）：３．０ｋｇ
ＡＢＳ樹脂：２．３ｋｇ
ＰＥＴボトル等の生活廃材：４．０ｋｇ
段ボール紙：２．５ｋｇ
【００３９】
○排ガス分析場所：煙突の立上がり部
○分析項目：ポリ塩化ジベンゾ−パラ−ジオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン及びコプラナ−ポリ塩化ビフェニル
○計量方法：ＪＩＳＫ０３１１（１９９９）高分解能ガスクロマトグラフ質量分析法
【００４０】
○排ガス測定結果と評価
排ガス中のダイオキシン類：０．５１ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３ _Ｎ
厚生省で定めた排出基準値：５．０ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３ _Ｎ
厚生省基準より大幅に排ガス中のダイオキシン類濃度が小さい。
【００４１】
○焼却灰測定結果と評価
焼却灰中のダイオキシン類：０．９８ｎｇ−ＴＥＱ／ｇ
厚生省で定めた排出基準値：３．０ｎｇ−ＴＥＱ／ｇ
厚生省基準より大幅に焼却灰中のダイオキシン類濃度が小さい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１によれば、炉体でごみなどの可燃物を一次燃焼させ、二次燃焼バーナで排ガスを高温処理することで、ダイオキシン類を無害化することができる。
【００４３】
そして、可燃物の大部分が灰に代わったころから、炉底の擂り鉢状燃焼室では、ノズルからの豊富な空気供給により、残りの可燃物と灰とが撹拌、混合し、且つ可燃物が完全燃焼するため、灰が高温処理される。この結果、灰に残るダイオキシン類を無害化させることができる。
【００４４】
さらに、請求項１の焼却炉は、屋内にストーブを兼ねて設置することができる。このときに、煙突の一部を炉体に螺旋状に巻き付けたので、この部分が放熱体となって、屋内暖房を促す。従って、高温排ガスを熱エネルギーとして有効に活用することができる。
【００４５】
請求項２では、煙突は、断熱材を付さない無断熱煙突であることを特徴とする。
無断熱煙突であれば、煙突の表面温度を高めることができ、より多量の熱エネルギーを屋内暖房に供することができる。加えて、無断熱煙突であるから、煙突の全体的な径が小さくなり、煙突の小型、軽量化が図れる。
【００４６】
請求項３では、炉体は、断熱材を付さない無断熱炉体であることを特徴とする。
無断熱炉体であれば、炉体の表面温度を高めることができ、より多量の熱エネルギーを屋内暖房に供することができる。加えて、無断熱炉体であるから、炉体の小型、軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る簡易型焼却炉の正面図
【図２】本発明に係る簡易型焼却炉の断面図
【図３】本発明に係る簡易型焼却炉の平面断面図
【図４】本発明に係る簡易型焼却炉の煙突の説明図
【図５】本発明で採用した炉蓋開閉機構の原理図
【図６】本発明の炉蓋開閉機構の作動説明図
【図７】本発明に係る簡易型焼却炉の作用説明図（その１）
【図８】本発明に係る簡易型焼却炉の作用説明図（その２）
【符号の説明】
１０…簡易型焼却炉、１３…縦リブ、１４…炉蓋、１６…炉体、１７…二次燃焼バーナ、１９…煙突、２０…煙突の立上がり部、２１…エジェクター管、２２…通気ブロア、２５…炉体の底、２６…炉体の壁、２７…直角三角形断面の通気通路、２８…斜板、２９…エアノズル、３０…擂り鉢状燃焼室、３５…導煙ダクト、３６…二次燃焼室、４４…煙突の螺旋部、５７…可燃物、５８…灰（焼却灰）。

Claims

ごみなどの可燃物を投入し、燃やすことのできる鋼製の炉体と、この炉体から排ガスを導出する鋼製の煙突とからなる簡易型焼却炉において、
前記炉体の底と壁が交わる隅に、直角三角形の断面の通気通路を設けるべく前記底と壁とに斜板を渡し、前記斜板に炉体中央へ空気を吹出すノズルを取付けて擂り鉢状燃焼室を形成し、
前記煙突の入口に二次燃焼バーナを介在させるとともに、煙突の一部を前記炉体に少なくとも一周螺旋状に巻き付けたことを特徴とする簡易型焼却炉。
前記煙突は、断熱材を付さない無断熱煙突であることを特徴とする請求項１記載の簡易型焼却炉。
前記炉体は、断熱材を付さない無断熱炉体であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の簡易型焼却炉。