JP4299077B2

JP4299077B2 - 合成樹脂製品の燃焼実験装置

Info

Publication number: JP4299077B2
Application number: JP2003309015A
Authority: JP
Inventors: 宏芥川; 英一大下; 且資上原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-09-01
Also published as: JP2005077002A

Description

本発明は合成樹脂製品の燃焼実験装置に関するものである。

従来、廃棄物の焼却処理装置としては、都市ごみなどを焼却するゴミ焼却炉とその排ガス処理装置とから成るゴミ焼却設備が一般に知られ、種々の構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

そのようなゴミ焼却設備の代表的な構成例としては、ストーカ炉や回転胴式燃焼炉などのゴミ焼却炉の二次燃焼室出口に接続された煙道に、廃熱ボイラ、蒸気過熱器、節炭器、排ガス冷却装置、バグフィルタ装置、排ガス洗浄装置、排気ファン、白煙防止用熱交換器を順に配設したものが知られている。
特開２００１−３４７１２０号公報

ところで、上記ゴミ焼却炉でＰＰやＡＢＳ樹脂などから成る合成樹脂製品を都市ゴミなどと一緒に焼却処理すると、焼却炉の燃焼温度が高くなって焼却炉を傷めるため、合成樹脂製品廃棄物は焼却せずに別途処分されることが多かった。一方、合成樹脂製品を焼却処理する焼却炉では、高い燃焼温度に耐える燃焼炉と発生したダイオキシンを熱分解させるための高温の燃焼部を配設する必要があり、設備構成が複雑になって設備コストが高くなるとともに高温燃焼用燃料等が必要になってランニングコストも高くなるという問題がある。

そこで、例えば事務機器用の合成樹脂製品などが万一の火災時などにおいて、より安全性の高い燃焼性となる製品を開発するために、各種合成樹脂製品の燃焼実験を安全に行って、その燃焼状態を分析することができる燃焼実験装置の開発が望まれている。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、合成樹脂製品の燃焼実験を安全に行って燃焼状態の分析を行うことができる燃焼実験装置を提供することを課題とする。

本発明の合成樹脂製品の燃焼実験装置は、下端部に燃焼用空気の流入を図る燃焼空気流入口、天井部に排ガスを排気ファンにより排気する排気口を有して内部で合成樹脂製品を燃焼させる燃焼室と、この燃焼室内のガスを前記燃焼空気流入口と排ガス排気口の間となる上部の循環用流出口から引き出し、燃焼室の下部の循環用流入口から燃焼室内に還流させる循環ファンと引き出したガス中の煤を除去するバグフィルタ装置とを有するガス循環経路と、排気口に外気導入調整弁を介し接続されて排気する排ガス温度を調整する外気導入口とを備え、燃焼室内で合成樹脂製品に着火した後燃焼が安定するまで、排気ファンにより吸引排気することなく燃焼室内の空気を循環させ、燃焼が安定した後排気口から排ガスを吸引排気するようにし、かつ、燃焼室内から引き出したガスが所定温度になるように循環ファンを作動制御するようにしたものである。

この構成によると、循環ファン、排気ファン、外気導入調整弁の動作によって、燃焼室内のガスを循環させることで、合成樹脂製品の急激な燃焼拡大を抑制して自然燃焼状態を確実に実現でき、そのような抑制した自然燃焼によって大量発生した煤をガス循環経路に配設したバグフィルタ装置によって除去するので、燃焼室内に煤が充満する事態の発生を無くして燃焼状態の確認分析を的確に行うことができ、かつ燃焼室の排気口からの排出ガス中の煤を少なくでき、後段での排ガス処理を容易に行うことができる。また、排気口から排出する排ガスの温度を所定温度以下にでき、ダイオキシンの再合成を確実に防止でき、排ガス中のダイオキシン濃度を低く維持して後段での処理を容易かつ確実に行うことができる。さらに、燃焼室内で合成樹脂製品に着火した後燃焼が安定するまで、排ガスを吸引排出することなく循環経路を通して循環させ、燃焼が安定した後排気口から排ガスを吸引排出すると、燃焼室内での自然燃焼を確実かつ安定して実現できるとともに、実現後に排ガスを排出するので信頼性の高い排ガス処理を行うことができる。

本発明の合成樹脂製品の燃焼実験装置によれば、循環ファン、排気ファン、外気導入調整弁の動作によって、燃焼室内のガスを循環させることで、合成樹脂製品の急激な燃焼拡大を抑制して自然燃焼状態を確実に実現でき、また自然燃焼によって発生した煤を燃焼室に還流させる前に除去して排ガス中の煤を少なくでき、したがって後段での簡単な排ガス処理によっても清浄な排ガスを排出することができる。また、排ガスの温度を所定温度以下にしてダイオキシンの再合成を確実に防止し、排ガス中のダイオキシン濃度を低く維持して後段での処理を容易かつ確実に行うことができる。さらに、合成樹脂製品に着火した後燃焼が安定するまで、排ガスを吸引排出することなく循環させ、燃焼が安定した後排ガスを吸引排出することで、燃焼室内での自然燃焼を確実かつ安定して実現できるとともに、実現後に排ガスを排出するので信頼性の高い排ガス処理を行うことができる。

以下、本発明の合成樹脂製品の燃焼実験装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１及び図３と図４において、１は事務機器用の合成樹脂製品から成る燃焼対象物２を燃焼する燃焼室で、燃焼対象物２を載置して燃焼させる燃焼台３が下部の中央に設置されている。燃焼室１の側壁には、図３に示すように、燃焼状態を視認するため、耐熱ガラス製の観測窓４が配設されている。また、天井部の中央に排気口５が設けられ、側壁の下端部に燃焼用空気を導入するグリル開口６が設けられている。排気口５には、外部に排出する排ガス温度を外気の導入によって調整するために、外気導入調整弁７を介して外気導入口８が接続されている。

燃焼室１の一側壁の上部と下部にはガス循環用の流出口９ａと流入口９ｂが設けられ、流出口９ａから燃焼室１内のガスを引き出してバグフィルタ装置１１に通し、ガス中の煤を除去した後循環ファン１２にて流入口９ｂから燃焼室１内に押し込むガス循環経路１０が設けられている。このガス循環経路１０にて燃焼室１内のガスを煤を除去して循環させることで燃焼対象物２の燃焼を抑制し、急激に燃焼が拡大するのを抑制し、燃焼状態を観測し易くしている。そのため、燃焼室１の上部の排気口５近傍の雰囲気温度を２００℃以下に制御するように構成されている。

燃焼室１の上部には、燃焼室１内の雰囲気温度が異常に上昇した時に水消火するように、スプリンクラー１３が配設され、開閉制御弁１４を介して消火設備１５に接続されている。開閉制御弁１４は、排気口５の近傍に配置した温度検知器１６及び流出口９ａとバグフィルタ装置１１の間に配置した温度検知器１７の検知温度がそれぞれ所定温度以上になると開弁するように構成されている。

燃焼室１には、内部雰囲気のＨＣｌ濃度と、ＣＯ濃度とＯ₂濃度の比をモニタリングするため、ＨＣｌ計１８と、ＣＯ／Ｏ₂計１９が設置されている。

排気口５には排ガス管路２０が接続され、この排ガス管路２０には、図２及び図３と図４に示すように、排ガスの温度を検知する温度検知器２１と、排ガス中に活性炭と消石灰の混合粉末を噴霧供給する処理粉末供給部２２と、排ガスの流量調整弁２３と、排ガス中の粉末を除去するバグフィルタ装置２４と、排ガスを外気と熱交換させて冷却する熱交換器２５と、排気ファン２６と、内部に排ガスを通して臭い成分を吸着除去する活性炭吸着部２７とをこの順に配設した排ガス処理装置３３が配設されている。

温度検知器２１にて検出された排ガス管路２０を通る排ガスの温度に応じて、外気導入調整弁７と、流量調整弁２３と、後述の熱交換器２５の送風ファン２５ｂを制御するように構成されている。

処理粉末供給部２２は、活性炭と消石灰の粉末を５０：５０で混合した混合粉末を収容した収容タンク２２ａと、圧送ファン２２ｂと、排ガス管路２０に設けた処理粉末供給口と圧送ファン２２ｂとを接続するとともに、中間に収容タンク２２ａの排出口が接続された搬送管２２ｃにて構成され、圧送ファン２２ｂから搬送管２２ｃを通して排ガス管路２０内に向けて圧送する空気流に乗せて混合粉末を空気搬送し、排ガス管路２０内に噴霧供給するように構成されている。

バグフィルタ装置２４は、ホッパー部２４ａ内に収容配置したバグフィルタ２４ｂにて排ガス中の煤や噴霧供給された粉末を分離回収するように構成され、かつコンプレッサ２８から供給される圧縮空気をバグフィルタ２４ｂに排ガス流通方向とは逆方向にパルス状に噴出させてバグフィルタ２４ｂを逆洗してホッパー部２４ａ内に落下回収する逆洗機構２４ｃを備えている。なお、バグフィルタ装置１１も同様にホッパー部１１ａとバグフィルタ１１ｂと逆洗機構１１ｃを備えている。

熱交換器２５は、熱交換部２５ａと、熱交換部２５ａに熱交換用外気を送風する送風ファン２５ｂと、外気中の塵を除塵して送風ファン２５ｂに送給するフィルタ２５ｃと、送風ファン２５ｂのインバータ制御部２５ｄを備えており、インバータ制御部２５ｄに温度検知器２１の検出信号が入力されている。

活性炭吸着部２７は、粉末状、破砕炭状、粒状（ペレット状）等の活性炭を充填した固定床式で、前段の普通炭から成る中性用活性炭層２７ａと後段の酸性ガス吸着炭からなる酸性用活性炭層２７ｂとを備え、排ガス中に残った臭い成分である酸性微粒子を吸着除去するように構成されている。そして、この活性炭吸着部２７を通過した排ガスは、大気中に放出される。

なお、図２に仮想線で示すように、活性炭吸着部２７の出口に臭気センサ２９を配設するとともに、排ガス放出口の手前に流路切換装置３０を設け、臭気センサ２９にて排ガス中に所定以上の臭い成分が残っていた場合に、流路切換装置３０を作動させて、還流管路３１を通して排ガスを処理粉末供給部２２の手前位置に還流させ、再度処理を繰り返すように構成しても良い。

また、処理粉末供給部２２の出口近傍にラインミキサー３２を配設することで、排ガス中に活性炭と消石灰を均等に分散させ、排ガスの全体に対して活性炭と消石灰を効果的に接触させ、排ガス中のダイオキシンの吸着や酸性ガスの中和反応が確実に行われるようにするのが好ましい。

次に、動作について説明する。燃焼台３上に事務機器用の合成樹脂製品から成る燃焼対象物２を載置して着火し、燃焼を開始する。その際、燃焼初期には排気ファン２６は作動せず、排気口５から排気することなく、循環ファン１２だけを作動させ、燃焼室１内の雰囲気を循環させることで、比較的低温で自然燃焼させる。その結果、煤を多量に発生するが、発生した煤は排ガスが循環される間にバグフィルタ装置１１で除去される。

また、燃焼室１内で過大な燃焼状態となって雰囲気温度が異常に高くなり、排気口５の近傍の温度検知器１６による検出温度が２００℃を超えると、開閉制御弁１４が開弁されて消火設備１５からスプリンクラー１３に消火水が供給され、水が噴霧されて消火される。これにより、ガラス窓から成る観測窓４を有する燃焼室１においても、安全に燃焼実験を行うことができる。また、燃焼室１内の雰囲気をＨＣｌ計１８及びＣＯ／Ｏ₂計１９にてモニタリングしているので、この燃焼室１内に作業者が入室する場合の安全も確保されている。

燃焼室１での低酸素状態での燃焼が安定すると、上記循環ファン１２による排ガスの循環による低酸素状態での燃焼状態を維持しつつ、排気ファン２６を作動させ、排気口５から排ガスを吸引して排ガス管路２０に排出する。循環させる排ガス流量と排気口５から排出する排ガス流量の比は、循環７：排出３程度である。この排気口５から排出される排ガスは、例えば最大４０ｍ³Ｎ／ｍｉｎ程度で、その組成にはＳＯ₂を６０ｐｐｍ、ＨＣｌを１０５３ｐｐｍ、ダイオキシンを１０ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³Ｎ、ダストを２４０ｍｇ／ｍ³Ｎ程度含有している。また、ガス温度が４０〜２００℃となるように、温度検知器２１の検知温度に応じて外気導入調整弁７の開度を調整し、また流量調整弁２３の開度調整にてバグフィルタ装置２４の過熱防止を図っている。

排ガス管路２０に排出された排ガスに対して、最初に処理粉末供給部２２にて活性炭と消石灰の混合粉末が噴霧供給される。これら活性炭と消石灰が排ガスと接触し、ダイオキシンが活性炭粉末に吸着除去されるとともに酸性ガスが消石灰と反応して中和吸収される。この混合粉末の供給量は、例えば１００〜３００ｍｇ／ｍ³程度で充分な効果を発揮する。また、混合粉末の供給直後に、ラインミキサー３２にて排ガスと混合粉末の攪拌混合行うと、排ガスの全体とこれらの粉末の接触機会が増加し、これらの作用が促進され、より効果的に吸着・中和が行われる。

ダイオキシンを吸着した活性炭粉末及び酸性ガスと中和反応した消石灰粉末は、次のバグフィルタ装置２４にて排ガスから除去される。次いで、排ガスは熱交換器２５にて外気と熱交換されて８０℃程度から４０℃程度まで冷却される。このように排ガス温度が４０℃以下に冷却されることで、次の活性炭吸着部２７での吸着が効果的に行われる。

次いで、排ガスは活性炭吸着部２７の前段の中性用活性炭層２７ａにて排ガス中の微粒子（中性臭気成分）が吸着され、さらに後段の酸性用活性炭層２７ｂにて臭い成分であるＳＯ₂やＨＣｌなどの酸性微粒子が確実に吸着除去される。このように清浄化され、臭い成分を除去された排ガスが大気中に放出される。

以上の処理により、例えば上記排気口５での排ガス組成に比較して、ＳＯ₂を６０ｐｐｍから４０ｐｐｍ以下に、ＨＣｌを１０５３ｐｐｍから４３０ｐｐｍ以下に、ダイオキシンを１０ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³Ｎから５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³Ｎ以下に、ダストを２４０ｍｇ／ｍ³Ｎから１０ｍｇ／ｍ³Ｎ以下に低減することができる。かくして、排水処理の必要な湿式スクラバーを用いることなく、環境基準を満たした状態で大気中に放出することができる。

上記実施形態の説明では、処理粉末供給部２２から供給する混合粉末の活性炭と消石灰の比率が５０：５０の例を示したが、燃焼室１の排気口５から排出される排ガスの性質に応じて適宜設定すれば良く、例えば酸性ガスの濃度が高い場合には消石灰の組成を高くすれば良いことは言うまでもない。また、活性炭吸着部２７に、中性用活性炭層２７ａと酸性用活性炭層２７ｂを設けた例を示したが、さらにアルカリ用活性炭層などを設けて良いことも言うまでもない。

本発明にかかる合成樹脂製品の燃焼実験装置は、燃焼室内のガスを循環させることで合成樹脂製品の急激な燃焼拡大を抑制して安全に自然燃焼状態を実現し、燃焼状態の分析を行うことができ、各種合成樹脂製品の燃焼実験に有用である。

本発明の合成樹脂製品の燃焼実験装置の一実施形態の燃焼室回りの概略構成図である。同実施形態の排ガス処理部の概略構成図である。同実施形態の燃焼処理装置の平面配置図である。図３のＡ−Ａ矢視立面図である。

符号の説明

１燃焼室
２燃焼対象物（合成樹脂製品）
４観測窓
５排気口
６グリル開口（流入口）
７外気導入調整弁
１０ガス循環経路
１１バグフィルタ装置
１２循環ファン
１５消火設備
１６温度検知器
１７温度検知器
１８ＨＣｌ計
１９ＣＯ／Ｏ₂計
２１温度検知器
２６排気ファン
３３排ガス処理装置

Claims

下端部に燃焼用空気の流入を図る燃焼空気流入口、天井部に排ガスを排気ファンにより排気する排気口を有して内部で合成樹脂製品を燃焼させる燃焼室と、この燃焼室内のガスを前記燃焼空気流入口と排ガス排気口の間となる上部の循環用流出口から引き出し、燃焼室の下部の循環用流入口から燃焼室内に還流させる循環ファンと引き出したガス中の煤を除去するバグフィルタ装置とを有するガス循環経路と、排気口に外気導入調整弁を介し接続されて排気する排ガス温度を調整する外気導入口とを備え、燃焼室内で合成樹脂製品に着火した後燃焼が安定するまで、排気ファンにより吸引排気することなく燃焼室内の空気を循環させ、燃焼が安定した後排気口から排ガスを吸引排気するようにし、かつ、燃焼室内から引き出したガスが所定温度になるように循環ファンを作動制御するようにしたことを特徴とする合成樹脂製品の燃焼実験装置。