JP6888786B2 - 小型焼却溶融炉 - Google Patents

Description

本発明は、小型焼却溶融炉に関し、詳しくは、多種多様な廃棄物を効率的に溶融処理することができる小型焼却溶融炉に関する。

東日本大震災においては、大量に発生した瓦礫を処理する必要が生じた。しかし、焼却温度１１００℃〜１３００℃の通常の焼却炉で津波により塩分を含む瓦礫を焼却すると、塩素ガスが発生する。塩素ガスは、焼却炉の燃焼温度を２５０℃〜３００℃程度、低下させるため、燃焼状態が悪化し、有害なダイオキシン類が発生する。
また、発生した塩素ガスは、焼却炉の炉壁に浸透し、炉壁を劣化させ、焼却炉の寿命を縮める。そのため、焼却炉が使用できなくなり、生活ごみ等の一般廃棄物の処理が滞るおそれがある。塩素ガスの処理には、１４００℃以上の燃焼温度を要する。
そこで、焼却温度を１４００℃〜１５００℃に設定し、より高温で廃棄物を焼却・溶融する溶融炉が一部自治体・企業に採用されている。溶融炉は、廃棄物をスラグ化することで無害化、減量化を図ることができる点で優れている一方、導入コスト、運用コストとも高く、また、目標の設定温度に達せず、実際の使用が控えられるケースが多いとも言われる。

例えば、特許文献１には、内壁部材と外壁部材との間の断熱空隙の圧力を真空側に低下させることで、断熱性を発揮し、急速昇温が可能で、高温状態を安定的に維持することができるとする熱効率の高い炉が開示されている。

特許文献２には、出滓口の周辺に加熱手段を備え、スラグを加熱することで、焼却残渣の溶融スラグを安定して出滓でき、出滓口の周辺の構成部材を長寿命化できるとする構造の加熱溶融処理装置が開示されている。

特許文献３には、高濃度のダイオキシン類を含む各種の廃棄物を連続的に一の焼却設備によって処理することができ、排ガス中に含まれるダイオキシン類を除去し、ダイオキシン類を含む飛灰を安定化処理し、ダイオキシン類を効率的に分解して無害化処理することができるとする廃棄物の処理方法が開示されている。

特開平７−２８０４５５号公報 特開２００１−１２７２２号公報 特開２０００−２７４６２２号公報

特許文献１に開示された炉は、高い断熱性を維持することで、陶磁器の焼成に求められる１２５０℃程度の高温に昇温させることが可能であるが、塩素ガスの発生による燃焼温度の低下や炉壁の劣化に対応したものではない。

特許文献２に開示された加熱溶融処理装置は、焼却温度を１４００℃に昇温可能な溶融炉で、スラグ自身を耐火材の保護層にする、いわゆるセルフコーティングにより、出滓口の周辺の構成部材を長寿命化するものであるが、塩素ガスの発生に対応して溶融炉全体を長寿命化するものではない。

特許文献３に開示された廃棄物の処理方法は、高濃度ダイオキシン類を含む廃棄物を１２００℃以上の燃焼温度で燃焼させることで発生したダイオキシン類を含む排ガスを、反応触媒を含有する塩酸酸性吸収液により洗煙することで無害化処理するものであるが、塩素ガスの発生による燃焼温度の低下や焼却溶融装置の劣化に対応したものではない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、二重床の上下それぞれに設けられた１対のバーナ噴出口からの火炎で廃棄物を挟み込んで高温で効率的に燃焼させることにより、塩素ガスの発生を抑え、炉壁を劣化させず、長寿命化を実現した小型焼却溶融炉を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、垂直に設けられた第１の側壁に沿って中心方向に対して偏心した向きに第１バーナ噴出口を設けて投入された廃棄物を燃焼させる第１炉と、該第１炉において前記第１の側壁に対して水平に設けられた底部の炉床より下方に位置し、垂直に設けられた第２の側壁に沿って中心方向に対して偏心した向きに第２バーナ噴出口を設けて前記第１炉で燃焼した前記廃棄物の灰を溶融させる第２炉と、前記炉床に設けられて前記第１炉と前記第２炉とを互いに連通して前記第１炉から前記第２炉に前記廃棄物の灰を導くとともに前記第２炉から前記第１炉に前記第２バーナ噴出口から噴出された火炎を導く開口と、前記第１炉における前記第１バーナ噴出口の上方に設けられ、外部から前記廃棄物を投入するための開閉自在な廃棄物投入口とを備えていることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記第１炉の下部が、逆円錐台状に形成されていることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記第２炉を貫通し、前記第１炉の中央で前記炉床に対して垂設されたエア供給パイプをさらに有し、外部から取り込んだ空気を噴出するエア噴出孔が、前記エア供給パイプの側面に設けられていることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１から第３のいずれか１つの技術手段において、前記第１炉が、前記第１バーナ噴出口より上方の前記第１炉の中央部分で、上部と下部に分割可能なことを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１から第４のいずれか１つの技術手段において、前記側壁および前記炉床が、モリブデン鋼であることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第２から第５のいずれか１つの技術手段において、中心側が下方に向いたリング部材が、前記第１炉の側壁に設けられていることを特徴としたものである。

本発明によれば、二重床の上下それぞれに設けられた１対のバーナ噴出口からの火炎で廃棄物を挟み込んで高温で効率的に燃焼させることにより、塩素ガスの発生を抑え、炉壁を劣化させず、長寿命化を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉およびその付属設備の側面図である。 本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の内部構造を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の図２に示すＡ−Ａ切断線における断面図である。 本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の図２に示すＢ−Ｂ切断線における断面図である。 本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の図２に示すＣ−Ｃ切断線における断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の小型焼却溶融炉に係る好適な実施の形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。

図１は、本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉およびその付属設備の側面図である。

本実施形態に係る小型焼却溶融炉１は、第１炉１７と、第１炉１７の炉床１５より下方に位置する第２炉１８とにより構成される。
第１炉１７は、側壁１３に第１バーナ噴出口３１を有する。また、第２炉１８は、側壁１３に第２バーナ噴出口３３を有する。
第１バーナ噴出口３１および第２バーナ噴出口３３は、それぞれ、小型焼却溶融炉１の外部に設置された第１燃焼バーナ３０および第２燃焼バーナ３２に接続されている。
第１燃焼バーナ３０および第２燃焼バーナ３２は、ブロワを備え、１４５０℃以上の温度の火炎を、第１バーナ噴出口３１および第２バーナ噴出口３３を通じて、第１炉１７および第２炉１８のそれぞれの内部に噴出する。
上記以外の小型焼却溶融炉１の詳細については、図２の説明で後述する。

小型焼却溶融炉１は、第１炉１７の上方に廃棄物投入口２０を備える。廃棄物投入口２０は、外部から廃棄物を投入するために開閉自在に設けられる。図１において、廃棄物投入口２０に隣接して、投入装置６０が設けられている。投入装置６０は、図示しないホースにより油圧ユニット６１と接続され油圧駆動するが、油圧以外の方式により駆動するものであってもよい。
廃棄物は、まず、投入装置６０と廃棄物投入口２０の間の空間に設けられた図示しない箱に上方から投入される。次に、該箱は、廃棄物の投入後、チエンブロック７０により吊り下げられる蓋７１で閉じられる。
そして、投入装置６０は、廃棄物投入口２０に向けて、廃棄物が投入された箱を押し出し、そこから廃棄物は、第１炉１７の内部に投入される。

小型焼却溶融炉１は、第１炉１７の上方に、第１胴巻きフランジ２２を介して、蓋部２１を有する。蓋部２１は、その上方に延伸した部分で、フランジ５１を介して、ダクト５０と接続している。なお、第１炉１７と蓋部２１とは第１胴巻きフランジ２２を境に、蓋部２１とダクト５０とはフランジ５１を境に、それぞれに分割することができる。
第１炉１７で発生した排気は、ダクト５０を通じて、小型焼却溶融炉１の外部に排出される。ダクト５０を通った排気は、図示しない冷却装置やバグフィルタにより、冷却・集塵処理される。小型焼却溶融炉１にて１４００℃以上の燃焼温度で分解された塩素ガスは、冷却装置にて二酸化塩素（ＣｌＯ₂）になり、凝集処理される。

図２は、本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の内部構造を示す側面図である。

上述のように、小型焼却溶融炉１は、側壁１３に第１バーナ噴出口３１を有する第１炉１７と、第１炉１７の炉床１５より下方に位置し側壁１３に第２バーナ噴出口３３を有する第２炉１８とにより構成される。

小型焼却溶融炉１の筐体は、次のような構造からなる。
すなわち、最も外側の外壁１０および蓋部２１は、鉄製で、例えば、６ｍｍ厚の鉄板が用いられる。ここで、蓋部２１の内部には、小型焼却溶融炉１の外部に設置された図示しないタンクからの水が冷却されながら循環し、小型焼却溶融炉１の気密性を高めている。
外壁１０より内側の断熱キャスタブル１１は、軽石状で外部の熱を遮断するセメントの一種で、その耐熱温度は、１３００℃である。
断熱キャスタブル１１より内側の耐火キャスタブル１２も、同様にセメントの一種であり、その耐熱温度は、さらに高温で１８３０℃である。
耐火キャスタブル１２より内側で第１炉１７を形成する側壁１３には、モリブデン（Ｍｏ）を含有するステンレス鋼（モリブデン鋼）が用いられ、例えば、２０ｍｍ厚のものが使用され、その耐熱温度は、２７００℃である。

第１炉１７の下部は、逆円錐台状に形成されている。また、第１炉１７の底部の炉床１５にも、耐熱温度が２７００℃の上記モリブデン鋼が用いられる。炉床１５には、第１炉１７と第２炉１８とを互いに連通する、図示しない開口１９が設けられている。
第２炉１８の側壁１３および底部にも、耐熱温度が２７００℃の上記モリブデン鋼が用いられる。

第２炉１８の底部より下方には、小型焼却溶融炉１全体を支える基礎部１６が設けられている。基礎部１６には、上述した耐熱温度が１８３０℃の耐火キャスタブルが用いられる。
基礎部１６の内部には、外壁１０から小型焼却溶融炉１の中心方向に伸びるエア通路４２が、形成されている。

第１炉１７の中央には、エア供給パイプ４０が、炉床１５に対して、第２炉１８を貫通して垂設されている。エア供給パイプ４０には、耐熱温度が２７００℃の上記モリブデン鋼が用いられる。
エア供給パイプ４０の側面には、エア噴出孔４１が設けられ、エア通路４２を通じて外部から取り込んだ空気が、エア噴出孔４１から噴出する。
エア噴出孔４１からの空気は、下方に向けて、エア供給パイプ４０の周囲を旋回するように噴出させるのが好ましい。

これにより、廃棄物を焼却することで発生するガスにより欠乏する酸素を供給することができる。特に、塩化ビニール等を燃焼したときは、発生したガスが留まり、炎が消えるおそれがあり、酸素供給の必要性は、一層高まる。
エア通路４２が外壁１０で開口する先には、図示しないブロワが設置され、燃焼状態に応じて必要な風量の空気が、エア通路４２に導入される。なお、このブロワには、上述した第１燃焼バーナ３０および第２燃焼バーナ３２に用いられるブロワと同一のものを使用することができる。

第１炉１７の側壁１３には、中心側が下方に向いたリング部材１４が、設けられている。リング部材１４には、耐熱温度が２７００℃の上記モリブデン鋼が用いられる。
リング部材１４が設けられていることにより、第１炉１７に廃棄物が投入された際に、隙間が設けられ、廃棄物が側壁１３に付着して炎が届かなくなるのを防ぐと共に、エア噴出孔４１から噴出した空気に含まれる酸素が、第１炉１７の隅々に供給され、燃焼を促進する。
リング部材１４は、上下に異なる位置に複数設けられてもよい。
また、リング部材１４は、燃焼が進んでいる第１炉１７の下部の逆円錐台状に形成されている部分の側壁１３よりも、これから燃焼が進む第１炉１７の上部の垂直に設けられた側壁１３に、より多数設けられることが望ましい。

第１炉１７は、第１バーナ噴出口３１より上方の第１炉１７の中央部分で、第２胴巻きフランジ２３を境に、上部と下部に分割することができる。
これにより、小型焼却溶融炉１の移動が容易となり、廃棄物処理の需要がある場所のより近くに、小型焼却溶融炉１を設置することが可能となる。

図３Ａは、本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の図２に示すＡ−Ａ切断線における断面図である。なお、本図では、リング部材１４は、図示を省略する。

図示しない第１燃焼バーナ３０の火炎は、第１バーナ噴出口３１から第１炉１７の内部に向けて噴出する。ここで、第１バーナ噴出口３１は、本図に示す通り、中心方向に対して偏心した向きに設けられる。そのため、上記火炎は、左巻きの旋回流となり、第１炉１７に投入された廃棄物を燃焼する。ここで、第１炉１７の燃焼温度は、１４００℃〜１５００℃に維持される。
また、上述したように、炉床１５には、第１炉１７と第２炉１８とを互いに連通する開口１９が設けられている。

図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の図２に示すＢ−Ｂ切断線における断面図である。

図示しない第２燃焼バーナ３２の火炎は、第２バーナ噴出口３３から第２炉１８の内部に向けて噴出する。ここで、第２バーナ噴出口３３は、本図に示す通り、中心方向に対して偏心した向きに設けられる。そのため、上記火炎は、左巻きの旋回流となる。
第２炉１８が、所定の高温に熱せられると、第２炉１８で旋回する火炎は、開口１９を通じて、第１炉１７に上がり、第１炉１７における廃棄物の燃焼を促進する。

また、先に第２図で示した通り、第２炉１８の天井部分は、第１炉の炉床１５に相当し、第２炉１８で旋回する火炎は、炉床１５を加熱する。
炉床１５が１６００℃以上に加熱されると、第１炉１７で燃焼した廃棄物の灰が、溶融し、開口１９を通じて、重力により第２炉１８に落ちてくる。
上述のように、第２バーナ噴出口３３から火炎を噴出する第２燃焼バーナ３２は、灰を溶融させる必要があることから、専ら廃棄物を燃焼する第１バーナ噴出口３１から火炎を噴出する第１燃焼バーナ３０よりも出力が大きくなるように、燃料供給を調整することが好ましい。

図３Ｃは、本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉の図２に示すＣ−Ｃ切断線における断面図である。
上述したように、基礎部１６には、耐火キャスタブルが用いられ、基礎部１６の内部には、外壁１０から小型焼却溶融炉１の中心方向に伸びるエア通路４２が、形成されている。

なお、図３Ｂおよび図３Ｃのいずれにも図示されていないが、第２炉１８の底面から基礎部１６を経由して、小型焼却溶融炉１の外壁１０へと延びる排出口が設けられ、溶融した灰は、ベルトコンベア等により、小型焼却溶融炉１の外部に排出される。
そして、排出された灰は、シャワーにより冷やされ固形物（溶融スラグ）になった後、粉砕機にかけられてサイズが一定に揃えられ、骨材等の建築・土木資材として再利用することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る小型焼却溶融炉１によると、炉内温度が１０００℃までに３分以内に、１５００℃までに１２〜１３分で上昇し、溶融した灰が３０分程度で炉外に排出されるに至り、廃棄物の処理が短時間で完了する。

このように、第１炉１７および第２炉１８のそれぞれに設けられた第１バーナ噴出口３１および第２バーナ噴出口３３からの火炎で廃棄物をサンドイッチ状に焼却することにより、効率的な燃焼が実現し、燃焼時間を短縮することができる。
また、上記効率的な燃焼により、炉内の高温を維持し、塩素ガスの発生を抑えることができる。
さらに、炉内が塩素ガスの処理温度である１４００℃に達するまでの間は、塩素ガスが浸透して炉壁を劣化させるが、第１炉１７の側壁１３および炉床１５ならびに第２炉１８の側壁１３および底面に、耐熱性のみならず耐食性にも優れるモリブデン鋼を用いることで、炉の長寿命化を実現することができる。

１…小型焼却溶融炉、１０…外壁、１１…断熱キャスタブル、１２…耐火キャスタブル、１３…側壁、１４…リング部材、１５…炉床、１６…基礎部、１７…第１炉、１８…第２炉、１９…開口、２０…廃棄物投入口、２１…蓋部、２２…第１胴巻きフランジ、２３…第２胴巻きフランジ、３０…第１燃焼バーナ、３１…第１バーナ噴出口、
３２…第２燃焼バーナ、３３…第２バーナ噴出口、４０…エア供給パイプ、４１…エア噴出孔、４２…エア通路、５０…ダクト、５１…フランジ、６０…投入装置、６１…油圧ユニット、７０…チエンブロック、７１…蓋。

Claims (6)

1. 垂直に設けられた第１の側壁に沿って中心方向に対して偏心した向きに第１バーナ噴出口を設けて投入された廃棄物を燃焼させる第１炉と、
   該第１炉において前記第１の側壁に対して水平に設けられた底部の炉床より下方に位置し、垂直に設けられた第２の側壁に沿って中心方向に対して偏心した向きに第２バーナ噴出口を設けて前記第１炉で燃焼した前記廃棄物の灰を溶融させる第２炉と、
   前記炉床に設けられて前記第１炉と前記第２炉とを互いに連通して前記第１炉から前記第２炉に前記廃棄物の灰を導くとともに前記第２炉から前記第１炉に前記第２バーナ噴出口から噴出された火炎を導く開口と、
   前記第１炉における前記第１バーナ噴出口の上方に設けられ、外部から前記廃棄物を投入するための開閉自在な廃棄物投入口とを備えた小型焼却溶融炉。
2. 前記第１炉の下部が、逆円錐台状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の小型焼却溶融炉。
3. 前記第２炉を貫通し、前記第１炉の中央で前記炉床に対して垂設されたエア供給パイプをさらに有し、
   外部から取り込んだ空気を噴出するエア噴出孔が、前記エア供給パイプの側面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の小型焼却溶融炉。
4. 前記第１炉が、前記第１バーナ噴出口より上方の前記第１炉の中央部分で、上部と下部に分割可能なことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の小型焼却溶融炉。
5. 前記側壁および前記炉床が、モリブデン鋼であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の小型焼却溶融炉。
6. 中心側が下方に向いたリング部材が、前記第１炉の側壁に設けられていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１つに記載の小型焼却溶融炉。
   

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