JP4861748B2 - 表面溶融炉 - Google Patents

Description

本発明は、例えばごみ焼却炉から排出される焼却残滓や飛灰等の被溶融物を溶融処理する表面溶融炉の改良に関する。

従来、この種の表面溶融炉としては、例えば特許文献１乃至３に記載されたものが知られている。
当該表面溶融炉は、炉体の平面形状が円形や八角形を呈して居り、炉体の炉天井には複数のバーナが設置されている。被溶融物は、バーナの燃焼熱や被溶融物中の可燃物の熱量を利用して溶融スラグ化が行われる。バーナの熱源としては、灯油や都市ガスやＬＰＧ（液化石油ガス）等の化石燃料が使用される。
ところで、表面溶融炉を有する施設に於ては、隣接若しくは場内で廃棄物発酵ガス（以下バイオガスという）や汚泥等の消化ガス（以下消化ガスという）を製造する場合、この種の発生ガスを表面溶融炉の補助燃料として使用する事がある。表面溶融炉の主燃料が都市ガスやＬＰＧ等のガス燃料の場合には、補助燃料を共通のバーナを用いて燃焼し、主燃料が灯油等の液体燃料の場合には、別途補助燃料用バーナを用いるか、或は構造が複雑な液体・ガス混焼燃料用バーナを使用していた。バイオガス及び消化ガスは、共にメタンとＣＯ₂ で構成される気体でメタンが４０〜６０％を占めるものであり、低発熱量の廃棄物由来のメタンガスという事ができる。
ところが、共通のバーナを用いる場合、主燃料を燃焼させるバーナ先端のノズルがその主燃料の燃焼量に適した口径（ノズル径）にしてあるので、主燃料に対して熱量の低い補助燃料を混合して燃焼する場合には、バーナ先端の噴射口が変化しない為に主燃料や補助燃料の供給圧力を上昇させる等の複雑な制御が必要であった。又、バーナの保炎構造は、主燃料の専焼を前提としているので、補助燃料の混合燃焼時には安定燃焼できない問題があった。
他方、補助燃料用バーナを用いたり、液体・ガス混焼燃料用バーナを用いる場合には、溶融炉の構造が複雑化したり、コストが高く付く難点があった。

特開平７−１９０３３０号公報 特許第３７５４４７２号公報 特許第３７５４５７６号公報

要するに、従来の何れのものも、燃料の供給制御が容易で安定燃焼が行えると共に、構造が簡単でコストの低減を図る事ができなかった。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、燃料の供給制御が容易で安定燃焼が行えると共に、構造が簡単でコストの低減を図る事ができる表面溶融炉を提供するにある。

本発明の表面溶融炉は、基本的には、炉内に火炎旋回流を発生させるべく炉天井に傾斜設置されて灯油や都市ガス等の化石燃料を主燃料として広角短炎の火炎を形成する複数の主燃料バーナと、各主燃料バーナの火炎旋回流の後流側に位置する炉天井に設置されてＬＰＧや都市ガス等のガス燃料をパイロット燃料とするパイロットバーナとを備え、パイロットバーナの未使用時にはここから低発熱量の廃棄物由来のメタンガスを補助燃料として噴射する様にした事に特徴が存する。

主燃料バーナは、灯油や都市ガス等の化石燃料が主燃料として供給されて燃焼され、これに依り広角短炎の火炎が形成される。
パイロットバーナは、ＬＰＧや都市ガス等のガス燃料がパイロット燃料として供給されて燃焼され、これに依り主燃料バーナが着火される。
主燃料バーナの着火後のパイロットバーナは、パイロット燃料に代えて、低発熱量の廃棄物由来のメタンガスが補助燃料として供給されて燃焼され、これに依りパイロットバーナが補助燃料バーナとして利用される。
主燃料バーナは、炉天井に傾斜設置されているので、炉内には火炎旋回流が発生し、燃焼ガスが炉内の広い範囲で旋回されて炉内の雰囲気温度が均一化される。
主燃料バーナからの広角短炎の火炎に向けて補助燃料を噴射するので、これ専用の特別な着火装置や保炎装置は不要で、確実に熱量の低い補助燃料を燃焼させる事ができる。

主燃料バーナの噴射角度を１１０〜１４０度にするのが好ましい。この様にすれば、広角短炎の火炎を確実に形成する事ができる。

パイロットバーナからの補助燃料の噴射速度を３０ｍ／ｓ以上にすると共に、補助燃料の燃焼用空気を主燃料バーナから供給するのが好ましい。この様にすれば、補助燃料の逆化を防止する事ができると共に、補助燃料の燃焼用空気を別途用意する必要がない。

パイロットバーナからの補助燃料の使用量を優先して溶融炉の温度制御を行うのが好ましい。この様にすれば、補助燃料の効率的な使用を行なう事ができる。

主燃料をＬＰＧにすると共に、補助燃料を廃棄物由来のメタンガスにし、それらの燃料が溶融炉内で混合される事に依り結果的に都市ガスの単独燃焼と同等の投入熱量にするのが好ましい。この様にすれば、溶融炉の燃焼室負荷を一定に保つ事ができ、燃料の熱量に関係なく効率的に燃焼させる事ができる。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） 炉内に火炎旋回流を発生させるべく炉天井に傾斜設置されて灯油や都市ガス等の化石燃料を主燃料として広角短炎の火炎を形成する複数の主燃料バーナと、各主燃料バーナの火炎旋回流の後流側に位置する炉天井に設置されてＬＰＧや都市ガス等のガス燃料をパイロット燃料とするパイロットバーナとを備え、パイロットバーナの未使用時にはここから低発熱量の廃棄物由来のメタンガスを補助燃料として噴射し、パイロットバーナを補助燃料バーナとして利用する様にしたので、燃料の供給制御が容易で安定燃焼が行えると共に、構造が簡単でコストの低減を図る事ができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の表面溶融炉の概要構造を示す縦断正面図。図２は、図１の横断平面図である。

表面溶融炉１は、炉体２、ホッパ３、被溶融物供給装置４、スラグタップ５、主燃料バーナ６、パイロットバーナ７とからその主要部が構成されている。

炉体２は、炉壁８と炉天井９と炉底１０を備えて平面形状が八角形を呈するもので、適宜のキャスタブル耐火材や耐火煉瓦等に依り耐火構造物に構成されて居り、所定部分には冷却用の水冷ジャケットが設けられている。

ホッパ３は、炉体２の炉壁８に設けられたもので、炉体２の平面形状に呼応させて八つのものが設けられて居り、焼却残滓等の被溶融物Ａが貯留される。

被溶融物供給装置４は、各ホッパ３の下部から被溶融物Ａを炉体２内に供給するもので、ホッパ３と同数だけ設けられて居り、ホッパ３を貫通して直線移動するプッシャ１１と、これを直線移動させるシリンダ１２とを具備している。

スラグタップ５は、炉体２の炉底１０の中心に設けられたもので、溶融スラグと燃焼排ガスが排出される様になっている。

主燃料バーナ６は、炉体２内に火炎旋回流Ｂを発生させるべく炉天井９に傾斜設置されて灯油や都市ガス等の化石燃料を主燃料Ｃとして広角短炎の火炎を形成する複数のもので、炉体２の中心と同心の円Ｄ上に所定間隔（等角度）を置いて四つだけ配されていると共に、鉛直線に対して前記円Ｄに沿った一方向（図２に於ては時計方向）に所定の傾斜角度αだけ傾斜して設置されて居り、円Ｄに沿った火炎旋回流Ｂ（図２に於ては反時計方向）が発生する様に為されている。傾斜角度αは、２〜５度に設定されている。
主燃料バーナ６は、噴射方向が堆積された被溶融物Ａの傾斜面の中心付近に向けられていると共に、円錐状の噴射角度βが所定の角度にされている。噴射角度βは、広角短炎の火炎を形成する為に１１０〜１４０度に設定されている。
主燃料バーナ６には、周知の如く、主燃料Ｃの他に燃焼用空気Ｅが供給される様になっている。

パイロットバーナ７は、各主燃料バーナ６の火炎旋回流Ｂの後流側に位置する炉天井９に設置されてＬＰＧや都市ガス等のガス燃料をパイロット燃料Ｆとすると共に、未使用時にはここから低発熱量の廃棄物由来のメタンガスを補助燃料Ｇとして噴射されるもので、主燃料バーナ６の近傍に略垂直にこれと同数（四つ）だけ設けられていると共に、噴射方向が主燃料バーナ６の広角短炎の火炎に向けられて居り、パイロット燃料Ｆと補助燃料Ｇの何れかが切換えて供給される様になっている。又、パイロットバーナ７からの補助燃料Ｇの噴射速度は、３０ｍ／ｓ以上にされていると共に、主燃料バーナ６への燃焼用空気Ｅの一部がパイロットバーナ７に供給されて補助燃料Ｇの燃焼用空気Ｅを主燃料バーナ６から供給する様にされている。

而して、本例の表面溶融炉１に於ては、主燃料ＣをＬＰＧにすると共に、補助燃料Ｇを廃棄物由来のメタンガスにし、それらの燃料が炉体２内で混合される事に依り結果的に都市ガスの単独燃焼と同等の投入熱量になる様にされている。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
ホッパ３に貯留された被溶融物Ａは、被溶融物供給装置４に依り炉体２内へ順次送り込まれ、表面がスラグタップ５を中心にして略擂鉢状の傾斜面となった状態で炉底１０上に堆積される。
そして、パイロットバーナ７にて着火された主燃料バーナ６からの主燃料Ｃが燃焼される事に依り炉体２内が１４００〜１５００℃の高温状態に保持されると共に、主燃料バーナ６から下方へ円錐状に広がる広角短炎の燃焼火炎に依り炉底１０上に堆積された被溶融物Ａがその表面側から順次加熱溶融される。
そうすると、被溶融物Ａの表面側がフィルム状に溶融して溶融スラグとなり、これが擂鉢状の傾斜面を流下してスラグタップ５から落下し、空冷又は水砕スラグとして排出される。一方、炉体２内の高温の燃焼排ガスは、スラグタップ５から排出されて煙道、空気予熱器、排ガス処理装置等を経てクリーンガスとなった後に大気中へ排出される。

主燃料バーナ６は、灯油や都市ガス等の化石燃料が主燃料Ｃとして供給されると共に、燃焼用空気Ｅが供給されて燃焼され、円錐状の広角短炎の火炎が形成される。
パイロットバーナ７は、ＬＰＧや都市ガス等のガス燃料がパイロット燃料Ｆとして供給されると共に、燃焼用空気Ｅが供給されて燃焼され、これに依り主燃料バーナ６が着火される。
主燃料バーナ６の着火後のパイロットバーナ７は、パイロット燃料Ｆに代えて、低発熱量の廃棄物由来のメタンガスが補助燃料Ｇとして供給されると共に、燃焼用空気Ｅが供給されて燃焼され、これに依りパイロットバーナ７が補助燃料バーナとして使用される。

主燃料バーナ６は、炉天井９に傾斜設置されているので、炉内には火炎旋回流Ｂが発生し、燃焼ガスが炉内の広い範囲で旋回されて炉内の雰囲気温度が均一化される。
広角短炎の火炎を形成する主燃料バーナ６を傾斜配置すると共に、これに依る火炎旋回流Ｂの後流側にパイロットバーナ７を設置する事で、主燃料バーナ６の着火後にパイロットバーナ７を補助燃料バーナとして利用する事ができる。

広角短炎の火炎に向けて補助燃料Ｇを噴射する事から、特別な着火装置や保炎装置は不要で、確実に熱量の低い補助燃料Ｇを燃焼させる事ができる。
広角短炎の火炎形状を有する主燃料バーナ６は、補助燃料Ｇの有無に拘らず確実な保炎機構を有する事ができる。
主燃料バーナ６からの広角短炎の火炎とこれに依る火炎旋回流Ｂの後流側に噴射される補助燃料Ｇに依り炉体２内の広い範囲で被溶融物Ａの均一な加熱を行なう事ができる。
補助燃料Ｇに必要な燃焼用空気Ｅは、主燃料バーナ６の燃焼用空気Ｅを利用するので、補助燃料用Ｇの燃焼空気量制御装置が不要になる。
低い熱量の補助燃料Ｇを主燃料Ｃと多段で燃焼させる事で、炉内雰囲気を従来より低温で均一化できる為、サーマルＮＯｘの生成を抑制できる。
炉内で被溶融物Ａに対する熱負荷を均一にできる事から、安定した溶融面が形成でき、スラグ品質を向上させる事ができる。
ＬＰＧの様に高い熱量を有する主燃料Ｃとバイオガス等の低い熱量のガスから成る補助燃料Ｇを多段で燃焼させ、結果的に投入熱量を都市ガスや灯油の専焼時と同等にする事で、表面溶融炉１の燃焼負荷を一定に保つ事が可能となる。従って、燃料の熱量に拘らず同様の処理が可能になる。

尚、炉体２は、先の例では、平面形状が八角形であったが、これに限らず、例えば円形等でも良い。
ホッパ３と被溶融物供給装置４は、先の例では、炉体２の形状に呼応させて夫々八つにしたが、これに限らず、これ以外の数にしても良い。
主燃料バーナ６とパイロットバーナ７は、先の例では、夫々四つにしたが、これに限らず、これ以外の数にしても良い。

本発明の表面溶融炉の概要構造を示す縦断正面図。 図１の横断平面図。

符号の説明

１…表面溶融炉、２…炉体、３…ホッパ、４…被溶融物供給装置、５…スラグタップ、６…主燃料バーナ、７…パイロットバーナ、８…炉壁、９…炉天井、１０…炉底、１１…プッシャ、１２…シリンダ、Ａ…被溶融物、Ｂ…火炎旋回流、Ｃ…主燃料、Ｄ…円、Ｅ…燃焼用空気、Ｆ…パイロット燃料、Ｇ…補助燃料、α…傾斜角度、β…噴射角度。

Claims (5)

1. 炉内に火炎旋回流を発生させるべく炉天井に傾斜設置されて灯油や都市ガス等の化石燃料を主燃料として広角短炎の火炎を形成する複数の主燃料バーナと、各主燃料バーナの火炎旋回流の後流側に位置する炉天井に設置されてＬＰＧや都市ガス等のガス燃料をパイロット燃料とするパイロットバーナとを備え、パイロットバーナの未使用時にはここから低発熱量の廃棄物由来のメタンガスを補助燃料として噴射する様にした事を特徴とする表面溶融炉。
2. 主燃料バーナの噴射角度を１１０〜１４０度にした事を特徴とする請求項１に記載の表面溶融炉。
3. パイロットバーナからの補助燃料の噴射速度を３０ｍ／ｓ以上にすると共に、補助燃料の燃焼用空気を主燃料バーナから供給する事を特徴とする請求項１又は２に記載の表面溶融炉。
4. パイロットバーナからの補助燃料の使用量を優先して溶融炉の温度制御を行う事を特徴とする請求項１乃至３に記載の表面溶融炉。
5. 主燃料をＬＰＧにすると共に、補助燃料を廃棄物由来のメタンガスにし、それらの燃料が溶融炉内で混合される事に依り結果的に都市ガスの単独燃焼と同等の投入熱量にする事を特徴とする請求項１乃至４に記載の表面溶融炉。
   
   
   

Images