JPH09178136A - 廃棄物等の燃焼方法および焼却炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で故障の少なく、維持、修理が楽
な焼却炉を得る。 【解決手段】 円筒形の焼却炉本体の底部中央に開口５
を設け、ピローブロック８により支持された回転軸７を
下から貫通させ、軸端にインペラー４を取り付ける。回
転軸７の下端は、減速機一体型の電動機１０とカップリ
ング９により連結する。インペラーは、回転軸７に固定
された腕４ａと、その両先端上向きに取り付けられた２
個の羽根４ｂより構成する。なお、インペラー４は、炉
床残留物３に埋没した状態で回るよう、炉床に密着した
格好に形成する。焼却炉本体には廃棄物投入口１３を設
け、作業床面２０上に設置された投入テーブル１４を用
いて固体状や塊状の廃棄物を炉内に投入する。また、炉
壁には液状廃棄物フィード用ノズル１５、半流動状廃棄
物フィードノズル１６、助燃バーナー１７、排ガス中和
用アルカリスプレー装置１８を取り付ける。炉底には灰
だし口１９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般廃棄物・産業廃
棄物の焼却処理および再生処理に用いる焼却炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般廃棄物・産業廃棄物の焼却処
理および再生処理には、ロータリーキルン・固定床焼却
炉・流動床焼却炉・火格子焼却炉・混合装置を備えた焼
却炉等が用いられて来た。

【０００３】ロータリーキルンは高カロリーの廃棄物を
焼却すると、高熱により回転胴の耐火物が剥離・溶融し
たり外皮が変形する欠点がある。また、高含水率の廃棄
物を焼却するには助燃剤を多く必要とし、高カロリーの
廃棄物との混焼は燃えきり時間が異なることが多く好ま
しくない。

【０００４】また、ロータリーキルンでは、灰分の多い
燃焼物はキルンアクションの作用による造粒のため燃え
殻が焼却物を未燃のまま包み込む現象が発生し、中が未
燃のまま排出される。また、大きい塊や、燃えきり時間
の長い廃棄物はキルン内の滞留時間が短いため燃えきら
ずに排出される欠点がある。

【０００５】固定床焼却炉は小型のものが多い。大型の
ものでは特に高含水率の廃棄物や大きい塊の廃棄物は、
安定した均一な燃焼が難しく残灰の掻き出しにも労力を
要する。

【０００６】流動床焼却炉は高カロリーの廃棄物や高含
水率の廃棄物の焼却およびそれらの混焼には適するが、
大きい塊の廃棄物の場合は、塊のまま留まり燃焼に長時
間を要し、そのため破砕の前処理が必要となる。流動床
の砂と比較して比重の大きいものの場合は炉底に埋没し
てしまい流動せず適さない。また、砂を流動させるため
の送風機のランニングコストが高く、さらに高温の空気
を吹き込む必要上、熱交換機や送風機のトラブルの発生
が多い。流動床焼却炉はまた、砂・高温空気・焼却物・
焼却灰・燃焼ガスが激しく均一に混ざり合うため良く燃
えるが、一方焼却灰が細かいばい塵となり、ばい塵処理
に負担が掛かる。

【０００７】火格子焼却炉は高カロリーの廃棄物を焼却
すると火格子を損傷したり、火格子や側壁耐火物にクリ
ンカが付着する欠点がある。液状の廃棄物や高含水率の
汚泥等は火格子から落下し不向きである。

【０００８】従来の混合装置を備えた焼却炉（例えば、
特開昭５９−１９７７２２号公報参照）は、金属製の混
合子が焼却物と灰を上から混合する構造になっており、
炎に直接晒され損傷し易い。そのため混合子を空冷等の
方法で保護する必要があり、構造が複雑化し形状も限定
される。このような方策をとっても高カロリーの廃棄物
の処理には限度があり適さない。また、焼却灰が溜まり
すぎると混合装置に急に大きな負荷がかかるため、灰出
しをこまめに行い、灰の高さを一定範囲に保つ必要があ
る。このため運転に熟練を要する欠点がある。

【０００９】また、混合装置を備えた焼却炉では、可燃
性建築廃材等の壊れにくい大きな塊の廃棄物は混合子に
大きな負荷がかかり、変形、破損等の恐れがあるため、
破砕の前処理が必要となる。同様にロープ状やシート状
の廃棄物は混合子に絡まるためそのままでは処理でき
ず、破砕の前処理が必要となる。

【００１０】また、従来の混合装置は灰の表面をならす
ように浅く混合するようになっており、灰の層が浅く熱
容量も小さいので、高含水率の廃棄物や液状の廃棄物の
処理は難しい。

【００１１】さらに、従来の混合装置を備えた焼却炉で
は、外周部から投入された焼却物が混合子の低速の回転
により、炉中央灰出し口に向って薄い固定層を形成した
状態で、連続的にゆっくり移動しながら燃焼するタイプ
のものが多い。すなわち、外周部から順に水分の蒸発領
域、可燃性分解ガスのタール分の放出領域、燠燃焼領
域、そして灰の領域を同心円状に形作り、したがって炉
全体が均一な燃焼状態にはない。燃焼物の燃焼に要する
時間は、その形状、性状により大きく異なるため、一つ
の焼却炉での燃焼時間の異なるものの混燃は難しい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、高カロリ
ー廃棄物・高含水率汚泥・液状廃棄物・固形廃棄物を性
状、形状を問わず処理でき、また破砕等の前処理やこま
めな灰出等のわずらわしい運転技術を必要とせず、構造
が簡単で故障の少ない、維持、修理が楽な焼却炉を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段および作用】この発明では
炉床から回転軸を出し、この回転軸にインペラーを上向
きに、かつ焼却物の燃焼により生じた残留物、例えば燃
焼過程で熱分解を受け生成された、燠燃焼途中にある粒
状炭化物等（以下これらを単に灰と呼ぶ）に埋没した状
態になるように取り付け、インペラーのゆっくりとした
回転により焼却物を灰と混合する。

【００１４】灰に埋没したインペラーによる混合は、イ
ンペラーの回転軸回りの回転によるインぺラー先端の羽
根の水平面内の移動が、灰に水平面内のみならず垂直方
向の運動を誘引することにより行われる。

【００１５】インペラーの混合作用を図３を借りて説明
する。インペラーは図の矢印の向きに回転する。このイ
ンペラーは、羽根４ｂの斜面が立ち上がる位置（Ａ−Ａ
線）が上から見たとき図のように半径に対し傾いてい
る。インペラーの回転による灰の動きを半径方向の断面
図としてI〜IVに模式的に、時間の経過順に示す。

【００１６】Iは羽根による混合が始まる直前の状態で
あり、もう一方の羽根による混合の影響として灰上面に
うねりが残っている。IIは羽根の斜面の楔効果により、
ａ部分が内側の部分と剪断され、上方の灰を押し上げな
がら斜面を滑り上がり、灰上面に大きなうねりのｃ部分
ができる。

【００１７】IIIでは灰が押し上げられる範囲がｂ部分
まで大きく広がる。羽根の斜面が立ち上がる位置がイン
ペラーの回転とともに内側に移動するので、羽根に押し
上げられた灰は同時に内側（回転軸中心）に向かって動
かされる。羽根に押し上げられる燠の量は最大となり、
灰上面中心近くまで大きく盛り上がる。IIでできたうね
りｃ部分も内側に向かって移動する。羽根の下側のｄ部
分へは羽根の前進を追いかける格好で後ろ側から灰が流
れ込む。

【００１８】IVは羽根が通過した直後の状態であり、羽
根によりｂ部分の灰が持ち上げられた後に大きな窪みｅ
部分ができ、この窪みにII〜IIIでできた盛り上がりｆ
部分から灰が崩れ込む。

【００１９】このようにして灰は羽根により炉底から上
方に持ち上げられつつ内側に移動して丘を形成し、そし
て羽根後方の窪みに崩れ込む形で炉底に戻り、水平面内
のみならず垂直方向にも良く混合される。粉体状や液体
状の廃棄物はこの混合作用により灰中に分散し、灰を熱
媒体として良く燃焼する。

【００２０】固形や塊状の廃棄物は灰と共に炉内を動き
ながら燃焼する。その廃棄物の比重が灰と比較して大き
くない場合は、灰表面にできたうねりや窪みをまるで波
乗りのように炉内を移動しながら燃焼し、粒状に破砕さ
れてゆく。

【００２１】さて投入された廃棄物は、灰からの熱およ
び灰上方での可燃性ガスや助燃バーナーからの輻射熱に
より熱分解を受ける。まず、１００℃付近で水分を蒸発
放出し、ついで３００〜６００℃で可燃性分解ガスやタ
ール分を放出し、破砕され粒状化した固形炭素分となり
新たな熱媒体となる。

【００２２】ところで、液体状や液体を多く含んだもの
が高温の「細かな灰」と直接触れると、液体が瞬間的に
蒸発し、体積が数千倍に膨張するため、いわゆる灰神楽
を起こし、「細かな灰」を多量に舞い上げる現象が起き
る。本発明では、灰の粒子が、ある範囲の大きさに揃っ
て造粒され、粒子間の隙間が十分にあるためガスが抜け
やすく、飛び散り難い。

【００２３】従来の混合装置では混合子が直接炎に晒さ
れるため、内部に空気を通し冷却する方法等が行われる
が、一般に使用されるステンレス鋼等では、高カロリー
の廃棄物の焼却は焼損が発生するため限度がある。本発
明ではインペラーが灰に埋没しているので、焼却物の燃
焼による炎や助燃バーナーの炎に直接晒されることがな
い。焼却炉の灰の温度は溶融炉、焼成炉等の特別の炉と
異なり特に高温である必要はなく、焼却物を熱分解させ
るために６００℃程度で十分であり、材質に特殊な耐熱
金属を使用しなくても焼損する恐れがない。また、冷却
の必要がなく、構造が簡単でインペラー断面を薄くでき
る等形状を自由に選ぶことができる。また、破損した場
合でも部分的修理が容易である。本発明ではインペラー
が灰の上に出ていないので、ロープ状やシート状のもの
でも絡まる心配がない。

【００２４】従来の混合装置では混合子が灰の表面を上
方から掻きならすように混合するため、大きな塊の廃棄
物を投入すると混合子の回転が阻害され、負荷の急増に
よるモーターの焼損、混合子の変形、破損が発生する。
また、灰の厚さによる混合子の駆動トルクの変動が大き
く、これを避けるため灰のレベルを常時監視し、灰出し
をこまめに行う必要がある。本発明では投入した焼却物
が大きな塊の場合でも、まるでベルトコンベアのように
灰の層を介して動かされるので、インペラーの回転が焼
却物により阻害されることがなく、モーターの負荷に大
きな変化がない。投入された焼却物は炉内を何度も回転
移動しながら燃焼し、滞留時間の不足による未燃物の灰
への混入が発生しない。また、インペラーが初めから灰
に埋没しているので、灰の厚さが増加しても駆動トルク
の変動が少ない。したがって灰のレベルの管理が容易で
あり、灰出しの回数を極端に減らすことができ、従って
運転にも熟練を要しない。

【００２５】本発明ではカロリーのない、高含水率汚泥
や液状廃棄物を灰を熱媒体とし、インペラーの混合作用
により良く混合させて燃焼させることができる。例え
ば、これらと高カロリー廃棄物との混焼や助燃バーナー
の使用でカロリーバランスをとり、焼却物の熱分解に必
要な６００℃程度に灰の温度を保つと安定して燃焼させ
ることができ、経済的である。

【００２６】本発明は、従来の混合装置を備えた燃焼炉
とは形状が類似しているが、前述のように燃焼のメカニ
ズムが根本的に異なり、灰出口の場所が限定されず、自
由に設置できる。

【００２７】本発明では灰の層をゆっくり回転するイン
ペラーの作用により立体的に、深く均一に混合すること
ができる。したがって、液状廃棄物は炉底に溜まること
なく、バインダーの役目を果たし、多孔質の炭化物であ
る灰は造粒の起きるための重要因子である濡れ特性がよ
いため、「細かな灰」は飛散しにくい大きさに造粒され
る。

【００２８】本発明ではインペラーの回転がゆっくりし
たものなので灰の混合は静かに行われ、流動床焼却炉の
場合のように、焼却灰がばい塵となって飛散することが
ない。

【００２９】

【実施例】この発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１に示すように、焼却炉本体は円筒形で、鋼板製
外皮１の内側が耐火物２によりライニングされている。
炉底中央には開口５が設けられ、ピローブロック８によ
り支持された回転軸７が下から貫通している。回転軸７
は下端を減速機一体型の電動機１０とカップリング９に
より連結され、上端にはインペラー４が取り付けられて
いる。

【００３０】インペラーは、回転軸７に固定された腕４
ａと、その両先端上向きに取り付けられた２個の羽根４
ｂより構成される。羽根の個数は炉の大きさ等の条件に
より多くすることも可能である。

【００３１】インペラー４は、炉床残留物３に埋没した
状態で回るよう、炉床に密着して作ってある。図２に、
効果的な混合作用が得られ、かつ駆動トルクが少ないイ
ンペラーの形状の一例を示す。

【００３２】図１に戻って、焼却炉本体には廃棄物投入
口１３が開けられ、作業床面２０上に設置された投入テ
ーブル１４を用い、固体状や塊状の廃棄物が投入され
る。また、炉壁には液状廃棄物フィード用ノズル１５、
半流動状廃棄物フィードノズル１６、助燃バーナー１
７、排ガス中和用アルカリスプレー装置１８が取り付け
られる。炉底には灰だし口１９が設けられている。

【００３３】回転軸７には軸と共に回転するパン１１が
取り付けられており、万一炉底の開口部５のシール部６
から回転軸７を伝って液状廃棄物が染みだしてもこれを
受け、さらにドーナツ状のパン１２を介して廃水処理も
しくは再焼却される。

【００３４】電動機１０は図示しないインバーターによ
り駆動され、インペラーは毎分0.2〜1回転のゆっくりし
たスピードで回転し、投入口１３から投入された廃棄物
を炉床に堆積している灰と静かに混合する。粉体状や液
体状の廃棄物はこの混合作用により灰中に分散し、灰を
熱媒体として良く燃焼する。燃焼により生じた排気ガス
は、図示しないばい煙処理装置を経て排気される。

【００３５】

【発明の効果】この発明は、インペラーを焼却物の燃焼
により生ずる炉床残留物、例えば燃焼過程で熱分解を受
け生成した、燠燃焼途中にある粒状炭化物等（以下これ
らを単に灰と呼ぶ）に埋没した状態で回転させ、焼却物
を灰と良く混合し、かつ灰を熱媒体として燃焼するよう
にしたものであり、固体状・半流動状・液状等、形状・
性状を選ばず、高カロリーや高含水率汚泥等広い範囲の
廃棄物を前処理なしで焼却できる効果がある。

【００３６】インペラーは灰に埋没していて炎に直接さ
らされることがないので、焼損のおそれが少なく冷却の
必要もない。また、構造も簡単で、維持、修理も楽であ
る。また、インペラーの回転がゆっくりしており、灰の
濡れ特性がよいため液状廃棄物がバインダーとなり、造
粒が行われるため、炉床から灰が舞い上がることが少な
く、排気集塵装置への負担が軽減できる。

【００３７】そして、灰の深さが変化してもインペラー
の駆動トルクが急変することがないので、灰出しの管理
が容易で運転に熟練を要しない。さらに、大きな塊やロ
ープ状・シート状の廃棄物でも、羽根に引っ掛かったり
絡まることがないので、破砕の前処理を必要としない。

【００３８】炉床から回転軸を立ち上げ、それにインペ
ラーを取り付けるようにすれば（請求項３）、炉床の灰
全体をくまなく混合できる効果がある。また、インペラ
ー腕に羽根を上向きに取り付けるようにすれば（請求項
４）、灰を水平方向のみならず、垂直方向にも混合し、
固体状・半流動状・液状等形状および性状を選ばず、何
でも良く燃やすことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による焼却炉の断面図である。

【図２】 インペラーの形状の一例である。

【図３】 インペラーによる混合作用の説明図である。

【符号の説明】

１ 焼却炉鋼板外皮 ２ 耐火物 ３ 炉床残留物 ４ インペラー ４ａ インペラー腕 ４ｂ インペラー羽根 ５ 回転軸を通す炉底開口部 ６ 開口シール部 ７ 回転軸 ８ ピローブロック ９ カップリング １０ 減速機一体型電動機 １１ 漏液受けパン １２ 漏液受けパン １３ 廃棄物投入口 １４ 投入テーブル １５ 液状廃棄物フィードノズル １６ 半流動状廃棄物フィードノズル １７ 助燃バーナー １８ アルカリスプレー １９ 灰出し口 ２０ 作業床面

───────────────────────────────────────────────────── 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 5/28 ＺＡＢ Ｆ２３Ｇ 5/28 ＺＡＢ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉床に堆積する燠火状態の灰と、該灰の
   上に供給される廃棄物等の燃焼物とを、該灰に埋没しな
   がらその中でゆっくり回転するインペラーで混合するこ
   とを特徴とする廃棄物等の燃焼方法。
2. 【請求項２】 インペラーを炉床残留物中に設置し、該
   インペラーで炉床残留物と焼却物を混合することにより
   焼却を行うことを特徴とする焼却炉。
3. 【請求項３】 炉床から軸を立ち上げ、それにインペラ
   ーを取り付けた請求項２の焼却炉。
4. 【請求項４】 混合作用を行う羽根がインペラー腕に上
   向きに取り付けられた請求項２または３の焼却炉。