JP4185289B2

JP4185289B2 - 産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法および混合液体

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Publication number: JP4185289B2
Application number: JP2002032822A
Authority: JP
Inventors: 申一関口; 和彦佐竹; 喜右衛門小出; 昭伊勢谷
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: WO2003067151A1; EP1482243A1; CN1311193C; CN1628226A; KR20040075369A; EP1482243A4; JP2003240220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法および混合液体に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、工場等の産業活動を行う場所からは、生成物の副産物として、廃液等が発生する。廃液は、主に廃棄物焼却設備等で焼却処分されるのが一般的であるが、その定義、処理方法、処理設備等を説明する。さらに、本発明により廃液を燃焼処分する際に利用する産業用燃焼設備やその構成、そこに使用されている様々な装置や技術等、あるいはダイオキシン類やその他公害成分に対する個々の対応についても以下に述べる。
〔廃液〕
まず、廃液とは、主に工場等の生産設備や医療・研究機関等の産業活動に伴い副生される副生物であって、その中に含まれる、熱エネルギー的価値を燃料に換算した場合の対価が燃料と同等以上の価値として販売出来ない物質であり、焼却、埋立て、排水処理等一般的に廃棄物処理を行う上で有効な手段で処分する事が最も合理的な処理方法である物質の内、特にその最終処理形態が液体であるものを示す。
【０００３】
そして、その廃液はさらに、無機系の酸・塩基・塩類等を含む無機系廃液と有機系酸・塩基・有機化合物等を含む有機系廃液に分類される。ここで、無機系廃液は、中和沈殿等の処理により比較的容易に浄化される為、環境に対して大きな障害とはなり難い。
しかしながら、有機系廃液の場合、濃度が低い場合には生物処理方法により浄化可能な場合もあるが、濃度が高い廃液や生物処理に適さない成分が入っている場合、処理が困難である。
【０００４】
有機系廃液は、さらに親水性水と任意に交じり合うと親油性油と任意に交じり合う及びエマルジョン性水と油が乳化状態になったものの３種類に大別され、親水性のものは特に廃水、親油性のものは廃油等とも呼ばれている。
次に、従来の廃液の処理方法について概略の説明を行う。工場における廃棄物は、主に産業廃棄物として、産業廃棄物処理業者に引き取られ、産業廃棄物業者が埋め立て、蒸発乾固、焼却炉による焼却等の方法により処分されている。又、一部施設にあっては自社において焼却炉を持ち焼却処分を行っている。
尚、廃液とは若干主旨が異なるが、植物等のセルロースや糖分等を原料とした粗製アルコール等も本技術の適用で、産業用燃焼設備の大幅な変更を伴わずに、安全に且つ合理的に熱資源として利用出来るので、本明細書中では同義として捉えて問題ない。
又、エマルジョン用水とは、通常は水道水、工業用水、地下水、河川水、雨水、等の様に通常のエマルジョン燃料用の水として用いられる水であり、その含有成分やｐＨ或いは酸化還元電位等によっては廃液と同様の問題を派生する為、本発明で同時にそれらの適用の諸問題が解決できると考える。
【０００５】
〔廃液焼却炉〕
廃液を処分する廃棄物焼却炉は、特に廃液焼却炉と呼ばれている。廃液焼却炉は、原則として、自燃性を持つ燃料を噴霧する主バーナーを持ち、この主バーナーが炉内の温度維持及び燃焼性を持つ廃液に関しては種火としての作用を兼ねる。
廃液は、この主バーナーによる燃焼が行われている炉内に、霧状に噴霧される。この時、燃焼性を持つものは、２次的な火炎を形成し、燃焼性を持たない廃液に関しては、水分が蒸発した後、酸化反応により有機物類が熱分解される。
近年のダイオキシン規制の強化に伴い、以前は単に廃液を蒸発させる程度の炉温維持を行う形式が多かったが、現在では炉温維持基準が強化され８００℃以上の燃焼炉温を維持する事が義務付けられている。
【０００６】
〔産業用燃焼設備〕
産業用燃焼設備とは、燃焼反応に伴う熱エネルギーを何らかの目的で産業用エネルギーとして利用する設備の総称である。主として、燃焼室の圧力及び連続燃焼か間欠燃焼かにより分類される。
【０００７】
[大気圧近傍の圧力の燃焼室を持つ産業用燃焼設備]
主に送風機と呼ばれる送風手段により、大気圧前後から０．０１ＭＰａ前後の炉内圧で燃焼を行わせる燃焼設備で、おもにその熱エネルギーを熱として利用する設備である。原則として全て連続燃焼の運転形態を持つ。
【０００８】
(ボイラ)
水、熱媒油等の熱媒を加熱し、製造プロセスで、その熱媒による間接加熱を用いるものである。蒸気ボイラ、温水ボイラ、熱媒ボイラ等がある。また、吸収式冷凍機等もこの分類に入る。
(工業用炉)
製品に直接熱エネルギーを与える事により、製品の加工を行うもので、前記熱媒による間接過熱では温度が低い場合に用いられる。焼成炉、溶解炉、乾燥炉、加熱炉等がある。
【０００９】
[大気圧の２倍以上の圧力の燃焼室を持つ産業用燃焼設備]
主にコンプレッサーやピストンと呼ばれる圧縮機により空気を圧縮し、大気圧の数倍以上の炉内圧で燃焼を行わせる燃焼設備で、おもにその熱エネルギーの内、その気体の持つ運動エネルギーを、機械的エネルギーに変換する事を目的とするものである。
【００１０】
(ガスタービン機関)
連続燃焼をする事が特徴で、タービンと呼ばれる風車を高圧排ガスの持つ運動エネルギーで回転させる事により、発電を行ったり、機械的エネルギーを利用する。一般にその排ガスを廃熱ボイラと呼ばれる熱媒を利用する設備で熱回収し、システム全体の熱効率を上げる事が多い。
【００１１】
(ディーゼル機関)
間欠燃焼をする事が特徴で、ピストンにより数ＭＰａまで加圧された高温の圧縮空気中に燃料を噴射する事により、自燃させその燃焼熱による気体の膨張エネルギーにより、ピストンを押し下げ、機械的エネルギーを得るものである。燃料から機械的エネルギーを生み出す変換効率は優れているが、シリンダーやピストンを冷却する必要がある為、システム全体の熱効率はガスタービン機関に劣る。
【００１２】
(直噴ガソリン機関)
間欠燃焼する事が特徴で、ディーゼルエンジンと同様に圧縮空気中に噴射するが、原則として噴射した燃料は自燃するのでは無く、点火プラグと呼ばれる火種により熱反応が生じるものである。
【００１３】
近年では、燃費改善や低ＮＯｘ対策の為に、燃料と空気との混合方法や、噴射タイミング、点火タイミングの調整により、拡散燃焼では無く、予混合燃焼に近い理論で燃焼させる傾向が強い。
【００１４】
[熱エネルギーの要求量に応じて燃焼負荷が変化する産業用燃焼設備]
蒸気ボイラにあっては、プロセスでの蒸気要求量に伴う蒸気圧変化、温水ボイラや熱媒ボイラにあっては、プロセスでの熱消費に応じた温水又は熱媒の温度変化により、燃焼量が変化又は自動的に停止する事を示し、熱エネルギーの利用形態が電力である場合には、プロセスで要求される電力に応じて燃焼量が変化又は停止する事を示す。
又、各種工業用炉にあっては、加熱対象となる製品や炉内雰囲気温度等に応じて燃焼量をコントロール若しくは停止させるものである。
【００１５】
(ボイラの構成例)
図２４は、小中容量の比例制御式ボイラの燃焼手段への液体燃料供給ライン回りの構成例である。又図２５は、大容量ボイラに多い複数のバーナーを持ったボイラ用の燃料供給ラインの構成例である。バーナーが１ヶであるか複数であるかの違いはあるが、燃料ポンプ２で加圧された燃料が、燃料流量調整弁４により流量コントロールされる事を特徴とし、そのコントロール信号は、ボイラの蒸気圧力信号であり、送風機４６の送風量のコントロールを行うダンパ４７の開度コントロールと連動している事が特徴である。
小中容量ボイラにあっては、燃料流量調整弁とダンパの開度コントロールは、カム機構等を通じて、機械式に連結されている場合が多いが、大容量ボイラにおいては、カスケード制御と呼ばれるＰＩＤ回路とそのアクチュエーターにより、電気的或いは空気圧等でコントロールされるのが普通である。
送風機のラインは、図２５では、図２４とも同様であるため省いてある。
【００１６】
(焼成炉の構成例)
図２６は、工業炉の内焼成炉の液体燃料供給ラインの構成例である。送風機による送風は、焼成対象物が上から投入され、焼成の終わったものが、下部より排出される為、焼成の終了した製品を冷却する為、下部送風口から供給される。
しかし、バーナー部にも火炎を形成させる為の送風が必要な為、分岐された送風ダクトが燃焼手段に配置される。各燃焼手段の燃料調整弁とダンパは、燃焼量に応じて最適送風量になる様制御されるが、ボイラと異なり燃焼手段と燃料調整弁及びダンパが一つの燃焼室に対して独立している事が特徴である。
工業用炉の特徴の一つは、燃焼をほぼ大気圧とほぼ同等か、若干マイナスとなる程度の比較的ゆったりとした燃焼室内で行わせ、火炎もしくは燃焼ガスを、直接製品の加熱や乾燥等の用途に用いる事。
もう一つは、燃焼量の制御対象が、蒸気圧の様に、燃焼量の全体量として把握出来る制御対象ではない事が多い為、図２６の様に火炎又は燃焼ガスにより加熱されている部分の温度コントロールを個別に行う必要がある事が多い点である。工業用炉といっても様々な種類があるが、原則として液体燃料を使用する燃焼手段を持ち、上記特性を備え、主に温度を制御対象として燃焼量のコントロールや、ＯＮ/ＯＦＦを行うものが、本発明の対象となる設備である。
【００１７】
(ガスタービンの構成例)
図２７は、液体燃焼手段を持つ、ガスタービン発電機の構成例である。ガスタービン機関ではコンプレッサー２１１により、空気を５〜１５倍程度に圧縮し、燃焼室１８へ圧縮空気を送ると共に、燃焼室周囲を冷却する。
コンプレッサーでの圧縮は、理論上は断熱圧縮である為、３００〜６００℃前後の温度を持った高圧空気となっている為、燃焼を行う為には非常に良好な条件となっている。
燃料ポンプ２により加圧された燃料は、燃料流量調整弁４を経由してバーナー９で噴霧され、先ほどの高圧高温空気下で燃焼する。燃焼と共に、燃焼室の圧力を維持しながら、温度上昇に伴い燃焼ガスの体積が膨張する為、このエネルギーをタービン２１２を回転させるエネルギーに変換する。
タービンの回転エネルギーは主軸に伝えられ、前述のコンプレッサーの駆動力を生み出すと共に、発電機２１３により電力に変換される。発電量に応じてトルクが変動すると、主軸の速度が変化しようとするので、前述の燃料流量調整弁の燃焼量をコントロールし、燃焼量を調整する事により回転数を調整し、電力調整を行う方法が一般的である。
【００１８】
(ディーゼルエンジンの構成例)
図２８は、ディーゼルエンジンの燃料系の構成例である。燃料ポンプ２により加圧された燃料は、噴射ポンプ２１８を経由して燃料圧力調整弁３で圧力コントロールされ、再び燃料ポンプに戻るという循環回路を形成している。
ディーゼルエンジンは、シリンダー２２０とピストン２２１の形成する空間容積の変化により、空気を圧縮し、その圧縮空気内に、クランクシャフト２２２の回転数に同期した燃料カム２１６により往復運動を与えられ、ポンプ作用を行う噴射ポンプ２１８の高圧燃料を、噴射弁２１９により、燃料を噴射する事により、燃焼エネルギーをクランクシャフトを通じて、運動エネルギーとして外部に出力する。
本構成例では、当該運動エネルギーを利用し、発電機２１３において電力を供給するシステムである。発電負荷が変化すると、トルクが変動する。同一燃焼量においては、その変化は回転数の変動となって現れる為、回転数を一定に保つ必要がある。
回転数を一定とするには、本図では省略しているが、ガバナーと呼ばれる調速装置があり、これがロッカーアーム２１７を通じて、コントロールラックを操作する。コントロールラックは、噴射ポンプ内のプランジャ軸と連動したコントロールピニオンを回転させる。噴射ポンプのプランジャには、リードと呼ばれる溝があり、このリードと噴射ポンプのシリンダーに開いた穴との相対位置により、燃料吐出量をコントロールし、トルク発生量と発電負荷をバランスさせるものである。
その他、移動用設備の様に、直接コントロールラックを操作し、回転速度を変更させる様な制御方法もあるが、本図に示した燃料系には差異は無い。
【００１９】
〔液体燃料〕
通常は、原油或いは原油から分離精製されたガソリン、灯油、軽油、重油等を示すが、天然ガスや石炭或いは生物由来の油脂や糖質から合成される各種液体燃料も本技術で使用できる。
【００２０】
〔燃焼手段〕
一般には、バーナーと呼ばれ液体燃焼を燃焼室に霧状に噴霧し、燃焼させる噴霧装置を示すが、それらの燃焼を維持する為のスワラー、バッフル、バーナーコーン等と呼ばれる保炎装置や空気の流れや旋回をコントロールし、火炎形状を調整するエアーレジスタ装置や２次、３次空気口等も燃焼手段の一部を構成する。
【００２１】
[バーナー]
(蒸気噴霧バーナー)
・内部混合式
図２９が内部混合式バーナーの概念図である。
・中間混合式
図１１が中間混合式バーナーの概念図である。
・外部混合式
図３０が外部混合式バーナーの概念図である。
尚、蒸気噴霧式バーナーにおいては、コンプレッサーにより加圧された高圧空気（蒸気圧力と同等の圧力を有する。）でも噴霧可能である。
【００２２】
(ロータリーバーナー)
図３１がロータリーバーナーの概念図である。
【００２３】
(戻り圧力噴霧式バーナー)
図３２が戻り圧力噴霧式バーナーの概念図である。ボイラ等でも使用される他、ガスタービン等もこの形式を採用する場合がある。
【００２４】
(圧力噴霧式バーナー)
燃料油の圧力によりバーナーノズル先端部に渦流を生じさせ、油膜を形成させながら、噴霧させる事により、微細な噴霧粒子を持つ中空パターンの噴霧形態となる形式のバーナーである。圧力を低下させると、噴霧粒子径や噴霧パターンが大幅に変化する為、燃焼量を変えるには、原則として燃焼するバーナー本数を変更する必要がある。
【００２５】
(低圧噴霧バーナー)
送風機により得られる程度の低圧の空気圧により噴霧を行う事の出来るバーナーで、各種工業用炉等に採用例が多い。
【００２６】
(燃料噴射弁)
基本的にディーゼルエンジン用であるが、ガスタービン等の場合に、燃焼本数を可変する事により燃焼量制御を行う場合において、高温の熱により燃料がカーボン化しない様、或いは高圧のガスが燃料系に戻らない様にする為、ディーゼルエンジン用噴射弁の様な構造により、ノズル噴口と燃料系を遮断する構造を持つので、両者とも燃料噴射弁と呼称する。
【００２７】
基本的には、燃料油圧の上昇に伴い、噴口が開く弁構造を持った噴霧ノズルで、ディーゼルエンジンの場合には、多噴口ノズル形式を持つものが多いが、ガスタービンでは基本構成は圧力噴霧式バーナーと同様である。
電子制御化された燃料噴射系においては、燃料噴射弁自体にソレノイド構造を持ち、ソレノイドの信号のＯＮ・ＯＦＦにより弁の開閉を行い、開閉タイミングや噴射本数の制御を行うものもある。
【００２８】
[保炎装置]
バッフルプレート、バーナーコーン等形状に合わせて色々な呼称があるが、基本的には、バーナー噴霧帯付近に負圧域を設け、燃焼した火炎の一部が戻る事を利用し、安定した火炎帯を形成する為に必要となる。
【００２９】
[空気混合装置]
主にエアレジスタとよばれ、燃料油滴と空気の混合を促進させると共に、火炎形状を整え燃焼室とのマッチングの良い火炎形成を行うものである。
前記バーナー中、蒸気噴霧式・戻り圧力噴霧式・圧力噴霧式バーナー等で使用され、燃焼量に合わせて、旋回翼の角度を変えたり、一次空気と二次空気の比率を変えたり出来る様な構造のものと、固定式のものとがある。
【００３０】
[ターンダウン比]
ターンダウン比とは、比例制御式燃焼設備の、燃焼可能な最低燃焼量と最大燃焼量の比の事である。最も少ないのは圧力噴霧式バーナーで、１：２程度が限界である。最も大きいのは蒸気噴霧バーナーで、バーナー自体としては１：１０程度迄粒子径の増大を招く事が少なく燃焼可能である。
しかし、保炎装置や空気混合装置等の性能もあり、実際の設備におけるターンダウン比は設備毎に異なる場合が多い。
【００３１】
〔燃料・液体移送手段〕
本発明で使用される燃料や廃液は、液体移送手段と呼ばれる方法で移送される。
【００３２】
[落差]
液体の質量を利用するものである。
【００３３】
[容積式ポンプ]
動力を使用して閉じた空間容積の圧縮伸展を行い、流体の吸引及び吐出を行うものである。
【００３４】
(ギヤー式ポンプ)
回転式ポンプであり、ギヤーから構成される閉じた空間を利用するものである。
【００３５】
(ベーン式ポンプ)
回転式ポンプであり、ベーンと呼ばれる可動板と偏芯した円筒内に形成される閉じた空間を利用するものである。
【００３６】
(ルーツ式ポンプ)
回転式ポンプであり、繭玉形状のルーツと呼ばれる２組の要素で形成される閉じた空間を利用するものである。
【００３７】
(プランジャ式ポンプ)
往復動ポンプであり、ピストンとシリンダーで形成される閉じた空間を利用するものである。
【００３８】
(ダイヤフラム式ポンプ)
往復動ポンプであり、ゴムや薄い金属板の弾性変形により形成される閉じた空間を利用するものである。
【００３９】
(ネジ式ポンプ)
ネジ形状を持つローターとそれに対応したステーター、形式によりアイドラーと呼ばれる副ネジ部により形成される閉じた空間を利用するものである。
【００４０】
[非容積式ポンプ]
遠心力や、翼に発生する推力、あるいは流体の摩擦力などを利用した移送手段で、その他水の電磁力を応用しても原理的にはポンプを構成できる。
【００４１】
(遠心式ポンプ)
液体に加わる遠心力を利用するものであり、単段及び多段のタービンポンプ等がある。
【００４２】
(軸流ポンプ)
プロペラに加わる推力を利用するものであり、単段軸流ポンプ、多段軸流ポンプ等がある。
【００４３】
(摩擦ポンプ)
液体の摩擦力を利用し、流速を発生させる事を利用するポンプで、急激に方向を変えた時に生じる衝撃力も利用し、単段でより高圧の吐出圧を持つものもある。カスケードポンプ、ウエスコポンプ等。
【００４４】
〔流量制御手段〕
本発明においては、流体の流量を制御する為に用いる手段である。
【００４５】
[流量制御弁]
弁のＣＶ値と呼ばれる係数値を許容設定範囲内で任意に変更する事により、所定の流量を通過させる事を特徴とする弁である。一般的には、グローブ方式と呼ばれる弁が多いが、ボール弁の様な形状を持ったものもある。
この方式は、粘度が低い流体に有効であるが、一般的には流量検知手段や圧力検出手段により、フィードバック制御を行わないと、精密なコントロールが出来ない。
【００４６】
[ポンプの回転数制御]
前記容積式ポンプの回転数を変更する事により、液体の移送を行いながら、流量制御も同時に行える制御方法である。往復動ポンプであっても、カム等により回転を往復運動に変換出来るポンプは、本制御方法を利用できる。
【００４７】
この方式は、比較的粘度が高く、潤滑性の高い液体に有利である。内部リークの少ない形式のポンプを選定すれば、オープンループ（圧力や流量によるフィードバックの無い制御）でも十分な精度を示す。
尚、精度は落ちるが、非容積式ポンプでも、回転数制御において流量コントロールは可能である。しかし、圧力変動が少ない用途に限定され、精密な制御にはフィードバック制御を必要とする。
【００４８】
[パルスポンプによるパルス数制御]
前記容積式ポンプの内、主に往復動ポンプに利用され、電磁力の入り切りにより発生する往復動エネルギーをポンプの駆動力とする事により、電磁力の入り切りを制御するパルス列を送る事により、液体の移送と流量制御を同時に実施出来る制御である。
一般に脈動を発生する為、注入量が燃料量に対して少ない場合や、注入点が燃料流量調整弁の一次側で、脈動がバーナーへ影響しない場合に限り使用すべきである。
【００４９】
〔流量検知手段〕
一般には、流量計と呼ばれるセンサーを示す事が多く次の様な種類の流量計が知られているが、その他液体の流れている量が定量的に把握出来るものであれば、流量検知手段として利用できる。
【００５０】
[体積式流量計]
オーバルギヤー、ロータリーピストン、ルーツ等の閉空間の圧縮伸展を利用して、流体の通過量を正確に計測するものである。
【００５１】
[差圧式流量計]
オリフィスを通過する時の流体抵抗により発生する差圧を計測し、流量計測を行うものである。
【００５２】
[渦式流量計]
三角柱の下流側に発生するカルマン渦の周波数を計測する事により、流量計測を行うものである。
【００５３】
[電磁流量計]
水の様に、電導性を持つ流体が磁束を通過する時に発生する起電力を計測し、流量計測を行うものである。
【００５４】
[質量流量計]
コリオリ力を利用し、センサーを通過する質量流量を計測する事により、流量計測を行うものである。
【００５５】
[タービン流量計]
水車やプロペラの原理を利用し、水流に応じて変化する回転数から、流量計測を行うものである。
【００５６】
〔比例演算手段〕
比例演算手段とは、入力量（ＰＶ）に対して予め定められた比率＝設定値（ＳＶ）に対する出力量（ＭＶ）が決められている制御系において、ＰＶの変化に応じてＭＶを設定されたＳＶに応じて変化させる為の演算を行うものであり、ＰＩＤ演算法は古く知られているおり、一般的である。
【００５７】
[ＰＩＤ演算器]
ＰＩＤ演算の原理は、ＰＶ＝ＳＶの場合にはＭＶ＝５０％の出力となり、Ｐと呼ばれる比例帯の上限において、正比例の場合にはＭＶ＝１００％、逆比例の場合にはＭＶ＝０％となり、下限においては、その逆となるＰ制御を原則としている。
しかし、このＰ制御のみでは、オフセットと呼ばれる誤差、即ちＭＶ＝５０％以外の範囲においては、ＰＶとＳＶが一致しない現象が解消できない。そこで、Ｉと呼ばれる積分演算が必要となるのである。積分演算は、ＰＶ＜＞ＳＶの条件下において、その偏差と偏差が続いた時間を積分し、その大きさ（積分値）をＭＶに反映させる事により、ＭＶが５０％以外の出力値を取る場合においても、ＰＶ＝ＳＶを実現するものである。
【００５８】
ところが、積分演算は、安定した制御系においては、優れた演算法であるが、急激な変動のある制御系や素早い応答性が要求される用途においては限界がある為、Ｄと呼ばれる微分演算が併用される場合が多い。
微分演算とは、ＰＶの一定時間における変化率をＭＶに反映させるもので、例えば、逆比例の代表的な加熱制御において考えると、急激な温度上昇が検知された場合には、その温度上昇が抑制される方向、即ちＭＶを減少させる方向に演算を行うものである。
尚、制御遅れと呼ばれるＭＶの値変化がＰＶの変化となって現れる時間差が少ない制御系においては、（例：高速応答可能な圧力センサーの値がＰＶで流量制御弁の出力値がＭＶで、設定圧力がＳＶで構成される圧力調整制御）Ｐの幅を非常に少なくする事により、ＩとＤの演算を行う事無く、実質上は偏差が判らない安定した制御が可能である。
【００５９】
又、応答遅れの非常に大きい制御系、自然冷却作用のある大型水槽の加熱制御等は、Ｉ制御のみで問題無い。一般的にはＰＩ制御で十分な制御系が多く、制御遅れが若干あるが、出力変化の大きさに対するバッファ量が少ない制御系において、ＰＩＤ制御を採用する。尚、Ｄ制御のみでは比例制御は出来ない。
しかし、現在の制御機器においては、Ｐ演算のみやＩ演算のみとしても製品コスト面では全く変わりが無い為、仮にＰ演算しか行わない（設定によって）場合であっても、通称としてＰＩＤ演算器という言い方をするのが普通である。
【００６０】
[カスケード制御]
前述のＰＩＤ演算において、ＳＶの値が上位に位置するＰＩＤ演算器のＭＶ値である場合、この制御をカスケード制御という。例えば、ボイラの圧力制御機構を考えると、蒸気圧力を検出して（ＰＶ）予め設定された圧力（ＳＶ）にする為の出力（ＭＶ）を構成するＰＩＤ演算器が必要となる。
ところが、ボイラの燃料流量制御弁は、ＭＶの大きさにより比例的に流量が増加するとは限らないので、圧力制御器のＭＶをＳＶとし、流量計の信号をＰＶとし、燃料流量制御弁の出力をＭＶとするもうひとつのＰＩＤ演算器が必要となる。
即ちこの二つのＰＩＤ演算器の組み合わせで制御する制御系をカスケード制御といい、これは主ＰＩＤ演算から複数の副ＰＩＤ演算器にＭＶが配分される場合もあるし、その副ＰＩＤ演算器からさらにその下位のＰＩＤ演算器にＭＶが配分される場合もある。
【００６１】
(フィードバックループ制御・クローズドループ制御)
通常、カスケード制御の副ＰＩＤ演算器の制御方法において使われる言葉で、上位からのＳＶ値に対してＰＶ値を確認してＭＶ値を補正する制御を行うものである。
【００６２】
(オープンループ制御)
前述の流量制御において、もし流量制御弁の開度と実際に流れる流量が一致するのであれば、敢えて流量計からの信号を用いる必要は無い。しかし、一致の仕方が例えば、対数的に一致するとか、指数的に一致する等の場合には、上位からのＳＶをＭＶに直す演算は必要である。この様に、自分ではＰＶの値を確認せずに、上位からのＳＶをＭＶに変換する事によりカスケード制御を行う制御系をオープンループ制御という。
特に、センサー類において、故障し易いセンサーである酸素濃度計を、ダンパの開度補正等に使用する時、センサーが正常であればフィードバック制御によって、最適な酸素濃度制御を行うが、異常である場合には、ＳＶに応じてプリセットされた値にダンパ開度の設定を行う等、実用面で重要な制御方法である。
【００６３】
(多要素演算制御)
ＰＩＤ演算制御において、２ヶ以上の外部信号の状態（ＰＶ）において、ＭＶの演算を行う制御を多要素演算制御という。例えば、ヒーターによる加温制御において、流量やヒーター入口温度が変化する様な制御系の場合、基本的にはヒーター出口温度（ＰＶ）と設定温度（ＳＶ）において、ＰＩＤ演算を行うのであるが、その際に例えば流量が減少した場合には、ＭＶのゲインを減少する。入口温度が低下した場合には、バイアスを上昇させる等の補助動作を加える事により、制御系の安定を促進させるものである。
【００６４】
[ファジー演算器]
前記のＰＩＤ演算制御においては、ＰＶの変化に基づいて正確な演算を行い、ＭＶを決定していた。これらが、予め数式で表せる様な単純な制御系である場合には、極めて安定的な動作となるが、実際の制御系においては様々な外乱条件により、計算どおりに制御が出来ない場合が多い。
特に、Ｄ演算が必要な高速な制御系が求められる場合においては、実際にはＤ演算が役に立たない。Ｄの最適値が求め難い。状態によってＤの値を変えたい。状態によって積分の積分値をゼロにしたい等の状況になる場合がある。しかし、これらは、明確な数式としては表現できないが、どの様な時に役に立たないのか、どの様な状態の時にＤの値をいくつにしたいのか。どの様な状態になったら積分値をゼロにしたいのか。等の状態はあきらかである場合が多い。
従って、この様な条件判断に応じて、制御系のパラメーターを変化させる事により、厳密な演算を行うより、応答性の良好な制御を行う事を目的とした制御法がファジー制御であり、その制御を行うものがファジー演算器である。
しかし、ファジー演算器は、一般にどの様な条件の時という解析が、設計者の意図により様々に変化する場合が多く、汎用的に使用できる製品は少なく、マイコン回路やシーケンサー等のプログラムとして実現される事が多い。
【００６５】
〔低ＮＯｘ手段〕
ＮＯｘは、窒素酸化物の通称であり、ＮＯ及びＮＯ₂を総称してＮＯｘという。ＮＯｘは、大気中に拡散すると、呼吸器系障害を起こすと言われており、出来るだけ少ない排出量に抑制する事が社会的義務である。
【００６６】
[発生原因]
・サーマルＮＯｘ
ＮＯｘの発生原因としては、燃焼に伴う燃焼熱による空気中の窒素の酸化である。これは、主にサーマルＮＯｘと呼ばれ、燃焼温度が高温に成る程又希薄燃焼を除き排ガス中の酸素濃度が高く成る程発生しやすい。
・フューエルＮＯｘ
重油中には１００〜３０００ｐｐｍ前後の窒素分がピリジン若しくはその誘導体として含まれている。ピリジンはベンゼンの炭素１ヶが窒素に置き換わったもので、燃料の脱硫工程でも除去が困難であり重油、特にＣ重油等の残渣油に残留しやすい。
燃料中に含まれる窒素成分は、燃焼により一部は還元反応によりＮ₂に戻り無害化されるが、一部はＮＯ若しくはＮＯ₂に酸化されＮＯｘとなる。これを一般にフューエルＮＯｘという。
・廃液ＮＯｘ
従来の燃焼技術においては、上記２点のＮＯｘが問題となったが、廃液を燃焼設備で焼却処分するときには、廃液中に含まれるアミン類等の窒素分が問題となる。
【００６７】
[抑制技術について]
抑制技術に関しては、発生の抑制と、排ガスからの脱硝の２つの方法がある。ＮＯｘはＮ₂になれば全く無害になる為、原則としては発生の抑制技術が再優先であると考えられる。出来るだけ発生を抑制し、それでも基準を超える場合に限り脱硝設備を検討すべきである。
【００６８】
[発生の抑制技術]
(低ＮＯｘバーナー)
・多段空気吹き込みバーナー
噴霧直後の空気比を抑制し、急激な火炎温度の上昇を抑制すると共に、還元炎を形成し、燃料中のＮ分が酸化されるのを抑制する燃焼方法で、発煙が発生しない様、二次・三次等の空気供給を行う方法。
内燃機関にあっては、副燃焼室を持つ構造も原理は似ている。
【００６９】
図３３は、三段燃焼式の燃焼機構の概念図である。送風機４６で送られた空気は、主ダンパ２３３及び補助ダンパ２３４でコントロールされ、夫々二次風箱及び三次風箱に導入される。二次風箱と一次風箱の間には、オリフィスが設けられており、二次空気圧の上昇と共に一次空気圧も上昇する機構となっている。
【００７０】
バーナー９で噴霧が行われ燃焼している状態で、まず一時空気がスワラー２３６で旋回を与えられ保炎帯をバーナー噴霧直後に形成し、火炎を安定化させる。しかし、一次空気のみでは、酸素量が不足する為、緩慢な燃焼となり水冷壁に当たりそうな火炎となる。ところが、二次風箱より水冷壁上を新鮮な空気が流れる為、水冷壁に火炎があたる寸前で、燃焼性が改善され燃焼室後部へ火炎が流される。
【００７１】
この段階でもかなりの低ＮＯｘ化が期待できるが、その二次空気量も完全燃焼する為には不足する程度に抑制すると二次燃焼領域でも燃焼が活発にならず、三次空気の吹込みにより、残る可燃成分が燃える事が出来、燃焼室全体として高温部を作らず、緩慢な燃焼を維持したまま燃焼を完結できる。
【００７２】
優れた低ＮＯｘ方法であるが、風箱や空気の噴出し口等を専用設計する必要があり、三次燃焼の場合には、ボイラ設計も一部変更と成る為、新設ボイラへの適用が普通である。
【００７３】
・分割火炎バーナー
蒸気噴霧バーナーに見られる形態で、ノズルパターンを疎にする事により、火炎同士の干渉をなくし、火炎の冷却を促進する事により低ＮＯｘ化を図るものである。
図３４は、分割火炎バーナーの正面からの火炎パターンの概念図である。これは、エアーレジスタ等の調整（旋回流を少なくする）は必要であるが、水管式ボイラの角型燃焼室の特性を捉え、低ＮＯｘ化を計るもので、既設の水管式ボイラにも適用できる簡便な低ＮＯｘ方法である。右が標準の火炎パターンである。燃焼パターン状、低燃焼域が不安定になりやすいのが弱点である。
【００７４】
・自己排ガス再循環バーナー
この方式は、燃焼室内の排ガスの一部を火炎の一次側に戻す事により、燃焼用空気の酸素濃度を低下させ、低ＮＯｘ化を図るものである。
図３５は、自己排ガス再循環バーナーの燃焼機構の概念図である。一次風箱２３６及びバーナー９は、燃焼室１８の奥までに先端部が突出しており、火炎と共に燃焼用空気を中心部に強く吹き出す。一次空気の噴出し口付近が高流速により負圧となり、周囲の空気を巻き込もうとする。すると矢印で示した様な、巻き戻りのガス流が生まれ、ある程度水冷壁で吸熱され温度の低下した排ガスが、一次風箱が吹き出す空気に巻き込まれ、バーナーへの供給空気となり、排ガス再循環作用を行う。
【００７５】
・濃淡燃焼バーナー
パイロット火炎の火炎帯以降に、希薄火炎の火炎帯を形成させる等の手段により、理論空気比付近での燃焼を回避し、火炎の最高温度を抑制する事により、低ＮＯｘ化を図るものである。
場合によっては希薄燃焼バーナーとも呼ばれるが、予混合炎としては通常の着火法では燃焼出来ない様な薄い混合比率にしないと、ＮＯｘ低減効果が十分で無い為、着火に適した燃料濃度の濃い領域を作るのが普通で、発明者は濃淡燃焼バーナーと解釈している。
【００７６】
図３６は、ガスタービンにおける濃淡燃焼機構の概念図である。主バーナー２６２から噴霧された燃料は、スワラー２３５による保炎帯により安定した火炎形成をしている。補助バーナー２６３から噴霧された燃料は、主火炎による保炎により温度の上昇しやすい保炎帯を持たず希薄燃焼が可能となり、ＮＯｘの上昇を防止すると共に、主火炎が燃焼する酸素濃度を低下させる事により、主火炎のＮＯｘの上昇を抑える事が出来る。
【００７７】
燃料は、主バーナー用主燃料ライン２６０と、補助バーナー用補助燃料ライン２６１に夫々独立して制御され、燃焼負荷に応じて、主火炎と補助火炎の燃料比率を調整する事により、低ＮＯｘ化を計りながら、火炎安定性を維持する。
尚、ガスタービンにおいては、前記多段空気吹き込みの様に３〜４段に別けて燃焼室に空気を供給するが、これはガスタービンがボイラと比較して極めて過剰空気比の高い燃焼を行う為、一段で全ての空気をバーナーに送り込むと、火炎の過冷却により燃焼が安定しない為である。
原則として、一次空気（バーナー手前からの空気）でほぼ完全燃焼可能な空気が送り込まれるため、多段燃焼の理論により低ＮＯｘを行うものでは無い。一次燃焼帯を過ぎたところで供給される二次空気は、より早い完全燃焼を促進させると共にある程度の希釈を行い、希釈領域、冷却領域と空気量が増やされ、冷却領域を出てタービンに導かれる時の排ガス中の酸素濃度は約１６％である。
【００７８】
(水噴射)
火炎帯に水を噴射する事により、水の蒸発潜熱と、水蒸気の顕熱により火炎の最高温度を抑制する技術である。
注入方法によっては、ＨＣやＣＯの増大を招き易い。
【００７９】
図３７は、濃淡燃焼の他水噴射を行っている概念図である。燃焼室１８の二次空気入口前後に配置された、水噴射ノズル２６７により、ＮＯｘ値或いは燃焼量に比例した純水が二次燃焼帯に噴霧される。一般にガスタービン燃焼器においては、燃焼性を維持する為、本図の様に二次燃焼帯に噴霧される例が多い。
因みに、ガスタービンにおける一次燃焼帯と二次燃焼帯への水噴射の効果は、一次燃焼帯への噴霧が注水１％に付き約１％、二次燃焼帯で注水１％に付き約０．５％のＮＯｘ低減効果であるといわれている。もちろん、二次燃焼域といっても燃焼量や噴霧形状等のファクターにより差異はあるが、効果の高い一次燃焼領域に対して、水噴射が困難な理由は、火炎に均等に作用させる様に水を分散する事が困難な為で、不均一に噴霧されると、十分に火力の強くなっていない火炎の一部が消火され、ＨＣやＣＯが上昇する原因となる為である。
【００８０】
(蒸気噴射)
火炎帯に水蒸気を噴霧する事により、水蒸気による空気の希釈効果と水蒸気の顕熱により火炎の最高温度を抑制する技術。ガスタービンの場合には、噴射された水蒸気も、タービン出力に寄与する為、効率の低下が少ない。
水噴射ノズルが蒸気噴射ノズルとなれば、蒸気噴射方式による低ＮＯｘ手段となる。蒸気噴射の方が、一次火炎帯に対して均一に作用させやすいが、気体である為、量を増加させると燃焼用空気が遮断される他、蒸気ノズルの物理的な寸法がガスタービンの一次燃焼域に配置し難い等の理由により、二次燃焼域に作用させる例が多い。
尚、コンバインドサイクル等により、ダービン出力を増加する為に行う蒸気噴射は、低ＮＯｘ効果が殆ど期待出来ない希釈空気領域以降への噴射であり、低ＮＯｘ手段とは異なる。
【００８１】
(排ガス再循環)
排気ガスの一部を燃焼用空気と混合し、燃焼させる事により、最高火炎温度を抑制すると共に、空気流速が上がる為、燃焼性はあまり悪化させない技術。
図３７は、排ガス再循環式燃焼設備の構成の概念図である。この燃焼設備は、特に低ＮＯｘ化を計っていない標準燃焼設備を想定している。燃焼用空気は送風機４６により主ダンパ２３３で流量制御され、一次風箱２３６へ導かれ、バーナー９の燃焼用空気として燃焼室１８へ供給される。補助ダンパ２３４は、送風機の入口圧力を低くする事により、煙突（煙道）からの排ガスを再循環ダクト２４０を経由して送風機へ吸い込ませる。この為、燃焼用空気の一部に排ガスが再循環し、燃焼用空気の酸素濃度を低下させ、燃焼を緩慢にする効果が期待出来る。
【００８２】
燃焼用空気中の酸素濃度が低いので、通常ではＮＯｘが上昇してしまう程度に保炎帯を強化し、且つ短炎燃焼が出来る様な空気流と組み合わせる事ができるので、通常酸素濃度炎と長さの変わらない燃焼で低ＮＯｘ化が実現出来る。
しかし、排ガスが一次風箱に戻る為、燃料中に硫黄分を含む場合や、排ガス温度が結露を生じる程低温の場合には、燃焼制御装置の故障原因となる為使用出来ないし、発煙等の異常燃焼を行うと、燃焼室に堆積した煤や未燃ガス等により、火災等を起こす場合もあり注意が必要である。
【００８３】
(水エマルジョン燃焼)
本発明のベースとなる技術である。燃料中に水を分散させたエマルジョン燃料を噴霧する事により、燃料油滴の微粒かを行いながら、水噴射と同様の火炎の吸熱作用による火炎温度の抑制効果によりＮＯｘを低減する。
残留炭素分の少ない燃料に対しては、ＮＯｘの低減が期待出来るが、残留炭素分の多い燃料の場合には、燃焼促進作用と拮抗し、ボイラの様にサーマルＮＯｘが低い値を示す燃焼設備においては、ＮＯｘ値が変化しない場合がある。
燃焼促進作用もあるため、ＨＣやＣＯの増加は無く、煤塵は大幅に低減する。
【００８４】
(インライン比例式混油装置)
ボイラの様に、ＮＯｘ規制値が低い燃焼設備の場合には、Ｃ重油の様に燃料中に窒素分を含む燃料を使用すると、フューエルＮＯｘの上昇により規制値をオーバーするリスクがある。この様な場合にＡ重油等の窒素分が少ない燃料を、Ｃ重油中に比例的に注入する事によりＮＯｘを低減する方法である。
【００８５】
[排ガス脱硝技術]
(湿式脱硝)
排ガス中のＮＯをオゾンや紫外線等で酸化させＮＯ₂にしてから、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物か炭酸塩溶液に吸収させ除去する方法であるが、硝酸塩の分離と後処理が課題である。
【００８６】
(乾式脱硝)
一酸化炭素、炭化水素ガス等による還元触媒法、アンモニア触媒還元法の他、１０００℃付近の高温排ガスにアンモニアを作用させる直接還元法等がある。
還元触媒法は、ガソリンエンジンの様に排ガス酸素濃度がゼロになる様な用途で無いと使用できず、燃費も悪くなるので、発生の抑制技術が肝要である。
又、アンモニア触媒還元法は、尿素等を使用する事も出来、酸素を多量に含む排ガスにあっても、選択的にＮＯｘを還元出来る優れた性能を持つが、触媒の劣化により未反応のアンモニアが大気中に拡散されたり、アンモニアのコストの問題、触媒劣化による更新コスト等課題が多い。
直接還元法は、燃焼量が一定の特殊な燃焼設備にのみ用いられる方法で、一般的では無く、未反応のアンモニアが大気拡散する懸念もある為課題が多い。
【００８７】
〔空燃比制御〕
[空気比・空気過剰率]
燃料と燃焼用空気量との比を空気比或いは空気過剰率といい、排ガス酸素濃度がゼロの時の空燃比は１であり、この状態を理論空気量という。実際の燃焼においては、排ガス酸素濃度がゼロで運用する事は少なく、排ガス中の酸素濃度を、各々の燃焼設備に最適な濃度で管理する事が普通である。空気中には酸素が２１％含まれている為、排ガス酸素濃度から次の様にして空気比が求められる。
空気比＝２１／（２１−排ガス酸素濃度）
【００８８】
[空燃比制御]
主に、ボイラや工業用炉等で行われる制御であり、前記空気比を理想的状態の燃焼火炎と排ガス組成にする為に適した値にコントロールする制御方法である。一般に燃料が燃焼する時に必要な空気量は一定である為、燃料流量に応じて空気量のコントロールを行う事により、空気比をほぼ目標とする値にコントロールできる。
しかし、目標とする空気比が１に近い場合には、僅かな空燃比の誤差で発煙が発生する為、本発明においては高精度の空燃比制御装置組み合わせる事が望ましい。
(メカニカルリンク式)
最も古くから使用されている方法であり、燃料流量調整弁とダンパとを機械的に結び、制御対象の情報により動作するコントロールモーターの開度に従って、燃料流量制御と空気流量制御を行うものである。
一般に、燃料流量調整弁の開度特性とダンパの開度特性は一致しない事、各燃焼帯に応じて目的とする空燃比が異なる事などの事象から、前記機械的リンクの途中に可変カムを設け、燃料流量調整弁に対するダンパ開度を微調整出来る様になっている。
【００８９】
(電子制御式)
前記比例演算手段で説明したＰＩＤ演算器等を用い、前記メカニカルリンク式と同様な制御を行うもので、一般に蒸気圧力ＰＩＤコントロールを主制御とし、燃料流量調整弁開度調整器とダンパ開度調整器の２つの副ＰＩＤ演算器に流量調整弁とダンパの開度コントロールを実施させるものである。燃料調整弁に開度と流量に対して直線性がある場合、通常はオープンループ制御となる事が多いが、燃料流量計からの信号によりクローズドループ制御を行う場合もある。
ダンパは、燃料流量に対して各負荷毎に定められた適正な空気比となる様、折れ線近似法による曲線近似曲線に従って、開度コントロールされる。風量センサー等により、その値に従ってクローズドループを形成する場合もある。
【００９０】
(多段制御式)
多段式空燃比制御は[特願昭６１−１７６８７５燃焼設備における燃焼制御設備]によるもので、構成は、前記電子制御式に近く、蒸気圧力ＰＩＤコントロールを主制御とする部分は、変わらないが、副ＰＩＤ演算器に送られる信号がアナログ情報では無く、有限個のステージ（踊り場）という多段ステップ信号になっている空燃比制御方法である。
この方法によれば、前記電子制御式における折れ線近似法を用いず、各ステージ毎に燃料流量やダンパ開度、その他、噴燃ポンプのＶＶＶＦ制御や送風機のＶＶＶＦ制御等燃焼に必要な各種副ＰＩＤが行う設定を決定すれば、複雑なダンパコントロール系や燃料噴霧系をもったあらゆる燃焼手段を柔軟に、しかも正確にコントロール出来るという方法である。
燃焼も、この多段ステップ信号通りに行われるので、制御対象がボイラの様にバッファを持ったもので無いと、制御対象負荷と燃焼負荷のアンバランスが解消出来ないので、負荷が直接発電を起こすガスタービンやディーゼル機関等には適用出来ないが、元々これらの設備は、空燃比制御という概念が無いので、問題無い。
【００９１】
(Ｏ₂フィードバック式)
前記の各空燃比制御において、各燃焼負荷毎に酸素濃度の設定を行い、ダンパ開度制御或いは送風機にＶＶＶＦ制御を行っている場合にはその回転数制御を行う事により、目標とする酸素濃度となる様に制御する酸素濃度計信号によるフィードバック制御である。
Ｏ₂計は、燃焼が行われた後、排ガスが燃焼室を出て接触伝熱面を通過後に計測される場合が多く、燃焼状態の反映が２〜１０秒程度と極めて遅い応答性を示す。しかも通常の計測と異なり反応が遅いという事では無く、常に２〜１０秒前のガスを計測しているという過去計測型制御となる為、従来のＰＩＤの手法中Ｄ制御やＩ制御が全く意味を成さないという難しい制御である。
しかも、Ｏ₂計は排ガスの状態にもよるが、極めて信頼性の低いセンサーである為、このセンサーの誤作動や、制御法の採用間違いによる発煙や燃焼異常の事例は特別な事例では無い。
従って、原則としては酸素濃度を補正しない状態で、極めて正確な制御を実施し、燃料発熱量の補正や空気密度の補正等、限られた補正範囲において、ある程度の時間同一ポイントで燃焼が継続したら補正を行うというファジー推論的な制御方法が望まれるし、その補正範囲を超える様な状態の場合には、Ｏ₂フィードバックを中止する様な安全回路も必要である。
【００９２】
〔水エマルジョン燃焼〕
水エマルジョン燃焼とは、液体燃料を使用する産業用燃焼設備において、その燃焼手段で燃焼する燃料中に水をエマルジョン状に分散させ燃焼させる事による様々な燃焼改善効果により、産業用燃焼設備の公害を防止する燃焼方法である。しかしながら、一見簡単な様に考えられる水エマルジョン燃焼が、様々な技術的困難を克服しないと、公害を防止する事はおろか産業用燃焼設備の機能を失わせる様な、危険な面も持ち合わせている技術である。
エマルジョン燃焼の技術的発見は、４０年程前であると言われているが、世界的に普及している状況であるとはいい難い。それは、前記危険因子による技術的課題を克服できない技術者が多く、又その克服法がある事を信じない技術者が多い為である。
【００９３】
[製造方法の分類]
(タンクブレンド法)
最も簡易にだれでも、水エマルジョン燃料を製造出来る方法である。図３８はタンクブレンド法の一例である。燃料タンク１に貯留されている燃料は燃料ポンプ２によりミキサー２０に供給され、エマルジョンタンク４９に供給される。
給水ポンプ１６４は、燃料遮断弁６の動作により運転され、同時に電磁弁４８が開となる。燃料ポンプの吐出量が決まっており、給水ポンプの吐出量が決まっていれば、そのポンプの吐出量比に応じたエマルジョン燃料が、ミキサーにより製造出来る。
燃料遮断弁はエマルジョンタンクのフロートにより、制御されるので、このブレンド法においては、比例制御の様な制御装置も不要で安価に構成できるが、この基本構成に様々なバリエーションを設ける事により、エマルジョン混合比や粘度の高い燃料等の混合も可能になる。又、乳化剤等と併用を計り、分離速度や安定性を改善する等の手段も取られる。
【００９４】
しかし、原則としてこの様な構成の装置は、実際に運用されている装置は極めて稀で、この様な装置は５％以下の微小な加水率で辛うじて運用されているに過ぎない。
この原因は、[廃液と液体燃料との混合状態の把握]の(エマルジョン性)あるいは[廃液注入の実現と注入ポンプの選定]にも述べているが、保存中に発生する沈殿や分離ばかりでなく、沈殿した高含水率Ｗ／Ｏエマルジョンに機械的剪断を与えると、相逆転によりクリームの様に固形化し、燃料の流動性が失われてしまう現象に尽きる。
即ち、この様な構成をとるエマルジョン装置は、本件の適用技術を論ずる以前の部分に複数の様々な障害を持ち、検討に値しない。
【００９５】
(従来型インライン比例方式)
図３９は、発明者らがＣ重油と呼ばれるエマルジョン安定性の高い燃料でエマルジョン燃料を製造する為に開発したエマルジョン製造方法で、[特許 1474455号乳化燃料油製造装置]になっている装置及び方法である。
燃料タンクに貯留された燃料は燃料ブースターポンプ１６７で加圧され、燃料流量計５で計量されミキサー２０を経由して、燃料ポンプ２に送られヒーター３０により加温され燃料流量調整弁４で流量調整された後バーナー９で燃焼する。燃料流量計で計測された燃料量は、流量比例制御器６１に送られ、プリセットされた目標値に従って、比例出力を計算する。この流量比例制御器は時分割比例方式を採用している為、高速高頻度動作が可能な電磁弁４８のＯＮ・ＯＦＦ制御を行う事により、水の流量比例を行うものである。
【００９６】
流量比例が行われた水は、ミキサーでミキシングされエマルジョン化されるが、ここで肝要な点は、ミキサーが広い流量範囲でエマルジョン性能を維持できなければならず、[特許 1220654号管路内連続乳化機]の様な性能を持つミキサーが必要である点である。本方式では、Ｃ重油における１５％前後以下の加水率では、十分運用が可能であるが、燃料油がＡ重油や灯油等のエマルジョン安定性が低下する燃料の場合には途中で水分離などを生じ、障害の原因と成る事。バーナーで噴霧される燃料油が加水実施後も、同一燃焼負荷では変化しない為、実際の発熱量は水を加えた分だけ、低下して過剰空気率が上昇する事。燃料流量調整弁をエマルジョン燃焼用に最適化した場合には、万が一加水が停止すると、空気不足を起こし発煙する事等、様々な改善すべき課題も多かった。
【００９７】
[ミキサーに求められる性能]
これは、[廃液の混合方法の調整]において詳しいが、理想的なエマルジョン用ミキサーとしては、燃焼設備の広いターンダウン比に対応した燃料流量の変化に対して安定した粒子径のエマルジョン燃料を製造出来る事に尽きる。しかも、その粒子径は、バーナーの平均噴霧粒子径に依存して最適な水粒子径が存在し、バーナー特性を把握した上で、粒子径の調整を行えるものが望ましいし、さらに、燃料粘度の変化にも、それらの特性が変わらない事が肝要である。
従って、その目的とする性能は、一般の製造プロセスにおける乳化設備に求める性能とは、特に流量が変化するという点において、全く異なる点に留意すべきである。
【００９８】
[微爆作用]
水エマルジョン燃焼による最も優れた効果がこの微爆作用という現象である。即ち、燃料の噴霧粒子径にマッチした水粒子径を持ったエマルジョン燃料が、バーナーから噴霧され、火炎帯の熱を受けると、油滴に着火する前に中の水分が沸騰し、周囲の燃料を蒸発のエネルギーにより飛散させる現象である。
水のこの様な爆発的蒸発現象は、水蒸気爆発やてんぷら油火災における例等で有名である。特に、輻射熱による強力な熱エネルギーと微細粒子であるが故に理想的な球形をもった水粒子は、１００度を超えても沸騰できず、所謂突騰状態となり、蒸発が開始されると一期に周囲の燃料を微細化させてしまうのである。
微細化された燃料は、本来バーナーが噴射した粒子径より極めて少ない粒子径となり、表面積の増大と、空気の巻き込み作用により燃焼性が改善されるものである。
【００９９】
[水性ガス反応]
従来の理論では、エマルジョンのバイジン抑制作用は、水性ガス反応による炭素成分の炭素触媒反応によるものと言われていた。
残留炭素と呼ばれる成分が多い燃料の場合、燃焼に伴う熱分解により燃料油が分解されながら燃焼する過程において、油滴径の中心部に黒煙の結晶が形成される。これが、俗にいわれる煤である。黒煙は炭素の結晶であり、極めて安定な物質で、燃焼速度が遅い為、燃焼室を通過しても燃焼が完結しないので、煤として煙道に堆積したり、煙突周囲に拡散したりするのである。
しかし、火炎中の様に１０００℃以上の様な高温化において、炭素は水と水性ガス反応と呼ばれる次の様な反応を起こし、容易に燃焼が可能となるものである。
Ｃ＋Ｈ₂Ｏ −＞ＣＯ＋Ｈ₂
これは、吸熱反応であり、水が水素とＣＯになって新たなエネルギーを生み出すものでは無いが、残留炭素に起因する煤を燃焼させる優れた触媒となるのである。
この事は、赤熱している炭に霧吹きで水蒸気を吹き付けると火炎が発生したり、黒鉛製高温耐熱材に水分が禁忌である事の他、コークスからの水性ガス生成等事例が多い。
【０１００】
[期待される効果]
エマルジョン燃焼は、上記の現象により、Ｃ重油の様に残留炭素分の多い燃料を完全燃焼させ、煤の発生を激減させる効果を持つ他、Ａ重油や灯油等の燃料に使用した場合、上記微爆作用により、燃焼性を悪化させないで、且つ、燃焼熱を水の蒸発潜熱が奪う事によりＮＯｘ低減効果を持つ等優れた効果を持つ。
【０１０１】
[用途例]
(ボイラ・工業用炉)
Ｃ重油燃焼における煤塵量の削減、降下バイジンと呼ばれる周囲への煤の拡散防止、低酸素運転実現によるＮＯｘ低減。
Ａ重油燃焼や灯油燃焼における燃焼性を低減させないＮＯｘ低減。
(ディーゼルエンジン・ガスタービン)
ＮＯｘ低減と煙色の改善。
【０１０２】
[危険因子]
(水エマルジョンの不安定さ)
タンクブレンド法で説明した様に、燃焼というデリケートな現象においては、乳化剤等の使用（現実的な使用量の範囲において）を行っても、貯留したものを使用する事は極めて困難である。
【０１０３】
(潤滑性の低下)
燃料油による潤滑性を期待して設計されているポンプ類は、水が入る事による水潤滑では消耗が防止できずトラブルの原因となる。灯油・軽油エマルジョンにおけるギヤポンプの適用や、灯油・Ａ重油エマルジョンにおけるディーゼル噴射ポンプの適用等は気を付ける必要がある。
避けがたい場合には、潤滑性の高い添加剤の適用や、水潤滑に耐える材質の選定等、エマルジョン装置のみでは解決できない課題がある。
尚、潤滑性にも起因するが、油膜形成能力の低い燃料油にあっては、エマルジョン水が直接鋼材に触れる事による腐食にも留意する必要がある。これらの対策も前記と同様である。
【０１０４】
(混合後の燃料の不安定化)
不安定さには、生物学的側面、化学的側面、物理的側面が存在する。
・スライムの発生
生物学的側面とは、エマルジョン化された燃料がタンク底部等に貯留した場合、空気中や燃料中あるいは不注意な運用による水中に存在するバクテリアによる繁殖域となる点である。即ち、タンクブレンド式の様にタンク内に貯留されるエマルジョン燃料は、定期的にタンク清掃を行わないかぎり、底部に残留する高含水率のエマルジョンが必ず残留する。ここに、燃料油を餌としうるバクテリアが繁殖すると、そのバクテリアの排出する様々な物質がスラッジや腐食、カビ等の発生原因となるものである。
【０１０５】
・スラッジの発生
次に化学的側面であるが、燃料中には僅かであるが、乳化剤の作用を持つ物質（マルテン類）が含まれている。マルテンは特にＣ重油中に多い為、Ｃ重油の乳化燃料が比較的安定なのは、比重が近い事もあるが、この成分の作用による所が多い。
しかし、マルテンはＣ重油の中では、アスファルテンと呼ばれる芳香族高分子化合物を分散させる為に重要な作用を行っている。エマルジョン燃料となったＣ重油に対して、熱を加えたり機械的剪断を繰り返し与えるなどのストレスを繰り返すと、次第にマルテンは水粒子の周囲に吸着され、アスファルテンの分散能力が減少し、スラッジ発生の要因となるのである。
従って、水エマルジョン燃料においては、加熱が禁忌であり、特に電気ヒーターの様に表面が高温となる加熱媒体に接触すると、ヒーター表面にカーボン付着が発生するなどの事象を発明者らは知見している。
【０１０６】
・燃料温度のコントロール
最後は物理的側面である。分離や沈殿は先に述べたが、水の性質により１００℃を超えると水粒子が沸騰して、ムースの様な状況を呈する点である。これも、Ｃ重油の事例で知見されるが、高温設定が必要なＣ重油の様な燃料にあって、水の沸騰を抑制しながら、理想的な燃焼を維持させるには極めて高度な温度制御技術が必要になる。
【０１０７】
(火炎のマッチング等)
エマルジョン燃焼は、原則として現在使用している燃焼手段をそのまま利用できる優れた公害防止機器であるが、燃焼設備の燃焼状態によっては、何らかの調整や改造等を必要とする場合がある。特に、エマルジョン燃焼により火炎が太くなる現象や、燃焼用空気の高流速による生飛びの防止等、燃焼設備側の燃焼状況を確認し、適切に処置しなければ成らない点がある。
【０１０８】
(空燃比調整の困難さ)
バーナー前インライン比例方式では、克服された問題ではあるが、タンクブレンド法あるいは噴燃ポンプ前インライン比例方式等においては、燃料流量調整弁を通過する燃料の発熱量が変化する事になる為、空燃比制御が困難となる。加水率が正確で安定しており、全く故障が無ければ、現在の加水率に応じた燃焼調整を実施すれば良いが、現実的には加水率を抑制し、万が一停止や変動が生じた場合においても、最悪の状態に成らない様にする事が取り得る対応と成る。
【０１０９】
〔後処理によるダイオキシン類対策〕
廃棄物焼却炉においては、「ダイオキシン類対策特別措置法」の環境基準を遵守するために、新設既設を問わずに排ガスの急速冷却及び高度な集塵装置の設置が義務づけられている。
【０１１０】
〔噴霧手段〕
前記燃焼手段においては、蒸気噴霧、圧力噴霧、低圧噴霧各バーナーにあってはバーナーチップ、ロータリーバーナーにあってはロータリーカップ、燃料噴射弁にあっては燃料噴射弁等が噴霧手段である。
水噴霧設備においては、水噴射ノズル等が噴霧手段である。
【０１１１】
【発明が解決しようとする課題】
〔ダイオキシンの発生〕
[ダイオキシン類]
ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジペンゾフラン（ＰＣＤＦｓ）、ポリ塩化ジペンゾ−パラ−ジオキシン（ＰＣＤＤｓ）、コプラナーポリ塩化ビフェニル（コプラナＰＣＢｓ）であり、排出量や摂取量の基準となるのは、最も毒性が強いと言われる二・三・七・八−四塩化ジベンゾ−パラ−ジオキシン(Teq)を１とし、夫々の毒性に応じて当該物質換算された濃度で表現される。
基本的に、不完全燃焼により発生すると言われているが、環境下において一般的に存在する元素（炭素、酸素、塩素）から生成されるが、許容される値が極めて少ない値である為、発生メカニズムや防止方法等が確立されているとは言えない。
例えば、廃液中の塩素を現在の技術でゼロの値にしたとしても、排ガス中のng/Ｎｍ³オーダーのダイオキシン合成の為に必要な塩素は含まれているし、燃料や潤滑油或いは大気中にもこれらの合成に必要な塩素が存在する為である。
【０１１２】
[廃液焼却炉のダイオキシン発生量]
廃液焼却炉は、主に事業所等に設置される比較的小規模の廃棄物焼却炉に該当し、現時点で許容されるダイオキシン量は、処理量が２ｔ／ｈ以下である事が殆どで、既設炉にあっては１０ｎｇ−Ｔｅｑ／Ｎｍ³、新設炉にあっても５ｎｇ−Ｔｅｑ／Ｎｍ³が環境基準値である。
【０１１３】
〔ＮＯｘの増大〕
ＮＯｘは、廃液中に含まれる窒素成分の酸化によっても発生するが、一般には燃焼に伴う高温状態により、空気中の窒素が固定されて発生する。
【０１１４】
[廃液焼却炉のＮＯｘ発生量]
廃液焼却炉で許容されるＮＯｘ値は２５０〜７００ｐｐｍ（酸素濃度１２％）であり、例えばボイラの１５０〜１８０ｐｐｍ（酸素濃度４％）と酸素濃度０％換算の値で比較すると、焼却炉の５８３〜１６３３ｐｐｍに対しボイラ１８５〜２２２ｐｐｍと、実に４〜１０倍程度のＮＯｘ発生量と成る。
【０１１５】
[廃液焼却炉のＮＯｘ低減の困難な要因]
廃液焼却炉では、近年のダイオキシン防止対策により、ダイオキシンの発生防止の為、主バーナーの燃焼量を処理廃液に対して増大させる傾向がある事や炉内を８００℃以上の温度条件に保つ為、炉内の温度条件が高温側に成る事や、黒煙や煤塵の発生防止の為過剰空気燃焼で管理される事等により、ＮＯｘ値が増大する傾向は防止できない。
【０１１６】
〔ＣＯ₂の増大〕
地球環境の悪化の要因は、前述のダイオキシンやＮＯｘの他、燃料に含まれる炭素がＣＯ₂となり地球の温暖化の原因となる。
廃液焼却炉は、主バーナーによって、燃料を燃焼させる為、廃棄物焼却に伴い、ＣＯ₂の発生が避けられないし、前述の様なダイオキシン対策の為、廃液単位当たりのＣＯ₂発生量は増加傾向にある。
【０１１７】
〔後処理の必要性〕
廃液焼却炉は、後処理のダイオキシン類対策を実施する事が求められており、コストやメンテナンス性等に課題が多い。
以上のような技術、設備、方法等は、個々には、優れた特性を有しているが、廃液の燃焼する際のダイオキシンの発生を本質的に解決はしておらず、また、ダイオキシンの発生減少だけを念頭に置くと、ＣＯ₂の発生等別個の問題が生じる。
【０１１８】
本発明は、以上のような課題に鑑みて発案されたものであり、本発明の目的は、ダイオキシンの発生を防止する産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法および混合液体を提供することにある。
同時に発明者が既に数１００台の納入実績を持つ水エマルジョン燃料製造装置において、新たな環境汚染の知見であるダイオキシン類が、エマルジョン燃焼技術により増加する懸念が無い事を証明し、且つより正しい適用方法を確立することにより、エマルジョン燃焼技術の普及促進を図る事にある。
【０１１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明の請求項１に記載の産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法は、液体燃料を燃焼させる燃焼手段を持ち、且つ燃焼反応に伴う熱エネルギーを産業用エネルギーとして用いるよういに設けられた産業用燃焼設備を利用し、当該燃料中に、廃液を混合分散させて焼却処理する時、焼却処理しようとする廃液の廃液種の検討、組成と物性、混合特性の調査を予めして、合理的な前処理手段において、適用可能な産業用燃焼設備の選定を適用前検討項目として行い、当該燃焼設備の燃焼炎の状態及び排ガス組成が、当該設備において、理想的燃焼状態であることを適用前提条件項目として確認し、廃液の前処理手段、廃液の注入方法、廃液の混合方法、燃焼設備の空燃比制御方法、廃液成分に応じた燃焼装置の最適化、低ＮＯｘ手段、添加剤の有無と種類、水エマルジョン燃焼の併用の要否を適用検討項目として複合的に調整し、廃液や添加剤等の注入率や注入率の変化率を調整し、排ガス中の酸素濃度の正規範囲からの逸脱を防止し、前記理想的燃焼状態を維持し、燃焼手段への障害を防止し、燃焼後の残渣成分による産業用燃焼設備の障害を防止し、廃液組成に伴う煤煙濃度の変化を規制値以内に抑制し、前記適用前検討項目で選定された産業用燃焼設備、適用前提条件項目で確認された理想的燃焼状態、適用検討項目で検討された処理方法が正常に維持されているか否かを確認し、維持されていない場合に、廃液の注入を停止させるか、または、正常からの逸脱を補正できる注入率に調整することを適用後運用項目として行い、後処理によるダイオキシン類対策手段が無い産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であるとともに、後処理によるダイオキシン類対策手段が有る産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の前記ダイオキシン類対策手段前の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であり、且つ前記産業用燃焼設備は、ダイオキシン類対策手段の有無にかかわらず、ＮＯｘや煤塵発生量、廃液を燃焼させる事により起因するハロゲンや重金属類も当該産業用燃焼設備に許容される範囲内で運転管理可能なことを適用後確認項目として確認することを特徴とする。
【０１２０】
このような本発明によれば、適用前検討項目、適用前提条件項目、および適用検討項目を検討し、その後適用後運用項目および適用後確認項目を行うことにより、ダイオキシンの発生する環境を排除していくので、ダイオキシンの発生を防止する産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法とすることができる。
【０１２１】
請求項２に記載の産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法は、液体燃料又はガス燃料若しくはその両方を同時に燃焼させる燃焼手段を持ち、且つ燃焼反応に伴う熱エネルギーを産業用エネルギーとして用いるように設けられた産業用燃焼設備を利用するにおいて、前記産業用燃焼設備は、水を噴霧する事によりＮＯｘ低減効果を有する水噴射設備を備え、水噴射を実施している状態で、ダイオキシン類の発生量がその産業用燃焼設備が期待される濃度レベルである時、或いは廃液混合による水噴射により期待される濃度レベルになる場合、焼却処理しようとする廃液の廃液種の検討、組成と物性、混合特性の調査を予めして、合理的な前処理手段において適用可能な産業用燃焼設備の選定を適用前検討項目として行い、当該燃焼設備の燃焼炎の状態及び排ガス組成が、当該設備において、理想的燃焼状態であることを適用前提条件項目として確認し、廃液の前処理手段、廃液の注入方法、廃液の混合方法、燃焼設備の空燃比制御方法、廃液成分に応じた燃焼装置の最適化、低ＮＯｘ手段、添加剤の有無と種類、水エマルジョン燃焼の併用の要否を適用検討項目として複合的に調整し、廃液や添加剤等の注入率や注入率の変化率を調整し、排ガス中の酸素濃度の正規範囲からの逸脱を防止し、前記理想的燃焼状態を維持し、燃焼手段への障害を防止し、燃焼後の残渣成分による産業用燃焼設備の障害を防止し、廃液組成に伴う煤煙濃度の変化を規制値以内に抑制し、前記適用前検討項目で選定された産業用燃焼設備、適用前提条件項目で確認された理想的燃焼状態、適用検討項目で検討された処理方法が正常に維持されているか否かを確認し、維持されていない場合に、廃液の注入を停止させるか、または、正常からの逸脱を補正できる注入率に調整することを適用後運用項目として行い、後処理によるダイオキシン類対策手段が無い産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であるとともに、後処理によるダイオキシン類対策手段が有る産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の前記ダイオキシン類対策手段前の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であり、且つ前記産業用燃焼設備は、ダイオキシン類対策手段の有無にかかわらず、ＮＯｘや煤塵発生量、廃液を燃焼させる事により起因するハロゲンや重金属類も当該産業用燃焼設備に許容される範囲内で運転管理可能なことを適用後確認項目として確認し、前記適用後確認事項を満足する水溶液或いはエマルジョンとして噴射することを特徴とする。
【０１２２】
これによれば、産業用燃焼設備において、ガス燃焼を採用している燃焼設備にあっても、水噴射によりＮＯｘが低減出来る位置に水噴射設備があれば、その設備を利用し、廃液を処理することが可能となるものである。
【０１２３】
請求項３に記載の混合液体は、液体燃料を燃焼させる燃焼手段を持ち、且つ燃焼反応に伴う熱エネルギーを産業用エネルギーとして用いるように設けられた産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法により処理される廃液を含み、前記産業用燃焼設備の燃焼手段へ注入するか、若しくは産業用燃焼設備において、水を噴霧する事によりＮＯｘ低減効果を有する水噴射設備へ注入するために、請求項１または請求項２に記載の前記適用前検討項目、適用前提条件項目、適用検討項目、適用後運用項目を利用して廃液種に応じて製造されるとともに、燃焼室へ噴霧される全噴霧流体中の平均含有濃度が、致死性の毒ガス成分や、放射能強度が一般に許容される限度を超えない範囲であって且つ、塩素は、重油換算の総燃焼量が２０００ｋｇ／ｈ未満の場合８５０００ｐｐｍ以下、２０００〜４０００ｋｇ／ｈの場合１７０００ｐｐｍ以下、４０００ｋｇ／ｈ以上の場合には１７００ｐｐｍを超えない範囲、Ｎ分は、各燃焼設備のＮＯｘの規制値を超えない範囲、Ｓ分は、各燃焼設備のＳＯｘの規制値を超えない範囲、重金属は、各燃焼設備の重金属類の規制値を超えない範囲、燃焼手段に供給される混合液体については、水分量は０−６０％の範囲、水噴射設備に供給される混合液体については、水分量は１００％未満、灰分は、概ね当該燃焼設備に適用可能な燃料中に許容される灰分量を超えない範囲に調整されることを特徴とする。
【０１２４】
これによれば、致死性の毒ガス成分や、放射能強度が一般に許容される限度を超えない範囲に設定される他、その他の成分についても運用上の障害とならない範囲に設定されるので、公害の発生しにくい廃液および水の混合液体とすることができる。また、請求項１における適用項目で使用する水エマルジョン燃料に用いるエマルジョン用水も、様々な塩類や不純物を含む事が普通であるから、運用にあたっては請求項１に準じた運用方法がのぞまれ、より公害の少ないエマルジョン燃料とする事が出来る。
【０１２５】
請求項４に記載の混合液体は、請求項３に記載の混合液体において、乳化を行うエマルジョン用水を含むことが好ましい。
【０１２６】
これによれば、混合液体が乳化し、エマルジョン燃料として用いることができるようになるので、様々な燃焼装置に応じた塩類や不純物に調整される。また廃液との併用時でも安全性が確保できるし、過渡的現象等の発煙原因も回避できるので、より公害の少ない混合液体とする事が出来る。
【０１２７】
なお、本発明の要部となる部分の説明を以下に詳述する。
〔未利用の燃焼エネルギーの利用〕
産業用燃焼設備において、燃焼という化学反応を利用する時、その設計基準としては、まず燃料の持つ熱エネルギーを如何に効率良く対象とするエネルギーに転換するかという効率面に集約される。
次に、設置台数の増加に伴い発生した公害問題に対応する為の低ＮＯｘ方法や低煤塵方法等の低公害化の側面である。
しかもこれら、両技術課題を経済的に達成させなければ、必然的に市場から淘汰されるという装置の特性から、効率的且つ、クリーンで、しかも合理的な設計がなされた設備のみ稼動していているという状況にある。
【０１２８】
しかし、これら燃焼設備にほぼ共通して、未利用のエネルギーがある事に発明者は気がついたのである。その未利用エネルギーとは、液体が燃焼する時の燃焼熱は１３００℃以上の高温となるのに対して、燃焼設備において必要な熱は高くても１０００℃である事が殆どであるという事である。
即ち、１３００℃以上の火炎そのものは、結果的にその火炎が発する熱線を伝熱面や製品に吸収させる事に利用される程度で、１３００℃の火炎そのものは、殆ど全ての産業用燃焼設備において、有効利用されていないのである。
近年急に人体への有害性が指摘され、社会問題にもなっているダイオキシン類は、様々な有機物に起因する有機化合物であり、身近に存在する炭素、水素、塩素、酸素という元素から構成される為、廃棄物の焼却により容易に発生してしまう事が判っている。
【０１２９】
これら、有機物を含んだ廃液を燃料中に混合した廃液混合燃料を前記産業用燃焼設備で燃焼させれば、唯一の未利用エネルギーである火炎中の高温度で完全熱分解されダイオキシン類の発生が無く、その後の燃焼熱は従来通り産業用燃焼設備の熱エネルギーとして利用すれば、もう一つの社会問題となっている炭酸ガス濃度を上昇させる事無く、廃液の処理をすることが出来る。
【０１３０】
液体燃料に、産業プロセスから副生する諸種の物質を混合させボイラ等で焼却処分する事は、以前より実施されていた事は事実である。しかし、それらの事象は、本発明の様に、現在のダイオキシン問題に対応させる為ではなく、単に、熱により燃えてくれれば良い。或いは蒸発してくれれば良い。という発想に基づいたものであり、理想的には廃液焼却炉の様に主バーナと独立した廃液噴霧バーナーから噴霧させたいが、設備上或いはコスト状の制約にから、この様な手段に頼ったものに過ぎない。
しかし、燃料中に廃液を混合するという事は、その事に起因する様々な問題を解決しなければ、寧ろ燃焼の悪化を招きダイオキシン類の発生原因となるばかりか、ＮＯｘや煤塵の増大、さらには産業用燃焼設備自体を故障させたり、製品の劣化を招いたりする場合も多く、安易な適用は社会的にも産業的にもリスクが大きい事が判った。
そこで、発明者はまず廃液の詳細な分析を行い、その成分や発熱量からの検討、燃料と混合した場合の状態等から、注入方法、混合方法、空燃比制御方法、燃焼装置の最適化の検討、適用可能な燃焼対象設備の選択等を行い、前記燃焼設備が良好な燃焼を行っている状況下において、その良好な燃焼を阻害しない範囲において、廃液注入をおこなえば、ダイオキシン類の発生やＮＯｘ、煤塵を防止しながら、産業用燃焼設備の障害を防止し、その省エネ効果により炭酸ガスの発生量まで抑制可能な技術を確立したのである。
【０１３１】
〔産業用燃焼設備で許容される範囲内の排ガス中の有害成分〕
産業用燃焼設備で許容される範囲内の排ガス中の有害成分とは、一般にＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ等である。これらの値は、各設備毎に国の規制値や地方自治体によって基準値が定められている。
【０１３２】
[産業用燃焼設備に期待されるダイオキシン類濃度]
ダイオキシン類に関しては、焼却炉以外では、現在の所、殆どの燃焼設備において明確な基準は無いが、少なくとも焼却炉で許容される最も厳しい排出基準０．１ｎｇＴｅｑ/Ｎｍ³を下回る事が望まれる。
ボイラ・ガスタービン・火炎接触部にハロゲンが含まれない工業用炉では、０．１ｎｇＴｅｑ／Ｎｍ³の１／５０以下、ディーゼルエンジンの様に断続燃焼が行われる装置においては１／５以下が期待される値であると考えられる。０．１ｎｇＴｅｑ／Ｎｍ³を上回る設備においては、その濃度低下に努力すべきであり、本処理法による対象設備とはなり得ない。
【０１３３】
[重金属類の制限]
又、廃液を燃焼する事となると、廃液中に含まれる金属成分やハロゲンを主体とした成分の排出も考慮しなければ成らない。特に産業用燃焼設備では、排ガスの後処理としてバグフィルターやスクラバー等の様に重金属類を除去する付帯設備が無いので、重金属類に関しては、前処理で除いて置く等の措置が社会的義務であると考える。
[有害成分のまとめ]
即ち、廃液焼却炉においては、プロセスから廃棄される全ての廃液を処理する事がその装置に対して期待される性能であるのに対し、産業用燃焼設備は排ガス中に有害成分を出さない燃料を使用する事を前提としている。
廃棄物焼却炉（廃液焼却炉）において、後処理が求められるのは、正にこのどの様な廃液でも受け入れ尚且つ処分出来る事が求められている点で、産業用燃焼設備における廃液処理法とは明らかに異なるのである。即ち本処理法では、逆に燃焼処分出来る廃液の様々な特性を事前に調査検討する事により、国又は地方自治体及び国民が期待するレベル以下に排ガス中の全ての成分が抑制出来る事が確信できなければならない。
【０１３４】
〔水噴射ノズルの利用〕
請求項１の発明は、液体燃料には利用出来ない、即ち液体同士であるから、エマルジョン化や溶解等の方法でバーナーに安全に供給する事が出来るが、ガス燃焼ではその様な手段が講じられない。
水噴射設備は、ＮＯｘを低減する為に行われるＮＯｘ低減手段の一種であるが、ＨＣやＣＯの増大を招くため、その噴射位置や噴霧粒径及び燃焼量とのバランス等を精密にコントロールしなければ、理想的な燃焼状態を維持しながら水噴射を行う事ができない。
しかし、水噴射は燃料中に混合する場合と異なり、噴射域（一次領域であるか二次領域であるか）あるいは火炎の大きさ等に依存し、確実に焼却処理出来る確率は低い。
一般に、完成された設備として水噴射を行う場合には、ＨＣやＣＯの発生が無い事が前提であるが、その事を十分に確認した上で、ダイオキシン類の発生し難い廃液、即ち炭素数１〜５程度のアルコール、酸、アルデヒド、エーテル等から構成される廃液であれば、水噴射ラインに混合され、万が一不完全燃焼状態で排出されても、熱縮合によるベンゼンが発生しない為、安全に処理出来る事が判った。
もちろん、本技術は、液体燃焼手段を持つ水噴霧にも適用可能であるが、限定的ながら、ガス燃焼設備にも適用出来、ＮＯｘ制御や燃焼室温度、排ガス温度等に留意すれば、効率改善にも役立つ技術である事が判った。
よって、この精密にコントロールされる水噴射ノズルが、ガス燃焼設備における唯一の廃液処理法の手段となり得る。
【０１３５】
〔将来の液体燃料の展望〕
石油を原料とした液体燃料は何れ枯渇すると言われて久しい。確かに、天然ガスと比べて石油の残存比は低く、資源の枯渇と共に、何れ、価格が上昇することは避けられないと思われる。従来の考察であれば、次世代のエネルギーと言われている核融合熱の利用までは、天然ガスを主体としたエネルギー供給体制の強化が課題となっている。
しかし、廃液処分における液体燃料のメリットは、実施の形態で述べる様に地球環境を守る上で、非常に価値のある技術である。幸いな事に、液体燃料の持つ可搬性が評価され、古くから合成液化燃料が天然ガスや石炭あるいは、リサイクル資源であるセルロース等からのアルコールにより合成可能な技術蓄積があり、石油の高騰と共に採算ベースとなると思われる。本発明は、天然ガスが液体燃料より安くなった場合においても、この処理法の有用性が無くなる事は無く、従って石油資源の枯渇によりこの処理法が陳腐化する恐れは無い。
【０１３６】
[粗製アルコールについて]
現在は、焼却処分されている雑誌類等の再利用の困難な古紙も、セルロースから糖さらにアルコールという工程を経れば、熱源として有効利用が期待されているアルコールを得る事が出来る。
しかし、アルコールを直接燃料とするには、純度の高いアルコールに精製しなければ成らない、しかしこの純度の高い精製アルコールを得る為には、非常に多くのエネルギーとコストが必要である。しかし、本処理法による、産業用燃焼設備のＮＯｘやバイジンを低減する手段として、単段蒸留の様な簡単な設備で得られる粗製アルコール中の蒸留水が実は、ガスタービンやディーゼルエンジンにも使用出来き、ＮＯｘ低減に大きな役目を果たす事になる。又、蒸留液中に同時に含まれる有機系不純物等も本処理法によれば全く問題無く処理できる。この様な粗製アルコールは狭義の廃液では無いが、本処理法で用いる事により、エネルギーの再利用と共に地球環境の悪化防止に極めて有効である。
【０１３７】
〔ラジカルのコントロール〕
[ラジカルとは]
ラジカルとは分子を構成する原子間の結合にあって、電子を共有する共有結合状態の原子同士が、何らかの理由により引き離され自由電子を持った状態の事をいう。本発明で利用する液体燃料及び廃液は、様々な炭化水素を含んでおり、このラジカルは、燃料と廃液の混合において様々な悪影響を及ぼすが、逆に燃焼反応は、このラジカルを利用して急激な熱反応を引き起こすのに重要な役割を担っている。本発明は、いわばこの炭化水素ラジカルを如何にコントロールするかという点にも十分な配慮が必要である。
【０１３８】
[異物生成とラジカルの関係]
燃料は、様々な炭化水素の集合体であり、廃液にも又様々な炭化水素が含まれている。(燃料油のラジカルとスラッジ生成)
燃料はその精製工程、調整工程で様々なストレスを受け、ラジカル反応が発生するが、これらは燃料貯蔵中に収束し、安定化状態となったものが出荷される為、一応の安定化状態であると判断する事が出来る。これは、実はその燃料の炭化水素の多様性に起因している。つまりラジカルを発生しやすい成分と逆にラジカルを修復する分子が含まれている為、一定時間の経過後にラジカル収束結果としてのスラッジは残留するものの、安定状態となるのである。例えば燃料油がラジカルを起こし易く、その修復を行う成分が無いとしたら、この様なラジカルを起因として連鎖反応が発生し、自然発火あるいは重合化等を引き起こし、燃料油としては全く使用出来ないものになってしまう。即ち、燃料精製や調整工程で発生するスラッジ類は実はラジカル反応が収束した結果による異物である事を忘れては成らない。この為、一見安定の様に思われる燃料油も酸素やオゾン或いは紫外線等のストレスによりラジカルが発生し、その収束の結果としてスラッジ生成が発生するのである。
【０１３９】
(廃液のラジカルと酸化還元電位)
廃液については、少なくとも同一知見や組成でない限り少なくともどの程度のラジカルが存在し、燃料油と混合した場合、どの様な化学反応を引き起こすかは実験に頼らざるを得ない。即ち純粋試験を行おうにも燃料油の組成自体、前記のラジカル反応を経由して安定化したものであるし、廃液として排出される廃液にもその主要組成以外の様々な異物が混入している可能性がある為である。
しかしながら、廃液が強力な酸化あるいは還元電位を持つ場合、少なくともその廃液と燃料油の混合は、燃料油の炭化水素に対して強力なラジカル生成のストレスと成る事は想像に難くない。即ち酸化還元電位とは、電子を奪う或いは与えるというラジカル反応の引き金そのものである。従って、酸化還元電位についてはこれらを混合前に中和する等の方法を経て混合させなければならない。
【０１４０】
[燃焼とラジカルの関係]
(セタン価とオクタン価とラジカルの関係)
ディーゼルエンジンの理論構成で重要な点は、火種（即ち強力なラジカルの塊）が無い状態での高温高圧下での燃料の着火性である。この着火性の容易さの指標がセタン価と呼ばれる着火性を評価する値であり、逆にオクタン価とは着火性の低さを示す指標である。この着火性とは、高温というストレスと酸素の作用により引き起こされたラジカルが連鎖反応により燃焼（即ち急激なラジカル反応）に至るストレス値の事である。即ち、セタン価の高い燃料はストレスに弱く、オクタン価の高い燃料はストレスに強いのである。
【０１４１】
ここで、着火性と引火性を明確に区別しなければ成らない、引火性とは燃料成分中のガス化する成分の蒸気圧の事と等しく、ガス化しやすい低分子の成分が多ければ、引火点は低下する。（引火性は向上する。）逆に着火性とは、ストレスに対する弱さを示し、分子量の大きな直鎖や不飽和基が多く存在すれば着火性が増す。ここで、軽油の様に比較的低分子の炭化水素で構成されている燃料油の場合には、直鎖構造の長いもの程セタン価が高く優秀なディーゼルエンジン燃料であると同定できる。
【０１４２】
・重油のラジカル抑制成分、耐性成分
しかし、Ａ重油やＣ重油の様に巨大な分子が存在する場合には、これだけでは解明できない複雑な要素が絡んでくる。ワインの発ガン性防止効果で有名になったポリフェノール類はニケ以上のＯＨ基のついたフェノールの化合物の総称であるが、その他様々なラジカル反応抑制物質が重油中にも含まれていると推定される。つまり、ベンゼン環が様々な形態で結合した構造を持つ炭化水素は、極めて安定性が高くラジカル連鎖の影響を受け難いのである。ポリフェノール類は、自身の強力なベンゼン骨格にまもられ、ＯＨ基が酸素ラジカルと反応して、エネルギーを受け取っても、ベンゼン骨格全体にエネルギーを分散し、新たなラジカルを外部に出さない事により、強力なラジカル抑制作用があると考えられている。しかし、これが皮肉な事に、ダイオキシン類のベースと成るジベンゾダイオキシン、ジベンゾフラン、ビフェニル等の安定性，即ち軽度なラジカルでは分解されない特性を与えている。これは着火性という面ではラジカル耐性成分である。さらに言えば、善玉物質の代表と見なされているポリフェノールと悪玉の代表と見なされているダイオキシン類は、極論すれば配位された物質がＯＨ基であるか塩素であるかの違いに他ならず、酸素ラジカルの攻撃を受けた時、ＯＨ基であれば、自身は酸化されて−Ｏ（カルボニル）となり、Ｈ＋を渡し安定なＨ₂Ｏにしラジカルを収束させるが、塩素が配位されればＯ−により有害な−ＣｌＯとなり遺伝子を傷つけるのであるが、恐らく２，４，７，８に配位されたものは、本来安定なＯ_２を逆にラジカル化させる作用の為に、極めて高い毒性を持つのでは無いかと推定される。しかし、両者の共通する事は、自身の強力な骨格は軽度なラジカルでは極めて安定であるという点である。ダイオキシン類は偶々生体ホルモンとして生体に受容体があり、遺伝子をより傷つけ易い位置に取り込まれるので、極めて微量でもそれらの作用がよりダメージの大きい部分に効果的に働くものと推定されている。この為、重油の様に様々な成分とストレスを経て製品と成った燃料油の場合、そのストレス耐性である着火性は、燃料油の受け入れ毎に変化すると言っても過言では無いと思われる。
【０１４３】
(燃焼とラジカルの関係)
前記の様に燃料中にはラジカルに対して様々な特性を示す物質が存在するが、燃焼という極めて原始的な化学反応は、燃料中に通常存在する全ての炭化水素のラジカル耐性を壊す最も簡便な化学反応である。例えば善玉ポリフェノールで有名なタンニン類も火を付ければ簡単に燃やせる事から自明である。どの様に強力な骨格を持った炭化水素でも燃焼に耐えられる物質は、存在しない。
【０１４４】
・グラファイトのラジカル耐性
しかし、前記ポリフェノールや縮合多環式化合物等は、燃焼という強力なラジカル作用を受けると熱分解し、燃焼し易いＣ１〜Ｃ５前後の炭化水素ガスを発生する。しかし、縮合多環式化合物は、ベンゼン環自体がＣとＨが１対であるのに対し、縮合位置ではＨの配位が無い為、炭化水素ガスになる事が出来ず、最終的にグラファイト結晶として残留する。これが所謂残留炭素である。問題は、このグラファイトが極めて安定な物質で、酸素が存在しない状態では、放射能の様な極めて高いエネルギーを持つラジカルに対しても安定な物質である事である。即ち、油滴が大きく、表面がグラファイト化した煤は、燃焼というラジカルから内部の炭化水素を守ってしまう恐れがある。備長炭等の高級な炭は、グラファイトの純度を上げ、緻密な結晶としている為、極めて火持ちが良いのはこの理由である。
従って、燃料油の燃焼に伴い油滴の中心部にグラファイト結晶が生成されると、グラファイトにより、ラジカルの連鎖反応から守られた炭化水素が残留する確率も高く成ると推定される。
【０１４５】
(水とラジカルの関係)
・水のラジカル抑制効果
前記グラファイトと同様に極めてラジカル耐性が高い物質としては水がある。水は前記の燃焼に水をかければ燃焼が停止してしまう事も極めて原始的な化学反応停止作用であるといえる。（ラジカルの抑制作用）これは、通常状態の水あるいは水蒸気の、沸点の高さ、比熱の大きさ、蒸発潜熱の大きさに起因するものと思われる。即ち外部からのエネルギーを吸収する能力が高くラジカルを抑制する。
【０１４６】
これは、前述のグラファイト同様原子炉の炉心材ばかりでなく最も信頼の必要な緊急停止材としても用いられる事により明らかである。この水のラジカル抑制効果の原因は、水あるいは水蒸気、比熱の大きさ、沸点の高さ等水の持つ特殊性にあると、すなわち水の極性とそれに伴う分子間相互力にあると推定される。即ち、前記ポリフェノールと同様極性により大きな分子間相互力を持つ水は、ラジカルを分子間相互力内で吸収し外部に伝達させない作用を持つと考えられる。しかも通常の温度や圧力領域において蒸気となってもこの分子間相互力は維持されたままであるため、水蒸気の特殊性と共に優れたラジカル抑制効果を持つと推定される。学説によっては、この極性に起因する分子間相互力の異常性を持ってクラスター構造を持つと解釈するものもあるが、この部分に関しては完全に解明された理論では無い。
【０１４７】
・水の微爆ラジカル反応
では、如何なる状態においても水はラジカル抑制効果を持つかというとそれは疑問である。最近話題になっている臨界水或いは超臨界水等によるダイオキシン類の分解は、Ｈ₂Ｏも極めて強力な（即ちダイオキシン類の安定性を打ち破る）作用を持つ事を示しているし、前記グラファイトを分解する水性ガス反応も、状況によっては（即ち水蒸気と炭素が１０００℃以上で反応する）水が強力なラジカルに成り得る事を示している。恐らく、この様な１０００℃超える高温においては水は、一般の燃焼反応に起因するＯ−やＨ＋やアルキルラジカルよりも、高い反応活性（ラジカル）をもつのであると推定される。特に噴霧された油滴は１ヶでは無く、複数の粒子が相互に干渉して高温の水蒸気の反応を受けることによりさらにこの作用を高めるものである。
【０１４８】
[ラジカルの発生原因]
ラジカルとは前述した様に、酸素あるいは水素等がＯ₂あるいはＨ₂という安定した状態からＯ−或いはＨ＋となった酸素ラジカル或いは水素ラジカルが最も一般的であるが、その他電子を奪われた或いは受け取った相手方も夫々のラジカルとなる。
【０１４９】
(ラジカルの要因)
ラジカルを発生させる要因は様々である。前述の熱、紫外線、放射線等の物理的要因からＯ３や様々な酸化還元物質、また化学反応に起因する様々な電子の移動がラジカルの発生要因となりうる。本特許において、特に注意しなければ成らないのは熱である。熱の場合通常は加熱という工程により発生すると捉え、液体に熱を加えなければ熱によるラジカルを生じないと考えがちである。しかし、燃料の移送を行うポンプによる加圧は、万が一僅かな気泡でもあれば、その断熱圧縮効果により驚くべき熱の発生を見るし、流量制御を行うオリフィスや液体の混合で使用するミキサー等で生じるキャビテーション現象も、ミクロ的に燃料に対して極めて大きな熱ストレス（ラジカル）を与える。
【０１５０】
[燃焼反応における燃料油と水]
燃焼反応における水の燃料油に与える特性は、燃料油の着火前は抑制的に働き（ＮＯｘ抑制）、ある臨界点（恐らく１０００℃）になると逆にラジカルになる（ばいじん抑制）という面において、公害防止において極めて良好な関係にあると思われる。この様な理論的な考察に基づいて、水噴射あるいはエマルジョン燃焼の様なＮＯｘ抑制手段やばいじん抑制手段が考案されたものでは無いと思われるが、この点を解明したとして水噴射や水エマルジョン技術そのものの特許性が無い事は致し方無いところである。しかし、この様な水噴射技術や水エマルジョン技術が最も早く検討されたボイラ燃焼において、必ずしも成功したとは言えない状況を考えると、理論に基づいた方法で的確に運用する事は、重要な技術であるとは考える。
【０１５１】
[水噴射あるいはエマルジョン燃焼がボイラ燃焼技術者に嫌われた要因]
(潜熱損失の犠牲)
前述の様に、燃焼における水の作用は公害防止という点において優れた特性を発揮する。しかしながら、その様な役目を終えた水は水蒸気として廃棄され、熱回収する事が出来ない。従って、高度な燃焼設計に基づき、燃焼性を改善されたバーナーにおいては、エマルジョン燃焼によるラジカル効果は効率面では殆ど寄与せず、その蒸発潜熱分が効率の損失となってシステムの効率を低下させる。
【０１５２】
(Ｃ重油燃焼におけるＮＯｘ低減効果の限定的作用)
ボイラにおいて、水噴射あるいはエマルジョン燃焼が最も期待されたのは、ＮＯｘ低減作用である。水のラジカル抑制作用を無意識に認知している技術者は多く、火炎中に水蒸気が作用すれば、火炎温度が低下しＮＯｘの低減にも寄与するとの考えは、それ程困難な事ではないであろう。しかしながら、現実はボイラの様な比較的緩慢な燃焼過程を辿る燃焼においては、火炎温度低下によるＮＯｘ低減量は極めて少ないのである。図１は、ボイラ、ガスタービン、ディーゼルエンジンの未対策ＮＯｘ値（全く低ＮＯｘ手段を取らない場合のＮＯｘ値をＡ重油ボイラ燃焼を１とした倍数）と水１％がＮＯｘ低減にどの程度効果があるかを示した値である。残念ながらガスタービン機関では現状では水エマルジョンに対して理解が得られない為、水噴霧によるデータを採用したが、ボイラ及びディーゼルは実測の値に基づいている。ディーゼルエンジンで燃料を特定していないのは、燃料中の窒素分や残留炭素等は殆どＮＯｘ発生量に依存しない為である。
【０１５３】
Ｃ重油ボイラエマルジョンのＮＯｘ低減効果は、図１に見る様に１００例以上の発明者の知見により、平均値はほぼゼロであると考えられる。これは、Ａ重油ボイラエマルジョンで確認できるボイラ燃焼におけるＮＯｘ低減効率と、エマルジョン燃焼過程におけるラジカル作用に起因するＮＯｘ上昇要因が偶然見合ってしまった結果であると推定される。即ち、Ｃ重油は高分子の炭化水素が多く（ラジカル抵抗物質が多い）、燃料の粘度も高い事から、油滴径が大きくなりがちであり、しかも燃焼反応が進み難い。ところが、エマルジョンは物理的現象である微爆作用により燃料を微粒化した後、さらに高温となりラジカルとなって、これら高分子物質の分解を加速的に早めると思われる。この為、最もＮＯｘの発生し易い一次領域の温度が、良好な燃焼を維持出来る範囲において、水を加えても、水の蒸発潜熱による熱吸収とラジカル活性作用により見合いになってしまうものと推定され、実際の燃焼適用の結果と一致する。
【０１５４】
[廃液処理におけるラジカル理論に基づくエマルジョン燃焼の優位性]
水噴射や蒸気噴射でも事実上この様なラジカル反応を起こすものと考えられるが、燃焼後期に噴霧された水分は、実はラジカルの抑制作用のみ発揮され未燃分抑制には殆ど効果が無い。即ち、水の持つ潜熱や顕熱が燃焼前に作用するのと、燃焼後に作用するのとでは、水がラジカル化する比率が明らかに異なる為である。
【０１５５】
即ち燃料と共に噴霧される新エマルジョン燃焼理論では、燃料油滴は微爆により微粒化されて着火したと同時に、今度は熱によりラジカル化したＨ＋、Ｏ−の攻撃を受け瞬時に熱分解反応が進むと考えられ、廃液中に含まれる各種の有機物を初め、燃料中に含まれる燃料以外の有機物の分解にも、絶大な効果を発揮する事は想像に難くない。
【０１５６】
しかし、理想的な燃焼形成を行っている火炎に対して、有機物を含む廃液を噴霧した場合には、余程うまく火炎とのコントロールを行わない限り、水のラジカル抑制効果により廃液中の有機物の分解が抑制されるだけになってしまう恐れがある。実は、この点が廃液焼却炉によるダイオキシン類抑制と、エマルジョン燃焼を応用したダイオキシン類対策と決定的に異なるポイントなのである。
【０１５７】
[的確なミキシングの重要性]
廃液混合におけるラジカルのコントロールについて、もうひとつ大事な点がある。それは、廃液と燃料との混合は、一期に素早く簡潔に行い、混合後は直ちに燃焼させてしまうという点である。
【０１５８】
(一気に混合)
燃料同士の混合法にも水エマルジョン製造と同様、タンクブレンド法とインライン比例制御法がある。発明者は水エマルジョン装置の技術を応用しＡ重油とＣ重油のインライン比例混合器も多数製作し納入している。これは、タンクブレンド法はスラッジ発生が多いという経験的知見に基づいたものであったが、ラジカル理論において、この点も解明できた。即ち、Ａ重油とＣ重油と夫々ストレス履歴と組成の異なる燃料油が混合するという事は少なからず界面に新たなラジカル発生要因をもたらす事は想像に難くない。
【０１５９】
この界面でのみラジカルに伴う電子の移動が発生すると、燃料の場合には、抑制物質がある為にこの程度のラジカルでは火災等の異常現象は発生しないものの、連鎖反応が置き易く、より安定な物質即ち巨大な骨格を持つスラッジが生まれ易いものと考える。確かに、アスファルテンのマルテン離脱によるスラッジ発生の要因もあるに違いない、しかし、接触させたまま混合させなければお互いの交じり合いに伴いラジカルの連鎖反応が発生しやすい事は事実であろう。
【０１６０】
ラジカルの連鎖反応を受け易い物質が分散される事により回避される事は、逆説的であるが、最近の低ＮＯｘ手段である希薄燃焼理論と良く整合する。即ち、ＮＯｘが極めて低い燃焼が可能な希薄燃焼領域（燃料に対する空気量が多い。）では、ものすごく大きなエネルギーが存在しない限り連鎖反応は起こらない。即ち点火プラグ程度の火花（ラジカル）では連鎖反応が起きず、エンジンは動かない。そこで、点火プラグ周囲のみ燃料の濃い領域を作る事により、僅かなラジカルでこの濃い領域を燃焼させ、この大きなラジカルによって燃焼室全体にラジカルを伝播させるのである。
【０１６１】
即ち、燃料と廃液との混合（特にお互いの分散性が溶解分散）では、その濃度の濃い部分（ラジカル連鎖の発生しやすい部分）を無くし一期に均一濃度にしてしまう事が混合装置を設計する上で重要である。
【０１６２】
(素早く)
これは前述と全く同様の理由である。図５のインゼクタ型ミキサーは、発明者がラジカル理論に気がついて後、採用したミキサー形式であり、燃料同士の混合にプレミキサーとして採用しているが、即ち流速を早め周囲から均等に混合させ、混合後に乱流を生じるという理想的混合方法である。
インゼクタの理論そのものが、この均一に素早い混合に対して容易であり、かつ、より好ましい。因みに、旋回案内羽根方式のミキサーは、本発明によるミキサーとしては、複数段の案内羽根を経由して行く過程で混合に時間がかかる為、ラジカルの発生し易さに対してややインゼクタ式に劣ると考えている。
【０１６３】
(簡潔な混合)
前記の化学的混合ばかりでなく、機械的混合においても少なからずエネルギーは必要であり、このエネルギーは混合される流体に伝えられ、ラジカルの原因と成る。従って、燃料と廃液の様に出来るだけ燃焼前にラジカルを与えたく無い成分の混合にとって、必要以上の混合エネルギーは全く不要であるばかりでなく、寧ろ障害の原因になりかねない。この点において、[特許 1220654号]のミキサーは、今回のラジカル理論に基づき設計されたものでは無く、必要最低限のエネルギーにより効率良く混合するという観点からの設計であったが、偶々ラジカル理論に基づく理論と整合し、エマルジョン燃料製造用ミキサーとして成功したものと考えられる。
【０１６４】
ラジカル理論に気がついて身近な食品と各種ミキサーとの相関を調べると、面白い事に気がつく。それは牛乳とチョコレートである。牛乳もミキサーもホモゲナイザーと呼ばれる極めて高圧なポンプで昇圧し、微細なオリフィスを通過させる事により、極めて均質なエマルジョンを製造するミキサーである。
しかし、これら牛乳やチョコレートはすさまじいラジカル反応を受けているのに相違ない、ところが我々はそれら均質化された牛乳やチョコレートを消費しても全く問題無いのは周知の事実である。即ち、加熱も同様であるが、それら牛乳やチョコレートには優れたラジカル抑制効果があり、これらのストレスを吸収し無害化する作用がある為に、安全であると思われる。だが、この理論に基づけば、牛乳もストレスの無い状態で飲めば、より健康に良いだろう事は想像に難くない。
従って、この理論に基づけば、混合方式としては超音波等を使用した高エネルギーのミキサーも本発明においては、極めて安定な廃液の混合に限って使用すべきである。
【０１６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔高精度なエマルジョン製造と新たな理論〕
原則として、本発明で応用するエマルジョン技術は、バーナー前インライン比例方式と呼ばれる高精度の比例注入機構を持ったエマルジョン装置を前提としている。
[バーナー前インライン比例方式]
図２が、現在発明者らが、実際に製造している水エマルジョン装置の基本構成である。
【０１６６】
図２は、燃料タンクに貯留される燃料を燃料ポンプ２により加圧し、燃料流量調整弁４で流量調整された燃料が、燃料流量計５とミキサー２０を通過し、バーナー９にて燃焼される。水は容積式水ポンプ１６４で吐出され、給水流量計１６８を通過し、ミキサーに注入されるという。フロー構成のみを考えると極めてシンプルな構造となっている。ミキサーは前記の[噴燃ポンプ前インライン比例方式]で使用したミキサーと同様流量変化によってエマルジョン粒子径の変化しないものを使用すべきである。
【０１６７】
(過渡的現象の解決)
しかし、燃料流量調整弁にて流量制御された燃料配管中に水を注入する事は、比例制御技術において、非常に厳しい制御性が求められる。一つは、注入開始時や注入停止時における過渡的現象の問題である。
【０１６８】
即ち、このポイントでの注入の場合、燃料流量調整弁で流量調整された燃料は、水注入の有無に限らず一定である場合が多い。（これも燃料流量調整弁の特性に作用される。）仮に１００Ｌ／ｈの流量で流れている状態で、３０Ｌ／ｈの水を一気に注入した場合、注入した瞬間にバーナーで噴射される燃料量は２流体の合計である１３０Ｌ／ｈに増加する。
【０１６９】
しかし、注入した瞬間においては、バーナー近傍の燃料には水が注入されておらず、燃料そのものが１３０Ｌ／ｈ流れてしまう過渡的現象が発生する。この為、注入直後に大量の発煙が生じる事となる。逆に、この状態で安定している状態で、一気に注水を停止すると、バーナーで１３０Ｌ／ｈ噴霧されていた燃料は一期に１００Ｌ／ｈに減少する。ところが、停止した直後はバーナー近傍の燃料には約２３％の水が含まれている為、実質的な燃焼量は８７Ｌ／ｈに減少する。この事は過剰空気燃焼に繋がり、白煙の発生や断火等の原因となる。
【０１７０】
従って、これらの状態を解決する為に、加水の注入停止や加水率変更等が、燃焼系に影響を与えない速度で実施される様な特別な制御方法が必要となる。尚、過渡的現象は、ミキサーからバーナー先端までの燃料系の容積と、流量により定められる値である為、ミキサーとバーナー間の距離を少なくし、配管口径を出来るだけ小さくする事により、注入率の変化を迅速に行える様になるので、ガスタービンの様にボイラよりさらに厳しい負荷特性が求められる用途の場合には、より短く細いラインで設計すべきである。
【０１７１】
(負荷変動の対応)
二つ目は、負荷の変動である。ボイラ等の燃焼設備は負荷の変動に伴い、高速な負荷対応を求められる事が多く、特に中小容量ボイラにおいては、蒸気の消費ポイントが分散している事が多く、この傾向が顕著である。燃料流量のその様な変動に対して、その変化速度に負けない正確な比例追従が求められるのであるが、この事に気がついていない技術者が多い事も特徴である。即ち、燃料変化に対して応答遅れが生じると、結果的に前記の過渡的現象が発生する事は、今までの説明で理解される所であるが、例えば１００Ｌ／ｈで燃焼している状態で２００Ｌ／ｈに燃焼量が増加した場合、加水率が３０％であれば、各々１３０Ｌ／ｈと２６０Ｌ／ｈのエマルジョン燃料が誤差無くバーナーから噴霧されなければ、過渡的発煙や白煙が回避されないのである。しかし、通常のＰＩＤ演算法においては、高精度と思われているフィードバック制御を行っても、１３０Ｌ／ｈ→２３０Ｌ／ｈ→２６０Ｌ／ｈという過渡的状況が必ず発生してしまう。これは比例注水の追従性が悪い為である。
【０１７２】
本技術の注水制御は、燃料流量計の信号が流量比例制御器６１に入力され、ここで後述するファジー推論に基づく高速比例演算を行った信号が、容積式水ポンプの回転数制御を行う事により実現される。容積式水ポンプは高精度のものを使用している為、原則としてはオープンループ制御が可能なのであるが、（逆にオープンループ制御でなければ、この様な高速な比例応答は困難である。）経時変化と共に或いは器差により１回転当たりの吐出量が変化する。そこで、給水流量計の信号に基づき、現在使用している給水ポンプの器差特性を割り出し、予めこの器差特性を加味した上で、前記高速比例演算を行わせるものである。
【０１７３】
(その他の諸課題)
ここでは詳しく述べないが、その他ミキサーの内圧が燃焼負荷に応じて変化したり、燃料油温の上昇に伴う注水の沸騰現象の防止など様々な技術的課題を克服しないと、一見簡単に見えるこのフローは、実際の装置では使い物にならない。比例制御技術にあっては、発明者らの持つ技術ではファジー推論を応用し、燃料が増加した瞬間に注水率も瞬間的に追従させるという手法をとり、しかもハンチング等に起因するオーバーシュートやアンダーフロー現象を起こさない比例注入方法を開発した為、数１００台を超える実際の産業用燃焼設備で安全にしかも効率的に運用されている。
【０１７４】
(諸課題の解決された装置実績)
この様なエマルジョン燃料製造装置を使用する事により、Ｃ重油ばかりでなく、Ａ重油や極めて分離速度の早い灯油等でも乳化剤等の添加剤を使用する事無く、バーナーが燃焼可能な範囲内において、任意に設定出来ると共に、水が停止しても空燃比が変わらない特性を利用して、低燃焼域においては、注水を自動的に停止してしまう事により、再起動時における水分離による着火性の問題を解決するなど、エマルジョン燃焼を実用化する上でエマルジョン装置としての全ての課題を解決した注入方法又は装置である。
【０１７５】
[エマルジョン燃焼の新たな理論]
従来エマルジョン燃焼は微爆作用と水性ガス反応により煤を低減するものと考えられていた。しかし、煤であるカーボン結晶の固まりは燃焼後期に発生するもので、この燃焼促進は、ＮＯｘ発生には寄与しないはずであるのに、実際のボイラの燃焼においてＡ重油や灯油の燃焼においてはＮＯｘの低減効果となるが、Ｃ重油燃焼においてはＮＯｘ低減効果が無い（良好なエマルジョン燃料を用いると、加水を増加させても殆どＮＯｘが低下しない。）という不思議な原因に悩まされた。この現象によりエマルジョン燃焼のボイラへの適用が限定的であり、エマルジョン燃焼そのものに対する他の燃焼機関への適用を躊躇わす原因ともなっている。
【０１７６】
・ラジカル理論
しかし、エマルジョン燃焼の効果は微爆作用とラジカル作用であると考えると、この謎解きは簡単である。即ち良好な燃焼を行う事の出来るエマルジョンは、微爆後ラジカルとなるのは前述した通りであり、この理論に基づき発見された、本発明は有機物を熱分解により無害化させて熱回収を計るという単なる発想では無く、科学的安全性に基づいた理論的裏付けを伴っている。
【０１７７】
[エマルジョン燃焼のまとめ]
発明者は、水エマルジョン燃焼の様々な危険因子を克服し、前述の用途例にある様な数百台における水エマルジョン装置の納入事例と運用実績から、新たなラジカル理論を知見し、本処理法による廃液処理を確立したのである。しかし、ここに記載した困難さだけでなく、これから述べる様に、エマルジョン燃焼の困難さは、エマルジョン装置に起因する原因だけでは無く、エマルジョン燃焼に適した燃焼法や燃焼手段等、実装される燃焼設備側で対応しなければならない様々な対応技術を適切に組み合わせなければ成らない点にある。
また、実施例にも述べた様に水道水を用いた場合でも、廃液と遜色の無い塩素量が含まれているし、その運用次第によってはダイオキシン類の発生要因となる事も明らかであるから、これら過渡的現象等の発煙要因を克服出来ない装置にあっては、これらの知見を参考にし環境問題に対応すべきであると考える。
さらに、燃焼室や伝熱面への影響に関しても、エマルジョン用水としては、軟水と呼ばれるカルシウムやマグネシウムをナトリウムに置換した水を用いるより、原水と呼ばれる置換前の水を使用する事が望ましい事はあきらかであるし、バナジウムを含む燃料の場合には純水を用いるよりも原水が望ましい場合があるから、その濃度も後述する燃焼室形状やバーナー等の形式を考慮し、最適な水質を選択する必要がある。
【０１７８】
〔廃液種の検討〕
廃液種の検討とは、焼却処分を行う廃液の種類を知る事により、組成や物性だけで特定するには、膨大な時間と費用がかかる主要分析物質を予め予測したり、予想される組成の誤差範囲等を類推するのに重要である。
しかし、いずれにしても廃液の主原料や加工物及び予想される成分や濃度等の情報に基づき、廃液種の検討、組成、物性、混合特性を調査しなければならない。
【０１７９】
[食品系廃液]
食品廃液は、植物油・精製された動物油等を除き、生物的腐敗やカビ等によるスカムや移送障害等に注意が必要である。糖類やタンパク質を含む場合には、焦げやカーボン付着等の対策の為バーナー種にも注意が必要である。
【０１８０】
(植物油・動物油)
天ぷら等の揚げ物油の廃油である。製造工程で混入する食塩等の濃度特定が重要である。
【０１８１】
(ジュース類の廃液)
ジュース等の製造工程での廃液の他、賞味期限切れ等の回収品の処理も必要である。これらは、生産者側で製品出荷の為、かなり厳密に成分特定が行われる為、可能注入率等は品目毎にプリセット値に従った処理等も可能である。
【０１８２】
(牛乳類の廃液)
タンパク質や塩分等が含まれている他、加熱により固化しやすい他、ＮＯｘの上昇要因ともなる為、燃焼設備、使用燃料、低ＮＯｘ手段等に注意が必要である。
又、牛乳類は脱脂粉乳を製造する際に、濃縮工程において、牛乳中の水分を蒸発させるが、これらの蒸発成分は殆どが蒸留水であるので、エマルジョン用水として最適である。しかし、プロセスに異常があると高濃度の牛乳成分が漏洩する場合もあるので、牛乳類と同様の注意が必要である。
【０１８３】
(煮汁廃液)
対象と成る製品に応じて様々な物質の流出が予想される為、注意が必要である。但し、予め食塩等を入れた煮汁に関しては、脱塩等の前処理を検討しないと適用が出来ない。
【０１８４】
(糖類廃液)
果糖液糖等の希釈水や製糖工程での廃糖等も濃度変化に気を付ける必要がある。又、噴射弁や圧力噴霧バーナーの様に、噴霧停止時に熱の影響を直接受け易いものでは、カラメル状に固化しやすく、噴霧障害を起こし易い。この点蒸気噴霧バーナーでは、飽和蒸気を使用する限りにおいて、この様な現象を抑制する為、有利である。
【０１８５】
[アルコール系廃液]
(エチル・メチルアルコール系)
醸造工程や薬品工場等で排出される。製造工程により、その他のアルコール成分が概ね特定可能な為、これらの特定も必要である。
【０１８６】
(多価・高級アルコール系廃液)
エチレングリコール・グリセリン等の多価アルコールやプロパノール、ブタノール、プロパノール等の高級アルコール系廃液は、成分が特定されていれば、比重測定で概ねの濃度が推定できる。
【０１８７】
[切削油・金属加工油]
水溶性、非水溶性共に、加工対象となる金属を金属石鹸の形で含んでいるので、これらの濃度や、性質を把握して置く必要がある。
【０１８８】
[アミン・アンモニア系廃液]
モノエタノールアミン・モルホリン等の様に組成中にＮ分を含む廃液。しかし酸化還元電位に注意する必要がある。
【０１８９】
[溶剤系廃液]
ベンゼン・トルエン・酢酸エチル等の有機溶剤を主体とした成分である。抽出されたものは、ガスタービン等で使用出来る物もあるが、顔料等を含んだものは、成分濃度により許容出来る対象設備を検討するか、前処理を実施する必要がある。特に顔料等は使用している元素等に注意が必要である。
【０１９０】
[化学工業系廃液]
ホルマリン・酢酸・アルデヒド等の水溶性有機物等の他、溶剤系廃液等も排出される。灰分や塩素等の少ないものは、ガスタービンにも使用出来る可能性がある。
【０１９１】
[毒物を含む恐れのある廃液]
毒物を含む恐れのある廃液については、その毒物の性質を調査し、微量でも致死性のあるサリン等の毒ガスを発生する液体に関しては、検討を断念する必要がある。その他一般の劇毒物に該当する物質を含むおそれのある液体に関しては、それらのＭＳＤＳ（取扱指示書）に従い、組成分析や物性の検討を行なう必要がある。
又、これらは、定常時には出なくても、異常時に検出される恐れがある場合には、それらの異常状態を検出出来る注入停止措置と合わせて運用されるべきである。
【０１９２】
[放射能を含む恐れのある廃液]
これらは、産業用燃焼設備での焼却処分に馴染まないので、検討を断念する必要がある。
又、これらは、定常時には出なくても、異常時に検出される恐れがある場合には、それらの異常状態を検出出来る注入停止措置と合わせて運用されるべきである。
【０１９３】
［重金属を含む恐れのある廃液］
これらは、該当する産業用燃焼設備で排出可能なレベル以下となる濃度に前処理を行なう必要があるが、前処理を行なわない場合には、定常時には出なくても、異常時に検出される恐れがある場合には、それらの異常状態を検出出来る注入停止措置と合わせて運用されるべきである。
【０１９４】
[予想される誤差範囲の特定]
廃液中の発熱量が５０％前後である廃液の場合には、特に濃度誤差に気を付ける必要がある。それはこれから述べる空燃比制御方法の特定に重要な情報である為である。また、誤差が容易に特定出来る分析方法等も検討して置く必要がある。
例えば、アルコール系廃液等の場合、比重を計測する事により、凡その濃度即ち発熱量が特定出来るので、廃液注入の際に比重測定信号を、発熱量信号として使用出来る。
前処理が必要な廃液に関しては、その前処理装置の不具合等により起因する濃度誤差等にも注意する必要があり、この様な場合には、予めその故障情報のインターロックを廃液注入装置に組み入れる事により、産業用燃焼設備のトラブルが未然に防止出来る。
その他、廃液を構成する各成分の最大誤差について、検討を行い夫々の場合の対応方法についてのシミュレーションや対策を講じる事が安全運用上大切である。
【０１９５】
〔廃液の組成〕
先ず、産業用燃焼設備で廃液を燃焼させる本方式において、重要なポイントは、廃液の詳細な分析を行う事である。何故なら、廃液とは各産業毎、各プロセス毎に様々成分や性状を伴う物質の集合体であり、排出するプロセスを扱う担当者においても、その詳細は不明である事が殆どである為である。
廃液の組成分析項目は大別すると次の各項目に分類される。
【０１９６】
[水分量]
発熱量の逆になる場合もあるが、余りに過剰な水分を混合させ燃焼させると、燃焼悪化の原因となる為、注意が必要である。
しかし、適度な水分の添加は、煤塵量の低減や、ＮＯｘの低減に繋がるし、難燃性物質の分解作用も期待できる。従って、廃液の含有する水分量を加味した上で、最大可能な注入比率を決定する必要がある。
【０１９７】
[ハロゲン類]
Ｃｌはダイオキシン類の発生源となる為、注意が必要であるが、その他ＨＣｌとしての許容排出量が各燃焼設備毎に定められている。又、ハロゲン全体として、燃焼設備の耐火材や伝熱管を劣化させる為、燃料中に含まれる総ハロゲン量として制限する事が、設備保全上重要である。
【０１９８】
[灰分類]
灰分とは７００℃以上の温度で空気中で加熱した時に残留する固形物の事であり、各種金属成分の酸化物や、燐酸、硫酸等を含む。灰分は、灰を構成する成分毎に、燃焼設備や地域環境に与える影響が大きいので、夫々の項目に応じて、適切な前処理あるいは注入比率の制御が必要である。
【０１９９】
(総灰分量)
上記の蒸発残留物を空気気流中で、７００℃以上の温度に加熱し、残留物量として分析するものであり、ＪＩＳＫ２２７２に規定されている。
【０２００】
(アルカリ金属類)
ナトリウム・カリウム等のアルカリ金属塩は融点が低く、燃焼室内でクリンカーを形成しやすい。燃料中にも僅かに存在するが、廃液中の存在量も出来るだけ少なくする事が燃焼管理上好ましい。
【０２０１】
(アルカリ土類金属類)
カルシウム・マグネシウム等のアルカリ土類金属酸化物塩は、融点が高く燃焼室内において比較的障害を起こす事が少ない。又、逆に塩素等のハロゲンと強く結び付き、この成分が塩素に対して過剰に存在していれば、ダイオキシンの発生リスクはかなり低減出来ると考えられる。
特に、本処理法において、廃液中にアルカリ土類金属が存在する場合、廃液への分散のさせ方によっては、非常に細かい酸化カルシウム粒子として塩素と伴に燃焼室に移行する為、乖離した塩素原子が、他の金属成分との塩化物を形成するより早く塩素と結合出来る確率が高く塩素起因の腐食等の障害を防止できる。
又、カルシウムやマグネシウムは生体に対して親和性が高く大気中に拡散しても、特に害は無いとされている。又、他の低融点物質の融点を上昇させる効果もあり、これらの成分の障害を軽減する為に積極的に添加する場合も考えられる。
【０２０２】
(銅)
環境上は特に有害性は高くないが、ダイオキシン合成の有効な触媒である塩化銅に変わる為、出来るだけ前処理で取り除くか，アルカリ土類金属を加え、触媒能を失わせる事が大切であると考える。
【０２０３】
(鉄族金属類)
環境上特に有害性は無く、酸化鉄は融点も高い為、ある程度廃液中に含まれる事は許容できる。
【０２０４】
(すず、亜鉛類)
主に、潤滑油等の廃油中に多く含まれる。アルカリ金属類と同様、低融点の化合物を生成する為、廃液中に含まれるこれらの成分量は、燃焼設備の熱負荷や燃焼室の表面温度等を考慮して制限する必要がある。
【０２０５】
(バナジウム)
バナジウムは、Ｃ重油等の比較的重質燃料中に１０ｐｐｍ前後存在している。高温腐食の原因物質であり、出来るだけ少ない量で管理する事が望ましい。
【０２０６】
(珪素類)
水中に珪酸塩として含まれている場合やシリコンオイル等の様に均等に分散している場合には、アルカリ金属類と同様の注意が必要である。
【０２０７】
(アルミニウム)
主に、切削油等のアルミニウム加工工程で使用された廃液中に含まれる。アルミニウムの酸化物はアルカリ土類金属同様、極めて融点が高い為、燃焼室の障害とはなり難い。従って、各燃焼設備毎に一定の許容限度はあるが、比較的許容される成分である。
【０２０８】
(燐・砒素類)
特定の温度域で、鋼材に対する腐食性を持つので、前述のアルカリ土類金属のバランスにより注入率や注入方法を制御する必要がある。廃液中にアルカリ土類金属が存在すると、融点の非常に高い燐酸カルシウムや燐酸マグネシウム等になり、燃焼室に対する悪影響は阻止出来る。
砒素類は、燐酸と同様の方法で燃焼室に対する影響は阻止できるが、大気拡散される事を考慮すると、出来るだけ前処理で取り除く事が望まれる。
【０２０９】
(重金属類)
これらは、原則として、燃料中には殆ど存在せず、産業用燃焼設備で大気放出される事は想定されていない。従って、廃液中にこれらの成分を含む場合には、前処理手段において除去するか、後処理により完全に除去出来ない場合には、本発明の適用を除外すべきである。
【０２１０】
[その他の組成]
(窒素分)
燃焼上は特に障害は無いが、窒素分含有状態により、排ガス中に窒素酸化物として排出される為、注意が必要である。硝酸として含まれる場合には、ほぼ１００％近く、アンモニア態窒素の場合には約５０％程度がＮＯｘに転換すると考えられている。
脱硝設備がある場合を例外として、これらを含む廃液を処分する場合には、処理対象設備のＮＯｘ排出基準を超えない量を限度として混合率を調整したり低ＮＯｘ手段や前処理と共に処理する必要がある。
【０２１１】
(硫黄分)
燃焼上は特に障害は無いが、窒素分と同様、排ガス中に含まれる量が排出基準として定められている。脱硫装置がある場合を例外として、排出濃度がこれらの基準を超えない量を限度として混合率を調整し処理する必要がある。
しかしながら、一般的には廃液中に含まれるＳ分は燃料油と比較して低い場合が多く、逆に燃料のＳ分を希釈する作用がある場合が多い。
【０２１２】
(スケール（ＳＳ）)
燃焼設備の燃焼手段は、何れも微細な燃料粒子を噴霧させる事により、理想的な火炎形成を行うものである。廃液中のＳＳ成分は、それらが有機物で構成され、且つ何らかの分散手段により燃料噴霧粒子より細かく分散出来ないものである場合、事前に除去しておく必要がある。
この廃液のろ過或いは分離設備の検討の上でも、ＳＳ成分の把握、特に量だけでは無く、粒度分布、性質等の物性面も把握して置く必要がある。
【０２１３】
〔廃液の物性〕
[発熱量・比重・粘度]
廃液の持つ発熱量の把握は、廃液の注入ポイントの決定や、燃焼設備の空燃比制御方法に大きな影響を与える。
又、注入方法によっては、その廃液の比重も把握する必要がある。即ち、遠心式や軸流ポンプを利用した場合、重比重の液体は移送は、次の粘度増大の場合と同様移送が困難となる場合がある為である。
溶液の粘度も、移送方法、注入方法、温度管理等様々なファクターに影響を及ぼす。適度な粘度は、容積式ポンプの選定を可能とし、移送手段と流量制御手段をポンプのみで実現出来る等のメリットがあるが、あまりにも高い粘度の場合には、配管口径の増大や、温度管理の必要性等を伴い、コスト上昇要因となる。又、粘度の無い溶液の場合には、容積式ポンプの適用が限定される場合が多いし、高圧注入の場合に不利と成る。
【０２１４】
[金属腐食性]
主に、金属素材に対しての腐食性を示し、一般にはｐＨが低い場合に問題となり、接液部材質や燃焼手段におけるバーナーの素材等を検討する必要がある。しかし、ｐＨが高くても、アンモニアの様に銅や銅合金を侵す性質のものもあるし、金属石鹸の様に含まれている金属により、接液金属が侵される場合等もあり、注意が必要である。
腐食性を持つ場合には、原則として接液材質を耐食性の材料で設計する事が望ましいが、ディーゼルエンジン等の様に、燃料の接触部分が多く、対応が困難である場合には、中和を実施したり、防食剤の併用を行ったりする事も有効である。
【０２１５】
[潤滑性]
容積式ポンプやディーゼルエンジンで使用する場合には、重要なファクターとなる。潤滑という性質は、様々な液体の性質が影響し合い、結果的に金属摺動部同士の磨耗やスティック等をどの程度防止出来るか，という指標である為、廃液の分析のみでこの性質を決定する事は、困難である。
このファクターが必要な場合には、原則としては、対象と成る燃料油と混合した上で、潤滑試験を行うのが望ましい。即ち、燃料油が灯油であるか、Ａ重油であるかＣ重油であるか、あるいは、重油であっても蒸留方法や分解方法によって、燃料自体の潤滑性が異なり、自ずから廃液を混合した場合の潤滑性も異なる為である。
廃液が油性液体であれば、従来からある四球試験機やティムケン試験機等で、凡その潤滑性を求める事が可能であるが、廃液が水溶性液体の場合には、エマルジョン状態となる為、エマルジョン状態を維持したまま潤滑試験の出来る装置の開発や、その結果と実際の運用結果の考察を行いながら、経験的に求めて行く手法が採られる。
【０２１６】
[フッ素ゴム耐性]
燃料油を扱う上では、最近では液封装置にフッ素ゴムが使用される事が普通である。フッ素ゴムは、パーフロロエストラマー（商品名：カルレッツ）を除き、ゴム弾性を有する素材中では、耐溶剤性が最も優れている。燃料油中にはベンゼン系成分が含まれており、潤滑油では使用可能なニトリル系耐油ゴムでは、寿命が短い為である。
パーフロロエストラマーは、現状では材料としてとても高価である事、シール材料としてＰＴＦＥ（商品名：テフロン）を使う場合には、専用設計が必要になる等、廃液注入の設備だけで無く、燃焼手段や移送手段の設計にも影響を及ぼす為、バイトンが使用出来るか出来ないかの判定も重要である。
【０２１７】
[焦げ性、粘着性]
廃液燃焼において、必要な特別な性質である。即ち糖類の様に加熱蒸発に伴い、飴状の粘着性を持つ性質を調査して置く必要があるものである。バーナーの種類によっては、全く問題無いものの、燃焼が断続的に行われるディーゼルエンジンや噴射弁方式を採用するガスタービンでは禁忌となる。
糖分の他一部たんぱく質等にも認められ、全く問題無いと考えられる組成以外では、１２０℃の加熱残留物の性状等により判断する。
【０２１８】
[ＨＬＢ]
ＨＬＢは、元々は乳化剤の中に占める親油基と親水基のバランスを示す数値で、０が最も親油性が高く２０が最も親水性が高い物質であると規定出来る。従って、ＨＬＢ既知の界面活性剤をそろえて対象と成る廃液に混合すれば、凡その廃液のＨＬＢが推定可能である。一般にＨＬＢが１０以下であればその廃液は親油性を持つと考えられ、液体燃料が鉱油であれば容易に混合する事が可能であるし、１０を超えれば乳化剤を用いるか、機械的にエネルギーを与えてエマルジョン化する必要がある。
【０２１９】
[油性液体]
油性廃液の代表的なものは、植物性油脂の廃油や、各種工業用油脂の廃油、有機溶剤等がある。一見これらの廃油と燃料油の混合は極めて容易に思われる。しかしながら、油脂類はお互いに相溶性とよばれる特性により、相手側の可溶基同士が強く結びつき、逆に取り残された成分が不溶性のスラッジとして残留する確率が高い。
これを一般に混合安定性という。燃料油との混合安定性が優れている成分同士の混合であれば、混合に際してさしたる注意はいらないので、稀に、タンクブレンドという安易な方法で、これらの廃液を処理しているケースもある。
しかしながら、燃料の品質も様々に変化する状況下ではこの様な安易な方法で、安定した燃焼を維持する事は困難である。
安定性を阻害する要素は、混合後の時間経過、酸素やオゾンの影響、熱ショック等が知られており、いずれにしても燃料油中に比例的に混合する事が望ましいし、燃焼装置が停止する時には、廃液の残留が無い状態で停止する事が望ましい。
又、注入ポイントもそれらの混合安定性に応じ、燃焼処分出来る時間の範囲内で安定性を維持出来る注入ポイントを選択すべきである。
【０２２０】
[水溶性液体]
水溶性廃液の代表的なものは、廃アルコールや食品系排水等やその他有機酸廃水等である。これらを燃料油中に混合するには、エマルジョン化手段と呼ばれるミキサーやホモジナイザー等の機械的剪断力を与える方法か、界面活性剤を用いて乳化する方法等がある。一般的に、水溶性液体は燃料油との相溶性が小さく、燃料油の可溶基を奪う様な機能は少ない場合が多いが、逆にエマルジョン粒子の安定性に起因する問題が発生しやすい為、やはり比例的に注入すると伴に、出来るだけ燃焼直前に注入する事が望ましい。
尚、この様な場合に原則としてエマルジョンを油中水滴型（Ｗ／Ｏ）とする事で、特に重質油を燃料油とする時に、微爆効果により煤塵量を大幅に減少させる事も可能である。又、水溶性液体の場合、アルコール系廃液を除き一般に発熱量が少ない傾向がある。この為、注入比率の増大は火炎安定性の悪化を伴う事となるので、最大注入率も各燃焼負荷帯に応じて最大値を定める必要がある他、最大燃焼域においてはバーナーの噴射量が燃料油と廃液の合計量となる為、設計上の定格噴霧量を超えてしまう場合が多く、定格噴射量をオーバーしない様に注入率を制限する必要がある。
【０２２１】
[エマルジョン性]
エマルジョン性廃液の代表的なものは、水溶性切削油（圧延油）やコンプレッサードレン、洗剤廃水等が存在する。一般にこれはＯ／Ｗ型エマルジョン（水中油滴型エマルジョン）を形成する場合が多いが、加圧浮上設備の浮上油が相逆転を起こしたものや、清浄機と呼ばれる油脂類を遠心分離し不純物を取り除く設備のドレンの様にＷ／Ｏ型エマルジョン（油中水滴型エマルジョン）の組成を示すものもある。
【０２２２】
エマルジョン型廃液の特徴は、保存中に油脂と水とが分離若しくはクリームを形成し、同一廃液であっても、その物性が均一ではない事である。燃料に対する添加率が極めて少量である場合には、空燃比に与える影響は少なく、処理上の障害とはならないが、燃料に対する注入量が増加するに従い、空燃比調整が困難となる。
原則として、燃料に対する混合率が１０％を超えたら、エマルジョン廃液の場合には、水相と油相に分離し、安定した水相（若干油粒があって牛乳の様になっていても、分離性が少なければ問題無い。）と水分を減少させた油相との２相に分離後、前記油性液体や水溶性液体と同様の扱いで処理する事が望ましい。
尚、エマルジョン廃液について、もう一つ注意しなければ成らない点は、相逆転の問題である。即ち一般的にエマルジョン廃液は何らかの形で油水分離処理がなされた後の排水である事が多く、Ｗ／Ｏ型エマルジョンでありながら、水の比率が多かったり、Ｏ／Ｗ型でありながら、油の量が多かったりするケースが少なくない。
ちなみに、Ｗ／Ｏ型エマルジョンとは油が連続相となっていて、その中に水の粒子が存在する事を示し、Ｏ／Ｗ型とはその逆のエマルジョンを示す。一般にどちらかの連続相が分散粒子に対して十分な量存在すれば、機械的ショック（ポンピング、バルブによるキャビテーション）等が加わっても、そのエマルジョン型は変化せず安定である。
【０２２３】
しかしながら、例えばＷ／Ｏ型エマルジョンであって、水の存在量が多い場合、機械的ショックにより、水が連続相となり、油が粒子相に変化する。これが相転移である。相転移が、溶液全体で一気に行われれば、それはそれで安定したエマルジョンになるのであるが、その現象が溶液全体の一部で発生すると、その界面相（Ｗ／ＯとＯ／Ｗ）ではお互いの溶液が移動しにくくなり、極めて高い流動抵抗性即ち粘度増大を示すのである。
この現象の応用例としては、マヨネーズ等が身近に知られており、その他シャンプーや化粧品などもこの原理を応用して、使用時には高い粘性を持つが、乾燥したり（連続相が蒸発したり）水洗いしたらサラッと流せる等の特性を付与するものである。
【０２２４】
本法で注入する廃液にその様な現象が発生すると、配管抵抗の増大により注入流体の注入が停止するばかりでなく、燃料系にこの様な現象が発生すれば、燃焼設備そのものが停止してしまうので、注意が必要である。
ちなみに、この様な非安定型エマルジョンは、Ｗ／Ｏ型エマルジョンにあっては、Ｗ／Ｏ型エマルジョン廃液の沈殿相に、Ｏ／Ｗ型エマルジョンにあっては、Ｏ／Ｗ型エマルジョン廃液の浮上相や遠心分離相に発生しやすい。
【０２２５】
[引火点]
廃液処分法においては、直接影響の無い項目であるが、日本の法律においては、引火点によって、必要な防災上の設備規定が細かく定められている。
又、引火点は、廃液の引火点が１０℃であって、燃料油が１００℃であった場合、廃液注入量が燃料油に対して僅か１％であっても、引火点としては廃液の引火点になってしまう為、引火点の把握が、注入設備及び燃焼設備全体の防災設計上の問題となる。
【０２２６】
[毒性]
例えば、アセトアルデヒドやホルムアルデヒド等、燃焼処分してしまえば、水と炭酸ガスになり、全く問題無いものの、燃料への注入工程において漏れたり零れたりする事により、環境やオペレーターに被害が及ぶ性質のある液体である場合、一般に燃焼設備がその様な液体を扱う様製作されていない為、その防護対策が十分に行なわれていない設備の場合には、検討を断念する必要がある。
特に、サリンやホスゲン等の揮発性があり微量の漏洩でも致死性を持つ毒ガスや毒ガスになり易い物質を含む場合には、適用を断念する必要がある。
【０２２７】
[腐敗性]
例えば、食品系廃液の場合には、貯留中に発酵、腐敗、カビ等が発生し、悪臭やガス等の発生を生じるばかりでなく、フィルターの詰まりを初めとする様々な障害を与える。従って、この為の対策の必要性を認知する為に把握しておく必要がある。
【０２２８】
[自然発火性・自己反応性・酸化性]
自然発火性・自己反応性・酸化性等は防災上の指定物質となる為、消防法等の分類を基に調査の上、対象となる場合には前処理の段階でそれらの性質を失わせるか除去する必要がある。
例えば、ニトログリセリン等の様に衝撃や熱等により容易に爆発する恐れのある物質や、強酸化性があり、可燃物との混合により容易に自己着火しやすい物質の場合には、前処理においてそれらの状態を回避出来ない限り適用を断念する必要がある。
【０２２９】
〔廃液と液体燃料或いは水との混合特性〕
前項の組成及び物性にも関係の深い項目であるが、前項の成分分析や物性と合わせ、使用する燃料油や水との混合特性を検討する必要がある。
【０２３０】
[分散性]
分散性とは、燃料油と廃液を混合した状態をいい、燃料油のＨＬＢが３〜５前後である事を考慮すると、廃液のＨＬＢが１０を超える場合には、エマルジョン状分散、以下の場合には溶解分散すると考えてよい。
【０２３１】
(エマルジョン状分散)
本処理法におけるエマルジョン状分散の形態はＷ／Ｏ型エマルジョン即ち油中水滴型エマルジョンを原則としている。
エマルジョン状分散形態を取る廃液の場合には、高精度のエマルジョン製造方法による混合方法を選択し、ディーゼルエンジンや焼却炉の様に複数の燃焼手段に分岐している場合には、従来型インライン方式を採用し、注入ポイントも出来るだけ燃焼手段の直前に配置する事が望ましい。
タンクブレンド法に頼る場合には、乳化剤を用いる事が一般的であるが、廃液中に乳化剤成分等が含まれている場合には、この限りでは無い。しかし、沈殿を初めとする様々な不具合が予想される為、選択すべき方法ではない。
エマルジョン状分散形態を取る廃液の場合には、Ｗ／Ｏ型エマルジョンを維持出来るＨＬＢ３〜７前後の界面活性剤と併用しない場合、添加率が１００％（含水率５０％）前後からその値を超える添加を行うと、例え、インライン比例方式等の高性能なエマルジョン燃料製造装置を使用しても、燃料噴射等に伴う剪断作用による相転移が発生する恐れがあり、粘度急増に伴う噴霧不良等の恐れがあるので注意する必要がある。
【０２３２】
(溶解分散)
溶解分散は燃料油と植物油、溶剤等の分散の様に溶け合うもので、前記エマルジョン状分散の様に分離を心配する必要は無い。一般的に、極めて簡単な技術の様に認識され、燃料タンク内への投入や簡単な混合器による固定量注入（燃焼量が変化しても注入量が変わらない。）等により、一見問題なく運用されている事例もある。
しかし、これら一見問題なく運用されている事例は、実は燃料に対する混合比が極めて少なく、実はスラッジ等が発生しているのであるが、タンク底部に滞留したり、多少ストレーナの清掃頻度が増した程度の軽度な障害で済んでいる例が実は大変に多い。
注入率が概ね１０％を超えたあたりから、後述の異物生成による障害の影響が大きくなる。この問題に対する対応において、寧ろ前者のエマルジョン性分散形態を取る廃液の方が寧ろ対応が容易な場合が多い。
混合後の障害は、廃液成分と燃料油との化学的要因によるものであるが、時間経過、熱ショック、光等様々な物理的要因や酸素、オゾン等も影響するので、混合後は出来るだけ早く燃焼処分する事において、エマルジョン性分散形態を取るものと差異は無い。
【０２３３】
[異物生成]
異物生成とは、燃料油及び廃液ともに、対象とする産業用燃焼設備の燃焼手段にとって障害の無い状態に異物を除いた後、両者を混合した場合に、障害を与える疑いのある異物が生成する状態を示す。
【０２３４】
(結晶状物質)
燃料油と廃液との混合では発生しにくいが、２種以上の廃液を混合した場合に、結晶化する成分が含まれていると発生しやすい。注意しなければ成らないのは、カルシウムやマグネシウムの炭酸塩や燐酸塩である。
【０２３５】
(スラッジ状物質)
廃液中の溶剤成分や鉱油等に、燃料中のマルテンが溶解する事によりアスファルテン成分が不溶解化するスラッジ発生が最も一般的であるが、その他、燃料油中に存在する不飽和基を架橋してしまう様な成分によるスラッジ発生等も注意する必要がある。
【０２３６】
[固化・高粘度化]
油吸着性ゲル化剤の様に、水溶性状態では溶液でも、燃料油と混合後固形化する或いは高粘度化する成分がある為、これらの確認試験も必要である。
例えば、水処理等に使用されるヒドラジンは、廃液の中に微量混じっていても燃料を固形化させる機能を持つ、異物生成を含め、これら障害を起こす成分を全て成分組成で求めるのは膨大な時間とコストがかかる為、実際に対象燃料と混合し確かめる手段が合理的である。
【０２３７】
[安定性]
前記の各状態がどの様な条件下で発生するかの検証が必要である。即ち、混合後極めて短時間に障害が発生し、注入方法の改善では原則的に回避が困難な場合には、前処理や添加剤の注入等で回避しなければ成らない為である。
【０２３８】
(時間安定性)
時間の経過と共に、上記の混合特性が、どの様な経過を辿るかも確認して置く必要がある。最も判り易いのは、エマルジョン状分散の安定性である。例えば数秒で分離が生じる場合でも、その時間以内で燃焼処分出来る位置に注入ポイントを設ければ、界面活性剤等の適用は不要である。しかし、燃焼手段が燃焼を中断する前には、廃液の注入を停止しなければならない。
その他、異物生成や固化・高粘度化も混合後の時間経過により状態変化する場合もあるので、確認しておく必要がある。
【０２３９】
(熱安定性)
異物生成や固化・高粘度化等の障害は、ヒーター等の加熱によりより顕著に表れる。特に、電気ヒーター等の様に表面温度が高温となる場合、より顕著に障害が発生しやすい。熱安定性が悪い成分は、リノール酸等の不飽和基を含んだ植物廃油と燃料油との混合で、予め暖めておいたものを混合して燃焼すれば、異物発生が無く燃焼可能であるが、混合したものを加熱すると、ヒーター表面にスラッジが堆積し、電気ヒーターの場合には、当該スラッジの熱伝導性の悪さにより、ヒーター表面が過熱し、事故に至る場合もある。
その他、過酸化物や架橋性物質等も、熱ショックにより、燃料油中の不飽和基と結合し易く、作用がより顕著と成るので注意が必要である。
【０２４０】
(貯蔵安定性)
時間経過と共に、前記障害を起こす場合の目安である。ヒーターや流速が遅く流れが停滞する様な設備を持つ燃焼手段にあっては、それらの手前で、混合を行うと滞留した混合燃料が、貯蔵安定性に起因する障害を起こすので、十分確認する必要がある。
又、最も短時間に処理出来るボイラ用燃焼手段にあっても、１〜２秒以内に障害が発生する場合には、対応出来ない場合もあり注意が必要である。
【０２４１】
(酸素・オゾン・紫外線安定性)
通常は、タンクブレンド法を取らない限り問題の無い項目である。タンクブレンド法でこれらの懸念がある場合には、注意が必要である。
【０２４２】
[混合特性のまとめ]
以上の様に廃液と燃料油或いは廃液と水との混合特性に起因する様々な状態や特性に合わせ、前処理手段、注入手段、混合方法、燃焼装置、添加剤等の検討を行わなければ成らない。
【０２４３】
〔理想的状態の燃焼炎と排ガス組成〕
理想的状態の燃焼炎と排ガス組成とは、基本的にダイオキシン類の発生を抑制し、且つＮＯｘや煤塵の発生も抑制する事の出来る理想的燃焼状態を示す。
これらは、主に良い状態の把握より、理想的燃焼状態を疑う各事象が無い事から総合的に判断し決定されるものであり、ある特定の事象のみで理想的燃焼条件であるとは断定出来ない。
【０２４４】
[生飛び]
燃焼量が定格燃焼に比べて極めて少なく、バーナーでの霧化性能が悪化した場合。バーナーの定格を超えたり、保炎性能が悪化した場合等において、燃料油が殆ど酸化反応を生じない状態で、燃焼室から逸脱する現象を言う。
上記の原因の他、燃料油温管理の不適切、バーナーノズルの劣化や汚れ、廃液中の水分や塩素成分等の様に燃焼温度を低下させる成分が燃料中に過剰に含まれる場合によっても発生する。
燃料や廃液が未燃の状態で、煙道に移行する恐れがある他、液体燃料にあっては蒸発せず残留する恐れもある為、触媒反応によるダイオキシンの２次発生の恐れが高く、最も警戒しなければならない事象である。
尚、生飛びの監視は、燃焼室後方に監視窓がある場合には、ガラス窓に燃料油滴が付着する事で容易に監視出来るが、それ以外の場合には、白煙や黒煙の様に煙突からの異常監視が困難な為、ＨＣやＣＯの異常や、バカラック判定ろ紙や煤煙測定ろ紙の異常等で判定するか、火炎の僅かな異常などから類推する必要がある。
【０２４５】
[白煙]
バーナー近傍では、正常な燃焼が実施されているが、燃焼用空気や炉内雰囲気温度により、火炎が冷却されガス成分が残存した状態で燃焼が中断した場合に生じる現象である。主に、低燃焼時や燃焼設備の冷態起動時の様に、燃焼室雰囲気温度が低下する時に発生しやすい他、燃焼空気の過剰によっても発生する。
ガス状になっていると推定され、生飛びよりもダイオキシン類の２次発生の恐れが少ないが、逆に燃焼室内で直接生成されるリスクが大きいと考えられる。
【０２４６】
[黒煙]
バーナー近傍では、正常な燃焼が行われているが、燃焼用空気の不足により生じる事象と、バーナーノズルや保炎機構或いはエアレジスタ等の空気混合手段の不具合により、火炎の一部が伸び或いは遅くなり、燃焼室を過ぎても燃焼が間欠しない場合に発生する事象に別けられる。
酸素不足や黒煙の度合いによっても異なるが、やはりダイオキシンの発生を防止する為に絶対に回避しなければならない事象である。
【０２４７】
[火炎長]
直接的に燃焼状態の悪化を示すものでは無いが、ボイラや工業用炉等は、比較的容易に火炎長を確認する事が出来るので、同一の燃焼負荷と酸素濃度化における、対象燃料専焼時における火炎長と極端な差を生じた場合に、何らかの障害を誘発する懸念がある。
一般には、短い程良いと思われがちであるが、これは同一燃料を使用した場合の経験則であり、溶剤等揮発系物質を混合した場合には、短かすぎる弊害にも注意を払わなければ成らない。
【０２４８】
[その他理想的燃焼状態を疑う事象]
(可視的現象)
・蛍火
主に、バーナーの不具合に起因する巨大油滴が火炎の中で蛍の様に燃焼しながら燃焼室の中を舞う現象である。残留炭素成分が多い燃料に発生し易く、又廃液が均質に混じらない場合にも発生し易い。
この現象は煤塵の発生要因ともなる他、煙道中に堆積し易く２次発生の要因と成りかねない。
しかし、廃液中に水を含んだ場合や、廃油との混合において水を加える事により劇的に改善される場合がある。
【０２４９】
・火飛び
火炎帯が主火炎を離れて燃焼室内を彷徨う現象であり、燃焼室を過ぎて存在する場合には、黒煙や白煙の発生原因となる。
主に、低燃焼時に低過剰空気比で燃焼させようとすると発生する事象で、白煙発生の前段階とも言える。この様な症状がある時に、水を含む廃液を燃料中に添加すると、より悪い燃焼状況となるので注意が必要である。
中間燃焼域或いは高燃焼域で生じる場合には、火炎パターンや空気混合に問題があり、バーナー等を含めて改善する必要がある。中、高燃焼域においてもこの様な燃焼条件の時に、燃焼を悪化させる要因となる廃液を混合することは危険である。
【０２５０】
・息付き燃焼
燃焼火炎が定期的に大きくなったり、小さくなったりして、ドラフト計が大きく振れる事が特徴である。
燃料起因とバーナーの保炎機能の不全により発生するが、多くはバーナーの保炎機能の不全である。即ち、保炎機能が低下し、火炎が燃焼室内にリフトして一瞬消火した状態になるが、既に噴霧している燃料に再着火して急激な燃焼が定期的に発生するものである。ダイオキシンの発生以前の問題として、燃焼設備の運用上大きな障害を与える場合もあり、注意が必要であるが、廃液の混合により（水の様に燃え難い成分の他、逆に溶剤の様に燃焼性が良すぎる成分の場合でも発生する可能性がある。）主に低燃焼域で起こり易くこの様な事象が確認される燃焼域では、廃液の混合を避ける必要がある。
中・高燃焼域で発生する場合には、それらの事象が発生しない様な保炎機能の強化等の対策が必要である。
【０２５１】
・振動燃焼
前述の息付きとは、異なり比較的早い振動がドラフト及び設備に現れる現象である。
この現象は、燃焼反応による低周波数の音波が、ボイラ燃焼室で共鳴する事により起因する。この事象そのものは、ダイオキシン類の発生に直接結び付くものでは無いが、燃焼設備を破壊したり、計装用計器類に悪影響を与える場合が多く、回避しなければ成らない。
廃液の混合に伴う燃焼速度の違いが、振動燃焼の原因となる場合もあり、空燃比の調整やエアレジスタ、噴霧用蒸気量の調整等により回避出来る場合が多いが、場合によってはバーナー等の交換が必要な場合もある。
【０２５２】
(分析手段を要する現象)
・ＣＯの増大
燃焼によって発生するＣＯは、理想的にはゼロが望ましいが、産業用燃焼設備において１０〜３０ｐｐｍ前後のＣＯの発生を防止する事はやや困難である。
燃焼によるＣＯの発生を完全に防止する事が困難なのは、燃焼の正常終了とは、燃焼を継続する燃焼性ガスが無くなった時点を示すが、この程度の濃度のＣＯガス濃度となるともはや燃焼という酸化反応が継続出来ない為であると考えられる。
一般の産業用燃焼設備においては、燃焼室内でも熱は冷却壁や対象物に吸収される為、燃焼という酸化反応が停止すれば急激に雰囲気温度は低下し、ＣＯをＣＯ₂に酸化させる条件が成立しなくなる為である。
従って、ＣＯをゼロとする事は、産業用燃焼設備においてはかなり困難な事であるが、これら少ない濃度のＣＯが直接的にダイオキシン類の発生に繋がる事は無いし、又、生態系においては、様々な微生物がＣＯをＣＯ₂に酸化したり、光化学反応により酸化される為、大気中のＣＯが増加する心配は無い。
しかし、常用のＣＯを超えるＣＯが検出された場合には、何らかの異常現象が燃焼室内に生じているという兆候を示すものと成りえる。前述した生飛び、白煙、黒煙等の事象も全てＣＯ値の異常上昇という形態で検出可能である。
ＣＯは、各種の分析方法が知られているが、非分散型赤外線方式等が信頼性が高い。
【０２５３】
・ＨＣの増大
ＣＯの発生と同様、ＨＣも完全に防止する事は困難であるが、連続燃焼式燃焼設備においてはＣＯに比べ比較的低い値に抑制しやすい。
特にＣ１〜Ｃ４程度迄の軽ガスで構成され、濃度が低い場合には、ＣＯ同様にダイオキシン類の直接発生要因とはならないが、高濃度であったりベンゼン等のＣ６以上のＨＣが検出される場合には、ダイオキシン発生リスクが増大する。
ＨＣの分析には、ＴＨＣ計等の様に水素炎中で排ガスを燃焼させ、イオン電流を計測する方法等が知られている。
【０２５４】
・ＮＯｘ値の異常
ＮＯｘ値は一般的に低い程良いと考えられがちであるが、燃焼設備によって定められたＮＯｘ値を大幅に下回ったり、上回ったりした場合には何らかの異常現象が生じている指標となる場合がある。
特に、燃料中に殆どＮ分を含まないＡ重油や灯油等の燃料の場合ＮＯｘ値の低下は燃焼の異常を示す場合が多い、しかし廃液中に水等の非可燃性物質がある場合や、Ｃ重油の様に燃料中にＮ分を含む場合には、Ｎ分を含まない可燃性廃液の混合によりＮＯｘ値が低下する場合もある。
尚、廃液中にＮ分を含む場合には、燃料への混合によりＮＯｘ値が上昇する為、当該燃焼設備で許容されるＮＯｘ値以下で運転管理できる混合率に抑制する必要がある。
ＮＯｘ値の計測には、化学分析の他、連続分析法の化学発光法や赤外線分析法等が用いられる。
【０２５５】
・煤塵量の増大
煤塵量は、Ａ重油や灯油の様に残留炭素成分が少ない燃料の燃焼においては、殆ど発生しない。これは生飛び、白煙、黒煙等が生じても極めて少量の煤塵量に留まる事が多い。しかし、Ｃ重油の様に残留炭素成分が多かったり、廃液中に残留炭素成分が多い場合、排ガス中の煤塵量は大幅に増大し易い。その様な場合の煤塵量の増大は、前述の蛍火を伴う事が多いが、生飛び・白煙・黒煙との相関は薄い。
尚、燃料中の残留炭素成分が多い場合には、バーナーから噴射する油滴径を小さくする事により、減少を計る事が可能であるが、廃液中に水分が含まれる場合、微爆現象や水性化ガス反応などの燃焼促進効果により、著しく煤塵量を減少出来る。
何れにしても、炭素を含む煤塵は、煙道中において２次的にダイオキシンの発生要因となる恐れがあり、出来るだけ少ない値に抑制する必要があるので、煤塵量の増大には注意が必要である。但し、廃液中に金属成分が存在する場合には、灰分として煤塵量が増加するので、廃液の組成や混合比に応じた煤塵量の把握が必要である。
煤塵量の計測は、一般には煤塵捕集セルに一定量のガスを通過させ、捕集された煤塵量を計量する方法の他、静電容量を利用した連続分析装置等も実用化されつつある。
【０２５６】
・排ガス酸素濃度の異常
排ガス中の酸素濃度自体がダイオキシン類の発生に直接結び付くものでは無いが、元々最適に空燃比制御された燃焼域の酸素濃度が急変する事は、何らかの異常現象が推定できる。
【０２５７】
本方式においては、廃液の持つ発熱量の変化や廃液の注入率変化等によっても生じ易い為、これらの監視が必要である。
尚、酸素濃度は化学分析の他、磁気ダンベル式、磁気風式、ジルコニア式等の連続分析法によって比較的容易に分析可能である。
【０２５８】
・バカラック指数の増大
燃焼の良否は、バカラック指数と呼ばれる比色ろ紙に排ガス中の煤を付着させる方法で確認できる。この方法を用いれば、前述の黒煙という形態が発生する以前に、バカラック指数の値により、発煙限界の確認が可能である。
発煙限界とは、酸素濃度を低下させた時に排ガス中の未燃カーボンが増加する状況で判断するもので、各設備毎及びその燃焼負荷毎に変化するものである。
ダイオキシン類対策としてはバカラック指数を限りなくゼロに近い値に保つ事が肝要である。
【０２５９】
・ダイオキシン類前駆物質値の増大
塩化ベンゼン、塩化フェノール等のダイオキシン類の前駆物質の値に異常が無いこと。この物質の連続モニター装置等が開発された事により、この装置等と組合せ、理想的燃焼状態である事を確認できる。
【０２６０】
・ダイオキシン類・等価毒性濃度
現状では、ダイオキシン類の計測は、ＪＩＳで定められたガスクロマトグラフィーによる分析が必要で、しかも計測後結果が出る期間が長い為、本特許における主旨とは若干異なり、理想的燃焼状態であった事の確認の為の手段であると考えられる。
しかし、何れ科学の発展やニーズの高まりと共に、ダイオキシン類や等価毒性濃度等のリアルタイム計測が可能になると考えられ、この様な場合には理想的な燃焼状態の確認の為の手段に用いる事が出来る。
【０２６１】
〔廃液の注入方法の調整〕
図３において、注入方法の調整の解説を行う。本図は、ボイラ設備において、燃料中に水溶性廃液、油性廃液、エマルジョン性廃液を混合し焼却処分する場合の構成を示したもので、燃料にはＣ重油と呼ばれる加熱を必要とする燃料を使用している。尚、本図は本調整の説明の他、混合方法の調整にも使用される。
【０２６２】
[廃液注入の実現と注入ポンプの選定]
燃料タンク１に貯留されている燃料は噴燃ポンプ２で加圧され、ヒーター３０で適正温度に加温され、燃料流量調整弁４で流量調整された後、バーナーによって燃焼される。この時、燃料流量計５が燃焼流量を検知し、多点注入率決定装置６４等の廃液の比例制御を行う制御装置へ伝送する。
水溶性廃液は、３％の濃度の酢酸廃液であり、廃液タンク１１に貯留され、カスケード構造を持つ廃液ポンプ１２により加圧され、前記燃料流量に基づいた廃液比例制御器の信号により制御された廃液流量調整弁１４、ヒーター３０を経由し、ミキサー２０において燃料と混合される。廃液ポンプや流量調整弁は、酢酸に対して十分な耐食性を持つステンレスで構成される他、その他接液部もステンレスで製作されている。
油性廃液は、植物性廃油であり、副廃液タンク２１に貯留されるが、ヒーターで直接加熱すると焦げて障害となりやすい為、副廃液タンク内で６０℃程度に加温されている。植物性廃油は、潤滑性が良いため、副廃液ポンプとしては容積式ポンプの一形態であるギヤポンプを選択し、添加剤比例制御器６６からの指令により制御されるＶＶＶＦ装置２２の回転出力により、回転速度が可変となり、容積式ポンプの特性により流量コントロールが行われる。
エマルジョン廃液は、洗浄工程排水を遠心分離機により分離したもので、ＨＬＢ１４程度の非イオン系界面活性剤と植物性油脂及び水分を凡そ５：５５：４０の比率で含んでいるＯ/Ｗ型エマルジョン廃液である。この廃液は、量が少ない事と、遠心式ポンプの様に剪断作用を持つポンプで移送すると、相の逆転が起こりクリームを発生しやすく高粘度化する懸念があるので、乳化廃液ポンプ５２にはダイヤフラム式ポンプを使用して、機械的剪断を与えずに、乳化廃液比例制御器の出力するパルス信号に応じて、廃液を廃液流量調整弁の二次側に比例注入する。
廃液は、エマルジョン廃液に対して１０倍以上の容量がある事、植物油脂は界面活性剤によりミセルを形成している事などにより、ダイヤフラムポンプの脈動は、注入点に対して殆ど影響が無く、しかも水溶性廃液中に容易に分散し安定化する。（相逆転が生じない油：水比となる。）
【０２６３】
[注入ポイントの選択]
(バーナー前注入)
廃液の注入方法とは、第一に注入ポイントの選択である。前記の水溶性液体やエマルジョン性液体の場合には、分離が発生しやすい事や発熱量が少ない等の事象により、バーナーの直前である事が望ましい。
図３において、ミキサー２０の位置は、燃料流量制御手段である燃料流量調整弁の下流側に設置されている。このポイントを水溶性廃液、特に殆ど発熱量の無い液体の注入位置として選択する事により、空燃比制御設備の変更を伴わずに廃液の燃焼を行う事が出来る。
【０２６４】
(調量前注入)
混合器１０の位置は、燃料流量調整弁の上流側である為、このポイントに注入するのは、燃料と同等の発熱量を持つ、植物油や潤滑油等の廃油類が望ましい。しかし、前述の混合状態の把握に述べた様にお互いの混合後のスラッジ発生量や熱ショックに対する耐性等を検討し、注入ポイントを選択すべきである。
【０２６５】
(廃液中注入)
本構成例におけるエマルジョン廃液は、ＨＬＢ１４の界面活性剤を含んだＯ／Ｗ型廃液である為、本構成例の様に水溶性廃液中に予め注入して置く事により、移送ショックによる相転移が発生しにくい、安定型Ｏ／Ｗエマルジョンになる。しかも、水溶性廃液中に界面活性剤が注入された事と同様の効果により、ミキサーでのエマルジョン化も容易となり、安価なミキサーが使用できる。
【０２６６】
[注入率と含有率]
尚、上記の注入ポイントの特性上、注入率と含有率を区別しなければ成らない。バーナー前注入を検討する場合には、混ぜる比率を表す名称として注入率或いは加水率を用い。調量前注入を行う時は、含有率、混合率、混油率等の表現を用いる事がよい。
両者の違いは注入率では（混ぜる比率）／（燃料流量）であるのに対し、含有率は（混ぜる比率）／（燃料流量＋混ぜる比率）で表現されるもので、例えば注入率１００％では含有率は５０％である。
【０２６７】
[比例注入方法]
注入方法として、先ず第一に選択すべきは、本図の様に燃料流量に応じた比例制御方法である。この方法は、流量検知手段からの信号により、流量制御手段をコントロールし、目標とする廃液を比例注入する方法である。この方法は、次以降に述べる各種の注入制御に柔軟に対応出来る為、有利である。
その他、燃料流量調整弁や燃料ラックと機械的にリンクした、流量制御手段により廃液を注入する方法等がある。
しかし、後者の方法は、廃液中の塩素等が極めて少なく、燃焼性も燃料と殆ど変化しない様なダイオキシン類の発生の懸念の無い廃液に限るべきである。
【０２６８】
[燃焼ゾーンに応じた注入]
産業用燃焼設備においては、その対象と成る負荷の変動に応じて、燃焼量も変化する。まず第一に注意しなければならないのは、燃焼量が低下する事による様々な燃焼悪化要因である。
【０２６９】
(燃焼量の低下に伴う燃焼悪化要因)
廃液が燃料と同様の燃焼性を持ち、且つ塩素等の含有量が燃料より少ない場合を除き、下記の理由により廃液の注入を停止する事が必要である。
【０２７０】
・噴霧特性の悪化
燃焼量が変更可能な燃焼手段は、概ね定格燃焼量の７０〜１００％付近の噴霧特性で最高の特性を発揮する様設計されている。次の例は各バーナー形式における低燃焼時の注意事項を述べる。
（１）蒸気噴霧式バーナー
燃料の噴射量に対してその穴の口径が、大きくなり過ぎ、噴射流速の低下や、粒子径の増大を招く。
燃料に対する噴霧蒸気量が増加し、廃液中に含まれる水分等の焼却能力が減少する。
（２）ロータリーバーナー・低圧空気噴霧
ロータリーカップや噴霧カップ径が大きい為、溢流する燃料量が減少すると、カップに僅かなゆがみや傷により、油膜が均等に成らず、火炎が乱れ易い。火炎形成用の一次空気のコントロールが難しくなり、カーボン付着が発生しやすくなる。
（３）戻り圧力噴霧
油滴の軸方向の貫徹力が弱くなり、火炎が短小化し、バーナー近くでの巻き戻りが激しくなるので、バーナーノズル等が汚れ易くなる。
（４）単純圧力噴霧
噴霧圧力が低下する為、油滴径の増大や、噴霧パターンの悪化が発生する。
【０２７１】
・燃焼室温度の低下
全ての、産業用燃焼装置やバーナーの組み合わせで共通し、燃焼室が低温度となる為、燃焼が完結する前に冷却されて酸化反応が維持出来なくなるので、ＨＣやＣＯが増大する。白煙の発生原因となりやすい。
【０２７２】
・空気との混合性の悪化
一般に、燃焼用空気量が減少する為、空気流速が低下し、油滴と空気との混合が悪化し、黒煙の発生原因となる。
【０２７３】
・過剰空気
前記の混合性を高めようとすると、過剰空気となり、燃焼室温度の低下を招く。
【０２７４】
・燃焼の中断
ボイラ等の装置にあっては、蒸気圧の上昇に伴い、自動的に燃焼が停止する場合がある。これは、故障では無く燃焼量制御による蒸気圧力制御の一形態であり、運用方法により日常的に発生しうる現象である。この為、廃液を混合していると、次の再着火時に廃液の分離や着火性の悪化を招く場合がある。
【０２７５】
・燃焼量の低下に伴う燃焼悪化要因のまとめ
即ち、産業用燃焼設備の低燃焼域においては、低燃焼の設定の仕方あるいは燃焼手段の性能により、どの領域迄が理想的状態の燃焼炎を形成しているかという判断をしながら、各燃焼設備の特性や廃液組成等を考慮して、注入率や注入の有無の判断を行う必要がある。
【０２７６】
(定格燃焼付近での注意事項)
・噴霧容量の増大と噴霧圧力の増加
廃液に熱量が殆ど無い場合において、定格燃焼時に多量の廃液を燃料に添加すると、バーナーの最大噴射能力を超える事となり、圧力の上昇や噴霧形状の変化等の障害が発生する。
バーナーノズルの穴径の増加等、燃焼設備の改善により回避出来る場合もあるが、産業用燃焼設備の燃焼手段のターンダウン比は、最大でも１：１０前後である事を考えると、低燃焼域で燃焼悪化の原因ともなりかねない。
一般産業用ボイラの様に、常用負荷帯が７０％前後の設備においては、定格燃焼時にそれらの障害を発生させない程度に廃液の注入率を抑制する事により、燃焼設備の変更無しに対応が可能となる。
【０２７７】
・空気流速の増大による生飛びの発生
定格燃焼域にあっては、燃焼設備からの燃料の噴霧速度の他、空気流速も増大する。燃焼設備の設計によっては、対象となる燃料油の性状に合わせ、急速な燃焼を行わせる様、火炎帯付近の燃料と空気の混合速度が急上昇する場合がある。
この様な場合、燃料中に水分等が多量に含まれていると、油滴の一部に水分蒸発が終了し着火する前に、火炎帯を通過してしまうものが現れ、これが生飛びとなって燃焼室や排ガス中に移行する。
生飛び油に塩素等が含まれていると、燃焼室や伝熱面等で熱乾留を受けながら酸化分解が発生するため、ダイオキシン類の発生が懸念される。
従って、試運転時に中燃焼域から定格燃焼域に渡り、生飛びの発生しない添加率に抑制したり、保炎機能の強化等の燃焼調整を実施する事が肝要である。
【０２７８】
[燃焼異常による注入の中断]
前記の理想的状態の燃焼炎の監視や排ガス組成の状態に基づき、異常が認められたら、塩素を含む廃液の場合、ダイオキシン類の発生の防止の為、廃液注入の中断等の処置を採る必要がある。
【０２７９】
〔廃液の混合方法の調整〕
ミキシング方法、スタティック式、ノズル式、剪断式、超音波式
一般にミキサーと呼ばれる装置の適用も、廃液の性状や注入ポイント等により様々に選択しなければならない。
【０２８０】
[機械ミキシング方法]
主に、剪断、分散等の機能をモーター等の動力により機械的に行うミキサーである。良く知られているのは、スクリューの様な羽根を持ったスクリューミキサーであるが、このタイプのミキサーはタンク内で使用する為、タンクブレンド法のみ用いられる。
本発明では原則として、インラインで混合出来、しかも流量の変化に対しても安定した混合性能が期待出来る、燃料と水のエマルジョン燃料を製造する為の[特許 1220654号管路内連続乳化機]等が適しているが、その他、ゲル状固形物等は破砕して混合する事の出来るミルタイプミキサー図４等も使用出来る。
【０２８１】
[高圧噴射方法]
廃液と燃料油を一次混合した後、混合液が微細なオリフィスを高圧で通過する事によるキャビテーションや剪断を利用して微細化するもので、牛乳のホモジナズ等に使用されている。
圧力を１０ＭＰａ程度迄上げて、微細なオリフィスを通過させれば、粘度に関係無く、極めて均質なエマルジョンを作る事が出来るが、一次混合ミキサーが必要な事や、縦混合性が少なく、流量変化にも弱く、エネルギー効率も低いので、エマルジョンの均質性が求められる用途で使用される。
【０２８２】
[静的ミキシング方法]
(旋回案内羽根式)
管路内に、９０度の旋回角度を持った案内羽根を設け、案内羽根により旋回力を得た流体同士が合流する際に生じる乱流により、２液を混合するもので、エマルジョンを製造する際には、極めて厳格な粘度管理と流速管理が必要であるが、油同士あるいは水同士の様に、剪断力を必要としない混合には、稼動部が無く構造も簡単な為適している。
【０２８３】
(インゼクタ式)
インゼクタの原理を応用し、燃料の高速流中の低圧部に廃液を吸い込ませながら混合するもので、スロート部（ディフューザ）が、比較的低流量でも、混合後に乱流状態となるので、２液の分散性に優れており、前記高圧噴射ミキサー等の一次混合器や、油同士或いは水同士の混合に適している（図５参照）。
【０２８４】
[超音波式]
超音波振動するホーンと呼ばれる振動子が混合液と接触する事により、エマルジョン粒子の微細化を計るものであるが、効率的に超音波エネルギーを混合液に伝えるホーンの設計が困難である事や、一次分散能力が無い事などから、機械式ミキシング法と組み合わされて使用される事が多い。
【０２８５】
[混合方法に求められる性能]
(分散性能)
この性能は、プレミキサー等に求められる性能で、液体を乱流状態にする事によりこの性能が期待できる。Ａ重油と灯油の混合の様に、溶解分散する溶液同士の場合には、この性能が、全負荷域において維持できれば十分使用可能である。
【０２８６】
(エマルジョン化性能)
燃料と水の様にお互いに混じり合わない液体同士を分散させる為には、通常はお互いの表面張力に応じたエネルギーを加えなければ、分散する事が出来ない。エマルジョン化性能とは流体にこのエネルギーを与える手段であり、この性能が全負荷域において維持出来なければ、本発明のインライン比例制御に用いる事が困難である。
【０２８７】
(縦混合性)
脈動のあるポンプや、制御では補正しきれない燃料と廃液流量の微小なタイムラグを機械的に補うのが、この縦混合性である。縦混合とは、ミキシングを行いながら、一部が循環する事により、２液の混合状態を平均化させる作用がある。一般に流速が早くなると縦混合性が期待出来なくなるので、比例注入方法等と合わせて検討する必要がある。
【０２８８】
(破砕機能)
より強いエネルギーで液体に剪断を与える事により、固形物を水に分散させる事も可能である。例えば、ジュースの果肉や豆腐等の様に殆どが水分で構成されている様な物質は、この破砕機能により液状化出来る場合が多い。又臼の原理で機械的に剪断させるミルタイプのミキサーや高エネルギー超音波タイプでは、燃料中のスラッジを破砕出来るものもある。
【０２８９】
〔廃液成分による燃焼設備の空燃比制御方法の調整〕
[発熱量を持たない廃液]
発熱量を持たないか、発熱量が極めて低い廃液の場合には、前記[注入ポイント]の選択でも述べたが、図３におけるミキサー２０の位置に注入する事により、燃料流量調整弁４が決定した燃料流量に廃液流量が加わる為、バーナー９での噴射量は増加するが、発熱量は変わらず、理論空気量にも変化が無い為、安定化においては空燃比が乱れる事は無い。しかし、急激に廃液の量を増加させたり、減少させたりする事及び廃液を燃料流量と極めて正確に比例制御させないと、過渡的状況下で発煙や白煙発生の原因となるので、ダイオキシン類の発生要因となる。
この過渡的状況さえ、廃液の注入制御でコントロールできれば、この場合には従来型の空燃比制御装置で対応が可能である。
【０２９０】
[発熱量が燃料と等しい廃液]
(混合後の性状が安定している廃液)
前記[廃液と液体燃料との混合状態の把握]で混合状態が安定していて、且つ燃料油と等しい発熱量を持つ廃液の場合には、図３の混合器１０の位置に廃液を注入する事が出来る。この場合には、燃料流量調整弁４を通過する燃料は、廃液と燃料の合計量となるが、廃液の発熱量が燃料と等しい為、バーナー９で燃焼している燃料の発熱量は変わらないので、従来型の空燃比制御装置で対応が可能である。
しかし、ここで注意しなければならないのは、廃液の発熱量と燃料油の発熱量の比較を体積当たりで比較しているか重量で比較しているかという点である。つまり、燃料流量調整弁では、体積のコントロールを行う為、体積当たりの発熱量が変化すると、バーナーで燃焼される燃料量は同一でも発熱量が変化し、空燃比が乱れる為である。
又、粘度にも注意が必要である。粘度は通常混合率に応じて、対数比例して粘度変化を起こす。即ち同一温度で２００ｃｓｔと２ｃｓｔの燃料と廃油を５０：５０で混合した場合、混合後の粘度は２０ｃｓｔとなる。燃料流量調整弁は粘度による流量変化を生じるので、混合後の予想粘度も把握して、空燃比の乱れを予測し、必要な対策を取る事が望ましい。
一般的には、この様な場合、質量流量計による質量流量を一定にするフィードバック制御を燃料流量制御手段に行わせる事により回避出来る場合が多い。
【０２９１】
(混合後の性状が不安定な廃液)
この場合には、前記の安定している場合の方法は取れず、注入ポイントを図３のミキサーの位置にする必要があるが、この場合には燃料流量調整弁でコントロールしている燃料に、発熱量を持つ廃液が上乗せされる形でバーナーにより燃焼される為、通常の空燃比制御方法では、極めて少ない注入率に制御される燃焼設備が多い。
対策は次の[発熱量があるが燃料とは等しく無い廃液]と同様である為、そこに記載する。
【０２９２】
[発熱量があるが燃料とは等しく無い廃液]
発熱量があるが、燃料とは等しく無い廃液の場合には、図３のミキサー部あるいは混合器部のどちらに注入しても、空燃比の変化は避けられない。空燃比制御の概念が薄い、ガスタービン設備やディーゼルエンジンの場合には、特に問題は無いが、ボイラの様に低過剰空気比で運用している燃焼設備の場合には、注入量を増加させると、発煙や過剰空気による効率低下やＮＯｘ上昇等の原因となる。例えば、発熱量が燃料の半分である場合、ふたつの注入量ポイントに対して同量づつ注入すれば、結果的に相殺されてバーナーでの発熱量は変わらず、空燃比の乱れも無い事になるが、システムが煩雑になるし、混合後の性状が不安定な廃液の場合には適用できない。
【０２９３】
従って、図６によって、混合後の性状が不安定な場合や発熱量が燃料の半分程度である場合の空燃比制御の方法についての形態を説明する。
図６は、燃料タンク１の燃料を燃料ポンプ２で加圧し、燃料流量調整弁４において流量制御された燃料が、ミキサー２０と燃料流量計５を通過してバーナー９で燃焼されるボイラ３８の燃料系と、圧力発信器４３の検知した蒸気圧力信号を圧力調整器４４でＰＩＤ演算し、カスケードした燃料流量制御ＰＩＤ演算器２３０とダンパ開度制御ＰＩＤ演算器に出力し、燃料流量とダンパ開度を調整し空燃比を適正に保ちながら、蒸気圧力制御を行う空燃比制御機構を持つ。
【０２９４】
廃液タンク１１には、カロリーが５０００ＫＣａｌ／Ｌのアルコール系廃液が貯留されており廃液ポンプ１２により加圧され廃液流量調整弁１４により流量コントロールされミキサー２０で燃料中に注入されエマルジョン化されてバーナー９にて燃焼処分される。
燃料流量計５の信号は、廃液比例制御器６５に送られるが、この時予めプリセットされた目標混合率に従って、廃液流量調整弁の開度調整が成される。注入開始直後からの動作を説明すると次の様になる。
プリセットされた値が２０％の混合比率であったとしても、廃液比例制御器はいきなり２０％の混合率になる開度調整を行うのでは無く、例えば１％程度の注入率で注入を開始する。その時に廃液比例制御器は、現在注入している廃液の発熱量と廃液流量を燃料流量制御ＰＩＤ演算器に送る。
燃料流量制御ＰＩＤ演算器では、現在流さなければ成らない目標流量が５００Ｌ／ｈであると仮定した場合、廃液比例制御器からの信号により、（目標流量＋廃液流量−廃液流量×（廃液発熱量／燃料発熱量））という計算を行い、現在の廃液注入量における目標流量に従って、燃料流量調整弁の制御を行う。この条件下における新たな目標流量は５０２．５Ｌ／ｈである。
【０２９５】
廃液比例制御器は燃料の通過流量の積分値あるいは時間制御等により、徐々に廃液の注入率を増加させる事により。目標流量も徐々に補正され最終的に廃液注入率２０％時に５５０Ｌ／ｈの目標流量の制御が安全に実現出来るものである。この構成例であげた方法の他、いずれも徐々に廃液の注入量を増加させる事により、燃料流量を補正し、正しい空燃比制御を行う方法をとれれば方法は問わないし、逆にダンパの開度補正や送風機にＶＶＶＦを使用している場合回転数補正を行う事により、目標とする空燃比を維持する方法でも問題は無い。
原理上、Ｏ₂計の故障時に若干の危険が伴うが、Ｏ₂トリミング法により補正する事も有効な方法である。しかし、この方法で行う時には、出来るだけ注入量を少なくすると共に、Ｏ₂計が故障した時には、直ちに廃液の注入を停止する等の安全対策も講じる必要がある。
【０２９６】
尚、前述の目標流量の変更方法に、Ｏ₂トリミング法を組み合わせれば、廃液の若干の発熱量の相違が吸収出来る為、極めて有効な手段と成り得るし、万が一Ｏ₂計が故障した場合においても、予想される最大発熱量をプリセットしておけば、発煙等の燃焼トラブルによるダイオキシン類発生を防止出来る。又、Ｏ₂トリミング法による補正は、ダンパ補正や送風機回転数補正方法についても有効である。
発熱量の把握は、基本的には事前の詳細分析を行いプリセットして置く必要があるが、廃液流量計１５を比重測定も可能な質量流量計にする事により、アルコール溶液の場合、水とアルコールとの比重差により、凡その発熱量を計算できるので、廃液比例制御器にこの演算式をプログラムする事により、燃料流量制御ＰＩＤ演算器へ送る発熱量信号が実際の発熱量に近くなるので、アルコールの濃度変化にもある程度柔軟に対応出来る。
【０２９７】
〔廃液成分による燃焼装置の調整〕
[バーナー形式の選定]
廃液成分によるバーナー形式の選定とは、まず廃液中に含まれる水分量のファクターが大きい。即ち廃液中に含まれる水分量が多い場合には、処理量の燃料に対する増加に伴い、バーナーが噴射する混合燃料の増大を意味するからである。燃料の増大に最も有利なバーナー形式は、ロータリー式である。このバーナーは、バーナーカップも大きく、燃料油の滴下口も過大流量に対して比較的余裕がある為である。もちろん、発熱量を有する燃料を過大噴霧させれば、風量の不足や異常燃焼などの原因となるが、定格燃焼時の発熱量に合わせ噴霧量のみを増加させる事は、経験上も原理上もそれ程困難は伴わない。
【０２９８】
次に有利なのが、内部混合式蒸気噴霧バーナーである。内部混合式バーナーでは、外部に噴霧するノズルチップ３７の口径は、蒸気と混合後のエアロゾルを噴霧する為、若干の液体の増加は圧力増大に繋がらない。しかし、ミキサー３３の油穴は液体流量の増加に伴い圧力が増大する為、定格燃焼時に混合比率を増加させる場合には、穴径の大きなものを選択する必要がある。しかし、この部分の修正は低燃焼時の噴霧特性が若干悪化するものの、元々噴霧特性自体は大きなターンダウン比を持つバーナーである為、マイナス要因とは成りがたいためである。最も、困難な形式が戻り圧力噴霧式である。戻り圧力噴霧式は、定格能力に対してのターンダウン比が１：５程度と小さいため、ノズル穴の口径を大きくし、最大燃焼時の燃料流量を増加させると、それに伴い制御可能な最低燃焼量が増加してしまうからである。この為、この形式のバーナーでは出来るだけ発熱量が燃料に近く、噴霧量をあまり増加させなくても良い廃液に対して選択すべきバーナーである。
【０２９９】
(焦げ易い廃液)
例えば、蔗糖等を大量に含む廃液の場合には、燃焼中断等により炉内の輻射熱を受けると焦げてバーナーノズルへの障害となりやすい。原則としては、燃焼停止前に廃液の注入を停止するのであるが、この様な廃液の場合蒸気噴霧バーナー形式（特に内部混合）方式のものであれば、焦げなどによる障害が殆ど発生せず有利である。
逆に、噴射弁構造を持つ、ディーゼルエンジンやガスタービンでは、噴射弁ノズルのシート面に糖類が付着した状態で加熱されると、カラメル状に固着し燃焼トラブルの原因となるので注意が必要である。
【０３００】
[保炎形式の選定]
(水を含んだ廃液)
水分を含んだ廃液を燃料に混合して燃焼する上で、注意しなければならないのは、噴霧された油滴に火が付くのは、廃液中に含まれる水分が蒸発してからであるという点である。一般にこの蒸発とは、Ｗ／Ｏエマルジョン燃料における微爆現象と呼ばれ蒸発のエネルギーによって、エマルジョン粒子表面の燃料を再分散させ、油滴径の微細化による燃焼促進効果により、煤塵量を大幅に低下させる技術として知られている。
しかし、燃焼手段から混合燃料が噴射され、この微爆が生じ、微細化された油滴に着火するまでの時間は、そうでない場合に比べ一般に長くなるのが普通である。この為、前述の[定格燃焼付近での注意事項]でも触れた様に、保炎性を確保する必要があるし、保炎帯の滞留時間を長目に取る必要がある。
水エマルジョン燃料系において、微爆効果により本来は火炎が短炎となってしかるべきであるのに、火炎長が短くならない、あるいは多少長くなる等の状況が見られるのは、保炎機能が水エマルジョン系の燃料の燃焼特性にマッチしていない事に起因する場合が多い。
図７は、この点を考慮した保炎機能を持つバーナーと、火炎監視が行える水冷壁炉によって、水や各種廃液を燃焼させた場合の火炎の長さを計測したものである。各記号（１）Ａ重油単独、（２）水道水、（３）タンニン系薬品ボイラブロー水、（４）お茶抽出廃液、（５）ジュース廃液、（６）アルコール系廃液、（７）アミン系溶剤廃液を示している。（１）以外は各種試料２０％を燃料中にエマルジョン化し火炎長計測を行ったものである。
保炎対策に留意したバーナーであれば、上記の様に火炎の長さに有為差は無く、良好な燃焼が維持出来る。
【０３０１】
(揮発性の高い廃液)
揮発性の高い廃液を混合した燃料油は、一般的に高い引火性（引火点が低い）を持ち、燃焼反応が一期に進み易い。図７で見る様に供試したバーナーは空気噴霧式であるから、あまり顕著では無いが、（７）のアミン系溶剤廃液の混合燃料は明らかに火炎長が短く成っている。
火炎長が短く成る事は、完全燃焼という立場から考えれば全く問題は無い、しかし、火炎長が短いという事は、それだけ保炎帯付近で燃焼が行われている事になり、バーナーノズルや保炎機能自体の焼損に繋がる場合もあるので、注意が必要である。
【０３０２】
(保炎機能のまとめ)
即ち、対象の燃焼設備で廃液処分を行う場合、原則として、当該燃料油で燃焼している火炎長が大幅に変わらない範囲で、注入率を決定すべきであるが、上記の様な要目を配慮し、保炎機能を最適化する事により対象廃液量を増加させる事も可能である。
【０３０３】
[エアーレジスタ]
(灰分濃度の高い廃液)
灰分濃度の高い廃液を燃料油に混合して、廃液処分を行う時、留意しなければ成らないのは、その溶融した灰成分が伝熱面に接触し、クリンカーと呼ばれる溶岩状物質を形成する事である。
良質の燃料油を使う燃焼設備にあっては、熱効率の改善の為、火炎を水冷壁等に出来るだけ近接させ、輻射熱の吸収を高める様な燃焼調整を行っている場合が多い。しかし、この様な燃焼形状のままで、灰分濃度の高い廃液を燃料油に混合した場合、火炎は凡そ１４００℃前後の温度域にあるので、この温度以下で溶融する灰分に関しては、冷却固化する前に、伝熱面に接触し固化する為、クリンカーを形成しやすい。
この為、灰分濃度の高い廃液を混合する場合、火炎が直接水冷壁に接近しない様な火炎形状を選択すべきで、ノズル角度等にも影響されるが、エアーレジスタが可変構造を持つタイプの燃焼手段であれば、この調整によって、灰分の影響が出難い火炎形状を形成する事も可能である場合が多い。
【０３０４】
(水の混合した廃液)
前記、保炎機能の部分より影響は少ないが、水エマルジョンにおいては、微爆現象により、全方向に向けた運動力が増加する事になり、火炎の太さが太く成る傾向がある。即ちこの傾向は、燃料と空気との接触面を増加する要因であり、水エマルジョンの燃焼改善効果を示す一つの重要な証左である。
しかし、エアーレジスタによる形成された、火炎形状が、水冷壁に対して極めて近い位置に接近していた場合、廃液の水エマルジョン効果により、火炎の接近がより強くなる傾向があり、カーボン付着障害を起こす懸念や、水冷壁で急冷され未燃物の生成原因となりかねない。
未燃物やカーボンは、ダイオキシン類の発生要因となる為、この様な兆候が懸念される場合、エアーレジスタを調整し、廃液の水エマルジョン効果による不具合を修正する必要がある。
尚、この場合水と同じ様な微爆作用により同様な現象を起こす廃液成分についても同様である。
【０３０５】
[ノズル角度や穴数の選定]
前記エアレジスタの調整で、火炎形状の修正が困難な場合や、エアレジスタの調整が出来ない或いは無い構造の燃焼手段においては、ノズル角度の修正や穴数の調整により、対象の廃液を混合燃焼するのに適した火炎形状にする事が可能である。
【０３０６】
[ノズル口径の選定]
発熱量の低い廃液にあっては、燃料に対して処理しようとする廃液がプラスされる為、定格燃焼時においては、噴霧油圧の上昇、噴射速度の上昇による火炎形状の異常等の障害を派生させる。燃焼設備における定格燃焼時間が、少ない設備においては、この様な場合には廃液の注入量を減少させる事により、この様な障害を防止する事が可能であるが、殆どが定格燃焼を行うディーゼル機関やガスタービン機関においては、ノズル口径を見直す等の手段で、目的とする廃液を処理出来るのに適したノズル口径に調整する必要がある。
【０３０７】
[耐食性の選定]
一般的なバーナーにおいては、燃焼室が高温の酸化状態である事から、バーナー先端部等に関しては、耐食材料を用いている場合が多い。この為、チップ部等については特別な配慮が不要である場合が多いが、チップに至る経路については、鋼材が使われている例が多く、廃液の腐食性あるいはｐＨによって適切な材質に変更する必要がある。
尚、燃焼設備側の対応が難しい場合には、燃料又は廃液中に燃焼に障害を与えない成分で構成された防食剤等を加える事で対応出来る場合もある。
【０３０８】
〔廃液成分による低ＮＯｘ手段の調整〕
廃液の添加により、燃焼手段における低ＮＯｘ手段も様々な影響を受ける。これらを加味して、低ＮＯｘ手段の検討を行う必要があるが、まず課題を整理すると、ＮＯｘが低減する廃液とＮＯｘが上昇する廃液が存在し、夫々について検討を進める必要がある。
【０３０９】
[ＮＯｘの低下する廃液]
(発熱量を持ち窒素分が無い)
この様な廃液は、液体燃料としては灯油とほぼ同様と見なしてよいので、灯油に混合する場合には、ＮＯｘの低減効果は無いが、その他の窒素分を含む燃料に対してはＮＯｘ低下原因となる。例えば、Ｃ重油の様に窒素分を２０００ｐｐｍ程度含む燃料の場合、発生するフューエルＮＯｘは排ガス中で約８０〜１００ｐｐｍと言われており、燃料中の窒素１００ｐｐｍあたり約４〜５ｐｐｍが排ガスＮＯｘに影響すると言われている。
この様なＣ重油に発熱量が同等で窒素分の無い廃液を混合すれば、混合率５０％の時の燃料中の窒素分は、１０００ｐｐｍに低下し、約４０〜５０ｐｐｍのＮＯｘ低減効果が期待出来る。
【０３１０】
(水分量が多い)
・ボイラ、焼却炉、ガスタービン等
水分量の多い廃液は、特に灯油やＡ重油に対して、ＮＯｘ低減要因となる。全くの水であると規定すると、図１の様なＮＯｘの低減効果が期待出来る。
Ｃ重油燃料にあっては、ボイラや焼却炉において、水分量が多い事は直接のＮＯｘ低減効果とは成らない。しかし、バイジン量が大幅に低下する事から、酸素濃度を低減する事が可能で、結果的にＮＯｘ発生量が減少するので、ＮＯｘの低減効果が期待出来る。
【０３１１】
・ディーゼルエンジン
ディーゼルエンジンにおいては、どの様な燃料であっても、ＮＯｘ値に占めるサーマルＮＯｘの値が極めて高いので、水分量が多い事はＮＯｘ値低減の効果が期待出来る。図８は、Ｃ重油で運用しているディーゼルエンジンにおけるＮＯｘと煙濃度の計測事例である。又、図１にディーゼルエンジンに期待出来るＮＯｘ低減効果が示してあるが、多少の困難を克服しても水エマルジョン燃焼を行う社会的意義があると考えられる結果となっている。
【０３１２】
[ＮＯｘの上昇する廃液]
アミンやアンモニア或いはタンパク質やアンモニア等の窒素分を含む廃液は、廃液ＮＯｘとして、排ガス中に加算される要因となる。しかし、水分が多い場合には、水エマルジョン効果によるサーマルＮＯｘの低減効果で、図９の（５）食品系廃液の様にトータルＮＯｘ量では変わらない場合もある。図９中の各記号は、（１）Ａ重油単独、（２）水道水、（３）タンニン系薬品ボイラブロー水、（４）お茶抽出廃液、（５）ジュース廃液、（６）アルコール系廃液、（７）アミン系溶剤廃液を示している。
何れにしても、廃液の分析により窒素成分を明らかに、予想されるＮＯｘを求め（窒素分もその組成によるＮＯｘの転換率が異なる為、既知のものは予測で予想ＮＯｘ値が求められるが、たんぱく質やアミノ酸等複雑な化合物については、実験炉等で実測で求める必要があると思われる。）混合可能な比率を決定するか、低ＮＯｘ手段を強化する等の対策を行い、ＮＯｘの排出量を抑制すべきである。
【０３１３】
[低ＮＯｘ手段の検討]
廃液成分中に水が存在している場合には、原則としてその水分量に依存して、ＮＯｘ低減効果が期待出来る事は前述のとおりであるが、低ＮＯｘ手段中、水噴霧や水蒸気噴霧等は、当該廃液中に含まれる水と競合し、燃焼性悪化の原因となりかねないので、注意が必要である。
【０３１４】
(二段燃焼方式の選択)
従って、出来るだけこの様な手段に頼らず、低ＮＯｘバーナー等の方法を取る事が望ましいが、中でも多段空気吹き込みバーナーが、廃液中に水が存在している場合には、最も望ましい。即ち、多段空気吹き込みバーナーの場合、エマルジョン状に分散した水粒子が微爆を起こす範囲の燃焼域は、空気流速が遅く火炎が冷え難い。従って、ある程度の水の存在は生飛び等の原因となり難いばかりか、この燃焼域での温度の上がりすぎを抑制し、且つその微爆効果により、二次空気或いは三次空気吹き込み時の発煙防止効果が極めて大きい為である。
従って、本特許を最大限有効に利用する為の燃焼機構としては、この燃焼方式がお互いの相乗効果が期待出来る極めて相性の良い低ＮＯｘ方法である。尚、目的は異なるが、ガスタービンの多段空気吹き込み方法や、ディーゼル機関においても副燃焼室方式で、着火域（エマルジョンが微爆後油滴に着火する燃焼域）が空気に冷やされない方式による燃焼形態は、廃液中に水分を含む場合に、注入率を上げる事が出来る。
【０３１５】
(分割火炎の選択)
逆に注意しなければ成らないのは、分割火炎バーナー等の様に、空気と輻射熱の吸収により積極的に火炎温度を低下させ様とする低ＮＯｘ方法である。この低ＮＯｘ方法においては、エマルジョンが微爆を起こす過程の着火遅れが直接火炎長の増大に繋がり易く、油滴の不着火による生飛び等の現象も発生しやすい為である。
【０３１６】
(水噴霧、蒸気噴霧の選択)
水噴霧、蒸気噴霧と廃液に水を含む場合の適用は、注意が必要である。即ち、水によるラジカル抑制作用によるＮＯｘ低減は、燃焼設備毎に一定の限度があり、過度の適用は逆にＨＣやＣＯの増加原因となり、ダイオキシン類の発生リスクが高まる為である。これらを現在併用している場合には、廃液処理中の噴霧量を調整する等の手段と併用し、ＨＣやＣＯの増加を抑制しなければ成らない。
【０３１７】
(排ガス脱硝装置の選択)
最近の主流であるアンモニア還元式排ガス脱硝装置に関していえば、その温度条件や作用機構からダイオキシン類の再合成リスクは低いと言えない。現在のところ知見は無く適用にあたっては、脱硝装置前後のダイオキシン量の計測を行う等の手段により、発生リスクを調査する必要がある。結果により、２００℃以下の環境で脱硝可能な脱硝装置の検討も必要となるが、出来るだけ一次処理即ち発生を防止する事が原則である。
【０３１８】
(Ｃ重油のＮＯｘ低減)
ボイラ等の元々ＮＯｘ発生量の少ない産業用燃焼設備において、Ｃ重油等の様に燃料中に窒素分を含む燃料の場合、その成分比率の変動によりＮＯｘ値が規制値を上回るリスクをかかえている。Ｃ重油の窒素分を低減させる事は中々困難であり、これを抑制する為に、無理な低ＮＯｘ手段や低酸素運転を行うと、バイジン発生リスクが上昇する。
廃液処理に使用する場合には、廃液に窒素分を含まず発熱量が多い場合には、フューエルＮＯｘ低減効果が期待出来るが、そうで無い場合には、Ａ重油の様に燃料中の窒素分の少ない燃料を混油し、無理な低ＮＯｘ手段に頼らない事が重要である。
特に発熱量を中途半端に持つ廃液の場合には、余程その熱カロリーが安定していない限り、若干酸素濃度に余裕を持たせる事により、不測の事態に備える必要があるが、ＮＯｘ低減の為に発煙限界近くまで酸素濃度を絞り込んだボイラでは、廃液処理の適用が困難となる為である。
【０３１９】
[低ＮＯｘ手段の調整のまとめ]
以上の様に、廃液注入に伴う、ＮＯｘ低減効果或いは上昇要因等を考慮しながら、廃液の注入率を決定すると共に、現在利用している低ＮＯｘ手段が廃液注入と競合や悪影響を及ぼさない範囲に注入率を留めるか、低ＮＯｘ手段の変更を行う等の対応が必要である。特にＣ重油燃焼におけるＡ重油のインライン比例制御式混油法は、本処理法と装置が兼用できるメリットがある他、Ｃ重油の窒素分の変動にも柔軟に対応出来る等併用メリットが大きい。
【０３２０】
〔添加剤の有無と種類〕
本特許に述べる添加剤とは、廃液を燃料に注入する段階において、用いるものを指し、廃液の前処理段階で必要とするものは含まない。
添加剤を用いる目的は、原則として次の様な要目であるが、基本的にはコストアップ要因となる為、装置側の対応で無添加でも適用可能である場合には用いる必要は無いが、用いない場合に障害が予想される場合には、用いる必要がありこれらの添加率や種類の選択等も重要な技術である。
【０３２１】
[潤滑性の付与]
混合状態が、エマルジョン状分散である場合、廃液が潤滑性を有するもので無い限り、混合液の潤滑性は低下する。しかし、燃料油そのものの潤滑性が高ければ、その障害が回避出来る場合もある。
これは、ボールベアリング軸受けを液中潤滑しているギヤー式の容積ポンプを灯油で１ＭＰａ程度の吐出圧差で運用している状態で、その中に水を３０％加えれば３０分も経過せずに、ベアリングの磨耗により運転が停止する事から明らかである。しかし、同一条件をＣ重油で行えば、５年以上問題なく運用出来る。
潤滑性とは様々な流体要素と摺動材料の組合せによって類推出来る極めて曖昧な指標であるが、例えば、前記灯油にある特定の添加剤を加える事により、３０分しか持たない運転時間が５年以上運転出来るならば、その添加剤は明らかに効果が期待出来る事は明白である。
発明者は、その様な実験方法により、エマルジョン状態における燃料の潤滑性の動的評価を行い、燃料及び廃液種とその燃焼設備が要求する様々なバリエーションの潤滑付与添加剤を開発している。
本来は、これらの薬品も出来るだけ使用しない事が望ましいが、ディーゼルエンジンの様に設備対策だけでは、潤滑対策が困難な場合には、この様な潤滑付与剤を燃料或いは、又は、廃液に混合する事により、障害を防止出来る。
【０３２２】
[防食性の付与]
防食性は、原則として装置側の対応により処理する事が望ましい。しかし、ディーゼルエンジン等の様に廃液添加後の燃料系が長く、しかも非常に高圧な燃料圧力を要求される用途では、これらの改善にも多くの費用が必要である。
水程度の腐食性に対する対応の場合には、燃料中にアミン系界面活性剤等を使用する事により、鋼材表面にアミン系界面活性剤の油膜が形成され、腐食を防止出来る。前述した様に、アミンは窒素分を含むため、ＮＯｘの上昇要素となるが、水を加える事により相殺若しくは低減が可能である為、有効な技術である。
【０３２３】
[乳化性の付与]
廃液が水溶性液体で、エマルジョン状分散により燃焼手段で燃焼させる時、廃液の注入点から燃焼手段で噴霧される間の安定性が燃焼に耐えない状態である場合、乳化剤を使用する必要がある。乳化剤としては、Ｗ／Ｏ型エマルジョンを安定化させる為、ＨＬＢとして３〜７程度の油溶性界面活性剤を予め燃料系に分散させて置き、その界面活性剤混合燃料油に水溶性廃液を注入する事が望ましい。しかし、廃液の場合には界面活性剤との相性が、水を乳化する場合と異なる場合も予想され、事前に燃料と廃液の予備試験を実施して置く必要がある。
【０３２４】
[異物発生の防止]
例えば、溶剤等の混合により燃料中にスラッジ発生が懸念される時、本来は溶解分散である為、安定性は問題無い様に考えられる。しかし、燃料中のマルテン等が溶剤に溶け込み、アスファルテン遊離によるスラッジ発生リスクが高く成る事や、ポンピングや流量制御に伴うキャビテーションがラジカルを発生させスラッジ要因となる事は前述のとおりである。この様な用途にも界面活性剤が用いられる。特に揮発性の高い溶剤を燃料中に混合する場合、ポンプで昇圧する際に摺動面で蒸発が起こりドライ運転が生じ易く、潤滑性も問題となる。この様な場合に、多価アルコール脂肪酸エステル系の界面活性剤を用いる事により、鋼材表面に油膜を生じさせる機能があり、スラッジ発生リスクを減少させると共に、潤滑性の付与も期待でき、ポンプや噴射弁等を保護する事が出来る。
又、ラジカル理論によれば、ラジカル抑制効果を持つ酸化防止剤やポリフェノール等を含んだ廃液も異物発生効果が期待出来ると思われ、スラッジ抑制方法として特許を同時に申請する予定である。
【０３２５】
[結晶化の防止]
廃液中にポリアクリル酸やＰＶＡ等の水溶性分散剤を加える事により、重炭酸塩等として混入しているカルシウムやマグネシウム成分の結晶化を防止可能である。特にディーゼルエンジンの様に極めて狭いオリフィスを持ち、高圧に圧縮されるポンプにおいては、水中の僅かな気泡等が断熱圧縮により発熱し、前記カルシウム類の結晶化を生じる恐れがある。結晶化した微細カルシウムは、噴射ポンプや噴射弁の摺動部を傷つけるおそれもあるので、カルシウムの結晶化を防止するその様な薬品類も用途により、検討する事が望ましい。
【０３２６】
[廃液の特性に着目した再利用]
しかし、廃液として排出されるものの中には、上記の有用な添加剤成分を含んだまま廃棄される例がある（潤滑油、防錆油、界面活性剤含有排水、ビタミンＣ、ビタミンＥを含んだ食品廃液等）エンジン潤滑油に関しては既に知見を有しているが、今後本処理が実際に商用利用される段階になれば、添加剤を購入する事無く廃棄物の再利用でこの効果を期待する事も可能である。
【０３２７】
〔水エマルジョン燃焼の併用の要否〕
産業用燃焼設備により、廃液を処理する事において、留意しなければ成らない点はダイオキシン類対策用に設計された焼却炉とは異なり、十分な燃焼室滞留時間を期待出来ない点にある。特にディーゼル機関やガスタービン等の高温高圧化の燃焼では数十ｍ秒単位の滞留時間しか期待できない。そこで重要となるのが、煤を出さない技術である。即ち燃焼過程に煤（グラファイト）が生成されるとラジカル連鎖が遮断され、内部に守られた炭化水素により、ダイオキシン類生成のリスクが高くなる為である。
また、この煤を触媒燃焼等で低温燃焼させれば、ダイオキシン類生成に最も都合の良い条件となる懸念がある。従って、少なくとも廃液を焼却処分する上では、煤の燃焼室からの発生を防止する事が重要である。
【０３２８】
[低分子で構成された水を含まない廃液と良質の液体燃料]
水エマルジョン燃焼の優れた有機物分解作用は既に述べた通りである。燃料及び廃液共に、ベンゼン環の生成しにくい低分子の炭化水素で構成されているのであれば、その様な廃液処理に、熱カロリーの損失を伴う水エマルジョン燃焼を適用するメリットは、ＮＯｘ低減効果以外には期待するものは無い。
【０３２９】
[水を含む廃液]
又、廃液中に水を含むものは、水エマルジョン効果が期待出来、高分子有機物がある場合には、その分解促進に効果が期待出来、あえて水エマルジョンを行う必要は無い。しかし、水の量が限定的で水エマルジョン効果が十分で無い場合、廃液を水で希釈する等の手段で、水エマルジョン効果を発揮させる事は考慮に値する。
【０３３０】
[Ｃ重油等の液体燃料との併用]
Ｃ重油は、前述した様に様々なラジカルを受け、（これは原油を採取する以前の地球により与えられたラジカルも含めて）ラジカルに対して極めて安定的な複数の物質を含んでいる。
誤解を恐れずに言うならば、Ｃ重油とはそもそも、現代社会における廃棄物の再生品であるといっても過言では無い。Ｃ重油は、原油からガソリン、軽油、灯油、Ａ重油等の燃料や各種潤滑油、プラスチック原料、溶剤等様々な製品を生み出した後の残渣なのである。しかし、これを産業廃棄物として処理したらなば、その処理費を含め膨大なコストが発生し、製品転嫁され社会コストの上昇に繋がるとともに、そのエネルギーは無駄に喪失され、炭酸ガス等の排出量もより増加していたであろう。即ち、Ｃ重油の使用を制限すべきではなく、如何に環境への影響を少なく燃焼させられるかという点が、社会コストの低減あるいは地球温暖化対策上極めて重要である。
【０３３１】
しかし、現状ではその様な社会的意義でＣ重油を燃焼させている需要家は極めて少なく、燃料コストが安いという理由のみで採用される事例も少なくない、この為、現状では残念ながらガス燃料を用いる需要家に比べ、環境意識が不足気味である事も否定出来ない。発明者としては、寧ろガス燃料に転換する様な社会意識の強い需要家に、日本あるいは地球全体として、原油の残渣であるこのＣ重油を如何に細心の注意の元に、環境に優しく熱回収するかという部分に注力して頂く事が、社会全体の環境改善に役立つと考えるものである。
【０３３２】
Ｃ重油等を安全に燃焼させられるボイラやディーゼルエンジンは元々産業廃棄物を焼却出来る能力を持っていたのである。しかし、少なくとも廃液処理を行うという行為と併用するならば、廃液に水を含まない場合には、ボッシュ濃度が最低と成る比率に設定された水エマルジョンと併用すべきである事は社会的ニーズに応えるものである。
【０３３３】
[高分子の炭化水素又はハロゲン化炭素を含む廃液の場合]
この様な廃液を処理しなければならない時、廃液中に水を含まないのであれば、エマルジョン燃焼適用の判定を行い必要に応じて、水エマルジョン法も採用すべきである。植物油等のボイラによる燃焼も混合率が高い場合には水エマルジョン法を併用すべき事例である。
【０３３４】
[エマルジョン燃焼効果の判定と適用の判定]
即ちエマルジョンを使用しない状態で、ボッシュ濃度（白色のろ紙に煤が付く）判定により黒くなる場合、ボッシュ濃度が最も薄くなる範囲で加水率若しくは廃液中の水の量を調整するのが最も簡便であり、ボッシュ濃度が高い状態で廃液を処理するのは、社会的リスクが高いと推定される。
【０３３５】
[エマルジョン燃焼の効かないバーナーの存在]
水エマルジョンも水噴霧と同様な理由（ＮＯｘ低減効果）で用いるならば全てのバーナー形式に対して効果的である。しかし、前述の様に十分な保炎機能を持たないバーナー、空気流速が早すぎるバーナー、蒸気式内部混合バーナーの一形式で、エマルジョン燃料中の水粒子が離脱してしまう程、バーナーノズル内部での予備混合を行うバーナー等にあっては、微爆とそれに伴うラジカル効果が火炎の一部に対して有効に作用せず、寧ろラジカル抑制効果となり、未燃成分発生の原因となる場合がある。この点を配慮し、燃焼手段の特性に合わせ水エマルジョン化を検討しなければ成らないし、廃液に水を含むのであれば、必要に応じて燃焼手段の改良なども検討する必要がある。
【０３３６】
〔廃液の前処理手段〕
廃液の前処理手段とは、廃液の成分、物性、混合特性に改善を加える事により、産業用燃焼設備に混合する事が可能な廃液に改善する為の手段である。
【０３３７】
[成分除去]
処理対象とする産業用燃焼設備あるいは燃焼手段において、障害の懸念のある成分については、予め除去しておく事が必要である。ある意味で、この技術と本発明の組合せにより、液状と成り得る殆ど全ての有機物をサーマルリサイクルによる化石燃料消費の抑制に利用出来る重要な技術である。
(ＳＳ成分の除去)
これは、ろ過と呼ばれる手段によって、廃液中の不溶解固形物を取り除く事であり、一般的であるが、除去粒子の大きさにより、処理法も異なるし、大量に存在する場合には、遠心分離等の手段が有効な場合がある。
尚、ディーゼルエンジンの場合には、特に注意して取り除く必要がある。
【０３３８】
(灰成分の除去)
イオン状に溶解している場合には、イオン交換樹脂、イオン交換膜等を用い、有機物と灰成分を除去する事が出来る。
【０３３９】
(ハロゲンの除去)
灰成分の除去と同様に、イオン交換樹脂、イオン交換膜等を用い、有機物とハロゲンを除去する事が出来る。
灰成分も同時に除去可能であるが、塩化ナトリウム等は、有機物に比べ非常に細かい分子である為、低性能の逆浸透膜（即ち塩類を通してしまう逆浸透膜）或いは高性能な限外ろ過膜（低分子成分のみ通過）など今までは開発しても意味の無いろ過膜により、本処理の目的に合致したろ過法による灰分やハロゲンの同時処理が可能になると思われる。
【０３４０】
(窒素の除去)
有機溶剤等に混入している場合には、蒸発温度差を利用して、窒素成分を含むものと、含まないものに別ける事が可能である。
【０３４１】
(重金属の除去)
重金属がイオン状に溶解している場合には、キレート樹脂等により除去可能な場合がある。
【０３４２】
(成分除去のまとめ)
現在は、本廃液処理法が確立していない段階の為、これら除去法の多くは、半導体製造や医薬品製造等ファインケミカル分野の技術応用となり極めて高価で、現実性に薄いと感じられる。しかし、本処理法の特徴即ち、焼却処理対象の産業用燃焼設備あるいは燃焼手段において影響の無い程度に除去すれば良いという特徴が活かされた設備の登場を待てば、給食設備等の食塩分を数％以上含む廃液も、有機物成分のみは本処理法で処分出来る事も不可能ではないものと思われる。
【０３４３】
[酸化還元電位の中和]
一般に廃液のｐＨは、腐食や接液材等への影響に限定される為、あえて中和等の手段により処理量を増加させるより、材質を変更する方法が、廃液処理という観点からは望ましい。
ところが、酸化還元電位に関しては、燃料油に対しての影響（固化若しくはスラッジ発生）が大きい場合が多く、酸化還元電位を中和して置く事が必要となる場合がある。
【０３４４】
[濃縮]
燃料消費量に対して、廃液量が多い場合に、それが水溶性液体である時、予め水分を蒸発させる事により、全量を本処理法により処分可能とする前処理である。
対象とする燃焼設備が蒸気ボイラである場合、燃焼負荷の少ない時間にこの前処理用の蒸気を使用すれば、廃液処理可能量が増加する効果が期待出来る。
廃液中の有機物量が約７％即ち発熱量として６００Ｋｃａｌ／Ｌである時、本処理法におけるエネルギーロスは、自身の蒸発熱を自分自身の発熱量で賄える為、ゼロとなる。濃縮法は、蒸気を使用する為、エネルギーのロスが多い様な感じを受けるが、これにより廃液中の有機物量が増加すれば、逆に熱効率の寄与となるので、ロスには成らない。
しかも、多重効用と呼ばれる濃縮装置を用いる事により、全量を無理に本処理法により処理するより、エネルギーの利用効率としては省エネルギーとなる。尚、この多重効用法を応用した減圧蒸留法は、熱により固形化等の懸念のある牛乳等のたんぱく質を含んだ廃液にも、低温蒸発が可能な為有効である。これらの廃液処理に適した濃縮法あるいは蒸留法に関しても特許出願を行なう予定である。
【０３４５】
[殺菌]
前処理という概念とはやや違うが、保存中に生物による腐敗、発酵、カビ、スカム形成、悪臭等に起因する障害が発生する場合には、適切な殺菌或いは制菌等の手段を用い、障害を防止する必要がある。
これらの手段は、食品保存で一般に使用される加熱、冷却、紫外線、オゾン等の方法の他、その後焼却処分する事が可能な為、アルデヒドや有機酸等の炭化水素系殺菌剤注入法も環境に対する懸念が無い事から有効な方法である。
【０３４６】
[固形化防止・酵素分解・溶解処理]
例えば、牛乳等のたんぱく質を含む廃液の場合、燃料油の温度や輻射熱等により、混合方法や燃焼手段に制限が必要となる。しかし、ペプシンの様なたんぱく質分解酵素を用いる事により、それらの懸念の少ないアミノ酸に分解できるので、処理が容易となる。
これは、蔗糖のブドウ糖と果糖への分解や澱粉のブドウ糖への分解の他、ポリ乳酸等の生分解性プラスチックを乳酸に分解し、液状化させる等の手段にも応用できる。
その他、酵素を用いなくても、特定物質との反応で、高粘度若しくは固形化したものを通常粘度の液体にする方法（例えば、発砲スチロールのリモネンによる溶解）により、本処理の応用範囲を広げる事が可能である。
又、廃溶剤等を用いて、プラスチック類を溶解させたり、廃アルコールや廃有機酸に溶け易い性質を用いて固形廃棄物を溶解させたり成分を抽出し、その溶解溶液を燃焼させるという方法等も検討に値する。
【０３４７】
〔合理的な前処理手段〕
合理的な前処理手段とは、廃液に前記前処理手段を施す事により産業用燃焼設備に混合する事が可能となる前処理手段であって、その前処理に必要な全ての経費が、その他の処分方法や処理対象とする産業用燃焼設備の補修費等と比較して、合理的な前処理手段である事を指す。そして、次の〔適用可能な産業用燃焼設備の選定〕と合わせ広範な技術的知見と、その最先端の技術水準をも認知可能な優れた当事者により合理的である事が確認出来る。
【０３４８】
〔適用可能な産業用燃焼設備の選定〕
前記の合理的な前処理手段により除去可能な廃液中の成分、改善可能な物性、同じく改善可能な混合特性に応じて、処理可能な産業用燃焼設備が決定される。前記[廃液の成分とその組成の分析]項目でも述べた部分を除き、対象設備を選択する上で重要な成分の代表的な項目についての構成を述べる。
【０３４９】
[塩素成分]
塩素成分は原則として全ての産業用燃焼設備において、排ガス中に許容される濃度が規定されている為、焼却炉の様に数％のオーダーで含まれている廃液は、事前に脱塩を行う必要がある。
しかし、脱塩の要否検討を行うに当たり、元々塩素濃度が低い廃液等は、夫々の燃焼設備の特性に合わせ、影響の出難い設備で運用する事により、脱塩設備が不要となりコスト削減効果が大きい。尚、成分中でゼロと示している数値は絶対的な０では無く、現在の通常の分析技術における検出限界以下を示すものである。
又、原則としてその燃焼設備で燃焼可能な燃料に含まれる塩素量は、実績から安全が確保されているといえるので、安全基準を定める上で大きなファクターとなる。
尚、ダイオキシン類の発生リスクに関して同定すれば、塩素の通常の検出限界である０．０１ｐｐｍでも、ｐｐｂオーダーのダイオキシン類を合成するには十分な量であるから、廃液の塩素がゼロであるからどの様な燃焼を行ってもダイオキシン類は生成されないという考え方にはならない。
【０３５０】
・ガスタービン
まずガスタービン機関であるが、この装置は塩素成分は禁忌である。即ち廃液中に含まれる食塩等の塩素は、３００℃以下においては乖離が殆ど発生せず、腐食性もあまり無いのであるが、３００℃を超えると強力な酸化性を持つ遊離塩素となり、耐熱合金やセラミック等の高温材料を侵す為である。従って、ガスタービンで処理する廃液に関してはＡ重油に含まれる１０ｐｐｍ以下の廃液濃度が望ましく、もし廃液の発熱量が殆どゼロである場合には、Ａ重油の塩素濃度＋廃液の塩素濃度という状態に成る為、出来るだけゼロが望ましい。
【０３５１】
・ディーゼルエンジン
ディーゼルエンジンは、シリンダーやピストン等の表面温度は、低いものの、ピストン頂部や排気弁等は３００℃を超える温度領域にあり、あまり高い濃度の塩素は控える必要がある。
又、他の燃焼設備と異なり間欠燃焼である為、着火・消火工程がサイクル毎に繰り返されるため、未燃物が増加しやすい。従って、ディーゼル機関の平均的なダイオキシン類濃度は、他の連続燃焼設備に対して１０〜１００倍程度高目の値を示す（と、いっても最も厳しい焼却炉の基準値より低い値である。）ので、廃液中の塩素量は出来るだけ少ない事が望ましい。
【０３５２】
・ボイラ等
原則として、これらの燃焼設備中、スーパーヒーターや熱媒油管の様に３００℃を超えていない水冷壁構造を持つ燃焼設備では、法的に定められた排ガス中の塩化水素の制限濃度以下の値を守れば、ある程度の塩素濃度は許容できる。しかし、塩素による障害は火炎形状や燃焼室形状、火炉負荷にも影響を受けるので、ボイラやバーナーの形式毎に、それらの腐食状況の確認を行いながら、燃料中の塩素濃度を基準とした安全量から徐々に塩素量を増加させて行く実験的手法が望まれる。
【０３５３】
・その他の設備
石灰等のアルカリ土類金属焼成炉は製品の品質を損ねない範囲において、かなり高濃度の塩素が許容できる。その他工業用炉等は製品への禁忌である場合を除き、排ガスの塩素ガス許容範囲内で使用可能であるが、３００℃以上の高温域が多い為、耐火材等の補修費用と処理に伴うメリットを比較して検討すべきである。
【０３５４】
[Ｎ分]
Ｎ分は全ての産業用燃焼設備において、ＮＯｘ上昇要因となる為、出来るだけ制限すべきと思われがちである。しかし、ディーゼル機関においては、燃料中の窒素分に起因するより遥かに高いサーマルＮＯｘが発生する為、図９における（７）アミン系廃液によるＮＯｘ上昇値約２５０ｐｐｍをディーゼルエンジンの酸素濃度１３％に換算した値は１１７ｐｐｍである。
【０３５５】
ディーゼルエンジンにエマルジョン燃料を適用する事により、図８におけるエマルジョン効果により、加水率１０％に付き約１２０ｐｐｍのＮＯｘ低減効果が期待出来る。そこで、（７）のアミン系廃液と共に１０％の加水を行えば、排ガスのＮＯｘの上昇を防止しながら、Ｎ分の多い廃液を処理できるのである。
さらに言えば、ＮＯｘへの転換率が高いアミン類やアンモニアを３０００ｐｐｍ含む処理の困難な排水の場合、ディーゼルエンジンで処理すれば、ＮＯｘ値の上昇を抑制しつつ処理が可能となるものである。しかもアミン系廃液は、前述の様に燃料系の腐食防止効果やラジカル起因のスラッジ抑制効果も期待できる場合があり検討に値する。
【０３５６】
[灰成分]
・ガスタービン
原則として高融点灰分であっても、タービンブレードを損耗する恐れが高く、厳しく制限する必要がある。
【０３５７】
・ディーゼルエンジン
６００℃以下の低融点物質を除き、比較的灰成分に対しての耐性が高い、しかし、硬質なスラリーは、噴射ポンプや噴射弁の寿命を極端に縮めると共に、スティックの発生等により、機関停止のおそれもある為、ＳＳ分の混入や、他の成分との混合により結晶化する様な物質は除去する必要がある。例えば、カルシウム等は燐酸と結合し、硬質なアパタイトや燐酸カルシウムとなる。酢酸カルシウム溶液と燐酸アンモニウム溶液等を混合すると、燐酸カルシウム結晶が形成される為、注意が必要である。
特に、微細な粉末として生成される灰分は問題が無いが、燃焼室内部でスケール状に固着したものが、脱落しバルブシートやピストンに噛み込むと、その大きさや硬さにより、エンジン障害の原因となるので、灰分を含んだ廃液が、燃焼前にピストンヘッドに到達する様な燃焼性の悪いエンジンの場合には、（水が高温部に接触後蒸発すると溶解塩類がスケール化する。）そのエンジンにおいて、内部スケールが生じない灰分濃度で運転管理をするか、エンジンのチューニングを行なわなければならない。しかし、これらの現象の予測は、適用前には中々判断が難しい部分であるので、適用後の実験的手法で決定する必要がある。
【０３５８】
・ボイラ等
高融点物質であれば、５００ｐｐｍ程度までは許容出来る装置が多いが、堆積した灰分が除去出来たり清掃可能な設備であるかにより、許容量は異なる。低融点物質の場合には、高火炉負荷（１００万Ｋｃａｌ／ｍ³を超える）場合には、水冷壁と火炎との間隔が狭くなり、より溶融状態の低融点物質が水冷壁に到達する確率が高くなる為、出来るだけ少ない値に制限しなければならない。
尚、スーパーヒーター等の蒸気加熱器や熱媒ボイラの場合には、低融点物質の溶融温度を調査し、溶融点を上回る場合には前処理により除去する事を検討するか、融点上昇剤等の併用を検討する。
【０３５９】
(低融点物質)
燐酸等の低融点物質は、その抑制物質であるカルシウムやマグネシウムが許容できる産業用燃焼用設備にある程度許容出来る。その他の低融点物質については、その燃焼手段で障害無く燃焼出来る燃料において、許容される濃度を目標値として、制限する事が無難であるが、燃焼設備を初めとする様々な要素により、障害の発生する濃度が異なる為、その成分がナトリウムやカリウム等の環境への懸念の少ない成分である場合に限り、排ガス温度やドラフト等に注意をしながら、徐々に廃液注入量を増加させる事が望ましい。
【０３６０】
(高融点物質)
高融点物質は、ガスタービン等を除き、許容されるバイジン以下であれば、産業用燃焼設備の運営に関して、燃焼手段に影響がなければ許容される。しかしながら、それら飛灰の構成成分についても検討すべきで、カルシウム、マグネシウム、鉄等人体に吸収されても無害で、環境に対しての悪影響が無いものであれば、ある程度許容出来るが、本処理に伴い飛灰に含まれる成分の検討についても研究が必要である。
【０３６１】
(灰分一般項目)
灰分は、各燃焼設備に関して、その性能仕様書に、許容できる灰分量が記載されている場合が多くその値を参照すれば良いが、その記載が無い場合には、その燃焼設備で使用可能な燃料と同等の灰分量を概略の上限値として定め、制限物質が灰分のみである場合には、徐々に添加量を増やす等の方法により、設備毎の上限濃度を知る方法も有効である。これは、前述の様に灰分の組成により、影響を与え易いものや、影響の少ないもの、或いは悪影響を相殺できるものなど、廃液や水の場合には燃料の場合と異なり、灰分という一般項目の上限のみでは判断しかねる様々なファクターがあるからである。
【０３６２】
〔混合分散方法〕
〔廃液や添加剤等の注入率や注入率の変化率を調整する〕
注入率の調整には、３通りの重要な意味を持つ課題がある。
第１には、理想的状態を示していない燃焼域に廃液を注入する事は、ダイオキシン類の発生ばかりでなく、燃焼の停止や息付き運転等を派生させ、大気汚染の原因となるばかりでなく、産業用燃焼設備の安全運用上も障害が発生する為である。
第２には、理想的状態を示している燃焼域に廃液を注入しても、注入率が多すぎれば理想的状態を示さなく成る事は明白である。燃焼室や大気汚染の原因とならない純水であっても、燃料に対して過剰に注入し不安定燃焼となれば、燃料中に含まれる塩素によりダイオキシン類は発生するし、燃焼停止や息付きを生じる事は明白である。
第３には、予定された廃液濃度を保つ為の目的である。即ちそのまま、或いは前処理を行なった結果において、注入前に理想的燃焼状態を示している燃焼域に、廃液注入後も理想的な燃焼状態を示している状況下にあって、許容される廃液濃度はそこに含まれる水分を初めとした様々な物質により制限される事は既に前述した。
又、添加剤は主に廃液の障害を防止する為に使用されるものであるから、廃液の注入率に応じてこれらの注入率も変化させる事が一般的である。
【０３６３】
（注入率の変化率の調整）
これは、廃液の注入方法の調整と関連した項目でもあるが、例えば水系廃液をボイラの燃料流量調整手段以降に注入する場合に特に影響する。即ち急激な注入率の変化が、過渡的現象と呼ばれる燃料と廃液比率のアンバランスを派生させる為、注入点からバーナーノズル先端部迄のバッファに応じて、変化率を調整しなければならない。
又、発熱量があるが燃料とは等しく無い廃液の場合、空燃比制御と合わせて制御を行う必要が生じる場合もある（注入率が微量であれば問題無い。）、その様な場合、その空燃比制御装置の応答性に合わせ、注入率の変化率を決定する必要がある。
その他、高空気比で運用される工業用炉、ディーゼルエンジン、ガスタービン等の様に過剰空気で運用されている為、廃液注入量の変化に伴う空燃比変化は特に大きな問題を生じない産業用燃焼設備にあっても、急激な発熱量の変化は、その負荷の制御系を乱し安全運転上影響が出るので、変化率に注意しなければ成らない。
これらは、概ねそれらの装置の制御性や応答性を把握した上で、試運転の中で低速変化率からスタートさせ、徐々に変化率を早める手法が安全性が高い。
【０３６４】
〔排ガス中の酸素濃度の正規範囲からの逸脱を防止する〕
この防止対策は、主にボイラや低空気比の工業用炉に関して適用され、正規に運用されている状況下においては、[廃液の注入方法の調整]と[廃液成分による燃焼設備の空燃比制御]の技術を組み合わせる事により達成されが、正規範囲の逸脱が、廃液混合に起因する燃焼手段の障害に起因するものであれば、全ての技術を用い再検討が必要である。
例えば、バーナーが詰まった事が原因であれば、バーナーが詰まった理由を解析し、前処理を見直したり、燃焼設備の最適化等の検討を行う必要がある。
【０３６５】
〔燃焼設備の理想的燃焼状態を維持する〕
この防止手段は、全ての産業用燃焼設備の燃焼手段へ適用され、本発明の全ての構成要件を組み合わされて達成される。しかしながら、廃液を注入しない状態において理想的状態を維持できるのであれば、一義的には注入率の最適化で達成出来る事は前述した。
【０３６６】
〔燃焼手段への障害防止〕
この防止手段は、全ての産業用燃焼設備の燃焼手段へ適用され、本発明の全ての構成要件を組み合わされて達成される。特に燃焼手段によっては、焦げ性、腐食性に注意が必要である。これも、例えばボイラやガスタービン等の様に連続燃焼であるならば、噴射を停止する前に注入率をゼロにする事により、焦げ性等は回避出来る場合があるし、腐食性等も添加剤の注入率と廃液の注入率のバランスがあっていれば防止出来るものである。
【０３６７】
〔燃焼後の残渣成分による産業用燃焼設備の障害を防止〕
この防止手段は、全ての産業用燃焼設備の燃焼手段へ適用され、本発明の[廃液種の検討][廃液の組成][廃液の前処理手段]の適用により達成される。特に、塩素や灰分等の濃度に注意が必要である。
例えば、塩素等のハロゲン類は、燃焼室内にあって高温である耐火材を劣化させるし、３００℃を超える蒸気管等も腐食させる事は公知である。従って、この様な部位を有する燃焼室を持つ産業用燃焼設備にあってはハロゲン濃度をダイオキシン類の発生とは別に管理しなければ成らない。又、これら障害が発生する部位が容易に交換可能であるか否かも濃度設定に大きな影響を与える。従って、これら塩素量の上限はその産業用燃焼設備を設計したメーカーの技術的知見が必要であるが、安全率を見るのであれば、そのメーカーで推奨している燃料中に含まれる最大の許容塩素量を上限とすべきである。
又、灰分にあっては前述した様に、灰分としてカウントされる様々な成分により、産業用燃焼設備に与える影響も様々である。これも産業用燃焼設備を設計したメーカーの技術的知見が必要であるが、塩素と同様に推奨している燃料中に含まれる最大の許容灰分量を目安に決定すれば安全性が高い。
従って、これらのファクターも一義的には、注入率のコントロールで制御出来るものである。
【０３６８】
〔廃液組成に伴う煤煙濃度の変化を規制値以内に抑制〕
この防止手段は、全ての産業用燃焼設備の燃焼手段へ適用され、本発明の[廃液種の検討][廃液の組成][廃液成分による燃焼装置の調整][廃液成分による低ＮＯｘ手段の調整][廃液の前処理手段]等の適用により達成される。
しかし、塩素量によるダイオキシン量、Ｎ分によるＮＯｘ量、Ｓ分によるＳＯｘ量等は、一義的には注入率のコントロールで制御出来るものである。
又、バイジン量に関しては、水分が逆にバイジン量を低下させる場合もある為、この部分を加味して許容されるバイジン量にコントロールする必要があるが、これも注入率のコントロールで制御出来るものである。
【０３６９】
〔ボイラの実施形態〕
図３は、シングルバーナー構造の比例式燃焼手段を持つバーナーへの実施形態である。一部は空燃比制御方法の調整で説明してあるが、改めて説明を行う。
【０３７０】
[基本構成]
燃料タンク１に貯留されている燃料はＣ重油であり、燃料中に窒素分を０．１％、硫黄を０．５％、塩素を２００ｐｐｍ含み、８０℃における粘度は２０ｃｓｔである。燃料は、燃料ポンプ２で加圧されヒーター３０で加温され混合器１０を経由し、燃料流量調整弁４で流量制御され、燃料流量計５で計量されミキサー２０、燃料遮断弁６を経由してバーナー９で燃焼される。
【０３７１】
[廃液の検討]
廃液は、廃液タンク１１に貯留されるが、約１０％濃度のエチルアルコール水溶性液体であり、混合特性がエマルジョン状分散であり、発熱量は６００Ｋｃａｌ／Ｌである。この廃液は燃料に対する発熱量比で６％であり、２０％程度の注入であれば、１．２％程度の発熱量の増加となるが、排ガス酸素濃度の低下は僅かである為、「発熱量はあるが燃料とは等しく無い廃液」に対する空燃比制御手段は取らない。
【０３７２】
[副廃液の検討]
副廃液は、植物性の廃油であり、窒素分は０．０１％以下、硫黄も０．０１％であるが、塩素は３００ｐｐｍ含み、５０℃における粘度が５０℃である。植物油はラインヒーターで加熱するとカーボン析出の原因と成り易い為、副廃液タンク２１で予め温水ヒーターにより約５０℃に加温されている。
【０３７３】
[乳化廃液の検討]
乳化廃液は、ＨＬＢ１４の界面活性剤を含んだＯ／Ｗ型形態をとる植物油の分散した廃液であり、排水への負荷を減少させる為の遠心分離器の排出液で、油濃度が約６０％と成っている。
【０３７４】
[バーナーの検討]
バーナーは、外部混合式蒸気噴霧バーナーを採用しており、噴霧蒸気は燃焼ポイントの燃料量に合わせ調整されている。
【０３７５】
[廃液注入帯域の仮決定]
予め燃焼量が最低状態から定格燃焼量までの燃焼域を１０ヶに分類し、夫々の燃焼負荷における、「理想的状態の燃焼炎と排ガス組成」である事を確認し、どの程度の燃焼域までが、廃液の注入が可能であるか、又各燃焼域における可能な廃液の注入量の概略の予測値を、多点注入率決定器にプリセットする。
【０３７６】
(多点注入率決定器)
多点注入率決定器とは、燃料流量計５の信号に基づき、特定の燃焼域（燃料流量）における廃液の注入率を選択し、目標比率変更時間制御器６２や副廃液比例制御器６６へプリセットされた注入率を出力する装置である。燃焼の開始と共に燃料流量計に燃料が流れ、多点注入率決定器はプリセットされた注入率を、目標比率変更時間制御器と、副廃液比例制御器へ送る。
【０３７７】
(目標比率変更時間制御器)
目標比率変更時間制御器は、変更前の注入率を記録してあり、新たな注入率指示に対して、「バーナー前インライン比例方式」で説明した過渡的現象を回避出来る速度で、変更前の注入率から新たな注入率へ徐々に注入率を近づけた信号を、廃液比例制御器６５へ送る。
【０３７８】
[廃液比例制御の構成]
廃液比例制御器は、燃料流量計からの流量信号と注入率信号から注入しなければ成らない、廃液量を計算し、その結果に基づき廃液流量制御弁１４の開度決定を行うが、この演算の際に、廃液流量制御弁１４の前後の圧力を圧力発信器１４から受信し、この差圧を加味した演算を付加する。即ち、廃液ポンプ１２の吐出圧力は、廃液流量に関わらずほぼ一定であるが、ミキサーの圧力は、燃料流量或いは燃料流量と廃液流量の合計値に起因する圧力損失により、変化する為である。この圧力変化に基づく予測制御を行っておかないと、廃液流量計１５によるフィードバックが実施されるまでのタイムラグが大きく、過渡的現象が回避されない為である。
【０３７９】
(圧力の予測制御と流量補正)
圧力補正の方法は、各種の演算方法が知られているが、この様な場合、燃料流量計からの信号をカスケード制御における主制御器のカスケード信号（ＰＶ）とし、注入率信号をＳＶとしたオープンループ制御構築しておき、まずこの部分での正比例演算（Ｐ制御のみ）出力を一次出力とする。圧力差に応じて、この一次出力を予め計算しておいた差圧テーブルからの補正データに基づき、二次出力とし、取りあえず燃料流量の変化が大きくなければ、前回の廃液流量計からの流量補正値を採用し、燃料流量の変化が大きい時には、その領域における前回の流量補正値を採用する事により最終出力として廃液流量制御弁１４に出力する。その後、廃液流量計から正しい現在の流量が入力されるので、その値に基づき改めて流量補正値を計算し、より精度の高い注入流量を維持する。
【０３８０】
[廃液の温度コントロール]
廃液は、常温で２０℃前後である為、このまま２０％の廃液を添加すると、燃料の比熱が水の半分である事から、混合液の温度は約３０℃低下し、粘度は６０ｃｓｔに上昇する。粘度の上昇は、水エマルジョンの微爆効果により、ある程度補う事が出来るが、６０ｃｓｔは蒸気噴霧バーナーの噴霧限界であり、カーボントラブルの原因と成り易い。その為、廃液をミキサー直前でヒーター３０により加温する事により、燃料油温度の低下を防止出来る。廃液は、燃料と未混合の状態で加熱されるので、熱ショック等による障害も発生し難い。尚、１００℃を超えると、バーナー油圧が低下した時に、廃液中の水分が蒸発を起こすので、温度管理が重要であるが、廃液中に水よりも沸点の低い成分が含まれる場合、その沸点以下の温度管理を行う事が必要である。尚、廃液中の成分の沸点が、Ｃ重油の適正粘度を下回る場合には、燃料をＡ重油等の加熱の不要な燃料に変更するか、バーナー直前に内圧保持弁等を設け、バーナー入口迄は低沸点物質が沸騰し、発煙や断火等の現象を派生させない様に注意すべきである。尚、経験上バーナーノズル内での沸騰はそれが殆ど直線部で構成されている事や流量に対するバッファが少ない等の理由によりバランスが取れる為、特に配慮する必要は無いが、低燃焼域はバーナー油圧が低下する他、バーナーガン中のバッファが燃焼量に対して無視出来なくなり不安定要因となりやすいので、沸点の低い廃液は入れない様に注意する必要がある。
【０３８１】
[副廃液比例制御の構成]
副廃液は、粘度が２０ｃｓｔと比較的高い粘度である事、潤滑性も良好である事などから副廃液ポンプ２２には、ギヤーポンプを採用している。しかも、この注入ポイントは、燃料流量の変動による圧力変化が無いポイントの為、圧力補正は行わなくても良好な制御が期待出来る。副廃液比例制御器は、前述の様なカスケード演算をオープンループで行い、ＶＶＶＦ装置６８に送り回転数信号に変換し、副廃液ポンプの回転数を制御する事により、目標とする副廃液の注入を行う。この制御の場合には、廃液ポンプの消耗や副廃液温度の過度な上昇を除き、オープンループでも十分信頼性の高い制御を行うが、これらの不測の事態に備える為、副廃液流量計の信号に基づき流量補正を行う。
【０３８２】
[乳化廃液比例制御の構成]
乳化廃液は、エマルジョン性で尚且つ、濃度変化が激しい事が予測されるが、廃液に対して２％の注入であり、空燃比への影響は少ない。廃液流量計からの信号を乳化廃液比例制御器がカスケード制御し、乳化廃液ポンプの出力とする。しかし、このポンプは前述した様に、剪断力を与えると相転移を起こし易い乳化廃液を吐出する為、ダイヤフラム式ポンプとなっており、極めて少量の添加である為、パルスフィードタイプとなっているので、乳化廃液比例制御器は、制御出力に応じたパルス列を当該ポンプに出力する。
原則として、制御圧力範囲内においては、吐出誤差が限定されているポンプである事や、若干吐出量が変化しても、燃焼に影響は生じないので、乳化廃液流量計の信号は、吐出されているか、吐出されていないかの確認の為に用い、あえて補正演算は実施しないし、メンテナンスを定期的に行なう等、運用上の問題にならない場合には無くても構わない。
【０３８３】
[バーナーノズル組み込み型水噴射ノズルの利用]
図１０が中間混合式バーナーの概念を利用した水噴霧式バーナーの概念図である。図１１の中間混合式バーナーのインゼクタ部３３に水ライン３９を設け、燃料油と水を同時に噴射出来るものである。
この水ラインを利用し、ここに主に発熱量を持たない排水等を注入する事により、廃液処理を行うものである。発熱量を持つものの場合には、発熱量はあるが燃料とは等しく無い廃液の空燃比制御と同様の方法で、燃料量を減少させる必要がある。
【０３８４】
(メリット)
注水に伴う過渡的減少が回避され、比較的容易な注水制御システムで対応が出来る。また、既に組み込まれているバーナーの場合には、改造範囲が限定的で安易に構成出来る他、燃料との混合による異物発生が避けられない場合には、燃料と水が基本的には混合しない方式である為有効である。
【０３８５】
(デメリット)
水エマルジョンの効果が期待出来ないので、燃料油がＣ重油等の残留炭素分の多い燃料の場合には、注意が必要である。また、エマルジョン効果が期待出来ない他、蒸気噴射エネルギーを水が奪ってしまうので、水の添加は燃焼の抑制側に作用し、注水量の増加に伴いＨＣやＣＯ等の理想的状態の燃焼炎と排ガス組成を取る燃焼領域が注水により比較的狭くなり易い。
【０３８６】
[ボイラへの適用形態のまとめ]
図１２は、本適用形態による主な排ガス中の有害物濃度である。（１）Ｃ重油（１００％）（２）Ｃ重油（１００％）＋廃液（２０％）（３）Ｃ重油（５０％）＋副廃液（５０％）（４）Ｃ重油（５０％）＋廃液（２０％）＋副廃液（５０％）。
尚、（２）（４）の比率合計が１００％を超えるのは、注入率表記法で記した為である。また、Ｃ重油と廃液注入時には殆ど差が無い、前述の様に本来水エマルジョンであればＮＯｘは低下しないが、しかし、（２）については廃液中に含まれているアルコールによりフューエルＮＯｘの希釈効果があったのでは無いかと推定される。植物油廃油はラジカル反応を起こす不安定さも持つが、同時に長い直鎖が酸化された不飽和基は水素が不足してベンゼンや縮合ベンゼン化合物となりやすく、グリセリン等のラジカル抵抗物質も持つ為燃え難い。その為、水エマルジョンのラジカル効果により燃焼が促進されるので、ＮＯｘ値はＣ重油同様変わらない。
【０３８７】
〔縦型石灰焼成炉の実施形態〕
図１６は、縦型石灰焼成炉の実施の形態である。石灰焼成炉は、炭酸カルシウムを焼成し、生石灰にするものであるが、その焼成温度や滞留時間等により、様々な粒径や反応性等に対応した製品を作る事が出来る。
本構成においては、石灰の塩素の吸収性及びカルシウムやナトリウムが混入しても製品品質に悪影響を与えない等の特性を利用して、アルカリ洗浄水と酸性洗浄水の処理を実現するものである。
洗浄水は、アルカリや酸性の特性を利用すると共に、界面活性剤を作用させ、たんぱく質や脂肪類を含む有機物の汚れを完全に除去する為に一般的に使用される。通常は両者を中和した後、加圧浮上等により油分を分離し、その後活性汚泥などにより処理する方法が一般的にとられている。
【０３８８】
廃液タンク１１にはアルカリ性洗浄液、副廃液タンク２１には酸性洗浄液が貯められており、廃液ポンプ１２、副廃液ポンプ２２共に、ダイヤフラム式ポンプである。ライン上に比例注入する場合には、出来るだけ脈動の無いポンプが望まれるが、本フローの様に燃料流量調整弁４の手前に注入する場合には、ミキサー２０に縦混合性があれば、その縦混合性が許容出来る範囲において、脈動が許容出来る。燃料流量調整弁やバーナー及びその周辺の配管は酸及びアルカリに侵されないステンレスタイプに変更してある。
製造する石灰に応じて、目標比率変更時間制御器６２に廃液の混合率を設定すると共に、切替器６９でどちらの廃液にするかを決定する。燃料流量調整弁は、焼成炉の温度を計測しながら、上段及び下段の各バーナーの燃焼量をコントロールする事により、希望の品質の石灰を製造する様燃料調整を行う。ボイラと異なり、より狭い範囲の温度コントロールが重要な為、本図の様に各バーナー毎に燃料流量調整弁が備わっているのが普通である。
【０３８９】
燃料流量調整弁手前の注入である為、一期に注入量を増加しても、過渡的現象による発煙や断火等の恐れは無いが、廃液注入により、一期に発熱量低下が発生すると、焼成炉の温度制御がハンチングする為、徐々に設定値を上昇させた方が良い。この為、目的は異なるが、目標比率変更時間制御器により、プリセットされた値を最終目標値として徐々に設定値を流量比例制御器６１に出力する。流量比例制御器はカスケード入力と燃料流量計５の信号に基づき、比例出力を切替器に出力する。切替器は比例出力信号を対象とする廃液用ＶＶＶＦ装置に出力すると共に対象とする遮断弁を開にする事により、回転数制御により、廃液をミキサーに注入し、エマルジョン化して各燃料流量調整弁４を経由して各バーナー９で噴霧燃焼する。
工程が終りに近づいた場合、次の切替に備えて切替弁にて給水タンク１６３の水でライン中を置換しておけば、次に逆の廃液を注入する場合に、塩等によるスケール化を防止できる。
尚、石灰炉は、水分を燃料中に吹き込むと、発生した水蒸気により、生石灰が消石灰から生成された結晶構造に近くなり、より活性度の高い製品が製造出来るので、品質向上にも効果がある。
【０３９０】
〔ガスタービンの実施形態〕
ガスタービンへの実施形態は、ボイラによる廃液処理の知見や新たなエマルジョン理論と、現段階におけるガスタービンの燃焼理論に基づく予測であり、発明提出の時点において実証は成されていないが、実験によりその正しさが追認されると信じているものである。
【０３９１】
[通常エマルジョン法と水噴射ノズルの利用]
図１４のガスタービンコジェネレーション設備は、燃料として灯油を使用している単筒式燃焼器を持つ等圧燃焼型タービンである。
燃料タンク１に貯留された燃料は、燃料ポンプ２で加圧され発電負荷に合わせ燃料調整が行われ、燃料流量計５で計量され、ミキサー２０を経由して主バーナで燃焼噴霧される。
廃液タンク１１には、濃度２０％前後のアルコール系廃液が貯留されており、請求項１の方法では廃液ポンプ１２で加圧され、燃料流量計５の信号によるカスケード制御により、廃液流量調整弁１４をコントロールする制御に関しては既に述べた方法により、ミキサーに送られ、エマルジョン化後直ちに主バーナーへ供給され燃焼される。
【０３９２】
(基本制御方法と過渡的現象の回避)
本制御においては、バーナー前インライン比例方式法と等しい方法である。しかし、ガスタービンにおいては、空気比という部分でボイラの様に厳しい制限は無い。そこでボイラの様に目標比率変更時間制御器は不要の様に思われる。しかし、発電負荷の場合には、トルク制御に敏感であり、前記過渡的現象が発生すると、ボイラの様な発煙や断火等の心配は少ないが、回転数が不安定となる等の問題を派生する。又、比例制御の応答性が悪いと過渡的現象によるトルク変動が生じ易く、ボイラ制御同様極めて高速で、精度の良い制御が必要となる。
【０３９３】
(廃液混合範囲の検討)
尚、一次燃焼域においては、ほぼ理論空気比と同じ（つまりボイラの燃焼と同じ）程度の空気比で燃焼されるが、一般にその一次空気流入量は、固定である為低燃焼時には過剰空気比となり易く、逆に定格燃焼時には、酸素不足気味となり火炎が伸び易くなる場合が多い。又、バーナーノズルを廃液注入が行える様サイズアップをしない限り、定格燃焼時にあまり過剰に噴霧を行う事が出来ない。
【０３９４】
(廃液混合範囲の設定)
そこで、ボイラと同じ様に定格燃焼域では、一般に設計的な設計裕度である１１０％の噴射量を目安に注入量を調整する事が必要であるし、低燃焼時には、前記理由からボイラより火炎が不安定になり、ＣＯやＨＣ濃度が急増しやすいので、注入を停止するか極めて少量でＣＯやＨＣ濃度が上昇しない様配慮を行う必要がある。
【０３９５】
(エマルジョン燃料の効果)
この様にコントロールされて主バーナにより噴霧された廃液混合燃料は、廃液中の水分により微爆を起こす。灯油等の残留炭素分の少ない燃料においては、微爆に頼らなくても高温空気の蒸発熱により簡単にガス状になるが、この微爆作用により一次燃焼域に潜熱吸収を行う為、一次燃焼域の火炎温度を低下させる事が出来る。灯油の様に分子量が少なく簡単に熱分解する燃料の場合には、水エマルジョンによりＮＯｘが低減する事は前述した。
この一次燃焼域への水噴射は前述の様に機械的制約があり大変困難であるが、エマルジョン状に分散された水或いは水溶性廃液であれば、極めて均一で燃焼に悪影響を与えない状態で、ＮＯｘの低減効果の最も高い一次燃焼域に水を作用させる事が出来る。一般に一次燃焼域の水噴射が与えるＮＯｘ低減効果を１とすれば二次燃焼域では０．５とされており、エマルジョンは最も良く効く一次燃焼域に確実に且つ均一に作用する事が出来るので、二次燃焼域への水噴射にくらべ、約半分の添加で同様のＮＯｘ低減効果が期待できる。
【０３９６】
(水噴射によるＮＯｘ低減の整合)
給水タンク１６３には純水若しくは蒸留水が貯留されている。水噴射ポンプ２６８により昇圧され、通常は燃焼負荷により定められた量を水噴射制御弁２６９によりコントロールされ水噴射ノズル２６７により、二次燃焼域に噴霧される。しかし、この時燃料油に混合された廃液中の水の効果により火炎温度は低下し、ＮＯｘもある程度低減している為、廃液の無い状態を想定した量ではＮＯｘが低下しすぎる恐れがある。
【０３９７】
(水噴射による過冷却の防止)
一般に、ＮＯｘは出来るだけ低下させた方が望ましい事は事実であるが、水噴射によるラジカル抑制効果により、火炎の過冷却が進むと、燃焼が完結しなくなる為、ＣＯやＨＣの増大原因となる事は前述した。一次火炎帯による水の蒸発潜熱吸収作用により、既に二次燃焼域の火炎温度が下降している状態で、無添加の時と同じ量の水噴射を行えば、過冷却による不具合が発生する可能性が高いのは明らかである。
【０３９８】
(水噴射ラインへの廃液添加と過冷却防止対策)
この場合、水噴射の噴射量を抑制し、過冷却を防止するのが一般的手法であるが、本構成例では、より廃液の処理量を増加させ、効率を上げるため、廃液タンクより水噴射用廃液ポンプ２７９により加圧され、水噴射用廃液流量調整弁によりコントロールされた廃液を混合器１０により、水注入ラインに混合する事により、結果的に水噴射量を減少させ、逆に廃液の二次燃焼によりカロリーの増大を計りながら、火炎を安定化させる事が出来るものである。尚、ここでの混合は、水とアルコール溶液である為、溶解分散となるので、簡単なインゼクタ−ミキサー等のスタティック（静的）タイプの混合器で十分である。又、ここで注入するのは、Ｃ６以下の熱分解によるベンゼン環を形成しにくい炭化水素系廃液を高度に分留した物が望ましく、大きな分子量を持つ炭化水素等が存在すると、低温蒸気によるラジカル抑制効果により、熱分解が進まずダイオキシン類の発生要因となるので注意すべきである。
【０３９９】
(通常エマルジョン法まとめ)
もちろん、これらのコントロールは、ガスタービンの負荷追従速度に負けない速度で制御する必要があるが、ＰＩＤとファジー推論組合せによるプロトコルや昨今のシーケンサーを初めとする電子機器の発達により、これらの構成は容易である。この様に主バーナーと水噴射ノズルを併用する事に対して、理想的な燃焼を維持しながら、結果的に水添加量を大幅に減少させる事により効率が改善すると共に、廃液の熱エネルギーを有効利用でき、低圧燃焼であるボイラ等では不可能な、燃料量１に対して廃液の処理量が１を超える事も可能な優れた適用例である。また、水噴霧ノズルを用いれば、ガス燃焼を採用しているガスタービン機関においても適用出来応用範囲が広がるものである。
【０４００】
[分割混合法]
(濃淡燃焼理論バーナ)
図１５は、濃淡燃焼理論又は希薄燃焼理論により、ＮＯｘの発生ピークである空気比（理論当量比前後）を回避しＮＯｘ低減を図る為、水噴射によるＮＯｘ低減手段を持たないガスタービンへの適用例である。このタイプの燃焼器では、主バーナーの他に複数の補助バーナーを持ち、主バーナーと各補助バーナーの燃料比率を調整する事により、主バーナーの下流に存在するＮＯｘの上昇しやすい一次火炎帯の酸素濃度を当量比以下に保ちＮＯｘの発生量を抑制すると共に、補助バーナーの火炎は希薄燃焼により火炎温度の上昇を抑制するものである。
【０４０１】
(希薄燃焼用バーナーへの廃液添加)
この燃焼形態をとるバーナーは、特に補助バーナー火炎中に水が存在すると、希薄燃焼に障害を与えやすい為、このバーナーへの混合は、有機溶剤等の熱カロリーが燃料と同等で、揮発性も高い（引火点が低い。）廃液が好都合である。即ち拡散燃焼理論で燃焼するバーナーには、水の添加は殆ど意味が無いばかりか、場合によっては液体燃料の蒸発が抑制され、不具合の原因にも成りかねない。これは燃焼負荷域によっても異なるが、一般に希薄燃焼域ではその温度条件や空気比に厳しい制限がある中でかろうじて酸化反応（激しいラジカル）を起こす事により、火炎温度の上昇を抑制し、ＮＯｘの低減を図る技術であるから、水の様にラジカルを抑制する作用が着火領域で発生すれば、不完全燃焼が起こる可能性が高い為である。また、この理論は一般の液体燃料の拡散燃焼形態では無く、ガスの燃焼と同じ予混合燃焼形態を前提としている為、揮発性が低く残留炭素分の残り易い潤滑油等の処理には不向きである。
【０４０２】
(主バーナへの廃液添加)
主バーナは通常の燃焼理論である為、水分を含んだ燃料で問題無いが、希薄燃焼の着火源として問題無い火炎を維持出来る量に抑制しなければならない。又、低燃焼域から中燃焼域に関しては着火域の空燃比が上昇するので、５０％負荷を下回ったら、不完全燃焼を防止する為、主バーナへの注水を抑制した方が良い。尚、主バーナー近傍の空気量を燃焼負荷に合わせ変更出来るものにあっては、この限りでは無い。
【０４０３】
(濃淡燃焼バーナーへの実施の形態)
図１５は、その様な濃淡燃焼による低ＮＯｘ化を行い、水噴射ノズルを持たないガスタービンでの適用例である。燃料タンク１にはＡ重油が貯留されており、燃料ポンプ２により加圧され燃料流量調整弁４により、発電機出力を負荷に追従させる様に燃料流量コントロールを行っている。分配弁１９５の働きは複雑で、まず着火域では補助バーナー２６３のみに燃料供給を行い点火器により着火させ拡散燃焼を行う。負荷が若干上がると主バーナー２２に燃料供給を行い、全てのバーナーが拡散燃焼を行う。負荷が５０％前後で一度主バーナーのみに燃料供給を行い、補助バーナーを消火後、再度燃料を噴射すると共に主バーナーの比率を低下させると、主バーナー火炎帯周囲で予混合燃焼炎が形成され、超希薄燃焼が実現出来る。
従って、廃液注入制御装置はこのプロセスを理解し、正しく的確に廃液の注入動作を実施しなければならない。
【０４０４】
(廃液の検討)
廃液タンク１１には、イソプロピルアルコールの水溶液が貯留されている。副廃液タンク２１には酢酸エチルとトルエン及びメチルエチルケトンの混合溶液が貯留されている。これらは、どちらも印刷工程で大気中に拡散していた有機溶剤を活性炭吸着法により回収し、蒸気抽出した廃液であるが、イソプロピルアルコールが蒸留水に溶解する事を利用し、水溶性廃液と溶剤系廃液に分けたものである。溶剤系廃液は、殆ど水分を含まないので、各成分の若干の比率変化はあるものの、本燃焼系にとっては全く問題無い。主廃液の方は気温の変化や蒸気凝縮装置の状態により水分量が変化する恐れがあるので、比重計測などにより、出来るだけ一定の濃度となる様にすべきであるが、水が含まれていれば、ラジカル作用により熱分解が進むので、多少炭素の多い不純物が混入しても問題無く処理できる筈である。
【０４０５】
(廃液注入負荷の検討)
原則として、上記の廃液を注入するのは、超希薄燃焼が実現された後が望ましい。即ち燃焼状態の状況に合わせ着火工程では、めまぐるしく燃料流量が変化する事と、正規の火炎状態では無く、火炎の安定性が悪い為である。
主バーナー及び補助バーナーの燃料ライン各々の廃液を比例注入する制御手段は、図には記していないが、目標比率変更時間制御器やカスケード式比例演算器等を用いる事は周知である。
【０４０６】
[ガス燃焼への応用]
ガスタービンにおけるバーナーがガスバーナーである場合、低ＮＯｘ手段として水噴射設備を持つものであれば、水噴霧ラインへの廃液注入により、廃液処分が可能である。しかし、この場合、二次燃焼域へ燃料が加わる為、ＮＯｘ上昇に注意し廃液注入量をコントロールする事が望ましく、水注入制御弁も連続ＮＯｘ計からのフィードバック制御を実施する事が望ましい。又、燃焼後期に噴霧されるタイプでは、十分な熱分解反応が出来なくなるので、熱縮合によりベンゼン環が生成するリスクが高くなるＣ６以上の炭化水素は用い無い事が望ましい。
【０４０７】
〔ディーゼルエンジンの実施形態〕
[水エマルジョン＋植物油＋潤滑油]
図１６はＡ重油運転のボッシュ型の噴射形式を持つ中型ディーゼルエンジンに、ＮＯｘ低減対策として水エマルジョン燃料を採用しているが、潤滑性とセタン価を向上させる為、植物油の添加を行い、防食、乳化剤として潤滑油の廃油を使用している実施形態である。
昨今のＡ重油は、需要が主にボイラ等のバーナー向け用途が多く、熱効率を高めたり、低硫黄化の要請も強い事等から脱硫が進み、芳香族系成分の多い燃料油が増加している。この為、セタン価から見ると必ずしも良い燃料とは言えず、特に水エマルジョン燃焼の様に、セタン価を低下させる低ＮＯｘ手段と用いると、予混合時間が長くなる等の要因により、煙色改善効果や効率の低下等を招き易かった。
このエマルジョン燃焼系中に植物油を混合すると、植物油はＣ１６〜１８前後の不飽和系の直鎖構造を持つが、セタンのＣ１７と近く、しかも不飽和基はフリーラジカルとなり易い為、ディーゼルエンジンの着火性を向上させる効果を持つ。この為、エマルジョン燃焼による高加水率運転による低ＮＯｘ化を計りながら、煙色改善にも効果がある。
【０４０８】
(水エマルジョンと植物油の相乗効果)
水エマルジョンは水が蒸発しなければ決して油滴が引火する事が出来ない。エンジン内に噴射されたエマルジョン燃料は、エンジンルームの高温により水の微爆により微粒化されるが、その際に油滴表面の温度を低下させ、炭化水素のラジカル連鎖反応を抑制してしまう。その為、セタン価の低いＡ重油の場合には、益々着火が遅れる事となりタイムリタード効果により効率の低下を招く。これが植物油により改善される事により着火遅れが少なくなるのである。
しかし、植物油は多くの不飽和脂肪酸を含んでおり且つそれがＣ１７前後の比較的大きな分子構造を持つので、Ｃに対するＨの値が不足しバイジンを発生しやすい。しかし、着火による火種の出来た後のエマルジョン燃料は、既に説明した様に優れた低バイジン性を発揮する為、植物油添加による弊害を少なく出来る。さらに、植物油は分子構造の途中に不飽和基を持つ事と、水溶性基であるグリセリンを持つ事から金属表面に吸着し潤滑性を向上させる機能がある。従って、高加水率による潤滑性不足を植物油の潤滑性により補う事ができるのである。
【０４０９】
(潤滑油との相乗効果)
廃潤滑油はエンジン自体で発生する。エンジン潤滑油は一定期間使用すると、潤滑油中の清浄成分や酸化度等が上昇し、エンジン潤滑に耐えなくなる為定期的に交換しなければならないが、これらも一般的には廃棄物となる。しかし、廃潤滑油といっても極めて厳格な管理の元全く使用出来ないレベルでは無く、かなりの余裕を持って廃棄されるのが普通である。
この為、潤滑油の中には十分に清浄分散成分や防錆成分、油性向上成分が含まれている。この潤滑油を前記、植物油水エマルジョン燃料に加えると、植物油の混合に起因して発生するスラッジを分散すると共に、植物油の酸化によって生じた過酸化物による鋼材の腐食を防止し、水による腐食や油性の低下及び水の乳化の作用を持たせる事が出来る。低サルファーＡ重油で用いられる潤滑油は、元々低灰分のものが多いが、この用途に用いる為には、低灰分低塩素の潤滑油を使用する事が望まれる。
尚、潤滑油が不足する場合には、自家用車等の廃潤滑油を精製したものでも良く、廃棄物処理法の運用が、本特許の成立などにより弾力的になれば、スラッジ分を除去することにより、単なるサーマルリサイクルでは無い再利用方法となる。
【０４１０】
(植物油水エマルジョンの実施形態)
燃料タンク１に貯留された燃料は燃料ブースターポンプ１６７で昇圧され、混合器１０、ストレーナ８を経由して燃料流量計５によって計量される。これがエンジン系の供給ラインである。供給ラインを過ぎた燃料は、燃料ポンプ２で昇圧されストレーナ、ミキサー２０を経由した後、噴射ポンプ２１８へ送られ、圧力調整弁３で圧力調整され再び燃料ポンプに戻るこれがエンジン系の循環ラインである。循環ラインには注入された水粒子が存在しているエマルジョン燃料の循環ラインとなっている。その循環ラインの燃料を噴射ポンプ２１８が燃料カム２１６のタイミングに合わせ、噴射弁２１９によりシリンダー内へ噴射する。
【０４１１】
ボッシュ型噴射機構を持つディーゼルエンジンの場合には、噴射ポンプの機構上、即ち最大吐出量以上の燃料をプランジャー内に充填し、コントロールラックと呼ばれる速度調整器により、噴射の途中で燃料を循環ラインへ吐き出して噴霧を中断する機能により、必ず循環ラインが必要である為、従来型インライン比例制御方式でエマルジョンが成立する。従って、目標比率変更時間制御等は不要で、一瞬の間に水を０にしたり５０％にしたりしても、循環ライン系がバッファとなる為、ボイラやガスタービン等の様な不具合をおこさない。
しかし、急激に低燃焼になったり高燃焼になったりする負荷変動の激しい状況では加水を停止しても直ちにエマルジョン燃料が無くなる訳では無く、循環ラインのエマルジョン燃料が徐々に純燃料に希釈されるという経過を辿るので、その様な負荷変動下にあっては加水の適否についても検討する必要がある。
【０４１２】
・水の比例注入
給水タンク１６３に貯留される水は蒸留水である。保給水に軟水を使用すれば、ディーゼルエンジンのジャケット水を一段で蒸留しても十分な量の蒸留水を得る事が出来る。給水ポンプ１６４はベーンタイプのポンプで回転数制御を行う事により流量コントロールが可能で、燃料流量計の信号をＰＶ、加水率設定信号をＳＶとしたカスケード制御で、回転数コントロールされる。給水流量計１６８はこのカスケード制御のフィードバック制御信号として使用される。この制御は前述した様に従来型のＰＩＤ制御の様に応答性の悪い制御でも対応可能である。比例制御された水はミキサー２０へ供給されエマルジョン化される。
【０４１３】
・植物油の比例注入
廃液タンク１１には、植物性廃油が貯留されている。ボイラの実施形態で示した様に混合後のヒートショックに植物性廃油は弱いので、予めタンク内でエンジンの噴霧適正粘度まで昇温されている。廃液ポンプ１２は通常のギヤーポンプが適用出来る。しかし、長期間貯留された植物廃油は、酸化され酸性を帯びるので、長期貯留の無い植物油を使用する事が望ましい。これも燃料流量計を利用したカスケード制御により回転数制御され混合器１０で燃料と混合する。
【０４１４】
・潤滑油の比例注入
副廃液タンク２１には、潤滑油廃油が貯留されている。潤滑油は燃料量（Ａ重油と植物油の合計）に対して２％程度で良いので、ダイヤフラム式ポンプを使用して、これも燃料流量計信号を利用したカスケード制御により、パルス数制御により比率設定が行われる。
【０４１５】
・植物油と潤滑油の混合の機能と処置
植物油は、潤滑油と共に燃料と合流しフィルターでろ過される。潤滑油の中には前述した様に、酸化防止剤や過酸化物から鋼材を守る過酸化物分解剤が含まれており、酸化された植物油の障害を取り除く、生成された非遊離基生成物（無害化された過酸化物）がスラッジ化する場合に備えて、ろ過器の前で混合する事が望ましい。
【０４１６】
・注水後の機能と処置
ミキサーの位置は、循環ラインに存在する二次ストレーナ８の後段が望ましい。即ちストレーナの様に流速の遅い部分では沈殿現象により巨大粒子が形成される恐れがあり、この様な水粒子が噴射ポンプに供給されると潤滑不良の原因となる為である。フィルターを通過して噴射ポンプの直前にミキサーを配置する事により、巨大粒子形成のリスクが少なくなる。
噴射ポンプで加圧が繰り返される植物燃料は、水に含まれる微量の酸素等によりラジカルが発生しやすいが、これらも潤滑油の中に含まれる酸化防止剤等により過酸化物が除去されるし、潤滑油中の分散清浄剤によりスラッジ発生も抑制される。
【０４１７】
(植物油エマルジョンのまとめ)
以上の様に、この組合せは、水、植物油廃油、潤滑油夫々の長所や弱点をお互いの特徴により補う事の出来る優れた方法で、低ＮＯｘ低バイジンを計りながら、植物油と潤滑油の熱エネルギーを回収すると共に、燃焼性も改善する事からダイオキシン類の発生も従来以下に抑制する事が可能である。
【０４１８】
[直接水噴射法の利用制御]
これは、発明者がラジカル理論に基づき、予測するディーゼルエンジンへの廃液処理の一形態であり、実証はされていない。
図１７は、噴射弁に水噴射ライン２６６を付加した噴射ホルダーである。高圧ライン２９４に供給される燃料は、Ｃ重油の５０％加水エマルジョン燃料を想定している。このエマルジョン燃料は、燃料が着火してしまえば優れた低ＮＯｘ性及び低バイジン性を示すが、着火遅れが大きくなる傾向があり、バイジン値や煙色は最も良好な２０〜４０％加水率と比較して若干悪化傾向となる。
廃液タンク１１に貯留されているのは、約６０％濃度のメチルアルコール廃液である。メチルアルコールは極めてセタン価が低く、ディーゼルエンジンの圧縮熱では自己着火しにくい。さらにここに水を加える為、水蒸気によりさらにラジカルが抑制され自己着火し難い状態となっている。
【０４１９】
廃液ポンプ１２により加圧された燃料は混合器１０を経由して廃液流量計１５で計量され、この流量計は質量流量計で比重計測も同時に行う事が出来る為、給水ポンプを比例制御させ、質量を一定にする事により、メチルアルコール濃度を３０％にしている。希釈アルコール廃液は、循環ポンプでさらに加圧され廃液圧力調整弁１３で１ＭＰａ程度の圧力に加圧される。電磁弁４８は４サイクル機関の吸入工程において定められた時間だけ水噴射ラインを経由して燃焼室に廃液を噴射する。燃焼室は殆ど常圧に近いため僅かな圧力で廃液は噴霧出来るので、装置も軽便であるが、逆止弁５０には１０ＭＰａ近い燃焼室圧力が作用する為、それに耐える設計が必要である。噴霧タイミングは吸入工程中であれば特に問題無い為、電磁弁の慣性による応答遅れなどは余り問題無い。
【０４２０】
燃焼室内に噴霧されたメチルアルコールは、低分子の炭化水素である為、４００〜５００℃の熱の影響を受けてもダイオキシン類を合成する事は無い。圧縮工程が始まると熱の影響により気化しているメチルアルコールはいたるところでフリーラジカルが発生し、不安定となるが、分子量が少ない事と濃度をコントロールされている事により自己着火する恐れは無い。即ち発熱と高圧という条件で活性化されたＯ^-ラジカルを受けてもＣＨ³⁺のメチルラジカルやＨ＋を形成するのみであり、しかもＨ⁺はＯＨ^-で中和されてしまう。しかも、この温度と圧力域では水蒸気はラジカル化していないので、抑制側に作用し連鎖反応は生じない。
噴射タイミングになると、加水率５０％（含水率３３％）の燃料が噴霧され微爆が発生し、噴射燃料がラジカル化するが、この時既に不安定に成っているメチルアルコールが存在する為、連鎖反応が発生しやすく、着火遅れが少なくなる。予混合が進んだ状態である為、メチルアルコールの量をコントロールしないとディーゼルノックの様になるので注意が必要であるが、水蒸気も十分ある事から燃料油の完全燃焼が進み、ＮＯｘ低減効果も大きい。
廃液のシリンダー内への注入量を調整して、自己着火しない注入量にコントロールすれば、よりセタン価の高い廃液にも応用できる。この方法により、ディーゼルエンジンの様に燃料系に混合することにより、潤滑性が低下したりスラッジの発生しやすい廃液でも処理可能となる。
尚、この理論を用いれば、天然ガス等を使用したガスエンジンにも適用出来る事は明白であるし、燃焼形態はガスエンジンに近くなるので、低ＮＯｘ効果も期待出来る優れた技術であると思われる。
【０４２１】
〔理想的な処理形態〕
発明者は、将来的には、まず発生するエネルギーが有効に利用されるエネルギー媒体を選択し、そのエネルギーと需要家の持つ様々な廃液（廃棄物）を燃焼させるのに適当な産業用燃焼設備を選択する事により、可能な限り有効なエネルギーとして再利用する事が廃棄物処理の原点であると考える。
この為の前処理手段の開発も、本特許をベースとして様々な発展が期待出来る。本特許では触れていないが、この前処理技術が発展すれば、産業廃液を次世代のエネルギー源であると言われる燃料電池用水素の原料にも応用出来るに違いない。
しかし、ここで重要な事は、Ｃ重油の欄でも触れた様に、原料となるアルコールは製造段階から既に燃料電池で使用出来る程純度の高い物では無く、燃料電池に用いる為には様々な不純物を除去する必要があると思われる。常にクリーンと呼ばれる技術を支えるのは不純なものを如何に処分するかという技術と表裏一体でなければ成立しないのである。燃焼とはこの様な不純物と言われて棄てられる有機物からエネルギーを回収し、不純物による社会的コストの増大を防止する為に今後も重要な位置付けとなるに違い無い。
即ち、廃液を一括収集して産業廃棄物処理として燃やすという手段ではなく、廃棄前のプロセスから再利用に向けた細心の注意を払い、それぞれの廃液の持つポテンシャルを最大限に活かす努力をするならば、廃水処理設備の負担も軽減し、凝集剤等の消費量を削減できる為、単に排ガス浄化に留まらず、水、汚泥の削減等波及する効果は計りしれない。
図１８は、その様な考え方をふまえ、総合的な処理の構成を示す。
【０４２２】
[低濃度食品系廃液]
低濃度食品系廃液タンク２４１には食塩等の塩類も含む数１００ｐｐｍ程度のＢＯＤを含む排水が貯留されている。脱塩有機物濃縮器２５１では、この廃液から塩分及び比較的分解の早い低分子の有機物含んだ排水と、処理の困難な高分子の有機物を分離し、高濃度化された有機物をろ過し、ボイラ３８で本処理法でＣ重油に混合させ処分すると共に熱回収される。発生した蒸気は蒸気タービン１６３で発電にも使用される。
【０４２３】
[植物廃油]
植物油廃油タンク２４２には、植物油の廃油が貯留されており、熱ストレスの少ないＡ重油燃焼を行う小型貫流ボイラ５８で処分されると共に熱回収される。
【０４２４】
[乳製品]
乳製品タンク２４３には、製造ラインから排出される副生物の他、期限切れとなった乳製品が貯留される。牛乳には乳タンパクが多く処理中に固化する恐れが高い事とＮＯｘの原因となる為、脱蛋白処理装置で分離除去する。分離された乳糖類はアルコール発酵可能な為、アルコール発酵装置２５４へ送られる。
【０４２５】
[ジュース類]
ジュース類タンク２４４には、製造ラインから排出される副生物の他、期限切れとなったジュース類が貯留される。ジュース類には糖類を多く含むため、アルコール発酵装置に送られるが、糖度が低い場合には濃縮等を行う事も有効である。
【０４２６】
[アルコール系廃液タンク]
アルコール系廃液タンク２４５には、不純物を含んだエチルアルコールが貯留されている。ボイラ等で燃焼させる為には問題無いが、燃料電池１８９用アルコールとする為にアルコール蒸留器２５３で蒸留される。このアルコール蒸留器で使用される蒸気等ももちろんここにある各種燃焼設備が発生する蒸気である。アルコール蒸留器にはその他アルコール発酵装置からの発酵液も送られ合わせて、純度の高いアルコールと不純物を含んだアルコール溶液及び発酵残液に分離される。純度の高いアルコールは燃料電池で発電に使用される他、不純物を含んでも灰分などを含まないものは、ボイラあるいはガスタービン等で熱回収をはかる。発酵残液は、脱塩有機物濃縮器に送られ、排水とボイラ用廃液に分離される。
【０４２７】
[エマルジョン性廃液]
エマルジョン性廃液タンク２４７には、灰分を含まないエマルジョン系廃液であるコンプレッサードレンが貯留されている。その為、ディーゼルエンジン１８１用水エマルジョン水として利用出来る。特にコプレッサードレンは蒸留水である為、水に起因する灰分等を含まないので好都合であるし、コンプレッサーオイルが潤滑の役目や酸化防止の役目を果す為、好都合である。
【０４２８】
[アミン系廃液]
アミン系廃液タンク２４８には、アミン系有機溶剤が入っている。これらは、燃焼性には問題無く、燃焼にも使用するが、一部は排気熱を利用して熱分解させアンモニアを取り出し、ガス成分はガスタービン１８２で燃焼させると共にアンモニアは脱硝設備用の還元アンモニアとして使用する。ガスタービンは良質の塩素を殆ど含まない燃料を使用している事、高圧下の予混合ガス化燃焼である為、ダイオキシン類の発生要因となるベンゼン環が生成されない為、発生するＮＯｘはアミン由来のＮＯｘと共にアミン由来のアンモニアで乾式脱硝法で脱硝を行っても全く問題無い。
【０４２９】
[トルエン系廃液]
トルエン系廃液タンク２４９には、トルエン系有機溶剤が入っている。この溶剤は灯油よりも揮発性た高い為、ガスタービン用の希薄燃焼用バーナーとして最も好都合である。しかも、ガス燃焼と比較して液体燃料は、大量のエネルギーを消費するガスブースターが不要で、回収エネルギー効率が良く、炭酸ガス削減効果も高い。
【０４３０】
[潤滑油廃液]
潤滑油廃油タンク２５０には、潤滑油廃油が貯留されている。これらを出来る限り低灰分のものに変更する事により、ディーゼルエンジン用添加剤として再利用出来る。
【０４３１】
[理想的な処理形態のまとめ]
以上の様に、廃液を最も望ましい燃焼設備に望ましい形態で供給する事により様々な廃液の利用形態を示した。
【０４３２】
〔廃液の提供から処理までのフロー〕
図１９は、廃液を産業用燃焼設備で処理を行う場合のフローを示すものである。各処理或いは判断については、夫々専門の技術的知見を有する技術者にとっては、本発明のその項目を参照する事により、実現出来る内容である。
【０４３３】
[適用前検討事項]１７１
廃液処理の依頼７１によりまず成すべき事は、廃液種の検討７２である。この技術的知見に関しては、それを製造するプロセスの廃液に関する知見を有する技術者と、それらの組成の調査７３（組成分析に対する知見）、物性の調査７４（物性分析に対する知見）、混合特性の調査７５（混合特性調査に対する知見）を行なう技術的知見を有する技術者がこの技術的課題を検討しなければ成らない。この時、一般的には、依頼を受ける側が、廃液種の検討の欄で示した項目の他、組成や物性の参考となるべき成分等を記載する為の調査票を作成し、それを依頼する側の技術者に記載して貰う事により、依頼する側に本発明に対する知見が無くても、スムーズな運用が可能である。
【０４３４】
又、必要に応じて、劇毒物の取扱に関する知見や放射性物質の取扱に関する知見を有する技術者と伴に検討を進めないと、組成、物性、混合特性の調査自体が危険なものになる場合があるので注意が必要である。
夫々の調査が終了すると、そのデータに基づき、合理的な前処理手段７６における産業用燃焼設備の選定７７を行なわなければ成らない。合理的な前処理手段を選定できるのは、水処理分野に対する知見、蒸留分野に対する知見、界面活性剤分野の知見等、最も合理的に処理した場合のコストや予想される有害物濃度の推定値等を検討した上で、ボイラ分野の知見、ガスタービン分野の知見、ディーゼルエンジン分野の知見、各種焼却炉分野の知見等を総合し、適用しうる燃焼設備の内最も合理的な燃焼設備の選定を行う必要がある。
【０４３５】
尚、この時に適用検討項目の各項の期待できる性能等のある程度の技術的知見を有していないと、次のステップに進んだ時に期待される性能が満足できない等の要因となるので注意が必要である。
そして、この検討で合理的前処理手段とは、例えば本方式により廃液処理の依頼者側が得られるメリットの合計から前処理手段を含めた必要な全ての経費を差し引いた金額が、単に廃液処理業者に依頼して廃棄する場合に比べメリットが大きい事を示す。そして、検討段階において合理的前処理手段が見つからない場合には、廃液の処理が出来ない事を判断する事も重要な要目である。
【０４３６】
[適用前提条件項目]１７２
これは、対象となる産業用燃焼設備が少なくとも１点の燃焼負荷域において理想的な燃焼状態を示している事が重要な前提条件となる。即ち、全ての燃焼状態において、理想的な燃焼状態が達成できない燃焼設備においては、廃液を注入する事によりそれらの燃焼状態が確実に改善するという期待が無い限り、廃液を注入する事は危険な場合が多いからである。
【０４３７】
[適用検討項目]１７３
これは、前記２項目を達成し、実際の適用にあたる為の検討に必要な項目である。
（１）前処理手段
前処理手段の検討７９では、前記合理的前処理の検討で示した知見を有する技術者が、目標とする組成値や物性値となる様に具体的な検討を行なう必要があり、前処理が不要であるという結論も重要な結論である。前処理手段の検討の下にある処理は、検討の結果実施する場合の処理を示す。右にある夫々の処理も同様である。
しかしながら、ろ過を含めて前処理手段が本技術の内で最も重要な技術であり、しかも多岐にわたる技術的知見が無いと、合理的な前処理は実現できない。例えば、糖分を含んだ廃液は、こげ性を持つ為、ディーゼルエンジンや噴射弁形式を持つガスタービン或いは圧力噴霧式バーナーでは適用出来ない事を示した。しかし、これをアルコール発酵させれば、安全な廃液として処理出来る。しかし、糖分からアルコールを作る方法は、発酵のみならず、触媒等を使用した酸化等によっても実現出来る筈であり、これらの実用化あるいは研究成果により、その時に最も合理的と考えられる前処理法を選択する必要があるのである。
【０４３８】
（２）注入方法
注入方法の検討８０については、注入装置に対する知見を有する技術者が中心となり、注入方法を検討するが、腐食性等の懸念がある場合、設備類の防食性に対する知見も必要である。
（３）混合方法
混合方法の検討８１については、混合装置やに対する知見を有する技術者が検討する必要があり、設備類の防食性に対する知見も必要である。
（４）空燃比制御方法
空燃比制御方法の検討８２は、主に廃液発熱量に応じて、計装制御分野及び注入装置に対する知見を有する技術者が相互に検討を行なう必要がある。
【０４３９】
（５）燃焼装置の最適化
燃焼装置の最適化の検討８３は、バーナー分野の知見を有し、主に廃液の焦げ性等を考慮し、必要に応じて燃焼設備等の変更や改良も必要である。
（６）低ＮＯｘ手段の検討
低ＮＯｘ手段の検討８４は、主にバーナー分野、燃料分野、混合分野の知見を有する技術者が、必要に応じて低ＮＯｘ手段の適用の有無や改良を行なう必要がある。
（７）添加剤の検討
添加剤の検討８５は、廃液とその溶媒がエマルジョン分散を取る場合に、必要に応じて乳化剤の適用の可否を検討しなければならないし、廃液の腐食性や潤滑性を改善する為にも、必要に応じてこれらの防止剤を適用する必要がある。これらは、界面活性剤分野、防食、潤滑分野の知見を持つ技術者が検討をおこなう。（８）水エマルジョンの検討
水エマルジョンの検討８６は、ＮＯｘ低減用途とバイジン低減用途により目的が異なるし、双方を目的とする場合もある、廃液中に含まれる水分量も加味しながら検討しなければならないので、混合装置、組成分析、物性分析、バーナー分野の知見を持つ技術者が検討をおこなう。
【０４４０】
[適用後運用項目]１７４
注入率調整１５１や注入率の変化率調整１５２は、前述の適用検討項目の各項目が全て順調に機能している上において、廃液処理を安全に且つ効率的に運用する上で、極めて重要な項目である。これらの調整を通じて、酸素濃度の逸脱防止１５３、理想的燃焼の維持１５４、燃焼手段への障害防止１５５、燃焼設備への障害防止１５６、ばい煙濃度の変化を規制値以内に抑制１５７が達成出来るが、これらは達成できない場合にはフローの様に注入率調整や変化率調整を再度行なう事により、適宜補正を行う事が必要である。
これら、各項目については、注入装置、混合装置、計装制御分野、バーナー分野の他対象となる産業用燃焼設備の技術分野の知見と伴に、排ガス分析分野の知見等が必要となる。
【０４４１】
又、適用検討項目の手段が異常になったり、その前における適用前提条件項目、適用前検討事項の各項目が正常で無い場合には、異常インターロック情報１７６により注入を停止する等の方法によって、これらに起因する障害を防止する事も出来る。
適用前提条件項目で注意しなければ成らないのは、例えば廃液を排出するプロセスの異常である。又、適用前提条件においては、対象となる産業用燃焼設備自体の故障や異常であり、適用検討項目はそこに掲げた様々な装置や手段の故障あるいは異常である。
この注入の停止やその逸脱を調整する手法については、例えば各項目の異常信号を注入装置が受信するとか、比重、圧力、振動、温度、粘度、ｐＨ、酸化還元電位、電気伝導度、濁度、色度、色彩等の物理、化学的手法により比較的容易に監視出来る連続分析器の情報を受信する等の方法により実現出来る。
又、異常は廃液に関する異常ばかりでなく、燃焼手段や空燃比制御の異常等も考慮しなければ成らないから、異常発生のリスク認定に関しては、夫々の項目に関する技術的知見を有する技術者がリスクに基づき、処理方法（廃液の注入を停止させるか、どの程度の量に抑制すべきか）を決定する必要がある。
そして、この様にして得られた結果が運用８７であり、この様にして得られた運用結果は、基本的には次の適用後確認項目を行なわなくても、適用後確認項目で期待される処理結果が得られるものであると推定出来る。
【０４４２】
[適用後確認項目]１７５
具体的には、ダイオキシン類測定１５８、ＮＯｘ・ＳＯｘ・ばいじん測定１５９、重金属類の測定１６０やその他処理する廃液に固有である有害成分の排出の懸念があればそれらの測定を実施し、その結果が社会的或いは法的に認知され、且つその煙突からの排ガス成分を吸引する恐れのある従業員及び付近住民の健康を守る範囲であることを確認することである。
【０４４３】
〔一部技術の流用の危険性〕
例えば、廃植物の適用が、廃植物油というだけで、組成分析を初めとする様々な調査を経て適用されない場合においても、混合方法の適用だけを流用すれば、廃植物油の組成が偶々その適用に適していた場合には特に問題無く運用出来る。しかし、この様な運用の場合、かりに食塩等を含んだ廃植物油を処理しようとする場合、そのまま安易に適用し、ダイオキシン類の発生要因となる事は明らかである。
又、製造工程において、通常は毒物や重金属類は、廃液として排出されないはずであるが、製造ラインの何等かのトラブルにより流れる恐れがあるプロセスにおいては、分析手段において毒性や重金属は無くても、それらの回避手段を講じておかなないと、オペレーターや付近の住民を危険にさらす事になりかねない。従って、現状ではうまくいっている様に見える産業用燃焼設備における廃液焼却方法においても、本発明に基づく正しい知見の上で運用する事により、社会的な様々なリスクを回避する事が出来る優れた技術となるのである。
【０４４４】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）適用前検討項目１７１、適用前提条件項目１７２、および適用検討項目１７３を検討し、その後適用後運用項目１７４および適用後確認項目１７５を行うことにより、ダイオキシンの発生する環境を排除していくので、ダイオキシンの発生を防止する産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法とすることができる。
【０４４５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。
【０４４６】
【実施例】
〔試験炉での実験データ〕
以上の技術を的確に運用すれば、原則として対象と成る産業用燃焼設備に期待されるダイオキシン類濃度を維持し、且つＮＯｘ値やバイジン量も当該産業用燃焼設備に要求される値を守れるはずである。
【０４４７】
[試験炉の概要]
試験炉は、火炉負荷３０万Ｋｃａｌ／ｈ、燃焼室容積７００ｍｍ×２５００ｍｍの丸型炉で、概ね炉筒煙管式ボイラの燃焼室を模して製作してある。燃焼室外部は３０℃前後の冷却水で冷却する為、ボイラに比して冷却し過ぎとなる為、１ＭＰａ程度の蒸気圧力の水冷壁に合わせてセラミックファイバー製の断熱材を内張りしており、炉温は９００〜１０００℃を確保している。実験時の燃焼量は、３０Ｌ／ｈであり計算した火炉負荷は約１４万Ｋｃａｌ／ｈで、通常のボイラの定格火炉負荷６０万Ｋｃａｌ／ｈ（小型貫流式ボイラを除く）の２３％に相当し、かなり低燃焼領域での実験となった。
バーナーは内部混合型空気噴霧式バーナーで、噴霧空気量４４０ｍ³／ｈ空気圧力０．０４ＭＰａであり、空気温度は常温、炉内圧力は約４０ｍｍＨ２Ｏで実験した。
【０４４８】
図９に見る様にＮＯｘの発生量は、特に低ＮＯｘ化を実施していないバーナーとしては一般的な値を示しているが、（７）のアミン系廃液のＮＯｘ値は窒素分濃度からも判る様に例外的な値である。その他のＡ重油の窒素分と変わらない供試試料では水エマルジョンのラジカル抑制効果によりＮＯｘ値が低減している。
【０４４９】
図２０は、実験中の酸素濃度やＣＯ及びＨＣｌと燃料中の総塩素量を比較したものである。図２０中の各記号は、（１）Ａ重油単独、（２）水道水、（３）タンニン系薬品ボイラブロー水、（４）お茶抽出廃液、（５）ジュース廃液、（６）アルコール系廃液を示している。Ａ重油の塩素量は５．５ｐｐｍであった。（２）の水道水については、５時間の実験中に約４０分間程度の不可解な現象が発生した。本図の縦軸は、％、ｐｐｍ、倍と夫々単位の異なる値を敢えて示してあるが、それら値同士の相関性をわかり易く示す為の便宜である。また、図２０中に、相関を表すための直線が引いてある。この直線は、（２）を除いたデータに基づいている。
又、Ｏ_２及びＣＯは、５時間に亘る計測時間の平均値であるので、様々な外乱要素を考慮すれば、最終的な値に若干の誤差を生じる事は、当事者においては特に違和感の無いデータであると信じる。
【０４５０】
[不可解な酸素濃度の変化]
初め酸素濃度が原因不明の原因で上昇しはじめ１２％の酸素濃度に急上昇した。異常に気がつき酸素濃度を適正値近くに直そうとしたが、燃焼状態が悪くＣＯ濃度は最大１３００ｐｐｍにまで上昇した。この異常現象は約３０分続き、その後酸素濃度が急激に低下し発煙を生じた為、ダイオキシンサンプリング及びＣＯ，Ｏ_２の計測を中止したが、その後１０分で、正常に復帰した為測定を続行した。
(台風の通過)
燃料流量や燃焼監視項目に異常は無く、原因が特定できなかったのであるが、その後のデータ整理から２００１／０９／１１１１：００から１１：４０前後は、実験場所である千葉上空に台風が通過していた事が確認され、燃焼用空気圧力や炉内抵抗が低い事も相まって、炉内圧が低下し燃焼状態が悪化したものである事が判った。この為、本来はＡ重油やブロー水と同等でなければならない筈の水道水の試験結果のＣＯが最も高い値を示している。
【０４５１】
[ダイオキシン類毒性等量とその評価]
図２１は毒性等価と燃料中の塩素濃度との相関をプロットしたものである。図２１中の各記号は、（１）Ａ重油単独、（２）水道水、（３）タンニン系薬品ボイラブロー水、（４）お茶抽出廃液、（５）ジュース廃液、（６）アルコール系廃液を示している。何れのデータも、焼却炉の基準値の１／５０〜１／２００の値を示し、本処理法が安全な処理法である事が判る。（２）の水道水の結果を除くと、燃料中の塩素濃度ときれいな直線関係となる事も特徴的である。水道水の結果は次に詳細解説を行うが、やはり台風における異常燃焼が影響していると考えざるをえない。又（６）アルコール系廃液では（１）Ａ重油単独よりも等価毒性等量が低い事も特徴的であり、塩素量が少なければ寧ろ燃焼法の適正化によりより発生量の抑制が可能となる事を示すものである。
尚、本図の各プロット値を結ぶ曲線は、前記台風による影響を判り易く示す為の便宜である。一般的にこの様なプロット法では、その値のばらつきの中間部の直線を代表とした近似線を追加するが、本件データではこの様な曲線をあえて追加する事により（２）のデータは無視するべき値であるという事を認識して頂く為である。
【０４５２】
(Ａ重油と水道水とブロー水サンプルとの毒性等価の特徴)
図２２は（１）Ａ重油、（２）水道水、（３）ブロー水の成分ごと毒性等価をプロットしたものである。コプラナＰＣＢ類については、（１）（２）（３）の順番で全て右上がりとなっている。構造的にコプラナＰＣＢ類の元となるビフェニルは、ベンゼン環の結合に酸素が無く、酸素当量比近傍で発生し易いものと思われる。今回の試験では酸素濃度４％を目標として燃焼管理したから、一般の焼却炉に比べ極めて空気過剰率が低いのである。
今回の試験では、試験炉を用い、前記台風による影響を除き、厳密な燃焼管理下で行った為、塩素配位の無いビフェニル類の発生量は、全ての供試サンプルの燃焼において変化が少なかったものと推定され、塩素量の増加との関係を測定する純粋実験的な状況となり、塩素とダイオキシン類発生量との相関性を疑い難い実験結果になったものと思われる。
又、この事はボイラにおける通常燃焼時域の低酸素濃度燃焼における廃液処理の優位性を示したものとしても評価できるし、酸素濃度の高くなる低燃焼域では等価毒性のリスクが高くなり易い事を示したものであるとも考えている。
【０４５３】
(Ａ重油と水道水とブロー水サンプルとの成分分布の相違)
図２３は、検出下限以上の（定量下限以下の参考値も含む）全てのダイオキシン類の発生分布を示すものである。（１）Ａ重油と、（２）水道水、（３）ブロー水で比較すると、（２）のジベンゾダイオキシン類やジベンゾフラン類は（１）や（３）と明らかな相違がある。違いは５時間中の３０分程度の異常であり、決して毒性等価レベルとしては高い値ではないが、不完全燃焼（等価毒性濃度の高い物質が生成され易い。）によるダイオキシン類発生リスクを図らずも示した結果と考えている。
【０４５４】
[塩素と等価毒性の相関値と管理濃度の上限]
図２１（２）の水道水を例外として除外すると残りのプロット値は毒性等価（ｐｇ／Ｎｍ³）＝０．０６１３×塩素ｐｐｍという近似関数が求められ、しかも極めて直線度の高い値であるので概ね１７００ｐｐｍ以下の濃度で、適正な運転管理を行なえば、廃液焼却炉において最も厳しい濃度基準である０．１ｎｇ／Ｎｍ³以下での運用が可能となる事が判る。
【０４５５】
[実施例のまとめ]
本実施例で使用した廃液類は、全て実際の需要家から供試されたものであり、現状は産業廃棄物或いは廃水処理設備にて処理されている。今後本処理法に基づく、正しい処分法により、ダイオキシン類の発生を抑制しながら、その優れた省エネルギー性や低公害性により需要家の期待に応える予定である。
【０４５６】
【発明の効果】
本発明によれば、適用前検討項目、適用前提条件項目、および適用検討項目を検討し、その後適用後運用項目および適用後確認項目を行うことにより、ダイオキシンの発生する環境を排除していくので、ダイオキシンの発生を防止する産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法とすることができる。
又、前記方法を応用する事により、従来より利用されてきた水エマルジョン燃焼技術が、ダイオキシン類を増加させずに、ＮＯｘ値やバイジン量を抑制する事が可能な優れた技術である事が判った。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＯｘ低減の効果を示すグラフである。
【図２】バーナー前インライン比例方式の水エマルジョン燃料油製造装置の基本構成図である。
【図３】ボイラへの比例注入の適用を示した説明図である。
【図４】破砕機能を有するミキサーの構成図である。
【図５】インゼクタ型の混合器の構成図である。
【図６】発熱量を持つ廃液を燃料調整弁以降に注入する場合の、空燃比制御方法に関する説明図である。
【図７】水や各種廃液を燃焼させた場合の火炎の長さを計測した結果のグラフである。
【図８】Ｃ重油で運用しているディーゼルエンジンにおけるＮＯｘと煙濃度の計測した結果のグラフである。
【図９】水エマルジョン効果によるサーマルＮＯｘの低減効果を示すグラフである。
【図１０】中間混合式バーナーの水噴射ノズルを利用した処理形態を示した構成図である。
【図１１】バーナーの説明図である。
【図１２】排ガス中の有害物濃度を示すグラフである。
【図１３】石灰焼成炉への適用の構成図である。
【図１４】ガスタービン機関のエマルジョン法と水噴射ノズルへの廃液注入の構成図である。
【図１５】水噴射によるＮＯｘ低減手段を持たないガスタービンへの適用の構成図である。
【図１６】縦型石灰焼成炉の構成図である。
【図１７】廃液燃焼の構成図である。
【図１８】総合的な処理の構成図である。
【図１９】廃液を産業用燃焼設備で処理を行う場合のフローチャートである。
【図２０】実験中の酸素濃度やＣＯ及びＨＣｌと燃料中の総塩素量を示すグラフである。
【図２１】毒性等価と燃料中の塩素濃度との相関を示すグラフである。
【図２２】Ａ重油と水道水とブロー水サンプルとの毒性等価を示すグラフである。
【図２３】ダイオキシン類の発生分布を示すグラフである。
【図２４】ボイラや吸収式冷凍機等の基本構成を示す構成図である。
【図２５】マルチバーナーのボイラの基本構成を示す構成図である。
【図２６】焼却炉等の基本構成を示す構成図である。
【図２７】ガスタービンコジェネレーションの基本構成を示す構成図である。
【図２８】ディーゼル機関の基本構成を示す構成図である。
【図２９】内部混合式バーナーの概念図である。
【図３０】外部混合式バーナーの概念図である。
【図３１】ロータリーバーナーの概念図である。
【図３２】戻り圧力噴霧式バーナーの概念図である。
【図３３】三段燃焼式の燃焼機構の概念図である。
【図３４】分割火炎バーナーの正面からの火炎パターンの概念図である。
【図３５】自己排ガス再循環バーナーの燃焼機構の概念図である。
【図３６】ガスタービンにおける濃淡燃焼機構の概念図である。
【図３７】排ガス再循環式燃焼設備の構成の概念図である。
【図３８】タンクブレンド法による水エマルジョン燃料油製造装置の基本構成を示す構成図である。
【図３９】従来型インライン比例方式の水エマルジョン燃料油製造装置の基本構成を示す構成図である。
【符号の説明】
７１廃液処理の依頼
７２廃液種の検討
７３組成の調査
７４物性の調査
７５混合特性の調査
７６前処理手段
７７産業用燃焼設備の選定
７９前処理手段の検討
８０注入方法の検討８０
８１混合方法の検討８１
８２空燃比制御方法の検討
８３燃焼装置の最適化の検討
８４低ＮＯｘ手段の検討
８５添加剤の検討
８６水エマルジョンの検討
８７運用
１５１注入率調整
１５２変化率調整
１５３酸素濃度の逸脱防止
１５４理想的燃焼の維持
１５５燃焼手段への障害防止
１５６燃焼設備への障害防止
１５７規制値以内に抑制
１５８ダイオキシン類測定
１５９ＮＯｘ・ＳＯｘ・ばいじん測定
１６０重金属類の測定
１７１適用前検討項目
１７２適用前提条件項目
１７３適用検討項目
１７４適用後運用項目
１７５適用後確認項目
１７６異常インターロック情報

Claims

液体燃料を燃焼させる燃焼手段を持ち、且つ燃焼反応に伴う熱エネルギーを産業用エネルギーとして用いるように設けられた産業用燃焼設備を利用し、当該燃料中に、廃液を混合分散させて焼却処理する時、
焼却処理しようとする廃液の廃液種の検討、組成と物性、混合特性の調査を予めして、合理的な前処理手段において、適用可能な産業用燃焼設備の選定を適用前検討項目として行い、
当該燃焼設備の燃焼炎の状態及び排ガス組成が、当該設備において、理想的燃焼状態であることを適用前提条件項目として確認し、
廃液の前処理手段、廃液の注入方法、廃液の混合方法、燃焼設備の空燃比制御方法、廃液成分に応じた燃焼装置の最適化、低ＮＯｘ手段、添加剤の有無と種類、水エマルジョン燃焼の併用の要否を適用検討項目として複合的に調整し、
廃液や添加剤等の注入率や注入率の変化率を調整し、排ガス中の酸素濃度の正規範囲からの逸脱を防止し、前記理想的燃焼状態を維持し、燃焼手段への障害を防止し、燃焼後の残渣成分による産業用燃焼設備の障害を防止し、廃液組成に伴う煤煙濃度の変化を規制値以内に抑制し、前記適用前検討項目で選定された産業用燃焼設備、適用前提条件項目で確認された理想的燃焼状態、適用検討項目で検討された処理方法が正常に維持されているか否かを確認し、維持されていない場合に、廃液の注入を停止させるか、または、正常からの逸脱を補正できる注入率に調整することを適用後運用項目として行い、
後処理によるダイオキシン類対策手段が無い産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であるとともに、後処理によるダイオキシン類対策手段が有る産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の前記ダイオキシン類対策手段前の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であり、且つ前記産業用燃焼設備は、ダイオキシン類対策手段の有無にかかわらず、ＮＯｘや煤塵発生量、廃液を燃焼させる事により起因するハロゲンや重金属類も当該産業用燃焼設備に許容される範囲内で運転管理可能なことを適用後確認項目として確認する
ことを特徴とする産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法。
液体燃料又はガス燃料若しくはその両方を同時に燃焼させる燃焼手段を持ち、且つ燃焼反応に伴う熱エネルギーを産業用エネルギーとして用いるように設けられた産業用燃焼設備を利用するにおいて、
前記産業用燃焼設備は、水を噴霧する事によりＮＯｘ低減効果を有する水噴射設備を備え、
水噴射を実施している状態で、ダイオキシン類の発生量がその産業用燃焼設備が期待される濃度レベルである時、或いは廃液混合による水噴射により期待される濃度レベルになる場合、
焼却処理しようとする廃液の廃液種の検討、組成と物性、混合特性の調査を予めして、合理的な前処理手段において適用可能な産業用燃焼設備の選定を適用前検討項目として行い、
当該燃焼設備の燃焼炎の状態及び排ガス組成が、当該設備において、理想的燃焼状態であることを適用前提条件項目として確認し、
廃液の前処理手段、廃液の注入方法、廃液の混合方法、燃焼設備の空燃比制御方法、廃液成分に応じた燃焼装置の最適化、低ＮＯｘ手段、添加剤の有無と種類、水エマルジョン燃焼の併用の要否を適用検討項目として複合的に調整し、
廃液や添加剤等の注入率や注入率の変化率を調整し、排ガス中の酸素濃度の正規範囲からの逸脱を防止し、前記理想的燃焼状態を維持し、燃焼手段への障害を防止し、燃焼後の残渣成分による産業用燃焼設備の障害を防止し、廃液組成に伴う煤煙濃度の変化を規制値以内に抑制し、前記適用前検討項目で選定された産業用燃焼設備、適用前提条件項目で確認された理想的燃焼状態、適用検討項目で検討された処理方法が正常に維持されているか否かを確認し、維持されていない場合に、廃液の注入を停止させるか、または、正常からの逸脱を補正できる注入率に調整することを適用後運用項目として行い、
後処理によるダイオキシン類対策手段が無い産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であるとともに、後処理によるダイオキシン類対策手段が有る産業用燃焼設備の場合には、当該産業用燃焼設備で燃料を燃焼させた時の前記ダイオキシン類対策手段前の排ガス中のダイオキシン類濃度が当該産業用燃焼設備に許容される範囲内であり、且つ前記産業用燃焼設備は、ダイオキシン類対策手段の有無にかかわらず、ＮＯｘや煤塵発生量、廃液を燃焼させる事により起因するハロゲンや重金属類も当該産業用燃焼設備に許容される範囲内で運転管理可能なことを適用後確認項目として確認し、
前記適用後確認事項を満足する水溶液或いはエマルジョンとして噴射する
ことを特徴とする産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法。
液体燃料を燃焼させる燃焼手段を持ち、且つ燃焼反応に伴う熱エネルギーを産業用エネルギーとして用いるように設けられた産業用燃焼設備を利用した廃液の焼却処理方法により処理される廃液を含み、
前記産業用燃焼設備の燃焼手段へ注入するか、若しくは産業用燃焼設備において、水を噴霧する事によりＮＯｘ低減効果を有する水噴射設備へ注入するために、請求項１または請求項２に記載の前記適用前検討項目、適用前提条件項目、適用検討項目、適用後運用項目を利用して廃液種に応じて製造されるとともに、
燃焼室へ噴霧される全噴霧流体中の平均含有濃度が、致死性の毒ガス成分や、放射能強度が一般に許容される限度を超えない範囲であって且つ、
塩素は、重油換算の総燃焼量が２０００ｋｇ／ｈ未満の場合８５０００ｐｐｍ以下、２０００〜４０００ｋｇ／ｈの場合１７０００ｐｐｍ以下、４０００ｋｇ／ｈ以上の場合には１７００ｐｐｍを超えない範囲、
Ｎ分は、各燃焼設備のＮＯｘの規制値を超えない範囲、
Ｓ分は、各燃焼設備のＳＯｘの規制値を超えない範囲、
重金属は、各燃焼設備の重金属類の規制値を超えない範囲、
燃焼手段に供給される混合液体については、水分量は０−６０％の範囲、
水噴射設備に供給される混合液体については、水分量は１００％未満、
灰分は、概ね当該燃焼設備に適用可能な燃料中に許容される灰分量を超えない範囲に調整されることを特徴とする混合液体。
請求項３に記載の混合液体において、
乳化を行うエマルジョン用水を含むことを特徴とする混合液体。