JP6906878B1 - 燃焼炉及びボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物固形燃料やバイオマス燃料等の被燃焼物を効果的に着火でき、不完全燃焼の発生を低減できる燃焼炉及びボイラシステムを提供する。【解決手段】燃焼炉１は、被燃焼物を投入及び着火して１次燃焼を行う第１燃焼部２と、第２次燃焼を行う第２燃焼部３と、第３次燃焼を行う第３燃焼部４を備える。第１燃焼部２は、中心軸を水平方向に対して傾斜して配置された円錐台形状の第１燃焼室８と、被燃焼物を投入する投入コンベヤ５と、被燃焼物を着火するバーナ６と、第１燃焼室８に第１燃焼空気を供給して旋回流を形成する複数の第１燃焼空気供給口９を有する。第２燃焼部３は、中心軸を水平方向に対して傾斜して配置され、中心軸回りに回転駆動される円筒形状の第２燃焼室１７を有する。第１燃焼部２の外周部に設けられた空気室１０と整流室１１を通った空気が第２燃焼空気供給口１２から吹き出されて、第２燃焼室１７内に第２燃焼空気の旋回流を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば廃棄物固形燃料や木質燃料を燃焼する燃焼炉と、これを用いたボイラシステムに関する。

従来より、廃棄物固形燃料やバイオマス燃料を燃焼する燃焼炉として、ストーカ炉が用いられている（例えば、特許文献１参照）。ストーカ炉は、火格子の上に被燃焼物を導き、下方から燃焼空気を供給すると共に可動火格子で被燃焼物を撹拌し、被燃焼物の燃焼を促進する。被燃焼物が燃焼して生成された灰は、可動火格子によって火格子の下流側に導き、収集部に収集している。

ストーカ炉の火格子は、固定火格子と可動火格子が互いに隣接して配置されており、この固定火格子と可動火格子との間等に、廃棄物固形燃料に含まれるプラスチックが溶融して滞留し、不燃物が凝集してクリンカが固着しやすい問題がある。また、被燃焼物に塩化ビニルが含まれる場合、燃焼に伴って塩化水素が生じ、これにより可動火格子の金属部分が腐食して燃焼炉が劣化する問題がある。

また、従来より、廃棄物固形燃料やバイオマス燃料を燃焼する燃焼炉として、ロータリーキルンが用いられている（例えば、特許文献２参照）。ロータリーキルンは、内側に円筒形状の燃焼室が形成されて回転駆動される燃焼炉を、一端よりも他端が低くなるように、中心軸を水平方向に対して傾斜して配置している。この燃焼室の一端に、被燃焼物の投入口と、燃焼空気の吹出口と、着火用バーナが設けられている。投入口から供給して着火した被燃焼物を、回転する燃焼炉で撹拌しながら、重力で他端側に移動させる間に燃焼させる。ロータリーキルンの燃焼室は、内壁が耐火材で覆われて金属部分が露出していないので、塩化ビニルを含まれる被燃焼物を燃焼しても腐食が生じにくい利点がある。

特開２０１０−２０３７１３号公報 特開２００８−１３９００９号公報

しかしながら、上記従来のロータリーキルンは、円筒形状の燃焼室の一端に投入した被燃焼物を着火し難い不都合がある。詳しくは、燃焼室の一端に投入した廃棄物固形燃料やバイオマス燃料は、着火用バーナによる着火に時間がかかり、着火が不十分なまま他端側に移動する被燃焼物が生じて燃焼効率が低下する問題がある。また、円筒形状の燃焼室の一端から十分な量の燃焼空気を供給し難く、不完全燃焼が生じやすい不都合がある。

そこで、本発明の課題は、廃棄物固形燃料やバイオマス燃料等の被燃焼物を効果的に着火でき、不完全燃焼の発生を低減できる燃焼炉と、これを用いたボイラシステムを提供することにある。また、被燃焼物の停滞が生じ難く、塩素を含む被燃焼物を燃焼しても劣化が生じ難く、炉内のクリンカの固着が少ない燃焼炉と、これを用いたボイラシステムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の燃焼炉は、他端が一端よりも大きい径を有して開口し、一端よりも他端が低くなるように中心軸を水平方向に対して傾斜して配置された円錐台形状の第１燃焼室と、この第１燃焼室の一端側に設けられた被燃焼物投入部及び着火部と、上記第１燃焼室の側面に設けられて第１燃焼空気を供給する第１燃焼空気供給口とを有する第１燃焼部と、
一端が上記第１燃焼部の第１燃焼室の開口に連なると共に他端に灰及び熱風の排出口が形成され、一端よりも他端が低くなるように中心軸を水平方向に対して傾斜して配置され、上記中心軸回りに回転駆動される円筒形状の第２燃焼室を有する第２燃焼部と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、第１燃焼部の第１燃焼室の一端側で、被燃焼物投入部により被燃焼物が投入され、着火部により被燃焼物が着火される。第１燃焼室の側面の第１燃焼空気供給口から供給された第１燃焼空気は、第１燃焼室が円錐台形状に形成されていることにより、この第１燃焼室内を一端から他端に向かって旋回状に流れる。被燃焼物は、旋回状の第１燃焼空気により確実に着火されて燃焼が促進される。着火した被燃焼物は、第１燃焼室が円錐台形状であると共に、一端よりも他端が低くなるように水平方向に対して傾斜していることにより、この第１燃焼室の底部を速やかに他端側へ移動する。第１燃焼室で着火されて燃焼している被燃焼物は、第１燃焼室の他端の開口に連なる第２燃焼部の第２燃焼室に移動する。第２燃焼室に移動した被燃焼物は、一端よりも他端が低くなるように水平方向に対して傾斜した第２燃焼室が回転することにより、効率的に撹拌されて燃焼が促進される。第１及び第２燃焼室で被燃焼物が燃焼して生成された燃焼ガス及び灰は、第２燃焼室の他端の排出口から排出される。このように、旋回状の第１燃焼空気が形成される第１燃焼室で被燃焼物を着火した後に、回転駆動される第２燃焼室に送るので、例えば廃棄物固形燃料やバイオマス燃料等のような着火が比較的難しい被燃焼物であっても、比較的容易に着火することができる。また、第１燃焼室に第１燃焼空気の旋回流を形成するので、第１及び第２燃焼室に十分な酸素を供給でき、被燃焼物の完全燃焼を効果的に促進できる。また、第１燃焼室が円錐台形状を有して中心軸が水平方向に対して傾斜して配置され、第２燃焼室が円筒形状を有して中心軸が水平方向に対して傾斜して配置されるので、第１燃焼室に供給された被燃焼物は、第１及び第２燃焼室内を速やかに移動できる。したがって、第１及び第２燃焼室内に、被燃焼物の停滞が生じ難いので、クリンカの固着が生じ難い。また、第１燃焼室及び第２燃焼室は、ストーカ炉のように燃焼室に露出する金属部分が無いので、塩素を含む被燃焼物を燃焼しても金属部分の腐食が生じないから、劣化を効果的に防止できる。ここで、被燃焼物とは、熱を利用するために燃焼される燃料と、焼却処分のために燃焼される被焼却物とのいずれも該当する。

一実施形態の燃焼炉は、上記第１燃焼空気供給口は、上記第１燃焼室の側面の接線方向に延在する燃焼空気供給管に連通している。

上記実施形態によれば、第１燃焼室の側面の接線方向に延在する燃焼空気供給管を通して空気を供給することにより、第１燃焼空気供給口から、第１燃焼室内に効果的に第１燃焼空気の旋回流を形成できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第１燃焼室と第２燃焼室との間に、上記第２燃焼室に向かって第２燃焼空気を供給する第２燃焼空気供給口が設けられている。

上記実施形態によれば、第１燃焼室と第２燃焼室との間に設けられた第２燃焼空気供給口から、第２燃焼室に向かって第２燃焼空気を供給することにより、第２燃焼室における被燃焼物の燃焼を更に促進できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第１燃焼部の第１燃焼室の外側を耐火材で隔てて取り囲み、外部から空気が供給される円環円筒状の空気室と、
上記空気室の他端と上記第２燃焼空気供給口の間に形成され、上記空気室からの空気を旋回状に整流して上記第２燃焼空気供給口に導く整流室と
を備える。

上記実施形態によれば、第１燃焼部の第１燃焼室の外側に配置された円環円筒状の空気室に、外部から空気が供給され、この空気室の空気が、整流室で旋回状に整流されて第２燃焼空気供給口に導かれる。こうして空気室を通って整流室で整流されてなる旋回状の第２燃焼空気を、第２燃焼空気供給口から第２燃焼室に供給することにより、第２燃焼室における被燃焼物の燃焼を、効果的に促進できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記整流室に、上記第１燃焼室の中心軸に対して傾斜方向に延在する整流羽根が設けられている。

上記実施形態によれば、整流室に設けられた整流羽根により、空気室から導かれた空気を効果的に旋回状に整流して第２燃焼空気供給口に導くことができる。

一実施形態の燃焼炉は、上記被燃焼物投入部はスクリューコンベヤを含み、上記被燃焼物を排出する開口が上記第１燃焼室の底部に配置されている。

上記実施形態によれば、被燃焼物投入部のスクリューコンベヤで搬送された被燃焼物が、第１燃焼室の底部に配置された開口から第１燃焼室内に投入される。スクリューコンベヤで第１燃焼室の底部に被燃焼物を投入することにより、既に投入された被燃焼物を、新たに投入する被燃焼物で第１燃焼室の奥に移動させることができる。したがって、被燃焼物の燃焼を促進できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第１燃焼室の中心軸を通る鉛直断面における底側の壁面の水平方向に対する傾斜角度が、５°以上２５°以下である。

上記実施形態によれば、第１燃焼室の中心軸を通る鉛直断面において、この第１燃焼室の底側の壁面の水平方向に対する傾斜角度を５°以上２５°以下とすることにより、被燃焼物投入部で投入した被燃焼物を、速やかに他端側に移動させながら燃焼させることができる。ここで、傾斜角度が５°未満であると、第１燃焼室内に被燃焼物が滞留する可能性がある。また、第１燃焼室における被燃焼物の移動量が不十分になり、第２燃焼室への被燃焼物の供給量が不十分になる可能性がある。一方、傾斜角度が２５°を超えると、第１燃焼室の被燃焼物の移動速度が高過ぎて、被燃焼物の着火が不十分となる可能性がある。ここで、第１燃焼室の底側の壁面の水平方向に対する傾斜角度は、１０°以上１５°以下であるのが更に好ましく、被燃焼物を第１燃焼室内で確実に着火させると共に、着火した被燃焼物を確実に第２燃焼室へ送ることができる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第２燃焼室の水平方向に対する傾斜角度が、１°以上６°以下である。

上記実施形態によれば、第２燃焼室の水平方向に対する傾斜角度を１°以上６°以下とすることにより、第１燃焼室から導かれた被燃焼物を効果的に下方に移動させながら燃焼させることができる。ここで、傾斜角度が１°未満であると、第２燃焼室内に被燃焼物が滞留する可能性がある。一方、傾斜角度が６°を超えると、第２燃焼室内の被燃焼物の移動速度が高過ぎて、未燃成分が増大する可能性がある。ここで、第２燃焼室の水平方向に対する傾斜角度は、１°以上３°以下であるのが更に好ましく、被燃焼物を第２燃焼室内で効果的かつ効率的に燃焼させることができる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第２燃焼部の第２燃焼室の他端の開口に連通する第３燃焼室と、この第３燃焼室の壁面に配置されて第３燃焼空気を吹き出す複数の第３燃焼空気供給口とを有する第３燃焼部を備える。

上記実施形態によれば、第２燃焼室の他端の開口から被燃焼物が第３燃焼室内に導かれ、この第３燃焼室の壁面の複数の第３燃焼空気供給口から吹き出す第３燃焼空気により、被燃焼物が燃焼する。これにより、第１及び第２燃焼室で燃焼しないで残留している被燃焼物の未燃成分を、効果的に燃焼させることができる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第３燃焼部の第３燃焼室の外側を耐火材で隔てて取り囲み、外部から空気が供給される空気室と、
上記空気室に連通して上記耐火材を貫通し、先端が上記第３燃焼空気供給口に連なる複数の第３燃焼空気供給路と
を備える。

上記実施形態によれば、第３燃焼部の第３燃焼室の外側に耐火材で隔てられて設けられた空気室に、外部から空気が供給される。この空気室の空気が、第３燃焼空気供給路を通じて第３燃焼空気供給口へ導かれ、第３燃焼空気として第３燃焼室内に供給される。空気室を介在させて空気を導くことにより、複数の第３燃焼空気供給口から、安定して所定の流量の第３燃焼空気を第３燃焼室に供給することができる。また、空気室の空気を第３燃焼室の熱で予熱して第３燃焼室に供給することにより、第３燃焼室における被燃焼物の未燃成分の燃焼性を向上できる。また、第３燃焼室から外部への放熱を防止できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第３燃焼部の第３燃焼室の上端に、ガスを排出するガス排出口が形成されており、
上記第３燃焼部の第３燃焼室の下端に、上記第２燃焼室の他端の開口の鉛直下方に位置する灰排出口が形成されている。

上記実施形態によれば、被燃焼物の燃焼に伴って生成されたガスが、第３燃焼室の上端のガス排出口から排出される。一方、被燃焼物の燃焼に伴って生成された灰や固形物が、第２燃焼室の他端の開口から落下し、第３燃焼室の下端の灰排出口から排出される。こうして被燃焼物から生成されたガスと、灰及び固形物を、効果的に分離することができる。

一実施形態の燃焼炉は、上記第２燃焼室の開口の上部に対向して配置され、上記第２燃焼室から第３燃焼室へ向かうガスの流れを迂回させる板体を備える。

上記実施形態によれば、第２燃焼室の開口の上部に対向する板体により、第２燃焼室から第３燃焼室へ向かうガスの流れが迂回され、第２燃焼室の上部からガスが第３燃焼室へ短絡する流れを妨げることができる。したがって、ガスの未燃成分を、第２燃焼室と第３燃焼室に十分に滞在させて燃焼させることができる。その結果、被燃焼物の燃焼効率を向上できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記板体に、冷却水が導かれる冷却管が設けられている。

上記実施形態によれば、板体に設けられた冷却管に冷却水を導いて板体を冷却することにより、第２及び第３燃焼室の高温のガスで板体が劣化する不都合を防止できる。ここで、燃焼炉を、例えばボイラの熱源として用いる場合、ボイラの加熱対象としての水の一部を冷却水として導くことにより、ボイラの加熱効率を向上することができる。

本発明のボイラシステムは、上記燃焼炉と、
上記燃焼炉で被燃焼物を燃焼して生成されたガスと、加熱対象とを熱交換するボイラと
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、被燃焼物を速やかに着火して高温のガスを供給できる燃焼炉を備えるので、ボイラを速やかに起動して加熱対象を速やかに加熱することができる。また、完全燃焼を促進可能な燃焼炉を備えるので、ダイオキシンの発生を効果的に防止できるボイラシステムが得られる。また、完全燃焼を促進可能な燃焼炉を備えるので、被燃焼物の燃焼効率を向上でき、ボイラの効率を向上できる。また、クリンカの固着が少なく、劣化が生じ難い燃焼炉を備えるので、メンテナンスの手間の少ないボイラシステムが得られる。ここで、ボイラとしては、水や油等の種々の加熱対象と熱交換を行うものを採用できる。

本発明の実施形態の燃焼炉を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ’線における燃焼炉の横断面図である。 第２燃焼部に第２燃焼空気を供給するための空気室及び整流室を示す斜視図である。 図１のＢ−Ｂ’線における燃焼炉の横断面図である。 本実施形態の燃焼炉を用いて構成されたボイラシステムの一部を示す模式図である。 ボイラシステムの他の部分を示す模式図である。 ボイラシステムのボイラを示す模式断面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の燃焼炉を示す縦断面図である。本実施形態の燃焼炉は、被燃焼物として廃棄物固形燃料を燃焼し、ボイラシステムの熱源として用いられるものである。廃棄物固形燃料としては、ＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｐａｐｅｒ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｕｅｌ；紙及びプラスチック廃棄物燃料）を燃焼するのが好ましいが、ＲＤＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｆｕｅｌ；ゴミ固形燃料）等の他の廃棄物固形燃料を燃焼してもよい。

本実施形態の燃焼炉１は、被燃焼物を投入及び着火して１次燃焼を行う第１燃焼部２と、第２次燃焼を行う第２燃焼部３と、第３次燃焼を行う第３燃焼部４が順に連なって構成されている。

第１燃焼部２は、中心軸を水平方向に対して傾斜して配置された円錐台形状の第１燃焼室８を有する。第１燃焼室８は、小径の一端に壁が形成されている一方、大径の他端に開口１３が形成されており、一端よりも他端が低くなるように傾斜している。第１燃焼室８の中心軸が水平方向に対して傾斜する傾斜角度は、後述する第２燃焼部３の第２燃焼室１７の傾斜角度と同一の２°に設定されている。ここで、第１燃焼室８の中心軸の傾斜角度は、１°以上６°以下の範囲で適宜設定でき、好ましくは１°以上３°以下である。第１燃焼室８の一端面の壁と側面の壁は、耐火材７で形成されている。円錐台形状の第１燃焼室８は、中心軸を通る鉛直断面において、図１に示すように、底側の壁面８１が水平方向に対して傾斜する傾斜角度θ１が、約１２．５°に形成されている。ここで、第１燃焼室の底側の壁面の傾斜角度θ１は、５°以上２５°以下の範囲内に適宜設定でき、好ましくは１０°以上１５°以下である。

この第１燃焼室８の一端側には、被燃焼物投入部としての投入コンベヤ５が配置されている。投入コンベヤ５はスクリューコンベヤで形成され、第１燃焼室８の一端面の壁の正面視において、幅方向の中央かつ下部を貫通するように配置されている。この投入コンベヤ５で投入された被燃焼物Ｆは、第１燃焼室８の底部に排出される。なお、投入コンベヤ５は、第１燃焼室８の一端面の壁を貫通する以外に、第１燃焼室８の一端側の周面の壁を貫通するように配置されてもよい。

上記第１燃焼室８の一端側には、着火部として、灯油を燃料とするバーナ６が配置されている。バーナ６は、灯油や重油等の液体燃料を用いるものや、都市ガスやＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）等の気体燃料を用いるものを使用できる。バーナ６は、第１燃焼室８の一端面の壁の正面視において、投入コンベヤ５よりも幅方向の左右いずれか一方寄り、かつ、僅かに上方に配置されている。バーナ６の火口は、投入コンベヤ５の被燃焼物の排出口よりも第１燃焼室８の他端側を向くように、第１燃焼室８の中心軸に対して傾斜して配置されている。これにより、投入コンベヤ５の排出口から排出されて第１燃焼室８の底部に集積される被燃焼物Ｆに、バーナ６からの火炎が直接当たるようになっている。バーナ６からの火炎によって着火された被燃焼物Ｆは、投入コンベヤ５から新たに排出される被燃焼物Ｆによって、第１燃焼室８の他端側に移動させられる。こうして、第１燃焼室８の投入コンベヤ５とバーナ６により、効率的に被燃焼物Ｆを投入して着火することができる。なお、バーナ６は、第１燃焼室８の一端面の壁を貫通する以外に、第１燃焼室８の一端側の周面の壁を貫通するように配置されてもよい。

図２は、図１のＡ−Ａ’線における燃焼炉１の横断面図であり、第１燃焼部２の第１燃焼室８の一端側の内部を示す横断面図である。第１燃焼室８の側面には、第１燃焼空気を供給する複数の第１燃焼空気供給口９，９，９が設けられている。第１燃焼空気供給口９は、第１燃焼室８の中心軸方向において一端側から概ね中央までの間に配置されており、本実施形態では３個設置されている。この第１燃焼空気供給口９は、図２に示すように、第１燃焼室８の側面に対して接線方向に延びる第１燃焼空気供給管１４に連通している。この第１燃焼空気供給管１４を通って供給された空気が第１燃焼空気供給口９から吹き出して、図２の矢印Ｒ１で示すように、第１燃焼室８内に旋回状の第１燃焼空気の流れを形成する。上記第１燃焼空気供給口９は、第１燃焼空気を、１０ｍ／ｓ以上２５ｍ／ｓ以下の速度で吹き出して供給する。

第１燃焼部２には、第１燃焼室８の壁面を形成する耐火材７の外側に、第２燃焼部３に燃焼空気を供給するための空気室１０と整流室１１が配置されている。図３は、空気室１０と整流室１１を示す斜視図である。空気室１０は、第１燃焼室８と同軸の円環円筒部分と、第１燃焼室８の一端面の外側の円盤部分とを有する。この空気室１０は、図２に示すように、第１燃焼部２の最外周の有底円筒形状のケーシングと、耐火材７の外側を取り囲む有底円筒形状の耐火材ケーシング５１との間に形成された空間に設けられている。なお、空気室１０は、第１燃焼部２の外径側の円環円筒部分のみであってもよい。この空気室１０に、図２に示すように、第１燃焼部２の最外周のケーシングの接線方向に延びる第２燃焼空気供給管１５を通して空気が供給される。空気室１０に接線方向に供給された空気は、この空気室１０内を周方向に流れた後、整流室１１に流入する。

整流室１１は、第１燃焼室８と同軸の円環円筒形状を有し、一端が、空気室１０の他端に連なっている。整流室１１は、第１燃焼部２の最外周のケーシングと、耐火材７の外側を取り囲む耐火材ケーシング５１との間に形成された空間に設けられている。耐火材ケーシング５１の他端側部分が拡径していることにより、整流室１１は、空気室１０よりも径方向の寸法が小さく形成されている。整流室１１には、図３に示すように、空気室１０からの空気を整流して旋回流を形成する複数の整流羽根５２，５２，５２，・・・が設けられている。整流羽根５２は、細長の板状体で形成されており、耐火材ケーシング５１の外周面に、第１燃焼室８の中心軸に対して傾斜した方向を向いて固定されている。この整流室１１の他端は、第１燃焼室８の外径側を取り囲む円環状の第２燃焼空気供給口１２となり、第２燃焼部３の第２燃焼室１７に開口している。図４は、図１のＢ−Ｂ’線における燃焼炉の横断面図であり、第１燃焼室８の他端から、第２燃焼部３の第２燃焼室１７の一端側の内部を見た様子示す横断面図である。図４に示すように、第２燃焼室１７の外径部分に対向して開口した第２燃焼空気供給口１２から、整流室１１の整流羽根５２，５２，５２，・・・によって整流された旋回状の第２燃焼空気が、矢印Ｒ２で示すように吹き出される。これにより、第２燃焼室１７内に、第２燃焼空気の旋回流が効果的に形成される。第２燃焼空気供給口１２は、第２燃焼空気を、１０ｍ/ｓ以上２０ｍ/ｓ以下の速度で吹き出して供給する。

第２燃焼部３は、中心軸Ｃを水平方向に対して傾斜して配置された円筒形状の第２燃焼室１７を有する。第２燃焼室１７は、円筒形状のケーシングの内側面の全面に設けられた耐火材１６により壁面が形成されている。第２燃焼部３の第２燃焼室１７の一端に、第１燃焼部２の他端部が挿入されて、第１燃焼部２の第１燃焼室８が第２燃焼室１７に連通している。また、第１燃焼部２の他端面の外径側に形成された第２燃焼空気供給口１２が、第２燃焼室１７内に開口して連通している。第２燃焼室１７は、図１に示すように、一端よりも他端が低くなるように、第１燃焼室８の中心軸の傾斜角度と同一の２°の角度θ２で中心軸が傾斜している。また、第２燃焼室１７の底側の壁面の中心軸を通る鉛直断面における傾斜角度は、第２燃焼室１７は円筒形状を有するので、中心軸の傾斜角度と同一の２°である。ここで、第２燃焼室１７の中心軸の傾斜角度θ２は、１°以上６°以下の範囲で適宜設定でき、好ましくは１°以上３°以下である。第２燃焼部３のケーシングの外周面には、環状のガイドレール１９，１９が軸方向の両側に固定されている。このガイドレール１９，１９は、第２燃焼部３の下方に配置された支持車輪２２，２２に周面が接して支持されると共に、２つのガイドローラ２３，２３によって一端面と他端面が挟持されて軸方向位置が保持されている。第２燃焼部３のケーシングの外周面には、ガイドレール１９，１９の間に、環状のラック２０が固定されている。環状のラック２０は、第２燃焼部３の下方に配置されたピニオン２４に歯合しており、ピニオン２４はモータ２５に連結されている。モータ２５の回転力がピニオン２４を介してラック２０に伝達されて、第２燃焼部３が中心軸Ｃの回りに回転駆動されるようになっている。

第２燃焼部３の第２燃焼室１７は、第１燃焼室８で着火されて燃焼している被燃焼物Ｆが、第１燃焼室８の他端の開口から導かれる。第１燃焼室８から導かれた被燃焼物Ｆは、第２燃焼室１７の回転によって撹拌されると共に、傾斜した第２燃焼室１７内を他端に向かって移動する。こうして被燃焼物Ｆが第２燃焼室１７内を撹拌されて移動する間に、第１燃焼室８の端面の外径側の第２燃焼空気供給口１２から旋回状の第２燃焼空気が供給されるので、被燃焼物Ｆは効果的に燃焼が促進される。第２燃焼室１７で被燃焼物Ｆが燃焼して生成されたガスや、残留した固形物は、第２燃焼室１７の他端の開口から排出され、第３燃焼室３１に導かれる。

第３燃焼部４は、概ね直方体のケーシングの内側に耐火材３０が配置されて、第３燃焼室３１が内部に形成されている。第３燃焼室３１は、一端の側面に略円形の開口が形成され、この開口に第２燃焼部３の円筒形状のケーシングの他端部が挿入されて、第２燃焼室１７に連通している。第３燃焼室３１の上端には、被燃焼物Ｆの燃焼に伴って生成されたガスを排出するガス排出口４２が設けられている。一方、第３燃焼室３１の下端には、挿入された第２燃焼室１７の他端の開口１８の鉛直下方に、被燃焼物Ｆの燃焼に伴って生成された灰や固形物等を排出する灰排出口４１が設けられている。

第３燃焼室３１の壁面には、複数の第３燃焼空気供給口３２が設けられている。複数の第３燃焼空気供給口３２は、第３燃焼室３１の壁面に格子状に配置され、例えば３ｍｍ以上５ｍｍ以下の内径のノズルによって形成される。第３燃焼空気供給口３２は、第３燃焼空気を、２０ｍ/ｓ以上４０ｍ/ｓ以下の速度で吹き出して供給する。第３燃焼部４には、第３燃焼室３１の壁面を形成する耐火材３０の外側に、空気室３３が配置されている。空気室３３は、第３燃焼部４の直方体のケーシングの側面のうち、第２燃焼部３の他端部が挿入された開口以外の部分に設けられている。空気室３３は、図示しない第３燃焼空気供給管によって空気が供給される。空気室３３の空気は、耐火材３０を貫通する第３燃焼空気供給路３４を通して第３燃焼空気供給口３２に導かれ、この第３燃焼空気供給口３２から第３燃焼空気として吹き出される。第３燃焼室３１の外側に空気室３３を配置することにより、この空気室３３の空気を第３燃焼室３１の熱で予熱して第３燃焼室３１に供給することにより、第３燃焼室３１における被燃焼物の未燃成分の燃焼性を向上できる。また、空気室３３により、第３燃焼室３１から外部への放熱を防止でき、燃焼炉１の効率を向上できる。

第３燃焼部４には、第２燃焼室１７の他端の開口の上部に対向する板体３８が配置されている。この板体３８は、主に耐火材で形成され、第２燃焼室１７の中心軸方向から視て幅方向に延在する複数の冷却管３９が内蔵されている。板体３８は、第２燃焼室１７の開口の中心よりもやや上方から上端までの領域に対向するように配置されている。この板体３８により、第２燃焼室１７から第３燃焼室３１へ向かうガスの流れを下方に迂回することにより、第２燃焼室１７の上部から第３燃焼室３１へガスが短絡することを防止している。これにより、ガスの未燃成分を、第２燃焼室１７と第３燃焼室３１に十分に滞在させて燃焼させることができ、被燃焼物Ｆの燃焼効率を向上できる。この板体３８に内蔵された冷却管３９には冷却水が導かれており、板体３８の異常な温度上昇を防止して板体３８の劣化を防止している。冷却水は、後述するボイラシステムのボイラに送出されている。

第３燃焼部４の第３燃焼室３１は、第２燃焼室１７で被燃焼物Ｆが燃焼して生成されたガスと、残留した固形物が導かれる。第２燃焼室１７からのガスのうち、未燃成分が、第３燃焼空気供給口３２から供給された第３燃焼空気によって燃焼する。第３燃焼室３１で燃焼したガスは、第１及び第２燃焼室８，１７からの燃焼後のガスと共に、矢印Ｇで示すように、ガス排出口４２から排出される。第２燃焼室１７からの固形物のうち、未燃成分が、第３燃焼空気供給口３２から供給された第３燃焼空気によって燃焼する。第３燃焼室３１で固形物の未燃成分が燃焼してなる灰や不燃性の固形物は、第２燃焼室１７からの灰や固形物等と共に、矢印Ｓで示すように、灰排出口４１から排出される。このように、第３燃焼室３１により、第１及び第２燃焼室８，１７からの気体及び固体の未燃成分を効果的に燃焼するので、燃焼炉１に投入される被燃焼物Ｆの完全燃焼を促進することができる。

このように、本実施形態の燃焼炉１によれば、第１燃焼部２の第１燃焼室８が円錐台形状を有して内部に第１燃焼空気の旋回流が形成されるので、一端側に投入コンベヤ５で投入された被燃焼物Ｆを、バーナ６の火炎によって効果的に着火することができる。また、円錐台形状を有する第１燃焼室８の中心軸が水平方向に対して傾斜し、被燃焼物Ｆが投入される一端側よりも、他端の大径の開口１３が下方に位置するので、被燃焼物Ｆを滞留することなく他端側に移動させることができて、滞留を防止できる。また、第２燃焼室１７が、一端よりも他端が下方に位置するように中心軸が水平方向に対して傾斜した状態で回転駆動されるので、被燃焼物Ｆの燃焼を効果的に促進できると共に、被燃焼物Ｆの停滞を効果的に防止できる。さらに、第２燃焼室１７に、第１燃焼室８と第２燃焼室１７の間から旋回状の第２燃焼空気を供給するので、被燃焼物Ｆの燃焼を効果的に促進できる。また、被燃焼物Ｆにプラスチック等の溶融物が含まれても、第２燃焼室１７に滞留することなく他端側に移動させることができるので、滞留した溶融物に不燃物が凝集してクリンカが固着する不都合を、効果的に防止できる。また、第１燃焼室８と、第２燃焼室１７と、第３燃焼室３１は、略全ての表面が耐火材７，１６，３０で覆われているので、塩化ビニルのように塩素を含む被燃焼物Ｆを燃焼しても劣化が生じ難い。

図５及び６は、本実施形態の燃焼炉１を用いて構成されたボイラシステムを示す模式図である。このボイラシステムは、燃焼炉１を熱源として、加熱対象としての水を加熱し、水蒸気を生成するものである。

このボイラシステムは、燃焼炉１と、燃焼炉１の上流に設けられた受入供給機１００と、燃焼炉１の下流に設けられたボイラ１１０と、ボイラ１１０の下流に設けられたサイクロンセパレータ１１２と、サイクロンセパレータ１１２の下流に設けられた誘引ファン１１６と、誘引ファン１１６の下流に設けられたバグフィルタ１１７と、バグフィルタ１１７の下流に設けられた排気塔１２０を備える。

受入供給機１００は、燃焼炉１の燃料である被燃焼物Ｆの受け入れと貯留と供給を行うものであり、ショベルローダ等で被燃焼物Ｆが投入されるホッパ１０１と、このホッパ１０１の下端に配置されてスクリューコンベヤで形成された切り出しコンベヤ１０２を有する。ホッパ内には、被燃焼物Ｆのブリッジを防止するために、振動発生装置や撹拌羽根等を設置してもよい。切り出しコンベヤ１０２の下流には、被燃焼物Ｆを搬送する搬送コンベヤ１０３が接続され、この搬送コンベヤ１０３の下流に、燃焼炉１に被燃焼物Ｆを投入する投入コンベヤ５が接続されている。搬送コンベヤ１０３は、任意の搬送装置を用いることができるが、燃焼炉１に被燃焼物Ｆを安定して定量供給を行うために、スクリューコンベヤで形成されるのが好ましい。

燃焼炉１には、第３燃焼部４の下端に、灰や固形物を搬送する灰排出コンベヤ１０５が接続されている。灰排出コンベヤ１０５は水封コンベヤで形成されており、第３燃焼室３１の灰排出口４１から排出された高温の灰や固形物が、水封コンベヤの水中に没して冷却され、搬送されるようになっている。灰排出コンベヤ１０５で搬送された灰や固形物は、灰回収箱１０６に排出されて回収される。

図７は、燃焼炉１の下流に接続されたボイラ１１０を示す模式断面図である。このボイラ１１０は、多管式の蒸気ボイラであり、ケーシング１３１と、ケーシング１３１内の一端側の下部に設けられた第１煙室１３２と、ケーシング１３１内の他端側に設けられた第２煙室１３３と、ケーシング１３１内の一端側の上部に設けられた第３煙室１３４を有する。第１煙室１３２と第２煙室１３３との間と、第２煙室１３３と第３煙室１３４との間が、複数の煙管１３６，１３６，１３６，・・・によって夫々接続されている。このケーシング１３１内には、ケーシング１３１の内側面と、第１乃至第３煙室１３２，１３３，１３２の側面と、複数の煙管１３６，１３６，１３６，・・・の周面との間に、加熱される水が供給される水室１３５が形成されている。このボイラ１１０は、上記第１煙室１３２に導かれた加熱用のガスが、煙管１３６を通って第２煙室１３３に導かれ、この第２煙室１３３で流れが反転して煙管１３６を通って第３煙室１３４に向かう２パス式である。

第１煙室１３２は、燃焼炉１の第３燃焼室３１のガス排出口４２に接続され、矢印Ｇで示すようにガス排出口４２から排出された高温のガスが導かれる。第２煙室１３３は、第１煙室１３２のガスがケーシング１３１内の下部の煙管１３６を通って流入し、流入したガスが反転して上部の煙管１３６，１３６，１３６へ流出する。第３煙室１３４は、第２煙室１３３のガスが上部の煙管１３６，１３６，１３６を通って流入し、流入したガスが矢印Ｈで示すようにボイラ１１０から排出される。このように煙室１３２，１３３，１３４及び煙管１３６，１３６，１３６，・・・を通過するガスが、水室１３５内の水と熱交換を行うことにより、水蒸気が生成される。水室１３５には、ケーシング１３１の上部に形成された給水口から、バルブを通して矢印Ｗで示すように水が供給される。また、水室１３５には、燃焼炉１の第３燃焼部４の第３燃焼室３１に配置された板体３８に内蔵された冷却管３９で加熱された冷却水が導かれる。水室１３５内で生成された水蒸気は、ケーシングの上部に形成された蒸気排出口から、バルブを通して矢印Ｖで示すように排出される。

上記ボイラ１１０の第２煙室１３３には、図示しないスートブロワが接続されており、矢印Ｌで示すように、このボイラ１１０で生成された水蒸気の一部がスートブロワで導かれる。第２煙室１３３に導かれた水蒸気が、煙管１３６と第１及び第３煙室１３２，１３４を流れて、第２煙室１３３や煙管１３６や第１及び第３煙室１３２，１３４内に残留した煤やダストを除去するようになっている。

ボイラ１１０の下流に接続されたサイクロンセパレータ１１２は、ボイラ１１０から排出されたガスを逆円錐台形状の分離室に導き、この分離室でガスの旋回流を形成し、流体の遠心力によって固体の粒子と気体に分離する。サイクロンセパレータ１１２で分離された粒子は、ダブルダンパ１１３を通して粒子回収箱１１４に排出されて回収される。サイクロンセパレータ１１２の粒子の排出口には、ダブルダンパ１１３以外に、例えばロータリダンパ等を設けてもよい。サイクロンセパレータ１１２の粒子の排出口に設置される装置は、サイクロンセパレータ１１２とその上流側の気密性を保ちながら粒子を排出するものであれば、その機構は特に限定されない。

サイクロンセパレータ１１２の下流に接続された誘引ファン１１６は、サイクロンセパレータ１１２の排気口に大気圧よりも低い負圧を生成し、サイクロンセパレータ１１２を動作させると共に、ボイラ１１０からサイクロンセパレータ１１２へガスを導くものである。誘引ファン１１６は、軸流ファンや遠心ファン等の種々の機構のファンを用いることができる。

誘引ファン１１６の下流に設けられたバグフィルタ１１７は、サイクロンセパレータ１１２から排出された気体から、微粒子を捕集するものである。バグフィルタ１１７は、袋状の濾体が内蔵され、気体を濾体に通過させて、気体と共に導かれた微粒子を捕集する。バグフィルタ１１７で補修された微粒子は、ダブルダンパ１１８を通して微粒子回収箱１１９に排出されて回収される。バグフィルタ１１７の微粒子の排出口には、ダブルダンパ１１８以外に、例えばロータリダンパ等を設けてもよい。バグフィルタ１１７の微粒子の排出口に設置される装置は、上流側の気密性を保ちながら微粒子を排出するものであれば、その機構は特に限定されない。

バグフィルタ１１７の下流に設けられた排気塔１２０は、バグフィルタ１１７で微粒子が除去された後のガスを、矢印Ｅで示すように大気へ放出するものである。

上記実施形態のボイラシステムは、実施形態の燃焼炉１を備え、燃焼炉１は被燃焼物Ｆを速やかに着火して高温のガスを供給できるので、ボイラ１１０を速やかに起動して水蒸気の供給を速やかに開始することができる。また、燃焼炉１は十分な燃焼空気が燃焼室内に供給され、完全燃焼を促進できるので、塩素を含有する被燃焼物Ｆを燃焼しても、ダイオキシンの発生を効果的に防止することができる。また、完全燃焼を促進することにより、燃焼効率を向上でき、ボイラ１１０の効率を向上できる。また、燃焼炉１はクリンカの固着が少なく、劣化が生じ難いので、ボイラシステムのメンテナンスの手間を削減できる。

上記実施形態において、ボイラシステムのボイラ１１０は、燃焼炉１を熱源として、加熱対象としての水を加熱して水蒸気を生成したが、水を加熱して温水を生成するものでもよい。また、加熱対象として水以外の油等を加熱するボイラを備えるボイラシステムについても、本発明を適用できる。

上記実施形態において、燃焼炉１は、第１燃焼部２と第２燃焼部３と第３燃焼部４を備えたが、第３燃焼部４は必ずしも設けなくてもよい。例えば、第３燃焼部４に替えて、第３燃焼空気供給口３２を有さず、第３燃焼部４のケーシングと同様のケーシング内にガスの通路と灰排出口を設けたダクトを配置してもよい。

また、上記実施形態において、燃焼炉１は、被燃焼物Ｆとして廃棄物固形燃料を燃焼したが、木質チップ等のバイオマス燃料や、他の燃料を燃焼してもよい。

また、上記実施形態において、燃焼炉１は、燃料を燃焼させてボイラの熱源として用いたが、廃棄物等を焼却処分するために用いてもよい。この場合、廃棄物等の被焼却物が被燃焼物に該当する。このように、本発明の燃焼炉は、被燃焼物を燃焼させるための種々の用途に適用できる。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、多くの変形が、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ 燃焼炉
２ 第１燃焼部
３ 第２燃焼部
４ 第３燃焼部
５ 投入コンベヤ
６ バーナ
７，１６，３０ 耐火材
８ 第１燃焼室
９ 第１燃焼空気供給口
１０ 空気室
１１ 整流室
１２ 第２燃焼空気供給口
１３ 第１燃焼室の他端の開口
１４ 第１燃焼空気供給管
１５ 第２燃焼空気供給管
１７ 第２燃焼室
１８ 第２燃焼室の他端の開口
１９ ガイドレール
２０ ラック
２２ 支持車輪
２３ ガイドローラ
２４ ピニオン
２５ モータ
３１ 第３燃焼室
３２ 第３燃焼空気供給口
３３ 空気室
３４ 第３燃焼空気供給路
３８ 板体
３９ 冷却管
４１ 灰排出口
４２ ガス排出口
８１ 第１燃焼室の底側の壁面
１００ 受入供給機
１０１ ホッパ
１０２ 切り出しコンベヤ
１０５ 灰排出コンベヤ
１１０ ボイラ
１３１ ケーシング
１３２ 第１煙室
１３３ 第２煙室
１３４ 第３煙室
１３５ 水室
１３６ 煙管
１１２ サイクロンセパレータ
１１３，１１８ ダブルダンパ
１１６ 誘引ファン
１１７ バグフィルタ
１２０ 排気塔
θ１ 第１燃焼室の底側の壁面の傾斜角度
θ２ 第２燃焼室の中心軸の傾斜角度

Claims (13)

1. 他端が一端よりも大きい径を有して開口し、一端よりも他端が低くなるように中心軸を水平方向に対して傾斜して配置された円錐台形状の第１燃焼室と、この第１燃焼室の一端側に設けられた被燃焼物投入部及び着火部と、上記第１燃焼室の側面に設けられて第１燃焼空気を供給する第１燃焼空気供給口とを有する第１燃焼部と、
   一端が上記第１燃焼部の第１燃焼室の開口に連なると共に他端に灰及び熱風の排出口が形成され、一端よりも他端が低くなるように中心軸を水平方向に対して傾斜して配置され、上記中心軸回りに回転駆動される円筒形状の第２燃焼室を有する第２燃焼部と
   を備え、
   上記第１燃焼空気供給口は、上記第１燃焼室の側面の接線方向に延在する燃焼空気供給管に連通している
   ことを特徴とする燃焼炉。
2. 請求項１に記載の燃焼炉において、
   上記第１燃焼室と第２燃焼室との間に、上記第２燃焼室に向かって第２燃焼空気を供給する第２燃焼空気供給口が設けられていることを特徴とする燃焼炉。
3. 請求項２に記載の燃焼炉において、
   上記第１燃焼部の第１燃焼室の外側を耐火材で隔てて取り囲み、外部から空気が供給される円環円筒状の空気室と、
   上記空気室の他端と上記第２燃焼空気供給口の間に形成され、上記空気室からの空気を旋回状に整流して上記第２燃焼空気供給口に導く整流室と
   を備えることを特徴とする燃焼炉。
4. 請求項３に記載の燃焼炉において、
   上記整流室に、上記第１燃焼室の中心軸に対して傾斜方向に延在する整流羽根が設けられていることを特徴とする燃焼炉。
5. 請求項１に記載の燃焼炉において、
   上記被燃焼物投入部はスクリューコンベヤを含み、上記被燃焼物を排出する開口が上記第１燃焼室の底部に配置されていることを特徴とする燃焼炉。
6. 請求項１に記載の燃焼炉において、
   上記第１燃焼室の中心軸を通る鉛直断面における底側の壁面の水平方向に対する傾斜角度が、５°以上２５°以下であることを特徴とする燃焼炉。
7. 請求項１に記載の燃焼炉において、
   上記第２燃焼室の水平方向に対する傾斜角度が、１°以上６°以下であることを特徴とする燃焼炉。
8. 請求項１に記載の燃焼炉において、
   上記第２燃焼部の第２燃焼室の他端の開口に連通する第３燃焼室と、この第３燃焼室の壁面に配置されて第３燃焼空気を吹き出す複数の第３燃焼空気供給口とを有する第３燃焼部を備えることを特徴とする燃焼炉。
9. 請求項８に記載の燃焼炉において、
   上記第３燃焼部の第３燃焼室の外側を耐火材で隔てて取り囲み、外部から空気が供給される空気室と、
   上記空気室に連通して上記耐火材を貫通し、先端が上記第３燃焼空気供給口に連なる複数の第３燃焼空気供給路と
   を備えることを特徴とする燃焼炉。
10. 請求項８に記載の燃焼炉において、
    上記第３燃焼部の第３燃焼室の上端に、ガスを排出するガス排出口が形成されており、
    上記第３燃焼部の第３燃焼室の下端に、上記第２燃焼室の他端の開口の鉛直下方に位置する灰排出口が形成されていることを特徴とする燃焼炉。
11. 請求項８に記載の燃焼炉において、
    上記第２燃焼室の開口の上部に対向して配置され、上記第２燃焼室から第３燃焼室へ向かうガスの流れを迂回させる板体を備えることを特徴とする燃焼炉。
12. 請求項１１に記載の燃焼炉において、
    上記板体に、冷却水が導かれる冷却管が設けられていることを特徴とする燃焼炉。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の燃焼炉と、
    上記燃焼炉で被燃焼物を燃焼して生成されたガスと、加熱対象とを熱交換するボイラと
    を備えることを特徴とするボイラシステム。

Images