JPH054565B2 - - Google Patents

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
汚泥やし尿汚泥は、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
処理してスラグ化することにより、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61−70314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
は壁面に沿つて流下し、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１
６及び燃焼空気流入口１７によつて旋回流を与え
て廃棄物を燃焼させ、溶融スラグは壁面を流下し
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
として依つているため、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、スラグの捕集効率が低く、廃棄
物のスラグに率が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
スラグコーテ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、構造中継
の接続部分が長くならざるを得ず、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
たがつ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〕

このため本願第１の発明は次のような構造を有
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つており、
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。そして量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〕となるように、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つている。

また、本願第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つて炉内を
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つて炉壁側に押し
やられ、主として炉壁面（正確にはスラグコーテ
イング層面）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X₁，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つて、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Y₁，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
内壁のスラグコーテイングが均一化する。

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
よつ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Ｄ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４０ａ，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つた
２本のノズル４０ｂが空気吹込専用のノズルとな
つており、残りのノズル４０ａが廃棄物吹込（廃
棄物＋搬送用空気）用となつている。

助熱バーナ装置５も周方向の４ケ所にノズル５
０ａ，５０ｂを有している。これらのノズルにも
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X₁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つ
た２本のノズル５０ｂが空気吹込専用になつてお
り、残りのノズル５０ａが助燃料吹込（助燃料＋
搬送用空気）用となつている。

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＋空気）用、助燃料（助燃料＋空気）用
としてもよい。一般的に言つて、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Ｄ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つて行うものであ
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Ｄ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
数個所に壁面に沿つた旋回流を形成させるための
複数の空気吹込口７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つて設けること
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
よつて炉壁側に捕捉され、壁面８０でスラグ状に
溶融して壁面に沿つて流下し、コーン状の炉底９
の中央のスラグ出湯口に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（一次燃焼室）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つて壁面８
０上に均一なコーテイング層を形成する。第８図
はこのときのスラグコーテイング状況および炉壁
温度分布の一例を示すもので、コーテイング層は
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とからなつている。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イングが均一化し、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つ
て効率的に加熱され、これによつてスラグの流
動不良、固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、本願第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
−線に沿う断面図、第３図は同じく−線に
沿う断面図、第４図は同じく−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５図中Ｂ−Ｂ断面でのガス流速を示す説
明図、第７図は同じく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
けるスラグコーテイ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、４０
ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂはノズルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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 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 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 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。