JPH02150611A - 廃棄物の溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は汚泥等の廃棄物を溶融処理するための溶融炉
に関する。

〔従来の技術〕

従来、下水処理場やし尿処理場で発生する下水汚泥やし
原汚泥は、脱水後焼却炉で焼却処理されるのが通常であ
る。しかし、このような処理後の焼却灰は扱いにくく、
また埋め立て用程度にしか利用できない。

このような背景から、近年汚泥を溶融炉で溶融処理して
スラブ化することにより、取扱いの容易化とスラグの有
効利用を図ろうとする研究が行われ、一部は既に実用化
されている。

従来提案されている廃棄物溶融炉のなかで、第９図及び
第１０図に示すような所謂旋回流方式のものが知られて
いる。このうち第９図の構造は例えば特開昭６１−７０
３１４号に示されており、竪型の大口径の煙道１３の下
部側壁側に水平若しくは下流側が下向きに傾斜した旋回
流燃焼室１４を有している。旋回流燃焼室１４内では旋
回流が形成され、廃棄物と助燃料を熱源として溶融した
スラグは壁面に沿って流下し、上記煙道１３の底部より
系外に排出される。燃焼ガスは旋回流燃焼室１４内を溶
融スラグと同方向に流れ、旋回流燃焼室出口のど部１５
を主に対流伝熱で加熱しつつ排気され、しかるのち煙道
１３内で未燃焼分が完全に燃焼して排出される。

また第１０図の構造は竪型旋回流燃焼炉であり、例えば
特開昭５９−２０５５０８号に示されている。この炉で
は、炉頂部に設けられた廃棄物バーナ１６及び燃焼空気
流入口１７によって旋回流を与えて廃棄物を燃焼させ、
溶融スラブは壁面を流下し絞り部３０を通過して下方に
落下する。燃焼ガスは絞り部３０を対流伝熱で加熱し、
旋回流燃焼炉を出たのち、流れ方向を変えられ下流の排
ガス系へ導かれる。

〔発明の解決しようとする課題〕

しかし、これら従来の旋回式溶融炉には次のような問題
がある。

■炉出側のスラグ出湯部は、スラグの詰まりを防止する
ため所定の温度に維持されねばならないが、従来の炉で
はその温度維持がスラグ出湯部近傍を通過する燃焼ガス
からの対流伝熱に主として依っているため、廃棄物処理
量の変動等により燃焼ガス量が低下した時などには、伝
熱量が確保できず、温度低下によるスラグの粘度の上昇
、さらにはスラグ固化が発生し、スラグ出湯部が閉塞す
る。

■竪型及び傾斜型の旋回流燃焼炉では、燃焼ガスが下向
流となり、炉内に浮遊するスラグの重力による沈降方向
と同一になるため、スラグが気流に乗り易く、滞留時間
が充分にとれない。またこのため、スラブの捕集効率が
低く、廃棄物のスラグ化率が９０％に満たない。

■水平及び傾斜型の旋回流燃焼炉では炉内壁のスラグコ
ーチインクが不均一となり、炉壁材が消耗しやすい。

■竪型旋回流燃焼炉では、燃焼効率を向上させるための
二次燃焼室を設置する場合、構造上中継の接続部分が長
くならざるを得す、このため燃焼ガスの二次燃焼室流入
温度が低下し、この結果、二次燃焼室内での燃焼速度が
低下する。したがって充分な燃焼を確保するためには二
次燃焼室を大きくし、滞留時間を確保する必要がある。

本発明はこのような従来の問題を総て解消できる新たな
旋回流式溶融炉を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

このため本願節１の発明は次のような構成を有する。

すなわち、溶融炉は上部に燃焼ガス排出口を有し、下端
にスラグ出湯口を有する竪型の溶融炉本体と、該溶融炉
本体の下部に設けられる廃棄物バーナ装置及び助燃バー
ナ装置とからなっており、助燃バーナ装置は廃棄物バー
ナ装置よりも下方に位置している。各バーナ装置は略同
一レベルの炉体周方向に複数のノズルを有し、これらノ
ズルは旋回流を形成すべくその噴射方向が炉中心から偏
向している。そして両バーナ装置により形成される旋回
流径が〔廃棄物バーナ装置〕〉〔助燃バーナ装置〕とな
るよう、廃棄物バーナ装置の各ノズルはその噴射方向が
助燃バーナ装置の各ノズルの噴射方向よりも炉壁寄りと
なっている。

また、本願筒２の発明は、二次燃焼室を有する溶融炉に
関するもので、上記第１の発明の構成において、燃焼ガ
ス排出口に二次燃焼室が接続された構造である。

本発明において廃棄物バーナ装置および／または助燃バ
ーナ装置は多段に設けることができ、この場合には上下
複数段のバーナ装置により異なる径の旋回流が形成され
るようノズルの噴射方向が設定される。

〔作　用〕

廃棄物バーナ装置および助燃バーナ装置から空気等のガ
スとともに供給された廃棄物および助燃料は、径の異な
る上向きの旋回流となって炉内を流れる。すなわち炉内
では、外側（炉壁側）が廃棄物バーナ、また内側が助燃
バーナによる多重の旋回流が形成される。

廃棄物は旋回流の遠心力によって炉壁側に押しやられ、
主として炉壁面（正確にはスラグコーティング層面）で
溶融してスラグ化し、このスラグは壁面を下方に流下し
てスラグ出湯口から排出される。一方、燃焼ガスは炉上
部の燃焼ガス排出口から排出される。

第５図ないし第７図は炉内のガスの流れおよび流速を示
すもので、第５図は軸方向流速（図中鎖線は流れの方向
）、第６図及び第７図はそれぞれ第５図中Ｂ−Ｂ断面、
Ａ−Ａ断面の旋回流速を示している。炉内には廃棄物バ
ーナと助燃バーナによる上向きの旋回流Ｘ□、Ｘ２が生
じ、このような多重の旋回流により、炉内下流側の燃焼
ガス排出口まで強い旋回流が形成できる。

そして、廃棄物を含む旋回流は外側、すなわち炉壁に近
い側に形成されるため、上記したような強い旋回流によ
る大きな遠心力の作用と相まって、廃棄物は炉壁側に容
易に移動する。一方、これら多重の旋回流はそれぞれ下
向きの循環流Ｙ□、Ｙ２を生じるため、廃棄物の炉内滞
留時間が充分確保され、高い燃焼効率が得られる。

そして、旋回流が上向きに形成されるため炉内に浮遊す
るスラグが気流に同伴されにくく、しかも上述の如く廃
棄物の炉内滞留時間が確保され高い燃焼効率が得られる
ことから、スラグの炉壁面へ捕集効率が高められる。

また、炉体が竪型であり、しかも多重の旋回流により燃
焼ガス排出口近傍まで強い旋回流が形成できるため、ス
ラグは炉内壁に均一に付着し、炉内壁のスラブコーティ
ングが均一化する。

さらに、炉下端のスラグ出湯口は炉体下部に設けられた
助燃バーナの高温の火炎部からの輻射によって効率的に
加熱される。

また、溶融炉本体の燃焼ガス排出口に二次燃焼室を接続
した構造では、未燃焼ガスを含む燃焼ガスは温度降下な
しに二次燃焼室に導入される。

〔実施例〕

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
１は溶融炉本体である。

溶融炉本体１は竪型円筒形に構成され、そのコーン状の
底部９の中央にスラグ出湯口２が、また、上端に炉体内
径りより小径の燃焼ガス排出口３が形成されている。

溶融炉本体１の下部には、廃棄物バーナ装置４と助燃バ
ーナ装置５とが設けられており、助燃バーナ装置５は廃
棄物バーナ装置４よりも下方、すなわちスラグ出湯口２
寄りに位置している。

両バーナ装置４，５は、炉体の略同一レベルの周方向に
複数のノズルを有している。

まず、廃棄物バーナ装置４は周方向の４ケ所にノズル４
０ａ、　４０ｂを有している。これらノズル４０ａ、　
４０ｂは旋回流を形成すべく、その噴射方向が炉中心よ
り偏向している。この廃棄物バーナ装置４は、下記する
助燃バーナにより形成される旋回流よりも炉壁寄りの大
径の旋回流Ｘ１を形成させるようにするため、そのノズ
ル４０ａ。

４０ｂの噴射方向を助燃バーナ装置の各ノズルの噴射方
向よりも炉壁寄りとしている。

本実施例では、４本のノズルのうち向い合った２本のノ
ズル４０ｂが空気吹込専用のノズルとなっており、残り
のノズル４０ａが廃棄物吹込（廃棄物＋搬送用空気）用
となっている。

助燃バーナ装置５も周方向の４ケ所にノズル５０ａ、　
５０ｂを有している。これらのノズルも旋回流を形成す
べく、その噴射方向が炉中心より偏向し、上記旋回流Ｘ
１の内側に比較的小径の旋回流Ｘ２を形成させるように
している。

本実施例では、このノズルについても向い合った２本の
ノズル５０ｂが空気吹込専用になっており、残りのノズ
ル５０ａが助燃料吹込（助燃料＋搬送用空気）用となっ
ている。

上記のように本発明では各バーナ装置４，５の複数のノ
ズルのうちの一部を空気吹込専用のノズルとしてもよい
し、また総てのノズルを廃棄物（廃棄物子空気）用、助
燃料（助燃料十空気）用としてもよい。一般的に言って
、小径の炉では前者が、また大径の炉では後者が適して
いる。

また、前記旋回流Ｘ１．　Ｘ２の径、より詳細には各ノ
ズルの噴射方向の中心線が接線をなす仮想円で規定され
る旋回流の径は、例えば炉内径りに対し旋回流Ｘ１で０
，７Ｄ、旋回流Ｘ２で０．３Ｄ程度とすることができる
。

また、本発明の炉ではスラグ出湯口２の加熱をバーナか
らの火炎の輻射によって行うものであり、本実施例では
火炎をなるべくスラグ出湯口２に近づけるため、廃棄物
バーナ装置４を構成するノズル４０ａ、　４０ｂの噴射
方向を角度θだけ下向きに傾けている。また同様の目的
で、助燃バーナ装置５の各ノズル５０ａ、　５０ｂの噴
射方向も下向きに傾斜させることができる。

また、燃焼ガス排出口３の絞り比、すなわち、その内径
ｄの炉内径りに対する割合ｄ／Ｄは０．３〜０．７とす
ることが好ましい。

炉内の旋回流維持についてみると、ｄ／Ｄは一般的に小
さい方が適当であるが、本方式のように多重旋回流によ
れば０．７程度までは旋回流維持が可能である。また、
絞りによる圧力損失の増大を考慮すると、ｄ／Ｄの下限
はは０．３程度が実用的である。

溶融炉本体１の燃焼ガス排出口３の直上には二次燃焼室
６が直結されている。この二次燃焼室６も竪型円筒状に
構成され、その入側の周方向の複数個所に壁面に沿った
旋回流を形成させるための複数の空気吹込ロアが設けら
れている。

この空気吹込孔７は上下方向で複数段に亘って設けるこ
とができる。

なお、溶融炉本体１の炉壁８には熱伝導率の大きい耐火
材料が用いられ、通常その外側に適当な水冷または空冷
手段が設けられる。

本発明においては、廃棄物バーナ装置４または助燃バー
ナ装置５若しくはその両方を上下方向で複数段設け、炉
内により多重の旋回流を形成させることができ、これに
より廃棄物の炉内での滞留性をより向上させることがで
きる。

この場合には、上下複数段の各バーナ装置により形成さ
れる旋回流が上段側程大径となるようノズルの噴射方向
が設定される。

次に、以上のような溶融炉の操業例および作用について
説明する。供給される廃棄物は予め乾燥機で所定の含水
率まで乾燥され、必要に応じて破砕された後、定量的に
切り出され、搬送用空気とともに廃棄物バーナ装置４に
導かれ、炉内に噴出される。また助燃バーナ装置５から
は、廃棄物着火および助燃のための助燃料が空気ととも
に噴出される。この助燃料としては油やガス燃料等が用
いられる。

炉内には、第５図ないし第７図に示すような上向きの２
重の旋回流（同一方向に旋回する旋回流）を生じる。廃
棄物は旋回流の強力な遠心力によって炉壁側に捕捉され
、壁面８０でスラグ状に溶融して壁面に沿って流下し、
コーン状の炉底９の中央のスラブ出湯口に２から炉外に
排出される。ここで、スラグ出湯口２はバーナ装置４，
５による火炎の輻射により加熱され、スラグの流動性が
確保される。燃焼ガスは上向きに流れ燃焼ガス排出口３
から二次燃焼室６内に導入され、空気吹込孔７から吹込
まれた空気により二次燃焼する。廃棄物の溶融処理では
燃焼ガス中の窒素酸化物を低減させるため所謂二次燃焼
が行われ、溶融炉（−火燃焼室）内の空気比は１．０〜
０．６に絞り、残りの必要空気を二次燃焼室６の空気吹
込孔７から吹込み、未燃焼分を含む燃焼ガスと混合して
完全に燃焼させる。

溶融スラグは炉内の強い旋回流によって壁面８０上に均
一なコーティング層を形成する。第８図はこのときのス
ラグコーティング状況および炉壁温度分布の一例を示す
もので、コーティング層は炉内側に面した流動スラグ層
１０と耐火物側に面した固化スラグ層１１とからなって
いる。

廃棄物スラグは断熱性が高いため、スラグ層内には大き
な温度勾配が生じている。一方、耐火物は熱伝導性の高
い材料を用い且つ外面を冷却することで、炉壁の最も内
側の面１２まで材料の耐熱温度（通常１２００℃）以下
に維持できている。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、 ■炉内の多重の上向き旋回流が下向きの循環流を生じる
ため、廃棄物の炉内滞留時間が充分確保され、高い燃焼
効率が得られる。

■旋回流が上向きに形成されるため、炉内に浮遊する廃
棄物が気流に同伴されにくく、また廃棄物を含むガスは
炉壁に近い位置で旋回流を形成し、さらに上述したよう
に廃棄物の炉内滞留時間が確保され高い燃焼効率が得ら
れることから、スラグ（廃棄物）の炉壁面への高い捕集
効率が得られる。

■炉体が竪型であり、しかも多重の旋回流により燃焼ガ
ス排出口近傍まで強い旋回流が形成できるため、スラグ
は炉内壁に均一に付着し、炉内壁のスラグコーティング
が均一化し、炉材の局部的な損耗が防止できる。

■炉下端のスラグ出湯口は炉体下部に設けられた助燃バ
ーナの高温の火炎部からの輻射によって効率的に加熱さ
れ、これによってスラグの流動不良、同化等による出湯
口閉塞が適切に防止される。

等の効果が得られ、このため、スラグによる出湯口閉塞
や炉材の局部的な早期損耗等の問題を生じることなく、
高いスラグ化率（例えば９５％程度）を達成することが
できる。

また、本願筒２の発明によれば、このような効果に加え
、未燃焼ガスを含む燃焼ガスはほとんど温度降下なしに
二次燃焼室に導入されるため、高い燃焼速度が得られ、
このため二次燃焼室をコンパクトな構造とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は縦断面図、第２図は第１図中ｎ−ｎ線に沿う断
面図、第３図は同じ＜ｍ−■線に沿う断面図、第４図は
同じ＜ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。第５図ないし
第７図は本発明の溶融炉におけるガスの流れおよび流速
を示すもので、第５図は軸方向の流れおよび流速を示す
説明図、第６図は第１図中ｎ−ｎ線面でのガス流速を示
す説明図、第７図は同じ＜　Ａ−Ａ断面でのガス流速を
示す説明図である。第８図は本発明の溶融炉におけるス
ラグコーティング状況および炉壁温度分布の一例を示す
説明図である。第９図および第１０図は従来の廃棄物溶
融炉を示す説明図である。 図において、１は溶融炉本体、２はスラグ出湯口、３は
燃焼ガス排出口、４は廃棄物バーナ装置、５は助燃バー
ナ装置、６は二次燃焼室、４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５
０ｂはノズルである。 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に燃焼ガス排出口を有し、下端にスラグ出湯
   口を有する竪型の溶融炉本体と、該溶融炉本体の下部に
   設けられる廃棄物バーナ装置及び助燃バーナ装置とから
   なり、助燃バーナ装置は廃棄物バーナ装置よりも下方に
   位置し、各バーナ装置は略同一レベルの炉体周方向に複
   数のノズルを有し、これらノズルは旋回流を形成すべく
   その噴射方向が炉中心から偏向しており、両バーナ装置
   により形成される旋回流径が〔廃棄物バーナ装置〕＞〔
   助燃バーナ装置〕となるよう廃棄物バーナ装置の各ノズ
   ルの噴射方向を助燃バーナ装置の各ノズルの噴射方向よ
   りも炉壁寄りとした廃棄物の溶融炉。
2. （２）上部に燃焼ガス排出口を有し、下端にスラグ出湯
   口を有する竪型の溶融炉本体と、前記燃焼ガス排出口に
   接続される二次燃焼室と、前記溶融炉本体の下部に設け
   られる廃棄物バーナ装置及び助燃バーナ装置とからなり
   、助燃バーナ装置は廃棄物バーナ装置よりも下方に位置
   し、各バーナ装置は略同一レベルの炉体周方向に複数の
   ノズルを有し、これらノズルは旋回流を形成すべくその
   噴射方向が炉中心から偏向しており、両バーナ装置によ
   り形成される旋回流径が〔廃棄物バーナ装置〕＞〔助燃
   バーナ装置〕となるよう廃棄物バーナ装置の各ノズルの
   噴射方向を助燃バーナ装置の各ノズルの噴射方向よりも
   炉壁寄りとした廃棄物の溶融炉。
3. （３）廃棄物バーナ装置および／または助燃バーナ装置
   を上下方向で複数段設け、上下複数段の各バーナ装置に
   より異なる径の旋回流が形成されるようノズルの噴射方
   向を設定してなる特許請求の範囲（１）または（２）記
   載の廃棄物の溶融炉。
4. （４）溶融炉本体の内径Ｄと燃焼ガス排出口の内径ｄと
   が、ｄ／Ｄ＝０．３〜０．７である特許請求の範囲（１
   ）、（２）または（３）記載の廃棄物の溶融炉。
5. （５）廃棄物バーナ装置および／または助燃バーナ装置
   を構成するノズルのうちの一部が空気吹込専用のノズル
   である特許請求の範囲（１）、（２）、（３）または（
   ４）記載の廃棄物の溶融炉。