JPH0368292B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は或る燃焼反応から生ずるガスの完全燃
焼を達成する方法に関する。該方法を遂行する為
に、「アフターバーナー」即ち２次燃焼室が発明
された。そのような２次燃焼室の２つの別な形が
以下に記述される。

現代社会に於いては、多数の燃焼プロセスが実
施されている。該燃焼プロセスに於いては計画さ
れた燃料と汚染物がまざり多かれ少かれ燃焼によ
くない結果を与えている。アフターバーナーは軍
用航空機用ジエツトエンジンに長く用いられてき
たが、環境的理由の為に航空燃料の完全燃焼を達
成するという目的の為では決してなく、むしろよ
り高い性能を達成する為であつた。自動車用の排
気エミツシヨン制御装置は実際にはアフターバー
ニング装置ではなくてむしろ排気ガスを再循環さ
せる為の装置である。

廃棄物焼却炉、廃物焼却炉及び産業に於けるプ
ロセス炉の場合には、加熱ボイラーと同じよう
に、燃焼は、該プロセス上戻すことに関して経済
的であるということと環境保護当局によつて要求
されることとの間のバランスを含有する段階迄遂
行される。排出物中の汚染の程度を減少さす一般
的方法は煙道ガスフイルター或は煙道ガス洗浄器
を用いることである。しかし、フイルタ中或は洗
浄液中に集められた物を処理するという問題がま
だ残つている。近くの環境に於ける汚染の程度を
減少さす従来の方法は、より高い大気層に希釈す
る為に汚染物を上方に送る為の高い煙突を用いる
ことである。そのような処置の結果は、北欧の森
林地帯に於いてはヨーロツパ大陸上の焼却装置に
於ける高い煙突からの硫酸が降り下つてくるので
ある。廃物焼却炉等に於ける運転哲学は、大抵、
煙道ガス中の悪臭のある物質の集中を減少するこ
とにあつた。高い煙突も不適当であることが判明
すると、人がほとんど外にいないそして周囲にい
ない真夜中に運転されてきた。同じやり方が、倫
理的理由の為に、火葬炉に於いても長く採用され
てきた。

前記のことから、煙道ガス中の汚染物の量を減
らすのが好ましい多くの焼却炉装置が存在するの
は明白であろう。家庭廃棄物の燃焼に於いては、
異なつたプラスチツク材料から生ずる約50の物質
を見つけ出すことが可能である。本発明の方法に
依れば、これらの殆んどを水蒸気或は二酸化炭素
にして葬り去ることが出来る。

本発明の目的は、廃物焼却装置からの未燃煙道
ガスをアフターバーニングに依つて害のない物質
に変質する為の装置を提供することにある。

この目的の為のアフターバーナーを設計しかつ
設計の寸法で形成する為には、どのような分解生
成物が形成されるかということと、それら分解生
成物が単位時間当り通常燃焼させられるべき量
と、を知ることが必要である。焼却炉中の１Kgの
ポリエチレン・プラスチツクの分解とそして該ポ
リエチレン・プラスチツクの大部分の１−ヘキサ
ン、１−ペンテン、プロパン及びペロペンへの変
質とに基づく計算は、下記の等式によつて達成さ
れる。真空中のポリエチレン・ポリマの分解の熱
計算は、この等式によつて決定されそして焼却炉
中で有効な条件下でのポリエチレン・プラスチツ
クについて概算がなされる。

Ｋ＝Ａ・e^-E/RT Ｋ＝速度定数（S^-1） Ａ＝アレーニウス係数（S^-1） Ｅ＝活性化エネルギー（KJ・mol^-1） Ｒ＝ガス定数（8.314J・〓．mol^-1） Ｔ＝温度（〓） そのような計算と実験によつて、ポリエチレ
ン・プラスチツクは415℃に於いて１分間当り約
１％の割合で真空状態に於いて分解することが発
見された。従つて、415℃の温度で１Kgのポリエ
チレン・プラスチツクを分解するには約１時間半
を要する。実際的条件の下に於いては、焼却炉に
於ける工程に依り、６〜９／minのガスに対応
して、１分間当り10〜15ｇのポリエチレンが分解
させられる。一定の火炎体積（廃物処理から生じ
るガス即ち煙道ガスが完全に燃焼しないとここか
ら出ることができない）を維持しつつ、ガスをア
フターバーンし、かつ、アフターバーン火炎を
1500〜2000℃に維持するためには、下記の量の燃
焼促進ガスがアフターバーン用として要求され
る。

LPG 0.2−0.3m³／ｈ（常温、常圧）（NTP） 空気 ５−８m³／ｈ（常温、常圧）（NTP） 前述の一定体積の火炎（該火炎の中において煙
道ガスと燃焼促進ガスとの間の完全なる変移（燃
焼）が達成される）を確実にするためのバーナー
の設計に関して次に述べる。

アフターバーナーのスケールアツプは長さに無
制限に達成できるわけではない。即ち、極度に大
きな容量が要求される場合には、数個ののアフタ
ーバーナーが並列に連結されなければならないで
あろう。

アフターバーナーは、完全燃焼を達成するため
に温度を上昇させなければならない場合には、混
合燃焼促進ガス、例えば、空気と液化石油ガス、
あるいは空気と酸素ガス等を選択したアフターバ
ーナーからの出口に設置されたそれ自身公知のイ
オン分析感知装置によつて制御することができ
る。通常、アフターバーナーの温度範囲は、焼却
装置から出る煙道ガスとそれに応じて供給される
燃焼促進ガスの組成についての経験的知識に基づ
いてプリセツトされる。

本発明に依る装置の例が、添付された図面を参
考にして以下に記述される。

アフターバーナー室１は、高度に反射的材料か
ら成る、火炎ボウル３を含有する。そして、アフ
ターバーナー室１は、冷却ひれ２で装備されても
よいし、或は、冷却ジヤケツトによつてとり囲ま
れてもよい。

火炎ボウル３は、円筒部分５に合体するほぼ半
球状の端部４を備えており、その内外を連通させ
る多数の孔６が該部分５に設けられている。ま
た、火炎ボウル３は、円筒部分５の端部で、セラ
ミツク等のパツキング材料で作られた１つ又はそ
れ以上のシール８によつてアフターバーナー室１
の壁部に対してシールされている。これらのシー
ルの内側は、バーナー１０のノズル１１に連結さ
れている火炎チユーブ９に対して接している。

火炎チユーブ９とノズル１１に加えて、バーナ
ー１０は、内側バーナーチユーブ１２と外側バー
ナーチユーブ１３とから成り立つている。外側バ
ーナーチユーブ１３は、必要な熱抵抗の断熱材１
４によつて囲まれそしてジヤケツト１５によつて
装備されている。

外側バーナーチユーブと内側バーナーチユーブ
の間を延伸しているのが加熱装置１６で、少くと
も１つの電気的抵抗体要素として主として設計さ
れている。内側バーナーチユーブ１２を貫通し
て、燃焼促進ガス、例えば、空気、酸素、若しく
はこれらと液化石油ガスとの混合ガス、空気と水
素の混合ガス等をノズル１１に供給するためのダ
クト１７が設けられている。ダクト１７は、噴出
部１８となつてノズル１１に入るところで終り、
この噴出部１８は、燃焼促進ガスのための接線方
向に向けられた複数の出口を備えている。

バーナー１０のジヤケツト１５は、アフターバ
ーナー室１のケーシングへ、ねじ込み式接続具１
９によつて結合されている。類似の仕方で、後部
端板２１が、ねじ込み式連結具２０によつてジヤ
ケツト１５に固着されている。なお、このねじ込
み式接線具１９と前述したようにシール８が１つ
又はそれ以上であることとの組合せ構造により、
シール８の必要数を適宜選び、接続具１９のナツ
トを調節することによつて火炎ボウル３がバーナ
ー１０に対して軸方向に調節可能な構成になつて
いる。

後部端板２１に組み込まれているのが、加熱装
置１６用貫通導入線２２である。後部端板２１の
内側でかつ外側バーナーチユーブと内側バーナー
チユーブとの間でかつ加熱装置１６の入口部分の
周囲に熱抵抗体シールガスケツト２３が設置され
ている。同様に、シール２３′が後部端板２１に
対してダクト１７と内側バーナーチユーブ１２と
の間にはめられてある。

運転に於いては、アフターバーナー室１は、外
側バーナーチユーブ１３と内側バーナーチユーブ
１２との間のダクト空間２５と連結している入口
チユーブ２４を介して「アフターバーンされる」
即ち、なかんずく、酸化されて水蒸気と二酸化炭
素になる煙道ガスを供給される。煙道ガスが、こ
の入口ダクト空間２５に到着すると、煙道ガス
は、加熱装置１６と接触させられる。加熱装置１
６は、ジグザグの形で貫通通路を最も良く形成す
るように配列されてある。ここに於いて、もしも
バーナーの長さがこのようにして採用され、そし
て加熱装置が、シリコン酸化窒化物で覆われた加
熱コイルのような高温に耐える材料で作られてい
るなら、煙道ガスは実質的に1000℃より高い温度
迄加熱され得る。

かくして、加熱された煙道ガスは、内部バーナ
ーチユーブ１２の１つ又はそれ以上の孔２６を通
つてダクト空間２５を出る。孔２６の縁辺は、煙
道ガスをダクト１７の方に、そしてダクト１７の
噴出部１８に対して接線方向に導き、該噴出部１
８のまわりに該ガスを回転させるような形状にさ
れている。この回転は、燃焼促進ガスが噴出部１
８の前記接線方向の出口を通つて噴出するのに伴
つて更に促進される。

ダクト１７を介して供給される燃焼促進ガス
は、アフターバーンされるべき煙道ガスの組成に
関連して選ばれた組成を有している。従つて、あ
る場合には、空気が注目され、他の場合には、純
粋な酸素が注目される。煙道ガス中の構成要素物
質の燃焼が吸熱的にのみ可能であるとすると、例
えば、液体石油ガスが燃焼促進ガスと共に必要な
程度迄加えられる。

煙道ガスと燃焼促進ガスが徹底的撹拌間に反応
しそれらの温度が1500℃〜2000℃の火炎温度に迄
増大するときにそれらガスは膨張する。その為に
ノズル１１が外側に向つて張り出す。このノズル
からガスは、適切に高度の反射材料から成る火炎
チユーブ９を貫通して均一な火炎として続く。こ
の均一な火炎は、火炎ボウル３内に吐出し、そし
てガス火炎は火炎ボウル３の端部４に当る。そし
て端部４に於いてガス火炎は180゜戻つてはねかえ
り火炎ボウル３の円筒部分５と火炎チユーブ９の
間に形成された環状間隙の中へより早い速度で勢
よく出る。該環状間隙に於いて火炎は完全に燃焼
しそしてガスは孔６を通つて外向きに勢よく出
る。ここに於いて起るガスの膨張の為に、ガスの
温度は著るしく下るが、いくぶんかの量の熱が残
つていて該熱は図示されてなる冷却ひれ２によつ
て大気中へと、或は取り囲んでいる冷却ジヤケツ
ト内の媒体へと、分散させられ得る。当該プロセ
スにおけるより早い段階への熱の再循環も亦可能
である。

最後に、完全燃焼したガスは出口パイプ２７を
介して排出される。図解的に２８（第１図）で示
されているように、この出口パイプは、熱回収用
装置或は冷却用装置によつて取り囲まれてもよ
い。安全の為に必要なら、出口パイプ２７は、完
燃ガスの最終的処理の為に、洗浄器、ガス洗浄器
或は他の装置へと連結されてもよい。このこと
は、窒素を含むガスが存在している場合に好まし
い。

アフターバーニング装置を貫通するガスの一定
の流れを確実にする為に、低圧アクチユエーター
を出口パイプ２７に連結してもよい。この低圧ア
クチユエーターの無段速度制禦により、アフター
バーナーの前段階の廃物焼却装置からの異なつた
速度のガス流に対して適当なガス速度が得られ
る。低圧アクチユエータとしてフアンを用いる場
合、フアンの速度は、手動で決められてもよい
し、或は、アフターバーナー中の或はアフターバ
ーナーに隣接した適当な点に設置された感知要素
を有した如何なる種類の制禦装置によつて制禦さ
れてもよい。

火炎ボウル３は前述したように鉛直方向に調節
可能であるので、火炎は様々な形状寸法の包絡面
を与えられることができ、また、煙道ガスのダク
ト２５中のガス速度と火炎部を出るガスの排出速
度との間の関係を制御することができる。両速度
の比率については、煙道ガス中の燃焼可能残留物
に依り、１：５と１：20の間の比率を選択するこ
とが望ましいことがわかつた。なお、バーナー１
０に供給される燃焼促進ガスの量は、勿論火炎ボ
ウル３の設計に適応するものでなければならな
い。

以上、１つの具体例について述べたが、本発明
の特許請求の範囲内で種々の変形をなし得るもの
であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るアフターバーナーの一
具体例の長手軸に沿つた断面図である。 １：アフターバーナー室、３：火炎ボウル、１
０：バーナー、１６：加熱装置、１７：燃焼促進
ガス導入用ダクト、２５：煙道ガス用ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アフターバーナー室と、煙道ガス及び燃焼促
   進ガスのためのバーナー及びダクトと、前記アフ
   ターバーナー室からの出口とを有する焼却装置か
   らの煙道ガスのアフターバーニング装置におい
   て、煙道ガスのためのダクトがバーナーを通つて
   延び、かつ煙道ガスを加熱するための装置を有し
   ていること、及び、バーナーに対向して火炎を捕
   捉し反射させるための軸方向に調節可能な火炎ボ
   ウルを備えていることを特徴とするアフターバー
   ニング装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のアフターバー
   ニング装置において、前記バーナーの内部に、接
   線方向に向く複数の出口を有する噴出部で終る燃
   焼促進ガス導入用ダクトがあることを特徴とする
   アフターバーニング装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のアフターバー
   ニング装置において、煙道ガスのためのダクトの
   内側チユーブに、その縁辺が前記噴出部に対して
   接線方向に煙道ガスの流れを向けさせるように形
   成された孔が設けられていることを特徴とするア
   フターバーニング装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載のアフターバー
   ニング装置において、アフターバーナー室が過剰
   の熱を消散させるための装置を付設されているこ
   とを特徴とするアフターバーニング装置。