JP4620613B2

JP4620613B2 - 燃焼溶融炉用空気吹き込みノズル

Info

Publication number: JP4620613B2
Application number: JP2006061328A
Authority: JP
Inventors: 英孝伊澤; 正信田口; 健一島野
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP2007240047A

Description

本発明は、空気吹き込みノズルに関し、さらに詳しくは、燃焼性成分を燃焼・溶融して溶融スラグとして排出する燃焼溶融炉の炉壁に設け炉内へ燃焼用空気等を供給するための空気吹き込みノズルに関するものである。

廃棄物、例えば都市ごみ等の一般廃棄物や廃プラスチック等の産業廃棄物を熱分解して得られた熱分解ガスや熱分解カーボン等の燃焼性成分を燃焼させ、発生した燃焼灰を溶融して溶融スラグとして取り出すようにした燃焼溶融炉が知られている。特に、熱分解ガスや熱分解カーボンと燃焼用空気との混合を促進するとともに、溶融スラグの捕集率を向上するために、炉壁から吹込む燃焼用空気に旋回流を与え、遠心力により微細な燃焼灰や溶融スラグを炉壁に付着させ、燃焼排ガスから分離して捕集するようにしている。炉壁に付着した溶融スラグは、壁面を流下して燃焼溶融炉の下部に設けられた排出口から排出し処理される。

しかし、溶融スラグが炉壁を流下して壁面に配置した空気吹き込みノズルの開口部に達すると、開口部から噴出する燃焼用空気により急冷されて固化し、空気吹き込みノズルを閉塞させ、燃焼用空気の供給に不具合が生じることになる。

このため、特許文献１は、吹き込みノズルの先端部を炉内へ突出させると共に、この先端部の外周面を耐火物又は特殊鋳物で覆うことを提案している。しかし、温度が１１００℃〜１４００℃にも達し強い酸化雰囲気である過酷な炉内環境及び溶融スラグとの接触に長期間耐えられる特殊鋳物等は現実的に存在せず、実用に供する耐用年数は約１年程度になることもあり、吹き込みノズル自身の変形や腐食も激しい。したがって、燃焼溶融炉は、１基当たり多数の空気吹き込みノズルを備えているため、上述した修繕のために膨大な費用と労力が必要となっていた。
特開平１１−１７３５２７号公報

本発明の目的は、燃焼溶融炉の炉壁から炉内へ燃焼用空気等を供給するための空気吹き込みノズルにおいて、変形又は腐食が発生したときのメンテナンスを簡易化し、ノズル本体を長寿命化した空気吹き込みノズルを提供することにある。

上記目的を達成する本発明の燃焼溶融炉用空気吹き込みノズルは、燃焼性成分を燃焼・溶融して溶融スラグとして排出する燃焼溶融炉において、その炉内に旋回流を起こすように配置した空気吹き込みノズルであって、該空気吹き込みノズルが、前記燃焼溶融炉の周囲に配置したノズル本体と、該ノズル本体に連通する空気導入管と、両端が開口し、前記ノズル本体に移動可能に挿入された内挿管を含み、該内挿管の一方の先端を、前記燃焼溶融炉の内壁を流下する溶融スラグが閉塞しない長さになるように、前記燃焼溶融炉の内壁から炉内へ突出するように固定する係止手段を有すると共に、前記内挿管の使用開始前の長さを、前記内挿管の先端を前記燃焼溶融炉の内壁から突出させる長さの１０倍〜２０倍にしたことを特徴とする。

本発明の空気吹き込みノズルは、燃焼溶融炉の周囲に配置したノズル本体と、空気導入管と、これらに移動可能に挿入した内挿管からなり、このうち内挿管のみが炉内へ突出するようにして組立てられている。このため、内挿管だけが、溶融スラグと接触するようになる。その結果、内挿管の先端部が変形又は腐食した場合には、その先端部のみを切断等により除去し、内挿管の係止手段を解いて、突出部分が所期の長さとなるように突出して移動させることにより修復することができ、メンテナンスが非常に容易である。また、ノズル本体が、直接、燃焼炉内に露出しないので、その変形又は腐食を抑制し、長寿命化することができる。

また、内挿管に熱伝導率の高い金属材料を使用することで、内挿管自体も供給空気により常時冷却されるため、かかる熱負荷を低減させることができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の空気吹き込みノズルが燃焼溶融炉に取り付けられた部分断面を例示する側面図である。図１において、燃焼溶融炉１の炉壁は、内壁を耐火材１１、外壁を水冷壁１２により構成され、内壁の壁面を溶融スラグｓが上から下へ流下する。空気吹き込みノズル３のノズル本体３１は、燃焼溶融炉１の所定の高さに、直接炉内に曝されないように取り付けられている。また、ノズル本体３１に内部が連通するようにして空気導入管３２が接続される。空気導入管３２の端部３７は、フランジ等により構成されていることが好ましく、覗き窓を設けたり、必要に応じて他の流体の導入管を追加して接続してもよい。

ノズル本体３１と使用開始時には空気導入管３２に、内挿管３３が移動可能に挿入されている。また、内挿管３３は、その一方の先端部３６を燃焼溶融炉の内壁から炉内へ突出するようにして、係止手段３４によりノズル本体３１及び／又は空気導入管３２に固定されている。内挿管３３の両端は開口していて、空気導入管３２の燃焼用空気入口３５から導入された燃焼用空気は、内挿管３３の空気導入管３２側の開口端から流入し、炉壁から突出した内挿管先端部３６から炉内へ噴出する。なお、内挿管３３の空気導入管３２側の開口端は端部が斜めに切断されていると、相対する空気導入管３２側のフランジ等で流路が塞がれることなく燃焼用空気が通りやすく好ましい。

本発明の空気吹き込みノズルは、内挿管３３のみが炉内へ突出する構造にしているため、主に内挿管が、過酷な炉内環境に曝され、溶融スラグと接触し、変形したり腐食するのみであり、ノズル本体の変形又は腐食を抑制し長寿命化することができノズル本体の交換という大掛かりな修繕の頻度を低減することができる。また、内挿管の先端部が変形又は腐食した場合には、定期的な補修作業の際に、このような先端部分のみを切断等により除去し、内挿管の係止手段を解いて、突出部分が所期の長さとなるように移動させることにより容易に修復することができ、メンテナンスの費用及び労力を大幅に削減することができる。また、内挿管の変形、損傷が激しいときや長さが短くなったときには、内挿管を交換することも容易である。

ここで、空気吹き込みノズルは、図３に溶融燃焼炉１の横断面を模式的に例示するように、燃焼溶融炉において、その炉内に旋回流を起こすように複数配置され、好ましくはその炉心を中心とする仮想円の接線方向に向け配置されているとよい。このため各空気吹き込みノズル３ｂから噴出した空気が旋回流となって燃焼溶融炉内を流動する。このため、燃焼性成分と燃焼用空気の混合が促進され燃焼効率を改善すると共に、旋回流の遠心力により微細な燃焼灰や溶融スラグを炉壁に付着させるようにし溶融スラグの捕集率を向上している。

本発明において、内挿管の先端部３６を、燃焼溶融炉の内壁から突出させる長さｐは、炉壁を流下する溶融スラグが内挿管の先端部を閉塞しない長さになるように設定する。このように内挿管の先端部を長さｐで突出させることにより、溶融スラグが流下する際に内挿管の先端部を塞いでしまうことがなく燃焼用空気を安定して供給し続けることができる。ここで、突出長さｐは、内壁から先端部まで内挿管の中心軸に平行して測ったときの最も短い長さとする。また、内挿管の先端の端面は、内挿管の中心軸に対して略垂直に切断してもよいが、炉の下方に向けてやや傾斜させて切断すると、溶融スラグにより閉塞され難くなり好ましい。

本発明に使用する内挿管は、その使用開始前の長さを、内挿管の先端を炉壁から突出させる長さｐの１０倍〜２０倍にする。

係止手段は、内挿管を、ノズル本体及び／又は空気導入管に固定可能な手段であれば、特に制限されることはないが、ボルトなどの固定用金具を使用するとよい。また、内挿管の外周面に、所定の間隔で凹部又は凸部を設けておくと、突出長さｐの目安となり、また内挿管の落下防止の観点から好ましい。

本発明において、ノズル本体及び／又は内挿管は、耐熱性及び耐腐食性に優れた材料により構成することが好ましい。具体的には、ノズル本体及び／又は内挿管を、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、及び鋳鉄鋼からなる群から選ばれる材料により構成することが好ましく、特にステンレス鋼、合金鋼が好ましい。

また、このように熱伝導率の高い金属材料から内挿管を構成することで、内挿管自体も燃焼用空気を供給し続けることにより常時冷却されるため、過酷な炉内環境から受ける熱負荷を低減させることができる。

本発明の燃焼溶融炉は、上述した空気吹き込みノズルを備えた燃焼溶融炉であって、複数の空気吹き込みノズルを、同じ高さに燃焼溶融炉周囲に分散して配置したノズル群を有し、このノズル群を異なる高さで複数有する燃焼溶融炉であることが好ましい。

図２は、本発明の空気吹き込みノズルを備えた燃焼溶融炉の一例として、その構成の概要を模式的に説明するものである。図２において、燃焼溶融炉１は、燃焼性成分を燃焼・溶融して、生成した溶融スラグを炉の内壁に付着させて流下し、底部に設けられた排出口９から排出する。また、発生した燃焼排ガスは、底部から煙道８に流れ、廃熱利用や集塵等の適切な排ガス処理（図示せず）がなされた後、放出される。

燃焼溶融炉１の頂部２には、図示しない熱分解炉により生成された熱分解カーボン等の燃焼性成分を供給する燃料吹き込みノズル４と、同じく熱分解ガスを供給する熱分解ガス吹き込みノズル５が設けられている。また、複数の空気吹き込みノズルが、燃焼溶融炉の所定高さの周囲に周方向に分散して配置された空気吹き込みノズル群３ａ、３ｂ、３ｃとして配置されている。具体的に、頂部２の近くに一次空気ａ１を供給する一次空気吹き込みノズル群３ａと、燃焼溶融炉１の中ほどの高さに二次空気ａ２を供給する二次空気吹き込みノズル群３ｂが、またその下には三次空気ａ３を供給する三次空気吹き込みノズル群３ｃが設けられている。そしてこれらの空気吹き込みノズル群３ａ、３ｂ、３ｃは、押し込み送風機６に空気供給ライン７により接続されて、バルブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより流量を制御されて、燃焼用空気が供給されるようになっている。

なお、図２に示す空気吹き込みノズル群の数は３つであるが、ノズル群の数はこれに限定されるものではなく、２以上であることが好ましい。また、各ノズル群を構成する空気吹き込みノズルの数は、同じであっても異なっていてもよく、好ましくは３本〜８本にすると、燃焼性成分と燃焼用空気との混合効果を高め、かつ安定した旋回流を発生させて溶融スラグの捕集率を向上することができる。

そして、空気吹き込みノズル群３ａ、３ｂ、３ｃから燃焼溶融炉１内に吹き込まれた燃焼用の一次空気ａ１、二次空気ａ２及び三次空気ａ３は、必要な旋回を伴いながら流動し１１００℃〜１４００℃程度の高温域で塔頂より供給される燃焼性成分を燃焼させると共に、発生した燃焼灰を溶融して溶融スラグとして内壁面に付着させる。
この溶融スラグが燃焼溶融炉の内壁を流下するときに、空気吹き込みノズルの周囲で冷却されて固化する虞があり、場合によっては、内挿管先端の開口部を閉塞させることも想定される。

本発明において、空気吹き込みノズルからの燃焼用空気の供給を間歇的に遮断するとよい。温度の低い燃焼用空気の流通を遮断すると、空気吹き込みノズルの温度が高くなり、ノズルの周囲に固化したスラグを溶融させ流下させ取り除くことができる。燃焼用空気の供給を間歇的に遮断する方法は、例えば、所定のノズル群のうち一つの空気吹き込みノズルを遮断したり、一つ置きに遮断するなどして、燃焼用空気の所定量及び旋回が得られるように制御することが好ましい。

本発明の空気吹き込みノズルが燃焼溶融炉に取り付けられた部分断面を例示する側面図である。本発明の空気吹き込みノズルを用いた燃焼溶融炉の装置概要を模式的に例示する説明図である。図２のＡ−Ａ矢視図である。

符号の説明

１燃焼溶融炉
３空気吹き込みノズル
３１ノズル本体
３２空気導入管
３３内挿管
３４係止手段
３６内挿管先端部
ｓ溶融スラグ

Claims

燃焼性成分を燃焼・溶融して溶融スラグとして排出する燃焼溶融炉において、その炉内に旋回流を起こすように配置した空気吹き込みノズルであって、該空気吹き込みノズルが、前記燃焼溶融炉の周囲に配置したノズル本体と、該ノズル本体に連通する空気導入管と、両端が開口し、前記ノズル本体に移動可能に挿入された内挿管を含み、該内挿管の一方の先端を、前記燃焼溶融炉の内壁を流下する溶融スラグが閉塞しない長さになるように、前記燃焼溶融炉の内壁から炉内へ突出するように固定する係止手段を有すると共に、前記内挿管の使用開始前の長さを、前記内挿管の先端を前記燃焼溶融炉の内壁から突出させる長さの１０倍〜２０倍にした燃焼溶融炉用空気吹き込みノズル。
前記ノズル本体及び／又は内挿管が、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、及び鋳鉄鋼からなる群から選ばれる材料により構成された請求項１に記載の燃焼溶融炉用空気吹き込みノズル。
請求項１又は２に記載の燃焼溶融炉用空気吹き込みノズルを備えた燃焼溶融炉であって、複数の前記空気吹き込みノズルを同じ高さに燃焼溶融炉周囲に分散して配置したノズル群を有し、該ノズル群を異なる高さで複数有する燃焼溶融炉。