JP6066735B2 - サイクロンバーナー - Google Patents

Description

本発明は、被処理物を連続的に燃焼できるサイクロンバーナーに関する。

従来、微粉炭を燃焼するバーナーとして、サイクロンバーナーが知られている。微粉炭用のサイクロンバーナーとしては、燃焼空気と燃料が接線方向に供給される筒状部と、この筒状部の一端に連なって先端側に向かうにつれて縮径する円錐台形状部とで形成された中空室と、上記筒状部の内側に配置されて中空室に開口する排気筒と、中空室の先端に連なって燃焼炉に接続されるノズル部とを備えたものがある。この種のサイクロンバーナーは、燃料の微粉炭が燃焼空気によって筒状部に搬送され、微粉炭と燃焼空気が中空室を旋回するに伴って微粉炭が分離される一方、余分な燃焼空気が排気筒から外部に排出され、分離された微粉炭と残留した燃焼空気が燃焼炉に供給されて、燃焼炉で燃焼を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたサイクロンバーナーは、中空室内からノズル部に向かって進退自在に形成されたスリーブを有し、中空室に供給される燃焼空気の燃焼に対する比率が大きい場合に上記スリーブをノズル部内に挿入することにより、ノズル部を通る燃焼空気の抵抗を増大させるように形成されている。これにより、ノズル部から燃焼炉に供給する燃焼空気の量を低減させて、燃料に対する燃焼空気の比率である空燃比を低減するように構成されている。

特開平０５−１１８５１１号公報

ところで、サイクロンバーナーには、微粉炭以外の粒状の物質を燃焼させる用途が存在する。例えば都市ごみの破砕物や有機汚泥の乾燥粉末等のような廃棄物をサイクロンバーナーで燃焼させる場合、廃棄物には多種多様の物質が含まれるため、被燃焼物の着火温度や熱量は微粉炭よりも大きなばらつきがある。したがって、微粉炭以外の粒状の物質を燃料させるために特許文献１のサイクロンバーナーを用いると、燃焼温度が低すぎて不完全燃焼を招来する不都合や、燃焼温度が高すぎてサイクロンバーナーが破損する不都合や、燃焼温度が不安定となる不都合がある。

そこで、本発明の課題は、被燃焼物を安定して燃焼させることができるサイクロンバーナーを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のサイクロンバーナーは、筒状部と、この筒状部に連なって先端側に向かうにつれて径が縮小する円錐台形状部とを有して内部に第１燃焼室が形成されるケーシングと、
上記第１燃焼室内に連通する開口を先端に有して上記ケーシングと同軸に配置された排気筒と、
上記ケーシングの筒状部に設けられ、この筒状部の接線方向に被燃焼物と１次燃焼空気の混合体を供給する空燃供給部と、
上記ケーシングの筒状部に設けられた着火部と、
上記ケーシングの筒状部と上記円錐台形状部の少なくとも一方の側面に設けられ、第１燃焼室内の温度を測定する温度計と、
上記ケーシングの筒状部と上記円錐台形状部の少なくとも一方の側面に、上記温度計が設けられた軸方向位置と同じ軸方向位置に設けられ、第１燃焼室内に２次燃焼空気を供給する２次燃焼空気供給部と、
上記温度計が測定した温度に基づいて、上記２次燃焼空気供給部が第１燃焼室内に供給する２次燃焼空気の量を制御する燃焼空気制御部と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、ケーシングの筒状部に空燃供給部で被燃焼物と１次燃焼空気が接線方向に供給され、これにより、ケーシングの筒状部から円錐台形状部の先端に向かう旋回流が第１燃焼室に形成される。着火部により第１燃焼室内の温度が着火温度まで上昇すると、１次燃焼空気と共に供給された被燃焼物が第１燃焼室内で燃焼する。被燃焼物は、ケーシングの筒状部から円錐台形状部の先端に向かって第１燃焼室内を旋回状に流れる過程で燃焼する。ここで、被燃焼物の種類や大きさにばらつきが存在すると、被燃焼物の燃焼しやすさや発熱量にばらつきが生じ、その結果、第１燃焼室内の燃焼温度の分布にばらつきが生じる。そこで、ケーシングの筒状部と円錐台形状部の少なくとも一方の側面に設けられた温度計で、第１燃焼室内の温度を測定し、温度計で測定された第１燃焼室内の温度に基づいて、燃焼空気制御部により、上記温度計と同じ軸方向位置に設けられた２次燃焼空気供給部で供給される２次燃焼空気の量を制御する。例えば、温度計で測定された温度が所定の基準値よりも高い場合は２次燃焼空気の量を増大させ、温度計で測定された温度が所定の基準値よりも低いときは２次燃焼空気の量を減少させる。これにより、第１燃焼室内の温度が安定して所定の温度に保たれるので、被燃焼物の種類や大きさにばらつきが存在しても、安定した燃焼熱を生成するサイクロンバーナーが得られる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記温度計が、上記ケーシングの筒状部に複数個設けられていると共に、上記２次燃焼空気供給部が、上記ケーシングの筒状部に複数個設けられている。

上記実施形態によれば、複数個の温度計でケーシングの筒状部に対応する第１燃焼室の複数位置の温度が測定され、これらの温度計で測定された温度に基づいて、複数個の２次燃焼空気供給部でケーシングの筒状部の複数位置に供給される２次燃焼空気の量が制御される。したがって、ケーシングの筒状部に対応する第１燃焼室の燃焼温度が、安定して所定の温度に保たれる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記温度計が、上記ケーシングの円錐台形状部に複数個設けられていると共に、上記２次燃焼空気供給部が、上記ケーシングの円錐台形状部に複数個設けられている。

上記実施形態によれば、複数個の温度計でケーシングの円錐台形状部に対応する第１燃焼室の複数位置の温度が測定され、これらの温度計で測定された温度に基づいて、複数個の２次燃焼空気供給部でケーシングの円錐台形状部の複数位置に供給される２次燃焼空気の量が制御される。したがって、ケーシングの円錐台形状部に対応する第１燃焼室の燃焼温度が、安定して所定の温度に保たれる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記ケーシング内の第１燃焼室に連なり、このケーシング内に形成される旋回流で分離されて第１燃焼室で燃焼されずに残留した被燃焼物が導かれ、この被燃焼物を燃焼させる第２燃焼室を備える。

上記実施形態によれば、第１燃焼室で燃焼しないで残留した被燃焼物が、ケーシング内に形成される旋回流によって分離され、第２燃焼室に導かれて燃焼する。したがって、第１燃焼室で燃焼しないで残留した被燃焼物を効果的に燃焼させて、サイクロンバーナーの燃焼効率を向上することができる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記ケーシングの円錐台形状部の先端に連結されて上記残留した被燃焼物を搬送する搬送手段を備え、この搬送手段の内側に上記第２燃焼室が形成されている。

上記実施形態によれば、残留した被燃焼物の他に、第１燃焼室から灰や不燃物を排出するためにバーナーに必須である搬送手段を、第２燃焼室として兼用している。これにより、装置構成を大規模にすることなく、被燃焼物の燃焼効率を高めることができる。したがって、大きさや燃焼物質にばらつきのある被燃焼物を燃焼するにもかかわらず、コンパクトで燃焼効率の高いサイクロンバーナーが得られる。なお、搬送手段としては、スクリューコンベヤや密閉式チェンコンベヤ等を採用することができる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記搬送手段は、搬送ケーシングと、この搬送ケーシング内に回転自在に収容された搬送スクリューとを有するスクリューコンベヤであり、
上記スクリューコンベヤの搬送ケーシングと搬送スクリューの間に形成される搬送空間に、上記第２燃焼室が形成されている。

上記実施形態によれば、スクリューコンベヤが有する搬送ケーシングと搬送スクリューの間の搬送空間は、軸方向への気体の流れを比較的容易に区画できるので、燃焼空気や燃焼ガスを区画領域に比較的容易に密閉して第２燃焼室を形成することができる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記搬送手段が、上記第２燃焼室に３次燃焼空気を供給する３次燃焼空気供給部を有する。

上記実施形態によれば、搬送手段の第２燃焼室に、３次燃焼空気供給部により３次燃焼空気が供給されるので、第１燃焼室で燃焼されずに導かれた被燃焼物を搬送しながら第２燃焼室で効果的に燃焼させることができる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記搬送手段が、
上記第２燃焼室内の温度を測定する第２燃焼室温度計と、
上記第２燃焼室温度計で測定された温度に基づいて、上記３次燃焼空気供給部で上記第２燃焼室に供給する３次燃焼空気の量を制御する３次燃焼空気制御部と
を有する。

上記実施形態によれば、第２燃焼室の温度が第２燃焼室温度計で測定され、測定された温度に基づいて、この第２燃焼室に３次燃焼空気供給部で供給される３次燃焼空気の量が３次燃焼空気制御部により制御されるので、第２燃焼室の温度が所定の温度に保たれる。したがって、第１燃焼室で燃焼しないで残留した被燃焼物を安定して燃焼させることができる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記搬送手段が、上記第２燃焼室を取り囲むように設置され、冷却媒体が供給される冷却部を有する。

上記実施形態によれば、搬送手段の冷却部に供給された冷却媒体により、第２燃焼室内の温度が低下する。したがって、搬送手段を構成する部品が過大な温度で劣化する不都合を防止することができる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、
上記空燃供給部が供給する混合体の量と、上記２次燃焼空気供給部が供給する２次燃焼空気の量とを制御して上記第１燃焼室の温度を７５０℃以上８５０℃以下に制御すると共に、
上記３次燃焼空気制御部が、３次燃焼空気供給部を通して上記第２燃焼室に供給する３次燃焼空気の量を制御して上記第２燃焼室の温度を５００℃以上６００℃以下に制御する。

上記実施形態によれば、第１燃焼室の温度を７５０℃以上８５０℃以下に制御することにより、被燃焼物に含まれる塩素成分を完全燃焼させてダイオキシンの発生を防止しながら、被燃焼物を効率的に燃焼させることができる。また、第２燃焼室の温度を５００℃以上６００℃以下に制御することにより、第１燃焼室で燃焼しないで残留した比較的少量の被燃焼物を、効果的に燃焼させることができる。ここで、第２燃焼室に導かれる被燃焼物は、第１燃焼室で塩素成分が完全燃焼されているのでダイオキシンの発生防止が実質的に不要であるから、５００℃以上６００℃以下の温度に設定することができる。

一実施形態のサイクロンバーナーは、上記被燃焼物は、汚泥の乾燥粉末、及び、廃棄物の破砕片の少なくとも一方を含む。

上記実施形態によれば、被燃焼物である汚泥の乾燥粉末や廃棄物の破砕片は、微粉炭と比較して多種類の物質が含まれ、大きさのばらつきや燃焼物質の分布のばらつきが大きく、着火温度や発熱量のばらつきが微粉炭よりも大幅に大きいにもかかわらず、本発明のサイクロンバーナーは、第１燃焼室の温度を安定して所定の温度に保つことができるので、安定した燃焼熱を生成することができる。ここで、上記汚泥には、下水汚泥、浄化槽汚泥及び活性汚泥等の有機汚泥が該当する。また、上記廃棄物には、食品残渣、農業廃棄物、廃プラスチック、紙屑及び木屑、家畜の糞尿等のような、有機質の廃棄物全般が該当する。

実施形態のサイクロンバーナーを用いたボイラ装置を示す模式図である。 実施形態のサイクロンバーナーを示す模式断面図である。 バーナーケーシングの筒状部における軸直角方向の切断面を示す模式断面図である。 バーナーケーシングの筒状部の図３よりも円錐台形状部側における切断面を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態のサイクロンバーナーを用いたボイラ装置を示す模式図である。図１に示すように、このボイラ装置は、サイクロンバーナー１と、サイクロンバーナー１の被燃焼物を貯留すると共に一定量を送り出す定量供給機３と、定量供給機３から排出された被燃焼物をサイクロンバーナー１に搬送すると共に１次燃焼空気を供給する第１送風機５と、サイクロンバーナー１に供給される２次燃焼空気とサイクロンバーナー１のスクリューコンベヤ２に供給される３次燃焼空気を生成する第２送風機６と、サイクロンバーナー１の燃焼ガスが導かれて温水又は蒸気を生成する熱交換器４で大略構成されている。

図２は、サイクロンバーナー１を示す模式断面図である。図２に示すように、サイクロンバーナー１は、筒状部１１と、この筒状部１１に連なって先端側に向かうにつれて径が縮小する円錐台形状部１２とを有するバーナーケーシング１０と、このバーナーケーシング１０の筒状部１１の内側に同軸に配置された排気筒１９と、バーナーケーシング１０の円錐台形状部１２の先端に接続されたスクリューコンベヤ２を備える。

バーナーケーシング１０は、耐熱鋼の内側に断熱材と耐火材を配置して作成されている。断熱材としては、ケイ酸カルシウム等で形成された断熱ボードを用いることができ、耐火材としては、耐火煉瓦やキャスタブル耐火物等を用いることができる。上記バーナーケーシング１０の筒状部１１及び円錐台形状部１２の内側に、第１燃焼室Ｒ１が形成される。

バーナーケーシング１０の筒状部１１には、１次燃焼空気と被燃焼物が導かれる空燃供給部としての空燃供給口１３と、空燃供給口１３と同じ軸方向位置の第１燃焼室Ｒ１の温度を測定する供給部温度計５０が設けられている。供給部温度計５０の信号は、後述するコントローラ３０に入力される。

また、バーナーケーシング１０の筒状部１１には、空燃供給口１３に近い側から順に、軸方向の異なる位置に配置された２次燃焼空気供給部としての第１乃至第３給気口１４１，１４２，１４３が設けられている。また、バーナーケーシング１０の筒状部１１には、上記第１乃至第３給気口１４１，１４２，１４３と同じ軸方向位置に配置されて第１燃焼室Ｒ１の筒状部１１に対応する部分の温度を測定する第１乃至第３温度計５１，５２，５３が設けられている。第１乃至第３温度計５１，５２，５３の信号は、コントローラ３０に入力される。第１乃至第３給気口１４１，１４２，１４３には、第２送風機６の吹き出し口に連なる配管が接続されており、この配管には第１乃至第３給気口１４１，１４２，１４３に供給される２次燃焼空気の量を調節するダンパ４１，４２,４３が設けられている。ダンパ４１，４２，４３は、コントローラ３０から制御信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を受けて作動し、コントローラ３０によって開度が制御されるようになっている。なお、バーナーケーシング１０の筒状部１１に設置する給気口及び温度計の数は、３個以外であってもよい。

さらに、バーナーケーシング１０の筒状部１１には、中心軸に関して空燃供給口１３の反対側に火炎口１５が設けられており、この火炎口１５に着火部としての起動バーナー１７が設けられている。起動バーナー１７の吹出し口には、起動バーナー１７の作動時に開く一方、起動バーナー１７の停止時に閉じる開閉弁１８が設けられている。火炎口１５の側部には、第２送風機６から温度調整空気が導かれる給気口１６が設けられている。この給気口１６に温度調整空気を供給する配管には、温度調整空気の量を調節するダンパ４６が設けられている。このダンパ４６は、コントローラ３０からの駆動信号Ｐ６に応じて作動し、コントローラ３０によって開度が制御されるようになっている。起動バーナー１７は、燃焼空気を吹き出す送風翼と、この送風翼の下流側に設けられた燃料噴射ノズルを有し、上記送風翼を回転駆動するモータには、コントローラ３０で制御されるインバータ６４で電力が供給される。燃料噴射ノズルは、灯油を貯蔵する燃料タンク８に接続され、燃料タンク８と燃料噴射ノズルを接続する燃料配管に、灯油の流量を調節する燃料バルブ４０が設けられている。燃料バルブ４０は、コントローラ３０から駆動信号Ｖを受けて作動し、コントローラ３０によって開度が制御されるようになっている。コントローラ３０は、インバータ６４に制御信号Ｃ４を出力して送風翼の回転速度を制御すると共に、燃料バルブ４０に駆動信号Ｖを出力して燃料噴射ノズルへ送る灯油の流量を制御して、起動バーナー１７を作動させる。これにより、送風翼で吹き出す燃焼空気に霧状の灯油を混合して燃焼させ、この灯油の燃焼による火炎を第１燃焼室Ｒ１に放射して、サイクロンバーナー１の起動時に第１燃焼室Ｒ１の温度を被燃焼物の燃焼温度に上昇させる。

図３は、バーナーケーシング１０の筒状部１１における軸直角方向の切断面を示す模式断面図である。図３に示すように、筒状部１１に設けられた空燃供給口１３は、円形断面を有する筒状部１１の接線方向を向いている。これにより、空燃供給口１３から供給された１次燃焼空気と被燃焼物が、筒状部１１に旋回流を形成する。この旋回流は、筒状部１１から円錐台形状部１２に向かって流れ、円錐台形状部１２で流速が上昇し、遠心力によって未燃の被燃焼物や不燃物等の固体を分離する。また、筒状部１１の空燃供給口１３と軸を通る点の対称位置に設けられた火炎口１５は、円形断面を有する筒状部１１の接線方向を向いている。これにより、火炎口１５から供給された火炎が、筒状部１１に旋回流を形成する。

図４は、バーナーケーシング１０の筒状部１１の切断面を示す図であって、図３の切断面よりも円錐台形状部１２側における切断面を示す模式断面図である。図４に示すように、筒状部１１に設けられた第１給気口１４１は、円形断面を有する筒状部１１の接線方向を向いている。これにより、第１給気口１４１から供給された２次燃焼空気が、空燃供給口１３からの１次燃焼空気によって筒状部１１に形成される旋回流に合流し易いように形成されている。上記第２及び第３給気口１４２，１４３もまた同様に、筒状部１１の接線方向を向いて設置されている。また、後述する第４及び第５給気口１４４，１４５も同様に、円形断面を有する円錐台形状部１２の接線方向を向いて設置されている。

バーナーケーシング１０の円錐台形状部１２には、供給管１３に近い側から順に、軸方向の異なる位置に配置された２次燃焼空気供給部としての第４及び第５給気管１４４，１４５が設けられている。また、バーナーケーシング１０の円錐台形状部１２には、上記第４及び第５給気管１４４，１４５と同じ軸方向位置に配置されて第１燃焼室Ｒ１の円錐台形状部１２に対応する部分の温度を測定する第４及び第５温度計５４，５５が設けられている。第４及び第５温度計５４，５５の信号は、コントローラ３０に入力される。第４及び第５給気口１４４，１４５には、第２送風機６の吹き出し口に連なる配管が接続されており、この配管には第４及び第５給気口１４４，１４５に供給される２次燃焼空気の量を調節するダンパ４４，４５が設けられている。ダンパ４４，４５は、コントローラ３０から駆動信号Ｐ４，Ｐ５を受けて作動し、コントローラ３０によって開度が制御されるようになっている。なお、バーナーケーシング１０の円錐台形状部１２に設置する給気口及び温度計の数は、２個以外であってもよい。

また、上記第１乃至第５給気管１４１，１４２，１４３，１４４，１４５及び給気口１６に供給する燃焼空気は、ダンパ以外の他の流量調整弁によって流量を調整してもよい。

排気筒１９は、耐熱鋼で作成された管状の部材であり、バーナーケーシング１０の筒状部１１の天井面を貫通して固定されている。排気筒１９の下端は、軸方向において筒状部１１と円錐台形状部１２との境界のやや上方の位置に開口している。排気筒１９の上端は、熱交換器４に燃焼ガスを導く第１燃焼ガス管Ｘ１が接続されている。

スクリューコンベヤ２は、円筒形の搬送ケーシング２１と、搬送ケーシング２１の外側を取り囲むジャケットケーシング２２と、搬送ケーシング２１の内側に回転可能に収容された搬送スクリュー２３と、搬送スクリュー２３を回転駆動するモータＭ１で大略構成されている。搬送ケーシング２１の一端側の上部には、第１燃焼室Ｒ１の下端に連なる連通穴が形成されており、この連通穴から、第１燃焼室Ｒ１で燃焼されずに残った被燃焼物や、被燃焼物の灰や、被燃焼物に含まれる不燃物が搬送ケーシング２１内に投入される。これらの被燃焼物等は、搬送ケーシング２１と搬送スクリュー２３の間に形成された搬送空間によって他端側に搬送され、搬送ケーシング２１の他端側に設けられた排出口２４から排出される。スクリューコンベヤ２の排出口２４にはロータリーバルブ２５を設け、バーナーケーシング１０と搬送ケーシング２１の内側の気圧を保持するようになっている。搬送ケーシング２１とジャケットケーシング２２の間に冷却室２０が形成され、ジャケットケーシング２２の一端側に設けられた給水口２６から冷却媒体としての水が冷却室２０に供給されて、搬送空間を冷却する冷却ジャケットが形成される。冷却媒体としての水は、給水口２６に連なる給水管の上流に接続された給水ポンプ９によって冷却室２０に供給される。搬送空間を冷却した水は、ジャケットケーシング２２の他端側に設けられた排水口２７から、矢印Ｗで示されるように排出される。

搬送ケーシング２１の第１燃焼室Ｒ１との連通穴と対向する位置に、３次燃焼空気を供給するコンベヤ給気口２８が設けられており、このコンベヤ給気口２８に、第２送風機６の吹き出し口に連なる配管が接続されている。給気口２８に接続された配管には、コンベヤ給気口２８に供給される３次燃焼空気の量を調節するダンパ４７が設けられている。ダンパ４７は、コントローラ３０から駆動信号Ｐ７を受けて作動し、コントローラ３０によって開度が制御されるようになっている。なお、給気口２８に供給する燃焼空気は、ダンパ以外の他の流量調整弁によって流量を調整してもよい。搬送ケーシング２１の第１燃焼室Ｒ１との連通穴の他端側には、連通穴が形成された側と同じ側であって、搬送ケーシング２の中心軸に関してコンベヤ給気口２８と反対側に、搬送ケーシング２内のガスを排出するガス排出口２９が設けられている。スクリューコンベヤ２の搬送空間の上記コンベヤ給気口２８とガス排出口２９との間の部分に、搬送する被燃焼物を燃焼させる第２燃焼室Ｒ２が形成される。第２燃焼室Ｒ２には、この第２燃焼室Ｒ２内の温度を測定する第６温度計５６が設けられている。第６温度計５６の信号は、コントローラ３０に入力される。ガス排出口２９には、熱交換器４に燃焼ガスを導く第２燃焼ガス管Ｘ２が接続されている。

定量供給機３は、被燃焼物が投入され、投入された被燃焼物を貯留する貯留ホッパ３１と、貯留ホッパ３１の下端から被燃焼物を排出するスクリューコンベヤ３２と、貯留ホッパ３１の底面に配置されて被燃焼物を撹拌する撹拌羽根３３を有する。スクリューコンベヤ３２の排出口は、ロータリーバルブ３４を介して、被燃焼物を搬送する搬送管Ｆ１に接続されている。搬送管Ｆ１の上流端は、第１送風機５の吹出し口に連結されている。スクリューコンベヤ３２の搬送スクリューはモータＭ２で回転駆動され、上記モータＭ２への電力は、コントローラ３０で制御されるインバータ６３によって供給される。

上記定量供給機３の貯留ホッパ３１には、被燃焼物として、廃棄物が破砕されてなる破砕廃棄物と乾燥汚泥との混合物が投入される。破砕廃棄物は、廃棄物としての廃プラスチックと紙屑と木屑が、破砕機により１ｍｍ乃至２０ｍｍ角の寸法に破砕されたものである。廃棄物としては、廃プラスチックと紙屑と木屑のいずれか１つ又は２つ以上でもよく、また、食品残渣や農業廃棄物等の有機質の固形物であってもよい。乾燥汚泥は、下水汚泥を乾燥させたものであり、浄化槽汚泥及び活性汚泥等の有機汚泥や、建設汚泥、鉱山及び採石場等から排出される無機汚泥であってもよい。

第１送風機５は、バーナーケーシング１０の空燃供給口１３に向かって１次燃焼空気を供給すると共に、この１次燃焼空気の流れによって被燃焼物を搬送するための押込送風機である。第１送風機５は、送風翼の出口角が９０°以下に形成されたターボファン型の送風機であり、送風翼を回転駆動するモータは、コントローラ３０で制御されるインバータ６１によって電力が供給される。第１送風機５の吹出し口に接続された搬送管Ｆ１は、第１送風機５の下流側で、定量供給機３のスクリューコンベヤ３２の排出口に設けられたロータリーバルブ３４に連結され、最下流端がバーナーケーシング１０の空燃供給口１３に接続されている。

第２送風機６は、サイクロンバーナー１の第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５に向かって２次燃焼空気を供給し、起動時にサイクロンバーナー１の火炎口１５の給気口１６に温度調整空気を供給すると共に、サイクロンバーナー１のスクリューコンベヤ２のコンベヤ給気口２８に３次燃焼空気を供給するための押込み送風機である。第２送風機６は、第１送風機と同様のターボファン型の送風機であり、送風翼を回転駆動するモータは、コントローラ３０で制御されるインバータ６２によって電力が供給される。第２送風機６の吹出し口に接続された送風管Ｆ２は、サイクロンバーナー１のバーナーケーシング１０側の送風枝管Ｆ２１と、スクリューコンベヤ２のコンベヤ給気口２８に接続される送風枝管Ｆ２２とに分かれる。バーナーケーシング１０側の送風枝管Ｆ２１は、更に、第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５に接続する枝管が分岐し、最下流に残った管が火炎口１５の給気口１６に接続している。

なお、上記第１及び第２送風機５，６は、例えばプレートファンや軸流ファン等の他の送風機でもよい。

熱交換器４は、サイクロンバーナー１の燃焼ガスと水が導かれ、高温の燃焼ガスと低温の水を熱交換して温水又は蒸気を生成するものである。熱交換器４としては、多管円筒形熱交換器、二重管式熱交換器、単管式熱交換器、プレート式熱交換器、蒸気ボイラ等の種々の形式のものを採用することができる。

コントローラ３０は、ＣＰＵ及びメモリ等で構成された電子機器であり、予めメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、サイクロンバーナー１の作動を制御する。

上記構成のサイクロンバーナー１を備えたボイラ装置は、次のように作動する。

まず、コントローラ３０に接続された図示しない操作部が操作され、ボイラ装置の起動を指令する入力が行われる。起動の指令の入力を受けると、コントローラ３０は、燃料バルブ４０に駆動信号Ｖを出力して燃料バルブ４０を開き、起動バーナー１７に灯油を供給すると共に、起動バーナー１７のインバータ６４に制御信号Ｃ４を出力して送風翼を起動して、起動バーナー１７の燃焼動作を開始する。起動バーナー１７は、火炎口１５を通して火炎を第１燃焼室Ｒ１内に放射し、これにより、第１燃焼室Ｒ１内の温度が上昇する。ここで、コントローラ３０は、第１燃焼室Ｒ１の筒状部１１の供給部温度計５０が検出する温度に基づいて、火炎口１５に供給する温度調整空気の流量を制御する。すなわち、コントローラ３０は、インバータ６２に制御信号Ｃ２を出力して第２送風機６を作動させ、送風枝管Ｆ２１を介して火炎口１５に向かって温度調整空気を供給する。また、コントローラ３０は、ダンパ４６に駆動信号Ｐ６を出力してダンパ４６の開度を調整し、温度調整空気の流量を制御して、火炎口１５から放射される火炎の温度が所定の設定温度となるように制御する。ここで、火炎口１５から放出される火炎の温度を５５０℃以上６５０℃以下に設定するのが好ましく、さらに好ましくは６００℃に設定する。

コントローラ３０は、第１燃焼室Ｒ１の筒状部１１の供給部温度計５０から出力された温度信号Ｔ０により、第１燃焼室Ｒ１内の温度が所定の着火温度に上昇したことを検知すると、第１燃焼室Ｒ１への被燃焼物と１次燃焼空気の供給を開始する。すなわち、コントローラ３０は、インバータ６３に制御信号Ｃ３を出力してスクリューコンベヤ３２のモータＭ２を所定の回転速度で作動させ、定量供給機３の貯留ホッパ３１の被燃焼物を、所定の時間当たり量で搬送管Ｆ１に供給する。これと共に、コントローラ３０は、インバータ６１に制御信号Ｃ１を出力して第１送風機５の送風翼を所定の回転速度で作動させ、所定流量の空気を搬送管Ｆ３に供給する。これにより、搬送管Ｆ３内を被燃焼物が搬送され、空燃供給口１３から第１燃焼室Ｒ１内に所定量の被燃焼物と所定流量の１次燃焼空気が供給される。ここで、搬送管Ｆ３を通して空燃供給口１３に被燃焼物を搬送する１次燃焼空気の量は、全体の空気量の２５％以上３５％以下に設定するのが好ましく、特に好ましくは３０％である。本実施形態のサイクロンバーナー１は、第１燃焼室Ｒ１を７５０℃以上８５０℃以下の燃焼温度に保持して被燃焼物を完全燃焼させるために、被燃焼物の理論空気量の２．５倍以上３．０倍以下の量の燃焼空気を、全体の空気量として供給するのが好ましい。

コントローラ３０は、第１燃焼室Ｒ１への被燃焼物と１次燃焼空気の供給を開始すると共に、第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５を通じて第１燃焼室Ｒ１への２次燃焼空気の供給を開始する。すなわち、コントローラ３０は、インバータ６２に制御信号Ｃ２を出力して第２送風機６の送風量を増大させ、送風枝管Ｆ２１を介して第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５に向かって燃焼空気を供給する。また、コントローラ３０は、ダンパ４１，４２，４３，４４，４５に制御信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を出力してダンパ４１，４２，４３，４４，４５の開度を調整し、第１燃焼室Ｒ１に供給する２次燃焼空気の流量を制御する。ここで、送風枝管Ｆ２１から第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５を通して第１燃焼室Ｒ１に供給する２次燃焼空気の量は、全体の空気量の６５％以上７５％以下に設定するのが好ましく、特に好ましくは７０％である。この２次燃焼空気の量は、１次燃焼空気の量と合計すると、全体の空気量の１００％となるように設定する。このように、コントローラ３０は、サイクロンバーナー１の起動時において、空燃供給口１３から供給する被燃焼物に対して、全体の空気量の２５％以上３５％以下を１次燃焼空気として第１燃焼室Ｒ１に供給すると共に、全体の空気量の６５％以上７５％以下を２次燃焼空気として第１燃焼室Ｒ１に供給する。なお、サイクロンバーナー１の起動時において、２次燃焼空気を供給するダンパ４１，４２，４３，４４，４５の開度は、空燃供給口１３に近い側ほど大きい開度に設定する。これにより、空燃供給口１３に最も近いダンパ４１が最大の流量となる一方、空燃供給口１３から最も遠いダンパ４５が最小の流量となるように、２次燃焼空気を第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５から第１燃焼室Ｒ１へ供給する。

第１燃焼室Ｒ１への被燃焼物と１次燃焼空気及び２次燃焼空気の供給が開始されると、１次燃焼空気及び２次燃焼空気は旋回流を形成し、第１燃焼室Ｒ１の筒状部１１側から円錐台形状部１２側に向かって流れる。１次燃焼空気と共に空燃供給口１３から第１燃焼室Ｒ１に供給された被燃焼物は、旋回流に搬送される過程で燃焼し、燃焼ガスを生成する。第１燃焼室Ｒ１を円錐台形状部１２の下端部まで流れた旋回流は大部分が燃焼ガスとなり、第１燃焼室Ｒ１の中心軸側を旋回状に流れて上昇し、排気筒１９を通ってバーナーケーシング１０から排出される。バーナーケーシング１０から排出された燃焼ガスは、第１燃焼ガス管Ｘ１を通って熱交換器４に導かれる。一方、旋回流によって第１燃焼室Ｒ１を円錐台形状部１２の下端部まで流れた被燃焼物のうち、燃焼しないで残留した被燃焼物や不燃物は、旋回状に流れる際に作用する遠心力によって旋回流から分離し、バーナーケーシング１０の内壁面に沿って円錐台形状部１２の下端に落下する。円錐台形状部１２の下端に達した被燃焼物や不燃物は、スクリューコンベヤ２の搬送ケーシング２１に導かれる。

第１燃焼室Ｒ１に供給される被燃焼物は、破砕廃棄物と乾燥汚泥との混合物であるので、被燃焼物の種類や大きさにばらつきが存在し、被燃焼物の燃焼しやすさや発熱量にばらつきが存在する。このため、第１燃焼室Ｒ１内の燃焼温度の分布にばらつきが生じる。このような燃焼温度のばらつきを解消するため、コントローラ３０は、例えば、第１乃至第５温度計５１，５２，５３，５４，５５のうちのいずれかの検出温度が、基準範囲よりも低下した場合、低下した温度を検出した温度計５１，５２，５３，５４，５５に対応するダンパ４１，４２，４３，４４，４５の開度を減少させ、低下した温度を検出した温度計５１，５２，５３，５４，５５に対応する供給口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５からの２次燃焼空気の供給量を減少させる。一方、第１乃至第５温度計５１，５２，５３，５４，５５のうちのいずれかの検出温度が、基準範囲を超えて上昇した場合、コントローラ３０は、上昇した温度を検出した温度計５１，５２，５３，５４，５５に対応するダンパ４１，４２，４３，４４，４５の開度を増大させ、上昇した温度を検出した温度計５１，５２，５３，５４，５５に対応する供給口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５からの２次燃焼空気の供給量を増大させる。このように、コントローラ３０が燃焼空気制御部として機能し、第１乃至第５温度計５１，５２，５３，５４，５５の検出温度が所定の基準範囲内となるように、ダンパ４１，４２，４３，４４，４５の開度をフィードバック制御する。これにより、被燃焼物の粒径や可燃物質の種類や分布にばらつきが存在しても、第１燃焼室Ｒ１内の燃焼温度を安定して保持することができる。ここで、第１乃至第５温度計５１，５２，５３，５４，５５が検出する温度の基準範囲は、所定の基準値の±３０℃の範囲に設定することができ、上記基準値は、７８０℃以上８２０℃以下の間に設定するのが好ましい。これにより、第１燃焼室Ｒ１内の燃焼温度を、安定して７５０℃以上８５０℃以下に保持することができる。このように、第１燃焼室Ｒ１内の燃焼温度を７５０℃以上にすることにより、被燃焼物の塩素成分を効果的に酸化することができ、ダイオキシンの発生を防止することができる。また、第１燃焼室Ｒ１内の燃焼温度を８５０℃以下にすることにより、バーナーケーシング１０や排気筒１９が高温によって損傷する不都合を防止することができる。

コントローラ３０は、第１燃焼室Ｒ１への被燃焼物と１次燃焼空気の供給を開始するとき、スクリューコンベヤ２を起動する。すなわち、モータＭ１に電力を供給して搬送スクリュー２３を回転駆動すると共に、ダンパ４７に駆動信号Ｐ７を出力してダンパ４７を開き、コンベヤ給気口２８から搬送ケーシング２１内の第２燃焼室Ｒ２に向けて３次燃焼空気を吹き出す。さらに、コントローラ３０は給水ポンプ９を作動させ、冷却媒体としての水を給水口２６から冷却室２０に供給する。

円錐台形状部１２の下端からスクリューコンベヤ２の第２燃焼室Ｒ２内に導かれた被燃焼物は、搬送スクリュー２３で搬送ケーシング２１の他端側に搬送される過程で、コンベヤ給気口２８から供給された３次燃焼空気によって燃焼する。被燃焼物が燃焼して生成された燃焼ガスは、ガス排出口２９を介して第２燃焼室Ｒ２から排出され、第２燃焼ガス管Ｘ２を通って熱交換器４に導かれる。第２燃焼室Ｒ２で燃焼されずに残留した不燃物等は、搬送スクリュー２３によって他端側に搬送され、排出口２４とロータリーバルブ２５を介して、矢印Ｈで示されるように排出される。

コントローラ３０は、第６温度計５６で測定された第２燃焼室Ｒ２の温度に基づいて、コンベヤ給気口２８から第２燃焼室Ｒ２に供給する３次燃焼空気の量を制御する。第６温度計５６の検出温度が所定の基準値を下回る場合、ダンパ４７の開度を減少させて３次燃焼空気の供給量を減少させる。一方、第６温度計５６の検出温度が所定の基準値を上回る場合、ダンパ４７の開度を増大させて３次燃焼空気の供給量を増大させる。これにより、第２燃焼室Ｒ２の燃焼温度を、所定の温度に保つようにしている。この第２燃焼室Ｒ２の燃焼温度は、５００℃以上６００℃以下に設定するのが好ましい。燃焼温度を５００℃以上とすることにより、第１燃焼室Ｒ１で燃焼しないで残留した被燃焼物が、効率的に燃焼する。また、燃焼温度を６００℃以下とすることにより、第２燃焼室を形成するスクリューコンベヤ２の搬送ケーシング２１及び搬送スクリュー２３の損傷を効果的に防止することができる。

以上のように、本実施形態のサイクロンバーナー１は、バーナーケーシング１０に設けた第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５から第１燃焼室Ｒ１に供給する２次燃焼空気の流量を、第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５と実質的に同じ軸方向位置に設けた第１乃至第５温度計５１，５２，５３，５４，５５の測定温度に基づいて制御するので、微粉炭よりも粒径の大きさや燃焼物質の分布のばらつきが大きい被燃焼物を燃焼するにもかかわらず、第１燃焼室Ｒ１内の燃焼温度を均一にできて、安定した燃焼熱を生成することができる。したがって、熱交換器４で生成する温水の温度を安定させることができる。また、第１燃焼室Ｒ１に連なる第２燃焼室Ｒ２をスクリューコンベヤ２の搬送空間に形成したので、第１燃焼室Ｒ１から灰や不燃物を排出するために必須であるスクリューコンベヤ２を２次燃焼室Ｒ２として兼用させることにより、微粉炭よりも粒径の大きさや燃焼物質の分布のばらつきが大きい被燃焼物を燃焼するにもかかわらず、装置構成を大規模にすることなくサイクロンバーナー１の燃焼効率を向上できる。

上記実施形態において、第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５から第１燃焼室Ｒ１に供給する２次燃焼空気の量をダンパ４１，４２，４３，４４，４５によって制御したが、第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５の各々に送風機を接続し、各々の送風機の送風量をコントローラ３０で制御して、第１乃至第５給気口１４１，１４２，１４３，１４４，１４５から第１燃焼室Ｒ１に供給する２次燃焼空気の量を制御してもよい。

１ サイクロンバーナー
２ スクリューコンベヤ
３ 定量供給機
４ 熱交換器
５ 第１送風機
６ 第２送風機
８ 燃料タンク
９ 給水ポンプ
１０ バーナーケーシング
１１ 筒状部
１２ 円錐台形状部
１３ 空燃供給口
１５ 火炎口
１６ 給気口
１７ 起動バーナー
１９ 排気筒
２０ 冷却室
２１ 搬送ケーシング
２２ ジャケットケーシング
２３ 搬送スクリュー
２５ ロータリーバルブ
２８ コンベヤ給気口
２９ ガス排出口
３０ コントローラ
４０ 燃料バルブ
４１，４２，４３，４４，４５ ダンパ
５０ 供給部温度計
５１ 第１温度計
５２ 第２温度計
５３ 第３温度計
５４ 第４温度計
５５ 第５温度計
１４１ 第１給気口
１４２ 第２給気口
１４３ 第３給気口
１４４ 第４給気口
１４５ 第５給気口
Ｒ１ 第１燃焼室
Ｒ２ 第２燃焼室

Claims (10)

1. 筒状部と、この筒状部に連なって先端側に向かうにつれて径が縮小する円錐台形状部とを有して内部に第１燃焼室が形成されるケーシングと、
   上記第１燃焼室内に連通する開口を先端に有して上記ケーシングと同軸に配置された排気筒と、
   上記ケーシングの筒状部に設けられ、この筒状部の接線方向に被燃焼物と１次燃焼空気の混合体を供給する空燃供給部と、
   上記ケーシングの筒状部に設けられた着火部と、
   上記ケーシングの筒状部と上記円錐台形状部の少なくとも一方の側面に設けられ、第１燃焼室内の温度を測定する温度計と、
   上記ケーシングの筒状部と上記円錐台形状部の少なくとも一方の側面に、上記温度計が設けられた軸方向位置と同じ軸方向位置に設けられ、第１燃焼室内に２次燃焼空気を供給する２次燃焼空気供給部と、
   上記温度計が測定した温度に基づいて、上記２次燃焼空気供給部が第１燃焼室内に供給する２次燃焼空気の量を制御する燃焼空気制御部と、
   上記ケーシング内の第１燃焼室に連なり、このケーシング内に形成される旋回流で分離されて第１燃焼室で燃焼されずに残留した被燃焼物が導かれ、この被燃焼物を燃焼させる第２燃焼室と
   を備えることを特徴とするサイクロンバーナー。
2. 請求項１に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記温度計が、上記ケーシングの筒状部に複数個設けられていると共に、上記２次燃焼空気供給部が、上記ケーシングの筒状部に複数個設けられていることを特徴とするサイクロンバーナー。
3. 請求項１に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記温度計が、上記ケーシングの円錐台形状部に複数個設けられていると共に、上記２次燃焼空気供給部が、上記ケーシングの円錐台形状部に複数個設けられていることを特徴とするサイクロンバーナー。
4. 請求項１に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記ケーシングの円錐台形状部の先端に連結されて上記残留した被燃焼物を搬送する搬送手段を備え、この搬送手段の内側に上記第２燃焼室が形成されていることを特徴とするサイクロンバーナー。
5. 請求項１に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記搬送手段は、搬送ケーシングと、この搬送ケーシング内に回転自在に収容された搬送スクリューとを有するスクリューコンベヤであり、
   上記スクリューコンベヤの搬送ケーシングと搬送スクリューの間に形成される搬送空間に、上記第２燃焼室が形成されていることを特徴とするサイクロンバーナー。
6. 請求項４に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記搬送手段が、上記第２燃焼室に３次燃焼空気を供給する３次燃焼空気供給部を有することを特徴とするサイクロンバーナー。
7. 請求項４に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記搬送手段が、
   上記第２燃焼室内の温度を測定する第２燃焼室温度計と、
   上記第２燃焼室温度計で測定された温度に基づいて、上記３次燃焼空気供給部で上記第２燃焼室に供給する３次燃焼空気の量を制御する３次燃焼空気制御部と
   を有することを特徴とするサイクロンバーナー。
8. 請求項４に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記搬送手段が、上記第２燃焼室を取り囲むように設置され、冷却媒体が供給される冷却部を有することを特徴とするサイクロンバーナー。
9. 請求項７に記載のサイクロンバーナーにおいて、
   上記空燃供給部が供給する混合体の量と、上記２次燃焼空気供給部が供給する２次燃焼空気の量とを制御して上記第１燃焼室の温度を７５０℃以上８５０℃以下に制御すると共に、
   上記３次燃焼空気制御部が、３次燃焼空気供給部を通して上記第２燃焼室に供給する３次燃焼空気の量を制御して上記第２燃焼室の温度を５００℃以上６００℃以下に制御することを特徴とするサイクロンバーナー。
10. 請求項１に記載のサイクロンバーナーにおいて、
    上記被燃焼物は、汚泥の乾燥粉末、及び、廃棄物の破砕片の少なくとも一方を含むことを特徴とするサイクロンバーナー。

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