JPH09159130A

JPH09159130A - 都市ごみで製造した固形燃料の燃焼炉

Info

Publication number: JPH09159130A
Application number: JP7324432A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Fujita; 藤田　　勉
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】都市ごみのような廃棄物を原料として成形加圧
し壊れやすく且つ揮発分の多い固形燃料であっても、安
定した燃焼状態が維持できる燃焼炉を提供することを目
的としている。【解決手段】都市ごみを一定形状に成形、加圧して製造
した固形燃料を燃焼させる燃焼炉であって、燃料充填層
及びその上方の燃焼空間で形成した燃焼室と、一定量の
新たな固形燃料を間歇的に上記予熱帯に下方から押上げ
供給する昇降自在な燃料押上手段と、該固形燃料の供給
停止時に該燃料充填層全体を該燃料押上手段に代わって
支える該燃焼室下部へ進退自在な燃料層支持体と、該予
熱帯の側壁に設けた一次空気吹込口と、前記燃焼空間の
側壁に設けた二次空気吹込口及びバーナと、該おき燃焼
帯上方から側方にオーバフローした燃焼物中の未燃分を
完全燃焼させる未燃灰燃焼室とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼炉に関し、特
に、紙、木くず、プラスチック、厨芥類などの廃棄物、
所謂都市ごみを原料として製造した固形燃料の有効利用
技術に係わり、該固形燃料を効率良く燃焼させるための
燃焼炉を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、紙、木くず、プラスチック、厨芥
類などの所謂都市ごみは、廃棄物の有効利用の見地か
ら、固形燃料に変身させて使用する試みがある。例え
ば、本出願人は、該廃棄物を破砕して不燃物を選別器で
分離、除去した後、該廃棄物が含有している塩素を固定
するため、石灰、Ｎａ₂ Ｓ，ＮａＨＣＯ₃ 等のアルカリ
金属塩からなる塩素固定剤を添加し、一定形状に成形、
乾燥した固形燃料を製造した。そして、現在は、引き続
いて該固形燃料の利用範囲を拡大すべく有効な燃焼炉の
開発研究を行っている。

【０００３】ところで、従来より、所謂都市ごみの焼却
炉としては、ストーカ炉型式のものが多用されていた。
それは、固定または往復動式の格子群の上に上記廃棄物
（破砕されているが、特殊な加工、成形はされていな
い）を供給し、該格子群の下方から燃焼用空気を供給し
たり、一部の２次空気を該格子群上の廃棄物層の上方空
間へ更に供給して、該廃棄物を燃焼させるものである。
その際、該廃棄物は、順次に該格子群の上を一端から他
端へ移動するようになっており、該格子群上を移動する
間に、乾燥、予熱、揮発分の燃焼、固定炭素類の燃焼
（おき燃焼）、灰化のプロセスを経るのである。また、
最近は流動床炉型式の炉が使われる場合もある。それ
は、炉内の一部高さまでを砂層で形成し、該砂層内ある
いは上に前記廃棄物を供給し、該砂層の下方から燃焼用
空気を供給して、該廃棄物を流動燃焼させるものであ
る。その際、砂層と廃棄物は、流動して激しく撹拌、混
合されるので、その間に、該廃棄物は、乾燥、予熱、揮
発分の燃焼、固定炭素の燃焼（おき燃焼）を経て灰化さ
れる。この灰の一部は、流動ガスに随伴して炉の上方を
経て集塵装置にて除去され、残りの灰は、該流動床炉の
下方から除去されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
トーカ炉型式の燃焼炉で、前記した成形された固形燃料
の燃焼を試みたところ、次のような問題点があった。す
なわち、燃焼炉自体が大がかりであり、燃料層をストー
カ格子群で支持する構造であるので、高温に耐えるよう
高価な材料を多く使用し、経済性に劣る。また、廃棄物
である燃料層が横方向に移動する際に、燃焼の進行につ
れて、形状の変化、縮径などが生じ、炉下から供給され
る一次空気の通気抵抗が変化する。つまり、炉の通気抵
抗分布が変化し、通気の容易なところと、通気不良のと
ころに分かれ、燃焼が円滑に行われない。格子群の下に
仕切りを設けて通気量を調整する炉もあるが、対象とす
る固形燃料では揮発性が高く又形がくずれ易いこともあ
り、一次空気のみの調整では良好な燃焼の維持が難し
い。そのため、燃料層の上方へ二次空気を吹き付けて完
全燃焼を図るが、全体として必要になる空気量は、過大
になりやすい。このように、耐熱材料の格子群、過大な
空気量のための送風装置、大きな燃焼用空間、多量の排
ガス処理装置などが必要となり、必然的に装置規模が大
となり、経済性に難点を有したのである。

【０００５】一方、流動床炉式の炉で、前記固形燃料を
燃焼した場合にも次のような問題点があった。すなわ
ち、砂及び廃棄物の流動状態を安定して維持するには、
圧力の高い多量の流動用空気を供給する送風装置が必要
であったり、安定な燃焼状態を維持するためには、炉の
上方に大きな二次燃焼空間を設けて、二次空気を供給す
る必要があった。また、流動床式であるため、通常は複
雑な燃焼制御が必要であった。さらに、固定床炉式の炉
を採用して前記固形燃料の燃焼を試みたが、やはり次の
ように問題が多発した。すなわち、固定式炉は、木屑を
焚く場合では、処理量も小さく、かつ対象物の燃焼性が
極めてよい特質を有するので、バッチ燃焼も容易にでき
る。しかし、紙、プラスチック、厨芥等からなる前記固
形燃料では、種々の素材から構成されているため、単一
材の木屑の燃焼とは異り、燃焼性がはるかに複雑とな
り、バッチ式の固定床炉では安定かつ完全燃焼はできな
かった。つまり、燃料層の上表面近辺は燃焼しやすい
が、その下層の燃料には空気が達し難く、燃え残りや、
くすぶり燃焼などが生じ、安定な燃焼は困難であった。

【０００６】本発明は、かかる事情を鑑み、都市ごみの
ような廃棄物を原料として成形加圧し壊れやすく且つ揮
発分の多い固形燃料であっても、安定した燃焼状態が維
持できる燃焼炉を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、木屑や不定形廃棄物の燃焼に用いられてい
る従来の炉型式の中からよい点を抽出、組み合わせて、
都市ごみで製造した固形燃料を適量ずつ順次燃焼させる
高効率の燃焼炉を創案するに至った。すなわち、本発明
は、都市ごみを一定形状に成形、加圧して製造した固形
燃料を燃焼させる燃焼炉であって、該燃焼炉の下方より
上方に向けそれぞれ乾燥帯、予熱帯、燃焼帯、おき燃焼
帯からなる燃料充填層及びその上方の燃焼空間で形成し
た燃焼室と、一定量の新たな固形燃料を間歇的に上記予
熱帯に下方から押上げ供給する昇降自在な燃料押上手段
と、該固形燃料の供給停止時に該燃料層全体を該燃料押
上手段に代わって支える該燃焼室下部へ進退自在な燃料
層支持体と、該予熱帯の側壁に設けた一次空気吹込口
と、該燃焼空間の側壁に設けた二次空気吹込口及び燃焼
バーナと、該おき燃焼帯上方から側方にオーバフローし
た燃焼物中の未燃分を完全燃焼させる未燃灰燃焼室とか
らなることを特徴とする都市ごみで製造した固形燃料の
燃焼炉である。また、本発明は、上記燃料押上手段の上
に固形燃料を充填する燃料送り手段を備えたり、あるい
は上記燃焼空間と排ガス煙道との間に、ガス通過可能で
且つ燃焼空間の熱を受けその熱を該燃焼空間に再度反射
する放射体を設けたことを特徴とする都市ごみで製造し
た固形燃料の燃焼炉である。さらに、本発明は、上記排
ガス煙道に、排ガスの脱塵、脱塩素手段及び熱交換器を
設けたり、あるいは上記排ガス煙道に、排ガスの一部を
上記一次空気吹込口へ循環させる管路と循環手段を設け
たことを特徴とする都市ごみで製造した固形燃料の燃焼
炉でもある。

【０００８】本発明では、常温の固形燃料を原形を損ね
ずに炉の下方へ適量だけ供給するようにしたので、燃料
充填層はほぼ安定した速さで炉の上方へ向けて移動し続
けるようになる。つまり、本発明では、燃料の燃焼速度
に応じた速さで新しい燃料を供給し続ける状態を実現で
きる。また、本発明では、燃料充填層の下方（予熱帯）
に燃焼用空気の分散供給が行なわれるようにしたので、
燃料は、予熱帯では乾燥、予熱され、一部はガス化して
着火点の低いガス成分は燃焼し始めるようになり、燃焼
帯では激しく燃焼反応を生じ、さらに上方のおき燃焼帯
では、すでに揮発成分は除去されているので、残存する
炭素分のみが燃焼するようになる。そして、その上部に
は完全燃焼した後の灰や未燃分を含んだ灰が存在するよ
うになる。つまり、本発明では、燃料充填層は、このよ
うに各領域で燃焼状況を異にすることが特徴であり、下
方で発生したガス化成分は上方のおき燃焼帯の高温酸化
雰囲気中において燃焼される。

【０００９】また、本発明では、最上部のおき燃焼帯で
生じる灰層は、下方から燃料が順次押し上がってくるた
め、側方の未燃灰燃焼室へオーバフローし、この間に残
留の未燃炭素は燃焼しつくし、灰のみとなり、灰出口よ
り除去されるようになる。さらに、本発明では、燃焼空
間にガス通過可能な耐火物製の熱の放射体を設けるよう
にしたので、それは排ガスで赤熱され、その熱を燃料充
填層に向けるようにして、燃料充填層の高温状態維持に
役立てるようにした。

【００１０】加えて、本発明では、排ガスは、炉の頂部
を経て除塵器により粗塵が除去され、該集塵器後方の煙
道内で消石灰などの噴霧で脱塩素されるようにした。ま
た、排ガスの顕熱回収を行う熱交換器の設置が容易にな
る。さらに加えて、本発明では、除塵器を経た一部のガ
スを別系統の分岐管で混合器に導き、別に送り込まれる
大気と混合するようにしたので、予熱された気体を該燃
焼炉の燃料充填層で使用し、燃料の着火燃焼、あるいは
良好な燃焼が維持可能となる。

【００１１】なお、本発明では、燃料の燃焼開始時に
は、まず燃料充填層の上方に設けたバーナの着火燃焼を
行い、これにより炉内が常温状態から昇温、燃焼、おき
燃焼と順次移行し、ついには前述の定常状態へと到達す
るのである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に係る都市ごみで
製造した固形燃料（以下、単に固形燃料という）の燃焼
炉を示し、以下その実施形態を説明する。まず、該固形
燃料２３の炉への供給であるが、貯槽１１に蓄えた該固
形燃料２３は、定量供給装置１０で切り出され、燃料送
り手段へ移送される。該燃料送り手段は、ホッパー９と
燃料移送体（通常は、シリンダで稼動する押出ラック）
７とからなり、該燃料移送体の往復繰り返し動作で該固
形燃料２３を炉下部に配置した燃料押上手段（通常、耐
火製材料からなる板状体）へ送る。該燃料押上手段３
は、付属の昇降手段４の動作で炉の下端位置に予め移動
されており、送られて来た固形燃料は、この燃料押上手
段３の上に移載される。そして、所定量の該固形燃料２
３が積載された時点で、該燃料押上手段３は、図１に示
すように、昇降手段４で炉内の下部（乾燥帯位置）に押
上げられる。この時、炉下部側方に待機していた燃料層
支持体５が、炉内に前進して該燃料押上手段３の上面に
入れられ、そこにある固形燃料２３をすくい上げる。つ
まり、該燃料層支持体５が、炉底を形成して前記燃料押
上手段３に代わって固形燃料層全体を支持するようにな
る。

【００１３】その後、該燃料押上手段３は、炉下端の元
の位置に移動し、前記貯槽１１からの新しい固形燃料２
３を上述の動作で受け、再度上昇される。しかし、この
場合は、上昇途中でリミットスイッチ（図示しない）が
作動し、載置した固形燃料２３の上部が前記炉底を形成
している燃料層支持体５の外底面に接する直前位置で、
該燃料押上手段３は一端停止する。引き続き、炉底を形
成している燃料層支持体５を直ちに炉の外側に後退さ
せ、該停止中の燃料押上手段３に再度上昇動作を与え、
新しい固形燃料層の上に以前からある固形燃料層を静置
する。このようにして固形燃料２３の圧潰が生じないよ
うに、燃焼室２に燃料充填層を所定高さまで形成してい
くのである。

【００１４】次に、固形燃料２３の燃焼であるが、ま
ず、図１に示したバーナ１５を点火し、燃焼室２の燃焼
空間１９の雰囲気温度を２００℃程度に上げる。該雰囲
気温度が上昇した時点で、二次空気風箱１４から空気を
供給開始し、燃料充填層の最上層にある固形燃料２３の
表面温度を上げ、該固形燃料２３から発生したガスに着
火し、燃焼を開始する。引き続き、燃料充填層の下部、
つまり予熱帯の側方に位置する一次空気風箱１２から、
該予熱帯にある固形燃料層に一次空気を供給する。な
お、この一次空気は、燃焼排ガスの廃熱を利用するか、
あるいは別の補助バーナ（図示しない）で予熱されてい
る。

【００１５】このような燃焼操作を行うと、燃料充填層
は乾燥帯２ｄ、予熱帯２ａ、ガス化あるいは燃焼帯２
ｂ、及びおき燃焼帯２ｃに別れ、この状態で燃焼が継続
されるようになる。最終的には、この燃焼状態が確立、
維持された時点でバーナ１５を消火し、前記新しい固形
燃料２３の供給を間歇的に行いつつ、つまり半移動床式
で連続して燃焼炉の操業が円滑に行なわれたのである。

【００１６】以下、下記の燃焼条件で燃焼させたとこ
ろ、ａ）固形燃料の形状：紙、プラスチック、厨芥を粉砕、乾燥し、造粒機で造粒成形したものであり、該固形燃料の形状は、直径１５ｍｍ、長さ４０ｍｍである。ｂ）発熱量：５０００ｋｃａｌ／ｋｇｃ）燃焼炉への燃料供給量：２００ｋｇ／時間ｄ）固形燃料の組成：紙２５％、プラスチック８％、木屑７％、厨芥６０％ボイラで発生した蒸気量が１．４トン／ｈ×７ｋｇｆ／
ｃｍ² Ｇで、燃焼排ガスのＣＯ濃度が２０ｐｐｍとなっ
た。未燃灰燃焼室２２では、空気管１７を経て多孔板か
らなる空気散気体１６を通り、燃焼用空気が未燃灰の上
方から供給される。ここで、固定炭素の燃焼が行われ、
未燃炭素は完全燃焼する。

【００１７】また、上記と同量の固形燃料２３を処理す
る従来のストーカ炉、流動床型式に比べて、炉の占有面
積が２／３になり、設備のイニシャルコストが約２／３
に低減できた。さらに、ストーカ炉での燃焼では、未燃
炭素が灰中５％残ったが、本発明に係る燃焼炉では完全
に燃焼することができ、未燃炭素は見られなかった。な
お、図２に本発明に係る燃焼炉の別態様として、排ガス
の除塵器２４、２５や排ガスの一部の循環手段を備えた
ものを示しておく。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、簡易
な炉構成にして都市ごみから製造した固形燃料の完全且
つ円滑な燃焼ができるようになった。その結果、該都市
ごみの有効利用が今後大いに期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る都市ごみで製造した固形燃料の燃
焼炉の縦断面図である。

【図２】本発明に係る都市ごみで製造した固形燃料の燃
焼炉の別例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１燃焼炉２燃料充填層３燃料押上手段４昇降手段５燃料層支持体６燃料送り手段７燃料移送体８送り手段（シリンダ）９ホッパ１０定量供給装置１１貯槽１２風箱（一次空気）１３一次空気単管１４風箱（二次空気）１５バーナ１６空気散気体１７空気管１８放射体１９燃焼空間２０断熱材２１一次空気吹込口２２未燃灰燃焼室２３固形燃料２４粗除塵器２５熱回収ボイラ２６除塵器（バッグフルタ）２７排ガス塔２８塩素系ガス反応材タンク２９排ガス取出口３０ガス管３１ガス量調整弁３２送風機３３混合器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２３Ｇ 5/00 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/00 ＺＡＢ１１９Ｄ１１９１１９Ｆ 5/04 ＺＡＢＺ 5/04 ＺＡＢ 5/46 ＺＡＢＡ 5/46 ＺＡＢＺＡＢＢＦ２３Ｍ 9/00 ＤＦ２３Ｍ 9/00 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】都市ごみを一定形状に成形、加圧して製
造した固形燃料を燃焼させる燃焼炉であって、該燃焼炉の下方より上方に向けそれぞれ乾燥帯、予熱
帯、燃焼帯、おき燃焼帯からなる燃料充填層及びその上
方の燃焼空間で形成した燃焼室と、一定量の新たな固形
燃料を間歇的に上記予熱帯に下方から押上げ供給する昇
降自在な燃料押上手段と、該固形燃料の供給停止時に該
燃料充填層全体を該燃料押上手段に代わって支える該燃
焼室下部へ進退自在な燃料層支持体と、該予熱帯の側壁
に設けた一次空気吹込口と、前記燃焼空間の側壁に設け
た二次空気吹込口及びバーナと、該おき燃焼帯上方から
側方にオーバフローした燃焼物中の未燃分を完全燃焼さ
せる未燃灰燃焼室とからなることを特徴とする都市ごみ
で製造した固形燃料の燃焼炉。
【請求項２】上記燃料押上手段の上に該固形燃料を充
填する燃料送り手段を備えたことを特徴とする請求項１
記載の都市ごみで製造した固形燃料の燃焼炉。
【請求項３】上記燃焼空間と排ガス煙道との間に、ガ
スが通過可能で且つ燃焼空間の熱を受けその熱を該燃焼
空間に再度反射する放射体を設けたことを特徴とする請
求項１又は２記載の都市ごみで製造した固形燃料の燃焼
炉。
【請求項４】上記排ガス煙道に、排ガスの脱塵、脱塩
素手段及び熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の都市ごみで製造した固形燃料の
燃焼炉。
【請求項５】上記排ガス煙道に、排ガスの一部を上記
一次空気吹込口へ循環させる管路と循環手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の都市ご
みで製造した固形燃料の燃焼炉。