JP4895607B2

JP4895607B2 - 逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーを用いる旋回溶融炉

Info

Publication number: JP4895607B2
Application number: JP2005374804A
Authority: JP
Inventors: 照家藤原
Original assignee: 照家藤原; 辻一良
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007178031A

Description

本発明は、特殊なバーナーの逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーを用い、高温、高圧、高速の完全燃焼した噴出ガスをエネルギー源とする旋回溶融炉又は旋回焼成炉に関する。

焼却炉から排出される都市ごみ等の廃棄物の焼却灰や金属粉末等の廃棄物は埋め立て処理が行われているが、埋め立て処理は被処理物に含まれるダイオキシン等の危険物質の流出による環境汚染の問題や、埋め立て用地の不足の問題があった。そこで、被処理物を溶融炉で処理することにより、被処理物の減容化、危険物質の無害化、再資源化が行われている。従来、溶融炉には、エネルギー源として燃料（重油、灯油、廃油等）を使うものと電気を使うものがある。この内、燃料を使う溶融炉は、溶融炉内を旋回するバーナーの噴出ガスや溶融炉内の燃料の燃焼ガスで被溶融物を溶融するものである（特許文献１、２参照）。

また、籾殻、木片、おが粉等の被処理物の多くは焼却処理されていた。しかし、焼却処理により発生する焼却灰は、既述の問題があった。そこで、バーナーの噴出ガスで被処理物を焼成して炭化し、被処理物の減容化、燃焼炭として再資源化を行うことを目的とする焼成炉がある（特許文献３参照）。

特開２００５−３２３０号公報（段落〔００１１〕、図１）特開平１１−２７０８２７号公報（段落〔００１２〕、図１）特開２００４−３３７８０６号公報

しかし、エネルギー源として燃料を使う従来の溶融炉で被溶融物を溶融するには、エネルギー源が完全燃焼したものでないことや溶融炉の形態に起因し、複数のバーナーの噴出ガスを使用したり、バーナーの噴出ガスと溶融炉内の燃料の燃焼ガスを併用するなど、多くのエネルギーを必要とした。また、噴出ガスや燃焼ガスは、旋回により溶融炉内をゆっくりと周回するため熱が溶融炉内に籠もりやすく、これにより溶融炉を傷めるおそれがあった。
また、上記の焼成炉において、バーナーの噴出ガスで被処理物を焼成して炭化するには、エネルギー源が完全燃焼したものでないことや焼成炉の形態に起因し、複数のバーナーの噴出ガスを使用するなど、多くのエネルギーを必要とした。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、単一のバーナーの噴出ガスのみをエネルギー源とするエネルギー効率に優れ、また、保全性に優れる旋回溶融炉を提供することを課題とする。また、単一のバーナーの噴出ガスのみをエネルギー源とするエネルギー効率に優れる旋回焼成炉を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、本発明に想到した。
すなわち、本発明者は、焼却灰等の被溶融物を旋回させながらバーナーの噴出ガスで溶融する旋回溶融炉であって、径が上方に向け漸減する円形漏斗状の副炉体と径が下方に向け漸減する円形漏斗状の主炉体と上部の前記副炉体と下部の前記主炉体の間に形成される前記噴出ガスが流入する円筒状の流入炉体とから構成される溶融炉本体と、該溶融炉本体の上方近傍に配置されるバーナーと、一端が前記バーナーに連通し、他端が前記流入炉体の平面視で円形の内周に沿う方向に連通して前記バーナーの噴出ガスを前記溶融炉本体内に導く導入部と、前記導入部に連通し、被溶融物を搬送する搬送部と、を備え、前記副炉体の上方中央には排気口が形成され、また前記主炉体の下方中央には排出口が形成され、前記バーナーは筒形周壁の周面に複数のガス噴出孔を穿設し、前方開口側を中心にガス吐出孔を設けた蓋板により被蓋した内側燃焼筒体の後方開口側周縁を、筒形で前方開口側を中心にガス放出口を有する前方側壁板に、又後方開口側を後方側壁板により閉塞する外側燃焼筒体の後方側壁板内面に接合して、内側燃焼筒体を外側燃焼筒体に内設し、内側燃焼筒体内に適量の流体燃料と加圧空気を供給点火して燃焼させ内側燃焼筒体を加熱すると共に、後方より外側燃焼筒体内に加圧空気を供給し周回させて加熱し、内側燃焼筒体に設けたガス噴出孔及びガス吐出孔より外側燃焼筒体内に噴出する気化した不完全燃焼ガスを、周回する加熱ガスの逆火熱により再燃焼して反復周回させて更に内側燃焼筒体を加熱して熱気化を促進し、ガス放出口より外部に高温の完全燃焼ガスを放出する逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーであることを特徴とする旋回溶融炉を要旨とする。

上記の構成の発明により、被溶融物の溶融炉内での滞留時間が長くなり、また、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーの高温、高圧、高速の完全燃焼した噴出ガスと相まって、エネルギー効率よく被溶融物を溶融できる。径が上方に向け漸減する円形漏斗状の副炉体を設け溶融炉の内面積を広くしたので、噴出ガスが高速で溶融炉本体の内壁を旋回することと相まって、溶融炉内に熱が籠もりにくくなる。また、導入部は溶融炉本体の平面
視で円形の内周に沿う方向でかつ径が上下に漸減しない円筒状の流入炉体に連通するので、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーの噴出ガスの旋回流をより容易に形成できる。なお、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーとは、本願の一の出願人が特許を取得しているバーナー（特許第２８３８２４１号）のことである。また、被溶融物は、都市ごみや産業廃棄物の焼却灰、金属粉等をいう。

本発明の旋回溶融炉は、単一のバーナーの噴出ガスのみをエネルギー源とするので、エネルギー効率に優れ、エネルギーを節減して焼却灰等の被溶融物を溶融できる。また、本発明の旋回溶融炉は、エネルギー源として単一のバーナーを設けるだけでよいので、溶融炉を簡単な構成とでき、部品点数の少ない安価な溶融炉を提供できる。さらに、本発明の旋回溶融炉は、噴出ガスが高速で旋回するので、溶融炉の耐火材の表面のみが加熱・溶融され、溶融炉の保全性に優れている。

本発明の旋回焼成炉は、単一のバーナーの噴出ガスのみをエネルギー源とするので、エネルギー効率に優れ、エネルギーを節減して籾殻等の被焼成物を焼成できる。また、本発明の旋回焼成炉は、エネルギー源として単一のバーナーを設けるだけでよいので、焼成炉を簡単な構成とでき、部品点数の少ない安価な焼成炉を提供できる。

以下、本発明を図面を参照しながら、実施の形態により詳細に説明する。図１は、第１実施形態の旋回溶融炉の一部を断面にした正面図で、図２は一部を断面にした平面図である。また、図３は第２実施形態の旋回焼成炉の一部を断面にした正面図で、図４は一部を断面にした平面図である。図５は、第１実施形態及び第２実施形態に用いるバーナーの縦断面図で、図６はその説明図である。

〔第１実施形態〕
本発明に係る旋回溶融炉１００について説明する。溶融炉本体５０は、図１に示すように、径が下方に向け漸減する円形漏斗状の主炉体５２と径が上方に向け漸減する円形漏斗状の副炉体５３と主炉体５２と副炉体５３間の噴出ガスが流入する円筒状の流入炉体５４とから構成される。副炉体５３の上方中央には、排気口５５が形成されている。また、主炉体５２の下方中央には、溶融した被溶融物を排出する排出口５６が形成されている。排出口５６から排出される溶融した被溶融物は、図示しないスラグ受け部に収容され、冷却されて溶融スラグとなる。

導入部６１は、管体で形成され、その一端は逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０に連通し、他端は溶融炉本体５０の流入炉体５４に連通する。また、搬送部６２は、管体で形成され、導入部６１の下縁に連通している。また、搬送部６２は、図示しないスクリューコンベアーなど公知の押出手段により被溶融物を導入部６１内に搬送する。

溶融炉本体５０、導入部６１及び搬送部６２は、一体で形成され、セラミックやグラスファイバー等の耐火材により内張されている。

次いで、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０について説明する。外側燃焼筒体１は筒形の周壁胴２と、下部に設けたダクト接続孔３に後方に向け突出して送風ダクト４を接続した後方側壁板５、及び中央部にガス放出口６を穿設し、該放出口６連通し前方に突出するガス放出筒７を接続した前方側壁板８とよりなる。前記の外側燃焼筒体１の周壁胴２より小径の筒状の周壁筒９は、周壁に複数のガス噴出孔１０を穿設すると共に、下側周壁前部に燃焼用給気孔１１を、又後部に点火用給気孔１２を穿設し、周壁筒９の前方開口側を、中心にガス吐出口１３を設けた蓋板１４により被蓋した内側燃焼筒体１５を構成し、周壁筒９の後端縁１６を外側燃焼筒体１の後方側壁板内壁面１７の中間上部に密着接合する。

内側燃焼筒体１５には、周壁筒９の下側周壁前部に設けた燃焼用給気孔１１を介して内側燃焼筒体１５に連通するように送風ダクト４より適寸法小径の給気管１８の前端周縁１９を接合し、該給気管１８の他端が送風ダクト４内に臨むように取り付け、又下側周壁後部に設けた点火用給気孔１２を介し内側燃焼筒体１５に連通するように給気管１８より適寸法小径の補助給気管２０の上端周縁２１を接合し、他端が給気管１８内に臨むように取り付けられる。

このように給気管１８及び補助給気管２０を取り付け外側燃焼筒体１の後方側壁板内壁面１７に接合した内側燃焼筒体１５を、外側燃焼筒体１の周壁胴２の前方開口部をガス放出筒７を外方にして前方側壁板８により被蓋した該周壁胴２内に後方より挿入し、内側燃焼筒体１５の蓋板１４と外側燃焼筒体１の前方側壁板８間が適間隔ｔを隔てる状態で外側燃焼筒体１の周壁胴２の後端周縁と後方側壁板５の外周縁を密着接合して外側燃焼筒体１内に内側燃焼筒体１５を内設すると共に、内側燃焼筒体１５内に連通する燃料供給管２２と点火装置Ｓを設けて逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０を構成する。

逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０の送風ダクト４には送風ホース２３を介して空気圧と給気量の調節可能な加圧空気供給装置Ｄを、燃料供給管２２には燃料供給パイプ２４を介して供給量の調整可能な燃料供給装置Ｆを、又サーモスターター式点火装置Ｓ（特許第２１１１２９４号参照）の点火用燃料供給管２５には点火用燃料供給ホース２６を介して供給圧と供給量を調節可能な点火燃料用ポンプＰに連結すると共に、端子金具２７のリード線接続用端子部２８にはリード線２９を介して電源Ｅに接続される。

図６は逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０の作用を示している。加圧空気供給装置Ｄを稼働して、適圧でかつ適量の加圧空気ａを送風ダクト４に給気すれば、加圧空気ａは送風ダクト４と給気管１８間を通り外側燃焼筒体１内と、給気管１８及び補助給気管２０を通り燃料用給気孔１１及び点火用給気孔１２を介して内側燃焼筒体１５内に噴流する。燃料供給装置Ｆより燃料供給パイプ２４を経て、適量の流体燃料ｆを内側燃焼筒体１５内に供給すれば、該燃料ｆは燃焼給気管１８及び補助給気管２０を通り燃焼用給気孔１１と点火用給気孔１２を経て内側燃焼筒体１５内に噴流する加圧空気ａにより乱流拡散されて霧状となり、点火用給気孔１２より流入する加圧空気ａの補給により着火を確実とする点火装置Ｓを作動して燃料ｆに点火し燃焼させば、不完全燃焼ガスｇは内側燃焼筒体１５を加熱すると共に内部の圧力を高めながら膨脹して、気化した状態で周壁筒９に設けたガス噴出孔１０及び蓋板１４に設けたガス吐出孔１３より外側燃焼筒体１内に噴出する。

送風ダクト４より外側燃焼筒体１内に給気される加圧空気ａにより該燃焼筒体１内の後部が減圧部となるので、加圧空気ａは内側燃焼筒体１５の外周に沿って逆流し、内側燃焼筒体１５より外側燃焼筒体１内に噴出する不完全燃焼ガスｇと混合し外側燃焼筒体１内を繰返し周回して高温のガスとなつて更に内側燃焼筒体１５を加熱して熱気化を促進し、周回する高温のガスの逆火熱により内側燃焼筒体１５より噴出する不完全燃焼ガスｇを高温の完全燃焼ガスＧとしてガス吐出筒７より外方に噴出する。

逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０は、着火直後の出口温度が約1500℃になり、エネルギー収束率が極めて高い高温・高エネルギーの火炎を放出し、又このバーナーは理論的空気量のみで完全燃焼するため、窒素酸化物の発生もなく、高温でガス化された燃料をバーナー内部で繰り返し旋回して、酸素と激しく交わり高温、高圧、高速の完全燃焼ガスを噴出する。

次いで、上記のように構成される旋回溶融炉１００の作用及び効果について説明する。搬送部６２を介して導入部６１に搬送された微細な被溶融物は、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０の高圧の噴出ガス（完全燃焼ガスＧ）により流入炉体５４内へ導かれる。溶融炉本体５０内に流入した低温の被溶融物は、噴出ガスにより高温になった円形漏斗状の溶融炉本体５０の内壁に付着する。そして、溶融炉本体５０に付着した被溶融物は、絶え間ない高温、高圧、高速の噴出ガスにより内壁を高速で周回する。

図２に示すように、導入部６１は溶融炉本体５０の平面視で円形の内周に沿う方向に連通し、さらに上下に径が漸減しない円筒状の流入炉体５４に連通するので、噴出ガスは旋回流を形成し易い。また、噴出ガスより重量のある被溶融物は、溶融炉本体５０の内壁面に衝突しながら周回し排出口５６へと向かう。この際、溶融炉本体５０の主炉体５２は、下方に径が漸減する円形漏斗状に形成されているので、噴出ガスの周回する速度が減少しても径が小さくなることから周回に要する時間が主炉体５２の上下で大差がない。そのため、従来のエネルギー源として燃料（重油、灯油、廃油等）を使う既存の溶融炉に比べ、被溶融物の溶融炉本体５０内での滞留時間は長くなり、完全燃焼した噴出ガスと相まって被溶融物は効率的に溶融され、エネルギーを節減できる。

エネルギー源として燃料を使う既存の溶融炉は、内壁をゆっくりと旋回するため熱が籠もり易く、内壁の耐火材の表面のみならず内部までもが加熱・溶融され、溶融炉を痛めることがあった。これに対し、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０の噴出ガスは、高速で溶融炉本体５０の内壁を旋回し、また、副炉体５３を設け溶融炉本体５０の内面積を広くしたことにより、内壁の耐火材の表面だけが加熱・溶融され、溶融炉を痛めることがない。

〔第２実施形態〕
次いで、本発明に係る旋回焼成炉２００について説明する。焼成炉本体１１０は、径が下方に向け漸減する円形漏斗状の主炉体１１１と流入炉体１１２とから構成される。主炉本体１１１の下方中央には、焼成により炭化した被焼成物を排出する排出口１１６が形成されている。排出口１１６から排出された被焼成物は、図示しない炭化物受け部に収容される。

導入部１２１は、管体で形成され、その一端は逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０に連通し、他端は焼成炉本体１１０の流入炉体１１２に連通する。また、搬送部１２２は、管体で形成され、導入部１２１の下縁に連通している。被溶融物は、図示しないスクリューコンベアーなど公知の押出手段により導入部１２１内へ搬送される。

エネルギー源のバーナーとして用いられる逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０は、第１実施形態と同一なので、重複する説明は割愛する。

次いで、上記のように構成される旋回焼成炉２００の作用及び効果について説明する。搬送部１２２を介して導入部１２１に搬送された被焼成物は、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー７０の高圧の噴出ガス（完全燃焼ガスＧ）により流入炉体１１２へ導かれる。焼成炉本体１１０内に流入した被焼成物は、絶え間ない高温、高圧、高速の噴出ガスにより内壁を高速で周回する。

図４に示すように、導入部１２１は焼成炉本体１１０の平面視で円形の内周に沿う方向に連通し、さらに上下に径が漸減しない円筒状の流入炉体１１２に連通するので、噴出ガスは旋回流を形成し易い。また、噴出ガスより重量のある被焼成物は、焼成炉本体１１０の内壁面に衝突しながら周回し排出口１１６へと向かう。この際、主炉体１１１は、下方に径が漸減する円形漏斗状に形成されているので、噴出ガスの周回する速度が減少しても径が小さくなることから周回に要する時間が主炉体１１１の上下で大差がない。そのため、従来のエネルギー源としてバーナーを用いる既存の焼成炉に比べ、被焼成物の焼成炉本体１１０内での滞留時間は長くなり、完全燃焼の噴出ガスと相まって被溶融物は効率的に溶融され、エネルギーを節減できる。

本発明は、その技術的範囲に属する限り、上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々形態を変更して具体化できるので、以下に例示する。
（１）旋回溶融炉の溶融炉本体、導入部及び搬送部は、それぞれ別体で構成してもよい。
（２）旋回焼成炉の焼成炉本体、導入部及び搬送部は、それぞれ別体で構成してもよい。
（３）旋回溶融炉又は旋回焼成炉の搬送部は、導入部に連通させることなく、溶融炉本体又は焼成炉本体に別途形成し、旋回流に沿う方向から被溶融物又は被焼成物を搬送する構成としてもよい。

第１実施形態の溶融炉の一部を断面にした正面図である。第１実施形態の溶融炉の一部を断面にした平面図である。第２実施形態の焼成炉の一部を断面にした正面図である。第２実施形態の焼成炉の一部を断面にした平面図である。第１実施形態の溶融炉及び第２実施形態の焼成炉に用いる逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーの縦断面図である。第１実施形態の溶融炉及び第２実施形態の焼成炉に用いる逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーの作用を示す説明図である。

符号の説明

１外側燃焼筒体
２周壁胴
５後方側壁板
６ガス放出口
７ガス放出筒
８前方側壁板
９周壁筒
１０ガス噴出孔
１３ガス吐出孔
１４蓋板
１５内側燃焼筒体
５０溶融炉本体
５２、１１１主炉体
５３副炉体
５４、１１２流入炉体
６１、１２１導入部
６２、１２２搬送部
７０逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー
１００旋回溶融炉
１１０焼成炉本体
２００旋回焼成炉

Claims

焼却灰等の被溶融物を旋回させながらバーナーの噴出ガスで溶融する旋回溶融炉であって、径が上方に向け漸減する円形漏斗状の副炉体と径が下方に向け漸減する円形漏斗状の主炉体と上部の前記副炉体と下部の前記主炉体の間に形成される前記噴出ガスが流入する円筒状の流入炉体とから構成される溶融炉本体と、該溶融炉本体の上方近傍に配置されるバーナーと、一端が前記バーナーに連通し、他端が前記流入炉体の平面視で円形の内周に沿う方向に連通して前記バーナーの噴出ガスを前記溶融炉本体内に導く導入部と、前記導入部に連通し、被溶融物を搬送する搬送部と、を備え、前記副炉体の上方中央には排気口が形成され、また前記主炉体の下方中央には排出口が形成され、前記バーナーは筒形周壁の周面に複数のガス噴出孔を穿設し、前方開口側を中心にガス吐出孔を設けた蓋板により被蓋した内側燃焼筒体の後方開口側周縁を、筒形で前方開口側を中心にガス放出口を有する前方側壁板に、又後方開口側を後方側壁板により閉塞する外側燃焼筒体の後方側壁板内面に接合して、内側燃焼筒体を外側燃焼筒体に内設し、内側燃焼筒体内に適量の流体燃料と加圧空気を供給点火して燃焼させ内側燃焼筒体を加熱すると共に、後方より外側燃焼筒体内に加圧空気を供給し周回させて加熱し、内側燃焼筒体に設けたガス噴出孔及びガス吐出孔より外側燃焼筒体内に噴出する気化した不完全燃焼ガスを、周回する加熱ガスの逆火熱により再燃焼して反復周回させて更に内側燃焼筒体を加熱して熱気化を促進し、ガス放出口より外部に高温の完全燃焼ガスを放出する逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーであることを特徴とする旋回溶融炉。