JP6438583B2 - 高温熱分解焼却炉 - Google Patents

Description

この発明は、焼却炉に関し、もう詳しくは、一般の生活ごみや、産業廃棄物等を高温で焼却する高温熱分解焼却炉に関する。

社会生活で発生するごみの処理に関して色々な方式が研究開発されているが、殆どは地中に埋めるとか、海洋に投棄するとか、または焼却で処理している実情である。

前記の方式中で、焼却処理は各地から運搬収集されるごみを、大規模の設備で燃焼させ処理することで、初期の設備費用や、維持管理費が莫大で、運搬収集が煩わしく、かつ焼却後には灰を処理しなければならないという問題がある。

このような問題を解決する方案として、最近には運搬設置が出来る小規模の産業廃棄物処理装置が脚光を浴びてあり、特に、医療系廃棄物、又は産業廃棄物等のように、焼却を要する特殊廃棄物の処理に関する研究の結果で開発された低温熱分解焼却炉が公知されている。

次の特許文献１は、前述の低温熱分解焼却装置にかかる一つの例として、各種廃タイヤ等の産業廃棄物を乾留機から低温で熱分解することにより、前記産業廃棄物の炭素物質を気化させ発生されるガスを、誘導管に通じて燃焼室に供給し完全燃焼させて、大気汚染物質の排出しないで処理する可燃性ガスの低温熱分解装置を開示している。

前述の低温熱分解焼却装置は、ビニル、プラスチックなどの化学製品を燃焼させる時、ある場合には燃焼室が過熱されるながら、煤煙が酷く排出される短所があり、水分含量が多い廃棄物は不完全燃焼されるから、乾いた廃棄物とは別に区分して処理しなければならない短所もある。

しかも、燃焼時に発生するダイオキシンは、焼却炉の排気側に別に設けられた２次燃焼装置から、再燃焼して除去しているので、完全焼却に長い時間が掛かって、一日処理容量に限界があり、不必要に燃料を消耗する短所もある。

この発明の出願人は、前述の問題を解決する焼却炉として、高温で熱分解出来る装置を提案してことがある。次の特許文献２は、この発明の出願人が提案した高温熱分解焼却炉であって、内部の燃焼室に焼却物を収容し外部と遮断させるままに焼きながら、外部から空気を強制供給して高温燃焼になされるようにして、焼却物の完全燃焼を図ることである。

前記焼却炉は、小規模設備であるから移動が容易で、一般の生活ごみは勿論産業廃棄物も完全燃焼させる長所があるが、その燃焼室の内周面に沿って送風管が配置された構造が、燃焼室の容積を占有するために、外形に比べて処理容量が小さく、また、燃焼室の壁体内部にも熱交換用配管が敷設されて、熱風または、温水で廃熱を回収するようになってあるために、前記燃焼室の壁体の厚み寸法が必要以上に厚くになり、重量も重いという短所がある。
韓国実用新案登録第２０−０２５６２９７号、 韓国特許登録第１０−１４８３７５１号、

発明が解決しようとする問題

この発明は、前記特許文献２の高温熱分解焼却炉の構造的短所を解決するために、燃焼室の内部から送風管が占有する空間を最小とし、燃焼室の蓋を通じて消滅される廃熱まで回収出来るように改良し、なお、壁体の厚みも少なくして重量を軽くし、焼却物を未燃焼の残留物がなく、短時間に完全燃焼させることが出来る高温熱分解焼却炉を提供することが目的である。

課題を解決するための手段

前記目的を達成するために、この発明の高温熱分解焼却炉は、炉内部に投入される焼却物を外部と隔離させた燃焼室の中で、空気を強制供給して高温に燃焼させる高温熱分解焼却炉であって、前記燃焼室の中心に給気管を配置すると共に、燃焼室の上側内周に燃料供給管を設け、かつ燃焼過程で生成される灰を排出するための有孔板を、底面に敷設し、その中心で前記給気管を軸に回転する攪拌棒を配置する一方、前記燃焼室の外部一側には熱回収装置を設け、前記燃焼室の蓋の一側から循環管を敷設して前記熱回収装置の内部と燃焼室の壁体を経て、前記攪拌棒の上方に復帰するようにした構成となる。

また、この発明において、前記攪拌棒の内側に孔を多数形成して軽量化すると共に、その上下辺を波状の輪郭に形成して、攪拌中に焼却物が一側に偏在されないで、一々空気と十分に接触されて短時間に完全燃焼されるようにすることも出来る。

また、この発明において、燃焼室の上側蓋から熱回収装置に敷設される循環管の途中にボールバルブを設けて、前記蓋が開けられる時に前記循環管がボールバルブにより自動に閉じて、前記熱回収装置に外気が流れ込むことと、また熱気の逆流による作業者の火傷を防止することが出来る。

また、この発明において、前記燃焼室の内部温度をセンサーで測り得る電気信号で、コントローラーを通じて補助燃料装を制御して、前記燃焼室の内部温度が８００℃以下に降りることがないようにする構成にも実施出来るのである。

発明の効果

この発明の高温熱分解焼却炉によると、給気管を中央に配置しているから、燃焼室の占有空間が小さいので、外形に比べて処理容量が増大される焼却炉を提供する長所がある。

また、燃焼室中央の給気管では、送風ファンを通じて強制に供給される外部空気が、上、中、下の３段階に穿設された給気孔から噴出されるために、燃焼室の隅々まで、燃焼に要する空気が十分に供給される長所もある。

また、攪拌棒が焼却処理物を継続して掻き回すから、燃焼残留物が無く、完全燃焼させることが出来るという長所もある。

また、蓋の一側から外部に延長された循環管を通じて、燃焼ガスが熱回収装置の内部に流れ込んで廃熱回収された後で、再び燃焼室の下側に復帰循環されるようにすることから、熱損失は小さく、廃熱回収率は高いという長所もある。

また、攪拌棒は途中に孔が穿っているから、攪拌中に焼却処理物が一方に偏在することも無く、攪拌効果が燃焼室の全体で均一に現る長所もある。

また、蓋の開放時では、熱回収処置に延長される循環管の途中が、自動に遮断されることにより、前記熱回収処置から蓋の内側に廃熱が逆流しないから、作業者は安全に燃焼室に焼却処理物を再装填することが出来るという長所もある。

また、この発明によると、燃焼室内から燃焼が進む時に、その内部温度が８００℃未満に測定されると、コントローラーが燃料供給処置のポンプを動作させる構成ですから、焼却処理物が燃焼される時の前記燃焼室の内部温度は、ダイオキシンが発生しない温度範囲で維持されるから、大気中にダイオキシンを放出しないという長所もある。

この発明の一実施例による高温熱分解焼却炉の側断面図である。 図１の示す燃焼室の内部に配置される給気管と、その周辺のノズルを表す拡大図である。 給気管の上端の蓋にかかる締着構造を示す分解斜視図である。 前記図１に示した燃焼室の下部の攪拌棒にかかる構造を表す部分拡大断面図である。 前記図１に示した蓋の開放によるボールバルブの自動閉鎖過程を示す部分拡大断面図である。 前記図１に示した循環管のボールバルブにかかる構造を表す部分拡大斜視図である。 この発明にかかる高温熱分解焼却炉の燃焼室の温度を一定に維持させるための制御回路の構成を示すブロック図。

２：燃焼室
４：熱回収装置
６：燃料供給装置
８：コントローラー
１０：給気管
１２：蓋
１４：燃料供給管
１６：給気孔
１８：ノズル
２０：栓
２１：締結溝
２２：切欠
２４：ラッチ
２６：送風ファン
２８：有孔板
３０：攪拌棒
３２：軸受部
３４：螺子ジョイント
３６：六角凸面部
３８：六角凹面部
４０：ぷーり
４２：ベルト
４４：駆動モーター
４６：空圧シリンダー
４８：循環管
５０：給送ファン
５２：バルブシート
５４：ボールバルブ体
５６：キャップ
５８：温度センサー
６０：増幅部
６２：波形整形部
６４：計数部
６６：比較器
６８：演算部
７０：スイッチング部

以下、この発明の望ましい実施例を添付図面により詳しく説明する。
ただし、実施形態の記載において、類似の機能、及び作用部分については、全ての図面に同一符号を付している。また、明細書の「ある部分と他の部分とが連結されて」という表現は、「直接連結されている場合」だけでなく、他の要素を介して「間接連結されている場合」も含むことである。
なお、ある構成要素を「含むこと」とは、特に記載の無い限り、他の構成要素を除外することではなく、他の構成要素をさらに含むことが出来ることを意味する。

図１はこの発明の一つの実施例にかかる高温熱分解焼却炉の側断面図であり、図２は前記図１に示した燃焼室の内部に配置される給気管と、その周辺のノズルを現す拡大図であり、図４は前記図１に示した燃焼室の下部の攪拌棒にかかる構造を現す部分拡大断面図であり、図５は図１に示した蓋の開放によるボールバルブの自動閉鎖過程を表す部分拡大断面図であり、図６は図１に示した循環管のボールバルブの構成を表す部分拡大斜視図、図７はこの発明にかかる高温熱分解焼却炉の燃焼室の温度を一定に維持させるための制御回路の構成を示すブロック図である。

この発明にかかる高温熱分解焼却炉は、図１に示したように、燃焼室２と、その周辺に設けられる熱回収装置４と、燃料供給装置６、及びコントローラー８とを含んでいる構成となる。

前記燃焼室２の内外面は耐熱、耐酸性材料に仕上げた鋼板で製作することが良い、その内部中央には給気管１０が鉛直に配置されており、また上側では焼却処理物、例えば、一般の生活ごみ、或いは産業廃棄物等を投入出来るように、蓋１２で開閉自在に被せる一方、前記給気管１０の上部周辺には、燃焼を促進するための燃料供給管４が放射状に配置されている。

前記給気管１０は、１３００℃以上の高温でも耐えられる材質を採用することが良い、その長さと断面形状は燃焼室２内に供給される酸素量と、送風圧、そしてごみの投入方向等を定める要素である。

前記給気管１０の外周には、図２に示したように、上、中、下に区分して多数の給気孔１６が等分位置に開けられており、これらにより空気が前記燃焼室２の上、中、下位置から円周方向に吹き付け、全ての地域の隅々まで均等に供給される。

前記給気孔１６は、この発明にかかる高温熱分解焼却炉の目的にさらに附合するように、精密に計算したサイズと、形状、指向角、数量、配置間隔等に備えられる。

尚、前記燃料供給装置６に連通される燃料供給管１４は、燃焼室２の上部からその内周面に沿って延長されており、ここには多数の燃料噴射用ノズル１８が、等間隔に配列されて、燃焼室２の内部に燃焼用燃料を供給するようになっている。

この発明において、供給される燃料は廃油とか、石油などの液状燃料が適合する。

前記給気管１０の上端は密閉させて永久閉鎖する構造より、栓２０で開閉されるようにすると、前記給気管１０の内部を掃除することが出来るから望ましく、また、前記栓２０の開閉構造は一般の螺合方式も可能であるが、この発明においては、図３に示したように、給気管１０の上端の内周面に、締結溝２１と、切欠２２とを形成し、これと対応する栓２０はラッチ２４を一体に備えて、前記切欠２２に挟まれ、かつ前記締結溝２１と噛み合うことで連結されるワンタッチ方式になっている。

また図１を参照すると、給気管１０の下端は燃焼室２の外部に設けられた送風ファン２６と連通され、また前記燃焼室２の底を定義する有孔板２８の上側には攪拌棒３０が、前記給気管１０の下部に配備された軸受部３２に回転自在に設けられている。

前記給気管１０と、攪拌棒３０も分解可能な構造に設けることが望ましく、もっと詳しくは、図４に示したように、給気管１０の下部を燃焼室２の底側部分と、その上側部分に等分して形成し、その間を螺子ジョイント３４で、分解可能に連結する一方、前記軸受部３２の上端に六角凸面部２６を形成し、またこれに対応する攪拌棒３０の軸頭には、六角凹面部３８を形成して、互いに挟み合うことで組み立てるようにしている。

これにように、分解出来るようにすると、焼損される部品の交換が容易し、かつ分解掃除も出来るから装置の寿命も延長される。

一方、攪拌棒３０は内側に孔を多数備えているから軽量であり、また上下辺の輪郭が波模様になっているから、攪拌中に焼却処理物が一側に偏在しないで、均等にかき回し広がって、空気と十分に接触するようになるから、前記焼却処理物を短時間に完全燃焼させることが出来る。

前記軸受部３２は有孔板２８の下方に延長される終端にぷーり４０を有しているから、ベルト４２により伝達される駆動力で回転するようになっている。

また図１を参照すると、前記ベルト４２は燃焼室２の外部に配置された駆動モーター４４に連結されて、攪拌棒３０を駆動させるようになっている。

燃焼室２の上方で、空圧シリンダ４６により、図面の１点鎖線の位置に、開閉される蓋１２の一側には、循環管４８が熱回収装置４を経て燃焼室２の下側に戻るように延長されており、特に蓋１２と熱回収装置４の間に位置する循環管４８の途中には、給送ファン５０と、バルブシート５２、及びボールバルブ体５４が設けられている。

給送ファン５０は、燃焼室２の熱気を強制圧送し、循環管４８を通じて吸引される熱気が、熱回収装置４を通過しながら熱交換された後で、燃焼室２の下側に復帰するように循環させて廃熱回収率が向上されるようにする。

また、バルブシート５２と、ボールバルブ体５４との間は、蓋１２の開閉に連動して自動に開閉されて、前記蓋１２が開く時に循環管４８を遮断させるようになる。

即ち、図５に示したように、二つに分割配置された循環管４８の一端に、バルブシート５２を形成し、他端は球形のボールバルブ体５４に形成したものを、前記バルブシート５２に前記ボールバルブ体５４を枢着し、さらにキャップ５６を被せ、リベット、或いはボルト、及びナッツで固定して組合状態を維持保存する構造のボールバルブとなっている。

前記ボールバルブは、二つに分割された循環管４８が直線状に伸びると、開放状態となり、また、空圧シリンダー４６が蓋１２を開くと、図６に示したように、関節作動して折られるながら循環管４８を遮断させて、熱回収装置の熱が逆流しないようにすることである。

前述のような構成になる、この発明の高温熱分解焼却炉にあっても、燃焼室２の内部燃焼状態を測定するための温度センサー５８を備えることも出来、前記温度センサー５８から得られる測定信号をコントローラー８が演算処理した値に、前記燃料供給装置６を制御させて、燃焼室２の内部温度が８００℃以上に維持されるようにすると、燃焼中にダイオキシンの発生を抑制することも出来る。

前記温度センサー５８から測定される信号を演算処理するためのコントローラー８の回路にかかる一つの例では、図７に示したように、測定信号を増幅部６０から信号増幅し、波形整形部６２を経てデジタル信号に変換させて計数部６４に印加し、また、計数部６４の出力信号は比較器６６に印加され、基準レベルと比較されてその以上のレベルなら、演算部６８がスイッチング部７０をターンオンさせる構成にあって、前記スイッチング部７０により燃料供給装置６が稼動されると、ノズル１８を通じて噴射される燃料が燃焼室２の内部燃焼を促進させて温度の上昇を造成するようになる。

この発明の高温熱分解焼却炉によると、空圧シリンダー４６で蓋１２を開け、焼却処理物を投入し、再び蓋１２を閉め密閉化後、外部空気を送風ファン２６にて燃焼室２の内部へ強制圧送させると、前記燃焼室２の中央側給気管１０で、
上、中、下に区分穿設された給気孔１６から円周方向に噴出され、前記燃焼室２の隅々まで均等に分散供給される。

この時、燃料供給装置６を稼動させると、燃料供給管１４を経てノズル１８から燃料が噴霧され、同時に燃焼室２の内部を点火させることで焼却が始まる。

焼却処理物の焼却中にも送風ファン２６は継続して空気を圧送するが、燃料供給管１４からの燃料供給は、燃焼室２の内部温度が８００℃以上になるまで続く。

また、燃焼室２の内部から焼却が始まると同時に、攪拌棒３０が回転し始めて、投入された焼却処理物は強制に掻き混ぜられて、燃料及び空気と共にことごとく混ぜ合わされることにより、短時間に完全燃焼されるのである。

そして、生ごみとか、動物の死体とか、おしめ、医療廃棄物等の含水率が高い焼却処理物とように、燃焼室２の底から自重できちんきちんと積もって、その内部が燃焼され難い状態になっても、前記攪拌棒３０がこれらを取り混ぜて燃焼されない焼却処理物が、燃料と空気とに接触して燃焼されるようにすることから、含水率が高い焼却処理物の完全燃焼にも最適である。

一方、給気管１０の外周から各々計算的数量と、角度、及び大きさで上、中、下に形成された給気孔１６から噴出される空気は、前記燃焼室２の内部に上、中、下、三層のエアカーテンを形成する。

前記三層のエアカーテンは、焼却時に発生する熱の発散を抑制するから、燃焼区域の温度は短時間に１２００℃の高温に高まって、焼却処理物の不完全燃焼がなく、さっばりした焼却処理され、水分含量が多いものは勿論、ビニール、プラスチック製品でも、煤煙の発生がない完全燃焼処理されるように助力する。

この故に、この発明装置の焼却処理は、１２００℃水準の高温雰囲気になされるから、有害物質と煤煙の排出による環境汚染が起きない親環境的なことで、また、焼却処理物は短時間に高温焼却されて完全燃焼になるから、一日処理量が装置の規模に比べて大幅増大されるので、運営の効率性が高く。

そして、燃焼室２から発生する熱の温度が８００℃以上になると、送風ファン５０によって、蓋１２の循環管４８を経て燃焼室２の熱気が熱回収装置４に流れ込んで、再び燃焼室２の下側に復帰する熱気循環作用が起きながら廃熱回収が行われることである。

このような廃熱回収過程から、循環管４８の途中に設けられた給送ファン５０により燃焼室２と熱回収装置４との間に行う熱気循環が促進されるから、この発明の廃熱回収率は極めて高い。

また、燃焼室２の底から旋回する攪拌棒３０が焼却処理物を取り混ぜることにより、燃やし残す灰は有孔板２８に落ちるので、処理作業中に燃焼室２を掃除する必要なく、引っ切り無しに焼却処理物を投入し焼却させることが出来る。

この場合にあっても、空圧シリンダー４６により蓋１２が開くと、バルブシート５２と、ボールバルブ体５４との間が関節作動し、自動に循環管４８の途中を遮断するために、熱回収装置４から熱気が逆流して、蓋１２の内側に吐く事が起きないから、焼却処理物を投入する作業者が火傷を負うこともないので、安全作業が保障される。

前述のようなこの発明の高温熱分解焼却炉では、この発明が属する技術分野で通常の知識を有するであれば、様々な変形や応用が可能であり、この発明による技術的範囲は請求範囲によって解釈されなければならない。

Claims (4)

1. 内部に投入される焼却処理物を、外部と隔離させた燃焼室の中から、高温に燃焼させながら、外部空気を前記燃焼室に強制供給するようになっている高温熱分解焼却炉にあって、
   前記燃焼室２の中心に固定配置される給気管１０と、前記燃焼室２の内周縁に設けられる燃料供給管１４と、前記燃焼室２の底に敷設されて燃焼により生じる灰が外部に落ちるようにする有孔板２８と、前記給気管１０に回転自在に軸設されると共に前記有孔板２８の上面で旋回する攪拌棒３０と、前記燃焼室２の外部一側に配置される熱回収装置４と、前記燃焼室２の蓋１２の一側から前記熱回収装置４の内部を経て前記燃焼室２の壁体に延長されて前記攪拌棒３０の上方へ復帰するように敷設される循環管４８を含む構成となることを特徴とする高温熱分解焼却炉。
2. 前記攪拌棒３０は、内側に多数の孔を有して軽量になり、また上下辺の輪郭が波模様になっており、前記燃焼室２の内部から焼却処理物が空気と十分に接触されるように攪拌する構成となることを特徴とする請求項１に記載の高温熱分解焼却炉。
3. 前記循環管４８は、前記熱回収装置４と接続される部分が二つに分割配置されると共に、一側の循環管４８にはバルブシート５２が設けられ、他側の循環管４８の終端は、前記バルブシート５２に枢着される球形のボールバルブ体５４に形成されるボールバルブになり、前記蓋１２の開閉に同期してボールバルブが自動に循環管４８を開閉する構成となることを特徴とする請求項１に記載の高温熱分解焼却炉。
4. 前記燃焼室２の内部には、温度センサー５８とコントローラー８とが配置され、前記コントローラー８は前記温度センサー５８の測定信号を増幅する増幅部６０と、増幅された信号をデジタル信号に変換させる波形整形部６２と、この波形整形されたデジタル信号を計数し出力する計数部６４と、この計数部６４の出力信号が基準レベル以上なら、信号を出力する比較器６６と、この比較器６６の信号が印加されると信号を出力する演算部６８と、この演算部６８の出力信号でタンオンされて燃料供給装置６の燃料ポンプを稼動させるスイッチング部７０を含む構成となることを特徴とする請求項１に記載の高温熱分解焼却炉。

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