JPS5852123B2 - 不完全燃焼ガスの処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラ、焼却炉等から発生する不完全燃焼ガス
を無害化する処理方法に関する。

ボイラ、焼却炉等から発生する燃焼ガス中には相当量の
すすを始めとする不完全燃焼物が含まれ、大気汚染の大
きな原因の一つとなっている。

汚染防止のためこの不完全燃焼物を分離捕集、または再
燃焼させる方法が幾つか提案、または実用化されている
。

しかし分離捕集する場合に、すすのようなものは比重が
軽く、遠心分離法では充分分離捕集ができないし、また
電気集塵機で捕集しようとすると、すすの電気抵抗が著
しく小さいため帯電し集塵された後、忽ち電極と同極性
になって集塵空間に戻され、再び荷電するといった跳躍
現象を繰り返しつつガス流と共に排出されてしまうとい
う欠点がある。

また再燃焼させる方法は、装置が大型となったり或は不
完全燃焼物を充分に再燃焼させ難い等の欠陥があり、一
層小型で燃焼効率の良いものが要望されている状況であ
る。

本発明は上述の技術的課題を解決することを目的として
いる。

そのため遠心分離法とは逆に、不完全燃焼ガスを直立円
筒の中心に集まるように導き、下降する高温ガスの旋回
流の中を通して該高温ガスと良好に接触させ完全に燃焼
させようとするものであって、その方法として直立円筒
に、円筒の水平断面円周上の接線に対し４５°よりも大
きく８５°未満の角度をなして中心に寄った方向で且つ
５°〜３００下向きに取付けられたノズルから５００℃
以上の高温ガスを吹込んで下降する高温ガスの旋回流を
形成させ、該直立円筒の下部からは、上記下降する高温
ガスの旋回流と同一回転方向で上向きの旋回流を形成さ
せた不完全燃焼ガスを導入して、高温ガスの下降旋回流
の渦の中心の減圧部を通って上昇させることにより、不
完全燃焼ガスの上向き旋回流中の不完全燃焼物を、高温
ガス吹込ノズル附近に形成される焔幕中に移行させて、
燃焼させるものである。

以下実施例を示す図面について本発明を説明する。

第１図は本発明を実施する処理装置の縦断面図、第２図
はそのＡ−Ａ断面図である。

直立円筒１の上部において、この直立円筒の水平断面に
於ける円周接線とβの角度をなしまた下向きにαの角度
をなすノズル２，２が円筒壁を貫通して設けられている
。

該ノズル２，２は８００℃の高温ガス３を円筒１内に吹
込むものである。

５は不完全燃焼ガスを発生する炉で、不完全燃焼ガス７
はダクト６を通って直立円筒１の下部から該円筒１内に
流入する。

この場合ダクト６の該円筒への取付けは、不完全燃焼ガ
スが、ノズル２から吹込まれる下向き旋回流４と同方向
に旋回し且つ水平に流入するように構成する。

場合によっては、直立円筒１の下方の中心軸上に不完全
燃焼ガスの入口を設け、該入口附近に気流を旋回させる
固定のひねり格子または回転ファン（何れも図示せず）
を設けてガス流を旋回させるようにしてもよい。

次にこのように構成された処理装置の作用について説明
する。

直立円筒１の上部外壁に設けられた複数個のノズル２か
ら円筒の中心線と交わらない方向で且つやや下向きに熱
風（空気）を送れば、下向きの旋回流４が生じ、特にノ
ズル２に近い上部には水平に高温の焔幕が形成される。

上記のように焔幕が形成されるのは、上昇して来る不完
全燃焼ガスが空気を含まない場合であるが、不完全燃焼
ガスが空気を含むときは、ノズル附近で不完全燃焼ガス
が燃焼して高温を生じると共に、焔は下方に移動する。

この場合も、ノズル附近は、強力な着火源となる。

このときなお燃焼しないすすのような固体粒子は、下降
旋回流の内方を上昇する新たな不完全燃焼ガスの上向き
旋回流と共にノズル附近に上昇して燃焼し除かれる。

ノズル２から燃料および十分な空気を吹込みノズル先端
で燃焼させる場合は、ノズル附近に高温の焔幕が形成さ
れ、上昇する不完全燃焼ガスを、空気を含むと否とにか
かわらず、完全燃焼させる。

この場合、下向き旋回流４の中心部が最も圧力の低い減
圧部となり、この減圧部は上部が狭く下部の広がった山
形となる。

即ち、ノズル２から円筒１内に吹込まれた熱風は、ノズ
ル附近では直径ｄ（第２図）の小円の回りに旋回するが
、下降するに従って遠心力のため旋回の直径が大きくな
り、角速度が小さくなって、山形に下方が広がり、下部
は円筒１の内壁に接近して円筒内を下降するからである
。

このとき、円筒下部から送入された不完全燃焼ガス７の
上向き旋回流８は、高温の下向き旋回流４の山形内の減
圧された渦の中心部に包まれるように進入し、同方向に
旋回する下向き旋回流４との接触によりエネルギを与え
られて旋回速度を速めつつ上昇する。

このため該不完全燃焼ガスＴ中に含まれるすす等の固体
粒子は上昇の過程において遠心力により上昇する不完全
燃焼ガスの旋回流の外周部に移動し、下向きの高温ガス
３の旋回流４の山形の裾に混入する結果、減圧部の形状
に応じた山形をなして上昇し上部で狭められ細くなって
焔幕中に移行し、すすは効果的に燃焼して清浄ガス流９
となって上方へ排出される。

上昇流中に灰のような不燃物が含まれる場合、これらも
当然下向き旋回流に移行し、サイクロン効果により円筒
内壁を伝わって下方に分離されるので、この処理装置か
ら出る排ガス中には粉塵は殆んど含まれなくなる。

次に本発明の構成に必要な諸条件について説明する。

直立円筒内に上述の適当な焔幕を作り得るような下向き
旋回流４および上向き旋回流８を形成するための条件と
しては、 （ａ） 高温ガス吹込ノズル２は直立円筒１の上方部
に設ける。

（ｂ） 吹込ノズルの数ｎは、ｎ≧２ （ｃ） 高温ガス吹込ノズルの下向き角度αは、５°
くαく３０゜ （ｄ） 高温ガス吹込ノズルの円筒１の水平断面に於
ける円周接線に対する傾き角度βは ４５°〈βく８５゜ （ｅ） 高温ガス吹込ノズルにおける温度Ｔは、Ｔ之
５００’Ｃ である。

高温ガス吹込ノズルの数ｎが１の場合は、安定した下降
旋回流を形成する事が極めて困難であるから、２以上と
し、装置の形状により適宜選択し、円筒１の水平断面の
円周上に均等に配設するものとする。

角度αが５°以下では、高温ガスの下降旋回流は形成さ
れるが効果が薄い。

角度αが３０°を越すと、未燃焼ガスの上昇旋回流との
摩擦が強くなり筆力損失が大きくなる。

好ましいのは５°≦α≦１５°であるが、角度の大きく
なる方は効果に対する影響が小さいので、３０°までは
利用できる。

角度βは、高温ガス旋回流発生点の渦中心部の直径をｄ
、旋回流発生点の円筒１の直径をＤとすると、これらの
間にｄ ＝Ｄｓｉｎ（９０°−β）の関係があり、後述
する０、 １ ＜ Ｄ ＜ ｏ−７の条件を加味すると
、必然的に４５°〈β８５°となる。

本発明者等の実験によれば、βは６５〜８２度の範囲が
最も適当である。

高温ガスの下向き旋回流４の渦は、その上部の中心部の
直径ｄが小さければ、即ちβが太きければ、旋回流の下
向きの分力の作用する面積が太きく、中心部を通る不完
全燃焼ガスの上向き旋回流に及ぼす影響、即ち焔幕によ
る効果を増大させるが、βをあまり大きくすると複数の
吹込ノズルから吹込まれるガスが互に干渉して旋回流を
生じないか、または生じたとしても上向き旋回流等の影
響により旋回流が乱れ易くなる。

従って安定な渦を生じるためには、実験の結果によると
渦中心部の直径ｄと円筒部の直径りとの比が０．１以上
であることが必要である。

また、万の上限は、下向き旋回流発生点での焔幕の効果
の減少で制約され、下向き分力が、円筒の断面積のほぼ
半分以上に作、 ｄ 用するよつに石を０．７以下とする必要がある。

次に吹込ノズル２は、直立円筒１の上方部に設置される
が、ノズル取付部の上下に成る程度の長さの円筒部分を
必要とする。

即ち上部には処理された燃焼ガスが渦流を生じることな
く旋回流に影響を与えないで排出されるように充分な空
間が必要であり、また下部には不完全燃焼ガスが上向き
旋回流となるだけの充分に広い下向き旋回流の減圧部空
間が必要である。

実際にはノズルは円筒の中間より上の位置に取付けられ
ることが多いが、処理すべき不完全燃焼ガスの量が多い
場合には、上記のように構成したノズルを二段以上に設
けることにより、山形の下降旋回流の上部の小径の減圧
部分を一段の場合よりも長くして、その中を通る不完全
燃焼ガスの燃焼を一層良好にすることができる。

次に高温ガスの下向き旋回流４の温度は、吹込ノズル出
口で少なくとも５００℃であることが必要で、６００℃
以上が適当である。

なお、酸素は下向き旋回流４となる高温ガス中に含めて
も良いし、上向き旋回流８となる不完全燃焼ガス中に含
めるようにしてもよい。

次に不完全燃焼ガスの上向き旋回流を生じさせるには本
発明の構成に関して既述したように、円筒下方から、円
筒中心軸を外れ且つ水平方向に、下向き旋回流と同方向
に旋回するように不完全燃焼ガスを流入させるか、或は
円筒部下方に入口を設け、入口附近に固定のひねり格子
またはファンを設けて旋回流を生じさせてもよい。

本発明の方法の実施例による効果は次のとおりである。

ポリエチレンを燃焼させた場合、ノズル２から高温ガス
を全く吹込まない時には排出ガス中の媒塵量が２９／Ｎ
ｍであるのに対腰常温の空気をノズル２から吹込んだと
き媒塵量は０．０３ｇ／Ｎ−であった。

これに対して８００℃の空気をノズル２から吹込むと媒
塵量は０．００３９７Ｎｍとなった。

以上のとおり本発明の方法は、不完全燃焼ガス中に含ま
れるすすのような処理し難い物質の無害化処理について
著しい効果を持つものであり、その他の未燃焼物につい
ても同様に効果あるものである。

この方法を実施する装置は、小型に製作できるから容易
に既存のボイラ、燃焼炉等に隣接して設置することがで
きるものであり、またこの方法は不完全燃焼ガスの浄化
に限らず、燃焼装置にも応用し得るものである。

なお、下向きの傾斜透孔や横向きの傾斜透孔により筒内
に下向きまたは旋回気流を生じさせる装置が特公昭４４
−２２７１０号公報に記載されて公知であるが、これに
記載されたた装置は、下向き気流によって灰分を下降さ
せたり、旋回流によって筒の内壁をきれいに掃除すると
いうものであって、本発明のような不完全燃焼ガスを完
全燃焼させるためにノズルを設けることは意図されてい
ないものである。

殊にこの公知発明のように薄い筒壁に穿孔して形成した
長さの短いノズルでは、本発明におけるようなノズルの
角度を規正することが困難であり、また筒の全長に亘っ
て細かくノズルを分布させているので、本発明のように
下降旋回流の山形の減圧部内に不完全燃焼ガスを包み込
むようにして完全燃焼させる動作はできないものであっ
て、この公知発明は本発明とは別異のものである。

また特公昭３１−７１３８号公報に記載された公知発明
も、山形の高温下降旋回流で不完全燃焼ガスの上昇旋回
流を包むようにして完全燃焼させる動作をするものでな
く、本発明とは別異のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の不完全燃焼ガスの処理方法を実施する
ための装置の実施例の縦断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ断面図である。 １：直立円筒、２：吹込ノズル、３：高温ガス、４：下
向き旋回流、５：炉、６：ダクト、７：不完全燃焼ガス
、８：上向き旋回流、９：清浄ガス流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直立円筒１の上部に、円筒の水平断面における円筒
   接線に対する角度βが４５°〈β＜８５°であり、且つ
   下向き角度αが５°≦α≦３０°となるように取付けら
   れた２個またはそれ以上のノズル２から５００℃以上の
   高温ガスを該円筒１内に吹き込んで下降する高温ガスの
   山形の旋回流４を形成し、同時に該直立円筒１の下部か
   ら不完全燃焼ガスを該円筒１内に導入し、少なくとも高
   温ガスと不完全燃焼ガスとの一方には完全燃焼に必要な
   空気を存在させ、該不完全燃焼ガスには高温ガスの下向
   き旋回流４と同方向に旋回し上昇する上向き旋回流８を
   形成させ、該不完全燃焼ガスを上記高温ガスの下向き旋
   回流４の中を上昇させて燃焼させることを特徴とする不
   完全燃焼ガスの処理方法。